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1、專題4 生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用要點(diǎn)探究欄目導(dǎo)航課前導(dǎo)學(xué)走近高考一、植物的組織培養(yǎng)技術(shù)1.植物組織培養(yǎng)的基本過程2.菊花組織培養(yǎng)過程(1)影響植物組織培養(yǎng)的主要因素選材:一般選擇未開花植株的莖上部新生的側(cè)枝基礎(chǔ)梳理(2)實(shí)驗(yàn)操作過程制備制備MS固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基:配制好的培養(yǎng)基進(jìn)行高壓蒸汽滅菌配制好的培養(yǎng)基進(jìn)行高壓蒸汽滅菌外植體消毒外植體消毒:70%的酒精的酒精消毒消毒無菌水無菌水清洗清洗0.1%的氯化的氯化汞溶液消毒汞溶液消毒無菌水無菌水清洗清洗3.月季的花藥培養(yǎng)(1)花粉發(fā)育過程:花粉母細(xì)胞(小孢子母細(xì)胞)四分體時(shí)期單核期雙核期花粉粒。(2)產(chǎn)生花粉植株的兩種途徑(3)影響花藥培養(yǎng)的因素

2、:主要因素是材料的選擇和培養(yǎng)基的組成?；ㄋ幣囵B(yǎng)一般選擇在初花期,選擇的花粉處于發(fā)育過程中的單核期。(4)實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵材料的選取:挑選完全未開放的花蕾,確定花粉發(fā)育時(shí)期最常用方法是醋酸洋紅法。接種:滅菌后的花蕾,在無菌條件下除去萼片和花瓣,并立即將花藥接種到培養(yǎng)基上。剝離花藥時(shí)盡量不要損傷花藥。培養(yǎng):溫度控制在25 左右,幼小植株形成后才需要光照。如果花藥開裂釋放出胚狀體,就要在花藥開裂后盡快將幼小植株分開。二、DNA和蛋白質(zhì)技術(shù)1.DNA的粗提取與鑒定(1)基本原理DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同,在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低。DNA不溶于酒精溶液。DNA在沸

3、水浴條件下可被二苯胺染成藍(lán)色。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)材料的選取:選用DNA含量相對(duì)較高的生物組織,如雞血、菜花、洋蔥等。破碎細(xì)胞(以雞血為例):雞血細(xì)胞,加蒸餾水,用玻璃棒攪拌,用紗布過濾,收集濾液。去除雜質(zhì):利用DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,通過控制NaCl溶液的濃度去除雜質(zhì)。DNA析出:將處理后的溶液過濾,加入與濾液體積相等的、冷卻的酒精溶液(體積分?jǐn)?shù)為95%)。DNA的鑒定:DNA溶解在2 mol/L的NaCl溶液中,加入4 mL的二苯胺試劑,沸水中加熱5 min,溶液變成藍(lán)色。2.多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段片段(1)PCR原理原理DNA的的熱熱變性變性:單鏈單

4、鏈DNA雙鏈DNA(2)PCR的反應(yīng)過程變性:90 以上時(shí),雙鏈DNA解旋為單鏈。復(fù)性:溫度下降到50 左右,兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)方式與兩條單鏈DNA結(jié)合。 延伸:溫度上升到72 左右,溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈。 方法原理凝膠色譜法根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)電泳法各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身大小、形狀的不同3.血紅蛋白的提取和分離血紅蛋白的提取和分離(1)方法及原理方法及原理(2)實(shí)驗(yàn)操作程序樣品處理:紅細(xì)胞的洗滌血紅蛋白的釋放分離血紅蛋白溶液粗分離:用透析法除去樣品中相對(duì)分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)純化:用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)

5、行分離和純化純度鑒定:用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法來測定蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量,即對(duì)血紅蛋白進(jìn)行純度鑒定三、植物有效成分的提取1.植物芳香油的提取(1)植物芳香油的主要化學(xué)成分:萜類化合物及其衍生物,具有很強(qiáng)的揮發(fā)性。提取方法有蒸餾、壓榨和萃取等。2.胡蘿卜素的提取胡蘿卜素的提取(1)胡蘿卜素性質(zhì)胡蘿卜素性質(zhì):不溶于不溶于水水,微溶于乙醇微溶于乙醇,易溶于石油醚等有機(jī)溶劑。易溶于石油醚等有機(jī)溶劑。(3)鑒定方法鑒定方法:紙層析法紙層析法。知識(shí)導(dǎo)圖植物組織培養(yǎng)技術(shù)問題引領(lǐng)問題引領(lǐng):(1)菊花莖的組織培養(yǎng)和月季的花藥培養(yǎng)有何異同菊花莖的組織培養(yǎng)和月季的花藥培養(yǎng)有何異同?(2)影響組織培養(yǎng)的因素有哪

6、些影響組織培養(yǎng)的因素有哪些?(3)組織培養(yǎng)獲得成功的關(guān)鍵是什么組織培養(yǎng)獲得成功的關(guān)鍵是什么?1.菊花莖與月季花藥組織培養(yǎng)的比較菊花莖與月季花藥組織培養(yǎng)的比較要 點(diǎn) 探 究探究點(diǎn) 一比較項(xiàng)目菊花莖的組織培養(yǎng)月季的花藥培養(yǎng)不同點(diǎn)材料選取未開花植株的莖上部新萌生的側(cè)枝通常選擇完全未開放的花蕾光照狀況每日用日光燈照12 h開始不需光照,幼小植株形成后才需光照操作流程制備培養(yǎng)基外植體消毒接種培養(yǎng)移栽栽培選材材料消毒接種和培養(yǎng)篩選和誘導(dǎo)移栽栽培選育結(jié)果正常植株單倍體植株相同點(diǎn)理論基礎(chǔ):植物細(xì)胞的全能性?；具^程:脫分化再分化試管苗。影響因素:營養(yǎng)、激素、pH、溫度、光照等。2.影響植物組織培養(yǎng)的因素及成功

7、的關(guān)鍵(1)影響因素內(nèi)部因素:材料的選取。外部因素:營養(yǎng)成分的種類及配比;植物激素的用量及使用順序;pH、溫度、光照等。(2)獲得成功的關(guān)鍵植物組織培養(yǎng)所利用的植物材料體積小、抗逆性差,對(duì)培養(yǎng)條件要求較高。培養(yǎng)材料一旦被微生物污染,就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。原因是微生物增殖快,生長迅速,消耗養(yǎng)分多,并產(chǎn)生代謝廢物毒害培養(yǎng)材料。無菌技術(shù)主要包括對(duì)操作空間、實(shí)驗(yàn)用具、實(shí)驗(yàn)材料以及操作者的消毒滅菌。【例1】 (2011河南五校聯(lián)考)如圖表示菊花的嫩枝和月季的花藥離體培養(yǎng)過程,請(qǐng)回答:(1)對(duì)菊花來說,要選取生長旺盛的嫩枝來進(jìn)行組織培養(yǎng),其原因是對(duì)月季來說,花粉發(fā)育的過程中適宜花粉培養(yǎng)的時(shí)期是期。為確定花粉是

8、否處于該時(shí)期,最常用的鏡檢方法是 。 (2)植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基名稱為,從物理性質(zhì)來分為培養(yǎng)基。培養(yǎng)基中都要加入一定的植物激素,在培養(yǎng)過程中,使用激素的順序和比例都影響細(xì)胞的發(fā)育,細(xì)胞分裂素/生長素的比值(高、低、相當(dāng))有利于根的分化。 (3)兩種植物組織培養(yǎng)都需要接種,接種前為確定培養(yǎng)基是否滅菌徹底,檢測的方法是 ,。植物組織培養(yǎng)無菌操作應(yīng)注意(兩點(diǎn))。 (4)月季的花藥培養(yǎng)與菊花的嫩枝組織培養(yǎng)不同,從植物產(chǎn)生的途徑來說,花粉植株產(chǎn)生的途徑除了圖中所示外,還可以通過 階段發(fā)育而來,這兩種發(fā)育途徑的差別主要取決于 。 (5)圖中的B過程都需要,因?yàn)橛鷤M織形成幼小植物后,植物需要進(jìn)行光合作

9、用。 思維導(dǎo)引:1.植物組織培養(yǎng)的材料選取有何要求?2.影響組織培養(yǎng)的外界因素有哪些?解析:(1)植物組織培養(yǎng)應(yīng)選取生長旺盛、細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的材料。月季花粉培養(yǎng)適宜選擇單核期,可用醋酸洋紅法鏡檢。(2)激素的使用順序和比例都影響細(xì)胞的發(fā)育,細(xì)胞分裂素/生長素比值低有利于根的分化。(3)可在適宜條件下培養(yǎng)未接種的培養(yǎng)基觀察是否有菌落出現(xiàn)以判斷滅菌是否徹底。(4)月季花藥培養(yǎng)有愈傷組織途徑和胚狀體途徑兩種,其差別主要取決于培養(yǎng)基中激素的種類及比例。(5)圖中B過程為愈傷組織再分化階段,需要光照。答案:(1)生長旺盛的嫩枝生理狀況好或容易誘導(dǎo)脫分化和再分化單核醋酸洋紅法(2)MS培養(yǎng)基固體低(3)將

10、未接種的培養(yǎng)基放在37 的恒溫箱中培養(yǎng)24小時(shí)(或放在適宜溫度下培養(yǎng)一段時(shí)間)后觀察是否有菌落出現(xiàn)外植體消毒、在酒精燈旁進(jìn)行操作、操作者雙手消毒等(答兩點(diǎn)即可)(4)胚狀體培養(yǎng)基中激素的種類及其濃度配比(5)光照物質(zhì)的提取與分離原理、方法分析問題引領(lǐng):(1)蒸餾、壓榨和萃取分別適用于哪些物質(zhì)的提取?(2)DNA的粗提取的原理是什么?1.幾種提取方法的比較提取方法水蒸氣蒸餾法壓榨法有機(jī)溶劑萃取法適用范圍適用于提取玫瑰油、薄荷油等揮發(fā)性強(qiáng)的芳香油適用于柑橘、檸檬等易焦糊原料的提取適用范圍廣,要求原料的顆粒要盡可能細(xì)小,能充分浸泡在有機(jī)溶劑中優(yōu)點(diǎn)簡單易行,便于分離生產(chǎn)成本低,易保持原料原有的結(jié)構(gòu)和功

11、能出油率高,易分離局限性水中蒸餾會(huì)導(dǎo)致原料焦糊和有效成分水解等問題分離較為困難,出油率相對(duì)較低使用的有機(jī)溶劑處理不當(dāng)會(huì)影響芳香油的質(zhì)量探究點(diǎn) 二2 2. .五種物質(zhì)的提取方法、原理及步驟五種物質(zhì)的提取方法、原理及步驟提取物質(zhì)提取方法提取原理步驟DNA鹽析法在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同;不溶于酒精,但某些蛋白質(zhì)則溶于酒精溶解在2 mol/L的NaCl溶液中;加水稀釋至0.14 mol/L NaCl溶液使DNA析出過濾;加入冷卻酒精析出血紅蛋白凝膠色譜法根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小樣品處理;粗提取;純化;純度鑒定電泳法各種分子帶電性質(zhì)差異玫瑰精油水蒸氣蒸餾法利用水蒸氣將揮發(fā)性較強(qiáng)的植物芳香油攜帶

12、出來水蒸氣蒸餾;分離油層;除水過濾橘皮精油壓榨法通過機(jī)械加壓,壓榨出果皮中的芳香油石灰水浸泡、漂洗;壓榨、過濾、靜置;再次過濾胡蘿卜素萃取法使提取物溶解在有機(jī)溶劑中,蒸發(fā)后得到提取物粉碎、干燥;萃取、過濾;濃縮【例2】 (2011兗州三模)生物組織中存在多種有機(jī)物,不同的有機(jī)物其提取與鑒定方法不盡相同。根據(jù)所學(xué)知識(shí),請(qǐng)回答下列問題。(1)在香料工業(yè)提取的“液體黃金”玫瑰油中,要求不含有任何添加劑或化學(xué)原料,其提取方法主要是;玫瑰精油的提取需大量原料,通常采用技術(shù)實(shí)現(xiàn)玫瑰的快速繁殖。 (2)橘皮精油具有誘人的橘香味,是食品、化妝品和香水配料的優(yōu)質(zhì)原料,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,主要通過法提取。 (3)

13、用萃取法提取胡蘿卜素,萃取的效率主要取決于,同時(shí)還受原料顆粒的大小、含水量等條件的影響;在對(duì)新鮮胡蘿卜進(jìn)行干燥時(shí),要注意控制,否則會(huì)引起胡蘿卜素的分解;提取的胡蘿卜素粗品可通過法進(jìn)行鑒定。 (4)凝膠色譜法是根據(jù)分離蛋白質(zhì)的有效方法;電泳分離法是根據(jù)各種物質(zhì)分子的的不同,使待分離樣品中各分子的遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)分子分離的。 思維導(dǎo)引:1.蒸餾、壓榨、萃取三種方法各自適用于哪些物質(zhì)的提取?2.凝膠色譜法和電泳法的原理分別是什么?解析:(1)玫瑰精油不能含有任何化學(xué)原料,所以不能用萃取法,而其又具有揮發(fā)性較強(qiáng)等特點(diǎn),適于水蒸氣蒸餾法。植物組織培養(yǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)玫瑰的快速繁殖。(2)橘皮精油的有效成分在

14、水蒸氣蒸餾時(shí)會(huì)發(fā)生部分水解,且又會(huì)產(chǎn)生原料焦糊問題,故一般采用壓榨法。(3)萃取法的萃取效率在原料相同時(shí)決定于萃取劑的性質(zhì)和使用量。(4)凝膠色譜法是根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì);電泳法是根據(jù)各種物質(zhì)分子的帶電性質(zhì)的差異、分子的大小和形狀的不同,使待分離樣品中各分子的遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)分子分離的。答案:(1)水蒸氣蒸餾法植物組織培養(yǎng)(2)壓榨(3)萃取劑的性質(zhì)和使用量溫度和時(shí)間紙層析(4)相對(duì)分子質(zhì)量的大小帶電性質(zhì)的差異、分子的大小和形狀1.(2011年海南高考)許多植物含有天然香料,如薄荷葉中含有薄荷油?，F(xiàn)用薄荷葉提取薄荷油?；卮饐栴}:(1)薄荷油是揮發(fā)性物質(zhì),提取薄荷油時(shí)應(yīng)選用(鮮、干

15、)薄荷葉作原料,其原因是。 (2)用萃取法提取薄荷油時(shí),采用的溶劑是,原理是。 (3)用水蒸氣蒸餾法提取薄荷油時(shí),在油水混合物中加入氯化鈉的作用是。常用于分離油層和水層的器皿是。分離出的油層中加入無水硫酸鈉的作用是,除去固體硫酸鈉的常用方法是。 解析:本題考查有關(guān)薄荷油提取知識(shí)。(1)因?yàn)楸『捎褪菗]發(fā)性物質(zhì),所以應(yīng)選取鮮薄荷葉作為提取材料。(2)用萃取法提取薄荷油時(shí),應(yīng)選用有機(jī)溶劑,因?yàn)楸『捎鸵兹苡谟袡C(jī)溶劑。(3)用水蒸氣蒸餾法提取薄荷油時(shí),在油水混合物中加入氯化鈉的作用是增加鹽濃度,促進(jìn)油水分層,常用于分離油層和水層的器皿是分液漏斗。分離出的油層中加入無水硫酸鈉吸掉水分后再用過濾法除去固體硫

16、酸鈉。答案:(1)鮮薄荷葉中薄荷油易揮發(fā)(2)有機(jī)溶劑薄荷油易溶于有機(jī)溶劑(3)增加鹽濃度,促進(jìn)油水分層分液漏斗吸水過濾2.(2010年安徽高考)草莓生產(chǎn)上傳統(tǒng)的繁殖方式易將所感染病毒傳播給后代,導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。運(yùn)用微型繁殖技術(shù)可以培育出無病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本過程如下:外植體外植體愈傷組織愈傷組織芽、根芽、根植株植株請(qǐng)回答:(1)微型繁殖培育無病毒草莓苗時(shí),一般選取作為外植體,其依據(jù)是。 (2)在過程中,常用的MS培養(yǎng)基主要成分包括大量元素、微量元素和,在配制好的培養(yǎng)基中,常常需要添加,有利于外植體啟動(dòng)細(xì)胞分裂形成愈傷組織。接種后25 d,若發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部污染,原因可能是

17、。 (3)在過程中,愈傷組織在誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是 。 解析:(1)在培養(yǎng)無病毒植株時(shí)常選用根尖或莖尖為實(shí)驗(yàn)材料,這是由于根尖和莖尖細(xì)胞代謝旺盛,抗性強(qiáng),所含病毒少甚至不含有病毒。(2)在配制MS培養(yǎng)基時(shí),除加入大量元素、微量元素外,還需要加入有機(jī)物、蔗糖等。在配制好的MS培養(yǎng)基中,常常需要添加植物激素。在培養(yǎng)過程中,發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部污染的原因可能是外植體的消毒不徹底。(3)培養(yǎng)基中生長素與細(xì)胞分裂素的用量比會(huì)影響根的分化和芽的形成,當(dāng)生長素/細(xì)胞分裂素的比值低時(shí),有利于芽的分化,抑制根的形成。答案:(1)莖尖(或根尖)莖尖(或根尖)病毒極少,甚至無病毒(2

18、)有機(jī)物植物激素外植體消毒不徹底(3)培養(yǎng)基中生長素類物質(zhì)用量與細(xì)胞分裂素類物質(zhì)用量的比值偏低3.(2010年江蘇高考)某生物興趣小組開展DNA粗提取的相關(guān)探究活動(dòng),具體步驟如下:材料處理:稱取新鮮的花菜、辣椒和蒜黃各2份,每份10 g。剪碎后分成兩組,一組置于20 、另一組置于-20 條件下保存24 h。DNA粗提取:第一步:將上述材料分別放入研缽中,各加入15 mL研磨液,充分研磨。用兩層紗布過濾,取濾液備用。第二步:先向6只小燒杯中分別注入10 mL濾液,再加入20 mL體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液,然后用玻璃棒緩緩地向一個(gè)方向攪拌,使絮狀物纏繞在玻璃棒上。第三步:取6支試管,分別加入等

19、量的2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮狀物。DNA檢測:分析上述實(shí)驗(yàn)過程,回答下列問題:(1)該探究性實(shí)驗(yàn)課題名稱是 。 (2)第二步中“緩緩地”攪拌,這是為了減少 。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論并分析。結(jié)論1:與20 相比,相同實(shí)驗(yàn)材料在-20 條件下保存,DNA的提取量較多。結(jié)論2: 。 針對(duì)結(jié)論1,請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼慕忉? 。 (4)氯仿密度大于水,能使蛋白質(zhì)變性沉淀,與水和DNA均不相溶,且對(duì)DNA影響極小。為了進(jìn)一步提高DNA純度,依據(jù)氯仿的特性,在DNA粗提取第三步的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作的步驟是:,然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精DNA析出。 材料保存溫度花菜辣椒蒜黃20 +-20 +在上

20、述試管中各加入在上述試管中各加入4 mL mL二苯胺試劑二苯胺試劑,混合均勻后混合均勻后,置于沸水中加熱置于沸水中加熱5 min min,待試待試管冷卻后比較溶液的顏色深淺管冷卻后比較溶液的顏色深淺,結(jié)果如下表結(jié)果如下表:(注:“+”越多表示藍(lán)色越深)分析上述實(shí)驗(yàn)過程,回答下列問題:(1)該探究性實(shí)驗(yàn)課題名稱是 。 (2)第二步中“緩緩地”攪拌,這是為了減少 。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論并分析。結(jié)論1:與20 相比,相同實(shí)驗(yàn)材料在-20 條件下保存,DNA的提取量較多。結(jié)論2: 。 針對(duì)結(jié)論1,請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼慕忉? 。 (4)氯仿密度大于水,能使蛋白質(zhì)變性沉淀,與水和DNA均不相溶,且對(duì)DN

21、A影響極小。為了進(jìn)一步提高DNA純度,依據(jù)氯仿的特性,在DNA粗提取第三步的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作的步驟是:,然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液使DNA析出。 解析:(1)題目給出了多種實(shí)驗(yàn)材料,以探究不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響,因此該實(shí)驗(yàn)名稱可為“探究不同實(shí)驗(yàn)材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響”。(2)如果DNA斷裂,就不容易被提取出來,在提取DNA時(shí),玻璃棒沿一個(gè)方向緩慢攪拌,是為了防止DNA分子斷裂,有效提取DNA。(3)由表格可知,花菜、辣椒、蒜黃三種不同的實(shí)驗(yàn)材料在20 或-20 時(shí),DNA提取量表現(xiàn)為蒜黃多于花菜,花菜多于辣椒,即:等質(zhì)量的不同實(shí)驗(yàn)材料,在同一溫度下DNA提取量不同(或從蒜黃提取的DNA量最多);低溫下DNA水解酶的活性減弱,導(dǎo)致DNA降解速度慢,從而DNA提取量相對(duì)較高。(4)由于氯仿可使蛋白質(zhì)變性沉淀,而DNA易溶解于其中,對(duì)DNA結(jié)構(gòu)無影響,因此可將第三步獲得的濾液與等量氯仿混合,靜置一段時(shí)間,蛋白質(zhì)變性沉淀,而DNA溶解于上清液中,從而可吸取上清液,從上清液中提取DNA。答案:(1)探究不同材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響(2)DNA斷裂(3)等質(zhì)量的不同實(shí)驗(yàn)材料,在相同的保存溫度下,從蒜黃提取的DNA量最多低溫抑制了相關(guān)酶的活性,DNA降解速度慢(4)將第三步獲得的溶液與等量的氯仿充分混合,靜置一段時(shí)間,吸取上清液