高考生物一轮总复习精品讲义 第42讲 生物技术在其他方面的应用 新人教版1.docx

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高考生物一轮总复习精品讲义第42讲生物技术在其他方面的应用新人教版1

第42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.PCR技术的基本操作和应用。

3.蛋白质的提取和分离。

4.实验：

DNA的粗提取与鉴定。

考点一　植物组织培养技术[重要程度：

★★★☆☆]

1．组织培养过程

2．培养基

（1）成分：

大量元素、微量元素、有机物、植物激素和琼脂。

（2）类型：

MS培养基、发芽培养基和生根培养基。

（3）作用：

植物组织或器官生长和发育的营养条件。

（4）配制：

称量、溶解、调pH、分装（三角瓶）、灭菌。

3．菊花的组织培养

（1）制备MS固体培养基

（2）外植体消毒

（3）接种：

始终在酒精灯旁进行，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。

（4）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。

4．月季的花药培养

（1）被子植物的花粉发育过程

花粉母细胞→小孢子四分体时期→单核期→双核期→花粉粒。

（2）产生花粉植株的两种途径

（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其他因素：

亲本植株的生长条件、材料的低温预处理及接种密度等。

（4）实验操作

①材料的选取：

月季花药培养一般选择单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期。

确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法。

某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青—铬矾法，这种方法能将细胞核染成蓝黑色。

②接种：

消毒后的花蕾，在无菌条件下除去萼片和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。

剥离花药时尽量不要损伤花药。

③培养

：

温度控制在25_℃左右，幼小植株形成后才需要光照。

如果花药开裂释放出胚状体，必须在花药开裂后尽快将幼小植株分开。

1．植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同点

项目

内容　　

菊花的组织培养

月季的花药培养

理论依据

植物细胞的全能性

基础过程

脱分化→再分化

外植体的细胞类型

体细胞

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→消毒→接种和培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育

影响因素

选材、营养、植物激素、pH、温度、阳光等

培养结果

正常植株

单倍体植株

生殖方式

无性生殖

有性生殖

可育性

可育

高度不育，秋水仙素处理后可育

2.探究植物激素对实验结果的影响

（1）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，其作用及特点如下：

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

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

③用量比例不同，结果也不同

易错警示　实验操作中的注意事项

（1）材料的选取：

菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季花药的培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。

（2）外植体消毒：

所用消毒剂为体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液，所使用的清洗液是无菌水。

（3）培养过程：

在初期，菊花的组织培养需要光照，月季花药的培养不需光照；而在后期均需要光照。

（4）月季花药培养得到的并不都是单倍体植株：

花粉壁发育成二倍体，花药发育成单倍体。

（5）花药开裂长出愈伤组织或释放出胚状体时，应及时转移到分化培养基上。

1．下列关于月季花药培养的叙述，错误的是（　　）

A．花粉的选择与培养基的组成影响花药培养的成功率

B．选择花药的最适宜时期是完全未开放的花蕾，镜检花粉常用的染色方法是醋酸洋红法

C．选取的材料一定要进行消毒

D．花粉培养形成的胚状体可继续在原培养基中分化形成植株

答案　D

解析　影响花药培养成功率的因素有多种，其中材料的选择与培养基的组成是主要因素；为了挑选到单核期的花药，通常选择完全未开放的花蕾，镜检花粉常用醋酸洋红法；为了避免细菌污染，选取的材料一定要消毒；花粉培养形成的胚状体需转移至新的培养基上，否则植株很难分开。

2．草莓生产中传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。

运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。

草莓微型繁殖的基本过程如下：

外植体

愈伤组织

芽、根―→植株

请回答：

（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取________作为外植体，其依据是_______________________

_________________________________________________。

（2）在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和____________。

在配制好的培养基中，常常需要添加____________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。

接种后2～5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是___________________。

（3）在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）茎尖（或根尖）　茎尖（或根尖）病毒极少，甚至无病毒　

（2）有机物　植物激素　外植体消毒不彻底　（3）培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低

解析　

（1）因茎尖（或根尖）病毒极少，甚至无病毒，所以常用其作为外植体培育无病毒植株。

（2）在植物组织培养的培养基中，除了添加植物必需的矿质元素外，还要添加有机物，添加植物激素有利于启动细胞分裂，实现脱分化形成愈伤组织，并且可诱导愈伤组织细胞的再分化过程。

若对外植体消毒不彻底，会造成外植体边缘局部污染。

（3）在培养基中生长素与细胞分裂素的用量比值不同，诱导生根发芽的结果不同，当比值低时，有利于发芽；比值高时，有利于生根。

考点二　DNA和蛋白质技术[重要程度：

★★☆☆☆]

1．DNA的粗提取与鉴定

（1）提取原理：

DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，在NaCl溶液浓度为0.14_mol/L时，DNA的溶解度最小；DNA不溶于酒精，但是细胞中某些蛋白质则溶于酒精。

（2）具体步骤

①选取实验材料：

选取富含DNA的组织，如鸡血细胞、花菜等。

②破碎细胞，释放DNA：

如用鸡血细胞，就置于清水中使之吸水涨破并用玻璃棒单向搅拌，过滤取滤液。

③去除滤液中的杂质：

高浓度的NaCl溶液溶解细胞核内的DNA；加蒸馏水降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出、过滤；将DNA丝状物再溶解、过滤。

④DNA的初步纯化：

向滤液中加入体积分数为95%的冷酒精溶液

进行提纯。

（3）DNA的鉴定：

DNA＋二苯胺

蓝色。

2．多聚酶链式反应扩增DNA片段

（1）PCR原理：

在一定的缓冲溶液中提供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，同时控制温度使DNA复制在体外反复进行。

（2）结果

①PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。

②两引物间固定长度的DNA序列呈指数扩增（即2n）。

3．血红蛋白的提取和分离实验

（1）常用的分离方法：

凝胶色谱法、凝胶电泳法等。

（2）基本原理

①凝胶色谱法：

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：

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。

（3）血红蛋白的分离过程

样品处理：

红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液→透析

粗分离：

用透析法除去血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质

纯化：

用凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质

纯度鉴定：

一般用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳方法来测定蛋白质的纯度

分离DNA、PCR技术、分离蛋白质三者的不同点

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→除杂→DNA析出与鉴定

变性→复性→延伸

样品处理→凝胶色谱操作

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

易错警示　

（1）DNA粗提取与鉴定实验的易错点

①本实验不能用哺乳动物成熟红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟红细胞无细胞核。

可选用鸡血细胞作材料。

②实验中两次使用蒸馏水，第一次的目的是使成熟的鸡血细胞涨破放出DNA，第二次的目的是稀释NaCl溶液，使DNA从溶液中析出。

（2）血红蛋白的提取与分离实验的易错点

①红细胞的洗涤：

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。

②凝胶的预处理：

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。

③色谱柱的装填：

装填时尽量紧密，减小颗粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。

④色谱柱成功的标志：

红色区带均匀一致地移动。

1．下列关于“DNA粗提取与鉴定实验”的叙述，正确的是（　　）

A．洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度

B．将DNA丝状物放入二苯胺试剂中沸水浴后冷却变蓝

C．常温下菜花匀浆中有些酶类会影响DNA的提取

D．用玻棒缓慢搅拌滤液会导致DNA获得量减少

答案　C

解析　在选用植物材料进行实验时常常用洗涤剂溶解植物细胞的细胞膜，但洗涤剂不能改变DNA在NaCl溶液中的溶解度，A项错；在进行DNA鉴定时应先将DNA丝状物加入2mol/L的NaCl溶液中溶解，再向试管中加入二苯胺试剂，而不是直接加入二苯胺溶液中，故B项错；菜花制作的匀浆中含有多种酶，与DNA有关的酶能影响到DNA的粗提取，C项正确；在实验过程中用玻璃棒缓慢搅拌滤液的目的是以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀，并不会导致DNA含量的减少，D项错。

2．多聚酶链式反应（PCR）是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。

PCR过程一般经历30多次下述循环：

95℃条件下使模板DNA变性、解链→55℃条件下复性（引物与DNA模板链结合）→72℃条件下引物链延伸（形成新的脱氧核苷酸链）。

下列有关PCR

过程的叙述，不正确的是（　　）

A．变性过程中

破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现

B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的

C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、4种核糖核苷酸

D．PCR与细胞内DNA复制相比，其所需要酶的最适温度较高

答案　C

解析　PCR一般要经历30多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。

从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，并且由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA的延伸。

DNA变性（90～95℃）：

双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。

复性（55～65℃）：

系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局