选修1 生物技术实践（3）
一、选择题(每小题4分，共20分)
1．(2010·全国重点中学模拟)某学生进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的课题研究。他的实验设计如下：
①设置2组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉
②2组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部设置相同 ③根据污渍去除程度得出结果 对这个实验的评价，正确的是( )。 A．未设置对照实验 C．没有自变量
B．无关变量设置太多 D．因变量不能描述
解析 实验课题是“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”，因此设置的2组实验应该是：一组用普通洗衣粉作对照组，另一组用加酶洗衣粉作实验组。如果设置3组也正确，一组用普通洗衣粉作对照组，实验组设置使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉。 答案 A
2．关于探究果胶酶最适用量的实验，叙述错误的是( )。 A．配制不同浓度的果胶酶溶液，并在各组中加入等量的该溶液 B．调节pH，使各组中的pH相同而且处于适宜状态 C．用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不同 D．在相同且适宜的温度条件下进行实验
解析 探究果胶酶最适用量的实验是一个对照实验，必须遵循单一变量原则和等量原则。唯一的变量是果胶酶的用量，其余无关变量如pH、温度、搅拌时间、反应时间都应相同。 答案 C
3．下列有关生物技术在实践中的应用的叙述，正确的是( )。 A．酶制剂和固定化酶的优点是易与产物分离 B．使用加酶洗衣粉的洗衣效果总是比普通的洗衣粉好
C．凝胶色谱法是根据不同蛋白质所带电荷的不同而分离蛋白质的 D．固定化酵母细胞分解葡萄糖的速度要比游离酵母细胞慢
1
解析 固定化酶的优点是易与产物分离，并且可以重复利用，非固定化的酶制剂不具有这样的优点；洗衣粉中的酶具有专一性，且其催化效果受温度、pH的影响，因此并不是在任何情况下洗涤效果都好；凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。酵母细胞固定后不利于与底物充分混合，因此分解底物的速度要慢。 答案 D
4．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法正确的是( )。 A．某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应 B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可在细胞外起作用 D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性迅速下降
解析 酶具有专一性，一种酶固定后不可能催化一系列生化反应；固定化细胞技术固定的是一系列酶；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，若条件适宜，一般不会出现酶的活性迅速下降问题。 答案 C
5．下列对“探究某种加酶洗衣粉使用的最适温度”的说法，最合理的是
( )。
A．加酶洗衣粉在30 ℃的水中洗涤效果不如45 ℃时好，说明45 ℃为最适温度 B．在不同温度的水中，加入相同的污物及不等量的洗衣粉，看哪种效果好 C．取一系列不同温度、其他条件相同的水，加入等量相同的污物及等量相同的加酶洗衣粉，看哪一个温度下洗衣粉的洗涤效果最好
D．将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 ℃的水中洗涤同样的污物，发现加酶洗衣粉效果好，说明加酶洗衣粉的最适温度为37 ℃
解析 要探究加酶洗衣粉的最佳洗涤温度，需要设计具有温度梯度的变量。自变量只能有温度一个，洗衣粉的用量、种类等都属于无关变量，而无关变量的控制要相同且适宜。 答案 C
二、非选择题(共80分)
6．(12分)下面是某同学所做的啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关的问题。
2
实验原理：利用固定化啤酒酵母分解麦芽汁，生成啤酒。 实验步骤：
第一步：啤酒酵母细胞活化。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：海藻酸钠与啤酒酵母细胞混合。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的三角瓶中，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)啤酒酵母细胞活化的作用是________________。第二步中注意火候指的是________。第三步中为什么要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞？________________________________________________________________。 (2)海藻酸钠的主要作用是________________；上述固定化细胞的方法称为________，形成的凝胶珠颜色为________色。 (3)
与
固
定
化
酶
相
比
，
该
方
法
的
优
点
是
_________________________________________________________________。 解析 本题考查固定化酵母细胞与发酵的基础知识。(1)活化啤酒酵母细胞，目的是让休眠状态的啤酒酵母细胞恢复到生活状态。配制海藻酸钠溶液时，要用小火或间断加热，反复几次，防止焦糊。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，才能加入活化的酵母细胞，目的是防止高温杀死啤酒酵母细胞。(2)海藻酸钠与啤酒酵母细胞形成了凝胶珠，其中海藻酸钠的主要作用是固定啤酒酵母细胞。题中描述的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。(3)与固定化酶相比，固定化酵母细胞能省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定。
答案 (1)让处于休眠状态的啤酒酵母细胞恢复到生活状态 用小火或间断加
3
热，反复几次 防止高温杀死啤酒酵母细胞 (2)固定啤酒酵母细胞 包埋法 浅黄 (3)省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定
7．(11分)如图1为人工种子生产过程示意图，图2为图1中③过程的相关操作，请据图回答下面的问题。
(1)图1中，过程①②分别称为__________、__________。
(2)图2中，包埋形成人工种子过程中，先适当加热使海藻酸钠溶化，然后将溶化的海藻酸钠溶液____________，再加入__________充分搅拌混合均匀。 (3)若用图2的方法“制备固定化酵母细胞”，海藻酸钠溶液的浓度对实验结果影响较大，若浓度过高，则__________。鉴定该实验的成败通常是观察凝胶珠的__________________________________________________________________。 解析 该图是利用植物组织培养技术生产人工种子及海藻酸钠包埋人工种子的过程。过程①②分别为脱分化、再分化。海藻酸钠溶液的配制是制备固定化酵母细胞的关键，如果海藻酸钠溶液的浓度过高，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量少，都会影响实验效果。 答案 (1)脱分化 再分化 (2)冷却至室温 胚状体 (3)不易形成凝胶珠 颜色和形状
得分要诀 解答本题时要能将植物组织培养与酵母细胞固定化的知识有机结合。 8．(16分)(2010·东北三校一模)现在大力提倡无纸化办公，但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸，其主要成分是木质纤维，人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。下图是工业上利用微生物用纤维素生产乙醇的基本工作流程，请回答相关问题。
4
(1)自然界中①环节需要的微生物大多分布在________的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以________为碳源、并加入________的培养基上筛选周围有________的菌落。
(2)如上所述的筛选中获得了三个菌落，对它们分别培养，并完成环节②，且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，则你认为三种酶液的活性________(一定相同、不
一
定
相
同
、
一
定
不
同
)
，
可
以
通
过
_____________________________________________________进行定量测定。 (3)根据测定结果，①环节常选择毛霉，则②中获得的酶是________酶。该酶至少包括________________三个组分。
(4)生产中可以满足④环节的常见菌种是________，为了确保获得产物乙醇，⑤环节要注意________________，④过程要注意避免________________。 (5)该技术虽然有广阔的前景，但存在酶的成本高等问题，为了降低成本主要从以下几方面入手改进该过程。首先要通过________________等技术手段对产酶微生物改造，提高酶的产量。其次，可利用________________等技术使酶能够重复利用。
解析 (1)从富含纤维素的环境中可以获得富含纤维素酶的微生物，这类微生物的纯化培养是以纤维素为碳源，通过加入刚果红的培养基上筛选周围有透明圈的菌落而获得。
(2)由于三个菌落中的细菌数目可能不同或者产酶能力不同，从三个菌落中获得三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，其活性也不一定相同；可以通过对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定来确定三种酶液的活性。 (3)毛霉中产生的纤维素酶包括Cl酶、Cx酶、葡萄糖苷酶三个组分。
(4)生产中获得乙醇的常见菌种是酵母菌，酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产
5
生酒精，因此生产中注意保证无氧条件，还要注意避免杂菌的污染。
(5)为了降低成本首先要通过基因工程或基因突变等技术手段对产酶微生物进行改造，提高酶的产量。其次，可利用固定化酶等技术使酶能够重复利用。 答案 (1)富含纤维素(其他合理答案也可，如落叶较多等) 纤维素 刚果红 透明圈 (2)不一定相同 对纤维素酶催化纤维素分解后所产生的葡萄糖 (3)纤维素 Cl酶、Cx酶、葡萄糖苷酶 (4)酵母菌 发酵装置密闭(或保证无氧条件等) 杂菌污染 (5)基因工程(基因突变) 固定化酶
9．(18分)工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：
Ⅰ.将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10 ℃水浴中恒温处理10 min(如图甲)。 Ⅱ.将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10 ℃水浴中恒温处理10 min(如图乙)。
Ⅲ.将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图丙)。 Ⅳ.在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：
果汁量/mL 温度/ ℃ 8 10 13 20 15 30 25 40 15 50 12 60 11 70 10 80 根据上述实验，请分析回答下列问题。 (1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以分解细胞壁中的果胶，产物是________。
(2)实验结果表明，当温度为________左右时，果汁量最多，此时果胶酶的活性________。
(3)为什么该实验能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？
_______________________________________________________________ ________________________________________________________________。 解析 (1)果胶酶催化植物细胞壁中的果胶分解成为半乳糖醛酸。(2)由题干中的
6
表格可知，40 ℃时果汁量最多，说明此温度下酶活性最强。(3)该实验中衡量结果的指标有两项，一是观察在相同的时间内，滤出苹果汁的体积的多少。体积多说明果胶酶活性高，将果胶分解得多，使果汁更好地流出。二是观察果汁的澄清度。
答案 (1)半乳糖醛酸 (2)40 ℃ 最高 (3)果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化果胶分解的能力
10．(12分)(2010·济南模拟)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)酵母细胞的固定采用的方法是________。
(2)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞过程的步骤：
①配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。 ②海藻酸钠溶液应用________加热。
③海藻酸钠溶液必须________才能加入酵母细胞。
④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入______中形成________。 (3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。
①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在________条件下进行。 ②
加
入
反
应
液
后
的
操
作
是
关
闭
____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 ③
装
置
的
长
导
管
起
到
什
么
作
用
？
_________________________________________________________________。
7
(4)试分析下图中，与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似的是
( )。
解析 由于细胞过大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法进行固定化。操作过程中，必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将其与酵母细胞混合，否则酵母细胞会在高温下死亡。酵母菌利用葡萄糖的发酵过程中会产生CO2，为减小装置中的压力，应及时将其排出。
答案 (1)包埋法 (2)小火或间断 冷却至室温 氯化钙溶液 凝胶珠 (3)①无菌 ②活塞1和活塞2 ③释放CO2，减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染 (4)D
11．(11分)(2011·南京二模)根据材料回答下列有关问题。
Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)
(1)从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更________。
(2)从图2可以看出：海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是________________。 Ⅱ.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：用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中，
8
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到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30min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________(过低/过高)。
解析 从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，图1反映了固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广。图2曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足。 答案 Ⅰ.(1)强 (2)3% 酶的数量不足
Ⅱ.(1)③海藻酸钠溶解应适当加热至完全溶化 ④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞 (2)让凝胶珠形成稳定的结构 (3)过低
9
