2019_2020学年高中生物课时跟踪检测十一酵母细胞的固定化含解析新人教版选修.pdf

酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化 一、选择题 1下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( ) A可用包埋法制备固定化酵母细胞 B反应产物对固定化酶的活性没有影响 C葡萄糖异构酶固定前后专一性不同 D固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应 解析：选 A 由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法；某些 反应产物可能与酶结合，致使酶的结构产生变化，从而改变酶的催化活性；固定化酶实质上 是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反复利用，并提高酶稳定性，酶的各项特性 保持不变；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用，但如果反应底物是大分子物质， 则难以自由通过细胞膜，从而限制固定化细胞的催化作用。 2下列关于高果糖浆及其制备的叙述，错误的是( ) A高果糖浆可以认为是高浓度果糖溶液的简称，一般为含果糖 42%左右的果糖溶液 B高果糖浆不会引发肥胖、龋齿等，因此受到人们的青睐 C果糖是由淀粉或麦芽糖在葡萄糖异构酶的作用下形成的 D葡萄糖异构酶在最适条件下转化效率最高 解析：选 C 高果糖浆制作过程的实质就是在葡萄糖异构酶的作用下，使葡萄糖发生结构 上的变化，形成葡萄糖的同分异构体果糖。一般用的原料是淀粉，淀粉在酶的作用下分 解为麦芽糖，再进一步分解为葡萄糖，葡萄糖才是果糖的直接反应物。葡萄糖异构酶的最适 温度为 6070 ，可使果糖、葡萄糖混合物中的果糖比例高达 70%90%，而果糖比例占 42%左右时就可将其混合物称为高果糖浆。 3(江苏高考)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：选 B 固定化酶技术是指将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触， 又能与产物分离，可实现重复利用。固定化酶发挥作用不需要供氧，溶解氧交换受阻不会成 为其应用的限制因素。固定化细胞只能用于生产分泌到细胞外的产物，否则无法获得需要的 产物。用凝胶包埋细胞利用的是物理方法。 4固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生，原因不可能是( ) A实验瓶盖了塞子 B瓶内氧气充足，进行了有氧呼吸 C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 解析：选 A 利用固定化酵母细胞发酵产生酒精的过程需要无氧条件，因此实验瓶盖了塞 子不可能是实验失败的原因。 5下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是( ) A应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化 B配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热 C向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀 D将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入 CaCl2溶液中，会观察到 CaCl2溶液中有球形 或椭圆形的凝胶珠形成 解析：选 B 由于在缺水状态下，酵母菌处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干 酵母与蒸馏水混合后，用玻璃棒充分搅拌。为避免海藻酸钠发生焦糊，溶化时要用小火或间 断加热。将刚溶化好的海藻酸钠冷却至室温后，与已活化的酵母细胞混合，否则有可能会杀 死酵母细胞。 应将与酵母细胞混匀的海藻酸钠用注射器缓慢滴加到 CaCl2溶液中， 而不是注入。 6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需要适宜的温度和 pH B固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH 外，还需要有机营养的供应 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利用，但酶的活性可能下降 解析：选 C 固定化酶的活性受温度、pH 等因素的影响；固定化细胞发挥作用受温度、pH 和有机营养等因素的影响；固定化细胞所固定的酶是在细胞内起作用的；固定化酶和固定化 细胞都能反复使用，原则上酶的活性不变，但在实际操作中，受环境等因素的影响，酶的活 性可能下降。 7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，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，通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行 C在生产过程中，须严格控制好 pH、温度、溶解氧等环境因素 D由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低，此反应柱可持续用于生产 解析：选 B 固定葡萄糖异构酶时，采用方法 2 比方法 3 对酶的活性影响要大；反应过程 中可通过控制阀调节果糖流出的速率，保证反应充分进行；酶的活性受 pH、温度的影响，但 不受溶解氧的影响；固定化葡萄糖异构酶可多次重复使用，但一定时间后酶的活性降低。 8固定化酶是从 20 世纪 60 年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用海藻酸钠作为包 埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化 化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。图甲、乙、丙为部分研究结果。下列叙述错误 的是( ) A由图甲可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强 B由图乙可知，浓度为 3%的海藻酸钠包埋效果最好 C由图丙可知，固定化酯酶一般可重复使用 3 次，之后若继续使用则酶活力明显下降 D固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积 解析：选 D 据图甲，温度为 45 时，固定化酶的活力很高，而游离酶的活力下降；酶 用海藻酸钠固定后，降低了酶与底物的接触面积。 9下列有关固定化酵母细胞技术的叙述，错误的是( ) A利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠用作对照 B制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固 C将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去 CaCl2和杂菌 D若最终凝胶珠的颜色泛白，则包埋的酵母细胞偏少 解析：选 B 应将制备好的海藻酸钠溶液冷却后，再加入已活化的酵母细胞，否则会把酵 母细胞杀死。 10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在固定化酶的应用中，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，需要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 ： 选 A 固定化细胞技术固定的是一系列酶， 所以在多步连续催化反应方面优势明显。 固定化酶的应用中，要控制好 pH、温度，但与溶解氧无关。利用固定化酶降解水体中的有机 磷农药，是酶促反应，没有生物参与，所以不需要提供营养条件。利用固定化酵母细胞进行 发酵时，糖类除了作为反应物外，还为酵母细胞提供碳源。 二、非选择题 11(江苏高考)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： (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 去 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_的海藻酸钠制备凝 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 2448h 间 Zn2浓度下降速度较快的主要原因是_； 7296h 间 Zn2浓度下降速度较慢的原因有_。 解析：(1)绿球藻为单细胞生物，可用包埋法固定化，实验中海藻酸钠的作用是包埋绿球 藻。配制好的海藻酸钠和绿球藻混合溶液需要滴入 CaCl2溶液中，与 CaCl2反应形成凝胶球， 刚形成的凝胶球应在 CaCl2溶液中浸泡一段时间，有利于形成稳定的结构。(2)将固定好的凝 胶球用绿球藻的培养液(生理盐水)清洗 23 次，能够洗去凝胶球上残余的 CaCl2和其他污染 物， 并保持绿球藻的活性。 如果包埋绿球藻用的海藻酸钠浓度过低， 或形成的凝胶球孔径过大， 在培养过程中会有绿球藻从包埋材料中漏出来，使溶液呈绿色。(3)分析图中绿球藻数量变化 曲线可知，浓度为 2.0%的海藻酸钠对绿球藻的包埋效果最好，凝胶球中包埋的绿球藻数量最 多， 故应选用该浓度的海藻酸钠制备凝胶球。 (4)由 Zn2浓度变化曲线可知， 空白凝胶球组 Zn2 浓度下降的原因是凝胶对 Zn2有一定的吸附作用。培养初期，绿球藻生长(增殖)速度较快， 导致 Zn2浓度下降速度较快；培养后期，由于绿球藻生长(增殖)速度减慢、溶液中 Zn2浓度 较低等，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 12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。请回答下列问题： (1)图 1 中 X 溶液为_，其作用是使_。 (2)图 1 中制备的凝胶珠用_洗涤后再转移到图 2 装置中。图 2 发酵过程中搅拌 的目的是使_。 (3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，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，加入酵母菌充分 搅拌混合均匀。 (4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构 利用上述装置，将 2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用 2%、3%、4%的 X 溶液进行凝胶化处理， 所得到的固定化酵母颗粒的强度及在 28 下发酵 48 h 后的酒精产量见表： 海藻酸钠(%)22.5322.5322.53 X 溶液(%)222333444 固定化强度 (g/30 个) 9309509901 0301 1001 1401 1701 1701 160 酒精量(%)6.76.56.56.76.46.26.76.46.3 依照表格分析，随着 X 溶液浓度的增加，_增加；用于酒精发酵效果最好的 海藻酸钠与 X 溶液浓度分别是_、_。 解析：(1)图 1 为固定化酵母细胞的步骤，X 溶液为 CaCl2溶液，作用是使胶体聚沉，即 使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)图 2 为发酵过程，因为是无氧呼吸，故搅拌的目的只是增加培养 液与酵母菌的接触面积，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸钠时需注意用小火或间断加热， 然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀，以防止高温 杀死酵母菌。(4)分析表格可知，随着 X 溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定 化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与 X 溶液浓度分别是 2%、4%。 答案：(1)CaCl2溶液 海藻酸钠形成凝胶珠 (2)蒸馏水 培养液与酵母菌充分接触 (3)小火(或间断) 冷却至室温 (4)固定化强度 2% 4% 13下面是某同学所做的生成啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关问题： 实验原理：利用固定化酵母菌分解麦芽汁，生成啤酒。 实验步骤： 第一步：酵母细胞活化。取 1 g 干酵母，放入 50 mL 的小烧杯中，加蒸馏水 10 mL，用玻 璃棒搅拌均匀，放置 1 h，使其活化。 第二步：配制海藻酸钠溶液。取 0.7 g 海藻酸钠，放入另一只 50 mL 的小烧杯中，加蒸馏 水 10 mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至 10 mL。加热时，注意火候。 第三步：海藻酸钠与酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的 酵母细胞，充分搅拌均匀。 第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液滴加到 0.05 mol/L CaCl2溶液中，制成凝胶 珠。 第五步 ： 倒去 CaCl2溶液， 加无菌水洗涤三次后， 将凝胶珠放入 500 mL 三角瓶中， 加入 300 mL 麦芽汁溶液， 置于 25 下封口， 发酵五天后， 倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒， 品尝其口味。 (1)酵母细胞活化的作用是_。第二步 中注意火候指的是_。第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的 酵母细胞，其原因是_。 (2)凝 胶 珠 的 组 成 是 海 藻 酸 钠 与 _。 海 藻 酸 钠 的 主 要 作 用 是 _。 (3)上 述 固 定 化 细 胞 的 方 法 称 为 _， 形 成 的 凝 胶 珠 颜 色 为 _色 。 如 果 形 成 的 凝 胶 珠 颜 色 过 浅 ， 则 配 制 的 海 藻 酸 钠 溶 液 浓 度 _，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度 _。 (4)与固定化酶相比，该方法的优点是_。 (5)要想反复使用固定化酵母细胞， 实验过程要在严格的_条件下进行， 同时要控制适宜的_和_。 解析：(1)酵母细胞活化的作用是让休眠的酵母细胞恢复到正常状态。第二步中注意火候 指的是用小火或间断加热，防止海藻酸钠焦糊。为防止高温杀死酵母细胞，第三步中要等海 藻酸钠溶液冷却至室温，然后再加入活化的酵母细胞。(2)凝胶珠的组成是海藻酸钠与酵母细 胞。海藻酸钠的主要作用是固定酵母细胞。(3)上述固定化细胞的方法称为包埋法，形成的凝 胶珠颜色为浅黄色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度过低；如果形 成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠溶液浓度过高。(4)与固定化酶相比，固定 化细胞的优点是成本更低， 操作更容易 ； 省去酶的分离、 提纯等工序， 同时酶的活性更稳定。 (5) 要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的无菌条件下进行，同时要控制适宜的温 度和 pH，以保证酵母细胞的活性。 答案：(1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态 用小火或间断加热 防止高温杀 死酵母细胞 (2)酵母细胞 固定酵母细胞 (3)包埋法 浅黄 过低 过高 (4)成本更低，操作更容 易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定 (5)无菌 温度 pH