第32講 酶的應(yīng)用 植物的組織培養(yǎng)1某植物富含果膠、淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素等成分。某小組開展了該植物綜合利用的研究?；卮鹣铝信c果膠、淀粉等提取和利用有關(guān)的問(wèn)題：(1)果膠提取工藝研究結(jié)果表明，原料先經(jīng)過(guò)一段時(shí)間沸水漂洗的果膠得率(提取得到的果膠占原料質(zhì)量的百分率)顯著高于常溫水漂洗的果膠得率，最主要原因是沸水漂洗_(A.有助于清洗雜質(zhì)和去除可溶性糖B使植物組織變得松散C使有關(guān)酶失活D有利于細(xì)胞破裂和原料粉碎制漿)。(2)在淀粉分離生產(chǎn)工藝研究中，為促進(jìn)淀粉絮凝沉降，添加生物絮凝劑(乳酸菌菌液)，其菌株起重要作用。為了消除絮凝劑中的雜菌，通常將生產(chǎn)上使用的菌液，采用_，進(jìn)行單菌落分離，然后將其_，并進(jìn)行特性鑒定，篩選得到純的菌株。(3)在用以上提取過(guò)果膠和淀粉后的剩渣加工飲料工藝研究中，將剩渣制成的汁液經(jīng)蛋白酶和纖維素酶徹底酶解處理后，發(fā)現(xiàn)仍存在渾濁和沉淀問(wèn)題?？商砑觃使果膠徹底分解成半乳糖醛酸，再添加_，以解決汁液渾濁和沉淀問(wèn)題。(4)在建立和優(yōu)化固定化酶反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)工藝研究中，通常要分析汁液中各種成分的濃度和所用酶的活性，然后主要優(yōu)化各固定化酶反應(yīng)器中的_(答出2點(diǎn))、反應(yīng)液的pH和酶反應(yīng)時(shí)間等因素。其中，酶反應(yīng)時(shí)間可通過(guò)_來(lái)調(diào)節(jié)。解析：(1)植物體中存在果膠酶，果膠酶能催化果膠的水解，沸水漂洗后會(huì)使果膠酶失去活性，所以先經(jīng)過(guò)一段時(shí)間沸水漂洗的果膠得率顯著高于常溫水漂洗的果膠得率。(2)純化菌種常使用劃線分離法或涂布分離法，通過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)進(jìn)行特性鑒定，篩選得到純的菌株。(3)果膠酶和果膠甲酯酶能使果膠徹底分解成半乳糖醛酸，淀粉在水中的溶解度比較小，也是造成汁液渾濁的原因，所以可用淀粉酶催化淀粉的水解。(4)本題考查連續(xù)生產(chǎn)工藝，反應(yīng)器中底物的量、酶制劑的量、反應(yīng)液的溫度、反應(yīng)液的pH、酶反應(yīng)時(shí)間等都會(huì)影響產(chǎn)物的生成率。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)反應(yīng)器的液體流量越大，反應(yīng)時(shí)間就越短，反之則長(zhǎng)。答案：(1)C(2)劃線分離法(或涂布分離法)擴(kuò)大培養(yǎng)(3)果膠酶和果膠甲酯酶淀粉酶使淀粉分解(4)固定化酶的量、反應(yīng)液溫度控制反應(yīng)器液體流量(或體積)2(2020·浙江黃巖選考模擬)獼猴桃被譽(yù)為“水果之王”。如圖是利用獼猴桃進(jìn)行深加工的過(guò)程圖，請(qǐng)分析回答：(1)圖中過(guò)程加入果膠酶的主要作用是分解_中的果膠，使榨取果汁變得容易。(2)為了保持果膠酶催化的高活性和高效率，必要的條件是保持_，同時(shí)還必須做到施加的果膠酶_。(3)產(chǎn)果膠酶的菌株一般可從腐爛的果蔬或果園泥土中分離，利用以_為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基篩選。(4)圖中菌種X、Y分別是_、_。解析：(1)果膠酶能夠分解細(xì)胞壁和胞間層中的果膠，使榨取果汁變得容易。(2)溫度和pH均能影響酶的活性，因此為了保持果膠酶的催化活性最高，需要保持適宜的溫度和pH；為了提高生產(chǎn)效率，還要做到施加的果膠酶適量。(3)為了篩選能夠高效生產(chǎn)果膠酶的菌種，應(yīng)利用以果膠為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行選擇培養(yǎng)。(4)酒精發(fā)酵的菌種為酵母菌，醋酸發(fā)酵的菌種為醋桿菌。答案：(1)細(xì)胞壁和胞間層(2)適宜的溫度和pH適量(3)果膠(4)酵母菌醋桿菌3生產(chǎn)果汁時(shí)，用果膠酶處理果泥可提高果汁的出汁量?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問(wèn)題：(1)某同學(xué)用三種不同的果膠酶進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，各組實(shí)驗(yàn)除酶的來(lái)源不同外，其他條件都相同，測(cè)定各組的出汁量，據(jù)此計(jì)算各組果膠酶的活性的平均值并進(jìn)行比較。這一實(shí)驗(yàn)的目的是_。(2)現(xiàn)有一種新分離出來(lái)的果膠酶，為探究其最適溫度，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：取試管16支，分別加入等量的果泥、果膠酶、緩沖液，混勻，平均分為4組，分別置于0 、5 、10 、40 下保溫相同時(shí)間，然后，測(cè)定各試管中的出汁量并計(jì)算各組出汁量平均值。該實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置的不足之處有_和_。(3)某同學(xué)取5組試管(AE)分別加入等量的同種果泥，在A、B、C、D 4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的試管中分別加入等量的緩沖液和不同量的同種果膠酶，然后，補(bǔ)充蒸餾水使4組試管內(nèi)液體體積相同；E組加入蒸餾水使試管中液體體積與實(shí)驗(yàn)組相同。將5組試管置于適宜溫度下保溫一定時(shí)間后，測(cè)定各組的出汁量。通過(guò)AD組實(shí)驗(yàn)可比較不同實(shí)驗(yàn)組出汁量的差異。本實(shí)驗(yàn)中，若要檢測(cè)加入酶的量等于0而其他條件均與實(shí)驗(yàn)組相同時(shí)的出汁量，E組設(shè)計(jì)_(填“能”或“不能”)達(dá)到目的，其原因是_。解析：(1)根據(jù)題意，用三種不同的果膠酶進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，各組實(shí)驗(yàn)除酶的來(lái)源不同外，其他條件都相同，測(cè)定各組的出汁量，據(jù)此計(jì)算各組果膠酶的活性的平均值并進(jìn)行比較，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)的自變量是果膠酶的來(lái)源不同，因變量是果膠酶的活性，所以該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄坎煌瑏?lái)源果膠酶的活性。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可知，該實(shí)驗(yàn)是探究果膠酶的最適溫度，所以自變量是溫度，因變量是果膠酶的活性，用出汁量進(jìn)行衡量，出汁量越多則果膠酶活性越高。該實(shí)驗(yàn)方案中，溫度應(yīng)該在常溫范圍內(nèi)設(shè)置系列溫度梯度且梯度差值相等，所以4組的溫度應(yīng)分別設(shè)置為15 、20 、25 、30 ；另外探究溫度對(duì)酶活性的影響時(shí)，應(yīng)保證酶促反應(yīng)只能在設(shè)定的溫度下進(jìn)行，同一實(shí)驗(yàn)組的反應(yīng)溫度只能是一個(gè)，所以實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)該是將各組盛有果膠酶的試管與盛有果泥的試管分別在設(shè)定溫度下處理一定時(shí)間后再將兩支試管混合，才能保證實(shí)驗(yàn)在設(shè)定的溫度下進(jìn)行。(3)根據(jù)題意，本實(shí)驗(yàn)的自變量是果膠酶的量，因變量是出汁量，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循單一變量原則和對(duì)照原則，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置，通過(guò)AD組實(shí)驗(yàn)可比較不同實(shí)驗(yàn)組出汁量的差異。若要檢測(cè)加入酶的量等于0而其他條件均與實(shí)驗(yàn)組相同時(shí)的出汁量，則E組應(yīng)加入緩沖液而不是蒸餾水，使試管中液體體積與實(shí)驗(yàn)組相同，才符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的單一變量原則。答案：(1)探究不同來(lái)源果膠酶的活性(2)4組的溫度設(shè)置不合適各組的酶促反應(yīng)受兩個(gè)不同溫度影響(每一設(shè)定溫度的兩支試管應(yīng)先達(dá)到預(yù)定溫度，然后再混合)(其他答案合理也可)(3)不能E組加入蒸餾水而不是緩沖液違背了單一變量原則4乳糖酶能夠催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，具有重要應(yīng)用價(jià)值。乳糖酶的制備及固定化步驟如下：(1)篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物L(fēng)時(shí)，宜用_作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。培養(yǎng)基中瓊脂的作用是_。從功能上講，這種培養(yǎng)基屬于_。(2)培養(yǎng)微生物L(fēng)前，宜采用_方法對(duì)接種環(huán)進(jìn)行滅菌。(3)乳糖酶宜采用化學(xué)結(jié)合法(共價(jià)鍵結(jié)合法)進(jìn)行固定化，可通過(guò)檢測(cè)固定化乳糖酶的_確定其應(yīng)用價(jià)值。除化學(xué)結(jié)合法外，酶的固定化方法還包括_、_、離子吸附法及交聯(lián)法等。解析：(1)若要篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物，需要利用以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基，不能利用乳糖的微生物在此培養(yǎng)基上不能存活，從而起到篩選作用。(2)對(duì)接種環(huán)滅菌常用的方法是灼燒滅菌。(3)固定化乳糖酶的應(yīng)用價(jià)值主要與其活性有關(guān)。酶的固定化方法除化學(xué)結(jié)合法外，還包括包埋法和物理吸附法等。答案：(1)乳糖凝固劑選擇培養(yǎng)基(2)灼燒(3)(酶)活性或：(酶)活力包埋法物理吸附法(注：兩空可顛倒)5(2020·杭州模擬)酶經(jīng)過(guò)固定化后，不僅能提高酶的穩(wěn)定性，而且容易與產(chǎn)物分開，具有可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。如圖為利用枯草桿菌生產(chǎn)­淀粉酶及酶固定化實(shí)驗(yàn)流程圖，回答有關(guān)問(wèn)題：(1)篩選高表達(dá)菌株的最簡(jiǎn)便方法之一是_。一般通過(guò)_、_兩種手段實(shí)現(xiàn)。篩選出的菌株在發(fā)酵生產(chǎn)之前還需利用_培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。(2)利用物理或化學(xué)的方法將­淀粉酶固定在_的介質(zhì)上成為固定化酶。(3)如圖是實(shí)驗(yàn)室中­淀粉酶的固定化裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及兩次蒸餾水洗滌反應(yīng)柱的操作，所用的蒸餾水體積為裝填體積的_，第二次洗滌的目的是除去_。(4)若如圖中的液體X為淀粉溶液，從反應(yīng)柱下端接取少量流出液進(jìn)行KI­I2顏色測(cè)試，結(jié)果未呈現(xiàn)紅色。下列有關(guān)此現(xiàn)象的解釋錯(cuò)誤的是()A反應(yīng)柱中沒(méi)有­淀粉酶被固定B流速過(guò)快淀粉未被水解C接取的流出液是蒸餾水D流速過(guò)慢淀粉被水解成葡萄糖答案：(1)單菌落分離劃線分離(稀釋)涂布分離液體(2)非水溶性(3)10倍殘留的淀粉溶液(4)D6(2020·浙江吳越聯(lián)盟高三第二次聯(lián)考)草莓汁酸甜可口，深受大眾喜愛(ài)，加工草莓汁時(shí)，草莓中的果膠易導(dǎo)致果汁渾濁，影響品質(zhì)，為探究制作果汁的最佳條件，研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表所示。組別果膠酶用量(mL/kg)pH溫度()草莓汁透光率(%)10.0252.53524.5520.0354.53596.4730.0352.54522.7040.0453.53596.4750.0452.55513.12請(qǐng)回答：(1)草莓細(xì)胞中，去掉果膠，會(huì)使植物組織變得松散，這是因?yàn)楣z具有_的作用。果膠酶通過(guò)_作用促進(jìn)果膠的水解反應(yīng)，使草莓細(xì)胞彼此容易分開。(2)生產(chǎn)過(guò)程中，既可獲得澄清度高的草莓汁，又可減少酶的用量，降低成本的條件組合是第_組。為測(cè)定該組條件下處理后的草莓汁中是否還有果膠，可取一定量的草莓汁與等量的_混合。(3)果膠酶可從某些微生物如_中提取，為提高生產(chǎn)效率，可將此酶固定在適宜介質(zhì)上制成_。(4)在合適條件下，將果膠酶與海藻酸鈉混合后，滴加到一定濃度的鈣離子溶液中，使液滴形成凝膠固體小球。該過(guò)程是對(duì)酶進(jìn)行_。A吸附B包埋 C裝柱 D洗滌解析：(1)植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，其中果膠具有將植物細(xì)胞粘合在一起的作用，所以根據(jù)酶的專一性，應(yīng)該用果膠酶催化果膠水解，去掉草莓細(xì)胞中的果膠，使得細(xì)胞彼此分離。(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析，第2組用的酶比較少，草莓汁透光率高，可大大降低成本，提高品質(zhì)。(3)果膠酶可從某些微生物如黑曲霉(或蘋果青霉)中提取，為提高生產(chǎn)效率，可將此酶固定在適宜介質(zhì)上制成固定化酶。(4)將酶與海藻酸鈉融合，形成凝膠珠的方法是包埋法。答案：(1)將植物細(xì)胞粘合在一起催化(2)295%的乙醇(3)黑曲霉(或蘋果青霉)固定化酶(4)B7我國(guó)植物學(xué)家將名貴蘭花的莖尖細(xì)胞放進(jìn)培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，最終發(fā)育成完整的新植株。如圖是組織培養(yǎng)形成蘭花植株的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)用此技術(shù)培養(yǎng)形成蘭花植株依據(jù)的原理是_。(2)在培養(yǎng)過(guò)程中，要促進(jìn)細(xì)胞分裂生長(zhǎng)，培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括無(wú)機(jī)物和小分子的有機(jī)物，植物激素包括_和_兩類植物激素。(3)在培養(yǎng)過(guò)程中，除必要的溫度、光照和氧氣等外界條件外，成功的另一個(gè)關(guān)鍵是操作過(guò)程必須保證_。(4)過(guò)程進(jìn)行的細(xì)胞分裂方式是_，過(guò)程除了細(xì)胞分裂外，還進(jìn)行細(xì)胞_等過(guò)程。(5)從育種的角度來(lái)看，植物組織培養(yǎng)與有性繁殖相比，優(yōu)勢(shì)主要有(列舉兩條)：_。解析：該技術(shù)依據(jù)的是植物細(xì)胞的全能性，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性的首要條件是離體、無(wú)菌，然后要給予一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和適宜的外界條件。在培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞以有絲分裂的方式增殖，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂、分化最終形成植株。植物組織培養(yǎng)屬于無(wú)性繁殖，具有保持親本優(yōu)良性狀、能快速大量繁殖種苗等優(yōu)點(diǎn)。答案：(1)植物細(xì)胞的全能性(2)生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素(3)無(wú)菌(4)有絲分裂分化(5)能保持母本的優(yōu)良性狀；培養(yǎng)周期短，繁殖效率高(或快速繁殖)；能培育無(wú)病毒植物等(列出兩條即可)8(2020·浙江黃巖選考模擬)草莓生產(chǎn)上傳統(tǒng)的繁殖方式易將所感染病毒傳播給后代，導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。運(yùn)用微型繁殖技術(shù)可以培育出無(wú)病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本過(guò)程如圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：外植體愈傷組織芽、根植株(1)微型繁殖培育無(wú)病毒草莓苗時(shí)，一般選取_作為外植體，其依據(jù)是_。(2)在過(guò)程中，常用的MS培養(yǎng)基主要成分包括大量元素、微量元素和_，在配制好的培養(yǎng)基中，常常需要添加_，有利于外植體啟動(dòng)細(xì)胞分裂形成愈傷組織，接種后25 d，若發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部污染，原因可能是_。(3)在過(guò)程中，愈傷組織在誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是_。解析：(1)因莖尖(或根尖)病毒極少，甚至無(wú)病毒，所以常用其作為外植體培育無(wú)病毒植株。(2)在植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中，除了添加植物必需的礦質(zhì)元素外，還要添加有機(jī)物，添加植物激素有利于啟動(dòng)細(xì)胞分裂實(shí)現(xiàn)脫分化形成愈傷組織并且可誘導(dǎo)愈傷組織細(xì)胞再分化過(guò)程。若對(duì)外植體消毒不徹底，會(huì)造成外植體邊緣局部污染。(3)在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的用量比值不同，誘導(dǎo)生根發(fā)芽結(jié)果不同，當(dāng)比值低時(shí)，有利于發(fā)芽，比值高時(shí)，有利于生根。答案：(1)莖尖(或根尖)莖尖(或根尖)病毒極少，甚至無(wú)病毒(2)有機(jī)物植物激素外植體消毒不徹底(3)培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素類物質(zhì)用量與細(xì)胞分裂素類物質(zhì)用量的比值偏低7