【生物】2020届一轮复习人教版生物技术在其他方面的应用学案(1) 12页

‎2020届 一轮复习 人教版 生物技术在其他方面的应用 学案 考点一　血红蛋白的提取和分离 ‎1．血红蛋白的提取和分离原理及方法 ‎(1)原理：利用蛋白质各种特性的差异，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等，来分离不同种类的蛋白质。‎ ‎(2)分离方法 ‎①凝胶色谱法：也称做分配色谱法，是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：电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。常用的电泳法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。‎ ‎2．实验操作程序 ‎[基础自测]‎ ‎1．判断下列叙述的正误 ‎(1)利用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量小的先洗脱出来(×)‎ ‎(2)在电泳过程中，蛋白质分子的移动速度，与分子本身的大小和形状无关，而与所带电荷的差异有关(×)‎ ‎(3)在SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳中，电泳迁移率完全取决于分子的大小(√)‎ ‎(4)红细胞的洗涤次数不能过少，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(√)‎ ‎(5)凝胶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(√)‎ ‎(6)色谱柱的装填时尽量紧密，减小颗粒间隙，无气泡，洗脱液不能断流(√)‎ ‎(7)色谱柱成功的标志：红色区带均匀一致地移动(√)‎ ‎2．红细胞中含有大量的血红蛋白，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。下列对血红蛋白提取和分离的叙述，错误的是(　　)‎ A．血红蛋白提取和分离一般按照样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定的顺序进行 B．纯化过程中要用生理盐水充分溶胀凝胶来配制凝胶悬浮液 C．粗分离中透析的目的是去除相对分子质量较小的杂质 D．可经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定 解析：选B　蛋白质的提取和分离一般分为四步：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。提取和分离血红蛋白时，首先通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即样品处理；再通过透析法除去相对分子质量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过凝胶色谱法将相对分子质量较大的杂蛋白除去，即样品纯化，纯化过程中凝胶应用蒸馏水充分溶胀后，配制成凝胶悬浮液，而不是用生理盐水；最后经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。‎ ‎1．常用的蛋白质分离方法 ‎(1)凝胶色谱法 ‎　　　蛋白质 项目　　　‎ 相对分子质量大 相对分子质量小 凝胶内部 不能进入 能进入 运动方式 垂直向下 垂直向下和无规则扩散运动 经过路程 较短 较长 洗脱次序 先流出 后流出 ‎(2)电泳法原理 ‎①在一定pH下，蛋白质分子的某些基团解离后带上正电或负电。在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。‎ ‎②由于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。‎ ‎2．分离DNA、PCR技术、分离蛋白质的比较 分离DNA PCR技术 分离蛋白质 实验 原理 DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，且不溶于冷酒精 利用DNA热变性原理体外扩增DNA 依据相对分子质量的大小不同来分离蛋白质 实验 过程 选取材料→破碎细胞释放DNA→去除杂质→‎ 变性→复性→延伸 样品处理→凝胶色谱操作 DNA析出与鉴定 实验 结果 获得较纯净的DNA 获得大量DNA 相对分子质量不同的蛋白质得以分离 实验 意义 为DNA研究打下基础 解决了DNA研究中材料不足的问题 为蛋白质的研究和利用提供了原材料 ‎3．比较琼脂糖凝胶电泳和SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 ‎(1)从载体上看，利用琼脂糖凝胶作为载体的是琼脂糖凝胶电泳，利用聚丙烯酰胺凝胶作为载体的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。‎ ‎(2)从依据上看，利用了分子带电性质差异和分子大小的是琼脂糖凝胶电泳，仅利用了分子大小的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。‎ ‎(3)从优点上看，琼脂糖凝胶电泳操作简单，电泳速度快，样品不需处理，电泳图谱清晰，分辨率高，重复性好；SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳消除了净电荷对迁移率的影响，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。‎ ‎[对点落实]‎ ‎1．将经处理破裂后的红细胞混合液以2 000 r/min的速度离心10 min后，离心管中的溶液分为四层，从上到下顺序依次是(　　)‎ A．血红蛋白、甲苯层、其他杂质的暗红色沉淀物、脂溶性物质的沉淀层 B．甲苯层、脂溶性物质的沉淀层、血红蛋白、其他杂质的暗红色沉淀物 C．其他杂质的暗红色沉淀物、血红蛋白、甲苯层、脂溶性物质的沉淀层 D．甲苯层、其他杂质的暗红色沉淀物、血红蛋白、脂溶性物质的沉淀层 解析：选B　分离血红蛋白时，将经处理破裂后的红细胞混合液以2 000 r/min的速度离心10 min后，可以明显看到试管中的溶液分为4层：第1层为无色透明的甲苯层；第2层为白色薄层固体，脂溶性物质的沉淀层；第3层是红色透明液体，是血红蛋白的水溶液；第4层是其他杂质的暗红色沉淀物。‎ ‎2．(2019·运城月考)已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种蛋白质分子，其分子大小、电荷的性质和数量情况如图所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A．若将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，若分子丁存在于沉淀中，则分子甲也存在于沉淀中 B．若用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，则分子甲的移动速度最快 C．将样品装入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋内，则分子丙也保留在袋内 D．若用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，则分子甲和分子戊形成的电泳带相距最远 解析：选C　据图可知，丁的相对分子质量大于甲，将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，若丁存在于沉淀中，甲不一定存在于沉淀中；用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，分子量较小的可进入较多的凝胶颗粒内，移动距离较长，甲的移动速度最慢；丙的相对分子质量大于乙，将样品装入透析袋中透析12 h，透析袋只允许小分子通过，若分子乙保留在袋内，则分子丙也保留在袋内；用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，蛋白质分子的移动距离完全取决于分子的大小，甲与戊形成的电泳带相距不一定最远。‎ 考点二　植物有效成分的提取 一、玫瑰精油的提取 ‎1．提取方法：常用水蒸气蒸馏法。‎ ‎2．提取原理：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来。‎ ‎3．实验流程 二、橘皮精油的提取 ‎1．提取方法：常采用压榨法。‎ ‎2．提取原理：通过机械加压，提取出果皮中的芳香油。‎ ‎3．实验流程 三、胡萝卜素的提取 ‎1．提取方法：常采用萃取法。‎ ‎2．提取原理：胡萝卜素不溶于水，易溶于石油醚等有机溶剂。‎ ‎3．实验流程 ‎4．鉴定方法：纸层析法。‎ ‎[基础自测]‎ ‎1．判断下列叙述的正误 ‎(1)蒸馏法的实验原理是利用水蒸气将芳香油携带出来，再把水分离开，剩余的就是芳香油(√)‎ ‎(2)提炼玫瑰精油的玫瑰花应在花开的初期采取，因为此阶段的花含玫瑰精油最高(×)‎ ‎(3)提取玫瑰精油时，玫瑰与水的质量比是4∶1(×)‎ ‎(4)油水混合物中加入无水硫酸钠，有利于分离油层(×)‎ ‎(5)用柑橘皮作为材料提取橘皮精油时不适合用水中蒸馏的方法(√)‎ ‎(6)由于胡萝卜素易溶于石油醚等有机溶剂中，所以可以采用萃取的方法进行提取(√)‎ ‎(7)乙醇和丙酮能够用于胡萝卜素的萃取(×)‎ ‎(8)萃取的效率主要取决于萃取时的温度和时间(×)‎ ‎(9)新鲜的胡萝卜含水量高，干燥时可采用高温以节省时间(×)‎ ‎(10)在萃取过程中，在瓶口安装回流冷凝装置是为了防止加热时有机溶剂的挥发(√)‎ ‎(11)胡萝卜素萃取液的浓缩可直接使用蒸馏装置，蒸发出去的是胡萝卜素，留下的是有机溶剂(×)‎ ‎(12)提取的胡萝卜素可通过纸层析法进行鉴定，在鉴定过程中不需要对照(×)‎ ‎2．分析提取玫瑰精油的实验流程，回答下列问题 ‎ (1)填写图中序号代表的含义：‎ ‎①为水蒸气蒸馏，②为NaCl，③为无水Na2SO4，④为过滤。‎ ‎(2)图中加入②的目的是增大盐的浓度，有利于玫瑰精油与水的分层；加入③的目的是吸收精油中残留的水分；④的目的是除去固体Na2SO4。‎ ‎3．据胡萝卜素的纸层析结果示意图回答下列问题 ‎(1)在A、B、C、D四点中，A和D是标准样品原点，B和C是提取样品原点。‎ ‎(2)图中甲代表的物质是胡萝卜素，乙代表的物质是其他色素和杂质。‎ ‎1．植物有效成分的三种提取方法的比较 提取 方法 水蒸气蒸馏法 压榨法 萃取法 实验 原理 利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来 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，蒸发溶剂获得芳香油 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、薄荷油等挥发性较强的芳香油 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剂中 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．影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施 影响因素 解决措施 萃取剂的性质 用水不溶性有机溶剂 原料的颗粒大小、紧密程度 粉碎 材料的含水量 干燥 萃取温度 探索最佳萃取温度，严格控制温度 萃取时间 适当延长萃取时间 ‎3．纸层析法鉴定胡萝卜素的注意事项 ‎(1)层析时注意选择干净的滤纸，为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。‎ ‎(2)点样时应注意点样斑点不能太大(直径应小于‎0.5 cm ‎)，如果用吹风机吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。‎ ‎(3)将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时注意滤纸两边不能相互接触，以免因毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响实验结果。‎ ‎(4)层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。‎ ‎(5)层析后判断是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β胡萝卜素作对比，予以确认。‎ ‎[对点落实]‎ ‎1．许多植物含有天然芳香油，如柠檬精油、玫瑰精油、薄荷油等。请回答下列与芳香油提取相关的问题：‎ ‎(1)柠檬精油是一种广谱性的杀虫剂，具有很高的经济价值。提取柠檬精油不采取水中蒸馏法的原因是________________________________。采用压榨法从柠檬果皮中提取柠檬精油过程中，为提高出油率，需要将柠檬皮干燥去水，并均匀地浸泡在________中。在压榨过程中一般加入相当于柠檬果皮质量0.25%的小苏打和5%的硫酸钠，并调节pH至7～8，目的是________________________________。‎ ‎(2)玫瑰精油被称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料，提取出的玫瑰精油要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是________________。提取时玫瑰花瓣与清水的质量比一般为________，将玫瑰花瓣和清水蒸馏后收集到的产物是________________。‎ ‎(3)某同学在实验中设计了如图所示装置提取玫瑰精油，指出该装置中的两个错误：‎ ‎①_______________________________________________________________________；‎ ‎②_______________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由于水中蒸馏会导致柠檬焦糊和有效成分水解，所以提取柠檬精油不采取水中蒸馏法。采用压榨法从柠檬果皮中提取柠檬精油过程中，为提高出油率，需要将柠檬皮干燥去水，并均匀地浸泡在石灰水中。在压榨过程中一般加入相当于柠檬果皮质量0.25%的小苏打和5%的硫酸钠，并调节pH至7～8，目的是使柠檬精油易于与水分离。(2)玫瑰精油的提取方法主要是水蒸气蒸馏法。提取时玫瑰花瓣与清水的质量比一般为1∶4，将玫瑰花瓣和清水蒸馏后收集到的产物是油水混合物。(3)该装置中的两个错误：①温度计位置太靠下；②冷凝管进水口、出水口接错。‎ 答案：(1)水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解　石灰水　使柠檬精油易于与水分离　(2)水蒸气蒸馏法　1∶4　油水混合物　(3)①温度计位置太靠下　②冷凝管进水口、出水口接错 ‎2．图甲为提取胡萝卜素的装置图，图乙为胡萝卜素粗品鉴定结果示意图，回答有关问题：‎ ‎(1)在石油醚、醋酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这五种有机溶剂中，最适宜用于萃取胡萝卜素的是________，这是因为_________________________________________________。‎ ‎(2)图甲中装置1的名称是________，其作用是____________________________________。‎ ‎(3)萃取过程应该避免明火加热，采用________加热，其原因是__________________________________________________________________。‎ ‎(4)在图乙的A、B、C、D四点中，属于标准样品样点的是________，属于提取样品样点的是________。点样的要求是______________________________________。‎ 解析：(1)选择萃取剂时要注意以下特点：较高的沸点、能够充分溶解萃取物、不与水混溶等。(2)装置中的冷凝管具有防止加热时有机溶剂挥发的作用。(3)萃取剂易燃，如果直接用明火加热，容易引起燃烧、爆炸，故宜用水浴加热。(4)因为A和D只有一个色素点，应是标准样品的样点，B和C是提取样品的样点。点样时要快速细致，并保持滤纸干燥。‎ 答案：(1)石油醚　石油醚的沸点最高，在加热萃取时不易挥发　(2)冷凝管　防止加热时有机溶剂的挥发　(3)水浴　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　(4)A和D　B和C　快速细致，圆点细小，并保持滤纸干燥 ‎　 　　　课堂一刻钟 ‎1．下列关于的叙述中，错误的是(　　)‎ A．采用凝胶色谱法分离蛋白质的原理是不同蛋白质分子的相对分子质量不同，在色谱柱中的移动速度不同 B．电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程 C．不能选用猪、牛、羊或其他哺乳动物的血液进行实验来提取和分离血红蛋白 D．将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较小的杂质 解题关键——理清原理 蛋白质的提取和分离技术是2019年考纲新增内容，解答此类题的关键是理清凝胶色谱法、电泳法、透析的基本原理。‎ 解析：选C　采用凝胶色谱法分离蛋白质的原理是不同蛋白质分子的相对分子质量不同，在色谱柱中的移动速度不同；电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程；猪、牛、羊或其他哺乳动物的红细胞中不含细胞核和细胞器，但含有较多的血红蛋白，因此能选用猪、牛、羊或其他哺乳动物的血液进行实验来提取和分离血红蛋白；将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较小的杂质。‎ ‎2．(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， 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：‎ 解题关键——获取信息 本题考查考生运用所学知识在新材料、新情景条件下解答问题的能力。如由题干信息“受热、受潮易分解”可得第(1)小题答案，同时(4)小题答案也可从“受热易分解”得出。因此读懂材料信息是解答此类题关键。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　‎ ‎(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)依据题干信息，物质W受热、受潮易分解，因此不宜选择高温烘干，而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，故不应选用新鲜的植物甲。(2)提取物质W时，振荡可以使原料和所加有机溶剂充分混匀。(3)利用活性炭的吸附能力，可以去除提取液中植物甲所含的色素，从而得到较为纯净的物质W与有机溶剂的混合物。(4)丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少。(5)物质W容易受热分解，因此蒸馏操作适宜在较低的温度下进行，同时因实验中使用了有机溶剂，要注意防火。‎ 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 ‎3．(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_____________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 命题探源——以“本”为本 本题考查胡萝卜素提取的有关知识，考查的这些知识较基础，在教材中基本都能找到，这提示我们在复习选修模块的时候，要重视教材的梳理，夯实基础。‎ 解析：(1)胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的组成成分是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(其他合理答案也可)‎ ‎[学情考情·了然于胸]‎ 一、明考情·知能力——找准努力方向 考查知识 ‎1.血红蛋白的提取和分离技术的原理、方法步骤等。‎ ‎2.玫瑰精油的提取原理、过程；胡萝卜素的特点、提取材料的处理方法、萃取剂的选择原则、方法步骤等。‎ 考查能力 ‎1.识记能力：血红蛋白提取和分离的原理、材料的选择、方法步骤；植物有效成分提取的材料处理的方法、提取剂的选择、方法步骤等的记忆。‎ ‎2.迁移应用能力：如第2题，考查考生运用所学知识在新材料、新情景条件下解答问题的能力。‎ 二、记要点·背术语——汇总本节重点 ‎1．血红蛋白的提取和分离 ‎(1)凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的方法，相对分子质量大的先洗脱出来，相对分子质量小的后洗脱出来。‎ ‎(2)在电泳中，待分离样品中分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状都会影响分子的迁移速度。‎ ‎(3)用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质，蛋白质的迁移率完全取决于分子的大小。‎ ‎(4)蛋白质提取和分离的一般步骤是：样品处理及粗分离、纯化和纯度鉴定。‎ ‎(5)透析法可除去相对分子质量较小的杂质。‎ ‎(6)在对蛋白质进行纯度鉴定时，使用最多的方法是SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。‎ ‎2．植物芳香油的提取 ‎(1)植物芳香油提取的方法有水蒸气蒸馏法、压榨法和萃取法等。‎ ‎(2)玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，且不会导致原料焦糊和有效成分水解等，所以适合用水中蒸馏法进行提取。其实验流程为：‎ ‎ (3)在油水混合物中加入NaCl的作用是增大盐的浓度，使油水分层；加入无水Na2SO4的作用是吸收油层中的水分。‎ ‎(4)由于水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题，因此柑橘、柠檬芳香油的提取常用压榨法。‎ ‎(5)提取胡萝卜素的实验流程为：‎ ―→―→―→―→―→―→ ‎(6)萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量，同时还受到原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取温度和时间等条件的影响。‎ ‎(7)萃取胡萝卜素常采用水浴加热是因为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。在烧瓶口安装回流冷凝装置的目的是防止加热时有机溶剂挥发。‎