选修1 专题4 生物技术在其他方面的应用

专题4生物技术在其他方面的应用[展示考纲考频]

1.从生物材料中提取某些特定的成分[☆]

2.植物的组织培养[☆☆]

3.蛋白质的提取和分离[☆]

4.PCR技术的基本操作和应用[☆]一、植物组织培养1．培养基(1)成分：大量元素、微量元素、有机成分、

和琼脂。(2)类型：

、发芽培养基和生根培养基。(3)作用：为植物组织或器官生长和发育提供

。(4)制备：配制各种母液→配制培养基→

。2．组织培养(1)含义：在

条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成

。(2)原理：植物细胞具有

。MS培养基激素营养条件灭菌无菌和人工控制完整的植株全能性二、植物有效成分的提取三、DNA和蛋白质分离提取方法四、PCR技术1．PCR原理：

原理，即：2．PCR反应过程DNA复制3.结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。思考辨析1．判断关于植物组织培养和植物特定成分提取说法的正误。(1)不同植物组织培养的难易程度不同，同一种植物材料培养的难易程度相同(×)(2)蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解下来，再把水蒸发掉，剩余的就是芳香油(×)(3)植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等(√)(4)玫瑰精油的提取宜采用蒸馏法(√)(5)胡萝卜素的提取应用萃取法(√)2．判断关于DNA、蛋白质分离提取方法和PCR技术说法的正误。(1)洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度(2012年高考江苏卷)(×)(2)将丝状物溶解在2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色(2012年高考江苏卷)(×)(3)洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂(√)(4)在PCR技术中延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度(√)(5)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(×)(6)在SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳中，电泳迁移速率完全取决于分子的大小(√)1．MS培养基(植物组织培养用的培养基)的成分及各成分的作用植物组织培养2.脱分化和再分化的比较3.植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同4.植物激素在组织培养过程中的作用

和

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：生长素细胞分裂素[知能拓展]

(1)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；月季花药的离体培养实验中，应选择单核靠边期的花药。(2)植物组织培养过程应该在无菌的条件下进行，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)组织培养时不用天然激素而是用人工合成的激素，是因为植物中存在相应的分解天然激素的酶而没有分解相应的人工合成激素的酶，所以天然激素在植物体内作用和存在的时间短，人工合成激素作用和存在的时间长，效果明显。(4)在组织培养初期，菊花的组织培养需光照，月季花药的离体培养不需光照，而在后期均需光照。1．(2012年高考新课标全国卷)为了探究6­BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6­BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。回答下列问题：(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为________和________两类。上述培养基中，6­BA属于________类生长调节剂。(2)在该实验中，自变量是________，因变量是________，自变量的取值范围是________。(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是__________号培养基。(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________(填“6­BA”或“IAA”)。解析：本题考查植物组织培养的相关知识。(1)植物组织培养常用MS培养基，其中，无机盐的元素可分为大量元素和微量元素两类，前者如N、P、K、Ca、Mg、S等，后者如B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo等。MS培养基中还常需要添加能诱导细胞分裂、脱分化、再分化的生长素和细胞分裂素，常用的生长素有2,4­D、IAA、NAA等，常用的细胞分裂素有6­BA、KT等。

(2)该实验中，各组6­BA浓度均为0.5mg·L－1，IAA的浓度不相同，故自变量为IAA浓度，IAA浓度范围为0～0.5mg·L－1。据表可知，该实验因变量是再生丛芽外植体的比率(m)以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)。(3)由表格中的数据可知，1号培养基诱导丛芽总数最少。(4)生长素常用于诱导细胞分裂和根的分化，6­BA一般用于诱导植物的愈伤组织分化出丛芽，故诱导菊花试管苗生根，培养基中一般不加入6­BA。答案：(1)大量元素微量元素细胞分裂素(2)IAA浓度再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)

0～0.5mg·L－1(3)1(4)6­BA1．PCR相关技术原理与条件(1)PCR：多聚酶链式反应的简称，是一种

迅速扩增DNA片段的技术。(2)引物：是一小段RNA或单链DNA，它能与DNA母链的一段

互补配对。(3)扩增方向：DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。PCR技术的基本操作和应用体外碱基序列(5)酶：耐高温的TaqDNA聚合酶，高温不会失活。(6)PCR的条件：一定的缓冲溶液下才能进行，需提供DNA模板、两种引物、四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶，同时要控制温度。2．PCR的过程(1)

：90℃以上时，双链DNA解旋为单链。(2)

：温度下降到50℃左右，两种引物通过碱基互补配对方式与两条单链DNA结合。(3)

：温度上升到72℃左右，溶液中四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。3．PCR的结果DNA聚合酶只能特异性地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。变性复性延伸[易错易混]细胞内DNA复制与PCR的比较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。______________________。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。答案：(1)磷酸基团3′端(2)耐高温的TaqDNA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)1．植物有效成分提取方法比较植物有效成分的提取[特别提醒]水蒸气蒸馏三种常用方法比较，基本原理相同，但原料位置不同。(1)水中蒸馏：原料放于蒸馏容器的水中，水完全浸没原料。(2)水上蒸馏：容器中水的上方有筛板，原料置于筛板上，水量以沸腾时不浸湿原料为宜。(3)水气蒸馏：蒸馏容器下方有一排气孔，连接外源水蒸气，上方有筛板，上面放原料。三种方法中，水中蒸馏设备简单，成本低，易操作，而水上蒸馏和水气蒸馏时间短，出油率高。3．下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有____________________的性质。蒸馏时收集的蒸馏液________(是、不是)纯的玫瑰精油，原因是________________________。(2)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________。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________。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会________，原因是__________________________________________________。(4)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____________。

(5)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图所示。提取精油时采摘花的最合适时间为________天左右。(6)从薄荷叶中提取薄荷油时________(能、不能)采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是___________________________________________________。解析：(1)玫瑰精油具有较强的挥发性且难溶于水，化学性质稳定，所以可用水蒸气蒸馏法提取。因为玫瑰精油在水蒸气蒸馏时同水蒸气一起蒸馏，所以收集到的蒸馏液应为油水混合物，而不是纯的精油。(2)蒸馏过程中，影响精油的提取量的因素除水和原料的量外，还受蒸馏时间及温度的限制。当原料量一定时，精油的提取量会随着蒸馏时间的延长而增加，但随着原料的耗尽，一定时间后提取量不再增加。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，精油的提取量会因精油混在水蒸气中挥发掉而减少。(4)为了减少玫瑰精油的挥发量，密封不严的瓶装玫瑰精油应存放在温度较低的地方。(5)提取材料中精油含量越高提取的相对含量越多。据图分析可知，a天时该植物花中精油的含量最高，所以提取精油时采摘花的最好时期应是此时。(6)因为薄荷油与玫瑰精油的化学性质极其相似，所以可用提取玫瑰精油的方法从薄荷叶中提取薄荷油。答案：(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定不是玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物(2)蒸馏温度在一定的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(3)下降部分精油会随水蒸气挥发而流失(4)较低减少挥发(5)a

(6)能薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似1．蛋白质的提取和分离(以血红蛋白的提取和分离为例)(1)常用的蛋白质分离方法①凝胶色谱法DNA与蛋白质的提取分离②电泳法原理a．在一定pH下，一些生物大分子(如多肽、核酸等)可解离的基团会带上正电或负电，在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带

的电极移动。b．由于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、形状不同，使带电分子产生不同的

，从而实现样品中各种分子的分离。电荷相反迁移速率(2)血红蛋白的提取和分离2．DNA的提取与鉴定(1)DNA的鉴定[特别提醒]

(1)2次加蒸馏水的作用：①加入鸡血细胞液，使血细胞吸水涨破；②加入含DNA的2mol/LNaCl溶液，使其稀释，从而析出DNA。(2)3次使用纱布的作用：①过滤血细胞破裂液，提取细胞核物质(DNA在滤液中)；②过滤0.14mol/LNaCl溶液，滤出DNA(DNA在黏稠物中)；③过滤溶有DNA的2mol/LNaCl溶液(DNA在滤液中)。(3)3次使用NaCl溶液的作用：①2mol/LNaCl溶液，溶解提取细胞核物质；②0.14mol/LNaCl溶液，使DNA析出；③2mol/LNaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物。(2)DNA与蛋白质在不同NaCl溶液中溶解度不同(3)DNA提取实验中四次过滤的比较4．(2014年南通模拟)下面是某研究小组开展的“猪血浆某白蛋白的提取及分子量测定”研究，请协助完成有关问题：材料仪器：新鲜猪血、低速冷冻离心机、透析袋、电泳仪等。化学试剂：pH为7.4的缓冲液、柠檬酸钠、奈氏试剂(与NH反应出现黄色或红棕色沉淀)、饱和(NH4)2SO4溶液、生理盐水等。实验步骤：(1)样品获取：向新鲜猪血中加入________，静置一段时间后取上层血浆。(2)盐析法粗提蛋白质：①向血浆中加入一定体积饱和(NH4)2SO4溶液，使(NH4)2SO4的浓度达到50%，充分混合后静置、离心，取沉淀物。②向沉淀物中加入适量生理盐水使之溶解，再向其中加入一定体积的饱和(NH4)2SO4溶液，使(NH4)2SO4的浓度达到33%，充分混合后静置、离心，取沉淀物。③重复步骤①、②2～3次，最后用生理盐水将沉淀溶解即得粗提品。盐析粗提“血浆某白蛋白”的主要原理是____________，重复步骤①、②的主要目的是________________________。若观察到透析液________时，即可终止透析。(4)凝胶色谱法分离：透析后的样品经凝胶柱洗脱，获得纯净血浆某白蛋白样品。(5)分子量测定：化学物质SDS能使蛋白质变性，解聚成单条肽链。在聚丙烯酰胺凝胶电泳中加入一定量的SDS，电泳迁移率完全取决于肽链的分子大小。右图为本实验中用SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血浆某白蛋白的结果。根据电泳结果，某同学得出“提取的血浆某白蛋白有两条肽链”的结论，这种说法可靠吗？________。理由是______________________________________________________。解析：本题考查血浆蛋白的提取及分子量的测定。(1)本实验的目的是提取血浆某白蛋白，提供的材料为血液，所以应当将血浆和血细胞分开，首先要防止血液在体外凝固，所以要加入适量的抗凝剂柠檬酸钠。(2)从重复步骤可以看出，血浆某白蛋白在饱和(NH4)2SO4溶液的溶解度高，而在50%和33%的溶液中溶解度低，所以可以依据此原理析出血浆某白蛋白。重复2～3次可以去掉更多的杂质，得到较为纯净的血浆某白蛋白。(3)缓冲液可以保证透析液的pH保持相对稳定，避免pH变化过大破坏了蛋白质分子的空间结构。(5)从图中可以看出，得到的肽链有两种长短不同的种类，但不一定只有两条。答案：(1)(适量的)柠檬酸钠(2)该血浆某白蛋白在50%和33%的(NH4)2SO4溶液中溶解度低更多的除去杂蛋白(3)防止pH变化对蛋白质结构产生影响不出现黄色或红棕色沉淀(5)不可靠只能得出提取的血浆某白蛋白含有两种大小不同的肽链，不一定是两条[例1]草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：请回答：(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取________作为外植体，其依据是________。(2)在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和________，在配制好的培养基中，常常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织，接种后2～5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是________。植物组织培养(3)在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是_________________________。[解析]

植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒。MS培养基的成分主要包括水、无机盐、有机小分子物质以及植物激素等，植物激素的比例能够影响芽的分化和根的分化，如细胞分裂素的比例大于生长素的比例，则有利于芽的分化，反之则有利于根的分化。接种前培养基一定要进行高温灭菌，接种时一定要在无菌条件下进行操作，以免引起杂菌污染。[答案]

(1)茎尖(或根尖)茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒(2)有机物植物激素外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低[例2]多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA片段的技术，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。回答以下问题：(1)细胞内DNA复制过程中，引物的作用是________________，而且DNA复制的前提是________。(2)PCR利用了______