[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

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

3．植物有效成分的提取的三种方法比较

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

(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”

4．DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较

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

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

(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10 min

　↓

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

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___________________________________________________________________。

[答案](1)水蒸气　不是

(2)橘黄　萃取　水浴　负

(3)溶有胡萝卜素的萃取剂　去除萃取剂

(4)A和C　胡萝卜素　其他色素和杂质

[解析](1)图1中装置为蒸馏装置，提取玫瑰精油可用水蒸气蒸馏法。蒸馏时，玫瑰精油和水蒸气一起蒸馏出来，经冷凝后得到的是油水混合物，不是纯的玫瑰精油。(2)胡萝卜素是橘黄色的结晶。提取胡萝卜素常用萃取法。由于有机溶剂易燃易爆，因此为了加快胡萝卜素的溶解，常采用水浴加热。提取效率与原料颗粒的含水量呈负相关。(3)萃取、过滤得到的液体是溶有胡萝卜素的萃取剂，由于胡萝卜素不易挥发，而萃取剂易挥发，因此可以利用蒸馏装置蒸发掉萃取剂。(4)由于标准的胡萝卜素只有一种色素，而提取样品中会含有其他色素和杂质，根据层析的结果可知，A、C层析的结果只有一种色素，应为标准样品样点，而B、D层析的结果有两种物质，应为提取样品样点，其中与A、C层析结果相同的是物质甲，为胡萝卜素，乙为其他色素和杂质。

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_________________________________________________________________________________。

[答案](1)易溶于有机溶剂

(2)含水量　颗粒大小及紧密程度

(3)热不稳定　乙醚　乙醚沸点低，是可以在低温下挥发的有机溶剂

[解析](1)由提取青蒿素的工艺流程可知其提取方法为萃取法，萃取一般是指用有机相提取水相中溶质的过程，由此可推断青蒿素具有易溶于有机溶剂的特性。

(2)由于原料的含水量、颗粒大小和紧密程度是影响萃取的重要因素，因此通常在萃取前将原料进行干燥、粉碎处理。

(3)由于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，说明青蒿素具有热不稳定性。因此萃取时要选择沸点低的有机溶剂，因为需要在低温下挥发有机溶剂。

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2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：在上述试管中各加人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，结果如表。

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。

[答案](1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响　(2)DNA断裂　(3)①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄中提取的DNA量最多　②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢　(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液

[解析](1)从表中可以看出，该实验有两个自变量：材料和温度。所以该探究性实验课题名称为探究不同材料和不同温度对DNA提取量的影响。(2)第二步中用玻璃棒搅拌的目的是获取DNA絮状物，若搅拌速度过快，易造成DNA断裂。(3)①本实验的结论可从两个方面来考虑：相同材料在不同温度下的结论；不同材料在相同温度下的结论。②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢，提取的DNA较多。(4)氯仿能使蛋白质变性，而对DNA影响极小，所以可将第三步获得的溶液与氯仿混合，又因氯仿密度大于水，所以蛋白质沉淀位于溶液下部，DNA位于上清液中。

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2 mol/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2 mL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____________。

(4)DNA鉴定的原理是________________________________。

[答案](1)洋葱(菜花等)　洗涤剂和食盐　(2)使DNA溶解　使DNA(溶解度下降而沉淀)析出　(3)H　(4)在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色

[解析]选用洋葱、菜花等植物材料提取DNA时，要在切碎的材料中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨；DNA在2 mol/L的NaCl溶液中的溶解度较高，而在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。向滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液可以使DNA溶解，过滤除去不溶解的杂质。向滤液中加入蒸馏水可降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出，除去溶解在低盐溶液中的杂质；DNA不溶于冷酒精，可利用这一原理进一步提纯DNA；鉴定DNA的原理是在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。

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。因为该菌是兼性厌氧型微生物，在____________条件下，该菌能够大量繁殖，在____________条件下，该菌进行酒精发酵。20 ℃左右最适合该菌繁殖，酒精发酵的最佳温度范围是____________，pH最好是呈弱酸性。

(2)家人团聚离不开美味的饺子，人们在吃饺子时总喜欢蘸醋。用于制作食醋的微生物是____________，它是一种____________(填“好氧”或“厌氧”)细菌，在糖源充足时，该菌会将糖分解成____________；在糖源不足时，该菌先将____________转变成乙醛，再将乙醛转变成____________。在制作果醋的过程中，温度一定要严格控制在____________，时间控制在7～8 d左右。

[答案](1)酵母菌　有氧　无氧　18～25 ℃　(2)醋酸菌　好氧　醋酸　乙醇　醋酸　30～35 ℃

[解析]本题考查酿酒和酿醋的基本知识，意在考查考生的理解与分析能力。(1)酵母菌是兼性厌氧型微生物，在有氧条件下进行有氧呼吸，并大量繁殖，在无氧条件下，进行酒精发酵；酒精发酵的温度必须控制在18～25 ℃；(2)醋酸菌是好氧细菌，在氧气、糖源充足时，会将糖分解成醋酸，在糖源不足时，该菌先将乙醇转变成乙醛，再将乙醛转变为醋酸。在制作果醋时，温度一定要严格控制在30～35 ℃这个范围内。

6．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O2和部分CO2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离回答问题：

(1)凝胶色谱法的基本原理是根据________________分离蛋白质的有效方法。

(2)洗涤红细胞的目的是去除________，洗涤次数过少，无法除去________；离心速度过高和时间过长会使________等一同沉淀，达不到分离的效果。洗涤干净的标志是______________________。释放血红蛋白的过程中起作用的是________。

(3)洗脱的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体______(填“相同”或“不同”)，洗脱时，对洗脱液的流速要求是________。

(4)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是______________________________，如果红色区带__________________，说明色谱柱制作成功。

[答案](1)相对分子质量的大小

(2)杂蛋白(血浆蛋白)　血浆蛋白　白细胞　离心后的上清液中没有黄色　蒸馏水和甲苯

(3)相同　保持稳定

(4)准确模拟生物体内的生理环境，保持体外的pH和体内的一致　均匀一致地移动