【步步高】（四川专用）高考生物二轮专题突破 专题八 第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用教学案.doc

第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用考纲要求1.果胶酶在果汁生产中的作用。2.菊花的组织培养。3.血红蛋白的提取和分离。构建网络内化体系填充关键点思考连接处(1)果胶酶的作用是什么？提示它能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及细胞间层，使榨取果汁更容易。(2)为什么用红细胞提取血红蛋白？提示在红细胞的组成中，除水分外，约90%是血红蛋白。考点1影响果汁产量的物质、因素及探究方法1 果胶酶的组成和作用(1)组成：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。(2)作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。2 酶的活性及其影响因素(1)酶的活性：酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。(2)影响酶活性的因素：温度、ph、酶的抑制剂等。3探究温度和ph对酶活性的影响(1)实验原理果胶酶活性受温度和ph的影响，处于最适温度或ph时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。(2)实验结果：温度和ph在很大程度上对酶的空间结构会产生影响，过高或过低都会影响酶活性。4 探究果胶酶的最适用量37_恒温水浴加热将果胶酶溶液与苹果泥混合37_恒温水浴中反应20 min左右过滤果汁，测量果汁量并记录【归纳提炼】1 探究影响果汁产量的因素(1)探究温度对酶活性的影响时，可以选用10 作为温度梯度，设置的具体温度为10 、20 、30 、40 、50 和60 等，也可以根据酶的特点，尝试以5 作为温度梯度。(2)探究ph对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成ph梯度，并在该酶的最适温度下进行。反应液中的ph可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。(3)探究酶的用量是建立在探究最适温度和ph对酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。需要注意的是，反应液的ph和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。2 确定果胶酶最适用量的方法如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，这个值就是酶的最适用量。例1下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的叙述，正确的是()a探究果胶酶的用量时，ph、温度不影响实验结果b果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等c探究温度对果胶酶活性的影响时，温度、苹果泥、果胶酶用量及反应时间等都是变量d可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量个性分析探究果胶酶的用量时，ph、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶的成分；探究温度对果胶酶活性的影响实验中，温度为单一变量，其他因素保持不变。答案d考点2植物组织培养1用流程图的形式写出植物组织培养的过程答案2比较下表中植物茎的组织培养与花药植株培养菊花茎的组织培养月季的花药培养理论依据细胞的全能性基本过程脱分化、再分化影响因素材料、营养、激素、ph、温度、光照等选择材料体细胞花药(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材料消毒接种和培养筛选和诱导移栽栽培选育3 据表思考相关问题(1)上述两种培养过程均需全程光照吗？答案在初期，菊花茎的组织培养需光照，月季的花药培养不需光照，而在后期均需光照。(2)菊花茎的组织培养实验中，为什么要选择未开花的植株的茎上部新萌生的侧枝？答案该部分不仅分生能力强，而且无病毒侵染。(3)月季的花药培养的实验中，为什么要选择花粉发育过程中的单核靠边期的花药进行培养，而不是选择花粉？答案因为此时花瓣未开，微生物不易侵入，便于消毒。【归纳提炼】植物激素与组织培养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，其作用及特点为：(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又分化同时使用分化频率提高(3)用量比例不同，结果也不同例2(2013重庆卷，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，培养基通常应含萘乙酸等生长素类调节剂破题思路(1)明确消毒的意义，确定a选项；(2)诱导细胞融合首先要细胞膜融合，由此确定b选项。个性分析消毒剂的使用既要杀死表面微生物，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；萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根，d项正确。答案b考点3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：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，可以用来分离不同种类的蛋白质。(2)分离方法凝胶色谱法：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。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 血红蛋白的提取和分离过程样品处理：红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液粗分离：用透析法除去样品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【思维辨析】(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( )【归纳提炼】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。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“血红蛋白的提取和分离实验”中的注意事项(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。例3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个性分析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。答案b1 (2011广东卷，5)以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是()a洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂b猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少c血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测d在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢答案d解析生理盐水为猪体细胞的等渗溶液，所以在洗涤红细胞时，使用生理盐水可维持细胞的正常形态，a项正确；由于哺乳动物的成熟红细胞缺少细胞核和各种细胞器，所以提纯时杂蛋白相对较少，b项正确；如果凝胶色谱柱装填得很成功，分离操作也正确，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出，所以血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测，c项正确；当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢，后洗脱出来，d项错误。2 (2012山东卷，34)辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如下图：(1)图中和分别表示辣椒组织培养中细胞的_和_过程。(2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是_。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值_(填“高”或“低”)时，有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是_。(3)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是_。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是_和纤维素酶。(4)提取辣椒素过程中，萃取加热时需安装冷凝回流装置，其目的是_。答案(1)脱分化(或去分化)再分化(2)琼脂低高压蒸汽灭菌(3)70%果胶酶(4)防止有机溶剂的挥发解析(1)由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程称为脱分化，对脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化出根或芽等器官，这个过程叫做再分化。(2)培养基中常用的凝固剂是琼脂。同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比值大小影响植物细胞的发育方向，生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之，有利于根的分化。培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。(3)外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。酶解法将愈伤组织分离成单细胞所用的酶是果胶酶和纤维素酶。(4)用萃取法提取植物有效成分时，应在瓶口安装冷凝回流装置，目的是防止加热时有机溶剂的挥发。3 (2012广东理综，29)食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：(1)ph对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图可知，_更适宜作为食品添加剂，理由是_。蛋白酶的活力可用_的量来表示。(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液ph进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.020.06 mol/l范围内，酶活力较高；提取液ph在6.08.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液ph进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。答案(1)木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶的活力不随ph的变化而变化单位时间内、单位体积中底物减少(或产物增加)(2)课题名称：探究酶保护剂的浓度和提取液的ph的最佳组合 提取液的ph 底物的减少量 (或产物的产生量)酶保护剂浓度mol/l6.06.57.07.58.00.020.030.040.050.06解析(1)题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱度适应范围，由图可知，木瓜蛋白酶的活力不随ph的变化而变化，所以可以选作食品添加剂。酶的活力可用单位时间内、单位体积中底物的减少量(或产物的增加量)来表示。(2)由题中信息可知酶保护剂的适宜浓度范围和提取液ph的适宜范围，故实验的自变量是酶保护剂的浓度和提取液的ph，需在适宜范围内确定较小的梯度进行实验。实验结果记录表要包含自变量酶保护剂的浓度和提取液的ph以及因变量底物的减少量(或产物的产生量)。1 如图为胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。下列有关叙述正确的是()a和过程中都会发生细胞的增殖和分化b在利用单倍体育种法培育优质小麦的过程中，不经过愈伤组织阶段c此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性d利用此过程获得的试管苗可能为杂合子答案d解析表示脱分化，表示再分化。过程中发生细胞的有丝分裂，不发生分化；利用单倍体育种法培育优质小麦的过程中，需采用花药离体培养技术，要经过愈伤组织阶段；植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞的全能性；此过程是无性生殖，获得的试管苗的遗传物质取决于取材个体，因此可能为杂合子。2 如图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养成植株的过程。下列相关叙述中，正确的是()a和阶段发生减数分裂b阶段需要生长素而阶段仅需要细胞分裂素c阶段不仅有细胞增殖且细胞分化速率很快d此兰花的花药离体培养所得的植株体细胞中有两个染色体组答案d解析阶段表示愈伤组织及胚状体分裂、分化的过程，无生殖细胞形成，因此只进行有丝分裂；在植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素的用量比例会影响其分化方向，植物组织培养的各个阶段均需要生长素和细胞分裂素；愈伤组织是未分化的细胞，因此阶段有细胞分裂但无细胞分化；用于植物组织培养的四倍体兰花，其体细胞中含有四个染色体组，其花粉中含有两个染色体组，因此d项正确。3 (2011江苏卷，16)下列有关植物组织培养的叙述，正确的是()a愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞b二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株c用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子d植物耐盐突变体可通过添加适量nacl的培养基培养筛选而获得答案d解析愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的、呈无定形状态的、具有分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结构和功能，a项错误；二倍体植株的花粉中只含有一个染色体组，培养得到的个体为单倍体，高度不育，只有幼苗用秋水仙素处理后得到的植株才能稳定遗传，b项错误；人工种子中包裹的是再分化形成的胚状体或不定芽、顶芽和腋芽等，但不能是愈伤组织，c项错误；用特定的选择培养基可筛选出所需的突变体类型，如植物耐盐突变体的筛选可通过添加适量nacl的培养基进行，d项正确。4 如图表示某研究小组在探究果胶酶的用量时的实验结果。下列有关说法不正确的是()a在ab段限制反应速率的主要因素是酶的用量b在bc段限制反应速率的因素是温度、ph、反应物浓度等c在ac段增加反应物浓度，可以明显加快反应速率d在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是b点对应的值答案c解析由曲线图可以看出，在ab段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加反应物浓度，反应速率不会明显加快。在bc段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快；此时反应物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加反应物浓度，反应速率会加快。5 在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是()a加大果泥用量b加大果胶酶用量c进一步提高温度d用玻璃棒不时地搅拌反应混合物答案d解析用果胶酶处理果泥时，用玻璃棒不时地搅拌反应混合物，能使果胶酶与果胶充分接触，使果胶酶能够充分地催化反应。6 下列是有关血红蛋白提取和分离的操作，其中正确的是()a透析可去除样品中分子量较小的杂质b用蒸馏水重复洗涤红细胞c血红蛋白释放后应低速短时间离心d洗脱液接近色谱柱底端时开始收集流出液答案a解析透析袋是一种半透膜，可去除样品中分子量较小的杂质；为不破坏红细胞，洗涤红细胞时应使用生理盐水；血红蛋白释放后应高速长时间离心，以分离血红蛋白；洗脱血红蛋白时，应待红色的蛋白质接近色谱柱底端时开始收集流出液。7 下图是月季的花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答有关问题：(1)选用的材料合适与否是能否成功诱导出花粉植株的关键。一般来说，选用_期的花粉可提高成功率。选择花药时，一般要通过_来确定其中的花粉是否处于合适的发育期，这时需要对花粉的细胞核进行染色，常用的染色剂是_。(2)上图中花粉经脱分化产生胚状体还是愈伤组织主要取决于培养基中_。(3)胚状体与愈伤组织在结构上的主要区别在于愈伤组织的细胞排列疏松、无规则，是一种高度_的薄壁细胞，胚状体与_发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。(4)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，请说明下列各项需要消毒，还是需要灭菌。培养基培养皿接种环花蕾实验操作者的双手锥形瓶_(填编号)需要灭菌，_(填编号)需要消毒。(5)试管苗移栽到土壤前，通常要进行壮苗处理，应如何壮苗？_。答案(1)单核镜检(显微镜观察)醋酸洋红(2)激素的种类及其浓度配比(3)液泡化正常受精卵(或受精卵)(4)(5)将试管苗移栽到经过消毒的培养基中生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中解析(1)单核期花粉对离体刺激较敏感，选用该期花粉可提高培养的成功率；选择花粉时可用显微镜观察进行筛选；对花粉细胞核进行染色应选择碱性染料，常用醋酸洋红。(2)花药离体培养成植株的两条途径之间没有明显的界限，主要取决于植物激素的种类及比例。(3)愈伤组织细胞的特点为细胞排列疏松、无规则、高度液泡化；胚状体具有与胚相似的胚根、胚轴和胚芽等结构。(4)灭菌对象为培养基和实验器材，消毒对象为要保持活性的材料和实验者自身。(5)壮苗是使试管苗进一步适应外界环境的做法。8 (2012江苏卷，31)某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题：(1)2,4d常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需_(填“升高”“保持”或“降低”)2,4d的浓度。(2)当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加_，以促进幼苗形成。(3)研究中用显微镜可以观察到的现象是_(填下列序号)。绿色芽点细胞排列松散刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离胚状体细胞中有叶绿体分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致(4)经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。某同学用_(填序号：绿色；红色；蓝紫色；黄色)光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第_条色素带(自上而下)窄于对照组。(5)胚乳(3n)由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织，培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的_，还可避免再生苗中混有_。答案(1)降低(2)适量的生长素(3)(4)4(5)增殖与分化二倍体幼苗解析(1)因为2,4d对形态的发生有一定的抑制作用，常用于诱导形成愈伤组织，故在愈伤组织的再分化培养基中要降低2,4d的浓度。(2)愈伤组织再分化产生幼苗时，需要细胞分裂素和生长素的共同作用。(3)愈伤组织的细胞排列松散，而绿色芽点的细胞是具有分生能力的细胞，排列紧密；刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还未形成新的细胞壁和大的液泡，因此不会发生质壁分离；胚状体的细胞是已经分化的具有生根发芽能力的细胞，其中有的细胞含有叶绿体；分化后的细胞在形态、结构和生理功能上会发生稳定性的变化。(4)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，故在绿光和黄光的照射下，突变体和对照组的叶片光合作用无明显差异。突变体的叶绿素a与叶绿素b的比值大于对照组，而叶绿素的总量不变，则叶绿素a的含量增多、叶绿素b的含量减少，故色素分离的结果是滤纸条自上而下的第4条色素带窄于对照组。(5)胚乳细胞中含3个染色体组，胚细胞中含2个染色体组，胚具有分裂和分化的能力，其存在可能会影响胚乳细胞诱导形成的愈伤组织细胞的增殖与分化，故需剔除，这样还可避免愈伤组织再分化形成的三倍体幼苗中混有二倍体