解密25生物技術在食品加工及其他方面的應用高考考點考查內容三年高考探源考查頻率植物有效成分的提取1．掌握植物有效成分的提取的方法；2．DNA和蛋白質的提取技術；3．掌握PCR技術的步驟及注意事項。2020山東卷·242020江蘇卷·332017江蘇卷·332017新課標III·372015全國卷Ⅱ·39★★★☆☆DNA和蛋白質的提取技術★★★☆☆PCR技術★★★☆☆核心考點一植物有效成分的提取1．植物有效成分提取的三種方法比較提取方法水蒸氣蒸餾法壓榨法萃取法實驗原理利用水蒸氣將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來通過機械加壓，壓榨出果皮中的芳香油使芳香油溶解在有機溶劑中，蒸發溶劑后就可獲得芳香油方法步驟（1）水蒸氣蒸餾；（2）分離油層；（3）除水過濾（1）石灰水浸泡、漂洗；（2）壓榨、過濾靜置；（3）再次過濾（1）粉碎、干燥；（2）萃取、過濾；（3）濃縮適用范圍適用于提取玫瑰油、薄荷油等揮發性強的芳香油適用于柑橘、檸檬等易焦糊原料的提取適用范圍廣，要求原料的顆粒要盡可能細小，能充分浸泡在有機溶劑中優點簡單易行，便于分離生產成本低，易保持原料原有的結構和功能出油率高，易分離局限性水中蒸餾會導致原料焦糊和有效成分水解等問題分離較為困難，出油率相對較低使用的有機溶劑處理不當會影響芳香油的質量2．增加植物有效成分提取量的關鍵措施（1）蒸餾法提取植物芳香油①提取量主要取決于植物材料中芳香油的含量。②由于植物芳香油易揮發，因此用水蒸氣蒸餾法提取植物芳香油時應選擇新鮮的植物材料（干燥后植物芳香油揮發）。（2）壓榨法提取植物芳香油：植物材料中的果膠、果蠟會影響壓榨和出油率，壓榨前通常采用石灰水浸泡的方法除去果膠、果蠟，以提高出油率。（3）影響胡蘿卜素萃取的因素及解決措施影響因素解決措施萃取劑的性質用水不溶性有機溶劑原料的顆粒大小、緊密程度粉碎材料的含水量干燥萃取溫度探索最佳萃取溫度，嚴格控制溫度萃取時間適當延長萃取時間【易混易錯】植物有效成分提取的2個易錯點（1）水蒸氣蒸餾三種常用方法比較，基本原理相同，但原料位置不同。①水中蒸餾：原料放于蒸餾容器的水中，水完全浸沒原料。②水上蒸餾：容器中水的上方有篩板，原料置于篩板上，水量以沸騰時不浸濕原料為宜。③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。三種方法中，水中蒸餾設備簡單，成本低，易操作，而水上蒸餾和水汽蒸餾時間短，出油率高。（2）胡蘿卜素粗品鑒定過程中的易錯點①層析時沒有選擇干凈的濾紙，導致實驗現象不明顯。為了防止操作時對濾紙的污染，應盡量避免用手直接接觸濾紙，可以戴手套進行操作。②點樣時點樣圓點太大（直徑大于2mm），導致最終在濾紙上形成一條線，無法辨認被提取的色素。點樣圓點的直徑應為2mm。③將點好樣的濾紙卷成筒狀，卷紙時不能將濾紙兩邊相互接觸，以避免由于毛細現象導致溶劑沿濾紙兩邊的移動加快，溶劑前沿不齊，影響結果。④層析液沒及樣品原點，色素溶解于層析液中，造成實驗失敗。層析液不可沒及樣品原點，以免色素溶解于層析液中，使鑒定失敗。⑤沒有設置標準樣品作對照。層析液中是否提取到胡蘿卜素，可通過與標準樣品中的β-胡蘿卜素作對比予以確認。考法一（2009·海南高考真題）請回答下列與實驗室提取芳香油有關的問題：（1）植物芳香油的提取可采用的方法有壓榨法、_____和_____。（2）芳香油溶解性的特點是不溶于_____，易溶于_____，因此可用_____作為提取劑來提取芳香油。（3）橘子果實含有芳香油，通常可用_____作為材料提取芳香油，而且提取時往往選用新鮮的材料，理由是_____。（4）對材料壓榨后可得到糊狀液體，為除去其中的固體物獲得乳狀液可采用的方法是_____。（5）得到的乳狀液加入氯化鈉并放置一段時間后，芳香油將分布于液體的_____層，原因是_____。加入氯化鈉的作用是_____。（6）從乳狀液中分離得到的芳香油中要加入無水硫酸鈉，此劑的作用是_____。【答案】（1）蒸餾法萃取法（2）水有機溶劑有機溶劑橘（3）子皮芳香油含量較高（4）過濾（5）上油層的密度比水層小增加水層密度，使油和水分層（6）吸收芳香油中殘留的水分【分析】本題解題的關鍵是理解和掌握提取植物芳香油的原理及方法。植物芳香油的提取可采用的方法有壓榨法，蒸餾法，萃取法；芳香油溶解性的特點是不溶于水，易溶于有機溶劑，芳香油乳濁液加入氯化鈉并放置一段時間后，芳香油將分布于液體的上層，因為其密度比水小，乳濁液中分離得到的芳香油中要加入無水硫酸鈉作用吸水。【詳解】（1）根據植物原料的特點，植物芳香油的提取方法有蒸餾、壓榨和萃取等。（2）植物芳香油不溶于水，但是極易溶于有機溶劑，如石油醚、酒精、乙醚和戊烷等。芳香油溶解于有機溶劑后，只需蒸發出有機溶劑，就可以獲得較純凈的植物芳香油了。因此可以用有機溶劑作為提取劑來提取芳香油。（3）橘皮精油主要儲藏在橘皮部分，所以可從橘子皮中提取到芳香油．所用的橘子皮越新鮮，芳香油的含量也越高，所以提取橘皮精油時要選用新鮮的橘子皮。（4）壓榨材料后可得到糊狀液體，此時需過濾除去其中的固體物，進而獲得乳狀液。（5）乳狀液是水和芳香油的混合物，要將水和芳香油分開，需加入氯化鈉，這樣可以增加水層的密度，使水和芳香油分開。由于芳香油的密度比水層小，所以芳香油分布于液體的上層，最后用分液漏斗將兩層分開即可獲得我們所需要的芳香油。（6）分離的油層還會含有一定的水分，一般可以加入一些無水硫酸鈉吸水，放置過夜，再過濾除去固體硫酸鈉就即可得到芳香油。考法二（2019·海南高考真題）回答下列問題。（1）玫瑰精油可用玫瑰花瓣為原料，采用水蒸氣蒸餾法提取。水蒸氣蒸餾法的原理是________________________。在進行蒸餾時，冷凝管的進水口比出水口___________（填“高”或“低”）。蒸餾收集到的乳濁液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳濁液中加入NaCl，其目的是________________；得到的油層還需要加入無水Na2SO4，其目的是_______________。（2）某同學在通過發酵制作果酒時，發現在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度，原因是________________________。在家庭以葡萄為原料制作葡萄酒時，可以不添加酵母菌，原因是________________________；在制作葡萄酒的過程中，如果密封不嚴混入空氣，發酵液會變酸，可能的原因是__________________。【答案】（1）利用水蒸氣將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后，混合物又會重新分離出油層和水層低促進油和水的分離吸去芳香油中殘留的水分（2）糖類是主要的能源物質，可以為酵母菌的生長、繁殖提供能源物質，還可以作為酒精發酵的原料葡萄皮上附著有野生的酵母菌醋酸菌大量增殖，進行醋酸發酵【解析】【分析】植物芳香油主要是萜類化合物及其衍生物，提取方法有蒸餾、壓榨和萃取等。具體采用哪種方法要根據植物原料的特點來決定。玫瑰精油的提取流程：鮮玫瑰紅+清水→水蒸氣蒸餾→油水混合物→分離油層→除水→玫瑰油。果酒發酵的常用菌種是酵母菌，兼性厭氧型微生物，有氧條件下進行有氧呼吸增加數量，無氧條件下進行酒精發酵。【詳解】（1）水蒸氣蒸餾法是利用水蒸氣將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后，混合物又會重新分離出油層和水層。在進行蒸餾時，為了避免防止冷凝管炸裂，進水口比出水口低。蒸餾收集到的乳濁液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳濁液中加入NaCl可以促進油和水的分離；得到的油層還需要加入無水Na2SO4，可以吸去芳香油中殘留的水分。（2）糖類是主要的能源物質，可以為酵母菌的生長、繁殖提供能源物質，還可以作為酒精發酵的原料。故在通過發酵制作果酒時，在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度。在家庭以葡萄為原料制作葡萄酒時，由于葡萄皮上附著有野生的酵母菌，故可以不添加酵母菌；在制作葡萄酒的過程中，如果密封不嚴混入空氣，會造成醋酸菌大量增殖，進行醋酸發酵，發酵液會變酸。1．圖1是在發酵罐內利用三孢布拉氏霉發酵生產β-胡蘿卜素過程中，菌體生物量及β-胡蘿卜素產量隨時間變化的曲線圖；圖2是樣品層析結果及與β-胡蘿卜素標準樣品的比對。回答下列問題：

（1）β-胡蘿卜素常用的提取方法為_____________法，實驗表明，石油醚的提取效果遠好于丙酮和酒精，原因是____________。（2）圖1中，菌體的最快增長出現在第______________h左右，菌體的生物量到達最大值后下降，為保證連續的生產，應采取的措施是____________。（3）紙層析法分離樣品中色素的原理是_____________。將萃取的胡蘿卜素樣品與β-胡蘿卜素標準樣品進行比對，結果如圖2。據圖2分析可知，色帶_____________為β-胡蘿卜素。【答案】（1）萃取石油醚為水不溶性有機溶劑，沸點高，萃取效果好（2）100連續加入新的培養液，同時排出代謝產物（3）不同色素在層析液中溶解度不同I【分析】據圖分析：圖1中，在發酵罐內利用三孢布拉氏霉發酵生產β-胡蘿卜素過程中，β-胡蘿卜素產量應該是三孢布拉氏霉處于穩定期時進行連續培養時獲得的產量最高。圖2表示用紙層析法鑒定胡蘿卜素的實驗過程。【詳解】（1）β-胡蘿卜素常用提取方法為萃取法溶解；實驗表明，石油醚的提取效果遠好于丙酮和酒精，原因是石油醚為水不溶性有機溶劑，萃取效果好。（2）據圖分析可知：圖1中，菌體的最快增長出現在第100h左右；菌體的生物量到達最大值后下降，其原因是營養物質缺乏，有害代謝產物積累，故為保證連續的生產，應采取的措施是連續加入新的培養液，同時排出代謝產物。（3）紙層析法分離色素的原理是不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度大的隨層析液在濾紙上的擴散速度快；從圖中分析可知，色帶Ⅰ為β一胡蘿卜素。2．藿香正氣丸、藿香正氣水的主要藥用成分都是廣藿香油，其中藿香正氣水是深棕色的澄清液體。某研究者將成熟的廣藿香草莖葉進行干燥、堆放處理后，粉碎過60目篩，以此為原料進行提取廣藿香油的相關研究（如下圖）。請回答下列問題：（1）上述提取廣藿香油的方法為_____。步驟①②中加入的物質分別是_____、_____。（2）下表是實驗結果記錄表，據表可知最佳的提取條件為_____。實驗號乙醇濃度（%vol）浸泡溫度（℃）提取時間（h）出油量[mg·（100g）]-11604081．382605091．7536060101．504704081．475705091．9567060101．357804081．378805091．3098060101．86（3）與藿香正氣丸不同的是，藿香正氣水中含40%～50%的醇，_____（填“能”或“不能”）用酸性重鉻酸鉀溶液鑒定其中的乙醇，原因是_____。（4）用于研究廣藿香油的抑菌活性的活菌可以用牛肉膏蛋白胨固體培養基進行培養和分離，牛肉膏蛋白胨培養基中的蛋白胨提供的主要營養有_____（答三種）。【答案】（1）水蒸氣蒸餾法NaCl無水Na2SO4（2）70%乙醇、50℃浸泡、提取9h（3）不能藿香正氣水自身的顏色會影響鑒定實驗顏色的呈現（4）碳源、氮源和維生素【分析】水蒸氣蒸餾法是植物芳香油提取的常用方法，它的原理是將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后，混合物又會重新分離出油層和水層。在油水混合物中加入NaCl可以使油水混合物分層明顯，促進油水分離，然后用分液漏斗把油水分離。分離出來的精油中可以加無水硫酸鈉吸收水分。粗分離后，可以采用其他方法繼續純化。【詳解】（1）從題中可以看出，提取過程中首要是利用水蒸氣將揮發性較強的廣藿香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后又重新分離出油層，所以提取廣藿香油的方法為水蒸氣蒸餾法。步驟①為加入氯化鈉，目的是讓氯化鈉溶于水，增加水的密度，使油水混合物分層明顯。步驟②為加入無水硫酸鈉，目的是出去精油中的水分。（2）最大出油量時的提取條件為最佳條件，根據表中的實驗結果可知，最大出油量時對應的提取條件為70%乙醇、50℃浸泡、提取9h。（3）藿香正氣水中含40%~50%的乙醇，理論上乙醇可以用酸性的重鉻酸鉀來鑒定，但是鑒定過程中要觀察顏色的變化，而霍香正氣水是深棕色的澄清液體，其自身的顏色會影響鑒定實驗結果的觀察。所以不能用酸性重鉻酸鉀溶液鑒定其中的乙醇。（4）牛肉膏蛋白胨培養基中的蛋白胨內含多種有機物，可以提供的主要營養有碳源、氮源和維生素。3．薰衣草為唇形科薰衣草屬植物。熏衣草精油取自熏衣草莖、葉，化學性質穩定，揮發性較強，具有怡神、助睡眠、舒緩壓力的作用，此外它還具有降壓、止痛、促進細胞再生的功能，可以用于治療燙傷和蚊蟲叮咬、預防和改善脫發。（1）從熏衣草莖、葉中提取熏衣草精油，宜采用____________法，該方法也是提取植物芳香油的常用方法，它的原理是____。（2）與提取熏衣草精油不同，實驗室中胡蘿卜素的提取常采用__________法，該過程要特別注意控制________________，以防止胡蘿卜素分解，其提取效率主要取決于___，同時還受原料顆粒的大小、含水量等條件的影響。（3）熏衣草精油中大腸桿菌的含量超標會嚴重影響精油的品質，可采用__________（填接種方法）檢測熏衣草精油中大腸桿菌的活菌數量。將樣品接種到含_______的固體培養基上，可以根據最終培養基上________的數目，計算出熏衣草精油中大腸桿菌的數量。【答案】（1）水蒸氣蒸餾利用水蒸氣將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后，混合物又會重新分出油層和水層（2）萃取溫度和時間萃取劑的性質和使用量（3）稀釋涂布平板法伊紅美藍黑色菌落【分析】1、植物有效成分的提取的主要方法有：蒸餾法、壓榨法和萃取法。2、玫瑰精油具有較強的揮發性，適用于蒸餾法提取；橘皮精油如果使用蒸餾法會導致原料焦糊和有效成分的部分水解，通常采用壓榨法提取；胡蘿卜素不溶于水，易溶于石油醚等有機溶劑，適用于萃取法提取。【詳解】（1）熏衣草精油具有較強的揮發性，適用于水蒸氣蒸餾法提取，它的原理是利用水蒸氣將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后，混合物又會重新分出油層和水層。（2）胡蘿卜素不溶于水，易溶于石油醚等有機溶劑，適用于萃取法提取。該過程要特別注意控制溫度和時間。萃取的溫度高、時間長，需要提取的物質就能充分溶解，但溫度過高，時間過長，胡蘿卜素易分解。提取效率主要取決于萃取劑的性質和使用量，同時還受到原料顆粒的大小、緊密程度、含水量等條件的影響。（3）微生物的接種方法有平板劃線法和稀釋涂布平板法，檢測熏衣草精油中大腸桿菌的活菌數量，應采用稀釋涂布平板法接種。在含伊紅美藍的固體培養基上，大腸桿菌菌落呈現黑色，可以根據最終培養基上黑色菌落的數目，計算出熏衣草精油中大腸桿菌的數量。核心考點二DNA和蛋白質的提取技術一、DNA的粗提取與鑒定1．實驗原理（1）DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，其在物質的量濃度為0.14mo/L的NaCl溶液中的溶解度最低。（2）DNA不溶于酒精，但是在細胞中的某些蛋白質可溶于酒精，因此可以用酒精提純。（3）DNA遇二苯胺（沸水浴）會被染成藍色，因此，三苯胺試劑可用來鑒定DNA分子。2．選取材料→破碎細胞，獲取含DNA的濾液→去除濾液中的雜質→DNA的析出與鑒定。【說明】①本實驗用雞血細胞作實驗材料的原因：雞血細胞核的DNA含量豐富，材料易得；雞血細胞極易吸水漲破。②二苯胺試劑要現配現用。③獲取較多DNA的關鍵是向雞血細胞液中加入足量的蒸餾水，以便使雞血細胞膜和核膜破裂。【通關秘籍】DNA的粗提取與鑒定中的“234”加蒸餾水2次①加到雞血細胞液中，使血細胞吸收水破裂；②加到含DNA的2mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物質的量濃度下降到0.14mol/L，使DNA析出。用紗布過濾3次①過濾血細胞破裂液，得到含細胞核物質的濾液；②濾取0.14mol/L的NaC1溶液中析出的DNA（黏稠物）；③過濾溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液用NaCl溶液4次①加2mol/L的NaCl溶液，溶解提取的細胞核物質；②用0.14mol/L的NaCl溶液使DNA析出；③用2mol/L的NaCl溶液，溶解濾取的DNA黏稠物；④用2mol/L的NaCl溶液，溶解絲狀物用于鑒定DNA二、蛋白質的提取和分離1．蛋白質分離的依據蛋白質的理化性質（如分子的形狀和大小、所帶電荷的性質和多少、溶解度、吸附性質和對其他分子的親和力等）千差萬別，可以用來分離不同種類的蛋白質。2．蛋白質分離的方法（1）凝膠色譜法：原理是當相對分子質量不同的蛋白質通過凝膠時，相對分子質量較小的蛋白質容易進入凝膠內部通道，路程較長，移動速度較慢，后從層析柱中洗脫下來；而相對分子質量較大的蛋白質無法進入凝膠內部通道，只能在外部移動，路程較短，移動速度較快，在層析柱中先洗脫下來。（2）電泳法：原理是許多生物大分子具有可解離的基團，在一定pH下，這些基團會帶上正電或負電，在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。各種分子帶電性質的差異以及分子本身的大小、形狀不同，使分子遷移速度不同，從而實現各種分子的分離。3．血紅蛋白的提取和分離過程步驟操作樣品處理通過紅細胞的洗滌（除去雜蛋白，以利于后續步驟的分離純化）、血紅蛋白的釋放（在蒸餾水和甲苯的作用下，紅細胞破裂，細胞膜被溶解，釋放出血紅蛋白）、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）等操作收集到血紅蛋白溶液粗分離利用透析法去除血紅蛋白溶液中相對分子質量較小的雜質純化利用凝膠色譜法分離相對分子質量不同的蛋白質純度鑒定采用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳判斷純化的蛋白質是否達到要求4．實驗操作程序及注意事項（1）樣品處理①紅細胞的洗滌a．離心時轉速要低，時間要短，否則白細胞等會一同沉淀，達不到分離效果；b．洗滌三次，三次后如果上清液仍呈黃色，可增加洗滌次數，否則無法除去血漿蛋白。②血紅蛋白的釋放紅細胞中依次加入蒸餾水和甲苯的作用：加入蒸餾水的目的是使紅細胞吸水漲破；甲苯溶解細胞膜，從而使血紅蛋白釋放出來。③分離血紅蛋白溶液離心→分層→濾紙過濾→分液→紅色透明液體。（2）粗分離——透析①透析時間是12小時；②透析袋用硝酸纖維素制成，小分子可自由進出，而大分子保留在袋內。（3）純化——凝膠色譜法凝膠色譜操作包括凝膠色譜柱的制作、凝膠色譜柱的裝填、樣品的加入和洗脫。①為了加快干凝膠的膨脹，可將加入洗脫液的濕凝膠用沸水浴加熱，通常只需1~2h，這樣還可除去凝膠中可能帶有的微生物，排除膠粒內的空氣。②在色譜柱中裝填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。一是在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在，因為氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質的洗脫次序，降低分離效果。二是在凝膠色譜柱操作過程中，不能發生洗脫液流干，露出凝膠顆粒的現象。一旦發生上述兩種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。③滴加樣品時，吸管管口貼著管壁環繞移動加樣，不要破壞凝膠面。④根據紅色區帶的移動狀況判斷收集流出液的時間。考法一（2020·海南高考真題）下列關于“DNA的粗提取與鑒定”實驗的敘述，錯誤的是（）A．羊的成熟紅細胞可作為提取DNA的材料B．提取植物細胞的DNA時，需要加入一定量的洗滌劑和食鹽C．預冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解D．在沸水浴條件下，DNA與二苯胺反應呈現藍色【答案】A【分析】1.DNA粗提取與鑒定的原理1.DNA的溶解性：（1）DNA和蛋白質等其他成分在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同（0.14mol/L溶解度最低），利用這一特點，選擇適當的鹽濃度就能使DNA充分溶解，而使雜質沉淀，或者相反，以達到分離目的；（2）DNA不溶于酒精溶液，但是細胞中的某些蛋白質則溶于酒精，利用這一原理，可以將DNA與蛋白質進一步的分離；2.DNA對酶、高溫和洗滌劑的耐受性：蛋白酶能水解蛋白質，但是對DNA沒有影響。大多數蛋白質不能忍受60-80℃的高溫，而DNA在80℃以上才會變性。洗滌劑能夠瓦解細胞膜，但對DNA沒有影響；3.DNA的鑒定：在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺會被染成藍色，因此二苯胺可以作為鑒定DNA的試劑。【詳解】A、羊的成熟紅細胞沒有細胞核，因此不可作為提取DNA的材料，A錯誤；B、提取植物細胞的DNA時，需要加入一定量的洗滌劑和食鹽，洗滌劑的作用是瓦解細胞膜，而食鹽的作用是提高DNA的溶解度，B正確；C、預冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解，同時根據DNA蛋白質溶于酒精，而DNA不溶于酒精的特性將其析出，C正確；D、由分析可知，在沸水浴條件下，DNA與二苯胺反應呈現藍色，據此鑒定DNA的存在，D正確。故選A。考法二（2011·廣東高考真題）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【答案】D【分析】血紅蛋白的分離過程：1、樣品的處理：通過洗滌紅細胞、血紅蛋白的釋放、離心等操作收集到血紅蛋白溶液；2、樣品的粗分離：利用透析法去除分子量較小的雜質蛋白；3、樣品的純化：利用凝膠色譜法將相對分子質量較大的雜質蛋白除去；4、純度鑒定：利用聚丙烯凝膠電泳完成。【詳解】A、洗滌紅細胞的目的是去除雜蛋白以利于后續步驟的分離純化，加入的生理鹽水能維持細胞穩定形態，防止紅細胞破裂，A項正確；B、豬的成熟紅細胞中無細胞核，缺少細胞器，提純時雜蛋白質較少，B項正確；C、血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時可以通過觀察顏色來判斷什么時候應該收集洗脫液（如果操作都正確），C項正確；D、在凝膠色譜法分離過程中，血紅蛋白的分子量比雜蛋白大，質量越大的蛋白質，通過凝膠色譜柱的速度越快，D項錯誤。故選D。4．下圖所示為“DNA的粗提取與鑒定”實驗的部分操作過程，有關分析不正確的是（）A．圖①④中加入蒸餾水的目的相同B．圖①中向雞血細胞液內加入少許嫩肉粉有助于去除雜質C．圖②操作的目的是純化DNA，去除溶于體積分數為95%酒精中的雜質D．圖③中物質的量濃度為2mol·L-1的NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA【答案】A【分析】1、DNA的溶解性：（1）DNA和蛋白質等其他成分在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同（0.14mol/L溶解度最低），利用這一特點，選擇適當的鹽濃度就能使DNA充分溶解，而使雜質沉淀，或者相反，以達到分離目的。（2）DNA不溶于酒精溶液，但是細胞中的某些蛋白質則溶于酒精。利用這一原理，可以將DNA與蛋白質進一步的分離。2、DNA對酶、高溫和洗滌劑的耐受性蛋白酶能水解蛋白質，但是對DNA沒有影響。大多數蛋白質不能忍受60?80°C的高溫，而DNA在80°C以上才會變性。洗滌劑能夠瓦解細胞膜，但對DNA沒有影響。3、DNA的鑒定在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺會被染成藍色，因此二苯胺可以作為鑒定DNA的試劑。【詳解】A、①中加蒸餾水是為了使血細胞吸水漲破，④中加入蒸餾水是為了降低氯化鈉溶液的濃度，使DNA析出，A錯誤；B、嫩肉粉中含有蛋白酶，能夠水解蛋白質，因此圖①中向雞血細胞液內加入少許嫩肉粉有助于去除雜質，B正確；C、DNA不溶于酒精溶液，但是細胞中的某些蛋白質則溶于酒精，因此②操作的目的是純化DNA，去除溶于95%酒精中的雜質，C正確；D、圖③中2mol·L-1NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA，D正確。故選A。5．纖維素是地球上最豐富的可再生碳源物質之一，科學合理地利用纖維素有助于解決能源危機和環境污染等重大問題。請回答下列問題：（l）分離纖維素分解菌時，從富含有機質的土壤中取樣，將土壤濾液加入以纖維素為唯一碳源的液體培養基中進行選擇培養，選擇培養的目的是____。如果將選擇培養后的液體培養基離心，人們____（填“能”或“不能”）從上清液中獲得纖維素酶。（2）將纖維素酶粗提取液裝入透析袋中，置于pH適宜的磷酸緩沖液中進行透析處理，可除去其中____的雜質。然后可采用________法進一步純化纖維素酶。（3）為使纖維素酶能夠重復使用，可將冷卻后的海藻酸鈉溶液與纖維素酶液進行混合，通過注射器滴入CaCl2溶液中。這種固定酶的方法稱為____。（4）研究人員測定了不同溫度對固定化酶酶活力的影響，結果如圖所示。根據以上數據可以看出，在溫度為30℃-80℃的變化范圍內，隨著溫度的升高固定化酶和游離酶的酶活力均呈現出_______的變化趨勢。該趨勢是由以下兩個方面共同作用的結果：反應體系溫度升高時，底物和酶分子動能增大，使反應速率___；溫度可改變酶的____，導致活性隨著溫度的升高而降低甚至失活。【答案】（1）增加纖維素分解菌的濃度能（2）分子量較小凝膠色譜法（或電泳）（3）包埋法（4）先增加后降低加快空間結構【分析】在分離纖維素分解菌時，常做選擇培養，目的為增加纖維素分解菌的濃度，旨在從中可確保獲得纖維素分解菌。固定化酶和細胞的方法主要有三種，包括化學結合法、物理吸附法和包埋法。包埋法常使用海藻酸鈉這種不溶于水的多孔性載體中。【詳解】（1）本實驗中選擇培養也可稱為富集培養，目的是增加纖維素分解菌的濃度。纖維素分解菌能夠分解周圍環境中的纖維素，說明該酶合成后能夠釋放到周圍環境中，因此，將液體培養的目標菌離心，人們可以從上清液中獲得纖維素酶。（2）對蛋白質進行粗分離時常使用透析，目的是除去樣品中分子質量較小的雜質，為進一步純化分離纖維素酶，會將樣品放在凝膠色譜柱中進行洗脫、收集。（3）海藻酸鈉常做包埋的載體，將冷卻后的海藻酸鈉溶液與纖維素酶液進行混合，通過注射器滴入CaCl2溶液中，形成凝膠珠，這種酶固定化的方法是包埋法。（4）分析實驗數據可知，在溫度為30℃~80℃的變化范圍內，隨著溫度的升高，固定化酶和游離酶的酶活力均呈現出先增加后降低的變化趨勢。該趨勢是由以下兩個方面共同作用的結果：反應體系溫度升高時，底物和酶分子動能增大，使反應速率加快；溫度可改變酶的空間結構，導致活性隨著溫度的升高而降低甚至失活。核心考點三PCR技術一、PCR技術的原理DNA復制原理，即雙鏈DNA單鏈DNA二、PCR的反應過程1．變性：當溫度上升到90℃以上時，雙鏈DNA解聚為單鏈，如圖所示。2．復性：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，如圖所示。3．延伸：當溫度上升至72℃左右時，溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根據堿基互補配對原則合成新的DNA鏈，如圖所示。三、PCR的結果上述三步反應完成后，一個DNA分子就變成了2個DNA分子，隨著重復次數的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。考法一（2020·北京高考真題）為了對重金屬污染的土壤進行生物修復，研究者將從楊樹中克隆的重金屬轉運蛋白（HMA3）基因與外源高效啟動子連接，導入楊樹基因組中（如圖）。為檢測獲得的轉基因楊樹苗中是否含有導入的HMA3基因，同時避免內源HMA3基因的干擾，在進行PCR擴增時，應選擇的引物組合是（）A．①+③ B．①+② C．③+② D．③+④【答案】B【分析】根據圖示中引物的位置可知，引物①擴增的片段含有啟動子和HMA3基因，引物③擴增的片段不含啟動子，引物②擴增的片段既含有啟動子，又含有HMA3基因序列。【詳解】圖示中克隆的重金屬轉運蛋白（HMA3）基因與外源高效啟動子連接，導入楊樹基因組中，若要檢測獲得的轉基因楊樹苗中是否含有導入的HMA3基因和高效啟動子，需要檢測是否含有高效啟動子序列和HMA3基因序列，應選擇的引物組合是①+②，即B正確，ACD錯誤。故選B。考法二（2020·江蘇高考真題）如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側的序列，具體流程如下圖（以EcoRI酶切為例）：請據圖回答問題：（1）步驟I用的EcoRI是一種__________酶，它通過識別特定的__________切割特定位點。（2）步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3′-羥基與5′-磷酸間形成__________；PCR循環中，升溫到95℃是為了獲得__________；TaqDNA聚合酶的作用是催化__________。（3）若下表所列為已知的DNA序列和設計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是__________（從引物①②③④中選擇，填編號）。DNA序列（虛線處省略了部分核苷酸序列）已知序列PCR引物①5′-AACTATGCGCTCATGA-3′②5′-GCAATGCGTAGCCTCT-3′③5′-AGAGGCTACGCATTGC-3′④5′-TCATGAGCGCATAGTT-3′（4）對PCR產物測序，經分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中（虛線處省略了部分核苷酸序列），結果正確的是_________________。A．5′-AACTATGCG-----------AGCCCTT-3′B．5′-AATTCCATG-----------CTGAATT-3′C．5′-GCAATGCGT----------TCGGGAA-3′D．5′-TTGATACGO----------CGAGTAC-3′【答案】（1）限制性核酸內切（或限制）核苷酸序列（2）磷酸二酯鍵DNA單鏈以DNA為模板的DNA鏈的延伸（3）②④（4）B【分析】采用PCR技術擴增DNA的過程為：變性、退火、延伸、終止，PCR技術擴增目的基因的原理：DNA雙鏈復制，引物是一小段單鏈DNA，引物5′端的堿基可以與DNA兩條鏈的3′端的堿基進行堿基互補配對，可作為DNA復制的起始點，子鏈的延伸方向從5′→3′。【詳解】（1）EcoRI是一種限制性核酸內切酶，它通過識別特定的核苷酸序列切割特定的位點。（2）DNA連接酶可催化相鄰核苷酸之間的3'-羥基和5'-磷酸之間形成磷酸二酯鍵；PCR循環中，升溫到95℃時，DNA受熱變性后解旋為單鏈；TaqDNA聚合酶是一種耐高溫的依賴于DNA模板的DNA聚合酶，能催化以DNA鏈為模板的DNA鏈的延伸。（3）引物是一小段單鏈DNA，引物5'端的堿基可以與DNA兩條鏈的3'端的堿基進行堿基互補配對，可作為DNA復制的起始點，子鏈的延伸方向從5'→3'，據題圖分析，結合已知序列可知，能與片段F左邊配對的引物為④，與右邊配對的引物為②，故步驟Ⅲ選用的PCR引物應當為②④。（4）對PCR產物測序，得到片段F的完整序列，因為片段F是被限制酶EcoRI剪切的兩端，它識別的序列是GAATTC，且在G與A之間切割，所以5'端應該是AATTC，3'端是GAATT，故選B。6．小麥是我國重要的糧食作物，但蚜蟲經常給小麥生產帶來嚴重威脅，研究人員將掌葉半夏中含有的凝集素基因PPA轉入到普通小麥品種中，獲得抗蚜效果較好的轉基因小麥。（1）為探究外源PPA基因在轉基因小麥細胞中的存在位置和遺傳方式，以純合的轉PPA基因小麥和野生型小麥進行正反交，根據_______序列設計引物，通過PCR鑒定得到的F1代。若正交和反交后代均能擴增出目的基因條帶，則證明PPA基因在轉基因小麥中存在細胞核遺傳。繼續對F2代進行PCR鑒定，若親代中母本為轉基因植株時，F2代擴增結果為_______；而親代中父本為轉基因植株時，F2代擴增結果為_______，則證明該基因同時存在細胞質遺傳。（2）實驗結果表明，細胞核和細胞質中都含有PPA基因。細胞核中的PPA基因用R表示，未導入PPA基因用r表示；細胞質中含PPA基因用S表示，未導入PPA基因用N表示（見下圖）。

以純合的轉基因植株做父本（基因型用S(RR)表示），野生型植株做母本進行雜交實驗，請寫出F1、F2的基因型_______。（3）回交是指子代與親本之一進行雜交的過程。通過多代的連續回交，可以逐步將轉基因小麥的細胞核，置換成野生型小麥不攜帶PPA基因的細胞核，從而僅保持細胞質中的PPA基因，以防止該基因通過花粉擴散到其他近親作物中。請寫出利用純合轉基因植株和野生型植株為親本，培育僅含細胞質遺傳的轉基因抗蟲小麥的流程_______。（用文字或者圖示作答均可）【答案】（1）PPA基因所有個體均能擴增出條帶能擴增和不能擴增的個體比例為3∶1（2）F1：N(Rr)F2：N(RR)、N(Rr)、N(rr)（3）用純合轉基因植株做母本、野生型植株做父本，雜交獲得F1，F1作母本與野生型植株回交，篩選基因型為S(rr)的植株作母本，再與野生型植株連續多代回交，最終獲得僅含細胞質遺傳的轉基因抗蟲小麥S(rr)；

【分析】基因是具有遺傳效應的DNA片段，是決定生物性狀的基本單位。體細胞的細胞核中的基因通常是成對存在的，而細胞質中的基因通常不是成對存在的。細胞核和細胞質中的基因都能進行復制、轉錄和翻譯，細胞質基因由母本傳給子代。【詳解】（1）PCR擴增基因，需要根據待測定的基因序列設計引物，本實驗目的是探究外源PPA基因在轉基因小麥細胞中的存在位置和遺傳方式，所以以PPA基因序列設計引物；正反交結果相同，則說明存在細胞核遺傳，若用Aa這對基因表示，F1基因型是Aa；對F2進行擴增，由于細胞質基因只能由母本傳遞給子代，所以如果母本為轉基因植株時，F2中所有個體均能擴增出條帶，而如果父本父本為轉基因植株時，只存在細胞核遺傳，所以擴增結果是能擴增和不能擴增的個體比例為3∶1。（2）野生型為未導入基因，所以母本基因型是N（rr），父本是S(RR)，由于細胞質基因隨著母本傳遞，所以F1基因型是N（Rr），自交出現性狀分離，F2基因型是N（RR）,N（Rr），N（rr）。（3）需要培養僅含細胞質遺傳的轉基因抗蟲小麥S（rr），結合題干回交過程，不斷進行選擇，所以具體過程：用純合轉基因植株做母本、野生型植株做父本，雜交獲得F1，F1作母本與野生型植株回交，篩選基因型為S(rr)的植株作母本，再與野生型植株連續多代回交，最終獲得僅含細胞質遺傳的轉基因抗蟲小麥S(rr)；遺傳圖解如下：

7．注意缺陷多動障礙（ADHD）是臨床上常見的一種神經發育障礙性疾病，主要表現為與年齡不相符的注意力不集中、多動、沖動。推測cntnap2基因與ADHD相關，研究人員嘗試通過降低斑馬魚中該基因的表達建立ADHD動物模型。（1）cntnap2基因主要在_________中進行轉錄時，_________酶與基因中的啟動子結合催化形成RNA前體。隨后RNA前體中內含子對應部分被切掉，外顯子對應部分拼接起來，形成成熟mRNA。（2）為降低cntnap2基因的表達，研究人員將嗎啉反義寡核苷酸導入斑馬魚的受精卵中，嗎啉反義寡核苷酸是一種RNA剪接抑制劑，針對它的具體作用，科研人員提出以下假說：假說1：導致RNA前體上內含子1的對應序列不能被剪切下去假說2：導致RNA前體上內含子1和外顯子2的對應序列同時被剪切下去為了驗證上述假說，分別從受精后3天的實驗組和對照組斑馬魚的腦中提取________，逆轉錄形成cDNA。若假說1成立，使用上圖所示引物2和引物4進行PCR后電泳的結果為________（從下列選項中選擇）。A．實驗組有目的條帶B．實驗組無目的條帶C．對照組有目的條帶D．對照組無目的條帶若要證明假說2成立，還需要選擇上圖所示引物_________進行PCR。（3）用上述方法獲得的實驗組斑馬魚的運動距離和速度都大于對照組。科研人員向實驗組斑馬魚的培養液中加入托莫西汀（一種常用于治療ADHD的臨床藥物），若_________則證明利用嗎啉反義寡核苷酸獲得了ADHD斑馬魚模型。【答案】（1）細胞核RNA聚合（2）RNAAD3和4（3）斑馬魚的運動距離和速度降低【分析】1、中心法則：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；遺傳信息可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯；后來中心法則又補充了遺傳信息從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA兩條途徑。2、PCR技術：（1）概念：PCR全稱為聚合酶鏈式反應，是一項在生物體外復制特定DNA的核酸合成技術；（2）原理：DNA復制；（3）前提條件：要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一對引物；（4）條件：模板DNA、四種脫氧核苷酸、一對引物、熱穩定DNA聚合酶（Taq酶）；（5）過程：①高溫變性：DNA解旋過程（PCR擴增中雙鏈DNA解開不需要解旋酶，高溫條件下氫鍵可自動解開）；低溫復性：引物結合到互補鏈DNA上；③中溫延伸：合成子鏈。【詳解】（1）轉錄過程以四種核糖核苷酸為原料，以DNA分子的一條鏈為模板，在RNA聚合酶的作用下消耗能量，合成RNA，斑馬魚屬于真核生物，即cntnap2基因在細胞核中進行轉錄時，在RNA聚合酶與基因中的啟動子結合催化形成RNA前體。隨后RNA前體中內含子對應部分被切掉，外顯子對應部分拼接起來，形成成熟mRNA。（2）針對嗎啉反義寡核苷酸是一種RNA剪接抑制劑，提出假說1和假說2，為驗證上述假說，可分別從受精后3天的實驗組和對照組斑馬魚的腦中提取RNA，逆轉錄形成cDNA。若假說1成立，即實驗組RNA前體上內含子1的對應序列不能被剪切下去，對照組RNA前體上內含子1的對應序列不能被剪切下去，使用上圖所示引物2和引物4進行PCR后電泳的結果為實驗組有目的條帶，對照組無目的條帶，即AD正確。若要證明假說2成立，即RNA前體上內含子1和外顯子2的對應序列同時被剪切下去，即選擇圖示引物3和4進行PCR可得到電泳條帶。（3）用上述方法獲得的實驗組斑馬魚的運動距離和速度都大于對照組，科研人員向實驗組斑馬魚的培養液中加入托莫西汀（一種常用于治療ADHD的臨床藥物），若斑馬魚的運動距離和速度降低則證明利用嗎啉反義寡核苷酸獲得了ADHD斑馬魚模型。8．PCR技術應用非常