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課標(biāo)版 生物 第33講 生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用,知識(shí)一 特定成分的提取與PCR技術(shù) 一、特定成分的提取,二、PCR技術(shù) 1.PCR原理:① DNA復(fù)制 原理,在體外DNA雙螺旋的打開(kāi)可以通過(guò)控 制溫度來(lái)實(shí)現(xiàn),即: 雙鏈 DNA 單鏈DNA,2.PCR反應(yīng)過(guò)程,3.結(jié)果:上述三步反應(yīng)完成后,一個(gè)DNA分子就變成了⑦ 兩 個(gè)DNA分 子,隨著重復(fù)次數(shù)的增多,DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過(guò)程 都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。,1.生物組織中有機(jī)物的提取方法有很多種。例如,凝膠色譜法、電泳法、 蒸餾法、壓榨法和萃取法等,不同的有機(jī)物提取的方法各有不同。 (1)玫瑰精油稱為“液體黃金”,是世界香料工業(yè)不可取代的原料,提取出的 玫瑰精油要求不含有任何添加劑或化學(xué)原料,其提取方法主要是 。 (2)杏仁油富含礦物質(zhì)和維生素,是一種質(zhì)地輕柔、高滲透性的保濕劑,主要 通過(guò) 法提取。 (3)萃取胡蘿卜素前,要將胡蘿卜徹底粉碎的主要目的是,(4)血紅蛋白的提取方法可以采用 ,該方法主要是利用血紅蛋白的 哪一特性將它與其他物質(zhì)分開(kāi)的? 。 (5)DNA提取時(shí),可以利用DNA在 而析出, 為了純化提取的DNA,向DNA濾液中加入嫩肉粉,目的是 ,DNA鑒 定時(shí),使用 試劑在沸水中加熱呈現(xiàn)藍(lán)色。 答案 (1)水蒸氣蒸餾法 (2)壓榨 (3)使原料顆粒變小,提高萃取效率 (4)凝膠色譜法 相對(duì)分子質(zhì)量的大小,,(5)濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度小 分解蛋白質(zhì) 二苯胺 解析 (1)玫瑰精油不能含有任何添加劑或化學(xué)原料,所以不能用萃取法, 而其又具有揮發(fā)性較強(qiáng)的特點(diǎn),適于用水蒸氣蒸餾法提取。(2)杏仁油的提 取原料為種子,應(yīng)采用壓榨法。(3)一般來(lái)說(shuō),原料顆粒小,萃取溫度高,時(shí)間 長(zhǎng),需要提取的物質(zhì)就能夠充分溶解,萃取效果就好。(4)凝膠色譜法也稱做 分配色譜法,是根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)的有效方法。(5)DNA 在不同NaCl溶液中溶解度不同,可以使DNA溶解或析出從而與其他物質(zhì)分開(kāi)。,2.在遺傳病及刑偵破案中常需要對(duì)樣品DNA進(jìn)行分析,PCR技術(shù)能快速擴(kuò) 增DNA片段,在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬(wàn)份的DNA拷貝,有效地解決了因 為樣品中DNA含量太低而難以對(duì)樣品進(jìn)行分析研究的問(wèn)題。據(jù)圖回答相 關(guān)問(wèn)題:,(1)在相應(yīng)的橫線上寫出引物Ⅱ,并在復(fù)制這一步驟中將引物Ⅱ置于合適的 位置。 (2)在相應(yīng)的橫線上寫出循環(huán)一次后生成的DNA分子。 (3)若將作為原料的四種脫氧核苷酸用32P標(biāo)記,請(qǐng)分析循環(huán)一次后生成的 DNA分子的特點(diǎn): ,循環(huán)n次后生成的DNA分子中不含放 射性的單鏈占總單鏈的比例為 。 (4)PCR反應(yīng)過(guò)程的前提條件是 ,PCR技術(shù)利用DNA的 原 理解決了這個(gè)問(wèn)題。 (5)在對(duì)樣品DNA進(jìn)行分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),DNA摻雜著一些組蛋白,要去除 這些組蛋白可加入的物質(zhì)是 。,答案 (1)5—G—A—OH HO—A—G—5 5—G—G……T—C—3 (2)3—C—C……A—G—5 5—G—G……T—C—3 5—G—G……T—C—3 3—C—C……A—G—5 (3)每個(gè)DNA分子各有一條鏈含32P 1/2n (4)DNA解旋 熱變性 (5)蛋白酶 解析 (1)DNA聚合酶不能從頭開(kāi)始合成DNA,只能從3端延伸DNA鏈,所 以引物就提供了3端,子鏈延伸方向?yàn)?→3,引物 Ⅰ 與b鏈部分堿基互補(bǔ),,引物 Ⅱ 則與a鏈部分堿基互補(bǔ),且連接到a鏈的3端,故引物 Ⅱ 的結(jié)構(gòu)為5 —G—A—OH。(2)經(jīng)過(guò)一次循環(huán)后,產(chǎn)生的兩個(gè)DNA分子分別含有引物 Ⅰ 和引物 Ⅱ 。(3)由于作為原料的四種脫氧核苷酸被32P標(biāo)記,所以新合成 的子鏈均含有放射性,一次循環(huán)后的兩個(gè)DNA各有一條鏈含32P,若復(fù)制n次, 共產(chǎn)生子鏈2n2,其中只有DNA母鏈不含32P,則其所占比例為2/(2n2)=1/ 2n。(4)DNA復(fù)制是以兩條母鏈為模板,按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的。因 此,首先要解旋,使兩條母鏈堿基暴露出來(lái),才能按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則 把相應(yīng)的核苷酸一個(gè)個(gè)地連接起來(lái)。DNA分子在80 ℃~100 ℃的溫度范 圍內(nèi)變性,雙鏈解開(kāi)成單鏈,當(dāng)溫度慢慢降低時(shí),又能重新結(jié)合形成雙鏈。 (5)本題考查了DNA中雜質(zhì)蛋白質(zhì)的去除,利用酶的專一性,應(yīng)加入蛋白,酶。,知識(shí)二 植物組織培養(yǎng) 一、培養(yǎng)基 1.成分,2.類型:MS培養(yǎng)基(植物組織培養(yǎng)基)、發(fā)芽培養(yǎng)基和生根培養(yǎng)基。 3.作用:為植物組織或器官生長(zhǎng)和發(fā)育提供③ 營(yíng)養(yǎng)條件 。 4.制備:配制各種母液→配制培養(yǎng)基→④ 滅菌 。 二、組織培養(yǎng) 1.含義:在無(wú)菌和人工控制條件下,將離體的植物器官、組織、細(xì)胞,培養(yǎng) 在人工配制的培養(yǎng)基上,給予適宜的培養(yǎng)條件,誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢 芽,最終形成① 完整的植株 。 2.原理:植物細(xì)胞具有② 全能性 。 3.過(guò)程:,組織、器官 愈傷 組織 根、芽 植物 4.脫分化和再分化的比較,離體的植物,1.請(qǐng)回答下列與菊花莖段組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作有關(guān)的問(wèn)題。 (1)由于菊花莖段組織培養(yǎng)比較容易,故在配制MS固體培養(yǎng)基時(shí), (必須添加、不必添加)植物激素。培養(yǎng)基配制完畢后,還需進(jìn)行 滅菌。 (2)應(yīng)選用生理狀況好的菊花嫩枝莖段作為 ,這是因?yàn)槠涓菀妆?誘導(dǎo) 。 (3)接種前,工作臺(tái)要用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精擦拭一遍。之后,所有的接種 操作都必須在 旁進(jìn)行,并且每次使用器械后,都需要用 滅 菌。,(4)接種后的錐形瓶最好放在 中培養(yǎng)。培養(yǎng)期間應(yīng)注意的事項(xiàng)主 要有:定期 、控制好 ,并每日給予適當(dāng)時(shí)間光照。 答案 (1)不必添加 高壓蒸汽 (2)外植體 脫分化和再分化 (3)酒精燈 火焰灼燒 (4)無(wú)菌箱 消毒 培養(yǎng)溫度 解析 (1)由于菊花莖段組織培養(yǎng)比較容易,因此培養(yǎng)基中不必添加植物 激素,培養(yǎng)基配制完畢需進(jìn)行高壓蒸汽滅菌。(2)外植體的選擇直接關(guān)系到 實(shí)驗(yàn)的成敗,因此應(yīng)選擇容易被誘導(dǎo)脫分化和再分化的菊花嫩枝莖段作為 外植體。(3)接種前工作臺(tái)要用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精擦拭一遍,接種過(guò)程,,中所有的操作都必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行,并且每次使用器械后,都需要用 火焰灼燒滅菌。(4)外植體在培養(yǎng)過(guò)程中要保持無(wú)菌環(huán)境,控制好溫度,并給 予適當(dāng)光照。,2.如圖為植物(菊花)組織培養(yǎng)過(guò)程示意圖,請(qǐng)據(jù)圖回答: (1)培養(yǎng)基①和培養(yǎng)基②分別為 和 。 (2)若該培養(yǎng)基是MS固體培養(yǎng)基,則其基本組成是 、 、 有機(jī)成分、激素和瓊脂。,(3)愈傷組織發(fā)芽的根本原因是 。 (4)菊花組織在接種到培養(yǎng)基中之前需進(jìn)行 處理,整個(gè)組織培養(yǎng)過(guò) 程需在 操作。 (5)本實(shí)驗(yàn)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)生芽培養(yǎng)基 生根培養(yǎng)基 (2)大量元素 微量元素 (3)基因的選擇性表達(dá) (4)消毒 無(wú)菌條件下 (5)人工合成的激素易合成、原料廣泛、效果穩(wěn)定,,解析 (1)菊花組織在培養(yǎng)基①中形成愈傷組織后長(zhǎng)出叢芽,因此培養(yǎng)基 ①是生芽培養(yǎng)基,在培養(yǎng)基②中生根后形成試管苗,所以培養(yǎng)基②是生根培 養(yǎng)基。(2)MS固體培養(yǎng)基由大量元素、微量元素、有機(jī)成分、激素和瓊脂 組成。(3)愈傷組織發(fā)芽屬于再分化的過(guò)程,其根本原因是基因的選擇性表 達(dá)。(4)菊花組織在接種到培養(yǎng)基之前必須先進(jìn)行消毒處理,整個(gè)組織培養(yǎng) 過(guò)程必須在無(wú)菌條件下操作。(5)人工合成的植物激素具有容易合成、原 料廣泛、效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。,突破一 特定成分的提取方法 1.蒸餾、壓榨與萃取的比較,2.常用的蛋白質(zhì)分離方法 (1)凝膠色譜法,(2)電泳法原理 ①在一定pH下,一些生物大分子(如多肽、核酸等)可解離的基團(tuán)會(huì)帶上 正電或負(fù)電,在電場(chǎng)的作用下,這些帶電分子會(huì)向著與其所帶電荷相反的 電極移動(dòng)。 ②由于分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形 狀不同,使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度,從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分 離。 3.血紅蛋白的提取和分離,(1)樣品處理 (2)粗分離——透析(去除小分子雜質(zhì)) ↓ (3)純化——凝膠色譜法進(jìn)行分離和純化 ↓ (4)純度鑒定——SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳,典例1 比較玫瑰油提取的水蒸氣蒸餾裝置和胡蘿卜素提取的裝置,回答 有關(guān)問(wèn)題:,(1)從裝置上看,A裝置多了 、 ;B裝置增加了 。 (2)A裝置中提取物最后存在于 中,B裝置提取物存在于 中。 (3)兩個(gè)裝置的差別是由于提取的方法不同,歸根到底是由于提取物的分子 結(jié)構(gòu)不同、理化性質(zhì)不同。A裝置中提取物一般具有 ,B裝置中提 取物在石油醚等有機(jī)溶劑中有較高的 。 (4)如果萃取液是水,還需要水浴加熱嗎? 。 解析 (1)此題考查對(duì)兩種提取裝置的理解,從圖中可得出答案。(2)A裝 置是蒸餾裝置,提取物隨水蒸氣蒸發(fā)后由于冷凝管的冷凝作用最后進(jìn)入接 收瓶,而B(niǎo)裝置是萃取裝置,提取物最終溶解在燒瓶?jī)?nèi)的有機(jī)溶劑中。(3)A,,裝置提取物必須具揮發(fā)性才能隨水蒸氣進(jìn)入接收瓶,B裝置提取物只有在 有機(jī)溶劑中有較高溶解度才能萃取出來(lái)。(4)如果萃取液是有機(jī)溶劑,需要 隔水加熱,目的是防止有機(jī)溶劑燃燒或爆炸,如果萃取液是水,就沒(méi)有必要 隔水加熱了。 答案 (1)溫度計(jì) 接收瓶(錐形瓶) 水浴鍋 (2)接收瓶(錐形瓶) 燒瓶 (3)揮發(fā)性 溶解度 (4)不需要,1-1 已知蛋白質(zhì)混合液中硫酸銨濃度的不同可以使不同種類的蛋白質(zhì)析 出(或沉淀),隨著硫酸銨濃度增加,混合液中蛋白質(zhì)析出的種類和總量增 加。下表是某蛋白質(zhì)混合液中的不同蛋白質(zhì)從開(kāi)始析出到完全析出所需 要的蛋白質(zhì)混合液中的硫酸銨濃度范圍。,請(qǐng)據(jù)表回答: (1)若只完全析出甲蛋白,混合液中最合適的硫酸銨濃度應(yīng)為 。 (2)向該蛋白質(zhì)混合液中加入硫酸銨溶液(或硫酸銨),使混合液中的硫酸銨 濃度達(dá)到30%,會(huì)析出若干種蛋白質(zhì),它們分別是 。 (3)通過(guò)改變混合液中的硫酸銨濃度 (能、不能)從混合液中得到所有的、不含有其他蛋白質(zhì)的乙蛋白,原因是 。 (4)簡(jiǎn)要寫出從該蛋白質(zhì)混合液中分離出全部丁蛋白的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。,(5)如果蛋白質(zhì)析出物中還含有一定量的硫酸銨,可用半透膜除去析出物中 的硫酸銨。用半透膜能除去析出物中硫酸銨的原理是 。 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銨濃度范圍有重疊 (4)向該蛋白質(zhì)混合液中加入硫酸銨溶液(或硫酸銨),使其濃度達(dá)到35%(或 35%≤硫酸銨濃度38%范圍內(nèi)的任意一個(gè)濃度),分離析出物與溶液,保留 溶液。取保留溶液,再加入硫酸銨溶液(或硫酸銨),使硫酸銨在溶液中的濃 度達(dá)到40%(或40%以上),分離析出物與溶液,析出物即為丁蛋白。 (5)半透膜是一種選擇性透過(guò)膜,只允許小分子的硫酸銨通過(guò),不允許大分子 蛋白質(zhì)通過(guò),,解析 (1)從表中可以看出,只完全析出甲蛋白,混合液中最合適的硫酸銨 濃度為20%。(2)表中信息反映混合液中的硫酸銨濃度達(dá)到30%,會(huì)析出甲 蛋白、乙蛋白、丙蛋白三種蛋白質(zhì)。(3)由于乙蛋白和丙蛋白析出所需的 硫酸銨濃度范圍有重疊,因此改變混合液中的硫酸銨濃度,不能只得到乙蛋 白。,突破二 植物組織培養(yǎng) 1.菊花莖與月季花藥組織培養(yǎng)的比較,2.植物激素在組織培養(yǎng)過(guò)程中的作用 生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素, 其作用及特點(diǎn)為:,知能拓展 (1)菊花的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)選擇未開(kāi)花植株的莖上部新 萌生的側(cè)枝;月季花藥的離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)選擇單核靠邊期的花藥。 (2)植物組織培養(yǎng)過(guò)程應(yīng)該在無(wú)菌的條件下進(jìn)行,外植體消毒所用消毒劑 為體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞溶液,所使用的清 洗液是無(wú)菌水。 (3)組織培養(yǎng)時(shí)不用天然激素而是用人工合成的激素,是因?yàn)橹参镏写嬖?相應(yīng)的分解天然激素的酶而沒(méi)有分解相應(yīng)的人工合成激素的酶,所以天 然激素在植物體內(nèi)作用和存在的時(shí)間短,人工合成激素作用和存在的時(shí) 間長(zhǎng),效果明顯。,典例2 植物的花藥培養(yǎng)在育種上有特殊的意義。植物組織培養(yǎng)可用于無(wú) 病毒植株及細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等方面。請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題。 (1)通過(guò)花藥培養(yǎng)產(chǎn)生花粉植株(即單倍體植株)一般有兩種途徑:一種是花 粉通過(guò)胚狀體階段發(fā)育為植株,另一種是花粉在誘導(dǎo)培養(yǎng)基上先形成 ,再將其誘導(dǎo)分化成植株。 (2)在花粉發(fā)育的過(guò)程中,只有某一個(gè)時(shí)期對(duì)離體刺激敏感,一般來(lái)說(shuō),在 期,花藥培養(yǎng)成功率高,為了挑選到此期的花藥,通常選擇 的花蕾。 (3)為了進(jìn)一步確定花粉是否處于適宜的發(fā)育期,一般要通過(guò) 來(lái)觀,察,通常需要用 來(lái)染色,但有些植物的花粉細(xì)胞核不易著色,需采 用焙花青—鉻礬法,此方法能將花粉細(xì)胞核染成 色。 (4)采用的MS固體培養(yǎng)基中除含有多種大量元素和微量元素外,還需添加 植物激素,其中主要是 。 (5)無(wú)菌技術(shù)也是成功誘導(dǎo)出花粉植株的重要因素,下列各項(xiàng)中使用化學(xué)藥 劑進(jìn)行消毒的是 ,采用灼燒方法進(jìn)行滅菌的是 。(答序 號(hào)) ①培養(yǎng)皿 ②培養(yǎng)基 ③實(shí)驗(yàn)操作者的雙手 ④錐形瓶 ⑤接種環(huán) ⑥ 花蕾,解析 (1)通過(guò)花藥培養(yǎng)產(chǎn)生花粉植株一般有兩種途徑,一種是花粉通過(guò) 胚狀體階段發(fā)育為植株,另一種是花粉在誘導(dǎo)培養(yǎng)基上先形成愈傷組織,再 將其誘導(dǎo)分化成植株。(2)植物單核期花藥培養(yǎng)成功率高,為了挑選到單核 期的花藥,一般選擇完全未開(kāi)放的花蕾。(4)植物組織培養(yǎng)中起主要作用的 植物激素是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素,需在培養(yǎng)基中添加。(5)對(duì)有生命的物體 只能利用化學(xué)藥劑進(jìn)行消毒,對(duì)金屬材料可進(jìn)行灼燒滅菌。 答案 (1)愈傷組織 (2)單核(靠邊) 完全未開(kāi)放 (3)顯微鏡 醋酸洋紅 藍(lán)黑 (4)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素(少答不給分) (5)③⑥(少答、錯(cuò)答均不給分) ⑤,2-1 斯圖爾德將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),最終獲得發(fā)育完整的新個(gè) 體,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下: 從根的切片分離出單個(gè)細(xì)胞 細(xì)胞團(tuán) 胚狀體 植株 (1)A過(guò)程稱為 ,誘導(dǎo)這一過(guò)程的物質(zhì)是 。這一實(shí)驗(yàn)的 原理是 。 (2)植物組織培養(yǎng)過(guò)程中多次強(qiáng)調(diào)一系列的消毒、滅菌及無(wú)菌操作,原因是 。 (3)愈傷組織的培養(yǎng)是很重要的一步,一般從接種到出現(xiàn)愈傷組織需要14天, 到時(shí)可以看到外植體長(zhǎng)出 色或 色的 狀的愈傷 組織。,(4)A過(guò)程中注意恒溫箱要關(guān)閉光源,因?yàn)樵? 條件下愈傷組織長(zhǎng)得 更快,兩周以后,由于培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)幾乎耗盡。必須 進(jìn)行繼續(xù)培 養(yǎng)。 (5)試管苗的培養(yǎng)可分為 培養(yǎng)和 培養(yǎng),必須先進(jìn)行 培養(yǎng),二者的區(qū)別在于 的不同。 答案 (1)脫分化 植物激素(或生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素) 植物細(xì)胞具有全 能性 (2)外植體材料體積小,抗性差,如果不小心引起污染,將可能造成培養(yǎng)工作 的前功盡棄 (3)乳白 黃 瘤,,(4)無(wú)光 更換培養(yǎng)基 (5)生芽 生根 生芽 培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例 解析 (1)A過(guò)程表示由離體的細(xì)胞發(fā)育成細(xì)胞團(tuán),為脫分化過(guò)程,誘導(dǎo)脫 分化需要有植物激素,主要是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素。(2)同植物體相比較,離 體的植物組織抗性差,所以在組織培養(yǎng)整個(gè)過(guò)程中都要執(zhí)行嚴(yán)格的消毒、 滅菌程序。(3)愈傷組織為外植體經(jīng)脫分化形成的乳白色或黃色的瘤狀 物。(4)進(jìn)行組織培養(yǎng)脫分化階段不需要光照。(5)試管苗的培養(yǎng)分為生芽 培養(yǎng)和生根培養(yǎng),先生芽,才有利于生根,生根培養(yǎng)基與生芽培養(yǎng)基的區(qū)別 就在于生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同。,