固定化细胞及其应用知识点

固定化细胞是指固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围进行生命活动（生长、发育、繁殖、遗传和新陈代谢等）的细胞。
固定化细胞技术是用于获得细胞的酶和代谢产物的一种方法，起源于20世纪70年代，是在固定化酶的基础上发展起来的新技术。由于固定化细胞能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢，所以又称固定化活细胞或固定化增殖细胞。通过各种方法将细胞和水不溶性载体结合，制备固定化细胞的过程称为细胞固定化。
优点：可以连续发酵，提高细胞成活率，节约了成本，而且在蒸馏和提取前不用分离去细胞，能一边排出发酵液，一边进行培养，排除了产物抑制和消耗。
吸附法和包埋法两大类。
①吸附法：利用各种吸附剂，将细胞吸附在其表面而使细胞固定的方法称为吸附法。用于细胞固定化的吸附剂主要有硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金属丝网、微载体、和中空纤维等。
②包埋法：将细胞包埋在多空载体内部而制成固定化细胞的方法称为包埋法。包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定方法。
应用：提高酶或菌体在发酵过程中的重复使用率，降低经济成本。同时据此制备了相关生物传感器，如葡萄糖生物传感器、微生物细胞数传感器、代谢试验传感器等

固定化细胞及其应用知识点题库

玉米是重要的粮食作物，深加工可生产酒精、玉米胚芽油和果糖等。流程如下：

（1）玉米秸秆中的纤维素经充分水解后的产物可被酵母菌利用发酵生产酒精。培养酵母菌时，该水解产物为酵母菌的生长提供。发酵过程中检测酵母菌数量可采用法或稀释涂布平板法计数。
（2）玉米淀粉经酶解形成的葡萄糖可在葡萄糖异构酶的作用下转化成果糖。利用技术可使葡萄糖异构酶重复利用，从而降低生产成本。
（3）利用PCR技术扩增葡萄糖异构酶基因时，需用耐高温的催化。PCR一般要经历三十次以上的循环，每次循环包括变性、和三步。

为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn²⁺污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下．请回答下列问题：

（1）实验中的海藻酸钠作用是，CaCl₂的作用是．
（2）为洗去凝胶球上残余的CaCl₂和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用洗涤．图1中1.0%海藻酸钠组培养24h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是．
（3）为探索固定化藻对含Zn²⁺污水的净化作用，应选用浓度为海藻酸钠制备凝胶球．
（4）图2中空白凝胶球组Zn²⁺浓度下降的原因是．结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48h间Zn²⁺浓度下降速度较快的主要原因是；72～96h间Zn²⁺浓度下降速度较慢的原因有．

下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：

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→固定化酵母菌细胞

（1）在状态下，微生物处于休眠状态．活化就是让处于休眠状态的微生物物新恢复状态．活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时．
（2）影响实验成败的关键步骤是．
（3）如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目．
（4）观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明．
（5）固定化细胞技术一般采用包埋法固定，原因是．
（6）该实验中CaCl₂溶液的作用是．

回答有关生物技术的问题．

Ⅰ、抗体的制备经历了细胞学层面和分子学层面两种合成途径的研究．下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图．

Ⅱ、上图中，结构甲的建构可用图1和2表示．图1表示含有目的基因的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列．现有4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为如表所示．

限制酶	MspⅠ	BamHⅠ	MboⅠ	SmaⅠ
识别序列及切割位点

（1）在获取抗体之前，需要向健康人体注射特定抗原（如乙肝疫苗），并且每隔一周重复注射一次．免疫学称细胞A为，该细胞在人体主要介导免疫．
（2）过程①至②抗体的获取称为，其中①是过程，Y细胞称为．
（3）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，其产物长度为．
（4）若图1中虚线方框内的碱基对被T﹣A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d．从杂合子中分离出图1及对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有种不同长度的DNA片段．
（5）上述结构中的建构过程可知，在限制酶作用下得到的产物有多种，生产上多采用技术来降低目的基因分离提取的难度，也有利于限制酶的回收和再利用．
（6）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行拼接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是．在导入重组质粒后，为了筛选出含有重组质粒的大肠杆菌，一般需要添加的（固体/液体）培养基进行培养．在培养前，培养基必须先经过灭菌，所用的方法是；采用的方法接种以获得单菌落后继续筛选．

下列叙述中错误的是（）

A . 固定化酶和固定化细胞的目的是限制酶与反应物接触，控制反应速度 B . 酶更适合包埋法固定化，细胞更适合吸附法固定化 C . 加酶洗衣粉是含有酶制剂的洗衣粉 D . 添加蛋白酶的洗衣粉对奶渍、血渍等污垢去除特别有效

酵母细胞的活化是指（）

A . 让酵母细胞恢复运动状态 B . 让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态 C . 让酵母细胞内酶活性加倍 D . 让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠

用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，向原料中通入足够的空气，酵母菌的数量与酒精的产生分别是（）

A . 死亡、增多 B . 增多、不再产生 C . 增多、增多 D . 死亡、不再产生

在以如图所示酶的固定方法模式图中，属于载体结合法的是（　　）

A .

B .

C .

D .

下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是（　　）

A . 尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用 B . 作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药 C . 从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小 D . 将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl₂和杂菌

科研人员研究了氯化钙溶液浓度对固定化啤酒酵母发酵性能的影响，结果如下图所示。下列相关叙述正确的是（）

A . 实验中氯化钙溶液的主要功能是为酵母细胞的生长增殖提供营养 B . 氯化钙溶液浓度在2.0mol•L^-1左右时，凝胶珠硬度最大 C . 研究表明，酵母固定化的适宜氯化钙溶液浓度为2.4 mol•L^-1左右 D . 凝胶珠硬度过大时，发酵产生的酒精反而减少的原因是固定化阻止了酵母细胞与外界的物质交换

有同学发现生产面筋(小麦中的蛋白质)会产生大量的淀粉，这些淀粉可以用来生产葡萄糖、酒精和醋酸。下图是某位同学设计的利用淀粉的流程。结合已有知识回答以下问题：

（1）为了节约成本，使微生物能重复使用常采用法固定微生物，原因是。
（2）固定化细胞可以用海藻酸钠，其作用是，加热溶化后的海藻酸钠需冷却到室温才可以加入菌体的原因是；该操作还需要使用氯化钙溶液，其作用是。
（3）整个操作过程需要在无杂菌的条件下进行，对使用到的玻璃器具一般用法灭菌。从生产酒精到生产醋酸的转变过程中需要改变的是。(从两个方面回答)

苹果是常见水果、口感好、营养价值高，广受人们喜爱，但其收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。某市为缓解产销矛盾，提高产品的附加值，利用苹果生产果汁、果酒和果醋，大致工艺流程如下图。请分析回答：

（1）果酒发酵初期先通入适量空气的目的是，果酒发酵之后进行果醋发酵，需要改变的条件包括（写出2点），当氧气和糖分充足时，发生的主要物质转化是。
（2）在苹果汁的生产过程中，需要加入果胶酶，目的是。
（3）为使酵母菌能反复利用，常用法固定酵母细胞；实验研究表明使用固定化酵母进行发酵的酒精产量平均值明显高于使用游离酵母进行发酵的对照组，可能的原因是。

乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类革兰氏阳性细菌的总称，经革兰氏染色后呈紫色。分离乳酸菌常用MRS固体培养基：蛋白胨5g、牛肉膏5g、酵母提取物2.5g、柠檬酸二铵1g、水500mL、乙酸钠2.5g、K₂HPO₄1g、MNSO₄·4H₂O 0.125g、琼脂12.5g、MgSO₄·H₂O 0.29g、CaCO₃ 5g、葡萄糖10g。请回答：

（1） MRS培养基中琼脂的作用是。MRS培养基需要用高压蒸汽灭菌法灭菌，灭菌时设置的压力和时间分别为、。灭菌后制作平板用于实验，对平板进行无菌检测的方法是。使用涂布法分离乳酸菌，培养后发现平板上形成的单菌落周围会产生CaCO3溶解圈，溶解圈大小能够反映。
（2）若用革兰氏染色法对大肠杆菌进行染色，结果(填“是”或“否”)呈紫色。
（3）用乳酸菌制作酸乳时，可对乳酸菌进行固定化处理，方法为：称取适量海藻酸钠配成水溶液，加入乳酸菌并搅拌均匀，以一定速度滴入CaCl₂溶液中形成凝胶，使其凝固成珠状。上述采用的固定方法是，凝珠捞出后要用无菌水冲洗，目的是洗。
（4）乳酸菌可用于泡菜制作。在对泡菜作亚硝酸盐定量检测时，若样液测定时的比色杯光程小于制作标准曲线时的比色杯光程，则测得的样液中亚硝酸盐含量(填“偏大”“偏小”或“不影响”)；若泡菜样液测得的OD值过大，超出标准曲线，则最适宜的做法是。

植物秸杆中的纤维素可被某些微生物分解，微生物产生的纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖，酵母菌再利用葡萄糖发酵产生燃料酒精。某科研人员将纤维素酶固定在载体上，使它可以重复、稳定使用，提高其利用率。请回答下列有关问题：

（1）纤维素酶是由三种组分形成的复合酶，其中的即 $\text{[math]}$ 酶、和 $\text{[math]}$ 酶的作用是。
（2）海藻酸钠是最常用的包埋载体，作为包埋载体应具备的条件是。包埋时，将海藻酸钠与酵母菌混合后，要滴加到一定浓度的氯化钙溶液中，氯化钙溶液的作用是。如果海藻酸钠的浓度过低，会使，影响生产时的作用效果。
（3）酶的固定化一般（填“适宜”或“不适宜”）采用包埋法，原因是。
（4）纤维素分解菌可产生纤维素酶，从土壤中分离纤维素分解菌时，可以通过提高土壤浸出液中纤维素分解菌的浓度，而在鉴别纤维素分解菌时，培养基中要加入刚果红染料，根据的大小来鉴别纤维素分解菌。

图所示的酶固定化技术中属于包埋法的是（）

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A . ①② B . ③④ C . ①④ D . ②③

下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是（）

①配制 CaCl₂ 溶液

②海藻酸钠溶化

③海藻酸钠与酵母细胞混合

④酵母细胞的活化

⑤固定化酵母细胞

A . ④①②③⑤ B . ④①③②⑤ C . ④⑤②①③ D . ①②③④⑤

下列有关实验的分析，错误的是( )

A . 从土壤样品中分离出分解尿素的细菌时需要用到选择培养基 B . 制作腐乳时加盐过多，会导致腐乳过硬、影响口味 C . 利用血细胞计数板进行酵母菌计数时，统计值比实际活菌数多 D . 固定化酵母细胞时凝胶珠在CaCl₂溶液中浸泡时间过长，会使固定细胞偏少

下面制备固定化酵母细胞的正确步骤是（　　）

①配制 CaCl₂ 溶液 ②配制海藻酸钠溶液 ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合

④酵母细胞活化 ⑤固定化酵母细胞

A . ①②③④⑤ B . ④①③②⑤ C . ④⑤②①③ D . ④①②③⑤

啤酒是人类最古老的酒精饮料之一，以大麦芽、酒花、板栗花和水为主要原料发酵生产啤酒的流程如下，酒花、板栗花可以防腐并可使啤酒具有特殊风味。回答下列问题：

（1）大麦粉碎后经淀粉酶糖化会产生和葡萄糖等，经过滤后得到糖浆，后加入酒花和板栗花浸提液后进行煮沸的目的是。在主发酵过程中加入的啤酒酵母的代谢类型是。
（2）酿酒的原理是（用反应式表示）。结合技术可使酵母菌重复利用、提高产物纯度。
（3）下图1和图2分别表示板栗花浸提液添加量和板栗花浸提液投入阶段对板栗花啤酒的影响，由图1可知，随着板栗花浸提液添加量的增加，酒精度变化较小，感官评分呈现的趋势。由图2可知，在麦汁煮沸阶段过早加入板栗花浸提液和在啤酒后酵阶段加入板栗花浸提液，板栗花啤酒口感和气味的协调性均主发酵前的接种阶段。

注：图2中1~5分别为麦汁煮沸后10min，煮沸后30min、煮沸后50min，接种阶段和后发酵阶段。
（4）发酵过程中，杂菌可产生微量副产物是啤酒“上头”的原因之一，可采用法获得纯净的酿酒微生物，同时对活菌进行计数。

苯酚污染废水是一种典型的高毒性工业废水，是许多化工业常见的有机污染物。某研究小组为了处理高浓度的苯酚污染废水，计划从废水处理厂的活性污泥中分离筛选出能高效降解苯酚的细菌（目的菌株），下图为实验过程部分图示。

（1）从物理状态上看，富集培养基属于培养基，应采用方法灭菌。富集培养的目的是。
（2）分析上图可知，本实验采用法分离纯化高效降解苯酚的细菌，并对其数量进行统计。在统计目的菌株的数量时，一定要选取菌落数目稳定时的记录数据作为结果，以防止。
（3）有人提出利用吸附法对高效降解苯酚的细菌进行固定化，从而降低生产成本。你是否赞同这一观点，并说明理由：。
（4）科研人员探究温度对目的菌株降解苯酚效果的影响。结果显示，当温度在35℃左右时，目的菌株的降解效果最好，推测可能的原因是。

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