(共42张PPT)
课题3
酵母细胞的固定化
一、固定化酶的应用实例——生产高果糖浆
1.生产高果糖浆的原理:
葡萄糖
果糖。
2.传统生产方法的优缺点:
(1)优点:_______好,能持续发挥作用。
(2)缺点。
①酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常_____,容易_____。
②溶液中的酶很难回收,不能___________,提高了生产成本。
③反应后会混在_____中,可能影响产品质量。
必备知识·自主学习
稳定性
敏感
失活
被再次利用
产物
3.利用固定化酶的生产原理:
(1)制备固定化酶:将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的_____上。
(2)制备固定化酶反应柱:将这些酶颗粒装入_______中,柱子底端装上分布着许
多小孔的筛板。
(3)酶与反应液分离的原理:_______无法通过筛板上的小孔,而_________可以
自由出入。
载体
反应柱
酶颗粒
反应溶液
4.生产操作:
(1)将葡萄糖溶液从反应柱的_____注入。
(2)使葡萄糖溶液流过反应柱,与___________________接触。
(3)转化成的果糖从反应柱的_____流出。
二、固定化酶和固定化细胞技术
1.概念:利用_____或_____方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
上端
固定化葡萄糖异构酶
下端
物理
化学
2.常用方法:
序号
固定方法
固定对象
图例
①
_____法
固定化_____
②
_________法
固定化___
③
_________法
固定化___
包埋
细胞
化学结合
酶
物理吸附
酶
3.优点:
(1)固定化酶既能与_______接触,又能与_____分离,可反复使用。
(2)固定化细胞制备成本___,操作_____。
反应物
产物
低
容易
三、实验操作
1.制备固定化酵母细胞:
(1)固定方法:_______。
(2)常用载体:一些不溶于水的_______载体,如_____、琼脂糖、_________、
醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
包埋法
多孔性
明胶
海藻酸钠
(3)实验操作:
酵母细胞的_____
↓
配制_____溶液
↓
配制_________溶液
↓
海藻酸钠溶液与_________混合
↓
固定化酵母细胞
活化
CaCl2
海藻酸钠
酵母细胞
2.用固定化酵母细胞发酵:
将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用_______冲洗2～3次
↓
将150
mL质量分数为10%的_______溶液转移到锥形瓶中
↓
加入固定好的酵母细胞(凝胶珠)
↓
置于25
℃下发酵24
h
↓
发现有_____产生,同时有酒味散发
蒸馏水
葡萄糖
气泡
【易错辨析】
1.固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用。
(
)
2.化学结合法比物理吸附法对酶活性影响更小。
(
)
分析:化学结合法可能影响酶的活性部位,物理吸附法则不影响酶的分子结构。
3.固定化细胞是可以催化各种反应底物的一系列反应。
(
)
分析:每种固定化细胞固定的是一系列特定的酶,可以催化一系列特定的化学反应,
而不是催化各种反应底物的反应。
4.反应物是大分子物质时最好采用固定化细胞技术。
(
)
分析:大分子物质难以自由通过细胞膜,因此固定化细胞不易使反应物充分反应,
最好采用固定化酶技术。
√
×
×
×
关键能力·合作学习
一、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
多种酶
制作方法
化学结合法
物理吸附法
包埋法
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
反应物
各种物质
(大分子或小分子)
各种物质
(大分子或小分子)
小分子物质
比较项目
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
优点
催化效率高、低耗能、低污染等
被固定的酶可重复使用
成本低,操作更容易,可以催化一系列化学反应
缺点
①酶不能回收利用,增加了生产成本
②酶混在产物中影响产品质量
一种酶只能催化一种化学反应
固定后的细胞与反应物不容易接近,尤其是大分子物质,可能导致反应效率下降等
易错提醒:
固定化细胞与固定化酶的两点提醒
(1)固定化细胞使用的都是活细胞,应该为其提供一定的营养物质,而固定化酶不需要。
(2)由于固定化细胞固定的是完整的细胞,因而酶的环境较稳定,所以对酶的活性影响较小,更能抵抗外界环境的变化。
【典题通关】
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,将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术
B.固定化酶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.固定化酶是将酶固定在一定空间的技术
【解题关键】本题主要考查对固定化酶的概念及其作用特点的理解和掌握。
【解析】选D。固定化酶技术固定的不是反应物而是酶,A项错误;被固定的只是一种酶,不能催化一系列的酶促反应,B项错误;固定化酶可以重复利用,C项错误。固定化酶是指通过物理或化学的方法,将水溶性的酶与不溶性的载体结合,使酶固定在载体上,并在一定的空间范围内进行催化反应,D项正确。
【误区警示】(1)固定化酶技术固定的是酶,不是反应物。
(2)固定化酶的优点是可以重复使用,降低成本。
【跟踪小练】
1.固定化细胞技术与固定化酶技术相比,所具备的特点是
( )
A.成本更低、操作更容易、不能连续生产
B.成本更高、操作更难、不能连续生产
C.成本更低、操作更容易、能连续生产
D.成本更低、操作更难、能连续生产
【解析】选C。酶是由细胞合成的,酶分子很小,比较难固定,而细胞相对较大,相对容易固定,而且无需再进行酶的提取,同时可以催化一系列反应,因而固定化细胞制备的成本更低,操作更容易,并且能连续生产。
2.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.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。固定化细胞技术最大的优势就是连续催化反应。应用固定化酶时,不需控制溶解氧;利用固定化酶时,不需各种营养条件;发酵时糖类的作用不只是作为反应底物,还是酵母细胞的碳源和能源物质。
3.(2020·全国Ⅱ卷)研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α-淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：
（1）在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是____________，也可采用斐林试剂检测_________的增加。
（2）在A3的分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常会在凝胶中添加SDS，SDS的作用是__________________和__________________。
（3）本实验中，研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统，结果如图所示。某同学据图判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响，其判断依据是____________________________________。
（4）在制备A3的固定化酶时，一般不宜采用包埋法，原因是_______________
_____________________（答出1
点即可）。
【解析】本题主要考查化合物的检测、蛋白质的分离、pH对酶活性的影响以及固定化酶技术。
（1）α-淀粉酶A3催化淀粉水解生成葡萄糖，可用碘液检测淀粉的减少量，也可采用斐林试剂检测还原糖的生成量。
（2）蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中迁移的速率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。为了消除净电荷对迁移率的影响，加入SDS，还能使蛋白质发生变性。
（3）在pH分别为7.5和9.0时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性都不同。
（4）细胞多采用包埋法固定化，而酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出，更适合采用化学结合和物理吸附法固定化。
答案：（1）碘液还原糖（或葡萄糖）
（2）消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响使蛋白质发生变性
（3）在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同
（4）酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出
二、制备固定化酵母细胞并用固定化酵母细胞发酵
1.制备固定化酵母细胞:
2.凝胶珠质量的鉴别:
(1)挤压法:用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,表明凝胶珠制作成功。
(2)摔打法:在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易弹起,表明制备的凝胶珠是成功的。
(3)根据凝胶珠的颜色鉴别。
①如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色,说明海藻酸钠的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少。
②如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。
3.用固定化酵母细胞发酵:
(1)冲洗:将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3次。
(2)发酵:150
mL质量分数为10%的葡萄糖溶液→200
mL锥形瓶→加入固定化酵母细胞→25
℃发酵24
h。
易错提醒:
制备固定化酵母细胞的三点提醒
(1)选用的干酵母要具有较强的活性,而且不能含有其他杂菌。
(2)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温,否则会因温度过高杀死酵母菌。
(3)海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量:如果海藻酸钠浓度过高,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。
【典题通关】
某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并进行了游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较,结果如下表所示。
产酒酒精度的比较
时间/d
游离酵母/度
固定化酵母/度
0
0
0
2
1.0
2.5
4
2.1
4.2
6
3.2
5.0
8
3.9
5.4
10
4.3
6.0
12
4.6
6.4
(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤:酵母细胞的活化→____________→配制海藻酸钠溶液→______________________→固定化酵母细胞。?
(2)影响实验成败的关键步骤:____________。?
(3)海藻酸钠起____________的作用。?
(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的相同条件下发酵,定时记录发酵液中酒精度的变化。
①实验过程中的“在一定的相同条件下发酵”中的条件是_______________
_____________________,要求条件相同是为了确保____________。?
②由表格可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要____________。?
【解题关键】解答本题需要明确三点:
(1)制备固定化酵母细胞的实验流程及注意事项。
(2)影响酵母菌发酵的因素有温度、pH等。
(3)由酒精度的变化判断发酵过程。
【解析】(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤: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。
(2)该实验的关键是海藻酸钠溶液的配制。如果浓度过低,则形成的凝胶珠颜色过浅,呈白色;若浓度过高,则形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,一般呈蝌蚪状。
(3)海藻酸钠起载体作用,用于包埋酵母细胞。
(4)酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH下进行。两组实验的条件相同,能够确保无关变量相同,遵循单一变量原则。从表中数据可以看出,在12
d的发酵时间里,固定化酵母发酵产酒精的酒精度从0度到6.4度,游离酵母发酵产酒精的酒精度从0度到4.6度。而且固定化酵母在第4
d即达到4.2度,表明其延迟期短。
答案:(1)配制CaCl2溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
(2)配制海藻酸钠溶液
(3)包埋酵母细胞(或载体)
(4)①适宜的温度、pH等 单一变量 ②短
【互动探究】
(1)为了保证酵母菌的正常发酵,发酵装置中应加入的营养物质是什么?
提示:葡萄糖溶液。
(2)怎样检测发酵后发酵液的酒精度?
提示:可以利用酸性的重铬酸钾溶液检测。
【误区警示】(1)影响实验的关键步骤是海藻酸钠溶液的制备,因为海藻酸钠的浓度直接影响包埋的效果。
(2)不会分析表格,通过分析表格内容可知固定化酵母的发酵效果好。
【跟踪小练】
1.下列有关固定化酵母细胞制备步骤的描述中,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间断加热的方法
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溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成
【解析】选B。酵母菌活化是使干酵母与蒸馏水混合并搅拌,而非自来水。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。溶解海藻酸钠时最好用小火间断加热的方法。溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温后再加入已活化的酵母细胞,否则会因温度过高使酵母细胞失活。与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液以恒定的速度缓缓滴加到配制好的CaCl2溶液中,此时可以观察到液滴在CaCl2溶液中形成球形或椭球形的凝胶珠。
2.如图是应用固定化酵母细胞进行葡萄糖发酵的装置,下列说法中不正确的是
( )
A.为使固定化酵母细胞可以反复使用,实验过程
一定要在无菌条件下进行
B.加入反应液后应保持活塞1始终打开,活塞2则
必须关闭
C.装置的长导管主要是为了释放CO2并防止杂菌
进入反应柱
D.加入的反应液浓度不能过高以免酵母细胞因失水过多死亡
【解析】选B。固定化酵母细胞在无菌条件下能延长使用时间,若感染了杂菌,一些杂菌能产生一些对酵母菌有害的代谢产物。装置中的长导管既能释放酵母菌发酵产生的CO2,又能防止杂菌进入反应柱。若加入的反应液浓度过高,会导致酵母菌渗透失水死亡。加入反应液后,活塞1应关闭,防止杂菌进入,反应一段时间后,活塞2应打开,使发酵产物流出。
3.酶的固定化是将酶束缚或限制于一定区域内,使其完成酶促反应后可回收及重复利用的一类技术,下列关于固定化酶技术的叙述不正确的是
( )
A.为使葡萄糖液与葡萄糖异构酶充分接触生产果糖,葡萄糖液应从固定化酶反应柱下端注入
B.制备固定化酶的方法主要有化学结合法和物理吸附法
C.固定酶时可能会对酶造成损伤而影响其活性
D.用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆可以大幅度提高产量
【解析】选A。本题考查固定化酶技术的相关知识,意在考查理解分析能力。葡萄糖液应从固定化酶反应柱的上端注入,使葡萄糖液流过反应柱,与固定化葡萄糖异构酶充分接触,转化成果糖。课时素养评价
九 酵母细胞的固定化
(30分钟 100分)
一、选择题(共4小题,每小题9分,共36分)
1.有关制备固定化酵母细胞的叙述,正确的是
( )
A.首先用蒸馏水把干酵母、CaCl2、海藻酸钠配制成溶液,但配制CaCl2溶液需要加热
B.配制海藻酸钠的溶液成糊状
C.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合时,要用玻璃棒搅拌,使酵母细胞混合均匀
D.酵母细胞溶液首先要和CaCl2溶液混合
【解析】选C。配制CaCl2溶液不需要加热;配制海藻酸钠溶液需要加热,直至将海藻酸钠完全溶化;溶化好的海藻酸钠冷却至室温加入活化的酵母细胞,进行充分搅拌,使其混合均匀。
2.试分析下图中,哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似
( )
【解析】选D。A、B两项适合于酶的固定化,C选项既用于酶固定,也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法,即将酵母细胞包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中,所以与D选项相似。
【误区警示】本题易错选C。C选项虽然为包埋法,但是是将酶或者细胞包埋在规则的细微网格里,而海藻酸钠在作为载体时无法形成规则的网格结构,结构类似于D所示。
3.下列有关用海藻酸钠作为载体固定酵母细胞实验的叙述,错误的是
( )
A.向小烧杯中加入1
g干酵母、10
mL蒸馏水
B.海藻酸钠的浓度过低,形成的凝胶珠内包埋的细胞过少
C.在酵母细胞的活化或配制CaCl2溶液时,可使用自来水
D.利用固定化酵母细胞进行发酵,糖类的作用不只是作为反应底物
【解析】选C。向小烧杯中加入1
g干酵母,再加入10
mL
蒸馏水,使酵母细胞活化,A正确。如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠颜色过浅,所包埋的酵母细胞数目较少,B正确;在酵母细胞的活化或配制CaCl2溶液时,为避免杂菌污染,应使用蒸馏水,C错误;利用固定化酵母细胞进行发酵,糖类的作用不只是反应底物,同时也为酵母细胞提供碳源和能量,D正确。
4.下列关于固定化细胞技术的说法中,正确的是
( )
A.物理吸附法的优点是操作简单,吸附牢固
B.包埋法的优点是操作复杂,条件温和,对细胞无毒性
C.物理吸附法容易对酶活性产生影响
D.凝胶包埋常用的载体种类有琼脂糖、海藻酸钠、明胶和聚丙烯酰胺等
【解析】选D。物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响,但吸附过程相当复杂,且吸附力较弱吸附不牢固,细胞容易脱落。包埋法操作简便,条件温和,对细胞无毒性,适合于活细胞的固定化。凝胶包埋常用的载体种类有琼脂糖、海藻酸钠、明胶和聚丙烯酰胺等。
二、非选择题(共4小题,共64分)
5.(12分)下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答下列问题。
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
(1)在________状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复______________状态。活化前应选择足够大的容器,因为酵母细胞活化时______________________。?
(2)固定化细胞技术一般采用包埋法,而固定化酶常用____________和____________。?
(3)如果海藻酸钠浓度过低,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)酵母细胞在缺水的状态下休眠。活化是加入水使酵母细胞恢复到生活状态。酵母细胞活化后体积会增大。(2)固定化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。(3)海藻酸钠浓度过低,包埋的酵母细胞就过少;海藻酸钠浓度过高,不易与酵母细胞混合均匀。
答案:(1)缺水 正常的生活 体积增大
(2)化学结合法 物理吸附法
(3)过少 海藻酸钠浓度偏高,制作失败
6.(16分)酶已广泛地应用在食品、化工、轻纺、医药等领域。在应用酶的过程中,常遇到酶很难回收再利用等实际问题。固定在载体上的酶可以被反复利用。之后,在固定化酶技术的基础上,又发展出了固定化细胞技术。请回答下列问题。
(1)称取干酵母,放入盛有蒸馏水的小烧杯中搅拌至混合均匀,并放置1小时左右。其目的是________________________。?
(2)配制海藻酸钠溶液时,用酒精灯加热时,要注意______________,反复几次。?
(3)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至__________,再加入已活化的酵母细胞,充分搅拌至混合均匀。?
(4)将酵母细胞与海藻酸钠溶液混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的__________溶液中,形成__________,完成对酵母细胞的固定化。?
【解析】(1)酵母菌在干燥时,处于休眠状态,制成的固定化酵母细胞在发酵时酶活性较低且酵母菌增殖缓慢。所以要对酵母菌进行活化,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)由于海藻酸钠是多糖类物质,加热时容易发生焦糊,所以在配制海藻酸钠溶液时,需用酒精灯加热溶化,要注意用小火或间断加热。(3)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,否则过高的温度会杀死酵母菌。(4)将酵母细胞与海藻酸钠溶液的混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的CaCl2溶液中,CaCl2的作用是使海藻酸钠发生聚沉,形成凝胶珠。
答案:(1)使酵母细胞活化
(2)用小火或间断加热
(3)室温
(4)CaCl2 凝胶珠
7.(18分)某一实验小组的同学,欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验,实验材料及用具齐全。
(1)制备固定化酵母细胞常用______________法。?
(2)制备固定化酵母细胞的过程为:
①使干酵母与________________混合并搅拌,使酵母细胞活化;?
②将无水CaCl2溶解在蒸馏水中,配制成CaCl2溶液;
③用酒精灯加热配制海藻酸钠溶液;
④海藻酸钠溶液冷却至室温再加入已活化的酵母细胞,充分搅拌并混合均匀;
⑤用注射器将________________________的混合物缓慢滴入CaCl2溶液中。?
(3)该实验小组用下图所示的装置来进行葡萄糖发酵。a是固定化酵母细胞,b是反应柱。
①从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是?__________________
__________________________________________________。?
②要想得到较多的酒精,加入反应液后的操作是____________活塞1和______________活塞2。?
③为使该实验中所用的固定化酵母细胞可以反复利用,实验过程一定要在______________条件下进行。?
④装置中的长导管所起的作用是?__________________________。?
【解析】本题考查酵母细胞的固定化和应用固定化酵母细胞发酵生产酒精的过程。(1)细胞体积较大,不宜用物理吸附法和化学结合法固定,通常采用包埋法固定。(2)酵母细胞的活化需要加水混合,使其恢复正常的生活状态;凝胶珠是将海藻酸钠和酵母细胞的混合物滴加到CaCl2溶液中制成的。(3)①用固定化酵母细胞发酵产生酒精时,要保证酵母菌的生活状态,反应液的浓度应该适合酵母菌的生活;②酒精发酵是无氧发酵,将反应液加入反应柱中后应该关闭活塞1和活塞2,以营造无氧环境;③要想使固定后的酵母细胞反复利用,就要避免其他微生物的污染,因此实验过程一定要在无菌条件下进行;酒精发酵过程中会产生CO2,因此要设置长导管,它既可以将产生的CO2释放出去,又能避免空气中的杂菌进入反应柱。
答案:(1)包埋
(2)①蒸馏水 ⑤海藻酸钠和酵母细胞
(3)①葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡
②关闭 关闭 ③无菌
④释放CO2,防止空气中的杂菌进入反应柱
【互动探究】
(1)在固定化酵母细胞时,怎么才能保证菌种单一、不被污染?
提示:操作过程中要进行严格的无菌操作,避免杂菌污染。
(2)当观察到哪些现象时,说明该实验成功?
提示:利用固定化酵母细胞发酵时,若可以看到产生许多气泡,同时闻到酒味,说明该实验成功。
8.(18分)(2016·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试验,流程及结果如图。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____________________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24～48
h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是________________________;72～96
h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有__________________________________________。?
【解析】本题主要考查了固定化技术和固定化藻对含Zn2+污水的净化作用。
(1)实验中的海藻酸钠是包埋剂,作用是包埋绿球藻,而CaCl2是凝固剂,作用是与海藻酸钠反应形成凝胶球。
(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,宜采用培养液(或生理盐水)来洗涤,因为培养液(或生理盐水)的浓度与绿球藻的细胞液浓度相接近。图1中1.0%海藻酸钠组培养24
h后,移去凝胶球,
由于海藻酸钠浓度过低,使形成的凝胶球孔径过大,固定下来的绿球藻数量少,结果使溶液呈绿色。
(3)分析图1可知,当海藻酸钠浓度为2.0%的时候,绿球藻数量比其他浓度时要多,所以要探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,宜选用浓度为2.0%的海藻酸钠制备凝胶球。
(4)分析图2可知,随着培养时间延长,空白凝胶球组Zn2+浓度下降,Zn2+浓度下降的原因是凝胶吸附Zn2+;图1中海藻酸钠浓度为2.0%时,24～48
h间绿球藻生长(增殖)速度快,使固定化藻的实验组在24～48
h间Zn2+浓度下降速度较快;当海藻酸钠浓度为2.0%时,72～96
h间绿球藻生长(增殖)速度减慢,再加上培养液中Zn2+浓度较低,导致72～96
h间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
