2019年高考生物二轮复习专题17生物技术实践教学案.doc
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1、1专题 17 生物技术实践1.近五年的考题中,对微生物的分离和培养的考查尤为突出,侧重考查微生物的分离纯化技术,对传统发酵技术的发酵原理、制作流程等的考查频度也在不断提高。对植物组织培养、胡萝卜素的提取仅进行了两次考查,前者侧重考查营养条件及有关植物激素的作用等;后者侧重考查胡萝卜素的萃取剂的选择等。2常借助某一特定的微生物的分离和培养考查微生物的营养、接种方法等;对于生物技术在食品加工中的应用,常借助发酵实例考查,填充内容多为教材中一些结论性语句等。植物组织培养技术、植物有效成分的提取的考查也多以教材基础知识为主。3备考时,从以下 5 个方面来把握:(1)掌握大肠杆菌的纯化原理、主要方法及菌
2、种的保存方法。(2)认真分析教材中两个微生物分离与计数的实例,并掌握微生物的筛选及技术方法。(3)利用比较法归纳总结并掌握常见传统发酵技术的原理、流程及影响因素等。(4)列表比较玫瑰精油、橘皮精油及胡萝卜素的提取方法、原理、实验步骤等异同。【知识网络】一、微生物的营养1微生物的营养营养要素 来源 功能 2无机碳源 CO2、NaHCO 3、CaCO 3等含碳无机物 碳源 有机碳源 糖、脂肪、蛋白质、有机酸、石油、花生粉饼等 构成细胞和合成一些代谢产物 有些既是碳源 又是异养微生物的能源 营养要素 来源 功能 无机氮源 NH3、铵盐、硝酸盐、N 2等 氮 源 有机 氮源 牛肉膏、蛋白胨、核酸、尿素
3、、氨基酸 合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物 营养要素 来源 功能 生长因子(特 殊营养物质) 维生素、氨基酸、碱基 酶和核酸的组成成分 参与代谢过程中的酶促反应 水和无机机盐 外界摄入 水不仅是优良溶剂而且可维持生物大分子的稳定;无机盐是细胞内的成分和调节物质等 2培养基种类及用途 划分标准 培养基种类 特点 用途 液体培养基 不加凝固剂 工业生产 半固体培养基 观察微生物的运动、分类鉴定 物理 性质 固体培养基 加凝固 剂,如琼脂 微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种 划分标准 培养基种类 特点 用途 天然培养基 含化学成分不明 确的天然物质 工业生产 化学 成分 合成培养基 培养基成分明确
4、(用化学成分已知的化学物质配成) 分类、鉴定 划分标准 培养基种类 特点 用途 3用途 选择培养基 培养基中加入某种化学物质,以抑制不需要微生物的生长,促进所需要的微生物的生长 培养、分离出特定微生物(如培养酵母菌和霉菌时,可在培养基中加入青霉素;培养金黄色葡萄球菌时,可在培养基中加入高浓度的食盐) 用途 鉴别培养基 根据微生物的代谢特点,在培养基中加入某种指示剂或化学药品 鉴别不同种类的微生物,如可用伊红美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌(若有,菌落呈深紫色,并带有金属光泽) 3微生物的分离与计数 (1)土壤中分解尿素的细菌的分离: 筛选菌株:利用选择培养基筛选。 过程:土壤取样样
5、品的稀释微生物的培养与观察。 (2)分解纤维素的微生物的分离: 原理: 即:可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。 流程:土壤取样选择培养梯度稀释涂布平板挑选菌落。 (3)鉴定方法: 鉴定分解尿素的细菌 含酚红指示剂的尿素为唯一氮源的培养基细菌指示剂变红,则该菌能分解尿素 鉴定纤维素分解菌 (4)计数方法: 显微镜直接计数法: 利用特定细菌计数板或血球计数板,在显微镜下计数一定容积样品中的细菌数量。该方法不能区分细菌的死活。 间接计数法(活菌计数法): 4常用稀释涂布平板法。稀释涂布平板法的理论依据是:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落即代表一个活菌。为了保证结果准确,一般选择
6、菌落数在 30300 的平板进行计数,每个稀释倍数涂布 3 个平板进行计数,取平均值。 【特别提醒】消毒和灭菌的区别 条件 结果 常用方法 应用范围 煮沸消毒法 一般物品 巴氏消毒法 不耐高温的液体 消毒 较为温和的物理或化学方法 仅杀死物体表面或内部部分微生物 化学药剂消毒法 用酒精擦拭双手,用氯气消毒水源等 条件 结果 常用方法 应用范围 灼烧灭菌 接种工具 干热灭菌 玻璃器皿、金属用具等 灭菌 强烈的理化因素 杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子 高压蒸汽灭菌 培养基及容器的灭菌 二、酶的应用1酶的存在与简单制作方法 (1)酶在生物体内的存在(或分布)部位: 酶是在生物体活细胞中合成
7、的。多数酶在细胞内直接参与生物化学反应,少数的酶要分泌到细胞外发挥作用。 (2)酶的制备: 胞内酶的制取:需要破碎生物组织细胞,可用破碎仪、研磨器或匀浆器等机械将组织细胞破碎,使酶从活细胞中释放出来,进入细胞外的溶液中,经过滤、离心制备成粗酶液。 胞外酶的制备:对于唾液淀粉酶、胰蛋白酶等分泌到细胞外的酶,可以直接从动物分泌物或细胞外的组织间隙中提取。 2酶活性(力)测定的一般原理和方法 (1)酶活性(力)的含义:酶的活性(力)是指酶催化一定化学反应的能力。 (2)酶活性(力)测定的一般原理和方法:酶的活性(力)通常以单位时间内底物的消耗量或者在单位时间内产物的生成量来表示。 3酶的活性及影响酶
8、活性因素的实验探究(以果胶酶在生产中的应用为例探究温度或 pH 对果胶酶活性的5影响) (1)探究不同温度(或 pH)对酶活性的影响时,温度(或 pH)作为自变量,通常通过设置合理的梯度来确定最适值,最适值是通过比较相同时间内获得的产量或效果来确定的。 (2)在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温(或同 pH)处理,目的是保证底物和酶在混合时的温度(或 pH)相同,避免苹果泥与果胶酶混合时影响混合物的温度(或 pH),从而影响实验效果。 (3)果胶酶将果胶分解为小分子物质,小分子物质可以通过滤纸,因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和 p
9、H 下,果胶酶的活性越大,苹果汁的体积就越大。 4探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果 (1)实验原理: 加酶洗衣粉的酶制剂有多种,包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶等。加入不同的酶制剂,会制成用于不同污渍洗涤的加酶洗衣粉。复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,对各种污渍都有较好的洗涤效果。 (2)实验操作程序: 烧杯编号 步骤 注入自来水 500 mL 500 mL 500 mL 加入物质(等量) 奶渍布 奶渍布 奶渍布 控制水温 37 37 37 加入洗衣粉(等量) 蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉 玻璃棒搅拌(等速) 5 分钟 5 分钟 5 分钟 观察实验现象 5固定化酶和固定化细胞的
10、比较 项目 固定化酶 固定化细胞 常用方法 化学结合法、 物理吸附法 包埋法 优点 可反复使用; 有利于工艺的连续化、管道化,同时降低了生产成本 可以连续发酵,节约成本;保持酶在细胞内的原始状况,增加了酶的稳定性;操作容易 6不足 酶在固定化时活力有所损失; 不适用于多酶反应 细胞膜、细胞壁会阻碍底物的渗透和扩散,降低反应效率 三、生物技术在食品加工及其他方面的应用1运用发酵加工食品的基本方法果酒 果醋 腐乳 泡菜 微生物类型 酵母菌(真菌)兼性厌氧菌 醋酸杆菌(细菌)好氧细菌 毛霉(真菌)好氧菌 乳酸菌(细菌)厌氧菌 原理 酵母菌无氧呼吸产生酒精 醋酸杆菌有氧呼吸产生醋酸 毛霉代谢产生蛋白酶
11、和脂肪酶 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 控制条件 前期有氧后期无氧,20左右 有氧,3035 有氧,1518 无氧,常温 实验流程 【特别提醒】在泡菜的腌制过程中会产生亚硝酸盐,亚硝酸盐在一定条件下可转化为能致癌、致 畸和致突变的物质亚硝胺。 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 N1萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰(紫)红色染料,通过目测比较,可大致估算亚硝酸盐的含量。 2植物激素与组织培养生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用及特点: (1)在生长素存在的情况下,细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。 (2)使用顺序不同,结果不同,具体如下: 使用顺序 实验结果 先使用生长素,后
12、使用细胞分裂素 有利于细胞分裂,但细胞不分化 先使用细胞分裂素,后使用生长素 细胞既分裂又分化 7同时使用 分化频率提高 (3)用量比例不同,结果也不同: 的比值Error!生 长 素 用 量细 胞 分 裂 素 用 量3植物芳香油三种提取方法的比较 提取方法 实验原理 方法步骤 适用范围 水蒸气蒸馏 利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来 水蒸气蒸馏分离油层除水过滤 适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油 压榨法 通过机械加压,压榨出果皮中的芳香油 石灰水浸泡、漂洗压榨、过滤、静置再次过滤 适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取 有机溶 剂萃取 使芳香油溶解在有机溶剂中,蒸发溶剂后就可获得
13、芳香油 粉碎、干燥萃取、过滤浓缩 适用范围广,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分浸泡在有机溶液中 4DNA 和蛋白质技术 (1)DNA 的粗提取和鉴定: 基本原理: aDNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中的溶解度不同,在 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中的溶解度最低。 bDNA 不溶于酒精溶液。 cDNA 不被蛋白酶水解。 dDNA 在水浴加热条件下可被二苯胺染成蓝色。 主要步骤:选取材料破碎细胞,获取含 DNA 的滤液去除滤液中的杂质DNA 的析出与鉴定。 注意事项: a选择动物细胞时,细胞比较容易破碎,选择植物细胞时则要先溶解细胞膜(如加洗涤剂、研磨等)。 b以鸟类的红细胞为材
14、料时,需向血液中加入柠檬酸钠抗凝。 c二苯胺需现配现用。 (2)PCR 技术的基本操作和应用: 目的获取大量的目的基因 原理双链 DNA 的复制。 条件需要 DNA 模板、引物(一般为单链 DNA)、四种脱氧核苷酸、耐高温的 DNA 聚合酶和酶促反应所8需的离子,同时还要控制温度。 过程: a变性:在 95时 DNA 解旋。 b复性:在 50时引物与 DNA 单链结合。 c延伸:在 72时合成 DNA 子链(两个引物间的序列)。 (3)蛋白质的提取和分离: 实验原理:依据蛋白质的各种特性可以将不同种类的蛋白质分离。 常用方法: a凝胶色谱法:根据相对分子质量的大小分离蛋白质。 b电泳:利用待分
15、离样品中各种分子带电性质的差异及分子本身大小、形状的不同产生不同的迁移速度,由此将各种分子分离。 c蛋白质的提取和分离一般分为四步:样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。 【特别提醒】人和哺乳动物成熟的红细胞中不含细胞核,也没有 DNA,不适于作为 DNA 提取的材料,但却是提取血红蛋白的理想材料。 凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果,但直径过大会造成洗脱液体积增大,样品稀释度增大;凝胶色谱柱的高度与分离度有关。 红细胞洗涤过程中,洗涤三次后,上清液仍有黄色,可增加洗涤次数,否则无法除去血浆蛋白;离心时转速要低,时间要短,否则白细胞等会一同沉淀,达不到分离效果。 血红蛋白释放过程中,蒸馏水的作用是
16、涨破红细胞,甲苯的作用主要是溶解细胞膜。 四、微生物的培养和应用 1微生物的营养营养要素 来源 功能 无机碳源 CO2、NaHCO 3、CaCO 3等含碳无机物 碳源 有机碳源 糖类、脂质、蛋白质、有机酸、石油、花生粉饼等 构成细胞中的物质和一些代谢产物;既是碳源又是能源 氮源 无机氮源 无机氮:NH 3、铵盐、硝酸盐、N 2等 将无机氮合成含氮的代谢产物 9有机氮源 牛肉膏、蛋白胨、核酸、尿素、氨基酸 合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物 生长因子 维生素、氨基酸、碱基 酶和核酸的组成成分;参与代谢过程中的酶促反应 2.微生物的纯化培养的方法(1)平板划线法 通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划
17、线的操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面 在数次划线后培养,可以分离到由一个细胞繁殖而来的菌落。(2)稀释涂布平板法 将菌液进行一系列的梯度稀释,然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面,进行培养。在稀释度足够高的菌液里,聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞,从而能在培养基表面形成单个的菌落。 3测定微生物数量的方法(1)直接计数法:常用的是显微镜直接计数。(2)间接计数法:常用的是稀释涂布平板计数法。【特别提示】(1)显微镜计数法计算的细菌中包括死细菌。稀释涂布平板法计数的是活菌数。(2)稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目要低。 五、酶的应用 1直接使用酶、固
18、定化酶和固定化细胞 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 制作方法 化学结合法固定化、物理吸附法固定化 包埋法固定法 是否需要 营养物质 否 否 是 催化反应 单一或多种 单一 一系列 10反应底物 各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质 缺点 对环境条件非常敏感,易失活; 难回收,成本高,影响产品质量 不利于催化一系列酶促反应 反应物不易与酶接近,尤其是大分子物质,反应效率下降 优点 催化效率高、耗能低、低污染 既能与反应物接触,又能与产物分离; 可以重复利用 成本低、操作容易 2.加酶洗衣粉的洗涤效果的探究(1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法:可在洗涤后比较污物的残留状况
19、,如已消失、颜色变浅、面积缩小等。(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法:实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则,如探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时,以控制洗衣粉的种类为变量,其他条件完全一致;同时,普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照实验。(3)变量的分析和控制:影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的材质、衣物大小、浸泡时间、洗涤的方式和洗涤的时间等。在选择适宜的变量作为探究课题的时候,应注意切合实际,如选择水温时,我们可以选择一年中冬季、春季、秋季和夏季的实际常温 5、15、25和35进行实验。 六、植物有效成分的提取不同物
20、质的提取分离方法 提取方法 方法步骤 适用范围 水蒸气 蒸馏 水蒸气蒸馏、分离油层、除水过滤 适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油 压榨法 石灰水浸泡、漂洗、压榨、过滤、静置、再次过滤 适用于柑橘、柠檬等易焦煳原料的提取 11有机溶 剂萃取 粉碎、干燥、萃取、过滤、浓缩 适用范围广,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分浸泡在有机溶剂中 高频考点一 微生物的培养和利用例 1(2017高考全国卷)某些土壤细菌可将尿素分解成 CO2和 NH3,供植物吸收和利用。回答下列问题:(1)有些细菌能分解尿素,有些细菌则不能,原因是前者能产生_。能分解尿素的细菌不能以尿素的分解产物 CO2作为碳源,原因是
21、_。但可用葡萄糖作为碳源,进入细菌体内的葡萄糖的主要作用是_(答出两点即可)。(2)为了筛选可分解尿素的细菌,在配制培养基时,应选择_(填“尿素” “NH4NO3”或“尿素NH 4NO3”)作为氮源,不选择其他两组的原因是_ _。(3)用来筛选分解尿素细菌的培养基含有 KH2PO4和 Na2HPO4,其作用有_(答出两点即可)。答案:(1)脲酶 分解尿素的细菌是异养生物,不能利用 CO2来合成有机物 为细胞生命活动提供能量,为其他有机物的合成提供原料(2)尿素 其他两组都含有 NH4NO3,能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用 NH4NO3,不能起到筛选作用(3)为细菌生长提供无机营养
22、,作为缓冲剂保持细胞生长过程中 pH 稳定【变式探究】(2016高考全国卷)空气中的微生物在重力等作用下,可以一定程度地沉降。某研究小组12欲用平板收集教室空气中的微生物,以了解教室内不同高度空气中微生物的分布情况。实验步骤如下:配制培养基(成分:牛肉膏、蛋白胨、NaCl、X、H 2O);制作无菌平板;设置空白对照组和若干实验组,进行相关操作;将各组平板置于 37 恒温箱中培养一段时间,统计各组平板上菌落的平均数。回答下列问题:(1)该培养基中微生物所需的氮来源于_。若要完成步骤,该培养基中的成分 X 通常是_。(2)步骤中,实验组的操作是_。(3)若在某次调查中,某一实验组平板上菌落平均数为
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