版高考生物一轮复习 选修1 第3讲 生物技术在其他方面的应用.docx

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版高考生物一轮复习选修1第3讲生物技术在其他方面的应用

第3讲　生物技术在其他方面的应用

考纲要求

全国卷五年考情

1.从生物材料中提取某些特定的成分

2017·卷ⅢT37,2015·卷ⅠT39,2015·卷ⅠT39

2.DNA的粗提取与鉴定

无考题

考点一|植物芳香油和胡萝卜素的提取

（对应学生用书第241页）

[识记—基础梳理]

1．玫瑰精油的提取步骤及注意事项

（1）鲜玫瑰花瓣与清水→质量比为1∶4

（2）水蒸气蒸馏

（3）油水混合物

（4）分离油层→分液时不要将水放干，否则会损失部分玫瑰精油

（5）除水→静置过夜

（6）过滤→除去固体Na2SO4

（7）玫瑰油

2．橘皮精油的提取步骤及注意事项

（1）石灰水浸泡→分解果胶，破坏细胞结构，压榨时不会滑脱，提高出油率，过滤时不会堵塞筛眼

（2）漂洗→洗去石灰水

（3）压榨→

（4）过滤→

（5）静置→5～10℃下静置5～7天，使杂质沉淀

（6）再次过滤→

（7）橘皮油→包括滤液与吸出的上层橘油

3．胡萝卜素的提取与鉴定

（1）胡萝卜素的性质：

胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。

（2）实验步骤及注意事项：

粉碎→原料的颗粒大小和紧密程度影响萃取效率

　干燥→原料的含水量影响萃取效率

　萃取→

　过滤→过滤萃取液，除去不溶固体物质

　浓缩：

对萃取液进行浓缩，以挥发掉有机溶剂

　胡萝卜素

（3）胡萝卜素的鉴定

①鉴定方法：

纸层析法。

②鉴定原理：

不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同，通过比较提取样品和标准样品层析的结果，可以判断提取样品的纯度。

③实验步骤：

量做基线：

在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一

基线，在基线上取A、B、C、D四点

对照点样：

A、D点点标准样品，B、C点点提取样品

　干燥层析：

吹干滤纸上的溶剂，放入色谱容器中层析

　对比观察：

对比观察萃取样品与标准样品的异同

④结果分析（如下图）：

a为β胡萝卜素，b为其他色素。

[理解—深化探究]

1．植物芳香油提取方法的比较

提取

方法

水蒸气蒸馏法

压榨法

有机溶剂萃取法

实验

原理

利用水蒸气将挥发性较强的芳香油携带出来

通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油

使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后就可获得芳香油

提取

方法

水蒸气蒸馏法

压榨法

有机溶剂萃取法

方法

步骤

①水蒸气蒸馏

②分离油层

③除水过滤

①石灰水浸泡、漂洗

②压榨、过滤、静置

③再次过滤

①粉碎、干燥

②萃取、过滤

③浓缩

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液中

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．胡萝卜素层析过程中的注意事项

（1）点样的斑点直径不能太大，点样要快速、细致。

（2）卷纸时注意滤纸的两边不能相互接触，以免溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。

（3）如用吹风机吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。

（4）纸层析过程不能让层析液淹没点样，否则实验失败。

[运用—考向对练]

考向1　芳香油的提取与分离

1．（2018·昆明市高三检测）回答下列玫瑰精油提取中的有关问题。

（1）用于提取精油的玫瑰花一般在花开的盛期采收，原因是______________。

（2）可用萃取法提取玫瑰精油，依据是______________。

要使有机溶剂不与水混溶，最好选用________（填“乙酸乙酯”或“乙醇”）作为萃取剂。

（3）也可用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油，依据是________________________。

蒸馏获得乳化液后需加入________，促进油水分层。

（4）用传统的水蒸气蒸馏法，玫瑰精油出油率较低。

科研人员在适宜条件下用不同的辅助方法探究最优提取方法，结果如下表。

不同处理

无辅助方法

超声波、微波

酶

高压脉冲电场

出油率（%）

0.0802

0.0930

0.0900

0.1050

蒸馏时间（h）

4

2.5

3

2

该实验的自变量是______________，据实验结果，水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油的最优辅助方法为_____________________，依据是_________________。

[解析]　

（1）玫瑰花开的盛期，花朵中含油量最高，最适合提取玫瑰精油。

（2）玫瑰精油难溶于水，易溶于有机溶剂，所以一般用萃取法提取玫瑰精油；乙醇可以溶于水，所以要使有机溶剂不与水混溶，最好选用乙酸乙酯作为萃取剂。

（3）玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，能随水蒸气一同蒸馏，所以也可以用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油；蒸馏获得乳化液后需加入NaCl，以促进油水分层。

（4）根据表格分析，该实验的自变量是不同的辅助方法，因变量是出油率和时间；根据实验结果分析，高压脉冲电场辅助提取方法下，出油率最高，用的时间最短，说明该方法最好。

[答案]　

（1）此阶段花朵含油量最高　

（2）玫瑰精油难溶于水，易溶于有机溶剂　乙酸乙酯　（3）玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，能随水蒸气一同蒸馏　NaCl　（4）不同的辅助方法　高压脉冲电场辅助提取　高压脉冲电场辅助提取玫瑰精油出油率较高，达到最高出油率的蒸馏时间较短

　薄荷叶富含维生素、蛋白质和薄荷油，具有疏散风热、清利咽喉、消炎镇痛的作用。

请回答下列问题：

（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和___________等。

提取薄荷油可以用水蒸气蒸馏法，该方法能利用水蒸气将____________的薄荷油携带出来。

（2）在提取薄荷油的过程中，向得到的油水混合物中加入NaCl后，薄荷油将分布于液体的____________（填“上层”或“下层”），然后用____________将这两层分开。

分离得到的薄荷油油层中含有一定量的水分，可用____________吸水。

[解析]　

（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和萃取法等。

薄荷油具有挥发性强的特点，可用水蒸气蒸馏法提取。

（2）在提取薄荷油的过程中，向得到的油水混合物中加入NaCl后薄荷油将分布在上层。

可用分液漏斗将两层分开。

用无水Na2SO4将薄荷油中的水除去。

[答案]　

（1）萃取法　挥发性较强

（2）上层　分液漏斗　无水Na2SO4

考向2　胡萝卜素的提取与分离

2．（2017·江西省南昌市二模）请回答下列有关胡萝卜素提取的问题：

（1）从植物中提取胡萝卜素常用的方法是________，所用溶剂具有____________________________________________________的特点。

（2）萃取前，要将胡萝卜进行粉碎和干燥，新鲜的胡萝卜干燥处理时要注意控制________。

（3）因为有机溶剂易燃，萃取时应采用________方式加热。

为了防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装________装置，而萃取液可进一步用蒸馏装置进行________处理。

（4）鉴定胡萝卜素粗品的方法是________。

在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL溶解在石油醚中的________样品和提取样品，在A、D和B、C点上点样。

点样液挥发干后，将滤纸卷成圆筒状，置于装有1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。

[解析]　

（1）从植物中提取胡萝卜素常用的方法是萃取法，用于萃取胡萝卜素的萃取剂应具有较高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶的特点。

（2）新鲜的胡萝卜含有大量的水分，在干燥处理时要注意控制温度和时间，温

度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解。

（3）萃取剂为有机溶剂，有机溶剂易燃，因此萃取时应采用水浴方式加热。

为了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，而萃取液可直接使用蒸馏装置进行浓缩处理。

（4）鉴定胡萝卜素粗品的方法是纸层析法。

在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL溶解在石油醚中的标准样品和提取样品，在A、D和B、C点上点样。

点样液挥发干后，将滤纸卷成圆筒状，置于装有1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。

[答案]　

（1）萃取法　较高的沸点，能充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶

（2）温度和时间

（3）水浴加热　回流冷凝（冷凝管）　浓缩

（4）纸层析法　标准

[技法总结]物质分离的方法及植物有效成分的提取方法

1．物质分离的方法：

（1）分离油水混合物可以采用分液的方法。

（2）除去压榨液中的固体物和残渣通常采用过滤的方法。

（3）除去液体中质量较小的固体残留物通常采用离心的方法。

（4）除去芳香油中的残留水分常采用加入无水硫酸钠后过滤的方法。

（5）除去不易挥发的植物有效成分中的有机溶剂常采用蒸馏法。

2．依据植物有效成分的特性选择提取方法：

（1）提取挥发性强的植物芳香油：

蒸馏法。

（2）提取易溶于有机溶剂的植物有效成分：

萃取法。

（3）提取原料中含量高的植物有效成分：

压榨法。

3．鉴定胡萝卜素常采取纸层析法。

　胡萝卜素是一种常用的食用色素，在保护视力方面具有重要功效。

从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取胡萝卜素的流程图如下，请据图回答：

（1）筛选产胡萝卜素的酵母菌R时，从功能上看，所用培养基为____________培养基。

（2）在培养酵母菌R时，培养基中的蔗糖和硝酸盐可提供____________等营养。

（3）从胡萝卜中提取胡萝卜素，干燥时应控制好____________，以防止胡萝卜素分解；萃取时一般不直接用酒精灯加热而用水浴加热，因为____________。

在萃取液浓缩前需要进行____________。

（4）用纸层析法鉴定提取的胡萝卜素时需用____________作为对照。

（5）某同学通过植物组织培养获得无病毒高产胡萝卜植株，在操作时不慎污染了培养基。

欲确定培养基上的微生物中是否含有纤维素分解菌，可将它们放在含____________染料且以____________为唯一碳源的培养基中培养鉴别。

[解析]　本题考查微生物的分离和培养、植物有效成分的提取等有关知识。

（2）蔗糖含有C、H、O三种元素，可提供碳源，硝酸盐可以提供氮源。

（3）干燥处理时要控制好时间和温度，防止胡萝卜素分解，萃取剂易燃易爆，因此萃取时一般不用酒精灯加热，浓缩之前要进行过滤。

（4）用纸层析法进行鉴定时，要用胡萝卜素标准样品进行对照实验。

（5）由于刚果红能与纤维素形成红色复合物，因此可以用来鉴定纤维素分解菌的存在，培养基中以纤维素为唯一碳源，可以让能分解纤维素的细菌生长。

[答案]　

（1）选择　

（2）碳源和氮源　（3）时间和温度　萃取剂易燃易爆　过滤　（4）胡萝卜素标准样品　（5）刚果红　纤维素

考点二|DNA的粗提取与鉴定

（对应学生用书第243页）

[识记—基础梳理]

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

2mol/LNaCl溶液中

溶解

析出

0.14mol/LNaCl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

[理解—深化探究]

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2mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14mol/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0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA（黏稠物）。

（3）过滤溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液。

3．用4次NaCl溶液

（1）用2mol/L的NaCl溶液，过滤除去不溶的杂质。

（2）用0.14mol/L的NaCl溶液，析出DNA。

（3）用2mol/L的NaCl溶液，溶解DNA。

（4）用2mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于DNA的鉴定。

[运用—考向对练]

考向　考查DNA的粗提取与鉴定的原理及操作流程等

某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。

具体步骤如下：

材料处理：

称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10g。

剪碎后分成两组，一组置于20℃，另一组置于－20℃条件下，保存24h。

DNA粗提取：

第一步：

将上述材料分别放入研钵中，各加入15mL研磨液，充分研磨。

用两层纱布过滤，取滤液备用。

第二步：

先向6只小烧杯中分别注入10mL滤液，再加入20mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。

第三步：

取6支试管，分别加入等量的2mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：

在上述试管中各加入4mL二苯胺试剂。

混合均匀后，置于沸水中加热5min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：

材料保存温度

花菜

辣椒

蒜黄

20℃

＋＋

＋

＋＋＋

－20℃

＋＋＋

＋＋

＋＋＋＋

注：

“＋”越多表示蓝色越深。

分析上述实验过程，回答下列问题：

（1）该探究性实验课题名称是_________________________________________

_________________________________________________________________。

（2）第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少________。

（3）根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：

与20℃相比，相同实验材料在－20℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2：

__________________________________________________________

_________________________________________________________________。

②针对结论1，请提出合理的解释：

__________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　从题目实验步骤看出，该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响，在第二步中，为了防止DNA断裂，要缓缓地搅拌；从表中结果看出，由于低温抑制了相关酶的活性，DNA降解慢，使得相同材料在低温保存下的DNA提取量大；在相同条件下，蒜黄蓝色最深，说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最大。

[答案]　

（1）探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响

（2）DNA断裂　（3）①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多　②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢

真题验收|感悟高考　淬炼考能

（对应学生用书第244页）

1．（2017·全国卷Ⅲ）绿色植物甲含有物质W，该物质为无色针状晶体，易溶于极性有机溶剂，难溶于水，且受热、受潮易分解。

其提取流程为：

植物甲→粉碎→加溶剂→振荡→收集提取液→活性炭处理→过滤去除活性炭→蒸馏（含回收溶剂）→重结晶→成品。

回答下列问题：

（1）在提取物质W时，最好应选用的一种原料是________（填“高温烘干”“晾干”或“新鲜”）的植物甲，不宜选用其他两种的原因是________

_______________________________________________________________。

（2）提取物质W时，振荡的作用是__________________________________。

（3）活性炭具有很强的吸附能力，在提取过程中，用活性炭处理提取液的目的是_____________________________________________________________。

（4）现有丙酮（沸点56℃）、乙醇（沸点约78℃）两种溶剂，在提取物质W时，应选用丙酮作为提取剂，理由是_____________________________________

________________________________________________________________。

（5）该实验操作过程中应注意的事项是________________________________

__________________________________________________（答出两点即可）。

[解析]　

（1）高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果，因此，原料应选用晾干的植物甲。

（2）提取物质W时，振荡的作用是使粉碎的颗粒与有机溶剂充分混匀，从而使物质W充分溶解于极性有机溶剂中。

（3）绿色植物甲中含有色素，色素也能溶于有机溶剂，用活性炭处理提取液的目的是去除提取液中的色素，以增加成品的纯度。

（4）与乙醇相比，丙酮的沸点较低，而物质W受热易分解，故应选用丙酮作为提取剂，蒸馏时物质W分解较少。

（5）在该实验操作过程中应注意的事项是在温度较低的情况下操作，防火，控制处理的时间等。

[答案]　

（1）晾干　高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果　

（2）使原料和溶剂充分混匀　（3）去除提取液中的色素　（4）丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少　（5）在温度较低的情况下操作，防火

2．（2015·全国卷Ⅱ）回答与胡萝卜素有关的问题：

（1）胡萝卜含有的胡萝卜素中，最主要的是________（填“α胡萝卜素”、“β胡萝卜素”或“γ胡萝卜素”），该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子________，后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症，该疾病称为________，胡萝卜素是________（填“挥发性”或“非挥发性”）物质。

（2）工业生产上，用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时，________（填“需要”或“不需要”）将新鲜的岩藻干燥。

（3）现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂，应选用其中的____________作为胡萝卜素的萃取剂，不选用另外一种的理由是______________________________。

[解析]　

（1）胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β胡萝卜素，β胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。

胡萝卜素是非挥发性物质。

（2）胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。

（3）萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。

乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。

[答案]　

（1）β胡萝卜素　维生素A　夜盲症　非挥发性

（2）需要

（3）乙酸乙酯　萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶，而乙醇为水溶性有机溶剂（其他合理答案也给分）

3．（2017·海南高考）绿藻A是某种单细胞绿藻，能够合成物质W。

某小组为探究氮营养缺乏对绿藻A增殖及物质W累计的影响，将等量的绿藻A分别接种在氮营养缺乏（实验组）和氮营养正常（对照组）的两瓶培养液中，并在适宜温度和一定光强下培养。

定时取样并检测细胞浓度和物质W的含量，结果如图。

（1）从图甲可知，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长曲线呈________型。

（2）综合图甲和图乙的信息可知，在生产上，若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W，可以采取的措施是

_______________________________________________________________。

（3）若物质W是类胡萝卜素，根据类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂的特点，应选择的提取方法是________。

用纸层析法可以将类胡萝卜素与叶绿素分开，纸层析法分离的原理是_____________________________________

________________________________________________________________。

（4）在以上研究的基础上，某人拟设计实验进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响，则该实验的自变量是________________。

（5）与在光照条件下相比，若要使绿藻A在黑暗条件下增殖，需要为其提供________（填“葡萄糖”或“纤维素”）作为营养物质，原因是__________。

[解析]　

（1）由甲图可知，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长曲线呈“S”型。

（2）由甲图可知，正常氮营养液中绿藻增殖速度较缺氮营养液中绿藻增殖速度快；由乙图可知，正常氮营养液中物质W的含量较缺氮营养液中物质W含量低。

因此，综合图甲和图乙的信息可知，在生产上，若要用少

量的绿藻A获得尽可能多的物质W，可以采取的措施是先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养。

（3）类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂，因此提取胡萝卜素应该选择萃取法。

用纸层析法可以将类胡萝卜素与叶绿素分开，纸层析法分离的原理是：

类胡萝卜素和叶绿素在层析液（有机溶剂）中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离。

（4）该实验的目的是进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响，则该实验的自变量是培养基中的氮营养浓度。

（5）在黑暗下，绿藻不能进行光合作用合成糖类（有机物），需要吸收葡萄糖为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利用。

因此，与在光照条件下相比，若要使绿藻A在黑暗条件下增殖，需要为其提供葡萄糖作为营养物质。

[答案]　

（1）“S”　

（2）先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养　（3）萃取　类胡萝卜素和叶绿素在层析液（有机溶剂）中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离　（4）培养基中的氮营养浓度　（5）葡萄糖　在黑暗下，绿藻不能进行光合作用合成糖类（有机物），需要吸收葡萄糖作为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利