高考生物二轮复习限时集训：第16讲 生物技术实践(解析版)

高考生物二轮复习限时集训

第16讲生物技术实践

1.山西等地制酒和制醋的工艺历史悠久。回答下列与生产酒和醋相关的问题:

(1)生产酒和醋都需要严格筛选菌种和控制温度条件,在酒精发酵时,使用的菌种为酵母菌;在醋酸发酵时,使用的菌种为醋酸菌,一般温度控制在30~35 ℃。

(2)在酒精发酵阶段操作的过程中,发酵池应先通气后密闭,其原因是通气可增加酵母菌的数量,密闭时能获得更多的酒精

产物。在醋酸发酵阶段,需要不断地向发酵池通入氧气并搅动发酵液,其原因是醋酸菌是好氧细菌,不断通入氧气和搅动发酵液可增加发酵液中溶解氧的含量,利于醋酸发酵的进行。

(3)在制作葡萄酒和制作葡萄醋时,酒精发酵之前的实验流程是挑选葡萄→冲洗→(去枝梗后)榨汁。利用淀粉类原料生产醋,需要经糖化阶段将淀粉转变为葡萄糖。糖化阶段宜采用酶制剂催化反应,而不宜在强酸条件下使淀粉水解,其原因是使用酶制剂能大大缩短糖化阶段的时间,且强酸环境下,部分菌种死亡不利于后续的发酵。

[解析] (1)酵母菌属于兼性厌氧型微生物,在有氧的条件下能够大量繁殖,在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精,所以在酒精发酵阶段使用酵母菌;醋酸发酵需要得到的产物为醋酸,故菌种为醋酸菌,醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃。(2)在酒精发酵阶段,发酵池先通气,后密闭,通气的目的是提高酵母菌的数量,有利于密闭时获得更多的酒精产物。醋酸菌是一种好氧细菌,只有当氧气充足时,才能进行旺盛的生理活动。醋酸菌对氧气的含量特别敏感,当进行深层发酵时,即使只是短时间中断通入氧气,也会引起醋酸菌死亡。所以,在醋酸发酵阶段,需要不断地向发酵池通入氧气并搅动发酵液。(3)在制作葡萄酒和制作葡萄醋时,酒精发酵之前的实验流程是挑选葡萄→冲洗→(去枝梗后)榨汁。由于酶能降低化学反应的活化能,使用酶制剂能大大缩短糖化阶段的时间,且强酸环境下部分菌种死亡,不利于后续的酒精发酵和醋酸发酵,所以糖化阶段宜采用酶制剂催化反应,而不宜在强碱条件下使淀粉水解。

2.胡萝卜营养极为丰富,既可生吃、炖煮,又可以制作成泡菜。如图Z16-1是利用胡萝卜制作泡菜及测定亚硝酸盐含量的实验流程示意图,请回答下列问题:

图Z16-1

(1)选择原料时,常选用新鲜的(填“新鲜的”或“萎蔫的”)胡萝卜,原因是新鲜的胡萝卜中亚硝酸盐含量低。

(2)配制盐水时,对清水与盐的质量比的要求通常为清水∶盐=10∶1 ,为避免盐水中的O2及杂菌对发酵过程产生影响,盐水配制好以后还需进行的操作是将盐水进行煮沸处理。除盐水的作用外,制作泡菜时防止杂菌污染的操作有加入调味料,选择无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛,向坛盖边沿的水槽中注满水等(任选两项,合理即可) (写出两项)。

(3)泡菜要适量食用,主要是因为在腌制过程中会产生亚硝酸盐,在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下,亚硝酸盐会转变成致癌物亚硝胺。利用比色法测定泡菜中亚硝酸盐的含量时,第一步需要进行显色反应;第二步为估算泡菜中亚硝酸盐的含量,具体操作是将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较。请在图Z16-2中画出泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的变化趋势。

图Z16-2

[答案]

[解析] (1)新鲜蔬菜中亚硝酸盐含量低,故在腌制泡菜时应选择新鲜的胡萝卜作原料。(2)配制盐水时清水与盐的质量比为10∶1;将盐水进行煮沸处理,可以杀灭盐水中的细菌,同时去除水中的O2,防止其对乳酸菌的生长和繁殖产生影响。在泡菜的腌制过程中,适当加入调味料,向坛盖边沿的水槽中注满水,选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛等都可以防止杂菌污染。(3)膳食中的亚硝酸盐在适宜的pH、温度及某些微生物的作用下,会转变成致癌物——亚硝胺。利用比色法测定亚硝酸盐的原理是(第一步——显色反应)在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后,与

N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料;(第二步——比色)将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较,估算泡菜中亚硝酸盐的含量。泡菜腌制过程中,亚硝酸盐含量会呈现出先增多后减少的趋势,如答案所示。

3.农作物秸秆含有大量的纤维素,可以用它来生产燃料——乙醇。图Z16-3是工业上利用微生物分解纤维素生产乙醇的基本工艺流程,请回答相关问题:

图Z16-3

(1)下列培养基中能有效地从土壤中分离出分解纤维素细菌的是 A ,理由是只有A培养基是以纤维素为唯一碳源。对培养基灭菌的方法一般为高压蒸汽灭菌法。

A. 培养基(g/L):NaNO3 1.0, KH2PO4 0.9,MgSO4 0.5, KCl0.5,酵母膏0.5,纤维素粉5.0,pH 7.3

B. 培养基(g/L):牛肉膏10.0,蛋白胨20.0,葡萄糖20.0,NaCl 5.0,pH 7.3

C. 培养基(g/L):淀粉20.0,NH4NO3 2.5,MgCl2 0.5,K2HPO4 3.0,酵母膏0.5,纤维素粉5.0,pH 7.3

(2)用选择和鉴别培养基对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选,这只是分离纯化的第一步。为了确定得到的是纤维素分解菌,还需要进行发酵产纤维素酶的实验。请用简单的文字和箭头表示图中③过程所发生的反

应: 。

(3)④⑤过程还可以用固定化酵母细胞发酵生产乙醇,这种方法不仅含有多种酶,能催化一系列反应,而且易与产物分离,可以反复使用。

[解析] (1)分离纤维素分解菌需要制备选择培养基,培养基中要以纤维素为唯一碳源,使得纤维素分解菌可以存活而其他菌种不能生存;对培养基灭菌的方法一般为高压蒸汽灭菌法。(2)为了确定得到的是纤维素分解菌,还需要进行发酵产纤维素酶的实验;纤维素酶是一种复合酶,在分解纤维素时首先由C1酶、C X酶将纤维素分解为纤维二糖,再由葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖,所以可表示为。(3)除了直接用酶催化外,还可以用固定化酵母细胞来发酵,其优点是可以催化一系列反应,而且易与产物分离,可以反复使用。

4.提取分离的方法开始主要用于化工行业中化工产品的分离,但是随着生物工程技术的不断发展,结合传统的化工分离方法,新的高效的分离方法被人们高度重视起来。常用到的分离方法有盐析法、萃取法、透析法、渗析法、层析法、电泳法、凝胶色谱法、压榨法等方法。请依据所学的知识回答下列问题:

(1)若要去除血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质,可选取透析法,透析法原理是透析袋能使小分子自由进出,而大分子保留在袋内。透析需要的试剂是磷酸缓冲液。

(2)若要判断提取分离的血红蛋白是否达到要求,需要进行SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行鉴定。其中的SDS的作用是SDS 所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量,因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别,使电泳迁移率完全取决于分子的大小。

(3)提取柠檬油常用的原料有柠檬果皮。从柠檬果皮中提取精油适宜采用压榨法。提取柠檬油的过程中要用到无水硫酸钠,此试剂的作用是吸收柠檬油中残留的水分。

(4)提取胡萝卜素的方法是萃取法,选择萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有较高的沸点,能够充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶。提取的胡萝卜素粗品可通过纸层析法进行鉴定。

[解析] (1)除去小分子杂质的方法是透析,透析的原理是小分子可以自由进出透性袋,而大分子(血红蛋白)保留在透析袋内;要让血红蛋白处在稳定的pH范围内,维持其结构和功能,选取的透析液是磷酸缓冲液。(2)用凝胶电泳法测定蛋白质相对分子质量时,为了消除净电荷对迁移率的影响,需要在凝胶中加入SDS,SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量,因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别,使电泳迁移率完全取决于分子的大小。(3)由于柠檬精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解,使用水中蒸馏法又会产生原料焦糊的问题,所以一般采用压榨法提取柠檬精油;分离的油层还会含有一定的水分,一般可以加入一些无水硫酸钠吸收柠檬油中残留的水分。(4)由于萃取过程需要水浴加热,所以萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有较高的沸点,能够充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶;提取的胡萝卜素粗品可通过纸层析法进行鉴定。