新课标人教版选修3高三生物第二轮专题讲座第10讲生物技术实践

《新课标》高三生物（人教版）第二轮专题讲座第十讲生物技术实践本讲内容本讲内容包括（人教版）选修一《生物技术实践》大部分内容。具体内容有：专题1传统发酵技术的应用、专题2微生物的培养与应用、专题3植物的组织培养技术、专题4酶的研究与应用、专题6植物有效成分的提取等。一高考预测本讲内容属于新课改后变动较大的一个专题，但是因为在高考中属于选做内容，因此出题的难度不会太大。而且在2007年考纲中对于本讲内容都归为实验类内容，提出的要求为理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。在复习过程中要注意把握各种生物技术的实验流程，并能够加以灵活运用。另外在考纲中把专题5DNA和蛋白质技术归到了现代生物技术内容中，专题6植物有效成分的提取并没有提及，因此在复习中可以略作调整。二考点归纳突破1.影响发酵过程的因素温度温度对微生物的影响是多方面的。首先，温度影响酶的活性。在最适温度范围内，随着温度的升高，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。当超过最适温度范围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期缩短，产量降低。温度也能影响生物合成的途径。例如，金色链霉菌在30℃以下时，合成金霉素的能力较强，但当温度超过35℃时，则只合成四环素而不合成金霉素。此外，温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。因此，要保证正常的发酵过程，就需维持最适温度。但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同。如灰色链霉菌的最适生长温度是37℃，但产生抗生素的最适温度是28℃。通常，必须通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，采取分段控制。pHpH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。细胞膜的带电荷状况如果发生变化，膜的透性也会改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。此外，pH还会影响培养基中营养物质的分解等。因此，应控制发酵液的pH。但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适pH往往不同，需要分别加以控制。在发酵过程中，随着菌体对营养物质的利用和代谢产物的积累，发酵液的pH必然会发生变化。如当尿素被分解时，发酵液中的NH+4浓度就会上升，pH也随之上升。在工业生产上，常采用在发酵液中添加维持pH的缓冲系统，或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH。目前，国内已研制出检测发酵过程的pH电极，用于连续测定和记录pH变化，并由pH控制器调节酸、碱的加入量。溶解氧氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。从葡萄糖氧化的需氧量来看，1mol的葡萄糖彻底氧化分解，需6mol的氧；当糖用于合成代谢产物时，1mol葡萄糖约需1.9mol的氧。因此，好氧型微生物对氧的需要量是很大的，但在发酵过程中菌种只能利用发酵液中的溶解氧，然而氧很难溶于水。在101.32kPa、25℃时，氧在水中的溶解度为0.26mmol/L。在同样条件下，氧在发酵液中的溶解度仅为0.20mmol/L，而且随着温度的升高，溶解度还会下降。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。泡沫在发酵过程中，通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。发酵过程中产生一定数量的泡沫是正常现象，但过多的持久性泡沫对发酵是不利的。因为泡沫会占据发酵罐的容积，影响通气和搅拌的正常进行，甚至导致代谢异常，因而必须消除泡沫。常用的消泡沫措施有两类：一类是安装消泡沫挡板，通过强烈的机械振荡，促使泡沫破裂；另一类是使用消泡沫剂。营养物质的浓度发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。如在谷氨酸发酵中，NH4+浓度的变化，会影响代谢途径。因此，在发酵过程中，也应根据具体情况进行控制。2.高果糖浆简介生产高果糖浆的原料是葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来的。生产高果糖浆的基本过程是，含淀粉的浆液经过α-淀粉酶的催化作用，可以形成糊精；糊精经过糖化酶的催化作用形成葡萄糖；葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下，分子的结构发生变化，这叫做葡萄糖的异构化。葡萄糖经过异构化，就形成了果糖。但是，并不是所有的葡萄糖经异构化后都转化成果糖。这是因为葡萄糖异构酶催化效率最高时(温度为60～70℃)，葡萄糖转化成果糖的比率也只有53.5%～56.5%，并且要使这一催化反应达到平衡，需要很长的时间。因此，生产上葡萄糖转化成果糖的比率实际上只有42%～45%，其余的仍然是葡萄糖。也就是说，这样的产品实际上是葡萄糖和果糖的混合物，这种混合物叫做果葡糖浆。如果把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离开来，将分离出来的葡萄糖再次进行异构化，并且如此反复多次，最后的混合物中果糖的含量可以达到70%～90%，这样的混合物就叫做高果糖浆。3.铵盐与硝酸盐作为微生物氮源的无机盐主要是铵盐和硝酸盐，一般能利用无机氮化物作为惟一氮源的微生物，都能利用铵盐，但不都能利用硝酸盐。微生物利用铵盐时，由于铵离子被吸收，而造成培养基pH降低；相反，在利用硝酸盐时，常因硝酸根离子被吸收，而使培养基pH升高，前者称为生理酸性盐，后者称为生理碱性盐。为了避免培养基出变化，常用硝酸铵作为氮源4.根尖分生组织和愈伤组织的异同：三高考真题体验例1（2005江苏生物）下列有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述．错误的是（）A.组成酶是维持菌体基本生活的必要条件B.菌体能合成各种生长因子，不需要从外界补充C.发酵液pH呈酸性时，就会生成乙酰谷氨酰胺D.细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对有关酶活性的抑制考点定位本题考查的知识点是微生物的营养、代谢和生长中相关知识指点迷津菌体并不是能合成各种生长因子，如果缺乏合成生长因子所需的酶或合成能力有限，则需要补充生长因子。参考答案B例２（2005广东生物）在利用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，下列叙述正确的是（）①各个生长时期的长短是固定的，无法人为缩短生长周期②对数期是采样留种的最佳时期③在稳定期补充营养物质可以提高产量组织类型细胞来源细胞形态细胞结构细胞排列细胞去向根尖分生组织受精卵正方形无液泡紧密分化成多种细胞组织愈伤组织高度分化细胞无定形高度液泡化疏松再分化成新个体相同点都通过有丝分裂进行细胞增殖④调整期是收获代谢产物的最佳时期A、①②B、②③C、③④D、①④考点定位本题考查的知识点是发酵工程的知识。指点迷津利用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，微生物生长过程中各生长时期的长短是不同的，在生产上可以连续培养法等缩短培养周期。各时期特点也不同，如对数期菌种形态、特性稳定，常作为生产用的菌种，在稳定期补充营养物质，排出有害代谢产物，可保持微生物较长时间的高速生长，可以提高产量，也是获得代谢产后的最佳时期。参考答案B例３[2001年全国高考理科综合(江苏、浙江)卷]在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程回答以下问题：(1)该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是__________。(2)初期酵母菌迅速繁殖的主要方式是______________。(3)经测定酵母菌消耗的糖中，98．5％形成了酒精和其他发酵产物，其余1．5％则是用于_______________。(4)请写出由麦芽糖→葡萄糖→酒精的反应方程式。(5)如果酵母菌消耗的糖（设为麦芽糖，其分子量为342）有98．5％（质量分数）形成了酒精（分子量为46．0）和其他发酵产物。设有500t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为8．0％，发酵后最多能生产酒精浓度为3．2％（质量分数）的啤酒多少吨？考点定位这是一道以发酵为主线，联系代谢的类型及基本的计算的综合性测试题，对考生的能力要求较高，要求考生能运用所学的知识，解决生产实际中的问题。指点迷津酵母菌是一种真菌，在生态系统中属于分解者。代谢类型同化作用方式为异养型，异化作用方式在有氧条件下可进行有氧呼吸，在无氧条件下可进行无氧呼吸。在有氧条件下酵母菌通过有氧呼吸获得的能量多，能够进行繁殖，繁殖的主要方式是出芽生殖。在无氧条件下酵母菌通过无氧呼吸获得的能量少，不能够进行繁殖，只能维持基本的生命活动。酵母菌在有氧条件下通过无氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能获得足够的能量用于生长、发育和繁殖。但在无氧条件下，通过无氧呼吸获得的能量很少，只有通过分解大量的葡萄糖指才能获得生命活动所需的最低能量需求。第(4)小题酵母菌以麦芽糖为基质进行发酵的化学反应方程式为：第一步将麦芽糖分解为葡萄糖：C12H22H11+H2O酶2C6H12O6；第二步将葡萄糖分解为乳酸：C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2。第(5)小题的计算是在生产实际中的一种知识的应用。由于题目中提供的数量都是质量分数，所以计算时均以质量为标准进行计算。参考答案(1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼呼(2)出芽生殖(3)酵母菌自身的生长和繁殖(4)C12H22O11+H2O催化剂2C6H12O6；C6H12O6催化剂2C2H5OH+2CO2(5)C2H5OH的分子量为46．0500t×8.0%×98.5%×34240.46×%2.31≈662t例４（2005江苏生物）下列关于平菇培养的操作程序，正确的是（）A、配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养B、配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养C、配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养D、配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养考点定位本题考查的知识点是平菇培养的基本技术的操作程序。指点迷津培养平菇所用的培养基是棉子壳，具体的操作程序是：配制培养基、高压蒸气灭菌、接种、培养。参考答案D例5（2006年普通高等学校招生全国统一考试重庆卷）下列所述环境条件下的微生物，能正常生长繁殖的是A．在缺乏生长素的无氮培养基中的圆褐固氮菌B．在人体表皮擦伤部位的破伤风杆菌C．在新配制的植物矿质营养液中的酵母菌D．在灭菌后的动物细胞培养液中的禽流感病毒考点定位本题综合考查微生物的营养和代谢类型指点迷津微生物正常生长繁殖需要齐全的营养（C源、N源、H2O、无机盐、生长因子），圆褐固氮菌能固氮，所以可在无氮培养基上繁殖。B、C、D考查几种常见微生物的代谢类型：破伤风杆菌是厌氧型，人体表皮与空气接触，其中的氧气会抑制其生存；酵母菌是异养型，需要现成的有机物，而植物矿质营养液中缺乏有机物；禽流感病毒是非细胞生物，不能独立进行新陈代谢，只能营活性寄生，动物细胞培养液中没有细胞。参考答案A四实验·探究·讨论利用下列材料用具，验证固定化酵母细胞能发酵生产啤酒。实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。材料用具：麦芽汁液体培养基、新鲜斜面啤酒酵母、海藻酸钠、葡萄糖—氯化钙混合液，无菌水；高压蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、小烧杯、注射器、500ml三角瓶、天平、玻璃棒、pH试纸、纱布等。实验步骤：（1）（2）（3）五综合能力检测一.选择题1．现代生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列酶的催化作用转化而来的，下列哪一种酶在这一过程中是不需要的A．a-淀粉酶B．糖化酶C．葡萄糖异构酶D．纤维素酶２．分离提纯是制取发酵产品不可缺少的阶段，产品不同，分离提纯的方法不同。若要获得发酵工程生产的微生物代谢产物，常采用的提取方法是①蒸馏②萃取③过滤④压榨⑤沉淀A．①③⑤B．①②④C．①②③D．③④⑤３．细菌培养过程中分别采用了高压蒸气、酒精、火焰灼烧等几种不同的处理方法，这些方法可分别用于杀灭哪些部位的杂菌A．接种针、手、培养基B．高压锅、手、接种针C．培养基、手、接种针D．接种针、手、培养基４.在月季花药培养成单倍体植株的过程中，应选择