高考生物總復(fù)習(xí) 專題三 植物組織培養(yǎng)和酶的應(yīng)用課件 新人教版選修1 .ppt

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專題3 植物組織培養(yǎng)和酶的應(yīng)用,【知識梳理】 一、植物的組織培養(yǎng)技術(shù) 1.植物組織培養(yǎng)的基本過程： 2.植物細胞全能性表達的條件： (1)離體狀態(tài)。 (2)適宜的營養(yǎng)物質(zhì)：_________、_________等無機營養(yǎng)和有機營養(yǎng)。 (3)植物激素：___________________。 (4)適宜的環(huán)境條件：_____、___和光照等條件。 (5)無菌條件。,大量元素,微量元素,生長素、細胞分裂素,溫度,pH,3.菊花的組織培養(yǎng)： (1)影響因素：_____的選擇，_______的成分和其他因素。 (2)操作步驟：制備___固體培養(yǎng)基→外植體消毒→_____→培養(yǎng)→ _____→栽培。,材料,培養(yǎng)基,MS,接種,移栽,4.月季的花藥培養(yǎng)： (1)被子植物花粉發(fā)育的過程：,單核居中,單核靠邊,雙核,減數(shù),有絲,,,,,(2)產(chǎn)生花粉植株的途徑。,胚狀體,愈傷組織,再分化,叢芽,,脫分化,二、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1.果膠酶,二、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1.果膠酶,組成,作用,多聚半乳糖醛酸酶 _________酶 果膠酯酶等,①瓦解植物的_______________ ②使果汁變得澄清，增加_______,,,,果膠分解,細胞壁及胞間層,出汁率,2.酶的活性：指酶_________________的能力，可用酶催化的化學(xué) 反應(yīng)的_________表示。 3.影響酶活性的因素：_____、___和酶的抑制劑等。,催化一定化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)速度,溫度,pH,4.探究溫度和pH對酶活性的影響： (1)實驗原理。 ①果膠酶活性受溫度和pH的影響，處于最適溫度和最適pH時，酶活性最高。 ②果肉的_______、果汁的澄清度與果膠酶活性大小呈正相關(guān)。 (2)實驗結(jié)果。 ①果汁體積越多，說明果膠酶的活性越高。 ②果汁越_____，說明果膠酶活性越高。,出汁率,澄清,5.探究果膠酶的用量： (1)實驗原理。 ①在一定條件下，隨著酶的用量_____，果汁的體積增加。 ②當(dāng)酶的用量達到一定值后，再增加酶的用量，果汁的體積_____。 (2)實驗結(jié)果：果汁體積不變的_____酶用量就是酶的最適用量。,增加,不變,最低,三、探討加酶洗衣粉的洗滌效果 1.加酶洗衣粉： (1)概念：指含有_______的洗衣粉。 (2)酶制劑的種類及洗滌原理：,酶制劑,小分子肽,甘油,麥芽糖或葡萄糖,(3)影響加酶洗衣粉中酶活性的因素：溫度、pH、___________等。 2.不同類型的加酶洗衣粉的洗滌效果： (1) 實驗原理：酶的催化作用具有_______，復(fù)合酶洗衣粉加入的 酶制劑種類_____，與單一酶洗衣粉相比，對各種污漬都有較好的 洗滌效果。 (2)控制變量： ①自變量：_________________。 ②無關(guān)變量：水溫、水量、水質(zhì)、洗衣粉的用量、衣物的材質(zhì)和大小、洗滌方式和時間等。 ③設(shè)置變量時要考慮生活中的具體情況。,表面活性劑,專一性,較多,加酶洗衣粉的種類,四、制備和應(yīng)用固定化酶 1.固定化酶的應(yīng)用實例： (1)化學(xué)反應(yīng)：葡萄糖 _____。 (2)固定化酶反應(yīng)柱：將酶固定在顆粒狀的載體上，再將這些酶顆 粒裝入反應(yīng)柱內(nèi)，反應(yīng)柱底端裝有分布著許多小孔的篩板，_______ 無法通過小孔，而_________卻能自由出入。 (3)意義：酶既易于催化化學(xué)反應(yīng)，又易于回收，可以重復(fù)利用。,,,葡萄糖異構(gòu)酶,果糖,酶顆粒,反應(yīng)溶液,2.固定化細胞技術(shù)： (1)概念：固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用_____或_____方法將 酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。 (2)常用方法：_______________________________。 3.實驗流程：酵母細胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/L 的_____溶液→_________________→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混 合→_______________→沖洗→_____。,物理,化學(xué),物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法和包埋法,CaCl2,配制海藻酸鈉溶液,固定化酵母細胞,發(fā)酵,【速記卡片】 1.植物組織培養(yǎng)的4個方面： (1)理論基礎(chǔ)：全能性。 (2)基本過程：包括脫分化和再分化。 (3)培養(yǎng)基的制備：誘導(dǎo)愈傷組織的固體培養(yǎng)基，分裝后要進行滅菌。接種前，要對外植體進行消毒。 (4)植物激素的影響：組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中必須加入生長素和細胞分裂素，兩種激素的使用順序和濃度配比將影響組織培養(yǎng)過程中的細胞分裂和分化。,2.果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用： (1)果膠酶的組分：果膠酶是催化果膠分解的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。 (2)酶活性的影響因素： ①影響酶活性的因素：溫度、pH和酶的抑制劑等。 ②影響酶促反應(yīng)速度的因素：酶的活性、底物的濃度和酶的用量等。 3.影響加酶洗衣粉的洗滌效果的因素：溫度、酸堿度和表面活性劑等。,4.酶的固定化： (1)酶的固定化技術(shù)的優(yōu)點：主要解決了酶的回收利用問題。 (2)常用的方法：物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法和包埋法等。,考點一 植物的組織培養(yǎng) 1.MS培養(yǎng)基的主要成分及作用：,2.脫分化與再分化：,3.植物的組織培養(yǎng)和花藥離體培養(yǎng)的比較：,【提分技法】生長素和細胞分裂素在植物組織培養(yǎng)中的作用的判斷方法 (1)有生長素存在，細胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強的趨勢。 (2)使用順序不同，結(jié)果不同，見下表：,(3)用量比值不同，結(jié)果也不同，見下表：,【考題回訪】 1.(2015·唐山模擬)如圖是植物組織培養(yǎng)過程示意圖，請回答有關(guān) 問題： (1)外植體若是菊花莖段組織，則在配制MS固體培養(yǎng)基時， (填“必須”或“不必”)添加植物激素。 (2)外植體若是月季的花藥，則圖中的①過程 (填“需要” 或“不需要”)光照，而經(jīng)②③④過程培養(yǎng)出的植物一般稱為 植株。,(3)外植體若是菊花的根尖組織，則在正常環(huán)境下培養(yǎng)成的新菊花植 株葉片的顏色是 ，這個過程體現(xiàn)了植物細胞具有 。 (4)植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂和分化的關(guān)鍵性 激素，在植物組織培養(yǎng)過程中： ①若先使用細胞分裂素，后使用生長素，實驗結(jié)果是細胞 。 ②當(dāng)同時使用這兩種激素時，生長素用量與細胞分裂素用量的比值 (填“高”“低”或“適中”)時，促進愈傷組織的形成。,【解析】(1)由于菊花莖段的組織培養(yǎng)比較容易，因此不必添加植物激素。 (2)月季的花藥培養(yǎng)初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照?；ㄋ庪x體培養(yǎng)得到的植株為單倍體植株，也稱花粉植株。 (3)植物組織培養(yǎng)獲得的植株是正常的植株，無論外植體取自植物的何種組織器官，因為這些細胞均具有全能性，所以利用菊花的根尖組織在正常環(huán)境下培養(yǎng)成的新菊花植株葉片的顏色是綠色。,(4)植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂和分化的關(guān)鍵性激素，在植物組織培養(yǎng)過程中，若先使用細胞分裂素，后使用生長素，則細胞既分裂也分化。當(dāng)同時使用這兩種激素時，生長素用量與細胞分裂素用量的比值適中時，促進愈傷組織的形成。 答案：(1)不必 (2)不需要 單倍體(花粉) (3)綠色 全能性 (4)①既分裂也分化 ②適中,2.(2012·新課標(biāo)全國卷)為了探究6-BA和IAA對某菊花品種莖尖外植體再生叢芽的影響，某研究小組在MS培養(yǎng)基中加入6-BA和IAA，配制成四種培養(yǎng)基(見下表)，滅菌后分別接種數(shù)量相同、生長狀態(tài)一致、消毒后的莖尖外植體，在適宜條件下培養(yǎng)一段時間后，統(tǒng)計再生叢芽外植體的比率(m)，以及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)，結(jié)果如下表。,回答下列問題： (1)按照植物的需求量，培養(yǎng)基中無機鹽的元素可分為_______和 兩類。上述培養(yǎng)基中，6-BA屬于 類生長調(diào)節(jié)劑。 (2)在該實驗中，自變量是 ，因變量是 ，自變量的取值范圍是 。 (3)從實驗結(jié)果可知，誘導(dǎo)叢芽總數(shù)最少的培養(yǎng)基是 號培養(yǎng)基。 (4)為了誘導(dǎo)該菊花試管苗生根，培養(yǎng)基中一般不加入____ (填“6-BA”或“IAA”)。,【解題指南】(1)表中自變量為“IAA濃度”。 (2)隱含信息：①培養(yǎng)基1～4的生長素與細胞分裂素的比值依次增大。②培養(yǎng)基1有利于生芽，培養(yǎng)基4有利于生根。 (3)關(guān)鍵知識：生長素用量和細胞分裂素用量的比值對培養(yǎng)物的生長的影響。,【解析】(1)根據(jù)植物的需求量，組成生物體的元素可以分為大量元素和微量元素，6-BA屬于細胞分裂素類生長調(diào)節(jié)劑。 (2)根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒灢襟E中的數(shù)據(jù)，可以得出IAA的濃度是自變量，菊花再生叢芽外植體的比率和再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)是因變量。由表中數(shù)據(jù)可以看出IAA的濃度范圍是0～0.5 mg·L-1。 (3)再生叢芽的外植體數(shù)乘以外植體上叢芽平均數(shù)即為叢芽總數(shù)，誘導(dǎo)叢芽總數(shù)最少的培養(yǎng)基是1號培養(yǎng)基。 (4)當(dāng)生長素用量與細胞分裂素用量的比值較高時，容易誘導(dǎo)試管苗生根，所以培養(yǎng)基中一般加入IAA，而不加入6-BA。,答案：(1)大量元素 微量元素 細胞分裂素 (2)IAA濃度 再生叢芽外植體的比率(m)和再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n) 0～0.5 mg·L-1 (3)1 (4)6-BA,【延伸探究】本題表中0.5 mg·L-1的6—BA是否是誘導(dǎo)再生叢芽的最適濃度？如果不是最適濃度，應(yīng)怎樣設(shè)計實驗進行探究？ 提示：不一定。應(yīng)設(shè)置一組實驗，自變量為具有濃度梯度的6—BA溶液，IAA濃度為0.1 mg·L-1，統(tǒng)計再生叢芽外植體的比率(m)，以及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)，并比較得出最適濃度。,考點二 酶的研究與應(yīng)用 1.果膠酶及其作用： 果膠 半乳糖醛酸 2.探究影響果膠酶活性的因素： (1)實驗原則：對照原則。 ①自變量的控制原則：單一變量原則。 ②無關(guān)變量的控制原則：等量且適宜原則。,(2)實驗設(shè)計：,(3)結(jié)果分析：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出溫度和pH對果膠酶活性(用果汁體積表示)影響的曲線圖(如下圖A、B)，然后根據(jù)曲線的最高點得到果膠酶最適溫度(圖A中的a點)和最適pH(圖B中的b點)。,3.探究果膠酶的用量： (1)實驗設(shè)計：自變量為果膠酶的用量梯度；無關(guān)變量包括溫度、pH、反應(yīng)時間、底物用量等，這些無關(guān)變量都要遵循等量且適宜原則。 (2)結(jié)果分析。 ①如果隨著酶濃度的增加，過濾得到的果汁體積也增加，說明酶量不足。 ②當(dāng)酶濃度增加到某個值(如上圖C中的c點)后，再增加酶的用量，過濾得到的果汁體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，這個值即為酶的最適用量。,【提分技法】定量探究某實驗變量對實驗結(jié)果影響的方法 第一步：通過設(shè)置一系列具有一定梯度的自變量進行實驗。 第二步：根據(jù)實驗結(jié)果分析實驗自變量的取值范圍是否合適(即是否出現(xiàn)最適值)。 ①如果出現(xiàn)最適值，說明自變量的范圍設(shè)置合理。 ②如果不出現(xiàn)最適值，說明自變量的范圍設(shè)置不合理，可將此實驗作為預(yù)實驗，然后根據(jù)實驗結(jié)果重新設(shè)置自變量的梯度和范圍。 第三步：如果要提高實驗的精度，應(yīng)減小實驗自變量的梯度，且梯度差越小，實驗結(jié)果越精確。,【考題回訪】 (2013·浙江高考改編)利用紫甘薯制酒可提高其附加值。請回答： (1)為提高紫甘薯的利用率，工廠化生產(chǎn)時，可加入果膠酶和淀粉酶，其中果膠酶可來自 等微生物。由于酶在水溶液中不穩(wěn)定，因此常將酶固定在某種介質(zhì)上制成 。 (2)果膠酶可將紫甘薯勻漿中的果膠分解成 。 (3)紫甘薯勻漿流經(jīng)α-淀粉酶柱后，取適量流出的液體，經(jīng)脫色后加入KI-I2溶液，結(jié)果液體呈藍色。表明該液體中含有 。 A.淀粉 B.糊精 C.麥芽糖 D.葡萄糖,(4)在發(fā)酵前，為使酵母菌迅速發(fā)生作用，取適量的干酵母，加入溫水和 。一段時間后，酵母懸液中會出現(xiàn)氣泡，該氣泡內(nèi)的氣體主要是 。將酵母液接種到待發(fā)酵液后，隨發(fā)酵的進行，酵母菌在 條件下產(chǎn)生了酒精和二氧化碳。 (5)下圖表示發(fā)酵液pH對酒精濃度的影響。據(jù)圖判斷，最佳pH是 。,【解題指南】(1)圖中關(guān)鍵信息：pH為4.7時酒精濃度最大。 (2)必備關(guān)鍵知識：①植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶，由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一。②果膠酶能將果膠分解成半乳糖醛酸。,【解析】(1)果膠酶不是一種酶，而是一類酶的總稱，霉菌等微生物中都能產(chǎn)生。固定化酶就是將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑，固定化酶技術(shù)的優(yōu)點：①使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；②固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用。 (2)果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，是由半乳糖醛酸聚合成的高分子化合物。果膠酶可分解果膠產(chǎn)生半乳糖醛酸。 (3)淀粉遇KI-I2溶液呈藍色，紫甘薯勻漿流經(jīng)α-淀粉酶柱后，大部分淀粉被分解，但是脫色后加入KI-I2溶液，結(jié)果液體仍呈藍色，說明該液體中仍有淀粉的存在。,(4)在發(fā)酵前，可以先制備酵母懸液：適量干酵母加少量溫水(低于40℃)在燒杯內(nèi)調(diào)成糊狀。為使其迅速發(fā)生作用，可加極少量蔗糖，混勻放置片刻，出現(xiàn)氣泡即可。原理是酵母在合適的溫度下，進行有氧呼吸，將蔗糖徹底分解成二氧化碳和水。發(fā)酵過程其實利用了酵母菌的無氧呼吸，在無氧的條件下，酵母菌分解蔗糖，產(chǎn)物是酒精和二氧化碳。 (5)從圖中可知，pH為4.7時，10 d后的酒精濃度最高，說明最佳pH為4.7。 答案：(1)霉菌 固定化酶 (2)半乳糖醛酸 (3)A (4)蔗糖 CO2 無氧 (5)4.7,【加固訓(xùn)練】 1.在工業(yè)生產(chǎn)果汁時，常常利用果膠酶破除果肉細胞壁以提高出汁率，為了研究溫度對果膠酶活性的影響，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗：,Ⅰ.將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管，在10℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖A)。 Ⅱ.將果膠酶與蘋果泥混合，再次在10℃水浴中恒溫處理10分鐘(如圖B)。 Ⅲ.將步驟Ⅱ處理后的混合物過濾，收集濾液，測果汁量(如圖C)。 Ⅳ.在不同溫度條件下重復(fù)以上實驗步驟，并記錄果汁量，結(jié)果如下表：,根據(jù)上述實驗，請分析回答下列問題： (1)果膠酶能破除細胞壁，是因為果膠酶可以促進細胞壁中 的水解。 (2)實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度為 時果汁量最多，此時果膠酶的活性在所設(shè)的溫度條件下 。 (3)為什么此實驗可以通過測量濾出的果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？_____________________________________________ _________________________________________________________,(4)下列A、B、C圖依次表示果膠酶濃度一定時，果膠酶的反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度、溫度、pH之間的關(guān)系，據(jù)圖完成下列問題：,①圖A中，反應(yīng)物達到某一濃度時反應(yīng)速度不再上升的原因是 。 ②圖B中，曲線ab段表明 ， 曲線bc段表明 。 ③將裝有果膠酶與反應(yīng)物的甲、乙兩支試管分別放入12℃和90℃水浴 鍋中，20分鐘后取出轉(zhuǎn)入40℃的水浴鍋中保溫，兩支試管內(nèi)的反應(yīng) 是：甲 ， 乙 。 ④圖C表示果膠酶濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等一定時，果膠酶催化反 應(yīng)的速度隨pH變化的曲線，實驗時可根據(jù) 來判定果膠酶 的最適pH。,【解析】(1)果膠酶能夠把果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸。 (2)根據(jù)表格可知，40℃時果汁量最多，則此溫度時酶活性在所設(shè)的溫度條件下最大。 (3)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)可以通過濾紙，蘋果汁體積越大，表明果膠酶活性越高。,(4)酶是生物體內(nèi)具有催化能力的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，其催化效率受反應(yīng)物濃度、溫度、pH等的影響。 ①圖A中，當(dāng)反應(yīng)物在低濃度范圍內(nèi)增加時，反應(yīng)速度迅速上升；當(dāng)反應(yīng)物達到一定濃度時，隨反應(yīng)物濃度增加，反應(yīng)速度不再增加。這是因為酶雖然具有高效性，但催化能力也有一定限度，當(dāng)所有酶都發(fā)揮了最高效能后，反應(yīng)物濃度再增加，反應(yīng)速度也不增加，這時受酶濃度限制。 ②圖B中，從a點到b點曲線上升，這是因為溫度升高，酶活性升高。曲線bc段下降，因為超過最適溫度，酶活性降低，甚至失活。,③由于甲試管溫度較低，所以酶活性較低，反應(yīng)速度很慢，當(dāng)轉(zhuǎn)入40℃(酶的適宜溫度)的水浴鍋中時，其反應(yīng)速度迅速增加。乙試管在90℃高溫下，酶結(jié)構(gòu)被破壞，酶變性失活，當(dāng)轉(zhuǎn)入40℃的水浴鍋中保溫時，酶活性也不再恢復(fù)，故無催化反應(yīng)。 ④圖C表示當(dāng)果膠酶濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等一定時，果膠酶催化反應(yīng)的速度隨pH變化的曲線，實驗時可根據(jù)果汁的量來判定果膠酶的最適pH。,答案：(1)果膠 (2)40℃ 最高 (3)單位時間內(nèi)得到的果汁越多，說明此反應(yīng)速度越快，即酶的活性越高，反之，則酶的活性越低 (4)①受反應(yīng)物中酶濃度的限制 ②果膠酶的活性隨溫度升高而增大 超過最適溫度，酶的活性隨著溫度升高而降低 ③反應(yīng)速度加快 無催化反應(yīng) ④果汁的量,【延伸探究】 (1)上題表中果汁量最多的是不是就一定是果膠酶的最適溫度？如何更精確地探究果膠酶的最適溫度？ 提示：不一定。在產(chǎn)生果汁最多的溫度附近設(shè)置更小的溫度梯度(如5℃、1℃等)進一步實驗。 (2)題中的步驟Ⅰ能否省略？為什么？ 提示：不能。步驟Ⅰ保證了果膠酶和蘋果泥混合前處于相同溫度，避免混合時溫度不同對實驗結(jié)果的影響。,2.葡萄收獲的季節(jié)性較強，并且不易運輸，易造成積壓，腐爛變質(zhì)。為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將其加工制作成果汁、果酒、果醋等。下面是簡單的生產(chǎn)流程圖，結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題。,(1)果膠酶的使用過程①中，需要對酶的活性、酶的用量進行研究。 在甲、乙兩條曲線中，果膠酶活性受環(huán)境因素影響的變化曲線 是 ；乙曲線中縱軸還可以用 來表示。 自變量X可以代表 ；自變量Y可以代表 。,(2)果膠酶的最適用量是上圖中的 點對應(yīng)的量。 (3)③→⑤過程中不用滅菌一般也不會受到雜菌的污染，原因是 。 (4)果酒和果醋的制作過程相比，從發(fā)酵條件來看，二者不同之處是 。,【解析】(1)果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，每一種酶的最適pH和最適溫度是一定的。衡量實驗結(jié)果的指標(biāo)有兩種，一種是果汁的量，另一種是果汁的澄清度。(2)果膠酶的最適用量是過濾得到果汁澄清度最高時對應(yīng)的最小酶量，B點后酶量增加而澄清度不再增加，因此B點對應(yīng)的量為最適用量。(3)缺氧條件不利于大多數(shù)細菌的生存，同時酒精有殺菌作用。(4)酒精發(fā)酵為無氧發(fā)酵，醋酸發(fā)酵為有氧發(fā)酵。,答案：(1)甲 過濾得到的果汁體積 溫度、pH等 果膠酶的濃度(或用量) (2)B (3)培養(yǎng)液中缺氧環(huán)境及酵母菌產(chǎn)生的酒精能抑制絕大多數(shù)細菌的生長繁殖 (4)酒精發(fā)酵需要無氧條件，醋酸發(fā)酵需要充足的氧氣,3.(2012·廣東高考)食品種類多，酸堿度范圍廣。生物興趣小組擬探究在食品生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關(guān)文獻，得知：,(1)pH對不同蛋白酶的活力影響有差異。據(jù)圖可知， 更適宜作為食品添加劑，理由是 。 蛋白酶的活力可用 來表示。,(2)該蛋白酶的提取工藝流程如下：,興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結(jié)果顯示，酶保護劑濃度在0.02 mol/L～0.06 mol/L范圍內(nèi)，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內(nèi)，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化，并確定以此為探究課題。請擬定該課題名稱，設(shè)計實驗結(jié)果記錄表。,【解題指南】(1)題干關(guān)鍵詞：“食品種類多，酸堿度范圍廣”。 (2)圖中關(guān)鍵信息：木瓜蛋白酶保持活力的pH范圍最廣。 (3)探究目的：對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化。,【解析】(1)結(jié)合圖形和文字可知，在題目中已經(jīng)提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應(yīng)該有較廣的酸堿適應(yīng)范圍，從圖中可以看出木瓜蛋白酶的適應(yīng)范圍最廣，所以可以選作食品添加劑。酶的活力一般用酶催化的底物消耗量或者產(chǎn)物的生成量來表示。 (2)實驗設(shè)計時應(yīng)該明確實驗?zāi)康模@里的實驗?zāi)康氖翘骄棵副Ｗo劑的最適濃度和提取液的最適pH，所以我們可以將酶保護劑的濃度和提取液的pH作為自變量，因變量為單位時間內(nèi)底物的消耗量。,答案：(1)木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶的活力基本不受pH的影響 單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量 (2)課題：探究酶保護劑的最適濃度和提取液的最適pH,考點三 固定化酶和固定化細胞技術(shù) 1.直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較：,2.固定化酶和固定化細胞的常用方法：,3.固定化酵母細胞并發(fā)酵產(chǎn)生酒精： (1)實驗流程及注意事項：,(2)海藻酸鈉溶液的濃度對包埋酵母細胞數(shù)量的影響。 ①濃度過高，將很難形成凝膠珠。 ②濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)量少。,【高考警示】固定化技術(shù)的兩點提醒 (1)固定化技術(shù)對酶的影響：固定化酶改變了酶的存在狀態(tài)，不改變酶的特性，因此利用固定化酶仍要嚴格控制溫度、pH等環(huán)境條件，以利于酶發(fā)揮作用。 (2)正確理解固定化酶的優(yōu)點：固定化酶能夠連續(xù)使用，但不是永久使用。酶是具有生物活性的大分子，因此隨著使用次數(shù)的增多，酶活性也會降低，如果酶活性降低到一定程度，就會失去使用價值。,【考題回訪】 (2014·浙江高考改編)下面是關(guān)于固定化酶和細菌培養(yǎng)實驗的問題，請回答： (1)某興趣小組欲利用固定化酶進行酶解淀粉的實驗(已知糊精遇KI-I2溶液顯紅色)，分組見下表。,將吸附了α-淀粉酶的石英砂裝入柱中后，需用蒸餾水充分洗滌固定化酶柱，以除去 。按上表分組，將配制好的淀粉溶液加入固定化酶柱中，然后取一定量的流出液進行KI-I2檢測。若流出液呈紅色，表明有 生成，若各組呈現(xiàn)的顏色有顯著差異，則流出液中淀粉水解產(chǎn)物濃度最高的是 組。,(2)下列關(guān)于上述固定化酶實驗的敘述，錯誤的是 。 A.固定化酶柱長度和淀粉溶液流速決定了酶柱中酶的含量 B.淀粉溶液流速過快會導(dǎo)致流出液中含有淀粉 C.各組實驗所用的淀粉溶液濃度應(yīng)相同 D.淀粉溶液的pH對實驗結(jié)果有影響,(3)現(xiàn)有一份污水樣品，某興趣小組欲檢測其中的細菌數(shù)，進行以下實驗。將一定量的污水樣品進行濃度梯度稀釋。取適量不同稀釋度的稀釋液，用 法分別接種于固體平面培養(yǎng)基上，經(jīng)培養(yǎng)后進行計數(shù)。該實驗應(yīng)注意，接種前，從盛有 的容器中將玻璃刮刀(涂布器)取出，放在酒精燈火焰上灼燒，冷卻后待用；分組時，需用 作為對照。,(4)在上述細菌培養(yǎng)實驗中進行計數(shù)時，應(yīng)計數(shù)的是接種了 。 A.各個稀釋度樣品的培養(yǎng)基上的細菌數(shù) B.合理稀釋度樣品的培養(yǎng)基上的細菌數(shù) C.各個稀釋度樣品的培養(yǎng)基上的菌落數(shù) D.合理稀釋度樣品的培養(yǎng)基上的菌落數(shù),【解題指南】(1)題干關(guān)鍵詞：“固定化酶”“細菌培養(yǎng)”“接種”“計數(shù)”。 (2)隱含信息：酶量對淀粉水解反應(yīng)的影響、pH等環(huán)境因素對酶活性的影響、底物淀粉與酶接觸面積對反應(yīng)速率的影響、微生物培養(yǎng)時防止雜菌污染的方法等。,【解析】本題主要考查固定化酶應(yīng)用的相關(guān)知識。 (1)題表中固定化酶柱長度代表所用固定化酶量的大小，長度越大酶柱中所含酶越多；淀粉溶液的流速決定了反應(yīng)物與酶柱中酶相互接觸的時間長短，流速越小，淀粉與酶越能充分接觸而反應(yīng)。淀粉遇KI-I2溶液顯藍色，而流出液中顯示紅色，說明大分子淀粉在酶的作用下水解。從表中可知，丙中酶柱較長，淀粉流速較小，最適合酶促反應(yīng)，反應(yīng)速率最快。,(2)設(shè)計實驗應(yīng)遵循對照原則、單因子變量原則，所以每組實驗中淀粉溶液濃度應(yīng)相同、溶液的pH均應(yīng)保持在淀粉酶的最適pH條件下，所以C、D項正確。淀粉溶液流速過快，酶與底物不能充分反應(yīng)，流出的可能是沒有水解的淀粉，故B項正確。酶柱中酶的含量由酶柱長度決定，但是酶在反應(yīng)前后保持不變，所以淀粉溶液流速不能決定酶的含量，因此A項錯誤。 (3)本實驗所接種細菌為不同稀釋度的菌液，而不是挑取菌落接種，應(yīng)用稀釋涂布分離法(涂布分離法)。微生物培養(yǎng)為防止雜菌污染需在無菌條件下進行，常用的消毒滅菌方法有：①消毒法：煮沸、巴氏消毒法、化學(xué)試劑消毒法(70%酒精)；②滅菌法：灼燒滅菌、干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌。,(4)測定微生物數(shù)量的方法：①直接計數(shù)法，此法利用特定細菌計數(shù)板或血細胞計數(shù)板，在顯微鏡下計算一定容積的樣品中微生物數(shù)量，但不能區(qū)分細菌死活；②間接計數(shù)法，常用的是稀釋涂布平板計數(shù)法，需將待測樣品制成均勻的系列稀釋液，盡量使樣品中微生物細胞分散開，為防止偶然性，應(yīng)計數(shù)合理稀釋度樣品培養(yǎng)基上的菌落數(shù)，菌落易于觀察。通過以上分析可知D項正確。 答案：(1)未吸附的α-淀粉酶 糊精 丙 (2)A (3)稀釋涂布分離(涂布分離) 70%酒精 未接種的培養(yǎng)基 (4)D,【加固訓(xùn)練】 1.(2015·濟南模擬)為了探究啤酒酵母固定化的最佳條件，科研人員研究了氯化鈣濃度對固定化酵母發(fā)酵性能的影響，結(jié)果如下圖。請回答：,(1)與利用游離酵母生產(chǎn)啤酒相比，利用固定化酵母的優(yōu)點有 。 (2)本實驗結(jié)果表明，隨氯化鈣濃度的增大，凝膠珠機械強度 。 (3)結(jié)合發(fā)酵性能分析，制備凝膠珠適宜的氯化鈣濃度為 。當(dāng)氯化鈣濃度過高時，發(fā)酵液中的糖度升高，酒精度下降，發(fā)酵受 到影響，原因是__________________________________________ _________________________________________________ 。,(4)用海藻酸鈉作載體包埋酵母細胞，溶解海藻酸鈉時最好采用 的方法，以防發(fā)生焦糊。溶化好的海藻酸鈉 溶液應(yīng) 后，再與已活化的酵母細胞充分混 合。若海藻酸鈉濃度過低，會導(dǎo)致 ， 固定效果大大降低。,【解題指南】解答本題的關(guān)鍵點： (1)凝膠珠完整率反映凝膠珠的機械強度。 (2)糖度或酒精度的變化反映了固定化細胞的性能。 (3)最理想的凝膠珠應(yīng)能夠使糖大量轉(zhuǎn)化成酒精。,【解析】(1)與游離酵母相比，固定化酵母細胞既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，還可以反復(fù)利用。因此利用固定化酵母細胞既可以降低生產(chǎn)成本，又能提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 (2)由圖中曲線可知，氯化鈣濃度增大，凝膠珠完整率增加，由此推測凝膠珠機械強度隨氯化鈣濃度增大而增大。,(3)由圖中曲線可知，氯化鈣濃度為2.0 mol·L-1時，酒精度最高，說明氯化鈣濃度為2.0 mol·L-1時，制備的凝膠珠最有利于發(fā)酵。當(dāng)氯化鈣濃度過高時，發(fā)酵液中的糖度高，酒精度低，說明不利于酒精發(fā)酵，原因可能是凝膠珠機械強度過大，通透性降低，影響糖進入顆粒內(nèi)部。 (4)溶解海藻酸鈉時易發(fā)生焦糊，因此加熱時必須用小火或間斷加熱。溶化好的海藻酸鈉應(yīng)冷卻至室溫后再加入活化的酵母細胞，否則將殺死酵母細胞。若海藻酸鈉濃度過低，會導(dǎo)致酵母細胞從顆粒中漏出，固定效果大大降低。,答案：(1)可多次使用、便于產(chǎn)物分離、提高產(chǎn)品質(zhì)量等(意思對即可) (2)增大 (3)2.0 mol·L-1 凝膠珠機械強度過大，通透性降低，影響糖進入顆粒內(nèi)部 (4)小火或間斷加熱 冷卻至室溫 酵母細胞從顆粒中漏出,2.20世紀(jì)50年代，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個生產(chǎn)領(lǐng)域，到了20世紀(jì)70年代又發(fā)明了固定化酶與固定化細胞技術(shù)。請回答： (1)在實際生產(chǎn)中，固定化酶技術(shù)的優(yōu)點是____________________ 。與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞技術(shù) 固定的是 ，與固定化酶相比，固定化細胞技術(shù)的優(yōu)點是 _______________________________________________________ ________________________________________________________。,(2)制備固定化酵母細胞利用的方法是下圖中的[ ]_______(填出號碼及名稱)。常用的載體是 。,(3)制備固定化酵母細胞時，充分混合均勻的酵母細胞溶液可在飽和 溶液中形成凝膠珠。部分同學(xué)實驗制得的凝膠珠不是圓形或橢圓形，其主要原因是____________________________________________ _______________________________________________________。,【解析】(1)固定化酶技術(shù)將酶固定于不溶于水的載體上，實現(xiàn)了酶的回收利用，并且還能提高產(chǎn)品品質(zhì)(產(chǎn)品中不含酶)；固定化細胞技術(shù)是將活細胞固定起來，成本更低，操作更容易，且可以催化一系列化學(xué)反應(yīng)。 (2)制備固定化酵母細胞應(yīng)采用包埋法，圖中①②③依次表示化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法和包埋法。包埋法制備固定化酵母細胞常用的載體是海藻酸鈉。 (3)海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合后需要利用CaCl2固定，海藻酸鈉溶液濃度偏高會導(dǎo)致凝膠珠不是圓形或橢圓形。,答案：(1)可以回收利用，提高產(chǎn)品品質(zhì) 活細胞 成本更低，操作更容易，且能催化一系列化學(xué)反應(yīng) (2)[③]包埋法 海藻酸鈉 (3)CaCl2 海藻酸鈉溶液濃度偏高,3.下圖為制備固定化酵母細胞用于葡萄酒、葡萄醋生產(chǎn)的流程圖，請分析回答：,酵母細胞活化 ↓ 配制CaCl2溶液 ↓ 配制海藻酸鈉溶液 ↓ 海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 ↓,,,,,固定化酵母細胞 ↓ 發(fā)酵葡萄汁 ↓ 葡萄酒 ↓ 葡萄醋,,,,,(1)本實驗采用的是包埋法，而制備固定化酶則不宜用此法，原因是 。 實驗過程中用CaCl2溶液處理的目的是________________________ ________________________________________________________。 (2)在利用葡萄酒制作葡萄醋時，除控制好溫度等條件外，還要注意控制氣體條件，因為醋酸菌是 (填“需氧”或“厭氧”或“兼性厭氧”)型細菌。,(3)天然釀酒酵母通常缺乏分解淀粉的酶類，用作發(fā)酵原料的淀粉需經(jīng)一系列復(fù)雜過程轉(zhuǎn)化為葡萄糖才能被利用。研究者從某絲狀真菌中獲取淀粉酶基因，再通過 技術(shù)對目的基因大量擴增后，將其插入質(zhì)粒以構(gòu)建 ， 并導(dǎo)入釀酒酵母菌體內(nèi)，以期得到能迅速分解淀粉的釀酒酵母菌。 (4)為篩選出能高效利用淀粉的轉(zhuǎn)基因釀酒酵母菌，將該工程菌接種在 的固體平板培養(yǎng)基上，培養(yǎng)一段時間后，加入碘液，選擇 的菌落進一步純化培養(yǎng)。,【解析】(1)由于酶分子小，易從多孔性物質(zhì)中漏出，因此多使用化學(xué)結(jié)合法與物理吸附法固定化，而細胞體積大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而應(yīng)用包埋法固定。 (2)醋酸菌的新陳代謝類型是異養(yǎng)需氧型，因此醋酸發(fā)酵需要不斷通入氧氣(空氣)。 (3)在對酵母菌進行遺傳改造時，擴增目的基因的技術(shù)是PCR技術(shù)。插入目的基因的質(zhì)粒稱為基因表達載體。,(4)為了篩選能高效利用淀粉的轉(zhuǎn)基因釀酒酵母菌，培養(yǎng)基中應(yīng)富含淀粉。在富含淀粉的培養(yǎng)基中加入碘液后，培養(yǎng)基會變藍，而在分解淀粉的酵母菌菌落周圍，淀粉被酵母菌利用，就會形成不變藍的透明圈，并且透明圈的大小與酵母菌分解淀粉的能力呈正相關(guān)。 答案：(1)酶分子很小，容易從包埋材料中漏出 Ca2+與海藻酸鈉反應(yīng)形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠(使凝膠珠形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)) (2)需氧 (3)PCR 基因表達載體 (4)富含淀粉 透明圈大,