[VIP专享]专题八 生物技术实践 第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用
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龙文教育一对一讲义教师:学生:日期:星期:时段:要分泌到细胞外发挥作用。
酶的制备:如果提取存在于细胞内的酶,需要破碎生物组织细胞,可用破碎仪、研磨器或匀浆器等机械将组织细胞破碎,使酶从活细胞中释放出来,进入细胞外的溶液中,经过滤、离心制备成粗酶液。
对于唾液淀粉酶、胰蛋白酶等分泌到细胞外的酶,可以直接从动物分泌物或细胞外的组织间隙中提取。
注意:在酶的提取过程中,温度、PH等多种环境因素都可能影响酶的空间结构,导致酶变性,因而提取出的酶首先需要检测酶的活力,以便更好的将酶用于生产实践和科学酶活力的测定酶的活力通常以单位时间内底物的消耗量或者在单位时间内产物的生成量来表示。
例如:通过测定单位时间内麦芽糖的生成量来测定淀粉酶的活力。
由于麦芽糖与3、5-二硝基水杨酸试剂反应,能生成黄褐色产物,因此,利用分光光度法进行比色,可以测出麦芽糖的另外还可以通过测定单位时间你淀粉的消耗量来测定淀粉酶的活力。
用国际单位酶的固定化类型:将酶通过化学反应以共价键结合到尼龙等载体上,叫做共价键结合法。
而将酶均匀包埋在琼脂糖凝胶等多孔性的凝胶中的固定化方法叫做包埋法。
此外还有物理吸附法等也可以实现酶的固定化。
实例:使用酶固定化技术,将这种酶固定在一种颗粒状的载体上,再将这些酶颗粒装到一个反应柱内,柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。
酶颗粒无法通过筛板上的小孔,而反应溶液可以自由通过。
生产过程中锋,将葡萄糖溶液从反应柱的上端流入,使葡萄糖溶液流过反应柱,与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖,从反应住的下端流出。
反应柱能连续使用半年,大大降低了生产成本,提高了果糖的产量和质量。
目前,用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。
发酵加工食品的方法)选用新鲜葡萄,榨汁前先冲洗后去除枝。
)防止发酵液被污染。
)严格控制发酵条件,控制时间与温度,适时充气。
如玫瑰精油、薄荷油等挥发性强的芳香油如柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取范围较广,原料细小,充分浸泡在有机溶剂中植物组织培养技术植物组织培养过程中脱分化与再分化的比较过程特点条件外植体成为愈伤组织排列疏松,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团离体、营养物质、植物激素、其他适宜条件由愈伤组织成为幼苗或胚状体结构有根、芽或有生根发芽的能力植物组织培养技术和花药培养技术植物组织培养技术花药培养技术体细胞生殖细胞(精子)溶解规律溶解析出部分发生盐析沉淀溶解降低过程中,溶解度逐渐增大复制与体外DNA扩增(PCR)细胞内DNA复制体外DNA扩增解旋酶,边解旋边复制高温解旋,双链完全打开子产生不同迁移速度,从而实现样品中各种分子的分离。
2021年高考生物专题辅导与训练八第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用1.(12分)(xx·苏州模拟)某生物学兴趣小组进行了“加酶洗衣粉最适温度的测定”实验,下表是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间对照表,请依据表中数据作答。
(1)要达到最佳洗涤效果,使用加酶洗衣粉的最适温度范围是。
(2)在适宜温度范围内,加酶洗衣粉对衣物上的的洗涤效果最佳,对的洗涤效果最差,其原因是。
(3)羊毛、蚕丝等织物(填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗涤,因为。
2.(12分)草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代,导致产量降低,品质变差。
运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。
草莓微型繁殖的基本过程如下:外植体愈伤组织芽、根植株(1)外植体经组织培养最终可以形成一个完整植株,这一过程体现了植物细胞的。
其中过程①为,过程②为。
(2)影响植物组织培养的因素除植物体自身原因、植物激素用量及比值等因素外,还与环境条件有密切关系,包括:营养物质、、、光照等。
(3)愈伤组织的细胞排列疏松无规则,是一种高度的薄壁细胞,愈伤组织形成芽、根的过程与培养基中与(植物激素)的比例有密切关系,该比值较高时有利于根的分化,抑制芽的形成。
3.(10分)(xx·南京模拟)育种工作者常采用花药培养的方法,使花粉粒发育为单倍体植株。
下列过程是采用水稻的花药进行培养的步骤:选取水稻花药→对花蕾消毒→接种和培养→植物体据此回答下列问题:(1)选取的水稻花药应为期,此时细胞核由中央移向细胞一侧,花药培养成功率最高。
(2)通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径:一种是花粉通过阶段发育为植株:另一种是在诱导培养基上先形成,再将其诱导分化成植株。
(3)试管苗形成过程中,必须从培养基中获得无机盐或矿质元素和小分子有机物等营养物质。
要促进花粉细胞分裂和生长,培养基中应有两类激素。
4.(12分)(xx·海南高考)根据相关知识,回答胡萝卜素提取和酶应用方面的问题:(1)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和,以提高萃取效率;水蒸气蒸馏法(填“适合”或“不适合”)胡萝卜素的提取,原因是;鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时,通常可采用法,并以样品作为对照。
【2017年高考考纲解读】 1.酶的应用:(1)酶在食品制造和洗涤等方面的应用。
(2)制备和应用固定化酶。
2.生物技术的应用: (1)植物的组织培养。
(2)蛋白质的提取和分离。
(3)PCR 技术的基本操作和应用。
【重点、难点剖析】 一、植物组织培养技术1.用流程图的形式写出植物组织培养的过程离体的植物组织或细胞――→脱分化愈伤组织――→再分化根、芽等(试管苗)――→移植完整植物体。
2.植物组织培养与花药培养技术的比较二、酶的研究和应用1.探寻在酶的实验探究中应注意的问题(1)实验设计时要遵循单一变量和对照两大原则,严格控制无关变量。
(2)探究不同温度(或pH)对酶活性的影响时,温度(或pH)作为自变量,通常通过设置合理的梯度来确定最适值。
最适值是通过比较相同时间内获得的产量或效果来确定的。
(3)探究最适温度时,pH为无关变量;探究最适pH时,温度最好为最适温度。
(4)探究果胶酶的最适用量时,所测出的最适用量是指在本实验的温度、pH等条件下测出的,因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。
(5)探讨加酶洗衣粉的最适温度要根据生活中的实际情况,合理设置温度梯度。
(6)在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果条件,还要考虑到酶的专一性和洗涤成本的问题。
2.比较下表中直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的差异3.固定化技术的比较三、DNA和蛋白质技术1.DNA的粗提取和鉴定方法(1)材料的选取:选用DNA含量相对较高的生物组织。
(2)破碎细胞①动物的红细胞,吸水破裂。
②植物细胞:加入洗涤剂、食盐后研磨。
(3)除去杂质的方法方法一:利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同,通过调节NaCl溶液的浓度除去溶于和不溶于NaCl溶液中的杂质。
方法二:利用DNA对酶的耐受性,直接在滤液中加入嫩肉粉,反应10~15 min,嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质,而不会破坏DNA。
方法三:利用DNA对高温的耐受性,将滤液放在60~75 ℃的恒温水浴箱中保温10~15 min,使蛋白质变性沉淀而DNA分子还未变性。
第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用[考纲要求] 1.酶活力测定的一般原理和方法。
2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用。
3.植物的组织培养。
4.蛋白质的提取和分离。
5.PCR技术的基本操作和应用。
6.DNA的粗提取与鉴定。
[构建网络]考点一酶的应用1组成本质作用果胶酶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶蛋白质催化果胶分解成为可溶性半乳糖醛酸纤维素酶C1酶、C X酶、葡萄糖苷酶蛋白质2.种类洗涤原理洗涤实例蛋白酶可将蛋白质分解为易溶解或分散于洗涤液中的小分子的肽或氨基酸血渍、奶渍及各种食品中的蛋白质污垢脂肪酶把脂肪水解为较易溶解的甘油和游离的脂肪酸食品的油渍、人体皮脂、口红淀粉酶能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖、葡萄糖等来自面条、巧克力等的污垢纤维素酶使纤维的结构变得蓬松,从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触,达到更好的去污效果[错混诊断]1.相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉( ·江苏,16C)( ×)2.利用固定化酵母细胞进行发酵,糖类的作用只是作为反应底物( ·江苏,3D)( ×) 3.多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层( ·江苏,15D)( ×)4.嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂。
就酶的作用特点而言,室温下先与肉片混匀放置一段时间再炒熟的使用方法最佳( ·广东文基,72D改编)( √)5.用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍,效果比其他类型的加酶洗衣粉好( ·江苏,3D)( ×) 6.棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤( ·江苏,15C)( ×)题组一探究酶活性的因素1.某同学用实验来探究pH对果胶酶活性的影响。
他准备了5份含有等量果胶酶溶液的试管,用0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液调节至不同的pH,每支试管加五块0.1 cm3的正方体苹果块,试管均置于25 ℃室温条件下。
第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用(时间:50分钟 满分:100分)一、选择题(每小题5分,共15分)1.(2010·浙江理综)将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中,在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后,应出现的现象是 ( )。
解析 植物组织培养过程中,由外植体脱分化形成愈伤组织需要一定量的生长素和细胞分裂素,愈伤组织再分化形成根、芽的过程也需要一定浓度的生长素和细胞分裂素,且生长素和细胞分裂素的不同配比对形成根、芽的影响不同。
本题中的无根幼苗本身就能够产生一定量的生长素和细胞分裂素,能够促使基部细胞脱分化、再分化出根来,所以会出现B 项现象。
答案 B2.(2011·北京海淀期中)用果胶酶处理苹果泥是为了使果胶酶能够充分地催化反应,应采取的措施是 ( )。
A.加大苹果泥用量B.大幅度提高反应温度C.换成大型号容器D.用玻璃棒进行搅拌解析 为了使果胶酶能够充分地催化反应,应采取的措施是增大酶和反应物接触面积,搅拌可以达到此目的,只换大号容器不一定加快反应。
大幅度提高温度有可能会出现温度过高而使酶活性降低的现象,如果反应物够多,增加反应物不改变反应速率。
答案 D3.(2011·南京二模)某同学进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果比较”课题研究。
下列叙述错误的是 ( )。
A.设计对照实验,分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉B.洗衣粉用量、污渍种类和洗涤温度等无关变量全部相同且适宜C.根据相同时间内污渍去除程度的差异得出实验结论D.根据污渍完全洗净所需时间的差异得出实验结论解析 比较加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果,设计对照实验时,应该用蛋白酶洗衣粉和普通洗衣粉进行对照。
答案 A二、非选择题(共85分)4.(10分)下图表示菊花的嫩枝和月季的花药的离体培养过程,请据图回答下面的问题。
(1)对菊花来说,要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养,其原因是_____________________________________________________________________________________________;对月季来说,适宜花粉培养的时期是________期。
为确定花粉是否处于该时期,最常用的镜检方法是__________________________________________________________________。
(2)在培养嫩枝组织和花粉的培养基中都要加入一定的植物激素,常用的植物激素有________。
(3)两种植物组织培养都需要接种,在进行接种时应注意 ( )。
①接种室要消毒 ②只要戴口罩,操作时便可说话 ③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡,取出用无菌水冲洗后,再用0.1%的氯化汞溶液消毒,并用无菌水冲洗干净④接种操作要在酒精灯火焰旁进行 ⑤接种完毕应立即盖好瓶盖A.①②③④⑤B.①②③④C.①③④⑤D.②③④⑤(4)月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同,从植物产生的途径来说,花粉植株产生的途径除了图中所示外,还可以通过________阶段发育而来,这两种发育途径的差别主要取决于_________________________________________________________________。
(5)图中的B过程都需要________,因为愈伤组织形成幼小植物后,植物需要叶绿素进行光合作用。
解析 本题综合考查两种植物的组织培养技术。
菊花的组织培养,一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝,主要因为其分裂分化能力强;被子植物花粉发育过程要经历四分体时期、单核期和双核期等阶段。
其中单核期是绝大多数植物花药培养的适宜时期。
花药培养中常用的镜检方法为醋酸洋红法和焙花青铬矾法。
在组织培养中常要加入一些植物激素如生长素和细胞分裂素,在培养的不同时期加入激素的比例不同,对于花药培养来说,还要加入赤霉素等激素。
组织培养中要求进行严格的无菌操作,因为一旦出现细菌或真菌污染,就会导致实验失败,其要求除题目中提到的①③④⑤项外,还有工作人员即使戴上口罩,也不许说话、咳嗽等。
花粉植株的产生也可以通过胚状体诱导而成。
叶绿素的合成需要光照条件,所以当幼小植物形成后,需要光照。
答案 (1)生长旺盛的嫩枝生理状况好,容易诱导脱分化和再分化 单核 醋酸洋红法细胞分裂素和生长素 (3)C (4)胚状体 培养基中激素的种类及其浓度配比 (5)光照5.(10分)1970年,特明和巴尔的摩证实了RNA病毒能以RNA为模板合成DNA,并发现了催化此过程的酶。
图为形成cDNA的过程和PCR扩增过程示意图。
请据图回答下面的问题。
(1)催化①过程的酶是________。
(2)③过程也称为DNA的变性,此过程在温度高达90~95 ℃时才能完成,说明DNA分子具有________性。
(3)由图中信息分析可知,催化②⑤过程的酶都是______,两者在作用特性上的区别是________________________________________________________________________。
(4)江苏有一道凉菜——白斩鸡,鸡肉嫩而不韧、味美鲜香。
其加工过程中添加了从木瓜中提取的酶制成的“嫩肉粉”。
下列有关嫩肉粉的叙述中,正确的是 ( )。
A.“嫩肉粉”可能是通过催化细胞间的纤维素水解而实现“嫩肉”的B.与高温蒸煮相比,“嫩肉粉”是通过降低反应的活化能而实现“嫩肉”的C.“嫩肉粉”应在蒸煮鸡肉时加入,才能实现“嫩肉”D .“嫩肉粉”是一种化工产品,不利于人体健康,实际应用中能少则少、能无则无解析 由题图可知,RNA →DNA 为逆转录过程,需要逆转录酶。
②⑤都是DNA 复制过程,需要DNA 聚合酶。
PCR 扩增使用的某些酶具有耐高温的特性。
答案 (1)逆转录酶 (2)稳定 (3)DNA 聚合酶 催化⑤过程的酶耐高温 (4)B6.(12分)(2010·安徽理综)草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代,导致产量降低、品质变差。
运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。
草莓微型繁殖的基本过程 如下:外植体愈伤组织芽、根→植株――→① ――→②请回答下面的问题。
(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时,一般选取________作为外植体,其依据是________________________________________________________________________。
(2)在过程①中,常用的MS 培养基主要成分包括大量元素、微量元素和________,在配制好的培养基中,常常需要添加________,有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。
接种后2~5 d ,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在过程②中,愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是___________________________________________________________________。
解析 (1)因茎尖(或根尖)病毒极少,甚至无病毒,所以常用其作为外植体培育无病毒植株。
(2)在植物组织培养的培养基中,除了添加植物必需的矿质元素外,还要添加有机物,添加植物激素有利于启动细胞分裂实现脱分化形成愈伤组织并且可诱导愈伤组织细胞再分化过程。
若对外植体消毒不彻底,会造成外植体边缘局部污染。
(3)在培养基中生长素与细胞分裂素的用量比值不同,诱导生根发芽结果不同,当比值低时,有利于发芽,比值高时,有利于生根。
答案 (1)茎尖(或根尖) 茎尖(或根尖)病毒极少,甚至无病毒(2)有机物 植物激素 外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低7.(11分)下面是某校某班同学在“生物技术实践”课中进行的实验,请回答下面的问题。
(1)在20世纪50年代,酶已经大规模地应用于各个生产领域,到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。
在实际生产中,固定化酶技术的优点是________________________________________________________________________。
与固定化酶技术相比,固定化细胞固定的是________。
在制备固定化酵母细胞的实验中,常用的包埋材料是________。
(2)某一同学运用PCR技术,准备对分离得到的大肠杆菌的一个DNA分子进行体外扩增。
他往扩增仪中加入模板DNA、四种脱氧核苷酸,此外还应加入________和______。
DNA体外扩增过程包括了三个连续的步骤分别是变性、________和________。
(3)还有同学将大肠杆菌破碎并提取得到大肠杆菌蛋白质,一同学利用琼脂糖凝胶电泳技术将得到的蛋白质进行分离,在电泳过程中,影响蛋白质迁移速度的因素包括蛋白质分子的________、________以及分子的形状等。
而另一位同学则利用凝胶色谱法分离蛋白质(下图),他在操作中加样的正确顺序是________。
待蛋白质接近色柱底端时,用试管连续收集流出液。
先收集到的蛋白质与后收集到的蛋白质的区别是________。
答案 (1)酶既能与反应物接触,又容易与产物分离,固定在载体上的酶能反复利用 多酶系统(一系列酶、多种酶) 海藻酸钠 (2)DNA聚合酶 引物 复性 延伸 (3)带电性质 分子大小 ④①②③ 先收集到的蛋白质分子量大、后收集到的分子量小8.(15分)(2010·东北三校一模)现在大力提倡无纸化办公,但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸,其主要成分是木质纤维,人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。
下图是工业上利用微生物用纤维素生产乙醇的基本工作流程,请回答相关问题。
(1)自然界中①环节需要的微生物大多分布在________的环境中。
将从土壤中获得的微生物培养在以________为碳源、并加入________的培养基上筛选周围有________的菌落。
(2)如上所述的筛选中获得了三个菌落,对它们分别培养,并完成环节②,且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同,则你认为三种酶液的活性________(一定相同、不一定相同、一定不同),可以通过______________________________________________________________进行定量测定。