第32讲植物有效成分的提取及生物技术在其他方面的应用-2022年高考生物一轮复习讲义（人教版）(原卷版)

[高中生物一轮复习讲义选修1]第32讲植物有效成分的提取及生物技术在其他方面的应用考点一植物有效成分的提取1．植物有效成分的提取方法提取方法方法步骤适用范围水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏→分离油层→除水过滤适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油压榨石灰水浸泡→漂洗→压榨、过滤、静置→再次过滤适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取有机溶剂萃取粉碎、干燥→萃取、过滤→浓缩适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中2．实例(1)玫瑰精油的提取(2)橘皮精油的提取(3)胡萝卜素的提取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。3．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芳香油、柠檬芳香油等原料易焦糊芳香油的提取适用范围广，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1．植物有效成分提取过程中几个关键点分析(1)用于萃取的有机溶剂必须事先精制，除去杂质，否则会影响芳香油的质量。(2)能够利用蒸馏法提取的物质应该具有热稳定性，否则会发生植物有效成分的分解。(3)不适于蒸馏法的植物芳香油可以用压榨法提取，但是需要原料中植物芳香油的含量较大，否则不易压榨出来。(4)萃取温度高有利于植物有效成分溶于有机溶剂，但是温度过高会影响植物有效成分的品质，因此萃取时应严格控制温度，适当延长萃取时间。2．增加植物有效成分提取量的关键措施(1)蒸馏法提取植物芳香油①提取量主要取决于植物材料中芳香油的含量。②由于植物芳香油易挥发，因此用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油时应选择新鲜的植物材料(干燥后植物芳香油挥发)。(2)压榨法提取植物芳香油：植物材料中的果胶、果蜡会影响压榨和出油率，压榨前通常采用石灰水浸泡的方法除去果胶、果蜡，以提高出油率。考点二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溶液中溶解度不同项目溶解规律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与二苯胺沸水浴加热，呈蓝色。2．操作流程3．DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、4、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稀释到0.14mol/L，使DNA析出用纱布过滤4次①过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液；②过滤用2mol/L的NaCl充分溶解的DNA，滤去溶液中的杂质；③滤取0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；④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DNA4．DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较试剂浓度用途主要原理或用途酒精95%(体积分数)除去杂质以提纯DNADNA不溶于酒精，但是细胞中的某些物质可以溶于酒精二苯胺鉴定剂DNA遇二苯胺(沸水浴)会变蓝色柠檬酸钠0.03g/mL抗凝剂除去血液中的钙离子，防止血液凝固(1)提取DNA不能用哺乳动物的成熟的红细胞作实验材料，因为哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，提取不到DNA。(2)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的NaCl溶液中的溶解度最小。考点三血红蛋白的提取和分离1．蛋白质的分离方法(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：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。常用的电泳方法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。2．实例——血红蛋白的提取和分离(1)样品处理与粗分离(2)纯化与纯度鉴定“除杂质”或“分离”的原理(1)透析法：利用透析袋只允许小分子透出的原理，去除小分子杂质，透析可实现对血红蛋白的“粗分离”。(2)凝胶色谱法：相对分子质量较大的分子先流出，分子质量较小的后流出，依此可对血红蛋白进行分离和纯化。(3)电泳法：利用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、形状不同，使带电分子产生不同的迁移速率，从而实现样品中各种分子的分离。即eq\a\vs4\al(各种分子)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(带电性质差异,分子本身大小不同,分子本身形状不同))eq\o(→,\s\up7(产生))eq\x(\a\al(不同的迁,移速度))eq\o(→,\s\up7(实现))eq\x(\a\al(各种分子,的分离))考点四酶的应用1．酶在果汁生产、洗涤等方面的应用(1)果胶酶在果汁生产中的作用①果胶a．果胶的成分与存在：果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。b．果胶与果汁加工：果胶影响出汁率，使果汁浑浊。②果胶酶a．成分：果胶酶并不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称。b．作用：将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使出汁率提高，也使浑浊的果汁变得澄清。③果胶酶的应用a．水果加工业：水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨；在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用，还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀；果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。b．饲料工业：果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值；果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。(2)加酶洗衣粉在洗涤中的应用①加酶洗衣粉：指含酶制剂的洗衣粉。②酶制剂的种类与洗涤原理2．固定化酶和固定化细胞(1)固定化酶①形成：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。②特性：与游离酶相比较，稳定性好，与底物和产物容易分离，易于控制，能反复多次使用；便于运输和贮存，有利于自动化生产。(2)固定化细胞：是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动并且可以反复使用的活细胞，又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。(3)固定技术①概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。②方法及适用对象一般来讲，酶更适合用化学结合和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化，这是因为个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶则易从包埋材料中漏出。3．酶的活性及其影响因素(1)酶的活性eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含义：指酶催化一定化学反应的能力,表示方法：单位时间内、单位体积中反应物,的减少量或生成物的增加量))(2)影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。(3)探究影响果胶酶活性的因素(温度或pH)的实验设计各取一支，分9组分别放入30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃的恒温水浴中(或各取一支，分5组调节苹果泥和果胶酶的pH为5、6、7、8、9置于同一恒温水浴中)加热↓将果胶酶加入相同温度(或pH)的苹果泥内↓恒温保持10min↓过滤果汁，用量筒测量果汁的量，并记录4．加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法(1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法：可在洗涤后比较污物的残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等。(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法：实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以洗衣粉的种类为自变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。(3)变量分析实验自变量因变量无关变量探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果洗衣粉种类(普通和加酶)洗涤效果水的用量，污物的量，实验用布的质地与大小，不同洗衣粉的用量，搅拌、洗涤时间等探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果加酶洗衣粉中酶的种类探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响温度5．固定化细胞制作关键海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键。若浓度高将很难形成凝胶珠；浓度过低，形成的凝胶珠中包埋的酵母细胞过少，影响实验效果。溶化海藻酸钠应小火或者间断加热，避免焦糊；溶化后应先冷却至室温再与酵母细胞混合，避免高温杀死细胞。酵母细胞固定化要在无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，需避免微生物的污染；在制作固定化酵母细胞之前应先使酵母细胞活化。6．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较1．下面是与植物芳香油的提取有关的问题，请回答：(1)玫瑰精油的提取可使用图1所示装置，这种方法叫________蒸馏法。蒸馏时收集的蒸馏液________(填“是”或“不是”)纯的玫瑰精油。(2)胡萝卜素是________色的结晶。从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的是________法，采用________加热。一般情况下，提取胡萝卜素时，提取效率与原料颗粒的含水量呈________相关。(3)经萃取、过滤得到的液体是______________________________________________，之后还需利用上述装置进行浓缩处理，该装置所起的作用是_________________________________________________________________________________________________________________。(4)图2为胡萝卜素的纸层析结果示意图，请据图回答：A、B、C、D四点中，属于标准样品的样点是________。甲代表的物质是________，乙代表的物质是___________________________________________________________________。2．2015年诺贝尔生理学或医学奖授予中国女科学家屠呦呦，以表彰她发现青蒿素，显著降低了疟疾患者的死亡率。目前，青蒿素的主要来源仍然是从植物黄花蒿中提取分离。以下是从植物黄花蒿中提取青蒿素的工艺流程，请分析回答以下问题：黄花蒿→干燥→粉碎→萃取→浓缩提取液→粗品→精制(1)该提取方法利用了青蒿素具有_____________________________________________的特性。(2)萃取前要将黄花蒿干燥、粉碎处理，说明原料的________和________________________是影响萃取效率的重要因素。(3)屠呦呦等人在研究青蒿素的萃取工艺时发现青蒿素的水煎浸膏毫无效果，而乙醚冷浸所得提取物鼠疟效价显著增高且稳定，说明青蒿素具有________性。石油醚、乙酸乙酯、乙醚和苯的沸点分别为90～120℃、77℃、35℃和80℃，则最适合用于萃取青蒿素的有机溶剂是________，理由是_________________________________________________________________________________。3．某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动，具体步骤如下：材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10g剪碎后分成两组，一组置于20℃、另一组置于－20℃条件下保存24h。DNA粗提取：第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入15mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。第二步：先向6只小烧杯中分别注入10mL滤液，再加入20mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地沿一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。第三步：取6支试管，分别加入等量的2mol/LNaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加人4mL二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热5min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如表。材料保存温度花菜辣椒蒜黄20℃＋＋＋＋＋＋－20℃＋＋＋＋＋＋＋＋＋注：“＋”越多表示蓝色越深。分析上述实验过程，回答下列问题：(1)该探究性实验的课题名称是________________。(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少________。(3)根据实验结果，得出结论并分析。①结论1：与20℃相比，相同实验材料在－20℃条件下保存，DNA的提取量较多。结论2：________________。②针对结论1，请提出合理的解释：________________。(4)氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是：________________，然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。4．下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作，请回答下列问题。(1)图中实验材料A可以是_______等，研磨前加入的B应该是____________。(2)通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是______________________，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是______________________。(3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得下表所示的4种滤液，含DNA最少的是滤液____________。1研磨液中搅拌研磨后过滤滤液E22mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液F30.14mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液G4冷却的95%的酒精溶液中搅拌后过滤滤液H(4)DNA鉴定的原理是________________________________。5．春节是中国及一些亚洲民族所喜欢的一个传统节日，也是家人团聚的时候。家人团聚离不开美酒助兴，也离不开美味的饺子。请回答下列有关微生物的问题。(1)家人团聚离不开美酒助兴，利用____________酿酒在我国有着悠久的历史。因为该菌是兼