2020-2021学年高中生物人教版选修1习题：专题4　课题3　酵母细胞的固定化

2020-2021学年高中生物人教版选修1习题：专题4　课题3　酵母细胞的固定化

课题 3 酵母细胞的固定化 课后篇巩固提升 基础知识巩固 1.关于固定化酶技术的说法正确的是( ) A.固定化酶技术就是固定反应物,将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术 B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C.固定化酶中的酶无法重复利用 D.固定化酶是将酶固定在一定空间的技术 解析本题主要考查对固定化酶的概念及其作用特点的理解和掌握。固定化酶是指通过物理或 化学的方法,将水溶性的酶与不溶性的载体结合,使酶固定在载体上,并在一定的空间范围内进 行催化反应。因此,固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。被固定的只是一种酶,不能催化一 系列的酶促反应。固定化酶可以重复利用。故选 D 项。 答案 D 2.固定化细胞技术与固定化酶技术相比,所具备的特点是( ) A.成本更低、操作更容易、不能连续生产 B.成本更高、操作更难、不能连续生产 C.成本更低、操作更容易、能连续生产 D.成本更低、操作更难、能连续生产 解析酶是由细胞合成的,酶分子很小,比较难固定,而细胞相对较大,相对容易固定,而且无需再进 行酶的提取,同时可以催化一系列反应,因而固定化细胞制备的成本更低,操作更容易,并且能连 续生产。 答案 C 3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是( ) A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B.固定化酶的应用中,要控制好 pH、温度和溶解氧 C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药,需提供适宜的营养条件 D.利用固定化酵母细胞进行发酵,糖类的作用只是作为反应底物 解析固定化细胞技术最大的优势就是连续催化反应。应用固定化酶时,不需控制溶解氧;利用固 定化酶时,不需各种营养条件;发酵时糖类的作用不只是作为反应底物,还是酵母细胞的碳源和 能源物质。 答案 A 4.下图 1 表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图 2 是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示 意图。下列叙述不正确的是( ) A.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液 B.图 1 中 X 溶液为 CaCl2 溶液,其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠 C.图 2 发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触 D.图 1 中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图 2 装置中 解析刚溶化的海藻酸钠溶液要冷却至室温,才能与活化的酵母细胞混合制备混合液,以免高温 使酵母细胞失活;混合液加入 CaCl2 溶液进行固定化酵母细胞,CaCl2 溶液的作用是使海藻酸钠 形成凝胶珠;发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触,以利于发酵过程的顺利 进行;制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的 CaCl2)后再转移到图 2 装置中进行发酵。 答案 A 5.酶已广泛地应用在食品、化工、轻纺、医药等领域。在应用酶的过程中,常遇到酶很难回收 再利用等实际问题。固定在载体上的酶可以被反复利用。之后,在固定化酶技术的基础上,又发 展出了固定化细胞技术。请回答下列问题。 (1)一般来说,酶更适合采用的固定化技术有 和 ,而细胞多采 用的固定化技术是 。 (2)称取干酵母,放入盛有蒸馏水的小烧杯中搅拌至混合均匀,并放置 1 小时左右。其目的 是 。 (3)配制海藻酸钠溶液时,用酒精灯加热时,要注意 ,反复几次。 (4)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至 ,再加入已活化的酵母细胞,充分搅拌至混合均 匀。 (5)将酵母细胞与海藻酸钠溶液混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的 溶 液中,形成 ,完成对酵母细胞的固定化。 解析(1)固定化技术包括化学结合法、物理吸附法和包埋法。细胞体积大,而酶分子很小,体积大 的细胞难以被吸附或结合,而体积小的酶容易从包埋材料中漏出。(2)酵母菌在干燥时,处于休眠 状态,制成的固定化酵母细胞在发酵时酶活性较低且酵母菌增殖缓慢。所以要对酵母菌进行活 化,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。(3)由于海藻酸钠是多糖类物 质,加热时容易发生焦糊,所以在配制海藻酸钠溶液时,需用酒精灯加热溶化,要注意用小火或间 断加热。(4)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,否则过高的温度会杀死酵母菌。(5)将酵母细 胞与海藻酸钠溶液的混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的 CaCl2 溶液中,CaCl2 的 作用是使海藻酸钠发生聚沉,形成凝胶珠。 答案(1)化学结合法 物理吸附法 包埋法 (2)使酵母细胞活化 (3)用小火或间断加热 (4) 室温 (5)CaCl2 凝胶珠 能力素养提升 6.下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述,错误的是( ) A.从酶的固定方式看,吸附法比化学结合法对酶活性影响小 B.作为消化酶使用时,蛋白酶制剂以口服方式给药 C.尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶,可以反复使用 D.将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗,目的是洗去 CaCl2 和杂菌 解析化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果,而吸附法是物理方法不影响酶的分子 结构;尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开,而不能再次使用;固定化酵母细胞在凝胶珠 中,用无菌水冲洗可洗去 CaCl2 和表面的杂菌。 答案 C 7.小球藻可用于污水净化,其繁殖能力(生长量)在一定程度上可以反映藻细胞消耗 N、P 等的能 力。科研人员比较游离小球藻和用海藻酸钠固定化后的小球藻生长量变化,结果如图。相关叙 述错误的是( ) A.本研究中固定化小球藻采用的方法是包埋法 B.实验中可用 CaCl2 浸泡凝胶珠使其形成稳定结构 C.结果表明固定化小球藻的生长期较短、生长速率低 D.使用固定化小球藻有利于重复使用且可避免水体二次污染 解析海藻酸钠固定化一般是包埋法;CaCl2 浸泡凝胶珠可使其形成稳定结构;由题图可知,固定化 小球藻生长量出现高峰比游离的小球藻晚,说明其生长期较长;固定化小球藻有利于重复使用 且可避免水体二次污染。 答案 C 8.下列说法不正确的是( ) A.固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法 B.固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法 C.由于细胞个大,而酶分子很小,因此细胞多采用物理吸附法固定 D.如果被催化的反应是一系列反应,则应使用固定化细胞 解析在酶和细胞的固定化技术中通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法,其中由于酶分子小, 又多带有电荷,易从多孔性物质中漏出,因此多使用化学结合法与物理吸附法,而细胞个体大,难 以被多孔性物质吸附或结合,因而更适合采用包埋法。 答案 C 9.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)影响实验成败的关键步骤是 。 (3)观察形成的凝胶珠的颜色和性状,如果颜色过浅、呈白色,说 明 ;如果形成的凝胶珠不是圆形或 椭圆形,说明 。 (4)固定化细胞一般采用包埋法固定,原因是 。 答案(1)缺水 正常的生活 体积会增大 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)海藻酸钠的浓度偏低,固 定的酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高,制作失败 (4)细胞体积相对较大,不易从包埋材 料中漏出 10.某一实验小组的同学,欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验,实验材料及用 具齐全。 (1)酵母细胞的固定采用的方法是 。 (2)该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞时应注意: ①配制 CaCl2 溶液时应用蒸馏水; ②海藻酸钠溶液应用 加热; ③海藻酸钠溶液必须 才能加入酵母细胞; ④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应以恒定速度缓慢地滴入 中形 成 。 (3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 ①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用,实验过程中,一定要在 条件下进行。 ②加入反应液后的操作是关闭 。 ③装置的长导管的作用 是 。 解析(1)制备固定化酵母细胞常用包埋法。(2)溶化海藻酸钠时,需用小火或间断加热,防止加热过 快,海藻酸钠焦糊;溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温,才能加入活化的酵母细胞,以免温度 过高杀死酵母菌;将海藻酸钠溶液和酵母细胞的混合物缓慢滴入 CaCl2 溶液中形成凝胶珠。(3) 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用,实验过程一定要在无菌条件下进行。酵 母菌发酵需要无氧条件,因此,加入反应液后,要想得到较多的酒精,需将活塞 1 和活塞 2 都关闭。 装置中的长导管用于释放 CO2,减小反应柱内压力,防止空气中的杂菌进入反应柱。 答案(1)包埋法 (2)②小火或间断 ③冷却至室温 ④CaCl2 溶液 凝胶珠 (3)①无菌 ②活 塞 1 和活塞 2 ③释放 CO2,减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染 11.为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响,以及固定化藻对含 Zn2+污水的净化作用,科 研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验,流程及结果如下。请回答下列问题。 制备固定 化绿球藻 凝胶珠 清洗 2~3 次 培养 液中 培养 用柠檬酸钠溶液溶解 凝胶珠,测定藻数量 图 1 图 2 (1)实验中的海藻酸钠作用是 ,CaCl2 的作用是 。 (2)为洗去凝胶珠上残余的 CaCl2 和其他污染物,并保持绿球藻活性,宜采用 洗涤。 图 1 中 1.0%海藻酸钠组培养 24 h 后,移去凝胶珠,溶液呈绿色,原因 是 。 (3)为探索固定化藻对含 Zn2+污水的净化作用,应选用浓度为 的海藻酸钠制备凝 胶珠。 (4)图 2 中空白凝胶珠组 Zn2+浓度下降的原因是 。结合图 1 和图 2 分析, 固定化藻的实验组 24~48 h 间 Zn2+浓度下降速度较快的主要原因 是 ;72~96 h 间 Zn2+浓度下降速度较慢的原因 有 。 解析本题考查细胞的固定化技术和实验分析能力。(1)实验中海藻酸钠的作用是作为包埋剂,包 埋绿球藻。CaCl2 的作用是与海藻酸钠反应形成凝胶珠。(2)要洗去凝胶珠上残余的 CaCl2 和其 他污染物并保持绿球藻活性,需采用生理盐水或培养液洗涤。海藻酸钠浓度过低导致凝胶珠孔 径过大,部分绿球藻进入溶液,所以溶液呈绿色。(3)从图 1 可以看出,海藻酸钠浓度为 2.0%时,绿 球藻数量最多,所以应选用该浓度的海藻酸钠制备凝胶珠。(4)空白凝胶珠组 Zn2+浓度下降的原 因可能是凝胶吸附 Zn2+。综合图 1 和图 2 可以看出,固定化藻的实验组 24~48 h 间 Zn2+浓度下 降速度较快的主要原因是绿球藻生长速度快,吸收了 Zn2+。72~96 h 间 Zn2+浓度下降速度较慢的 原因有绿球藻生长速度减慢,Zn2+浓度较低等。 答案(1)包埋绿球藻(包埋剂) 与海藻酸钠反应形成凝胶珠(凝固剂) (2)培养液(生理盐水) 海 藻酸钠浓度过低(凝胶珠孔径过大) (3)2.0% (4)凝胶吸附 Zn2+ 绿球藻生长(增殖)速度快 绿球藻生长(增殖)速度减慢,溶液中 Zn2+浓度较低 12.某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的 比较。请回答下列问题。 产酒酒精度的比较 时间 /d 游离酵 母 固定化酵 母 0 0 0 2 1.0 2.5 4 2.1 4.2 6 3.2 5.0 8 3.9 5.4 10 4.3 6.0 12 4.6 6.4 (1)制作凝胶珠的实验步骤是:酵母细胞的活化→ →配制海藻酸钠溶液→ →固定化酵母细胞。 (2)影响实验成败的关键步骤是 。 (3)CaCl2 溶液中钙离子的作用是使胶体聚沉,海藻酸盐起 的作 用。 (4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵,定时记录发酵液中酒 精度的变化。 ①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是 ,要求条件相 同是为了确保 。 ②由表可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期的延迟期的 时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要 。 解析制备固定化酵母细胞的实验步骤为: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;该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。酵 母菌的酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH 等条件下进行,两组实验的 条件相同,才能够确保无关变量相同,且遵循单一变量原则。由表可知,在 12 d 的发酵时间里,固 定化酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 6.4 度,游离酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 4.6 度,而且固定 化酵母发酵产酒酒精度在第 4 d 即达到 4.2 度,表明其延迟期短。 答案(1)配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 CaCl2 溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 (2)配 制海藻酸钠溶液 (3)包埋酵母细胞(或载体) (4)①适宜的温度、pH 等 单一变量 ②短 13.回答与果胶和果胶酶有关的问题。 (1)通常从腐烂的水果上分离产果胶酶的微生物,其原因除水果中果胶含量较高外,还因 为 。 (2)为了获得高产果胶酶微生物的单菌落,通常对分离或诱变后的微生物悬液进 行 。 (3)在某种果汁生产中,用果胶酶处理显著增加了产量,其主要原因是果胶酶水解果胶 使 。果汁生产中的残渣果皮等用于果胶生产,通常将其提取液浓缩后再加入 使之形成絮状物,然后通过离心、真空干燥等步骤获得果胶制品。 (4)常用固定化果胶酶处理含果胶的污水,其主要优点有 和可连续处理等。在建立和 优化固定化果胶酶处理工艺时,除考虑果胶酶的活性和用量、酶反应的温度、pH、作用时间等 环境因素外,还需考虑的主要有 和 。 解析本题考查酶的获得利用及微生物的培养部分内容。(1)腐烂的水果,果胶含量高,能够产果胶 酶的微生物多。(2)微生物培养,获得单菌落的方法是对微生物悬液进行涂布分离(或划线分离)。 (3)果胶酶能够水解细胞壁主要构成成分果胶,使水果组织软化及细胞受损,增加果汁产量。果胶 在乙醇中的溶解度低,故通常向提取液中加入 95%乙醇,使果胶形成絮状物便于分离。(4)固定化 果胶酶技术主要优点是提高酶的稳定性和酶作用的连续性,操作时需要注意酶活性影响因素以 及酶固定的方法和介质。 答案(1)腐烂的水果中含产果胶酶的微生物较多 (2)涂布分离(或划线分离) (3)水果组织软化疏松及细胞受损 95%乙醇 (4)提高果胶酶的稳定性 固定化的方法 固定化所用的介质