山东省2022高考生物生物技术实践第3讲生物技术在其他方面的应用导学案含解析新人教版选修1

第3讲　生物技术在其他方面的应用李仕才考纲要求全国卷五年考情1.从生物材料中提取某些特定的成分2022·卷ⅢT37,2022·卷ⅠT39,2022·卷ⅠT392.DNA的粗提取与鉴定无考题考点一|植物芳香油和胡萝卜素的提取(对应学生用书第241页)[识记—基础梳理]1．玫瑰精油的提取步骤及注意事项(1)鲜玫瑰花瓣与清水→质量比为1∶4(2)水蒸气蒸馏(3)油水混合物(4)分离油层→分液时不要将水放干，否则会损失部分玫瑰精油(5)除水→静置过夜(6)过滤→除去固体Na2SO4(7)玫瑰油2．橘皮精油的提取步骤及注意事项(1)石灰水浸泡→分解果胶，破坏细胞结构，压榨时不会滑脱，提高出油率，过滤时不会堵塞筛眼(2)漂洗→洗去石灰水(3)压榨→(4)过滤→(5)静置→5～10℃下静置5～7天，使杂质沉淀(6)再次过滤→(7)橘皮油→包括滤液与吸出的上层橘油3．胡萝卜素的提取与鉴定(1)胡萝卜素的性质：胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。(2)实验步骤及注意事项：11\n粉碎→原料的颗粒大小和紧密程度影响萃取效率　干燥→原料的含水量影响萃取效率　萃取→　过滤→过滤萃取液，除去不溶固体物质　浓缩：对萃取液进行浓缩，以挥发掉有机溶剂　胡萝卜素(3)胡萝卜素的鉴定①鉴定方法：纸层析法。②鉴定原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同，通过比较提取样品和标准样品层析的结果，可以判断提取样品的纯度。③实验步骤：量做基线：在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点对照点样：A、D点点标准样品，B、C点点提取样品　干燥层析：吹干滤纸上的溶剂，放入色谱容器中层析　对比观察：对比观察萃取样品与标准样品的异同④结果分析(如下图)：a为β胡萝卜素，b为其他色素。[理解—深化探究]1．植物芳香油提取方法的比较提取方法水蒸气蒸馏法压榨法有机溶剂萃取法实验原理利用水蒸气将挥发性较强的芳香油携带出来通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后就可获得芳香油提取方法水蒸气蒸馏法压榨法有机溶剂萃取法方法步骤①水蒸气蒸馏②分离油层③除水过滤①石灰水浸泡、漂洗②压榨、过滤、静置③再次过滤①粉碎、干燥②萃取、过滤③浓缩11\n适用范围适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶液中优点简单易行，便于分离生产成本低，易保持原料原有的结构和功能出油率高，易分离局限性水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题分离较为困难，出油率相对较低使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量2．胡萝卜素层析过程中的注意事项(1)点样的斑点直径不能太大，点样要快速、细致。(2)卷纸时注意滤纸的两边不能相互接触，以免溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。(3)如用吹风机吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。(4)纸层析过程不能让层析液淹没点样，否则实验失败。[运用—考向对练]考向1　芳香油的提取与分离1．(2022·昆明市高三检测)回答下列玫瑰精油提取中的有关问题。(1)用于提取精油的玫瑰花一般在花开的盛期采收，原因是______________。(2)可用萃取法提取玫瑰精油，依据是______________。要使有机溶剂不与水混溶，最好选用________(填“乙酸乙酯”或“乙醇”)作为萃取剂。(3)也可用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油，依据是________________________。蒸馏获得乳化液后需加入________，促进油水分层。(4)用传统的水蒸气蒸馏法，玫瑰精油出油率较低。科研人员在适宜条件下用不同的辅助方法探究最优提取方法，结果如下表。不同处理无辅助方法超声波、微波酶高压脉冲电场出油率(%)0.08020.09300.09000.1050蒸馏时间(h)42.532该实验的自变量是______________，据实验结果，水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油的最优辅助方法为_____________________，依据是_________________。[解析]　(1)玫瑰花开的盛期，花朵中含油量最高，最适合提取玫瑰精油。(2)玫瑰精油难溶于水，易溶于有机溶剂，所以一般用萃取法提取玫瑰精油；乙醇可以溶于水，所以要使有机溶剂不与水混溶，最好选用乙酸乙酯作为萃取剂。11\n(3)玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，能随水蒸气一同蒸馏，所以也可以用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油；蒸馏获得乳化液后需加入NaCl，以促进油水分层。(4)根据表格分析，该实验的自变量是不同的辅助方法，因变量是出油率和时间；根据实验结果分析，高压脉冲电场辅助提取方法下，出油率最高，用的时间最短，说明该方法最好。[答案]　(1)此阶段花朵含油量最高　(2)玫瑰精油难溶于水，易溶于有机溶剂　乙酸乙酯　(3)玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，能随水蒸气一同蒸馏　NaCl　(4)不同的辅助方法　高压脉冲电场辅助提取　高压脉冲电场辅助提取玫瑰精油出油率较高，达到最高出油率的蒸馏时间较短　薄荷叶富含维生素、蛋白质和薄荷油，具有疏散风热、清利咽喉、消炎镇痛的作用。请回答下列问题：(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和___________等。提取薄荷油可以用水蒸气蒸馏法，该方法能利用水蒸气将____________的薄荷油携带出来。(2)在提取薄荷油的过程中，向得到的油水混合物中加入NaCl后，薄荷油将分布于液体的____________(填“上层”或“下层”)，然后用____________将这两层分开。分离得到的薄荷油油层中含有一定量的水分，可用____________吸水。[解析]　(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和萃取法等。薄荷油具有挥发性强的特点，可用水蒸气蒸馏法提取。(2)在提取薄荷油的过程中，向得到的油水混合物中加入NaCl后薄荷油将分布在上层。可用分液漏斗将两层分开。用无水Na2SO4将薄荷油中的水除去。[答案]　(1)萃取法　挥发性较强(2)上层　分液漏斗　无水Na2SO4考向2　胡萝卜素的提取与分离2．(2022·江西省南昌市二模)请回答下列有关胡萝卜素提取的问题：(1)从植物中提取胡萝卜素常用的方法是________，所用溶剂具有____________________________________________________的特点。(2)萃取前，要将胡萝卜进行粉碎和干燥，新鲜的胡萝卜干燥处理时要注意控制________。(3)因为有机溶剂易燃，萃取时应采用________方式加热。为了防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装________装置，而萃取液可进一步用蒸馏装置进行________处理。(4)鉴定胡萝卜素粗品的方法是________。在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL溶解在石油醚中的________样品和提取样品，在A、D和B、C点上点样。点样液挥发干后，将滤纸卷成圆筒状，置于装有1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。11\n[解析]　(1)从植物中提取胡萝卜素常用的方法是萃取法，用于萃取胡萝卜素的萃取剂应具有较高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶的特点。(2)新鲜的胡萝卜含有大量的水分，在干燥处理时要注意控制温度和时间，温度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解。(3)萃取剂为有机溶剂，有机溶剂易燃，因此萃取时应采用水浴方式加热。为了防止加热时有机溶剂挥发，还要在加热瓶口安装回流冷凝装置，而萃取液可直接使用蒸馏装置进行浓缩处理。(4)鉴定胡萝卜素粗品的方法是纸层析法。在18cm×30cm滤纸下端距底边2cm处做一基线，在基线上取A、B、C、D四点，用最细的注射器针头分别吸取0.1～0.4mL溶解在石油醚中的标准样品和提取样品，在A、D和B、C点上点样。点样液挥发干后，将滤纸卷成圆筒状，置于装有1cm深的石油醚的密封玻璃瓶中进行层析。[答案]　(1)萃取法　较高的沸点，能充分溶解胡萝卜素，且不与水混溶(2)温度和时间(3)水浴加热　回流冷凝(冷凝管)　浓缩(4)纸层析法　标准[技法总结]物质分离的方法及植物有效成分的提取方法1．物质分离的方法：(1)分离油水混合物可以采用分液的方法。(2)除去压榨液中的固体物和残渣通常采用过滤的方法。(3)除去液体中质量较小的固体残留物通常采用离心的方法。(4)除去芳香油中的残留水分常采用加入无水硫酸钠后过滤的方法。(5)除去不易挥发的植物有效成分中的有机溶剂常采用蒸馏法。2．依据植物有效成分的特性选择提取方法：(1)提取挥发性强的植物芳香油：蒸馏法。(2)提取易溶于有机溶剂的植物有效成分：萃取法。(3)提取原料中含量高的植物有效成分：压榨法。3．鉴定胡萝卜素常采取纸层析法。　胡萝卜素是一种常用的食用色素，在保护视力方面具有重要功效。从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取胡萝卜素的流程图如下，请据图回答：(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时，从功能上看，所用培养基为____________培养基。(2)在培养酵母菌R时，培养基中的蔗糖和硝酸盐可提供____________等营养。11\n(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素，干燥时应控制好____________，以防止胡萝卜素分解；萃取时一般不直接用酒精灯加热而用水浴加热，因为____________。在萃取液浓缩前需要进行____________。(4)用纸层析法鉴定提取的胡萝卜素时需用____________作为对照。(5)某同学通过植物组织培养获得无病毒高产胡萝卜植株，在操作时不慎污染了培养基。欲确定培养基上的微生物中是否含有纤维素分解菌，可将它们放在含____________染料且以____________为唯一碳源的培养基中培养鉴别。[解析]　本题考查微生物的分离和培养、植物有效成分的提取等有关知识。(2)蔗糖含有C、H、O三种元素，可提供碳源，硝酸盐可以提供氮源。(3)干燥处理时要控制好时间和温度，防止胡萝卜素分解，萃取剂易燃易爆，因此萃取时一般不用酒精灯加热，浓缩之前要进行过滤。(4)用纸层析法进行鉴定时，要用胡萝卜素标准样品进行对照实验。(5)由于刚果红能与纤维素形成红色复合物，因此可以用来鉴定纤维素分解菌的存在，培养基中以纤维素为唯一碳源，可以让能分解纤维素的细菌生长。[答案]　(1)选择　(2)碳源和氮源　(3)时间和温度　萃取剂易燃易爆　过滤　(4)胡萝卜素标准样品　(5)刚果红　纤维素考点二|DNA的粗提取与鉴定(对应学生用书第243页)[识记—基础梳理]1．基本原理(1)DNA的粗提取：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。(2)DNA与蛋白质在物理、化学性质方面的差异比较项目DNA蛋白质溶解性2mol/LNaCl溶液中溶解析出0.14mol/LNaCl溶液中析出溶解酒精溶液中析出溶解耐受性蛋白酶无影响水解高温80℃以上变性不能忍受60～80℃的高温(3)DNA的鉴定：DNA＋二苯胺蓝色。2．实验流程11\n[理解—深化探究]明确实验中三种重复操作的目的和作用1．加2次蒸馏水(1)加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破。(2)加到含DNA的2mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14mol/L，使DNA析出。2．用纱布过滤3次(1)过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液。(2)滤取0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)。(3)过滤溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液。3．用4次NaCl溶液(1)用2mol/L的NaCl溶液，过滤除去不溶的杂质。(2)用0.14mol/L的NaCl溶液，析出DNA。(3)用2mol/L的NaCl溶液，溶解DNA。(4)用2mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于DNA的鉴定。[运用—考向对练]考向　考查DNA的粗提取与鉴定的原理及操作流程等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10g。剪碎后分成两组，一组置于20℃，另一组置于－20℃条件下，保存24h。DNA粗提取：第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入1511\nmL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10mL滤液，再加入20mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，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2mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加入4mL二苯胺试剂。混合均匀后，置于沸水中加热5min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：材料保存温度花菜辣椒蒜黄20℃＋＋＋＋＋＋－20℃＋＋＋＋＋＋＋＋＋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：__________________________________________________________________________________________________。[解析]　从题目实验步骤看出，该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响，在第二步中，为了防止DNA断裂，要缓缓地搅拌；从表中结果看出，由于低温抑制了相关酶的活性，DNA降解慢，使得相同材料在低温保存下的DNA提取量大；在相同条件下，蒜黄蓝色最深，说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最大。[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降解速度慢真题验收|感悟高考　淬炼考能(对应学生用书第244页)1．(2022·全国卷Ⅲ)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：11\n(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)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，因此，原料应选用晾干的植物甲。(2)提取物质W时，振荡的作用是使粉碎的颗粒与有机溶剂充分混匀，从而使物质W充分溶解于极性有机溶剂中。(3)绿色植物甲中含有色素，色素也能溶于有机溶剂，用活性炭处理提取液的目的是去除提取液中的色素，以增加成品的纯度。(4)与乙醇相比，丙酮的沸点较低，而物质W受热易分解，故应选用丙酮作为提取剂，蒸馏时物质W分解较少。(5)在该实验操作过程中应注意的事项是在温度较低的情况下操作，防火，控制处理的时间等。[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2．(2022·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。11\n(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)胡萝卜含有的胡萝卜素有三类，其中最主要的是β胡萝卜素，β胡萝卜素在人体内可以转变成维生素A，维生素A缺乏会导致夜盲症。胡萝卜素是非挥发性物质。(2)胡萝卜素的提取一般采用萃取法，萃取前需要对材料进行干燥处理，以提高萃取的效率。(3)萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有很高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，如乙酸乙酯。乙醇是水溶性有机溶剂，因萃取过程中能与水混溶而影响萃取效果，所以不用它作萃取剂。[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(其他合理答案也给分)3．(2022·海南高考)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__________。11\n[解析]　(1)由甲图可知，在氮营养正常培养液的瓶中，绿藻A的种群增长曲线呈“S”型。(2)由甲图可知，正常氮营养液中绿藻增殖速度较缺氮营养液中绿藻增殖速度快；由乙图可知，正常氮营养液中物质W的含量较缺氮营养液中物质W含量低。因此，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)类胡萝卜素不易挥发和易溶于有机溶剂，因此提取胡萝卜素应该选择萃取法。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：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条上的扩散速度快，反之则慢，从而将它们分离。(4)该实验的目的是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培养基中的氮营养浓度。(5)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。因此，与在光照条件下相比，若要使绿藻A在黑暗条件下增殖，需要为其提供葡萄糖作为营养物质。[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条上的扩散速度快，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)，需要吸收葡萄糖作为营养物质，而纤维素不能被绿藻吸收利用11