步步高人教版高三生物第二轮复习学案专题八 第2讲.docx

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步步高人教版高三生物第二轮复习学案专题八第2讲

第2讲　酶的应用和生物技术在其他方面的应用

[考纲要求]　1.果胶酶在果汁生产中的作用。

2.菊花的组织培养。

3.血红蛋白的提取和分离。

[构建网络]

考点一　果胶酶在果汁生产中的作用

1．果胶酶

（1）组成：

包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等，是分解果胶的一类酶的总称。

（2）作用

①分解果胶为可溶性的半乳糖醛酸，瓦解植物的细胞壁和胞间层。

②使浑浊的果汁变得澄清，增加出汁量。

2．酶的活性与影响酶活性的因素

（1）酶的活性：

指酶催化一定化学反应的能力，可用反应速度来表示。

（2）影响酶活性的因素：

温度、pH和酶的抑制剂等。

[错混诊断]

1．探究果胶酶用量时，pH、温度不影响实验结果（　×　）

2．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量（　√　）

3．在探究果胶酶最适用量时，几组实验之间可形成相互对照不需单设空白对照（　√　）

4．在酶的制备和应用中，透析、电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化（2011·江苏，15B）（　×　）

题组　探究果胶酶活性的因素

1．某同学用实验来探究pH对果胶酶活性的影响。

他准备了5份含有等量果胶酶溶液的试管，用0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液调节至不同的pH，每支试管加五块0.1cm3的正方体苹果块，试管均置于25℃室温条件下。

（1）请你帮助选取pH梯度：

____________________________________________________。

（2）请设计两种方法改进实验，使实验在更短时间内完成。

________________________________________________________________________。

（3）生成果汁的量与酶活性强弱的关系是：

_______________________________________。

可根据______________________________________________________________________来判断最适pH。

（4）为确认澄清果汁的大量生成是由于果胶酶的作用，还应对实验进行怎样的设计？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）5、6、7、8、9　

（2）①将苹果块换成苹果泥；②适当提高温度　（3）酶活性越强，果胶分解越快，生成的果汁量越多　相同时间内生成果汁量的多少　（4）另设计一组实验，不加果胶酶，其他条件不变

解析　在探究pH对果胶酶活性影响的实验中选取的pH梯度一般为5、6、7、8、9；将苹果块制成苹果泥，使苹果泥与果胶酶充分接触，从而提高酶促反应速率，缩短反应的时间；在一定温度范围内，适当提高反应的温度，也可以提高酶促反应速率。

2．下列说法不正确的是（　　）

A．在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的

B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶

C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来判断果胶酶活性的高低

D．人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的问题

答案　C

解析　在探究果胶酶的用量实验中，参照研究温度和pH对酶活性的影响实验，采用梯度测定法，只是将原实验中的pH梯度和温度梯度改成酶的用量梯度而已，基本实验思路不变，即A正确；植物、霉菌、酵母菌和细菌在其生活过程中，都会发生分解果胶的过程，因此，它们都可产生果胶酶，故B正确；在制作果汁过程中，由于果胶、纤维素的存在，影响榨出的果汁量及果汁的透明度，加入纤维素酶和果胶酶后，果汁榨出量及透明度均有提高，即D正确；在使用梯度测定酶的用量及活性时，可以通过榨出的苹果汁的体积大小来判断，因此C错误。

　1.探究影响果汁产量的因素

（1）探究温度对酶活性的影响时，可以选用10℃作为温度梯度，设置的具体温度为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃等，也可以根据酶的特点，尝试以5℃作为温度梯度。

（2）探究pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。

反应液中的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。

（3）探究酶的用量是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的。

此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。

实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。

需要注意的是，反应液的pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。

2．确定果胶酶最适用量的方法

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，这个值就是酶的最适用量。

考点二　植物组织培养

1．植物组织培养的过程

2．植物茎的组织培养与花药植株培养

菊花茎的组织培养

月季的花药培养

理论依据

细胞的全能性

基本过程

脱分化、再分化

影响因素

材料、营养、激素、pH、温度、光照等

选择材料

体细胞

花药（生殖细胞）

操作流程

制备培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

选材→材料消毒→接种和培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育

[错混诊断]

1．在25°C的实验条件下可顺利完成的是制备用于植物组织培养的固体培养基（2014·北京，5D）（　×　）

2．在植物组织培养中，为了诱导菊花试管苗生根，培养基中一般不加入IAA（2012·新课标全国，39（4）改编）（　×　）

3．在植物组织培养中，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（2011·江苏，16B）（　×　）

4．在植物组织培养中，以花粉作为外植体可得到单倍体植株（2011·上海，22C）（　√　）

5．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同（2008·江苏，20D）（　×　）

题组　从植物组织培养的过程与技术进行命题

菊花的组织培养的大致过程如下图所示。

请回答下列问题：

图中B、C依次表示________________________过程（填名称），添加的关键激素是________________________。

该实验操作成功的关键是________________，要对外植体、超净工作台等消毒，对________________等灭菌。

答案　脱分化、再分化　细胞分裂素、生长素　无菌操作（或无菌技术）　培养基（或培养器具）

解析　植物组织培养中B表示脱分化形成愈伤组织，C表示再分化形成试管幼苗，添加的关键激素是细胞分裂素、生长素，二者浓度的配比调节分化过程。

该实验成功的关键是无菌操作，要对外植体、超净工作台等消毒，对培养基（或培养器具）等灭菌。

　植物激素与组织培养的关系

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，其作用及特点为：

（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

考点三　血红蛋白的提取和分离

1．提取血红蛋白过程中样品的预处理及粗分离

红细胞的洗涤

↓

血红蛋白的释放

　↓

分离血红蛋白溶液

↓　

透析

2．血红蛋白的提取和分离原理及方法

（1）原理：

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，可以用来分离不同种类的蛋白质。

（2）分离方法：

①凝胶色谱法：

也称做分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。

②电泳法：

电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。

常用的电泳法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。

[错混诊断]

1．在猪血红蛋白提纯中，洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止细胞破裂（2011·广东，5A）（　√　）

2．利用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量小的先洗脱出来（　×　）

3．在电泳过程中，蛋白质分子的移动速率，与分子本身的大小和形状无关，而与所带电荷的差异有关（　×　）

4．猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，猪血红蛋白提纯时杂蛋白较少（2011·广东，5B）（　√　）

题组　从蛋白质提取与分离技术展开命题

1．红细胞中含有大量的血红蛋白，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验来提取和分离血红蛋白。

下列对血红蛋白提取和分离的叙述，错误的是（　　）

A．血红蛋白提取和分离一般按照样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定的顺序进行

B．纯化过程中要用生理盐水充分溶胀凝胶来配制凝胶悬浮液

C．粗分离中透析的目的是去除相对分子质量较小的杂质

D．可经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定

答案　B

解析　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。

提取和分离血红蛋白时，首先通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即样品处理；再通过透析法除去相对分子质量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过凝胶色谱法将相对分子质量较大的杂蛋白除去，即样品纯化，纯化过程中凝胶应用蒸馏水充分溶胀后，配制成凝胶悬浮液，而不是用生理盐水；最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。

2．红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完成的，血红蛋白的主要功能是携带O2或CO2，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验，来提取和分离血红蛋白。

请回答下列有关问题：

（1）血红蛋白提取和分离一般可分为四步：

__________、______________、______________和______________。

（2）实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。

①加入柠檬酸钠的目的是_____________________________________________________。

②以上所述的过程即是样品处理，它包括___________、______________、分离血红蛋白溶液。

（3）然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。

样品纯化的目的是__________________________________________________________。

（4）电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及____________、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速率，从而实现样品中各种分子的分离。

答案　

（1）样品处理　粗分离　纯化　纯度鉴定

（2）①防止血液凝固　②红细胞的洗涤　血红蛋白的释放

（3）通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂蛋白除去

（4）分子本身的大小

解析　分离、提取血红蛋白的实验流程大致是样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定四个步骤。

柠檬酸钠属于抗凝剂。

血红蛋白是红色含铁的蛋白质。

凝胶色谱法分离蛋白质主要是依据蛋白质的相对分子质量大小来进行的。

　“血红蛋白的提取和分离实验”中的注意事项

（1）红细胞的洗涤：

洗涤次数不能过少，否则无法除去血浆蛋白；要低速、短时离心，否则会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果。

（2）凝胶的预处理：

用沸水浴法不但节约时间，而且除去凝胶中可能带有的微生物，排除胶粒内的空气。

（3）色谱柱的装填：

装填时尽量紧密，减小颗粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。

（4）色谱柱成功的标志：

红色区带均匀一致地移动。

专题突破练

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

答案　D

解析　愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化、呈无定形状态、具有分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结构和功能，A项错误；二倍体植株的花粉中只含一个染色体组，培养得到的个体为单倍体，高度不育，只有幼苗用秋水仙素处理后得到的植株才能稳定遗传，B项错误；人工种子中包裹的是再分化形成的胚状体或不定芽、顶芽和腋芽等，但不能是愈伤组织，C项错误；用特定的选择培养基可筛选出所需的突变体类型，如植物耐盐突变体的筛选可利用加适量NaCl的培养基进行，D项正确。

2.如图表示某研究小组在探究果胶酶的用量时的实验结果。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．在ab段限制反应速率的主要因素是酶的用量

B．在bc段限制反应速率的因素是温度、pH、反应物浓度等

C．在ac段增加反应物浓度，可以明显加快反应速率

D．在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b点对应的值

答案　C

解析　由曲线图可以看出，在ab段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加反应物浓度，反应速率不会明显加快。

在bc段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快；此时反应物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加反应物浓度，反应速率会加快。

3．在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是（　　）

A．加大果泥用量

B．加大果胶酶用量

C．进一步提高温度

D．用玻璃棒不时地搅拌反应混合物

答案　D

解析　用果胶酶处理果泥时，用玻璃棒不时地搅拌反应混合物，能使果胶酶与果胶充分接触，使果胶酶能够充分地催化反应。

4．蛋白质的分离与纯化是蛋白质研究的重要技术。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．根据蛋白质分子不能透过半透膜的特性，可将样品中各种不同的蛋白质分离

B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小等，可通过电泳法分离蛋白质

C．根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过凝胶色谱法分离蛋白质

D．根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法分离蛋白质

答案　A

解析　蛋白质分子是生物大分子，都不能通过半透膜，因此不能利用半透膜分离蛋白质；蛋白质分子所带电荷性质的差异及分子大小可以使蛋白质分子在电场中获得不同的迁移速度，因此可以利用电泳法分离蛋白质；蛋白质相对分子质量的大小不同，通过凝胶柱的时间不同，可通过凝胶色谱法分离蛋白质；蛋白质的分子大小、密度不同，具有不同的离心力，可通过离心沉降法分离蛋白质。

5．某同学进行葡萄产品开发的实验，设计的简易工艺流程如下图所示。

（1）浑浊的葡萄汁通过过程③后变得澄清，这是____________催化果胶水解的结果。

（2）将酶应用于生产实践和科研之前必须对酶进行________________的检测。

（3）制作葡萄酒时，温度应该控制在________，酿造过程中如果果汁灭菌不合格，含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时，醋酸菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？

说明理由。

________________________________________________________________________。

（4）从野生酵母菌群中分离纯化酵母菌，常使用的接种方法是______________和____________两种。

酵母菌适合生活在偏酸性环境，而放线菌则适合生活在偏碱环境中，分离二者所用的培养基称为______________。

（5）葡萄皮、籽中含有原花青素、葡萄皮红色素和大量葡萄风味物质等，这些物质易溶于乙醇、乙酸乙酯中，因此过程⑤常采用________法来分离提取。

答案　

（1）果胶酶　

（2）酶活力（酶活性）　（3）18～25℃　不能。

醋酸菌是好氧细菌，而葡萄酒发酵是无氧环境（或醋酸菌是在有氧、30～35℃条件下才能将糖转化为醋酸，而此时发酵条件为无氧、18～25℃）　（4）平板划线法　稀释涂布平板法　选择培养基　（5）萃取

解析　

（1）根据酶的专一性原理，催化果胶水解的酶是果胶酶。

（2）将酶应用于生产实践和科研之前，必须检测酶活力。

（3）酵母菌生存的适宜温度是18～25℃，所以制作葡萄酒时，温度应该控制在18～25℃。

在酒精发酵旺盛时，醋酸菌不能将果汁中的糖发酵为醋酸，因为醋酸菌是在有氧、30～35℃条件下才能将糖转化为醋酸，而此时发酵条件为无氧、18～25℃。

（4）分离纯化酵母菌常用平板划线法和稀释涂布平板法。

选择培养基是根据某一种或某一类微生物的特殊营养要求或对一些物理、化学抗性而设计的培养基。

利用这种培养基可以将所需要的微生物从混杂的微生物中分离出来。

酵母菌和放线菌对pH要求不同，可以此特性设计选择培养基来分离这二者。

（5）原花青素、葡萄皮红色素和大量葡萄风味物质易溶于有机溶剂中，因此过程⑤常采用萃取法来分离提取。

6．下图表示菊花的嫩枝和月季的花药的离体培养过程，请据图回答下面的问题。

（1）对菊花来说，要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养，其原因是__________________；

对月季来说，适宜花粉培养的时期是____________期。

为确定花粉是否处于该时期，最常用的镜检方法是__________________________。

（2）在培养嫩枝组织和花粉的培养基中都要加入一定的植物激素，常用的植物激素有________________________________________________________________________。

（3）两种植物组织培养都需要接种，在进行接种时应注意（　　）

①接种室要消毒　②只要戴口罩，操作时便可说话　③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡，取出用无菌水冲洗后，再用0.1%的氯化汞溶液消毒，并用无菌水冲洗干净　④接种操作要在酒精灯火焰旁进行　⑤接种完毕应立即用封口膜将瓶口扎好

A．①②③⑤　　　　　　　　B．①②③④

C．①③④⑤　　　　　　　　D．②③④⑤

（4）月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同，从植物产生的途径来说，花粉植株产生的途径除了图中所示外，还可以通过____________阶段发育而来，这两种发育途径的差别主要取决于_______________________________________________________________________。

（5）图中的B过程都需要________，因为愈伤组织形成幼小植物后，植物需要叶绿素进行光合作用。

答案　

（1）生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化　单核　醋酸洋红法　

（2）细胞分裂素和生长素　（3）C　（4）胚状体　培养基中激素的种类及其浓度配比　（5）光照

解析　菊花的组织培养，一般要选取生长旺盛的嫩枝，主要是因为其分裂分化能力强。

被子植物花粉发育过程要经历四分体时期、单核期和双核期等阶段，其中单核期是绝大多数植物花药培养的适宜时期。

选择花药时，常用的镜检方法为醋酸洋红法。

在组织培养过程中需要在培养基中加入一些植物激素如生长素和细胞分裂素，在培养的不同时期加入激素的比例不同，对于花药培养来说，还要加入赤霉素等激素。

组织培养中要进行严格的无菌操作，因为一旦出现细菌或真菌污染，就会导致实验失败，所以要求除了题目中提到的①③④⑤项外，还有工作人员即使戴上口罩，也不许说话、咳嗽等。

花粉植株的产生除了经愈伤组织途径诱导产生外，也可以通过胚状体诱导途径产生。

叶绿素的合成需要光照条件，所以当幼小植物形成后，需要光照。

7．（2014·江苏，29）为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。

请回答下列问题：

（1）外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为____________________________________。

（2）在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。

细胞干重在12d后下降的原因有______________________________；培养液中蔗糖的作用是________________、________________。

（3）多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。

二倍体愈伤组织细胞经________________处理，会产生染色体加倍的细胞。

为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和________酶解离愈伤组织。

若愈伤组织细胞（2n）经诱导处理后，观察到染色体数为8n的细胞，合理的解释是__________________、________________________。

（4）为了更好地获得次生代谢产物，生产中采用植物细胞的固定化技术，其原理与酵母细胞固定化类似。

下列说法正确的有________（填序号）。

①选取旺盛生长的愈伤组织细胞包埋　②必须在光照条件下培养　③培养过程中需通空气　④固定化后植物细胞生长会变慢

答案　

（1）脱分化　

（2）蔗糖浓度下降，pH降低　提供能源　调节渗透压　（3）秋水仙素（低温）　果胶　经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期　经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期　（4）①③④

解析　

（1）外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。

（2）观察图示可知，12d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平，影响能量的供应和酶的活性，导致细胞干重下降。

另外，培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。

（3）在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极，从而使细胞中染色体数目加倍。

愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。

愈伤组织细胞经诱导处理后，有的细胞染色体数目加倍（4n），有的细胞染色体数目未加倍（2n），也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成，导致细胞中染色体数目连续加倍，出现染色体数目为8n的细胞。

所以染色体数目加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8n，染色体数目加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8n。

（4）为了更好地获得次生代谢产物，应选用生长旺盛的愈伤组织。

愈伤组织细胞无叶绿体，不进行光合作用，因此不需要光照；培养过程要通入无菌空气，确保细胞正常生命活动的进行。

细胞的固定化通常使用包埋法，由于包埋材料的影响，营养物质和氧气的扩散都受到一定的影响，所以固定化后植物细胞生长速度变慢。

8．某生物兴趣小组在“蛋白质的提取和分离”实验中，准备从猪的血液中初步提取血红蛋白，设计的“血红蛋白提取、分离流程图”如下：

请回答下列有关问题：

（1）样品处理中红细胞的洗涤要用________反复冲洗、离心。

向红细胞悬液中加入一定量的低浓度pH＝7.0的缓冲液并充分搅拌，可以破碎红细胞，破碎细胞的原理是_____________。

（2）血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是_________________________________________，

若要尽快达到理想的透析效果，可以____________________________（写出一种方法）。

（3）电泳利用了待分离样品中各种分子的____________________________等的差异，而产生不同迁移速度，实现各种分子的分离。

（4）一同学通过血红蛋白醋酸纤维薄膜电泳，观察到正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白电泳结果如图所示。

由图可知携带者有________种血红蛋白，从分子遗传学的角度作出的解释是_______