第十一单元第43课时.docx

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第十一单元第43课时

第43课时　生物技术在食品加工及其他方面的应用酶的研究和应用

考点134　生物技术实践应用——植物组织培养

1．植物组织培养的过程

（1）菊花组织培养过程

菊花组织

形成愈伤组织

长出丛芽―→生根

菊花植株。

（2）月季的花药培养

2．植物激素与组织培养

（1）生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点：

①在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。

②使用顺序不同，结果不同，具体如下：

使用顺序

实验结果

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有利于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂又分化

同时使用

分化频率提高

③用量比例不同，结果也不同

3．影响植物组织培养的因素

（1）材料：

植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。

一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。

嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。

（2）营养：

常用的培养基是MS培养基，其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、I、Co，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。

提醒　培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。

（3）环境条件：

pH、温度、光照等环境条件。

如菊花组织培养所需pH为5.8，温度为18～22℃，光照条件为每日用日光灯照射12小时。

1．（2011·江苏卷，16）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是（　　）

A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞

B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株

C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子

D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得

考点135　生物技术实践应用——DNA的粗提取与鉴定

1．原理、方法和目的

基本原理

方法

目的

DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，在0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低

溶于NaCl溶液中并稀释

①NaCl溶液为2mol/L时，DNA溶解，而部分蛋白质发生盐析生成沉淀，通过过滤可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质

②当NaCl溶液稀释至0.14mol/L时，DNA析出，过滤可除去溶于NaCl溶液的部分蛋白质和其他杂质

DNA不被蛋白酶所水解

加入嫩肉粉

嫩肉粉中含木瓜蛋白酶，水解蛋白质

DNA不溶于酒精溶液

加入冷却酒精（95%）

DNA析出，除去溶于酒精的蛋白质

DNA可被二苯胺染成蓝色

加入二苯胺，并沸水浴

鉴定DNA

2.实验步骤及注意事项

（1）步骤：

提取血细胞核物质（蒸馏水涨破）→溶解（2mol/L的NaCl溶液）→过滤（除杂质）→析出（滴蒸馏水，降NaCl溶液浓度至0.14mol/L）→过滤→再溶解（2mol/L的NaCl溶液）→过滤→进一步提纯（体积分数为95%的冷却酒精）→鉴定。

（2）鉴定

比较

加入物质

结果

图示

实验组

均加入：

①4mL二苯胺试剂

②2mol/L

NaCl溶液5mL

丝状物（DNA）

溶液逐渐变蓝

对照组

——

不变蓝

（3）注意事项

①制备鸡血细胞液时，要在取鸡血的同时加入柠檬酸钠，静置后上层是血清，下层为所需要的血细胞。

②两次加蒸馏水的目的不同，一是涨破细胞，二是稀释溶液。

③鉴定DNA时需沸水浴加热。

④二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。

2．（2011·江苏卷，19）在利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的实验中，相关叙述正确的是（　　）

A．用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，滤去析出物

B．调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质

C．将丝状物溶解在2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色

D．用菜花替代鸡血作为实验材料，其实验操作步骤相同

考点136　生物科技新手段——PCR扩增技术

1．原理：

DNA复制。

2．条件：

模板、原料、酶、ATP。

3．场所：

体外PCR扩增仪。

4．方向：

DNA复制的具体过程涉及DNA双链的方向。

DNA的两条链是反向平行的，为了明确地表示DNA的方向，通常将DNA的羟基（—OH）末端称为3′端，两磷酸基团的末端称为5′端。

DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。

当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。

5．过程

（1）变性：

当温度上升到90℃以上时，双链DNA解旋为单链，如下图：

（2）复性：

温度下降到50℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，如下图：

（3）延伸：

温度上升到72℃左右，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，如下图：

6．检测PCR扩增效果

（1）将样品进行50倍稀释：

取2μLPCR反应液，加入98μL蒸馏水。

（2）以蒸馏水作为空白对照，在波长260nm处，将紫外分光光度计的读数调节至零。

（3）将步骤①中的DNA稀释液加入到厚度为1cm的比色杯中，测定其在260nm处的光吸收值（用A260nm表示）。

注意　DNA在260nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰，可以利用DNA的这一特点进行DNA含量的测定。

（4）根据下面的公式计算DNA含量。

DNA含量（μg/mL）＝50×A260nm×稀释倍数

注意　据测定，1μg/mL的DNA在厚度为1cm比色杯中，OD260为1相当于50μg/mL的双链DNA。

以此为标准，可以计算出样品中的DNA浓度。

7．PCR技术的应用

PCR技术模拟细胞内DNA的复制过程，实现对某一段DNA的扩增。

PCR技术能在几小时内将极微量的DNA特异性地扩增上百万倍，从而有效地解决了因为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的难题，大大提高了对DNA分子的分析和检测能力，被广泛地应用于基因克隆、基因序列分析、遗传病诊断、古生物学研究以及刑侦破案、亲子鉴定等诸多方面。

3．（创新题）多聚酶链式反应（PCR）是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。

请回答下列有关PCR技术的基本原理及应用问题。

（1）DNA的两条链是反向平行的，通常将________的末端称为5′端，当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的________开始延伸DNA链。

（2）PCR利用DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题，但又导致了DNA聚合酶失活的新问题。

到20世纪80年代，科学家从一种Taq细菌中分离到______________，它的发现和应用解决了上述问题。

要将Taq细菌从其他普通的微生物中分离出来，所用的培养基叫______________。

（3）PCR的每次循环可以分为__________________三步。

假设在PCR反应中，只有一个DNA片段作为模板，请计算在5次循环后，反应物中大约有____个这样的DNA片段。

（4）请用简图表示出一个DNA片段PCR反应中第二轮的产物。

（5）简述PCR技术的主要应用。

考点137　生物科技实践应用——血红蛋白的提取和分离

1．蛋白质分离的依据

蛋白质各种特性的差异，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等，可以用来提取和分离不同种类的蛋白质。

2．凝胶色谱原理

（1）认真阅读教材第64～65页内容，理解凝胶色谱法提取蛋白质的原理。

（2）列表比较

蛋白质

比较　　

相对分子质量大

相对分子质量小

凝胶内部

不能进入

能进入

运动方式

垂直向下

垂直向下和无规则扩散运动

经过路程

较短

较长

洗脱次序

先流出

后流出

提醒　凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果，但直径过大造成洗脱液体积大，样品稀释度大；凝胶色谱柱的高度与分离度有关。

3．凝胶电泳法原理

凝胶电泳法的原理是不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速率不同。

如下表：

决定运动方向

形成库仑力

形成阻力

决定运

动速率

电荷性质

√

电荷量

√

分子形状

√

分子大小

√

4.实验操作流程

4．（2011·广东卷，5）以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是（　　）

A．洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂

B．猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少

C．血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测

D．在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢

考点138　生物技术实践应用——影响果汁产量的物质及处理方法

1．影响果汁产量的物质

纤维素和果胶是组成水果的重要物质，这两种物质的存在使制作果汁时存在两个问题：

一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高，容易发生沉淀。

2．处理方法——酶解法

常用的酶及其作用特点如下：

组成

本质

作用

果胶酶

多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶

果胶酯酶

蛋白质

催化果胶分解成为可溶性半乳糖醛酸

纤维素酶

C1酶

CX酶

葡萄糖苷酶

蛋白质

纤维素

纤维二

糖

葡萄糖

提醒　果胶酶和纤维素酶都是复合酶，并不特指某一种酶，而是一类酶的总称。

3．探究酶活性最适条件和用量的实验设计

（1）原理

①果胶酶的活性受温度（或pH）的影响，处于最适温度（或pH）时活性最高。

②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。

（2）流程

各取一支，分9组分别放入30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃的恒温水浴中加热（或各取一支，分5组分别调节苹果泥和果胶酶的pH为5、6、7、8、9，置于同一恒温水浴中）

（3）注意事项：

在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可信度和可靠性。

（4）衡量实验结果的指标：

以果汁澄清度与果汁产量的多少确认果胶酶活性的高低。

4．探究果胶酶的最适用量

（1）原理提示

本实验是一个探究性的定量实验，所测出的最适用量是在本实验的温度、pH条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。

（2）确定最适用量的方法

如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。

（3）结果分析

计算澄清苹果汁得率（R）。

R＝V1/V2×100%式中：

V1为澄清苹果汁体积，V2为处理前苹果汁体积。

5．用果胶酶处理苹果泥是为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是（　　）

A．加大苹果泥用量B．大幅度提高反应温度

C．换成大型号容器D．用玻璃棒进行搅拌

考点139　生物技术实践应用——探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果

1．实验原理

酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。

2．实验变量

（1）自变量：

加酶洗衣粉。

（2）无关变量：

其他条件相同且适宜（如温度、pH等）。

3．实验步骤

步骤

烧杯编号

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

注入自来水

500mL

加入物质（等量）

奶渍布

控制水温

37℃

加入洗衣粉（等量）

蛋白酶洗衣粉

复合酶洗衣粉

脂肪酶洗衣粉

用玻璃棒搅拌

5min

观察实验现象

提醒　洗衣时，水温控制过高或过低都会影响酶活性，进而影响洗涤效果。

4．实验时注意事项

（1）在比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果的实验中，自变量为洗衣粉的种类，设计时应遵循单一变量原则、对照原则，有效控制其他变量，如水的用量、污染物的量、所用实验的布的质地和大小、两种洗衣粉的用量、搅拌及洗涤时间等。

（2）在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果的条件，如最适温度、pH，还要考虑衣物的承受力，如蛋白酶洗衣粉不能洗涤丝绸类衣物；也要考虑洗涤成本问题，因污渍的成分比较复杂，一般选择复合加酶洗衣粉，以减少用量。

（3）该实验探究多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果，也可以探究同一种加酶洗衣粉对于不同污渍的洗涤效果。

6．（高考经典题）为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。

甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。

请回答下列问题。

水温/℃

组别

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

清除血渍时间/min

清除油渍时间/min

（1）提高洗衣粉去污能力的方法有____________________________，甲组在洗衣粉中加入了__________，乙组在洗衣粉中加入了______________________。

（2）甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有__________。

（3）如果甲、乙和丙3组均在水温为80℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由。

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________。

（4）加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。

请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

　　　　　　　蛋白质的提取与分离技术

考纲能力　技术实践应用能力

考题

　（热点预测题）血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，负责血液中O2和部分CO2的运输。

请根据血红蛋白的提取和分离流程图回答问题。

（1）将实验流程图补充完整：

A为__________________，B为________________。

凝胶色谱法的基本原理是根据______________分离蛋白质的有效方法。

（2）洗涤红细胞的目的是去除________，洗涤次数过少，无法除去________；离心速率过快和时间过长会使______________________一同沉淀，达不到分离的效果。

洗涤干净的标志是________________________。

释放血红蛋白的过程中起作用的是____________________。

（3）在洗脱过程中加入物质的量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液（pH为7.0）的目的是________________________________________________________________________。

如果红色区带__________________，说明色谱柱制作成功。

体会　

（1）实验原理：

依据蛋白质的各种特性可以将不同种类的蛋白质分离。

（2）常用方法：

①凝胶色谱法：

根据相对分子质量的大小分离蛋白质。

②电泳：

利用待分离样品中各种分子带电性质的差异及分子本身大小、形状的不同产生不同的迁移速率，由此将各种分子分离。

（3）蛋白质的提取和分离一般分为四步：

样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。

　　　　　　对DNA粗提取与鉴定原理和蛋白

质提取分离模糊不清

典例

　（经典高考题）下列叙述中错误的是（　　）

A．改变NaCl溶液的浓度只能使DNA溶解而不能使其析出

B．在沸水浴中，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色

C．用电泳法可分离带电性质、分子大小和形状不同的蛋白质

D．用透析法可去除蛋白样品中的小分子物质

纠错笔记　DNA与蛋白质提取的比较

提取物质

提取方法

提取原理

步骤

DNA

盐析法

①在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同；②DNA不溶于酒精，但某些化合物溶于酒精

①溶解在2mol/L的NaCl溶液中；②NaCl溶液加水稀释至0.14mol/L，使DNA析出、过滤；③加入冷酒精析出

血红蛋白

凝胶色谱法、电泳法

①根据相对分子质量的大小；②各种分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同

①样品处理；②粗提取；③纯化；④纯度鉴定

课时规范训练

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

植物组织培养

DNA的粗提取与鉴定

PCR技术

血红蛋白的分离、提取

酶在食品制造和洗涤方面的应用

5、6、7

特别提醒

流程图认知题——5

1.对血红蛋白（Hb）的研究结果表明，血红蛋白实际上是由珠蛋白、原卟琳和二价铁离子（Fe2＋）所组成的结合蛋白质，由4条肽链各结合一个辅基即血红素，O2结合于Fe2＋上，血红蛋白与氧疏松结合形成氧合血红蛋白（HbO2），这种氧合作用在氧分压高时容易进行，在氧分压低时易于解离。

红细胞结合和携带O2的过程并不影响Fe2＋，也就是说不会使之氧化为Fe3＋。

Fe3＋无携带O2的能力。

CO与Hb的亲和力大于O2，结合成HbCO后不能分离，致使Hb丧失运输O2和CO2的机能，这称为一氧化碳中毒即煤气中毒。

（1）用凝胶色谱法分离血红蛋白时，待________________接近色谱柱底端时，才用试管收集。

血红蛋白因含________________而呈现红色。

（2）要使血红蛋白从红细胞中释放出来，可选用的方法是______________________。

（3）红细胞具有运输氧的功能，是因为__________________________________

_____________________________________________________________________。

（4）亚硝酸盐为强氧化剂，进入人体后，可使血红蛋白失去运输氧的功能，导致人体组织缺氧，其可能的原因是________________________________________________

______________________________________________________________________。

2．通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。

据图甲、表乙回答问题：

表乙：

植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况

A组

B组

C组

D组

E组

吲哚乙酸

3ppm

0.03ppm

细胞分裂素

0.2ppm

0.002ppm

1.0ppm

0.2ppm

花芽生长状况

仍是组织切块

形成愈伤组织

愈伤组织分化出根

愈伤组织分化出嫩芽

稍生长

（1）离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是____________________。

（2）用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中[　]__________和[　]________过程，在此过程中被培养的细胞始终受__________的调节（[　]内填序号）。

（3）应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株，其原因是______________________________________________________________________。

（4）从表乙的实验结果可看出：

吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。

其中，新芽形成必需的条件是______________________________________________；而在培养形成完整新个体的过程中，对它们的调控关键是____________________________

_______________________________________________________________。

3．近十年来，PCR技术（多聚酶链式反应）成为分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制（如图），在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。

（1）加热使DNA双链打开，这一步是打开________键，称为________，细胞中是在__________的作用下使此键断裂的。

（2）当温度降低时，引物与模板________端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个DNA分子，此过程中原料是________________，遵循的原则是________________。

（3）PCR技术的必要条件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少还需要三个条件，即：

液体环境、适宜的______________和____________。

（4）PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为__________、________、________三个步骤。

4．（原创题）下图为“DNA的粗提取与鉴定”的实验装置，请回答问题。

（1）实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中________含量较高。

（2）在图A所示的实验步骤中加蒸馏水20mL的目的是_________________________，通过图B所示的步骤取得滤液，再在滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是______________________________；图C所示实验步骤中加蒸馏水的目的是________________。

（3）为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，可滴加________溶液，结果丝状物被染成绿色。

（4）a试管为对照组，b试管为实验组。

①a试管现象____

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