高考生物二轮专题突破 第16讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用课件

第十六讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用 考纲点击考纲点击1.酶的应用：酶的应用：(1)酶在食品制造和洗涤等方面的应用。酶在食品制造和洗涤等方面的应用。(2)制备和应用固定化酶。制备和应用固定化酶。2.生物技术的应用：生物技术的应用：(1)植物的组织培养。植物的组织培养。(2)蛋白质的提取和分离。蛋白质的提取和分离。(3)PCR技术的基本操作和应用。技术的基本操作和应用。思维激活1固定化细胞在使用上有什么要求？提示因为固定化细胞使用的是活细胞，因而要定期提供全面的营养物质，供细胞生长、繁殖。2影响酶活性的因素有哪些？提示pH、温度、抑制剂、激活剂等。3凝胶色谱法的原理是什么？提示根据相对分子质量的大小分离蛋白质。1固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、_和物理吸附法。2采用固定化酶(固定化细胞)技术可使酶能够被 、，且耐受性比较好。3固定化酶降解水体中有机磷农药，是化学反应，不需要提供 条件。4纤维素酶催化作用需要相当长的时间和 的温度，否则不起作用。自查自查 包埋法包埋法化学结合法化学结合法反复利用反复利用降低成本降低成本营养营养适宜适宜5利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既可作为 ，也可调节。6制备凝胶珠时，溶化的海藻酸钠冷却至 后与活化的酵母菌混合，然后将混合液滴入 溶液中。7植物培养基中生长素与细胞分裂素的用量比值不同，诱导生根发芽结果不同。当比值 时，有利于发芽；比值 时，有利于生根；该比值适中时促进愈伤组织的形成。8二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到是 体植株，是 。反应底物反应底物酵母菌渗透压酵母菌渗透压室温室温CaCl2低低高高单倍单倍不可育的不可育的9人工种子指将 包埋于有一定营养成分和保护功能的介质中组成的繁殖体。10当NaCl溶液浓度低于 mol/L时，随浓度的升高，DNA的溶解度降低；当NaCl溶液浓度高于 mol/L时，随浓度升高，DNA的溶解度升高。11电泳是利用待分离样品中各种分子带电性质的 及分子本身 、 的不同产生不同的迁移速度，将各种分子分离。胚状体胚状体0.140.14差异差异大小大小形状形状1在“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”时，相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉(2012江苏，1C)()2刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液，CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠(2010江苏，25A、B)()3利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物(2009江苏，3D)()自纠自纠 4植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得(2011江苏，16D)()5用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子(2011江苏，16C)()6利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的实验中，将丝状物溶解在2 mol/L NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色(2011江苏，19C)()7利用透析法纯化蛋白酶时，应以蒸馏水作为透析液(2010江苏，3C)()答案1.2.3.4.5.6.7.必考点一植物组织培养技术必考点一植物组织培养技术 愈伤组织愈伤组织根、芽等根、芽等(试管苗试管苗)2植物组织培养与花药培养技术的比较项目项目内容内容植物组织培养植物组织培养花药培养技术花药培养技术理论依据理论依据细胞的全能性细胞的全能性基本过程基本过程脱分化脱分化再分化再分化脱分化脱分化再分化再分化外植体外植体细胞类型细胞类型操作流程操作流程制备制备MS固体培养基固体培养基 消毒消毒 移栽移栽栽培栽培选材选材消毒消毒 移栽移栽栽培选育栽培选育培养结果培养结果 植株植株 植株植株可育性可育性可育可育高度不育，秋水仙素处高度不育，秋水仙素处理，染色体加倍后可育理，染色体加倍后可育细胞的全能性细胞的全能性体细胞体细胞生殖细胞生殖细胞外植体外植体接种接种培养培养接种、培养接种、培养筛选和诱导筛选和诱导正常正常单倍体单倍体【典例1】 (2012新课标全国卷，39)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。培养基培养基编号编号浓度浓度/(mgL1)6BAIAAm/%n/个个10.5076.73.120.177.46.130.266.75.340.560.05.0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”)。解析按照植物的需求量，在培养基中加入的无机盐可分为大量元素和微量元素。6BA是细胞分裂素类生长调节剂，由于该实验探究的是6BA和IAA对菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，而6BA的浓度在各实验组中相同，因此实验的自变量是IAA浓度取值范围是00.5/(mgL1)，因变量是再生丛芽外植体的比率及再生丛芽外植体上的丛芽平均数，即表中的m和n。再生外植体数乘以外植体上的丛芽平均数即为丛芽总数，计算可知诱导丛芽总数最少的是1号培养基。在植物组织培养中，生长素用于诱导细胞的分裂和根的分化，细胞分裂素主要促进细胞分裂和分化出不定芽，因此为了诱导生根，培养基中一般不加6BA(细胞分裂素类生长调节剂)而加入IAA(生长素类生长调节剂)。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)00.5/(mgL1)(3)1(4)6BA拓展提升影响植物组织培养的因素(1)内因：植物的种类，同一种植物材料的年龄、保存时间的长短、部位等。(2)外因：MS培养基中的营养物质基础和pH、温度、光照等环境条件。(3)植物激素：生长素用量/细胞分裂素用量影响细胞分裂、分化。用量比例不同，结果也不同：1探寻在酶的实验探究中应注意的问题(1)实验设计时要遵循 和 两大原则，严格控制 。(2)探究不同温度(或pH)对酶活性的影响时， 作为自变量，通常通过设置 来确定最适值。最适值是通过比较相同时间内获得的 来确定的。必考点二酶的研究和应用必考点二酶的研究和应用单一变量单一变量对照对照无关变量无关变量温度温度(或或pH)合理的梯度合理的梯度产量或效果产量或效果(3)探究最适温度时， 为无关变量；探究最适pH时，温度最好为 。(4)探究果胶酶的最适用量时，所测出的最适用量是指在本实验的 、 等条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明 和 。(5)探讨加酶洗衣粉的最适温度要根据生活中的实际情况，合理设置 。(6)在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果条件，还要考虑到酶的 和 的问题。pH最适温度最适温度温度温度pH温度温度pH温度梯度温度梯度专一性专一性洗涤成本洗涤成本2比较下表中直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的差异直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞酶的种类酶的种类常用载体常用载体氧化铝、高岭氧化铝、高岭土、硅胶、二土、硅胶、二氧化钛、硅藻氧化钛、硅藻土等土等明胶、琼脂糖、明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯纤维素、聚丙烯酰胺等酰胺等常用方法常用方法营养物质营养物质基础基础一种或几种一种或几种一种一种一系列酶一系列酶包埋法、化学包埋法、化学结合法、物理结合法、物理吸附法吸附法包埋法包埋法不需要不需要不需要不需要需要需要直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞化学反应化学反应底物底物优点优点缺点缺点一种或几种一种或几种一种一种一系列一系列各种物质各种物质各种物质各种物质能进入载体的能进入载体的小分子物质小分子物质效率高、耗能效率高、耗能低、无污染低、无污染可回收，可回收，反复使用反复使用成本低、易操作，成本低、易操作，可催化一系列化可催化一系列化学反应学反应环境因素影环境因素影响大，酶难响大，酶难以回收利用以回收利用不利于催化不利于催化一系列化学一系列化学反应反应反应物与细胞内反应物与细胞内的酶不容易接触，的酶不容易接触，催化效率下降催化效率下降【典例2】 某同学进行苹果汁制作实验，工艺如图所示。(1)图中用KMnO4的溶液浸泡苹果的目的是_。黑曲霉提取液中含有的_可分解果胶，从而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通过_方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去_。(2)实验中，操作流程A和B的先后顺序为_。在苹果汁澄清过程中，应关闭的流速调节阀是_。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶，可取一定量的果汁与等量的_混合，如果出现_现象，说明果胶还没有被完全分解。为使果胶完全分解，应将流速调_。(3)实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被_使用。解析本题考查苹果汁制作过程的反应条件、注意事项、操作过程中需注意的细节。(1)在制作工艺中必须对原材料消毒，这样才能保证后续实验的成功。KMnO4是强氧化剂，可以起到对苹果的消毒作用。可使果胶分解的物质是果胶酶。在制备固定化酶时，石英砂具有吸附作用。为了除去未被固定的酶等物质，需用蒸馏水洗涤固定化柱。(2)实验中应先制备好固定化酶，再对苹果进行榨汁处理，否则易使果汁被污染。在苹果汁澄清过程中，应将调节阀1关闭，否则在产物中会混入较多的果胶酶。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶，可取一定量的果汁与等量的乙醇混合，如果出现浑浊或沉淀的现象(乙醇对果胶有凝聚作用)，说明果胶还没有被完全分解。为使果胶完全分解，应将流速调慢，以便反应充分进行。(3)固定化酶的最大优点是可回收重复使用。答案(1)消毒果胶酶吸附未被固定的酶等物质(2)AB阀1乙醇浑浊(沉淀)慢(3)重复归纳总结固定化技术的比较方法方法定义定义适用范围适用范围模型模型包埋法包埋法将酶包裹在多孔的载将酶包裹在多孔的载体中。常见的载体有体中。常见的载体有明胶、琼脂糖、海藻明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等聚丙烯酰胺等多用于细多用于细胞的固定胞的固定化学化学结合法结合法将酶分子或细胞相互将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到结合，或将其结合到载体上载体上多用于多用于酶的固定酶的固定物理物理吸附法吸附法将酶吸附到固体吸附将酶吸附到固体吸附剂的表面。固体吸附剂的表面。固体吸附剂多为活性炭、多孔剂多为活性炭、多孔玻璃等玻璃等【应用1】 某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题。产酒酒精度的比较时间时间/d游离酵母游离酵母固定化酵母固定化酵母00021.02.542.14.263.25.083.95.4104.36.0124.66.4(1)制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化 _ _配制海藻酸钠溶液 _固定化酵母细胞。(2)影响实验成败的关键步骤是_。(3)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。实验过程中“在一定的条件下发酵”的条件是_，要求条件相同是为了确保_。由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母在发酵前期的延迟期的时间要_。解析制备固定化酵母细胞的实验步骤为：酵母细胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞；该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程，需要在适宜的温度、pH等条件下进行，两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相同，且遵循单一变量原则。由表可知，在12 d的发酵时间里，固定化酵母发酵产酒酒精度从0度到6.4度，游离酵母发酵产酒酒精度从0度到4.6度，而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4天即达到4.2度，表明其延迟期短。答案(1)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(2)配制海藻酸钠溶液(3)适宜的温度、pH等单一变量短1DNA的粗提取和鉴定方法(1)材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织。(2)破碎细胞动物的红细胞，吸水破裂。植物细胞：加入洗涤剂、食盐后研磨。必考点三必考点三DNA和蛋白质技术和蛋白质技术(3)除去杂质的方法方法一：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同，通过调节 除去溶于和不溶于NaCl溶液中的杂质。方法二：利用DNA对酶的耐受性，直接在滤液中加入嫩肉粉，反应1015 min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解_，而不会破坏 。方法三：利用DNA对高温的耐受性，将滤液放在6075 的恒温水浴箱中保温1015 min，使 变性沉淀而_分子还未变性。NaCl溶液的浓度溶液的浓度蛋白质蛋白质DNA蛋白质蛋白质DNA(4)DNA的析出：向处理后的滤液中加入与滤液体积相等的、冷却的酒精溶液(体积分数为95%)，静置23 min，溶液中会出现白色丝状物，用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物。(5)DNA的鉴定：在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成。蓝色蓝色2比较下表中细胞内DNA复制与PCR技术的不同项目项目DNA复制复制PCR技术技术场所场所能量能量酶酶是否有转录是否有转录引物引物温度温度特点特点循环次数循环次数细胞内细胞内细胞外细胞外ATP提供能量提供能量不需不需ATP提供能量提供能量解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶耐高温的耐高温的TaqDNA聚合酶聚合酶伴有转录，产生引物伴有转录，产生引物无转录，需加入两种引物无转录，需加入两种引物RNADNA或或RNA体内温和条件体内温和条件高温高温边解旋边复制，边解旋边复制，半保留复制半保留复制体外迅速扩增体外迅速扩增受生物体自身控制受生物体自身控制30多次多次3.蛋白质的提取和分离步骤步骤操作操作样品样品处理处理通过红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红通过红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液等操作收集到血红蛋白溶液蛋白溶液等操作收集到血红蛋白溶液粗分离粗分离通过透析法去除血红蛋白溶液中相对分子质量较通过透析法去除血红蛋白溶液中相对分子质量较小的小的_纯化纯化通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的_纯度纯度鉴定鉴定 判断纯化的蛋白质是否判断纯化的蛋白质是否达到要求达到要求杂质杂质蛋白质蛋白质SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳特别提醒(1)凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果，但直径过大造成洗脱液体积大，样品稀释度大；凝胶色谱柱的高度与分离度有关。(2)红细胞洗涤过程中，洗涤三次后，上清液仍有黄色，可增加洗涤次数，否则无法除去血浆蛋白；离心时转速要低，时间要短，否则白细胞等会一同沉淀，达不到分离效果。(3)血红蛋白释放过程中，蒸馏水的作用是涨破红细胞，甲苯的作用主要是溶解细胞膜。【典例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利用了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。_(要求3项以上)。解析(1)DNA聚合酶工作时必须要有一个引物，它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RNA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复制的两条链均作为模板，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。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) (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【应用2】 (2012浙江联考)下列有关“血红蛋白提取和分离”的相关叙述中，正确的是()。A用蒸馏水进行红细胞的洗涤，其目的是去除细胞表面杂蛋白B将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较大的杂质C血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是使血红蛋白溶于有机溶剂D整个过程不断用磷酸缓冲液处理，是为了维持血红蛋白的结构解析红细胞的洗涤用的是生理盐水其目的是去除血浆蛋白等杂质，有利于后续步骤的分离纯化，而不是去除细胞表面杂蛋白；而本实验中蒸馏水的作用是涨破红细胞使血红蛋白释放。将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较小的杂质。血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是溶解细胞膜。整个过程不断用磷酸缓冲液处理，是为了维持血红蛋白的结构。答案D