生物选修一：生物技术实践 思维导图
中心主题：生物技术实践
微生物的利用
核心：认识、培养和应用微生物
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1 微生物的实验室培养
- 核心目标： 获得纯净的微生物培养物
- 关键概念：
- 培养基：
- 功能： 提供营养、生长环境。
- 类型： 液体培养基、固体培养基（加凝固剂，如琼脂）。
- 成分： 水、碳源、氮源、无机盐、生长因子（有时需特殊添加）。
- 无菌技术： 防止外来微生物污染，保证培养物纯净。
- 关键操作：
- 灭菌： 灭死一切微生物。
方法：高压蒸汽灭菌（培养基、器械）、干热灭菌（玻璃器皿）、灼烧灭菌（接种环、试管口）。
- 消毒： 杀灭部分微生物，不影响其生长。
方法：煮沸消毒（饮用水）、化学药剂消毒（酒精、氯气）、紫外线消毒（空气、台面）。
- 无菌操作：
- 原则： 避开微生物。
- 操作： 酒精灯火焰旁操作、瓶口灭菌、接种环灭菌后冷却。
- 灭菌： 灭死一切微生物。
- 关键操作：
- 纯化技术：
- 平板划线法： 在固体培养基表面，通过连续划线，逐步稀释菌种，最终获得单个菌落。
- 目的： 分离纯化微生物。
- 稀释涂布平板法： 将菌液进行系列稀释，然后涂布到培养基表面，培养后计数。
- 目的： 分离纯化 + 微生物计数。
- 平板划线法： 在固体培养基表面，通过连续划线，逐步稀释菌种，最终获得单个菌落。
- 培养基：
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2 微生物的应用
- (1) 果酒和果醋的制作
- 菌种：
- 果酒： 酵母菌（真核，兼性厌氧）。
- 反应： C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 能量（有氧呼吸大量繁殖，无氧发酵产酒精）。
- 果醋： 醋酸菌（原核，好氧）。
- 反应： C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O。
- 果酒： 酵母菌（真核，兼性厌氧）。
- 流程：
- 果酒： 选果 → 榨汁 → 消毒 → 酵母菌发酵（温度18-25℃） → 果酒。
- 果醋： 果酒 → 醋酸菌发酵（温度30-35℃） → 果醋。
- 关键条件：
- 氧气： 酒精发酵初期需O₂（酵母菌繁殖），后期严格无氧；醋酸发酵全程需O₂。
- 温度： 不同微生物最适温度不同。
- pH： 酸性环境（抑制杂菌）。
- 菌种：
- (2) 腐乳的制作
- 菌种： 毛霉（真菌，好氧）。
- 作用： 产生蛋白酶和脂肪酶，将豆腐中的蛋白质和脂肪分解成小分子（氨基酸、脂肪酸）,使其易于消化吸收。
- 流程： 豆腐切块 → 接种毛霉 → 培养（适宜温度和湿度） → 装瓶加盐 → 加卤汤（酒、香辛料） → 密封腌制。
- 关键条件：
- 盐： 析出水分，抑制杂菌,赋予风味。
- 酒： 抑制微生物生长,与香辛料共同调味。
- 香辛料： 调味、防腐。
- 温度湿度： 适宜毛霉生长。
- (3) 泡菜的制作
- 菌种： 乳酸菌（原核，厌氧）。
- 反应： C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ (乳酸)。
- 流程： 选菜 → 清洗 → 切块 → 盐水（调味、杀菌） → 装坛 → 发酵 → 泡菜。
- 关键条件：
- 盐水浓度： 4%-6%，过高会抑制乳酸菌,过低易杂菌污染。
- 无氧环境： 密封创造无氧环境，促进乳酸菌发酵,抑制好氧菌。
- 亚硝酸盐检测：
- 来源： 蔬菜中硝酸盐还原菌的还原作用。
- 危害： 对人体有害,是致癌物。
- 检测方法： 比色法（在盐酸酸化条件下，与亚硝酸盐发生重氮化反应形成玫瑰红色染料，与标准显色液对比）。
- (1) 果酒和果醋的制作
酶的应用
核心：酶的高效性、专一性及其在工业和生活中的应用
- 1 酶的制备与应用
- (1) 酶的来源：
- 生物体内提取： 直接从动物、植物、微生物组织中提取。
- 基因工程生产： 将目的基因导入微生物（如大肠杆菌、酵母菌），通过发酵工程生产,这是目前的主要方式。
- (2) 酶的活性：
- 概念： 酶催化特定化学反应的能力。
- 衡量指标： 单位时间内,底物的减少量或产物的生成量。
- 影响因素：
- 温度： 最适温度下活性最高,过高或过低都会使酶变性失活。
- pH： 最适pH下活性最高,过酸或过碱都会使酶变性失活。
- 酶的抑制剂： 竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂。
- (3) 酶的应用：
- 洗涤剂： 加酶洗衣粉（加蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶）。
- 原理： 酶分解衣物上的蛋白质、脂肪、淀粉等污渍。
- 注意： 洗衣粉的pH影响酶活性；蛋白酶在60℃以上易失活；使用温水效果更好。
- 食品工业：
- 果胶酶： 果汁加工（澄清果汁、提高出汁率）。
- 淀粉酶： 酿酒、葡萄糖生产。
- 纤维素酶： 畜牧业（饲料处理）、纺织业（棉麻脱胶）。
- 固定化酶技术：
- 目的： 使酶与产物分离，可重复使用,提高稳定性。
- 方法：
- 吸附法： 将酶吸附在载体表面。
- 包埋法： 将酶包裹在细微网格里（最常用，如海藻酸钠包埋酵母细胞/酶）。
- 应用： 生产高果糖浆（葡萄糖异构酶固定化）。
- 洗涤剂： 加酶洗衣粉（加蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶）。
- (1) 酶的来源：
生物技术在食品及其他方面的应用
核心：利用生物技术改良食品、保护环境、获取有用物质
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1 植物组织培养
- 理论基础： 植物细胞的全能性。
- 核心概念：
- 外植体： 离体生活的植物器官、组织或细胞。
- 脱分化： 分化的植物细胞，在激素和营养诱导下，恢复分裂能力,形成愈伤组织。
- 再分化： 愈伤组织在特定激素诱导下，分化出根和芽,形成完整植株。
- 培养基：
- 成分： 大量元素、微量元素、有机物、蔗糖（碳源和能源）、植物激素（关键！）。
- 激素：
- 生长素： 促进细胞生长、分裂,诱导生根。
- 细胞分裂素： 促进细胞分裂,诱导芽的分化。
- 配比： 生长素/细胞分裂素 的比例决定细胞的分化方向。
- 高 → 生根。
- 低 → 生芽。
- 中间 → 形成愈伤组织。
- 应用：
- 快速繁殖： 微型繁殖（如兰花、马铃薯脱毒）。
- 培育无病毒植株： 分生区（如茎尖）病毒少。
- 生产人工种子： 愈伤组织包裹人工种皮。
- 生产细胞产物： 如紫草素、人参皂苷。
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2 DNA的粗提取与鉴定
- 原理：
- DNA在NaCl溶液中的溶解度：0.14mol/L时溶解度最低,易析出。
- DNA不溶于酒精，但溶于水,可利用此特性提纯。
- DNA遇二苯胺试剂在沸水浴条件下会呈现蓝色。
- 步骤：
- 破碎细胞： 洋葱研磨，加入洗涤剂（破坏细胞膜和核膜）和食盐（维持渗透压）。
- 去除杂质： 过滤，滤去细胞壁等杂质；滤液中加入嫩肉蛋白酶（分解蛋白质）。
- 溶解DNA： 加入NaCl溶液至2mol/L,使DNA溶解。
- 析出DNA： 加入蒸馏水，稀释至0.14mol/L，使DNA析出,过滤。
- 纯化DNA： 加入冷却的酒精,用玻璃棒卷出丝状物。
- 鉴定DNA： 溶解DNA，加入二苯胺试剂，水浴加热,观察颜色变化。
- 原理：
总结与联系
- 技术核心： 所有实验都围绕 “无菌操作” 展开,这是生物技术实践的基石。
- 生物特性： 成功应用依赖于对微生物、酶、植物细胞等生物的生理特性（如代谢方式、最适条件、全能性）的深刻理解。
- 工程思维： 从实验室走向生产，需要考虑成本、效率、重复性等问题，如固定化酶、基因工程菌的应用。
希望这份思维导图能帮助你构建《生物选修一》的知识框架,祝你学习顺利！
