2019-2020学年人教版高中生物选修一同步课时作业9　酵母细胞的固定化 15页

课时作业 9 酵母细胞的固定化 1．(2017 年高考·江苏卷)下列关于“酵母细胞的固定化技术”实 验的叙述，正确的是( ) A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状 B．配制 CaCl2 溶液时，需要边小火加热边搅拌 C．将海藻酸钠溶液滴加到 CaCl2 溶液时，凝胶珠成形后应即刻 取出 D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈 蝌蚪状 解析：将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状，可以活化酵母， A 项正确；配制海藻酸钠溶液时需用小火间断加热，配制 CaCl2 溶液 时不需加热，B 项错误；凝胶珠成形后应在 CaCl2 溶液中浸泡 30 分钟 左右，以便形成稳定的结构，C 项错误；海藻酸钠溶液浓度过低时固 定的酵母细胞数目少，凝胶珠呈白色，过高时凝胶珠易呈蝌蚪状，D 项错误。 答案：A 2．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：本题主要考查考生对固定化酶和固定化细胞在生产应用上 的理解。 限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。它与天然酶 相比具有更多的优点：(1)不需要进行酶的分离纯化，减少起始投资。 (2)酶的回收率高，酶在原有的细胞环境下，稳定性更高。(3)细胞保持 生命活动状态，细胞中的辅助因子可自动再生。(4)细胞含有多酶体系， 可催化一系列的反应。(5)反应中抗污染能力强。故 A 正确。而固定化 酶是将单一的酶进行固定，没生命状态，催化时只需控制好影响酶活 性的因素即可，对于氧气、营养物质等对其活性没影响。故 B、C 错。 利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既是反应底物又是酵母菌细胞生 活的主要能源物质。故 D 错。 答案：A 3．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( ) A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用 B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素 C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物 D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合 解析：固定化酶实现了酶和底物的分离，酶可重复利用，A 正确； 酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶的应用不需要氧气，与溶解氧 交换受阻没有关系，B 错误；固定化细胞可用于生产分泌到细胞外的 产物，如分泌蛋白等，C 正确；凝胶与被包埋细胞之间没有化学键， 不通过共价键结合，D 正确。 答案：B 4．关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法错误的是 ( ) A．固定化酶生物活性强，可长久使用 B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高 C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量 解析：固定化酶与普通酶制剂相比，在活性上没有多大差别，固 定化酶的成分也是蛋白质，蛋白质经过一定的时间后会变性失活，所 以固定化酶一般能使用半年，不可能长久使用。 答案：A 5．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从 大肠杆菌中得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解 残留在土壤中的有机磷农药，与微生物降解相比，其作用需要适宜的 ( ) ①温度 ②酸碱度 ③水分 ④营养 A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．①③④ 解析：大肠杆菌中的三酯磷酸酶可以催化有机磷农药分解，需要 适宜的温度和 pH，同时反应离不开水，但是不需要提供营养。 答案：A 6．试分析下图中，其中与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细 胞相似的是( ) 解析：A、B 选项适合于酶的固定化，C 既用于酶固定，也可用 于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在 海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与 D 相似。 答案：D 7．在制备固定化酵母细胞的操作中，正确的是( ) A．制备好海藻酸钠后，需立即将其与酵母细胞混合以防备凝固 B．制备固定化酵母细胞过程中应用注射器 C．以恒定的速度把混合液注射到硫酸钙溶液中 D．凝胶珠在溶液中应浸泡 10 分钟左右 解析：高温会使酵母菌死亡；固定化酵母细胞时需以恒定的速度 缓慢地将注射器中的溶液滴到 CaCl2 溶液中，以形成凝胶珠；凝胶 珠在溶液中应浸泡 30 分钟左右，以使凝胶珠强化，不易破碎。 答案：B 8．下面为制备固定化酵母细胞的步骤，其正确的操作程序是 ( ) ①海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 ②配制海藻酸钠溶液 ③酵母细胞的活化 ④固定化酵母细胞 ⑤配制物质的量浓度为 0.05mol/L 的 CaCl2 溶液 A．①②③④⑤ B．③①②⑤④ C．③⑤②①④ D．③②⑤①④ 解析：制备固定化酵母细胞的正确步骤是：酵母细胞的活化；配 制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 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。 答案：C 9．海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解， 采用的最好的加热方式是( ) A．快速加热 B．持续高温加热 C．小火间加热 D．灼烧加热 答案：C 10．用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，向原料中通入足够的 空气，酵母菌的数量与酒精的产生分别是( ) A．死亡、增多 B．增多、不再产生 C．增多、增多 D．死亡、不再产生 解析：酵母菌是单细胞真菌。在有氧条件下进行有氧呼吸，将葡 萄糖分解成 CO2 和 H2O，产生 ATP；在无氧条件下发酵，将葡萄 糖分解成酒精和二氧化碳，产生少量 ATP。因此，在有氧条件下，酵 母菌数量会增加，但是在氧气充足的条件下，无氧呼吸受抑制不能再 产生酒精。 答案：B 11． (2019 年上海静安区质检)下列技术，不属于酶固定化技术的 是（ ） A.载体结合法 B.交联法 C.包埋法 D.纸层析法 解析：载体结合法是固定化酶的方法之一，A 错误；交联法即化 学结合法，是固定化酶的方法之一，B 错误；包埋法是固定化酶的方 法之一，但是更适合于固定化细胞，C 错误；纸层析法是提取叶绿体 色素的方法，D 正确。 答案： D 12．(2017 年高考·江苏卷)固定化单宁酶应用于茶饮料加工，可 消除其中的苦涩味。下列有关叙述正确的是( ) A．在单宁酶纯化时可采用透析法去除杂蛋白 B．化学结合法比吸附法对单宁酶活性影响更小 C．温度、pH 和重金属离子都可能影响固定化单宁酶活性 D．酶的高效性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分 解析：单宁酶和杂蛋白都是大分子，不能用透析法进行分离，可 用凝胶色谱法进行分离，A 项错误；化学结合法可能影响酶的活性部 位进而影响反应效果，而吸附法不影响酶的分子结构，B 项错误；影 响酶活性的因素有温度、pH 和重金属离子等，C 项正确；固定化单 宁酶不会降解茶饮料中的有益成分取决于酶的专一性，D 项错误。 答案：C 13．(2019 年江苏高三调研)在酵母细胞固定化的实验中，下列实 验操作与目的不相符的是( ) A．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞 活化 B．采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠发生焦糊 C．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生 气泡 D．用注射器滴加溶液时要接近 CaCl2 溶液的液面，防止凝胶珠 出现“尾巴” 解析：实验中，为了防止凝胶珠出现“尾巴”，注射器应离 CaCl2 溶液的液面远一些。 答案：D 14．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的技术。 (1) 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________。 (2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，使用了 下图中方法[ ]________(填出号码与名称)。 (3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱 和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形 或椭圆形，其主要原因是 ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________。 解析：将酶固定化后，可使酶在催化反应之后不随产物流走，可 以反复利用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行 固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应，同时，在高温下容易溶化， 温度降低时又形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图①为 共价链结合法，图②为吸附法，图③为包埋法。凝胶珠是高温下溶化 的海藻酸钠与酵母菌混合后在 CaCl2 溶液中形成的，若海藻酸钠浓度 过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形，而不是圆形 的凝胶珠。 答案：(1)酶既容易与反应物接触，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 (2)海藻酸钠 ③包埋法 (3)CaCl2 海藻酸钠溶液浓度过高(或针筒口离液面过近，高度不 够) 15．乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，具有重要应用 价值。乳糖酶的制备及固定化步骤如下： 产乳糖酶 微生物 L 的筛选 → 产乳糖酶 微生物 L 的培养 → 乳糖酶的 提取纯化 → 乳糖酶的 固定化 (1)筛选产乳糖酶的微生物 L 时，宜用________作为培养基中的唯 一碳源。培养基中琼脂的作用是________。从功能上讲，这种培养基 属于________。 (2)培养微生物 L 前，宜采用________方法对接种环进行灭菌。 (3)纯化后的乳糖酶可用电泳法检测其分子量大小。在相同条件 下，带电荷相同的蛋白质电泳速度越快，说明其分子量越________。 (4)乳糖酶宜采用化学结合法(共价键结合法)进行固定化，可通过 检测固定化乳糖酶的________确定其应用价值。除化学结合法外，酶 的固定化方法还包括____________、________、离子吸附法及交联法 等。 解析：(1)已知乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，筛选 产乳糖酶的微生物 L 时，宜用乳糖作为培养基中的唯一碳源，培养基 中琼脂的作用是凝固剂，从功能上讲，这种培养基属于选择培养基。 (2)为了避免杂菌污染，在培养微生物前，需要对接种环等接种工 具应采用灼烧灭菌。 (3)用电泳法纯化乳糖酶时，若在相同条件下分离带电荷相同的蛋 白质，则其分子量越小，电泳速度越快。 (4)固定化酶的应用价值与酶的活性(或活力)有关，因此用化学结 合法固定化乳糖酶时，可通过检测固定化乳糖酶的活性(或活力)来确 定其应用价值。固定化酶的方法包括化学结合法、包埋法、物理吸附 法、离子吸附法及交联法等。 答案：(1)乳糖 凝固剂 选择培养基 (2)灼烧 (3)小 (4)(酶)活性[或(酶)活力] 包埋法 物理吸附法 16．根据下面的实验原理、实验过程分析讨论： 实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶 珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成 乙醇。 实验过程： ①取新鲜斜面上的啤酒酵母，接种于 10 mL 麦芽汁液体培养基 中，25 ℃培养 24 ～ 30 h。 ②取 1.6 g 海藻酸钠于无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状， 再加入无菌水至 40 mL ，在 98 kPa 条件下灭菌 15 min。冷却到 45 ℃ 左右后，与预热至 35 ℃ 左右的 10 mL 酵母培养液混合搅拌 均匀，立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中(或装有 5 号针头的注射器 外套中)，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化钙混合液的容器中，浸 泡 30 min 制成凝胶珠。 ③倒去葡萄糖、氯化钙混合液，用无菌水洗涤凝胶珠三次后，将 凝胶珠放入 500 mL 三角瓶中，加入 300 mL 无菌麦芽汁液体培养 基，置于 25 ℃ 下封口发酵 5 d 左右，倒出发酵后的麦芽汁即为生 啤酒，品尝其口味。 (1)凝胶珠是由什么组成的？它有什么作用？ (2)如果进行多批次的生产，本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的 酶或菌种在使用上有何区别？ (3)固定化酶和固定化细胞技术是利用________或______方法将 酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括________、________和 ________。其中细胞多采用________固定化，而酶多采用________和 __________固定化。 (4)制作成功的凝胶珠应用________，其颜色为__________。将凝 胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后发现有________产生，同时有 ________味散发。 (5)固定化酵母细胞与固定化酶和游离酶相比具有什么优点？ 解析：本题考查的是制备固定化酶和制备固定化酵母细胞的基本 方法，根据课本基础知识和前边有关问题讲解可回答本题内容。 答案：(1)凝胶珠是由啤酒酵母和固定酵母菌的海藻酸钠组成。啤 酒酵母能产生酶将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖发酵，进而转化为乙醇。 (2)发酵结束将生啤酒倒出后，将凝胶珠再投入新鲜的麦芽汁中， 可以在较长时间内反复连续使用，而普通发酵中的酶或菌种不能反复 使用。 (3)物理 化学 包埋法 化学结合法 物理吸附法 包埋法 化学结合法 物理吸附法 (4)蒸馏水冲洗 浅黄色 气泡 酒 (5)二者均可用搅拌或装柱形式与底物溶液接触，可以较长时间内 反复、连续使用，降低酶的使用成本，可提高酶的稳定性；便于严格 控制酶促反应过程；容易与产物分开，提高产物的质量。固定化活细 胞的发展比固定化酶更进一步，它省去了酶的分离、纯化工序，同时 酶的活性更加稳定。 17．(2016 年高考·江苏卷)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： 图 1 图 2 (1)实验中的海藻酸钠作用是________，CaCl2 的作用是________。 (2)为洗去凝胶球上残余的 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 动凝胶球，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 ________海藻酸钠制备凝胶球。 (4) 图 2 中 空 白 凝 胶 球 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：(1)海藻酸钠在 CaCl2 中形成凝胶球，为包埋剂，CaCl2 为 凝固剂。 (2)清洗 CaCl2 及其他污染物，选用生理盐水，能够起到适宜的清 洗作用，且既不会引入新的杂质，也对绿球藻无影响。1.0%海藻酸钠 组培养后移去凝胶球溶液显绿色说明包埋剂不够，也就是海藻酸钠浓 度过低。 (3)由图 1 可知，2%的海藻酸钠浓度培养，绿球藻数量最高，效 果最好。 (4)首先，空白凝胶容易吸附离子，引起 Zn2＋浓度下降。结合图 1 和图 2，24～48h 绿球藻数量增殖速度与 Zn2＋浓度下降速度成正比。 72～96h 绿球藻生长速度减慢， Zn2＋浓度下降速度较慢。 答案：(1)包埋绿球藻(包埋剂) 与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固 剂) (2)培养液(生理盐水) 海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大) (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