课时提升作业 三十九 选修13.docx

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课时提升作业三十九选修13

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课时提升作业三十九

生物技术在其他方面的应用

（40分钟　100分）

1.（10分）如图是“DNA的粗提取与鉴定”相关实验步骤，请据图分析回答：

世纪金榜导学号77982477

（1）鸡血细胞是进行该实验较好的实验材料，这是因为______________________________________________。

从鸡血细胞中释放出核物质的处理方法是______________________________________________。

（2）图a表示释放核物质后进行过滤的过程，过滤后取________进行下一步实验。

（3）图b表示的相关操作过程中，加入2mol/LNaCl溶液的作用是______________。

（4）图c表示在滤液中加入冷却的95%的酒精溶液，其目的是___________。

【解题指南】需关注两个“作用”：

（1）不同浓度NaCl溶液的作用：

NaCl溶液浓度为0.14mol/L时，DNA析出，为2mol/L时DNA溶解。

（2）冷却的95%的酒精溶液的作用：

析出DNA。

【解析】

（1）根据DNA粗提取实验中材料选择的原则，鸡血细胞核的DNA含量丰富，材料易得（以及鸡血细胞极易吸水涨破），因此鸡血细胞是进行该实验较好的实验材料。

要从鸡血细胞中释放出核物质，需要向鸡血细胞液中加入蒸馏水，让红细胞吸水涨破，并搅拌加速红细胞的破裂。

（2）图a表示释放核物质后进行过滤的过程，此时DNA溶解在滤液中，因此过滤后取滤液进行下一步实验。

（3）根据DNA在2mol/LNaCl溶液中的溶解度较高，判断图b加入2mol/LNaCl溶液的作用是溶解DNA。

（4）根据DNA不溶于酒精溶液而其他杂质可以溶于酒精溶液的特点，判断图c在滤液中加入冷却的95%的酒精溶液可以提取杂质更少的DNA（或去除脂溶性杂质）。

答案：

（1）鸡血细胞核的DNA含量丰富，材料易得（以及鸡血细胞极易吸水涨破）

　向鸡血细胞液中加入蒸馏水，并搅拌　

（2）滤液

（3）溶解DNA

（4）提取杂质更少的DNA（或去除脂溶性杂质）

2.（12分）（2017·洛阳模拟）某科研人员拟使用加酶洗衣粉消化裂解猪肌肉样本，并提取猪的DNA。

实验步骤如下：

①取500mg剪碎的猪肌肉组织于离心管中，加40mg加酶洗衣粉和1.5mL超纯水混合，在一定温度条件下水浴消化24h。

②加入苯酚、氯仿、异丙醇（25∶24∶1）混合液抽提。

③加0.2mg/mL的RNA水解酶在37℃下水浴1h。

④加醋酸钠和无水乙醇，4℃高速离心15min。

⑤用70%乙醇洗涤、沉淀两次，风干，得到高纯度的DNA。

请回答有关问题：

　世纪金榜导学号77982478

（1）加酶洗衣粉可以消化裂解动物组织细胞的原理是____________________。

（2）步骤②的目的是______________________________________。

步骤③的目的是____________________。

（3）步骤④中使用无水乙醇的目的是___________________________________，高速离心时温度保持在4℃的原因有__________________________________、____________________________________等。

（4）如果要将加酶洗衣粉法提取DNA与蛋白酶K法提取DNA的效果进行对比，请简要说明实验设计思路。

____________________。

（5）若是从血细胞中提取DNA，则选择______________（填“鸡血细胞”或“哺乳动物成熟红细胞”）。

破碎细胞时，向血细胞液中加入一定量的____________，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。

【解析】

（1）用加酶洗衣粉消化裂解动物组织细胞的原理是利用洗衣粉中的蛋白酶和表面活性剂等破坏细胞膜，加速细胞裂解。

（2）在提取DNA的实验中，变性剂的作用是使蛋白质等杂质变性，以便于与DNA分离。

因此实验步骤②的目的是使蛋白质变性，抽提蛋白质。

实验步骤③中加入RNA水解酶的目的是水解RNA，以除去RNA。

（3）由于DNA不溶于酒精，因此步骤④中使用无水乙醇的目的是析出DNA，提取含杂质较少的DNA。

离心时温度保持在4℃既可以降低核酸水解酶的活性，防止DNA降解，又能降低分子运动，易于形成沉淀析出（增加DNA分子的柔韧性，减少断裂）。

（4）要比较加酶洗衣粉法提取DNA与蛋白酶K法提取DNA的效果，应设置对照实验，实验的自变量为加酶洗衣粉和蛋白酶K，其他操作均相同。

（5）由于哺乳动物成熟红细胞无细胞核，因此不能用于提取DNA，而鸡血细胞有细胞核，可以用于提取DNA。

若用鸡血细胞提取DNA，破碎细胞比较简单，只需向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水即可，其原理是鸡血细胞在蒸馏水中吸水涨破。

答案：

（1）洗衣粉中的蛋白酶和表面活性剂等可以破坏细胞膜

（2）使蛋白质变性，抽提蛋白质　水解RNA

（3）析出DNA，提取含杂质较少的DNA　降低核酸水解酶的活性，防止DNA降解

　降低分子运动，易于形成沉淀析出（增加DNA分子的柔韧性，减少断裂）

（4）将实验步骤中的加酶洗衣粉换成蛋白酶K，其他实验步骤相同，得到DNA后，测定DNA的量、纯度

（5）鸡血细胞　蒸馏水

3.（12分）（2017·西安模拟）由于薄荷精油化学性质稳定，不溶于水，有人设计了一套实验室提取薄荷精油的方案如下：

A.将蒸馏烧瓶固定在铁架台上，在蒸馏烧瓶上塞好带温度计的橡皮塞。

B.连接好冷凝管，把冷凝管固定在铁架台上，将冷凝管进水口橡皮管的另一端与水龙头相连，将和出水口相接的橡皮管的另一端放在水槽中。

C.把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯高度确定铁圈的高度，放好石棉网。

D.向蒸馏烧瓶中放入几片碎瓷片，再用漏斗向烧瓶中加入原料，塞好带温度计的橡皮塞，把接液管连接在冷凝管的末端，并伸入接收装置（如锥形瓶）中。

E.检查气密性。

（1）薄荷精油可用__________________提取油水混合物，再经________过程即可得到较纯净的薄荷精油。

（2）上述实验正确的操作顺序是__________。

（3）冷凝管里水流的方向与水蒸气的流向____________________。

（4）温度计水银球应放在__________________（填位置），以测量________________的温度。

（5）在蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片，目的是________________________。

【解析】

（1）根据题干信息：

薄荷精油化学性质稳定，不溶于水，确定选取水蒸气蒸馏法提取；薄荷精油和水不互溶，所以再经分液过程即可得到较纯净的薄荷精油。

（2）实验的操作顺序是：

先组装仪器（按组装仪器的顺序从下到上，从左到右），然后检验装置的气密性，最后添加物品。

因此，上述实验正确的操作顺序是C、A、B、E、D。

（3）冷凝管里水流的方向与蒸气的流向相反，否则不能使冷却水充满冷凝管，不能充分冷凝。

（4）温度计水银球应放在蒸馏烧瓶支管下沿，以测量蒸气的温度。

（5）为防止烧瓶内液体受热不均匀而局部突然沸腾（爆沸）冲出烧瓶，需要在烧瓶内加入几块碎瓷片，目的是防止爆沸。

答案：

（1）水蒸气蒸馏法　分液

（2）C、A、B、E、D

（3）相反　（4）蒸馏烧瓶支管下沿　蒸气

（5）防止爆沸

【延伸探究】

如果冷凝管里水流的方向与水蒸气的流向相同，会对实验造成怎样的影响？

提示：

若冷凝管里水流的方向与水蒸气的流向相同，不利于冷却水的循环，同时，还会使冷凝管上下温度差过大，可能导致装置爆裂。

4.（14分）（2017·广州模拟）下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：

　世纪金榜导学号77982479

（1）当蒸馏烧瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和____________。

当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是____________________。

（2）如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会________，原因是___________。

（3）密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度________的地方，目的是____________________。

（4）某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如下图所示。

提取精油时采摘花的最适时间为______天左右。

（5）从薄荷叶中提取薄荷精油时______（填“能”或“不能”）采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是____________________________________。

【解析】

（1）当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和蒸馏温度，当原料量等其他条件一定时，一定时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加。

（2）蒸馏时玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，如果不进行冷却，部分精油会随水蒸气的蒸发而流失。

（3）玫瑰精油易挥发，应保存在温度较低的地方。

（4）采摘花的最适时间是精油含量最高时，由图可知，a天左右时精油含量最高，因此采摘花的最适时间为a天左右。

（5）薄荷精油与玫瑰精油化学性质相似，同样可以采用水蒸气蒸馏法提取。

答案：

（1）蒸馏温度　一定时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加

（2）下降　部分精油会随水蒸气蒸发而流失

（3）较低　减少挥发（或防止挥发）

（4）a

（5）能　薄荷精油与玫瑰精油化学性质相似

5.（12分）（2017·石家庄模拟）利用生物技术可以从生物材料中提取一些特定的有效成分。

回答以下相关问题：

（1）玫瑰精油化学性质稳定，难溶于水，挥发性________（填“较强”或“较弱”），适宜采用水蒸气蒸馏法进行提取。

经上述方法提取后可收集到乳白色的乳浊液，应向乳浊液加入__________（填“NaCl”或“无水Na2SO4”）使其分层。

（2）提取橘皮精油的方法与玫瑰精油不同，其流程是采用________浸泡→漂洗→________→过滤→静置→再次过滤→获得橘皮精油。

（3）炒胡萝卜时要多加__________，以利于胡萝卜素的溶解从而更易被人体吸收。

【解析】

（1）玫瑰精油的化学性质稳定，挥发性较强，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏出来。

水蒸气蒸馏法是植物芳香油提取的常用方法，其原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，收集到乳白色的乳浊液，向乳浊液中加入NaCl，增加盐的浓度，就会出现明显的分层。

（2）提取橘皮精油的流程是石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→获得橘皮精油。

（3）胡萝卜素易溶于有机溶剂，炒胡萝卜时要多加食用油，以利于胡萝卜素的溶解从而更易被人体吸收。

答案：

（1）较强　NaCl

（2）石灰水　压榨

（3）食用油

6.（12分）下图为胡萝卜素粗品鉴定装置示意图，请根据图回答下列问题。

世纪金榜导学号77982480

（1）图中b的名称是______________，a的作用是________________________。

（2）e为____________，对于e，实验时应注意_____________________________。

（3）f为____________，常用的是____________。

（4）如果层析液没及e会导致____________________________________。

【解析】

（1）图中b为色谱容器；a为玻璃板，其作用是防止层析液挥发。

（2）e是样品原点，点样时应快速、细致，并保持滤纸干燥。

（3）f为有机溶剂，作为层析液，常用的是石油醚。

（4）如果层析液没及样品原点，会导致胡萝卜素溶解在层析液中，使鉴定失败。

答案：

（1）色谱容器　防止层析液挥发

（2）样品原点　点样应该快速、细致，并保持滤纸干燥

（3）有机溶剂　石油醚

（4）胡萝卜素溶解在层析液中，使鉴定失败

【延伸探究】

（1）图中c表示什么？

对c有哪些要求？

提示：

图中c所示为滤纸，应选择干燥的定性滤纸。

（2）该实验与绿叶中色素的分离有何差异？

提示：

①目的不同：

本实验是鉴定色素，需设置对照，绿叶中色素的分离实验目的是分离色素，不需要设置对照。

②点样方法不同：

本实验点样品原点，绿叶中色素的分离实验是画滤液细线。

③滤纸不同，本实验用滤纸片，绿叶中色素的分离实验用滤纸条。

【易错提醒】胡萝卜素粗品鉴定过程中的五个易错点

（1）层析时没有选择干净的滤纸，导致实验现象不明显。

为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。

（2）点样时点样圆点太大，导致最终在滤纸上形成一条线，无法辨认被提取的色素。

点样圆点的直径应为2mm左右。

（3）将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时不能将滤纸两边相互接触，以避免由于毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。

（4）层析液没及样品原点，色素溶解于层析液中，造成实验失败。

层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。

（5）没有设置标准样品作对照。

层析液中是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β-胡萝卜素作对比予以确认。

7.（14分）（能力挑战题）（2017·大连模拟）某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。

具体步骤如下：

材料处理：

称取新鲜的菜花、辣椒和蒜黄各2份，每份10g。

剪碎后分成两组，一组置于20℃，另一组置于-20℃条件下，保存24h。

DNA粗提取：

第一步：

将上述材料分别放入研钵中，各加入15mL研磨液，充分研磨。

用两层纱布过滤，取滤液备用。

第二步：

先向6只小烧杯中分别注入10mL滤液，再加入20mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。

第三步：

取6支试管，分别加入等量的2mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：

在上述试管中各加入4mL二苯胺试剂。

混合均匀后，置于沸水中加热5min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：

材料保存温度

菜花

辣椒

蒜黄

20℃

++

+

+++

-20℃

+++

++

++++

（注：

“+”越多表示蓝色越深）

分析上述实验过程，回答下列问题：

（1）该探究性实验课题名称是_______________________。

（2）第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少_______________。

（3）根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：

与20℃相比，相同实验材料在-20℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2：

_________________________________。

②针对结论1，请提出合理的解释：

____________________________。

（4）氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。

为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是：

__________________________________________。

然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。

【解析】本题考查DNA粗提取技术的原理、操作过程及分析、判断能力，从题目实验步骤看出，该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响。

在第二步中，为了防止DNA断裂，要缓缓地搅拌；从表中结果看出，相同材料在低温保存下的DNA提取量大，这是由于低温抑制了相关酶的活性，DNA降解慢；在相同条件下，蒜黄组蓝色最深，说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最大；由于氯仿密度比水大，可使蛋白质变性沉淀，而与水、DNA不相溶，这样可将第三步获得的溶液与等量的氯仿混合，静置一段时间，吸取上清液。

答案：

（1）探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响

（2）DNA断裂

（3）①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄中提取的DNA量最多

②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢

（4）将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液

8.（14分）（能力挑战题）（2017·忻州模拟）下图1是在发酵罐内利用三孢布拉氏霉发酵生产β-胡萝卜素过程中，菌体生物量及β-胡萝卜素产量随时间变化曲线图。

图2是样品层析结果及与β-胡萝卜素标准样品的比对。

分析回答下列问题：

（1）发酵罐内三孢布拉氏霉培养基按物理形态分应为____________，玉米粉和豆饼为微生物的生长分别主要提供____________。

在接入菌种前，应对培养基进行____________，以避免杂菌污染。

（2）图1中，菌体的最快增长出现在第______h，菌体的生物量到达最大值后下降，其原因是____________________________，为保证连续的生产，应采取的措施是____________。

（3）β-胡萝卜素常用的提取方法为________法，实验表明，石油醚的提取效果远好于丙酮和酒精，原因是____________。

（4）将萃取的胡萝卜素样品与β-胡萝卜素标准样品层析后进行比对，结果如图2。

从图中分析可知，色带______为β-胡萝卜素，其余两色带中的物质在层析液中的溶解度比胡萝卜素___________。

【解析】

（1）液体培养基有利于微生物发酵，且易进行自动化管理，因此发酵罐内三孢布拉氏霉培养基按物理形态分应为液体培养基，玉米粉和豆饼的主要成分分别是淀粉和蛋白质，为微生物的生长分别主要提供碳源和氮源。

在接入菌种前，应对培养基进行高压蒸汽灭菌，以避免杂菌污染。

（2）图1中，菌体的最快增长出现在第100h，菌体的生物量到达最大值后下降，其原因是营养物质缺乏，有害代谢产物积累，为保证连续的生产，应连续加入新的培养液，同时排出代谢产物。

（3）β-胡萝卜素常用提取方法为萃取法，石油醚为水不溶性有机溶剂，萃取效果好于丙酮和酒精。

（4）从图中分析可知，色带Ⅰ为β-胡萝卜素，其余两色带中的物质在滤纸上的扩散速度比β-胡萝卜素慢，因此在层析液中的溶解度比胡萝卜素小。

答案：

（1）液体培养基　碳源和氮源　高压蒸汽灭菌　

（2）100　营养物质缺乏，有害代谢产物积累　连续加入新的培养液，同时排出代谢产物

（3）萃取　石油醚为水不溶性有机溶剂

（4）Ⅰ　小

【知识总结】影响萃取的因素及解决方法

影响因素

解决方法

萃取剂的性质

选择沸点高、水不溶性、无毒的有机溶剂

萃取剂的使用量

实验探究最适用量

原料颗粒的大小、紧密程度

将胡萝卜粉碎处理

含水量

将粉碎的胡萝卜干燥处理

萃取温度

适当提高萃取温度

萃取时间

延长萃取时间

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