专题八 生物技术实践 第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用

第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用(时间：50分钟　满分：100分)一、选择题(每小题5分，共15分)1．(2010·浙江理综)将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是(　　)。解析　植物组织培养过程中，由外植体脱分化形成愈伤组织需要一定量的生长素和细胞分裂素，愈伤组织再分化形成根、芽的过程也需要一定浓度的生长素和细胞分裂素，且生长素和细胞分裂素的不同配比对形成根、芽的影响不同。本题中的无根幼苗本身就能够产生一定量的生长素和细胞分裂素，能够促使基部细胞脱分化、再分化出根来，所以会出现B项现象。答案　B2．(2011·北京海淀期中)用果胶酶处理苹果泥是为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是(　　)。A．加大苹果泥用量B．大幅度提高反应温度C．换成大型号容器D．用玻璃棒进行搅拌解析　为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是增大酶和反应物接触面积，搅拌可以达到此目的，只换大号容器不一定加快反应。大幅度提高温度有可能会出现温度过高而使酶活性降低的现象，如果反应物够多，增加反应物不改变反应速率。答案　D3．(2011·南京二模)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　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。 答案　A二、非选择题(共85分)4．(10分)下图表示菊花的嫩枝和月季的花药的离体培养过程，请据图回答下面的问题。(1)对菊花来说，要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养，其原因是_____________________________________________________________________________________________；对月季来说，适宜花粉培养的时期是________期。为确定花粉是否处于该时期，最常用的镜检方法是__________________________________________________________________。(2)在培养嫩枝组织和花粉的培养基中都要加入一定的植物激素，常用的植物激素有________。(3)两种植物组织培养都需要接种，在进行接种时应注意(　　)。①接种室要消毒　②只要戴口罩，操作时便可说话　③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡，取出用无菌水冲洗后，再用0.1%的氯化汞溶液消毒，并用无菌水冲洗干净④接种操作要在酒精灯火焰旁进行　⑤接种完毕应立即盖好瓶盖A．①②③④⑤B．①②③④C．①③④⑤D．②③④⑤(4)月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同，从植物产生的途径来说，花粉植株产生的途径除了图中所示外，还可以通过________阶段发育而来，这两种发育途径的差别主要取决于_________________________________________________________________。(5)图中的B过程都需要________，因为愈伤组织形成幼小植物后，植物需要叶绿素进行光合作用。解析　本题综合考查两种植物的组织培养技术。菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝，主要因为其分裂分化能力强；被子植物花粉发育过程要经历四分体时期、单核期和双核期等阶段。其中单核期是绝大多数植物花药培养的适宜时期。花药培 养中常用的镜检方法为醋酸洋红法和焙花青铬矾法。在组织培养中常要加入一些植物激素如生长素和细胞分裂素，在培养的不同时期加入激素的比例不同，对于花药培养来说，还要加入赤霉素等激素。组织培养中要求进行严格的无菌操作，因为一旦出现细菌或真菌污染，就会导致实验失败，其要求除题目中提到的①③④⑤项外，还有工作人员即使戴上口罩，也不许说话、咳嗽等。花粉植株的产生也可以通过胚状体诱导而成。叶绿素的合成需要光照条件，所以当幼小植物形成后，需要光照。答案　(1)生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化　单核　醋酸洋红法细胞分裂素和生长素　(3)C　(4)胚状体　培养基中激素的种类及其浓度配比　(5)光照5．(10分)1970年，特明和巴尔的摩证实了RNA病毒能以RNA为模板合成DNA，并发现了催化此过程的酶。图为形成cDNA的过程和PCR扩增过程示意图。请据图回答下面的问题。(1)催化①过程的酶是________。(2)③过程也称为DNA的变性，此过程在温度高达90～95℃时才能完成，说明DNA分子具有________性。(3)由图中信息分析可知，催化②⑤过程的酶都是______，两者在作用特性上的区别是________________________________________________________________________。(4)江苏有一道凉菜——白斩鸡，鸡肉嫩而不韧、味美鲜香。其加工过程中添加了从木瓜中提取的酶制成的“嫩肉粉”。下列有关嫩肉粉的叙述中，正确的是(　　)。A．“嫩肉粉”可能是通过催化细胞间的纤维素水解而实现“嫩肉”的B．与高温蒸煮相比，“嫩肉粉”是通过降低反应的活化能而实现“嫩肉”的C．“嫩肉粉”应在蒸煮鸡肉时加入，才能实现“嫩肉”D．“嫩肉粉”是一种化工产品，不利于人体健康，实际应用中能少则少、能无则无解析　由题图可知，RNA→DNA为逆转录过程，需要逆转录酶。②⑤都是DNA复制过程，需要DNA聚合酶。PCR扩增使用的某些酶具有耐高温的特性。答案　(1)逆转录酶　(2)稳定　(3)DNA聚合酶　催化⑤过程的酶耐高温　(4)B6．(12分)(2010·安徽理综)草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下： 外植体愈伤组织芽、根→植株请回答下面的问题。(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取________作为外植体，其依据是________________________________________________________________________。(2)在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和________，在配制好的培养基中，常常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2～5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是___________________________________________________________________。解析　(1)因茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒，所以常用其作为外植体培育无病毒植株。(2)在植物组织培养的培养基中，除了添加植物必需的矿质元素外，还要添加有机物，添加植物激素有利于启动细胞分裂实现脱分化形成愈伤组织并且可诱导愈伤组织细胞再分化过程。若对外植体消毒不彻底，会造成外植体边缘局部污染。(3)在培养基中生长素与细胞分裂素的用量比值不同，诱导生根发芽结果不同，当比值低时，有利于发芽，比值高时，有利于生根。答案　(1)茎尖(或根尖)　茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒(2)有机物　植物激素　外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低7．(11分)下面是某校某班同学在“生物技术实践”课中进行的实验，请回答下面的问题。(1)在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。在实际生产中，固定化酶技术的优点是________________________________________________________________________。与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________。在制备固定化酵母细胞的实验中，常用的包埋材料是________。(2)某一同学运用PCR技术，准备对分离得到的大肠杆菌的一个DNA分子进行体外扩增。他往扩增仪中加入模板DNA、四种脱氧核苷酸，此外还应加入________和______。DNA体外扩增过程包括了三个连续的步骤分别是变性、________和________。(3)还有同学将大肠杆菌破碎并提取得到大肠杆菌蛋白质，一同学利用琼脂糖凝胶电泳技术将得到的蛋白质进行分离，在电泳过程中，影响蛋白质迁移速度的因素包括蛋白质分子的________、________以及分子的形状等。而另一位同学则利用凝胶色谱法分离蛋白质(下图)，他在操作中加样的正确顺序是________。待蛋白质接近色柱底端时，用试管连续收集流出液。先收集到的蛋白质与后收集到的蛋白质的区别是________。 答案　(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用　多酶系统(一系列酶、多种酶)　海藻酸钠　(2)DNA聚合酶　引物　复性　延伸　(3)带电性质　分子大小　④①②③　先收集到的蛋白质分子量大、后收集到的分子量小8．(15分)(2010·东北三校一模)现在大力提倡无纸化办公，但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸，其主要成分是木质纤维，人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。下图是工业上利用微生物用纤维素生产乙醇的基本工作流程，请回答相关问题。(1)自然界中①环节需要的微生物大多分布在________的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以________为碳源、并加入________的培养基上筛选周围有________的菌落。(2)如上所述的筛选中获得了三个菌落，对它们分别培养，并完成环节②，且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，则你认为三种酶液的活性________(一定相同、不一定相同、一定不同)，可以通过______________________________________________________________进行定量测定。(3)根据测定结果，①环节常选择木霉，则②中获得的酶是________酶。该酶至少包括________________三个组分。(4)生产中可以满足④环节的常见菌种是________，为了确保获得产物乙醇，⑤环节要注意________________，④过程要注意避免________________。(5)该技术虽然有广阔的前景，但存在酶的成本高等问题，为了降低成本主要从以下几方面入手改进该过程。首先要通过________________等技术手段对产酶微生物改造， 提高酶的产量。其次，可利用________________等技术使酶能够重复利用。解析　(1)从富含纤维素的环境中可以获得富含纤维素酶的微生物，这类微生物的纯化培养是以纤维素为碳源，通过加入刚果红的培养基上筛选周围有透明圈的菌落而获得。(2)由于三个菌落中的细菌数目可能不同或者产酶能力不同，从三个菌落中获得三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，其活性也不一定相同；可以通过对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定来确定三种酶液的活性。(3)木霉中产生的纤维素酶包括Cl酶、Cx酶、葡萄糖苷酶三个组分。(4)生产中获得乙醇的常见菌种是酵母菌，酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精，因此生产中注意保证无氧条件，还要注意避免杂菌的污染。(5)为了降低成本首先要通过基因工程或基因突变等技术手段对产酶微生物进行改造，提高酶的产量。其次，可利用固定化酶等技术使酶能够重复利用。答案　(1)富含纤维素(其他合理答案也可，如落叶较多等)　纤维素　刚果红　透明圈　(2)不一定相同　对纤维素酶催化纤维素分解后所产生的葡萄糖　(3)纤维素　Cl酶、Cx酶、葡萄糖苷酶　(4)酵母菌　发酵装置密闭(或保证无氧条件等)　污染杂菌　(5)基因工程(基因突变)　固定化酶9．(9分)(2011·南京二模)根据材料回答下列有关问题。Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)(1)从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更________。(2)从图2可以看出：海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是________________。Ⅱ.某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：①活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；②配制CaCl2溶液：将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的CaCl2溶液；③配制海藻酸钠溶液：用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中，配制成溶液；④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠液中，充分搅拌混合均匀； ⑤固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察凝胶珠形成。(1)请你改正其中两处错误的操作：第一处_____________________________________________________________________；第二处_____________________________________________________________________。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右，目的是________________________________________________________________________。(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度________(过低/过高)。解析　从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，图1反映了固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广。图2曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足。答案　Ⅰ.(1)强　(2)3%　酶的数量不足Ⅱ.(1)③海藻酸钠溶解应适当加热至完全溶化　④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞　(2)让凝胶珠形成稳定的结构　(3)过低10．(18分)请分析回答下列有关生物技术实践方面的问题。(1)腐乳制作时有多种微生物参与，其中起主要作用的是________。(2)植物组织培养技术基本操作的正确顺序是(　　)。①外植体消毒②制备MS培养基　③接种④培养⑤栽培⑥移栽A．①→②→③→④→⑤→⑥B．②→①→③→④→⑤→⑥C．②→①→③→④→⑥→⑤D．①→②→③→④→⑥→⑤(3)植物组织培养中，在配制好的MS培养基中常需添加________，除此之外，________等也是影响植物组织培养的重要因素。(4)微生物培养基一般都含有：水、无机盐以及________。(5)在微生物接种过程中，试管口需要通过酒精灯火焰，其目的是________________。(6)分离分解尿素的微生物的实验流程包括：土壤取样、梯度稀释、样品涂布到________培养基上、挑选________。(7)PCR反应过程中除DNA模板、引物、原料和酶外，还需要一定的________等条件。PCR反应过程中需要DNA聚合酶参与的是________阶段。(8)通过电泳法分离提纯蛋白质时，影响蛋白质迁移速率的因素是蛋白质分子的带电性质、分子大小以及____________________________________________________。(9)根据果胶酶在果汁生产中的作用的系列实验结果回答下列问题。 ①能正确表示温度对果胶酶活性影响的曲线是(　　)。②能正确表示pH对果胶酶活性影响的曲线是(　　)。③在原材料有限的情况下，能正确表示相同时间内果胶酶的用量对果汁产量影响线是(　　)。④果汁发酵后是否有酒精产生，可用________来检验。在酸性条件下，该试剂与酒精反应呈现________。(10)某种全自动洗衣机的水温有冷水、45℃温水、90℃热水三种设置，洗涤方式有直接洗涤和浸泡20min后洗涤两种设置。如果用加酶洗衣粉洗涤有陈旧牛奶渍的棉质衣服，洗衣机选择哪种水温和洗涤方式洗涤效果最好？________________________________________________________________________。(11)用含有蛋白酶的洗衣粉洗涤丝绸衣物和羊毛衣物是否合适？为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析　PCR反应过程是在体外完成的，因此除了DNA模板、引物、原料和酶外，还需要适宜的温度和pH等条件。酶的催化效率容易受温度、pH的影响。可用重铬酸钾溶液来检验是否有酒精产生(酸性条件下)，如果出现灰绿色，就表明有酒精生成。丝绸衣物和羊毛衣物的主要成分是蛋白质，用含有蛋白酶的洗衣粉洗涤会分解其中的蛋白质，破坏衣物。答案　(1)毛霉　(2)C　(3)植物激素　pH、温度、光照(4)碳源和氮源　(5)灭菌　(6)选择　单菌落　(7)温度、pH　延伸　(8)带电荷量和分子形状　(9)①乙　②乙③丙　④重铬酸钾溶液　灰绿色　(10)45℃温水浸泡20min后洗涤　(11)不合适。因为丝绸衣物和羊毛衣物的主要成分是蛋白质，用含有蛋白酶的洗衣粉洗涤会分解其中的蛋白质，破坏衣物