【生物】2021届一轮复习中图版第九单元专题二十四　生物技术在其他方面的应用学案

【生物】2021届一轮复习中图版第九单元专题二十四　生物技术在其他方面的应用学案

专题二十四　生物技术在其他方面的应用 考点　特定成分的提取和分离 ‎[2017海南,30,15分]绿藻A是某种单细胞绿藻,能够合成物质W。某小组为探究氮营养缺乏对绿藻A增殖及物质W累积的影响,将等量的绿藻A分别接种在氮营养缺乏(实验组)和氮营养正常(对照组)的两瓶培养液中,并在适宜温度和一定光强下培养。定时取样并检测细胞浓度和物质W的含量,结果如图。‎ ‎　　　　　　　　　　　　　 甲　　　　　　　　　　　　　乙 ‎(1)从图甲可知,在氮营养正常培养液的瓶中,绿藻A的种群增长曲线呈　　　　　型。 ‎ ‎(2)综合图甲和图乙的信息可知,在生产上,若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W,可以采取的措施是　　　　　　。 ‎ ‎(3)若物质W是类胡萝卜素,根据类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂的特点,应选择的提取方法是　　　　。用纸层析法可以将类胡萝卜素与叶绿素分开,纸层析法分离的原理是　 。 ‎ ‎(4)在以上研究的基础上,某人拟设计实验进一步研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响,则该实验的自变量是 ‎　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)与在光照条件下相比,若要使绿藻A在黑暗条件下增殖,需要为其提供　　　　(填“葡萄糖”或“纤维素”)作为营养物质,原因是　 。 ‎ 以实验为切入点,将必修与选修知识结合在一起进行综合考查是近几年高考命题的常见形式,预计这种形式在以后的高考中还会出现。本题结合种群的增长曲线、光合作用和呼吸作用等知识考查实验结果分析、类胡萝卜素的提取和分离、实验变量分析等相关知识,突出对考生综合运用能力的考查,落实科学思维和科学探究等核心素养的考查。‎ ‎ 考点1　酶的研究与应用 ‎ 考法1 酶的研究与应用分析 命题角度1　实验探究果胶酶在果汁生产中的应用 ‎1 [2015海南,30,15分]生产果汁时,用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁量。回答下列相关问题:‎ ‎(1)某同学用三种来源的果胶酶进行三组实验,各组实验除酶的来源不同外,其他条件都相同,测定各组的出汁量,据此计算各组果胶酶活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)现有一种新分离出来的果胶酶,为探究其最适温度,某同学设计了如下实验:取试管16支,分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液,混匀,平均分为4组,分别置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保温相同时间,然后,测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有　　　　和　　　　　　　　 ‎ ‎(3)某同学取5组试管(A~E)分别加入等量的同种果泥,在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶,然后,补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同;E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后,测定各组的出汁量。通过A~D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中,若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量,E组设计　　　　(填“能”或“不能”)达到目的,其原因是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(1)根据题意,用三种不同来源的果胶酶进行三组实验,自变量为酶的来源,其他条件为无关变量,应保持相同且适宜,测定的各组出汁量反映果胶酶的活性,即因变量,所以该实验的目的是比较不同来源的果胶酶的活性。(2)根据实验设计可知,该实验的目的是探究果胶酶的最适温度,所以自变量是温度,因变量是果胶酶的活性,用出汁量进行衡量,相等时间内出汁量越多则果胶酶活性越高。该实验方案中,温度应该在常温左右设置系列温度梯度且温度差值应相等,如4组的温度可分别设置为10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃。(3)根据题意,本实验的自变量是果胶酶的量,因变量是出汁量,对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则。若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量,则E组也应加入缓冲液,并使试管中液体体积与实验组相同。‎ ‎(1)比较不同来源果胶酶的活性(其他合理答案也可)　(2)温度范围设置不合理　温度梯度设置不合理(其他合理答案也可)　(3)不能　未加入缓冲液(其他合理答案也可)‎ 命题角度2　加酶洗衣粉在洗涤中的应用探究 ‎2 [2016海南,30,15分]回答下列问题:‎ ‎(1)蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常,用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时,不应该使用开水,原因是 ‎　　　 　　。 若要去除衣服上的血渍,应选择含有　　 　　(填“蛋白酶甲”“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉,理由是 ‎　　　　　　　　　　　 　　　　　。 ‎ ‎(2)某同学为了洗去衣服上的油渍,洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶,该同学的做法　　　　(填“合理”或“不合理”),理由是　 。 ‎ ‎(3)已知溶液的pH可以影响酶的活性,请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中　　　　(填“羧基和氨基”“氨基和甲基”“羧基和甲基”或“甲基和甲基”)等基团的解离状态。 ‎ ‎(1)新鲜血迹中富含蛋白质,而开水温度较高,会使蛋白质变性沉淀,从而难以清洗。若要去除衣服上的血渍,应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉,因为题图中显示,碱性条件下只有蛋白酶丙有活性。(2)在蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶的做法不合理,因为脂肪酶的化学本质是蛋白质,蛋白酶可降解脂肪酶。(3)pH影响蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中羧基和氨基的解离状态。‎ ‎(1)开水使蛋白质变性而沉淀,难以清洗　蛋白酶丙　碱性条件下只有蛋白酶丙有活性　(2)不合理　蛋白酶会降解脂肪酶　(3)羧基和氨基 命题角度3　固定化酶和固定化细胞的应用分析 ‎3 [2016江苏,29,9分]为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响,以及固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验,流程及结果如图所示。请回答下列问题:‎ 图1‎ 图2‎ ‎(1)实验中的海藻酸钠作用是　　　,CaCl2的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物,并保持绿球藻活性,宜采用　　　洗涤。图1中1.0%海藻酸钠组培养24 h后,移去凝胶球,溶液呈绿色,原因是　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)为探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,应选用浓度为　　 　海藻酸钠制备凝胶球。 ‎ ‎(4)图2中空白凝胶球组Zn2+浓度下降的原因是　　　　　　　　　　　。结合图1和图2分析,固定化藻的实验组24~48 h间Zn2+‎ 浓度下降速度较快的主要原因是　　　　　 　　　　　　　;72~96 h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有　　　　　　　　 　　　　。 ‎ ‎(1)实验中的海藻酸钠的作用是包埋绿球藻(包埋剂),而CaCl2的作用是与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂)。(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物,并保持绿球藻活性,宜采用培养液或生理盐水来洗涤。图1中1.0%海藻酸钠组培养24 h后,移去凝胶球, 溶液呈绿色的原因是海藻酸钠浓度过低。(3)从图1看:当海藻酸钠浓度为2.0%时,绿球藻数量比其他浓度时多,所以要探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,宜选用浓度为2.0%的海藻酸钠制备凝胶球。(4)从图2中看,随着培养时间的延长,空白凝胶球组的Zn2+浓度也下降,原因是凝胶可以吸附Zn2+。从图1可以看出,24~48 h间绿球藻增殖速度快,从而使得固定化藻实验组在24~48 h间Zn2+浓度下降速度较快;72~96 h间绿球藻增殖速度减慢,再加上培养液中Zn2+浓度较低,故72~96 h间Zn2+浓度下降速度较慢。 ‎ ‎(1)包埋绿球藻(包埋剂)　与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂)　(2)培养液(生理盐水)　海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大)　(3)2.0%　(4)凝胶吸附Zn2+　绿球藻生长(增殖)速度快　绿球藻生长(增殖)速度减慢,溶液中Zn2+浓度较低 ‎　1.[2020山西太原名校模拟,15分]研究小组以橘子为材料,进行精油提取和果汁制取,其中果汁的制取流程如下。‎ 果汁 → 瞬间高温消毒(90 ℃) → 酶处理(45 ℃,1~3 h)→ 分离 → 过滤浓缩 → 瞬间高温消毒(90 ℃) → 成品。‎ ‎(1)利用橘子皮提取橘皮精油时一般不采用水蒸气蒸馏而采用压榨法,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为提高出油率,应进行的处理是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)制作过程中需要进行瞬间高温消毒,与煮沸消毒法相比,这种方法的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)加入果胶酶进行酶处理的目的是　　　　　　　　　　。工业生产中将果胶酶进行固定化,与直接使用游离的果胶酶相比,此方法的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答两点)。 ‎ ‎(4)在进行果胶酶固定化时,应该控制CaCl2溶液和　　　　　　　　　　的浓度,以获得孔径大小合适、包埋效果良好的凝胶珠。实验发现,制备时含过多果胶酶的凝胶珠成品催化效果反而下降,请从单个酶分子如何发挥作用的角度解释其原因:‎ ‎　   。‎ ‎ 考点2　特定成分的提取和分离 ‎ 考法2 生物体中有效成分的提取分析 命题角度4　植物有效成分的提取 ‎4 [2017全国卷Ⅲ,37,15分]绿色植物甲含有物质W,该物质为无色针状晶体,易溶于极性有机溶剂,难溶于水,且受热、受潮易分解。其提取流程为:植物甲→粉碎→加溶剂→振荡→收集提取液→活性炭处理→过滤去除活性炭→蒸馏(含回收溶剂)→重结晶→成品。回答下列问题:‎ ‎(1)在提取物质W时,最好应选用的一种原料是　　 　　(填“高温烘干”“晾干”或“新鲜”)的植物甲,不宜选用其他两种的原因是　 。 ‎ ‎(2)提取物质W时,振荡的作用是　 　　　。 ‎ ‎(3)活性炭具有很强的吸附能力,在提取过程中,用活性炭处理提取液的目的是　　　 　。 ‎ ‎(4)现有丙酮(沸点56 ℃)、乙醇(沸点约78 ℃)两种溶剂,在提取物质W时,应选用丙酮作为提取剂,理由是 ‎　　　　　　　 　　　　。 ‎ ‎(5)该实验操作过程中应注意的事项是　　　　　　　 　　　　　(答出两点即可)。 ‎ ‎(1)依据题干信息,物质W受热、受潮易分解,因此不宜选择高温烘干,而新鲜的植物甲含水量高,用于提取的极性有机溶剂会被水稀释,进而降低对物质W的提取效果,故不应选用新鲜的植物甲。(2)提取物质W时,振荡可以使原料和所加有机溶剂充分混匀。(3)利用活性炭的吸附能力,可以去除提取液中植物甲所含的色素,从而得到较为纯净的物质W与有机溶剂的混合物。(4)丙酮沸点低于乙醇,蒸馏时物质W分解较少。(5)物质W容易受热分解,因此蒸馏操作适宜在较低的温度下进行,同时因实验中使用了有机溶剂,要注意防火。‎ ‎(1)晾干　高温烘干过程中,植物甲中的物质W易被破坏;新鲜的植物甲含水量高,用于提取的极性有机溶剂会被水稀释,进而降低对物质W的提取效果　(2)使原料和溶剂充分混匀　(3)去除提取液中的色素　(4)丙酮沸点低于乙醇,蒸馏时物质W分解较少　(5)在温度较低的情况下操作,防火 命题角度5　胡萝卜素的提取和鉴定 ‎5　[2015新课标全国卷Ⅱ,39,15分]回答与胡萝卜素有关的问题:‎ ‎(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中,最主要的是　　　　　(填“α-胡萝卜素”“β-胡萝卜素”或“γ-胡萝卜素”),该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子　　　　,后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症,该疾病称为　　　　,胡萝卜素是　　　　(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。 ‎ ‎(2)工业生产上,用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时,　　　　(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。 ‎ ‎(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂,应选用其中的　　　　　　　　　作为胡萝卜素的萃取剂,不选用另外一种的理由是　　　　　。 ‎ ‎(1)从胡萝卜中提取出的胡萝卜素中最主要的成分是β-胡萝卜素;一分子的β ‎-胡萝卜素在人或动物的小肠、肝脏等器官可被氧化成两分子的维生素A;维生素A缺乏会引起夜盲症、幼儿生长发育不良、干皮症等,其中人在弱光下视物不清的疾病称为夜盲症;胡萝卜素化学性质比较稳定,不具有挥发性。(2)含水量会影响萃取的效率,因此,用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时,需要将新鲜的岩藻干燥。(3)有机溶剂分为水溶性和水不溶性两种。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,而乙醇是水溶性有机溶剂,乙酸乙酯是水不溶性有机溶剂,因此应选择乙酸乙酯作为胡萝卜素的萃取剂。‎ ‎(1)β-胡萝卜素　维生素A　夜盲症　非挥发性　(2)需要　(3)乙酸乙酯　萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶,而乙醇为水溶性有机溶剂(答案合理即可)‎ ‎　2.[2019广东惠州一调,15分]回答下列与胡萝卜素的提取、分离、鉴定有关的问题:‎ ‎(1)胡萝卜素通常采用萃取法提取,萃取的原理是　　　　。萃取过程中宜采用　　　　(填“水浴”或“明火”)加热。 ‎ ‎(2)胡萝卜素可以从胡萝卜或能产生胡萝卜素的某些酵母菌中提取。在筛选产胡萝卜素的酵母菌时,采用　　　　或平板划线法接种,采用平板划线法接种时对接种环采用的灭菌方式为　　　　。 ‎ ‎(3)培养产胡萝卜素酵母菌的培养基中常加入蔗糖,目的是为酵母菌提供　　　　;培养基采用的灭菌方式为　　　　;作为无机盐的硝酸盐为酵母菌提供　　　　。 ‎ ‎(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素,鉴定过程中需要用胡萝卜素标准样品作为　　　　。 ‎ 命题角度6　DNA的粗提取与鉴定 ‎6 [2019江苏,10,2分]下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是 A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近 B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂 C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNA D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热 本题考查DNA粗提取与鉴定的相关知识,意在考查考生的理解能力。哺乳动物(如兔)成熟的红细胞中无细胞核和细胞器,不能提取到DNA;鸡血、菜花、豌豆、菠菜等都具有细胞核,可以通过不同的方法提取DNA,用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量差异很大,A错误。为防止DNA断裂,在DNA析出过程中搅拌操作要轻柔且沿着一个方向,B正确。DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液,预冷的酒精溶液可用来进一步纯化粗提的DNA,C正确。在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色,因此,用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热,D正确。‎ A ‎(除标明外,每空2分)(1)“S”　(2)将少量的绿藻A放在氮营养正常的培养瓶中培养,获得大量的绿藻A后再转移到氮营养缺乏的培养液中培养(3分)　(3)萃取　类胡萝卜素和叶绿素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的在滤纸上的扩散速度快　(4)培养液中氮的浓度　(5)葡萄糖　在黑暗条件下,绿藻A不能合成葡萄糖,绿藻A不能吸收纤维素 ‎【解析】　(1)从图甲可知,在对照组氮营养正常培养液的瓶中,绿藻A的细胞浓度(种群数量)增长到一定程度后维持基本稳定,符合“S”型曲线特点。(2)综合图甲和图乙的信息可知,绿藻A在氮营养正常的培养液中增殖速度快,在氮营养缺乏的培养液中物质W积累较多,若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W,可以先将绿藻A放在氮营养正常的培养瓶中培养,使其大量增殖,再将其放在氮营养缺乏的培养液中培养以积累物质W。(3)根据类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂的特点,应用萃取法提取。纸层析法分离的原理是不同物质在层析液中的溶解度不同,溶解度大的在滤纸上的扩散速度快。(4)氮营养缺乏程度不同,即培养液中氮的浓度不同,则该实验的自变量是培养液中氮的浓度。(5)要使绿藻A在黑暗条件下增殖,需要为其提供葡萄糖作为能源物质,因为在黑暗条件下,绿藻A不能进行光合作用合成葡萄糖,且纤维素是大分子物质,绿藻A不能吸收。‎ ‎1.(除标明外,每空2分)(1)压榨法可避免原料焦糊及有效成分水解　干燥去水,并用石灰水浸泡　(2)营养成分损失少(合理即可)　(3)提高果汁澄清度　 酶可以重复利用,降低生产成本;酶既能与反应物接触,又易与产物分离(3分)　(4)海藻酸钠溶液　凝胶珠内酶分子过多使内部酶分子无法与底物充分接触 ‎【解析】　(1)橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解,且水中蒸馏会导致原料焦糊,因此提取橘皮精油时常采用压榨法而不用水蒸气蒸馏法。为提高出油率,应该干燥去水,并用石灰水浸泡。(2)与煮沸消毒法相比,进行瞬间高温消毒使营养成分损失少。(3)植物细胞壁的主要成分是果胶和纤维素,加入果胶酶进行酶处理可以分解细胞壁中的果胶,提高出汁率和果汁澄清度。本题中是在果汁中加酶,故主要作用是提高澄清度。与直接使用游离的果胶酶相比,固定化果胶酶具有可重复利用,降低生产成本,既能与反应物接触,又易与产物分离等优点。(4)在进行果胶酶固定化时,应该控制CaCl2溶液和海藻酸钠溶液的浓度,以获得孔径大小合适、包埋效果良好的凝胶珠。实验发现,制备时含有过多果胶酶的凝胶珠成品催化效果反而下降,可能是因为凝胶珠内酶分子过多使内部酶分子无法与底物充分接触。‎ ‎2.(除标明外,每空2分)(1)胡萝卜素易溶于有机溶剂　 水浴　(2)稀释涂布平板法　灼烧灭菌　(3)碳源和能源物质　高压蒸汽灭菌　氮源　(4)对照(1分)‎ ‎【解析】　(1)由于胡萝卜素化学性质稳定,不溶于水,微溶于乙醇,易溶于石油醚等有机溶剂,因此通常采用萃取法提取胡萝卜素。由于明火加热容易引起有机溶剂燃烧、爆炸,故萃取过程中宜采用水浴加热。(2)微生物接种的方法有很多,最常用的是平板划线法和稀释涂布平板法。采用平板划线法接种时,对接种环常采用的灭菌方式为灼烧灭菌。(3)培养产胡萝卜素酵母菌的培养基中常加入蔗糖,目的是为酵母菌提供碳源和能源物质;对培养基常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。作为无机盐的硝酸盐可为酵母菌提供氮源。(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素,鉴定过程中需要用胡萝卜素标准样品作为对照。‎