1、 专题四 生物技术在其他方面的应用最新考纲1植物的组织培养2蛋白质的提取和分离3PCR 技术的基本操作和应用4从生物材料中提取某些特定的成分考纲解读1植物组织培养的基本过程及其在生产中的应用2血红蛋白的提取和分离的实验原理和方法3PCR 技术与生物体内 DNA 复制的区别4初步学会用水蒸气蒸馏法和压榨法提取植物芳香油知识点一 植物的组织培养技术菊 花 的 组 织 培 养理 论 基 础 ：植 物 细 胞 的 基 本 过 程 ：外 植 体 愈 伤 组 织 幼 苗 移 栽影 响 因 素材 料 ： 、 、保 存 时 间 长 短 等营 养 无 机 营 养 大 量 元 素 )有 机 营 养 ： 、 、 、
2、肌 醇 以 及 蔗 糖 等 )激 素 ： 10 和 pH： 左 右温 度 ：18 22 光 照 ：每 日 光 照 12 h )实 验 操 作 步 骤 ：制 备 MS培 养 基 外 植 体 消 毒 培 养 栽 培 )比一比：MS 培养基与微生物培养基有何主要不同？看一看：植物组织培养与花药培养技术有何相同与不同？知识点二 蛋白质的提取和分离、PCR 技术思一思：用猪的血液与鸡的血液提取血红蛋白哪个效果更好？想一想：PCR 与生物体内 DNA 复制有何区别？知识点三 植物有效成分的提取议一议：水中蒸馏、水上蒸馏 、水气蒸 馏的区别。看一看：胡萝卜素的最主要成分是什么？它有什么用途？菊花茎与月季花药
3、组织培养的比较菊花茎的组织培养 月季花药组织培养理论依据 植物细胞的全能性 植物细胞的全能性材料选取 未开花植株茎上部新萌生的侧枝 完全未开放的花蕾光照状况 每日用日光灯照射 12 h开始不需要光照，幼小植株形成后需要光照操作流程制备 MS 培养基外植体消毒接种培养移栽栽培选材材料消毒接种和培养筛选和诱导移栽栽培选育影响因素 选材、营养、激素、 pH、温度、光照等基本过程 脱分化、再分化1引物是指能够与 DNA 母链的一段碱基序列互补配对的一小段 DNA 或 RNA。2DNA 聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的 DNA 序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。3影响萃取的因素(1)主要因素：
4、萃取剂的性质和使用量。(2)次要因素：原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等条件。4萃取过程注意事项(1)由于有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸，因此萃取过程中应避免使用明火加热，采用水浴加热。(2)为防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装回流冷凝装置。胡萝卜萃取装置水蒸气蒸馏装置自我校对：全能性 脱分化 再分化 种类 年龄 微量元素 维生素 甘氨酸 烟酸 生长素 细胞分裂素 5.8 接种移栽 全能性 四分体时期 10 单核期 双核期 脱分化 胚状体 愈伤组织 初花期 完全未开放 单 21 22 23 24 核期(细胞核由中央移向细胞一侧的时期) 醋酸洋红
5、法 焙花青铬矾法 红 25 26 27 蓝黑 从受伤部位产生愈伤组织 彻底去除花丝 愈伤组织 胚状体 长出 28 29 30 31 32 33 愈伤组织 分化培养基上 幼小植株分开 相对分子质量的大小 进入凝胶内部 34 35 36 37 酸和碱 基本不变 38 39 电场 凝胶色谱操作 凝胶色谱柱的装填 DNA 模板 四种脱氧核苷酸、耐热 40 41 42 43 44 的 DNA 聚合酶 体外 复性 压榨 萃取 45 46 47 48 水蒸气 油层和水层 水中蒸馏 水上蒸馏 水气蒸馏 有机溶剂 有机 49 50 51 52 53 54 55 溶剂 水蒸气蒸馏 漂洗 静置 岩藻 56 57 5
6、8 59 微生物 干燥 萃取 浓缩 60 61 62 63 比一比：微生物培养基以有机营养为主， MS 培养基则需提供大量无机营养，包括植物生 长必需的大量元素和微量元素。看一看：相同点：培养基配制方法、无菌技术及接种操作等基本相同。不同点：花药培养的选材非常重要，需要先 选择时期适宜的花蕾，花药裂开后释放出的愈伤组织或胚状体也要及时更换培养基，花 药培养对培养基配方的要求更 为严格。思一思：用猪的血液；因为猪的红细胞无细胞核和细胞器，结构简单，血 红蛋白含量丰富，便于提取血红蛋白。想一想：PCR 不需要解旋酶 ，而生物体内 DNA 复制时 需要解旋酶；PCR 需要耐热的 DNA 聚合 酶，而
7、生物体内 DNA 聚合酶在高温时会变性；PCR 一般需经三十多次循环，而生物体内 DNA 复制需要生物体自身的控制。议一议：(1)这三种方法的基本原理相同，但原料放置位置不同。水中蒸 馏：原料放在蒸 馏容器的水中，水要完全浸没原料。水上蒸 馏：容器中水的上方有筛板，原料放在 筛板上，水量以沸腾时不浸湿原料为宜。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。(2)各自特点：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。看一看：胡萝卜素中 胡萝卜素是最主要的成分，可以用来：治疗因缺乏维生素 A 而引起的疾病。优质食用色素、饲料、饮料、食品的
8、添加剂。抗癌、治癌。 ,植物的组织培养技术Error!一、植物组织培养的过程1菊花组织培养过程菊花组织脱分化,形成愈伤组织再分化,长出丛芽 生根移栽,菊花植株。2月季的花药培养二、影响植物组织培养的因素及成功的关键1影响因素(1)内部因素：材料的选取。(2)外部因素：营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序；pH 、温度、光照等。2获得成功的关键(1)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差，对培养条件要求较高。(2)培养材料一旦被微生物污染，就会导致实验失败。原因是微生物增殖快，生长迅速，消耗养分多，并产生代谢废物毒害培养材料。(3)无菌技术主要包括对操作空间、实验用具、实验材料以
9、及操作者的消毒灭菌。提醒 一旦发现培养物被污染，特别是真菌性污染，一定不要打开培养瓶。应先将被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清理。三、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，具体如下：使用顺序 实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂又分化同时使用 分化频率提高3.用量比例不同，结果也不同的比值生 长 素 用 量细 胞 分 裂 素
10、 用 量 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 生 长 )四、实验操作中应注意的几个问题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。 本部分内容与必修内容细胞分化有密切关系，是高考命题的热点，命
11、题多考查植物组织培养基成分与作用、微型繁殖技术、脱病毒苗培养、名贵中药材工厂化生产等具体实例，复习中应多加关注。【典例 1】(2011江苏)下列有关植物组织培养的叙述，正确的是( )。A愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株C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D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解析 愈伤组织细胞是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态的、具分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结 构和功能；二倍体的花粉中只含一个染色体 组，将其培养得到的个体为单倍体，高度不育，而用秋水仙素
12、处理后得到的植株才能稳定遗传；人工种子中包裹的是经再分化形成的胚状体、不定芽等，不可以是愈伤组织；用特定的选择培养基可筛选出所需要的突变体类型。答案 D【训练 1】下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( ) 。A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部分的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同解析 绿色开花植物的细胞有两种：体细胞和生殖细胞， 这 两种细胞所含的核型(基因)是不同的，同一株绿色开花植物不同部位的 细胞经培养获得的愈 伤组织基因可能不相同。答案 D
13、 ,多聚酶链式反应扩增 DNA 片段Error!1细胞内 DNA 复制与体外 DNA 扩增(PCR 技术)的比较细胞内 DNA 复制 PCR解旋 解旋酶，边解旋边复制 80100 高温解旋，双链完全分开酶 解旋酶，DNA 聚合酶，DNA连接酶 Taq DNA 聚合酶引物 RNA DNA 或 RNA能量 ATP 不加温度 体内温和条件 高温不同点子链合成 一条链连续(先导链)，另一 两条子链均连续合成条链不连续，先合成片段，再由 DNA 连接酶连接(滞后链)相同点提供 DNA 模板四种脱氧核苷酸作原料子链延伸的方向都是从 5端到 3端2.PCR 反应的过程及结果(1)PCR 反应过程：变性：当温
14、度上升到 90 以上时，双链 DNA 解聚为单链，如图：复性：系统温度下降至 50 左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合，如下图：延伸：当系统温度上升至 72 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A 、T、G、C)在 DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链，如下图：(2)结果：PCR 一般要经历三十多次循环，每次循环都包括变性、复性、延伸三步。两引物之间的固定长度的 DNA 序列呈指数扩增。提醒 DNA 复制需要引物的原因：DNA 聚合酶不能从 5端开始合成 DNA，而只能从 3端延伸 DNA 链。本知识点高考未曾单独考，往往与基因工程等内容综合起来考查，
15、复习中不容忽视。【典例 2】多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。PCR 过程一般经历 30 多次下述循环：95 条件下使模板 DNA 变性、解链55 条件下复性( 引物与DNA 模板链结合)72 条件下引物链延伸 (形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关 PCR 过程的叙述，不正确的是( )。A变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B复性过程中引物与 DNA 模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的C延伸过程中需要 DNA 聚合酶、ATP、4 种核糖核苷酸DPCR 与细胞内 DNA 复制相比，其所需要酶的最适温度较高解析 PCR 一般要经历
16、 30 多次循 环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。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，并且由引物延伸而成的 DNA 单链会与引物结合，进行 DNA 的延伸。DNA 变性(9095 )：双链 DNA 模板在热作用下，氢键断裂，形成单链 DNA。复性(5565 ) ：系统温度降低，引物与 DNA 模板结合，形成局部双链。延伸(7075 )：在 Taq 酶(在 72 左右活性最高)的作用下，以 dNTP(三磷酸脱氧核糖核苷酸的缩写)为原料，从引物的 5端向 3端延伸，合成与模板链互补的 DNA 链。答案 C【训练 2】多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增 DNA 片段的
17、技术。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。回答以下问题：(1)细胞内 DNA 复制过程中，引物的作用是_，而且 DNA 复制的前提是_。(2)PCR 利用了_原理，可通过控制温度来控制双链的解旋与结合。(3)PCR 技术用到的酶是_，与细胞内 DNA 复制时发挥相同作用的酶相比区别在于_。(4)下面表格是 DNA 体内复制与 PCR 反应的部分比较结果。通过比较分析，请推导出 PCR反应合成 DNA 子链时能量来源于_。原 料 ATPDNA 体内复制 四种脱氧核苷酸 需要PCR 反应 脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸 不需要
18、(5)假如 PCR 反应所用的引物含有放射性、模板不具有放射性，且引物不被切除，则经过n 次循环，具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为_。解析 (1)DNA 具有双螺旋结构，复制 时遵循碱基互补配对原则，所以打开 氢键，DNA 聚合酶方可在引物的引导下从引物 3端开始连接脱氧核苷酸。(2)PCR 技术就是模拟细胞内 DNA复制的一项技术，只不过该技 术中双链的解旋与结合是通 过温度来控制的，原因在于 DNA具有热变性。(3)TaqDNA 聚合酶具有耐高温的特性。 (4)DNA 无论是体内复制还是体外复制，子链合成过程中都要消耗能量，而 PCR 反应不加入 ATP 供能，且加入的原料也不是四
19、种脱氧核苷酸，可见 PCR 所用原料在水解成相应脱氧核苷酸时，能释放出等同于 ATP 水解的能量。(5)DNA 复制 n 次产生 2n 个 DNA，共有 2n1 条脱氧核苷酸链，由于母链不具有放射性，所以具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为 。2n 1 22n 1 2n 12n答案 (1)使 DNA 聚合酶能够从引物的 3端开始连接脱氧核苷酸 解开双链(或打开氢键) (2)DNA 的热变性 (3) TaqDNA 聚合酶 耐高温 (4)所用原料水解产生相应脱氧核苷酸时所释放的能量 (5)2n 12n ,血红蛋白的提取和分离Error!1方法及原理方 法 原 理凝胶色谱法 根据相对分子质量的大
20、小分离蛋白质电泳法 各种分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同2.实验操作程序(1)样品处理红细胞的洗涤：除去血浆蛋白等杂质，有利于后续步骤的分离纯化；血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋白释放出来；分离血红蛋白溶液：经过离心使血红蛋白和其他杂质分离开来，便于下一步对血红蛋白的纯化。(2)粗分离原理：透析袋能使小分子自由出入，而将大分子保留在袋内，透析可以除去样品中相对分子质量较小的杂质。过程：取 1 mL 的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有 300 mL 的物质的量浓度为 20 mmol/L 的磷酸缓冲液中 (pH 为 7.0)，透析 12 h。目的 除 去 样 品 中 相
21、 对 分 子 质 量 较 小 的 杂 质 。可 用 于 更 换 样 品 的 缓 冲 液 。 )图示：注意：透析时间为 12 h。透析袋是用硝酸纤维素制成，小分子可自由进出，而大分子保留在袋内。(3)纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化。(4)纯度鉴定：一般用 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳方法，来测定蛋白质的分子量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。3结果分析与评价项 目 分 析血液样品的处理分层明显样品处理完成分 层 不 明显 的 原 因 洗 涤 次 数 少 ，未 能 除 去 血 浆 蛋 白离 心 速 度 过 高 和 时 间 过 长 )凝胶色谱柱的装填放一支与凝胶柱垂直的日光灯直接检查加入大分
22、子有色物质如蓝色葡聚糖2 000 或红色葡聚糖，若色带均匀、狭窄、平整装填成功血红蛋白的分离 血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗 脱液缓慢流出分离成功提醒 用凝胶色谱法分离和纯化蛋白质，滴加样品时，吸管管口贴着管壁环绕移动加样，同时注意不要破坏凝胶面。在蛋白质分离过程中，应仔细观察红色区带在洗脱过程中的移动情况，如果红色区带均匀一致地移动，说明色谱柱制作成功。本考点高考命题较少涉及，为冷考点，复习时还应熟悉血红蛋白提取和分离的程序和原理。【典例 3】(2011广东理综，24) 以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是( )。A洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂B猪成熟红细胞中缺少
23、细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少C血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测D在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢解析 猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提 纯时杂蛋白 较少，是提 纯血红蛋白的理想材料。提纯血红蛋白分四步：红细 胞的洗涤、血 红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透析，其中洗涤红细胞时，要用生理盐水反复洗 涤，既要将 红细胞洗涤 干净，又要不破坏红细胞，然后再用蒸馏水和甲苯使红细胞破裂， 释放出血红蛋白。分离提纯血红蛋白时用凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质，相 对分子质量大的蛋白 质移动速度较快；血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况，并
24、据此判断分离效果。故 D 不正确。答案 D【训练 3】如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答下列问题。(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在红细胞中的作用体现了蛋白质具有_功能。(2)甲装置中，B 是血红蛋白溶液，则 A 是_；乙装置中， C 溶液的作用是_。(3)甲装置用于_，目的是_。用乙装置分离蛋白质的方法叫_，是根据_分离蛋白质的有效方法。(4)用乙装置分离血红蛋白时，待_时，用试管收集流出液，每 5 mL 收集一管，连续收集。解析 本题易出错的地方有：(2)小题中 A 是磷酸缓冲溶液，C 也是磷酸缓冲溶液，它的作用一是保持血红蛋白的结构不被破坏，再一个是
25、洗脱血红蛋白，这是常常出错的地方。透析是粗分离蛋白质的方法，透析后得到的蛋白 质还要进行纯化和 纯度鉴定，在 鉴定纯度时常用SDS聚丙 烯酰胺凝胶电泳法。正确思路应为：血红蛋白在氧分压高的地方与氧结合，在氧分压低的地方与氧分离，起到运输氧的作用。图甲表示的是透析 过程，将装有血 红蛋白溶液的透析袋放入盛有 300 mL 的物质的量浓度为 20 mmol/L 的磷酸缓冲液中(pH 为 7.0)。透析的目的是去除样品中分子质量较小的杂质。图乙表示用凝胶色 谱柱洗脱血红蛋白的操作示意 图。凝胶 实际上是一些微小的多孔球体，小球体内部有许多贯 穿的通道。相 对分子质量较大的蛋白 质不能进入凝胶内部的通
26、道，只能在凝胶外部移动，通过的路程较短，移动速度较快；相对分子质量较小的蛋白质比较容易进入凝胶内部的通道，通 过的路程较长，移 动速度较慢。因此，样品中相对分子质量较大的蛋白质先流出，相对分子 质量中等的分子后流出，相 对 分子质量最小的分子最后流出，从而使相对分子质量不同的各种分子得以分离。因此相对 分子质量不同的蛋白质分子可以获得分离。这种分离血红蛋白的方法叫凝胶色 谱法。 样品的加入和洗脱的大致 过程是：调整缓冲液面滴加透析样品样品渗入凝胶床洗脱收集。C 溶液是磷酸缓冲液，其作用是洗脱血红蛋白。待红色的蛋白 质接近色谱柱底端时开始收集流出液。答案 (1)运输 (2) 磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白 (3) 透析(粗分离) 去除样品中分子质量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小 (4)红色的蛋白质接近色谱柱底端【训练 4】下列关于血红蛋白分离中样品处理及粗分离的描述，错误的是( ) 。A红细胞洗涤：此操作的目的是去除红细胞内的杂蛋白B血红蛋白释放：此操作需要将洗涤好的红细胞放入蒸馏水中C分离血红蛋白溶液：离心后红色透明液体是血红蛋白的水溶液
