高中生物利用生物净化原理治理环境污染综合题

阅读资料，完成后面的问题。
资料一：单细胞蛋白（ single cell protein，SCP）是指通过培养大量细菌、酵母、真菌或藻类，从中提取出的蛋白质或生物菌体，可直接作为一种人和动物的蛋白来源添加到人类食品和动物饲料中。
资料二：对柑橘果实加工后剩下的新鲜皮渣处理成为许多加工厂亟需解决的问题，柑橘皮渣含大量果胶、纤维素和半纤维素，并且可能作为一种发酵基质。
资料三：有科学家设想可以柑橘皮渣为原料，筛选合适的微生物和提供适宜发酵条件，生产单细胞蛋白质来作为动物饲料使用。
（1）单细胞蛋白可直接作为蛋白质来源添加到动物饲料的原因是蛋白质是细胞__    （干重，鲜重）中含量最高的物质。
（2）柑橘皮渣中的纤维素可以为微生物的培养提供        。
（3）我们分别使用四种类型的酵母进行发酵，并测定发酵前后的粗蛋白和真蛋白含量得到下表：

注：CP:粗蛋白，TP：真蛋白。
从表中来看，有3种酵母均可显著提高发酵产物的粗蛋白质和真蛋白质含量，从粗蛋白质提高程度看，以     （填单株酵母菌株编号）效果最好，但以真蛋白质来看，则以        最好。
（4）进一步研究表明，使用酵母和霉菌混合发酵的效果更好，其原因可能是混合发酵时，霉菌产生的      酶和        酶可以分解发酵原料中细胞壁成分，其分解产物除了可以保障自身生长外，还可促进酵母生长。
（5）以下为研究发酵条件的部分实验，在这三组实验中，自变量为____       ，无关变量是          。

幽门螺杆菌（Hp）感染是急慢性胃炎和消化道溃疡的主要致病因素。在患者体内采集样本并制成菌液后，进行分离培养。实验基本步骤如下：

请回答：
（1）在生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生物的培养基，称做______________。
（2）配制培养基时，要加入尿素和 __________指示剂，这是因为Hp含有___________，它能以尿素作为氮源；若有Hp，则菌落周围会出现____________色环带。
（ （3）步骤X表示__________。在无菌条件下操作时，先将菌液稀释，然后将菌液____________到培养基平面上。菌液稀释的目的是为了获得_______菌落。
（4）临床上用¹⁴C呼气试验检测人体是否感染Hp，其基本原理是Hp能将¹⁴C标记的____________分解为NH₃和¹⁴CO₂。

如图表示大肠杆菌细胞中组成核糖体的蛋白质（简称RP）的合成及调控过程。RP基因操纵元是控制核糖体蛋白质合成的DNA分子片段，RBS是核糖体结合位。请回答下列问题：

（1）RP基因操纵元的基本组成单位是______________；①过程发生的场所是______________。
（2）过程②合成的RP1的多肽有一段氨基酸序列为“﹣丝氨酸﹣组氨酸﹣谷氨酸﹣”，转运丝氨酸、组氨酸和谷氨酸的tRNA上的相应碱基序列分别为AGA、GUG、CUU，则决定该氨基酸序列的基因的碱基序列为__________。
（3）核糖体主要由______________等物质构成，图中核糖体沿着mRNA的移动依次合成的有关物质是______________等（用图中所示物质表示），当细胞中缺乏rRNA时，RP1与RBS结合，导致RBS被封闭，引起的后果是______________，通过这种调节机制可以避免______________。
（4）大肠杆菌细胞中的RNA，其功能有______________ （多选）。
A．作为遗传物质  B．传递遗传信息    C．转运氨基酸    D．构成核糖体

请利用所给的含有大肠杆菌生长所需各种营养成分的培养基（分别含³²P标记的核苷酸和³⁵S标记的氨基酸）、大肠杆菌菌液、T₂噬菌体进行实验，证明DNA是遗传物质。实验过程如下。
步骤一：分别取等量含³²P标记的核苷酸和含³⁵S标记的氨基酸的培养基装入两个相同培
养皿中，并分别编号为甲、乙；
步骤二：在两个培养皿中接入          ，在适宜条件下培养一段时间；
步骤三：放入               ，培养一段时间，分别获得            和            标记的噬菌体；
步骤四：用上述噬菌体分别侵染                大肠杆菌，经短时间保温后，用搅拌器
搅拌、放人离心管内离心；
步骤五：检测放射性同位素存在的主要位置。
预测实验结果：

（1）在甲培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌，搅拌、离心后结果如        图。
（2）在乙培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌，搅拌、离心后结果如        图。
实验结论：           

人和哺乳动物的尿中含有尿素，大量尿素的存在会对环境造成污染。土壤中有些细菌含有脲酶，可通过降解尿素作为其生长的氮源。现对土壤中的这类细菌进行分离实验，请回答下列问题：
（1）分离培养细菌时必须进行无菌操作，包括培养基和各种器皿都必须是无菌的，培养基常用的灭菌方法有    。
（2）将样液进行一系列的梯度稀释，然后接种培养。在稀释土壤溶液的过程中每一步都要在    旁进行操作。接种后的培养皿    于37℃的恒温培养箱中培养。
（3）用含有酚红指示剂的培养基筛选能分泌脲酶的细菌，从功能上划分该培养基属于_    ___培养基。若培养基中存在有分解尿素的细菌，其菌落周围会出现红色环带，这是由于尿素被分解产生的氨使pH升高，酚红指示剂产生的颜色变化，从而证明这一菌株可以尿素为氮源。变色区域越大，表明该菌株利用尿素的能力____。

请回答下列有关生物技术实践的相关问题：
Ⅰ．生物柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化学燃料的消耗。科学家发现，在微生物M产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油（如下图）。

（1）用于生产生物柴油的植物油不易挥发，宜选用_________、_________等方法从油料作物中提取；筛选产脂肪酶的微生物M时，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供_________，培养基灭菌采用的最适方法是__________法。
（2）测定培养液中微生物数量，可选用________________法；从微生物M分离提取的脂肪酶通常需要检测_______，以确定其应用价值。
Ⅱ．三七是一种名贵中药，其有效成分是三七皂苷，可用萃取法提取。
（1）为了提高提取率，提取前应对三七材料进行预处理，即对其进行______________。采用萃取法提取某有效成分时需要加热，一般不用酒精灯直接加热而用水浴加热，因为______________。
（2）工业化大量而快速生产三七以提取相关成分，可应用________技术，此过程会使用到__________等植物激素，对形成的愈伤组织应当测定其_______的含量。

炭疽病是由炭疽杆菌引起的一种人畜共患传染病，炭疽杆菌两端截平、呈竹节状排列，菌落呈卷发状。对炭疽病疑似患者，可根据噬菌体的宿主专一性，通过实验确诊。
(1)细菌培养：采集疑似患者的样本，分离培养，获得可疑菌落。
(2)细菌鉴定：实验流程如下图所示

①对配制的液体培养基需采取               方法灭菌；实验所用液体培养基的碳源为             (填“无机碳”或“有机碳”)。在提供主要营养物质的基础上，培养基还需要满足炭疽杆菌生长对      、     以及特殊营养物质的要求。
②挑选可疑菌落制片后，用            观察，可看到呈竹节状排列的杆菌。
③接种可疑菌后，35℃培养24小时，液体培养基变浑浊，原因是                ，对照组试管中应加入                ，与实验组同时培养6小时后，若实验组液体培养基的        比对照组低，则可明确疑似患者被炭疽杆菌感染；反之则排除。
④对排除的疑似患者及易感人群，可接种炭疽杆菌疫苗，刺激机体产生相应抗体。与产生抗体相关的细胞除T细胞、B细胞外，还有            、          。

饲养动物常用的植物饲料中含有难溶的植酸钙等物质，很难被动物吸收利用，还影响对其他营养物质的利用｡若在饲料中添加植酸酶，则能催化其水解成为可以吸收利用的磷酸盐等｡以下是科研人员从作物根部土壤中分离产植酸酶的菌株的过程示意图｡请分析作答｡

（1）培养基中除了添加    以外，应含有碳源、氮源、水、无机盐等基本营养物质｡
（2）为防止杂菌污染，要对培养基和培养皿等进行    ｡接种后须将培养皿呈    状态放置｡
（3）接种以前要进行的一系列操作，目的是在固体培养基表面形成    ｡根据土壤样品的稀释倍数和接种稀释液的体积，统计平板上的    就能大致推测出样品中的活菌数｡通常每种稀释液需涂布    个平板，取其平均值｡若将最后一个试管中的菌液每次吸取0.1mL涂布培养后获得平均值是C，则1g土壤中含有此菌的菌株数是    ｡
（4）若要对上述菌株进行纯化，通常使用的划线工具是    ;接种时，在第一区域划线后须将该工具    后再划线，在第二次划线时须从第一次划线的末端开始，这样做的目的是从上一区域获得菌种。
（5）产植酸酶的菌株会水解植酸钙，菌落的周围将形成透明的区域，根据透明区域的有无，可初步判断该菌是否产植酸酶｡实验结果显示A~E五种菌株中，    是产植酸酶最理想的菌株｡

【生物—选修1：生物技术实践】
Ⅰ.急慢性胃炎和消化性溃疡的主要致病因素是幽门螺杆菌（Hp）感染。在患者体内采集样本并制成菌液后，进行分离培养。基本步骤如下：配制培养基～倒平板～X～培养～观察。请回答：
（1）幽门螺杆菌培养的特殊条件是               。
（2）步骤X表示          。在培养时，需将培养皿         放在恒温培养箱中。
（3）可用于纯化培养Hp并计数的方法是                   。
Ⅱ.下图是家庭常用的酿酒装置，该装置构思巧妙，使用方便。请据此回答下列问题：

（1）酒精发酵阶段，铁锅1的作用是与铁锅2和无底木桶共同形成        的环境。
（2）酒精发酵过程中，不会有大量酒水混合物流出 ，试说明原因           。
（3）待发酵产生大量酒精后，还要将米酒与酒糟分离，从分离原理看，该装置是一个           装置，铁锅1在该装置中起的作用是           。

工业生产中会产生一些有机废水，某细菌X在生物处理废水中能发挥很大作用，现要要对其进行筛选。

培养液	NaNO3	牛肉膏	K2HPO4	MgSO4·7H2O	KCl	NiSO4
A	-	-	1g/L	1g/L	0.5g/L	0.01g/L
B	3g/L	3g/L	1g/L	1g/L	0.5g/L	0.01g/L
C	3g/L	-	1g/L	1g/L	0.5g/L	0.01g/L

（1）应选用上表中的      （填图中字母）培养液，解释不选用其他培养液的原因：a                                ，b                                  。
（2）接种前培养基必须进行         灭菌，为确定培养基灭菌是否彻底，可设置              的空白培养基为对照组；若要制作平板，常在培养液中加入           作为凝固剂，培养时，需将平板         放置。
（3）为获得单个菌落，某同学将细菌X接种到正确的培养基中，经培养后，其中一个平板的菌落分布如右图所示，该同学的接种方法是                        ，所用的接种工具是                ，该同学可能的操作失误是                                                        。

（4）对细菌X计数时，可吸取菌液１ml稀释1000倍，然后吸取稀释后的菌液0.2ml，接种于平板上培养，一段时间后观察到三个平板上的菌落数为61、62、63，则该菌液中的细菌X数量约为                个/ml。

(10分)微生物培养和发酵工程等在传统生物技术的运用中具有非常重要的地位。
(1)在设计发酵装置时，排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(2)为提高果酒的品质及节约成本.可采用固定化技术，微生物细胞的固定多采用＿＿＿法。在加工制作罐头、果汁时，＿＿＿酶可使浑浊的果汁变得澄清，从而提高果汁品质。
(3)微生物接种的方法很多，最常用的两种方法是＿＿＿＿＿＿＿＿＿，接种过程中，接种环和接种针等常用的灭菌方法是＿＿＿＿＿＿。
(4)制备培养基的过程中，倒平板是一个非常重要的环节。将融化的培养基倒入培养皿中以后，等到培养基凝固后，需将平板倒过来放置，使培养皿盖在下、皿底在上，目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(5)某同学在纯化土壤中的细菌时，发现培养基上的菌落连成一片，最可能的原因是＿＿＿＿＿＿。

法国科学家巴斯德发现导致葡萄酒变质的根源是发酵物中混入了杂菌。请回答下列关于微生物的分离、培养等一些问题。
（1）研究和应用微生物的前提是：                       。
（2）微生物的培养基配制一般都含有水、            和无机盐，在主要营养物质的基础上还要满足微生物生长对                 以及氧气的要求。
（3）微生物的消毒和灭菌：在菊花组织培养中，对外植体常用酒精和       进行消毒。在微生物培养中，对培养基常用      方法进行灭菌。对于空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质变性，还能         。
（4）微生物的应用：在葡萄酒的自然发酵过程中，运用吸附在葡萄皮上的野生酵母菌发酵产生酒精，请写出该过程的化学反应式：                   。
（5）微生物的接种：微生物接种的方法很多，最常用的是      和        。
（6）微生物的计数：根据培养基上出现的菌落数目和稀释倍数计算得出细菌数目往往比实际的数目低，原因是                      。

请分析回答有关微生物及其应用的问题：
Ⅰ、柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化石燃料的消耗。科学家发现，在微生物M产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油（如图1）。

（1）欲分离筛选出能分泌脂肪酶的微生物M，应选择下列固体培养基（仅列出了碳氮源）中的  。（填编号）
A．蛋白胨、柠檬酸铁铵     B．橄榄油、硫酸铵    C．乳糖、酵母膏      D．葡萄糖、蛋白胨
（2）微生物M分离提取的脂肪酶通常需要检测酶活性来确定其应用价值。为降低生物柴油生产成本，可利用________________技术使脂肪酶能够重复使用，比较图2中的三种工艺，最好选择_________ 工艺。
Ⅱ、苯酚是工业生产排放的有毒污染物质，自然界中存在着降解苯酚的微生物。研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株，筛选的主要步骤如图3所示，①为土壤样品。

（3）④为对照，微生物在④中不生长、在⑤中生长。④与⑤培养基的主要区别在于     ；使用    法可以在⑥上获得单个菌落。
（4）采用固体培养基培养细菌时为什么要倒置培养？                          。
Ⅲ、急性肠胃炎、手足口病分别是由细菌、病毒通过消化道进入人体导致的，因此检验饮用水的细菌含量和病毒含量是有效监控疾病发生的必要措施。
（5）检验大肠杆菌的含量时，通常将水样进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的水样用分别涂布到琼脂固体培养基的表面进行培养。在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空平板先行培养了一段时间，这样做的目的是                                  ；
（6）分别取0.1mL已稀释了10³倍的水样分别涂布到三个琼脂固体培养基的表面进行培养，培养基记录到大肠杆菌的菌落数分别为55、56、57，则每升原水样中大肠杆菌数为         个。
（7）噬菌斑（如图4）是在长满细菌的培养基上，由一个噬菌体侵染细菌后，不断裂解细菌产生的一个不长细菌的透明小圆区，它是检出噬菌体数量的重要方法之一。现利用连续取样、在培养基中培养的方法，测得噬菌体在感染大肠杆菌后数量变化曲线（图5）。下列有关该曲线的叙述中错误的是(     ) (多选，填编号)

A．曲线a～b段噬菌体数量不变，说明此阶段噬菌体还没有开始侵染细菌
B．曲线a～b段细菌细胞中正旺盛地进行细菌 DNA 的复制和有关蛋白质的合成
C．由b到c对应时间内噬菌体共繁殖了10代
D．限制c～d段噬菌斑数量增加的因素最可能是细菌已经绝大部分被裂解

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生物。
（1）制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和的______溶液中形成凝胶珠。若形成凝胶珠颜色过浅，则说明________。酵母细胞的固定化技术是包埋法，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______。
（2）利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可观察到的现象为______，同时会闻到酒味。利用酵母菌发酵产生酒精时要控制的必要条件是______。
（3）利用玉米秸杆生产酒精时，水解秸杆所用的纤维素酶可来自微生物。分离产生该酶的微生物时，所需要的培养基为________（按功能分），培养基中的碳源为______。微生物培养时对培养基常用________灭菌。

[生物——选修1：生物技术实践]（16分，每空2分）有些细菌可分解原油，从而消除由原油泄漏造成的土壤污染。某同学欲从受原油污染的土壤中筛选出能高效降解原油的菌株。回答问题：
（1）在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以    为唯一碳源的固体培养基上，从功能上讲，该培养基属于   培养基。
（2）纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有两种，即  和  。
（3）为了筛选出高效菌株，可比较单菌落周围分解圈的大小，分解圈大说明该菌株的降解能力   。
（4）通常情况下，在微生物培养过程中，实验室常用的灭菌方法有灼烧灭菌、        和      。无菌技术要求实验操作应在酒精灯 附近进行，以避免周围环境中微生物的污染。