2019-2020学年人教版生物选修一同步导学限时训练11　酵母细胞的固定化

2019-2020学年人教版生物选修一同步导学限时训练11　酵母细胞的固定化

限时规范训练十一 1.下列属于固定化酶应用特点的是( ) ①可以被反复利用 ②有利于酶与产物分离 ③能自由出入载体 ④一种固定化酶只催化一种酶促反应 ⑤酶多用包埋法固定化 A.①②③ B.③⑤ C.①②④ D.①②⑤ 答案 C 解析 酶被固定化后既可与反应物接触,又可与产物分离,故可反复 使用,但不能自由出入依附的载体。通常情况下固定化酶种类单一, 所以只催化一种酶促反应。 2.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是( ) A.从操作角度来考虑,固定化细胞比固定化酶更容易 B.固定化细胞比固定化酶对酶活性的影响更小 C.固定化细胞固定的是一种酶 D.将微生物的发酵过程变成连续的酶促反应应选择固定化细胞技术 答案 C 解析 细胞内有许多种酶,因此固定化细胞固定的是一系列酶。 3.下列关于使用固定化酶生产高果糖浆的说法,正确的是( ) ①生产高果糖浆需要使用果糖异构酶 ②在反应柱的顶端装上分布着许多小孔的筛板,防止异物的进入 ③将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,果糖溶液从反应柱的下端流出 ④反应柱可以降低生产成本,提高果糖的产量和质量 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 答案 C 解析 高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶,①错误；在反应柱内 的底端装上分布着许多小孔的筛板,防止固定化酶漏出,②错误；将葡 萄糖溶液从反应柱的上端注入,使葡萄糖溶液流经反应柱,与固定化 葡萄糖异构酶接触,转化成果糖,从反应柱的下端流出,③正确；反应 柱能连续使用多次,降低生产成本,提高果糖的产量和质量,④正确。 4.相对固定化酶而言,固定化细胞对酶的活性影响较小,根本原因是 ( ) A.避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B.固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用 C.催化反应结束后,能被重复利用 D.细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用 答案 D 解析 固定化细胞维持了细胞结构的稳定性,为酶充分发挥作用提供 了稳定的环境。 5.有关制备固定化酵母细胞的叙述,正确的是( ) A.首先用蒸馏水把干酵母、CaCl2、海藻酸钠配制成溶液,但配制 CaCl2 溶液需要加热 B.配制海藻酸钠溶液时不需要加热,因为海藻酸钠在水中溶解速度很 快 C.配制酵母细胞和海藻酸钠混合溶液时,要用玻璃棒搅拌,使酵母细 胞与海藻酸钠混合均匀 D.酵母细胞溶液首先要和 CaCl2 溶液混合 答案 C 解析 配制 CaCl2 溶液不需加热；配制海藻酸钠溶液需要小火或间断 加热,直至海藻酸钠完全溶化；溶化好的海藻酸钠冷却至室温后加入 活化的酵母细胞,进行充分搅拌,使酵母细胞与海藻酸钠混合均匀。 6.用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生,其原因不可 能是( ) A.发酵瓶加了塞子 B.瓶内氧气充足,固定化酵母细胞进行有氧呼吸 C.固定化的凝胶珠内可能没有酵母细胞 D.所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质 答案 A 解析 固定化酵母细胞在无氧条件下发酵葡萄糖溶液时,产生酒精, 而有氧条件下,固定化酵母细胞进行有氧呼吸,不产生酒精,发酵瓶加 塞子有利于营造无氧环境利于酒精的产生。 7.下列有关制备固定化酵母细胞的叙述,错误的是( ) A.溶解海藻酸钠时,最好采用持续加热的方法 B.溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能加入酵母细胞 C.如果海藻酸钠溶液浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 会较少 D.制备凝胶珠时要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到 CaCl2 溶液中 答案 A 解析 溶解海藻酸钠时,最好采用小火或间断加热的方法,如果加热 太快,海藻酸钠会发生焦糊。 8.(2019·贵州贵阳一中期末考试)下面是制备固定化酵母细胞的实 验步骤,请回答下列问题： 酵母细胞的活化→配制 CaCl2 溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶 液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞 (1)在________状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状 态的微生物重新恢复________状态。活化前应选择足够大的容器,因 为酵母细胞活化时__________________________________________ ___________________________________________。 (2) 固 定 化 细 胞 技 术 一 般 采 用 包 埋 法 , 而 固 定 化 酶 常 采 用 ______________和______________。 (3)影响实验成败的关键步骤是_______________________________ ____________________________________________________。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是___________________________ __________________________________________________________ _______。 (5)如果海藻酸钠溶液浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数 目________。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明__________ __________________________________________________________ _________________。 答案 (1)缺水 正常的生活 体积会增大 (2)化学结合法 物理吸附法 (3)配制海藻酸钠溶液 (4)小火或间断加热,不断搅拌 (5)较少 海藻酸钠溶液浓度偏高,制作失败 解析 (1)在缺水状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休 眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。由于酵母细胞活化时体积 会变大,所以活化前应选择足够大的容器。(2)固定化酶和固定化细胞 技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。由于 细胞体积大,而酶分子体积小,个体大的细胞难以被吸附或结合,而个 体小的酶容易从包埋材料中漏出,故固定化细胞常采用包埋法,而固 定化酶常用化学结合法和物理吸附法。(4)海藻酸钠溶化时应用小火 或间断加热,并不断搅拌,防止海藻酸钠焦糊。(5)海藻酸钠溶液浓度 过低时,形成的凝胶珠颜色过浅,呈白色,固定的酵母细胞数目较少； 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明海藻酸钠溶液浓度偏高, 制作失败。 9.下列有关固定化酶和固定化细胞的说法,错误的是( ) A.与普通酶相同,固定化酶活性的发挥也需适宜的温度和 pH B.固定化细胞发挥作用除需要适宜的温度、pH 外,还需营养物质的供 应 C.固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用 D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性可能会下降 答案 C 解析 酶活性的正常发挥都需要适宜的温度和 pH。固定化细胞是活 细胞,其发挥作用除需要适宜的温度、pH 外,还需要营养物质的供应。 固定化酶所固定的酶都在细胞外起作用；固定化细胞所固定的酶有的 在细胞外起作用,有的在细胞内起作用。固定化酶和固定化细胞都能 反复使用,但酶的活性会随使用次数的增加而下降。 10.下列有关用海藻酸钠作为载体固定酵母细胞实验的叙述,错误的 是( ) A.溶化海藻酸钠应采用酒精灯小火或间断加热 B.海藻酸钠的浓度过低,形成的凝胶珠内包埋的细胞会偏少 C.在酵母细胞的活化和配制 CaCl2 溶液过程均需使用蒸馏水 D.利用固定化酵母细胞进行发酵时,糖类的作用只是作为反应底物 答案 D 解析 配制海藻酸钠溶液时,应采用酒精灯小火或间断加热,促进溶 解,若加热太快,海藻酸钠会发生焦糊；如果海藻酸钠的浓度过低,形 成的凝胶珠颜色过浅,包埋的酵母细胞数目较少；在酵母细胞的活化 和配制 CaCl2 溶液时,为避免杂菌污染,应使用蒸馏水；利用固定化酵 母细胞进行发酵时,糖类可作为反应底物,同时也为酵母细胞提供碳 源和能量。 11.(2018·江苏名校月考)如图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构 酶生产高果糖浆的过程。下列相关叙述正确的是( ) A.固定葡萄糖异构酶时,采用方法 2 比方法 3 对酶的活性影响要小 B.在生产过程中,需严格控制好 pH、温度、溶解氧等环境因素 C.在生产过程中,通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进 行 D.由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低,故此反应柱可持续用于生 产 答案 C 解析 固定葡萄糖异构酶时,方法 2(化学结合法)比方法 3(物理吸附 法)对酶活性的影响更大；酶活性受温度、pH 的影响,但不受溶解氧 的影响；固定化酶的活性会因环境条件及酶本身的因素而降低,故一 定时间后酶活性会降低。 12.(2018·南通模拟)固定化酶具有易与反应物、产物分离,可反复利 用,有利于产物的纯化等优点,因此在生产中得到广泛应用。酶在固定 化过程中其活性会受固定的时间和温度影响,如图所示。据此分析错 误的是( ) A.固定化酶更适合采用化学结合法和包埋法 B.固定时间短酶相对活性较低的原因可能是酶未完全足量地被固定 C.固定温度为 50 ℃时,酶相对活性低的原因可能是在该温度下部分 酶失活 D.酶的最佳固定条件为固定化时间 3 h 左右,温度 45 ℃左右 答案 A 解析 酶分子较小,容易从包埋材料中漏出,因此固定化酶更适合采 用化学结合法和物理吸附法；固定时间短酶相对活性较低的原因可能 是酶未完全足量地被固定；酶活性易受温度影响,固定温度为 50 ℃ 时,酶相对活性低的原因可能是在该温度下部分酶失活；根据曲线图 可知,酶的最佳固定条件为固定化时间 3 h 左右,温度 45 ℃左右。 13.科研人员利用固定化酵母直接发酵甜菜汁生产燃料乙醇,图 1 表 示相关的工艺流程,图 2 为不同固定化酵母接种量对发酵的影响。请 分析回答： (1)图 1 的步骤①中,溶化海藻酸钠时要注意________,步骤②中加入 果胶酶的作用是____________________________________________ ______________________________________________________。 步骤③中进行增殖培养的目的是______________________________ _______________________________________________。 (2)图 1 的步骤④体现了固定化酵母____________________的优点。 研究表明使用固定化酵母的酒精产量平均值高于游离酵母的对照组, 可能的原因是______________________________________________ ____________________________。 (3)由图 2 可知,固定化酵母接种量为________时酒精产量最高。接种 量过高,酒精产量反而有所降低的原因是________________________ __________________________________________________________ ______________。 (4)研究表明,固定化酵母更适于甜菜糖液的发酵环境,由此可以通过 ________的方法来提高固定化酵母对发酵糖液的耐受性,从而达到提 高发酵效率的目的。 答案 (1)小火加热或间断加热,防止海藻酸钠焦糊 分解果胶,瓦解 细胞壁,提高甜菜汁的出汁率和澄清度 增加酵母菌的数量,提高发 酵效率 (2)容易与产物分离,并能重复使用 凝胶珠内部容易产生无氧环境, 有利于酒精发酵 (3)15% 酵母菌呼吸的中间产物大量用于自身的生长,导致酒精产量 降低(或酵母菌生长消耗大量的糖分,使得酒精的产量降低) (4)缓慢提高发酵液糖度 解析 (1)步骤①为配制海藻酸钠溶液,其注意事项是加热时要用小 火或者间断加热,反复几次,直到海藻酸钠溶化为止,以防止海藻酸钠 焦糊；步骤②中榨取的甜菜汁含有果胶,因其不溶于水,会影响出汁率, 且果汁浑浊,使用的果胶酶可以分解果胶,瓦解细胞壁,提高甜菜汁的 出汁率和澄清度；步骤③是酵母菌快速增殖的过程,可以增加酵母菌 的数量,提高发酵效率。(2)步骤④循环利用体现了固定化酵母容易与 产物分离,并能重复使用的优点；固定化的酵母是与凝胶珠结合,包裹 在凝胶珠内,与游离的酵母相比,凝胶珠内部容易产生无氧环境,有利 于酒精发酵。(3)由图 2 可知,固定化酵母接种量为 15%时对应的酒精 含量达到最大值,接种量超过 15%,菌种数量大,自身的生长会大量消 耗反应物,导致酒精产量降低。(4)固定化酵母更适于甜菜糖液的发酵 环境,可以通过缓慢提高发酵液糖度的方法来提高固定化酵母对发酵 糖液的耐受性,从而达到提高发酵效率的目的。 14.如图 1 为人工种子生产过程示意图,图 2 为图 1 中③过程的相关操 作。据图分析回答下面的问题： (1)图 1 中,①②过程分别称为______________。 (2)图 2 中,包埋形成人工种子过程中,加热溶解海藻酸钠时需注意用 ________加热,然后将溶化好的海藻酸钠溶液________后,加入胚状 体充分搅拌混合均匀。 (3)刚生产的人工种子需要在 CaCl2 溶液中浸泡一段时间,其目的是使 人工种子______________。 (4)若用图 2 的方法“制备固定化酵母细胞”,海藻酸钠溶液的浓度 对实验结果影响较大,若浓度过高,则________________,通常评价该 实验结果主要是观察凝胶珠的________。 (5)制备固定化酶则不宜用此方法,原因是______________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ _________。 答案 (1)脱分化、再分化 (2)小火(或间断) 冷却(至室温) (3)形成稳定的结构 (4)不易形成凝胶珠 颜色和形状 (5)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出 解析 (1)离体的叶组织块经脱分化形成愈伤组织,再分化后形成胚 状体。(2)包埋人工种子过程中,加热溶解海藻酸钠时需用小火或间断 加热,以防止焦糊,溶化好的海藻酸钠冷却至室温后再加入胚状体充 分混匀。(3)将刚生产的人工种子浸泡在 CaCl2 溶液中一段时间,使人 工种子形成稳定的结构。(4)制备固定化酵母细胞时海藻酸钠溶液的 浓度过高不易形成凝胶珠,通常通过观察凝胶珠的颜色和形状来评价 实验结果,浅黄色,圆形或椭圆形的凝胶珠为最佳。(5)由于酶分子很 小,容易从包埋材料中漏出,所以不宜用包埋法固定。 15.已知固定化酶技术可应用于高浓度有机废水的处理,科研人员对 固定化蛋白酶进行了以下实验研究。 实验一：选择大孔树脂、活性炭和硅胶为载体制备固定化蛋白酶,三 种载体固定化效果如图 1。 实验二：各取 pH 分别为 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 的高浓度污 水 500 mL,分别与等量不同载体的固定化酶混合,在 37 ℃水浴中反应 6 h。测定每个反应器中氨基酸的生成速率,结果如图 2。 (1)由图 1 可知,三种载体蛋白酶固定化率最高的是________。与直接 使用水溶性酶相比,固定化酶处理高浓度污水的优点是___________ __________________________________________________________ _________。 (2)实验二的自变量是____________________________,因变量是 ________________,无关变量是_______________________________ ________________(至少写两点)。 (3)从图 2 中可得出的结论是：_______________________________ ______________________________________________；___________ __________________________________________________________ ______________。 答案 (1)活性炭 可反复利用,易与反应物分离 (2)pH 和三种载体固定化酶 氨基酸的产生速率 温度、污水的量、 固定化蛋白酶的量和反应时间(至少答出两点) (3)在 pH 4.5～7 之间,硅胶固定的蛋白酶活性最低(或活性炭固定的 蛋白酶活性最高) 蛋白酶在三种载体上的最适 pH 均为 5.5 左右 解析 (1)由图 1 可知,三种载体蛋白酶固定化率最高的是活性炭,与 直接使用水溶性酶相比,固定化酶处理高浓度污水的优点是可反复利 用和易与反应物分离。(2)由图 2 可知,实验二的自变量是 pH 和三种 载体固定化酶,因变量是氨基酸的产生速率,无关变量是温度、污水的 量、固定化蛋白酶的量和反应时间等。(3)从图 2 中可得出的结论是： pH 在 4.5～7 之间时,硅胶固定的蛋白酶活性最低,活性炭固定的蛋白 酶活性最高；蛋白酶在三种载体上的最适 pH 均为 5.5 左右。