2014步步高大一轮复习讲义第十一单元 第45讲生物技术在.doc

第45讲生物技术在其他方面的应用考纲要求1.PCR技术的基本操作和应用。2.蛋白质的提取和分离。3.实验：DNA的粗提取与鉴定。考点一DNA的粗提取与鉴定1基本原理2操作过程 材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的 不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质DNA的鉴定：在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂，沸水中加热5 min，溶液变成蓝色易错警示(1)本实验不能用哺乳动物成熟红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟红细胞无细胞核。可选用鸡血细胞作材料。(2)实验中两次使用蒸馏水，第一次的目的是使成熟的鸡血细胞涨破释放出DNA，第二次的目的是稀释NaCl溶液，使DNA从溶液中析出。1下图表示以鸡血为实验材料进行DNA的粗提取与鉴定的操作程序，请分析回答下列问题：(1)步骤一中，向鸡血细胞液中加入_并搅拌，可使鸡血细胞破裂。(2)步骤二中，过滤后收集含有DNA的_。(3)步骤三、四的操作原理是_；步骤四中，通过向溶液中加入_调节NaCl溶液的物质的量浓度至_mol/L时，DNA将会析出，过滤去除溶液中的杂质。(4)步骤七：向步骤六过滤后的_中加入等体积的冷却的_，静置23 min，溶液中会出现_色丝状物，这就是粗提取的DNA。(5)步骤七：DNA遇_试剂，沸水浴5 min，冷却后，溶液呈_色。答案(1)蒸馏水(2)滤液(3)DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质蒸馏水0.14(4)滤液酒精白(5)二苯胺蓝解析破碎红细胞应用蒸馏水，使之吸水涨破。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，在2 mol/L的NaCl溶液中DNA溶解，在0.14 mol/L的NaCl溶液中DNA析出。可通过加入蒸馏水将2 mol/L的NaCl溶液稀释为0.14 mol/L的NaCl溶液。DNA不溶于冷酒精，遇二苯胺加热呈蓝色。1DNA与蛋白质在NaCl溶液中溶解度比较2 mol/L NaCl溶液0.14 mol/L NaCl溶液溶解规律DNA溶解析出蛋白质部分发生盐析沉淀溶解NaCl溶液从2 mol/L降低过程中，溶解度逐渐增大2DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较试剂浓度用途原理(“”为实验的主要原理)NaCl溶液2 mol/L溶解DNADNA在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的变化而改变，溶解度在2 mol/L时最大、在0.14 mol/L时最小0.14 mol/L析出DNA2 mol/L鉴定时的溶剂酒精95%(体积分数)除去杂质以提纯DNADNA不溶于酒精，但是细胞中的某些物质可以溶于酒精二苯胺鉴定剂DNA遇二苯胺(沸水浴)会变蓝色柠檬酸钠0.03 g/mL抗凝剂除去血液中的钙离子，防止血液凝固3DNA粗提取实验材料和方法的选择(1)不同生物的组织中DNA含量不同在选取材料时，应本着DNA含量高、材料易得、便于提取的原则。(2)材料不同所采用的提取方法不同植物组织：取材研磨过滤沉淀。鸡血：制备鸡血细胞液提取核DNA溶解细胞核内DNA析出并滤取DNADNA再溶解提取较纯净的DNA。考点二PCR技术的基本操作和应用1PCR原理DNA热变性原理，即：2PCR反应过程(1)变性：当温度上升到90_以上时，双链DNA解聚为单链。(2)复性：温度下降到55_左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。(3)延伸：温度上升到72 左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)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。易错警示(1)DNA分子复制的人工控制解开螺旋：在80100 时，DNA双螺旋打开，形成两条DNA单链，称为变性。恢复螺旋：在50 左右时，两条DNA单链重新形成双螺旋结构，称为复性。复制条件：缓冲液、DNA模板、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶和两种引物。反应场所：PCR仪。(2)PCR技术中的引物：含义：引物是一小段单链DNA或RNA分子。作用：为DNA聚合酶提供合成的3端起点。种类：扩增一个DNA分子需要2种引物。数目：引物数目等于新合成的DNA子链数目。与DNA母链的关系：两种引物分别与DNA母链的3端通过碱基互补配对结合。2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。_。答案(1)磷酸基团3端(2)耐高温的Taq DNA聚合酶选择培养基(3)变性、复性和延伸32(4)如图所示(5)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定(要求3项以上)解析(1)DNA聚合酶只能把新的核苷酸加到已经存在的核酸的3羟基上，与DNA母链结合的引物就提供这个羟基。(2)因PCR利用了DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题，所以用于催化DNA复制过程的DNA聚合酶要具有耐高温的特性。用选择培养基可将Taq细菌从其他普通的微生物中分离出来。(3)DNA复制时两条链均作为模板，进行半保留复制，所以复制5次后得到的子代DNA分子数为2532个。(4)新合成的DNA链带有引物，而最初的模板DNA的两条链不带有引物。(5)PCR技术可以对DNA分子进行扩增，所以可用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等方面。1细胞内DNA复制与PCR技术的比较细胞内DNA复制PCR不同点解旋在DNA解旋酶作用下，边解旋边复制80100 高温解旋，双链完全分开酶DNA解旋酶、DNA聚合酶Taq DNA聚合酶引物RNADNA或RNA温度体内温和条件高温相同点需提供DNA复制的模板四种脱氧核苷酸为原料子链延伸的方向都是从5端到3端2PCR的反应过程(1)变性：当温度上升到90 以上时，双链DNA解聚为单链，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：考点三血红蛋白的提取和分离1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。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。2血红蛋白的提取和分离过程样品处理：红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液纯化：用凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质3判断正误(1)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()(2)在电泳过程中，蛋白质分子的移动速度，与分子本身的大小和形状无关，而与所带电荷的差异有关()(3)在SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳中，电泳迁移率完全取决于分子的大小()易错警示“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。3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。1常用的蛋白质分离方法(1)凝胶色谱法蛋白质项目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(2)电泳法原理在一定pH下，蛋白质分子的某些基团解离后带上正电或负电。在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。由于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。2分离DNA、PCR技术、分离蛋白质的比较分离DNAPCR技术分离蛋白质实验原理DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，且不溶于冷酒精利用DNA热变性原理体外扩增DNA依据相对分子质量的大小不同来分离蛋白质实验过程选取材料破碎细胞释放DNA除杂DNA析出与鉴定变性复性延伸样品处理凝胶色谱操作实验结果获得较纯净的DNA获得大量DNA相对分子质量不同的蛋白质得以分离实验意义为DNA研究打下基础解决了DNA研究中材料不足的问题为蛋白质的研究和利用提供了原材料3比较琼脂糖凝胶电泳和SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(1)从载体上看，利用琼脂糖凝胶作为载体的是琼脂糖凝胶电泳，利用SDS聚丙烯酰胺凝胶作为载体的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。(2)从依据上看，利用了分子带电性质差异和分子大小的是琼脂糖凝胶电泳，仅利用了分子大小的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。(3)从优点上看，琼脂糖凝胶电泳操作简单，电泳速度快，样品不需处理，电泳图谱清晰，分辨率高，重复性好；SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳消除了净电荷对迁移率的影响，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。1(2012江苏卷，18)下列关于“DNA粗提取与鉴定实验”的叙述，正确的是()A洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度B将DNA丝状物放入二苯胺试剂中沸水浴后冷却变蓝C常温下菜花匀浆中有些酶类会影响DNA的提取D用玻璃棒缓慢搅拌滤液会导致DNA获得量减少答案C解析洗涤剂可瓦解细胞膜，有利于释放DNA，但不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度，A项错误；含DNA的丝状物应先溶解在物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液中，再用二苯胺试剂在沸水浴条件下检测，冷却后变成蓝色，B项错误；常温下菜花匀浆中某些酶如DNA水解酶，其活性较高，会影响DNA的提取，C项正确；用玻璃棒缓慢搅拌滤液可防止DNA分子断裂，但不影响DNA的提取量，D项错误。2(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答案D解析生理盐水为猪体细胞的等渗溶液，所以在洗涤红细胞时，使用生理盐水可维持细胞的正常形态，A项正确；由于哺乳动物的成熟红细胞缺少细胞核和各种细胞器，所以提纯时杂蛋白相对较少，B项正确；如果凝胶色谱柱装填得很成功，分离操作也正确，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出，所以血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测，C项正确；当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢，后洗脱出来，D项错误。3(2011江苏卷，33节选)请回答基因工程方面的有关问题：(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如下图所示)。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为_。在第_轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)设计引物是PCR技术的关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。第1组：_；第2组：_。(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为_。答案(1)15/16三(2)引物和引物局部发生碱基互补配对而失效引物自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上解析(1)根据PCR过程特点绘制PCR过程示意图如下，由图可知，以原来的每条母链为模板合成的两个新DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时，两种引物都含有，故第四轮循环共产生16个DNA分子，其中含有引物A的分子是15个，占15/16。由图示知，第一、二轮循环合成的子链长度均不同，根据半保留复制特点，前两轮循环产生的4个DNA分子的两条链均不等长，第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链，如下图所示。(2)引物是单链DNA时才能与DNA结合，而单链DNA的碱基互补配对部分容易形成双链结构而失去其功能。从图示可以看出，组引物和引物局部碱基互补配对，易形成双链结构而失效。组引物相互间不能发生碱基互补配对，但自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。(3)DNA聚合酶的作用是将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上，而不能直接将两个脱氧核苷酸连在一起。1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。2在“探究不同温度条件下加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验中，变量控制方法正确的是()A实验材料的污染程度属于本研究的无关变量，实验过程中不必考虑B若采用手洗法进行去污操作，需尽可能保证各组的洗涤用力程度、时间等基本相同C水温属于本研究的变量，实验过程中必须保证各组实验温度相同且恒定D水的用量和布料的大小是成正比的，实验用的布料越大、水量越多实验效果越好答案B解析根据实验设计的对照原则和单一变量原则，水温是本研究的自变量，要有温度梯度，各组实验温度不能相同，其他的无关变量要保持适宜且相同。该实验用的布料大小、水量要适中，不是布料越大、水量越多实验效果越好。3如图为胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。下列有关叙述正确的是()A和过程中都会发生细胞的增殖和分化B在利用单倍体育种法培育优质小麦的过程中，不经过愈伤组织阶段C此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性D利用此过程获得的试管苗可能为杂合子答案D解析表示脱分化，表示再分化。过程中发生细胞的有丝分裂，不发生分化；利用单倍体育种法培育优质小麦的过程中，需采用花药离体培养技术，要经过愈伤组织阶段；植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞的全能性；此过程是无性生殖，获得的试管苗的遗传物质取决于取材个体，因此可能为杂合子。4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答案A解析在不同浓度的氯化钠溶液中DNA的溶解度不同，在0.14 mol/L的氯化钠溶液中溶解度最小，DNA析出，呈丝状物，过滤后存在于黏稠物中；在2 mol/L的氯化钠溶液中溶解度最大，DNA呈溶解状态，过滤后存在于滤液中。5下列关于DNA和血红蛋白的提取与分离实验的叙述中，错误的是()A可用蒸馏水涨破细胞的方法从猪的红细胞中提取到DNA和蛋白质B用不同浓度的NaCl溶液反复溶解与析出DNA可除去部分杂质C透析法分离蛋白质的依据是蛋白质不能通过半透膜D凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质的有效方法答案A解析猪是哺乳动物，哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和线粒体，不能从其红细胞中提取出DNA。6假设你已经探究了果胶酶的最适温度(为45 )和最适pH(为 4.8)，若还想进一步研究果胶酶的最适用量，此时，实验的自变量是_。合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。(1)材料用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。(2)实验步骤：取6支试管，编号为16，分别加入_，调节pH至4.8。向16号试管中分别加入_，然后放入45 恒温水浴装置中_。_。(3)以上实验步骤的设计是否有不妥之处？如果有，试分析原因。_。答案果胶酶的用量(2)等量的苹果泥不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液保温相同时间过滤苹果泥并记录果汁体积(3)有。为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将盛苹果泥和果胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中恒温，再将两者混合解析在探究影响果汁产量的酶的用量时，除酶的用量是变量外，其他条件都应相同且适宜。为了避免因混合导致温度变化而影响实验结果，应先将盛苹果泥的试管和盛不同量酶的试管放到相同温度下恒温，然后将两者混合。7下图是月季的花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答有关问题：(1)选用的材料合适与否是能否成功诱导出花粉植株的关键。一般来说，选用_期的花粉可提高成功率。选择花药时，一般要通过_来确定其中的花粉是否处于合适的发育期，这时需要对花粉的细胞核进行染色，常用的染色剂是_。(2)上图中花粉经脱分化产生胚状体还是愈伤组织主要取决于培养基中_。(3)胚状体与愈伤组织在结构上的主要区别在于愈伤组织的细胞排列疏松、无规则，是一种高度_的薄壁细胞，胚状体与_发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。(4)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，请说明下列各项需要消毒，还是需要灭菌。培养基培养皿接种环花蕾实验操作者的双手锥形瓶_(填编号)需要灭菌，_(填编号)需要消毒。(5)试管苗移栽到土壤前，通常要进行壮苗处理，应如何壮苗？_。答案(1)单核镜检(显微镜观察)醋酸洋红(2)激素的种类及其浓度配比(3)液泡化正常受精卵(或受精卵)(4)(5