高考生物全国通用总复习教师用书配套专题四生物技术在其他方面的应用选修一.ppt
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1、考情考情播播报报1.1.考考查查内容:主要考内容:主要考查查DNADNA的粗提取与的粗提取与鉴鉴定、定、PCRPCR技技术术的的应应用、用、蛋白蛋白质质的提取和分离、植物有效成分的提取等知的提取和分离、植物有效成分的提取等知识识。2.2.考考查查方式:通常以多知方式:通常以多知识识点点结结合的方式考合的方式考查综查综合分析合分析问题问题的能力,如考的能力,如考查查植物有效成分的提取植物有效成分的提取时时,会,会结结合微生物的培合微生物的培养与养与应应用、植物用、植物组织组织培养等知培养等知识识,考,考查查蛋白蛋白质质的提取和分离的提取和分离时时会会结结合微生物的培养与合微生物的培养与应应用、用
2、、酶酶的研究与的研究与应应用等知用等知识识。3.3.考考查题查题型:江型:江苏苏生物生物单单科卷中多以科卷中多以选择题选择题的形式出的形式出现现,广,广东东、四川卷中以、四川卷中以选择题选择题的个的个别选项别选项的形式出的形式出现现,其他省份的,其他省份的理科理科综综合卷多以一道非合卷多以一道非选择题选择题的形式出的形式出现现,属中低档,属中低档题题。【知识梳理知识梳理】一、一、DNADNA和蛋白质技术和蛋白质技术1.DNA1.DNA的粗提取与的粗提取与鉴定:鉴定:(1)(1)基本原理:利用基本原理:利用DNADNA与与RNARNA、蛋白质和脂质等在、蛋白质和脂质等在_方面的差异,提取方面的差
3、异,提取DNADNA,去除其他成分。,去除其他成分。(2)DNA(2)DNA的粗提取原理。的粗提取原理。DNADNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaClNaCl溶液中溶液中_不同。不同。在在NaClNaCl溶液浓度为溶液浓度为_时,时,DNADNA的溶解度最小。的溶解度最小。DNADNA不溶于不溶于_溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液。溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精溶液。物理和化学性质物理和化学性质溶解度溶解度0.140.14mol/Lmol/L酒精酒精(3)(3)主要步骤及注意事项:主要步骤及注意事项:实验材料的选取实验材料的选取破碎细胞破碎细
4、胞 选用选用DNADNA含量相对较高的生物组织含量相对较高的生物组织动物材料更容易动物材料更容易加入蒸馏水可使加入蒸馏水可使_加入洗涤剂可加入洗涤剂可_加入加入NaClNaCl可可_红细胞吸水破裂红细胞吸水破裂瓦解细胞膜瓦解细胞膜溶解溶解DNADNA获取含获取含DNADNA的滤液的滤液过滤,取滤液过滤,取滤液去除滤液中的杂质去除滤液中的杂质DNADNA的析出的析出利用利用DNADNA不溶不溶于于_的原理的原理,析出,析出DNADNA。DNADNA的鉴定的鉴定 控制控制_的浓度去除杂质的浓度去除杂质利用嫩肉粉中的利用嫩肉粉中的_分解蛋白质分解蛋白质利用利用_使蛋白质变性使蛋白质变性方法:方法:D
5、NADNA溶液中加入溶液中加入_试剂,沸水浴加热试剂,沸水浴加热5 min5 min现象:溶液变现象:溶液变_NaClNaCl溶液溶液蛋白酶蛋白酶高温高温冷却的酒精溶液冷却的酒精溶液二苯胺二苯胺蓝色蓝色2.2.多聚酶链式反应扩增多聚酶链式反应扩增DNADNA片段:片段:(1)PCR(1)PCR原理。原理。DNADNA的热变性:的热变性:PCRPCR环境:环境:一定的一定的_中。中。缓冲溶液缓冲溶液变性变性冷却冷却PCRPCR条件条件过程控制:控制过程控制:控制_使使DNADNA复制复制在体外反复进行。在体外反复进行。DNADNA母链:母链:PCRPCR模板模板酶:酶:_引物:分别与引物:分别与
6、_相结合相结合原料:四种原料:四种_Taq DNATaq DNA聚合酶聚合酶两条模板链两条模板链脱氧核苷酸脱氧核苷酸温度温度(2)PCR(2)PCR过程:过程:变性变性复性复性延伸延伸(3)PCR(3)PCR结果:两引物间固定长度的结果:两引物间固定长度的DNADNA序列呈序列呈_扩增扩增(即即2n)2n)。条件:温度上升到条件:温度上升到 _ _ 以上以上实质:双链实质:双链DNA_DNA_为单链为单链条件:温度下降到条件:温度下降到 _ _ 左右左右实质:两种实质:两种_与两条单链与两条单链DNADNA结合结合条件:温度上升到条件:温度上升到 _ _ 左右左右实质:在实质:在_的作用下,合
7、成子链的作用下,合成子链9090解聚解聚5050引物引物7272Taq DNATaq DNA聚合酶聚合酶指数指数3.3.血红蛋白的提取和分离:血红蛋白的提取和分离:(1)(1)常用方法常用方法 (2)(2)实验步骤:样品处理实验步骤:样品处理(红细胞的洗涤红细胞的洗涤_的释放的释放分离血分离血红蛋白溶液红蛋白溶液)粗分离粗分离_纯度鉴定。纯度鉴定。_法:依据法:依据_的大小分离蛋白质的大小分离蛋白质_法:依据法:依据_、分子本身大小、形状、分子本身大小、形状的不同分离蛋白质的不同分离蛋白质凝胶色谱凝胶色谱相对分子质量相对分子质量电泳电泳带电性质差异带电性质差异血红蛋白血红蛋白纯化纯化二、植物有
8、效成分的提取二、植物有效成分的提取1.1.提取玫瑰精油实验:提取玫瑰精油实验:(1)(1)方法:方法:_法。法。(2)(2)实验流程:实验流程:鲜玫瑰花鲜玫瑰花 _油水混合物油水混合物玫瑰油玫瑰油 除水除水 分离油层分离油层水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏加入加入_NaClNaCl水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏2.2.提取橘皮精油的实验:提取橘皮精油的实验:(1)(1)方法:一般采用方法:一般采用_法。法。(2)(2)实验流程:实验流程:石灰水浸泡石灰水浸泡漂洗漂洗_过滤过滤静置静置再次再次_橘皮油橘皮油压榨压榨压榨压榨过滤过滤3.3.胡萝卜素的提取:胡萝卜素的提取:(1)(1)胡萝卜素的性质胡萝卜素的性质(2)(
9、2)胡萝卜素的提取胡萝卜素的提取(3)(3)胡萝卜素胡萝卜素的提取流程:的提取流程:胡萝卜胡萝卜粉碎粉碎_萃取萃取_浓缩浓缩胡萝卜素胡萝卜素(4)(4)胡萝卜素的鉴定:胡萝卜素的鉴定:_法。法。不溶于不溶于_微溶于乙醇微溶于乙醇易溶于易溶于_等有机溶剂等有机溶剂提取方法:提取方法:_法法石油醚最适宜作石油醚最适宜作_水水石油醚石油醚萃取萃取萃取剂萃取剂干燥干燥过滤过滤纸层析纸层析【速记卡片速记卡片】1.DNA1.DNA的粗提取与鉴定:的粗提取与鉴定:(1)DNA(1)DNA的溶解性:的溶解性:DNADNA在在0.14 mol/L NaCl0.14 mol/L NaCl溶液中的溶解度最小;溶液中
10、的溶解度最小;DNADNA不溶于酒精溶液,而某些蛋白质则溶于酒精溶液,据此也可使不溶于酒精溶液,而某些蛋白质则溶于酒精溶液,据此也可使DNADNA和和蛋白质分离。蛋白质分离。(2)DNA(2)DNA的耐受性:的耐受性:DNADNA对酶、高温和洗涤剂都具有较好的耐受性。对酶、高温和洗涤剂都具有较好的耐受性。(3)DNA(3)DNA的鉴定:的鉴定:DNADNA在沸水浴的条件下,遇二苯胺会被染成蓝色。在沸水浴的条件下,遇二苯胺会被染成蓝色。2.PCR2.PCR技术:技术:(1)PCR(1)PCR原理:原理:PCRPCR反应需要在一定的缓冲溶液中进行,需提供反应需要在一定的缓冲溶液中进行,需提供DNA
11、DNA模板、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DNADNA聚合酶。聚合酶。(2)PCR(2)PCR过程:通过控制温度使过程:通过控制温度使DNADNA复制在体外反复进行,每一个循环复制在体外反复进行,每一个循环包括变性包括变性复性复性延伸。延伸。3.3.血红蛋白的提取和分离:血红蛋白的提取和分离:(1)(1)凝胶色谱法:根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。凝胶色谱法:根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。(2)(2)电泳法:利用待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本电泳法:利用待分离样品中各
12、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。样品中各种分子的分离。4.4.植物有效成分的提取:植物有效成分的提取:(1)(1)植物芳香油的提取方法:压榨法、蒸馏法和萃取法等。植物芳香油的提取方法:压榨法、蒸馏法和萃取法等。(2)(2)芳香油的性质:不溶于水,易溶于有机溶剂,因此可用有机溶剂芳香油的性质:不溶于水,易溶于有机溶剂,因此可用有机溶剂作为提取剂来提取芳香油。作为提取剂来提取芳香油。(3)(3)胡萝卜素的性质:是橘黄色结晶,从胡萝卜中提取胡萝卜素,常胡萝卜素的
13、性质:是橘黄色结晶,从胡萝卜中提取胡萝卜素,常用亲脂用亲脂(水不溶水不溶)性有机溶剂性有机溶剂(或有机溶剂或有机溶剂)作萃取剂。作萃取剂。(4)(4)胡萝卜素的提取方法:萃取法。胡萝卜素的提取方法:萃取法。(5)(5)胡萝卜素的鉴定:纸层析法,在鉴定过程中需要用标准样品对照。胡萝卜素的鉴定:纸层析法,在鉴定过程中需要用标准样品对照。考点一考点一DNADNA和蛋白质技术和蛋白质技术1.DNA1.DNA与蛋白质在物理化学性质方面的差异:与蛋白质在物理化学性质方面的差异:比比较项较项目目DNADNA蛋白蛋白质质溶溶解解性性2 mol/L NaCl2 mol/L NaCl溶液中溶液中溶解溶解析出析出0
14、.14 mol/L0.14 mol/LNaClNaCl溶液中溶液中析出析出溶解溶解酒精溶液中酒精溶液中析出析出溶解溶解比比较项较项目目DNADNA蛋白蛋白质质耐耐受受性性蛋白蛋白酶酶无影响无影响水解水解高温高温8080以上以上变变性性不能忍受不能忍受60608080的高温的高温鉴鉴定方法定方法在沸水浴条件下与在沸水浴条件下与二苯胺反二苯胺反应应呈呈蓝蓝色色与双与双缩脲试剂缩脲试剂反反应应呈紫色呈紫色2.2.比较细胞内比较细胞内DNADNA复制与体外复制与体外DNADNA扩增扩增(PCR)(PCR):项项目目DNADNA复制复制PCRPCR不不同同点点场场所所细细胞内胞内细细胞外胞外能量能量AT
15、PATP提供能量提供能量不需不需ATPATP提供能量提供能量酶酶解旋解旋酶酶、DNADNA聚合聚合酶酶耐高温的耐高温的TaqDNATaqDNA聚合聚合酶酶是否有是否有转录转录伴有伴有转录转录,产产生引物生引物无无转录转录,需加入,需加入两种引物两种引物项项目目DNADNA复制复制PCRPCR不不同同点点特点特点边边解旋解旋边边复制,复制,半保留复制半保留复制体外迅速体外迅速扩扩增增循循环环次数次数受生物体自身控制受生物体自身控制三十多次三十多次缓缓冲溶液冲溶液不需要不需要需要人需要人为为控制控制设备设备无无严严格控制温度格控制温度变变化化的温控的温控设备设备项项目目DNADNA复制复制PCRP
16、CR相相同同点点原料原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸复制原理复制原理严严格遵循碱基互格遵循碱基互补补配配对对原原则则模板模板DNADNA为为模板模板引物引物都需要与模板相都需要与模板相结结合的引物合的引物3.3.血红蛋白的提取和分离:血红蛋白的提取和分离:(1)(1)凝胶色谱法:凝胶色谱法:蛋白蛋白质质比比较项较项目目移移动动位置位置移移动动路程路程移移动动速度速度洗脱次序洗脱次序相相对对分子分子质质量大量大凝胶凝胶颗颗粒外部粒外部短短快快先先相相对对分子分子质质量小量小凝胶凝胶颗颗粒内部粒内部长长慢慢后后(2)(2)主要实验步骤及意义:主要实验步骤及意义:红细胞的洗涤:去除杂蛋白等红细胞的洗
17、涤:去除杂蛋白等 样品处理样品处理 释放血红蛋白:红细胞吸水破裂释放血红蛋白:红细胞吸水破裂 分离血红蛋白:离心处理,获得血红蛋白溶液分离血红蛋白:离心处理,获得血红蛋白溶液 方法:透析方法:透析 目的:除去样品中相对分子质量较小的杂质目的:除去样品中相对分子质量较小的杂质粗分离粗分离 方法:凝胶色谱法方法:凝胶色谱法 目的:根据蛋白质的相对分子质量大小去除杂蛋白目的:根据蛋白质的相对分子质量大小去除杂蛋白 方法:方法:SDSSDS聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳 迁移率:取决于蛋白质分子的大小迁移率:取决于蛋白质分子的大小纯度鉴定纯度鉴定 纯化纯化 【提分技法提分技法】凝胶色谱法和电泳法
18、分离蛋白质的方法分析凝胶色谱法和电泳法分离蛋白质的方法分析(1)(1)凝胶色谱法:只看蛋白质的相对分子质量大小,先洗脱出来的相凝胶色谱法:只看蛋白质的相对分子质量大小,先洗脱出来的相对分子质量大。对分子质量大。(2)(2)电泳法。电泳法。特点:移动速度由多种因素共同决定,包括待分离样品中各种分子特点:移动速度由多种因素共同决定,包括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。带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同。常用方法:常用方法:SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,带电性质和电量主要取决于聚丙烯酰胺凝胶电泳,带电性质和电量主要取决于SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝胶
19、颗粒,分离效果只看蛋白质的相对分子质量大小。聚丙烯酰胺凝胶颗粒,分离效果只看蛋白质的相对分子质量大小。【考题回访考题回访】1.(20131.(2013广东高考改编广东高考改编)地中海贫血症属于常染色体遗传病。一对夫地中海贫血症属于常染色体遗传病。一对夫妇生有一位重型妇生有一位重型地中海贫血症患儿,分析发现,患儿血红蛋白地中海贫血症患儿,分析发现,患儿血红蛋白链链第第3939位氨基酸的编码序列发生了点突变位氨基酸的编码序列发生了点突变(CT)(CT)。用。用PCRPCR扩增包含该位扩增包含该位点的一段点的一段DNADNA片段片段l l,突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小,突变序列的扩增片
20、段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段不同的两个片段m m和和s s;但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切,如图;但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切,如图a a。目前患儿母亲再次怀孕,并接受了产前基因诊断。家庭成员及胎。目前患儿母亲再次怀孕,并接受了产前基因诊断。家庭成员及胎儿的儿的PCRPCR扩增产物酶切电泳带型示意图见图扩增产物酶切电泳带型示意图见图b b。(终止密码子为终止密码子为UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。)(1)(1)在获得单链模板的方式上,在获得单链模板的方式上,PCRPCR扩增与体内扩增与体内DNADNA复制不同,前者通复制不同,前者通过过解开双链,后者通过解开双链
21、,后者通过解开双链。解开双链。(2)(2)据图分析,胎儿的基因型是据图分析,胎儿的基因型是(基因用基因用A A、a a表示表示)。患儿。患儿患病可能的原因是患病可能的原因是的原始生殖细胞通过的原始生殖细胞通过过程产生配子时,发生了基因突变;从基因表达水平分析,其患病过程产生配子时,发生了基因突变;从基因表达水平分析,其患病是由于是由于_。【解题指南解题指南】(1)(1)题干关键信息:突变序列的扩增片段可用一种限制题干关键信息:突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段酶酶切为大小不同的两个片段m m和和s s,但正常序列的扩增片段不能被该,但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切。酶酶
22、切。(2)(2)题干隐含信息:不同片段经电泳后位置不同。题干隐含信息:不同片段经电泳后位置不同。(3)(3)图中隐含信息:胎儿既有正常序列,也有突变序列。图中隐含信息:胎儿既有正常序列,也有突变序列。【解析解析】(1)PCR(1)PCR是体外扩增是体外扩增DNADNA的方式,通过高温使双链解开,体内的方式,通过高温使双链解开,体内DNADNA的复制则是通过解旋酶使的复制则是通过解旋酶使DNADNA双链解开。双链解开。(2)(2)由题意可知重型由题意可知重型地中海贫血症是隐性遗传病,突变后的序列可地中海贫血症是隐性遗传病,突变后的序列可以被剪切成以被剪切成m m和和s s两个片段,而正常序列无法
23、被剪切,因此母亲、父亲、两个片段,而正常序列无法被剪切,因此母亲、父亲、患儿和胎儿的基因型分别为患儿和胎儿的基因型分别为AAAA、AaAa、aaaa和和AaAa。母亲和父亲的基因型为。母亲和父亲的基因型为AAAA和和AaAa,生下患儿可能是因为母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生,生下患儿可能是因为母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生配子时发生了基因突变。由图可知,该突变为由模板链上的配子时发生了基因突变。由图可知,该突变为由模板链上的GTCGTC突变突变成成ATCATC,mRNAmRNA上由上由CAGCAG变成变成UAGUAG,因此终止密码子提前出现,使翻译提,因此终止密码子提前出现,使翻译提前
24、终止。前终止。答案:答案:(1)(1)高温解旋酶高温解旋酶(2)Aa(2)Aa母亲减数分裂母亲减数分裂mRNAmRNA上编码第上编码第3939位氨基酸的密码子变为终位氨基酸的密码子变为终止密码子,止密码子,链的合成提前终止,链的合成提前终止,链变短而失去功能链变短而失去功能【延伸探究延伸探究】电泳法只能分离蛋白质分子吗?试分析原因。电泳法只能分离蛋白质分子吗?试分析原因。提示:提示:不是。电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程,该不是。电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程,该方法除用于分离蛋白质外,也可用于分离大小不等的方法除用于分离蛋白质外,也可用于分离大小不等的DNADNA片
25、段等。片段等。2.(20152.(2015西安模拟西安模拟)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分,负责血液中成分,负责血液中O O2 2和部分和部分COCO2 2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离的运输。请根据血红蛋白的提取和分离回答问题:回答问题:(1)(1)凝胶色谱法的基本原理是根据凝胶色谱法的基本原理是根据_分离蛋白质分离蛋白质的有效方法。的有效方法。(2)(2)洗涤红细胞的目的是去除洗涤红细胞的目的是去除,洗涤次数过少,无法除去,洗涤次数过少,无法除去;离心速度过高和时间过长会使;离心速度过高和时间过长会使等一同等一同沉淀,达不到分离
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