专题十一生物技术实践专题突破练1．白色污染属于全球性的环境问题，为了治理白色污染，我国科学院研究团队首次发现了能够高效降解聚氨酯(PU)塑料的新菌种，并把该菌种命名为塔宾曲霉菌，在塔宾曲霉菌的作用下，两周就可见塑料生物降解过程，两个月后其培养基上的塑料聚合物基本消失。这项成果为土壤污染处理和生态修复提供了新的线索，也为处理塑料垃圾开辟了新途径。请回答下列问题：(1)在进行微生物的培养时需要用到培养基，若要对该菌种进行扩大培养，需要使用________培养基；若要分离、纯化该菌种，需要使用__________培养基；若要筛选该菌种，则需要使用以________________为唯一碳源的选择培养基。(2)若要测定样品溶液中该菌种的数目，可将100mL含该菌种的样品溶液稀释104倍后，取0.1mL稀释液均匀涂布在选择培养基表面，测得菌落数的平均值为240个，且空白对照组平板上未出现菌落，则100mL原菌液中含有塔宾曲霉菌________个。与血细胞计数板计数法相比，试分析该方法的优缺点：______________________________________________________________________________________________________(优缺点各答一个)。(3)请你结合该菌株的特性对处理塑料垃圾给出一条合理建议：_______________。答案 (1)液体 固体 聚氨酯(PU)塑料 (2)2.4×109 优点：能够只计数活菌数目；缺点：统计的活菌数目往往比实际数目低 (3)在垃圾填埋场喷洒塔宾曲霉菌菌液解析 (1)液体培养基具有可以进行通气培养、振荡培养等优点。在通气或在振荡的条件下可增加供氧量，增加微生物对营养物质的吸收，有利于细胞生长，提高微生物数量。因此若要对该菌种进行扩大培养，需要使用液体培养基；分离纯化微生物需要使用固体培养基；若要筛选该菌种，则需要使用以聚氨酯(PU)塑料为唯一碳源的选择培养基。(2)每毫升(mL)样品中的菌株数＝(C÷V)×M，其中，C表示某稀释度下的平板上生长的平均菌落数，V表示涂布平板时所用的稀释液的体积，M表示稀释倍数。把数据代入此公式可求出每毫升样品中的菌株数，即每毫升样品中的菌株数＝(C÷V)×M＝240÷0.1×104＝2.4×107，因此100mL原菌液中含有塔宾曲霉菌2.4×107×100＝2.4×109个。与血细胞计数板计数法相比，其优点是能够只计数活菌数目；缺点是统计的活菌数目往往比实际数目低。6\n(3)结合该菌株的特性对处理塑料垃圾的建议：由于塔宾曲霉菌能够降解塑料，因此可以在垃圾填埋场喷洒塔宾曲霉菌菌液，以便于其能降解塑料，减少白色污染。2．酸奶是牛奶、羊奶或马奶经过发酵制成的一种食品，其发酵原理与泡菜制作非常相似。为了研究影响酸奶发酵效果的因素，某小组在A、B两容器中加入一定量的鲜牛奶，将等量的甲、乙两菌种(都能产生乳酸)分别接入其中并混匀，密封后再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在6h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：(1)制作酸奶和泡菜与制作果酒相比，相同点是________________________。上述实验过程中可能会影响酸奶品质的操作是_____________________________________________，为什么？_______________________________________________。(2)在家庭制作葡萄酒时，容器瓶的盖子选下列哪种？________________(填“有螺旋可旋转的”或“密封不可开启的”)，为什么？____________________________________。(3)在制作酸奶时，人们还会在鲜奶中加一定量的蔗糖，其原理是_______________。发现6h内的酸奶发酵效果越来越好，无法确定发酵的最佳时间。若要确定最佳发酵时间，可以__________________________________________________________。有人提供的自制酸奶信息表明：酸奶制作时间可长可短，有的季节2～3小时即可，有的季节需要10～12小时。影响发酵效果的非生物因素可能是________________________。答案 (1)都是利用微生物在无氧条件下进行无氧呼吸定期取样观测发酵效果 因为打开瓶盖取样，可能会造成杂菌污染 (2)有螺旋可旋转的 因为酒精发酵会产生较多的二氧化碳，有螺旋可旋转的瓶盖拧松可排出二氧化碳气体，有利于发酵的持续进行 (3)为乳酸菌提供乳酸发酵所需的原料，改善口感 延长发酵时间，观测发酵效果以找到最好的发酵效果所对应的时间 温度解析 (1)酸奶可用多种鲜奶制作，和泡菜制作的原理一样，都是乳酸发酵，即都是利用微生物在无氧条件下进行无氧呼吸。制作酸奶的过程中，定期取样观测发酵效果须在无菌条件下进行(或进行无菌操作)。打开瓶盖取样时，外界空气进入发酵液，有可能会造成杂菌污染，进而影响酸奶品质。(2)制作果酒的原理是酵母菌的酒精发酵，即在无氧条件下将葡萄糖分解为酒精和CO2；在果酒发酵过程中产生较多的二氧化碳需及时排出，才有利于发酵的持续进行。可见，在家庭制作葡萄酒时，容器瓶的盖子应选择有螺旋可旋转的，其原因在于：有螺旋可旋转的瓶盖拧松可排出二氧化碳气体，有利于发酵的持续进行。6\n(3)在制作酸奶时，人们在鲜奶中加一定量的蔗糖，一方面是为乳酸菌提供乳酸发酵所需的原料，另一方面是改善口感。要确定酸奶发酵的最佳时间，可以延长发酵时间，观测发酵效果，找到最好的发酵效果所对应的时间。依题意可知：不同的季节，酸奶制作的时间不同，说明影响发酵效果的非生物因素可能是温度。3．豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：(1)该实验的自变量是____________、____________。(2)若发酵菌为好氧菌，则发酵容器内__________(填“上层”“中层”或“下层”)大豆的发酵效果比较好。(3)32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间的延长直线上升。为确定最佳发酵时间，需要__________发酵时间，观测发酵效果，发酵效果__________时对应的时间即为最佳发酵时间。(4)从大豆到豆豉的过程中，大豆中的成分会发生类似腐乳制作过程中的变化，即蛋白质转变为______________，脂肪转变为______________，直接原因是发酵菌产生了__________________。答案 (1)菌种 发酵时间 (2)上层 (3)延长 最好(4)氨基酸和多肽 脂肪酸和甘油 蛋白酶和脂肪酶解析 (1)由题干信息可知，导致发酵效果不同的因素包括：两桶中的不同菌种及每桶发酵的时间差异，即该实验的自变量是菌种和发酵时间。(2)好氧菌在氧气充足的条件下发酵较好。若发酵菌为好氧菌，因发酵容器的上层氧气较为充足，所以发酵容器内上层大豆的发酵效果比较好。(3)由于32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间的延长直线上升，因此，不能据此得出最佳发酵时间。若要得出最佳的发酵时间，则需要延长发酵时间，观测发酵效果，发酵效果最好时对应的时间即为最佳发酵时间。(4)腐乳制作过程中，蛋白质转变为氨基酸和多肽，脂肪转变为甘油和脂肪酸，直接原因是发酵菌产生了蛋白酶和脂肪酶。4．泡菜是我国传统发酵食品之一，回答下列与泡菜制作相关的问题：(1)制作泡菜时，乳酸菌发酵第一阶段的产物有________________。(2)某同学用新鲜的泡菜滤液分离纯化乳酸菌时，需用________对泡菜滤液进行梯度稀释，进行梯度稀释的理由是____________________。测定乳酸菌活菌数目通常用的接种方法是____________________。6\n(3)下图为乳酸菌的数量、乳酸的含量、亚硝酸盐的含量随时间变化的曲线，三幅图①～③的纵轴表示的含义依次为________、________、________。(4)研究发现，第8～10天的泡菜，酸爽可口，更适于食用，原因是_______________________________________________________________________________________。答案 (1)丙酮酸和[H] (2)无菌水 泡菜滤液中菌的浓度很高，直接培养很难分离得到单菌落 稀释涂布平板法 (3)乳酸菌的数量 亚硝酸盐的含量 乳酸的含量 (4)乳酸菌发酵不断产生乳酸，pH值下降，使泡菜酸爽可口；亚硝酸盐含量较低，更适于食用解析 (1)制作泡菜时，乳酸菌进行无氧呼吸产生乳酸。乳酸菌发酵第一阶段的产物有丙酮酸和[H]。(2)由于泡菜滤液中菌的浓度很高，直接培养很难分离得到单菌落，所以欲从泡菜滤液中分离纯化乳酸菌时，需用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释。测定乳酸菌活菌数目通常用的接种方法是稀释涂布平板法。(3)在发酵初期，先有需氧菌活动，当产生厌氧环境时，乳酸菌才开始活动，乳酸菌和乳酸的量较小，由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐的含量有所增加；发酵中期，由于乳酸菌产生大量乳酸，其他菌的活动受到抑制，此时乳酸菌数量达到高峰，乳酸的量继续积累，由于硝酸盐还原菌的活动受到抑制，同时形成的亚硝酸盐又被分解，因而亚硝酸盐含量下降；发酵后期，由于乳酸的积累，酸度继续加大，乳酸菌的活动开始受到抑制，乳酸菌数量下降，乳酸的量继续积累，硝酸盐还原菌的活动完全被抑制。因此，三幅图①～③的纵轴表示的含义依次为乳酸菌的数量、亚硝酸盐的含量、乳酸的含量。(4)第8～10天的泡菜，酸爽可口，更适于食用的原因是乳酸菌发酵不断产生乳酸，pH值下降，使泡菜酸爽可口；亚硝酸盐含量较低，更适于食用。5．长春花植物中含有复杂的生物碱，其中长春花碱是目前应用最广泛的天然植物抗肿瘤药物之一，提取方法如下：长春花干燥粉碎→纤维素酶处理→加入pH为4.0的酸中→恒温水浴→加碱调pH至8.0→四氯化碳萃取。回答下列问题：(1)长春花干燥粉碎后再用纤维素酶处理的原因是______________________________。(2)纤维素酶是一类复合酶，实验室常用__________法鉴别微生物是否产生纤维素酶。6\n(3)长春花碱微溶于水，易溶于酸中，由此推测，后续提取加碱的目的是_______________。(4)四氯化碳的沸点为76.8℃，长春花碱的沸点为211～216℃，由此推测，四氯化碳萃取后，除去四氯化碳获得纯净的长春花碱的方法是________________________________________________________________________。(5)本实验中纤维素酶在不同pH和温度处理后，提取得到的长春花碱含量如图所示，a、b、c曲线最大值对应的温度均为50℃，原因是____________________________________________________________________________________________________________；从酶的功能特性考虑，为了提取更多的长春花碱，需要提供的条件是____________________________________________________________________________(至少回答出3点)。答案 (1)增大纤维素与纤维素酶的接触面积，提高纤维素的降解率 (2)刚果红染色 (3)让溶解于酸中的长春花碱析出 (4)加热至76.8～211℃之间的某温度，蒸发除去四氯化碳 (5)在不同pH条件下，纤维素酶的最适温度均为50℃，该温度下纤维素酶活性最高，提取的长春花碱含量最多 适宜的温度、pH和纤维素酶用量解析 (1)长春花为植物，其细胞存在由纤维素组成的细胞壁，长春花干燥粉碎后再用纤维素酶处理，可以增大纤维素与纤维素酶的接触面积，提高纤维素的降解率。(2)纤维素酶是一类复合酶，实验室常用刚果红染色法鉴别微生物是否产生纤维素酶。(3)由于长春花碱微溶于水，易溶于酸中，后续提取加碱可以让溶解于酸中的长春花碱析出。(4)由于四氯化碳的沸点为76.8℃，长春花碱的沸点为211～216℃，四氯化碳萃取后，可利用两者之间的熔沸点区别，即加热至76.8～211℃之间的某温度，蒸发除去四氯化碳，即可获得纯净的长春花碱。(5)本实验中纤维素酶在不同pH和温度处理后，三条曲线最大值对应的温度均为50℃，说明在不同pH条件下，纤维素酶的最适温度均为50℃。在该温度下纤维素酶活性最高，提取的长春花碱含量最多。长春花植物中含有复杂的生物碱，提取长春花碱需要用到纤维素酶，从酶的功能特性考虑，为了提取更多的长春花碱，需要提供适宜的纤维素酶用量。又由于温度与pH会影响到酶的活性，因此还需提供适宜的温度和pH。6\n6．提取植物有效成分时，不同的有机物具有不同的理化特性，所采用的提取方法也不同。分析下列提取植物有效成分的实验，回答相关问题：(1)蔷薇花精油是由蔷薇花提炼而成。可以清热解毒，清洁皮肤，还能净化心灵。下面是某同学设计的提取蔷薇花精油的实验流程：图中的A表示________________过程，加入的甲物质是________，乙物质是________________。B过程的目的是___________________________。(2)提取柠檬精油时，不用上述提取蔷薇花精油的方法，原因是______________________。为了提高出油率，需将柠檬皮干燥去水，并用__________浸泡。(3)胡萝卜素化学性质比较稳定，易溶于有机溶剂，可采用萃取法提取。萃取时选择的有机溶剂应具有的特点是________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。(4)提取胡萝卜素的萃取装置要在加热瓶口安装回流冷凝装置，其目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)水蒸气蒸馏 NaCl 无水Na2SO4 除去无水Na2SO4 (2)水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题 石灰水 (3)具有较高的沸点、能够充分溶解胡萝卜素、不与水混溶 (4)防止加热时有机溶剂挥发解析 (1)分析“提取蔷薇花精油的实验流程”图可知：A表示水蒸气蒸馏过程，加入的甲物质是NaCl，乙物质是无水Na2SO4。B过程是过滤，其目的是除去无水Na2SO4。(2)由于柠檬精油的有效成分在水中蒸馏过程中会发生部分水解，同时水中蒸馏会导致原料焦糊问题，因此一般采用压榨法提取柠檬精油。为了提高出油率，需将柠檬皮干燥去水，并用石灰水浸泡。(3)用萃取法提取胡萝卜素时，所选用的萃取剂应具有较高的沸点、能够充分溶解胡萝卜素且不与水混溶等特点。(4)因萃取剂为有机溶剂，易燃、易挥发，所以萃取过程中宜采用水浴方式加热；为了防止加热时有机溶剂挥发，萃取装置要在加热瓶口安装回流冷凝装置。6
