1、专题4 生物技术在其他方面的应用,一、植物的组织培养技术 1.基本过程2.菊花的组织培养 (1)影响植物组织培养的因素 材料：_、年龄、保存时间长短等。,脱分化,再分化,种类,激素：_。菊花的组织 培养环境(2)实验操作过程 制备_消毒_培养移栽栽培,维生素,蔗糖,生长素和细胞分裂素,5.8左右,18 22 ,12 h,MS固体培养基,外植体,接种,条件pH：_ 温度：_ 光照：每日光照_,3.月季的花药培养 (1)花粉发育过程：_时期、_期、_期等阶段。 (2)产生花粉植株的两种途径,小孢子四分体,单核,双核,花粉,脱分化,胚状体,愈伤组织,丛芽,分化,丛芽,再分化,生根,移栽,(3)影响花
2、药培养的因素 主要因素：_的选择和_的组成。 其他因素：亲本植株的_、材料的_、 接种_。 (4)实验操作 材料的选取：挑选完全_的花蕾，确定花粉发育时期 最常用方法是_法。 接种：灭菌后的花蕾，在_条件下除去萼片和花瓣，并 立即将花药接种到培养基上。剥离花药时尽量不要损伤花药。,材料,培养基,生长条件,低温预处理,未开放,醋酸洋红,无菌,密度,培养：温度控制在_左右，幼小植株形成后才需要_ _。如果花药开裂释放出胚状体，就要在_开裂后尽快将 幼小植株分开。 二、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学成分：_及其衍生物， 具有很强的挥发性。提取方法有蒸馏、_和萃取
3、等。 (2)提取玫瑰精油 方法：_法。,25 ,光,照,花药,萜类化合物,压榨,水蒸气蒸馏,实验流程：(3)提取橘皮精油 方法：一般用_法。 实验流程：石灰水浸泡漂洗_过滤静置再次 _橘皮油。,水蒸气,蒸馏,NaCl,无水Na2SO4,过滤,压榨,压榨,过滤,2.胡萝卜素的提取 (1)胡萝卜素性质：_溶于水，_溶于乙醇，_溶于石油醚等有机溶剂。 (2)实验设计 方法：_法，_最适宜作萃取剂。 实验流程：胡萝卜粉碎_萃取_浓缩胡萝卜素。 (3)鉴定方法：_法。 【点拨】水蒸气蒸馏要适当延长蒸馏时间，严格控制蒸馏温度。 用于萃取的有机溶剂必须事先精制，除去杂质。 萃取过程中浓缩的本质为蒸发有机溶剂
4、。,不,微,易,萃取,石油醚,干燥,过滤,纸层析,三、DNA和蛋白质技术 1.DNA的粗提取与鉴定 (1)提取原理：DNA与杂质的_不同，DNA与杂质对酶、 高温、洗涤剂的_不同。 (2)提取DNA的具体步骤 实验材料的选取：本实验用_细胞做实验材料。 破碎细胞，释放DNA：利用血细胞_的原理，注意 玻璃棒的_向搅拌，过滤取滤液。 溶解细胞核内的DNA：在高浓度的NaCl溶液中，核蛋白容易 集聚，游离出的DNA溶解。,溶解度,耐受性,鸡血,吸水涨破,单,DNA的析出：加蒸馏水降低NaCl溶液浓度，使DNA_。 DNA的初步纯化：将DNA丝状物再溶解、过滤，向滤液中加 入体积分数为95%的_溶液
5、进行提纯。 (3)DNA的鉴定：DNA在_的条件下，与_呈_色。 2.多聚酶链式反应扩增DNA片段 (1)PCR相关技术原理与条件 PCR：_反应的简称，是一种体外迅速扩增_ 的技术。 引物：是一小段_，它能与DNA母链的一段碱基 序列_。,析出,冷酒精,沸水浴,二苯胺,蓝,多聚酶链式,DNA片段,RNA或单链DNA,互补配对,扩增方向：总是从子链的_端向_端延伸。 解旋：利用了_原理，通过控制温度来控制双 链的解聚与结合，即双链DNA 单链DNA。 酶：_的Taq DNA聚合酶，高温不会失活。 PCR的条件：一定的_下才能进行，需提供_模 板、两种_、_种脱氧核苷酸、_的DNA聚合酶，同时
6、要控制_。 (2)PCR过程 变性：当温度上升到_以上时，双链DNA解聚为单链。,5,3,DNA的热变性,耐高温,缓冲溶液,DNA,引物,四,耐热,温度,90 ,复性：温度下降到_左右，两种引物通过碱基互补配 对与两条单链DNA结合。 延伸：温度上升到_左右，溶液中的四种脱氧核苷酸 (A、T、C、G)在_的作用下，根据_ 原则合成新的DNA链。 (3)结果 PCR一般要经历_多次循环，每次循环可以分为_、 _和_三步。 两引物间固定长度的DNA序列呈_扩增(即_)。,50 ,72 ,DNA聚合酶,碱基互补配对,30,变性,复性,延伸,指数,2n,3.血红蛋白的提取和分离实验 (1)常用的分离方
7、法：_法、凝胶电泳法等。 (2)基本原理 凝胶色谱法的原理：相对分子质量大的分子通过多孔凝胶 颗粒的间隙，路程_，流动_；相对分子质量小的分子穿 过多孔凝胶颗粒内部，路程_，流动_。 凝胶电泳法的原理：不同蛋白质的带电性质、_、形状 和_不同，在电场中受到的作用力大小、_、阻力不 同，导致不同蛋白质在电场中的运动_和运动_不同。,凝胶色谱,短,快,长,慢,电量,大小,方向,速度,方向,(3)血红蛋白的提取和分离程序 样品处理 红细胞的洗涤_的释放分离血红蛋白溶液 粗分离_：除去样品中相对分子质量较_的杂质。 纯化：一般采用_法对血红蛋白进行分离和纯化。 纯度鉴定：一般用_来测定蛋白质的相对分子
8、质量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。,血红蛋白,透析,小,凝胶色谱,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法,【点拨】提纯出的DNA的鉴定还可用甲基绿染色的方法进行，甲基绿可将DNA染成绿色。 DNA聚合酶不能从头合成DNA子链，只能从引物的3端开始延伸，从子链的5端开始合成。引物的3端与子链的5端交汇于一点，属于对模板和产物的描述，两种说法都正确。 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实质上测定的是组成蛋白质的多肽链的相对分子质量，电泳后形成的两条或多条带并不一定是杂质，如血红蛋白由2条链和2条链组成，本身就会形成2条带。,植物组织培养,1.植物激素在组织培养过程中的重要作用 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化
9、和再分化的关键性激素，其作用及特点为： (1)在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。,(2)使用顺序不同，结果不同(3)生长素用量与细胞分裂素用量的比例不同，结果也不同。 高：利于根的分化、抑制芽的形成； 低：利于芽的分化、抑制根的形成； 适中：促进愈伤组织的形成。,2.植物组织培养与花药培养的比较,植物细胞的全能性,脱分化再分化,体细胞,生殖细胞,制备培养基外植体消 毒接种培养移栽 栽培,选材消毒接种和培养 筛选和诱导移栽栽 培选育,选材、营养、激素、pH、温度、阳光等,正常植株,单倍体植株,无性生殖,有性生殖,可育,高度不育,秋水仙素 处理后可育,【高考警示钟】 实验操作中
10、易错的几个问题 (1)材料的选取：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；月季花药的培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。 (2)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)培养过程：在初期，菊花的组织培养需光照，月季花药的培养不需光照；而在后期均需光照。,【典例训练1】如图是月季花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答有关问题：(1)选用的材料合适与否是成功诱导出花粉植株的重要因素，一般来说选用_期的花粉可提高成功率。选择花粉时，一般要通过_来确定花粉是否处于合适的发育期，这时
11、需要对花粉的细胞核进行染色，常用的染色剂是_。,(2)胚状体与愈伤组织在结构上的主要区别在于愈伤组织的细胞排列疏松无规则，是一种高度_的薄壁细胞。胚状体与_发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。 (3)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，请说明下列各项需要消毒，还是需要灭菌。需要灭菌：_(填编号),需要消毒：_(填编号)。 培养基，培养皿，接种环，花蕾，实验操作者的双手，三角锥形瓶。,【解题指南】 1.考查实质：本题以月季花药离体培养途径为情境考查植物组织培养的选材、过程及无菌技术。 2.解题关键 (1)月季花药离体培养产生花粉植株的两种途径和胚状体与愈伤组织在结构上的主要区
12、别。 (2)植物组织培养过程及其培养成功的关键。.,【解析】(1)并不是任何时期的花粉都可以培养产生愈伤组织或胚状体，只有花粉发育到一定时期对离体的刺激才最敏感。对大多数植物而言，单核中期至晚期的花粉最容易形成花粉胚或花粉愈伤组织。在培养花药之前，通常用醋酸洋红法制片镜检以确定花粉发育的时期。 (2)花药培养产生花粉植株一般有两种途径：花药中的花粉通过胚状体阶段发育为植株；花药中花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再诱导其分化成植株。两种途径并无绝对界限，主要取决于培养基中的激素种类及其浓度配比。,(3)灭菌是用理化方法杀死环境中所有的微生物细胞、芽孢和孢子。消毒是杀死物体表面的病原微生物。在微
13、生物培养过程中通常对培养基、培养皿、接种环、三角锥形瓶进行灭菌处理；对花蕾、实验操作者的双手进行消毒处理。 答案：(1)单核 镜检(显微镜观察) 醋酸洋红 (2)液泡化 合子 (3) ,【互动探究】 (1)图中花药经脱分化产生胚状体还是愈伤组织主要取决于哪些因素？ 提示：培养基中激素的种类及其浓度配比。 (2)试管苗移栽到土壤中之前，通常要进行壮苗处理，应如何壮苗？ 提示：将试管苗移栽到经消毒过的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中。,植物芳香油的提取方法,简单易行,便于分离,生产成本低,易保 持原料原有的结 构和功能,出油率高,易分离,水中蒸馏会导致原 料焦糊和有效成
14、分 水解等问题,分离较为困难,出 油率相对较低,使用的有机溶剂处 理不当会影响芳香 油的质量,【高考警示钟】 水蒸气蒸馏三种常用方法的原理相同，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。,【典例训练2】(2011海南高考)许多植物含有天然香料，如薄荷叶中含有薄荷油。现用薄荷叶提取薄荷油。回答问题： (1)薄荷油是挥发
15、性物质，提取薄荷油时应选用_(鲜、干)薄荷叶作原料，其原因是_。 (2)用萃取法提取薄荷油时，采用的溶剂是_，原理是_。 (3)用水蒸气蒸馏法提取薄荷油时，在油水混合物中加入氯化钠的作用是_。常用于分离油层和水层的器皿是_。分离出的油层中加入无水硫酸钠的作用是_，除去固体硫酸钠的常用方法是_。,【解题指南】 1.知识储备 (1)提取薄荷油的选材要求和依据； (2)不同方法提取薄荷油的原理、过程。 2.解题关键：理解萃取法和水蒸气蒸馏法在提取薄荷油中的操作细节。 【解析】(1)薄荷油易挥发，干燥过程中会使薄荷油挥发掉，因此选择鲜薄荷叶作为原料。 (2)薄荷油易溶于有机溶剂，因此萃取时所选用的溶剂
16、必须是有机溶剂，如酒精或石油醚、乙醚、戊烷等。,(3)增加盐的浓度，可使分层更明显；分离油层和水层的器皿一般选用分液漏斗；无水硫酸钠是干燥剂，可以用来吸收油层中的水分；除去固体硫酸钠最简单的方法是过滤。 答案：(1)鲜 薄荷油易挥发，干燥过程中会使薄荷油挥发掉 (2)酒精或石油醚、乙醚、戊烷等 薄荷油易溶于有机溶剂 (3)增加盐的浓度，使分层更明显 分液漏斗 吸收油层中的水分 过滤,DNA 和蛋白质技术 1.DNA与蛋白质在不同NaCl溶液中溶解度不同,2.比较细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR),细胞内,细胞外,ATP提供能量,不需ATP提供能量,解旋酶、DNA聚合酶,耐高温的TaqD
17、NA聚合酶,伴有转录,产生引物,无转录,需加入两种引物,边解旋边复制, 半保留复制,体外迅速扩增,受生物体自身控制,30多次,不需要,需要人为控制,无,严格控制温度变化 的温控设备,四种脱氧核苷酸,严格遵循碱基互补配对原则,DNA为模板,都需要与模板相结合的引物,3.分离DNA、PCR技术、分离蛋白质三者比较,【高考警示钟】 比较琼脂糖凝胶电泳和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 (1)从载体上看，利用琼脂糖凝胶作为载体的是琼脂糖凝胶电泳，利用SDS-聚丙烯酰胺凝胶作为载体的是SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。 (2)从依据上看，利用了分子带电性质差异和分子大小的是琼脂糖凝胶电泳，仅利用了分子大小的是SDS
18、-聚丙烯酰胺凝胶电泳。,(3)从优点上看，琼脂糖凝胶电泳操作简单，电泳速度快，样品不需处理，电泳图谱清晰，分辨率高，重复性好；SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳消除了净电荷对迁移率的影响，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。,【互动探究】 (1)题(1)中变性、复性、延伸需要的温度分别是多少？ 提示：95 左右、55 左右、72 左右。 分析：当温度上升到90 以上时，双链DNA解聚为单链，称之为变性；当温度下降到50 左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；当温度上升到72 左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在Taq DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，称为延伸。,(
19、2)PCR一般要经过三十多次循环，从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，由引物A延伸而成的DNA单链作为模板时将如何延伸？ 提示：与引物B结合进行DNA子链的延伸。 分析：当引物A延伸而成的单链作模板时，此单链引物端为5端，因此与它互补的子链应从另一端开始合成，即由引物B结合延伸的子链。,1.用多倍体育种的方法培育三倍体无子西瓜，每年都要制种，很麻烦。某活动小组的同学们想到了利用植物组织培养的方法来解决此难题。请回答与此实验相关的问题。 (1)此方法依据的原理是_。选取合适的外植体作为起始材料，并要对外植体进行_(填“灭菌”或“消毒”)。 (2)超净工作台是植物组织培养重要的设
20、备，在使用前可以用_进行消毒，接种前还要用_擦拭工作台。,(3)离体的组织和细胞，对营养、环境等条件的要求相对特殊，需要配制适宜的培养基。常用的一种培养基是_，其主要成分包括：_、_、_。还常常需要添加_。对培养基应采用_方法灭菌。需要的环境条件有适宜的_。 (4)如果外植体选取的材料为茎段，插入培养基时应注意_。培养一段时间后，会通过_形成愈伤组织，愈伤组织细胞的特点是_。,【解析】(1)根据题中信息，可以判断出此方法为植物组织培养，因此依据的原理是植物细胞的全能性。选取合适的外植体作为起始材料，并要对外植体进行消毒。 (2)超净工作台在使用前可以用紫外线进行消毒，接种前还要用70%的酒精擦
21、拭工作台。 (3)离体的组织和细胞培养时，常用的一种培养基是MS培养基，其主要成分包括大量元素、微量元素、有机物，还常常需要添加植物激素。对培养基应采用高压蒸汽灭菌法灭菌。需要的环境条件有适宜的温度、pH、光照。,(4)如果外植体选取的材料为茎段，插入培养基时应注意方向不能倒插。培养一段时间后，会通过细胞分裂形成愈伤组织，愈伤组织细胞的特点是排列疏松而无规则。 答案：(1)植物细胞的全能性 消毒 (2)紫外线 70%的酒精 (3)MS培养基 大量元素 微量元素 有机物 植物激素 高压蒸汽灭菌 温度、pH、光照 (4)方向不能倒插 细胞分裂(脱分化或去分化) 排列疏松而无规则(或高度液泡化的呈无
22、定形状态的薄壁细胞),2.生物组织中存在多种有机物，不同的有机物其提取与鉴定方法不尽相同。根据所学知识，请回答下列问题： (1)在香料工业提取的“液体黄金”玫瑰油中，要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是_；玫瑰精油的提取需大量原料，通常采用_技术实现玫瑰的快速繁殖。 (2)橘皮精油具有诱人的橘香味，是食品、化妆品和香水配料的优质原料，具有很高的经济价值，主要通过_法提取。,(3)用萃取法提取胡萝卜素，萃取的效率主要取决于_，同时还受原料颗粒的大小、含水量等条件的影响；在对新鲜胡萝卜进行干燥时，要注意控制_，否则会引起胡萝卜素的分解；提取的胡萝卜素粗品可通过_法进行鉴定。 (4)凝胶
23、色谱法是根据_分离蛋白质的有效方法，电泳分离法是根据各种物质分子的_的不同，使待分离样品中各分子的迁移速度不同而实现分子分离的。,【解析】本题主要考查植物有效成分的提取方法。(1)根据玫 瑰精油的特点，其提取方法一般采用水蒸气蒸馏法，采用植物 组织培养的方法可以达到快速繁殖的目的。(2)橘皮精油的提 取一般采用压榨法。(3)用萃取法提取胡萝卜素时，萃取的效 率主要取决于萃取剂的性质和使用量，同时受到原料颗粒大 小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等条件的影响。在 实验操作中，对胡萝卜进行干燥时要注意控制温度和时间，温 度太高、时间太长，胡萝卜素会分解。提取的胡萝卜素粗品可 通过纸层析法进行鉴
24、定。(4)凝胶色谱法是根据相对分子质量 大小分离蛋白质，相对分子质量大的经过的路程短，先流出。,电泳分离法是根据各种物质的带电性质的差异、分子的大小和形状的不同，导致其在电场中的迁移速度不同而实现分子的分离。 答案：(1)水蒸气蒸馏法 植物组织培养 (2)压榨 (3)萃取剂的性质和使用量 温度和时间 纸层析 (4)相对分子质量的大小 带电性质的差异、分子的大小和形状,3.PCR(多聚酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，下图表示合成过程，请据图分析回答：(1)A过程高温使DNA变性解旋，对该过程的原理叙述，正确的是_。 A.该过程用到耐高温的解旋酶破坏氢键 B.该过
25、程用到限制酶破坏磷酸二酯键 C.该过程不需要解旋酶的作用 D.该过程与人体细胞的过程完全相同,(2)C过程要用到的酶是_。这种酶在高温下仍保持活性，因此在PCR扩增时可以_加入。PCR反应除提供酶外，还需要满足的基本条件有：_。 (3)如果把模板DNA的两条链用15N标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，控制“95 55 72 ”温度循环3次，则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占_。 (4)如果模板DNA分子共有a个碱基对，其中含有胞嘧啶m个，则该DNA复制10次，需要加入胸腺嘧啶脱氧核苷酸_个。,(5)PCR中由碱基错配引起的变异属于_。假设对一个 DNA进行扩增，第一次循环时某一条模板
26、链上发生碱基错配， 则扩增若干次后检测所用DNA的扩增片段，与原DNA相应片段 相同的占_。 【解析】(1)高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DNA变为单 链。(2)C过程为PCR技术的延伸阶段，当系统温度上升至72 左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在Taq DNA聚合酶的作用下 合成新的DNA链。Taq DNA聚合酶是耐热的，高温下不变性，所 以一次性加入即可。PCR即为体外DNA复制，所需条件与体内DNA 复制基本相同，都需要模板、原料、能量、酶，只不过为了便,于控制DNA复制过程通过设置高温解旋代替了解旋酶的作用， 省掉了解旋酶作用过程中所需能量的供应，同时，加入了与 模板链相结合的引物作
27、为子链延伸的起点，省掉了切除引物 的过程，使PCR过程更简洁。(3)PCR技术遵循半保留复制的特 点。经过三次循环，共产生23个DNA分子，其中有2个DNA分子 含有15N标记。(4)在一个双链DNA分子中，(C+T)占碱基总数 的一半，故T的数目为a-m，复制10次，相当于新增加了(210- 1)个DNA分子，故需补充T的数目为(210-1)(a-m)。(5)基因中 的碱基对改变属于基因突变。对一个DNA进行扩增，第一次循 环时某一条模板链上发生碱基错配，以后按正常配对方式进,行扩增，错配链作模板扩增的都是错误的DNA分子，原正常链扩增得到的DNA分子都是正常的DNA分子，故若干次后检测所用
28、DNA的扩增片段，与原DNA相应片段相同的占75%。 答案：(1)C (2)Taq DNA聚合酶 一次 DNA模板，分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸，同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行 (3)25% (4)(210-1)(a-m) (5)基因突变 75%,4.(2012广州模拟)某生物兴趣小组在“蛋白质的提取和分离”实验中，准备从猪的血液中初步提取血红蛋白，设计的“血红蛋白提取、分离流程图”如下：,请回答下列有关问题： (1)样品处理中红细胞的洗涤要用_反复冲洗、离心。向红细胞悬液中加入一定量的低浓度pH=7.0的缓冲液并充分搅拌，可以破碎红细胞，破碎细胞的原理是_。
29、(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是_，若要尽快达到理想的透析效果，可以_(写出一种方法)。 (3)电泳利用了待分离样品中各种分子的_等的差异，而产生不同迁移速度，实现各种分子的分离。,(4)一同学通过血红蛋白醋酸纤维薄膜电泳，观察到正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白电泳结果如图所示。由图可知携带者有_种血红蛋白，从分子遗传学的角度作出的解释是_。,【解析】(1)洗涤红细胞所用的溶液是生理盐水，根据渗透作用原理，将红细胞置于低渗溶液中，红细胞会吸水涨破，释放出血红蛋白。(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是除去样品中的小分子杂质；可通过增加缓冲液的量或及时更换缓冲液等方法缩短透析时间，能尽快达到理想的透析效果。(3)由于各种分子带电性质以及分子大小、形状等的差异，在电泳过程中产生了不同的迁移速度，实现各种分子的分离。(4)根据图示可知，镰刀型细胞贫血症的携带者含有两种血红蛋白，原因是携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，分别控制合成两种不同的蛋白质。,答案：(1)生理盐水 渗透原理(当外界溶液浓度低于动物细胞内液浓度时，细胞吸水涨破) (2)除去小分子杂质 增加缓冲液的量或及时更换缓冲液 (3)带电性质以及分子大小、形状 (4)2 携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，可以控制合成两种不同的蛋白质,
