1、专题3、5植物的组织培养技术、DNA和蛋白质技术考纲内容2013 年高考风向标实验：(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(4)DNA 的粗提取与鉴定本专题内容与必修内容关联度大，多分拆于必修的相关内容中，多以选择题形式出现一、植物的组织培养技术1.菊花的组织培养全能性(1)理论基础：植物细胞的_。(2)基本过程外植体愈伤组织长出丛芽生根移栽(3)实验操作步骤接种移栽制备 MS 培养基外植体消毒_培养_栽培2.月季的花药培养(1)理论基础：花粉具有_。全能性(2)花粉发育过程：_、_、_等阶段。四分体时期单核期双核期(3)产生花粉植株的两种途径植物组织培
2、养所用的培养基为固体培养基。()二、DNA 和蛋白质技术1.DNA 的粗提取与鉴定(1)实验原理不同0.14 mol/L不蓝色1)DNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中的溶解度_，浓度为_时其溶解度最小。2)DNA_溶于酒精溶液。3)DNA 与二苯胺在沸水浴中呈_。杂质(2)实验步骤：选材、制备鸡血细胞液破碎细胞，获取含DNA 的滤液去除滤液中的_DNA 析出与鉴定。2.血红蛋白的提取和分离相对分子质量(1)凝胶色谱法：也称分配色谱法，是根据_分离蛋白质的方法。相对分子质量较小的移动速度较慢，而相对分子质量较大的无法_，移动速度较快。(2)缓冲溶液：能够抵制外界的_对溶液 pH 的影响，维持
3、pH_。(3)电泳：带电粒子在_的作用下发生迁移的过程。进入凝胶内部酸和碱基本不变电场的大小(4)实验操作1)样品处理及粗分离红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液透析2)凝胶色谱柱操作凝胶色谱柱的装填凝胶色谱柱的制作_样品的加入和洗脱3)纯度鉴定：用 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。3.多聚酶链式反应扩增 DNA 片段(1)PCR 原理DNA 模板四种脱氧核苷酸在一定的缓冲溶液中提供_、分别与两条模板链结合的两种引物、_、_，同时控制温度使 DNA 复制在_反复进行。(2)PCR 的反应过程：变性_延伸。耐热的DNA聚合酶体外复性PCR 扩增包括三个环节，变性、复性(退火)、延伸，这三步的温度
4、依次是()AA95、55、72C55、95、72B72、55、95D80、60、72解析：PCR 扩增的原理就是利用DNA 耐高温的特性，使DNA 在95 左右双链解螺旋，然后在低温(3755 )情况下，两条人工合成的寡核苷酸引物与互补的单链DNA 模板结合，形成部分双链；在Taq 酶的最适温度(72 )下，以引物3端为合成的起点，以单核苷酸为原料，沿模板以53方向延伸，合成 DNA 新链。考点植物的组织培养1.影响植物组织培养的因素(1)内部因素：材料的选取。(2)外部因素：营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序；pH、温度、光照等。2.获得成功的关键(1)植物组织培养所利用的植物材
5、料体积小、抗逆性差，对培养条件要求较高。(2)培养材料一旦被微生物污染，就会导致实验失败。原因是微生物增殖快，生长迅速，消耗养分多，并产生代谢废物毒害培养材料。(3)无菌技术主要包括对操作空间、实验用具、实验材料以及操作者的消毒或灭菌。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.植物激素在组织培养过程中的重要作用(1)使用顺序不同，结果不同(2)用量比值不同(生长素比细胞分裂素)，结果也不同高：利于根的分化、抑制芽的形成。低：利于芽的分化、抑制根的形成。适中：促进愈伤组织的形成。4.实验操作中
6、应注意的几个问题(1)材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季花药的培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。(2)外植体消毒：所用的消毒剂是体积分数为 70%的酒精和质量分数为 0.1%的氯化汞溶液，所使用的清洗液是无菌水。(3)培养过程：在初期，菊花的组织培养需光照，月季花药的培养不需光照，而在后期均需光照。单倍体育种与花药组织培养的区别花药组织培养形成的是高度不育的单倍体植株；而单倍体育种则需要把对花药进行组织培养得到的单倍体植株诱导为染色体数目正常的纯合植株，以使其有正常的繁殖能力，再从中挑选出具有优良性状的个体。【典例1】植物微型
7、繁殖技术属于植物组织培养的范畴。请回答下列问题。(1)该技术可以保持品种的_，繁殖种苗的速度_。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部_。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免_的污染。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗_，而与_配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是_(填“脱落酸”或“2,4D”)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如下图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加
8、，光合作用强度的变化趋势是_，单株鲜重的变化趋势是_。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量_(填“能”或“不能”)满足自身最佳生长的需要。(5)据上图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应_(填“降低”或“增加”)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。解题思路植物组织培养技术是利用植物细胞全能性的原理进行的，是植物细胞工程的基础。操作过程中应注意无菌操作，避免杂菌污染，因为培养过程中使用的培养基营养物质丰富；适宜浓度的生长素可以诱导试管苗生根，而如果要促进愈伤组织形成芽，则需要与细胞分裂素配比；促进愈伤组织产生和生长，应使用2,4D。答案(1)遗
9、传性状快遗传信息(2)微生物(3)生根细胞分裂素 2,4D(4)逐渐减小先增加后下降不能(5)降低 考点对应练1将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是()B解析：虽然培养基中没有激素，但幼苗叶片本身可以产生生长素，促进生根；而细胞分裂素的产生部位在根尖，所以细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一定时间后长出少量的根而没有长出新芽。考点DNA 的粗提取与鉴定1.实验原理(1)DNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中的溶解度不同，其变化曲线如下图所示。(2)DNA 不溶于酒精溶液，但细胞中的其他某些物质可以溶于酒精溶液，据此可提取含杂质较少
10、的 DNA。(3)DNA二苯胺蓝色(用于 DNA 的鉴定)。步骤具体措施分析选材、制备鸡血细胞液鸡血柠檬酸钠用离心机离心，再放冰箱内静置鸡血红细胞、白细胞都具有细胞核，含大量 DNA；柠檬酸钠(抗凝剂)使血液分层，血细胞处于底部提取血细胞核物质鸡血细胞液蒸馏水，快速沿一个方向搅拌 5min纱布过滤血细胞吸水涨破，快速搅拌加速血细胞破裂过滤得到含染色质的滤液，滤出细胞膜、细胞器等破碎结构溶解 DNA滤液2 mol/L 的NaCl 溶液 40 mL(搅拌)纱布过滤不溶杂质高盐溶液溶解 DNA，去除不溶于高盐溶液的杂质2.实验流程步骤具体措施分析析出含 DNA的黏稠物溶液蒸馏水，轻轻搅拌，析出丝状物
11、(直至不再增加为止)NaCl 溶液相当于被稀释到 0.14mol/L，这一浓度下 DNA 的溶解度最低，所以 DNA 析出过滤多层纱布过滤得到含 DNA 的黏稠物DNA 黏稠物再溶解2 mol/L NaCl 溶液 20mL上述黏稠物溶解高盐溶液溶解 DNA，再次去除不溶于高盐溶液的杂质过滤用 2 层纱布过滤滤液中含 DNA，去除不溶杂质提取含杂质较少的 DNA上述滤液冷却的95%酒精 50 mL析出 DNA，去除溶于 95%冷酒精的杂质DNA 鉴定丝状物0.015 mol/LNaCl 溶液 5 mL二苯胺(现配)4 mL，沸水浴5 min，对照组不加丝状物试管 1 和试管 2 的自变量是有无丝
12、状物，因变量为有无浅蓝色出现0.015 mol/L NaCl 溶液溶解DNA续表3.实验关键(1)取材不能用哺乳动物的血细胞(由于其成熟红细胞无细胞核)。(2)获取 DNA 时要向鸡血细胞液加入足量的蒸馏水，以便使细胞膜和核膜破裂，把核内物质释放出来。(3)实验中有 6 次搅拌，除最后一次搅拌外，前 5 次搅拌均要朝一个方向。并且在析出 DNA、DNA 再溶解和提取 DNA 中，各步骤搅拌都要轻缓，玻璃棒不要直插烧杯底部，防止 DNA分子断裂。(4)2 次加蒸馏水第一次加蒸馏水是为了使血细胞吸水膨胀破裂(注：植物细胞是用洗涤剂溶解细胞膜)。第二次加蒸馏水是为了稀释 NaCl 溶液，析出 DNA
13、。(5)3 个浓度的 NaCl 溶液2 mol/L NaCl 溶液，为了溶解 DNA，使 DNA 与蛋白质分离。一个是 0.14 mol/L NaCl 溶液，为了析出 DNA。0.015 mol/L NaCl 溶液，目的是为了溶解 DNA。(6)DNA 易吸附在玻璃容器上，所以实验中最好使用塑料烧杯、试管、容器，以减少 DNA 的损失。4.去除滤液中的杂质的其他方案(1)方案一：用嫩肉粉(蛋白酶)，它能水解蛋白质，但对DNA没有影响。(2)方案二：加热至 60 75，大多数蛋白质不能忍受60 75 的高温而变性，但 DNA 不变性。【典例2】下列关于DNA 粗提取与鉴定的说法正确的是()A.析
14、出 DNA 时要缓慢地加蒸馏水，当析出黏稠物时即不再加水B.在探究洗涤剂对植物细胞 DNA 提取的影响实验中，自变量是洗涤剂和食盐C.提取的 DNA 溶解后加入二苯胺试剂即可染成蓝色D.将含有 DNA 的滤液放在 60 75 的恒温水浴箱中保温后过滤，能去除蛋白质杂质解题思路DNA 在0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中溶解度最低而析出，方法是用蒸馏水进行稀释，直至DNA 析出量不再增加为止；探究洗涤剂对植物细胞DNA 提取的影响实验中，自变量是洗涤剂；提取的DNA 溶解后加入二苯胺试剂后要进行加热和分设对照组。答案D 考点对应练2在 DNA 粗提取过程中，先后两次向烧杯中加入蒸馏水的作
15、用分别是()BA稀释血液、冲洗样品B使血细胞破裂、降低 NaCl 浓度使 DNA 析出C使血细胞破裂、增大 DNA 溶解量D使血细胞破裂、提取含杂质较少的 DNA解析：第一次是使血细胞破裂；第二次是降低NaCl 浓度使DNA 析出。考点蛋白质的提取和分离(以血红蛋白的提取和分离为例)1.样品处理(1)红细胞的洗涤：目的是去除杂蛋白，分离时采用低速短时间离心，直至上清液不再呈现黄色，表明红细胞已洗涤干净。(2)血红蛋白的释放：在蒸馏水和甲苯(溶解细胞膜)的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。2.粗分离(1)分离血红蛋白溶液：将搅拌好的混合溶液离心后，将试管中的液体用滤纸过滤，除去脂溶性沉淀层，于
16、分液漏斗中静置片刻后，分离下层的红色透明液体。分离的种类相对分子质量直径大小运动方式运动速度运动路程洗脱次序大分子物质大大于凝胶颗粒空隙垂直向下的运动较快较短先小分子物质小小于凝胶颗粒空隙垂直向下、无规则扩散的运动较慢较长后(2)透析：取 1 mL 的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有 300 mL、物质的量浓度为 20 mmol/L 的磷酸缓冲液中，透析 12 h，去除样品中分子量较小的杂质。3.纯化：利用凝胶色谱柱可对血红蛋白进行纯化。凝胶色谱法分离蛋白质的原理，见下表：4.纯度鉴定：使用最多的是 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(可测定蛋白质的相对分子质量)。项目DNA 粗提取与鉴定血红
17、蛋白的提取与分离材料选择鸡血细胞等含 DNA 丰富的生物组织哺乳动物成熟的红细胞破碎细胞方式动物细胞：吸水涨破植物细胞：洗涤剂、食盐搅拌研磨等加蒸馏水和甲苯搅拌去除杂质方式用不同浓度的 NaCl 溶液处理用酒精处理用蛋白酶处理等透析处理纯化处理鉴定方式二苯胺，沸水浴SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定相对分子质量DNA 与血红蛋白的提取和分离过程比较【典例3】(2011 年南京一模)下列关于 DNA 和血红蛋白的提取与分离实验的叙述中，错误的是()A可用蒸馏水涨破细胞的方法从猪红细胞中提取到 DNA和蛋白质B用不同浓度的 NaCl 溶液反复溶解与析出 DNA 可去部分杂质C透析法分离蛋白质的依据是利
18、用蛋白质不能通过半透膜的特性D进一步分离与纯化血红蛋白可用凝胶色谱法、离心法、电泳法等解题思路猪红细胞中没有细胞核，只能用于蛋白质的提取和分离实验中；DNA 在不同浓度的NaCl 溶液中溶解度不同，低浓度和高浓度都可使DNA 溶解，但在0.14 mol/L 的NaCl 溶液中，溶解度最小，可析出DNA，从而去除部分杂质；透析法分离蛋白质的依据是蛋白质是大分子物质，不能通过半透膜，从而去除样品中分子量较小的杂质。答案A 考点对应练3在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理的目的是()DA.防止血红蛋白被 O2 氧化B.血红蛋白是一种碱性物质，需要酸中和C.磷酸缓冲液会加速血红蛋白的提取过
19、程D.让血红蛋白处在稳定的 pH 范围内，维持其结构和功能解析：利用磷酸缓冲液模拟细胞内的pH 环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于分离观察和研究。考点PCR 反应的过程及结果1过程(1)变性：当温度上升到 90 以上时，双链 DNA 解聚为单链。(2)复性：系统温度下降至 50 左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合。(3)延伸：当系统温度上升至 72 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在 DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链。2.结果(1)PCR 一般要经历三十多次循环，每次循环都包括变性、复性、延伸。(2)两引物之间的固定长度
20、的 DNA 序列呈指数扩增。细胞内 DNA 复制PCR不同点解旋在解旋酶作用下边解旋边复制80 100 高温解旋，双链完全分开酶DNA 解旋酶、DNA 聚合酶TaqDNA 聚合酶引物RNADNA 或 RNA温度体内温和条件高温相同点需提供 DNA 复制的模板四种脱氧核苷酸作原料子链延伸的方向都是从 5端到 3端3.细胞内 DNA 复制与 PCR 技术的比较【典例4】(2011 年韶关模拟)多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。PCR 过程一般经历下述三十多次循环：使模板 DNA 变性、解链复性(引物与 DNA 模板链结合)引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关
21、PCR 过程的叙述中不正确的是()A变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B复性过程中引物与 DNA 模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成C延伸过程中需要 DNA 聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸DPCR 与细胞内 DNA 复制相比，所需要酶的最适温度较高解题思路变性的目的是破坏DNA 分子内碱基对之间的氢键，让 DNA 解链，在体内可在解旋酶的作用下进行，体外则是高温；引物是脱氧核苷酸小片段，在复性时，能与DNA 模板链结合；延伸过程中需要DNA 聚合酶、ATP、四种脱氧核糖核苷酸；PCR 是体外的DNA 复制，需要高温才能让DNA 解旋，所以要求酶的最适温度
22、较高。答案C 考点对应练4PCR 实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水使用前必须进行的关键步骤是()CA.反复洗涤B加热消毒C.高压灭菌D在20储存解析：通过对PCR 实验中所用仪器和试剂进行高压灭菌，可以避免外源DNA 等因素的污染。1(2012 年惠州三调)下列有关生物实验材料的选用正确的是()BA.观察线粒体时可用榕树叶肉细胞代替口腔上皮细胞B.提取 DNA 时可以用花椰菜也可以用鸡血C.西瓜汁中无还原性糖，不能代替梨汁做还原性糖的鉴定D.用样方法调查种群密度时可以用蔓生的紫藤作调查对象解析：榕树叶肉细胞有颜色，不能用于观察线粒体；西瓜汁中有颜色，不能代替梨汁做还原性糖的鉴定；
23、蔓生的紫藤难以计数。2(2011 年广东)以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是()DA.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解析：D 项考查凝胶色谱法分离蛋白质的原理，相对分子质量越大的蛋白质通过凝胶色谱柱的速度越快。3(2009 年广东)材料：饲料原料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中，猪、禽等动物由于缺乏有关酶，无法有效利用植酸，造成磷源浪费，而且植酸随粪便排除后易造成环境有机磷污染。植酸酶能催化植酸水解成肌醇和磷酸，
24、因此成为目前重要的饲料添加剂之一。(1)商品化植酸酶主要来自微生物。在产酶菌株筛选过程中，常在基本培养基中添加不溶于水的植酸钙制成固体平板，植酸钙被植酸酶分解后可在平板上产生_，可根据其大小选择目的菌株，所得菌株需要进一步测定植酸酶活性。活性测定可以植酸钠作为底物，活性可用一定条件下单位时间_表示。透明圈消耗量(肌醇和磷酸的生成量)植酸钠的(2)利用上述所得菌株制备植酸酶的流程如下图：中的主要成分为_；中包含植酸酶等多种蛋白质。请写出一种纯化得到植酸酶的方法及其依据。_。小分子杂质凝胶色谱法：根据蛋白质之间分子大小、吸附性质等差异进行纯化(或电泳法：根据蛋白质之间电荷、分子大小等差异进行纯化)(3)为建设基因工程菌，可用 PCR 等技术从上述菌株中克隆植酸酶基因。PCR 反应包含多次循环，每次循环包括三步：_。反应过程中打开模板 DNA 双链的方法是_。变性、复性和延伸加热(4)除植酸酶外，微生物还应用在_的生产中。蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶
