Question

5．氢气是一种清洁能源，可由产氢菌群无氧发酵产生．科研人员从厌氧活性污泥中获得产氢菌群，并利用硫酸纤维素钠和聚二甲基二烯丙基氯化铵能形成中空微胶囊的特性将其固定化．在此基础上比较固定化产氢菌和游离产氢菌的菌体浓度随时间的变化、不同温度下条件下氢气产率的变化，结果如图．请回答下列问题：

（1）本实验中，固定化产氢菌采用的方法称为包埋法．作为固定所用的材料除了题中具有的特点外，还应具有不溶于水、多孔等特点．
（2）由图1可知，与游离的产氢菌相比，固定化的产氢菌培养后菌体浓度增加较快，其主要原因是微胶囊有利于形成无氧的环境，便于产氢菌的生长繁殖．
（3）实验中使用的发酵培养液成分如下表：

培养液成分	葡萄糖	蛋白胨	牛肉膏	酵母汁	NaCl	K2HPO4	半胱氨酸	微量元素
含量（g/L）	20	4	2	1	2	1.5	0.5	适量

其中为产氢菌群提供氮源的成分有蛋白胨、牛肉膏、酵母汁、半胱氨酸，灭菌与调pH的先后顺序是先调PH，后灭菌．
（4）由图2可知，与游离的产氢菌相比，固定化产氢菌生产氢气的优势表现在氢气产率高、
对温度变化适应性更强．除了图2所体现的优势外，请再从固定化产氢菌用于生产氢气的优势角度，提出一项值得继续探究的课题名称探究固定化产氢菌可重复使用的次数．

Answer 1

分析 固定化技术包括包埋法、物理吸附法和化学结合法（交联法），由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法．固定化细胞既能与反应物接触，又能与反应物分离，还可以重复利用．
灭菌是指利用强烈的理化因素杀灭物体内外所有微生物，包括芽孢和孢子；高温杀菌可以破坏蛋白质、核酸等高分子化合物的活性，可分为灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌．细菌培养过程中接种针、接种环等金属用具采用火焰灼烧灭菌，培养基进行高压蒸气灭菌，玻璃器皿进行干热灭菌；高压蒸汽灭菌锅是灭菌的一个设备，一般压力在100KPa，温度在121℃的条件下，维持15-30分钟用于培养基的灭菌．培养基一般含有水、碳源、氮源和无机盐．

解答 解：（1）根据题干“利用硫酸纤维素钠和聚二甲基二烯丙基氯化铵能形成中空微胶囊的特性将其固定化”，则固定化产氢菌采用的方法称为包埋法．作为固定所用的材料除了题中具有的特点外，还应具有不溶于水、多孔等特点．
（2）由图1可知，固定化的产氢菌培养后菌体浓度增加较快，主要原因是微胶囊是中空的，有利于形成无氧的环境，便于产氢菌的生长繁殖．
（3）蛋白胨、牛肉膏、酵母汁中含有蛋白质，半胱氨酸是蛋白质的基本单位之一，元素组成为C、H、O、N，则能提供氮源．培养基配制时，培养基灭菌方法是高压蒸汽灭菌，而且先调PH，后灭菌，防止杂菌污染．
（4）由图2可知，固定化产氢菌生产氢气的优势是氢气产率高、对温度变化适应性更强．为了充分发挥固定化产氢菌的优势，需要探究固定化产氢菌发酵所需的适宜条件，还需探究固定化产氢菌可重复使用的次数．
故答案为：
（1）包埋法         不溶于水、多孔
（2）快        微胶囊有利于形成无氧的环境，便于产氢菌的生长繁殖
（3）蛋白胨、牛肉膏、酵母汁、半胱氨酸     先调PH，后灭菌
（4）对温度变化适应性更强       探究固定化产氢菌可重复使用的次数

点评 本题以产氢菌为素材，考查固定化细胞、培养基、灭菌等相关知识，考查学生的分析实验结果和图文信息转换能力，从课外材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题．