2020版《全程复习方略》高考生物一轮复习课堂互动探究案3生物技术在其他方面的应用 学案

课堂互动探究案3  生物技术在其他方面的应用

考点突破　素养达成

　蛋白质的提取和分离(5年未考)

(地方卷：2015江苏卷)

【师说考问】

考问　血红蛋白的提取和分离实验

(1)常用的分离方法：凝胶色谱法、凝胶电泳法等。

(2)基本原理

①凝胶色谱法：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：利用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，使带电分子产生不同的迁移速度。

(3)血红蛋白的分离过程

样品处理：红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液→透析

↓

粗分离：用透析法除去血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质

↓

纯化：用凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质

↓

纯度鉴定：一般用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳方法来测定蛋白质的纯度

特别提醒

DNA复制需要引物的原因：DNA聚合酶不能从5′端开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链 。

【题组跟进】

高考题组——研考向

　血红蛋白提取和分离过程的考查

[经典高考]以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是(　　)

A．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：猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少，是提纯血红蛋白的理想材料。提纯血红蛋白分四步：红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透析，其中洗涤红细胞时，要用生理盐水反复洗涤，既要将红细胞洗涤干净，又要不破坏红细胞，然后再用蒸馏水和甲苯使红细胞破裂，释放出血红蛋白。分离提纯血红蛋白时用凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质，相对分子质量大的蛋白质移动速度较快；血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况，并据此判断分离效果。故D不正确。

答案：D

[归纳比较]

1．比较琼脂糖凝胶电泳和SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳

(1)从载体上看，利用琼脂糖凝胶作为载体的是琼脂糖凝胶电泳，利用SDS—聚丙烯酰胺凝胶作为载体的是SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。

(2)从依据上看，利用了分子带电性质差异和分子大小的是琼脂糖凝胶电泳，仅利用了分子大小的是SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。

(3)从优点上看，琼脂糖凝胶电泳操作简单，电泳速度快，样品不需处理，电泳图谱清晰，分辨率高，重复性好；SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳消除了静电荷对迁移率的影响，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。

2．凝胶色谱法分离蛋白质的原理

模拟题组——预趋势

　 血红蛋白的提取和分离

[2019·河南鹤壁高三模拟]以下关于血红蛋白提取和分离的过程及原理叙述正确的是(　　)

A．红细胞洗涤过程中要加入5倍体积的蒸馏水，重复洗涤3次

B．将血红蛋白溶液放在质量分数为0.9%的NaCl溶液中透析12小时

C．凝胶装填在色谱柱内要均匀，不能有气泡存在

D．蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较大的移动速度慢

解析：低渗溶液中细胞会吸水涨破，所以红细胞的洗涤过程应该用生理盐水洗涤，不能用蒸馏水洗涤，A错误；将血红蛋白溶液通过透析进行粗分离时应该选用磷酸缓冲液，B错误；装填色谱柱时，凝胶填在色谱柱内要均匀，不能有气泡存在，因为气泡会影响蛋白质的洗脱次序，C正确；蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较大的移动速度快，D错误。

答案：C

　植物有效成分的提取(国考5年2考)

(全国卷：2017全国卷Ⅲ；2015全国卷Ⅱ；地方卷：2017海南卷；2014山东、海南卷)

【师说考问】

考问1　植物芳香油的提取

(1)提取玫瑰精油实验

①方法：水蒸气蒸馏法。

②实验流程

(2)提取橘皮精油的实验

①方法：一般用压榨法。

②实验流程

考问2　胡萝卜素的提取

(1)胡萝卜素性质：不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。

(2)实验设计

①方法：萃取法，石油醚最适宜作萃取剂。

②实验流程

(3)鉴定方法：纸层析法。

易错警示

胡萝卜素粗品鉴定过程中的5个易错点

(1)层析时没有选择干净的滤纸，导致实验现象不明显。为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。

(2)点样时点样圆点太大(直径大于2 mm)，导致最终在滤纸上形成一条线，无法辨认被提取的色素；点样圆点的直径应为2 mm。

(3)将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时不能将滤纸两边相互接触：以避免由于毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。

(4)层析液没及样品原点，色素溶解于层析液中，造成实验失败。层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。

(5)没设置标准样品作对照：层析液中是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β－胡萝卜素作对比予以确认。

考问3　三种提取方法的比较

考问4　三种植物提取成分的比较

【题组跟进】

高考题组——研考向

　    胡萝卜素提取过程的考查

1．[2015·全国卷Ⅱ]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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)胡萝卜中含有的主要是β－胡萝卜素，β－胡萝卜素可在人体内转变成维生素A。夜盲症是由于维生素A缺乏导致。胡萝卜素没有挥发性。(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，需要事先将新鲜的岩藻干燥。(3)作为萃取胡萝卜素的萃取剂要有较高的沸点、能充分溶解胡萝卜素且与水不混溶。胡萝卜素虽可溶于乙醇，但乙醇是水溶性有机溶剂，萃取中能与水混溶而影响萃取效果，所以不能用乙醇做萃取剂。

答案：(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，影响萃取效果

2．[2017·海南卷，30]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累计的影响，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：

(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__________________________________________。

解析：(1)图甲，与对照组比较，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长先增加后平稳，曲线呈S型。(2)由甲图可知，氮营养正常培养液绿藻增殖速度快；由乙图可知，缺氮营养液W含量高。故若要用少量的绿藻A获得尽可能多的物质W，可以采取的措施是先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养。(3)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萃取。类胡萝卜素和叶绿素在层析液(有机溶剂)中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离，这是纸层析法分离的原理。(4)实验目的是研究氮营养缺乏程度对物质W积累的影响，故自变量是培养基中的氮营养浓度。(5)绿藻黑暗中不能光合作用合成有机物，需要吸收葡萄糖满足生命活动的需要，而纤维素不能被绿藻利用。

答案：(1)S

(2)先将少量绿藻放在氮营养正常的培养液培养，等到细胞浓度最高时集中收集，再放在氮营养缺乏的培养液继续培养

(3)萃取　类胡萝卜素和叶绿素在层析液(有机溶剂)中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离

(4)培养基中的氮营养浓度

(5)葡萄糖　在黑暗下，绿藻不能进行光合作用合成糖类(有机物)，需要吸收葡萄糖为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利用

3．[2013·山东卷，34]胡萝卜素是一种常用的食用色素，可从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取获得，流程如下：

 (1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时，可选用__________或平板划线法接种。采用平板划线法接种时需先灼烧接种环，其目的是__________。

(2)培养酵母菌R时，培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供__________和__________。

(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时，干燥过程应控制好温度和__________以防止胡萝卜素分解；萃取过程中宜采用__________方式加热以防止温度过高；萃取液浓缩前需进行过滤，其目的是____________________。

(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素，鉴定过程中需用胡萝卜素标准品作为__________。

解析： 本题主要考查微生物的培养、植物中有效成分的提取等有关知识，意在考查考生的理解能力和应用能力。(1)接种微生物的方法主要是稀释涂布平板法和平板划线法；为了避免杂菌的污染，接种过程中要进行无菌操作，如对接种环进行灼烧处理。(2)蔗糖可作为碳源，硝酸盐含有氮元素，可作为氮源。(3)温度过高、干燥时间过长会导致胡萝卜素分解；由于萃取剂都是易燃物，直接使用明火加热易引起燃烧、爆炸，故采用水浴加热。(4)鉴定胡萝卜素时，胡萝卜素标准品主要起对照作用。

答案：(1)稀释涂布平板法(或：稀释混合平板法)　灭菌(或：防止杂菌污染)

(2)碳源　氮源

(3)时间　水浴　滤去不溶物

(4)(实验)对照

　   芳香油的提取

4．下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：

(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有________的性质。蒸馏时收集的蒸馏液________(是、不是)纯的玫瑰精油，原因是 ____________________________________。

(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和________。当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是  ________________。

(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会________________________________________________________________________，

原因是________________________________________________________________________。

(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度________的地方，目的是________________________________________________________________________。

(5)某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如图所示。提取精油时采摘花的最合适时间为________天左右。

(6)从薄荷叶中提取薄荷油时________(能、不能)采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：由于玫瑰精油易挥发，难溶于水，化学性质稳定，因此可以用水蒸气蒸馏法提取，冷却后必然含有水；蒸馏的提取效果与蒸馏的温度、时间有关，随着蒸馏时间的延长，原料中含有的精油减少，提取的量也会减少直至再也提不出精油。蒸馏过程中，如果不冷却，提取后的混合液温度较高，由于精油易挥发，其中精油的含量会降低；保存时，环境温度应较低为好，以防止精油挥发；第(5)小题为信息题，主要考查学生的读图、识图及图文转化能力，根据图象可知，玫瑰精油在蓓蕾期、开放期之间花的精油含量较高，应在此时采收；由于薄荷精油与玫瑰精油的化学性质相似，可以采用相同的提取方法。

答案：(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定　不是　玫瑰精油与水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物

(2)蒸馏温度　在一定的时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加

(3)下降　部分精油会随水蒸气挥发而流失

(4)较低　减少挥发

(5)a

(6)能　薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似

　其它物质的提取

5．[2017·全国卷Ⅲ，37]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)。

解析：(1)依据题干信息(受热、受潮易分解)，应选择晾干的植物甲，因为高温烘干过程中，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稀释，进而降低对物质W的提取效果。(2)振荡使原料和溶剂充分混匀。(3)根据题意，活性炭具有吸附能力，杂质色素易被吸附。(4)根据题干信息，物质W受热易分解，所以选择沸点低的丙酮。(5)根据题干信息，受热易分解，所以注意控制温度；又因为用了丙酮，所以要注意防火。

答案：(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

模拟题组——预趋势

　植物有效成分的提取

1．2015年“青蒿素之母”屠呦呦获得了诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素是从黄花蒿的茎叶中提取的无色针状晶体，易溶于有机溶剂，不溶于水，不易挥发。请回答以下问题：

(1)从黄花蒿中提取青蒿素时，应采用 __________法，所选用的有机溶剂为________(填“乙醇”或“乙酸乙酯”)，通常在提取前将黄花蒿茎叶进行粉碎和 ________，以提高效率。提取过程中宜采用__________加热以防止燃烧、爆炸，加热时瓶口要安装________装置，所得液体浓缩前进行______________。

(2)黄花蒿精油是从黄花蒿的花蕾中提取的，其原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合的乳浊液呈________色，此时向乳浊液中加入氯化钠，就会出现明显的分层现象，可用分液漏斗将其分开，然后再加入______________，得到纯精油。

解析：(1)根据题干信息已知，“青蒿素易溶于有机溶剂、不溶于水、不易挥发”，所以应采用萃取法从黄花蒿中提取青蒿素。乙醇是水溶性有机溶剂，萃取中能与水混溶而影响萃取效果，所以乙醇不能用于青蒿素的萃取；乙酸乙酯不与水混溶，因此可用于青蒿素的萃取。通常在提取前对黄花蒿茎叶进行粉碎和干燥，以提高效率。提取过程中宜采用水浴加热以防止燃烧、爆炸，加热时瓶口要安装回流冷凝装置，所得液体浓缩前进行过滤。(2)黄花蒿精油是从黄花蒿的花蕾中提取的，其原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合的乳浊液呈乳白色，此时向乳浊液中加入氯化钠，就会出现明显的分层现象，可用分液漏斗将其分开，然后再加入无水硫酸钠吸水，得到纯精油。

答案：(1)萃取　乙酸乙酯　干燥　水浴　回流冷凝(冷凝回流或冷凝)　过滤

(2)乳白　无水硫酸钠

　芳香油的提取

2．[2019·江苏盐城模拟]近几年我国柑橘大丰收，提取橘皮精油是提高其经济价值的重要途径。请分析回答提取过程的有关问题：

(1)提取橘皮精油，常采用________法而不用水蒸气蒸馏法，原因是__________________________。

(2)提取橘皮精油时，为了提高出油率，首先将橘皮__________________，并用石灰水浸泡，石灰水的作用是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)压榨过程中，为了使橘皮精油易与水分离，常加入________________________。

(4)得到压榨液后，过滤除去固体物和残渣，然后________进一步除去质量较小的残留固体物，再用分液漏斗或吸管将上层的橘皮精油分离出来。此时，橘皮精油中含有少量的水和果蜡，需____________________使杂质沉淀，用吸管吸出上层澄清橘皮精油，其余部分过滤，________________混合合并后成为最终的橘皮精油。

解析：(1)橘皮精油主要存在于橘皮中，由于橘皮精油的有效成分在水蒸气蒸馏过程中会发生部分水解，同时水中蒸馏会导致原料焦糊问题，因此一般采用压榨法提取橘皮精油。(2)提取橘皮精油时，为了提高出油率，首先将橘皮干燥去水，然后用石灰水浸泡，石灰水的作用是：破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率。 (3)压榨过程中常加入相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4，并将pH调至7～8，其作用是促进橘皮精油和水的分离。(4)得到压榨液后，用布袋过滤除去固体物和残渣，对滤液进行离心进一步除去较小的残留固体物，再用分液漏斗或吸管将上层的橘皮精油分离出来，然后在5～10 ℃下静置5～7天，使果蜡等杂质沉淀，用吸管吸出上层澄清橘皮油，其余部分过滤，滤液与吸出的上层橘油混合合并后成为最终的橘皮精油。

答案：(1)压榨　水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分部分水解等问题

(2)干燥去水　破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率

(3)相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4

(4)离心　在5～10 ℃下静置5～7天　滤液与吸出的上层橘油

课堂总结　网络建构

[网络建构]

[答题必备]

1．水蒸气蒸馏法只适用于具有挥发性的，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。

2．压榨橘皮时使用石灰水充分浸泡原料的目的是破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率。

3．影响萃取的主要因素是萃取剂的性质和使用量。