浙江选考版新高考生物一轮复习专题11生物技术实践第32讲酶的应用植物的组织培养教学案新人教版.docx

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浙江选考版新高考生物一轮复习专题11生物技术实践第32讲酶的应用植物的组织培养教学案新人教版

第32讲　酶的应用　植物的组织培养

知识内容

考试要求

知识内容

考试要求

1．果汁中的果胶和果胶酶

实验与探究能力

3.植物的组织培养

实验与探究能力

2．α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

实验与探究能力

　果胶和果胶酶

1．果胶：

果胶是植物细胞壁的主要成分，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。

鉴别果胶的简易方法是用乙醇。

2．果胶酶

（1）来源：

黑曲霉、苹果青霉。

（2）组成：

果胶酶并不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，主要包括果胶酶和果胶甲酯酶。

（3）作用：

将果胶分解成可溶性的分子，使出汁率提高，也使浑浊的果汁变得澄清。

3．探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验

（1）实验原理

①果胶

半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯。

②果胶酶的活性受温度（或pH）的影响，处于最适温度（或pH）时活性最高。

果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正相关。

③果胶不溶于乙醇。

（2）实验流程设计

（3）实验结论：

果胶酶能分解果胶，提高果汁的澄清度。

（1）果胶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成（√）

（2）鉴别果胶最简便的方法是加入乙醇（√）

（3）黑曲霉和苹果青霉属于原核生物，可用于生产果胶酶（×）

（4）果胶酶和果胶甲酯酶均可水解果胶，与制备果汁有关（√）

（5）通过出汁率和澄清度分析可判断果胶酶的活性（√）

（6）果胶酶常存在于动物细胞，用于消化纤维素等营养成分（×）

关于果胶酶的三个实验的变量分析

实验名称（目的）

自变量

因变量

注意事项

探究温度对果胶酶活性的影响

温度

果汁量（澄清度）

①底物和酶在混合时的温度是相同的；

②温度梯度越小，实验结果越精确；

③果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同；

④pH应为最适pH

探究pH对果胶酶活性的影响

pH

果汁量（澄清度）

①温度应为最适温度；

②pH梯度可用NaOH和盐酸调节；

③用玻璃棒搅拌使反应充分进行

探究果胶酶的用量

果胶酶的用量

果汁量（澄清度）

①制备苹果匀浆后迅速加热，使苹果匀浆中果胶酶变性；

②温度、pH应为最适且保持不变

[题组冲关]

1．如图表示某研究小组在探究果胶酶的用量时的实验结果。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．在AB段限制反应速率的主要因素是酶的用量

B．在BC段限制反应速率的因素可以是温度、pH、底物浓度

C．在AC段增加底物浓度，可以明显加快反应速率

D．在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是B点对应的值

解析：

选C。

应从酶的用量和活性、底物的浓度两方面进行分析。

由曲线图可以看出，在AB段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加底物浓度，反应速率不会明显加快。

在BC段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快，此时底物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加底物浓度，反应速率会加快。

2．工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：

①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10min（如图甲）。

②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合后，再次在10℃水浴中恒温处理10min（如图乙）。

③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图丙）。

④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如表所示：

温度/℃

10

20

30

40

50

60

70

80

果汁量/mL

8

13

15

25

15

12

11

10

根据上述实验，请分析回答下列问题：

（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中________的水解。

（2）实验结果表明，当温度为________左右时，果汁量最多，此时果胶酶的活性________。

当温度再升高时，果汁量降低，说明________________。

（3）实验步骤①的目的是____________________________________________________

________________________。

解析：

（1）植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一是果胶，而果胶酶则是水解果胶的一类酶的总称。

（2）通过表中数据可知：

在40℃时，产生的果汁量最多，在题中所给的温度范围内，40℃时酶活性最高。

当温度再升高时，出汁量降低，酶的催化活性降低。

（3）因为酶具有高效性，使底物与酶的温度都达到预定值后再混合，避免它们事先发生反应，而引起结果不准确。

答案：

（1）果胶　

（2）40℃　最高　酶活性降低　

（3）避免果汁和果胶酶混合时影响混合物温度，从而影响果胶酶活性

　α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

1．固定化酶的概念和方法

（1）概念：

将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

（2）方法：

吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

2.α淀粉酶的固定化、淀粉水解的测定实验

（1）α淀粉酶的固定化原理

①α淀粉酶作用的最适条件：

最适pH为5.5～7.5，最适温度为50～75__℃。

②方法：

吸附法。

③介质：

石英砂。

（2）淀粉水解的检测原理

淀粉

糊精

麦芽糖

葡萄糖

遇碘显蓝色　遇碘显红色　遇碘不显色

（3）实验过程

固定化α淀粉酶，装入注射器中

↓

以0.3mL/min的流速滴加淀粉溶液过柱

↓

流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL流出液

↓

滴加KII2溶液，观察颜色，用水稀释1倍后再观察颜色

↓

以10倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱，放置在4℃冰箱中，几天后重复实验

（4）实验结果

对照组

实验组

0.5mL淀粉溶液

0.5mL流出液

几天后重复实验中0.5mL流出液

加KI－I2

变蓝

红色

红色

再加水稀释1倍

浅蓝

浅红色

浅红色

（5）实验结论：

固定化α淀粉酶能将淀粉水解成糊精。

（1）固定化酶是通过物理或化学的方法将非水溶性的酶固定在某种介质上，使之成为可重复使用的酶制剂（×）

（2）酶分子被固定化后不再具有酶的专一性（×）

（3）酶分子被固定化后稳定性较酶在水溶液中稳定（√）

（4）α淀粉酶分解淀粉为糊精，糊精遇碘液变紫色（×）

（5）固定化酶技术能够实现酶的永久利用，在工业生产中具有极大的推广价值（×）

（6）固定化酶的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法（√）

（7）制备固定化柱时，用10倍体积蒸馏水洗涤的目的是洗去未吸附的α淀粉酶（√）

（8）“α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”实验中，采用的是枯草杆菌的α淀粉酶，其最适pH为5.5～7.5，最适温度为50～75℃（√）

（9）“α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”实验结束后，需要将固定化酶柱置于37℃恒温培养箱中，以保证酶的活性（×）

1．酶的固定化方法及适用对象

名称

原理

图示

包埋法

将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中

化学结合法

利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上

物理吸附法

通过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上

2.两次用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器的目的比较

洗涤过程

目的

在固定α淀粉酶后，用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器

除去未吸附的游离α淀粉酶

实验结束后，用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器

洗去残留的淀粉溶液和产物

3.证明洗涤固定化淀粉酶柱的流出液中没有淀粉酶的方法

在试管中加入1mL可溶性淀粉，再加入几滴洗涤固定化淀粉酶柱的流出液，混合后用手握住试管增加温度，几分

钟（充分反应）后加1～2滴KII2指示剂，如仍显蓝色，说明流出液中没有淀粉酶。

[题组冲关]

1．下列关于α淀粉酶的固定化过程的叙述，错误的是（　　）

A．首先要在烧杯中将5mgα淀粉酶溶于4mL蒸馏水中

B．再将5g石英砂加入上述烧杯中，不时搅拌30min

C．随后将烧杯中的物质装入1支下端接有气门心但并不封住的注射器中

D．最后用10倍体积的蒸馏水洗涤此注射器，除去那些未吸附的游离淀粉酶

解析：

选C。

α淀粉酶的固定化酶的制备应该是将烧杯中的物质装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中，而不是不封住的注射器中。

2．（2020·浙江模拟）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技术。

请回答下列相关问题：

（1）固定化酶技术将酶固定在____________上，使酶既能与____________接触，又能与____________分离，同时固定在载体上的酶还能____________。

常用的固定方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

（2）“α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验”中：

A．α－淀粉酶固定在____________上，使用了图中方法____________（填出号码及名称）。

B．实验中，用滴管滴加淀粉溶液时，使淀粉溶液以____________的流速过固定化酶柱，目的是__________________________。

C．灌注了固定化酶的注射器在使用完后要____________此柱，并放置在____________中保存。

解析：

（1）固定化酶技术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，同时固定在载体上的酶还能反复利用。

（2）A.α－淀粉酶固定在石英砂上，使用了图中方法乙（吸附法）。

B.实验中，用滴管滴加淀粉溶液时，使淀粉溶液以0.3mL/min的流速过固定化酶柱，目的是使淀粉充分与酶接触。

C.灌注了固定化酶的注射器在使用完后要用10倍体积的蒸馏水洗涤此柱，并放置在4℃冰箱保存。

答案：

（1）不溶于水的载体　反应物　产物　反复利用　

（2）A.石英砂　乙（吸附法）　B．0.3mL/min　使淀粉充分与酶接触　C．用10倍体积的蒸馏水洗涤　4℃冰箱

　植物的组织培养

1．植物组织培养的原理

（1）理论基础：

植物细胞具有全能性。

（2）植物组织培养的基本过程

（3）植物组织培养影响因素

①选材：

不同植物组织或同一植物组织的不同部分，培养的难易程度差别很大，菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。

②培养基：

植物组织培养需要适宜的培养基，常用的是MS培养基，在配制好的培养基中，常常需要添加生长素和细胞分裂素两种植物激素。

实验中使用的生长素类似物是萘乙酸（NAA），细胞分裂素类似物是苄基腺嘌呤（BA）。

③其他条件：

pH、温度和光照等条件对植物组织培养也很重要。

2．菊花组织培养过程

（1）制备MS固体培养基：

配制好的培养基进行高压蒸汽灭菌。

（2）外植体消毒：

自然生长的茎离体→用70%的乙醇浸泡10min→再用5%的次氯酸钠浸泡5min→再用另一5%的次氯酸钠浸泡5min→最后用无菌水清洗。

（3）接种：

始终在酒精灯火焰旁进行，对接种工具要用灼烧灭菌。

（4）生芽培养

①培养基：

发芽培养基（MS＋BA＋NAA）；

②培养条件：

温度为18～25℃；光照≥14.5h/d；pH为5.8～6.0；

③培养标准：

健壮的丛状苗。

（5）生根培养

①培养基：

生根培养基（MS＋NAA）；

②培养条件与发芽培养相同。

（6）炼苗

①培养基：

草炭土或蛭石；

②培养条件：

2～3d内湿度控制为80%；2～3d后逐渐降低湿度至自然湿度。

（7）移栽（定植）

（1）植物组织培养最常用的培养基是LB培养基（×）

（2）调节培养基中细胞分裂素和生长素等激素的种类和摩尔浓度可以诱导器官进行不同的分化（×）

（3）以菊花为材料进行组织培养，首先在生根培养基上进行培养，然后在发芽培养基上获得丛状苗（×）

（4）萘乙酸和苄基腺嘌呤分别是生长素和细胞分裂素类似物（√）

（5）配制母液可以减少某些元素因量小而造成的误差（√）

（6）使用时，萘乙酸一般用0.1mol/L氢氧化钠溶液溶解，苄基腺嘌呤需用少量0.1mol/L盐酸溶解（√）

（7）菊花切段进行组培时，每个切段上必须保留一个顶芽（×）

（8）植物组培的最适温度是18～25℃，每天的光照不少于14.5h（√）

（9）生根的丛状苗需要移到草炭土或蛭石上进行湿度锻炼，直至降至自然湿度（√）

（10）使用自然茎段进行组织培养，一般先在70%乙醇中浸泡，再放入5%次氯酸钠中浸泡两次，然后用无菌水清洗后，将其培养在生芽培养基中（√）

1．MS培养基的成分及各成分的作用

成分

作用

微量元素和大量元素

提供植物细胞生活所必需的无机盐

蔗糖

提供碳源，维持细胞渗透压

甘氨酸、维生素、

烟酸、肌醇

满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求

2.脱分化和再分化的比较

过程

特点

条件

脱分化

外植体成为愈伤组织

排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团

离体、营养物质、植物激素和其他适宜条件

再分化

愈伤组织成为丛芽或胚状体结构

有根、芽或有生根发芽的能力

3.植物激素在组织培养过程中的作用

生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点如表所示。

激素使用

实验结果

使用顺序

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有利于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂又分化

同时使用

分化频率提高

生长素用

量和细胞

分裂素用

量的比例

比值高

利于根的分化、抑制芽的形成

比值低

利于芽的分化、抑制根的形成

比值适中

促进愈伤组织的生长

植物组织培养实验操作的易错点

（1）材料的选取：

菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。

（2）外植体消毒：

所用消毒剂为70%的酒精和5%的次氯酸钠溶液，所使用的清洗液是无菌水。

（3）组织培养时不用天然激素而是用人工合成的激素，是因为植物中存在相应的分解天然激素的酶而没有分解相应的人工合成激素的酶，所以天然激素在植物体内作用和存在的时间短，人工合成激素作用和存在的时间长，效果明显。

[题组冲关]

1．下列关于植物组织培养的说法，错误的是（　　）

A．植物细胞进行组织培养时需要无机养料

B．植物细胞进行组织培养时不需要有机养料

C．离体的植物组织细胞的脱分化和再分化主要受激素的影响

D．温度、培养基的渗透压等也影响植物组织培养

解析：

选B。

植物组织培养过程中，离体的植物组织和细胞，对营养、环境等条件要求相对特殊，除需要无机养料和生长调节物质外，还需要有机养料，如蔗糖等，并且需要一定的外界条件。

2．菊花组织培养的部分过程如下图所示。

据图回答下列问题：

（1）过程①利用________（填“较高”或“较低”）渗透压，使原生质体产量大幅度提高，但存活率却因此而降低，分析降低的原因可能是________________________。

过程②细胞壁形成后，可逐渐__________渗透压。

（2）幼苗茎段带叶，就会带有________，也就有了分生组织，所以不通过____________________阶段就可直接形成丛状苗。

过程③应在______________（从具体功能角度）培养基中进行，全过程对光照要求是________。

A．早期每天24h光照，后期每天24h黑暗

B．每天一定时长的光照

C．早期每天24h黑暗，后期每天24h光照

D．每天24h黑暗

解析：

（1）过程①为由菊花幼苗茎切段得到原生质体，可以利用较高的渗透压，但渗透压较高，会导致细胞过度失水损伤、死亡，从而使原生质体产量大幅度提高，但存活率却因此而降低。

因此过程②细胞壁形成后，可逐渐降低渗透压。

（2）幼苗茎段带叶，就会带有腋芽、芽，也就有了分生组织，所以不通过愈伤组织阶段就可以直接形成丛状苗。

过程③应在发芽培养基中进行，全过程对光照的要求是每天一定时长的光照。

答案：

（1）较高　细胞过度失水损伤、死亡　降低

（2）腋芽、芽　愈伤组织、脱分化　发芽（生芽）　B

1．下列关于果胶酶的说法，不正确的是（　　）

A．果胶酶的化学本质是蛋白质

B．果胶酶并不是唯一能水解果胶的酶

C．有些微生物可用于生产果胶酶

D．果胶酶是一种能完全水解果胶的酶

解析：

选D。

果胶酶的化学本质为蛋白质；果胶不是只能被果胶酶水解，果胶甲酯酶也能水解果胶，二者共同作用才能使果胶完全降解。

由于微生物代谢旺盛，繁殖快，培养方便，因此常被利用进行大规模生产果胶，生产果胶酶的微生物主要是霉菌，如黑曲霉、苹果青霉等。

2．用吸附法将α淀粉酶固定在石英砂上，当一定浓度的淀粉溶液流过固定化酶柱后，柱底端收集到的溶液中，加入KII2溶液，其颜色变化为（　　）

A．显蓝色

B．显红色

C．不显色

D．流出液中因含淀粉酶，使得溶液颜色显紫色

解析：

选B。

一定浓度的淀粉溶液流过固定化α淀粉酶酶柱后，淀粉可转化为糊精，糊精遇KII2溶液显红色，酶经固定化后，不能从柱底端流出。

3．用菊花的茎尖组织培养可培育出试管苗。

下面关于这一过程的说法正确的是（　　）

A．进行培养时，一次性加足营养物质以防止污染

B．整个培养过程应在光下进行，有利于长叶

C．要根据培养过程的实际情况，更换培养基

D．整个培养过程都应在密闭条件下进行，以免杂菌的污染

解析：

选C。

一般来说，从接种外植体到出现愈伤组织时，由于培养基中的营养成分已接近耗尽，必须更换培养基。

脱分化培养时不必见光，因为在无光条件下愈伤组织长得更快。

再分化时可见光，试管苗应该进行见光培养。

4．（2019·浙江4月选考）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____________________。

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

5．下面是植物组织培养过程示意图，请回答有关问题：

外植体

愈伤组织

长出丛芽

生根

移栽成活

（1）外植体若是菊花茎段组织，则在配制MS固体培养基时，________（填“必须”或“不必”）添加植物激素。

（2）外植体若是月季的花药，则图中的①过程________（填“需要”或“不需要”）光照，而经②③④过程培养出的植物一般称为________植株。

（3）外植体若是菊花的根尖组织，则在正常环境下培养成的新菊花植株叶片的颜色是________，这个过程体现了植物细胞具有________。

（4）植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂和分化的关键性激素，在植物组织培养过程中：

①若先使用细胞分裂素，后使用生长素，实验结果是细胞__________________。

②当同时使用这两种激素时，生长素用量与细胞分裂素用量的比值________（填“高”“低”或“适中”）时，促进愈伤组织的形成。

解析：

（1）由于菊花茎段的组织培养比较容易，因此不必添加植物激素。

（2）月季的花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照。

花药离体培养得到的植株为单倍体植株，也称花粉植株。

（3）植物组织培养获得的植株是正常的植株，无论外植体取自植物的何种组织器官，因为这些细胞均具有全能性，所以利用菊花的根尖组织在正常环境下培养成的新菊花植株叶片的颜色是绿色。

（4）植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂和分化的关键性激素，在植物组织培养过程中，若先使用细胞分裂素，后使用生长素，则细胞既分裂也分化。

当同时使用这两种激素时，生长素用量与细胞分裂素用量的比值适中时，促进愈伤组织的形成。

答案：

（1）不必　

（2）不需要　单倍体（花粉）　（3）绿色　全能性　（4）①既分裂也分化　②适中

1．某植物富含果胶、淀粉、蛋白质和纤维素等成分。

某小组开展了该植物综合利用的研究。

回答下列与果胶、淀粉等提取和利用有关的问题：

（1）果胶提取工艺研究结果表明，原料先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率（提取得到的果胶占原料质量的百分率）显著高于常温水漂洗的果胶得率，最主要原因是沸水漂洗________（A.有助于清洗杂质和去除可溶性糖　B．使植物组织变得松散　C．使有关酶失活　D．有利于细胞破裂和原料粉碎制浆）。

（2）在淀粉分离生产工艺研究中，为促进淀粉絮凝沉降，添加生物絮凝剂（乳酸菌菌液），其菌株起重要作用。

为了消除絮凝剂中的杂菌，通常将生产上使用的菌液，采用________________，进行单菌落分离，然后将其____________，并进行特性鉴定，筛选得到纯的菌株。

（3）在用以上提取过果胶和淀粉后的剩渣加工饮料工艺研究中，将剩渣制成的汁液经蛋白酶和纤维素酶彻底酶解处理后，发现仍存在浑浊和沉淀问题。

可添加________________使果胶彻底分解成半乳糖醛酸，再添加________________，以解决汁液浑浊和沉淀问题。

（4）在建立和优化固定化酶反应器连续生产工艺研究中，通常要分析汁液中各种成分的浓度和所用酶的活性，然后主要优化各固定化酶反应器中的__________________________________（答出2点）、反应液的pH和酶反应时间等因素。

其中，酶反应时间可通过________________来调节。

解析：

（1）植物体中存在果胶酶，果胶酶能催化果胶的水解，沸水漂洗后会使果胶酶失去活性，所以先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率显著高于常温水漂洗的果胶得率。

（2）纯化菌种常使用划线分离法或涂布分离法，通过扩大培养进行特性鉴定，筛选得到纯的菌株。

（3）果胶酶和果胶甲酯酶能使果胶彻底分解成半乳糖醛酸，淀粉在水中的溶解度比较小，也是造成汁液浑浊的原因，所以可用淀粉酶催化淀粉的水解。

（4）本题考查连续生产工艺，反应器中底物的量、酶制剂的量、反应液的温度、反应液的pH、酶反应时间