2014届高三生物一轮复习 11.45生物技术在其他方面的应用教学案 新人教版

1 第第 4545 讲讲 生物技术在其他方面的应用生物技术在其他方面的应用 考纲要求 1 植物的组织培养 2 PCR 技术的基本操作和应用 3 蛋白质的提取和分离 4 从生物材料中提取某些特定的成分 5 实验 DNA 的粗提取与鉴定 考点一 植物组织培养 1 植物组织培养的过程 外植体愈伤组织幼苗 移栽 脱分化 再分化 植物组织培养常用的培养基是 MS 培养基 一般需要添加生长素和细胞分裂素两种植物激素 2 植物组织培养的实验操作 1 菊花的组织培养过程 制备 MS 培养基 配制母液 配制培养基 灭菌 外植体消毒 接种 培养 移栽 栽培 2 月季的花药培养过程 过程 材料的选取 材料的消毒 接种和培养 鉴定和筛选 影响花药培养的因素主要有材料的选择和培养基的组成 要挑选完全未开放的花蕾 确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法 3 影响植物组织培养的因素 1 菊花的组织培养 一般选择开花植株的茎上部新萌生的侧枝 2 植物激素的浓度可影响细胞分化 但使用的先后顺序及比例不影响组织培养的过程 3 pH 温度和光照等也影响植物组织培养 易错警示 实验操作中易错的几个问题 1 材料的选取 菊花的组织培养实验中 应选择 未开花植株的茎上部新萌生的侧枝 月季的花药培养实验中 应选择花粉发育过程中的单 核靠边期的花粉进行培养 2 外植体消毒 所用消毒剂为体积分数为 70 的酒精和质量分数为 0 1 的氯化汞溶液 所 使用的清洗液是无菌水 3 培养过程 在初期 菊花的组织培养需光照 月季的花药培养不需光照 而在后期均需 光照 1 植物的花药培养在育种上有特殊的意义 植物组织培养可用于无病毒植株及细胞产物 的工厂化生产等方面 请回答相关问题 1 利用月季的花药离体培养产生单倍体时 选材非常重要 一般来说 在 期 花药培养的成功率最高 为了选择该期的花药 通常选择 的花蕾 确定花粉 发育时期最常用的方法有 法 但是对于花粉细胞核不易着色的植物 需采用 法 该法能将花粉细胞核染成 色 2 若要进行兰花无病毒植株的培育 首先选择兰花的 作为外植体 从外植体 2 到无病毒植株试管苗 要人为控制细胞的 和 过程 3 进行组织培养需配制 MS 培养基 在该培养基中常需要添加 等植物激素 欲有利于根的分化 植物激素的用量比例应为 4 不同植物的组织培养除需营养和激素外 等外界条件也 很重要 5 无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素 下列各项中使用化学药剂进行消毒的是 采用灼烧方法进行灭菌的是 填序号 培养皿 培养基 实验操作的双手 三角锥形瓶 接种环 花蕾 答案 1 单核靠边 完全未开放 醋酸洋红 焙花青 铬矾 蓝黑 2 茎尖分生组织 脱分化 或去分化 再分化 3 生长素 细胞分裂素 两空顺序可以颠倒 生长素多于细胞 分裂素 4 pH 温度和光照 5 解析 1 早期的花药比后期的更容易培养成功 一般来说 在单核期 细胞核由中央移向 细胞一侧的时期 花药培养成功率最高 该时期的花药通常存在于完全未开放的花蕾中 2 根尖 茎尖约 0 0 1 mm 区域中几乎不含病毒 病毒通过维管系统移动 而分生组织中 不存在维管系统 且茎尖分生组织中 代谢活力高 竞争中病毒复制处于劣势 3 生长素 与细胞分裂素等植物激素可调节脱分化和再分化 当生长素含量多于细胞分裂素含量时 利于生根 4 植物培养时 除需要营养 激素外 还需要适宜的温度 pH 和光照等 5 对实验器具进行灭菌处理 对实验过程中的具有生物活性的材料或用具进行消毒处理 1 植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同 项目 内容 菊花的组织培养月季的花药培养 理论依据植物细胞的全能性 基本过程脱分化 再分化 外植体的 细胞类型 体细胞生殖细胞 操作流程 制备培养基 外植体消毒 接种 培养 移栽 栽培 选材 消毒 接种和培养 筛选 和诱导 移栽 栽培选育 影响因素选材 营养 植物激素 pH 温度 阳光等 培养结果正常植株单倍体植株 生殖方式无性生殖有性生殖 可育性可育高度不育 秋水仙素处理后可育 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 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 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也分化 同时使用分化频率提高 用量比例不同 结果也不同 3 Error Error 生长素用量 细胞分裂素用量 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 3 环境条件 pH 温度 光照等条件 如菊花的组织培养所需 pH 为 5 8 左右 温度为 18 22 光照条件为每日用日光灯照射 12 h 考点二 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 2 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 4 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 2 3 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 1 DNA 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 2 DNA 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 2 mol L 溶解 DNA 0 14 mol L 析出 DNA NaCl 溶液 2 mol L 鉴定时的溶剂 DNA 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 酒精95 体积分数 除去杂质以提纯 DNA DNA 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 3 DNA 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 5 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 DNA DNA 再溶解 提取较纯净的 DNA 考点三 PCR 技术的基本操作和应用 1 PCR 原理 DNA 热变性原理 即 2 PCR 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 80 100 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 3 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 6 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 25 32 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 解旋 在 DNA 解旋酶作用下 边解 旋边复制 80 100 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 RNA DNA 或 RNA 不同点 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 2 PCR 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 7 考点四 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 4 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 8 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 考点五 植物有效成分的提取 1 植物芳香油的提取 1 提取玫瑰精油实验 方法 水蒸气蒸馏法 实验流程 2 提取橘皮精油的实验 方法 一般用压榨法 9 实验流程 2 胡萝卜素的提取 1 胡萝卜素性质 不溶于水 微溶于乙醇 易溶于石油醚等有机溶剂 2 实验设计 方法 萃取法 石油醚最适宜作萃取剂 实验流程 3 鉴定方法 纸层析法 易错警示 胡萝卜素粗品鉴定过程中的 5 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 直径大于 2 mm 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 2 mm 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 以避免由于毛细管现象导 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 胡萝卜素作对比予以确认 5 请回答下列与实验