第37题 生物技术实践-2021年高考生物逐题必刷200题（解析版）

第 37 题 生物技术实践 1．某同学要分离土壤中能分解尿素的细菌，并统计每克土壤样品中的活菌数目，培养基配方如表，将各种 物质溶解后，用蒸馏水定容到 1000mL，再经高温灭菌，制成培养基备用。具体操作步骤及结果如图。回 答相关问题： KH2PO6 Na2HPO3 MgSO4，7H2O 蛋白胨 葡萄糖 尿素 1.4g 2.1g 0.2g 1.0g 10.0g 1.0g （1）评价一下该培养基配方设计是否合理？说明理由。 。 （2）不同微生物生长所需的 pH 是不同的，在配制培养基时，pH 的调节应在灭菌 。（填“前” 或“后”）。 （3）根据图示，5 号试管的土壤样品稀释了 倍，采用 .法接种，根据图示结果估算每克土 壤中的菌株数为 个。实际活菌数目比该实验方法统计得到的结果往往会 ，原因是 。 （4）对分解尿素的细菌进行初步筛选，只是分离纯化菌种的第一步，如何借助生物化学方法，进一步鉴 定筛选出的菌种是否为尿素分解菌？ 。 【解答】解：（1）对细菌分离纯化应该选择固体培养基，题中设计的培养基缺少琼脂（凝固剂）；要筛选 分解尿素的细菌，应该以尿素为唯一氮源，题中设计的培养基含有蛋白胨，蛋白胨也可以提供氮素，所 以尿素不是唯一氮源。 （2）微生物的培养需要严格遵循无菌操作的基本原则，在配制培养基时，应该先调节好 pH，然后进行 灭菌，防止培养基被杂菌污染。 （3）图中进行了系列稀释操作，5 号试管的土壤样品稀释了 106 倍，图中显示对平板上的菌落进行了计 数，说明采用了稀释涂布平板法对微生物进行接种，根据图示结果估算每克土壤中的菌株数为 （168+175+169）÷3÷0.1×106＝1.7×109 个。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，所以实际活菌数目比该实验方法统计得到的结果往往会偏高。 （4）对分解尿素的细菌进行初步筛选后，进一步鉴定菌种是否能够分解尿素，需要在以尿素为唯一氮源 的培养基中加入酚红指示剂，接种筛选出的细菌后，观察指示剂是否变红。 故答案为： （1）不合理，分离细菌应使用固体培养基，配方中缺少琼脂（凝固剂），尿素不是唯一氮源，蛋白胨也 可以提供氮素 （2）前 （3）106 （稀释）涂布平板 1.7×109 偏高 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 （4）在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，接种筛选出的细菌后，观察指示剂是否变红 2．为提高作物产量，种植业往往使用大量的氮素化肥，既增加了生产成本，又易造成环境污染。自生固氮 菌营独立生活，为改变这种现状带来了希望。某科研小组利用下面的培养基尝试从土壤中分离固氮能力 强的自生固氮菌，以便生产菌肥替代传统化肥。请回答下列问题： 培养基配方表： 成分 葡萄糖 KH2PO4 MgSO4 NaCl CaSO4 CaSO3 琼脂 蒸馏水 用量 10g 0.2g 0.2g 0.2g 0.2g 5g 3.5g 1L （1）配制培养基时，按配方表称量、溶化、定容后需经 法灭菌后再倒平板。此培养基能分离自 生固氮菌的原因是 。 （2）为分离纯化自生固氮菌及观察自生固氮菌的菌落特征，需将土样经 后，用灭菌后的 （填接种工具名称）采用 将菌液接种到平板上培养。 （3）已知固氮酶的化学本质为蛋白质，不同的蛋白质在不同浓度的盐溶液中溶解度不同。为检测分离得 到的自生固氮菌的固氮酶活性，可将固氮菌细胞破碎后采用 法 分离出固氮酶，该方法的优点 是 。 （4）研究发现，土壤中碳含量降低，碳氮比低于 40：1 时，固氮菌的固氮作用迅速停止。因此纯化后制 作的优良菌肥最好与 （填“氮肥”“磷肥”“钾肥”或“有机肥”）配合施用。 【解答】解：（1）配制培养基时，按配方表称量、溶化、定容后需经高压蒸汽灭菌法灭菌后再倒平板。 此培养基能分离自生固氮菌的原因是该培养基无氮源，只有固氮菌才能在此培养基上生长。 （2）为分离纯化自生固氮菌及观察自生固氮菌的菌落特征，需将土样经梯度稀释后，用灭菌后的接种环 采用平板划线法将菌液接种到平板上培养。 （3）已知固氮酶的化学本质为蛋白质，不同的蛋白质在不同浓度的盐溶液中溶解度不同。为检测分离得 到的自生固氮菌的固氮酶活性，可将固氮菌细胞破碎后采用盐析法分离出固氮酶，盐析法不会改变蛋白 质的形状，故该方法的优点是既能分离出固氮酶，又不会破坏固氮酶的结构而保持其活。 （4）研究发现，土壤中碳含量降低，碳氮比低于 40：1 时，固氮菌的固氮作用迅速停止。因此纯化后制 作的优良菌肥最好与有机肥配合施用，这是因为有机肥种含有丰富的碳源，能够保证土壤中的碳氮比。 故答案为： （1）高压蒸汽灭菌 该培养基无氮源，只有固氮菌才能在此培养基上生长 （2）梯度稀释 接种环 平板划线法 （3）盐析 既能分离出固氮酶，又不会破坏固氮酶的结构而保持其活性 （4）有机肥 3．玉米是重要的粮食作物，经深加工可生产酒精和果糖等，其流程如如图所示。请回答下列有关问题： （1）筛选分解纤维素的微生物时常用的方法是 ，对初步筛选到的分解纤维素的微生物进行纯化 计数，常采用的接种方法是 。 （2）工业上利用秸秆发酵产物生产酒精时常利用固定化酵母细胞发酵，研究表明使用固定化酵母的酒精 产量平均值高于游离酵母的对照组，可能的原因是 。 （3）能将葡萄糖转化为果糖的酶 A 是 酶。工业上利用玉米淀粉生产果糖时，常常采用固定化酶 技术，酶的固定化一般采用 法，原因是 。该技术与直接使用游离酶相比其优点是 （答两点）。 【解答】解：（1）筛选分解纤维素的微生物时常用的方法是刚果红染色法，对初步筛选到的分解纤维素 的微生物进行纯化计数，常采用的接种方法是稀释涂布平板法。 （2）固定化的酵母是将已活化的酵母细胞与熔化好并冷却至室温的海藻酸钠溶液混合均匀后，滴加到配 制好的 CaCl2 溶液中形成凝胶珠，与游离的酵母相比，凝胶珠内部容易产生无氧环境，有利于酒精发酵， 所以使用固定化酵母的酒精产量平均值高于游离酵母的对照组。 （3）葡萄糖异构酶能将葡萄糖转换为果糖。一般来说，酶更合适采用化学结合法和物理吸附法，而细胞 多采用包埋法固定化。这是因为细胞个体大，而酶分子个体很小；个体大的细胞难以被吸附或结合，而 个体小的酶容易从包埋材料中漏出。与直接使用游离酶相比，固定化酶技术具有通过酶的重复利用，降 低生产成本；使酶既能与反应物接触，又易与产物分离，从而提高产物的品质等优点。 故答案为： （1）刚果红染色法 稀释涂布平板法 （2）凝胶珠内部容易产生无氧环境，有利于酒精发酵 （3）葡萄糖异构 化学结合法或物理吸附 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 酶可以重 复利用，降低生产成本；使酶既能与反应物接触，又易与产物分离 4．请仔细观察如图装置，回答下列问题： （1）若流经该装置活塞 1 的是葡萄糖，a 为 的葡萄糖异构酶，从活塞 2 流出的是 。请说 出该技术的优点是 （答出两项）。如果使用该装置酿酒，则活塞 1 除了控制加料外，还具有控制 的功能。 （2）若流经该装置活塞 1 的是血红蛋白溶液，则 a 为 。最先从活塞 2 流出的是相对分子质量较 的蛋白质，原因是 。对纯化的血红蛋白的纯度进行鉴定通常使用 方法。 【解答】解：（1）若流经该装置活塞 1 的是葡萄糖，a 为固定化的葡萄糖异构酶，则从或是 2 流出的是 果糖。该技术的优点是酶可以重复利用，同时还能提高产品质量和产量。如果使用该装置酿酒，初期酵 母菌需要进行有氧呼吸大量繁殖，活塞 1 还具有控制排气功能。 （2）若流经该装置活塞 1 的是血红蛋白溶液，则 a 为凝胶颗粒，血红蛋白溶液流经凝胶时相对分子质量 较大的蛋白质先流出，因为凝胶分子内部有许多贯穿的通道，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶 内部，而相对分子质量较大的蛋白质被排阻于颗粒之外，经过的路径短，能快速通过凝胶。判断纯化蛋 白质是否达到要求，需要进行蛋白质纯度的鉴定，常采用 SDS﹣聚丙烯酰胺凝胶电泳法。 故答案为： （1）固定化 果糖 酶可以重复利用，提高了产品质量和产量 初期通气后期排气 （2）凝胶颗粒 大 相对分子质量较大的蛋白质被排阻于颗粒之外，经过的路径短，能快速通 过凝胶 SDS﹣聚丙烯酰胺凝胶电泳 5．制备固定化酵母细胞的过程为 酵母细胞活化→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）活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复 状态． （2）影响此实验成败的关键步骤是 ，此步的操作应采用 ，以防止发生焦糊现象． （3）海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能和酵母混合，原因是 ． （4）刚形成的凝胶珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30min 左右，目的是 ． （5）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸浓度 （过低/过高）． （6）此固定酵母细胞的方法是 ，固定化酵母细胞的优点是 ． （7）制备固定化酶则不宜用此方法，原因是 ． 【解答】解：（1）酵母菌在缺水状态下处于休眠状态．活化加入水使得酵母菌恢复正常的生活状态． （2）实验成败的关键是配制海藻酸钠溶液，形成凝胶珠，应注意小火间断加热，防止焦糊． （3）海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能和酵母混合，防止高温杀死酵母菌． （4）刚形成的凝胶珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30min 左右，目的是让凝胶珠形成稳定的结构． （5）观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明固定化酵母细胞数目较少，是由于海藻酸浓 度浓度过低造成的． （6）细胞个体大，难以吸附或结合，而且不易从包埋材料中漏出，则固定化细胞一般采用包埋法；固定 化酵母细胞的优点是成本低、操作容易． （7）制备固定化酶则不宜用包埋法，是因为酶较小，容易从包埋材料中漏出． 故答案为： （1）正常的生活 （2）配制海藻酸钠溶液 小火间断加热 （3）防止高温杀死酵母菌 （4）让凝胶珠形成稳定的结构 （5）过低 （6）包埋法 成本低、操作容易 （7）酶较小，容易从包埋材料中漏出 6．枯草芽孢杆菌产生的蛋自酶在医药和化工等领域具有重要的价值。为筛选蛋白酶产量高的枯草芽孢杆菌 菌株，分别将浸过不同菌株的提收液（a～e）及无菌水（f）的无菌圆纸片置于平板培养基表面，在 37℃ 恒温箱中放置 2～3 天，结果如图所示。请回答问题： （1）在培养包括枯草芽孢杆菌在内的异养型微生物时，培养基营养成分应包括水和 ，配制图 1 培养基的基本步骤是计算→称量→ →灭菌→倒平板。 （2）a～e 中蛋白酶产量最高的南株是 （用子母回答），判断依据是 。 （3）分离和纯化枯草芽孢杆苗可用稀释涂布平板法。在进行稀释涂布平板操作时，要将菌液进行一系列 的 ，涂布时，要将涂布器末端浸在盛有体积分数为 的烧杯中。 （4）工业上生产碱性蛋白酶成本高，目前可以采用 技术多次重复使用以降低成本。 【解答】解：（1）培养基营养成分应包括水和无机盐、碳源、氮源，配制图 1 固体培养基的基本步骤是 计算→称量→熔化→灭菌→倒平板。 （2）a～e 中 a 周围的透明圈最大，说明其产生的蛋白酶数量多，蛋白质分解的效果最好。 （3）分离和纯化枯草芽孢杆苗可用稀释涂布平板法，在进行稀释涂布平板操作时，要将菌液进行一系列 的梯度稀释，涂布时，要将涂布器末端浸在盛有体积分数为 70%的酒精的烧杯中，再引燃进行灼烧灭菌。 （4）采用固定化酶技术，可多次重复使用，以降低成本。 故答案为： （1）无机盐、碳源、氮源 熔化 （2）a a 周围的透明圈最大，说明其产生的蛋白酶数量多 （3）梯度稀释 70%的酒精 （4）固定化酶 7．图甲为蒸馏装置图，图乙为果酒和果醋的实验装置图，图丙是果酒的生产工艺流程图，据图回答下列问 题： （1）图甲装置用于提取的某些植物芳香油具有的特点是 （答出两点即可）。 （2）图乙装置用于果酒制作时，要提高果酒的生产速率，对进气口的操作应为 ；为了节约成本， 实现酵母菌的重复利用，可对酵母菌进行 法固定化处理，如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色， 说明 。 （3）某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组（乙 A 和乙 B），乙 A 装置中保留一定量的氧 气，乙 B 装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙 A 和乙 B 中酒精含量的 变化趋势及乙 A 中氧气含量的变化趋势如曲线图丁所示。图中曲线 ①②③ 依次表示 、 、 含量的变化趋势。 （4）图丙为果酒生产工艺流程简图，为防止被微生物污染，应在冲洗水果后再去除果柄，榨汁时可以加 入 可提高出汁率。 【解答】解：（1）提取的某些植物芳香油具有化学性质稳定、难溶于水、易溶于有机溶剂、能随水蒸气 一同蒸馏等特点。 （2）为适当提高果酒的生产效率，进气口应先打开让酵母菌进行有氧繁殖，然后关闭进行发酵产生酒精； 固定酵母细胞采用包埋法，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。 （3）因乙 A 装置中保留一定量的氧气，所以在此装置中酵母菌先进行有氧呼吸消耗氧气，然后才进行无 氧呼吸产生酒精和二氧化碳，所以曲线 ① 为乙 A 中的氧气，曲线 ③ 为乙 A 中的酒精，乙 B 装置中没有氧 气，所以在此装置中的酵母菌从开始就进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，所以曲线 ② 乙 B 中的酒精。 （4）图丙为果酒生产工艺流程简图，为提高出汁率，榨汁时可以加入果胶酶。 故答案为： （1）化学性质稳定、难溶于水、易溶于有机溶剂、能随水蒸气一同蒸馏 （2）先打开后关闭 包埋 海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少 （3）乙 A 中的氧气、乙 B 中的酒精、乙 A 中的酒精 （4）果胶酶 8．早在北宋年间，我国就有红枣酒酿造的相关记载，其基本工艺流程为：洗净消毒一破碎榨汁一加曲发酵 一过滤陈酿。回答下列问题： （1）消毒过程中可以用 溶液浸泡适当时间，再用清水冲洗。 （2）为获得品质较高的红枣汁，可加入果胶酶，能生产果胶酶的微生物有 ，与细菌培养基不同， 该微生物生长要求的酸碱环境是 。配制的培养基应在高压蒸汽灭菌 （前/后）调节酸碱度。 果汁制作后可用 鉴别是否仍有较多果胶存在。 （3）在澄清果汁中加纯种酵母液，在 条件下产生酒精和二氧化碳。待静置一段时间后，用 法取出上清液。 【解答】解：（1）消毒过程中可以用高锰酸钾溶液浸泡适当时间，再用清水冲洗。 （2）为获得品质较高的红枣汁，可加入果胶酶，能生产果胶酶的微生物有苹果青霉（或黑曲霉）；细菌 生长适宜的 PH 为中性或偏碱性，而霉菌适宜生长在中性偏酸的环境中。配制的培养基应在高压蒸汽灭 菌前调节酸碱度。果汁制作后可用 95%乙醇鉴别是否仍有较多果胶存在。 （3）果酒的制作是利用酵母菌的无氧呼吸，即在厌氧条件下产生酒精和二氧化碳。待静置一段时间后， 用虹吸法取出上清液。 故答案为： （1）高锰酸钾 （2）苹果青霉（或黑曲霉） 中性偏酸 前 95%乙醇 （3）厌氧 虹吸 9．红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完成的，血红蛋白的主要功能是携带 O2 或 CO2。请回答下列有关提取和分离血红蛋白的问题： （1）常用的蛋白质分离方法有凝胶色谱法和 法，后一种方法的原理是利用待分离样品中各种分 子本身的 、形状的不同及 ，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。 （2）一般不选用鸡血提取血红蛋白的原因是 。 （3）在对样品进行处理及粗分离时，主要包括红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透 析等步骤。红细胞洗涤时不能直接用蒸馏水，是因为 。 （4）某同学利用凝胶色谱法进行血红蛋白的分离（如图），他加样的正确顺序是 （填序号），凝 胶色谱柱中的小球体大多数是由 类化合物构成的。如果使用的凝胶标注为 G﹣95，则每克凝胶膨 胀时吸水 克。 【解答】解：（1）常用的蛋白质分离方法有凝胶色谱法和电泳法，后一种方法的原理是利用待分离样品 中各种分子本身的大小、形状的不同及带电性质的差异，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。 （2）一般不选用鸡血提取血红蛋白的原因是鸡的红细胞中有细胞核和众多细胞器，里面所含的蛋白质种 类和数量较多，分离难度大。成熟哺乳动物的红细胞中无细胞核，也没有复杂的细胞器，血红蛋白的含 量高，其他蛋白质含量相对少。 （3）红细胞洗涤时不能直接用蒸馏水，是因为在蒸馏水中红细胞会吸水破裂，不容易将血浆蛋白和血红 蛋白分开。 （4）凝胶色谱柱中的小球体大多数是由多糖类化合物构成的，利用凝胶色谱法进行血红蛋白的分离，在 操作中加样的正确顺序是题图中的 ④①②③ 。G﹣95 中的“G”表尔凝胶的交联程度，膨胀程度及分离 范围，95 表示凝胶得水值，如果所用凝胶标注为 G﹣95，即每克凝胶膨胀时吸水 9.5 克。 故答案为： （1）电泳 大小 带电性质的差异 （2）鸡血提取血红蛋白的原因是鸡的红细胞中有细胞核和众多细胞器，里面所含的蛋白质种类和数量较 多，分离难度大 （3）在蒸馏水中红细胞会吸水破裂，不容易将血浆蛋白和血红蛋白分开 （4） ④①②③ 多糖 9.5 10．苹果汁是人们喜欢的饮料，但未经处理的苹果汁在放置过程中会产生褐色物质。某果汁生产企业设计 了如图所示的生产流程，所生产的苹果汁无色透明。回答下列问题： （1）在果汁生产过程中，一般多采用高温瞬时灭菌法（95﹣100℃、15s），与高压蒸汽灭菌法相比，这 种灭菌方法在条件控制方面的区别是 （答出两点）。 （2）苹果汁生产过程中，在“脱胶”时加入了适量的果胶酶，果胶酶能够提高果汁的出汁率和澄清度， 原因是果胶酶能够 。在果汁生产巾，除了酶和苹果的用量外，影响果汁产量的因素还有 （答 出两点）。 （3）果胶酶并不只是一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，工业生产中若要分离出不同的果胶酶，可 以采用凝胶色谱法，该方法分离蛋白质的基本原理是 。为了提高果胶酶的重复使用率，降低生产 成本，可以将果胶酶进行固定化，一般来说，酶固定化比较适合采用的方法是 。 （4）将完成脱胶、过滤后得到的果汁，输入“吸附树脂柱”中，以一定流速通过树脂柱后，果汁颜色变 浅甚至消失，据此推测，树脂的作用是 。果汁中有色物质含量的多少，可以通过比色法进行测定， 该方法的基本思路是 。 【解答】解：（1）在果汁生产过程中，一般多采用高温瞬时灭菌法（95﹣100℃、15s），与高压蒸汽灭菌 法相比，这种灭菌方法在条件控制方面的区别是温度较低、时间较短、压强较低。 （2）果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，因此其能够提高果汁的出汁率和澄清度。在果 汁生产中，除了酶和苹果的用量外，影响果汁产量的因素还有 pH、温度、酶催化反应的时间。 （3）凝胶色谱法分离蛋白质的基本原理是：相对分子质量不同的蛋白质分子在色谱柱中移动速度不同。 酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此酶固定化比较适合采用的方法是化学结合法和物理吸附法。 （4）将完成脱胶、过滤后得到的果汁，输入“吸附树脂柱”中，以一定流速通过树脂柱后，果汁颜色变 浅甚至消失，据此推测，树脂的作用是吸附有色物质。果汁中有色物质含量的多少，可以通过比色法进 行测定，其基本思路是：将待测果汁的颜色与标准显色液进行比较，找出与标准液最相近的颜色，再通 过计算获得果汁中色素的含量。 故答案为： （1）温度较低、时间较短、压强较低 （2）分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层 pH、温度、酶催化反应的时间 （3）相对分子质量不同的蛋白质分子在色谱柱中移动速度不同 化学结合法和物理吸附法 （4）吸附有色物质 将待测果汁的颜色与标准显色液进行比较，找出与标准液最相近的颜色， 再通过计算获得果汁中色素的含量