高考生物专题强化训练：14生物技术实践（含解析）

十四　生物技术实践
(30分钟　100分)
1.(12分)(2021·宝鸡一模)陕西汉中泡菜味道咸酸,口感脆生,香味扑鼻,一年四季都可以制作,但制作条件十分讲究。请回答下列有关泡菜制作的问题:
(1)为了缩短泡菜制作时间,有人会将盐水煮沸冷却后加入少量陈泡菜液,盐水煮沸并冷却的目的是　　　　,加入陈泡菜液的目的是　。
(2)推测从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内,泡菜坛中的pH变化是　　　　　　。若制作出的泡菜“咸而不酸”,最可能的原因是　。
(3)为统计泡菜制作过程中乳酸菌的活菌数,可采用　　　　　　　　法,该方法统计得到的结果一般较实际值　　　　　(填“偏大”或“偏小”),原因是　
　　　　　。
(4)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有　　　　、　　　　和　　　　。
【解析】(1)制作泡菜时,所用盐水要煮沸,其目的是消毒杀菌,为了缩短制作时间加入少量陈泡菜液,目的是增加乳酸菌数量。(2)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内,由于乳酸菌进行无氧呼吸产生乳酸,泡菜液逐渐变酸,并且随着乳酸菌数量的增加,泡菜液的酸性会逐渐变强,故泡菜坛中的pH变化是逐渐下降。在制作的过程中,如果加盐过多,会抑制乳酸菌发酵,从而制作出的泡菜“咸而不酸”。(3)为统计泡菜制作过程中乳酸菌的活菌数,可采用稀释涂布平板法,该方法统计得到的结果一般较实际值偏小,因为当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。(4)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有温度、食盐用量、腌制时间等。
答案:(1)杀灭杂菌(或去氧保证无氧环境)　增加乳酸菌数量
(2)逐渐下降　盐加入过多,抑制了乳酸菌发酵
(3)稀释涂布平板　偏小　当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落
(4)温度　食盐用量　腌制时间
2.(14分)(2021·西安二模)请分析回答下列有关生物技术实践的问题:
(1)在测定亚硝酸盐含量的操作中,取泡菜样液及一系列已知浓度的亚硝酸盐分别与化学物质发生显色反应,然后通过　　　　　　　,可以估测出泡菜样液中亚硝酸盐的含量。
(2)在生产高果糖浆的过程中,若直接用固定化葡萄糖异构酶处理麦芽糖,能否得到高果糖浆 　　　　,原因是　 　　　　。
(3)加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料,其主要原因是　　　　　。
(4)微生物实验中的材料或用具需要消毒或灭菌,其中玻璃器皿可选用的灭菌方法有　　　　　和　　　　。
(5)血红蛋白提取和分离实验中,洗涤好的红细胞在　　　　　和　　　　　的作用下破裂,释放出血红蛋白。
【解析】(1)在测定亚硝酸盐含量的操作中,取泡菜样液及一系列已知浓度的亚硝酸分别与化学物质发生显色反应,然后通过比色,可以估测出泡菜样液中亚硝酸盐的含量。(2)由于葡萄糖异构酶具有专一性,因此在生产高果糖浆的过程中若直接用固定化葡萄糖异构酶处理麦芽糖,不能得到高果糖浆。(3)加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料,其主要原因是丝质及羊毛衣料所含的蛋白质会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解,从而破坏(损伤)衣料。(4)微生物实验中的材料或用具需要消毒或灭菌,其中玻璃器皿可选用的灭菌方法有高压蒸汽灭菌和干热灭菌。(5)血红蛋白提取和分离实验中,洗涤好的红细胞在甲苯和蒸馏水的作用下破裂,释放出血红蛋白。
答案:(1)比色　(2)不能　葡萄糖异构酶具有专一性
(3)丝质及羊毛衣料中所含的蛋白质会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解,从而破坏衣料　(4)高压蒸汽灭菌　干热灭菌　(5)甲苯　蒸馏水
　　　　　　【技巧点拨】三方面理解亚硝酸盐含量的测定
(1)方法:比色法。
(2)原理: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。
(3)步骤:配制溶液→制备标准显色液→制备样品处理液→比色。
3.(15分)(2021·梅州一模)随着生物科学的发展,微生物的应用范围在生活中越来越广泛。例如:微生物在酒类酿造、食品发酵、药物研发和污水处理等方面都扮演重要角色。请回答下列关于微生物的问题:
(1)培养微生物的培养基的营养成分一般都有水、无机盐、　　　　、　　　　等。此外,还要满足微生物生长对pH、温度、湿度、氧气及特殊营养物质的需求。灭菌后的培养基在平板倒好后,需要随机选取若干个平板先行培养一段时间 ,这样做的目的是　 　　　　　　　。
(2)滤膜法常用来检测饮用水中的大肠杆菌是否超标,这种测定方法的主要原理是大肠杆菌的代谢产物能与培养基中添加的伊红美蓝反应,使菌落颜色为　　　　　。若要长时间保藏大肠杆菌,可采用的方法是　　　　　。
(3)果醋已经成为我们日常生活中饭桌上的常用饮料,具有一定的保健功能。果醋在发酵过程中利用的菌种主要是　　　　　,其能产生多种酶,通过　　　　技术将其制作成商品重复使用。
【解析】(1)培养微生物的培养基的营养成分一般都有水、无机盐、碳源、氮源等。此外,还要满足微生物生长对pH、温度、湿度、氧气及特殊营养物质的需求。灭菌后的培养基在平板倒好后,为了检验培养基灭菌是否合格(无菌检查),通常需要随机选取若干个平板先行培养一段时间 ,观察是否有菌落出现。(2)滤膜法常用来检测饮用水中的大肠杆菌是否超标,该测定方法依据的原理是大肠杆菌的代谢产物能与培养基中添加的伊红美蓝反应,使菌落颜色呈现黑色,从而便于辨别计数。若要长时间保藏大肠杆菌,可采用的方法是甘油管藏法。(3)果醋已经成为我们日常生活中饭桌上的常用饮料,具有一定的保健功能。果醋制作利用的菌种为醋酸菌,醋酸菌为需氧型微生物,在有氧条件下能将乙醇氧化成乙醛,再进一步氧化成乙酸,在糖源充足的情况下,醋酸菌能将糖直接氧化为乙酸。醋酸菌产生的多种酶可通过固定化酶(或固定化细胞)技术将其制作成商品重复使用,固定化酶的优点是既能重复使用,又能与产品分离,降低生产成本。
答案:(1)碳源　氮源　检验培养基灭菌是否合格(无菌检查)
(2)黑色　甘油管藏法
(3)醋酸菌　　固定化酶(或固定化细胞)
4.(14分)花青素是目前发现的最有效的抗氧化剂,也是最强效的自由基清除剂。研究发现,花青素易溶于水、甲醇、乙醇等溶剂,但在中性或碱性溶液中不稳定,在60 ℃以下热稳定性较好。如图为某研究小组尝试采用萃取的方法提取植物细胞中花青素的流程图。请据图回答有关问题:
(1)操作中通常用纤维素酶和　　　　　　进行酶解,以加速细胞破裂释放花青素。其中纤维素酶至少包含三种组分,因此该酶是一种　　　　　　。
(2)萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和　　　　　,用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去　　　　　　　　,否则会影响花青素的品质。
(3)花青素粗品通常采用真空干燥(可使水的沸点降至40 ℃)的方法除去水分,不宜采用加热烘干的原因是 　　　　　　　。
(4)若要通过比色法测定粗品中的花青素含量,首先将　　　　　　分别加入一定浓度的乙醇溶液中制成颜色深浅不同的系列标准显色液;然后称取一定量的待测样品加入　　　　　　溶液中制成样品处理液;最后通过比色找到与样品处理液颜色　　　　的标准显色液,记录其花青素质量。
【解析】(1)细胞壁的成分为纤维素和果胶,对植物细胞具有保护作用,根据酶的专一性,可用纤维素酶和果胶酶进行酶解,以加速细胞破裂释放花青素。纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶,前两种酶将纤维素分解成纤维二糖,第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。(2)萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量,同时还受到原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等条件的影响。用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去杂质,否则会影响花青素的品质。(3)花青素在60 ℃以下热稳定性较好。因此花青素粗品通常采用真空干燥(可使水的沸点降至40 ℃)的方法除去水分,温度过高会导致其受到破坏。(4)若要通过比色法测定粗品中的花青素含量,标样和待测样品应用同种溶液进行溶解,首先将花青素标样分别加入一定浓度的乙醇溶液中制成颜色深浅不同的系列标准显色液;然后称取一定量的待测样品加入相同浓度乙醇溶液中制成样品处理液;最后通过比色找到与样品处理液颜色最相近的标准显色液,记录其花青素质量,即可代表粗品中的花青素含量。
答案:(1)果胶酶　复合酶
(2)使用量　杂质
(3)花青素在60 ℃以下热稳定性较好,超过60 ℃,花青素易受到破坏
(4)花青素标样　相同浓度乙醇　最相近
5.(14分)2018年世界燃料乙醇产量已接近1 000亿升。丰富且不可食用的各种植物纤维素被作为潜在原料用于乙醇生产。请回答:
(1)利用纤维素分解菌处理可回收垃圾中的废旧纸张以及棉麻衣物等,可将其中的纤维素转化成葡萄糖。纤维素酶是一种复合酶,包括　　　　　　　　　　　　　　　　。如果要将纤维素分解菌中的纤维素酶提取与分离,一般要经历四个步骤,即　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)从土壤中筛选分离纤维素分解菌,常常需要进行　　　　　以增加纤维素分解菌的浓度,确保能够从样品中分离得到所需要的微生物。在鉴别纤维素分解菌时常采用刚果红染色法,接种并培养后,一般保留　　　　　　　　　　　　　　　　的菌落作为进一步筛选鉴定的菌种。
(3)为了能使纤维素酶和酵母菌反复利用,可利用　　　　　技术。明胶、琼脂糖、海藻酸钠等物质常常作为包埋细胞载体的原因是　。
(4)如果用固定有酵母菌细胞的凝胶珠制酒,发酵温度应为　　　　　℃,通气情况为　　　　　。
【解析】(1)纤维素酶属于复合酶,主要包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶三种组分,其中C1酶、CX酶将纤维素分解为纤维二糖,葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖。纤维素酶的化学本质是蛋白质,蛋白质的提取与分离的步骤是样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定。(2)选择培养可以增加纤维素分解菌的浓度。在含有纤维素的培养基中加入刚果红,接种后培养,纤维素分解菌产生的纤维素酶能将纤维素分解,菌落周围就不会有红色复合物,即出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,从而筛选出纤维素分解菌。(3)若要使纤维素酶和酵母菌反复利用,既能与反应物充分接触,又能与产物分离,可采用固定化细胞技术。在固定化细胞实验中,明胶、琼脂糖、海藻酸钠等物质能作为包埋细胞载体,因为这些物质是不溶于水的多孔性材料,便于细胞的包埋。(4)酒精发酵利用的是酵母菌的无氧呼吸,发酵温度控制在18～25 ℃。
答案:(1)C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶　样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定　(2)选择培养　培养基上菌落周围产生透明圈(或透明圈直径与菌落直径的比值最大)　(3)固定化细胞　这些物质是不溶于水的多孔性材料　(4)18～25　无氧条件
6.(15分)(2021·石家庄二模)阿尔茨海默症患者脑组织中出现的淀粉样斑块沉积,是由淀粉样蛋白前体蛋白被γ酶切割后产生的Aβ多肽逐渐聚集形成的。神经学家发现在阿尔茨海默症患者的血液中具有免疫作用的p2微球蛋白浓度较高。请回答下列问题:
(1)从血液中提取和分离p2微球蛋白,用　　　　法进行分离,其中相对分子质量大的蛋白质　　　　　　(填“先”或“后”)洗脱出来,原因是　 　。
(2)研究者计划通过培养转基因细菌来获得大量p2微球蛋白。采用　　　　　　法对细菌培养基灭菌,调节pH应在灭菌之　　　　　　(填“前”或“后”)进行。实验结束时,应选择菌落数在　　　　　　之间的平板进行计数。
(3)γ酶由4条肽链组成,可采用　　　　　法对4条肽链进行分离、纯化及相对分子质量测定。
(4)根据材料,请提出监测阿尔茨海默症的方案:　　　　　　。
【解析】(1)分离p2微球蛋白,用凝胶色谱法进行,由于相对分子质量较大的蛋白质不能进入凝胶颗粒内部通道,只能在凝胶颗粒外部移动,路程短、移动速度较快,故相对分子质量大的蛋白质先洗脱出来。(2)制备培养基的一般步骤为:计算、称量、溶化、调pH、灭菌、倒平板。其中对细菌培养基灭菌,常采用高压蒸汽灭菌法,调节pH应在灭菌之前进行。实验结束时,应选择菌落数在30～300之间的平板进行计数。(3)γ酶由4条肽链组成,对4条肽链进行分离、纯化及相对分子质量测定,可采用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳法。(4)根据材料可知,阿尔茨海默症患者脑组织中出现的淀粉样斑块沉积,是由淀粉样蛋白前体蛋白被γ酶切割后产生的Aβ多肽逐渐聚集形成的,在阿尔茨海默症患者的血液中具有免疫作用的p2微球蛋白浓度较高,故监测阿尔茨海默症就需要监测p2微球蛋白含量变化。
答案:(1)凝胶色谱　先　相对分子质量较大的蛋白质在凝胶颗粒外部移动,路程短、移动速度较快
(2)高压蒸汽灭菌　前　30～300
(3)SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳
(4)监测p2微球蛋白含量变化
　　　【加固训练】
　　(2021·太原二模)肠出血性大肠杆菌是大肠杆菌的一个亚型,可引起感染性腹泻,因能引起人类的出血性肠炎而得名。它有三种抗原结构,即菌体抗原(又叫O抗原)、包膜抗原(又叫K抗原)和鞭毛抗原(又叫H抗原)。肠出血性大肠杆菌感染是一种人畜共患病,患病或带菌动物往往是动物来源食品污染的根源。检测人员对被污染的食物进行了肠出血性大肠杆菌的分离、计数(提示:该大肠杆菌在添加血液的血平板上生长时会破坏菌落周围的红细胞,使其褪色形成透明圈)。请回答:
(1)培养大肠杆菌的肉汤培养基可为微生物提供的主要营养成分有　　　　　　　　　　　　。按照培养基的功能分类,血平板属于　　　　　　培养基。
(2)检测人员称取一定量的被污染食品,在血平板上进行菌体分离、计数,使用的接种方法是　　　,该方法能够计数样品中活菌数的原因是　 　　　。
(3)科研人员利用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳和凝胶色谱法分离三种抗原(若都只含一条肽链),凝胶色谱法分离蛋白质的原理是 　　　。
分离得到的结果如图所示,则在图2中与图1中蛋白质O对应的是　　　　　　。判断的依据是:　 　　　　　。
【解析】(1)肉汤培养基可为微生物提供的营养成分有:碳源、氮源、水和无机盐。根据题干信息可知,该大肠杆菌在添加血液的血平板上生长时会形成透明圈,故血平板属于鉴别培养基。(2)若要对微生物进行计数,应选用稀释涂布平板法接种,在样品的稀释度足够高时,平板上生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌,因此该方法能够计数样品中活菌数。(3)凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法,其原理是相对分子质量小的蛋白质,进入凝胶颗粒内部通道,路程长、移动速度慢,相对分子质量大的则相反。如图1、2是利用电泳法和凝胶色谱法分离三种抗原得到的结果,在电泳过程中,电泳迁移率取决于带电性质差异、分子的大小和形状的不同。从图1的电泳结果分析,三种蛋白质都带负电荷,且阴极在上方,O比K、H移动得快,说明O的相对分子质量比较小,因此洗脱出来的时间比较长,符合图2中的丙。
答案:(1)碳源、氮源、水、无机盐　鉴别
(2)稀释涂布平板法　在样品的稀释度足够高时,平板上生长的一个菌落,会来源于样品稀释液中的一个活菌　(3)相对分子质量小的蛋白质进入凝胶颗粒内部通道,路程长、移动速度慢,相对分子质量大的则相反　丙　从图1的电泳结果分析,三种蛋白质都带负电荷,且阴极在上方,相对分子质量小的跑得最快,所以蛋白质O相对分子质量最小,对应图2中的丙
7.(16分)(能力挑战题)黄芩苷是从黄芩干燥的根中提取的一种黄酮类化合物,研究表明黄芩苷具有抗肿瘤的作用。某研究小组的研究人员从某焦化废水处理系统初曝池活性污泥中分离并筛选出一株有较好氨氮降解能力的菌株 Y1,该菌株同时具有异养硝化和好氧反硝化能力,即在有机物存在的条件下能将水中的 经 氧化为(异养硝化),在溶解氧存在的条件下能将、代谢为 N2(好氧反硝化),实现在同一容器中完成硝化和反硝化作用,在污水处理中具有潜在的优势。研究人员为探究温度对菌株 Y1异养硝化能力的影响,分别向多个98 mL 异养硝化培养基中(成分如表)接入2 mL菌株悬液 Y1,并在不同温度下振荡培养,定时取样检测氨氮浓度,将其结果绘制成坐标曲线(如图所示)。回答下列问题:
成分 含量/(g·L-1)
Na2HPO4·7H2O 7.9
KH2PO4 1.5
MgSO4·7H2O 0.1
琥珀酸二钠(C4H4Na2O4·6H2O) 10.806
(NH4)2SO4 0.943
微量元素溶液 2 mL/L
将上述物质溶解后,用蒸馏水定容至1 L,灭菌后备用(pH7.0～7.5)
(1)研究人员获得纯化菌株 Y1的关键是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)培养基中为菌株 Y1提供碳源的物质是　　　　　　　　　　　　　　　　,进行振荡培养的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)由曲线图可知,温度为　　　℃时,菌株 Y1对氨氮的降解效果明显好于其他组;在10 ℃培养条件下,菌株 Y1对氨氮的降解明显滞后于其他组,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)研究人员欲继续探究温度对菌株 Y1好氧反硝化能力的影响,请分析回答:
①与异养硝化培养基比较,好氧反硝化培养基成分的主要区别是　　　　　　　　　　　　。
②可通过测定不同温度条件下　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　来反映菌株 Y1好氧反硝化能力的大小,进而确定其进行反硝化过程所需的适宜温度条件。
【解析】(1)单菌落的分离,要保证无菌操作,防止外来杂菌入侵的影响。(2)根据培养基的成分分析,只有琥珀酸二钠(C4H4Na2O4·6H2O)含有碳元素,因而由其提供碳源。振荡培养可以使菌株与培养基中的养料充分接触,同时还能够增加培养基的溶氧量,制造有氧的环境,有利于菌株的生长繁殖。(3)分析曲线图:比较几条曲线,30 ℃下的浓度下降最快,说明30 ℃时,菌株 Y1对氨氮的降解效果最好。10 ℃下,曲线下降最慢,可能是低温抑制了有关酶的活性,菌株 Y1生长代谢速度减慢,导致氨氮降解出现一个延滞期。(4)①根据题干信息,好氧反硝化作用是指“溶解氧存在的条件下能将、代谢为 N2”的过程。所以,为了体现菌株Y1的好氧反硝化能力,应以 、为氮源进行培养。②菌株Y1好氧反硝化能力的大小可以通过对原料消耗量(或原料的剩余量)或产物的积累量来表示,即“单位时间内培养基中或和或)的减少量(或单位时间内 N2的增加量)或培养基中(或和或)降解速率”。
答案:(1)防止外来杂菌的入侵　(2)琥珀酸二钠(C4H4Na2O4·6H2O)　增加培养基中的溶氧量、使该菌株与充分接触　 (3)30　低温条件下,酶活性受抑制,生长代谢速度减慢,导致氨氮降解出现一个延滞期
(4)①以(或和或)为氮源　 ② 单位时间内培养基中(或 和或)的减少量(或单位时间内 N2的增加量)或培养基中(或 和或)降解速率
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