專題四生物技術在其他方面的應用 最新考綱1 植物的組織培養2 蛋白質的提取和分離3 pcr技術的基本操作和應用4 從生物材料中提取某些特定的成分考綱解讀1 植物組織培養的基本過程及其在生產中的應用2 血紅蛋白的提取和分離的實驗原理和方法3 pcr技術與生物體內dna復制的區別4 初步學會用水蒸氣蒸餾法和壓榨法提取植物芳香油 知識點一植物的組織培養技術 比一比 ms培養基與微生物培養基有何主要不同 答案 微生物培養基以有機營養為主 ms培養基則需提供大量無機營養 包括植物生長必需的大量元素和微量元素 看一看 植物組織培養與花藥培養技術有何相同與不同 答案 相同點 培養基配制方法 無菌技術及接種操作等基本相同 不同點 花藥培養的選材非常重要 需要先選擇時期適宜的花蕾 花藥裂開后釋放出的愈傷組織或胚狀體也要及時更換培養基 花藥培養對培養基配方的要求更為嚴格 知識點二蛋白質的提取和分離 pcr技術 思一思 用豬的血液與雞的血液提取血紅蛋白哪個效果更好 答案 用豬的血液 因為豬的紅細胞無細胞核和細胞器 結構簡單 血紅蛋白含量豐富 便于提取血紅蛋白 想一想 pcr與生物體內dna復制有何區別 答案 pcr不需要解旋酶 而生物體內dna復制時需要解旋酶 pcr需要耐熱的dna聚合酶 而生物體內dna聚合酶在高溫時會變性 pcr一般需經三十多次循環 而生物體內dna復制需要生物體自身的控制 知識點三植物有效成分的提取 議一議 水中蒸餾 水上蒸餾 水氣蒸餾的區別 答案 1 這三種方法的基本原理相同 但原料放置位置不同 水中蒸餾 原料放在蒸餾容器的水中 水要完全浸沒原料 水上蒸餾 容器中水的上方有篩板 原料放在篩板上 水量以沸騰時不浸濕原料為宜 水氣蒸餾 蒸餾容器下方有一排氣孔 連接外源水蒸氣 上方有篩板 上面放原料 2 各自特點 水中蒸餾設備簡單 成本低 易操作 而水上蒸餾和水氣蒸餾時間短 出油率高 看一看 胡蘿卜素的最主要成分是什么 它有什么用途 答案 胡蘿卜素中 胡蘿卜素是最主要的成分 可以用來 治療因缺乏維生素a而引起的疾病 優質食用色素 飼料 飲料 食品的添加劑 抗癌 治癌 菊花莖與月季花藥組織培養的比較 1 引物是指能夠與dna母鏈的一段堿基序列互補配對的一小段dna或rna 2 dna聚合酶只能特異地復制處于兩個引物之間的dna序列 使這段固定長度的序列呈指數擴增 3 影響萃取的因素 1 主要因素 萃取劑的性質和使用量 2 次要因素 原料顆粒的大小 緊密程度 含水量 萃取的溫度和時間等條件 4 萃取過程注意事項 1 由于有機溶劑都是易燃物 直接使用明火加熱容易引起燃燒 爆炸 因此萃取過程中應避免使用明火加熱 采用水浴加熱 2 為防止加熱時有機溶劑揮發 還要在加熱瓶口安裝回流冷凝裝置 胡蘿卜萃取裝置 水蒸氣蒸餾裝置 一 植物組織培養的過程1 菊花組織培養過程 植物的組織培養技術 2 月季的花藥培養二 影響植物組織培養的因素及成功的關鍵1 影響因素 1 內部因素 材料的選取 2 外部因素 營養成分的種類及配比 植物激素的用量及使用順序 ph 溫度 光照等 2 獲得成功的關鍵 1 植物組織培養所利用的植物材料體積小 抗逆性差 對培養條件要求較高 2 培養材料一旦被微生物污染 就會導致實驗失敗 原因是微生物增殖快 生長迅速 消耗養分多 并產生代謝廢物毒害培養材料 3 無菌技術主要包括對操作空間 實驗用具 實驗材料以及操作者的消毒滅菌 提醒一旦發現培養物被污染 特別是真菌性污染 一定不要打開培養瓶 應先將被污染的培養瓶統一放在高壓蒸汽滅菌鍋內進行高壓蒸汽滅菌 然后再打開培養瓶進行清理 三 植物激素在組織培養過程中的重要作用生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂 脫分化和再分化的關鍵性激素 其作用及特點為 1 在生長素存在的情況下 細胞分裂素的作用呈現加強的趨勢 2 使用順序不同 結果不同 具體如下 3 用量比例不同 結果也不同 四 實驗操作中應注意的幾個問題1 材料的選取 菊花的組織培養實驗中 應選擇未開花植株的莖上部新萌生的側枝 月季花藥的培養實驗中 應選擇花粉發育過程中的單核靠邊期的花粉進行培養 2 外植體消毒 所用消毒劑為體積分數為70 的酒精和質量分數為0 1 的氯化汞溶液 所使用的清洗液是無菌水 3 培養過程 在初期 菊花的組織培養需光照 月季花藥的培養不需光照 而在后期均需光照 本部分內容與必修內容細胞分化有密切關系 是高考命題的熱點 命題多考查植物組織培養基成分與作用 微型繁殖技術 脫病毒苗培養 名貴中藥材工廠化生產等具體實例 復習中應多加關注 典例1 2011 江蘇 下列有關植物組織培養的敘述 正確的是 a 愈傷組織是一團有特定結構和功能的薄壁細胞b 二倍體植株的花粉經脫分化與再分化后得到穩定遺傳的植株c 用人工薄膜將胚狀體 愈傷組織等分別包裝可制成人工種子d 植物耐鹽突變體可通過添加適量nacl的培養基培養篩選而獲得 解析愈傷組織細胞是一團排列疏松而無規則 高度液泡化的呈無定形狀態的 具分生能力的薄壁細胞 不具有特定的結構和功能 二倍體的花粉中只含一個染色體組 將其培養得到的個體為單倍體 高度不育 而用秋水仙素處理后得到的植株才能穩定遺傳 人工種子中包裹的是經再分化形成的胚狀體 不定芽等 不可以是愈傷組織 用特定的選擇培養基可篩選出所需要的突變體類型 答案d 訓練1 下列關于植物組織培養的敘述中 錯誤的是 a 培養基中添加蔗糖的目的是提供營養和調節滲透壓b 培養基中的生長素和細胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化c 離體器官或組織的細胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織d 同一株綠色開花植物不同部分的細胞經培養獲得的愈傷組織基因相同 解析綠色開花植物的細胞有兩種 體細胞和生殖細胞 這兩種細胞所含的核型 基因 是不同的 同一株綠色開花植物不同部位的細胞經培養獲得的愈傷組織基因可能不相同 答案d 1 細胞內dna復制與體外dna擴增 pcr技術 的比較 多聚酶鏈式反應擴增dna片段 2 pcr反應的過程及結果 1 pcr反應過程 變性 當溫度上升到90 以上時 雙鏈dna解聚為單鏈 如圖 復性 系統溫度下降至50 左右時 兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈dna結合 如下圖 延伸 當系統溫度上升至72 左右 溶液中的四種脫氧核苷酸 a t g c 在dna聚合酶的作用下 根據堿基互補配對原則合成新的dna鏈 如下圖 2 結果 pcr一般要經歷三十多次循環 每次循環都包括變性 復性 延伸三步 兩引物之間的固定長度的dna序列呈指數擴增 提醒dna復制需要引物的原因 dna聚合酶不能從5 端開始合成dna 而只能從3 端延伸dna鏈 本知識點高考未曾單獨考 往往與基因工程等內容綜合起來考查 復習中不容忽視 典例2 多聚酶鏈式反應 pcr 是一種體外迅速擴增dna片段的技術 pcr過程一般經歷30多次下述循環 95 條件下使模板dna變性 解鏈 55 條件下復性 引物與dna模板鏈結合 72 條件下引物鏈延伸 形成新的脫氧核苷酸鏈 下列有關pcr過程的敘述 不正確的是 a 變性過程中破壞的是dna分子內堿基對之間的氫鍵 也可利用解旋酶實現b 復性過程中引物與dna模板鏈的結合是依靠堿基互補配對原則完成的c 延伸過程中需要dna聚合酶 atp 4種核糖核苷酸d pcr與細胞內dna復制相比 其所需要酶的最適溫度較高 解析pcr一般要經歷30多次循環 每次循環可以分為變性 復性和延伸三步 從第二輪循環開始 上一次循環的產物也作為模板參與反應 并且由引物 延伸而成的dna單鏈會與引物 結合 進行dna的延伸 dna變性 90 95 雙鏈dna模板在熱作用下 氫鍵斷裂 形成單鏈dna 復性 55 65 系統溫度降低 引物與dna模板結合 形成局部雙鏈 延伸 70 75 在taq酶 在72 左右活性最高 的作用下 以dntp 三磷酸脫氧核糖核苷酸的縮寫 為原料 從引物的5 端向3 端延伸 合成與模板鏈互補的dna鏈 答案c 訓練2 多聚酶鏈式反應 pcr 是一種體外擴增dna片段的技術 可用于遺傳疾病的診斷 刑偵破案 古生物學 基因克隆和dna序列測定等方面 回答以下問題 1 細胞內dna復制過程中 引物的作用是 而且dna復制的前提是 2 pcr利用了 原理 可通過控制溫度來控制雙鏈的解旋與結合 3 pcr技術用到的酶是 與細胞內dna復制時發揮相同作用的酶相比區別在于 4 下面表格是dna體內復制與pcr反應的部分比較結果 通過比較分析 請推導出pcr反應合成dna子鏈時能量來源于 血紅蛋白的提取和分離 2 實驗操作程序 1 樣品處理 紅細胞的洗滌 除去血漿蛋白等雜質 有利于后續步驟的分離純化 血紅蛋白的釋放 使紅細胞破裂 血紅蛋白釋放出來 分離血紅蛋白溶液 經過離心使血紅蛋白和其他雜質分離開來 便于下一步對血紅蛋白的純化 2 粗分離 原理 透析袋能使小分子自由出入 而將大分子保留在袋內 透析可以除去樣品中相對分子質量較小的雜質 注意 透析時間為12h 透析袋是用硝酸纖維素制成 小分子可自由進出 而大分子保留在袋內 3 純化 一般采用凝膠色譜法對血紅蛋白進行分離和純化 4 純度鑒定 一般用sds 聚丙烯酰胺凝膠電泳方法 來測定蛋白質的分子量 即對血紅蛋白進行純度鑒定 3 結果分析與評價 分層明顯 樣品處理完成 提醒 用凝膠色譜法分離和純化蛋白質 滴加樣品時 吸管管口貼著管壁環繞移動加樣 同時注意不要破壞凝膠面 在蛋白質分離過程中 應仔細觀察紅色區帶在洗脫過程中的移動情況 如果紅色區帶均勻一致地移動 說明色譜柱制作成功 本考點高考命題較少涉及 為冷考點 復習時還應熟悉血紅蛋白提取和分離的程序和原理 典例3 2011 廣東理綜 24 以下關于豬血紅蛋白提純的描述 不正確的是 a 洗滌紅細胞時 使用生理鹽水可防止紅細胞破裂b 豬成熟紅細胞中缺少細胞器和細胞核 提純時雜蛋白較少c 血紅蛋白的顏色可用于凝膠色譜法分離過程的監測d 在凝膠色譜法分離過程中 血紅蛋白比分子量較小的雜蛋白移動慢 解析豬成熟紅細胞中缺少細胞器和細胞核 提純時雜蛋白較少 是提純血紅蛋白的理想材料 提純血紅蛋白分四步 紅細胞的洗滌 血紅蛋白的釋放 分離血紅蛋白溶液 透析 其中洗滌紅細胞時 要用生理鹽水反復洗滌 既要將紅細胞洗滌干凈 又要不破壞紅細胞 然后再用蒸餾水和甲苯使紅細胞破裂 釋放出血紅蛋白 分離提純血紅蛋白時用凝膠色譜法 是根據相對分子質量的大小來分離蛋白質 相對分子質量大的蛋白質移動速度較快 血紅蛋白的顏色可用于觀察紅色區帶的移動情況 并據此判斷分離效果 故d不正確 答案d 訓練3 如圖表示血紅蛋白提取和分離的部分實驗裝置 請回答下列問題 1 血紅蛋白是人和其他脊椎動物紅細胞的主要組成成分 其在紅細胞中的作用體現了蛋白質具有 功能 2 甲裝置中 b是血紅蛋白溶液 則a是 乙裝置中 c溶液的作用是 3 甲裝置用于 目的是 用乙裝置分離蛋白質的方法叫 是根據 分離蛋白質的有效方法 4 用乙裝置分離血紅蛋白時 待 時 用試管收集流出液 每5ml收集一管 連續收集 解析本題易出錯的地方有 2 小題中a是磷酸緩沖溶液 c也是磷酸緩沖溶液 它的作用一是保持血紅蛋白的結構不被破壞 再一個是洗脫血紅蛋白 這是常常出錯的地方 透析是粗分離蛋白質的方法 透析后得到的蛋白質還要進行純化和純度鑒定 在鑒定純度時常用sds 聚丙烯酰胺凝膠電泳法 正確思路應為 血紅蛋白在氧分壓高的地方與氧結合 在氧分壓低的地方與氧分離 起到運輸氧的作用 圖甲表示的是透析過程 將裝有血紅蛋白溶液的透析袋放入盛有300ml的物質的量濃度為20mmol l的磷酸緩沖液中 ph為7 0 透析的目的是去除樣品中分子質量較小的雜質 圖乙表示用凝膠色譜柱洗脫血紅蛋白的操作示意圖 凝膠實際上是一些微小的多孔球體 小球體內部有許多貫穿的通道 相對分子質量較大的蛋白質不能進入凝膠內部的通道 只能在凝膠外部移動 通過的路程較短 移動速度較快 相對分子質量較小的蛋白質比較容易進入凝膠內部的通道 通過的路程較長 移動速度較慢 因此 樣品中相對分子質量較大的蛋白質先流出 相對分子質量中等的分子后流出 相對分子質量最小的分子最后流出 從而使相對分子質量不同的各種分子得以分離 因此相對分子質量不同的蛋白質分子可以獲得分離 這種分離血紅蛋白的方法叫凝膠色譜法 樣品的加入和洗脫的大致過程是 調整緩沖液面 滴加透析樣品 樣品滲入凝膠床 洗脫 收集 c溶液是磷酸緩沖液 其作用是洗脫血紅蛋白 待紅色的蛋白質接近色譜柱底端時開始收集流出液 答案 1 運輸 2 磷酸緩沖液洗脫血紅蛋白 3 透析 粗分離 去除樣品中分子質量較小的雜質凝膠色譜法相對分子質量的大小 4 紅色的蛋白質接近色譜柱底端 訓練4 下列關于血紅蛋白分離中樣品處理及粗分離的描述 錯誤的是 a 紅細胞洗滌 此操作的目的是去除紅細胞內的雜蛋白b 血紅蛋白釋放 此操作需要將洗滌好的紅細胞放入蒸餾水中c 分離血紅蛋白溶液 離心后紅色透明液體是血紅蛋白的水溶液d 透析 此操作的目的是去除分子量較小的雜質解析紅細胞洗滌的目的是去除血漿中的蛋白質 答案a 植物有效成分的提取 提醒不同物質的提取是根據其理化性質的不同來進行的 因此在提取物質時 應先確定該物質的理化性質 然后再選擇適宜的提取方法進行提取 提醒水中蒸餾對于柑橘和檸檬等原料不適用 因為水中蒸餾會導致原料焦糊和有效成分水解 3 用層析法鑒定時應注意的問題 1 選擇干凈的濾紙 為防止操作時濾紙的污染 應盡量避免用手直接接觸濾紙 可以戴手套進行操作 2 點樣時應注意點樣斑點不能太大 直徑應小于0 5cm 如果用吹風機吹干 溫度不宜過高 否則斑點會變黃 3 將點好樣的濾紙卷成筒狀 卷紙時注意濾紙兩邊不能互相接觸 以免因毛細管現象導致溶劑沿濾紙兩邊的移動加快 使溶劑前沿不齊 影響結果 本部分內容 部分省份高考不作要求 復習中多關注考試說明 典例4 2011 海南 許多植物含有天然香料 如薄荷葉中含有薄荷油 現用薄荷葉提取薄荷油 回答下列問題 1 薄荷油是揮發性物質 提取薄荷油時應選用 鮮 干 薄荷葉作原料 其原因是 2 用萃取法提取薄荷油時 采用的溶劑是 原理是 3 用水蒸氣蒸餾法提取薄荷油時 在油水混合物中加入氯化鈉的作用是 常用于分離油層和水層的器皿是 分離出的油層中加入無水硫酸鈉的作用是 除去固體硫酸鈉的常用方法是 解析本題考查植物芳香油的提取 同時考查識記和理解能力及解決實際問題的能力 2 用萃取法提取薄荷油時 采用的溶劑是酒精 利用的原理是芳香油易溶于有機溶劑 3 用水蒸氣蒸餾法提取薄荷油時 在油水混合物中加入氯化鈉 可以使薄荷油與水出現明顯的分層 然后用分液漏斗將這兩層分開 在分離出的油層中加入無水硫酸鈉 可以將其中的水分去除 放置過夜 再通過過濾除去固體硫酸鈉 就可以得到薄荷油 答案 1 鮮薄荷油是揮發性物質 鮮薄荷葉才含薄荷油 2 酒精薄荷油易溶于有機溶劑酒精中 3 使油水混合物分層分液漏斗除水過濾法 訓練5 生物組織中有機物的提取方法有很多種 例如 凝膠色譜法 電泳法 蒸餾法 壓榨法和萃取法等 不同的有機物提取的方法各有不同 1 玫瑰精油稱為 液體黃金 是世界香料工業不可取代的原料 提取出的玫瑰精油要求不含有任何添加劑或化學原料 其提取方法主要是 2 杏仁油富含礦物質和維生素 是一種質地輕柔 高滲透性的保濕劑 主要通過 法提取 3 萃取胡蘿卜素前 要將胡蘿卜徹底粉碎的主要目的是 4 血紅蛋白的提取方法可以采用 該方法主要是利用血紅蛋白的哪一特性將它與其他物質分開的 解析 1 玫瑰精油不能含有任何化學原料 所以不能用萃取法 而其又具有揮發性較強等特點 適于水蒸氣蒸餾法 2 杏仁油的提取原料為種子 一般用于食用應采用壓榨法 3 萃取法的萃取效率在原料相同時決定于萃取劑的性質和使用量 還有接觸面積 4 血紅蛋白分子大小與成熟紅細胞中其他成分相差較大 答案 1 水蒸氣蒸餾法 2 壓榨 3 使原料顆粒變小 加大萃取效率 4 凝膠色譜法相對分子質量的大小 1 2010 浙江理綜 6 將無根的非洲菊幼苗轉入無植物激素的培養基中 在適宜的溫度和光照等條件下培養一段時間后 應出現的現象是 解析植物組織培養過程中 由外植體脫分化形成愈傷組織需要一定量的生長素和細胞分裂素 愈傷組織再分化形成根 芽的過程也需要一定濃度的生長素和細胞分裂素 且生長素和細胞分裂素的不同配比對形成根 芽的影響不同 本題中的無根幼苗本身就能夠產生一定量的生長素和細胞分裂素 能夠促使基部細胞脫分化 再分化出根來 所以會出現b項現象 答案b 2 2010 全國新課標 37 下列是與芳香油提取相關的問題 請回答 1 玫瑰精油適合用水蒸氣蒸餾法提取 其理由是玫瑰精油具有 的性質 蒸餾時收集的蒸餾液 是 不是 純的玫瑰精油 原因是 2 當蒸餾瓶中的水和原料量一定時 蒸餾過程中 影響精油提取量的主要因素有蒸餾時間和 當原料量等其他條件一定時 提取量隨蒸餾時間的變化趨勢是 3 如果蒸餾過程中不進行冷卻 則精油提取量會 原因是 4 密封不嚴的瓶裝玫瑰精油保存時最好存放在溫度 的地方 目的是 5 某植物花中精油的相對含量隨花的不同生長發育時期的變化趨勢如圖所示 提取精油時采摘花的最合適時間為 天左右 6 從薄荷葉中提取薄荷油時 能 不能 采用從玫瑰花中提取玫瑰精油的方法 理由是 解析 1 由玫瑰精油的化學性質穩定 耐一定程度高溫 易揮發 水蒸氣可以將精油攜帶出來 難溶于水 冷卻后油水會重新分層 所以玫瑰精油適合用水蒸氣蒸餾法提取 2 當水和原料量一定時 影響精油提取量的主要因素有蒸餾時間和蒸餾溫度 在一定的時間內隨著蒸餾時間的延長提取量不斷增加 一定時間后不再增加 如果蒸餾溫度過高 提取量也會減少 3 如果蒸餾過程中不進行冷卻 部分精油會隨水蒸氣揮發 則精油提取量會下降 4 玫瑰精油具有揮發性 瓶裝精油時若密封不嚴 需要低溫保存 以減少揮發 5 分