新课标人教版选修高三生物第二轮专题讲座第讲生物技术实践.doc
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1、 新课标高三生物(人教版)第二轮专题讲座 第十讲 生物技术实践 本讲内容本讲内容 本讲内容涉及(人教版)选修一生物技术实践大部分内容。具体内容有:专题 1 传统发酵技术的应用、专题 2 微生物的培养与应用、专题 3 植物的组织培养技术、专题 4 酶的研究与应用、专题 6 植物有效成分的提取等。一一 高考预测高考预测 本讲内容属于新课改后变动较大的一个专题,但是由于在高考中属于选做内容,因此出题的难度不会太大。并且在 2023 年考纲中对于本讲内容都归为实验类内容,提出的规定为理解实验目的、原理、方法和操作环节,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。在复习过程中要注意把
2、握各种生物技术的实验流程,并可以加以灵活运用。此外在考纲中把专题 5DNA 和蛋白质技术归到了现代生物技术内容中,专题 6 植物有效成分的提取并没有提及,因此在复习中可以略作调整。二二 考点归纳突破考点归纳突破 1.1.影响发酵过程的因素影响发酵过程的因素 温度 温度对微生物的影响是多方面的。一方面,温度影响酶的活性。在最适温度范围内,随着温度的升高,菌体生长和代谢加快,发酵反映的速率加快。当超过最适温度范围以后,随着温度的升高,酶不久失活,菌体衰老,发酵周期缩短,产量减少。温度也能影响生物合成的途径。例如,金色链霉菌在 30 以下时,合成金霉素的能力较强,但当温度超过35 时,则只合成四环素
3、而不合成金霉素。此外,温度还会影响发酵液的物理性质,以及菌种对营养物质的分解吸取等。因此,要保证正常的发酵过程,就需维持最适温度。但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同。如灰色链霉菌的最适生长温度是 37,但产生抗生素的最适温度是 28。通常,必须通过实验来拟定不同菌种各发酵阶段的最适温度,采用分段控制。pH pH 可以影响酶的活性,以及细胞膜的带电荷状况。细胞膜的带电荷状况假如发生变化,膜的透性也会改变,从而有也许影响微生物对营养物质的吸取及代谢产物的分泌。此外,pH 还会影响培养基中营养物质的分解等。因此,应控制发酵液的 pH。但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适 pH 往往不同,
4、需要分别加以控制。在发酵过程中,随着菌体对营养物质的运用和代谢产物的积累,发酵液的 pH 必然会发生变化。如当尿素被分解时,发酵液中的 NH+4 浓度就会上升,pH 也随之上升。在工业生产上,常采用在发酵液中添加维持 pH 的缓冲系统,或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制 pH。目前,国内已研制出检测发酵过程的 pH 电极,用于连续测定和记录 pH 变化,并由 pH 控制器调节酸、碱的加入量。溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说,是一个关键因素。从葡萄糖氧化的需氧量来看,1 mol的葡萄糖彻底氧化分解,需 6 mol 的氧;当糖用于合成代谢产物时,1 mol 葡萄糖约需 1.9 mol的氧
5、。因此,好氧型微生物对氧的需要量是很大的,但在发酵过程中菌种只能运用发酵液中的溶解氧,然而氧很难溶于水。在 101.32 kPa、25时,氧在水中的溶解度为 0.26 mmol/L。在同样条件下,氧在发酵液中的溶解度仅为 0.20 mmol/L,并且随着温度的升高,溶解度还会下降。因此,必须向发酵液中连续补充大量的氧,并要不断地进行搅拌,这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。泡沫 在发酵过程中,通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等,都有也许产生泡沫。发酵过程中产生一定数量的泡沫是正常现象,但过多的持久性泡沫对发酵是不利的。由于泡沫会占据发酵罐的容积,影响通气和搅拌的正常进行,甚至导
6、致代谢异常,因而必须消除泡沫。常用的消泡沫措施有两类:一类是安装消泡沫挡板,通过强烈的机械振荡,促使泡沫破裂;另一类是使用消泡沫剂。营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度,特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度,会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。如在谷氨酸发酵中,NH4+浓度的变化,会影响代谢途径。因此,在发酵过程中,也应根据具体情况进行控制。2.2.高果糖浆简介高果糖浆简介 生产高果糖浆的原料是葡萄糖,葡萄糖是由淀粉转化而来的。生产高果糖浆的基本过程是,含淀粉的浆液通过-淀粉酶的催化作用,可以形成糊精;糊精通过糖化酶的催化作用形成葡萄糖;葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下,分子的结构发生变
7、化,这叫做葡萄糖的异构化。葡萄糖通过异构化,就形成了果糖。但是,并不是所有的葡萄糖经异构化后都转化成果糖。这是由于葡萄糖异构酶催化效率最高时(温度为 6070),葡萄糖转化成果糖的比率也只有 53.5%56.5%,并且要使这一催化反映达成平衡,需要很长的时间。因此,生产上葡萄糖转化成果糖的比率事实上只有 42%45%,其余的仍然是葡萄糖。也就是说,这样的产品事实上是葡萄糖和果糖的混合物,这种混合物叫做果葡糖浆。假如把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离开来,将分离出来的葡萄糖再次进行异构化,并且如此反复多次,最后的混合物中果糖的含量可以达成 70%90%,这样的混合物就叫做高果糖浆。3.3.铵盐与硝酸
8、盐铵盐与硝酸盐 作为微生物氮源的无机盐重要是铵盐和硝酸盐,一般能运用无机氮化物作为惟一氮源的微生物,都能运用铵盐,但不都能运用硝酸盐。微生物运用铵盐时,由于铵离子被吸取,而导致培养基 pH 减少;相反,在运用硝酸盐时,常因硝酸根离子被吸取,而使培养基 pH 升高,前者称为生理酸性盐,后者称为生理碱性盐。为了避免培养基出变化,常用硝酸铵作为氮源 4 4.根尖分生组织和愈伤组织的异同:根尖分生组织和愈伤组织的异同:三三 高考真题体验高考真题体验 例例 1 1(20232023 江苏生物)江苏生物)下列有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述错误的是()A.组成酶是维持菌体基本生活的必要条件 B.
9、菌体能合成各种生长因子,不需要从外界补充 C.发酵液 pH 呈酸性时,就会生成乙酰谷氨酰胺 D.细胞膜透性的改变,可解除代谢产物对有关酶活性的克制 考点定位考点定位 本题考察的知识点是微生物的营养、代谢和生长中相关知识 指点迷津指点迷津 菌体并不是能合成各种生长因子,假如缺少合成生长因子所需的酶或合成能力有限,则需要补充生长因子。参考答案参考答案 B 例例(20232023 广东生物)广东生物)在运用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中,下列叙述对的的是()各个生长时期的长短是固定的,无法人为缩短生长周期 对数期是采样留种的最佳时期 在稳定期补充营养物质可以提高产量 调整期是收获代谢产物的最佳时期
10、 A、B、C、D、考点定位考点定位 本题考察的知识点是发酵工程的知识。指点迷津指点迷津 运用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中,微生物生长过程中各生长时期的组织类型 细胞来源 细胞形态 细胞结构 细胞排列 细胞去向 根尖分生组织 受精卵 正方形 无液泡 紧密 分化成多种细胞组织 愈伤组织 高度分化细胞 无定形 高度液泡化 疏松 再分化成新个体 相同点 都通过有丝分裂进行细胞增殖 长短是不同的,在生产上可以连续培养法等缩短培养周期。各时期特点也不同,如对数期菌种形态、特性稳定,常作为生产用的菌种,在稳定期补充营养物质,排出有害代谢产物,可保持微生物较长时间的高速生长,可以提高产量,也是获得代谢产后
11、的最佳时期。参考答案参考答案 B 例例20232023 年全国高考理科综合年全国高考理科综合(江苏、浙江江苏、浙江)卷卷 在啤酒生产过程中,发酵是重要环节。生产过程大体如下:将通过灭菌的麦芽汁充氧,接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,产生白色泡沫,溶解氧渐渐耗尽。随后,酵母菌繁殖速度迅速下降,糖度加速减少,酒精浓度渐渐上升,泡沫不断增多。当糖浓度下降一定限度后,结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程回答以下问题:(1)该过程表白啤酒酵母异化作用的特点是_。(2)初期酵母菌迅速繁殖的重要方式是_。(3)经测定酵母菌消耗的糖中,985形成了酒精和其他发酵产
12、物,其余 15则是用于_。(4)请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反映方程式。(5)假如酵母菌消耗的糖(设为麦芽糖,其分子量为 342)有 985(质量分数)形成了酒精(分子量为 46 0)和其他发酵产物。设有 500t 麦芽汁,其中麦芽糖的质量分数为 8 0,发酵后最多能生产酒精浓度为 32(质量分数)的啤酒多少吨?考点定位考点定位 这是一道以发酵为主线,联系代谢的类型及基本的计算的综合性测试题,对考生的能力规定较高,规定考生能运用所学的知识,解决生产实际中的问题。指点迷津指点迷津 酵母菌是一种真菌,在生态系统中属于分解者。代谢类型同化作用方式为异养型,异化作用方式在有氧条件下可进行有氧呼吸,在无氧
13、条件下可进行无氧呼吸。在有氧条件下酵母菌通过有氧呼吸获得的能量多,可以进行繁殖,繁殖的重要方式是出芽生殖。在无氧条件下酵母菌通过无氧呼吸获得的能量少,不可以进行繁殖,只能维持基本的生命活动。酵母菌在有氧条件下通过无氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能获得足够的能量用于生长、发育和繁殖。但在无氧条件下,通过无氧呼吸获得的能量很少,只有通过度解大量的葡萄糖指才干获得生命活动所需的最低能量需求。第(4)小题酵母菌以麦芽糖为基质进行发酵的化学反映方程式为:第一步将麦芽糖分解为葡萄糖:C12H22H11+H2O酶2C6H12O6;第二步将葡萄糖分解为乳酸:C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2。第(5)小题
14、的计算是在生产实际中的一种知识的应用。由于题目中提供的数量都是质量分数,所以计算时均以质量为标准进行计算。参考答案参考答案 (1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼呼 (2)出芽生殖(3)酵母菌自身的生长和繁殖(4)C12H22O11+H2O 催化剂2C6H12O6;C6H12O6 催化剂2C2H5OH+2CO2(5)C2H5OH 的分子量为 460 500t8.0%98.5%34240.46%2.31662t 例例(20232023 江苏生物)江苏生物)下列关于平菇培养的操作程序,对的的是()A、配制牛肉膏蛋白胨培养基,接种,高压蒸气灭菌,培养 B、配制牛肉膏蛋白胨培养基,高压蒸气灭苗,接种,培
15、养 C、配制棉予壳培养基,按种,高压蒸气灭菌,培养 D、配制棉子壳培养基,高压蒸气灭菌,接种,培养 考点定位考点定位 本题考察的知识点是平菇培养的基本技术的操作程序。指点迷津指点迷津 培养平菇所用的培养基是棉子壳,具体的操作程序是:配制培养基、高压蒸气灭菌、接种、培养。参考答案参考答案 D 例例 5 5(20232023 年普通高等学校招生全国统一考试重庆年普通高等学校招生全国统一考试重庆卷)卷)下列所述环境条件下的微生物,能正常生长繁殖的是 A在缺少生长素的无氮培养基中的圆褐固氮菌 B在人体表皮擦伤部位的破伤风杆菌 C在新配制的植物矿质营养液中的酵母菌 D在灭菌后的动物细胞培养液中的禽流感病
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- 新课 标人教版 选修 生物 二轮 专题讲座 生物技术 实践
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