1、课题3酵母细胞的固定化一、选择题1与直接使用酶相比，固定化酶的优势是()A催化效率高，低耗能、低污染B对环境条件非常敏感，容易失活C既能与反应物充分接触，又能与产物分离D不能重复利用解析：选C与直接使用酶相比，固定化酶的优势是：既能与反应物接触，又能与产物分离，可被重复利用。2(2019襄阳五中期中)如果反应物是大分子物质，则应采用的固定化技术和理由是()A固定化酶技术；可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定，利于大分子物质和酶的接触B固定化酶技术；可应用包埋法对酶固定，利于大分子物质和酶的接触C固定化细胞技术；一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固定，利于大分子物质和细胞的接触D固定化细胞技术
2、；一般应用包埋法对细胞固定，利于大分子物质和细胞的接触解析：选A如果反应物是大分子物质，则应采用的固定化技术是固定化酶技术，理由为：如果采用固定化细胞技术，则一般用包埋法对细胞固定，但大分子反应物难以进入包埋细胞的网格或颗粒，不利于反应的进行，故采用固定化酶技术，一般用化学结合法或物理吸附法对酶固定，和包埋法相比，化学结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的接触。3下列关于固定化酶技术与固定化细胞技术之间的关系的叙述，正确的是()A固定化酶技术是固定化细胞技术的基础B固定化细胞技术是固定化酶技术的基础C固定化酶技术与固定化细胞技术是同时发展起来的D固定化细胞技术先于固定化酶技术解析：选A固定化细胞
3、技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的，解决了固定化酶不能催化一系列反应的问题，因此固定化酶技术先于固定化细胞技术。4下列叙述正确的是()A固定化细胞成本比固定化酶的更高，但能连续生产B固定化细胞能产生一系列酶C固定化细胞产生的酶，其活性比固定化酶更容易受影响D固定化酶更适合大分子反应物解析：选B酶是从细胞中提取的，直接固定化细胞省去了提取酶的步骤，成本更低，操作也容易，并且能催化一系列化学反应，能连续生产。固定化细胞和固定化酶的原理是相同的，且固定化细胞能不断地产生酶和催化所需要的辅助因子，效果更好。固定化酶不能从固定的材料中漏出，因此用于固定的材料所设计的孔不能太大，若催化的反应物过大，酶
4、和反应物不能接触，达不到催化的目的。5下列说法正确的是()A酵母菌可以利用海藻酸钠进行固定化，但是不能用琼脂糖进行固定化B海藻酸钠浓度越高，固定酵母菌的效果越好C在实验过程中为防止海藻酸钠发生焦糊，要用小火或间断加热溶化海藻酸钠D酶分子较小，常采用包埋法固定解析：选C多孔的材料可用于包埋微生物，制备固定化酵母菌，琼脂糖和海藻酸钠都可用于酵母菌的固定化，A错误；海藻酸钠浓度应适宜，浓度太高很难制备大小均匀的凝胶珠，B错误；海藻酸钠在水中的溶解速度慢，为防止焦糊，应采用小火或者间断加热的方式，C正确；酶分子较小，易从包埋材料中漏出，常采用物理吸附法或化学结合法固定，D错误。6下列关于酵母细胞活化的
5、说法中，不正确的是()A酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸B活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态C酵母细胞活化所需要的时间较短D酵母细胞活化后体积增大解析：选A在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般只需要0.51 h。7某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验，分组见下表，下列有关说法错误的是()组别固定化酶柱长度/cm淀粉溶液的流速/(mLmin1)甲100.3乙100.5丙150.3丁150.5A.固定化酶柱长度和淀粉溶液流速决定了酶柱中酶的含量B淀粉溶液流速过快会导致流出液中含有淀粉C各组实
6、验所用的淀粉溶液浓度应相同D淀粉溶液的pH对实验结果有影响解析：选A固定化酶柱长度决定了酶柱中酶的含量，A错误；淀粉溶液流速过快，酶来不及催化反应发生，会导致流出液中含有淀粉，B正确；实验要遵循等量原则，C正确；pH影响酶的活性，D正确。8(2019太原检测)试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似()解析：选DA、B两项适合于酶的固定化，C选项既可用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母细胞包埋在由海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与D选项相似。9下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是()A高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶B在反应柱
7、的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物的进入C将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖溶液从反应柱下端流出D固定化酶技术复杂，成本较高解析：选C生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，A错误；将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入，B错误；生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖溶液，果糖溶液从反应柱的下端流出，C正确；反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，D错误。10温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。下列
8、叙述错误的是()A测试温度中，固定化与非固定化植酸酶的最适温度分别为60 和45 B测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动低于非固定化植酸酶C固定化与非固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽D65 时固定化与非固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点解析：选D观察图像可知，65 时固定化植酸酶的相对酶活性仍在80%以上，并没有位于最低点，而蛋白质变性会导致酶失活，即相对酶活性为0。二、非选择题11某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全，请回答下列问题：(1)制备固定化酵母细胞常用_法。(2)制备固定化酵母细胞的过程
9、为：将干酵母与_混合并搅拌，使酵母细胞活化；将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配制成CaCl2溶液；用酒精灯加热配制海藻酸钠溶液；海藻酸钠溶液冷却至室温再加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀；用注射器将_的混合物缓慢滴入CaCl2溶液中。(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。a是固定化酵母细胞，b是反应柱。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是_。要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是_活塞1和_活塞2。为使该实验中所用的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在_条件下进行。装置中的长导管所起的作用是_。解析：(1)细胞体积较大，不宜用物理吸附法和化学结合法固定，通常
10、采用包埋法固定。(2)酵母细胞的活化需要加水混合，使其恢复正常的生活状态；凝胶珠是将海藻酸钠和酵母细胞的混合物滴加到CaCl2溶液中制成的。(3)用固定化酵母细胞发酵产生酒精时，要保证酵母菌的生活状态；反应液的浓度应该适合酵母菌的生活；酒精发酵是无氧发酵，将反应液加入反应柱中后应该关闭活塞1和活塞2，以营造无氧环境；要想使固定后的酵母细胞反复利用，就要避免其他微生物的污染，因此实验过程一定要在无菌条件下进行；酒精发酵过程中会产生CO2，因此要设置长导管，它既可以将产生的CO2释放出去，又能避免空气中的杂菌进入反应柱。答案：(1)包埋(2)蒸馏水海藻酸钠和酵母细胞(3)葡萄糖溶液的浓度过高会使酵
11、母细胞因失水过多而死亡关闭关闭无菌释放CO2，并防止空气中的杂菌进入反应柱12为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验，流程及结果如下。请回答下列问题：(1)实验中的海藻酸钠作用是_，CaCl2的作用是_。(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用_洗涤。图1中1.0%海藻酸钠组培养24 h后，移动凝胶球，溶液呈绿色，原因是_。(3)为探索固定化藻对含Zn2污水的净化作用，应选用浓度为_海藻酸钠制备凝胶球。(4)图2中空白凝胶球组Zn2浓度下降的原因是_。结合图1和图2分析，固定化藻的实
12、验组2448 h间Zn2浓度下降速度较快的主要原因是_；7296 h间Zn2浓度下降速度较慢的原因有_。解析：(1)绿球藻为单细胞生物，可用包埋法固定化，实验中海藻酸钠的作用是包埋绿球藻。配制好的海藻酸钠溶液需要滴入CaCl2溶液中，与CaCl2反应形成凝胶球，刚形成的凝胶球应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，有利于形成稳定的结构。(2)将固定好的凝胶球用绿球藻的培养液(生理盐水)清洗23次，能够洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻的活性。如果包埋绿球藻用的海藻酸钠浓度过低，或形成的凝胶球孔径过大，在培养过程中会有绿球藻从包埋材料中漏出来，使溶液呈绿色。(3)分析图绿球藻数量变
13、化曲线可知，浓度为2.0%的海藻酸钠对绿球藻的包埋效果最好，凝胶球中包埋的绿球藻数量最多，故应选用该浓度的海藻酸钠制备凝胶球。(4)由Zn2浓度变化曲线可知，空白凝胶球组Zn2浓度下降的原因是凝胶对Zn2有一定的吸附作用。培养初期，绿球藻生长(增殖)速度较快，导致Zn2浓度下降速度较快；培养后期，由于绿球藻生长(增殖)速度减慢、溶液中Zn2浓度较低等，Zn2浓度下降速度较慢。答案：(1)包埋绿球藻(包埋剂)与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂)(2)培养液(生理盐水)海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大)(3)2.0%(4)凝胶吸附Zn2绿球藻生长(增殖)速度快绿球藻生长(增殖)速度减慢，溶液中Zn2
14、浓度较低13下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题：(1)图1中X溶液为_，其作用是使_。(2)图1中制备的凝胶珠用_洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是使_。(3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用_加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液_后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。(4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置，将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 下发酵4
15、8 h后的酒精产量见表：海藻酸钠(%)22.5322.5322.53X溶液(%)222333444固定化强度(g/30个)9309509901 0301 1001 1401 1701 1701 160酒精量(%)6.76.56.56.76.46.26.76.46.3依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，_增加；用于酒精发酵效果最好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是_、_。解析：(1)图1为固定化酵母细胞的步骤，X溶液为CaCl2溶液，作用是使胶体聚沉，即使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)图2为发酵过程，因为是无氧呼吸，故搅拌的目的只是增加培养液与酵母菌的接触面积，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸钠时需注意
16、用小火或间断加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀，以防止高温杀死酵母菌。(4)分析表格可知，随着X溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。答案：(1)CaCl2溶液海藻酸钠形成凝胶珠(2)蒸馏水培养液与酵母菌充分接触(3)小火或间断冷却至室温(4)固定化强度2%4%14某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较，结果如下表。请回答下列问题：产酒酒精度的比较时间(d)024681012游离酵母01.02.13.23.94.34.6固定化酵母02.54.
17、25.05.46.06.4(1)制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化_配制海藻酸钠溶液_固定化酵母细胞。(2)影响实验成败的关键步骤是_，此步的操作应采用_。(3)钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸盐起_的作用。(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是_，要求条件相同是为了确保_。由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要_。解析：制备固定化酵母细胞的实验步骤为：酵母细胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶
18、液与酵母细胞混合固定化酵母细胞；该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。海藻酸钠起载体的作用，用于包埋酵母细胞。酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程，需要在适宜的温度、pH等条件下进行，两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相同，且遵循单一变量原则。由表可知，在12 d的发酵时间里，固定化酵母发酵产酒酒精度从0度到6.4度，游离酵母发酵产酒酒精度从0度到4.6度，而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4 d即达到4.2度，表明其延迟期短。答案：(1)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(2)配制海藻酸钠溶液小火或间断加热(3)包埋酵母细胞(或载体)(4)适宜的温度、pH等单一变量短
