高中生物高考 2021届高三大题优练11 生物技术实践 教师版

例1．苹果作为我国常见水果，口感好、营养价值高，广受人们喜爱，但其收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。某市为缓解产销矛盾，提高产品的附加值，利用苹果生产果汁、果酒和果醋，大致工艺流程如下图，请分析回答：

苹果果汁果酒果醋

(1)果酒发酵初期先通入适量空气的目的是______________，果酒发酵之后进行果醋发酵，需要改变的条件包括____________________________________(至少写2点)，当氧气和糖分充足时，果醋发酵的反应方程式为____________________________。

(2)在苹果汁的生产过程中，需要加入果胶酶，目的是______________。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括________________等。

(3)果酒发酵过程中，产物酒精会抑制酵母菌的生命活动，使发酵得到的酒精度数较低，现欲筛选耐高浓度酒精的酵母菌，除了基本的营养成分之外，该培养基中还应加入__________________。

(4)为使酵母菌能反复利用，常用到固定细胞技术，固定酵母细胞的方法常用__________法，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____________________。

【答案】(1)让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖    菌种改为醋酸杆菌、发酵温度调整为30℃～35℃、通入空气等    C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量   

(2)提高苹果的出汁率并使果汁变得澄清    多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶   

(3)高浓度的酒精   

(4)包埋    凝胶珠内部容易产生无氧环境，有利于酒精发酵

【解析】酒精发酵利用的菌种为酵母菌，为异养兼性厌氧型，进行酒精发酵时，温度一般控制在18℃～25℃；醋酸发酵利用的菌种为醋酸菌，为异养需氧型，醋酸菌的最适生长温度为30℃～35℃。果胶酶可分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层，提高出汁率和果汁的澄清度。（1）果酒发酵所需要的菌种为酵母菌，酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸可为自身繁殖提供大量能量，密封时酵母菌进行产生酒精的无氧呼吸，故果酒发酵初期先通入适量空气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。果酒发酵之后改为果醋发酵，由于发酵利用的菌种以及发酵条件的不同，故需要改变的条件为：菌种改为醋酸杆菌、发酵温度调整为30℃～35℃、通入无菌空气等。当氧气和糖分充足时，醋酸菌可将葡萄糖分解为醋酸。方程式为：C6H12O6+2O22CH3COOH+2

CO2+2H2O+能量。（2）果胶酶可分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层，所以在苹果汁的生产过程中，需要加入果胶酶，目的是提高出汁率和果汁的澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。（3）选择培养基是根据某一种或某一类微生物的特殊营养要求或对一些物理、化学抗性而设计的培养基。利用这种培养基可以将所需要的微生物从混杂的微生物中分离出来。欲筛选耐高浓度酒精的酵母菌，除了基本的营养成分之外，该培养基中还应加入高浓度的酒精。（4）由于细胞个大，难以被吸附或结合，故固定化细胞常用包埋法。由于凝胶珠内部容易产生无氧环境，有利于酒精发酵，故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。

例2．某种物质S（一种含有C、H、N的有机物）难以降解，会对环境造成污染，只有某些细菌能降解S。研究人员按照下图所示流程从淤泥中分离得到能高效降解S的细菌菌株。实验过程中需要甲、乙两种培养基，甲的组分为无机盐、水和S，乙的组分为无机盐、水、S和Y。

回答下列问题：

（1）实验时，盛有水或培养基的摇瓶通常采用_______________的方法进行灭菌。乙培养基中的Y物质是_______________。甲、乙培养基均属于______________培养基。

（2）实验中初步估测摇瓶M中细菌细胞数为2×107个/mL，若要在每个平板上涂布100μL稀释后的菌液，且保证每个平板上长出的菌落数不超过200个，则至少应将摇瓶M中的菌液稀释________________倍。

（3）在步骤⑤的筛选过程中，发现当培养基中的S超过某一浓度时，某菌株对S的降解量反而下降，其原因可能是________________（答出1点即可）。

（4）若要测定淤泥中能降解S的细菌细胞数，请写出主要实验步骤________________。

（5）上述实验中，甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同，但都能为细菌的生长提供4类营养物质，即________________。

【答案】（1）高压蒸汽灭菌    琼脂    选择   

（2）104   

（3）S的浓度超过某一值时会抑制菌株的生长   

（4）取淤泥加入无菌水，涂布（或稀释涂布）到乙培养基上，培养后计数   

（5）水、碳源、氮源和无机盐   

【解析】（1）常用高压蒸汽灭菌法处理盛有水或培养基的摇瓶，乙为固体培养基，故需要加入Y琼脂；甲和乙培养基可以用于筛选能降解S的菌株，故均属于选择培养基。（2）若要在每个平板上涂布100μL稀释液后的菌液，且每个平板上长出的菌落数不超过200个，则摇瓶M中的菌液稀释的倍数至少为2×107÷1000×100÷200=1×104倍。（3）当培养基中的S超过某一浓度后，可能会抑制菌株的生长，从而造成其对S的降解量下降。（4）要测定淤泥中能降解S的细菌的细胞数，可以取淤泥加无菌水制成菌悬液，稀释涂布到乙培养基上，培养后进行计数。（5）甲和乙培养基均含有水、无机盐、碳源、氮源。

1．水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题：

（1）制作果汁时，可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、________（答出2种即可）。纤维素酶可以分解植物______________（填细胞膜或细胞壁）中的纤维素。

（2）用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，原因是__________________。

（3）现有甲乙丙三种不同来源的果胶酶，某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常，酶活性的高低可用_____________来表示。

（4）获得的果汁（如苹果汁）可以用来制作果酒或者果醋，制作果酒需要__________________菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是__________________。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌属于_____________（填好氧或厌氧）细菌。

【答案】（1）果胶分解酶、果胶酯酶    细胞壁   

（2）温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高   

（3）在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量   

（4）酵母    促进有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖    好氧   

【解析】（1）由分析可知，果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。植物细胞壁由纤维素和果胶构成，故可用纤维素酶分解细胞壁。（2）酶发挥催化作用需要适宜的温度和pH条件，在最适温度下，果胶酶的活性最高，出汁率最高。（3）酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力，酶活性的高低可以用在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量来表示。（4）由分析可知，果酒的制作离不开酵母菌，在初期通入氧气，可以促进酵母菌的有氧呼吸，使其大量繁殖；醋酸菌是一种好氧细菌。

2．泡菜是我国传统的发酵食品之一，深受群众喜爱。家庭常用泡菜坛子自制泡菜。请回答下列问题：

(1)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是______________________；在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜水是为了____________________。

(2)泡菜腌制过程中若泡菜坛有沙眼，常导致腌制的蔬菜臭而不酸，其原因可能是                    

                      。

(3)泡菜美味但却不宜多吃，因为在腌制泡菜的过程中，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成____________。测定其含量的原理是：在盐酸酸化条件下，该物质和对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成________________。

(4)欲用新鲜的泡菜液分离纯化乳酸菌，应首先用________对泡菜液进行梯度稀释，须进行梯度稀释的原因是______________________________________。

【答案】(1)杀灭杂菌和去掉盐水中的溶氧  　提供乳酸菌菌种   

(2)有氧条件下乳酸菌不发酵，而其他杂菌繁殖后导致蔬菜腐败发臭   

(3)亚硝酸盐　  玫瑰红色染料   

(4)无菌水　  泡菜液中乳酸菌的浓度较高，直接培养很难分离到单个菌落

【解析】(1)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是杀灭杂菌和去掉盐水中的溶氧；在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液的目的是增加乳酸菌数量。(2)乳酸菌是厌氧菌，若泡菜腌制过程中泡菜坛有沙眼，会导致氧气含量增加，有氧条件下乳酸菌不发酵，而其他杂菌繁殖后导致蔬菜腐败发臭。(3)蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐；亚硝酸盐的测定原理是：在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。(4)泡菜液中乳酸菌的浓度较高，直接培养很难分离到单个菌落，因此需要用无菌水对泡菜液进行梯度稀释。

3．已知一种有机物X（仅含有C、H两种元素）不易降解，会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌（目标菌）。

Ⅰ号培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X（5g/L）。

Ⅱ号培养基：氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（15g/L）。

Ⅲ号培养基：氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量）。X（45g/L）。

回答下列问题。

（1）在Ⅰ号培养基中，为微生物提供氨源的是___________。Ⅱ、Ⅲ号培养基为微生物提供碳源的有机物是_________。

（2）若将土壤悬浮液种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会_________，其原因是                                                  。

（3）Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基，若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数，接种时，应采用的方法是______________。

（4）假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌，且该菌能将X代谢为丙酮酸，则在有氧条件下，丙酮酸可为该菌的生长提供_________和_________。

【答案】（1）牛肉膏、蛋白胨    X   

（2）下降    不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖   

（3）稀释涂布平板法   

（4）能量    合成其他物质的原料

【解析】（1）氮源是微生物生长一类营养物，是含氮化合物，可为微生物的生长提供氮元素，牛肉膏、蛋白胨来源于动物原料，含有糖、维生素有机氮的营养物质，因此在1号培养基中，可为微生物提供氮源的是牛肉膏、蛋白胨。碳源也是微生物生长所需要的一类营养物质，可为微生物的生长提供碳元素，有机物均含有碳元素，II、III号培养基均含有有机物X，因此，II、III号培养基为微生物的生长提供碳源的均为有机物X。（2）由于II号培养基含有的碳源只有有机物X，因此若将土壤悬浮液接种在II号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖，故不能降解X的细菌比例会减少。（3）微生物的接种方法很多，最常用的有平板划线法与稀释涂布平板法，由于稀释涂布平板法接种可以形成单菌落，所以常用来进行微生物的计数，平板划线法不能把划线的开始部分的微生物分开，因此不能用于微生物的计数，常用来筛选分离微生物。（4）丙酮酸含有碳元素，参与有氧呼吸的第二阶段，且能分解产生能量，因此其可为微生物的生长提供碳源与能源。

4．产脂肪酶酵母可用于含油废水处理。为筛选产脂肪酶酵母菌株，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题：

（1）常规微生物实验中，下列物品及其灭菌方法错误的是__________（填编号）。

（2）称取1.0g某土壤样品，转入99mL无菌水中，制备成菌悬液，经__________后，获得细胞密度不同的菌悬液。分别取0.1mL菌悬液涂布在固体培养基上，其中10倍稀释的菌悬液培养后平均长出了46个酵母菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌__________个。

（3）为了进一步提高酵母菌产酶能力，对分离所得的菌株，采用射线辐照进行__________育种。将辐照处理后的酵母菌涂布在以__________为唯一碳源的固体培养基上，培养一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选择直径__________的菌落，纯化后获得A、B两突变菌株。

（4）在处理含油废水的同时，可获得单细胞蛋白，实现污染物资源化。为评价A、B两菌株的相关性能，进行了培养研究，结果如图。据图分析，应选择菌株__________进行后续相关研究，理由是__________。

【答案】（1）④   

（2）梯度稀释    4.6×105（或460000）   

（3）诱变    脂肪（或油脂）    较大   

（4）B    该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；降解脂肪能力强，净化效果好   

【解析】（1）培养基一般进行高压蒸汽灭菌，接种环可用火焰灼烧灭菌，培养皿一般通过干热灭菌，涂布器应该用酒精引燃灭菌；故①②③正确，错误的是④。（2）稀释涂布平板法是将样品进行一系列梯度稀释后，获得细胞密度不同的菌悬液，然后涂布到平板上。根据题意，1.0g土壤样品转入99mL无菌水中，制备成菌悬液，经系列梯度稀释后，分别取0.1mL菌悬液涂布在固体培养基上，则稀释的倍数为1000倍，其中10倍稀释的菌悬液培养后长出了46个酵母菌落，则总的稀释倍数为10000倍，故每克土壤中含酵母菌数为46×10000=4.6×105个。（3）根据题意，欲提高酵母菌产酶能力，可对分离得到的产脂肪酶酵母菌菌株进行射线辐射，该育种方式为诱变育种。为了能筛选出符合要求的产脂肪酶酵母菌突变株，可配制以脂肪为唯一碳源的培养基，将辐射处理的酵母菌涂布在该固体培养基上，形成单菌落；产脂肪酶能力越强的酵母菌，分解利用脂肪的能力越强，菌落生长越好，一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选取直径较大的菌落即可。（4）据题图分析可知，相同时间内，菌株B的细胞密度高于菌株A，而菌株B的脂肪剩余量低于菌株A的脂肪剩余量，故进行相关研究可选择菌株B，原因是菌株B增殖速度快，单细胞蛋白的产量也高，同时降解脂肪的能力强，净化效果更好。

5．研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α-淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：

（1）在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是_________，也可采用斐林试剂检测________的增加。

（2）在A3的分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常会在凝胶中添加SDS，SDS的作用是___________________和___________________。

（3）本实验中，研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统，结果如图所示。某同学据图判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响，其判断依据是______________。

（4）在制备A3的固定化酶时，一般不宜采用包埋法，原因是____________________（答出1点即可）。

【答案】（1）碘液    还原糖（或答：葡萄糖）   

（2）消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响    使蛋白质发生变性   

（3）在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同   

（4）酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出   

【解析】（1）测定酶活性时，可以通过检测反应物的减少或生成物的增加来反映酶活性，所以可以用碘液检测淀粉的减少，也可用斐林试剂检测还原糖（或葡萄糖）的增加。（2）鉴定蛋白质纯度常用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法，凝胶中加入SDS可以消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响，并使蛋白质发生变性。（3）分析题中曲线可知，在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同，可推测缓冲系统的组分对酶活性有影响。（4）由于酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出，所以固定化酶时，一般不采用包埋法。

6．材料一：从玫瑰花中提取出的玫瑰精油被称为“液体黄金”，可用于制造高级香水。且它能刺激和协调人的免疫和神经系统，同时有助于改善内分泌腺的分泌，去除器官硬化，修复细胞等功能。

材料二：胡萝卜素摄入人体消化器官后，可以转化成维生素A，是目前最安全补充维生素A的产品（单纯补充化学合成维生素A，过量时会使人中毒）。它可以维持眼睛和皮肤的健康，改善夜盲症、皮肤粗糙的状况，有助于身体免受自由基的伤害。

材料三：姜黄素是传统药食两用植物，姜黄根茎中的活性物质，微溶于水，可溶于乙醇、丙酮和氯仿等。姜黄素类具有抗肿瘤活性，临床应用十分广泛。

请回答下列问题：

（1）玫瑰精油属于植物芳香油，其组成主要包括_________________；采用水蒸气留法提取玫瑰精油时，蒸馏时收集的蒸馏液不是纯的玫瑰精油，原因是______________________。

（2）1分子的β-胡萝卜素可被氧化分解成2分子_____________。根据胡萝卜素的理化性质分析，为了让胡萝卜素更容易被人体吸收，炒胡萝卜时要多加些__________。

（3）姜黄的主要有效成份为姜黄素、去甲氧基姜黄素和去二甲氧基姜黄素，用层析法能分离这三种成分。其中位于滤纸最上层的不一定为含量最多的姜黄素。判断理由是滤纸上各成分的位置不同是因为它们在_________的溶解度不同，溶解度最大的扩散速度___________，才位于最上层，而含量最多不一定____________最大，所以其不一定在最上层。

【答案】（1）萜类化合物及其衍生物    玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来   

（2）维生素A    油   

（3）层析液中    最快    溶解度

【解析】（1）玫瑰精油属于植物芳香油，其组成主要包括萜类化合物及其衍生物；采用水蒸气留法提取玫瑰精油时，蒸馏时收集的蒸馏液不是纯的玫瑰精油，原因是玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来。（2）一分子的β-胡萝卜素可被氧化分解成2分子维生素A，根据胡萝卜素易溶于脂质性溶剂，难溶于水，为了让胡萝卜素更容易被人体吸收，炒胡萝卜时要多加些油。（3）不同的色素在层析液中溶解度不同，所以随层析液扩散的速度也不同，溶解度最大的，扩散速度最快，位于滤纸条的最上端。已知姜黄素的含量最大，但是溶解度不一定最大，所以不一定位于滤纸条的最上端。