利用纤维素解决能源问题的关键,是高性能纤维素酶的获取。请完善实验方案,并回答相关问题。
实验目的:比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。
实验原理:纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖,________________,葡萄糖的生成量表示酶活性大小。
实验材料:三种微生物(A、B、C)培养物的纤维素酶提取液,提取液中酶蛋白浓度相同。
实验步骤:⑴取四支试管,分别编号。
⑵在下表各列的一个适当位置,填写相应试剂的体积量,并按表内要求完成相关操作。
管号 试剂(mL) |
1 |
2 |
3 |
4 |
蒸馏水 |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
|
pH7.5的缓冲液 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
纤维素悬浮液 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
微生物A提取液 |
0.1 |
|
|
|
微生物B提取液 |
|
|
|
|
微生物C提取液 |
|
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0.1 |
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总体积 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
⑶将上述四支试管放入37℃的水浴中,保温1小时。
⑷在上述四支试管中分别加入 试剂,摇匀后,进行沸水浴2分钟。
(5)观察比较实验组的三支试管与对照组试管的颜色及其深浅。
实验结果:
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微生物A提取物 |
微生物B提取物 |
微生物C提取物 |
颜色深浅程度 |
+ |
+++ |
++ |
分析讨论:
①上述结果表明:不同来源的纤维素酶,虽然酶蛋白浓度相同,但活性不同。若不考虑酶的最适pH和最适温度的差异,其可能原因是 。
②你认为上述三种微生物中,最具有应用开发价值的是 。
③从解决能源问题的角度,开发这种纤维素酶的意义在于 。
如图为分离并统计分解纤维素的微生物的实验流程,据此回答有关问题:
(1)要从富含纤维素的环境中分离纤维素分解菌,从高温热泉中寻找耐热菌,这说明 根据目的菌株对生存环境的要求,到相应的环境中去寻找 .
(2)接种微生物最常用的是平板划线法和稀释涂布平板法,本实验宜采用 释稀涂布平板 法.
(3)用稀释涂布平板法统计菌落数目时,最好选择菌落数在 30~300 间的平板进行计数.若统计出在一稀释倍数为105的平板上的平均菌落数为30个,所用稀释液的体积为0.2mL,则每克样品中的菌落数为 1.5×107个 .
(4)在分离尿素分解菌所用的培养基中可加入 酚红 指示剂,根据指示剂的颜色可鉴定某种细菌能否分解尿素,若有分解尿素的细菌,培养基将会呈现 红色 .
秸秆的主要成分是纤维素,利用秸秆粉碎液可以生产燃料乙醇.回答下列相关问题.
(1)利用玉米秸秆生产乙醇首先选用 纤维素 酶进行水解,使之转化为发酵所需的葡萄糖等,然后进行发酵获得乙醇,反应式是 C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量 .
(2)具有耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种,原因是 酵母菌发酵产生二氧化碳,使发酵液PH降低 .为获取耐酸特性的酵母菌,可将野生酵母菌进行诱变,然后利用 选择 培养基筛选出突变菌.
(3)利用获得的突变菌和糖汁进行酒精发酵实验,为防止外来杂菌入侵,需要对培养基 灭菌 ,对操作空间 消毒 .
(4)为了探究最佳秸秆粉碎液浓度,设置梯度实验进行探究.在实验中可利用 活菌计数 法或 显微镜直接计数 法测定酵母菌数量.
乙醇可部分替代石油燃料,利用纤维素酶、酵母菌等可将纤维素转化成乙醇,耐高温纤维素酶可以加速催化纤维素的水解,从而有利于酵母菌发酵产生乙醇.
(1)某研究小组将产纤维素酶的菌株,通过诱变和高温筛选获得新菌株.为探究新菌株所产纤维素酶能否耐受80℃高温,进行了以下实验
试管1试管2
第一步加入适量缓冲液加入等量纤维素酶溶液(缓冲液配制)
第二步80℃水浴保温 30min
第三步加入 适量纤维素液
第四步 60℃水浴保温10min
第五步加入 斐林试剂或班氏糖定性试剂
第六步沸水浴中加热2min,观察实验现象
结果与结论:①若 试管1内呈蓝色,试管2内有砖红色沉淀产生 ,则表明该纤维素酶能耐受80℃高温;
②若 试管1和2内均呈蓝色 ,则表明该纤维素酶不能耐受80℃高温.
(2)酵母菌发酵产生的乙醇属于 次级 (填“初级”或“次级”)代谢产物.
纤维素酶在洗涤剂、棉织品水洗抛光整理和制浆造纸等行业上有巨大的应用价值.科研人员作了如下实验,请分析回答:
(1)图1的①中接种的是造纸厂附近土壤,②培养基中的碳源应为 纤维素为唯一碳源 ⑤~⑨中分别培养的是通过 刚果红 染色鉴定法选取透明圈较大的5个菌株.
(2)将这5个菌株进行发酵产生的酶,加入到纤维素溶液中,测定 还原糖含量 ,由图2可知3号菌株酶活力最高.
(3)对破壁前后的酶活力进行了比较,测得未破壁的酶活力为3540U/ml,已破壁的酶活力为94U/ml.由此可知,该菌所产纤维素酶为 胞外酶 酶.
(4)要测定该酪的热稳定性,应采取的实验方案是 取5只装有等量菌液的试管,置于5种不同的温度条件,培养相同时间,测定还原糖的含量,若测得还原糖含量变化不大,则说明该菌的热稳定性较好. .
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)培养基中除了添加植酸钙以外,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 灭菌 ,而且须将接种后的培养皿呈 倒置 状态放置.
(3)接种以前进行的一系列操作,目的是在培养皿表面形成 单个菌落 .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 菌落数 就能大致推测出样品中的活菌数.
(4)由于植酸钙的不溶解性,使培养基中形成白色浑浊.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, E 是产植酸酶的理想菌株.
(5)获得目的菌以后,若要用于植酸酶的生产,还需要进行 扩大培养 .