高三生物第一轮复习 专题4 生物技术在其他方面的应用课件 新人教版选修1.ppt

专题4生物技术在其他方面的应用 知识梳理 一 dna和蛋白质技术1 dna的粗提取与鉴定 1 基本原理 利用dna与rna 蛋白质和脂质等在 方面的差异 提取dna 去除其他成分 2 dna的粗提取原理 dna和蛋白质等其他成分在不同浓度的nacl溶液中 不同 在nacl溶液浓度为 时 dna的溶解度最小 dna不溶于 溶液 但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液 物理和化学性质 溶解度 0 14mol l 酒精 3 主要步骤及注意事项 实验材料的选取 破碎细胞 选用dna含量相对较高的生物组织 动物材料更容易 加入蒸馏水可使 加入洗涤剂可 加入nacl可 红细胞吸水破裂 瓦解细胞膜 溶解dna 获取含dna的滤液 过滤 取滤液去除滤液中的杂质 dna的析出 利用dna不溶于 的原理 析出dna dna的鉴定 控制 的浓度去除杂质 利用嫩肉粉中的 分解蛋白质 利用 使蛋白质变性 方法 dna溶液中加入 试剂 沸水浴加热5min 现象 溶液变 nacl溶液 蛋白酶 高温 冷却的酒精溶液 二苯胺 蓝色 2 多聚酶链式反应扩增dna片段 1 pcr原理 dna的热变性 pcr环境 一定的 中 缓冲溶液 变性 冷却 pcr条件过程控制 控制 使dna复制在体外反复进行 dna母链 pcr模板酶 引物 分别与 相结合原料 四种 taqdna聚合酶 两条模板链 脱氧核苷酸 温度 2 pcr过程 变性 复性 延伸 3 pcr结果 两引物间固定长度的dna序列呈 扩增 即2n 条件 温度上升到 以上 实质 双链dna 为单链 条件 温度下降到 左右 实质 两种 与两条单链dna结合 条件 温度上升到 左右 实质 在 的作用下 合成子链 90 解聚 50 引物 72 taqdna聚合酶 指数 3 血红蛋白的提取和分离 1 常用方法 2 实验步骤 样品处理 红细胞的洗涤 的释放 分离血红蛋白溶液 粗分离 纯度鉴定 法 依据 的大小分离蛋白质 法 依据 分子本身大小 形状的不同分离蛋白质 凝胶色谱 相对分子质量 电泳 带电性质差异 血红蛋白 纯化 二 植物有效成分的提取1 提取玫瑰精油实验 1 方法 法 2 实验流程 鲜玫瑰花 油水混合物玫瑰油除水分离油层 水蒸气蒸馏 加入 nacl 水蒸气蒸馏 2 提取橘皮精油的实验 1 方法 一般采用 法 2 实验流程 石灰水浸泡 漂洗 过滤 静置 再次 橘皮油 压榨 压榨 过滤 3 胡萝卜素的提取 1 胡萝卜素的性质 2 胡萝卜素的提取 3 胡萝卜素的提取流程 胡萝卜 粉碎 萃取 浓缩 胡萝卜素 4 胡萝卜素的鉴定 法 不溶于 微溶于乙醇 易溶于 等有机溶剂 提取方法 法 石油醚最适宜作 水 石油醚 萃取 萃取剂 干燥 过滤 纸层析 速记卡片 1 dna的粗提取与鉴定 1 dna的溶解性 dna在0 14mol lnacl溶液中的溶解度最小 dna不溶于酒精溶液 而某些蛋白质则溶于酒精溶液 据此也可使dna和蛋白质分离 2 dna的耐受性 dna对酶 高温和洗涤剂都具有较好的耐受性 3 dna的鉴定 dna在沸水浴的条件下 遇二苯胺会被染成蓝色 2 pcr技术 1 pcr原理 pcr反应需要在一定的缓冲溶液中进行 需提供dna模板 分别与两条模板链相结合的两种引物 四种脱氧核苷酸 耐热的dna聚合酶 2 pcr过程 通过控制温度使dna复制在体外反复进行 每一个循环包括变性 复性 延伸 3 血红蛋白的提取和分离 1 凝胶色谱法 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 利用待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小 形状的不同 使带电分子产生不同的迁移速度 从而实现样品中各种分子的分离 4 植物有效成分的提取 1 植物芳香油的提取方法 压榨法 蒸馏法和萃取法等 2 芳香油的性质 不溶于水 易溶于有机溶剂 因此可用有机溶剂作为提取剂来提取芳香油 3 胡萝卜素的性质 是橘黄色结晶 从胡萝卜中提取胡萝卜素 常用亲脂 水不溶 性有机溶剂 或有机溶剂 作萃取剂 4 胡萝卜素的提取方法 萃取法 5 胡萝卜素的鉴定 纸层析法 在鉴定过程中需要用标准样品对照 考点一dna和蛋白质技术1 dna与蛋白质在物理化学性质方面的差异 2 比较细胞内dna复制与体外dna扩增 pcr 3 血红蛋白的提取和分离 1 凝胶色谱法 2 主要实验步骤及意义 红细胞的洗涤 去除杂蛋白等 样品处理 释放血红蛋白 红细胞吸水破裂 分离血红蛋白 离心处理 获得血红蛋白溶液 方法 透析 目的 除去样品中相对分子质量较小的杂质 粗分离 方法 凝胶色谱法 目的 根据蛋白质的相对分子质量大小去除杂蛋白 方法 sds 聚丙烯酰胺凝胶电泳 迁移率 取决于蛋白质分子的大小 纯度鉴定 纯化 提分技法 凝胶色谱法和电泳法分离蛋白质的方法分析 1 凝胶色谱法 只看蛋白质的相对分子质量大小 先洗脱出来的相对分子质量大 2 电泳法 特点 移动速度由多种因素共同决定 包括待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小 形状的不同 常用方法 sds 聚丙烯酰胺凝胶电泳 带电性质和电量主要取决于sds 聚丙烯酰胺凝胶颗粒 分离效果只看蛋白质的相对分子质量大小 考题回访 1 2013 广东高考改编 地中海贫血症属于常染色体遗传病 一对夫妇生有一位重型 地中海贫血症患儿 分析发现 患儿血红蛋白 链第39位氨基酸的编码序列发生了点突变 c t 用pcr扩增包含该位点的一段dna片段l 突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s 但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切 如图a 目前患儿母亲再次怀孕 并接受了产前基因诊断 家庭成员及胎儿的pcr扩增产物酶切电泳带型示意图见图b 终止密码子为uaa uag uga 1 在获得单链模板的方式上 pcr扩增与体内dna复制不同 前者通过解开双链 后者通过解开双链 2 据图分析 胎儿的基因型是 基因用a a表示 患儿患病可能的原因是的原始生殖细胞通过过程产生配子时 发生了基因突变 从基因表达水平分析 其患病是由于 解题指南 1 题干关键信息 突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s 但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切 2 题干隐含信息 不同片段经电泳后位置不同 3 图中隐含信息 胎儿既有正常序列 也有突变序列 解析 1 pcr是体外扩增dna的方式 通过高温使双链解开 体内dna的复制则是通过解旋酶使dna双链解开 2 由题意可知重型 地中海贫血症是隐性遗传病 突变后的序列可以被剪切成m和s两个片段 而正常序列无法被剪切 因此母亲 父亲 患儿和胎儿的基因型分别为aa aa aa和aa 母亲和父亲的基因型为aa和aa 生下患儿可能是因为母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生配子时发生了基因突变 由图可知 该突变为由模板链上的gtc突变成atc mrna上由cag变成uag 因此终止密码子提前出现 使翻译提前终止 答案 1 高温解旋酶 2 aa母亲减数分裂mrna上编码第39位氨基酸的密码子变为终止密码子 链的合成提前终止 链变短而失去功能 延伸探究 电泳法只能分离蛋白质分子吗 试分析原因 提示 不是 电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程 该方法除用于分离蛋白质外 也可用于分离大小不等的dna片段等 2 2015 西安模拟 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回答问题 1 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 离心速度过高和时间过长会使等一同沉淀 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 洗脱的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体 填 相同 或 不同 洗脱时 对洗脱液的流速要求是 4 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 解题指南 1 关键词 洗涤红细胞 离心速度 释放血红蛋白 2 隐含信息 红色区带为血红蛋白 解析 1 凝胶色谱法是根据蛋白质的相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法 2 洗涤红细胞的目的是去除血浆蛋白等杂蛋白 如果洗涤次数过少 无法除去血浆蛋白 离心速度过高和时间过长会使白细胞等一同沉淀 达不到分离的效果 洗涤干净的标志是离心后的上清液中没有黄色 释放血红蛋白的过程中起作用的是蒸馏水和甲苯 其中蒸馏水的作用是使红细胞吸水破裂 甲苯可溶解细胞膜 加入甲苯能加速红细胞破裂并释放血红蛋白 3 洗脱的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体相同 否则会影响洗脱液的ph 使蛋白质的结构受到破坏 洗脱时 洗脱液的流速要保持稳定 否则将影响蛋白质的分离效果 4 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 的目的是准确模拟生物体内的生理环境 保持体外的ph和体内的一致 进而保持蛋白质的正常形态结构 洗脱时 血红蛋白的颜色可以指示血红蛋白的位置 因此当红色区带均匀一致地移动时 说明色谱柱制作成功 答案 1 相对分子质量的大小 2 杂蛋白 血浆蛋白 血浆蛋白白细胞离心后的上清液中没有黄色蒸馏水和甲苯 3 相同保持稳定 4 准确模拟生物体内的生理环境 保持体外的ph和体内的一致均匀一致地移动 延伸探究 在血红蛋白的提取过程中 哪些过程能影响血红蛋白提取的纯度 提示 细胞的洗涤次数 次数少 不能除去血浆蛋白 离心速度和时间 离心速度过高和时间过长 会使白细胞等一同沉淀 得不到纯净的红细胞 透析 透析不彻底 会含有小分子杂质 色谱柱的装填 不能存在气泡 若存在气泡 则会降低分离效果 洗脱 洗脱液的流速要保持稳定 否则将影响蛋白质的分离效果 3 2015 临沂模拟 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 称取新鲜的花菜 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 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 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 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 由于低温抑制了相关酶的活性 dna降解慢 使得相同材料在低温保存下的dna提取量大 在相同条件下 蒜黄蓝色最深 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 等质量的不同实验材料 在相同的保存温度下 从蒜黄提取的dna量最多 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 知识总结 dna粗提取实验的相关提醒 1 制备鸡血细胞液时 要注意向鸡血中加柠檬酸钠 防止血液凝固 2 涨破细胞的方法 向血细胞中加入蒸馏水 血细胞溶液的浓度大于蒸馏水的浓度 从而使血细胞大量吸水而涨破 不能用生理盐水 因为血细胞溶液的浓度与生理盐水的浓度相当 所以血细胞在生理盐水中不能吸收水分 3 两次加入蒸馏水 第一次是为了使血细胞吸水涨破 第二次是为了降低氯化钠的浓度 有利于dna的析出 4 两次析出dna的方法 第一次是加入蒸馏水 降低氯化钠的浓度 使dna析出 第二次是加入冷酒精溶液 因为dna不溶于酒精溶液 加固训练 1 凝胶色谱技术是一种快速而又简单的分离技术 对高分子物质有很好的分离效果 不但应用于科学实验研究 而且已经大规模地用于工业生产 请据图回答问题 1 a b均为蛋白质分子 其中先从层析柱中洗脱出来的是 原因是 2 自己制作凝胶色谱柱时 在色谱柱底部d位置相当于多孔板的结构可由替代 3 装填凝胶色谱柱时 色谱柱内不能有气泡存在 原因是 4 若选用sephadexg 75 则 g 表示 75表示 解析 1 用凝胶色谱技术分离各种不同蛋白质时 相对分子质量较大的物质无法进入凝胶内部的通道 只能在凝胶外部移动 路程较短 所以向下移动的速度较快 相对分子质量较小的物质容易进入凝胶内部的通道 路程较长 移动速度较慢 所以大分子物质先洗脱出来 2 制作凝胶色谱柱时 在色谱柱底部d位置相当于多孔板的结构可由尼龙网和尼龙纱替代 3 在色谱柱中装填凝胶的时候要尽量紧密 以降低凝胶颗粒之间的空隙 一是在装填凝胶柱时 不得有气泡存在 因为气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序 降低分离效果 二是凝胶色谱操作过程中 不能发生洗脱液流干 露出凝胶颗粒的现象 一旦发生上述两种情况 凝胶色谱柱需要重新装填 4 sephadexg 75中 g 表示凝胶的交联程度 膨胀程度及分离范围 75表示凝胶得水值 即每克凝胶膨胀时吸水7 5g 答案 1 aa相对分子质量较大 无法进入凝胶内部的通道 只能在凝胶外部移动 路程较短 移动速度较快 2 尼龙网和尼龙纱 3 气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序 降低分离效果 4 凝胶的交联程度 膨胀程度及分离范围凝胶得水值 即每克凝胶膨胀时吸水7 5g 2 科学家发现家蝇体内存在着一种抗菌活性蛋白 这种蛋白具有极强的抗菌能力 受到研究者重视 1 分离该抗菌蛋白可用电泳法 其原理是根据蛋白质分子的 大小及形状不同 在电场中的不同而实现分离 2 可用金黄色葡萄球菌来检验该蛋白的体外抗菌特性 抗菌实验所用培养基中的牛肉膏和蛋白胨主要为细菌生长提供 和 3 分别在加入和未加入该抗菌蛋白的培养基中接种等量菌液 培养一定时间后 比较两种培养基中菌落的 确定该蛋白质的抗菌效果 4 细菌培养常用的接种方法有和 实验结束后 对使用过的培养基应进行处理 解析 1 电泳法分离蛋白质的原理是根据蛋白质分子的电荷 带电情况 大小及形状不同 在电场中的迁移速度不同而实现分离 2 牛肉膏和蛋白胨均为天然成分 含有丰富的营养物质 主要为细菌生长提供碳源和氮源 3 由于抗菌蛋白能够抑制微生物的生长 因此在加入该抗菌蛋白的培养基上长出的菌落少 通过比较菌落数量即可确定该抗菌蛋白的抗菌效果 4 细菌培养常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法 实验结束后 为避免有害菌污染环境 对使用过的培养基应进行灭菌处理 答案 1 电荷 带电情况 迁移速度 2 碳源氮源 3 数量 4 平板划线法稀释涂布平板法灭菌 考点二植物有效成分的提取1 植物有效成分的提取的三种方法比较 2 增加植物有效成分提取量的关键措施 1 蒸馏法提取植物芳香油 提取量主要取决于植物材料中芳香油的含量 由于植物芳香油易挥发 因此用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油时应选择新鲜的植物材料 干燥后植物芳香油挥发 2 压榨法提取植物芳香油 植物材料中的果胶 果蜡会影响压榨和出油率 压榨前通常采用石灰水浸泡的方法除去果胶 果蜡 以提高出油率 3 影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施 高考警示 1 植物有效成分的提取方法不同 根据不同的植物精油的性质 选择合适的方法进行提取 能够利用蒸馏法提取的物质应该具有热稳定性 否则会发生植物有效成分的分解 不适于蒸馏法的可以考虑压榨法 但是需要原料中植物芳香油的含量较大 否则不易压榨出来 2 用萃取法提取植物有效成分应注意的问题 萃取温度和时间都会影响萃取的效果 萃取效率与萃取温度呈正相关 通常采用加热的方法提高萃取效率 萃取温度过高会影响植物有效成分的品质 因此萃取时应严格控制温度 适当延长萃取时间 考题回访 1 2013 海南高考改编 根据相关知识 回答胡萝卜素提取和鉴定方面的问题 1 从胡萝卜中提取胡萝卜素时 通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和 以提高萃取效率 2 水蒸气蒸馏法 填 适合 或 不适合 胡萝卜素的提取 原因是 3 为了提高萃取效果 萃取时应 4 除去萃取液中的有机溶剂 可以采用法 5 鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时 通常可采用法 并以样品作为对照 解题指南 解答本题需注意 提取不同植物的有效成分所用的方法不一定相同 需要根据原料的特点进行选择 解析 本题考查胡萝卜素的提取和鉴定的有关知识 1 从胡萝卜中提取胡萝卜素时 通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和干燥 干燥是为了去水 以提高萃取效率 2 水蒸气蒸馏法不适合胡萝卜素的提取 因为水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质 而胡萝卜素为非挥发性物质 不能随水蒸气蒸馏出 3 由于萃取温度和萃取时间会影响萃取效果 提高温度有利于胡萝卜素溶于有机溶剂 但是如果温度过高会破坏胡萝卜素 因此为了提高萃取效果 应严格控制萃取温度并延长萃取时间 4 由于有机溶剂易挥发 而胡萝卜素不易挥发 因此除去萃取液中的有机溶剂可采用蒸馏法 有机溶剂可经冷凝回收再利用 5 胡萝卜素的鉴定通常采用纸层析法 胡萝卜素能够溶解在层析液中 并随层析液在滤纸上的扩散而扩散 且扩散速度与溶解度呈正相关 可以用标准样品 胡萝卜素 作为对照 分析萃取样品是否含胡萝卜素和杂质 答案 1 干燥 2 不适合水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质 而胡萝卜素为非挥发性物质 不能随水蒸气蒸馏出 3 严格控制萃取温度并延长萃取时间 4 蒸馏 5 纸层析标准的胡萝卜素 2 2015 大连模拟 下面是与植物芳香油的提取有关的问题 请回答 1 玫瑰精油的提取可使用图一所示装置 这种方法叫蒸馏法 蒸馏时收集的蒸馏液 填 是 或 不是 纯的玫瑰精油 2 胡萝卜素是色的结晶 从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的是法 采用加热 一般情况下 提取胡萝卜素时 提取效率与原料颗粒的含水量呈相关 3 经萃取 过滤得到的液体是 之后还需上述装置进行浓缩处理 该装置所起作用是 4 图二为鉴定结果示意图 请据图回答 a b c d四点中 属于标准样品的样点是 甲代表的物质是 乙代表的物质是 解题指南 1 图中关键信息 图一为蒸馏装置 图二中甲中色素a b c d点均有 乙中只b d点有 a c点没有 2 必备知识 水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油的原理 胡萝卜素的理化性质和提取方法 纸层析法鉴定胡萝卜素的原理与方法 解析 1 图中装置为蒸馏装置 提取玫瑰精油可用水蒸气蒸馏法 蒸馏时 玫瑰精油和水蒸气一起蒸馏出来 经冷凝后得到的是油水混合物 不是纯的玫瑰精油 2 胡萝卜素是橘黄色的结晶 由于胡萝卜素易溶于有机溶剂 因此提取胡萝卜素常用萃取法 由于有机溶剂易燃易爆 因此为了加快胡萝卜素的溶解 常采用水浴加热 由于原料的含水量影响提取效率 因此提取效率与原料颗粒的含水量呈负相关 3 萃取 过滤得到的液体是溶有胡萝卜素的萃取剂 由于胡萝卜素不易挥发 而萃取剂易挥发 因此可以利用蒸馏装置蒸发掉萃取剂 4 由于标准的胡萝卜素只有一种色素 而提取样品中会含有其他色素和杂质 根据层析的结果可知 a c扩散的结果只有一种色素 应为标准样品样点 而b d层析的结果有两种物质 应为提取样品样点 其中与a c层析结果相同的是物质甲 为胡萝卜素 乙为其他色素和杂质 答案 1 水蒸气不是 2 橘黄萃取水浴负 3 溶有胡萝卜素的萃取剂去除萃取剂 4 a和c胡萝卜素其他色素和杂质 加固训练 1 胡萝卜因含多种营养成分而受人们青睐 请回答下列有关胡萝卜的实验问题 1 选取胡萝卜进行植物组织培养所用的ms培养基与微生物培养基的主要区别是 前