选修1《生物技术与实践》
一、果酒和果醋的制作
1.果酒制作利用的微生物是酵母菌，该菌是兼性厌氧型的真菌（真核）。有氧条件：C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O +能量（条件：酶）；无氧条件：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量（条件：酶,场所：细胞质基质）。酒精发酵时一般将温度控制在18~25℃，pH大约在4.0~5.8。
2.果醋制作利用的微生物是醋酸菌，该菌是一种好氧型细菌（原核），即使短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌死亡。糖源充足时：C6H12O6→3CH3COOH；缺少糖源时：C2H5OH +O2→CH3COOH+H2O。醋酸菌的最适生长温度为30~35℃，pH大约在5.4~6.3。
3.实验流程：挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵（果酒）→醋酸发酵（果醋）。
装置各部分功能：①充气口：在酿酒时先打开，后关闭；在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。②排气口：在酒精发酵时用来排出CO2的。③出料口：用来取样和出料的。
制果酒时先通气是为了让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，建立种群优势；后断气是为了让酵母菌无氧呼吸产生酒精。果酒制作装置保持通气并提高温度可用于制作果醋。
4.葡萄应先冲洗再去梗，避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。家庭制作葡萄酒时，葡萄不能清洗得太干净，因为制酒过程需要的酵母菌来自葡萄表面的野生酵母菌。
5.装瓶时留有1/3的空间是为了防止发酵液溢出污染瓶口，并且酵母菌可以有氧呼吸大量繁殖。
6.用简易装置制作果酒适时拧松瓶盖目的是放出CO2，防止爆瓶。不能拧开，防止杂菌污染。
7.防止发酵液被污染：①榨汁机、发酵装置要清洗干净（可以用70%的酒精）；②每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全打开瓶盖。
8.果酒检测：①嗅味和品尝；②显微镜观察酵母菌；③酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。果醋检测：①观察菌膜的形成；②嗅味和品尝；③检测和比较醋酸发酵前后的pH；④显微镜观察发酵液中是否有醋酸菌。
9.葡萄酒一般呈深红色的原因：红葡萄皮的色素进入发酵液。
二、腐乳的制作
1.腐乳制作的微生物主要是毛霉（还有青霉、酵母、曲霉等）。原理：毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。温度：15~18℃。表面的“皮”是毛霉的匍匐菌丝。
2.腐乳制作的流程：让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制。
3.腐乳制作的豆腐一般选择含水量70%左右的豆腐，含水量过高不易成形，含水量过低不利于毛霉生长。
4.加盐的作用是：①析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬；②抑制微生物生长，发避免豆腐块腐败变质。（③调味；④浸提毛霉菌丝中的蛋白酶）。盐的用法用量：逐层加盐，随着层数的加高而增加盐量，接近瓶口表面的盐要铺厚一些。
5.加酒可以抑制微生物的生长，同时能使腐乳具有独特的香味。含量一般控制在12%左右。酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。
6.香辛料可以调制腐乳的风味，也具有防腐杀菌的作用。
7.防止杂菌污染：①玻璃瓶要洗净并煮沸消毒；②装瓶时，操作要迅速小心，瓶口要密封；密封时，最好将瓶口通过酒精灯火焰，防止瓶口被污染。
三、微生物的分离和培养
1.培养基是人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。一般成分：水、碳源（提供碳元素的物质）、氮源（提供氮元素的物质）和无机盐。培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。
2.培养基按状态分为液体培养基和固体培养基，可根据是否加入琼脂来判断。按功能可分为基本培养基、选择培养基和鉴别培养基。
3.消毒是指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（不包括芽孢和孢子）。消毒方法：①煮沸消毒法：日常生活中的物品消毒；②巴氏消毒法：对于一些不耐高温的液体，如牛奶；③化学试剂消毒法：如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。
4.灭菌是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。灭菌方法：①灼烧灭菌：如接种环、接种针或其他金属用具；②干热灭菌：如玻璃器皿、金属用具等；③高压蒸汽灭菌：如培养基、玻璃器皿等。
5.固体培养基配制的一般步骤：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。
6.培养基灭菌后，需要冷却到50 ℃左右时（因为琼脂在44℃以下会凝固），才能用来倒平板。可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉锥形瓶的温度下降到刚刚不烫手时，就可以进行倒平板了。锥形瓶瓶口要通过火焰灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。。平板冷凝后倒置是因为平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高，将平板倒置，既可以使培养基表面的水分更好地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。将空白平板置于恒温培养箱中培养，若无杂菌生长即为合格的培养基。在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生，因此最好不要用这个平板培养微生物。
7.平板划线操作时,操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。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。在作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是因为划线后，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。
8.微生物纯化常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，后者适合计数。将未稀释的菌液吸取1mL加入到9mL无菌水中即可稀释10倍。
9.测定微生物数量常用方法有显微镜直接计数法、平板菌落计数法等。菌落是由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体。一般选择菌落数在30~300的平板进行计数。每克样品中的菌株数=（C÷V）×M，C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数，V代表涂布平板时所用的稀释液的体积（mL），M代表稀释倍数。统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。
10.实验室中微生物的筛选原理：人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养、温度、pH等），同时抑制或阻止其他微生物生长。在微生物学中，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长的培养基，称做选择培养基。
11.设置对照的主要目的是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响，提高实验结果的可信度。微生物计数时，通常设置空白对照来排除培养基污染带来的误差。
12.分解尿素的微生物可以用以尿素作为唯一氮源的培养基筛选。在细菌分解尿素的化学反应中，细菌合成的脲酶将尿素分解成了氨，氨会使培养基的碱性增强，pH升高。在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，培养某种细菌后，如果pH升高，指示剂将变红。
13.纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。筛选纤维素分解菌可以采用刚果红染色法。刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，刚果红-纤维素的复合物就无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。
四、酶的研究与应用
1.加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。目前常用的酶制剂有：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶，其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
2.加酶洗衣粉可以使污渍中的大分子水解成小分子，从而使污迹容易从衣物上脱落，因而具有更好的去污能力。
3.温度、酸碱度和表面活性剂都会影响酶的活性，将酶直接加入洗衣粉中，酶很快就会失活。科学家通过基因工程生产出了能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，并且通过特殊化学物质将酶包裹使其与洗衣粉的其他成分隔离。
4.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细胞固定在一定空间内的技术。这样使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以反复利用。包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
5.固定化酵母细胞分析：①酵母活化：让处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态。②海藻酸钠：要小火或不间断加热并不断搅拌，冷却到室温再与酵母细胞混合。③CaCl2溶液：使海藻酸钠形成凝胶珠（Ca2+能稳定海藻酸钠凝胶的结构，是一种交联剂）。④凝胶珠质量：凝胶珠呈现球形或椭球形，颜色呈淡黄色（如果凝胶珠不是球形或椭球形，说明海藻酸钠浓度过高；如果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。
五、DNA的粗提取与鉴定
1.DNA粗提取的基因思路是利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学等方面的差异，提取DNA，去除其他成分。
2.DNA在浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，在蒸馏水和2mol/L的NaCl溶液中溶解度都较高。
3.将DNA与蛋白质分离有3种方案：①通过控制NaCl的浓度使DNA溶解或析出；②直接在滤液中加入嫩肉粉，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质；③将滤液放在60~75℃的恒温水浴箱中保温。
4.提取DNA的实验材料：原则上，凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但是，选用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大。动物材料常选用鸡血红细胞，植物材料常选用菜花。
5.在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水（鸡血细胞就会吸水破裂），同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。
6.利用植物材料提取DNA时，需要加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分地搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。洗涤剂能够瓦解细胞膜，食盐能够溶解DNA。
7.实验室获得高纯度的DNA常用十六烷基溴化铵（CTAB）、十二烷基硫酸钠（SDS）或吐温等化学试剂。
8.冷却的95%酒精的作用：①抑制核酸水解酶活性，防止DNA分子降解；②降低分子运动，易于形成沉淀析出；③低温有利于增加DNA分子柔韧性，减少断裂。
9.DNA鉴定：将DNA溶于2mol/L的NaCl溶液中，然后加入二苯胺试剂，沸水中加热变蓝。二苯胺试剂要现配现用。
六、植物有效成分的提取
1.蒸馏法 压榨法 萃取法。蒸馏法一般用于难溶于水，挥发性较强，化学性质比较稳定加热不易分解的物质提取。压榨法一般用于难溶于水，化学性质不稳定，受热易分解，或者原料加热易焦糊的物质提取。萃取法一般用于提取物难溶于水，易溶于有机溶剂的物质提取。
2.水蒸气蒸馏法的原理是利用水蒸气将挥发性较强的的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分出油层和水层。水蒸气蒸馏法分为:水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏。
3.玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏。流程详见教材P73，图6-1。提取需要蒸馏装置、冷凝装置、油水分离装置三部分。刚蒸馏得到的产物是乳白色的乳浊液，为油水混合物，先加入NaCl增大盐溶液浓度，即可出现油水分离，放出分液漏斗下方的水层，再加入一些无水硫酸钠即可除去残余水分，得到玫瑰精油了。
4.橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解，同时使用水中蒸馏时会发生原料焦糊的问题。提取流程详见教材P74，图6-4。为了提高橘皮精油的出油率，需要先将橘皮干燥去水，并用石灰水浸泡。浸泡后的橘皮需要用流水漂洗去除石灰水。为使橘皮油易与水分离，需要加入相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%Na2SO4,并调节pH至7~8。
5.胡萝卜素在人或动物体内被氧化成两分子维生素A。微生素A可以治疗夜盲症，幼儿发育不良，还可以作为食用色素，治疗癌细胞等。工业上一般从植物、岩藻、发酵的微生物中提取胡萝卜素。
6.胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，难溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。故采用有机溶剂萃取的方法提取胡萝卜素。提取流程详见教材P78，图6-6。胡萝卜的粉碎和干燥都是为了提高萃取效率，粉碎越小越好，干燥要注意控制时间和温度不要太高，干燥时间太长和温度太高会导致胡萝卜素分解。萃取过程要注意萃取剂的性质和用量还有用水浴加热控制萃取温度，以及用冷凝回流装置防止萃取剂挥发引发爆炸危险。萃取结束需要过滤去除不溶物，后经过浓缩装置的浓缩就可以得到胡萝卜素了。
7.因为胡萝卜素不溶于水，难溶于乙醇，故采用有机溶剂提取，并且使用水不溶性有机溶剂。由于胡萝卜素化学性质稳定，为了提高萃取效率可以采用高沸点的石油醚有机溶剂。
8.萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量，同时还受到原料颗粒大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等条件的影响。
9.萃取装置详见教材P78图6-7提取装置和教材P74图6-2蒸馏浓缩装置。需要水浴加热和冷凝回流装置来防止萃取剂的挥发引发爆炸。萃取液的浓缩可以直接使用蒸馏装置。
10.鉴定胡萝卜素用纸层析法。