专题16 酶的应用和生物技术在其他方面的应用-2014年高考生物考纲解读及热点难点试题演练 Word版含解析

1.酶的应用：
(1)酶在食品制造和洗涤等方面的应用。
(2)制备和应用固定化酶。
2.生物技术的应用：
(1)植物的组织培养。
(2)蛋白质的提取和分离。
(3)PCR技术的基本操作和应用。
一、植物组织培养技术
1．用流程图的形式写出植物组织培养的过程
离体的植物组织或细胞愈伤组织根、芽等(试管苗)完整植物体。
2．植物组织培养与花药培养技术的比较
植物组织培养 花药培养技术
理论依据 细胞的全能性 细胞的全能性
基本过程 脱分化―→再分化 脱分化―→再分化
外植体细胞类型 体细胞 生殖细胞
操作流程 制备MS固体培养基―→外植体消毒―→接种―→培养―→移栽―→栽培 选材―→消毒―→接种、培养―→筛选和诱导―→移栽―→栽培选育
培养结果 正常植株 单倍体植株
可育性 可育 高度不育，秋水仙素处理，染色体加倍后可育
二、酶的研究和应用
1．探寻在酶的实验探究中应注意的问题
(1)实验设计时要遵循单一变量和对照两大原则，严格控制无关变量。
(2)探究不同温度(或pH)对酶活性的影响时，温度(或pH)作为自变量，通常通过设置合理的梯度来确 2．比较下表中直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的差异
直接使用酶 固定化酶 固定化细胞
酶的种类 一种或几种 一种 一系列酶
常用载体 氧化铝、高岭土、硅胶、二氧化钛、硅藻土等 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等
常用方法 包埋法、化学结合法、物理吸附法 包埋法
营养物质基础 不需要 不需要 需要
化学反应 一种或几种 一种 一系列
底物 各种物质 各种物质 能进入载体的小分子物质
优点 效率高、耗能低、无污染 可回收，反复使用 成本低、易操作，可催化一系列化学反应
缺点 环境因素影响大，酶难以回收利用 不利于催化一系列化学反应 反应物与细胞内的酶不容易接触，催化效率下降
3.固定化技术的比较
方法 定义 适用范围 模型
包埋法 将酶包裹在多孔的载体中。常见的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 多用于细胞的固定
化学结合法 将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上 多用于酶的固定
物理吸附法 将酶吸附到固体吸附剂的表面。固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等
三、DNA和蛋白质技术
1．DNA的粗提取和鉴定方法
(1)材料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织。
(2)破碎细胞
①动物的红细胞，吸水破裂。
②植物细胞：加入洗涤剂、食盐后研磨。
(3)除去杂质的方法
方法一：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同，通过调节NaCl溶液的浓度除去溶于和不溶于NaCl溶液中的杂质。
方法二：利用DNA对酶的耐受性，直接在滤液中加入嫩肉粉，反应10～15 min，嫩肉粉中的木瓜蛋白3 min，溶液中会出现白色丝状物，用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物。
(5)DNA的鉴定：在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。
2．比较下表中细胞内DNA复制与PCR技术的不同
项目 DNA复制 PCR技术
场所 细胞内 细胞外
能量 ATP提供能量 不需ATP提供能量
酶 解旋酶、DNA聚合酶 耐高温的TaqDNA聚合酶
是否有转录 伴有转录，产生引物 无转录，需加入两种引物
引物 RNA DNA或RNA
温度 体内温和条件 高温
特点 边解旋边复制，半保留复制 体外迅速扩增
循环次数 受生物体自身控制 30多次
3.蛋白质的提取和分离
步骤 操作
样品处理 通过红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液等操作收集到血红蛋白溶液
粗分离 通过透析法去除血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质
纯化 通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质
纯度鉴定 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳判断纯化的蛋白质是否达到要求
【特别提醒】(1)凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果，但直径过大造成洗脱液体积大，样品稀释度长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。
培养基编号 浓度/(mg·L－1)
6?BA IAA m/% n/个
1 0.5 0 76.7 3.1
2 0.1 77.4 6.1
3 0.2 66.7 5.3
4 0.5 60.0 5.0
回答下列问题。
(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为__________和__________两类。上述培养基中，6?BA属于________类生长调节剂。
(2)在该实验中，自变量是________，因变量是________________，自变量的取值范围是________。
(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是________号培养基。
(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________(填“6?BA”或“IAA”)。
【例2】 某同学进行苹果汁制作实验，工艺如图所示。
(1)图中用KMnO4的溶液浸泡苹果的目的是________________。黑曲霉提取液中含有的________可分解果胶，从而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通过________方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去________________。
(2)实验中，操作流程A和B的先后顺序为________。在苹果汁澄清过程中，应关闭的流速调节阀是________。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶，可取一定量的果汁与等量的________混合，如果出现________现象，说明果胶还没有被完全分解。为使果胶完全分解，应将流速调________。
(3)实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被________使用。
果的消毒作用。可使果胶分解的物质是果胶酶。在制备固定化酶时，石英砂具有吸附作用。为了除去未被
【变式探究】 某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题。
产酒酒精度的比较
时间/d 游离酵母 固定化酵母
0 0 0
2 1.0 2.5
4 2.1 4.2
6 3.2 5.0
8 3.9 5.4
10 4.3 6.0
12 4.6 6.4
(1)制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化―→________________―→配制海藻酸钠溶液―→________________―→固定化酵母细胞。
(2)影响实验成败的关键步骤是__________________________________________________。
(3)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。
①实验过程中“在一定的条件下发酵”的条件是________，要求条件相同是为了确保________。
②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母在发酵前期的延迟期的时间要________。
【例3】 多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。请回答下列有关PCR技术的基本原理及应用问题。
(1)DNA的两条链是反向平行的，通常将________的末端称为5′端，当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的________开始延伸DNA链。
(2)PCR利用了DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题，但又导致了DNA聚合酶失活的新问题。到20世纪80年代，科学家从一种Taq细菌中分离到________，它的发现和应用解决了上述问题；要将Taq细菌从其他普通的微生物中分离出来，所用的培养基叫________。
(3)PCR的每次循环可以分为________三步。假设在PCR反应中，只有一个DNA片段作为模板，请计算在5次循环后，反应物中大约有________个这样的DNA片段。
(4)请用简图表示出一个DNA片段PCR反应中第二轮的产物。
(5)简述PCR技术的主要应用。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(要求3项以上)。
【变式探究2】下列有关“血红蛋白提取和分离”的相关叙述中，正确的是(　　)。
A．用蒸馏水进行红细胞的洗涤，其目的是去除细胞表面杂蛋白
B．将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较大的杂质
C．血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是使血红蛋白溶于有机溶剂
D．整个过程不断用磷酸缓冲液处理，是为了维持血红蛋白的结构
1．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是(　　)。
A．可用包埋法制备固定化酵母细胞
B．反应产物对固定化酶的活性没有影响
C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
2．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(　　)。
A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗
C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
3．请回答下列与菊花茎段组织培养实验操作有关的问题。
(1)由于菊花茎段组织培养比较容易，故在配制MS固体培养基时，________(必需添加、不必添加)植物激素。培养基配制完毕后，还需进行________灭菌。
(2)应选用生理状况好的菊花嫩枝茎段作为________，这是因为其更容易被诱导________。
(3)菊花茎段在接种前要用适当浓度的________溶液进行表面消毒。
(4)接种前，工作台要用体积分数为70%的酒精擦拭一遍。之后，所有的接种操作都必须在________旁进行，并且每次使用器械后，都需要用________灭菌。
(5)接种后的锥形瓶最好放在________中培养。培养期间应注意事项主要有：定期________、控制好________，并每日给予适当时间光照。
(5)无菌箱　消毒　培养温度
4．红细胞含有大量的血红蛋白，红细胞的机能主要由血红蛋白完成，血红蛋白的主要功能是携带氧气或二氧化碳，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液来提取和分离血红蛋白，请回答下列有关问题。
(1)实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。
①加入柠檬酸钠的目的是_______________________________________________。
②以上所述的过程为样品处理，它包括________、______、收集血红蛋白溶液。
(2)收集的血红蛋白溶液可以在透析袋中透析，这就是样品的粗分离。
①透析的目的是________；②透析的原理是________。
(3)通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。
①样品纯化的方法是________。
②加入SDS可以使蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的迁移率完全取决于________。
5．生物技术实践与人们的生产和生活密切相关。请回答下列有关问题。
(1)进行菊花组织培养的基本操作步骤是制备MS固体培养基、________、接种、培养、移栽、栽培。花药离体培养时，选择合适发育时期的花粉能提高诱导成功率，确定花粉发育时期最常用的染色方法是________。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________。
(2)如图一表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图中的X溶液为________，其作用是________________。用注射器滴加海藻酸钠与酵母菌混合液时，应将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，才能加入已活化的酵母菌，目的是防止________________。
(3)为了探究某加酶洗衣粉中碱性蛋白酶含量与洗涤效果的关系，某同学通过实验获得如图二所示的结果。由图可知，加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是________%，本实验的自变量是________________。
胶珠　高温杀死酵母菌　(3)0.6　碱性蛋白酶的含量
1．请回答下列生物技术方面的问题。
(1)微生物接种的方法中最常用的是平板划线法和______法，后者是将菌液进行一系列的________，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到固体培养基的表面，再进行________。菌落是在固体培养基上由________繁殖而来的形态可见的子细胞群体。
(2)菊花的组织培养的大致过程如图所示，请回答下列问题：
图中B、C依次表示________(填名称)过程，该过程中使用的关键激素是________。该实验操作成功的关键是__________，所以要对外植体、超净工作台等消毒，对________等灭菌。
2．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部分研究结果(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量)，分析回答有关问题。
(1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是________________________________________________________________________。
(2)乙图曲线表明浓度为________的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力低的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化酶一般可重复使用________次，之后酶活力明显下降。
(4)固定小麦酯酶采用双重固定法，这是因为______________________________________________。
【解析】通过分析图甲可知，固定化酶与游离酶相比，对温度变化的适应性更强且应用范围较广。乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时的酶活力最高，当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，
3．通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植株等。如图是植物组织培养的过程，请回答相关问题。
离体的植物器官、组织或细胞①―→愈伤组织②―→丛芽③―→植株④
(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的根本原因是________。植物组织培养技术所用的MS培养基中________提供植物细胞生活所必需的无机盐；________提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压。
(2)利用月季的花药离体培养产生单倍体时， 选材非常重要。一般来说，在________期花药培养的成功率最高。为了选择该期的花药，通常选择________的花蕾。若要得到可育植株，需要对④进行处理的方法有____________________________。
(3)若要进行兰花无病毒植株的培育，首先选择兰花的________作为外植体，其原因是________________。从外植体到无病毒植株试管苗，要人为控制细胞的________和________过程。研究人员研究了茎尖外植体大小对苗的成活率和脱毒率的影响，实验结果如图所示：
实验结果表明，茎尖越小，________，因此脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为________mm。
(4)在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导是至关重要的步骤。某研究小组以食用稗的成熟胚作为外植体，在基本培养基上研究植物生长调节剂对食用稗愈伤组织诱导率的影响。实验结果如下表：
培养基代号 愈伤组织诱导率/%
L1 1.0 0 65.41
L2 2.0 0 68.76
L3 3.0 0 91.01
L4 3.0 0.2 54.84
L5 3.0 0.5 57.35
L6 3.0 1.0 51.71
注：愈伤组织诱导率(%)＝产生愈伤组织的外植体数/接种的外植体总数×100%
从上表可知，在基本培养基中添加较高浓度的________有利于食用稗的胚形成愈伤组织，而添加________则不利于食用稗的胚形成愈伤组织。
4．如图表示菊花的嫩枝和月季的花药的离体培养过程，请回答下列有关问题。
(1)植物组织培养常用的培养基名称为________________，从物理性质来分为________培养基。
(2)菊花组织培养中选取生长旺盛的嫩枝的原因是__________________________________________
________________________________________________________________________。
对月季来说，花粉发育的过程中适宜花粉培养的时期是________期，为确定花粉是否处于该时期，最常用的镜检方法是________。
(3)两种植物组织培养都需要接种，接种前为确定培养基是否灭菌彻底，检测的方法是________________________________________________________________________，植物组织培养无菌操作应注意_________________________________________________(答两点)。
(4)月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同，从植物产生的途径来说，花粉植株产生的途径除了图中所示外，还可以通过________阶段发育而来，这两种发育途径的差别主要取决于________________________________________________________________________。
5．请回答有关果酒制作及固定化细胞的问题。
(1)葡萄汁发酵后是否有酒精产生，可用________来检验，若在酸性条件下液体呈现________色，则证明有酒精产生。
(2)为提高果汁的出汁率及使果汁变得澄清，在果汁生产中常用到________。
(3)利用果汁可以酿制果酒，现为提高果酒的品质及节约生产成本，某厂家已尝试使用固定化细胞技术。在制备固定化酵母细胞时，常采用下图中的方法________(填出序号及名称)。采用该方法的原因是________________________________________________________________________。
(4)制作固定化酵母细胞时，要将已冷却至________的溶化好的海藻酸钠溶液与已________的酵母细胞充分搅拌，经充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和的________溶液中形成凝胶珠。如果得到的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明________，如果得到的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则可能的原因是________________________________________________________________________。
【解析】在果汁生产中加入果胶酶，能够提高果汁的出汁率及使果汁变得澄清。酵母细胞的固定多采用包埋法，采用该种方法的原因是体积大的细胞难以被吸附或结合，但它不容易从包埋材料中漏出；在包
6．(1)PCR是一种DNA体外扩增技术。1988年，PCR仪问世，并被广泛应用于基因扩增和DNA序列测定。如图是PCR技术示意图，请回答下列问题。
①引物是此过程中必须加入的物质，从化学本质上说，引物是一小段________________________________________________________________________。
②将双链DNA________________，使之变性，从而导致
________________________________________________________________________。
③引物延伸需提供________________作为原料。
(2)红细胞含有大量血红蛋白，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，血红蛋白提取和分离的程序可分为四步：样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。请回答下列有关问题：
①样品处理，它包括红细胞的洗涤、________、分离血红蛋白溶液。
②收集的血红蛋白溶液在透析袋中经过透析，这就是样品的粗分离。透析的目的是________________。透析的原理是________________________________________________________________________。
(2)血红蛋白的提纯中，样品处理可分为四步：①红细胞的洗涤，②血红蛋白的释放，③分离血红蛋
7．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10 g。剪碎后分成两组，一组置于20 ℃、另一组置于－20 ℃条件下保存24 h。
DNA粗提取：
第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL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10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。
第三步：取6只试管，分别加入等量的2 mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。
DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂。混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。
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，请给出合理的解释：______________________________________________
________________________________________________________________________。
(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%的冷酒精使DNA析出。