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课标版 生物 第33讲 生物技术在其他方面的应用,知识一 特定成分的提取与PCR技术 一、特定成分的提取,二、PCR技术 1.PCR原理: DNA复制 原理,在体外DNA双螺旋的打开可以通过控 制温度来实现,即: 双链 DNA 单链DNA,2.PCR反应过程,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。,1.生物组织中有机物的提取方法有很多种。例如,凝胶色谱法、电泳法、 蒸馏法、压榨法和萃取法等,不同的有机物提取的方法各有不同。 (1)玫瑰精油称为“液体黄金”,是世界香料工业不可取代的原料,提取出的 玫瑰精油要求不含有任何添加剂或化学原料,其提取方法主要是 。 (2)杏仁油富含矿物质和维生素,是一种质地轻柔、高渗透性的保湿剂,主要 通过 法提取。 (3)萃取胡萝卜素前,要将胡萝卜彻底粉碎的主要目的是,(4)血红蛋白的提取方法可以采用 ,该方法主要是利用血红蛋白的 哪一特性将它与其他物质分开的? 。 (5)DNA提取时,可以利用DNA在 而析出, 为了纯化提取的DNA,向DNA滤液中加入嫩肉粉,目的是 ,DNA鉴 定时,使用 试剂在沸水中加热呈现蓝色。 答案 (1)水蒸气蒸馏法 (2)压榨 (3)使原料颗粒变小,提高萃取效率 (4)凝胶色谱法 相对分子质量的大小,(5)浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度小 分解蛋白质 二苯胺 解析 (1)玫瑰精油不能含有任何添加剂或化学原料,所以不能用萃取法, 而其又具有挥发性较强的特点,适于用水蒸气蒸馏法提取。(2)杏仁油的提 取原料为种子,应采用压榨法。(3)一般来说,原料颗粒小,萃取温度高,时间 长,需要提取的物质就能够充分溶解,萃取效果就好。(4)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。(5)DNA 在不同NaCl溶液中溶解度不同,可以使DNA溶解或析出从而与其他物质分开。,2.在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析,PCR技术能快速扩 增DNA片段,在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝,有效地解决了因 为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的问题。据图回答相 关问题:,(1)在相应的横线上写出引物,并在复制这一步骤中将引物置于合适的 位置。 (2)在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。 (3)若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32P标记,请分析循环一次后生成的 DNA分子的特点: ,循环n次后生成的DNA分子中不含放 射性的单链占总单链的比例为 。 (4)PCR反应过程的前提条件是 ,PCR技术利用DNA的 原 理解决了这个问题。 (5)在对样品DNA进行分析的过程中发现,DNA掺杂着一些组蛋白,要去除 这些组蛋白可加入的物质是 。,答案 (1)5GAOH HOAG5 5GGTC3 (2)3CCAG5 5GGTC3 5GGTC3 3CCAG5 (3)每个DNA分子各有一条链含32P 1/2n (4)DNA解旋 热变性 (5)蛋白酶 解析 (1)DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从3端延伸DNA链,所 以引物就提供了3端,子链延伸方向为53,引物 与b链部分碱基互补,引物 则与a链部分碱基互补,且连接到a链的3端,故引物 的结构为5 GAOH。(2)经过一次循环后,产生的两个DNA分子分别含有引物 和引物 。(3)由于作为原料的四种脱氧核苷酸被32P标记,所以新合成 的子链均含有放射性,一次循环后的两个DNA各有一条链含32P,若复制n次, 共产生子链2n2,其中只有DNA母链不含32P,则其所占比例为2/(2n2)=1/ 2n。(4)DNA复制是以两条母链为模板,按照碱基互补配对原则进行的。因 此,首先要解旋,使两条母链碱基暴露出来,才能按照碱基互补配对的原则 把相应的核苷酸一个个地连接起来。DNA分子在80 100 的温度范 围内变性,双链解开成单链,当温度慢慢降低时,又能重新结合形成双链。 (5)本题考查了DNA中杂质蛋白质的去除,利用酶的专一性,应加入蛋白,酶。,知识二 植物组织培养 一、培养基 1.成分,2.类型:MS培养基(植物组织培养基)、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 营养条件 。 4.制备:配制各种母液配制培养基 灭菌 。 二、组织培养 1.含义:在无菌和人工控制条件下,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 完整的植株 。 2.原理:植物细胞具有 全能性 。 3.过程:,组织、器官 愈伤 组织 根、芽 植物 4.脱分化和再分化的比较,离体的植物,1.请回答下列与菊花茎段组织培养实验操作有关的问题。 (1)由于菊花茎段组织培养比较容易,故在配制MS固体培养基时, (必须添加、不必添加)植物激素。培养基配制完毕后,还需进行 灭菌。 (2)应选用生理状况好的菊花嫩枝茎段作为 ,这是因为其更容易被 诱导 。 (3)接种前,工作台要用体积分数为70%的酒精擦拭一遍。之后,所有的接种 操作都必须在 旁进行,并且每次使用器械后,都需要用 灭 菌。,(4)接种后的锥形瓶最好放在 中培养。培养期间应注意的事项主 要有:定期 、控制好 ,并每日给予适当时间光照。 答案 (1)不必添加 高压蒸汽 (2)外植体 脱分化和再分化 (3)酒精灯 火焰灼烧 (4)无菌箱 消毒 培养温度 解析 (1)由于菊花茎段组织培养比较容易,因此培养基中不必添加植物 激素,培养基配制完毕需进行高压蒸汽灭菌。(2)外植体的选择直接关系到 实验的成败,因此应选择容易被诱导脱分化和再分化的菊花嫩枝茎段作为 外植体。(3)接种前工作台要用体积分数为70%的酒精擦拭一遍,接种过程,中所有的操作都必须在酒精灯火焰旁进行,并且每次使用器械后,都需要用 火焰灼烧灭菌。(4)外植体在培养过程中要保持无菌环境,控制好温度,并给 予适当光照。,2.如图为植物(菊花)组织培养过程示意图,请据图回答: (1)培养基和培养基分别为 和 。 (2)若该培养基是MS固体培养基,则其基本组成是 、 、 有机成分、激素和琼脂。,(3)愈伤组织发芽的根本原因是 。 (4)菊花组织在接种到培养基中之前需进行 处理,整个组织培养过 程需在 操作。 (5)本实验用人工合成的激素,而不用植物中存在的天然激素的原因是: 。 答案 (1)生芽培养基 生根培养基 (2)大量元素 微量元素 (3)基因的选择性表达 (4)消毒 无菌条件下 (5)人工合成的激素易合成、原料广泛、效果稳定,解析 (1)菊花组织在培养基中形成愈伤组织后长出丛芽,因此培养基 是生芽培养基,在培养基中生根后形成试管苗,所以培养基是生根培 养基。(2)MS固体培养基由大量元素、微量元素、有机成分、激素和琼脂 组成。(3)愈伤组织发芽属于再分化的过程,其根本原因是基因的选择性表 达。(4)菊花组织在接种到培养基之前必须先进行消毒处理,整个组织培养 过程必须在无菌条件下操作。(5)人工合成的植物激素具有容易合成、原 料广泛、效果稳定的优点,因此在农业生产中被广泛应用。,突破一 特定成分的提取方法 1.蒸馏、压榨与萃取的比较,2.常用的蛋白质分离方法 (1)凝胶色谱法,(2)电泳法原理 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电荷相反的 电极移动。 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迁移速度,从而实现样品中各种分子的分 离。 3.血红蛋白的提取和分离,(1)样品处理 (2)粗分离透析(去除小分子杂质) (3)纯化凝胶色谱法进行分离和纯化 (4)纯度鉴定SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳,典例1 比较玫瑰油提取的水蒸气蒸馏装置和胡萝卜素提取的装置,回答 有关问题:,(1)从装置上看,A装置多了 、 ;B装置增加了 。 (2)A装置中提取物最后存在于 中,B装置提取物存在于 中。 (3)两个装置的差别是由于提取的方法不同,归根到底是由于提取物的分子 结构不同、理化性质不同。A装置中提取物一般具有 ,B装置中提 取物在石油醚等有机溶剂中有较高的 。 (4)如果萃取液是水,还需要水浴加热吗? 。 解析 (1)此题考查对两种提取装置的理解,从图中可得出答案。(2)A装 置是蒸馏装置,提取物随水蒸气蒸发后由于冷凝管的冷凝作用最后进入接 收瓶,而B装置是萃取装置,提取物最终溶解在烧瓶内的有机溶剂中。(3)A,装置提取物必须具挥发性才能随水蒸气进入接收瓶,B装置提取物只有在 有机溶剂中有较高溶解度才能萃取出来。(4)如果萃取液是有机溶剂,需要 隔水加热,目的是防止有机溶剂燃烧或爆炸,如果萃取液是水,就没有必要 隔水加热了。 答案 (1)温度计 接收瓶(锥形瓶) 水浴锅 (2)接收瓶(锥形瓶) 烧瓶 (3)挥发性 溶解度 (4)不需要,1-1 已知蛋白质混合液中硫酸铵浓度的不同可以使不同种类的蛋白质析 出(或沉淀),随着硫酸铵浓度增加,混合液中蛋白质析出的种类和总量增 加。下表是某蛋白质混合液中的不同蛋白质从开始析出到完全析出所需 要的蛋白质混合液中的硫酸铵浓度范围。,请据表回答: (1)若只完全析出甲蛋白,混合液中最合适的硫酸铵浓度应为 。 (2)向该蛋白质混合液中加入硫酸铵溶液(或硫酸铵),使混合液中的硫酸铵 浓度达到30%,会析出若干种蛋白质,它们分别是 。 (3)通过改变混合液中的硫酸铵浓度 (能、不能)从混合液中得到所有的、不含有其他蛋白质的乙蛋白,原因是 。 (4)简要写出从该蛋白质混合液中分离出全部丁蛋白的实验设计思路。,(5)如果蛋白质析出物中还含有一定量的硫酸铵,可用半透膜除去析出物中 的硫酸铵。用半透膜能除去析出物中硫酸铵的原理是 。 答案 (1)20% (2)甲蛋白、乙蛋白、丙蛋白 (3)不能 乙蛋白和丙蛋白析出所需的硫酸铵浓度范围有重叠 (4)向该蛋白质混合液中加入硫酸铵溶液(或硫酸铵),使其浓度达到35%(或 35%硫酸铵浓度38%范围内的任意一个浓度),分离析出物与溶液,保留 溶液。取保留溶液,再加入硫酸铵溶液(或硫酸铵),使硫酸铵在溶液中的浓 度达到40%(或40%以上),分离析出物与溶液,析出物即为丁蛋白。 (5)半透膜是一种选择性透过膜,只允许小分子的硫酸铵通过,不允许大分子 蛋白质通过,解析 (1)从表中可以看出,只完全析出甲蛋白,混合液中最合适的硫酸铵 浓度为20%。(2)表中信息反映混合液中的硫酸铵浓度达到30%,会析出甲 蛋白、乙蛋白、丙蛋白三种蛋白质。(3)由于乙蛋白和丙蛋白析出所需的 硫酸铵浓度范围有重叠,因此改变混合液中的硫酸铵浓度,不能只得到乙蛋 白。,突破二 植物组织培养 1.菊花茎与月季花药组织培养的比较,2.植物激素在组织培养过程中的作用 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, 其作用及特点为:,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。,典例2 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)通过花药培养产生花粉植株(即单倍体植株)一般有两种途径:一种是花 粉通过胚状体阶段发育为植株,另一种是花粉在诱导培养基上先形成 ,再将其诱导分化成植株。 (2)在花粉发育的过程中,只有某一个时期对离体刺激敏感,一般来说,在 期,花药培养成功率高,为了挑选到此期的花药,通常选择 的花蕾。 (3)为了进一步确定花粉是否处于适宜的发育期,一般要通过 来观,察,通常需要用 来染色,但有些植物的花粉细胞核不易着色,需采 用焙花青铬矾法,此方法能将花粉细胞核染成 色。 (4)采用的MS固体培养基中除含有多种大量元素和微量元素外,还需添加 植物激素,其中主要是 。 (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 。(答序 号) 培养皿 培养基 实验操作者的双手 锥形瓶 接种环 花蕾,解析 (1)通过花药培养产生花粉植株一般有两种途径,一种是花粉通过 胚状体阶段发育为植株,另一种是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织,再 将其诱导分化成植株。(2)植物单核期花药培养成功率高,为了挑选到单核 期的花药,一般选择完全未开放的花蕾。(4)植物组织培养中起主要作用的 植物激素是生长素和细胞分裂素,需在培养基中添加。(5)对有生命的物体 只能利用化学药剂进行消毒,对金属材料可进行灼烧灭菌。 答案 (1)愈伤组织 (2)单核(靠边) 完全未开放 (3)显微镜 醋酸洋红 蓝黑 (4)生长素和细胞分裂素(少答不给分) (5)(少答、错答均不给分) ,2-1 斯图尔德将胡萝卜韧皮部细胞进行培养,最终获得发育完整的新个 体,实验过程如下: 从根的切片分离出单个细胞 细胞团 胚状体 植株 (1)A过程称为 ,诱导这一过程的物质是 。这一实验的 原理是 。 (2)植物组织培养过程中多次强调一系列的消毒、灭菌及无菌操作,原因是 。 (3)愈伤组织的培养是很重要的一步,一般从接种到出现愈伤组织需要14天, 到时可以看到外植体长出 色或 色的 状的愈伤 组织。,(4)A过程中注意恒温箱要关闭光源,因为在 条件下愈伤组织长得 更快,两周以后,由于培养基中的营养几乎耗尽。必须 进行继续培 养。 (5)试管苗的培养可分为 培养和 培养,必须先进行 培养,二者的区别在于 的不同。 答案 (1)脱分化 植物激素(或生长素与细胞分裂素) 植物细胞具有全 能性 (2)外植体材料体积小,抗性差,如果不小心引起污染,将可能造成培养工作 的前功尽弃 (3)乳白 黄 瘤,(4)无光 更换培养基 (5)生芽 生根 生芽 培养基中的生长素和细胞分裂素的比例 解析 (1)A过程表示由离体的细胞发育成细胞团,为脱分化过程,诱导脱 分化需要有植物激素,主要是生长素和细胞分裂素。(2)同植物体相比较,离 体的植物组织抗性差,所以在组织培养整个过程中都要执行严格的消毒、 灭菌程序。(3)愈伤组织为外植体经脱分化形成的乳白色或黄色的瘤状 物。(4)进行组织培养脱分化阶段不需要光照。(5)试管苗的培养分为生芽 培养和生根培养,先生芽,才有利于生根,生根培养基与生芽培养基的区别 就在于生长素和细胞分裂素的比例不同。,
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