届人教版生物高考二轮复习专题九 第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用精品解析.docx
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届人教版生物高考二轮复习专题九第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用精品解析
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．果胶酶和纤维素酶的比较
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、CX酶、葡萄糖苷酶
蛋白质
2.加酶洗衣粉的洗涤原理
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（2012·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（2009·江苏，3D）（ × ）
3．多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层（2011·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（2009·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（2010·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（2011·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0.1cm3的正方体苹果块，试管均置于25℃室温条件下。
（1）请你帮助选取pH梯度：
________________________________________________。
（2）请设计两种方法改进实验，使实验在更短时间内完成。
________________________________________________________________________。
（3）生成果汁的量与酶活性强弱的关系是：
_____________________________________。
可根据________________________________________________________________________来判断最适pH。
（4）为确认澄清果汁的大量生成是由于果胶酶的作用，还应对实验进行怎样的设计？
________________________________________________________________________。
答案
（1）5、6、7、8、9
（2）①将苹果块换成苹果泥；②适当提高温度 （3）酶活性越强，果胶分解越快，生成的果汁量越多 相同时间内生成果汁量的多少 （4）另设计一组实验，不加果胶酶，其他条件不变
解析 在探究pH对果胶酶活性影响的实验中选取的pH梯度一般为5、6、7、8、9；将苹果块制成苹果泥，使苹果泥与果胶酶充分接触，从而提高酶促反应速率，缩短反应的时间；在一定温度范围内，适当提高反应的温度，也可以提高酶促反应速率。
题组二 从酶在洗涤剂中的应用进行命题
2．（2014·江苏，18）下列关于加酶洗衣粉的叙述，正确的是（ ）
A．高温易使酶失活，因此冷水洗涤去污效果应该比温水好
B．洗衣粉中表面活性剂对碱性蛋白酶活性有一定的促进作用
C．在pH低于7.0的自来水中，碱性蛋白酶依然能起作用
D．洗衣粉中酶主要是通过快速分解溶在水里的污渍发挥作用
答案 C
解析 A项，酶有最适温度，加酶洗衣粉的酶在水温为45～60°C时能充分发挥洗涤效果。
B项，如果将酶直接加入到洗衣粉中，洗衣粉中的表面活性剂能影响碱性蛋白酶的活性，甚至使酶失活。
C项，加酶洗衣粉中的酶是经过特殊处理的，能耐酸、耐碱，可忍受表面活性剂和较高的温度。
D项，加酶洗衣粉中的酶的作用是催化衣物上的污渍分解，使其容易从衣物上脱落下来。
影响酶活性的因素、酶的用量及实验
探究时注意的问题
（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。
考点二 植物组织培养
1．植物组织培养的过程
2．植物茎的组织培养与花药植株培养
菊花茎的组织培养
月季的花药培养
理论依据
细胞的全能性
基本过程
脱分化、再分化
影响因素
材料、营养、激素、pH、温度、光照等
选择材料
体细胞
花药（生殖细胞）
操作流程
制备培养基→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
[错混诊断]
1．在25°C的实验条件下可顺利完成的是制备用于植物组织培养的固体培养基（2014·北京，5D）（ × ）
2．在植物组织培养中，为了诱导菊花试管苗生根，培养基中一般不加入IAA（2012·新课标全国，39（4）改编）（ × ）
3．在植物组织培养中，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（2011·江苏，16B）（ × ）
4．在植物组织培养中，以花粉作为外植体可得到单倍体植株（2011·上海，22C）（ √ ）
5．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相同（2008·江苏，20D）（ × ）
题组 从植物组织培养的过程与技术进行命题
菊花的组织培养的大致过程如下图所示。
请回答下列问题：
图中B、C依次表示________________________过程（填名称），添加的关键激素是_______
_________________。
该实验操作成功的关键是________________，要对外植体、超净工作台等消毒，对________________等灭菌。
答案 脱分化、再分化 细胞分裂素、生长素 无菌操作（或无菌技术） 培养基（或培养器具）
解析 植物组织培养中B表示脱分化形成愈伤组织，C表示再分化形成试管幼苗，添加的关键激素是细胞分裂素、生长素，二者浓度的配比调节分化过程。
该实验成功的关键是无菌操作，要对外植体、超净工作台等消毒，对培养基（或培养器具）等灭菌。
植物激素与组织培养的关系
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
考点三 DNA和蛋白质技术
1．DNA的粗提取和鉴定方法
（1）操作流程
选取材料→破碎细胞，获取含DNA的滤液→去除滤液中的杂质→DNA的析出与鉴定。
（2）材料的选取：
选用DNA含量相对较高的生物组织。
（3）破碎细胞
①动物细胞：
易破碎，可通过吸水破裂。
②植物细胞：
加入洗涤剂、食盐后研磨。
（4）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10～15min，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10～15min，使蛋白质变性沉淀而DNA分子还未变性。
（5）DNA的析出：
向处理后的滤液中加入与滤液体积相等的、冷却的酒精溶液（体积分数为95%），静置2～3min，溶液中会出现白色丝状物，用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分。
（6）DNA的鉴定：
在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。
2．PCR技术
（1）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，如下图：
②复性：
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，如下图：
③延伸：
当温度上升到72℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在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，每次循环都要包括变性、复性、延伸三步。
②两个引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。
3．提取血红蛋白过程中样品的预处理及粗分离
[错混诊断]
1．DNA粗提取实验中两次用到蒸馏水的作用相同（ × ）
2．PCR扩增用到DNA聚合酶有热稳定性的特点（ √ ）
3．用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列（2013·江苏，22B）（ √ ）
4．关于高中生物学实验的基本原理，提取组织DNA是利用不同化合物在溶剂中溶解度的差异（2013·北京，5B）（ √ ）
题组一 对DNA的粗提取与鉴定进行命题
1．（2014·江苏，16）下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验叙述，错误的是（ ）
A．酵母和菜花均可作为提取DNA的材料
B．DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸馏水
C．向鸡血细胞液中加蒸馏水搅拌，可见玻棒上有白色絮状物
D．DNA溶液加入二苯胺试剂沸水浴加热，冷却后变蓝
答案 C
解析 A项，原则上含DNA的生物材料都可作为提取DNA的材料，只是DNA含量高的材料成功的可能性更大。
B项，DNA在2mol/L的NaCl溶液和蒸馏水中溶解度都较大。
C项，向鸡血细胞液中加蒸馏水搅拌，鸡血细胞会吸水破裂，玻棒搅拌会加快血细胞的破裂，但在蒸馏水中不会析出DNA。
D项，DNA溶液加入二苯胺试剂后需沸水浴加热，待冷却后变蓝色。
题组二 从PCR技术展开命题
2．在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析，PCR技术能快速扩增DNA片段，在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝，有效地解决了因为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的问题。
据图回答相关问题：
a链5′－G－G……T－C－3′ 5′－G－G－OH（引物Ⅰ）
b链3′－C－C……A－G－5′ ________（引物Ⅱ）
95℃↓
5′－G－G……T－C－3′ 3′－C－C……A－G－5′
55℃↓
5′－G－G……T－C－3′ 3′－C－C……A－G－5′
5′－G－G－OH
72℃↓
______________ ______________
（1）在相应的横线上写出引物Ⅱ，并在复性这一步骤中将引物Ⅱ置于合适的位置。
（2）在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。
（3）若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32P标记，请分析循环一次后生成的DNA分子的特点是______________________________；循环n次后生成的DNA分子中不含放射性的单链占总单链的比例为________。
（4）PCR反应过程的前提条件是____________，PCR技术利用DNA的________________原理解决了这个问题。
（5）在对样品DNA进行分析的过程中发现，DNA掺杂着一些组蛋白，要去除这些组蛋白可加入的物质是__________________。
答案
（1）5′—G—A—OH 5′—G—G……T—C—3′
HO—A—G—5′
（2）3′—C—C……A—G—5′ 3′—C—C……A—G—5′
5′—G—G……T—C—3′ 5′—G—G……T—C—3′
（3）每个DNA分子各有一条链含32P标记
（4）DNA解旋 热变性 （5）蛋白酶
解析
（1）DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，所以引物就提供了3′端，子链延伸方向5′→3′，引物Ⅰ与b链部分碱基互补，引物Ⅱ则与a链部分碱基互补，且连接到a链的3′端，故引物Ⅱ的结构为5′—G—A—OH，复性结果为：
HO—A—G—5′
5′—G—G……T—C—3′
（2）经过一次循环后，产生的两个DNA分子分别含有引物Ⅰ和引物Ⅱ。
（3）由于作为原料的四种脱氧核苷酸被32P标记，所以新合成的子链均含有放射性，一次循环后的两个DNA各有一条链含32P，若复制n次，产生子链共2n×2，其中只有亲本的两条母链不含32P，则其所占比例为2/（2n·2）＝1/2n。
（4）DNA复制是以两条母链为模板，按照碱基互补配对原则进行的。
因此，首先要解旋，使两条母链碱基暴露出来，才能按照碱基互补配对的原则把相应的核苷酸一个个地连接起来。
DNA分子在80～100℃的温度范围内变性，双链解开成单链，当温度慢慢降低时，又能重新结合形成双链。
（5）本题考查了DNA中杂质蛋白质的去除，利用酶的专一性，应加入蛋白酶。
题组三 从蛋白质提取与分离技术展开命题
3．红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完成的，血红蛋白的主要功能是携带O2或CO2，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验，来提取和分离血红蛋白。
请回答下列有关问题：
（1）血红蛋白提取和分离一般可分为四步：
__________、______________、______________和______________。
（2）实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。
①加入柠檬酸钠的目的是__________________________________________________。
②以上所述的过程即是样品处理，它包括___________、______________、分离血红蛋白溶液。
（3）然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。
样品纯化的目的是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及____________、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速率，从而实现样品中各种分子的分离。
答案
（1）样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定
（2）①防止血液凝固 ②红细胞的洗涤 血红蛋白的释放
（3）通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂蛋白除去
（4）分子本身的大小
解析 分离、提取血红蛋白的实验流程大致是样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定四个步骤。
柠檬酸钠属于抗凝剂。
血红蛋白是红色含铁的蛋白质。
凝胶色谱法分离蛋白质主要是依据蛋白质的相对分子质量大小来进行的。
（1）DNA粗提取与鉴定实验的易错点：
①本实验不能用哺乳动物成熟红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟红细胞无细胞核。
可选用鸡血细胞作材料。
②实验中两次使用蒸馏水，第一次的目的是使成熟的鸡血细胞涨破放出DNA，第二次的目的是稀释NaCl溶液，使DNA从溶液中析出。
（2）血红蛋白的提取与分离实验的易错点：
①红细胞的洗涤：
洗涤次数不能过少，否则无法除去血浆蛋白；要低速、短时离心，否则会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果。
②凝胶的预处理：
用沸水浴法不但节约时间，而且除去凝胶中可能带有的微生物，排除胶粒内的空气。
③色谱柱的装填：
装填时尽量紧密，减小颗粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。
④色谱柱成功的标志：
红色区带均匀一致地移动。
专题突破练
1．科研人员研究了不同洗涤浓度（单位体积的水中加入洗衣粉的量）的两种加酶洗衣粉的去污力（%），结果如下表。
下列说法错误的是（ ）
洗涤浓度
去污力/%
洗衣粉品种
0.2%
0.4%
0.6%
0.8%
加酶洗衣粉甲
71.5
78.9
80.0
79.9
加酶洗衣粉乙
69.5
80.4
80.6
80.5
A.实验时，需控制好温度、洗涤时间和洗涤方式等无关变量
B．若洗涤的是相同污布，则两种加酶洗衣粉的洗涤效果相似
C．实际洗涤时，除考虑适宜的洗涤浓度外，还需考虑衣服质地等
D．所有加酶洗衣粉最适洗涤浓度都为0.4%，浓度过大是不必要的
答案 D
解析 表中两种洗涤剂在不同浓度下洗涤效果基本相同；根据表中信息不能得出所有加酶洗衣粉最适洗涤浓度都为0.4%。
2．下列关于DNA和蛋白质提取与分离实验的叙述正确的有（双选）（ ）
A．提取细胞中的DNA和蛋白质都需要用蒸馏水涨破细胞
B．用不同浓度NaCl溶液反复溶解与析出DNA，可去除蛋白质
C．蛋白质提取和分离过程中进行透析可去除溶液中分子量较小的杂质
D．蛋白质和DNA中，只有蛋白质可以用电泳的方法进行分离纯化
答案 BC
解析 本题综合考查DNA和蛋白质的提取与分离实验。
熟知这两个实验的操作步骤是解题的关键。
如果提取动物细胞中的DNA和蛋白质，可以采用蒸馏水涨破细胞，但是如果用植物细胞来提取DNA，用蒸馏水就无法涨破细胞，所以应根据细胞的结构特点选择不同的方法（常用的有研磨法、超声波法、酶解法等）破碎细胞，故A错误。
透析法可以将蛋白质与其他小分子化合物，如无机盐、单糖、二糖、氨基酸等分离，但是不能将蛋白质与DNA分开，故C正确。
蛋白质和DNA都是大分子物质，都具有可解离的基团，皆可以用电泳的方法进行分离纯化，故D错误。
DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的不同而变化。
当NaCl溶液的物质的量浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。
利用这一原理，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出，故B正确。
3．请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。
实验用具和材料：
磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。
实验一：
探究果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤：
（1）将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。
（2）取两个100mL洁净烧杯，编号1、2，按相应程序进行操作，请完成表中未填写的内容。
操作
顺序
项目
烧杯
1
2
1
在烧杯中加入苹果泥
20mL
20mL
②
2mL
③
注入蒸馏水
④
在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不断搅拌
10min
10min
（3）取两个烧杯，同时进行过滤。
观察或比较__________________________________________，并记录结果。
实验结果的预测及结论：
如果________________________________________________________________________，
则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。
实验二：
探究果胶酶用量
假设你已经探究了果胶酶的最适温度（为45℃）和最适pH（为4.8），你还想进一步探究果胶酶的最适用量。
此时，实验的变量是_______________。
合理地设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。
请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。
（1）材料用具：
制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、体积分数为0.1%的NaOH和盐酸。
（2）实验步骤：
①取6支试管，编号1～6，分别加入______________________，调节pH至4.8。
②向1～6号试管中分别加入_______________________________________________，
然后放入45℃恒温水浴________________。
③________________________________________________________________________。
（3）结果与讨论：
怎样根据实验数据确定某一果胶酶用量是最适用量？
___________________
________________________________________________________________________。
答案 实验一：
（2）
操作顺序
项目
烧杯
1
2
①
在烧杯中加入苹果泥
20mL
20mL
②
在烧杯中加入2%的果胶酶溶液
2mL
③
注入蒸馏水
2mL
④
在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不断搅拌
10min
10min
（3）相同时间内，滤出果汁体积和果汁的澄清度 相同的时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高
实验二：
果胶酶的用量
（2）①等量的苹果泥 ②不同体积的果胶酶溶液 保温相同时间 ③过滤苹果泥并记录果汁体积 （3）随着果胶酶用量的增加，过滤到的果汁的体积也增加，当果胶酶的用量增加到某个值后，再增加果胶酶的用量，过滤到的果汁体积不再改变，说明这个值就是果胶酶的最适用量
4．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。
请回答下列问题：
（1）由图推知，该实验的目的是__________________________________________。
（2）下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答：
脸盆
编号
洗涤物（等量）
洗涤温度
洗衣粉（等量）
水量
洗净所需时间
1
油污布
45℃
加酶
2L
4min
2
油污布
45℃
普通
2L
7min
3
油污布
5℃
加酶
2L
9min
4
油污布
5℃
普通
2L
8min
①该实验设计体现了____________________原则。
②若实验组1号洗净所需时间接近7分钟，最可能的原因是________________。
（3）下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有________。
①棉织品②毛织品
③腈纶织品④蚕丝织品
（4）根据以上实验结果，写出两项提高加酶洗衣粉效果的措施。
__________________
_
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