高考生物考前知识完善：15、生物技术实践

高考生物考前知识完善
十五、生物技术实践
一、微生物的实验室培养
1．培养基
(1)概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。
(2)营养组成：一般都含有水、碳源、氮源和无机盐。此外，还需要满足微生物生长对pH、氧气以及特殊营养物质的要求。
(3)培养乳酸杆菌时需要在培养基中添加维生素；培养霉菌时需要将培养基的pH调至酸性；培养细菌时需要将pH调至中性或微碱性；培养厌氧微生物时则需要提供无氧的条件。
2．无菌技术
(1)消毒指使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生物(不包括芽孢和孢子)。
(2)灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。
3．大肠杆菌的纯化培养
(1)培养基灭菌后，需要冷却到50 ℃左右时，才能用来倒平板。估计培养基的温度的方法：用手触摸，冷却到刚不烫手为止。
(2)纯化大肠杆菌的方法
①平板划线法是通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。
②稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。
(3)菌种的保存方法
①对于频繁使用的菌种，可以采用临时保藏的方法，接种到试管的固体斜面培养基上，将试管放入4_℃冰箱中保藏。
②对于需要长期保存的菌种，可以采用甘油管藏的方法。
二、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1．实验原理
(1)能合成脲酶的细菌才能分解尿素；脲酶能催化尿素分解成氨。
(2)配制以尿素为唯一氮源的培养基，能够生长的细菌就是能分解尿素的细菌，还要涂布一个牛肉膏蛋白胨培养基，以此说明选择培养基具有筛选作用。
(3)可以用加了酚红指示剂的培养基进行鉴别，氨使培养基的pH升高后，培养基变红。
2．实验流程：土壤取样→配制土壤溶液和制备培养基→梯度稀释→涂布平板与培养→菌落计数。
3．统计菌落数目的方法
(1)稀释涂布平板法(活菌计数法)，至少要涂布3个平板，最后求取平均值，还要设置一个未接种的培养基作为对照，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。统计菌落数往往比活菌的实际数目低。
(2)显微镜直接计数法，观察酵母菌的数量的动态变化用抽样检测法。
三、分解纤维素的微生物的分离
1．纤维素酶的组成：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、葡萄糖苷酶。
2．纤维素分解菌的筛选
(1)筛选方法：刚果红(CR)染色法，即通过透明圈大小来筛选纤维素分解菌。
(2)培养基：以纤维素为唯一碳源的选择培养基。加入刚果红后是鉴别培养基。
四、酶的研究与应用
1．果胶是植物细胞壁及胞间层的主要组成成分之一，是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。在果汁加工中，果胶不仅影响出汁率，还会使果汁浑浊。
2．果胶酶能分解果胶，从而能提高出汁率并使果汁变得澄清。食品工业中的果胶酶主要来源于霉菌发酵生产。
3．果胶酶将果胶分解成半乳糖醛酸(溶于水)。果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
4．酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或生成物的增加量来表示。
5．加酶洗衣粉中的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
6．提高酶的利用率的技术：固定化酶技术。
7．固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法、物理吸附法。
8．固定化酵母细胞的操作中，海藻酸钠的作用：作包埋剂，包埋酵母菌。CaCl2的作用：作凝固剂，与海藻酸钠反应形成凝胶珠。
五、蛋白质的提取和分离
1．蛋白质分离的依据：蛋白质各种特性的差异，如分子形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等。
2．蛋白质分离的方法：凝胶色谱法、电泳法。
3．凝胶色谱法也称分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。
4．凝胶实际上是一些微小的多孔球体，大多是由多糖类化合物构成的，如葡聚糖或琼脂糖。小球体内部有多贯穿的通道，当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢，故后洗脱出来；而相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快，故先洗脱出来。
5．电泳法：带电离子在电场的作用下发生迁移的过程。电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离(可在一定的pH下，让生物大分子如多肽、核酸等具有可解离的基团，带上正电或负电)。
6．SDS作用：SDS能使蛋白质发生完全变性，解聚成单条肽链，因此测定的结果只是单条肽链的分子量；SDS能与各种蛋白质形成蛋白质—SDS复合物，SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有电荷量，因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。
7．蛋白质的提取和分离一般分为四步：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。
8．血红蛋白的分离一般用凝胶色谱法。
9．红细胞的洗涤：血液＋柠檬酸钠→低速短时离心→吸出上层血浆→红细胞＋5倍体积生理盐水→缓慢搅拌10 min→低速短时离心→吸出上清液→反复洗涤直至上清液无黄色。
10．凝胶色谱柱装填时注意
(1)凝胶装填时尽量紧密，以降低凝胶颗粒之间的空隙。
(2)装填凝胶柱时不得有气泡存在，气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。
六、植物芳香油的提取
1．水蒸气蒸馏法
(1)原理：水蒸气可将挥发性较强的芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分出油层和水层。
(2)方法：水中蒸馏：原料放在沸水中加热蒸馏；水上蒸馏：原料隔放在沸水上加热蒸馏；水气蒸馏：利用外来高温水蒸气加热蒸馏。
(3)不足：有些原料不适宜于水中蒸馏，如柑橘、柠檬等原料易焦糊，有效成分会水解。通常用压榨法(通过机械压缩力将液相物从液固两相混合物中分离出来的一种简单操作)。
(4)玫瑰精油的提取
①氯化钠溶液的作用：增加水层密度，促进油和水分离。
②无水硫酸钠的作用：吸收油层中的水分。
③注意事项：蒸馏时间不能太短，温度不能太高。
2．压榨法：橘皮精油的提取
(1)橘皮精油的主要成分：柠檬烯，主要分布在橘皮中。
(2)石灰水浸泡：防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率，降低压榨液黏稠度，过滤不堵塞筛眼。
(3)小苏打、硫酸钠：促进油与水的分离(用量分别为橘皮质量的0.25%和5%)。
3．萃取法
(1)原理：芳香油易溶于有机溶剂，溶剂挥发后得到芳香油。
(2)溶剂：如石油醚、酒精、乙醚等。
(3)不足：有机溶剂中的杂质影响芳香油的品质。
七、胡萝卜素的提取(萃取法)
1．胡萝卜素的性质：橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。
(1)分类：依据碳碳双键的数目划分为α、β、γ三类。其中最主要的组成成分为β-胡萝卜素。
(2)作用：①治疗夜盲症、幼儿生长发育不良、干皮症等疾病；②常用于食品色素；③使癌变细胞恢复成正常细胞。
(3)提取β-胡萝卜素的方法主要有三种：①从植物中提取；②从大面积养殖的岩藻中获得；③利用微生物的发酵生产。
2．萃取剂：(1)水溶性有机溶剂：乙醇、丙酮等；(2)水不溶性有机溶剂：石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳等。
萃取胡萝卜素的有机溶剂应具有较高的沸点(加热萃取时不易挥发)，能够充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶。此外，还要考虑萃取效率、对人的毒性、是否易燃、有机溶剂能否从产品中完全除去等问题。最理想的萃取剂是石油醚。
3．影响萃取的因素
(1)主要因素：萃取剂的性质和使用量。
(2)次要因素：原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等。
(3)一般来说，原料颗粒小，萃取温度高，时间长，需要提取的物质就能够充分溶解，萃取效果就好。萃取前，要将胡萝卜进行粉碎和干燥。
4．胡萝卜素的提取
(1)萃取过程应该避免明火加热，采用水浴加热，这是因为有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸。
(2)为了防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装回流冷凝装置。
(3)萃取液的浓缩可直接使用蒸馏装置。在浓缩之前，还要进行过滤，除去萃取液中的不溶物。
5．鉴定：纸层析法
(1)滤纸：18 cm×30 cm。
(2)基线：滤纸下端距底边2 cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点。
(3)点样：用最细的注射器针头(毛细吸管)吸取标准样品和提取样品，分别在A、D和B、C点进行点样。
(4)等滤纸上的点样液自然挥发干后，将滤纸卷成圆筒状，置于装有1 cm深的石油醚的密封玻璃瓶中。等各种色素完全分开后，取出滤纸，让石油醚自然挥发后，观察标准样品中位于展开剂前沿的胡萝卜素层析带。
6．乙醇和丙酮不能用于胡萝卜素的萃取，原因是乙醇和丙酮是水溶性有机溶剂，萃取中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它们作萃取剂。
7．在石油醚、醋酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这几种有机溶剂中，石油醚的沸点最高，在加热萃取时不易挥发，所以石油醚最适宜用作萃取剂。