选修一《生物技术实践》高考复习资料_详尽

(共52张PPT)
选修1《生物技术实践》
2012年高考考试说明知识内容
1-1微生物的利用
（1）大肠杆菌的培养和分离
（2）分离以尿素为氮源的微生物
1-2酶的应用
（1）果汁中的果胶和果胶酶
（2）α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测
1-3生物技术在食品加工中的应用
（1）果酒及果醋的制作
（2）泡菜的研制和亚硝酸的测定
1-4浅尝现代生物技术
植物的组织培养
1、进行大肠杆菌的扩增，利用液体培养基进行细菌培养的操作。
2、进行大肠杆菌的分离，用固体平面培养基进行细菌的划线培养。
一、基本要求：
说明大肠杆菌培养的条件和操作要求的原理。
二、发展要求：
锁定：（1）培养基的配比与制作
（2）无菌技术
（3）接种之平板划线操作
（4）菌落观察
实验1大肠杆菌的培养和分离
一、基础知识：
（二）培养基
培养基（培养液）是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养液。
（1）按物理状态分：固体培养基和液体培养基、半固体培养基。其中固体培养基用于菌种保存及分离、鉴定菌落、活菌计数等，半固体培养基可观察微生物的运动，液体培养基常用于发酵工业。
（2）按功能分：选择培养基和鉴别培养基。
（3）按成分分：天然培养基和合成培养基。
1.培养基的类型和用途
2.不同的微生物往往采用不同的培养基配方，
基本营养要素：水、碳源、和氮源、 无机盐营养物质，
还要考虑的因素？ PH、渗透压等
按照培养基的用途划分
种类 制备方法 用途 例子
选择培养基
鉴别培养基
培养基中加入某种化学物质
培养基中加入某种指示剂或化学药品
从众多微生物中分离所需的微生物
鉴别不同种类的微生物
加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌
伊红－美蓝培养基可鉴别大肠杆菌
按培养基的组成成分 、按培养基的物理状态、按培养基
的用途（功能）分类
1、培养基的划分：
概念 来源 最常用来源 作用
碳源
凡能为微生物提供所需碳元素的营养物质
无机碳源：CO2NaHCO3等
有机碳源：糖类脂肪酸、花生粉饼、石油等
糖类、尤其是葡萄糖
1、主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物
2、异养微生物的营养物质
2.微生物需要的五大类营养（主要是碳源和氮源）
概念
来源
最常用来源
作用
氮源
凡能为微生物提供所需氮元素的营养物质
无机氮源：N2、氨、铵盐、硝酸盐等
有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白栋、氨基酸等
铵盐、
硝酸盐
主要用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物
此外，还需要无机盐、水分和生长因子（如维生素等）
天然培养基有血清、血浆、和组织提取液（如鸡胚和牛胚浸液）。
优点：营养成分丰富，培养效果好
缺点：来源受限;成分复杂，影响对某些实验产物的提取和实验结果的分析;易发生支原体污染;
根据细胞生存所需物质的种类和数量，用人工方法模拟合成的。
合成培养基主要成分是氨基酸、维生素、碳水化合物、无机盐和其它一些辅助物质。
优点：标准化生产，组分和含量相对固定;成本低
缺点： 缺少某些成分，不能完全满足体外细胞生长需要。
合成培养基
天然培养基
按照培养基的组成成分划分
细菌分类
细菌
革兰氏阳性菌
革兰氏阴性菌
对青霉素更为敏感。
金黄色葡萄球菌、炭疽芽孢杆菌、链球菌等
大肠杆菌（兼性厌氧）
二、无菌技术
1.无菌技术的概念
无菌操作泛指在培养微生物的操作中，所有防止杂菌污染的方法。
2.消毒与灭菌的区别
消毒：利用化学或物理方法，杀死大部分致病微生物的过程。
灭菌：以化学剂或物理方法消灭所有微生物，包括所有细菌的繁殖体、芽孢、霉菌及病毒，而达到完全无菌之过程。
(2)灭菌的方法：
1、灼烧灭菌
2、高压蒸汽灭菌：1Kg/cm2 压力、121 ℃下维持15min。
3 、过滤灭菌
4、紫外光灭菌
1、煮沸消毒法:100℃煮沸5-6min
2、巴氏消毒法：70-75 ℃下煮30min或 80 ℃ 下煮15min
3、化学药剂消毒法:用75%酒精、新洁尔灭等进行皮肤消毒;氯气消毒水源
4、紫外线消毒……
(1)消毒的方法：
3.常用的消毒与灭菌的方法
1、培养基配制
灭菌：高压蒸汽灭菌：1Kg/cm2 压力、121 ℃下维持15min
细菌培养基：蛋白胨和酵母提取物来配制，还有加入一定量的氯化钠，以维持一定的渗透压，PH:中性偏碱。
霉菌：一般用无机物配制或添加蔗糖的豆芽汁，PH:中性偏酸。
尿素（加热会分解）：用G6玻璃砂漏斗过滤，121 ℃下用纸包灭菌
培养基分装到各三角瓶、试管和培养皿等不能沾到培养基，否则容易发生污染
实验中所需的棉花不能用脱脂棉，因脱脂棉易吸水，吸水后容易引起污染
2、倒平板
将灭菌后冷却到600C的LB固体培养基，在酒精灯火焰旁倒入灭菌过的培养皿中，制备培养基平板
3、微生物接种
将大肠杆菌从斜面接种到LB液体培养基中在酒精灯火焰旁操作，接种前先冷却。在370C，每分钟200转的摇床中振荡培养12h
接种环：灼烧灭菌
4、分离：划线分离法、涂布分离法
划线分离法（方法简单）：用接种环取振荡培养后的菌液，只在菌液中蘸一次，在固体培养基平板上划线，由于划线过程中接种环上的菌液逐渐减少，因此划线最后部分的细菌间距离加大，每个细菌细胞产生一个菌落。
若在划线的末端出现不连续的单个菌落，表明菌已被分离。
涂布分离法（单菌落更易分开，操作复杂）：需将培养的菌液稀释，玻璃刮刀（灼烧灭菌），有20个以内的单菌落为合适。
将培养皿倒置，防止培养基水分散失，空气中杂菌沉降。370C恒温培养箱中培养12~24h，观察菌落；
5、菌种的保存：在无菌下将单个菌落用接种环取出，再用划线法接种在斜面上，370C培养24h，置于40C冰箱中保存。
1.培养基灭菌后，需要冷却到60 ℃左右时，才能用来倒平板。你用什么办法来估计培养基的温度？
答：可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉锥形瓶的温度下降到刚刚不烫手时，就可以进行倒平板了。
2.为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？
通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。
3.平板冷凝后，为什么要将平板倒置？
4.在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？
答：平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高，将平板倒置，既可以使培养基表面的水分更好地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
答：空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生，因此最好不要用这个平板培养微生物。
5.为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？
答：操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。
6.在灼烧接种环之后，为什么要等其冷却后再进行划线？
以免接种环温度太高，杀死菌种。
7.在作第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？
划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
实验2 分离以尿素为氮源的微生物
锁定：（1）土壤选取的要求：有哺乳动物排泄物的地方
（2）选择培养基的配制原则
（3）涂布分离法
难点:稀释涂布分离法的操作过程和原理，实验关键是无菌操作，具体要求见实验1。本实验以LB全营养培养基与尿素固体培养基为对照，通过观察两者的细菌菌落数说明能利用尿素的细菌在土壤菌群中较少。这两种培养基在配制时均要用琼脂糖代替琼脂使之固化。另外，由于尿素在高温下会分解，所以对尿素溶液的灭菌要采用G6玻璃漏斗过滤的方法。在尿素固体培养基中还要加入酚红，这是一种酸碱指示剂，有脲酶的细菌菌落周围会出现着色的环带。
实验4 果汁中的果胶和果胶酶
锁定：
（1）果胶酶作用原理
（2）酶活性的定义：酶活性的高低一般用什么标表示？
（3）设计探究温度和pH对果胶酶活性的影响
（4）设计探究果胶酶的用量
（5）把实验数据转化成曲线图
注重实验探究
在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。
实验用具和材料：磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等；苹果、质量分数为2％的果胶酶溶液、蒸馏水等。
植物细胞壁主要成分果胶、纤维素，也是植物汁液中的主要成分，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。山楂（山里红）的果实中果胶含量最多。果胶是很好的凝固剂，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶，其最终产物是半乳糖醛酸，与制取果汁有关，同时使用这两种酶可使果汁澄清。有些微生物（如黑曲霉、米曲霉、苹果青霉等）都可以用于生产果胶酶，培养曲霉可用麸曲法，也可用液体培养法，需要添加果胶作为诱导物。
【课题一】
探究果胶酶催化果胶水解的最适pH。
实验方法及步骤：
(1)将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。
(2) 分别向编号为l～7的7个100 mL洁净的烧杯中各加入20ml苹果泥
之后，下面两种操作：
方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6、…、10。
方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、6、…、 10 ，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
(1)请问上述哪一种方法更科学
理由是： 。
(2)该实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使
，以减少实验误差。
方法二。方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH
酶和反应物（果胶）充分接触
[课题二]
探究果胶酶催化果胶水解的最适温度。
1．实验原理
果胶酶受温度的影响，处于最适温度，活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
2．写出实验流程
(1)将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。
(2) 分别向编号为l～9的9个100 mL洁净的烧杯中各加入20ml苹果泥
（3）将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的温度分别调至0℃、10 ℃ 、20 ℃ 、…、 80 ℃ ，再把温度相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合后，放置一段时间。
(4)过滤后测量记录果汁体积（量）
3．制作用于记录结果的表格
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80
出汁量/ml
[课题三]
探究果胶酶催化果胶水解的最适用量
实验流程
(1)准确称取纯的果胶酶1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg、7 mg、8。mg、9 mg，配制成相等体积的酶的水溶液，取等量放人9支试管中，依次编号为1～9号[也可只配制一个浓度的酶液，只是使用体积(量)不同]。制取苹果泥并称45 g苹果泥，分装入9支试管中，每支试管中分装5 g，依次编号为1～9号。
(2)将上述试管放人37℃的恒温水浴中平衡内外温度。
(3)一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水浴中，约20 min。
(4)过滤后测量记录果汁体积。
(5)实验分析说明
②实验结果与分析
③如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，实验操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶的特性的了解，以横坐标表示pH，纵坐标表示(果汁体积或出汁量)，画出实验结果的坐标曲线；以横坐标表示果胶酶的用量，纵坐标表示(果汁体积或出汁量)，画出实验结果的坐标曲线。
如果随着酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。
实验6 α-淀粉酶的固化及淀粉水解作用的检测
锁定：（1） α-淀粉酶的作用及检测
（2）固定化酶、直接用酶催化的优缺点比较。
（3）（用简易装置）实验操作
反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量
处理：引入固定化酶技术应用实例----反应柱生产高果糖浆图示及原理。
生产流程
含淀粉的浆液
α-淀粉酶
糊精
糖化酶
葡萄糖
葡萄糖异构酶
葡萄糖的异构化
42%～45%转化成果糖
果葡糖浆
果糖和葡萄糖分离
葡萄糖再次异构化
反复多次
果糖含量70%～90%
高果糖浆
淀粉
糊精
石英砂
α淀粉酶
反应柱
分布着小孔的筛板
类型 优点 不足
直接使用酶 催化效率高，低耗能、低污染等 对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量
固定化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的
讨论：直接使用酶、固定化酶催化的优缺点？
实验8 果酒及果醋的制作
锁定：
（1）实验原理
（2）发酵条件控制：温度、pH、O2等因素。
（3）微生物生长规律（联系必修3酵母菌数量变化的有关知识）
（4）实验设计（包括实验装置的分析）
一 果酒制作的原理
（1）酵母菌属于 生物，它的代谢类型是 。
（2）“有氧”条件下 酵母菌呼吸作用方式及场所
（3）“无氧”条件下 酵母菌呼吸作用方式及场所
真核
异养兼性厌氧
C6H12O6+6O2+6H2O → 6CO2+12H2O+能量
酶
C6H12O6 →2C2H5OH+2 CO2+能量
酶
（5）当乙醇浓度超过 时，酵母菌死亡。
菌种来源：
（4）果酒制作的菌种来源：
16％
任务1：写出制作果酒的实验流程并注意发酵条件
任务2：如何利用自带的饮料瓶和桌面的材料，自制发酵装置
二 实验流程及装置
通过自主学习完成下列两个任务
高锰酸钾浸泡
制备酵母悬液
混合密封
榨汁
冲洗沥干
酒精发酵
过滤
蔗糖？温水？
温度？
装入量？
？
保存
含糖？
酒精含量？
提高？
1 人工接种发酵
（一）实验流程
挑选葡萄
2 自然发酵
混合密封
榨汁
酒精发酵
过滤
洗前or洗后去梗
清水冲洗1-2次
保存
冲洗沥干
挑选葡萄
（二） 发酵装置设计
缺点？
如何解决？
设计的优点？
三 实验操作
分组、分工（分别做自然发酵和人工接种酵母发酵实验）
实验结果记录：设计表格用于记录实验现象
制醋装置的分析
乙：发酵瓶
甲：800ml酒水混合物
锯末？
200mL酒水混合物+适量醋杆菌
丙瓶：收集果醋
空气
甲
乙
丙
发酵液的出口
脱脂棉？
制醋原理：氧气充足，缺少糖源
C2H5OH + O2 CH3COOH+H2O
醋杆菌
实验10 泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定
锁定：
（1）结合泡菜的腌制实验分析实验过程出出现的现象及一些操作处理的作用。
（2）说出定量测定亚硝酸盐含量的实验方法（标准液比色法）。
发酵前期：蔬菜刚入坛时，表面带入的微生物，主要是以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃，它们进行异型乳酸发酵。（发酵产物中除乳酸外，还有其他，如乙醇、CO2等称异型乳酸发酵）和微弱的酒精发酵产生较多的乳酸、酒精、醋酸和二氧化碳等，二氧化碳以气泡从水槽内放出，逐渐使坛内形成嫌气状态。
发酵中期：由于前期乳酸的积累，pH下降，嫌气状态的形成，乳酸杆菌活跃进行同型乳酸发酵（发酵产物中只有乳酸，称为同型乳酸发酵），乳酸积累pH达3.5~3.8.大肠杆菌、酵母菌、霉菌等的活动受到抑制。这一期为完全成熟阶段，泡菜有酸味且清香品质最好。
发酵后期：继续进行乳酸发酵，乳酸积累达1.2％以上时，乳酸杆菌的活性受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。
了解发酵进程
4、为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？
1、加入白酒有什么作用？
2、用水封闭坛口起什么作用？不封闭有什么结果？
3、为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？
分析思考：
实验11 植物的组织培养
锁定：
（1）植物组培的基本过程（联系选修3有关知识，注意区别）
（2）植物激素的调节对组培的影响（联系必修3第1章有关知识）
（3）MS培养基配制和无菌操作（结合前面有关微生物培养的实验）
外植体
愈伤组织
根、芽
植物体
脱分化
再分化
植物组织培养的过程
（分化）
（未分化）
（分化）
条件？
特点？
①适宜温度、光照、 pH和无菌环境。
②无机、有机成分和植物激素（生长素，细胞分裂素）
无定形状态
薄壁细胞
液泡小、高度液泡化
排列疏松、无规则
细胞核大
分化程度低去分化较易
根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉？
特点？
无机成分
水
大量元素
微量元素
氮： 铵态氮、硝态氮混合
磷： 磷酸盐
钾： 钾盐
钙、硫、镁
铁、硼、锰、锌、铜、钼、钴、氯
有机成分
培养基的配制
① 含N物质：包括维生素和氨基酸
② 碳源
（配制母液，用时稀释）