创新设计专题四生物技术在其他方面的应用

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3．PCR 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3．PCR 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① 基本过程：外植体――→② 愈伤组织――→③ 幼苗―→移栽影响因素⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧材料：④ 、⑤ 、保存时间长短等营养⎩⎪⎨⎪⎧无机营养⎩⎪⎨⎪⎧大量元素⑥ 有机营养：⑦ 、⑧ 、⑨ 、肌醇以及蔗糖等激素：○10和⑪ pH ：⑫ 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→⑬ →培养→⑭ →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？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。

2．DNA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：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：①全能性②脱分化③再分化④种类⑤年龄⑥微量元素⑦维生素⑧甘氨酸⑨烟酸○10生长素⑪细胞分裂素⑫5.8⑬接种⑭移栽⑮全能性⑯四分体时期⑰单核期⑱双核期⑲脱分化⑳胚状体○21愈伤组织○22初花期○23完全未开放○24单核期(细胞核由中央移向细胞一侧的时期)○25醋酸洋红法○26焙花青—铬矾法○27红○28蓝黑○29从受伤部位产生愈伤组织○30彻底去除花丝○31愈伤组织○32胚状体○33长出愈伤组织○34分化培养基上○35幼小植株分开○36相对分子质量的大小○37进入凝胶内部○38酸和碱○39基本不变○40电场○41凝胶色谱操作○42凝胶色谱柱的装填○43DNA模板○44四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶○45体外○46复性○47压榨○48萃取○49水蒸气○50油层和水层○51水中蒸馏○52水上蒸馏○53水气蒸馏○54有机溶剂○55有机溶剂○56水蒸气蒸馏○57漂洗○58静置○59岩藻○60微生物○61干燥○62萃取○63浓缩比一比：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：①PCR不需要解旋酶，而生物体内DNA复制时需要解旋酶；②PCR需要耐热的DNA聚合酶，而生物体内DNA聚合酶在高温时会变性；③PCR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。

①水中蒸馏：原料放在蒸馏容器的水中，水要完全浸没原料。

②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。

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。

(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β­胡萝卜素是最主要的成分，可以用来：①治疗因缺乏维生素A而引起的疾病。

②优质食用色素、饲料、饮料、食品的添加剂。

③抗癌、治癌。

,植物的组织培养技术高考地位：5年12考（2011江苏卷，2010全国课标卷、安徽卷、浙江卷……）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,Ｆ形成愈伤组织再分化,Ｆ长出丛芽―→生根移栽,Ｆ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。

2．3.生长素用量细胞分裂素用量的比值⎩⎪⎨⎪⎧①高：利于根的分化、抑制芽的形成②低：利于芽的分化、抑制根的形成③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,多聚酶链式反应扩增DNA片段高考地位：5年4考（2011江苏卷、安徽卷，2010广东卷……）2.PCR反应的过程及结果(1)PCR反应过程：①变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链，如图：②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：③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：①PCR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。

②两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，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D ．PCR 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Ⅰ延伸而成的DNA 单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA 的延伸。

DNA 变性(90～95 ℃)：双链DNA 模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA 。

复性(55～65 ℃)：系统温度降低，引物与DNA 模板结合，形成局部双链。

延伸(70～75 ℃)：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次循环，具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为__________。