高考生物生物技术实践

《生物技术实践》（选修1）高考复习资料

一、微生物的利用

1、考试要求

本部分“实验2：分离以尿素为氮源的微生物”与“实验3：观察土壤中能水解纤维素的微生物”不作要求，只要求1“实验1：大肠杆菌的培养和分离”。 基本要求

1.进行大肠杆菌的扩增，利用液体培养基进行细菌培养的操作

2.进行大肠杆菌的分离，用固体平面培养基本进行细菌的划线培养。

发展要求 说明大肠杆菌培养的条件和实验原理。 说明

2、基本内容

⑴培养基的种类,很多划分标准-----物理性质：固体培养基、半固体培养基 和液体培养基（加入琼脂多 少）。液体培养基用于扩大培养和工业生产，固体培养基用于菌种分离,鉴定,计数（菌落数量）。

培养基的化学成分包括 水 、 无机盐 、 碳源 、 氮源 、生长因子等。主要注意碳源问题，按照微生物的同化作用类型是自养还是异养，碳源不同，自养微生物为无机碳源如硝化细菌是二氧化碳或碳酸盐，异养微生物为有机碳源如大肠杆菌是葡萄糖等有机物（要会判断）。

⑵常见微生物类群：原核生物{细菌（如大肠杆菌---二分裂.革兰氏阴性、异养兼性厌氧性肠道杆菌）、蓝藻、支原体、衣原体、放线菌等}、原生生物（草履虫、变形虫等）、真菌（酵母菌---出芽生殖.异养兼性厌氧性微生物、霉菌、食用菌）、病毒等。 ⑶无菌技术：对实验操作空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒 ；将培养器皿、接种用具和培养基等器具进行灭菌；为避免周围微生物污染，实验操作应在酒精灯火焰附近旁进行；避免已灭菌处理的材料用具与 周围物品相接触。

比较项 理化因素的作用强度 消灭微生物的数量 芽孢和孢子能否被消灭

消毒 较为温和 部分生活状态的微生物

不能 灭菌

强烈

全部微生物

能

灭菌方法： ①接种环、接种针、试管口等使用灼烧灭菌法； ②玻璃器皿、金属用具等使用干热灭菌法，所用器械是干热灭菌箱 ； ③培养基、无菌水等使用高压蒸汽灭菌法，所用器械是高压蒸汽灭菌锅 。 ④表面灭菌和空气灭菌等使用紫外线灭菌法，所用器械是紫外灯 。

⑷培养基的配制原则：目的要明确：根据培养的微生物种类、培养的目的等确定培养基的类型和配制量。营养要协调：培养基中各种营养物质的浓度和比例要适宜。pH 要适宜：细菌培养基pH 中性或偏碱性，霉菌培养基呈酸性。 ⑸实验操作步骤

①计算→称量→溶化→调

pH →分装→加棉塞→灭菌→倒平板（形成斜面是为增大接种面积） （均为培养基的处理）

②接种

微生物接种的最常用方法是平板划线法和稀释涂布法。 平板划线法（方法简单，考试的主要考查点）：通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面（也是分离纯化的方法）。 在第1次划线后都从上次划线末端开始的目的是获得由单个细菌形成的标准菌落。稀释涂布平板法（操作复杂，单菌落更易分开）：将菌液进行一系列梯度稀释，并将不同稀释度菌液分别涂布到琼脂固体培养基上进行培养。当稀释倍数足够高时，即可获得单个细菌形成的标准菌落。

微 生 物 的 实 验 室 培 养

培养基 无菌技术 分离、纯化大肠杆菌菌

培养基的配制

配制培养基的原则

配制培养基的方法 计算→称量→溶化→调pH →分装→加棉塞→灭菌→倒平板

平板划线法

稀释涂布法

系列稀释

平板涂布

③培养：平板倒置放在培养箱中培养是为了使水分蒸发形成的水蒸气凝结成的水滴滴留在盖上，同时防止水滴入培养基并扩散开，已形成的菌落随水扩散，相互影响。

④观察结果（菌落数量、特征等）并分析、评价 例(高考试题：2007宁夏理综)32．生物选考题A

某小组同学为了调查湖水中细菌的污染情况而进行了实验。实验包括制备培养基、灭菌、接种及培养、菌落观察计数。请回答与此实验相关的问题。

（1）培养基中含有蛋白胨、淀粉分别为细菌培养提供了____和______。除此之外，培养基还必须含有的基本成分是_____和______。

（2）对培养基进行灭菌，应该采用的方法是_______。

（3）为了尽快观察到细菌培养的实验结果，应将接种了湖水样品的平板置于______中培养，培养的温度设定在37℃。要使该实验所得结果可靠，还应该同时在另一平板上接种______作为对照进行实验。

（4）培养20小时后，观察到平板上有形态和颜色不同的菌落，这说明湖水样品中有_____种细菌。一般说来，菌落总数越多，湖水遭受细菌污染的程度越_______。

答案：（1）氮源（碳源不作要求） 碳源、无机盐、水（2）高压蒸汽灭菌（3）恒温培养箱 无菌水（4）多；高 练习：卓越p133例3 ，p135 11 ， p136 12、创新探究 ， p137 3、4、5、6

二、生物技术在食品加工中的作用

本部分“实验7：用蒸气蒸馏法从芳香植物中提取精油”不作要求；“实验9：腐乳的制作”有条件的学校可选做，只要求学生做2个实验，即“实验8”和“实验10”。 1、实验8 果酒及果醋的制作 基本要求 1.制作葡萄酒和果酒 2.制作果醋

发展要求 设计并安装简单的生产果酒及生产果醋的装置 说明

果酒制作原理 （1）利用的微生物是酵母菌，其异化作用类型是兼性厌氧型，明确酵母菌发酵的反应式：

①有氧条件：C 6H 12O 6+6O 2+6H 2O ?→?

酶

12H 2O+6CO 2+能量

②无氧条件：C 6H 12O 6?→?

酶

2C 2H 5OH+2CO 2+能量 （2）影响酒精发酵的主要环境条件有温度、氧气和pH 。

为了防止杂菌污染，出现异味，影响质量，应将用具清洗干净，并用高锰酸钾溶液浸泡材料。为了提高制作速度，促进酒精发酵，在发酵前，必须接种酵母，并加入少量蔗糖。在果酒发酵过程中，应在瓶口安装装有水的弯曲玻璃管，既可防止氧气与杂菌进入，也可以使瓶中产生的CO 2气体出去，以减少发酵瓶中的压力。

①酒精发酵是一般将温度控制在18～25℃范围内，在20℃时最适宜。②酒精发酵过程中，要保持缺氧、酸性环境。 酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖。“密封”的目的是使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。在酒精发酵过程中，每隔一段时间（12h ）拧松瓶盖或打开排气口，是为了防止在发酵过程中产生CO 2 ，使瓶内气压过高引起爆裂。排气口胶管长而弯曲的作用是防止空气中杂菌感。 ⑶酒精发酵后是否有究竟产生，可用酸性条件重铬酸钾来检验（呈灰绿色）。 果醋制作原理

（1）利用的微生物是醋酸菌 ，为异养需氧型。在氧气和糖源都充足时，降糖分解形成醋酸；当缺少糖源时可将乙醇转变成乙

醛，并进一步转变成醋酸。明确醋酸发酵的反应式。 C 2H 5OH+O 2?→?

酶

H2O+CH 3COOH （2）醋酸发酵需要适宜温度、pH 和氧气。

⑶在醋酸发酵过程中，特别需要注意要从充气口持续向发酵液中补充氧气（无菌空气）。

安装果醋发酵装置时，要注意连接口的密封性，以免被杂菌感染，同时要注意进口处与出口处的流速，以保证醋酸的充分氧化。在醋酸的发酵过程中，要注意经常用pH 试纸检测流出液中的pH 值，以监控发酵过程的进行。

(高考试题：2007山东理综)34.

乙醇等"绿色能源"的开发备受世界关注。利用玉米秸秆生产燃料酒精的大致流程为：

亚

硝

酸

盐

含

发酵时间（d ）

（1）玉米秸秆预处理后，因该选用____酶进行水解，使之转化为发酵所需的葡萄糖。 （2）从以下哪些微生物中可以提取上述酶？________（多选）

A.酿制果醋的醋酸菌

B.生长在腐木上的霉菌

C.制作酸奶的乳酸菌

D.生产味精的谷氨酸棒状杆菌

E.反刍动物瘤胃中生存的某些微生物

（3）若从土壤中分离生产这种酶的微生物，所需要的培养基为______（按功能分），培养基中的碳源为___________ 。 （4）从生物体提取出的酶首先要检测 _______ ，以便更好地将酶用于生产实践。在生产糖液的过程中，为了使酶能够反

复利用，可采用___________技术。

（5）发酵阶段需要的菌种是_________，生产酒精是要控制的必要条件是________ 。

【答案】（1）纤维素（酶）（2）B 、E (3)选择培养基；纤维素（4）酶的活性 （5）酵母菌；无氧（密封、密闭） 练习：卓越P139 7

2、实验10 泡菜的腌制和亚硝酸的测定 基本要求 1.进行泡菜的腌制。

2.测定泡菜中亚硝酸的含量。 发展要求 讨论相关的食品安全问题 说明

⑴制作泡菜所用微生物是乳酸菌 ，其代谢类型是异养厌氧 型。在无氧条件下，降糖分解为乳酸 。

反应式为：C 6H 12O 6?→?

酶

2C 3H 6O 3+能量 含抗生素牛奶不能生产酸奶的原因是抗生素杀死乳酸菌。 腌制时要控制腌制的时间 、温度和食盐的用量。

⑵亚硝酸盐在食品生产中常用作食品添加剂。国家规定肉制品中不超过30mg/kg ，酱腌菜中不超过20mg/kg ，婴儿奶粉中不超过2mg/kg 。亚硝酸盐被吸收后随尿液排出体外，但在适宜pH 、温度和一定微生物作用下形成致癌物质亚硝胺。日常生活中不宜食用放置时间过长和变质蔬菜的原因是亚硝酸盐含量较高。

在“泡菜的腌制和亚硝酸的测定”实验中，首先应将要腌制的菜与所需用具洗净，以防止腌制过程中出现腐烂现象。将菜放入泡菜坛中时，一定要用水将坛口封好，形成一个缺氧的环境，使乳酸菌能够生存、繁殖并发酵。一般腌制一周左右即可开坛食用，此时可进行亚硝酸的测定。亚硝酸的测定可用光电比色法定量。测定亚硝酸盐含量的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，与已知浓度的标准显色液目测比较，估算泡菜中亚硝酸盐含量。(以坐标曲线表示或表格表示)

一般在腌制 10 天后亚硝酸盐含量开始降低，故在10天之后食用最好 亚硝酸盐含量 组别 时间 1号坛 2号坛

3号坛

封坛前 封坛后1 封坛后2 封坛后3......

例：

1、某同学把甘蓝切丝后制作泡菜，并置于不同温度下经过3天后检查生成的乳酸量， 结果如下表：

（1）从这个资料看，你能得出什么结论？

（2）在泡菜制作时，乳酸含量大致在0.8%左右时风味最好，此时维生素C的保存率也较高，结合以上材料，你在制作泡菜时，应注意什么？

2、某同学在泡菜腌制过程中每隔3—4天测一次亚硝酸盐的含量，其结果如下表：

泡菜腌制过程中亚硝酸盐的含量变化（mg / kg ）

（1）在图中画出1号坛泡菜腌制过程中亚硝酸盐的含量变化图。

mg / kg

1.20

0.90

0.60

0.30

0 2 4 6 8 10 12 14 时间（天）

（2）结合曲线和表中数据分析亚硝酸盐含量变化的原因。

（3）3个泡菜坛中亚硝酸盐含量为何有差别？原因是什么？在泡菜腌制过程中如何减少亚硝酸盐的含量？

答案：1、（1）温度会影响乳酸菌发酵产生乳酸，30℃左右乳酸菌发酵产生乳酸的效率最高

（2）不同温度下乳酸菌发酵产生乳酸的量不同，应在16℃下发酵制作泡菜，此时泡菜的乳酸含量适中，风味最好。2、（1）mg / kg

1.20

0.90

0.60

0.30

0 2 4 6 8 10 12 14 时间（天）

（2）3个泡菜坛中亚硝酸盐含量变化的绝对数量虽然不同，但整体的变化趋势基本相同。在制作的第4天，3个泡菜坛中亚硝酸盐含量都最高，第10 天开始有明显下降。

这可能是由于泡菜在开始腌制时，坛内环境有利于某些细菌的繁殖（包括一些硝酸盐还原菌），这些细菌可以促进硝酸盐还原为亚硝酸盐。但随着腌制时间的延长，乳酸细菌也大量繁殖，对硝酸盐还原菌产生一定的抑制作用，使其生长繁殖受到影响，造成泡菜中亚硝酸盐的含量又有所下降。

（3）3个泡菜坛中亚硝酸盐含量最少的是2号坛，最多的3号坛，3号坛可能在制作过程中被杂菌污染。在泡菜腌制过程中要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。温度过高、食盐用量不足10％、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。

三、酶的应用

1、实验4 果汁中的果胶和果胶酶

基本要求 1.得出制作果汁的最佳条件。

2.检测果胶酶的活性，观察果胶酶对果汁形成的作用。

发展要求收集果胶酶在其他方面利用的资料。

说明

果胶是植物细胞壁和胞间层的主要组成成分之一。在果汁加工中，果胶的存在易导致果汁出汁率低，果汁浑浊。果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。果胶酶分解果胶的作用是：①瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，②把果胶温度（℃）16 26 31 35 43

乳酸含量0.81% 1.04% 1.20% 1.12% 0.95%

腌制天数1号坛2号坛3号坛

封坛前0.15 0.15 0.15

4天0.60 0.20 0.80

7天0.20 0.10 0.60

10天0.10 0.05 0.20

14天0.10 0.05 0.20

分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清，因此可以解决果汁加

工中出现的问题。食品工业生产中最常用的果胶酶是通过霉菌发酵产生。

影响果胶酶活性的因素有：温度、 PH 、激活剂和抑制剂等。

探究一：温度和PH对果胶酶的活性的影响

该实验与必修I中探究“影响酶活性的条件”实验有何不同？前者属于是定

量分析实验，后者属于定性分析实验。

变量设计与控制：

①你确定的温度梯度（或pH梯度）为 30-70℃（或5-9）。

②实验的自变量是温度（或pH），控制自变量的方法是利用恒温水浴锅（或

滴加酸碱等）。

③实验的因变量是酶的活性，检测因变量的方法是测定相同时间内果汁的产

出量或澄清度也可以相同产出或澄清所用的时间。

果汁与果胶酶在混合之前，应分装在不同试管中用同一恒温处理，保证果汁

与果胶酶混合前后的温度相同，避免因混合导致温度变化而影响果胶酶活性。不同的温度设置之间可以相互对照。

探究二：果胶酶的蕞适用量

①你确定的果胶酶的用量为 1-9mg。

②实验的自变量是果胶酶的用量，控制自变量的方法是配成等体积不同浓度的果胶酶。

③实验的因变量是分解果胶的速度，检测因变量的方法是测定相同时间内果汁的产出量。

练习：卓越P135 10(8)

(探

究

温度

和P H

对果

胶酶的

活性

的影响

) (

探究

果

胶酶

的

蕞

适

用

量

)

2、实验5 加酶洗衣粉的使用条件和效果 基本要求

1.观察加酶洗衣粉在洗涤中的效果。

2.得出加酶洗衣粉的最佳使用条件。

发展要求 研究并试验将有油渍、汗渍、血渍的衣物洗净的方法 说明

普通洗衣粉的化学成分有：表面活性剂【主要是阴离子表面活性剂（洗衣粉主要成分），有的还有非离子型表面活性剂，优先吸附在各种界面上，降低表面张力，改变界面状态，洗涤时去污作用】、水软化剂、碱剂、漂白粉等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉,目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶 、脂肪酶 、淀粉酶 、纤维素酶 。其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。

酶具有高效性，能迅速将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质分解成可溶性小分子肽和氨基酸。

酶不能直接添加到洗衣粉中，因为洗衣粉中的表面活性物质会降低酶的活性。将基因工程生产出的酶用特殊水溶性物质包裹起来，与洗衣粉的其它成分隔离开来。但这不属于酶固定化技术。影响酶活性的因素有温度、酸碱度和表面活性剂 。 探究一：比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果 ①实验的自变量是洗衣粉的种类 。

②控制无关变量相同：水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的质料、大小及侵泡时间、污渍种类与面积等。

③实验的因变量是普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果，检测因变量的方法是相同时间内衣物的干净程度或是衣物完全干净所用的时间。

普通洗衣粉

加酶洗衣粉

相同时间内衣物的去污面积或完全去污所用的时间

蛋白酶

肽酶

蛋白质

多肽

氨基酸

淀粉酶

淀粉

麦芽糖

脂肪酶

脂肪

甘油＋脂肪酸

探究二：比较不同温度下加酶洗衣粉的洗涤效果 ①实验的自变量是不同的温度 。

②控制无关变量相同：洗衣粉种类、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的质料、大小及侵泡时间、污渍种类与面积等。 ③实验的因变量是不同温度下加酶洗衣粉的洗涤效果，检测因变量的方法是相同时间内衣物的干净程度或是衣物完全干净所用的时间。

探究三：不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果

污染物 蛋白酶洗衣粉

复合酶洗衣粉

普通洗衣粉

油渍 血渍 奶渍 果汁渍

练习：卓越P135 10(9) P136 13 P137 2

3、实验6α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 基本要求 1.制作固定化α－淀粉酶 2.进行淀粉水解的测定

发展要求 通过此实验探讨固定化酶的应用价值 说明

固定化酶是将水溶性的酶用物理的或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶性于水而又有酶活性的制剂，同时又可以重复利用。常用吸附法和包埋法。

检测方法：如一定浓度的淀粉溶液经过固定化淀粉酶柱后，可以用淀粉指示剂溶液（碘液）测试，若流出物呈红色即表明淀粉水解成糊精。

四、浅尝现代生物技术

本部分“实验12：乳酸脱氢酶同工酶的分离”与“实验13：DNA 片段的PCR 扩增”不作要求；只要求学生做1个实验，即“实验11：植物的组织培养”。 实验11 植物的组织培养 基本要求 1.进行菊花的组织培养 2.尝试植物激素的应用 发展要求 说明

1、原理：植物细胞的全能性

2、基本过程：

（脱分化或 去分化）

离体细胞、组织、器官 （又叫外植体） （ 再分化）

愈伤

组织

（生长发育）

根、芽 或胚状体

新个体

或形成菊花的

组织培

养

基本原理 细胞的全能性 基本过程 脱分化

愈伤组织

再分化

影响因素 材料性质、营养物质、调节物质、环境条件 操作流程 配制MS 固体培养基 外植体的消毒 接种

培养

移栽

栽培

3、 影响植物组织培养的条件：

材料：植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。菊花组织培养一般选择未开花植物的茎上部新萌生的侧枝作材料。一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。选取生长旺盛嫩枝进行组培的是嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。

营养：常用的培养基是MS 培养基，其中含有的大量元素是N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg ，微量元素是Fe 、Mn 、B 、Zn 、Cu 、Mo 、Cl 、Ni 、I 、Co ，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。

激素：在培养基中需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素，其浓度、使用的先后顺序、用量的比例等都影响结果。

环境条件：PH 、温度、光等环境条件。 4、操作流程

配制MS 固体培养基：配制各种母液：将各种成分按配方比例配制成的浓缩液。使用时根据母液的浓缩倍数，计算用量，并加蒸馏水稀释。配制培养基：应加入的物质有琼脂、蔗糖、大量元素、微量元素、有机物和植物激素的母液，并用蒸馏水定容到1000毫升。在菊花组织培养中，可以不添加植物激素，原因是菊花茎段组织培养比较容易。灭菌：采取的灭菌方法是高压蒸汽灭菌。MS 培养基中各种营养物质的作用是什么？与肉汤培养基相比，MS 培养基有哪些特点？大量元素和微量元素提供植物细胞所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，维持细胞渗透压；甘氨酸、维生素等物质主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。微生物培养基以有机营养为主，MS 培养基则需提供大量无机营养。 外植体的消毒 接种：接种过程中插入外植体时形态学上端朝上，每个锥形瓶接种7～8个外植体。外植体接种与细菌接种相似，操作步骤相同，而且都要求无菌操作。

培养：应该放在无菌箱中进行，并定期进行消毒，保持适宜的温度和光照

移栽：栽前应先打开培养瓶的封口膜，让其在培养间生长几日，然后用流水清洗根部培养基。然后将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间，进行壮苗。最后进行露天栽培。 栽培

外植体在培养过程中可能会被污染，原因有外植体消毒不彻底；培养基灭菌不彻底；接种中被杂菌污染；锥形瓶密封性差等。

生长素／细胞分裂素比值与结果

比值高时

促根分化， 抑芽形成 比值低时

促芽分化， 抑根形成 比值适中 促进愈伤组织生长

使用顺序 实验结果

先生长素， 后细胞分裂素

有利于分裂但不分化 先细胞分裂素， 后生长素

细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高