2019-2020学年人教版生物选修一课时分层作业11　酵母细胞的固定化

2019-2020学年人教版生物选修一课时分层作业11　酵母细胞的固定化

课时分层作业(十一) 酵母细胞的 固定化 (建议用时：35 分钟) [基础达标练] 1．下图所示的固定化方式中，适宜固定化酶的是( ) A．①②③ B．①② C．②③ D．①③ D [固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法。] 2．下列关于固定化技术的叙述，不正确的是( ) A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易 B．固定化细胞比固定化酶对酶活性影响更小 C．固定化细胞固定的是一种酶 D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞 C [在应用操作过程中，固定化细胞固定的是一系列酶，比固定化酶更容易、 更便捷，对酶活性影响更小，可使发酵过程变成连续反应过程。] 3．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( ) A．固定化酶可以实现对酶的重复利用 B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素 C．固定化细胞中的酶可催化一系列的化学反应 D．利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包埋法 B [固定化酶可以实现对酶的重复利用；固定化酶可以与反应物充分接触， 因此固定化酶应用过程中不存在溶解氧交换受阻；固定化细胞固定了一系列酶， 因此其中的酶可催化一系列的化学反应；利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包 埋法。] 4．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2 溶液的作用是( ) A．用于调节溶液 pH B．用于进行离子交换 C．用于胶体聚沉 D．用于为酵母菌提供 Ca2＋ C [海藻酸钠胶体在 CaCl2 这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶 珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体 颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。] 5．下列有关利用固定化酶技术生产高果糖浆的说法不正确的是( ) A．葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖 B．从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖 C．高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病，对人类 的健康更有益 D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可从糖浆中回收 B [用固定化酶生产高果糖浆过程中，反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗 粒通过，但是不影响反应物和产物的通过，因此下端流出的既有果糖，又有没反 应完的葡萄糖。] 6．制备好的凝胶珠是否符合应用要求，常用的检测方法有( ) ①挤压法 ②摔打法 ③观察法 ④培养法 A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③ D [检测凝胶珠是否合格，经常使用下列检测方法：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。还可以通过观察凝胶珠的颜色和形状来判断。] 7．下列有关固定化酵母细胞及使用过程中，错误的是( ) A．干酵母活化的时间大约为 1 小时 B．将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞 C．检测是否有酒精发酵的有效指标之一为是否有气泡发生 D．将海藻酸钠与酵母菌的混合液缓缓滴加到氯化钙溶液中，即形成固定化细 胞颗粒 C [检测是否有酒精发酵的有效指标之一是闻闻是否有酒味，因为酵母菌有 氧呼吸和无氧呼吸均可产生气体——CO2。] 8．关于固定化酶中酶的说法，正确的是( ) A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应 B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用 C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去 D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点 B [固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水 的载体上，可以反复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其 活性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。] 9．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 又发明了固定化酶与固定化细胞技术。 (1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是_____________________ _____________________________________________________。 与固定化酶技术相比，固定化细胞技术固定的是__________________ _____________________________________________________。 (2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，应使用下图中方法 [ ]________(填序号及名称)，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是 _____________________________________________________ _____________________________________________________。 ① ② ③ (3)制作固定化酵母细胞时，混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液 中形成凝胶珠。观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明海藻酸钠 溶液浓度________，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明___________________。 [解析] (1)将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反 复使用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。(2)海藻酸 钠不能参与化学反应，在高温时容易溶化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗 粒，是包埋酵母菌的好材料。 图示①为化学结合法，②为吸附法，③为包埋法。 固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法；固定化酵母细胞适宜用包埋法。(3)凝 胶珠是用溶化后冷却的海藻酸钠与酵母菌混合后在 CaCl2 溶液中形成的。如果制 作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，形成的凝胶珠所 包埋的酵母菌细胞的数目少，影响实验效果；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆 形，说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再尝试。 [答案] (1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能 反复使用 多酶系统(或一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠 [③]包埋法 酶分子很 小，容易从包埋材料中漏出 (3)CaCl2 偏低 较少 海藻酸钠溶液浓度偏高，制 作失败 10．某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母 发酵产酒酒精度的比较，结果如下表。请回答下列问题： 产酒酒精度的比较 时间(d) 0 2 4 6 8 10 12 游离酵母 0 1.0 2.1 3.2 3.9 4.2 4.6 固定化酵母 0 2.5 4.2 5.0 5.4 6.0 6.4 (1)制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化→__________________→配制 海藻酸钠溶液→____________________→固定化酵母细胞。 (2)影响实验成败的关键步骤是____________________， 此步的操作应采用____________________________。 (3)钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸盐起______________________的作用。 (4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定 时记录发酵液中酒精度的变化。 ①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是______________，要求条 件相同是为了确保______________________。 ②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发 酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要________。 [解析] 制备固定化酵母细胞的实验步骤为：酵母细胞的活化→配制 CaCl2 溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞；该 实验的关键是配制海藻酸钠溶液。海藻酸盐起载体的作用，用于包埋酵母细胞。 酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程，需要在适宜的温度、pH 等条件下进 行，两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相同，且遵循单一变量原则。由 表可知，在 12 d 的发酵时间里，固定化酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 6.4 度，游 离酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 4.6 度，而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第 4 d 即达到 4.2 度，表明其延迟期短。 [答案] (1)配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 CaCl2 溶液 海藻酸钠溶液与 酵母细胞混合 (2)配制海藻酸钠溶液 小火或间断加热 (3)包埋酵母细胞(或载体) (4)①适宜的温度、pH 等 单一变量 ②短 [能力提升练] 11.如图表示某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是 ( ) A．实验中所用的固定化果胶酶由海藻酸钠直接包埋获得 B．为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后应瞬间高温灭菌 C．通过控制阀调节苹果汁流出的速率，保证反应充分进行 D．固定化果胶酶不可重复使用，每次生产前应重新填装反应柱 C [酶的固定化一般不用包埋法，A 错误；瞬间高温灭菌会使固定化酶失去 活性，B 错误；加入苹果汁后可关闭控制阀一段时间，再通过减慢苹果汁流出的 速率，让底物与酶充分接触，使反应充分进行，C 正确；固定化果胶酶可重复使 用，D 错误。] 12．下列关于配制海藻酸钠溶液的措施，正确的是( ) A．用酒精灯加热，加热时不能搅拌 B．由于海藻酸钠溶解速度快，所以不用加热 C．海藻酸钠在水中溶解的速度慢，需用酒精喷灯加热 D．采用小火或间断加热，促进溶解，防止发生焦糊 D [海藻酸钠采用小火或间断加热，需搅拌防止焦糊；酒精喷灯产生高温火 焰，主要用于需强热的实验，此实验中不使用。] 13．下列属于固定化酶应用特点的是( ) ①可以被反复使用 ②有利于酶与产物分离 ③能自由出入载体 ④一种固 定化酶只催化一种酶促反应 ⑤酶多用包埋法固定化 A．①②③ B．③⑤ C．①②④ D．①②⑤ C [酶被固定后可与产品分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。 通常情况下，固定化酶种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。] 14．某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定α淀粉酶来探究固定化酶的 催化效果。实验结果见表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α淀粉酶量相 同)。实验表明 1 号试管中淀粉未被水解，你认为最可能的原因是( ) 比较项目 1 号试管 2 号试管 固定化淀粉酶 √ 普通α淀粉酶 √ 淀粉溶液 √ √ 60 ℃保温 5 分钟，取出冷却至室温，滴加碘液 现象 变蓝 不变蓝 A．实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性 B．淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触 C．水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解 D．实验程序出现错误，试管中应先加入碘液后保温 B [由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物质，它不能通过琼 脂与酶充分接触，导致淀粉不能被水解而遇碘液呈现蓝色。] 15．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。如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，包括酶活性和酶的数量)。分析回答： (1)酶的固定化技术的应用最主要的目的是________。 (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，酶活力较低原因可能是________________________________。 (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 重复使用________次后酶活力明显下降。 (5)研究人员固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是同时用戊二醛作交 联剂，这是因为________________________。 [解析] (2)通过分析甲图可知，固定化酶与游离酶相比，固定化酶对温度变 化的适应性更强且应用范围较广。(3)乙图曲线表明浓度为 3%的海藻酸钠包埋效 果最好，此时的酶活力最高。当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏 出，数量不足，因此酶活力较低。(4)由丙图可知，固定化酶的活力随使用次数的 增多而下降，且在使用 3 次以后，酶活力显著下降。(5)由于小麦酯酶分子很小， 很容易从包埋材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是采 用双重固定法。 [答案] (1)解决酶的回收和再利用的困难 (2)固定化酯酶比游离酯酶对温度 变化适应性更强，且应用范围较广 (3)3% 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶 分子容易漏出，数量不足 (4)3 (5)酶分子过小，很容易从包埋材料中漏出