資源簡介

選修一　生物技術實踐
第3講　生物技術在其他方面的應用
1．(2020·山東高考模擬)番茄中的番茄紅素和胡蘿卜中的β－胡蘿卜素都屬于類胡蘿卜素，兩種色素都具有很強的抗氧化能力，在生活和生產中得到廣泛應用；固定化酶技術在農副產品加工中也起到重要作用。回答下列問題。
(1)從番茄中提取番茄紅素常用萃取法，提取的效率主要取決于萃取劑的性質和使用量；提取過程應采用水浴加熱，在加熱瓶口還要加冷凝回流裝置，以防止加熱時有機溶劑揮發。胡蘿卜中的胡蘿卜素也可用萃取法提取，原因是胡蘿卜素易溶于有機溶劑。
(2)工業生產上，常利用微生物發酵的方法提取天然β－胡蘿卜素。已知紅酵母細胞內的[H]可將無色的TTC還原為紅色復合物，且菌體細胞內[H]含量越高，還原能力越強，胡蘿卜素合成能力也越強。欲從紅色淤泥中篩選出能合成β－胡蘿卜素的紅酵母菌株，首先將紅色淤泥制成菌液，涂布到含TTC的培養基上，挑選出紅色菌落，然后通過平板劃線法進行分離純化。
(3)工業生產番茄汁時，常常利用果膠酶以提高出汁率，原因是果膠酶能瓦解細胞壁和胞間層。為了反復利用果膠酶，適宜采用化學結合和物理吸附法進行固定化，并通過檢測固定化果膠酶的酶活性(或酶活力)確定其應用價值。
[解析]　(1)從番茄中提取番茄紅素常用萃取法，提取的效率主要取決于萃取劑的性質和使用量，同時還受到原料顆粒的大小、緊密程度、含水量、萃取的溫度和時間等條件的影響。提取過程應采用水浴加熱，在加熱瓶口還要加冷凝回流裝置(冷凝管)，以防止加熱時有機溶劑揮發。胡蘿卜中的胡蘿卜素也可用萃取法提取，原因是胡蘿卜素易溶于有機溶劑。(2)由題干可知，紅酵母細胞內的[H]可將無色的TTC還原為紅色復合物，且菌體細胞內[H]含量越高，還原能力越強，胡蘿卜素合成能力也越強。因此欲從紅色淤泥中篩選出能合成β－胡蘿卜素的紅酵母菌株，首先將紅色淤泥制成菌液，涂布到含TTC的培養基上，挑選出紅色菌落，然后通過平板劃線法進行分離純化。(3)工業生產番茄汁時，常常利用果膠酶以提高出汁率，原因是果膠酶能瓦解細胞壁和胞間層。為了反復利用果膠酶，適宜采用化學結合和物理吸附法進行固定化，并通過檢測固定化果膠酶的酶活性(或酶活力)確定其應用價值。
2．(2021·重慶巴蜀中學高三月考)請回答下列有關植物有效成分提取的問題：
(1)三七是很好的中藥，有效成分是生物堿，在常態下為粉末狀，易溶于有機溶劑，應采取萃取法提取。考慮到中藥成分要食用，提取劑用乙醇為宜。
(2)加熱時安裝回流冷凝裝置是為了防止有機溶劑揮發，在濃縮之前，還要進行過濾除去不溶物。
(3)提取薄荷油(一種常態下為液體，極易揮發的物質)則應采取蒸餾裝置得到油水混合物，加入NaCl后薄荷油將分布于上層(填“上層”或“下層”)，然后用分液漏斗分離出油層，再加入無水硫酸鈉靜置后過濾得到純凈薄荷油。
(4)橘皮油的主要成分為檸檬烯，提取時需要將橘皮洗凈晾干后用石灰水浸泡，目的是為了提高出油率，原因是能夠破壞細胞結構，防止橘皮壓榨時滑脫。
[解析]　(1)三七易溶于有機溶劑，常態下為粉末狀，故可采用萃取法提取；考慮中藥成分要食用，提取劑則采用乙醇較適宜；(2)由于有機溶劑易揮發，故在加熱時需要安裝冷凝回流裝置；過濾不溶物要在濃縮處理之前；(3)蒸餾法提取薄荷油，由于薄荷油的密度比水層小，故薄荷油分布于上層，待靜置后用分液漏斗分離；(4)橘皮油的主要成分為檸檬烯，石灰水浸泡橘皮后能夠破壞細胞結構，并且增大摩擦防止橘皮壓榨時滑脫，提高出油率。
3．(2020·陜西高考模擬)胡蘿卜素是一種常用的食用色素，可以預防白內障、有助于保護眼睛晶體的纖維部分，還可以促進眼內感光色素的生成，加強視力的形成；還可以預防夜盲癥，加強眼睛變色的功能。可分別從胡蘿卜或產胡蘿卜素的微生物菌體中提取獲得流程圖如下，請根據其提取過程及胡蘿卜素的性質，回答下列問題。
胡蘿卜→粉碎→干燥→A→過濾→B→胡蘿卜素
(1)篩選產胡蘿卜素的酵母菌R時，可選用稀釋涂布平板法或平板劃線法接種。
(2)培養酵母菌R時，培養基中的蔗糖和硝酸鹽可分別為酵母菌R的生長提供碳源、氮源。
(3)實驗流程中A過程叫萃取，該過程宜采用水浴方式加熱。B過程叫濃縮。
(4)從胡蘿卜中提取胡蘿卜素時，干燥過程應控制好時間、溫度以防止胡蘿卜素分解。
(5)工業上提取天然β－胡蘿卜素的方法有三種即：從植物中提取、從大面積養殖的巖藻中獲取、利用微生物的發酵生產。
[解析]　(1)微生物培養常用的接種法有：稀釋涂布平板法和平板劃線法。(2)蔗糖含有碳元素，可為酵母菌提供碳源，硝酸鹽含有氮元素，可為酵母菌提供氮源。
(3)實驗流程中A過程叫萃取，該過程宜采用水浴方式加熱，防止有機溶劑燃燒爆炸。B過程叫濃縮，即揮發掉有機溶劑。(4)從胡蘿卜中提取胡蘿卜素時，干燥過程中如果溫度過高、時間過長，則胡蘿卜素易分解。(5)
天然β－胡蘿卜素可以從植物中提取，如胡蘿卜；從大面積養殖的巖藻中獲取；利用微生物的發酵生產。
4．(2020·河北衡水中學高考模擬)如圖兩套裝置都常被用來對植物有效成分進行提取，可根據具體物質性質的不同選擇不同的裝置進行實驗，回答下列問題。
(1)圖甲所示方法稱為水蒸氣蒸餾法，胡蘿卜素的提取一般不采用該方法，原因是胡蘿卜素不易揮發。胡蘿卜素的提取過程中，萃取液的濃縮采用的裝置是甲(填“甲”或“乙”)。
(2)采用圖乙裝置提取胡蘿卜素時，通常先將胡蘿?粉碎和干燥處理，以提高萃取效率，萃取時進行水浴加熱而非明火加熱，原因是防止引起萃取劑燃燒爆炸。
(3)裝置甲中的提取物最終存在于錐形瓶(或接收瓶)_，裝置乙中的提取物存在于燒瓶。
(4)圖甲、乙裝置中冷凝裝置的目的不同(填“相同”或“不同”)。
[解析]　(1)圖甲所示方法稱為水蒸氣蒸餾法，胡蘿卜素的提取一般不采用該方法，因為該方法需要所提取的物質具有較強的揮發性，而胡蘿卜素不易揮發。胡蘿卜素的提取過程中，萃取液的濃縮一般采用蒸餾裝置，如圖甲所示。(2)結合提取胡蘿卜素的流程可知，用圖乙裝置提取胡蘿?素時，通常先將胡蘿?粉碎和干燥處理，以提高萃取效率。萃取時進行水浴加熱而非明火加熱，主要是為了防止引起萃取劑燃燒爆炸。(3)裝置甲是蒸餾裝置，其中提取物最終存在于錐形瓶，裝置乙是萃取裝置，其中的提取物存在于燒瓶中萃取劑中。(4)圖中甲、乙裝置中冷凝裝置的目的不同。
5．(2021·吉林長春外國語學校高三期中)回答下列有關提取植物有效成分的問題：
(1)薄荷油具有易揮發、難溶于水等性質，因此適合選用水蒸氣蒸餾法來提取。收集到的液體冷卻后加入氯化鈉的目的是促進油水分層，然后加入無水硫酸鈉除去殘留的水分。
(2)從胡蘿卜中提取胡蘿卜素常用的方法是萃取法。對胡蘿卜進行粉碎、干燥時，要特別注意干燥的溫度和時間，以防止胡蘿卜焦糊。提取過程中宜采用水浴方式加熱，以保障安全。
(3)為了提高胡蘿卜汁的澄清度，需要加入果膠酶，該酶往往從某些微生物中提取。一般來講，篩選微生物時常用的接種方法有平板劃線法、稀釋涂布平板法，該過程用到的培養基從功能上講，屬于選擇培養基。
[解析]　(1)薄荷油具有易揮發、難溶于水等性質，因此適合選用蒸餾法來提取。收集到的液體冷卻后加入氯化鈉的目的是促進油水分層，然后加入無水硫酸鈉除去殘留的水分。(2)胡蘿卜素易溶于有機溶劑，從胡蘿卜中提取胡蘿卜素常用的方法是萃取法。對胡蘿卜進行粉碎、干燥時，要特別注意干燥的溫度和時間，以防止胡蘿卜焦糊。有機溶劑都易于燃燒，所以提取過程中宜采用水浴方式加熱，以保障安全。(3)一般來講，篩選微生物時常用的接種方法有平板劃線法、稀釋涂布平板法，該過程用到的培養基從功能上講屬于選擇培養基。
6．(2020·黑龍江高考模擬)辦公和學習產生大量廢紙，其主要成分是木質纖維，人類正努力將其轉化為一種新的能源——乙醇。下圖是工業上利用微生物分解纖維素生產乙醇的基本工作流程，請回答相關問題：
(1)圖中①環節所需的微生物若來自土壤，要統計土壤樣品中該活菌的數目，宜采用稀釋涂布平板法接種，根據土壤樣品的稀釋倍數和接種稀釋液的體積，統計平板上的菌落數就能大約推測出樣品中的活菌數。
(2)分解廢紙中纖維素的微生物能分泌纖維素酶，該酶是由3種組分組成的復合酶，其中的葡萄糖苷酶可將纖維二糖分解成葡萄糖。
(3)④接種的微生物是酵母菌，在實際生產中，發酵初期應向發酵設備中通入無菌的氧氣(或無菌的空氣)，以增加微生物數量。
(4)紙張加工過程中，有時要加入一些由植物芳香油制成的香精，芳香油的提取方法有蒸餾、壓榨、萃取(至少寫出2種)等；也可以用植物色素使紙張著色，根據植物色素易溶于有機溶劑的特點，可以考慮使用萃取法提取植物色素。
[解析]　(1)接種微生物的方法一般有平板劃線法和稀釋涂布平板法，要統計土壤樣品中該活菌的數目，宜采用稀釋涂布平板法接種，根據土壤樣品的稀釋倍數和接種稀釋液的體積，統計平板上的菌落數就能大約推測出樣品中的活菌數。(2)纖維素酶是由C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶3種組分組成的復合酶，其中C1酶、Cx酶可將纖維素分解為纖維二糖，葡萄糖苷酶可將纖維二糖分解成葡萄糖。(3)滿足④環節的常見菌種是酵母菌，⑤環節表示無氧發酵，即發酵裝置密閉(或保證無氧條件等)。為了讓接種的酵母菌數量增多，需要在無氧發酵前通入無菌的氧氣，以便酵母菌通過有氧呼吸大量繁殖，增加菌種數量。(4)芳香油的提取方法有蒸餾、萃取和壓榨等；根據植物色素易溶于有機溶劑的特點，可以考慮使用萃取法提取植物色素。
7．(2021·四川成都外國語學校高三開學考試)(1)從胡蘿卜中提取胡蘿卜素常用的方法是萃取法。用這種方法提取胡蘿卜素的主要步驟是：粉碎、干燥、萃取、過濾、濃縮。
(2)如果蒸餾過程中不進行冷卻，則精油提取量會下降，原因是部分精油會隨水蒸氣揮發而流失。
(3)從開始制作到泡菜質量最佳這段時間內，泡菜液逐漸變酸，這段時間內泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規律是乳酸菌數量增加，雜菌數量減少，原因是：乳酸菌比雜菌更為耐酸。
(4)分解秸稈中纖維素的微生物能分泌纖維素酶，該酶是由3種組分組成的復合酶，其中的葡萄糖苷酶作用是將纖維二糖分解成葡萄糖。
(5)該小組將得到的菌株接種到液體培養基中并混勻，一部分進行靜置培養，另一部分進行振蕩培養。結果發現：振蕩培養的細菌比靜置培養的細菌生長速度快。分析其原因是：振蕩培養能提高培養液的溶解氧的含量，同時可以使菌體與培養液充分接觸，提高營養物質的利用率。
[解析]　(1)從胡蘿卜中提取胡蘿卜素常用的方法是萃取法。用這種方法提取胡蘿卜素的主要步驟是：粉碎→干燥→萃取→過濾→濃縮。(2)如果蒸餾過程中不進行冷卻，部分精油會隨水蒸氣揮發而流失，則精油提取量會下降。(3)從開始制作到泡菜質量最佳這段時間內，泡菜液逐漸變酸，這段時間內泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規律是乳酸菌數量增加，雜菌數量減少，原因是乳酸菌比雜菌更為耐酸。(4)分解秸稈中纖維素的微生物能分泌纖維素酶，該酶是由C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶3種組分組成的復合酶，前兩種酶可將纖維素分解成纖維二糖，葡萄糖苷酶可將纖維二糖分解成葡萄糖。(5)振蕩培養比靜置培養的細菌生長速度快，由此可以說明該細菌是需氧菌，由于振蕩培養提高培養液中溶解氧的含量，同時可使菌體與培養液充分接觸，提高營養物質的利用率，細菌生長速度加快。
8．(2021·河南洛陽第二次統考)回答下列問題。
(1)酶活性是指酶催化一定化學反應的能力。酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化某一反應的反應速率來表示。與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優點是既能與反應物接觸，又能與產物分離，還能被反復利用。
(2)探索溫度對淀粉酶活性的影響實驗，需要進行如下步驟：
①取3支試管，各注入2
mL淀粉溶液并分別編號A、B、C；
②再取3支試管，各注入1
mL淀粉酶溶液并分別編號a、b、c；
③向3支試管各滴1滴碘液；
④將A、a試管放在60
℃的熱水中，B、b試管放在沸水中，C、c試管放在冰水中，各維持溫度5
min；
⑤分別將A與a、B與b、C與c混合后，再依次放在60
℃的熱水、沸水和冰水中維持溫度5
min；
⑥觀察實驗現象。
最合理的操作順序是(　B　)
A．①②③④⑤⑥　　
B．①②④⑤③⑥
C．①④②③⑤⑥　　
D．①②⑤④③⑥
(3)酒精發酵過程相關的酶存在于酵母菌細胞的細胞質基質中。
(4)纖維素分解菌因能產纖維素酶而廣泛存在，纖維素酶是一種復合酶，在三種酶的協同作用下，纖維素被分解成葡萄糖。在以纖維素為唯一碳源的培養基上培養一段時間后，培養基表面形成多個單菌落，但不同菌株分解能力有差異，為選出高效分解的菌株，請利用所學知識，寫出具體思路：用纖維素含量相同并加入剛果紅的鑒別培養基分別培養各菌株，培養相同時間后比較透明圈的大小。透明圈越大，說明分解能力越強。
[解析]　(1)酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化某一反應的反應速率來表示。與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優點是既能與反應物接觸，又能與產物分離，還能被反復利用。(2)探索溫度對淀粉酶活性的影響實驗，一般的步驟為取材分組、設計對照實驗、觀察實驗現象、記錄實驗數據，具體進行如下步驟：取3支試管，各注入2
mL淀粉溶液并分別編號A、B、C；再取3支試管，各注入1
mL淀粉酶溶液并分別編號a、b、c；將A、a試管度放在60
℃
的熱水中，B、b試管放在沸水中，C、c試管放在冰水中，各維持溫度5
min；分別將A與a、B與b、C與c混合后，再依次放在60
℃的熱水、沸水和冰水中維持溫度5
min；向3支試管各滴1滴碘液；觀察實驗現象，最合理的操作順序選B.①②④⑤③⑥。(3)酒精發酵過程為無氧呼吸，無氧呼吸相關的酶存在于酵母菌細胞的細胞質基質中。(4)纖維素分解菌因能產纖維素酶而廣泛存在，纖維素酶是一種復合酶，在三種酶的協同作用下，纖維素被分解成葡萄糖。為選出高效分解纖維素的菌株，可用纖維素含量相同并加入剛果紅的鑒別培養基分別培養各菌株，培養相同時間后比較透明圈的大小，透明圈越大，說明分解能力越強。

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