生物技术实践知识梳理

2010选修1生物技术实践一轮复习知识梳理专题1 传统发酵技术的应用课题1 果酒和果醋和制作【补充知识】发酵1、概念：利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其代谢产物的过程。2、类型：（1）根据是否需要氧气分为：需氧发酵和厌氧发酵。（2）根据产生的产物可分为：酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。一、基础知识（一）果酒制作的原理酶酶1菌种是酵母菌，属于真核生物，新陈代谢类型异养兼性厌氧型，有氧时，进行有氧呼吸，大量繁殖，反应式为：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量；无氧时，能进行酒精发酵，反应式为：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。2酵母菌繁殖的最适温度20左右，酒精发酵一般控制在1825。3自然发酵过程中，起作用的主要是附着于葡萄皮上的野生型酵母菌。也可以在果汁中加入人工培养的酵母菌。（二）果醋制作的原理1菌种是醋酸菌，属于原核生物，新陈代谢类型为异养需氧型。只有在氧气充足时，才能进行旺盛的生命活动。变酸的酒表面观察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖形成的。酶2当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸，当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，反应简式为C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O。3醋酸菌的最适合生长温度为3035。4菌种来源：到生产食醋的工厂或菌种保藏中心购买，或从食醋中分离醋酸菌。二、实验设计1、流程图挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 醋酸发酵 果酒 果醋2、制作实例实验材料葡萄、榨汁机、纱布、醋酸菌（或醋曲）、发酵瓶（如右图）、气泵、体积分数为70%的酒精等。实验步骤1对发酵瓶、纱布、榨汁机等实验用具进行清洗并消毒。先用温水反复冲洗几次，再用体积分数为70%的酒精擦拭消毒，晾干待用。2取葡萄500g，去除枝梗和腐烂的子粒。3用清水冲洗葡萄12遍除去污物。（注意不要反复多次冲洗。）4用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中。（如果没有合适的发酵装置，可用500mL的塑料瓶替代。但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。）5将发酵瓶置于适宜的温度（1825）下发酵。6由于发酵旺盛期CO2的产量非常多，因此需要及时排气，以防止发酵瓶爆裂。（如果是简易发酵装置，每天拧松瓶盖24次。进行排气。）710天后，取样检验。例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。8当果酒制成以后，可在发酵液中加入醋酸菌（或醋曲），然后移至3035条件下发酵，适时用气泵向发酵液中充气。（如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口上盖上纱布。）三、课题延伸果汁发酵后是否有酒精产生，可以用重铬酸钾来检验。在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。检测时，先在试管中加入发酵液2mL，再滴入物质的量的浓度为3mol/L的H2SO43滴，振荡混匀，最后滴加常温下饱和的重铬酸钾溶液3滴。课题2 腐乳的制作一、基础知识腐乳制作的原理1腐乳的发酵有多种微生物的协同作用，其中起主要作用的是毛霉，它是一种真核生物，新陈代谢类型是异养需氧型。2毛霉等微生物产生的蛋白酶可以将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可以将脂肪水解成甘油和脂肪酸。3现代的腐乳生产是在严格的无菌条件下，将优良毛霉菌种直接接种在豆腐上，这样可以避免其他菌种的污染，保证产品的质量。二、实验设计1、实验流程让豆腐长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制。2、制作实例实验材料：含水量70%的豆腐，粽叶，盘子，盐，黄酒，米酒，糖，香辛料等，广口玻璃瓶，高压锅等。实验步骤1将豆腐切成3cm3cm1cm若干块。2将豆腐块平放在铺有干粽叶的盘内（粽叶可以提供菌种，并能起到保温的作用），每块豆腐等距离排放，周围留一定的空隙。豆腐上面再铺上干净的粽叶。气候干燥时，将平盘用保鲜膜包裹，但不要封严，以免湿度太高，不利于毛霉的生长。3将平盘放在温度为1518 的地方，毛霉逐渐生长，大约5d后，豆腐表面丛生直立菌丝。4当毛霉生长旺盛，并呈淡黄色时，去除保鲜膜及铺在上面的粽叶，使豆腐块的热量和水分能够迅速散失，同时散去霉味，这一过程一般持续36h以上。5豆腐凉透后，将豆腐间的连在一起的菌丝拉断，并整齐排在容器内，准备腌制。6长满毛霉的豆腐块（以下称毛坯）分层摆放，分层加盐，并随层高而增加盐量，在接近瓶口表面盐要铺厚一些，以防止杂菌污染，约腌制8d。（豆腐与盐质量分数比为51）7将黄酒、米酒和糖、香辛料等混合制成卤汤。卤汤酒精含量控制在12%左右为宜。8将广口玻璃瓶刷洗干净，用高压锅在1000C蒸汽灭菌30min，将腐乳成坯摆入瓶中，加入卤汤和辅料后，将瓶口用酒精灯加热灭菌，用胶条密封。在常温下，一般六个月即可以成熟。三、操作提示（一）控制好材料的用量1、用盐腌制时，注意控制盐的用量。盐的浓度过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败；盐的浓度过高，会影响腐乳的口味。2、乳汤中酒的含量应控制在12%左右。酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败；酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长。（二）防止杂菌污染1、用来腌制腐乳的玻璃瓶，刷干净后要用沸水消毒。2、装瓶时要迅速小心；加入乳汤后要用胶条将瓶口密封；封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。专题4 酶的研究与应用课题1 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果一、基础知识1加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹从衣物上脱落。同样道理，其他酶也是将大分子物质分解为小分子物质，从而使洗衣粉具有更好的去污能力。2、使用加酶洗衣粉时，影响酶活性的因素有温度 、酸碱度、表面活性剂等，为此，科学家通过基因工程生产出了特殊的酶，并制成酶制剂，解决了这个问题。3、加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷无磷的方向发展，减少对环境的污染。二、实验设计实例1探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果实验原理：加酶洗衣粉中含有一种或多种酶，可以将相应的大分子物质分解为小分子物质，从而使污迹容易从衣物上脱落，这是普通洗衣粉难以做到的。实验材料1000mL大烧杯2只，量筒，水浴锅，2块相同的污染布（同种布料、同样大小、滴入等量、同种的污染物），玻璃棒，秒表、普通洗衣粉、加酶洗衣粉等。实验过程：取2只1000mL大烧杯，编号为1、2。用量筒分别量取500mL蒸馏水分别放入2只烧杯中，将烧杯放入400C的水浴锅中保温。将2块相同的污染布分别同时放入2只烧杯中浸泡相同时间，然后分别同时在1、2号烧杯中加入等量的普通洗衣粉和加酶洗衣粉。用玻璃棒同时、同样强度搅拌相同时间。观察并记录1、2号烧杯中污染布上的污迹残留情况。 （注：或分别将污迹洗净，记录洗涤所需时间。）实例2探讨温度对加酶洗衣粉洗涤的影响实验原理：酶的活性受温度影响，在最适温度时，酶的活性最高，高于或低于最适温度时，酶的活性下降。实验材料 1000mL大烧杯4只、量筒、冰箱、水浴锅、4块相同的污染布（同种布料、同样大小、滴入等量、同种的污染物），玻璃棒，秒表、加酶洗衣粉等。实验过程：取4只1000mL烧杯，编号为1、2、3、4。用量筒分别量取500mL蒸馏水放入4只烧杯中，将烧杯分别放在50C、150C、250C、350C的冰箱或水浴锅中保温。将4块相同的污染布同时放入4只烧杯中浸泡相同时间，然后分别同时加入等量的同种加酶洗衣粉。用玻璃棒同时、同样强度充分搅拌相同时间。观察并记录1、2、3、4号烧杯中污染布上的污迹残留情况。（注：或分别将污迹洗净，记录洗涤所需时间。）实例3不同种类的加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果实验原理：不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有特异性，所以对不同污渍的洗涤效果不同。实验材料1000mL大烧杯5只、量筒、水浴锅、5块相同的污染布（同种布料、同样大小、滴入等量、同种的奶渍、油渍或番茄汁），玻璃棒，秒表、5种洗衣粉（蛋白酶洗衣粉、脂肪酶洗衣粉、淀粉酶洗衣粉、复合酶洗衣粉和普通洗衣粉）等。实验过程：（注：每个实验小组的污染布是同一类型的，若某小组的拿到的是滴入奶渍的污染布，请设计该小组的实验步骤。）取5只1000mL烧杯，编号为1、2、3、4、5。用量筒分别量取500mL蒸馏水放入5只烧杯中，并将烧杯放在400C的水浴锅中保温。将4块滴入奶渍的污染布同时放入5只烧杯中浸泡相同时间，然后分别在1、2、3、4、5号烧杯中同时分别加入等量的蛋白酶洗衣粉、脂肪酶洗衣粉、淀粉酶洗衣粉、复合酶洗衣粉和普通洗衣粉。用玻璃棒同时、同样强度充分搅拌相同时间。观察并记录1、2、3、4、5号烧杯中污染布上的污迹残留情况，填入下表。（注：或分别将污迹洗净，记录洗涤所需时间。）组别污渍类型洗衣粉类型蛋白酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉淀粉酶洗衣粉复合酶洗衣粉普通洗衣粉1奶渍2油渍3番茄汁结果分析 思考：将不同小组的实验结果都作统计并记入上表后，可以得到哪些结论？课题2 酵母细胞的固定化课题背景1、问题：酶对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。设想：将酶固定在不溶于水的载体上。优点：使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以反复利用。2、问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的。设想：将合成酶的细胞直接固定。优点：成本更低，操作更容易。一、基础知识（一）固定化酶的应用实例1、高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆，能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。2、使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，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。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。（二）固定化细胞技术1、固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。2、一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞体积比酶分子的体积大；体积大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。3、包埋法法固定化细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。二、实验操作（一）制备固定化酵母细胞1酵母细胞的活化活化就是处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。2配制物质的量的浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液3配制海藻酸钠溶液加热溶化海藻酸钠时要注意小火间断加热，重复几次，并不断搅拌，直到海藻酸钠融化为止。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。4海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合 将海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的海藻酸钠溶液，进行充分搅拌，使其混合均匀，在转移至注射器中。5固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到刚配制好的CaCl2溶液中，并浸泡30min（时间）左右。（二）用固定化酵母细胞发酵1将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2-3次。2将10%葡萄糖溶液转移至锥形瓶中，加入固定好的酵母细胞，置于25下发酵24h（时间）。三、结果分析与评价（一）观察凝胶珠的颜色和形状如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠浓度浓度偏低，该种凝胶珠包埋的酵母细胞数目少，影响实验效果；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠浓度浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。（二）观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。四、课题延伸工业生产中，细胞的固定化技术是在严格无菌的条件下进行的。【知识拓展】1、酵母细胞的活化。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。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。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。2、加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，教师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。3、刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。专题5 DNA 和蛋白质技术课题1 DNA的粗提取与鉴定一、基础知识（一）提取DNA的方法提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。对于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。（1）DNA的溶解性：l DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，利用这一特点，选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的。l 此外，DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步的分离。（2）DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性：蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响。大多数蛋白质不能忍受6080oC的高温，而DNA在80以上才会变性。洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。（二）DNA的鉴定在沸水裕条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，因此二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。二、实验设计（一）实验材料的选取 凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但是使用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大。（二）破碎细胞，获取含DNA的滤液 动物细胞的破碎比较容易，以鸡血细胞为例，在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。如果实验材料是植物细胞，需要先用洗涤剂溶解细胞膜。例如，提取洋葱的DNA时，在切碎的洋葱中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。（三）去除滤液中的杂质 方案一 利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质。方案二 直接在滤液中加入嫩肉粉，反应1015min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质。方案三 将滤液放在6075的恒温水浴箱保温1015min，注意严格控制温度范围。（四）DNA的析出与鉴定 1、将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的酒精溶液（体积分数为95%），静置23min，溶液中会出现白色丝状物，这就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸取上面的水分。2、取两支20ml的试管，各加入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液5ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4ml的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min，待试管冷却后，比较两支试管溶液颜色的变化，看看溶解有DNA的溶液是否变蓝。实例：用鸡血细胞液粗提取DNA并鉴定（苏教版必修2）步骤操作图示1、提取鸡血细胞的细胞核物质将制备好的鸡血细胞液（已在课前配好）510mL，注入到50ml烧杯中。向烧杯中加入蒸馏水20mL，同时用玻璃棒沿一个方向快速搅拌5min，然后，用放有纱布的漏斗将血细胞过滤至1000mL的烧杯中，取其滤液。2、溶解细胞核内的DNA将物质的量浓度为2molL的NaCl溶液40 mL加入到滤液中，并作玻璃棒沿一个方向搅拌1min，使其混合均匀，这时DNA在溶液中呈溶解状态。3、析出含DNA的粘稠物沿烧杯内壁缓缓加入蒸馏水，同时用玻璃棒沿一个方向不停地轻轻搅拌，这时烧杯中有丝状物出现。继续加入蒸馏水，溶液中出现的黏稠物会越来越多。当黏稠物不再增加时停止加入蒸馏水。4、滤取含DNA的粘稠物用放多层纱布的漏斗，过滤溶液至1000 mL的烧杯中。取纱布上的黏稠物。5、将DNA的粘稠物再溶解取一个50 mL烧杯，向烧杯内注入物质的量浓度为2molL的NaCl溶液20 mL。用钝头镊子将纱布上的黏稠物夹至NaCl溶液中，用玻璃棒沿一个方向不停地搅拌3min，使黏稠物尽可能多地溶解于溶液中。6、过滤含DNA的氯化钠溶液取一个100 mL烧杯，用放有两层纱布的漏斗过滤以上溶液。取其滤液（DNA溶于滤液中）。7、提取含杂质较少的DNA在上述滤过的溶液中，加入冷却的、体积分数为95的酒精溶液50 mL（加入时动作要慢），并作用玻璃棒沿一个方向搅拌，溶液中会出现含杂质较少的丝状物。当玻璃棒上出现丝状物缠绕时，继续慢慢搅拌，至不再增加时，用玻璃棒将丝状物卷起，并用滤纸吸取上面的水分。8、DNA的鉴定取两支20 mL的试管，各加入物质的量浓度为2molL的NaCl溶液5mL，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min，等试管冷却后，观察并且比较两支试管中溶液颜色的变化。三、操作提示1、以血液为实验材料时，每100ml血液中需要加入3g柠檬酸钠，防止血液凝固。2、加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫，不利于后续步骤地操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。3、二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。四、课题成果评价1、是否提取出了DNA观察你提取的DNA颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多；二苯胺鉴定出现蓝色说明实验基本成功，如果不呈现蓝色，可能所提取的DNA含量低，或是实验操作中出现错误，需要重新制备。2、分析DNA中的杂质本实验提取的DNA粗制品有可能仍然含有核蛋白、多糖、RNA等杂质。3、不同实验方法的比较对于不同的实验方法，本课题可以采用分组的方法进行研究。首先选取不同的实验材料，其次同种材料还可以采用不同方法，从多方面比较实验结果，如DNA的多少、颜色，二苯胺显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。课题2 血红蛋白的提取和分离一、基础知识（一）凝胶色谱法1、凝胶色谱法也称做分配色谱法，是根据相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法。2、凝胶实际上是一些微小的多孔球体，这些小球体大多数是由多糖类化合物构成的，如葡聚糖或琼脂糖。3、在小球体内部有许多贯穿的通道，相对分子质量不同的蛋白质分子通过凝胶时速度不同，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢；而相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。相对分子质量不同的蛋白质分子因此得以分离。（二）缓冲溶液1、缓冲溶液的作用是在一定范围内能够抵制外界酸或碱对溶液PH的影响，维持PH基本不变。2、缓冲溶液通常由12种缓冲剂溶解于水中配制而成的。3、生物体内进行的各种生物化学反应都是在一定的pH下进行的，为了能够在实验条件下准确模拟生物体内的过程，必须保持体外的pH与体内的基本一致。（三）电泳1、电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。2、许多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团会带上正电或负电。在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。电泳利用了待分离样品中各分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。3、两种常用的电泳方法是琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳，在凝胶中加入SDS，电泳速率完全取决于分子大小，因此，在测定蛋白质分子量时通常使用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。二、实验操作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。（一）样品处理