步步高生物二轮专题复习与增分策略专题九 第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用.docx
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步步高生物二轮专题复习与增分策略专题九第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用
第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用
考纲要求
5年考情
2009
2010
2011
2012
2013
1.酶活力测定的一般原理和方法
—
—
上海，（五）
—
—
2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用
江苏，31
江苏，3
江苏，15
江苏，16
四川，4
海南，30
3.植物的组织培养
山东，34
安徽，31Ⅱ
江苏，16
山东，34
新课标全国，39
新课标全国Ⅱ，40
江苏，11
4.蛋白质的提取和分离
—
—
广东，5
—
四川，10
5.PCR技术的基本操作和应用
—
—
安徽，31Ⅱ
江苏，33
—
重庆，8
北京，5
6.DNA的粗提取和鉴定
—
江苏，32
江苏，19
江苏，18
江苏，4
北京，5
填充关键点
思考连接处
（1）加酶洗衣粉的原理是什么？
提示 利用了酶的专一性和高效性。
（2）提取DNA的主要方法是什么？
提示 盐析法。
考点1 酶的应用
构建酶应用的网络图
【思维辨析】
（1）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）（×）
提示 据酶的专一性可确定，含蛋白酶的洗衣粉不能去除油渍（脂肪类物质）。
（2）多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层（2011，江苏，15D）（×）
提示 多酶片中的胃蛋白酶应位于片剂核心层的外层，而片剂的核心层是在小肠中发挥作用的胰蛋白酶等消化酶。
【归纳提炼】
1．酶活性不等同于酶促反应速度
同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。
2．加酶洗衣粉
（1）与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，又由于不含磷元素，酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染。
（2）一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。
（3）酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。
（4）人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀，而使人患过敏性皮炎、湿疹等。
因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
（5）加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。
例1
加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。
请回答下列问题：
（1）由下图推知，该实验的目的是______________________________________________。
50℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是________%。
（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
问题。
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1号实验组洗净油污布所需时间接近7min，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，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：
____________
________________________________________________________________________。
破题思路 确定实验变量→确定对照组、实验组→提出解决问题的措施。
个性分析
（1）由题图可知，实验中存在两个变量：
温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。
在50℃时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。
（2）由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。
若1号实验组洗净油污布所需时间接近7min，最可能的原因是酶已经失活。
（3）蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品
等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。
（4）用温水浸泡（提高酶的活性），延长浸泡时间（增加酶的催化时间），增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。
答案
（1）探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响 0.6
（2）对照、单一变量 酶失活 （3）②④
（4）用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等（写出两项合理答案即可）
考点2 植物组织培养
1．用流程图的形式写出植物组织培养的过程
答案
2．比较下表中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
3．据表思考相关问题
（1）上述两种培养过程均需全程光照吗？
答案 在初期，菊花茎的组织培养需光照，月季的花药培养不需光照，而在后期均需
光照。
（2）菊花茎的组织培养实验中，为什么要选择未开花的植株的茎上部新萌生的侧枝？
答案 该部分不仅分生能力强，而且无病毒侵染。
（3）月季的花药培养的实验中，为什么要选择花粉发育过程中的单核靠边期的花药进行培养，而不是选择花粉？
答案 因为此时花瓣未开，微生物不易侵入，便于消毒。
【归纳提炼】
植物激素与组织培养
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
例2
（2013·重庆卷，5）某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。
下列有关叙述，错误的是（ ）
A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害
B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞
C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控
D．生根时，培养基通常应含α－萘乙酸等生长素类调节剂
破题思路
（1）明确消毒的意义，确定A选项；
（2）诱导细胞融合首先要细胞膜融合，由此确定B选项。
个性分析 消毒剂的使用既要杀死表面微生物，又要防止伤害组织细胞，影响组织培养，A项正确；植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体的诱导融合，带有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞，B项错误；出芽和生根都是细胞再分化的结果，其实质是基因的选择性表达，C项正确；α－萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根，D项正确。
答案 B
考点3 DNA、蛋白质技术
1．用流程图表示DNA粗提取与鉴定的主要步骤
答案 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．比较细胞内DNA复制与PCR技术的不同
项目
DNA复制
PCR技术
场所
细胞内
细胞外
能量
ATP提供能量
不需ATP提供能量
酶
解旋酶、DNA聚合酶
耐高温的TaqDNA聚合酶
是否有转录
伴有转录，产生引物
无转录，需加入两种引物
引物
RNA
DNA或RNA
温度
体内温和条件
高温
特点
边解旋边复制，半保留复制
体外迅速扩增
循环次数
受生物体自身控制
30多次
3．用流程图表示血红蛋白提取中的样品处理与粗分离的一般步骤
答案 红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液→透析。
【归纳提炼】
1．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。
2．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。
（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10～15min，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。
（4）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。
（5）DNA的鉴定：
在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。
3．提取血红蛋白过程中样品的预处理及粗分离
红细胞的洗涤
↓
血红蛋白的释放
↓
分离血红蛋白溶液
↓
透析
例3
（2013·江苏卷，4）某同学用洋葱进行DNA粗提取和鉴定实验，下列操作错误的是（ ）
A．加入洗涤剂后用力进行快速、充分的研磨
B．用蛋白酶纯化过滤后的研磨液中的DNA
C．加入酒精后用玻璃棒轻缓搅拌
D．加二苯胺试剂摇匀后沸水浴加热
破题思路
（1）实验操作要规范，确定A、C选项；
（2）明确实验条件，确定D选项。
个性分析 加入洗涤剂后研磨动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫，不利于后续步骤的操作，A错误；利用蛋白酶分解杂质蛋白，从而使提取的DNA与蛋白质分开，起到纯化的作用，B正确；加入酒精溶液，静置溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA，用玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌，防止断裂，C正确；用二苯胺鉴定DNA需要水浴加热，D正确。
答案 A
1．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
答案 A
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。
2．（2013·江苏卷，11）某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。
为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗。
下列技术中不能选用的是（ ）
A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗
C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
答案 B
解析 本题采用直选法。
通过花粉粒组织培养获得的是单倍体，不能保持原植株的优良特性，故B错误。
3．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
答案 D
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。
粗分离血红蛋白分四步：
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，其原理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率较快；血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况，并据此判断分离效果。
4．（2013·江苏卷，22）小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因（目的基因）后再重组表达。
下列相关叙述正确的是（多选）（ ）
A．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列
B．用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列
C．PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶
D．一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞
答案 BD
解析 扩增后的目的基因需要与表达载体连接，这将涉及相关限制酶识别的序列，故设计引物时应考虑相关的碱基序列，A错误；PCR过程中，通过引物与模板链配对连接后，按照碱基互补配对原则进行延伸，故不必知道目的基因的全部序列，B正确；PCR体系中添加的是耐高温的DNA聚合酶，C错误；受体细胞的选择应适合目的基因的表达，如制备分泌蛋白的最佳受体是真核细胞，D正确。
5．（2012·山东卷，34（节选））辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。
辣椒素的获得途径如下图。
（1）图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的________和__________过程。
（2）图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是________。
培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值____（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。
对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是________________。
（3）图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是________。
用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是__________和纤维素酶。
答案
（1）脱分化（或去分化） 再分化
（2）琼脂 低 高压蒸汽灭菌
（3）70% 果胶酶
解析
（1）由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程称为脱分化，对脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化出根或芽等器官，这个过程叫做再分化。
（2）培养基中常用的凝固剂是琼脂。
同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比值大小影响植物细胞的发育方向，生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽
的分化；反之，有利于根的分化。
培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。
（3）外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。
酶解法将愈伤组织分离成单细胞所用的酶是果胶酶和纤维素酶。
1．下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述，合理的是（ ）
A．先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度
B．实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度
C．相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉
D．衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果
答案 B
解析 本实验的自变量是洗衣粉的种类，因变量是洗涤效果，无关变量有温度、pH、衣物质地（因为酶具有专一性）、洗衣粉的用量等，探究实验中除自变量外应给予相同且适宜的其他条件，才能排除无关变量对实验结果的干扰，根据上述分析，符合题意的是B，热水溶解洗衣粉可能使酶失活，只有适宜pH条件中加酶洗衣粉才有好的洗涤效果，故A、C、D均不符合题意。
2．如图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养成植株的过程。
下列相关叙述中，正确的是
（双选）（ ）
A．②和③阶段发生有丝分裂
B．①阶段需要生长素而③阶段仅需要细胞分裂素
C．①阶段不仅有细胞增殖且细胞分化速率很快
D．此兰花的花药离体培养所得的植株体细胞中有两个染色体组
答案 AD
解析 ②③阶段表示愈伤组织及胚状体分裂、分化的过程，无生殖细胞形成，因此只进行有丝分裂，故A正确；在植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素的用量比例会影响其分化方向，植物组织培养的各个阶段均需要生长素和细胞分裂素；愈伤组织是未分化的细胞，因此①阶段有细胞分裂但无细胞分化；用于植物组织培养的四倍体兰花，其体细胞中含有四个染色体组，其花粉中含有两个染色体组，因此D项正确。
3．有人设计实验探究加酶洗衣粉是否能提高去污力并优于普通洗衣粉，实验分为两组，一组衣物用加酶洗衣粉洗涤，另一组衣物用普通洗衣粉洗涤，该实验设计缺少（ ）
A．用加酶洗衣粉洗涤和用适量普通洗衣粉洗涤的对照
B．既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤（即只用清水）的对照
C．用普通洗衣粉洗涤和用少量加酶洗衣粉洗涤的对照
D．用少量普通洗衣粉洗涤和用大量加酶洗衣粉洗涤的对照
答案 B
解析 该实验的自变量是加酶洗衣粉、普通洗衣粉。
实验设计应分为三组，其中实验组有两组：
一组用加酶洗衣粉，一组用普通洗衣粉；另外应有一个空白对照组，既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤，而是用清水洗涤。
4．下列关于DNA和血红蛋白的粗提取与分离（鉴定）实验的叙述，正确的是（ ）
A．提取DNA或血红蛋白都可用猪的成熟红细胞
B．DNA的粗提取与鉴定实验中，两次DNA析出的方法相同
C．实验中都要去除杂质以便得到较纯净的DNA或血红蛋白
D．提取出的血红蛋白溶液在双缩脲试剂中即可观察到紫色
答案 C
解析 猪的成熟红细胞无细胞核，故不能作为提取DNA的生物材料；在DNA的粗提取与鉴定实验中，第一次DNA的析出是利用DNA在不同氯化钠溶液中的溶解度不同，第二次是利用DNA不溶于酒精的原理；血红蛋白不溶于双缩脲试剂，且血红蛋白为红色，紫色反应不易观察。
5．（2012·广东理综，29）食品种类多，酸碱度范围广。
生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：
（1）
pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。
据图可知，____________________________更适宜作为食品添加剂，理由是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
蛋白酶的活力可用__________________________________的量来表示。
（2）该蛋白酶的提取工艺流程如下：
兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。
结果显示，酶保护剂浓度在0.02～0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。
他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。
请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。
答案
（1）木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化 单位时间内、单位体积中底物减少（或产物增加）
（2）课题名称：
探究酶保护剂的浓度和提取液的pH的最佳组合
提取液的pH
底物的减少量（或产物
的产生量）
酶保护剂浓度mol/L
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
解析
（1）题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱度适应范围，由图可知，木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化，所以可以选作食品添加剂。
酶的活力可用单位时间内、单位体积中底物的减少量（或产物的增加量）来表示。
（2）由题中信息可知酶保护剂的适宜浓度范围和提取液pH的适宜范围，故实验的自变量是酶保护剂的浓度和提取液的pH，需在适宜范围内确定较小的梯度进行实验。
实验结果记录表要包含自变量酶保护剂的浓度和提取液的pH以及因变量底物的减少量（或产物的产生量）。
6．某同学通过实验来探究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）酶活性越高，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度，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度。
7．请回答下列生物技术有关问题：
（1）DNA变性后，当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又会重新结合成双链，称为________。
PCR技术利用了DNA的________原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合。
（2）若用花药进行离体培养则应选择花粉发育至__________期的花药培养成功率最高。
答案
（1）复性 热变性
（2）单核
解析
（1）DNA热变性后可以再恢复到原
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