2012届高考新课标生物二轮复习方案课件：专题15生物技术实践.ppt

专题十五 生物技术实践 专题十五 生物技术实践 要点热点探究 专题十五 要点热点探究 探究点一 微生物的分离、培养和计数 1 不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的 营养与摄食型的动物 ( 包括人类 ) 和光合自养型的植物非常相 似，它们之间存在着 “ 营养上的统一性 ” ，微生物有六种营养 要素，即碳源、氮源、能源、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、无机盐和水。 生长因子 专题十五 要点热点探究 专题十五 要点热点探究 专题十五 要点热点探究 2. 按培养基的用途划分 (1) 基础培养基 含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。如牛 肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。 (2) 选择培养基 用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的 培养基。依据某些微生物对某些营养的特殊需求，专门进行另 外添加的培养基。如以 _ _ _ _ _ _ _ _ _ 为唯一碳源的培养基可筛选 富集纤维素分解菌。 纤维素 专题十五 要点热点探究 (3) 鉴别培养基 用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中加入某种特 殊化学物质 ( 指示剂 ) ，使其与微生物代谢产物发生显色反应，仅 凭肉眼观察即可根据菌落颜色分辨出其中的微生物类别。鉴别培 养基主要用于微生物的快速分类鉴定、分离和筛选产生某种代谢 产物的微生物菌种。如伊红美蓝培养基在饮用水检验中可鉴别是 否有大肠杆菌。 专题十五 要点热点探究 例 1 图 7 15 1 为 “ 大肠杆菌的培养和分离 ” 实验的基本流程 图 7 - 15 - 1 请回答： (1) 配制细菌培养基时通常要加入一定量的氯化钠，其目的是 _ 。 (2) 培养基和培养皿常用高压蒸汽灭菌，灭菌后，要待 _ _ 时才能 打开高压蒸汽锅锅盖，倒平板和接种前要用 _ _ 擦手。大肠杆菌先接 种到液体培养基中的目的是 _ 。 专题十五 要点热点探究 (3) 分离菌群的常用方法有二种，划线分离法与涂布分离法，划线分离法 的优点是 _ _ 。 (4) 划线后在恒温培养箱中培养时，培养皿须倒置，目的是 _ 。 (5) 下列接种过程中，操作错误的是 _ 。 A 在酒精灯火焰旁倒平板 B 取下棉塞后要将试管口灼烧灭菌 C 将接种环伸入试管内，先接触菌体多的部位 D 接种后还要将试管口灭菌加塞 (6) 实验完成后，接触过细菌的器皿应如何处理？ _ 。 (7) 植物组织培养过程中， 要先在 _ 的发芽培养基进行 培养，使长出较多的丛状苗，然后再继续培养。 专题十五 要点热点探究 【答案】 (1) 维持一定的渗透压 (2) 灭菌锅内压力与大气压相同 酒精棉球 扩大培养大肠杆菌 (3) 方法简单 (4) 避免水滴污染培养基 (5) C (6) 接触过细菌的器皿应作灭菌处理 (7) 细胞分裂素多生长素少 专题十五 要点热点探究 【解析】 细菌培养基中加入一定量的氯化钠主要是为调节渗透压，使之更 有利于培养细菌；高压蒸汽锅使用后短时间内内部压力大于外界大气压，此 时打开会发生危险；为了防止手上微生物污染菌种，在操作时要用肥皂将双 手洗净，擦干，再用酒精棉球 ( 体积分数 75% ) 擦拭双手；培养皿倒置在培养 箱中，水蒸气凝结成的水滴不会流入培养基中； ABD 的操作都是为了尽量减 少操作过程中的杂菌污染，而在接种过程中将接种环伸入菌种试管内，让环 先接触培养基上未长菌的部位，使环冷却。轻轻挑取少量菌体，立即将接种 环抽出。由于某些细菌有害， 接触过细菌的器皿要作灭菌处理；在植物组织 培养过程中，激素含量的配比会影响组织、细胞的分化，从题干提示中可以 看出，此处使用的培养基有利于发芽，所以是细胞分裂素多生长素少。 专题十五 要点热点探究 【点评】 微生物的培养需要一定的营养条件，还需要一定的环境条件， 如适宜的温度、适宜的 pH 、适宜的渗透压等。微生物培养中，为防止杂菌 污染，常对培养基和培养器皿进行灭菌，对操作者的双手进行清洗和消毒等。 使用高压灭菌锅的具体操作如下： 打开高压灭菌锅，取出里面的灭菌桶， 向锅内加水 ( 最好用开水 ) 水面与底架平齐为宜。 将扎好的试管管口向上， 竖放在灭菌桶内，再将灭菌桶放回灭菌锅。注意：灭菌桶内的物品不能放得 太挤，否则会影响灭菌效果。 加盖，并将排气软管插入灭菌桶的排气槽内。 以两两对称的方式，同时旋紧相对的两个紧固螺栓， 以防漏气。 排出锅内 的冷空气。打开火源，当压力上升到 49 k Pa 时，打开排气阀放气，当压力 回到 0 时，关闭排气阀。重复上述放气过程一次，以彻底排出锅内的冷空气。 当锅内的压力上升到 98 k Pa 时，控制火力大小，使压力维持在 98 k Pa 左 右 20 mi n ，切断电源。 当压力降至 0 以后，打开排气阀，完全排出水蒸气 ( 约 10 mi n) 后，放松紧固螺栓，取出试管。最后，将灭菌锅里的水排放干净。 专题十五 要点热点探究 探究点二 酶的应用 1 探究温度和 pH 对果胶酶活性的影响需要注意的问题： (1) 将果泥和果胶酶分装在不同的试管中 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，可以保证底物 和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的 温度，从而影响果胶酶活性的问题。 (2) 在探究温度或 pH 的影响时，需要设置 _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，不同的温度 梯度之间或不同的 pH 梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。 不同的温度梯度之间或不同的 pH 梯度之间就可以作为对照，这种对 照称为相互对照。 恒温处理 对照试验 专题十五 要点热点探究 (3) 若将温度或 pH 作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个 自变量，实验结果才能说明问题。 (4) 测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低是因为果胶 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的催化分解果胶的能力。在不同的温度和 pH 下， 果胶酶的 _ _ _ _ _ _ _ 越大，苹果汁的 _ _ _ _ _ _ _ 就越大。 (5) 当探究温度对果胶酶活性的影响时 ，温度是变量，应控制果泥量、 果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的 pH 等所有其他条件不变。 只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。 果胶酶的用量 活性 体积 专题十五 要点热点探究 2 探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果 (1) 比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果的实验 中，实验变量为洗涤剂，设计时应遵循单一变量原则、对照性原则， 有效地控制其他变量。 普通洗衣粉 加酶洗衣粉 相同点 表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散 开；水软化剂可以分散污垢等等 不同点 酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小 分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开 专题十五 要点热点探究 (2) 探讨加酶洗衣粉的最适温度要根据生活中的实际情况，合理设置 温度梯度。 (3) 在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳 _ _ _ _ _ _ _ 条件，还要考虑 到 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 和洗涤成本的问题。 洗涤 酶的专一性 专题十五 要点热点探究 3 固定化酶和固定化细胞的比较 类型 优点 不足 直接使 用酶 催化效率高，低耗 能，低污染 对环境非常敏感，易失活，难回 收，不能再次利用，与产物混在一 起，可能影响产品质量 固定化 酶 酶与产物分开，可反 复利用 一种酶只能催化一种化学反应， 生产实践中，很多产物的形成是通 过一系列的酶促反应得到的 固定化 细胞 成本低，操作更容易 固定后的酶不易与反应物接近， 可能导致反应效果下降等 专题十五 要点热点探究 例 2 某同学进行 “ 加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果比较 ” 课 题研究。下列叙述错误的是 ( ) A 设计对照实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉 B 洗衣粉用量、污渍种类和洗涤温度等无关变量全部相同且适宜 C 根据相同时间内污渍去除程度的差异得出实验结论 D 根据污渍完全洗净所需时间的差异得出实验结论 【解析】 A 比较加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果，设计对照实 验时，应该用蛋白酶洗衣粉和普通洗衣粉进行对照。 专题十五 要点热点探究 【点评】 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制 剂和碱性脂肪酶制剂等。这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上 的污渍，而且对人体没有毒害作用，并且这些酶制剂及其分解产 物能够被微生物分解，不会污染环境。所以，加酶洗衣粉受到了 人们的普遍欢迎。 专题十五 要点热点探究 例 3 图 1 表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图 2 是利用固 定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题： 图 7 - 15 - 2 专题十五 要点热点探究 (1) 图 1 中 X 溶液为 _ ，其作用是使 _ _ 。 (2) 图 1 中制备的凝胶珠用 _ 洗涤后再转移到图 2 装置中。图 2 发 酵过程中搅拌的目的是为了使 _ _ 。 (3) 在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠 时需注意用 _ 加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液 _ 后， 加入酵母菌充分搅拌混合均匀。 (4) 研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使 用寿命长。某机构利用上述装置，将 2% 、 2.5% 、 3% 的海藻酸钠分别 利用 2% 、 3% 、 4% 的 X 溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母 颗粒的强度及在 28 下发酵 48 h 后的酒精产量见下表： 专题十五 要点热点探究 海藻酸 钠 (% ) 2 2.5 3 2 2.5 3 2 2.5 3 X 溶液 ( % ) 2 2 2 3 3 3 4 4 4 固定化强 度 (g/ 30 个 ) 930 950 990 1030 1 100 1 140 1 170 1 170 1 160 酒精量 (% ) 6.7 6.5 6.5 6.7 6.4 6.2 6.7 6.4 6.3 从表中可以看出，随着 X 溶液浓度的增加， _ 增加；凝 胶固定化效果较好的海藻酸钠与 X 溶液浓度分别是 _ _ 。 专题十五 要点热点探究 【答案】 (1)CaC l 2 溶液 海藻酸钠形成凝胶珠 (2) 蒸馏水 培养液与酵母菌充分接触 (3) 小火 ( 或间断 ) 冷却 ( 至室温 ) (4) 固定化强度 2% 、 4% 专题十五 要点热点探究 【解析】 (1)CaC l 2 溶液能促使海藻酸钠溶液凝聚，从而包埋酵母细胞。 (2) 固定好的凝胶珠用蒸馏水洗涤，酵母细胞有细胞壁，不会因吸水胀 破；发酵过程搅拌，是为了培养液与酵母菌充分接触，使酵母菌更快 吸收营养物质。 (3) 加热溶解海藻酸钠时要用小火或间断加热，加热太强，会使海藻 酸钠变糊；加热溶解的海藻酸钠溶液需冷却再与酵母细胞混合，否则 会使酵母细胞烫死；搅拌能促进酵母细胞与海藻酸钠溶液充分混合， 从而充分接触。 (4) 分析表格中数据变化趋势，能得出规律； 固定化强度最强的是 1 170 g/30 个，此时最低海藻酸钠浓度是 2% ，最低 CaC l 2 溶液浓度是 4% 。 专题十五 要点热点探究 【点评】 固定化酶和固定化细胞的原理是利用物理、化学方法， 将酶或细胞与固体的不溶于水的支持物 ( 或称载体 ) 相结合，使其既不溶 于水，又能保持酶和微生物的活性。它们在固相状态下既可作用于底 物，又具有与离子交换树脂相似的特点，而且还具有一定的机械强度， 便于操作。由于酶和微生物细胞被固定在载体上，因而它们在反应结 束后，还能够反复使用，并在贮存较长时间后依然保持酶和微生物的 活性不变。微生物细胞固定化常用的方法有三大类： 1. 吸附法； 2. 包埋 法； 3. 共价交联法。 专题十五 要点热点探究 探究点三 生物技术在食品加工中的应用 1 果酒、果醋、腐乳和泡菜制作过程比较及亚硝酸盐含量的检测。 毛霉 乳酸菌 专题十五 要点热点探究 专题十五 要点热点探究 实 验 流 程 原料 修整、 洗涤、晾晒， 切成条状或片 状 加冷却盐 水 加调味料、 装坛 发酵 测亚硝酸盐含 量 成品 挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 (果酒 ) 醋酸发酵 (果醋 ) 豆腐 长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 专题十五 要点热点探究 2. 泡菜发酵三个阶段中乳酸菌、乳酸、亚硝酸含量是如何变化的？ (1) 发酵初期：乳酸菌和乳酸含量少，由于硝酸盐还原菌的活动， 使亚硝酸盐含量有所增加。 (2) 发酵中期：乳酸菌活动强烈，数量达到最高峰，乳酸的量继续 积累，由于硝酸盐还原菌活动受抑制，因而亚硝酸盐含量下降。 (3) 发酵后期：由于酸度增加，乳酸菌活动也受到抑制，乳酸菌含 量下降，硝酸盐还原菌完全被抑制。 专题十五 要点热点探究 例 4 请回答下列有关泡菜制作的问题。 (1 ) 制作泡菜的原理是 _ _ _ 。家庭制作泡菜时常用白酒擦拭泡菜坛的 目的是 _ _ _ 。由于 _ _ _ 的繁殖，泡菜坛内有时会长一层白膜。 (2 ) 如果做检测泡菜中亚硝酸盐含量的实验，紫卷心菜不适合用作实验材料的 原因是 _ _ _ _ _ _ 。检测时，必须先制备已知浓度的 _ _ _ ，将显色反应后的样品与其进行 _ _ _ ，可以大致估算出泡 菜中亚硝酸盐的含量。泡菜的腌制方法、 _ _ _ _ 、 _ _ 和食盐用量等 条件对泡菜口味和亚硝酸盐含量均有影响。 (3 ) 图 7 - 15 - 3 表示在 a 、 b 、 c 三种食盐浓度中，泡菜的亚硝酸盐含量与发酵天 数的关系。 专题十五 要点热点探究 图 7 - 15 - 3 该实验是将实验材料分成 _ _ _ _ ，在适宜的条件下，用图 中不同浓度的食盐水制作泡菜。 从图中可知，用 _ _ _ _ 浓度的食盐制作泡菜比较适合，但要在发酵 时间达 _ _ 天以后才适宜食用，特别是不宜在第 _ _ 天食用。食盐 浓度为 _ 的泡菜中亚硝酸盐含量变化最小。亚硝酸盐在特定条件下 转变成致癌物 _ _ _ 。 专题十五 要点热点探究 【答案】 (1) 乳酸菌在无氧的条件下发酵产生乳酸 消毒 产膜酵母菌 (2) 紫卷心菜中的色素会干扰显色反应所产生的玫瑰红色 标准显色 液 目测比较 温度高低 时间长短 (3) 相同的 3 组 b 11 5 c 亚硝胺 专题十五 要点热点探究 【解析】 (1) 泡菜就是在乳酸菌无氧条件下发酵产生乳酸制成的； 家庭制作泡菜时常用白酒擦拭泡菜坛，用来消毒；泡菜坛内有时会长 一层白膜这是产膜酵母菌繁殖的结果。 (2) 通过特定颜色反应 ( 如本实验 产生玫瑰红色 ) 鉴定物质的实验，应该选择白色或接近白色的材料，因 此紫卷心菜不适合用作实验材料。 (3) 由对照实验的原则和坐标图中的 3 条折线可知，该实验将实验材料分成相同的 3 组；从图中可知，用 b 浓度的食盐制作泡菜比较适合， 因为 11 天后其腌制的泡菜亚硝酸盐含 量最低，因此要在发酵时间达 11 天以后才适宜食用，注意第 5 天时亚 硝酸盐含量最高，最不宜食用。 专题十五 要点热点探究 【点评】 亚硝酸盐中毒是指由于食用硝酸盐或亚硝酸盐含量 较高的腌制肉制品、泡菜及变质的蔬菜可引起中毒，或者误将工业 用亚硝酸钠作为食盐食用而引起，也可见于饮用含有硝酸盐或亚硝 酸盐苦井水、蒸锅水后，亚硝酸盐能使血液中正常携氧的低铁血红 蛋白氧化成高铁血红蛋白，因而失去携氧能力而引起组织缺氧。作 为防腐剂而应用在肉质食品里的亚硝酸盐一直被认为是致癌物。本 题以人们日常生活中比较喜欢的泡菜食品及制作为背景，引入主题 制作泡菜的原理及测定泡菜中亚硝酸盐含量，引导学生关注食 品安全，维护身体健康。 专题十五 要点热点探究 探究点四 植物组织培养 1 植物组织培养操作的特点： (1) 选择外植体时，由于外植体的脱分化难易因植物种类、器官来源及生 理状况的不同而有很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易，而植物 的茎、叶和成熟的老组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的 部分，因为形成层细胞易脱分化。 (2) 消毒。植物组织培养要想取得成功，必须有效防止细菌等的污染。因 为如果培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得 更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在 培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。 专题十五 要点热点探究 ( 3 ) 光照 。 离体的植物细胞 、 组织和器官脱分化形成愈伤组织时 ， 需避光处理 。 愈伤组织再分化形成植物幼苗时 ， 需光照处理 。 ( 4 ) 激素调控 ： 生长素含量高于细胞分裂素时 ， 主要诱导 植物组 织脱分化和根原基的形成 ； 当细胞分裂素的含量高于生长素时 ， 主 要诱导植物组织再分化和芽原基的形成 。 2 组培的原理及过程是教学中的重点 ， 组培的原理 、 过程及作 用可用下面的图示表示 。 专题十五 要点热点探究 专题十五 要点热点探究 3 植物组织培养技术和微生物的培养技术的区别 原理 培养物 植物组织 培养技术 植物细胞具有全能性 矿质元素、蔗糖、维生素、 植物激素和有机添加物 微生物的 培养技术 利用微生物 ( 如大肠 杆菌 ) 作为载体，培养出 人类所需要的东西 ( 如 单克隆抗体 ) 碳源、氮源、生长因子、 无机盐和水，不含植物激素 上述无土栽培技术的操作并不需要保证 _ _ 的条件，而其他两 种技术都要求严格的无菌条件。 无菌 专题十五 要点热点探究 例 5 组织培养是近几年发展起来的一种植物无性繁殖技术，特别 在繁殖名贵经济植物、珍稀濒危植物方面。以下是实验室进行植物组织 培养的一般过程，请回答下列问题： (1) 植物组织培养的各个步骤应严格执行 _ _ 技术，所以在生产 时为了防止污染，植物组织必须先进行 _ ，常用的试剂是： 70% 酒精和 _ _ 。各种器皿和培养基等通常用 _ 法灭菌。 (2) 与微生物培养基相比，植物组织培养基中要添加生长素和 _ ， 两者的摩尔浓度比决定组织是生根，还是发芽。一般先用 _ 培养基 进行培养，使之长出较多的丛状苗，然后将丛状苗分株培养。 专题十五 要点热点探究 (3) 将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后， 单株鲜重和光合作用强度的变化如图 7 15 4 。据图分析，随着培养 基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是逐渐减小，单株鲜重 的变化趋势是 _ 。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合 作用产生的有机物的量 _( 能、不能 ) 满足自身最佳生长的需要。 图 7 15 4 专题十五 要点热点探究 (4) 据图推测，若 要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用强 度，应 _ _ 培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。 A 降低 B 增加 C 不改变 D 先降低后增加 【答案】 (1) 无菌操作 消毒 5% 次氯酸钠 高压蒸汽灭菌 (2) 细胞分裂素 发芽 (3) 先增加后下降 不能 (4) A 专题十五 要点热点探究 【解析】 植物组织培养技术是利用植物细胞全能性的原理进行 的，是植物细胞工程的基础。在操作过程中应注意无菌操作，避免杂 菌污染，因为培养过程中使用的培养基营养物质丰富。适宜浓度的生 长素可以诱导试管苗生根，而如果要促进愈伤组织形成芽，则需要与 细胞分裂素配比。促进愈伤组织产生和生长应该使用生长素类似物 2,4 D 。 专题十五 要点热点探究 【点评】 植物组织培养要想取得成功，必须有效防止细菌等的污 染。因为如果培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、 繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。 因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。 激素调控：生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化 和根原基的形成；当细胞分裂素的含量高于生长素时，主要诱导植物 组织再分化和芽原基的形成；两者比例大致相等时，愈伤组织继续生 长而不分化。