高中生物胚胎干细胞的研究与应用综合题

如图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为了使
                                        。
(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后的酒精产量见下表:

海藻酸钠(%)	2	2.5	3	2	2.5	3	2	2.5	3
X溶液(%)	2	2	2	3	3	3	4	4	4
固定化强度 (g/30个)	930	950	990	1 030	1 100	1 140	1 170	1 170	1 160
酒精量(%)	6.7	6.5	6.5	6.7	6.4	6.2	6.7	6.4	6.3

可以看出,随着X溶液浓度的增加,   增加;凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是。

普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，有人将地衣芽孢杆菌的淀粉酶基因转入酵 母菌中，经筛选得到了可高效利用淀粉的工程酵母茵菌种(过程如图甲所示)。

(1)图甲中，过程①需要的酶有_____________。为达到筛选目的，平板内的固体培养基应以________作为唯一碳源。②、③过程需重复几次，目的是________________。
(2)某同学尝试过程③的操作，其中一个平板经培养后的菌落分布如图乙所示。该同学的接种方法是___________________；推测该同学接种时可能的操作失误是_______。
(3)以淀粉为原料，用工程酵母菌和普通酵母菌在相同的适宜条件下密闭发酵，接种______菌的发酵罐需要先排气，其原因是__________________________。
(4)用凝胶色谱法分离淀粉酶时，在色谱柱中移动速度较慢的蛋白质，相对分子质量较_______。

某校两个生物兴趣小组的同学打算用车前草和酵母菌完成一些高中生物实验，有些问题需要你的帮助。

（1）甲组选用车前草作材料进行如下实验：
①取其叶片进行《观察植物细胞的质壁分离和复原》的实验时，取叶片的下表皮细胞（不含叶绿体），在盖玻片的一侧滴入含有伊红（植物细胞不吸收的红色染料）的0.3m/mL的庶糖溶液，则在显微镜下观察到原生质体内外的颜色分别是         。若将叶片的下表皮细胞依次浸于蒸馏水0.3g/mL蔗糖和0.7g/Mlkno₃溶液中，观察其原生质体的体积随时间的变化，结果如图1所示，则A、B、C三条曲线中表示细胞在蒸馏水中和在0.7g/Mlkno₃溶液中的依次是                 。
②利用其完成《用显微镜观察多种多样的细胞》实验时，用10×的目镜和10×的物镜，在视野直径范围内看到一列相连的20个细胞，如果目镜不变，改用40×的物镜所看到的这列细胞的个数是             。（2）乙组选用酵母菌作材料进行如下实验：
①用附着于葡萄皮上的野生酵母菌制作果酒时，需要适时拧松瓶盖，但不能完全打开，其目的是             ，实际操作中发现随着发酵时间的推移拧松瓶盖间隔时间延长，其原因是                         。
②用其进行《探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化》实验，设计三组实验，定期对三组培养液中的酵母进行计数，绘制图2，分析三组实验产生不同现象的原因可能是     不同。
③用其进行《酵母细胞的固定化技术》实验，绘制图3（注：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）。图示曲线表明浓度为            的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶海力较低原因是               。

回答下列关于微生物和酶的问题。
环境污染物多聚联苯难以降解,研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。
(1)下列培养基中能有效分离联苯降解菌的是   ,原因是                          。
A.培养基(g/L):某生长因子2.0,(NH₄)₂SO₄ 2.0,K₂HPO₄ 3.0,MgSO₄ 1.0,pH 7.4,多聚联苯50 mL
B.培养基(g/L):牛肉膏10.0,蛋白胨20.0,葡萄糖20.0,NaCl 5.0,pH 7.4
C.培养基(g/L):某生长因子2.0,淀粉20.0,NH₄NO₃ 2.5,MgCl₂ 0.5,K₂HPO₄ 3.0,多聚联苯50 mL,pH 7.4
进一步研究发现,不同的金属离子对联苯水解酶的活性有一定影响,结果见下表:

金属离子(mmol/L)	联苯水解酶相对活性(%)
对照组	100
Mn^2+	123
Co^2+	79
Mg^2+	74

(2)①依据表中结果,金属离子   对该酶的活性有一定的促进作用。金属离子对酶的活性有促进或抑制作用。可能的原因是                                                                 。
②通过酶工程可将联苯水解酶用于生产实践。酶工程通常包括酶的生产、      、酶的固定化和酶的应用等方面。酶固定化的好处是                                                    。
③下图实线表示联苯水解酶催化的反应速率与酶浓度的关系,虚线表示在其他条件不变的情况下,底物浓度增加一倍,反应速率与酶浓度的关系,能正确表示两者关系的是   。


④红球菌和假单孢菌都能降解多聚联苯,但研究发现以每克菌体计算,两种菌降解多聚联苯的能力有所不同,对此现象合理的假设是       或       。
点睛:本题综合考查有关微生物的培养和酶的固定和影响因素,考查学生获取信息能力、理解能力和综合应用能力。

(每空2分，共12分)生物分子间的特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。据图回答：

(1)过程①酶作用的部位是________键，此过程只发生在非结合区DNA，过程②酶作用的部位是________键。
(2)①、②两过程利用了酶的________________特性。
(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要过程③的测序结果与________酶的识别序列进行对比，已确定选用何种酶。
(4)如果复合体中的蛋白质为RNA酶聚合，则其识别、结合DNA序列区为基因的________________。
(5)以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有________(多选)。

A．分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提rRNA

B．用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素

C．通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位

D．将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟。

为了探究啤酒酵母固定化的最佳条件，科研人员研究了氯化钙浓度对固定化酵母发酵性能的影响，结果如下图。请回答：

（1）与利用游离酵母生产啤酒相比，利用固定化酵母的优点有             。
（2）本实验结果表明，随氯化钙浓度中增大，凝胶珠机械强度增大，完整率      。
（3）结合发酵性能分析，制备凝胶珠适宜的氯化钙浓度为        。当氯化钙浓度过高时，发酵液中的糖度升高，酒精度下降，发酵受到影响，原因是      。
（4）用海藻酸钠作载体包埋酵母细胞，溶解海藻酸钠时最好采用       的方法，以防发生焦糊。溶化好的海藻酸钠溶液应        后，再与已活化的酵母细胞充分混合。若海藻酸钠浓度过低，会导致                      ，固定效果大大降低。
（5）下图中，与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似的是         。

根据材料回答下列有关问题。
Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)

⑴从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更________。
⑵从图2可以看出：海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是_______________           _。
Ⅱ.制备固定化酵母细胞的过程为

（1）活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复                  状态。
（2）影响此实验成败的关键步骤是                ，此步的操作应采用             ,以防止发生焦糊现象。
（3）海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能和酵母混合，原因是                       。
（4）刚形成的凝胶珠要在CaCl₂溶液中浸泡30 min左右，目的是_____________________________。
（5）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度________(过低/过高)。
（6）此固定酵母细胞的方法是           法,固定化酵母细胞的优点是                            
（7）制备固定化酶则不宜用此方法，原因是                                  。

某同学为探究加酶洗衣粉的洗涤效果，按下表的步骤进行操作：

步骤	烧杯(1000 mL)
Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
①注入自来水	500 mL	500 mL	500 mL	500 mL
②放入含油渍的衣物	一件	一件	一件	一件
③控制不同水温	10℃水浴10 min	30℃水浴10 min	50℃水浴10 min	70℃水浴10 min
④加入等量的加酶洗衣粉	0.5 g	0.5 g	0.5 g	0.5 g
⑤用玻璃棒搅拌	5 min	5 min	5 min	5 min
⑥观察现象

(1)该实验的目的是__________________________________________。
(2)请分析该同学实验设计存在的问题，并提出改进措施。
(3)步骤③和步骤④顺序能否调换？说明理由。
(4)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4支试管加入的洗衣粉、衣服上的油渍及保温时间、搅拌速度和时间均相同，这是为了________，以便得出科学结论。

某工厂生产了一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下部分说明。
①成分：含碱性蛋白酶等；②用法：洗涤前先将衣物浸于洗衣粉的水内数小时。使用温水效果更佳；③注意：切勿用于丝质及羊毛衣料。用后彻底清洗双手。请回答以下问题：
（1）质检局针对该洗衣粉设计了如下装置进行实验：

该实验的目的是________________________________________________________________。
（2）一学生为探索该洗衣粉中酶催化作用的最适温度，参考上述（1）的实验材料及方法进行了有关实验，并把结果用下列曲线图A、B表示。

①由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适温度约为___________。
②在0 ℃和75 ℃时，酶的催化效率基本都降为零，但温度再度回到45 ℃，后者的催化作用已不能恢复，这是因为_________________________________________________________。
③该学生在实验过程中可通过直接测定___________指标来表示酶的催化效率。
（3）该加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料，其主要原因是______________________
_____________________________________________________________________________。

固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率)，分析回答下列问题。

（1）测定酶活力时可以用单位时间内、单位体积中反应物的         或产物的         来表示。
（2）从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是____________________________________________________________。
（3）乙图曲线表明浓度为________的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低原因是__________________________________________。
（4）固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用________次，酶活力明显下降。
（5）固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋，同时用戊二醛作交联剂，这是因为_____________________________________________________________。

请分析回答下列有关生物技术实践方面的问题：
Ⅰ.现有磨浆机、烧杯、滴管、量筒、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、试管、蒸馏水、质量分数为2％的果胶酶溶液、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验：(“／”表示不加)，请回答下列问题：

操作顺序	项目	烧杯
甲	乙	丙	丁
1	加入苹果泥	20ml	20ml	20ml	20ml
2	①	2ml	/	2ml	2ml
3	加入不同液体	2ml蒸馏水	2ml蒸馏水	2ml盐酸溶液	2ml氢氧化钠溶液
4	水浴恒温，玻璃棒搅拌	15分钟	15分钟	15分钟	15分钟

 
（1）表中①处的内容是      。
（2）比较烧杯甲、丙、丁的结果可知：      能影响酶的活性。
（3）若要验证果胶酶的作用，应把      两个烧杯同时取出并过滤相同时间，观察并比较     。
Ⅱ.从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的是      法；一般情况下，提取胡萝卜素时，提取效率与原料颗粒的含水量成   比；将提取的胡萝卜素粗品通过纸层析进行鉴定的结果如右图所，请据图回答。

A、B、C、D四点中，属于标准样品的样点是      ；乙代表的物质是      。

传统生物技术与我们的现代生活依旧非常贴近，请对下面相关实例分析作答。
（1）许多植物芳香油的提取在原理上是相同的，有同学结合玫瑰油的提取技术，设计了提取茉莉油的如 下流程：
莱莉花＋水→A→油水混合物→分离油层→粗提精油→加B→过滤→莱莉油其中A表示   过程，分离油层时常用的试剂和仪器分别是   。
B的成分是  ，向粗提精油中加入B的目的是   。过滤的目的是 ，完成 后即可得到莱莉油。
（2）千百年来，腐乳由于其特殊的风味一直受到人们的喜爱。根据腐乳的如下制作过程回答问题： 豆腐块→A→长满菌丝的豆腐块→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制A过程有多种微生物参与，其中起主要作用的是。腐乳所以“闻着臭，吃着鲜”，且易于
消化吸收，是因为豆腐中的成分发生了如下变化：   。卤汤中通常含有12%的  ，其 作用除了增加风味，还有的作用。

果汁是日常生活中的常用饮料，为提高果汁的出汁率及使果汁变得澄清，在果汁生产中常用到果胶酶。请根据有关材料回答下列问题：
(1)下面是A同学探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤：
用搅拌器制苹果泥，适量且等量的注入到编号为1、2、3、4、5、6的6支试管中；
分别向这6支试管依次注入适量且等量的果胶酶溶液，并混合均匀；
将6支试管分别放入25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃的恒温水浴保温10 min；
过滤，比较获得果汁的体积。
①上述实验中步骤有一处明显不严谨，请改进                                   ；
②有同学认为该实验缺乏对照，应补充一组果泥和蒸馏水相混合的实验，你认为有没有必要？并说明理由                                                                   。
（2）B同学探究的是35℃和45℃下果胶酶的最适用量，他在实验过程中除了温度以外还应
该控制                          等因素保持不变(列举两个)。下表是该同学的实验结果，请根据他的实验结果画出曲线，并得出结论。

	0	0.2%	0.4%	0.6%	0.8%	1.0%
35℃	27%	40%	52%	65%	65%	65%
45℃	27%	35%	42%	42%	42%	42%

 
 

结论：                                                                   
                                                                         

酶和细胞的固定化技术在生产实践中已得到广泛的应用。请根据材料回答问题：
Ⅰ．某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作载体来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)

（1）从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更         。
（2）从图2可以看出：海藻酸钠浓度为         时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是         。
Ⅱ．某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：
①活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；
②配制饱和氯化钙溶液：将氯化钙溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的饱和氯化钙溶液；
③配制海藻酸钠溶液：在定量的海藻酸钠中加入定量的蒸馏水，用大火加热，使其迅速溶解，配制成溶液；
④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；
⑤固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的饱和氯化钙溶液中，观察凝胶珠形成。
（1）请你改正其中两处错误的操作：第一处是         ；第二是         。
（2）刚形成的凝胶珠要在饱和氯化钙溶液中浸泡30 min左右，目的是         。
（3）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度          (过低/过高)。

为了从动物组织中提取纯净的DNA，首先要快速、有效地消化裂解动物组织细胞。消化裂解动物组织常用的方法有蛋白酶（如蛋白酶K）水解、表面活性剂处理、变性剂处理等。某科研人员拟使用加酶洗衣粉消化裂解猪肌肉样本，并提取猪的DNA。实验步骤如下：
①取500mg剪碎的猪肌肉组织于离心管中，加40mg加酶洗衣粉和1.5mL超纯水混合，在一定温度条件下水浴消化24h；
②加入苯酚、氯仿、异丙醇(25:24:1)混合液使蛋白质变性，抽提蛋白质；
③加0.2mg/mL的RNA水解酶于37℃水浴1h；
④加醋酸钠和无水乙醇，高速离心15min；
⑤用70%乙醇洗涤沉淀两次，风干，得到高纯度的DNA。
请回答有关问题：
（1）加酶洗衣粉可以消化裂解动物组织细胞的原理是   。 
（2）步骤③的目的是   ，步骤④中使用无水乙醇的目的是    。
（3）将提取到的DNA用2mol/L的NaCl溶液溶解后，与   试剂共热，冷却后可观察到溶液呈蓝色。
（4）实验中发现，实验前将新鲜的猪肌肉组织置于液氮冷藏，与室温下放置相同时间的等量猪肌肉组织相比，提取到的DNA含量较多，最可能的原因是   。
（5）如果要将加酶洗衣粉法提取DNA与蛋白酶K法提取DNA的效果进行对比，请简要说明实验设计思路