酵母细胞的固定化
一、固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产
1．反应原理：葡萄糖葡萄糖异构酶,果糖。
2．生产过程
二、固定化酶和固定化细胞技术
1．概念：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。
2．固定方法[连线]
3．常用载体：包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
4．优点
(1)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用。
(2)固定化细胞制备成本更低，操作更容易。
三、固定化酵母细胞的实验操作
1．活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。
2．配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
3．溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
4．在CaCl2溶液中形成的凝胶珠需在CaCl2溶液中浸泡30_min左右。
1．制备固定化酵母细胞，常用的载体和固定方法依次是( )
A．海藻酸钠、化学结合法
B．氯化钙、物理吸附法
C．海藻酸钠、包埋法
D．氯化钙、化学结合法
解析：选C 酵母细胞体积大，难以用化学结合法和物理吸附法，宜采用包埋法固定。固定化细胞应当选用不溶于水的多孔性载体材料，常用的是海藻酸钠。
2．海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解，采用的最好的加热方法是( )
A．快速加热 B．持续高温加热
C．小火或间断加热 D．灼烧加热
解析：选C 溶解海藻酸钠时需加热，旨在加速其溶解，但是务必要避免温度过高，使其焦糊，应用小火或间断加热。
3．下面制备固定化酵母细胞的正确步骤是( )
①配制CaCl2溶液 ②配制海藻酸钠溶液 ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 ④酵母细胞的活化 ⑤固定化酵母细胞
A．①②③④⑤ B．④①③②⑤
C．④⑤②①③ D．④①②③⑤
解析：选D 制备固定化酵母细胞的正确步骤为酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
4．目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用中面临的实际问题的是( )
A．酶对有机溶剂不敏感，但对高温、强酸、强碱非常敏感
B．加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境
C．固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性
D．酶的催化功能很强，但需给予适当的营养物质才能较长时间维持其作用
解析：选C 酶对有机溶剂也非常敏感；普通洗衣粉中含有P，更容易污染环境；酶发挥催化作用时不需要提供营养物质。
5．酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛应用于各个领域，下列叙述正确的是( )
A．用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶，但嚼服后会失去疗效
B．固定化酵母细胞的常用方法是吸附法，这种方法对酵母细胞活性影响最小
C．固定化酶的应用中，要控制好pH、温度、溶解氧和营养条件
D．固定化细胞用于生产胞外酶和分泌到胞外的产物
解析：选A 消化酶的本质是蛋白质，能被消化道中的水解酶水解；固定化酶和固定化细胞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、化学结合法和物理吸附法；固定化酶的应用中，不需要营养条件且与溶解氧无关，但要控制好pH、温度；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用，无分泌到胞外的产物。
1．固定化酶或固定化细胞的方法
名称
原理
图示
包埋法
将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法
化学结
合法
利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上，分为交联法、共价结合法、离子结合法
物理吸
附法
通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上
2.直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
比较项目
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类
一种或几种
一种
一系列酶
制作方法
－
化学结合固定化、
物理吸附固定化
包埋法固定化
是否需要营养物质
否
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列
反应底物
各种物质(大分子、
小分子)
各种物质(大分子、
小分子)
小分子物质
优点
催化效率高，低耗能、
低污染等
①既能与反应物接触，
又能与产物分离，
提高了产品质量；
②可重复使用，降低
了成本
成本更低，操作更容易
缺点
①对环境条件非常敏感，易失活；②酶难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列的酶促反应
反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
实例
果胶酶
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞
[题组冲关]
1．下列说法错误的是( )
A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法
B．固定化酶更适合用化学结合法和物理吸附法制备
C．由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定
D．反应物是大分子物质应采用固定化酶
解析：选C 在酶和细胞的固定化技术中，通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法。由于酶分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，因此多使用化学结合法与物理吸附法制备，而细胞个体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采用包埋法制备。
2.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答问题：
(1)请在横线上填出各标号的名称。
①________________，
②________________，
③________________。
(2)固定化酶的优点在于(多选)( )
A．能被重复利用
B．降低生产成本，操作容易
C．有利于提高酶活性
D．有利于产物的纯化
(3)③的作用是______________________________________________。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有__________或____________。
(5)研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从大肠杆菌中得到的三磷酸酯酶固定到尼龙膜上制成酶制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。与微生物降解相比，其作用不需要适宜的( )
A．温度 B．酸碱度
C．水分 D．营养
解析：与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用，反应成本低，操作更容易。使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应液却可以自由流出。制作固定化葡萄糖异构酶的方法有化学结合法和物理吸附法。酶和微生物细胞相比较，二者的正常活动都需要一定的条件，如温度、酸碱度、水分等，但是酶本身是一种大分子物质，不需要营养，而细胞的生活离不开营养物质。
答案：(1)反应柱 固定化酶 多孔筛板 (2)ABD
(3)使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由流出
(4)化学结合法 物理吸附法 (5)D
1．实验操作流程
2．注意事项
(1)酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。
(2)CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠，因此需将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，以便形成稳定的结构。
(3)海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
(4)溶解海藻酸钠时，要用小火或间断加热，并不断搅拌，防止海藻酸钠发生焦糊。
(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。
(6)用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。
(7)在工业生产中，需反复使用固定化细胞，因此必须保证在固定化细胞的制备、应用及提取再利用过程中，严格按照无菌操作要求，避免其他微生物污染。
3．结果分析与评价
(1)观察凝胶珠的颜色和形状：如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。
(2)酵母菌发酵的反应式为C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。如果实验成功，应该有气泡产生，并具有酒味；而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验，则无此现象。
[题组冲关]
3．下列对配制海藻酸钠溶液的叙述，错误的是( )
A．加热制备海藻酸钠溶液是操作中最重要的一环
B．海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量
C．海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠
D．海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少
解析：选C 海藻酸钠的浓度过高，凝胶珠不易形成；海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋的细胞过少。加热制备海藻酸钠溶液是操作中最重要的一环，因为海藻酸钠的浓度影响固定化细胞的质量。
4．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是( )
A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化
B．配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊
C．若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少
D．凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，不影响发酵效果
解析：选D 凝胶珠在CaCl2溶液中需浸泡30 min左右，时间过长或过短都会影响酶的活性，从而影响发酵效果。
5．某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：
①活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；
②配制CaCl2溶液：将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的CaCl2溶液；
③配制海藻酸钠溶液：将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中，配制成溶液；
④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；
⑤固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察凝胶珠形成。
(1)请你改正其中两处错误的操作：
第一处______________________________________；
第二处______________________________________。
(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，目的是____________________________。
(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度________(填“过低”或“过高”)。
解析：(1)海藻酸钠的溶化应用小火或间断加热至完全溶化。溶化冷却后再加入酵母细胞，否则会杀死酵母细胞。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右，目的是让凝胶珠形成稳定的结构。(3)凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明海藻酸钠浓度过低。
答案：(1)③海藻酸钠溶解应用小火或间断加热
④海藻酸钠溶液冷却后再加入酵母细胞
(2)让凝胶珠形成稳定的结构 (3)过低
[随堂基础巩固]
1．下列关于酶和细胞固定化的叙述，错误的是( )
A．酶分子很小，易采用包埋法固定
B．酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定
C．细胞个大，难被吸附或结合
D．细胞易采用包埋法固定
解析：选A 酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定；细胞个大，难被吸附或结合，易采用包埋法固定。
2．下列关于固定化酶和一般酶制剂应用效果的说法，错误的是( )
A．固定化酶生物活性强，可长久使用
B．一般酶制剂应用后和产物混合在一起，产物的纯度不高
C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用
D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产品质量
解析：选A 固定化酶是因为可回收重新利用而可以较长时间使用的，并不是因为生物活性强而可长久使用。单纯从生物活性方面分析，固定化酶与一般酶制剂的活性差别不大。
3．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是( )
A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶
B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物的进入
C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出
D．固定化酶技术复杂，成本较高
解析：选C 生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化酶接触，转化成果糖，从反应柱下端流出，反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。
4．下列关于固定化酶技术的说法，正确的是( )
A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附于载体上，围绕反应物旋转的技术
B．固定化酶技术的优势在于能催化一系列的酶促反应
C．固定化酶中的酶无法重复利用
D．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术
解析：选D 固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用；不足之处是无法同时催化一系列酶促反应。在固定化过程中，固定的是酶而不是反应物。
5．下列关于固定化细胞的说法，错误的是( )
A．固定化细胞技术是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术
B．固定化酶技术是固定化细胞技术的基础
C．一般来说，细胞常采用化学结合法固定化
D．包埋法常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等
解析：选C 细胞个大，酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出，所以酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
6．某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定α-淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验结果如下表所示(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α-淀粉酶量相同)。实验表明1号试管中淀粉未被水解，你认为最可能的原因是( )
比较项目
1号试管
2号试管
固定化淀粉酶
√
普通α-淀粉酶
√
淀粉溶液
√
√
60 ℃保温5分钟，取出冷却至室温，滴加碘液
现象
变蓝
不变蓝
A．实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性
B．淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触
C．水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解
D．实验程序出现错误，试管中应先加入碘液后保温
解析：选B 1号试管中加入的是固定化淀粉酶，由于淀粉分子太大，难以通过琼脂扩散与淀粉酶接触，因而导致反应无法进行，所以加碘液后变蓝。
7．小球藻可用于污水净化，其繁殖能力(生长量)在一定程度上可以反映藻细胞消耗N、P等的能力。科研人员比较游离小球藻和用海藻酸钠固定化后的小球藻生长量变化，结果如图。相关叙述错误的是( )
A．本研究中固定化小球藻采用的方法是包埋法
B．实验中可用CaCl2浸泡凝胶珠使其形成稳定结构
C．结果表明固定化小球藻的生长期较短、生长速率低
D．使用固定化小球藻有利于重复使用且可避免水体二次污染
解析：选C 海藻酸钠固定化一般是包埋法；CaCl2浸泡凝胶珠使其形成稳定结构；由图可知，随着时间的增加，固定化小球藻生长量更大，说明生长速率快；固定化小球藻有利于重复使用且可避免水体二次污染。
8．在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。
(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞技术固定的是________________________。
(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，应使用下图中方法[ ]______(填序号及名称)，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______________________________。
(3)制作固定化酵母细胞时，混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明海藻酸钠溶液浓度________，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目______。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明________________________________。
解析：(1)将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反复使用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。(2)海藻酸钠不能参与化学反应，在高温时容易溶化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图示①为化学结合法，②为物理吸附法，③为包埋法。固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法；固定化酵母细胞适宜用包埋法。(3)凝胶珠是用溶化后冷却的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2 溶液中形成的。如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数目较少，影响实验效果；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再尝试。
答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复使用 多酶系统(或一系列酶、多种酶)
(2)海藻酸钠 [③]包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 (3)CaCl2 偏低 较少 海藻酸钠溶液浓度偏高，制作失败
[课时跟踪检测]
一、选择题
1．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．可用包埋法制备固定化酵母细胞
B．反应产物对固定化酶的活性没有影响
C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
解析：选A 由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法；某些反应产物可能与酶结合，致使酶的结构产生变化，从而改变酶的催化活性；固定化酶实质上是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反复利用，并提高酶稳定性，酶的各项特性保持不变；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用，但如果反应底物是大分子物质，则难以自由通过细胞膜，从而限制固定化细胞的催化作用。
2．下列关于高果糖浆及其制备的叙述，错误的是( )
A．高果糖浆可以认为是高浓度果糖溶液的简称，一般为含果糖42%左右的果糖溶液
B．高果糖浆不会引发肥胖、龋齿等，因此受到人们的青睐
C．果糖是由淀粉或麦芽糖在葡萄糖异构酶的作用下形成的
D．葡萄糖异构酶在最适条件下转化效率最高
解析：选C 高果糖浆制作过程的实质就是在葡萄糖异构酶的作用下，使葡萄糖发生结构上的变化，形成葡萄糖的同分异构体——果糖。一般用的原料是淀粉，淀粉在酶的作用下分解为麦芽糖，再进一步分解为葡萄糖，葡萄糖才是果糖的直接反应物。葡萄糖异构酶的最适温度为60～70 ℃，可使果糖、葡萄糖混合物中的果糖比例高达70%～90%，而果糖比例占42%左右时就可将其混合物称为高果糖浆。
3．(江苏高考)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
解析：选B 固定化酶技术是指将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可实现重复利用。固定化酶发挥作用不需要供氧，溶解氧交换受阻不会成为其应用的限制因素。固定化细胞只能用于生产分泌到细胞外的产物，否则无法获得需要的产物。用凝胶包埋细胞利用的是物理方法。
4．固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生，原因不可能是( )
A．实验瓶盖了塞子
B．瓶内氧气充足，进行了有氧呼吸
C．凝胶珠内可能没有酵母细胞
D．所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质
解析：选A 利用固定化酵母细胞发酵产生酒精的过程需要无氧条件，因此实验瓶盖了塞子不可能是实验失败的原因。
5．下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是( )
A．应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化
B．配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热
C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀
D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形或椭圆形的凝胶珠形成
解析：选B 由于在缺水状态下，酵母菌处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干酵母与蒸馏水混合后，用玻璃棒充分搅拌。为避免海藻酸钠发生焦糊，溶化时要用小火或间断加热。将刚溶化好的海藻酸钠冷却至室温后，与已活化的酵母细胞混合，否则有可能会杀死酵母细胞。应将与酵母细胞混匀的海藻酸钠用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注入。
6．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，错误的是( )
A．与普通酶相同，固定化酶活性的发挥需要适宜的温度和pH
B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要有机营养的供应
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复利用，但酶的活性可能下降
解析：选C 固定化酶的活性受温度、pH等因素的影响；固定化细胞发挥作用受温度、pH和有机营养等因素的影响；固定化细胞所固定的酶是在细胞内起作用的；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，原则上酶的活性不变，但在实际操作中，受环境等因素的影响，酶的活性可能下降。
7．如图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的过程，相关叙述正确的是( )
A．固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要小
B．在生产过程中，通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行
C．在生产过程中，须严格控制好pH、温度、溶解氧等环境因素
D．由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低，此反应柱可持续用于生产
解析：选B 固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要大；反应过程中可通过控制阀调节果糖流出的速率，保证反应充分进行；酶的活性受pH、温度的影响，但不受溶解氧的影响；固定化葡萄糖异构酶可多次重复使用，但一定时间后酶的活性降低。
8．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。图甲、乙、丙为部分研究结果。下列叙述错误的是( )
A．由图甲可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强
B．由图乙可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由图丙可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降
D．固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积
解析：选D 据图甲，温度为45 ℃时，固定化酶的活力很高，而游离酶的活力下降；酶用海藻酸钠固定后，降低了酶与底物的接触面积。
9．下列有关固定化酵母细胞技术的叙述，错误的是( )
A．利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠用作对照
B．制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固
C．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌
D．若最终凝胶珠的颜色泛白，则包埋的酵母细胞偏少
解析：选B 应将制备好的海藻酸钠溶液冷却后，再加入已活化的酵母细胞，否则会把酵母细胞杀死。
10．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需要提供适宜的营养条件
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物
解析：选A 固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显。固定化酶的应用中，要控制好pH、温度，但与溶解氧无关。利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，是酶促反应，没有生物参与，所以不需要提供营养条件。利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类除了作为反应物外，还为酵母细胞提供碳源。
二、非选择题
11．(江苏高考)为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验，流程及结果如下。请回答下列问题：
(1)实验中的海藻酸钠作用是__________________________________________________，
CaCl2的作用是__________________________________________________________。
(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用________洗涤。图1 中1.0%海藻酸钠组培养24 h 后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是________________________。
(3)为探索固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，应选用浓度为________的海藻酸钠制备凝胶球。
(4)图2中空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是________。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48h间Zn2＋浓度下降速度较快的主要原因是____________________；72～96h间Zn2＋浓度下降速度较慢的原因有____________________________________________。
解析：(1)绿球藻为单细胞生物，可用包埋法固定化，实验中海藻酸钠的作用是包埋绿球藻。配制好的海藻酸钠和绿球藻混合溶液需要滴入CaCl2溶液中，与CaCl2反应形成凝胶球，刚形成的凝胶球应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，有利于形成稳定的结构。(2)将固定好的凝胶球用绿球藻的培养液(生理盐水)清洗2～3次，能够洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻的活性。如果包埋绿球藻用的海藻酸钠浓度过低，或形成的凝胶球孔径过大，在培养过程中会有绿球藻从包埋材料中漏出来，使溶液呈绿色。(3)分析图中绿球藻数量变化曲线可知，浓度为2.0%的海藻酸钠对绿球藻的包埋效果最好，凝胶球中包埋的绿球藻数量最多，故应选用该浓度的海藻酸钠制备凝胶球。(4)由Zn2＋浓度变化曲线可知，空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是凝胶对Zn2＋有一定的吸附作用。培养初期，绿球藻生长(增殖)速度较快，导致Zn2＋浓度下降速度较快；培养后期，由于绿球藻生长(增殖)速度减慢、溶液中Zn2＋浓度较低等，Zn2＋浓度下降速度较慢。
答案：(1)包埋绿球藻(包埋剂) 与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂) (2)培养液(生理盐水) 海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大) (3)2.0% (4)凝胶吸附Zn2＋ 绿球藻生长(增殖)速度快 绿球藻生长(增殖)速度减慢，溶液中Zn2＋浓度较低
12．图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题：
(1)图1中X溶液为________，其作用是使______________________________________。
(2)图1中制备的凝胶珠用__________洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是使__________________________。
(3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用________________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液______________后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。
(4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置，将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 ℃下发酵48 h后的酒精产量见表：
海藻酸钠(%)
2
2.5
3
2
2.5
3
2
2.5
3
X溶液(%)
2
2
2
3
3
3
4
4
4
固定化强度
(g/30个)
930
950
990
1 030
1 100
1 140
1 170
1 170
1 160
酒精量(%)
6.7
6.5
6.5
6.7
6.4
6.2
6.7
6.4
6.3
依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，____________增加；用于酒精发酵效果最好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是________、________。
解析：(1)图1为固定化酵母细胞的步骤，X溶液为CaCl2溶液，作用是使胶体聚沉，即使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)图2为发酵过程，因为是无氧呼吸，故搅拌的目的只是增加培养液与酵母菌的接触面积，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸钠时需注意用小火或间断加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀，以防止高温杀死酵母菌。(4)分析表格可知，随着X溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。
答案：(1)CaCl2溶液 海藻酸钠形成凝胶珠
(2)蒸馏水 培养液与酵母菌充分接触
(3)小火(或间断) 冷却至室温
(4)固定化强度 2% 4%
13．下面是某同学所做的生成啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关问题：
实验原理：利用固定化酵母菌分解麦芽汁，生成啤酒。
实验步骤：
第一步：酵母细胞活化。取1 g干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置1 h，使其活化。
第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7 g海藻酸钠，放入另一只50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至10 mL。加热时，注意火候。
第三步：海藻酸钠与酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。
第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液滴加到0.05 mol/L CaCl2溶液中，制成凝胶珠。
第五步：倒去CaCl2溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL麦芽汁溶液，置于25 ℃下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。
(1)酵母细胞活化的作用是______________________________________________。第二步中注意火候指的是______________。第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞，其原因是_______________________________________________。
(2)凝胶珠的组成是海藻酸钠与________________。海藻酸钠的主要作用是________________________________________________________________________。
(3)上述固定化细胞的方法称为________________，形成的凝胶珠颜色为________________色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度________________，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度________________。
(4)与固定化酶相比，该方法的优点是___________________________________。
(5)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的__________________条件下进行，同时要控制适宜的________和________。
解析：(1)酵母细胞活化的作用是让休眠的酵母细胞恢复到正常状态。第二步中注意火候指的是用小火或间断加热，防止海藻酸钠焦糊。为防止高温杀死酵母细胞，第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，然后再加入活化的酵母细胞。(2)凝胶珠的组成是海藻酸钠与酵母细胞。海藻酸钠的主要作用是固定酵母细胞。(3)上述固定化细胞的方法称为包埋法，形成的凝胶珠颜色为浅黄色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度过低；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度过高。(4)与固定化酶相比，固定化细胞的优点是成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定。(5)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的无菌条件下进行，同时要控制适宜的温度和pH，以保证酵母细胞的活性。
答案：(1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态 用小火或间断加热 防止高温杀死酵母细胞
(2)酵母细胞 固定酵母细胞 (3)包埋法 浅黄 过低 过高 (4)成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定 (5)无菌 温度 pH
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(每小题4分，共48分)
1．下列需要采用植物组织培养技术的是( )
①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株 ②获取大量的脱毒苗 ③利用基因工程培育抗棉铃虫的植株 ④单倍体育种 ⑤无子西瓜的快速大量繁殖
A．①②③ B．②③④⑤
C．①②④⑤ D．②③④
解析：选B 多倍体育种是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使其染色体加倍，此过程不涉及组织培养技术。
2．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( )
①细胞的全能性 ②离体的植物器官、组织或细胞
③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A．①，②⑧⑥⑦③⑨，④
B．①，②⑦⑥⑧③⑨，⑤
C．①，⑥②⑨⑧③⑦，⑤
D．①，②⑨⑧⑥⑦③，④
解析：选A 植物组织培养依据的原理是细胞的全能性。培养过程：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成根、芽，最终形成植物体。影响植物细胞脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素，当细胞分裂素与生长素共同使用且比例相当时，能刺激愈伤组织的形成。
3．下列关于果胶酶作用的叙述，错误的是( )
A．分解水果细胞壁中的果胶，从而瓦解细胞壁
B．可将果胶分解成半乳糖醛酸，使果汁变得澄清
C．分解水果细胞壁中的纤维素和果胶
D．可使果汁榨取变得容易，提高出汁率
解析：选C 果胶酶可将果胶分解为半乳糖醛酸，从而使果汁榨取时比较容易，并使果汁变得澄清。要分解纤维素，需要利用纤维素酶。
4．下列说法正确的是( )
A．加酶洗衣粉就是将酶直接加到洗衣粉中
B．目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、蔗糖酶
C．温度、酸碱度和表面活性剂都会影响酶的活性
D．普通洗衣粉只是缺少酶，不会污染环境
解析：选C 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，目前常用的有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶，这些酶的活性会受到温度、酸碱度和表面活性剂的影响。普通洗衣粉中含有磷，会造成水体污染。
5．下列关于固定化技术的叙述，错误的是( )
A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易
B．固定化细胞比固定化酶对酶活性影响更小
C．固定化细胞固定的是一种酶
D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞
解析：选C 在应用操作过程中，固定化细胞固定的是一系列酶，比固定化酶更容易、更便捷，对酶活性影响更小，可使发酵过程变成连续反应过程。
6．下列关于植物组织培养的叙述，错误的是( )
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织的基因组成相同
解析：选D 对于同一株绿色开花植物来说，花粉是通过减数分裂形成的，离体培养获得的愈伤组织细胞和体细胞培养获得的愈伤组织细胞的基因组成不一样，假定该植株的基因型为Aa，花粉培养获得的愈伤组织细胞的基因型为A或a，而体细胞培养获得的愈伤组织细胞的基因型为Aa，二者不一样。
7．探究温度对果胶酶活性影响的实验中，得到如下实验结果。据此分析错误的是( )
温度
(℃)
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
果汁量
(mL)
3.5
4.6
8.6
10.9
12.3
11.7
10.1
5.4
3.9
4.8
5.6
A．实验过程中应先将果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合
B．为了实验结果的科学性，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同
C．应在50～55 ℃之间设置更小温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度
D．该实验结果表明高温能使果胶酶失活，但高温也可能促进果胶分解
解析：选C 实验过程中应先将果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合。为了实验结果的科学性和控制单一变量，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同。实验中的温度梯度跨度较大，要想确定最适温度，需要设置更小温度梯度进行实验；分析数据可知，应在45～55 ℃之间设置更小温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度。高温使酶失活，由表中数据可知，高温可能促进果胶分解。
8．下列有关月季花药培养的叙述，正确的是( )
A．选材时，可以选择单核期以前的花药或开放的花蕾
B．材料消毒时，可用体积分数为90%的酒精浸泡30 s
C．培养过程中，染色体组数目可能变化，需进一步鉴定和筛选
D．接种花药时，不必去除花丝，尽量不要损伤花药
解析：选C 单核期以前的花药、盛开的或略微开放的花，都不宜选作实验材料，应选择完全未开放的花蕾；消毒使用的酒精的体积分数是70%；培养过程中，染色体组数可能变化，需进一步鉴定和筛选；接种花药时，要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。
9．在“探究不同温度条件下加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验中，变量控制方法正确的是( )
A．实验材料的污染程度属于本实验的无关变量，实验过程中不必考虑
B．若采用手洗法进行去污操作，需尽可能保证各组洗涤用力程度、时间等基本相同
C．水温属于本实验的变量，实验过程中必须保证各组实验温度相同且恒定
D．水的用量和布料的大小是成正比的，实验用的布料越大、水量越多，实验效果越好
解析：选B 根据实验的对照原则和单一变量原则，水温是本实验的变量，要有温度梯度，各组实验温度不能相同，其他的无关变量要保持适宜且相同。该实验用的布料、水量要适中，并不是布料越大、水量越多，实验效果越好。
10．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．海藻酸钠溶液浓度过高，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量较少
B．溶解海藻酸钠时最好采用小火或间断加热法
C．将溶化后的海藻酸钠溶液迅速与酵母细胞混合
D．固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器注射到CaCl2溶液中
解析：选B 海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，因高温能杀死酵母细胞；固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
11．下图是植物组织培养的一般过程，相关说法错误的是( )
―→
A．过程a指的是脱分化，过程c指的是再分化
B．此技术依据的原理是植物细胞的全能性
C．若用此技术进行细胞产物的工厂化生产，须将细胞培养到d阶段才行
D．生长素含量高时，有利于根原基的形成
解析：选C 植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性。从图中可以看出，过程a、c分别是脱分化和再分化，b、d是愈伤组织和具有生根发芽能力的胚状体。若用此技术进行细胞产物的工厂化生产，须将细胞培养到愈伤组织阶段。生长素与细胞分裂素的协同调控作用在植物组织培养中非常重要，当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导根原基的形成。
12．(江苏高考)如图为制备人工种子部分流程示意图，下列叙述正确的是( )
A．胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织
B．该过程以海藻酸钠作为营养成分，以CaCl2溶液作为凝固剂
C．可在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，为胚状体提供碳源
D．包埋胚状体的凝胶珠能够隔绝空气，有利于人工种子的储藏
解析：选C 胚状体是愈伤组织在分化培养基上形成的；海藻酸钠用于制作人工种皮，不提供营养物质；为保持胚状体的活性，包埋胚状体的凝胶珠应适当透气。
二、非选择题(共52分)
13．(28分)将基因型为AaBb的水稻(具有24条染色体)的叶肉细胞通过无菌操作接入含有营养成分全面的培养基的试管中，在一定条件下培养形成试管幼苗，其过程如图所示：
(1)图中的①过程为__________，②过程为__________。
(2)在培养基中常常需要加入一定的植物激素，常用的植物激素有____________________。
(3)图中的②过程除供应必要的营养物质和激素外，还需要给予________，因为愈伤组织形成幼小植株后，植物会合成________进行光合作用。
(4)如果B是无病毒植株，则“水稻的某种细胞”应选用__________或__________细胞，这种繁殖方式实际上是_______，培养成的植株的基因型为______________________。
(5)如果某种细胞选用的是水稻花粉细胞，则B称为________植株，基因型可能是____________________，植株特点为__________________________，需用__________处理，使其恢复正常体细胞的染色体数，对应的基因型为______________________________。
解析：(1)植物组织培养的基本过程为：外植体脱分化,愈伤组织再分化,根、芽植物体。(2)培养基中需要加入细胞分裂素和生长素。(3)图中的②过程是再分化，愈伤组织形成幼小植株后必须给予光照，因为叶绿素的形成需要光照。(4)根尖或茎尖细胞不含病毒，因此可用根尖或茎尖通过植物组织培养技术获得脱毒植株，这种繁殖方式属于无性生殖，其培养成的新植株的基因型与母本一致。(5)该水稻的基因型为AaBb，可产生四种花粉：AB、Ab、aB、ab，通过花药培养可获得四种基因型的单倍体植株：AB、Ab、aB、ab。单倍体植株长得弱小，且高度不育，用秋水仙素处理使其染色体加倍后获得可育植株，基因型有AABB、AAbb、aaBB、aabb。
答案：(每空2分，共28分)(1)脱分化 再分化
(2)生长素和细胞分裂素 (3)光照 叶绿素
(4)茎尖 根尖 无性生殖 AaBb
(5)单倍体 aB、ab、Ab、AB 植株弱小，高度不育 秋水仙素 aaBB、aabb、AAbb、AABB
14．(10分)果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，也使得浑浊的果汁变得澄清。请回答下列有关果胶酶的问题：
(1)探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤：
a．用搅拌器制苹果泥；
b．取6个烧杯编号1、2、3、4、5、6，依次注入适量30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃的水，恒温水浴；
c．每一烧杯中放入分别装有等量苹果泥和果胶酶的试管，保温3 min；
d．向每组烧杯的苹果泥中加入相应的等量的果胶酶，振荡试管，反应一段时间；
e．过滤，比较获得苹果汁的体积。
①c中将苹果泥和果胶酶分别装在不同试管中恒温处理的目的是____________________________。
②有人认为该实验缺乏对照，应补充一组果汁和蒸馏水相混合的实验，你认为有没有必要？______________。
③若继续探究果胶酶的最适用量，则在实验过程中温度、________________(列举两条)等因素应保持不变。
(2)由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量较大的酶制剂之一，若通过固定化霉菌细胞生产果胶酶，在配制海藻酸钠溶液时，要注意__________________，否则可能出现焦糊。固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是_________________________________。
解析：(1)探究温度对酶活性影响的实验中，温度是自变量，但为了保证实验的正常进行，必须预先达到实验要求的条件，该实验利用温度梯度作为相互对照，没必要补充果汁和蒸馏水相混合的对照实验。(2)固定化细胞技术操作时为了避免海藻酸钠溶液出现焦糊，要注意用小火或间断加热；由于细胞体积大，不易从包埋材料中漏出，所以一般采用包埋法固定霉菌细胞。
答案：(每空2分，共10分)(1)①保证底物和酶在混合时的温度是相同的 ②没有 ③pH、果胶酶浓度、果泥量(答出两条即可) (2)加热时用小火或间断加热 细胞体积大，不易从包埋材料中漏出
15．(14分)固定化酶技术运用于工业化生产前，需要获得酶的有关参数。如图：曲线①表示某种酶在各种温度下酶活性相对最高酶活性的百分比；曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，由此得到酶的热稳定性数据。请回答下列问题：
(1)与普通酶制剂相比，固定化酶在生产中的优点是____________。
(2)曲线②中，35 ℃和80 ℃的数据点是在________℃时测得的。通过本实验，你对酶的最适温度的认识是______________________________。该种酶固定化后运用于生产，最佳温度范围是________。
(3)研究发现有甲、乙两种物质能降低该种酶的催化效率，该酶催化的底物浓度变化会改变甲物质对酶的影响，而不会改变乙物质对酶的影响。如图是降低酶活性的两种机制模型，符合甲、乙物质对酶影响的模型分别是________、________。
(4)在酶的活性不受抑制时，起始反应速率与底物浓度的关系如图所示。请画出加入甲物质时，起始反应速率与底物浓度之间的关系曲线。
解析：(1)与普通酶制剂相比，固定化酶的优点是可以反复使用。(2)由于曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性而得到的酶热稳定性数据，而酶的最适温度为80 ℃，因此曲线②中数据均为80 ℃时测得的。通过本实验可知，酶的最适温度可以认为是既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间的温度。该种酶固定化后运用于生产，最佳温度范围是60～70 ℃。(3)观察两个模型可知，A模型中抑制剂、底物和酶结合的部位相同，因此底物浓度的变化，可以影响酶的催化效率；B模型中抑制剂与酶结合后，酶的结构发生改变，不能和底物结合，因此底物浓度升高，也不能影响酶的催化效率。故甲、乙物质对酶影响的模型分别对应A和B。(4)根据模型A，加入抑制剂甲后，起始反应速率变小，但是随着底物浓度的增加，起始反应速率加快，但不能超过不加抑制剂时的起始反应速率。
答案：(每空2分，共14分)(1)可以反复使用
(2)80 既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间 60～70 ℃
(3)A B
(4)曲线如图
课件45张PPT。将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法包
埋
法图示原理名称通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上物理
吸附法利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上，分为交联法、共价结合法、离子结合法化学
结合法图示原理名称小分子物质各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)反应底物一系列单一单一或多种催化反应是否否是否需要营养物质包埋法固定化化学结合固定化、物理吸附固定化－
制作方法一系列酶一种一种或几种酶的种类固定化细胞固定化酶直接使用酶比较项目固定化酵母细胞固定化葡萄糖异构酶果胶酶实例反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降不利于催化一系列的酶促反应①对环境条件非常敏感，易失活；
②酶难回收，成本高，影响产品质量缺点成本更低，操作更容易①既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产品质量；②可重复使用，降低了成本催化效率高，低耗能、低污染等优点固定化细胞固定化酶直接使用酶比较项目酵母细胞的固定化
一、选择题
1．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．可用包埋法制备固定化酵母细胞
B．反应产物对固定化酶的活性没有影响
C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
解析：选A 由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法；某些反应产物可能与酶结合，致使酶的结构产生变化，从而改变酶的催化活性；固定化酶实质上是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反复利用，并提高酶稳定性，酶的各项特性保持不变；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用，但如果反应底物是大分子物质，则难以自由通过细胞膜，从而限制固定化细胞的催化作用。
2．下列关于高果糖浆及其制备的叙述，错误的是( )
A．高果糖浆可以认为是高浓度果糖溶液的简称，一般为含果糖42%左右的果糖溶液
B．高果糖浆不会引发肥胖、龋齿等，因此受到人们的青睐
C．果糖是由淀粉或麦芽糖在葡萄糖异构酶的作用下形成的
D．葡萄糖异构酶在最适条件下转化效率最高
解析：选C 高果糖浆制作过程的实质就是在葡萄糖异构酶的作用下，使葡萄糖发生结构上的变化，形成葡萄糖的同分异构体——果糖。一般用的原料是淀粉，淀粉在酶的作用下分解为麦芽糖，再进一步分解为葡萄糖，葡萄糖才是果糖的直接反应物。葡萄糖异构酶的最适温度为60～70 ℃，可使果糖、葡萄糖混合物中的果糖比例高达70%～90%，而果糖比例占42%左右时就可将其混合物称为高果糖浆。
3．(江苏高考)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
解析：选B 固定化酶技术是指将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可实现重复利用。固定化酶发挥作用不需要供氧，溶解氧交换受阻不会成为其应用的限制因素。固定化细胞只能用于生产分泌到细胞外的产物，否则无法获得需要的产物。用凝胶包埋细胞利用的是物理方法。
4．固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生，原因不可能是( )
A．实验瓶盖了塞子
B．瓶内氧气充足，进行了有氧呼吸
C．凝胶珠内可能没有酵母细胞
D．所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质
解析：选A 利用固定化酵母细胞发酵产生酒精的过程需要无氧条件，因此实验瓶盖了塞子不可能是实验失败的原因。
5．下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是( )
A．应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化
B．配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热
C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀
D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形或椭圆形的凝胶珠形成
解析：选B 由于在缺水状态下，酵母菌处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干酵母与蒸馏水混合后，用玻璃棒充分搅拌。为避免海藻酸钠发生焦糊，溶化时要用小火或间断加热。将刚溶化好的海藻酸钠冷却至室温后，与已活化的酵母细胞混合，否则有可能会杀死酵母细胞。应将与酵母细胞混匀的海藻酸钠用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注入。
6．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，错误的是( )
A．与普通酶相同，固定化酶活性的发挥需要适宜的温度和pH
B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要有机营养的供应
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复利用，但酶的活性可能下降
解析：选C 固定化酶的活性受温度、pH等因素的影响；固定化细胞发挥作用受温度、pH和有机营养等因素的影响；固定化细胞所固定的酶是在细胞内起作用的；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，原则上酶的活性不变，但在实际操作中，受环境等因素的影响，酶的活性可能下降。
7．如图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的过程，相关叙述正确的是( )
A．固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要小
B．在生产过程中，通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行
C．在生产过程中，须严格控制好pH、温度、溶解氧等环境因素
D．由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低，此反应柱可持续用于生产
解析：选B 固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要大；反应过程中可通过控制阀调节果糖流出的速率，保证反应充分进行；酶的活性受pH、温度的影响，但不受溶解氧的影响；固定化葡萄糖异构酶可多次重复使用，但一定时间后酶的活性降低。
8．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。图甲、乙、丙为部分研究结果。下列叙述错误的是( )
A．由图甲可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强
B．由图乙可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由图丙可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降
D．固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积
解析：选D 据图甲，温度为45 ℃时，固定化酶的活力很高，而游离酶的活力下降；酶用海藻酸钠固定后，降低了酶与底物的接触面积。
9．下列有关固定化酵母细胞技术的叙述，错误的是( )
A．利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠用作对照
B．制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固
C．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌
D．若最终凝胶珠的颜色泛白，则包埋的酵母细胞偏少
解析：选B 应将制备好的海藻酸钠溶液冷却后，再加入已活化的酵母细胞，否则会把酵母细胞杀死。
10．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需要提供适宜的营养条件
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物
解析：选A 固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显。固定化酶的应用中，要控制好pH、温度，但与溶解氧无关。利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，是酶促反应，没有生物参与，所以不需要提供营养条件。利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类除了作为反应物外，还为酵母细胞提供碳源。
二、非选择题
11．(江苏高考)为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验，流程及结果如下。请回答下列问题：
(1)实验中的海藻酸钠作用是__________________________________________________，
CaCl2的作用是__________________________________________________________。
(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用________洗涤。图1 中1.0%海藻酸钠组培养24 h 后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是________________________。
(3)为探索固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，应选用浓度为________的海藻酸钠制备凝胶球。
(4)图2中空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是________。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48h间Zn2＋浓度下降速度较快的主要原因是____________________；72～96h间Zn2＋浓度下降速度较慢的原因有____________________________________________。
解析：(1)绿球藻为单细胞生物，可用包埋法固定化，实验中海藻酸钠的作用是包埋绿球藻。配制好的海藻酸钠和绿球藻混合溶液需要滴入CaCl2溶液中，与CaCl2反应形成凝胶球，刚形成的凝胶球应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，有利于形成稳定的结构。(2)将固定好的凝胶球用绿球藻的培养液(生理盐水)清洗2～3次，能够洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻的活性。如果包埋绿球藻用的海藻酸钠浓度过低，或形成的凝胶球孔径过大，在培养过程中会有绿球藻从包埋材料中漏出来，使溶液呈绿色。(3)分析图中绿球藻数量变化曲线可知，浓度为2.0%的海藻酸钠对绿球藻的包埋效果最好，凝胶球中包埋的绿球藻数量最多，故应选用该浓度的海藻酸钠制备凝胶球。(4)由Zn2＋浓度变化曲线可知，空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是凝胶对Zn2＋有一定的吸附作用。培养初期，绿球藻生长(增殖)速度较快，导致Zn2＋浓度下降速度较快；培养后期，由于绿球藻生长(增殖)速度减慢、溶液中Zn2＋浓度较低等，Zn2＋浓度下降速度较慢。
答案：(1)包埋绿球藻(包埋剂) 与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂) (2)培养液(生理盐水) 海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大) (3)2.0% (4)凝胶吸附Zn2＋ 绿球藻生长(增殖)速度快 绿球藻生长(增殖)速度减慢，溶液中Zn2＋浓度较低
12．图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题：
(1)图1中X溶液为________，其作用是使______________________________________。
(2)图1中制备的凝胶珠用__________洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是使__________________________。
(3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用________________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液______________后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。
(4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置，将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 ℃下发酵48 h后的酒精产量见表：
海藻酸钠(%)
2
2.5
3
2
2.5
3
2
2.5
3
X溶液(%)
2
2
2
3
3
3
4
4
4
固定化强度
(g/30个)
930
950
990
1 030
1 100
1 140
1 170
1 170
1 160
酒精量(%)
6.7
6.5
6.5
6.7
6.4
6.2
6.7
6.4
6.3
依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，____________增加；用于酒精发酵效果最好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是________、________。
解析：(1)图1为固定化酵母细胞的步骤，X溶液为CaCl2溶液，作用是使胶体聚沉，即使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)图2为发酵过程，因为是无氧呼吸，故搅拌的目的只是增加培养液与酵母菌的接触面积，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸钠时需注意用小火或间断加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀，以防止高温杀死酵母菌。(4)分析表格可知，随着X溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。
答案：(1)CaCl2溶液 海藻酸钠形成凝胶珠
(2)蒸馏水 培养液与酵母菌充分接触
(3)小火(或间断) 冷却至室温
(4)固定化强度 2% 4%
13．下面是某同学所做的生成啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关问题：
实验原理：利用固定化酵母菌分解麦芽汁，生成啤酒。
实验步骤：
第一步：酵母细胞活化。取1 g干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置1 h，使其活化。
第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7 g海藻酸钠，放入另一只50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至10 mL。加热时，注意火候。
第三步：海藻酸钠与酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。
第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液滴加到0.05 mol/L CaCl2溶液中，制成凝胶珠。
第五步：倒去CaCl2溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL麦芽汁溶液，置于25 ℃下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。
(1)酵母细胞活化的作用是______________________________________________。第二步中注意火候指的是______________。第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞，其原因是_______________________________________________。
(2)凝胶珠的组成是海藻酸钠与________________。海藻酸钠的主要作用是________________________________________________________________________。
(3)上述固定化细胞的方法称为________________，形成的凝胶珠颜色为________________色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度________________，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度________________。
(4)与固定化酶相比，该方法的优点是___________________________________。
(5)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的__________________条件下进行，同时要控制适宜的________和________。
解析：(1)酵母细胞活化的作用是让休眠的酵母细胞恢复到正常状态。第二步中注意火候指的是用小火或间断加热，防止海藻酸钠焦糊。为防止高温杀死酵母细胞，第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，然后再加入活化的酵母细胞。(2)凝胶珠的组成是海藻酸钠与酵母细胞。海藻酸钠的主要作用是固定酵母细胞。(3)上述固定化细胞的方法称为包埋法，形成的凝胶珠颜色为浅黄色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度过低；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度过高。(4)与固定化酶相比，固定化细胞的优点是成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定。(5)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的无菌条件下进行，同时要控制适宜的温度和pH，以保证酵母细胞的活性。
答案：(1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态 用小火或间断加热 防止高温杀死酵母细胞
(2)酵母细胞 固定酵母细胞 (3)包埋法 浅黄 过低 过高 (4)成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定 (5)无菌 温度 pH
