高中生物选修一制备固定化酵母细胞

酵母细胞固定化实验中的几点体会作者：周晓梅来源：《新课程·教师》2012年第11期摘要：酵母细胞固定化实验是高中生物选修一中的一个操作实验。

本实验旨在通过学生动手操作了解固定化细胞的包埋法，并在活动中理解和体会生物技术的魅力和与生活的密切关系。

正确地选择实验材料和配方，合理地改良实验步骤是实验成功的关键。

关键词：酵母细胞固定化；实验；体会酵母细胞固定化实验是高中生物选修一中的一个操作实验。

通过必修一和选修一的学习，学生已经掌握了酶的概念、特性、影响活性的因素、传统发酵技术等有关知识和酶制剂在生产中的一些应用，也了解了固定化酶和固定化细胞技术及其应用。

本实验旨在通过学生动手操作了解固定化细胞的包埋法，并在活动中理解和体会生物技术的魅力和与我们生活的密切关系。

经过几轮学生实验和师生探讨研究，我们认为正确地选择实验材料和试剂配方，合理地改良实验步骤是实验成功的关键。

下面谈谈我的几点体会。

一、选择适合配方本试验成功的关键是海藻酸钠溶液的配置，其配方在不同的教材中存在差异。

苏教版教材中海藻酸钠溶液的配方是：4克聚乙烯醇和0.2克海藻酸钠，加入40ml无菌水，适当加热至完全溶化。

聚乙烯醇是一种胶黏剂，它和海藻酸钠构成的联合载体包埋效果较好，但是聚乙烯醇对人体有害，吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害，对眼睛和皮肤有刺激作用。

人教版上的配方：称取0.7g海藻酸钠，放入10ml水加热溶解。

由于人教版的配方简单易行，我们选择了人教版的配方。

二、实验操作中遇到的问题1.关于加热本实验中海藻酸钠为固体粉末，需要加热促进其溶解。

人教版中直接用酒精灯对烧杯进行加热，为防止海藻酸钠焦糊要用小火，或者间断加热。

通过学生实验我们发现中这种方法不易操作，学生不好掌握间断加热的时间间隔，造成加热时间延长，是整个实验时间加长。

经过探讨我们改用水浴加热：在酒精灯石棉网上放一个500ml大烧杯，向烧杯中注入事先加热至70℃～80℃的热水，另取一个50ml小烧杯，向小烧杯中加入海藻酸钠和蒸馏水，将小烧杯放入大烧杯中水浴加热，并边加热边搅拌，可大大缩短加热时间。

高中生物选修1课题1 果酒和果醋的制作一、实验原理1．酵母菌的细胞呼吸 酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，表达式为：C 6H 12O 6+O 2→CO 2+H 2O+能量酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，表达式为：C 6H 12O 6→C 2H 5OH+CO 2+能量2．酵母菌发酵的最佳环境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。

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。

20℃左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵的最佳温度是在18℃～25℃，pH 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。

表达式为：C 2H 5OH→CH 3COOH+H 2O ；当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。

醋酸菌生长的最佳温度是在30℃～35℃二、实验步骤1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。

先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭消毒，晾干待用。

2. 取葡萄500 g ，去除枝梗和腐烂的子粒。

3. 用清水冲洗葡萄1～2遍除去污物，注意不要反复多次冲洗。

4. 用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。

如果没有合适的发酵装置，可以用500 mL 的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。

5. 将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。

6. 由于发酵旺盛期CO 2的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。

如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖2～4次，进行排气。

7. 10 d 以后，可以开始进行取样检验工作。

例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。

8. 当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至30～35 ℃的条件下发酵，适时向发酵液中充气。

高三生物酶的应用试题答案及解析1.下列有关制备固定化酵母细胞叙述错误的是A．在向溶化好的海藻酸钠溶液中加入的必须是已活化的酵母细胞B．溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，才能加入细胞C．溶解海藻酸钠，最好采用小火，或者持续加热的方法D．在固定化酵母细胞的过程中，要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中【答案】C【解析】向溶化好的海藻酸钠溶液中加入的必须是已活化的酵母细胞，A正确。

溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，才能加入细胞，否则细胞会死亡，B正确。

溶解海藻酸钠，采用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶解，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊，C错。

以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形，D正确。

【考点】本题考查制备固定化酵母细胞相关知识，意在考查考生能理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构能力。

2.下列有关生物技术实践应用的叙述，正确的是（）A．固定化酶技术在多步连续催化反应方面优势明显B．与自然发酵相比，人工接种发酵获得的产品品质更好C．相同pH时，加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉D．向鸡血细胞中加入冷却的95%的酒精，可以获得无杂质的DNA【答案】B【解析】固定化酶技术固定的是一种酶只能催化一种或一类反应，不能多步连续催化反应，A错误；人工接种发酵所用的菌种好于自然菌种，所以发酵获得的产品品质更好，B正确；适宜PH条件下加酶洗衣粉洗涤效果才能好于普通洗衣粉，C错误；向鸡血细胞中加入冷却的95%的酒精，可以对DNA进行粗提纯，D错误。

【考点】本题考查有关生物技术实践应用的相关知识，意在考查考生能理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构的能力。

3.下列对果胶酶的作用的叙述中,错误的是( )A．果胶酶是一种催化剂,可以改变反应速度B．在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清C．果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸D．果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层【答案】C【解析】果胶酶是一种催化剂,可以改变反应速度,在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清,果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层,果胶酶不能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸,因为酶具有专一性。

【情景创设】酶是由细胞合成的，于是，又有人设想，能否将合成酶的细胞直接固定？自20世纪70年代，在固定化酶技术的基础上，又发展出了细胞固定技术。

与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。

在本课题中，我们将动手制备固定化酵母细胞，体会固定化酶的作用。

【问题设计】1、阅读课本p49回答：在葡萄糖异构反应中如果不将葡萄糖异构酶固定化，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响？2、什么叫固定化酶和固定化细胞技术？固定化酶和细胞的方法有哪些？酶和细胞分别多采用哪些方法固定？3、固定化酶催化的优点和缺点分别是什么？4、说说固定化细胞的优点和缺点？5、写出制备固定化酵母细胞的实验操作程序和配制海藻酸钠溶液时应该注意的事项？【达标检测】[必做]1、关于固定化酶技术说法正确的是（ ）A ．固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B ．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C ．固定化酶中的酶无法重复利用D ．固定化酶是将酶固定在一定空间的技术2、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。

如将从大肠杆菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）A ．温度B ．PHC ． 水分D ．营养3、下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是（ ）A ．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B ．固定化酶的应用中，要控制好pH 、温度和溶解氧C ．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件【使用时间】 第 6 周 第 1 课时 【编辑】赵玉立 任丽伟【审核】刘萍萍 【编号】2262021 【主题】 专题四 课题3 酵母细胞的固定化 2012.03.22D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物4、下列不属于固定化酶在利用时的特点的是（）A．有利于酶与产物分离 B．可以被反复利用C．能自由出入依附的载体D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应[选做]某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。

实验一酵母细胞的固定化一、实验原理与目的原理：固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或者细胞固定在一定空间的技术，包括包埋法，化学结合法（将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上）和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。

常用的包埋载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维和聚丙烯酰胺等。

本实验选用海藻酸钠作为载体包埋酵母菌细胞。

目的：了解细胞固定化的原理；掌握酵母细胞固定化实验操作。

二、仪器与用具仪器：50ml烧杯、200ml烧杯、玻璃棒、量筒、酒精灯、石棉网、针筒、三角瓶、水浴锅、恒温箱。

化学材料：活化酵母菌（酵母悬液）、蒸馏水、无水CaCl2、海藻酸钠、葡萄糖。

三、试剂配制1、0.05mol/L的CaCl2溶液150ml；2、海藻酸钠溶液：每0.7g海藻酸钠加入10ml水加热溶液成糊状；3、10%葡萄糖溶液150ml。

四、实验方法与步骤1、干酵母活化：1g干酵母+10ml蒸馏水→50ml烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。

2、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已经活化的酵母细胞，用玻璃棒充分搅拌混合均匀。

3、固定化酵母细胞：用20ml注射器吸取海藻酸钠与酵母细胞混合液，在恒定的高度（建议距液面12~15cm处，过低凝胶珠形状不规则，过高液体容易飞溅），缓慢将混合液滴加到CaCl2中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。

将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。

4、固定化酵母细胞发酵：用5ml移液器吸取蒸馏水冲洗固定好的凝胶珠2~3次，然后加入装有150ml10%葡萄糖溶液的三角瓶中，置于25℃发酵24h，观察结果。

实验开始时，凝胶球是沉在烧杯底部，24h后，凝胶球浮在溶液悬浮在上层，而且可以观察到凝胶球并不断产生气泡，说明固定化的酵母细胞正在利用溶液中的葡萄糖产生酒精和二氧化碳，结果凝胶球内包含的二氧化碳气泡使凝胶球悬浮于溶液上层。

五、结果观察：打开瓶盖，闻气味，观察葡萄糖液中的变化。

【果酒和果醋的制作】一、果酒制作原理1．原理：微生物:___________,主要繁殖方式：_________代谢类型___________。

在有氧条件下，可以进行 呼吸，大量_______，反应式为：_____________________________________；在无氧条件下，进行 (或无氧呼吸)，反应式为：________________________________________。

2．条件：酵母菌繁殖最适温度为 ，酒精发酵时一般控制在 ℃。

3.菌种来源： 二、果醋制作原理1．原理：微生物:___________,繁殖方式：_________代谢类型___________。

对氧气含量特别敏感。

中断通入氧气，会引起______________；当氧气、糖源充足时，醋酸菌将葡萄汁中的 分解成 ，其反应式为 ；当缺少糖源时，醋酸菌将 变为乙醛，再将乙醛变为 ，其反应简式为：________________________________________________。

2．条件：醋酸菌的最适生长温度为 ℃，此外还需要充足的 。

3．菌种来源：可从食醋中分离；到生产食醋的工厂或菌种保藏中心购买。

三、实验设计流程图四、关键操作步骤1．材料的选择与处理：选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，但不能2．防止发酵液被污染：榨汁机要清洗干净，并晾干；发酵装置要清洗干净，并用70%的酒精 ；装入榨好的葡萄汁后， 。

3．控制好发酵条件：将葡萄汁装入发酵瓶，留大约 的空间。

制葡萄酒的过程中，将温度严格控制在 ℃，时间控制在 天左右；制葡萄醋的过程中，将温度严格控制在 ℃，时间控制在 天左右，并注意适时通过充气口 。

五、结果分析与评价可通过嗅闻、观察和品尝初步鉴定。

(可能的结果如下)酒精发酵 醋酸发酵 气味和味道酒味 酸味 气泡和泡沫有气泡和泡沫 无气泡和泡沫 发酵液状态 浑浊 浑浊，液面形成白色菌膜六、课题延伸：发酵后是否有酒精产生，可用 来检验。