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專題17　生物技術(shù)實踐 ◢考點概述 本專題的主干知識主要集中在微生物的培養(yǎng)與利用、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用即果酒和果醋的制作、酶技術(shù)、DNA的粗提取及鑒定和 植物組織培養(yǎng)，植物成分的提取和血紅蛋白的提取與分離。這幾個內(nèi)容都比較貼近生活生產(chǎn)實際，不但可以與必修部分的內(nèi)容相聯(lián)系，也為培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)起到了一定的作用，因此高考的力度逐年加大，高考的立意重在對生物技術(shù)過程的研究和理解，更高的要求是根據(jù)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行實驗設(shè)計和分析。 從命題角度看主要是以微生物的應(yīng)用為考察對象，進(jìn)行實驗設(shè)計或者其他考察，考察的內(nèi)容多種多樣，考查方式和方向是更加密切的聯(lián)系人們的生活生產(chǎn)實際。微生物的利用在生物技術(shù)實踐中占有比較重要的地位，包括微生物的分離和培養(yǎng)技術(shù)、特定微生物的數(shù)量測定等。本專題易考查培養(yǎng)基、消毒滅菌等有關(guān)微生物培養(yǎng)的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)基的制備、高壓蒸汽滅菌和平板劃線法等基本操作技術(shù)，并運用相關(guān)技術(shù)解決生產(chǎn)生活中有關(guān)微生物計數(shù)、微生物分離與培養(yǎng)等實際問題。選修只以簡單題或填空題形式出現(xiàn)。酶的應(yīng)用考點和必修內(nèi)容聯(lián)系緊密，主要考查果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用和加酶洗衣粉洗滌效果的探究等知識點，以簡答或?qū)嶒炘O(shè)計形式出現(xiàn)。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用與生活實踐密切相關(guān)，考查上注重基礎(chǔ)知識，主要考查實驗?zāi)康?、原理、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技能，并將這些實驗涉及的方法和技能進(jìn)行綜合應(yīng)用?？疾樾问缴?，這部分內(nèi)容出現(xiàn)在選做題中，以非選擇題形式出現(xiàn)。 DNA和血紅蛋白的提取和分離與生活實踐密切相關(guān)，考查上注重DNA和血紅蛋白的提取和分離的基礎(chǔ)知識，主要考查實驗?zāi)康?、原理、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技能?？疾樾问缴?，這部分內(nèi)容出現(xiàn)在選做題中，以非選擇題形式出現(xiàn)。 此部分考題難度不大，試題往往從生產(chǎn)生活實際入手，進(jìn)行綜合考查。復(fù)習(xí)每個小專題時建議“抓大放小”，也就是掌握大的方法和思路，力求從宏觀上去整體把握。對于一些細(xì)節(jié)問題沒有必要花費太大的精力，因為本專題主要是一些生物技術(shù)操作中的技術(shù)手段和方法，比如植物組織培養(yǎng)，主要要掌握組織培養(yǎng)的核心過程即脫分化和再分化，影響因素、條件。一要從實驗角度剖析每項技術(shù)，把握其原理、材料、操作流程、注意事項等；二要用比較的方法區(qū)分一些重要概念和方法；三要用聯(lián)系的觀點看待不同的技術(shù)，要聯(lián)系必修教材中的相關(guān)實驗，注意將不同實驗相關(guān)聯(lián)的知識進(jìn)行整合；四是有條件的最好能動手做實驗。 ◢考點精講 【要點梳理】 1．培養(yǎng)基 （1）概念：人們按照微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的不同需求，配制出供其生長繁殖的營養(yǎng)基質(zhì)。 （2）營養(yǎng)組成：一般都含有水、碳源、氮源和無機(jī)鹽。此外，還需要滿足微生物生長對pH、氧氣以及特殊營養(yǎng)物質(zhì)的要求。 （3）種類：按照物理性質(zhì)可分為液體培養(yǎng)基和固體培養(yǎng)基。 2．無菌技術(shù) （1）含義：指在培養(yǎng)微生物的操作中，所有防止雜菌污染的方法。 （2）關(guān)鍵：防止外來雜菌的入侵。 （3）不同對象的無菌操作方法 3．大腸桿菌的純化培養(yǎng) （1）制備固體培養(yǎng)基：計算→稱量→溶化→滅菌→倒平板。 （2）純化大腸桿菌 ①平板劃線法：是通過接種環(huán)在瓊脂固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線的操作，將聚集的菌種逐步稀釋分散到培養(yǎng)基的表面。 ②稀釋涂布平板法：是將菌液進(jìn)行一系列的梯度稀釋，然后將不同稀釋度的菌液分別涂布到瓊脂固體培養(yǎng)基的表面，進(jìn)行培養(yǎng)。 4．菌種的保存方法 ①對于頻繁使用的菌種，可以采用臨時保藏的方法。 ②對于需要長期保存的菌種，可以采用甘油管藏的方法。 5．土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計數(shù) （1）分離原理：土壤中的細(xì)菌之所以能分解尿素，是因為它們能合成脲酶，這種物質(zhì)在把尿素分解成無機(jī)物的過程中起到催化作用。 （3）將點好樣的濾紙卷成圓筒狀，卷紙時不能將濾紙兩邊相互接觸，以避免由于毛細(xì)管現(xiàn)象導(dǎo)致溶劑沿濾紙兩邊的移動加快，溶劑前沿不齊，影響結(jié)果。 （4）層析液沒及樣品原點，色素溶解于層析液中，造成實驗失敗。層析液不可沒及樣品原點，以免色素溶解于層析液中，使鑒定失敗。 （5）沒有設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣品作對照。層析液中是否提取到胡蘿卜素，可通過與標(biāo)準(zhǔn)樣品中的β－胡蘿卜素作對比予以確認(rèn)。 ◢考點精練 1．（四川省成都市石室中學(xué)2019屆高三上學(xué)期入學(xué)考試生物試題）在玫瑰精油和橘皮精油提取過程中，正確的是（ ） A．玫瑰精油和橘皮精油都可用蒸餾、壓榨和萃取的方法提取 B．分離的玫瑰精油油層還含有一定水分可用無水Na2SO4吸水 C．新鮮的橘皮中含有大量的果蠟、果膠等，為了提高出油率，需用CaCO3水溶液浸泡 D．玫瑰精油和橘皮精油都有很強的揮發(fā)性，易溶于有機(jī)溶劑，都不可能是萜類化合物 【答案】B 2．（北京市朝陽區(qū)2017-2018學(xué)年度高三第一學(xué)期期末練習(xí)生物試題）豆豉是大豆經(jīng)過發(fā)酵制成的一種食品。為了研究影響豆豉發(fā)酵效果的因素，某小組將等量的甲、乙兩菌種分別接入等量的A、B兩桶煮熟大豆中并混勻，再將兩者置于適宜條件下進(jìn)行發(fā)酵，并定期取樣觀測發(fā)酵效果。以下推測不合理的是（　?。? A．該實驗的自變量是菌種，溫度屬于無關(guān)變量 B．大豆發(fā)酵過程中部分蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯?，形成豆豉的獨特風(fēng)味 C．若容器內(nèi)上層大豆發(fā)酵效果優(yōu)于底層，則發(fā)酵菌為厭氧菌 D．煮熟大豆使蛋白質(zhì)變性，有利于菌體分泌酶作用于蛋白質(zhì) 【答案】C 【解析】根據(jù)題干信息分析，該實驗的自變量是菌種的種類（甲乙兩種菌種），而溫度屬于無關(guān)變量，A正確；大豆發(fā)酵過程中部分蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯?，形成豆豉的獨特風(fēng)味，B正確；若容器內(nèi)上層大豆發(fā)酵效果優(yōu)于底層，說明發(fā)酵菌為需氧型，C錯誤；煮熟大豆使蛋白質(zhì)變性，有利于菌體分泌酶作用于蛋白質(zhì)，D正確。 3．（四川省廣安第二中學(xué)校2019屆高三上學(xué)期第一次月考生物試題）關(guān)于豆腐乳的制作，不正確的說法是（　?。? A．毛霉是參與腐乳制作的主要微生物 B．傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)豆腐乳一般在夏天進(jìn)行 C．現(xiàn)代食品企業(yè)是在無菌條件下接種毛霉生產(chǎn)豆腐乳 D．鹽的濃度過低，可能導(dǎo)致豆腐乳腐敗變質(zhì) 【答案】B 【解析】參與豆腐發(fā)酵的微生物有青霉、酵母、曲霉、毛霉等多種，其中起主要作用的是毛霉，A正確；豆腐上生長毛霉的適宜溫度為15～18℃，因此傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)豆腐乳應(yīng)在春天或秋天，B錯誤；現(xiàn)代的腐乳生產(chǎn)是在嚴(yán)格的無菌條件下，將優(yōu)良的毛霉菌種直接接種到豆腐上，這樣可避免其他菌種的污染，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，C正確；加鹽和加酒都能抑制微生物的生長，避免豆腐腐敗變質(zhì)，D正確。 4．（四川省成都市第七中學(xué)2019屆高中畢業(yè)班零診模擬考試生物試題）無菌技術(shù)包括以下幾個方面的敘述，其中正確的是（　?。? A．紫外線照射前，適量噴灑石碳酸等消毒液，可以加強消毒效果 B．高壓滅菌加熱結(jié)束時，打開放氣閥使壓力表指針回到零后，開啟鍋蓋 C．為了防止污染，接種環(huán)經(jīng)火焰滅菌后應(yīng)趁熱快速挑取菌落 D．在微生物接種的實驗中，用95%酒精對實驗者的雙手和超凈工作臺進(jìn)行消毒 【答案】A 【解析】用紫外線照射30min，可以殺死物體表面或空氣中的微生物，在照射前，適量噴灑石碳酸等消毒液，可以加強消毒效果，A正確；高壓滅菌加熱結(jié)束時，待壓力表指針回到零后，才能開啟鍋蓋，不能打開放氣閥使壓力表指針回到零，B錯誤；為了防止污染，接種環(huán)經(jīng)火焰滅菌、冷卻后才可以快速挑取菌落，C錯誤；在微生物接種的實驗中，一般用75%酒精對實驗者的雙手進(jìn)行消毒，用紫外線照射30min對超凈工作臺進(jìn)行滅菌，D錯誤。 （5）含有抗生素的牛奶不能發(fā)酵成酸奶，其理由是_____________。 【答案】（1）稀釋涂布平板法 （2）灼燒　　將聚集的菌體逐步稀釋以便獲得單個菌落 （3）生成的乳酸與CaCO3反應(yīng)生成乳酸鈣，周圍形成透明圈　　透明圈 （4）pH過低抑制了乳酸菌的生長 （5）抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌的生長 【解析】（1）微生物常見的接種的方法有平板劃線法和稀釋涂布平板法法，鑒別培養(yǎng)基中，一般需要加入瓊脂作為凝固劑制成固體培養(yǎng)基，然后觀察所獲單菌落的特征。 （2）微生物培養(yǎng)的關(guān)鍵是無菌操作，將用于微生物培養(yǎng)的器皿、接種用具和培養(yǎng)基等器具都需要進(jìn)行滅菌。操作時，接種環(huán)通過灼燒滅菌。平板劃線法分離水樣中的乳酸菌，在第二次及以后劃線時，總是從上一次的末端開始劃線。這樣做的目的是通過劃線次數(shù)的增加，使每次劃線時菌體的數(shù)目逐漸減少，以便得到單個菌落。 （3）某同學(xué)在配制平板時加入CaCO3，從而成功篩選出高效產(chǎn)生乳酸的菌株，其篩選依據(jù)的原理是乳酸會與CaCO3反應(yīng)形成透明圈，透明圈直徑越大，產(chǎn)生乳酸能力越強。 （4）發(fā)酵到后期時，酸奶含量繼續(xù)增加，當(dāng)達(dá)到1.2%以上時，發(fā)酵速度逐漸變緩甚至停止，主要原因是pH過低，乳酸桿菌生存環(huán)境過于惡劣，乳酸桿菌與環(huán)境斗爭處于劣勢而導(dǎo)致其生命活動（發(fā)酵）受到抑制。 （5）抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌的生長，因此含有抗生素的牛奶不能發(fā)酵成酸奶。 12．（福建省廈門市廈門外國語學(xué)校2019屆高三1月月考生物試題）蘋果醋是以蘋果汁為原料經(jīng)發(fā)酵而成的，回答下列問題： 　　 （1）酵母菌的呼吸代謝途徑如左圖所示。左圖中過程①和②是蘋果醋生產(chǎn)的第一階段，在酵母菌細(xì)胞的_________中進(jìn)行，其產(chǎn)物乙醇與_________試劑反應(yīng)呈現(xiàn)為灰綠色，這一反應(yīng)可用于乙醇的檢驗；過程③在酵母菌細(xì)胞的_________中進(jìn)行。 （2）第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^程，根據(jù)醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過程需要在_________條件下才能完成，右圖裝置中通過_________控制此條件。 （3）在生產(chǎn)過程中，第一階段和第二階段的發(fā)酵溫度不同，第一階段的溫度_________（填“低于”或“高于”）第二階段。 （4）左圖中，能釋放能量并生成ATP的過程是_________（填序號）。右圖中的排氣口長而彎曲，目的是_________。 【答案】（1）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)　　重鉻酸鉀　　線粒體 （2）有氧　　充氣口充氣 （3）低于　　 （4）①③　　防止空氣中微生物的污染 【解析】（1）酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和二氧化碳，無氧呼吸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，檢測酒精用酸性重鉻酸鉀溶液，反應(yīng)呈灰綠色，③為有氧呼吸第二、三階段，在線粒體中進(jìn)行。 （2）果醋制作的第二階段是乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^程，醋酸菌是嚴(yán)格的好氧菌，故需要在有氧條件下進(jìn)行醋酸發(fā)酵。右圖裝置中通過向充氣口充氣來控制有氧條件。 （3） 第一階段是果酒發(fā)酵，其適宜溫度是18～25℃，第二階段是果醋發(fā)酵，其適宜溫度是30～35℃，因此在生產(chǎn)過程中，第一階段的溫度低于第二階段。 （4）有氧呼吸三個階段均能產(chǎn)生ATP，而無氧呼吸只在第一階段產(chǎn)生ATP，左圖中①③為有氧呼吸過程，①②為無氧呼吸過程，其中②為無氧呼吸的第二階段，不產(chǎn)生ATP，故左圖中，能釋放能量并生成ATP的過程是①③。右圖中的排氣口長而彎曲，目的是防止空氣中微生物的污染。 13．（吉林省長春外國語學(xué)校2019屆高三上學(xué)期期中考試生物試題）回答下列有關(guān)提取植物有效成分的問題： （1）薄荷油具有易揮發(fā)、難溶于水等性質(zhì)，因此適合選用_________________法來提取。收集到的液體冷卻后加入氯化鈉的目的是___________________，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__________________。對胡蘿卜進(jìn)行粉碎、干燥時，要特別注意干燥的_____________________和時間，以防止胡蘿卜焦糊。提取過程中宜采用____________________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___________________、____________________，該過程用到的培養(yǎng)基從功能上講，屬于______________培養(yǎng)基。 【答案】（1）水蒸氣蒸餾　　促進(jìn)油水分層 （2）萃取法　　溫度　　水浴 （3）平板劃線法　　稀釋涂布平板法　　選擇 14．（江蘇省海安高級中學(xué)2019屆高三上學(xué)期第二次月考生物試題）鮮牛奶容易被金黃色葡萄球菌污染，該菌高度耐鹽，可引起人類肺炎等疾病。在血平板（培養(yǎng)基中添加適量血液）上生長時，可破壞菌落周圍的紅細(xì)胞，使其褪色。下圖為檢測鮮牛奶是否被金黃色葡萄球菌污染的操作流程，請據(jù)圖回答： 　　　 （1）鮮牛奶經(jīng)乳酸桿菌發(fā)酵可制成酸奶，在酸奶發(fā)酵過程中需控制的氣體條件是________。 （2）用7.5% NaCl肉湯培養(yǎng)基培養(yǎng)的主要目的是_____________。經(jīng)多次規(guī)范操作、重復(fù)實驗，血平板上均出現(xiàn)_________的菌落，初步證明鮮牛奶中存在金黃色葡萄球菌。從功能上分類，血平板屬于____________培養(yǎng)基。 （3）在3個血平板上各接種稀釋倍數(shù)為103的菌液樣品0.1mL，培養(yǎng)一段時間后平板上的菌落數(shù)分別為38、46、54，則每升原菌液樣品中細(xì)菌數(shù)為________。這一數(shù)值與實際值相比可能_________。 （4）分離純化微生物時，除了圖中接種方法，還常用平板劃線法。若要在五個區(qū)域劃線，共需灼燒接種環(huán)_____次，最后一次灼燒滅菌的目的是_______________。 【答案】（1）無氧（隔絕空氣）　　 （2）篩選出金黃色葡萄球菌（增加金黃色葡萄球菌的數(shù)量，同時抑制其它微生物生長）　　周圍存在透明圈（無色、紅色消褪）　　鑒別 （3）4.6108　　小 （4）6　　防止污染環(huán)境和感染操作者 【解析】（1）乳酸桿菌為厭氧菌，鮮牛奶經(jīng)乳酸桿菌發(fā)酵可制成酸奶，在酸奶發(fā)酵過程中需控制的氣體條件是無氧（隔絕空氣）。 （2）用7.5% NaCl肉湯培養(yǎng)基培養(yǎng)的主要目的是篩選出金黃色葡萄球菌（增加金黃色葡萄球菌的數(shù)量，同時抑制其它微生物生長）。經(jīng)多次規(guī)范操作、重復(fù)實驗，血平板上均出現(xiàn)周圍存在透明圈的菌落，初步證明鮮牛奶中存在金黃色葡萄球菌。從功能上分類，血平板屬于鑒別培養(yǎng)基。 （3）在3個血平板上各接種稀釋倍數(shù)為103的菌液樣品0.1mL，培養(yǎng)一段時間后平板上的菌落數(shù)分別為38、46、54，則每升原菌液樣品中細(xì)菌數(shù)為（38+46+54）310310310=4.6108個。 （4）分離純化微生物時，除了圖中接種方法，還常用平板劃線法。若要在五個區(qū)域劃線，共需灼燒接種環(huán)6次，最后一次灼燒滅菌的目的是防止污染環(huán)境和感染操作者。 15．（四川外國語大學(xué)附屬外國語學(xué)校2019屆高三10月月考理綜生物試題）請回答關(guān)于果酒、果醋、腐乳和泡菜制作的問題。 （1）葡萄酒是最受歡迎的果酒之一，葡萄酒發(fā)酵過程中，需將溫度控制在________℃。 發(fā)酵過程中，在________條件下，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數(shù)其他微生物受抑制。若要讓發(fā)酵裝置由產(chǎn)葡萄酒轉(zhuǎn)變成產(chǎn)葡萄醋，則需要改變的條件_________。 （2）腐乳的制作是利用毛霉產(chǎn)生的__________將豆腐中的蛋白質(zhì)和脂肪分解。加鹽腌制的主要目的是析出豆腐中的水分，使豆腐塊變硬；同時還能______，避免豆腐塊腐敗變質(zhì)。 （3）泡菜是川渝地區(qū)家喻戶曉的開胃小菜，泡菜發(fā)酵的原理是_______________；一般地說，泡菜腌制14天后，亞硝酸鹽含量低，適合食用，實驗室用___________法檢測其含量。 【答案】（1）18--25℃　　無氧、酸性　　加入醋酸菌，充入無菌空氣，提高發(fā)酵溫度 （2）蛋白酶和脂肪酶　　抑制微生物的生長繁殖 （3）無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸　　比色