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普通高中课程标准实验教科书—生物(人教版)
专题八:生物技术实践
【命题趋向】
本专题知识包括整个选修一模块,以“专题──课题”形式展开,主要内容有传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养技术、酶的研究与应用、DNA与蛋白质技术、植物有效成分的提取。
本专题是我国首次开设的以技术实践为主题的实践课,操作性比较强,由于是课改教材新增知识,在高考中又属于选做部分,因此出题的难度并不大,如07年的山东、宁夏,08年的山东、宁夏、江苏、广东、海南等。在今后的复习过程中要注意把握各种生物技术的实验流程,重点理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用和灵活运用。
【热点透视】
(一)传统发酵技术的应用
1.几种传统发酵技术的比较
菌种生活方式 原理 发酵条件 操作提示
果酒 酵母菌兼性厌氧型 C6H12O6 →2C2H5OH+ 2CO2 温度:18~25℃,最适温度为20℃。PH;5.0~6.0 呈酸性。氧气:先期通O2,目的是使酵母菌大量繁殖,然后密闭发酵生产酒精。 选材和材料处理;防杂菌污染;控制发酵条件;正确使用发酵装置。
果醋 醋酸菌好氧型 C2H5OH+ O2→2CH3COOH+H2O 温度:30℃~35℃。前期和中期,不需通入氧气,目的是进行酒精发酵,接种后需保持氧气充足。
腐乳 毛霉需氧型 蛋白酶蛋白质→ 多肽、氨基酸、脂肪酶脂肪→甘油、脂肪酸 温度为15~18 ℃,此温度不适于细菌、酵母菌和曲霉的生长。 防杂菌污染;控制盐、酒、辛香料用量;控制前、后期发酵条件。
泡菜 乳酸菌厌氧性 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 防杂菌污染,密封严密。 选择气密性好的泡菜坛;控制腌制条件。
(二)微生物的培养与应用
1.关于培养基
⑴培养基的种类
①按照物理性质可分为液体培养基和固体培养基。在液体培养基中加入凝固剂琼脂后,制成琼脂固体培养基。
②按功能来分可分为选择培养基和鉴别培养基。
③按照人们对培养基中成分的了解程度可分为天然培养基和合成培养。
⑵培养基的营养
各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐四种营养物质。满足微生物生长还需要适宜的pH、氧气的要求(根据微生物的需求提供有氧或无氧环境)、特殊营养物质等。例如:培养乳酸杆菌需要将培养基的pH调至酸性,培养细菌时需将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
消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物(不包括芽孢和孢子)。消毒方法常用煮沸消毒法,还有化学药剂(如酒精、氯气、石炭酸等)消毒、紫外线消毒等。
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。灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌。
3.微生物的纯化
(1)平板划线法:操作简单,但是单菌落不易分离
(2)稀释涂布平板法:操作复杂,但是单菌落易分离
4.统计菌落数目的方法
测定微生物数量的常用方法有稀释涂布平板法和显微镜直接计数。
稀释涂布平板法统计样品中菌落的数目往往比实际数目低。这是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。
(三)植物组织培养技术
1.理论基础和基本过程
当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时,在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下,就可能表现出全能性,发育成完整的植株。基本过程如下:
组织培养 组织培养
脱分化 再分化
人为使用激素控制
2.影响的因素
(1)内因:不同的植物组织,培养的难易程度差别很大,容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养。同一种植物材料,材料的年龄、保存时间的长短也有影响。幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。菊花的组织培养,一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。
(2)外因:无菌、营养物质、植物激素(注意使用的先后顺序)和环境因子(pH、温度、光照)等。
(四)酶的研究与应用
1.酶的活性
酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。在科学研究与工业生产中,酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。温度、pH和酶的抑制剂等条件会影响酶的活性。
2.固定化技术
(1)固定化技术的方法
包埋法、化学结合法(将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上)和物理吸附法。
(2)固定化酶和固定化细胞的联系与区别
联系:都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。在生产中都容易与产物分离,固定在载体上的酶或细胞可以反复利用。
区别:适宜的固定方法不同;固定化细胞技术更适宜于生产实际。
(3)常用的载体材料
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
(五)植物有效成分的提取
1.提取方法
要根据原料特点的不同,采用适宜的提取方法
提取方法 方法步骤 适用范围
水蒸气蒸馏 1.水蒸气蒸馏2.分离油层3.除水过滤 适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油。
压 榨 法 1.石灰水浸泡、漂洗2.压榨、过滤、静置3.再次过滤 适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取。
有机溶剂萃取 1.粉碎、干燥2.萃取、过滤3.浓缩 适用范围光,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分浸泡在有机溶液中。
2.实验流程
(1)提取玫瑰精油的实验流程
(2)提取橘皮精油的实验流程
石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→橘皮油
(3)提取胡萝卜素的实验流程
胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素
【例题解析】
[例1](2008.江苏.19)图甲是果醋发酵装置。发酵初期不通气,溶液中有气泡产生;中期可以闻到酒香;后期接种醋酸菌,适当升高温度并通气,酒香逐渐变成醋香。图乙中能表示整个发酵过程培养液pH变化的曲线是 ( )
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A.① B.② C.③ D.④
考点定位:此题把果酒和果醋制作过程的物质变化以图解的形式反应出来,考查学生运用知识分析和解决问题的能力,综合性强。
指点迷津:果醋发酵初期,发酵罐是密闭的,不需要通气,但发酵装置中仍有部分氧气 ,此时酵母菌进行有氧呼吸,分解较多的葡萄糖,产生大量二氧化碳和水,二氧化碳溶于水,pH下降,随着氧气的消耗,到发酵中期,酵母菌进行无氧呼吸产生较少的二氧化碳和酒精,pH稍上升,后期接种醋酸菌,适当升高温度并通气,醋酸菌大量繁殖,利用葡萄糖或酒精生成醋酸,pH迅速下降。实际上,果醋发酵的前期和中期就是果酒制作的密闭发酵时期。
答 案:B。
[例2](07宁夏.32)某小组同学为了调查湖水中细菌的污染情况而进行了实验。实验包括制备培养基、灭菌、接种及培养、菌落观察计数。请回答与此实验相关的问题。
(1)培养基中含有的蛋白胨、淀粉分别为细菌培养提供了____和______。除此之外,培养基还必须含有的基本成分是_____和______。、
(2)对培养基进行灭菌,应该采用的方法是_______。
(3)为了尽快观察到细菌培养的实验结果,应将接种了湖水样品的平板置于______中培养,培养的温度设定在37℃。要使该实验所得结果可靠,还应该同时在另一平板上接种______作为对照进行实验。
(4)培养20小时后,观察到平板上有形态和颜色不同的菌落,这说明湖水样品中_____种细菌。一般说来,菌落总数越多,湖水遭受细菌污染的程度越_______。
(5)如果提高培养基中NaCl的浓度,可以用于筛选耐_____________细菌,这种培养基被称为__________。
考点定位:此题考查微生物培养的基础知识。
指点迷津:蛋白胨和淀粉含蛋白质和糖类,可为微生物的生长提供氮源和碳源,除了这两类营养物质,培养基的基本成分还必需有水和无机盐;培养基的灭菌方法是高压蒸汽灭菌;对照原则是实验设计的基本原则,用无菌水和湖水做对照,微生物的培养要放入恒温箱中;不同的微生物的菌落大的特征是不同的,这是区别不同菌种的一个重要依据;提高培养基中NaCl的浓度,是制成选择培养基筛选耐高盐的细菌。
答 案:(1)氮源(碳源不作要求)、 碳源/无机盐、水;(2)高压蒸汽灭菌;(3)恒温培养箱/无菌水;(4)多/高;(5)盐(或NaCl)/选择性培养基。
[例3]( 08宁夏.37)根据从胡萝卜中提取胡萝卜素的相关知识及胡萝卜素的性质,回答下列问题。
(1)胡萝卜素是 色的结晶,从胡萝卜中提取胡萝卜素,常用 作为溶剂,原因是 。
(2)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是 法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是:粉碎、干燥、 。
(3)在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中,应严格将 和 控制在一定范围内,原因是 。
(4)提取的胡萝卜素可通过 法进行鉴定,在鉴定过程中需要用 对照。
(5)一般情况下,提取胡萝卜素时,提取效率与原料颗粒的含水量成 比。
考点定位:本题考差胡萝卜素的提取和分离过程的有关知识,这个题目考查的知识比较全面,但难度不高,答案就在课本当中。
指点迷津:胡萝卜素为脂溶性色素,呈橘黄色,常采用萃取法提取,具体过程为:粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩,萃取的效率取决于萃取剂的性质和用量、萃取的温度和时间、原料颗粒的大小、精密程度和含水量等。通常用纸层析法,通过与标准样品对照法鉴定胡萝卜素。
答 案:(1)橘(橙)黄 /亲脂性有机溶剂(或有机溶剂)胡萝卜素是脂类物质;(2)萃取/萃取/过滤/浓缩;(3)温度/时间/温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解;(4)纸层析/标准样品;(5)反。
【实验·探究·讨论】
[例4]有人设计了一套实验室分离玫瑰精油的方法,下面是实验的五个步骤:①将蒸馏瓶固定在铁架台上,在蒸馏瓶上塞好带温度计的橡皮塞。②连接好冷凝管,把冷凝管固定在铁架台上,将冷凝管进水口的橡皮管的另一端与水龙头相连,将和出水口相接的橡皮管的另一端放在水槽中。③把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯高度确定铁圈的高度,放好石棉网。④向蒸馏瓶中放入几片碎瓷瓦片,再用漏斗向蒸馏瓶中加入原料,塞好带温度计的橡皮塞,把接收器连接在冷凝器的末端,并深入接收装置中。⑤检查装置的气密性。
(1)上述实验正确的操作顺序是 。
(2)实验室分离玫瑰油的方法名称是 。
(3)通过蒸馏得到的是油水混合物,要想得到比较纯净的玫瑰精油,还需要如何操作?
讨论:在今日崇尚回归自然,预防污染的风气下,人们对来自植物体的精油越来越青睐。
(1)某人采用忌食油脂,而大量进食糖类和蛋白质的饮食来减肥,你估计她会成功吗 为什么 对她的减肥你的建议是什么
(2)某人采用节食的方法来减肥,从而造成身体的不适。这种错误的减肥方法对身体有害的原因是什么
(3)植物精油散发出的芬芳气味,有助于消除疲劳;还能不同程度地提高人体神经系统,内分泌系统的功能,帮助人体提高免疫力,具有保健、美容、美体塑身、治疗的作用,请你针对精油减肥的方法给以说明。
[解析]提取玫瑰精油的方法为水上蒸馏,蒸馏装置的安装顺序是自上而下、自左而右,通过蒸馏得到的只是油水混合物,需向混合物中加入少量食盐,让油水分层,用分液漏斗分离水和玫瑰油,然后再向玫瑰油中加入无水硫酸钠吸收水分。
[讨论]糖类、蛋白质在人体内可以转化为脂肪,单纯通过控制脂肪的摄入达不到减肥的目的,由于营养摄入不全面,还会造成营养不良,对健康造成危害,适当节食、积极锻炼、配以精油按摩是减肥的良方。精油是循环系统的绝佳补药,也可平衡油脂分泌,舒缓肌肤老化,滋养头发的功能。精油可促进能量转换,减肥使一部分脂肪作为能源物质被消耗,而精油配以按摩,可促进脂肪的转化,从而达到减肥效果。
[答案](1)③→①→②→④→⑤;(2)水蒸气蒸馏;(3)向混合物中加入少量食盐,让油水分层,用分液漏斗分离水和玫瑰油,然后再向玫瑰油中加入无水硫酸钠吸收水分。
[讨论](1)不会成功,而且会更胖。因为过多的蛋白质分解时产生大量的不含氮物质可转化成为脂肪,过多的糖也可以转化为脂肪而积累。改用低热量的平衡膳食,并控制数量,养成良好的饮食习惯,加强体育锻炼与劳动。(2)l由于营养的严重不足,而蛋白质又在不断消耗,蛋白质更新缺乏原料,而蛋白质又是生命活动的体现者,在生物体内有极其重要的作用(原生质组成、酶成分等),故身体健康会受到严重影响。(3)①精油可改善循环系统。如柠檬精油取自柠檬果皮,是循环系统的绝佳补药,也可平衡油脂分泌,舒缓肌肤老化,滋养头发的功能。②精油可促进能量转换。减肥使一部分脂肪作为能源物质被消耗,而精油配以按摩,可促进脂肪的转化,从而达到减肥效果。
【专题训练与高考预测】
1.以下四种微生物都参与的豆腐的发酵,从代谢类型看明显不同的一个是 ( )
A.青霉 B.酵母 C.曲霉 D.毛霉
2.在制作泡菜的过程中,不正确的是 ( )
A.按照清水与盐的质量比为4:1的比例配制盐水
B.按照清水与盐的质量比为5:1的比例配制盐水
C.盐水入坛前要煮沸冷却,以防污染
D.在坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证坛内的无氧环境
3.有关培养基配制原则叙述正确的是 ( )
A.任何培养基都必需含有水、 碳源 、 氮源、无机盐及生长因子
B.碳源和氮源必需具有一定的比例,且碳源比氮源要多
C.微生物的生长除受营养因素影响外,还受到PH、氧、渗透压的影响
D.营养物质的浓度越高越好
4.关于微生物营养物质的叙述中,正确的是 ( )
A.是碳源的物质不可能同时是氮源 B.凡碳源都提供能量
C.除水以外的无机物只提供无机盐 D.无机氮源也能提供能量
5.要从多种细菌中分离某种细菌,培养基要用 ( )
A.加入青霉素的培养基 B.加入高浓度食盐的培养基
C.固体培养基 D.液体培养基
6.将配制好的培养基进行灭菌应用 ( )
A.灼烧灭菌 B.高压蒸汽灭菌 C.干热灭菌 D.煮沸灭菌
7.以下成为组织培养条件的是 ( )
①CO2 ②有机物 ③生长素 ④细胞分裂素 ⑤水 ⑥矿质元素
A.①③⑤⑥ B.②③⑤⑥ C.②③④⑤⑥ D.①②⑤⑥
8.MS培养基和微生物培养基相比,有哪些不同 ( )
A.MS培养基不含有机物 B.微生物培养基以有机物为主
C.MS培养基不含微量元素 D.MS培养基不需提供大量无机营养
9.下列图形依次表示包埋法、载体结合法、物理吸附法和凝胶珠包埋法的一组是( )
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A.①②③④ B.④③②① C.③②①④ D.④②①③
10.下实践活动中用到纯净氯化钠的是 ( )
①制作腐乳 ②血红蛋白的提取与分离 ③植物芳香油的提取
④提取DNA ⑤泡菜制作 ⑥酵母细胞的固定化
A.①②③④ B.②③④ C.③④⑤⑥ D.①③④⑤
11.下列实验流程中,错误的是 ( )
A.鲜玫瑰花+清水→水蒸气蒸馏→油水混合物→分离油层→除水→玫瑰油
B.石灰水浸泡→漂洗→压榨→萃取→浓缩→过滤→橘皮精油
C.胡萝卜→粉碎→千燥→萃取→浓缩→过滤→胡萝卜素
D.挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵(果酒)→醋酸发酵(果醋)
12.右图为胡萝卜素的纸层析结果示意图中,属于标准样品的层析点的是 ( )
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A.①② B.③④ C.⑤⑥ D.③④⑤⑥
13.下列是利用微生物制作果醋的流程示意图和发酵装置示意图,回答下列有关问题:
挑选葡萄 → 冲洗 → 榨汁 → A → 醋酸发酵 → 果醋
(1)按照操作要求,将果浆倒入发酵罐后,影响发酵产物不同的重要因素有:
、 、 。
(2)A过程是 ,A过程完成后,若要产生果醋,应
该打开充气口,原理是 。
(3)在这个发酵过程中,应对发酵产物及时检测,检测时应
从 取样。
(4)发酵过程中,你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染?
14.课题:验证常温下(25℃)加酶洗衣粉在软水(含离子少)中比硬水(含离子多)中的洗涤效果好。实验材料:软水(清水),硬水(河水),含相同油渍、血渍、奶渍的两块白布(30 cm X 30 cm),两个大烧杯(1 000 mL),玻璃棒,天平,加酶洗衣粉等。
(1)实验步骤:
① 。
② 。
③ 。
④ 。
(2)预测结果及结论: 。
(3)请找出本实验与课本中探讨温度影响加酶洗衣粉洗涤效果的实验变量及其特点。
15.薄荷油具有怡神、缓解压力及驱逐蚊虫的作用。它是从中药薄荷的茎、叶中提取的。请设计一实验利用薄荷来。
(1)实验步骤:
①称取50 g薄荷茎、叶,放人500 mL的圆底烧瓶中,加入200 mL蒸馏水。
②__________________________________________________________________。
③收集锥形瓶中的乳浊液,____________________,使乳浊液分层,分离油层和水层。
④除水。向接收瓶中加入________________,吸去油层中含有的水分。
结果:__________________________________________________________________。
能够用蒸馏法提取的还有_____________________(至少写出两种)。
(2)某同学在实验中设计了如图所示装置提取薄荷油,指出该装置中的两个错误,并予以改正。
①错误1:________________________________________________________________。
改正:__________________________________________________________________。
②错误2:______________________________________________________________。
改正:__________________________________________________________________。
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参考答案
1~12 BBCDC BCBCB BB。
13.(1)温度/时间/菌种;(2)酒精发酵/醋酸菌是一种好氧细菌;(3)出料口;(4)榨汁机/发酵装置要清洗干净/装入果汁后,封闭充气口。
14.(1)实验步骤:①在两个编号甲、乙的烧杯中分别注入500ml软水与500ml硬水;②将两块含相同污渍的白布分别放入甲、乙两个烧杯中,用玻璃棒搅拌;③用天平各称取5g加酶洗衣粉两份,分别放入两个烧杯中,用玻璃棒搅拌均匀;④各自同时用玻璃棒搅拌10min,观察去污效果。(2)预测结果及结论:甲烧杯中白布上的污渍比乙烧杯中的消失得快,说明常温下(25℃)加酶洗衣粉在软水中的洗涤效果比在硬水中好。(3)在设计对照实验时,都注意了单因子变量原则,两个实验中的变量分别是:温度的变化、水中的离子多少。
15.(1)①在蒸馏装置中蒸馏,使薄荷油随水蒸气携带出来/③向锥形瓶中加入质量浓度为0. 1g/L的氯化钠溶液/④无水硫酸钠/提取出了无色至黄色透明的液体,即为薄荷油/玫瑰精油、薰衣草油、檀香油等。 (2)①蒸馏装置中,温度计测的是蒸汽温度,应使其玻璃泡与支管口下沿相平;②冷凝管进水口在下,出水口在上,与蒸汽流向相反。
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离体的植物组织、器官或细胞
试管苗
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20090318
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