《步步高》高考生物新课标一轮复习第43讲生物技术在其他方面的应用.docx
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《步步高》高考生物新课标一轮复习第43讲生物技术在其他方面的应用
第43讲 生物技术在其他方面的应用
[考纲要求] 1.植物的组织培养。
2.从生物材料中提取某些特定的成分。
3.实验:
DNA的粗提取与鉴定。
考点一 植物的组织培养技术
1.植物组织培养的基本过程
2.菊花的组织培养过程
(1)影响植物组织培养的主要因素
①选材:
一般选择未开花植株的茎上部新生的侧枝。
②培养基:
常用MS培养基,其主要成分有大量元素、微量元素、有机物,常需要添加植物激素。
(2)实验操作过程
制备MS固体培养基:
配制好的培养基进行高压蒸汽灭菌
↓
:
→
→
→
↓
接种:
始终在酒精灯火焰旁进行,对接种工具要用火焰灼烧灭菌,将菊花茎段插入培养基中时注意不要倒插
↓
培养与移栽:
在18~22℃的无菌箱中培养,得到试管苗后进行移栽
3.月季的花药培养
(1)被子植物的花粉发育过程
→四分体时期→单核期→双核期→花粉粒
(2)产生花粉植株的两条途径
(3)影响花药培养的因素
①主要因素:
材料的选择和培养基的组成。
②月季花药培养一般选择单核期。
[思维诊断]
(1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后可得到稳定遗传的植株(2011·江苏,16B)( × )
(2)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物组织培养( √ )
(3)脱分化过程不需要植物激素,植物激素只有在再分化过程中发挥作用( × )
(4)由于植物细胞都具有全能性,所以菊花的组织培养实验中选材不会影响实验的结果( × )
(5)制备好的MS培养基用于植物组织培养时,需要加入植物激素( √ )
(6)被子植物的花粉发育要经过小孢子四分体时期、双核期和单核期等阶段( × )
(7)单倍体植株的形成有两种途径,两种途径主要取决于培养基中植物激素的种类及其浓度配比( √ )
(8)如果通过植物组织培养从愈伤组织中提取某种成分,应先使用生长素后使用细胞分裂素( √ )
题组一 植物的组织培养过程和条件分析
1.下图为植物组织培养过程的流程图,以下相关叙述不正确的是( )
A.上述过程中脱分化发生在步骤b,在此过程中植物激素发挥了重要作用
B.再分化发生在步骤d,是愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程
C.从叶组织块到种苗形成的过程利用的原理是植物叶片细胞具有全能性
D.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
答案 B
解析 植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性;再分化发生在步骤c,为愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程;植物激素在启动细胞分裂、脱分化和再分化中发挥重要作用。
2.生物工程的研究成果已经广泛应用于各个领域,目前科学家利用植物的茎尖或叶片、茎段等,在无菌条件下,培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上,使之发育成完整的植株。
下图是运用该技术培养兰花植株的示意图。
下列关于这种生物工程技术的叙述,错误的是( )
A.这种技术叫做组织培养,可以克隆生物体
B.③、④过程需要生长素和细胞分裂素的调节
C.用此方法克隆植物要尽量选择优良、细胞全能性表达不充分的基因型
D.这种技术可与基因工程、航天工程结合培育高产、优质的作物品种
答案 C
解析 为获得植物克隆的成功,要尽量选择优良、细胞全能性表达充分的基因型。
随着科技的发展,植物组织培养可与基因工程、航天工程结合培育高产、优质的作物品种。
1.影响植物组织培养的主要因素
(1)培养材料
①不同植物的影响:
不同的植物组织,培养的难易程度差别很大,容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养。
②同一植物发育状况、保存状况的影响:
同一种植物材料的年龄、保存时间的长短等对培养也有影响,幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。
(2)无菌条件:
培养基上有细菌等微生物存在时,它们比植物细胞生长、繁殖得更快,而且它们会产生毒素,使培养的植物细胞很快中毒腐烂,因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作。
(3)植物激素:
在配制好的MS培养基中,常常需要添加植物激素。
其中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。
2.植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素发挥重要作用,两种植物激素的使用顺序及用量比例会对细胞分裂和分化产生影响。
(1)使用先后顺序与细胞分裂和分化的关系
使用顺序
实验结果
先生长素,后分裂素
有利于分裂但不分化
先分裂素,后生长素
细胞既分裂也分化
同时使用
分化频率提高
(2)用量比例与根、芽的分化
生长素和细胞
分裂素比值
结果
比值高时
促进根的分化,抑制芽的形成
比值低时
促进芽的分化,抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的生长
题组二 植物的花药培养过程分析
3.(原创题)如图是花药培养产生花粉植株的两种途径,下列相关判断错误的是( )
A.图中的A和B分别是胚状体和愈伤组织
B.①和②过程的实质相同
C.选择的花药在花粉发育过程中越早越好
D.整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂
答案 C
解析 图中A和B分别是胚状体和愈伤组织,①和②表示分化和再分化。
无论是分化还是再分化,它们的实质都是基因选择性表达。
选择的花药太早或太晚都不利于培养,处于单核期的最好,尤其是单核靠边期,故C错误。
整个培养过程中无减数分裂,所以细胞增殖方式只有有丝分裂。
4.育种工作者常采用花药培养的方法,使花粉粒发育为单倍体植株。
下面过程是采用水稻的花药进行培养的步骤:
选取水稻花药―→对花药消毒―→接种和培养―→植物体
请据此回答下面的问题:
(1)诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低,受多种因素的影响,其中____________、____________是主要的影响因素;选择合适的____________也是提高诱导成功率的重要因素。
(2)花粉在发育过程中要经历__________、__________、________等阶段,选取的水稻花药应为________期的花药,此时细胞核由中央移向细胞一侧,花药培养成功率最高。
(3)在剥离花药时,要尽量不损伤花药,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
同时还要彻底去除花丝,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径:
一种是花粉通过________阶段发育为植株;另一种是在诱导培养基上先形成________,将其诱导分化成植株。
(5)试管苗形成过程中,必须从培养基中获得无机盐或矿质元素和小分子有机物等营养物质。
要促进花粉细胞分裂和生长,培养基中应有________和________两类激素。
答案
(1)材料的选择 培养基的组成 花粉发育时期
(2)四分体时期 单核期 双核期 单核 (3)如果花药受损,接种后容易从受损伤的部位产生愈伤组织 与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成 (4)胚状体 愈伤组织 (5)细胞分裂素 生长素
解析 诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低,受多种因素的影响,其中材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素;选择合适的花粉发育时期也是提高诱导成功率的重要因素。
花粉在发育过程中要经历四分体时期、单核期、双核期等阶段,选取的水稻花药应为单核期的花药;在剥离花药时要尽量不损伤花药,否则接种后容易从受伤的部位产生愈伤组织;同时还要彻底去除花丝,因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成;通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径:
一种是通过胚状体阶段发育为植株;一种是先形成愈伤组织再将其诱导分化成植株。
植物组织培养和花药离体培养的比较
比较项目
植物组织培养
花药离体培养
相
同
点
理论依据
植物细胞的全能性
基本过程
脱分化→再分化
影响因素
选材、营养、激素、温度、pH、光照等
不
同
点
外植体
体细胞
生殖细胞(花粉粒)
生殖方式
无性生殖
有性生殖
培养结果
正常的可育植株
高度不育的单倍体
操作
流程
制备培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培
选材→材料的消毒→接种和培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育
考点二 植物有效成分的提取
1.提取玫瑰精油实验
(1)方法:
水蒸气蒸馏法。
(2)实验流程
鲜玫瑰花加清水,水蒸气蒸馏―→油水混合物
分离油层
除水
玫瑰油
2.提取橘皮精油的实验
(1)方法:
一般采用压榨法。
(2)实验流程:
石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→橘皮油。
3.胡萝卜素的提取
(1)胡萝卜素性质:
不溶于水,微溶于乙醇,易溶于石油醚等有机溶剂。
(2)提取方法及流程
①方法:
萃取法,石油醚最适宜作萃取剂。
②实验流程:
胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素。
(3)鉴定方法:
纸层析法。
[思维诊断]
(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等,根据提取的芳香油的用途采取提取的方法( × )
(2)用柑橘和柠檬作为材料不适合用水中蒸馏的方法进行提取( √ )
(3)萃取是利用了芳香油易溶于有机溶剂的特性进行提取的一种方法( √ )
(4)提取玫瑰精油时,玫瑰与水的质量比是4∶1( × )
(5)提取橘皮精油时,要将橘皮在石灰水中浸泡5h,目的是防止压榨时滑脱( × )
(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)胡萝卜素粉碎后可直接进行萃取( × )
(8)水溶性和水不溶性有机溶剂都可以用于提取胡萝卜素( × )
(9)蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解出来,再把水蒸发掉,剩余的就是芳香油( × )
(10)影响萃取效率的因素除了萃取剂的性质和使用量之外,还有原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等( √ )
题组一 植物芳香油提取方法的比较
1.用蒸馏法提取玫瑰油的有关叙述中,错误的是( )
A.蒸馏温度高,水和玫瑰油挥发得就容易,所以在高温下蒸馏效果好一些
B.为了充分蒸馏玫瑰油,应该在较低温度下延长蒸馏时间
C.在乳浊液分离的时候,为了有利于水和油层分开,向乳浊液中加入氯化钠,增加盐的浓度
D.水和油层分开后,应在初提取的玫瑰油中加入适量的无水硫酸钠吸去残留的水,放置过夜,经过滤除去固体硫酸钠后,就可以得到玫瑰油
答案 A
解析 蒸馏温度太高、时间太短,玫瑰油的品质就比较差,如果要提高品质,需要在较低温度下延长蒸馏时间。
向乳浊液中加入氯化钠,增加盐的浓度,有利于水和油分层,通过分液漏斗排去下层的水,得到初提取的玫瑰油,再加入适量的无水硫酸钠吸去残留的水,放置过夜,经过滤除去固体硫酸钠后,就可以得到玫瑰油。
2.某同学设计的提取玫瑰精油的实验流程如图所示,据图分析不正确的是( )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
→
→
→
→
→
A.在②步中使用水气蒸馏更简便易行
B.在操作时可向蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片防止暴沸
C.提取精油时,向混合物中加入NaCl更利于油水分层
D.加入无水Na2SO4,再用过滤法可除去分离的油层中的水分
答案 A
解析 由于玫瑰精油难溶于水,易溶于有机溶剂,因此在②步中使用水中蒸馏更简便易行;在操作时可向蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片,目的是防止暴沸;提取精油时,为了使油水分层更彻底,要向油水混合物中加入NaCl;分离的油层还含有一定的水分,需加入无水Na2SO4,再用过滤方法将其除去。
植物有效成分的提取的三种方法比较
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
题组二 胡萝卜素提取实验的操作分析
3.作为萃取胡萝卜素的有机溶剂,哪一项不符合实验要求( )
A.能充分溶解色素B.与水混溶
C.对人无毒D.易与产品分离
答案 B
解析 作为萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有较高的沸点,能够充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶。
此外,还需要考虑萃取效率、对人的毒性、是否易燃、有机溶剂是否能从产品中完全除去、会不会影响产品质量等问题。
4.下图为胡萝卜素粗品的鉴定实验装置示意图,请据图回答下列问题:
(1)胡萝卜素粗品鉴定的方法名称是________。
(2)①的作用是__________________,⑥常用________,如果层析液没及⑤会导致________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)A、B、C、D四点中,属于提取样品的样点是________。
(4)该层析的目的是__________________________________________________________。
(5)在胡萝卜素的萃取过程中,一般采用水浴加热,而避免明火加热,这是因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)纸层析法
(2)防止层析液挥发 石油醚 胡萝卜素溶解在层析液中,使鉴定失败 (3)B和C (4)把β-胡萝卜素分离开,便于鉴定 (5)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
解析 胡萝卜素粗品的鉴定常用纸层析法,图示装置为纸层析装置,其中①为玻璃盖,其作用在于防止层析液挥发。
②是色谱容器,③是滤纸,④是U形扣,⑤是样品原点。
⑥是溶剂,常用石油醚,因为它具有沸点高、能充分溶解胡萝卜素、不与水混溶等优点。
如果层析液没及样品原点⑤,会导致胡萝卜素溶解于层析液中,达不到鉴定的目的。
胡萝卜素粗品鉴定过程中的5个易错点
(1)层析时没有选择干净的滤纸,导致实验现象不明显。
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)点样时点样圆点太大(直径大于2mm),导致最终在滤纸上形成一条线,无法辨认被提取的色素。
点样圆点的直径应为2mm。
(3)将点好样的滤纸卷成筒状,卷纸时不能将滤纸两边相互接触,以避免由于毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快,溶剂前沿不齐,影响结果。
(4)层析液没及样品原点,色素溶解于层析液中,造成实验失败。
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)没有设置标准样品作对照。
层析液中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。
考点三 DNA的粗提取与鉴定
1.实验原理
(1)DNA与蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同
溶解规律
2mol/LNaCl溶液
0.14mol/LNaCl溶液
DNA
溶解
析出
蛋白质
NaCl溶液物质的量浓度从2mol/L逐渐降低的过程中,溶解度逐渐增大
部分发生盐析沉淀
溶解
(2)DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精,利用这一原理可将DNA与蛋白质进一步分离。
(3)DNA+二苯胺沸水浴加热,蓝色。
2.操作流程
材料的选取:
选用DNA含量相对较高的生物组织
↓
破碎细胞(以鸡血为例):
鸡血细胞→加蒸馏水→用玻璃棒搅拌→用纱布过滤→收集滤液
↓
利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质
↓
DNA的析出:
将处理后的溶液过滤,加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液
↓
DNA的鉴定:
在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂,混合均匀后将试管在沸水中加热5min,溶液变成蓝色
[思维诊断]
(1)进行DNA粗提取和鉴定实验时,加入洗涤剂后用力进行快速、充分的研磨(2013·江苏,4A)( × )
(2)洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度(2012·江苏,18A)( × )
(3)将制备的含有DNA的滤液加入60~75℃的恒温水浴箱中保温10~15min,可以将DNA析出( × )
(4)本实验可以用哺乳动物的成熟红细胞作实验材料( × )
(5)实验中两次使用蒸馏水的目的不同( √ )
题组 DNA的粗提取与鉴定过程分析
1.“DNA的粗提取与鉴定”实验中,操作正确的是( )
A.取制备好的鸡血细胞液5~10mL注入烧杯中,迅速加入物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液20mL,同时用玻璃棒沿同一方向快速搅拌5min,可使血细胞破裂,释放出DNA
B.整个DNA提取过程中,两次加蒸馏水的目的都是为了降低溶液中NaCl的浓度,使DNA分子的溶解度达到最低,析出DNA分子
C.整个DNA提取操作中,两次加入2mol/L的NaCl溶液,目的都是使DNA尽可能多地溶解在NaCl溶液中
D.DNA鉴定操作中,只要向溶有DNA的NaCl溶液中加入4mL的二苯胺试剂,即可出现蓝色
答案 C
解析 取制备好的鸡血细胞液注入烧杯中,迅速加入蒸馏水并用玻璃棒沿同一方向搅拌,使血细胞破裂,将DNA释放出来;整个DNA提取过程中,使用两次蒸馏水,第一次是使血细胞吸水涨破,释放DNA,第二次是用来稀释NaCl溶液,使DNA析出;在DNA鉴定操作中,DNA遇二苯胺试剂呈蓝色需在沸水浴条件下完成。
2.做DNA粗提取和鉴定实验时,实验材料用鸡血而不用猪血的原因是( )
A.鸡血的价格比猪血的价格低
B.猪的成熟红细胞没有细胞核,不易提取到DNA
C.鸡血不凝固,猪血会凝固
D.用鸡血提取DNA比用猪血提取操作简便
答案 B
解析 DNA是生物的遗传物质,主要存在于细胞核内。
生物实验材料的选择原则:
一是容易获得,二是实验现象明显。
做DNA粗提取与鉴定实验的实验材料不选猪血是因为哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,不易提取到DNA,而鸟类、爬行类等动物成熟的红细胞有细胞核,实验现象明显。
DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、3、4”
加蒸馏
水2次
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
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
用NaCl
溶液4次
①加2mol/L的NaCl溶液,溶解提取的细胞核物质;②用0.14mol/L的NaCl溶液使DNA析出;③用2mol/L的NaCl溶液,溶解滤取的DNA黏稠物;④用2mol/L的NaCl溶液,溶解丝状物用于鉴定DNA
网络构建
要语强记
1.无论是菊花的组织培养还是月季的花药培养,其理论基础都是植物细胞的全能性。
2.植物组织培养包括脱分化和再分化等过程,培养过程除了需要各种营养物质外,还需要植物激素的调节。
3.产生花粉植株的途径有两条:
一种是花粉通过胚状体阶段发育为植株;另一种是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织,再将其诱导分化成植株。
4.DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl溶液浓度的改变而改变,在物质的量浓度为0.14mol/L时的溶解度最小。
探究高考 明确考向
1.(2014·江苏,16)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述,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。
2.(2013·重庆,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
答案 B
解析 消毒剂的使用既要杀死材料表面的微生物,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。
3.(2010·课标全国卷,37)下列是与芳香油提取相关的问题,请回答:
(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取,其理由是玫瑰精油具有________________________________________________________________________
的性质。
蒸馏时收集的蒸馏液________(是、不是)纯的玫瑰精油,原因是________________________________________________________________________。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时,蒸馏过程中,影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和______________。
当原料量等其他条件一定时,提取量随蒸馏时间的变化趋势是________________________________________________
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- 步步高 高考 生物 新课 一轮 复习 43 生物技术 其他 方面 应用