2021届高考生物新人教版一轮复习课后集训：38生物技术在其他方面的应用 学案

38 生物技术在其他方面的应用

1．草莓汁酸甜适口，深受大众喜爱，加工草莓汁时，草莓中的果胶易导致果汁浑浊，影响品质，为探究制作果汁的最佳条件，研究人员进行了实验，结果如下表所示。

请回答：

(1)草莓细胞中，去掉果胶，会使植物组织变得松散，这是因为果胶酶通过________作用促进果胶的水解反应，使草莓细胞彼此容易分开。

(2)生产过程中，既可获得澄清度高的草莓汁，又可减少酶的用量，降低成本的条件组合是第________组。

(3)果胶酶可从某些微生物中提取，为提高生产效率，可将此酶固定在适宜介质上制成____________________。固定化酶技术常采用________________。目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、________、________。

(4)在合适条件下，将果胶酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球。该过程是对酶进行________。

A．吸附　　　　　　　　B．包埋

C．装柱   D．洗涤

[解析]　(1)植物细胞壁的成分主要为纤维素和果胶，果胶具有将植物细胞黏合在一起的作用。根据酶的专一性，果胶酶通过催化作用促进果胶的水解反应，使草莓汁澄清。

(2)分析表格可知，草莓汁透光率越高，果胶分解得越充分，表格中第2组和第4组草莓汁的澄清度最高，而第2组的酶用量少，可以降低成本。

(3)果胶酶可从某些微生物如黑曲霉(或苹果青霉)中提取，为提高生产效率，可将此酶固定在适宜介质上制成固定化酶。固定化酶的方法主要有物理吸附法和化学结合法。目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。

(4)题干所述方法是将提纯的果胶酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球，该过程属于包埋法。

[答案]　(1)催化　(2)2　(3)固定化酶　化学结合法和物理吸附法　淀粉酶　纤维素酶　(4)B

2．草莓是时令水果，可以制作成草莓汁、草莓酒和草莓醋三种产品，且深受大众喜爱。某企业进行相关的制作实验，如图所示。

(1)生产草莓酒、草莓醋常用的菌种分别是__________________，黑曲霉提取液中含有使果汁澄清的酶包括__________________________________三种。

(2)检测草莓酒、草莓醋的制作是否成功，均可用__________________________这两种简易方法来初步判断。

(3)生产中先打开阀门 1，目的是让固定化柱 1 中填充的石英砂，通过________方式将酶固定化。固定化柱 2 中选择固定化酶还是固定化细胞更有利生产？请从酶的角度说明原因：________________________________________________________。

(4)工业生产上述三种产品时，固定化柱 1、 2、 3 中需要防止外来杂菌的是________(填写编号)，如果固定化柱 3中固定的是优良菌种，且流入的草莓酒质量很好，但是生产的草莓醋产量和质量不够高，排除温度和 pH 以外的原因可能是______________________

_____________________________________________(写三点)。

[解析]　(1)生产草莓酒常用的菌种是酵母菌，生产草莓醋常用的菌种是醋酸菌，黑曲霉提取液中含有使果汁澄清的酶，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶三种。

(2)草莓酒有酒味，草莓醋有酸味，因此，检测草莓酒、草莓醋的制作是否成功，均可用嗅味、品尝这两种简易方法来初步判断。

(3)据图分析可知，生产中先打开阀门 1，目的是让固定化柱 1 中填充的石英砂，通过吸附方式将酶固定化。固定化柱 2 中选择固定化细胞更有利生产，因为固定化细胞可以固定一系列酶，而固定化酶只能固定一种酶。

(4)果汁、果酒和果醋的制作过程中都需要防止杂菌的污染，因此，工业生产上述三种产品时，固定化柱 1、 2、 3 中需要防止外来杂菌的是1、2、3，如果固定化柱3中固定的是优良菌种，且流入的草莓酒质量很好，但是生产的草莓醋产量和质量不够高，排除温度和pH 以外的原因可能是固定化醋酸菌数目较少，氧气量不够，流速控制不好，有杂菌侵入。

[答案]　(1)酵母菌、醋酸菌　多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶　(2)嗅味、品尝　(3)吸附　选用固定化细胞，因为固定化细胞可以固定一系列酶，而固定化酶只能固定一种酶　(4)1、2、3　固定化醋酸菌数目较少，氧气量不够，流速控制不好，有杂菌侵入

3．回答下列与胡萝卜素有关的问题：

(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中，最主要的是________(填“α­胡萝卜素”“β­胡萝卜素”或“γ­胡萝卜素”)，该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子________，后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症，该疾病称为________。胡萝卜素是________(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。

(2)工业生产上，用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时，________(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。

(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂，应选用其中的________作为胡萝卜素的萃取剂，不选用另外一种的理由是_________________。

[解析]　(1)胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β­胡萝卜素，β­胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。胡萝卜素是非挥发性物质。

(2)胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。

(3)萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。

[答案]　(1)β­胡萝卜素　维生素A　夜盲症　非挥发性　(2)需要　(3)乙酸乙酯　萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶，而乙醇为水溶性有机溶剂(其他合理答案也给分)

4．(2019·武汉市高三模拟)请回答下列与酶和植物有效成分的提取有关的问题：

(1)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请判断这是否运用了酶的固定化技术，并说明理由。

______________________________________。

(2)如图表示检测某种碱性蛋白酶去污力的实验结果曲线，该实验的目的是_______________________________________。50 ℃时加碱性蛋白酶的最适含量约是________%。

(3)某植物的花中含有油性物质A、果肉中含有物质B。物质A是易挥发、难溶于水的无色物质；物质B是易溶于有机溶剂、不溶于水、不易挥发，受潮易分解的有色物质。

①根据题干信息判断，提取物质A时________(填“能”“不能”或“不确定能否”)利用水中蒸馏法，原因是_______________。

②物质B可使用________法提取，提取物质B时应选用________(填“干燥”或“新鲜”)的果肉。

③以上两种提取得到的植物芳香油，可通过________法进行鉴定。

[解析]　(1)加酶洗衣粉中的酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用，因此不属于酶的固定化技术。

(2)从图中可以看出实验的自变量是温度，因此该实验的目的是探究40 ℃、50 ℃两种温度条件下碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响。既保证去污能力强，又减少用量，则在曲线中看出50 ℃时加碱性蛋白酶的最适含量约是0.6%。

(3)①水中蒸馏的方法对于有些原料不适用，因为水中蒸馏时会导致原料焦糊或者有效成分水解，因此提取物质A时不确定能否利用水中蒸馏法，因为还需要确定水中蒸馏时是否会导致物质A焦糊或者其中的有效成分水解。

②因为物质B是易溶于有机溶剂、不溶于水、不易挥发，受潮易分解的有色物质，因此物质B可使用萃取法提取，萃取时应选用干燥的果肉。

③通过纸层析法可以鉴定两种提取得到的植物芳香油。

[答案]　(1)否，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用　(2)探究40 ℃、50 ℃两种温度条件下碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响　0.6

(3)①不确定能否　还需要确定水中蒸馏时是否会导致原料焦糊或者有效成分水解　②萃取　干燥　③纸层析

5．(2019·安徽省江南十校高三冲刺)蛋白质的提取和分离一般分为四步：样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定，每一种蛋白质的分离纯化方法因其来源和性质的不同会有很大差异。回答下列有关提取和分离血红蛋白的问题：

(1)在样品处理过程中，首先要洗涤红细胞，目的是______________________，以利于后续步骤的分离纯化。在重复洗涤过程中，用的洗涤液是________。红细胞破碎后，通过离心法将血红蛋白从混合液中分离出来，如图是分离结果示意图，其中________(填图中序号)是血红蛋白，若图示结果分层不明显，分析其原因是__________________________。

(2)对血红蛋白进行凝胶色谱操作属于上述步骤中的________。此步骤中凝胶色谱柱的制作是关键，若制作过程中出现以下两种现象则需要重新装填凝胶色谱柱：①____________，②____________。

(3)为进一步提高凝胶色谱操作分离出的血红蛋白的纯度，可采用________的方法。

[解析]　(1)因血液中的红细胞表面黏有血浆蛋白，因此需用生理盐水反复冲洗以去除杂蛋白，若冲洗不彻底或洗涤次数过少，未能除去血浆蛋白时，就会导致离心分层时各种成分分离不明显；红细胞破碎经离心处理后，可得到图示结果，其中③为血红蛋白。

 (2)通过凝胶色谱法可以分离相对分子质量不同的蛋白质，属于上述流程中的纯化环节；此步骤要注意凝胶的装填要紧密、均匀，若出现①色谱柱内出现气泡或②洗脱液流干，露出凝胶颗粒等情况时，则需要重新装填凝胶色谱柱。

(3)利用电泳法可进一步提高凝胶色谱操作分离出的血红蛋白的纯度。

[答案]　(1)去除杂蛋白(或去除黏在红细胞上的血浆蛋白)　生理盐水　③　洗涤次数过少，未能除去血浆蛋白　(2)纯化　①色谱柱内出现气泡　②洗脱液流干，露出凝胶颗粒　 (3)电泳

6．某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下：

材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10 g。剪碎后分成两组，一组置于20 °C，另一组置于－20 ℃条件下，保存24 h。

DNA粗提取：

第一步，将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。

第二步，先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。

第三步，取6支试管，分别加入等量的2 mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂。混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：

注：“＋”越多表示蓝色越深。

分析上述实验过程，回答下列问题：

(1)该探究性实验课题的名称是___________________________

_____________________________________________________。

(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少_______________________________________________________。

(3)根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：与20 ℃相比，相同实验材料在－20 ℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2：

_______________________________________________________

______________________________________________________。

②针对结论1，请提出合理的解释：

_______________________________________________________

_______________________________________________________

______________________________________________________。

[解析]　从题目实验步骤看出，该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响，在第二步中，为了防止DNA断裂，要缓缓地搅拌；从表中结果看出，由于低温抑制了相关酶的活性，DNA降解慢，使得相同材料在低温保存下的DNA提取量大；在相同条件下，蒜黄蓝色最深，说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最大。

[答案]　(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响　(2)DNA断裂　(3)①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多　②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢

7．紫甘薯红色素色泽鲜艳自然、无毒、无特殊气味，具有抗突变、抗氧化、缓解肝功能障碍、抗肿瘤、抗高血糖等营养、药理和保健功能，是一种理想的天然食用色素资源。如图是提取紫甘薯红色素的实验流程，请分析回答：

→→→→

(1)紫甘薯红色素通常采用萃取法提取，说明紫甘薯红色素具有________的特性，萃取之前需要进行粉碎和干燥处理，说明________和________影响萃取效率。

(2)柠檬酸、盐酸、无水乙醇、甲醇都能用于萃取紫甘薯红色素，但是不同溶剂的萃取效率不同，某研究小组用不同溶剂进行萃取，利用分光法测定提取液的吸光值(结果如下表，已知色素提取的吸光值与色素含量呈正相关)，则由此可判断提取紫甘薯红色素的最理想的有机溶剂是________，原因是____________________________________。也有同学认为10%不一定是柠檬酸的最佳提取浓度，若要进一步设计实验，以探究柠檬酸的浓度对紫甘薯红色素提取效率的影响，实验时设计思路应为________________________________________________。

[解析]　(1)能够利用萃取法提取的植物有效成分通常是易溶于有机溶剂的物质，由于萃取时原料颗粒的大小和含水量会影响萃取效率，因此萃取前需将原料进行粉碎和干燥处理。

(2)读表可知，提取紫甘薯红色素的几种溶剂中最理想的有机溶剂是柠檬酸，因为用柠檬酸作提取剂时提取液的吸光值最大，说明提取到的色素最多；也有同学认为10%不一定是柠檬酸的最佳提取浓度，若要进一步设计实验，以探究柠檬酸的浓度对紫甘薯红色素提取效率的影响，实验设计时应以柠檬酸浓度为自变量，设计一组具有浓度梯度的柠檬酸溶液，利用同样的提取方法进行提取，比较各组提取液的吸光值，以确定柠檬酸作为提取剂的最佳浓度。

[答案]　(1)易溶于有机溶剂　原料颗粒的大小　含水量　(2)柠檬酸　用柠檬酸作提取剂时提取液的吸光值最大，说明提取到的色素最多　设计一组具有浓度梯度的柠檬酸溶液，利用同样的提取方法进行提取，比较各组提取液的吸光值

8．(2019·山师大附中高三模拟)生物技术拥有巨大的发展空间，给人们的生活带来了深刻的变化。某兴趣小组翻阅资料发现橙皮精油和乳酸菌素都具有抑菌的效果，如图为制备橙皮精油和乳酸菌素的流程及其抑菌实验结果，回答下列问题：

(1)筛选乳酸菌A时，所用培养基需经________法进行灭菌。将某种细菌接种到培养基上并形成菌膜，最可能采用的接种方法是________。

(2)图中，橙皮精油或乳酸菌素接种在培养基上________所在的位置。

(3)橙子的果肉可用于制备果酒和果醋。为监测发酵状况，可用________________法对发酵菌种进行计数，一段时间后统计结果分析可发现，培养液中的菌种种群数量的增长曲线变化规律是种群数量经过一定时间的增长后，趋于稳定。

(4)用蒸馏法提取玫瑰精油时，如果想提取较高品质的产品，对温度和时间的要求是________________________。

(5)果胶酶是分解果胶的酶的总称，包括______________、果胶分解酶和果胶酯酶。

(6)凝胶色谱法是根据________________________分离蛋白质的有效方法。“血红蛋白的释放”步骤中，在______________的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。

[解析]　(1)培养基常用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。接种微生物常用平板划线法和稀释涂布平板法，图中进行抑菌实验时，接种的方法最可能是稀释涂布平板法。

(2)图中进行抑菌实验时，最终可通过测量透明圈的直径(或大小)来比较橙皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。

(3)检测培养液中的菌种种群数量的变化可以采用抽样检测法，对发酵菌种进行计数。

(4)用蒸馏法提取玫瑰精油时，由于水中蒸馏有时会导致原料焦糊，如果想提取较高品质的产品，蒸馏时温度不宜过高，并且适当延长时间。

(5)果胶酶是分解果胶的酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。

(6)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。“血红蛋白的释放”步骤中，在蒸馏水和甲苯的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。

[答案]　(1)高压蒸汽灭菌　稀释涂布平板法　(2)透明圈　(3)显微镜直接计数(抽样检测)　(4)温度不宜过高，适当延长时间　(5)多聚半乳糖醛酸酶　(6)相对分子质量大小　蒸馏水和甲苯