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2022届高考生物一轮复习 生物技术实践 第3讲 生物技术在其他方面的应用教案 新人教版选修1

2022届高考生物一轮复习 生物技术实践 第3讲 生物技术在其他方面的应用教案 新人教版选修1

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第3讲　生物技术在其他方面的应用
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.制备和应用固定化酶
4.从生物材料中提取某些特定的成分
5.蛋白质的提取和分离
6.实验：DNA的粗提取与鉴定
1.酶的活力与其空间结构的关系(生命观念)
2.分析玫瑰精油、橘皮精油和胡萝卜素的提取原理及过程，分析DNA的物理和化学性质、提取与鉴定的方法(科学思维)
3.设计实验探究影响酶活力的因素；设计实验探究植物有效成分提取的条件等(科学探究)
4.关注酶在食品安全及洗涤方面的应用，倡导健康的生活方式；关注由胡萝卜素缺乏引起的疾病等(社会责任)
考点一　酶的应用

1．果胶
(1)植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一；在果汁加工中，会影响出汁率并使果汁浑浊。
(2)成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
(3)特点：不溶于水。
2．果胶酶
(1)组成：果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
(2)作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。
3．酶活力与影响酶活力的因素
(1)酶活力：也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。
(2)酶的反应速度：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
(3)影响酶活力的因素：主要有温度、pH和酶的抑制剂等。
4．探究温度和pH对果胶酶活性的影响
(1)实验原理
①果胶酶的活性受温度(或pH)影响，处于最适温度(或pH)时，酶的活性最高。
②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
(2)实验流程
①处理原料：搅拌器搅拌制成苹果泥
↓　
②分组处理：将分3组装有苹果泥和果胶酶的试管在不同
↓　　 温度的恒温水浴中保温(或调节至不同的pH)
③反应阶段：加入果胶酶反应一段时间
↓
④测量记录：过滤果汁，用量筒测量果汁体积并记录
5．加酶洗衣粉在洗涤中的作用
(1)加酶洗衣粉：含酶制剂的洗衣粉。
(2)酶制剂的种类与洗涤原理
种类
洗涤原理
洗涤的物质种类
蛋白酶
蛋白质→小分子的肽或氨基酸
血渍、奶渍等
脂肪酶
脂肪→甘油和脂肪酸
食品的油渍、人体皮脂、口红等
淀粉酶
淀粉→麦芽糖、葡萄糖
来自面条等的污垢
纤维素酶
使纤维的结构变得蓬松
棉纺品的表面浮毛
6.固定化酶和固定化细胞
(1)固定化酶
①应用原理：将酶固定在颗粒状的载体上，使酶既易催化，又易于回收，可以重复使用。
②应用实例：
a．反应机理：葡萄糖果糖。
b．固定化酶反应柱：将酶固定在一种颗粒状载体上，再将这些酶颗粒装到反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能自由出入。
(2)固定化细胞技术
①概念：是利用物理或化学的方法将细胞固定在一定空间内的技术。
②常用方法(如图)
填充以下三种方法的名称：
a.：物理吸附法。
b.：化学结合法。
c.：包埋法。
③固定化酵母细胞的制备流程及发酵
酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞→冲洗→发酵。

1．固定化酶与固定化细胞的比较
项目
固定化酶
固定化细胞
固定酶的种类
一种
一系列
适用方法
化学结合法、物理吸附法
包埋法
特点
优点
酶既可与反应物结合，又可与产物分离，固定在载体上的酶可反复利用
成本低，操作容易
缺点
一种酶只能催化一种或一类化学反应
可能导致反应效率下降
实例
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞

2．在适宜的温度和pH下，研究小组利用一定量的蓝莓汁和适宜浓度的果胶酶溶液探究果胶酶的最适用量，实验结果如图所示。分析该实验失误可能的原因及改进方法。

提示：果胶酶浓度对果汁体积没有影响，说明果胶酶用量不合理，应该减少用量，如稀释果胶酶溶液后再一次进行实验。

考查酶活性及其在食品制造方面的应用
1．生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。回答下列相关问题：
(1)某同学用3种不同的果胶酶进行3组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶的活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是____________。
(2)现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量的平均值。该实验温度设置的不足之处有______________________和____________________________________。
(3)某同学取5组试管(A～E)分别加入等量的同种果泥，在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后，测定各组的出汁量。通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中，若要检测加入酶的量等于0，而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计________(填“能”或“不能”)达到目的，其原因是_____________________________。
[解析]　(1)据题意可知，实验的自变量是果胶酶的来源，因变量是果胶酶的活性，因此该实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性。(2)据实验设计可知，该实验是探究果胶酶的最适温度，所以自变量是温度，因此该实验方案中，温度应该在常温范围内设置系列温度梯度且梯度差值相等。另外，当探究温度对酶活性的影响时，应保证酶促反应只能在设定的温度下进行，同一实验组的反应温度只能是一个，所以实验操作应该是将各组盛有果胶酶的试管与盛有果泥的试管分别在设定温度下处理一定时间后再混合，才能保证实验在设定的温度下进行。(3)本实验的自变量是果胶酶的量，因变量是出汁量，对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则，根据实验设置，通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。若要检测加入酶的量等于0，而其他条件均与实验组相同时的出汁量，则E组应加入的是缓冲液而不是蒸馏水，使试管中液体体积与实验组相同才符合实验设计应遵循的单一变量原则。
[答案]　(1)探究不同来源果胶酶的活性　(2)温度范围设置不合适　温度梯度设置不合理(或各组的酶促反应受两个不同温度影响)　(3)不能　E组加入的是蒸馏水而不是缓冲液，违背了单一变量原则
考查酶在洗涤方面的应用
2．(2020·贵阳市一中高三月考)某校研究性学习小组为研究市场售卖的一种含碱性蛋白酶的洗衣粉使用时的最适温度，设计了相关实验装置及实验结果如图所示，请依据所学知识并结合图示回答相关问题：

甲　　　　　　　　　乙
(1)与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉能更有效地清除顽渍。加酶洗衣粉是指________________________________。
(2)现实生活实践中，上述市售洗衣粉可以很好地清除衣物上的血渍和奶渍等污迹，主要是因为碱性蛋白酶能_____________________________________
______________________________________________________________。
而包装袋上注明“切勿用于丝质及羊毛衣料”。你认为原因是____________________________________。
(3)在该实验过程中可通过直接测定______________(指标)来表示该洗衣粉中酶的催化效率。为缩短反应的时间，你认为可以采取的措施有____________________________(答出1条即可)。
(4)工业上生产碱性蛋白酶成本高，目前可以采用固定化酶技术多次重复使用酶以降低成本。一般来说，酶更适合采用________和________进行固定化。
[解析]　(1)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉能更有效地清除顽渍。(2)碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成氨基酸或小分子的肽，使污渍容易从衣物上脱落，这是普通洗衣粉难以做到的，动物的蛛丝、蚕丝、羊毛等的主要成分是蛋白质，碱性蛋白酶能水解破坏它们。(3)酶的催化效率可用单位时间内、单位体积中反应物的减少量来表示。故该实验可以用相同时间内蛋白质块减少量或蛋白质块存在的时间长短或消失的时间长短作为直接检测指标来表示该洗衣粉中酶的催化效率。要缩短反应时间，可以通过提高酶的浓度、减小蛋白质块的体积等来增加蛋白酶与蛋白质块接触面积实现。(4)将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用，可大大降低生产成本。固定化酶技术是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法进行固定化。这是因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。
[答案]　(1)含有酶制剂的洗衣粉　(2)将血渍、奶渍中的蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污渍容易从衣物上脱落　丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质，会被碱性蛋白酶破坏　 (3)相同时间内蛋白质块减少量或蛋白质块存在的时间长短　适当提高酶的浓度(或把蛋白质块切小以减小蛋白块体积)　(4)化学结合法　物理吸附法
考查固定化酶(细胞)及其应用
3.(2020·成都市蓉城名校联盟高三联考)苹果除了直接食用外，还可以制作成多种产品，如苹果汁、苹果醋等。利用固定化酶技术和固定化细胞技术能提高产品的质量和产量，提高经济效益。请回答下列问题：

(1)利用图示装置制作澄清苹果汁的原理和优点：将果胶酶固定在________的载体上，使酶既能与反应物接触，又能________，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用，大大降低了生产成本。
(2)被固定的果胶酶包括三类：____________________和果胶酯酶。
(3)为了探究果胶酶的最适用量，需要在________条件下进行，看看获得一定量的果汁究竟需要多少果胶酶合适。
(4)获得的苹果汁可以进一步用于苹果醋的制作，为了研究固定化醋酸菌的相关特性，实验室利用如图所示装置进行探究。
①利用海藻酸钠制作含有醋酸菌的凝胶珠属于固定化细胞技术中的________法。
②该装置能够制作苹果醋的原理是__________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
③当关闭开关后，发酵很快停止，原因是____________________________
________________________________________________________________。
(5)载体固定了酶或细胞后，使用前________(填“需要”或“不需要”)进行灭菌。
[解析]　(1)载体若溶于水，固定化酶也就随之进入底物溶液，固定化酶技术失败，所以应将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。(2)果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶。(3)只有在最适温度和pH条件下酶的活性最高，才能准确找到催化获得一定体积的果汁所需要的最适用量，否则，用量都会偏高。所以需要在最适温度和pH条件下进行。(4)①固定化细胞多采用包埋法，且常选用海藻酸钠作为载体。②在氧气、糖源充足的条件下，醋酸菌能将糖类分解成醋酸，所以利用上述装置可制作苹果醋。③醋酸菌为需氧菌，对氧气含量特别敏感(或为好氧菌)，即使短暂中断通氧，也会引起醋酸菌的死亡，所以当关闭开关后，发酵很快停止。(5)如果使用前进行灭菌处理，酶和细胞都会变性失活，所以使用前不需要进行灭菌。
[答案]　(1)不溶于水　与产物分离　(2)多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶　(3)最适温度和pH　(4)包埋　在氧气、糖源充足的条件下，醋酸菌能将糖类分解成醋酸　醋酸菌对氧气含量特别敏感(或为好氧菌)，即使短暂中断通氧，也会引起醋酸菌的死亡　(5)不需要
考点二　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是萜类化合物及其衍生物，特点是挥发性强，易溶于有机溶剂。
(2)玫瑰精油的提取
①方法：常用水蒸气蒸馏法。
②原理：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来。
包括：水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏。
③步骤：鲜玫瑰花＋清水→水蒸气蒸馏→油水混合物分离油层除水玫瑰精油。
(3)橘皮精油的提取
①方法：压榨法。
②原理：通过机械加压，提取出果皮中的芳香油。
③步骤：石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→橘皮精油。
2．胡萝卜素的提取
(1)方法：萃取法，石油醚最适宜作萃取剂。
(2)原理：使胡萝卜素溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得胡萝卜素。
(3)步骤：胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素。
(4)鉴定：纸层析法。

1．植物有效成分提取的三种方法的比较
提取方法
水蒸气蒸馏法
压榨法
有机溶剂萃取法
适用范围
适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取
适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中
优点
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
局限性
水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题
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
2.影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施
影响因素
解决措施
萃取剂的性质
用水不溶性有机溶剂
原料的颗粒大小、紧密程度
粉碎
材料的含水量
干燥
萃取温度
探索最佳萃取温度，严格控制温度
萃取时间
适当延长萃取时间

1．图1为水蒸气蒸馏的装置图，图2为胡萝卜素提取装置图，据图回答以下有关问题：

图1　　　　　　　　　图2
(1)请指出图1中的两点错误。
(2)玫瑰精油的提取适合用上述蒸馏方法吗？说明理由。(至少答两点)
(3)图2的安装及拆除顺序如何？为何常采用水浴加热？在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？
提示：(1)错误1：蒸馏瓶中的液体量太多，应占烧瓶容积的1/3～2/3。错误2：进水口和出水口装反，下方的是进水口，上方的是出水口。
(2)适合。因为玫瑰精油化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏出来，且不会导致原料焦糊和有效成分水解等，所以玫瑰精油的提取适合用水中(水蒸气)蒸馏法进行提取。
(3)安装顺序是由下而上，拆除时相反。采用水浴加热的原因：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。在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是防止加热时有机溶剂挥发。

2．香辛料中提取精油常用萃取法， 萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量，同时还受温度和时间长短等条件的影响。若要探究精油含量最高时的最佳萃取时间，请写出简要思路。
提示：将萃取材料平均分成多组，在其他条件相同且适宜的情况下，分别进行不同时间萃取，测定精油含量，达到最大精油含量所用的最短时间即最佳萃取时间。
3．科研人员已经从自然环境中分离出能产生胡萝卜素的红酵母，并发现碳源的种类对红酵母产生β­胡萝卜素的量有一定的影响，相关研究结果如下表：
碳源种类
麦芽糖
蔗糖
淀粉
β­胡萝卜素产量(mg/L)
3.52
4.81
1.68
据表分析，利用红酵母生产β­胡萝卜素时的最佳碳源是什么？若要在此基础上进一步探究最佳氮源种类，请简要写出实验设计思路。
提示：蔗糖。 以蔗糖为碳源，分别用不同氮源进行实验，检测并比较β­胡萝卜素产量。

考查植物芳香油的提取原理、方法及流程等
1．(2020·河南省高三三模)山鸡椒是我国野生芳香植物，其果实、花、叶和根等各器官中均含有一定的精油。山鸡椒精油的主要成分是柠檬烯和柠檬醛。请回答下列问题：

山鸡椒果实和叶片精油的出油率
(1)提取山鸡椒精油与玫瑰精油的方法相同，常采用的方法是____________________，提取原理是________________________，形成油水混合物，冷却后，混合物又重新分出油层和水层。此方法不适用于胡萝卜素的提取，原因是___________________。
(2)获得山鸡椒精油与水的混合物后，向液体中加入________可加速油水分层。然后再利用分液漏斗可将这两层液体分开，分离得到的油层中还含有一定的水分，一般可以加入一些________除去油层中的水分，________后除去固体物质即可得到山鸡椒精油。
(3)分别提取山鸡椒果实和叶片的精油，其出油率如图所示，由图中结果分析，最适合作提取山鸡椒精油原料的是___________，原因是_______________________________。
[解析]　(1)水蒸气蒸馏法的原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新形成油层和水层。提取山鸡椒精油与玫瑰精油常采用的方法是水蒸气蒸馏法。因胡萝卜素不易挥发，不能随水蒸气蒸馏出来，故此方法不适用于胡萝卜素的提取。(2)分离装置中常加入NaCl的目的是增加水层密度，使油水层更易分离。为了吸收油层中的水分，常加入无水硫酸钠，过滤后除去固体物质即可得到山鸡椒精油。(3)由图中结果可知，干品果实出油率最高，其最适合作为提取山鸡椒精油的原料。
[答案]　(1)水蒸气蒸馏法　利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来　胡萝卜素不易挥发，不能随水蒸气蒸馏出来　(2)NaCl　无水Na2SO4　过滤　(3)干品果实　干品果实出油率最高
考查胡萝卜素的提取与鉴定
2．(2020·昆明市高三一诊)在日益发展的果蔬饮料产业中，胡萝卜汁受到消费者的喜爱，其生产工艺流程如下。
原料→清洗→去皮→切片→热处理→打浆→酶处理→调配→均质脱气→杀菌→成品
回答下列问题。
(1)胡萝卜素可用于治疗因缺乏维生素A引起的夜盲症，原因是________________________________________________。
(2)打浆后可用固定化果胶酶处理果汁提高澄清度，原因是________________________________；与直接使用酶相比，固定化酶的优点有____________________________________(答出1点即可)，固定化酶技术常用的方法有____________。
(3)技术人员研究了不同方法进行去皮和热处理对胡萝卜素含量的影响，结果如下表。
处理
方法
去皮方法
热处理方法
碱液去皮
热水去皮
复合磷酸盐去皮
热水
柠檬酸预煮
醋酸预煮
抗坏血酸预煮
胡萝卜素保存率(%)
84.8
86.9
93.9
89.5
89.4
92.7
93.3
①为测定胡萝卜素的含量，先采用________法提取胡萝卜素，较适宜用来提取胡萝卜素的溶剂是________(填“乙醇”或“石油醚”)，不选择另一种溶剂的理由是____________________________
________________________________________________________________。
②据实验结果，制作胡萝卜汁过程中较宜选用的去皮和热处理方法分别是____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]　(1)胡萝卜素中主要是β­胡萝卜素，β­胡萝卜素在人体内可被氧化成两分子的维生素A，因此胡萝卜素可用于治疗因缺乏维生素A引起的夜盲症。(2)果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使果胶水解为半乳糖醛酸，因此，能提高出汁率和澄清度；固定化酶既能与反应物充分接触，又可以与产物分离，并且还能反复使用。固定化酶技术常用的方法有化学结合法和物理吸附法。(3)①因为胡萝卜素化学性质稳定，不溶于水，易溶于石油醚等有机溶剂，因此，提取胡萝卜素常采用萃取法。石油醚的沸点较高，且不与水互溶，因此石油醚较适宜用来提取胡萝卜素，而乙醇易挥发且与水互溶，因此不用乙醇作为萃取剂。②据实验结果可知，胡萝卜在复合磷酸盐去皮方法中的保存率最高，而且用抗坏血酸预煮获得的胡萝卜素的保存率也是最高的，因此，制作胡萝卜汁过程中较宜选用的去皮和热处理方法分别是复合磷酸盐去皮和抗坏血酸预煮，从而获得较多的胡萝卜素。
[答案]　(1)β­胡萝卜素在人体内可被氧化成两分子的维生素A　(2)果胶酶可使果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸　既能与反应物接触，又能与产物分离(酶可被反复利用；提高酶的稳定性)　化学结合法、物理吸附法　(3)萃取　石油醚　乙醇是水溶性有机溶剂，萃取过程能与水混溶而影响萃取效果　复合磷酸盐去皮和抗坏血酸预煮
考点三　DNA的粗提取与鉴定

1．基本原理
(1)DNA的粗提取：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。
(2)DNA与蛋白质在物理、化学性质方面的差异
比较项目
DNA
蛋白质
溶解性
2 mol/L NaCl溶液中
溶解
析出
0.14 mol/L NaCl溶液中
析出
溶解
酒精溶液中
析出
溶解
耐受性
蛋白酶
无影响
水解
高温
80 ℃以上变性
不能忍受60～80 ℃的高温
(3)DNA的鉴定：DNA＋二苯胺蓝色。
2．实验流程
材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织
↓
破碎细胞(以鸡血为例)：鸡血细胞→加蒸馏水→用玻璃棒搅拌→用纱布过滤→收集滤液
↓
去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质
↓
DNA的析出：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液
↓
DNA的鉴定：在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂，混合均匀后，将试管在沸水中加热5 min，溶液变成蓝色

明确实验中三种重复操作的目的和作用
1．加2次蒸馏水
(1)加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破。
(2)加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出。
2．用纱布过滤3次
(1)过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液。
(2)滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)。
(3)过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液。
3．用4次NaCl溶液
(1)用2 mol/L的NaCl溶液，过滤除去不溶的杂质。
(2)用0.14 mol/L的NaCl溶液，析出DNA。
(3)用2 mol/L的NaCl溶液，溶解DNA。
(4)用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于DNA的鉴定。

如图为某兴趣小组开展“DNA的粗提取与鉴定”实验过程中的一些操作示意图。

A　　　　B　　　C　　　D　　　E
正确的操作顺序是什么？说明理由。
提示：C→B→E→D→A。DNA粗提取时，先用蒸馏水处理鸡血细胞，使其吸水涨破，释放DNA，然后过滤，去除杂质，获得滤液，接着加入2 mol/L的NaCl，再加入蒸馏水，使其析出，将析出的DNA溶解于2 mol/L的NaCl，最后加入95%的冷酒精，析出纯净的DNA，即正确的操作顺序是C→B→E→D→A。

考查DNA的粗提取与鉴定的原理及操作流程
如图是某中学生物兴趣小组进行的DNA粗提取实验，其中SDS(一种表面活性剂)除了能瓦解细胞膜和核膜，还能与脂质和蛋白质结合。当SDS遇到钾离子时，钾离子可以置换SDS中的钠离子，产生不溶于水的PDS沉淀。请回答下列问题：

(1)实验中，向剪碎的猪肝中加入食盐的主要作用是________。将猪肝匀浆放入65 ℃水浴锅中水浴10 min以除去部分杂质的主要实验原理是____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)方法一的步骤①中加入洗涤剂的作用是____________________。方法三的步骤③中，离心后应取________。
(3)方法一、二获得的絮状物均带黄色，从DNA在细胞中的存在形式分析，杂质分子最可能是________，可用________试剂鉴定。
(4)要比较三种方法获得的絮状物中DNA含量，请写出实验思路：____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]　(1)DNA粗提取的原理主要有DNA分子在0.14 mol/L NaCl 溶液中溶解度最低而蛋白质等杂质在此浓度中溶解度比较大；蛋白质在高于60 °C溶液中容易变性、沉淀，而DNA能耐受较高的温度；DNA不溶于酒精，而蛋白质等物质可溶。(2)根据题意，SDS与钾离子发生转换反应，产生PDS沉淀，因此可以通过沉淀、离心，去除实验中加入的SDS，在离心后取含有DNA的上清液。(3)DNA在真核细胞中主要存在于细胞核内，与蛋白质结合形成染色体，因此，与DNA分子结合较牢的杂质最主要的是蛋白质。蛋白质可用双缩脲试剂进行鉴定。(4)由于DNA遇二苯胺在水浴加热条件下发生反应，出现蓝色，并且蓝色深浅与DNA含量呈正相关，因此实验中可以通过将等量的三种絮状物溶解，加二苯胺试剂并水浴加热，比较蓝色深浅，实现对三种絮状物中DNA含量的比较。
[答案]　(1)溶解DNA　蛋白质在65 ℃高温下会变性，而DNA能耐受这一温度　(2)瓦解细胞膜和核膜　上清液　(3)蛋白质　双缩脲　(4)分别取等量的三种絮状物，并用等量的2 mol/L NaCl溶液溶解；再向各试管中加入等量的二苯胺试剂并水浴加热；比较三支试管中蓝色的深浅
考点四　蛋白质的提取和分离

1．血红蛋白的提取和分离原理及方法
(1)原理：利用蛋白质各种特性的差异，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等，来分离不同种类的蛋白质。
(2)分离方法
①凝胶色谱法：也称作分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。
②电泳法：带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。常用的电泳法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。
2．实验操作程序

1．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。
2．蛋白质纯度鉴定的实验结果分析与评价
项目
分析
血液样品的处理　
分层明显→样品处理完成

凝胶色谱柱的装填
放一个与凝胶柱垂直的日光灯→直接检查；
加入大分子有色物质如蓝色葡聚糖或红色葡聚糖，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

1．在装填凝胶色谱柱时，不得有气泡存在的原因是什么？在操作中不能发生洗脱液流干漏出凝胶颗粒的现象，如果发生则会造成什么后果？
提示：气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。若发生洗脱液流干漏出凝胶颗粒的现象，就有空气进入，造成气泡需重新装填。
2．某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，携带者有几种血红蛋白？请从分子遗传学的角度做出解释。

提示：两种；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。

考查蛋白质的提取与分离的原理、流程等
1．(2020·长沙市一中高三月考)试回答下列“有关蛋白质提取与分离实验”的有关问题：

图1　　　　图2　　　　图3　　　图4
(1)为了提取和分离血红蛋白，首先对红细胞进行洗涤以去除杂质蛋白，洗涤时应使用生理盐水而不使用蒸馏水的原因是____________________________。
(2)若要去除血红蛋白中的小分子杂质，采用图1装置。透析液是______________，一段时间后，若向烧杯中加入双缩脲试剂，透析袋内溶液是否出现紫色并说明判断的依据：_________________
________________________________________________________________。
(3)图4是用于分离蛋白质的凝胶色谱柱，装填凝胶色谱柱时，色谱柱内不能有气泡的存在，原因是___________________。a、b均为蛋白质分子，其中先从凝胶色谱柱中洗脱出来的是a，是因为a________________________________
________________________________________________________________。
(4)图2、图3分别表示电泳法分离蛋白质和纸层析法分离叶绿体中色素的结果。不同蛋白质得以分离是因为_________________；不同色素得以分离是因为__________________________________。
[解析]　(1)洗涤红细胞时应使用生理盐水而不使用蒸馏水的原因是防止红细胞吸水涨破。(2)要去除血红蛋白中的小分子杂质，采用图1装置进行透析。透析液是磷酸缓冲溶液，一段时间后，若向烧杯中加入双缩脲试剂，透析袋内溶液出现紫色，判断的依据：双缩脲试剂可以透过半透膜，与袋内血清蛋白反应，生成紫色物质。(3)装填凝胶色谱柱时，色谱柱内不能有气泡的存在，原因是气泡会搅乱洗脱液中的蛋白质的洗脱次序，降低分离效果；由图4可知，a、b均为蛋白质分子，其中先从凝胶色谱柱中洗脱出来的是a，是因为a的相对分子质量大，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。(4)不同蛋白质得以分离是因为不同蛋白质所带的电荷性质、分子大小和形状等不同，导致电泳时迁移速度不同；不同色素得以分离是因为不同色素在层析液中的溶解度不同，导致层析时扩散速度不同。
[答案]　(1)防止红细胞吸水涨破　(2)磷酸缓冲溶液　出现紫色，双缩脲试剂可以透过半透膜，与袋内血清蛋白反应，生成紫色物质　(3)气泡会搅乱洗脱液中的蛋白质的洗脱次序，降低分离效果　相对分子质量大，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快　(4)不同蛋白质所带的电荷性质、分子大小和形状等不同，导致电泳时迁移速度不同　不同色素在层析液中的溶解度不同，导致层析时扩散速度不同
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1．(2020·全国卷Ⅱ)研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α­淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：
(1)在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是________，也可采用斐林试剂检测________的增加。
(2)在A3的分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常会在凝胶中添加SDS，SDS的作用是__________________和__________________。
(3)本实验中，研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统，结果如图所示。某同学据图判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响，其判断依据是______________________。

(4)在制备A3的固定化酶时，一般不宜采用包埋法，原因是__________________________(答出1点即可)。
[解析]　(1)在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可依据淀粉遇碘液变蓝的原理来检测底物淀粉的减少，也可以采用斐林试剂检测其水解产物还原糖的增加。(2)在蛋白质分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常在凝胶中添加SDS，SDS不仅能消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响，还能使蛋白质发生变性，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。(3)据题图分析可知，在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同，因此可判断，缓冲系统的组分对酶活性有影响。(4)在制备固定化酶时，一般采用物理吸附法或化学结合法，不宜采用包埋法，因为酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出。
[答案]　(1)碘液　还原糖(或葡萄糖)　(2)消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响　使蛋白质发生变性　(3)在pH相同时，不同缓冲系统条件下所测得的相对酶活性不同　(4)酶分子体积小，容易从包埋材料中漏出
2．(2020·全国卷Ⅲ)水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题：
(1)制作果汁时，可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、________(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物________(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。
(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，原因是_____________________________________________。
(3)现有甲乙丙三种不同来源的果胶酶，某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常，酶活性的高低可用_____________________________________________________________________
________________________________________________来表示。
(4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋，制作果酒需要________菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是________________。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌属于________(填“好氧”或“厌氧”)细菌。
[解