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高中三年级生物

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    酵母菌与人们的日常生活密切相关,也是现代生物技术研究常用的模式生物,生物兴趣小组对此进行了下列研究。请你根据他们的研究内容回答问题:
    (1)固定酵母细胞时要将干酵母放入_________中活化;并将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,其中冷却的原因是___________。
    (2)在葡萄酒的自然发酵过程中,酵母菌的来源是___________。
    (3)土壤是酵母菌的大本营,若从含有酵母菌、醋酸菌、青霉菌、毛霉等的土壤中分离到较纯的酵母菌,最简便的方案是在__________条件下选择培养。
    (4)酵母菌的计数通常用血球计数板进行,血球计数板每个大方格容积为0.1mm3,由400个小方格组成。现对某一样液进行检测,如果一个小方格内酵母菌过多,难以计数,应先_________后再计数。若多次重复计数后,算得每个小方格中平均有5个酵母菌,则10mL该培养液中酵母菌总数有__________个。
    (5)影响培养液中酵母菌种群数量动态变化的因素有_________。
    本题信息:2011年模拟题生物填空题难度较难 来源:马娟
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本试题 “酵母菌与人们的日常生活密切相关,也是现代生物技术研究常用的模式生物,生物兴趣小组对此进行了下列研究。请你根据他们的研究内容回答问题:(1)固定酵母细胞...” 主要考查您对

种群数量的变化

果酒和果醋的制作

微生物的实验室培养

细胞和酶的固定化

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种群数量的变化:

1.种群增长的“J”型曲线与“S”型曲线
项目 “J”型曲线 “S ”型曲线
产生条件 理想状态
①食物、空间条件充裕
②气候适宜
③没有敌害、疾病
现实状态
①食物、空间有限
②各种生态因素综合作用
特点 种群数量以一定的倍数连续增长 种群数量达到环境容纳量K值后,将在K值上下保持相对稳定
环境容纳量(K值) 无K值 有K值
曲线形成的原因 无种内斗争,缺少天敌 种内斗争加剧,天敌数量增多
种群增长率 保持稳定 先增加后减少
种群增长曲线
Nt=N0λ
种群增长(速)率曲线
联系
2、研究种群数量变化的意义:对于有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用、以及濒临动物种群的拯救和恢复有重要意义。
预测种群密度变化趋势的方法:

1、根据年龄结构来预测种群密度的变化趋势。年龄结构是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。
类型 图示 种群特征 出生率 种群密度
增长型 幼年个体数多于成年、老年个体数 出生率>死亡率 增大
稳定型 各年龄期个体数比例适中 出生率≈死亡率 稳定
衰退型 幼年个体数少于成年、老年个体数 出生率<死亡率 减少
2、根据性别比例来预测种群密度的变化趋势。
(1)种群的性别比例是指种群中雌雄个体数目的比例。

(2)性别比例影响种群密度的原因
性别比例 繁殖机会 出生率 种群密度
各年龄阶段中雌雄个体数量相当 雌雄个体都有充分交配繁殖机会 决定了较高的出生率 将逐渐增大
雌多于雄或雄多于雌的种群,性别比例失调 个体间交配繁殖机会较少 出生率较低 将逐渐减小

种群数量增长与种群增长(速)率:

1、增长速率与种群数量不是一个概念,只要增长速率为正值,种群数量就在增加;增长速率为零,种群数量恒定不变;增长速率为负值时,种群数量应下降。
2、种群的“J”型增长和“S”型增长
项目 “S”型曲线 “J”型曲线
种群数量增长曲线
种群增长(速)率曲线

知识点拨:

1、“S”型曲线中注意点:
①K值为环境容纳量(在环境条件不受破坏的情况下,一定空间中所能维持的种群最大数量);
②K/2处增长率最大。
③大多数种群的数量总是在波动中,在不利的条件下,种群的数量会急剧下降甚至消失。
2、实例:
灭鼠 捕鱼
K/2(有最大增长速率) 捕捞后,防止灭鼠后,鼠的种群数量在K/2附近,这样鼠的种群数量会迅速增加,无法达到灭鼠效果 捕捞后使鱼的种群数量维持在K/2,鱼的种群数量将迅速回升
K(环境最大容纳量) 降低K值,改变环境,使之不适合鼠生存 保护K值,保证鱼生存的环境条件,尽量提升K值
3、种群数量变化包括增长、波动、稳定、下降等,而“J”型曲线和“S”型曲线都知识研究了种群数量增长的规律。
4、 “J”型曲线反映的种群增长率是一定的;而“S”型曲线所反映的种群增长率是先增大后减小。不能认为“S”型曲线的开始部分是“J”型曲线。
知识拓展:

1、种群数量的波动和下降
(1)种群数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的。
 
(2)原因:气候、食物、天敌、传染病、空间、人类影响等多种生态因素共同作用的结果。因此,大多数种群的数量总是在波动中。

果酒和果醋的制作:

一、实验原理
(1)酵母菌的细胞呼吸
①酵母菌是营异养生活的真菌。
②酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,表达式为:C6H12O6+O2→CO2+H2O+能量(反应中均需要酶的参与)
③酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳,表达式为:C6H12O6→C2H5OH+CO2+能量(反应中均需要酶的参与)
(2)酵母菌发酵的最佳环境
①酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活:在有氧时,酵母菌大量繁殖,但是不起到发酵效果;在无氧时,繁殖速度减慢,但是此时可以进行发酵。
②在利用酵母菌发酵时最好是先通入足够的无菌空气在有氧环境下一段时间使其繁殖,再隔绝氧气进行发酵。
③20℃左右最适合酵母菌繁殖,酒精发酵的最佳温度是在18℃~25℃。
④pH最好是弱酸性。
(3)醋酸菌好氧性细菌,当缺少糖源时和有氧条件下,可将乙醇(酒精)氧化成醋酸。
①表达式为:C2H5OH→CH3COOH+H2O;当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
②醋酸菌生长的最佳温度是在30℃~35℃
二、果酒果醋的制作
项目 果酒的制作 果醋的制作
主要菌种 酵母菌 醋酸菌
原理 果酒:酵母菌的无氧呼吸
果醋:醋酸菌有氧呼吸
(1)当氧气、糖源都充足时,糖→醋酸
(2)当缺少糖源时,乙醇→乙醛→醋酸
实验流程 挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒 挑选葡萄→冲洗→榨汁→醋酸发酵→果醋
温度 18~25℃ 30~35℃
氧的需求 前期需氧,后期不需氧 需充足氧
提示 在果酒制作过程的前期通入空气或在发酵瓶中留有一定的空间(大约1/3),可以给酵母菌提供氧气,使其进行
有氧呼吸,为酵母菌的生长、增殖提供能量,酵母菌迅速增殖,缩短发酵时间。在生产酒精的阶段要求严格的无氧环境,此阶段如果有氧,则会抑制酒精发酵。
果醋制作过程中要求始终通氧,因为醋酸菌是好氧细菌,缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响,另外醋酸的生成也会受到影响。




知识拓展:

1、注意问题:充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的;排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的;出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。


2、特别提醒:在葡萄酒的自然发酵过程中,起主要作用的事附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。发酵过程中,随着酒精度地提高,红葡萄皮的色素也进入发酵液,使葡萄酒呈深红色。在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌能大量生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。
3、注意事项:
(1)果醋的制作需用醋酸菌,醋酸菌是一种好氧菌,所以在制作过程中需通氧气;当氧气、糖源充足时,醋酸菌可将葡萄糖氧化成醋酸;醋酸菌的呼吸作用为严格的有氧呼吸。
(2)防止发酵液被污染的方法:
①榨汁机要清洗干净,并晾干
②发酵瓶要清洗干净,用体积分数为70%的酒精消毒
③装入葡萄汁后,封闭充气口
④发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接
(3)榨汁机要清洗干净并晾干;将先冲洗后除梗的葡萄放入冲洗晾干的榨汁机内进行榨汁。
(4)产醋最多的措施:往果酒中加入变酸的酒表面的菌膜,并通气。醋酸菌能将葡萄汁中的糖分解成醋酸的条件:氧气、糖源充足。
(5)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时,正确的操作是给发酵装置适时排气。
(6)发酵条件:葡萄汁装入发酵瓶时,要留有约1/3的空间;制葡萄酒的过程中,除在适宜的条件下,时间应控制在10d~12d左右;制葡萄醋的温度要比制葡萄酒的温度高些,但时间一般控制在7d~8d左右。
(7)酒精与重铬酸钾在酸性条件下发生的颜色反应为灰绿色。
微生物的实验室培养:

1.培养基的概念、种类及营养构成
(1)概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出的供其生长繁殖的营养基质。

(3)营养构成:各种培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐,此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。
2.无菌技术
(1)关键:防止外来杂菌的入侵。
(2)具体操作
①对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒。
②将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。
③为避免周围环境中微生物的污染,实验操作应在酒精灯火焰附近进行。
④实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。
(3)消毒和灭菌
消毒 灭菌
概念 使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生物(不包芽孢和孢子) 使用强烈的理化因素杀死物体内外所用的微生物(包括芽孢和孢子)
常用方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法、化学药剂消毒法、紫外线消毒法 灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌
适用对象 操作空间、某些液体、双手等 接种环、接种针、玻璃器皿、培养基等
3、制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的方法:计算、称量、溶化、灭菌、倒平板。
4、接种方法:平板划线法和稀释涂布法。
(1)平板划线操作:
①挑取他含菌样品:选用平整、圆滑的接种环,按无菌操作法挑取少量菌种。
②划A区:将平板倒置于煤气(酒精)灯旁,左手拿出皿底并尽量使平板垂直于桌面,有培养基一面向着煤气灯(这时皿盖朝上,仍留在煤气灯旁),右手拿接种环先在A区划3—4条连续的平行线(线条多少应依挑菌量的多少面定)。划完A区后应立即烧掉环上的残菌,以免因菌过多而影响后面各区的分离效果。在烧接种环时,左手持皿底并将其覆盖在皿盖上方(不要放入皿盖内),以防止杂菌的污染。
③划其他区:将烧去残菌后的接种环在平板培养基边缘冷却一下,并使B区转到上方,接种环通过A区(菌源区)将菌带到B区,随即划数条致密的平行线。再从B区作C区的划线。最后经C区作D区的划线,D区的线条应与A区平行,但划D区时切勿重新接触A、B区,以免极该两区中浓密的菌液带到D区,影响单菌落的形成。随即将皿底放入皿盖中。烧去接种环上的残菌。
④等平板凝固后,将平板倒置。
(2)稀释涂布法:是将菌液进行一系列的梯度稀释,然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面,在适宜条件下培养。在稀释度足够高的菌液里,聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞,从而能在培养基表面形成单个的菌落。能够测定样品中活菌数的方法是:稀释涂布平板法。

纯化大肠杆菌的无菌操作和菌种保存:

1.大肠杆菌
(1)特性:革兰氏阴性、兼性厌氧的肠道杆菌。
(2)用途:是基因工程技术中被广泛采用的工具。
2.制备牛肉膏蛋白胨固体培养基
(1)计算:依据是培养基配方的比例。
(2)称量:牛肉膏比较黏稠,可同称量纸一块称取。牛肉膏和蛋白胨易吸潮,称取时动作要迅速,称后及时盖上瓶盖。
(3)溶化:牛肉膏和称量纸+水加热取出称量纸→加蛋白胨和氯化钠→加琼脂(注意:要不断用玻璃棒搅拌,防止琼脂糊底而导致烧杯破裂)→补加蒸馏水至100mL。

3.纯化大肠杆菌
(1)方法
①平板划线法:通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面。
②稀释涂布平板法:将骏业进行一系列的梯度稀释,然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面,进行培养。
(2)鉴定:将接种后的培养基和一个未接种的培养基(对照组)都放入到37℃恒温箱中,培养12h和24h后,分别观察并记录结果。
(3)菌种保存
临时保存法 甘油管藏法
适用对象 频繁使用的菌种 长期保存的菌种
培养及类型 固体斜面培养基 液体培养基
温度 4℃ -20℃
方法 菌落长成后于冰箱中保存,每3~6个月将菌种从旧的培养基转移到新鲜培养基上 将培养的菌液与等体积灭菌后的甘油混合均匀后于冷冻箱内保存
缺点 菌种易被污染或产生变异


知识点拨:

1、无菌技术操作原则:
(1)操作前准备:
①操作环境应清洁、宽敞、定期消毒;物品布局合理;无菌操作前半小时应停止清扫工作、减少走动、避免尘土飞扬。
②工作人员应做好个人准备,戴好帽子、口罩,修剪指甲并洗手,必要时穿无菌衣、带无菌手套。
(2)操作中保持无菌
①工作人员应面向无菌区,手臂应保持在腰部或操作台台面以上,不可跨越无菌区避免面对无菌区谈笑、咳嗽、打喷嚏。
②用无菌持物镊取用物品;无菌物品一经取出,即使未用,也不可放回无菌容器内;一套无菌物品仅供一位患者使用,避免交叉感染。 ③无菌操作中,无菌物品疑有污染或已被污染,应予更换并重新灭菌。
(3)无菌物品保管:
①无菌物品必须与非无菌物品分开放置。
②无菌物品不可暴露于空气中,应存放于无菌包或无菌容器中,无菌包外须标明物品名称、灭菌日期,并按失效期先后顺序排放。
③定期检查无菌物品的灭菌日期及保存情况。无菌包在未被污染的情况下保存期一般为7天,过期或受潮应重新灭菌。
2、划线分离操作中的有关问题:
(1)在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环,在划线操作结束时,仍然需要灼烧接种环。
第一次灼烧 每次划线之前灼烧 划线结束灼烧
目的 避免接种环上可能存在的微生物污染培养基 杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种 杀死接种环上残留的菌种,避免细菌污染或感染操作者
②在灼烧接种环之后,要等其冷却后再进行划线,以免接种环温度太高,杀死菌种。
③在进行第二次以及其后的划线操作时'要从上一次划线的末端开始划线。每次划线后,线条末端细菌的数目比线条起始处要少,每次从上一次划线的末端开始,能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少,最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
(2)进行恒温培养时,要将培养皿倒置的原因如果正放培养皿,则皿盖上形成的水滴会落入培 养基表面并且扩散开。如果培养皿中已形成菌落,则茵落中的细菌会随水扩散,菌落间相互影响,很难再分成单菌落,达不到分离的目的。因此恒温培养时,培养皿必须倒置。
(3)培养后判断是否有杂菌污染的方法
①从菌落的形态看,是否湿润、透明、黏稠,呈何种颜色等等,是区别细菌、酵母菌、放线菌和霉菌的关键指标。
②用显微镜镜检观察其形态、大小,看是否有菌丝、孢子、芽孢等,这也是区别细菌、酵母菌、放线菌和霉菌的关键指标。

知识拓展:

1、对异养微生物来说,含C、N的化合物既是碳源,也是氮源,即有些化合物作为营养要素成分时并不是起单一方面的作用。
2、并不是所有微生物都需添加特殊营养物质,有些微生物需添加,原因是它们自身缺乏合成这些物质所需要的酶或合成能力有限。
3、含抗生素的牛奶不能发酵为酸奶的原因:牛奶发酵成酸奶是利用乳酸菌来完成的,乳酸菌属于细菌,
4、化学药剂的消毒方法,其作用原理是使细菌体内蛋白质变性,但是化学物质很难透过孢子或芽孢的坚硬外层进入细胞内,因此化学方法难以消灭孢子和芽孢。
5、体积分数为70%的乙醇杀菌效果最强,浓度过低,杀菌力弱,浓度过高,使菌体表面蛋白质凝固形,成一层保护膜,乙醇分子不能渗入其内,因此杀菌效果受影响。
6、倒平板的方法:右手持盛培养基的试管或三角瓶置火焰旁边,用左手将试管塞或瓶塞轻轻地拨出,试管或瓶口保持对着火焰;然后用右手手掌边缘或小指与无名指夹住管(瓶)塞(也可将试管塞或瓶塞放在左手边缘或小指与无名指之间夹住。如果试管内或三角瓶内的培养基一次用完,管塞或瓶塞则不必夹在手中)。左手拿培养皿并将皿盖在火焰附近打开一缝,迅速例入培养基约15mL,加盖后轻轻摇动培养皿,使培养基均匀分布在培养皿底部,然后平置于桌面上,待凝后即为平板。
7、在斜面培养基上接种时,其正确的操作顺序:
①用左手大拇指、食指和无名指夹住菌种试管和待接种的斜面试管,管口并齐,使斜面向上成水平状态
②右手拧松棉塞,但不取下
③右手拿接种环,在火焰上灼烧灭菌
④在火焰边用右手无名指和小指夹两个棉塞,将它们取下,同时左腕转动,灼烧管口一周
⑤将接种环伸入管内,让环先接触培养基上未长菌的部位,使环冷却,然后轻轻挑取少量菌体
⑥在火焰旁边迅速将沾有菌体的接种环伸到培养基的底部,由里向外轻轻画蛇形细线
⑦抽出接种环,再用火焰灼烧管口,并在火焰上方将棉塞塞上
8、自养型微生物与异养型微生物的培养基的主要差别在于碳源。
9、平菇培养的操作程序:配制棉籽壳培养基,高压蒸汽灭菌,接种,培养。
10、菌种的保存:对于频繁使用的菌种,可以采用临时保藏的方法;临时保藏的菌种一般是接种到试管的固体斜面培养基上;临时保藏的菌种容易被污染或产生变异;在临时保藏过程中,每3~6个月都要重新将菌种从旧的培养基上转移到新鲜的培养基上;


细胞核酶的固定化:

1、概念: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。
2、固定方法:
名称 原理 图示 适用范围
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 多用于细胞的固定
化学结合法 利用共价链、离子键将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上 多用于酶的固定
物理吸附法 欧诺个过物理吸附作用,把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上

3、载体:包埋法 固定化细胞常用的是不容于水的多孔性载体材料,如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
4、优点:
(1)固定化酶优点:使酶既能与反应物接触,又能与产物分离,还可以被反复利用。
(2)固定化细胞优点:成本更低,操作更容易,可以催化一系列的化学反应。
5、固定化没的反应实例——生产高果糖浆
(1)高果糖浆的生产原理

(2)葡萄糖异构酶的固定:将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上,装入反应柱中。
(3)高果糖浆的生产操作:(如图)从反应柱上端注入葡萄糖溶液,从下端流出果糖溶液,一个反应拄可连续使用半年。
6、固定化细胞的应用实例——固定化酵母细胞


知识点拨:

1、注意事项
(1)配制海藻酸钠溶液:小火、间断加热、定容,如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。
(2)海藻酸钠溶液与酶母细胞混合:冷却后再混合,注意混合均匀,不要进入气泡
(3)制备固定化酵母细胞:高度适宜,并匀速滴入
(4)刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间,以便Ca2+与Na+充分交换,形成的凝胶珠稳定。检验凝胶珠是否形成,可用下列方法:用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果不容易破裂,没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠,还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打,如果凝胶珠很容易弹起,也表明制备的凝胶珠是成功的。
(5)凝胶珠的颜色和形状
如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色,说明海藻酸钠的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少;如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。
(6) 海藻酸钠在水中溶解的速度较慢,需要通过加热促进其溶解。溶解海藻酸钠,最好采用小火间断加热的方法。例如,加热几分钟后,从石棉网上去下烧杯冷却片刻,并不断搅拌,再将烧杯放回石棉网继续加热,如此重复数次,直至海藻酸钠完全溶化。如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。
2、酵母菌活化时体积会变大,因此活化前应选择体积足够大的容器,防止酵母菌细胞的活化液溢出。
3、海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键,因为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量少,也会影响实验效果。
4、溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊。
 5、将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温,再与酵母菌混合,避免高温杀死酵母细胞。
发现相似题
与“酵母菌与人们的日常生活密切相关,也是现代生物技术研究常用...”考查相似的试题有: