2016届高考生物(全国通用)总复习教师用书配套课件专题四生物技术在其他方面的应用(选修一)

专题4生物技术在其他方面的应用考纲考情三年14考高考指数：★★★★★1.从生物材料中提取某些特定的成分2.蛋白质的提取和分离3.PCR技术的基本操作和应用4.DNA的粗提取与鉴定三年考题2014年(3考)：山东T34，江苏T16、T302013年(9考)：山东T34，江苏T4，江苏T22，广东T28，北京T5，安徽T31，海南T30，四川T4，四川T102012年(2考)：山东T34，江苏T18考情播报1.考查内容：主要考查DNA的粗提取与鉴定、PCR技术的应用、蛋白质的提取和分离、植物有效成分的提取等知识。2.考查方式：通常以多知识点结合的方式考查综合分析问题的能力，如考查植物有效成分的提取时，会结合微生物的培养与应用、植物组织培养等知识，考查蛋白质的提取和分离时会结合微生物的培养与应用、酶的研究与应用等知识。3.考查题型：江苏生物单科卷中多以选择题的形式出现，广东、四川卷中以选择题的个别选项的形式出现，其他省份的理科综合卷多以一道非选择题的形式出现，属中低档题。【知识梳理】一、DNA和蛋白质技术1.DNA的粗提取与鉴定：(1)基本原理：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在_______________方面的差异，提取DNA，去除其他成分。(2)DNA的粗提取原理。①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中_______不同。在NaCl溶液浓度为____________时，DNA的溶解度最小。②DNA不溶于_____溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液。物理和化学性质溶解度0.14mol/L酒精(3)主要步骤及注意事项：实验材料的选取→破碎细胞→①选用DNA含量相对较高的生物组织②动物材料更容易①加入蒸馏水可使_______________②加入洗涤剂可___________③加入NaCl可________红细胞吸水破裂瓦解细胞膜溶解DNA获取含DNA的滤液→过滤，取滤液去除滤液中的杂质→DNA的析出→利用DNA不溶于_______________的原理，析出DNA。DNA的鉴定→①控制_________的浓度去除杂质②利用嫩肉粉中的_______分解蛋白质③利用_____使蛋白质变性①方法：DNA溶液中加入_______试剂，沸水浴加热5min②现象：溶液变_____NaCl溶液蛋白酶高温冷却的酒精溶液二苯胺蓝色2.多聚酶链式反应扩增DNA片段：(1)PCR原理。①DNA的热变性：②PCR环境：一定的_________中。缓冲溶液变性冷却③PCR条件过程控制：控制_____使DNA复制在体外反复进行。DNA母链：PCR模板酶：______________引物：分别与___________相结合原料：四种___________TaqDNA聚合酶两条模板链脱氧核苷酸温度(2)PCR过程：变性→复性→延伸→(3)PCR结果：两引物间固定长度的DNA序列呈_____扩增(即2n)。①条件：温度上升到___℃以上②实质：双链DNA_____为单链①条件：温度下降到___℃左右②实质：两种_____与两条单链DNA结合①条件：温度上升到___℃左右②实质：在______________的作用下，合成子链90解聚50引物72TaqDNA聚合酶指数3.血红蛋白的提取和分离：(1)常用方法(2)实验步骤：样品处理(红细胞的洗涤→_________的释放→分离血红蛋白溶液)→粗分离→_____→纯度鉴定。①_________法：依据_____________的大小分离蛋白质②_____法：依据_____________、分子本身大小、形状的不同分离蛋白质凝胶色谱相对分子质量电泳带电性质差异血红蛋白纯化二、植物有效成分的提取1.提取玫瑰精油实验：(1)方法：___________法。(2)实验流程：鲜玫瑰花___________→油水混合物玫瑰油除水分离油层水蒸气蒸馏加清水加入________________加入24NaSO无水过滤NaCl水蒸气蒸馏2.提取橘皮精油的实验：(1)方法：一般采用_____法。(2)实验流程：石灰水浸泡→漂洗→_____→过滤→静置→再次_____→橘皮油压榨压榨过滤3.胡萝卜素的提取：(1)胡萝卜素的性质(2)胡萝卜素的提取(3)胡萝卜素的提取流程：胡萝卜→粉碎→_____→萃取→_____→浓缩→胡萝卜素(4)胡萝卜素的鉴定：_______法。①不溶于___②微溶于乙醇③易溶于_______等有机溶剂①提取方法：_____法②石油醚最适宜作_______水石油醚萃取萃取剂干燥过滤纸层析【速记卡片】1.DNA的粗提取与鉴定：(1)DNA的溶解性：DNA在0.14mol/LNaCl溶液中的溶解度最小；DNA不溶于酒精溶液，而某些蛋白质则溶于酒精溶液，据此也可使DNA和蛋白质分离。(2)DNA的耐受性：DNA对酶、高温和洗涤剂都具有较好的耐受性。(3)DNA的鉴定：DNA在沸水浴的条件下，遇二苯胺会被染成蓝色。2.PCR技术：(1)PCR原理：PCR反应需要在一定的缓冲溶液中进行，需提供DNA模板、分别与两条模板链相结合的两种引物、四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶。(2)PCR过程：通过控制温度使DNA复制在体外反复进行，每一个循环包括变性→复性→延伸。3.血红蛋白的提取和分离：(1)凝胶色谱法：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：利用待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。4.植物有效成分的提取：(1)植物芳香油的提取方法：压榨法、蒸馏法和萃取法等。(2)芳香油的性质：不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用有机溶剂作为提取剂来提取芳香油。(3)胡萝卜素的性质：是橘黄色结晶，从胡萝卜中提取胡萝卜素，常用亲脂(水不溶)性有机溶剂(或有机溶剂)作萃取剂。(4)胡萝卜素的提取方法：萃取法。(5)胡萝卜素的鉴定：纸层析法，在鉴定过程中需要用标准样品对照。考点一DNA和蛋白质技术1.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比较项目DNA蛋白质耐受性蛋白酶无影响水解高温80℃以上变性不能忍受60～80℃的高温鉴定方法在沸水浴条件下与二苯胺反应呈蓝色与双缩脲试剂反应呈紫色2.比较细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR)：项目DNA复制PCR不同点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，需加入两种引物项目DNA复制PCR不同点特点边解旋边复制，半保留复制体外迅速扩增循环次数受生物体自身控制三十多次缓冲溶液不需要需要人为控制设备无严格控制温度变化的温控设备项目DNA复制PCR相同点原料四种脱氧核苷酸复制原理严格遵循碱基互补配对原则模板DNA为模板引物都需要与模板相结合的引物3.血红蛋白的提取和分离：(1)凝胶色谱法：蛋白质比较项目移动位置移动路程移动速度洗脱次序相对分子质量大凝胶颗粒外部短快先相对分子质量小凝胶颗粒内部长慢后(2)主要实验步骤及意义：①红细胞的洗涤：去除杂蛋白等↓样品处理→②释放血红蛋白：红细胞吸水破裂↓③分离血红蛋白：离心处理，获得血红蛋白溶液①方法：透析②目的：除去样品中相对分子质量较小的杂质粗分离→①方法：凝胶色谱法②目的：根据蛋白质的相对分子质量大小去除杂蛋白①方法：SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳②迁移率：取决于蛋白质分子的大小纯度鉴定→纯化→【提分技法】凝胶色谱法和电泳法分离蛋白质的方法分析(1)凝胶色谱法：只看蛋白质的相对分子质量大小，先洗脱出来的相对分子质量大。(2)电泳法。①特点：移动速度由多种因素共同决定，包括待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同。②常用方法：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，带电性质和电量主要取决于SDS-聚丙烯酰胺凝胶颗粒，分离效果只看蛋白质的相对分子质量大小。【考题回访】1.(2013·广东高考改编)地中海贫血症属于常染色体遗传病。一对夫妇生有一位重型β地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白β链第39位氨基酸的编码序列发生了点突变(C→T)。用PCR扩增包含该位点的一段DNA片段l，突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s；但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切，如图a。目前患儿母亲再次怀孕，并接受了产前基因诊断。家庭成员及胎儿的PCR扩增产物酶切电泳带型示意图见图b。(终止密码子为UAA、UAG、UGA。)(1)在获得单链模板的方式上，PCR扩增与体内DNA复制不同，前者通过解开双链，后者通过解开双链。(2)据图分析，胎儿的基因型是(基因用A、a表示)。患儿患病可能的原因是的原始生殖细胞通过过程产生配子时，发生了基因突变；从基因表达水平分析，其患病是由于__________________________________________________________________________________________________________。【解题指南】(1)题干关键信息：突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s，但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切。(2)题干隐含信息：不同片段经电泳后位置不同。(3)图中隐含信息：胎儿既有正常序列，也有突变序列。【解析】(1)PCR是体外扩增DNA的方式，通过高温使双链解开，体内DNA的复制则是通过解旋酶使DNA双链解开。(2)由题意可知重型β地中海贫血症是隐性遗传病，突变后的序列可以被剪切成m和s两个片段，而正常序列无法被剪切，因此母亲、父亲、患儿和胎儿的基因型分别为AA、Aa、aa和Aa。母亲和父亲的基因型为AA和Aa，生下患儿可能是因为母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生配子时发生了基因突变。由图可知，该突变为由模板链上的GTC突变成ATC，mRNA上由CAG变成UAG，因此终止密码子提前出现，使翻译提前终止。答案：(1)高温解旋酶(2)Aa母亲减数分裂mRNA上编码第39位氨基酸的密码子变为终止密码子，β链的合成提前终止，β链变短而失去功能【延伸探究】电泳法只能分离蛋白质分子吗？试分析原因。提示：不是。电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程，该方法除用于分离蛋白质外，也可用于分离大小不等的DNA片段等。2.(2015·西安模拟)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，负责血液中O2和部分CO2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离回答问题：(1)凝胶色谱法的基本原理是根据____________________分离蛋白质的有效方法。(2)洗涤红细胞的目的是去除，洗涤次数过少，无法除去；离心速度过高和时间过长会使等一同沉淀，达不到分离的效果。洗涤干净的标志是。释放血红蛋白的过程中起作用的是。(3)洗脱的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体(填“相同”或“不同”)，洗脱时，对洗脱液的流速要求是。(4)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是，如果红色区带，说明色谱柱制作成功。【解题指南】(1)关键词：“洗涤红细胞”“离心速度”“释放血红蛋白”。(2)隐含信息：红色区带为血红蛋白。【解析】(1)凝胶色谱法是根据蛋白质的相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法。(2)洗涤红细胞的目的是去除血浆蛋白等杂蛋白，如果洗涤次数过少，无法除去血浆蛋白；离心速度过高和时间过长会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果。洗涤干净的标志是离心后的上清液中没有黄色。释放血红蛋白的过程中起作用的是蒸馏水和甲苯，其中蒸馏水的作用是使红细胞吸水破裂，甲苯可溶解细胞膜，加入甲苯能加速红细胞破裂并释放血红蛋白。(3)洗脱的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体相同，否则会影响洗脱液的pH，使蛋白质的结构受到破坏。洗脱时，洗脱液的流速要保持稳定，否则将影响蛋白质的分离效果。(4)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20mm