1、第4讲 生物技术在其他方面的应用说明：2017年版2020年修订的课程标准对本讲内容不作要求，本讲内容请根据教学实情自主选用。一、血红蛋白的提取和分离二、植物有效成分的提取1玫瑰精油的提取2橘皮精油的提取3胡萝卜素的提取基础微点练清1判断正误(1)用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量大的蛋白质经过路程较长，移动速度较慢()(2)在血红蛋白分离过程中，使用缓冲液的作用是维持溶液浓度不变()(3)红细胞的洗涤：加入蒸馏水缓慢搅拌低速短时间离心()(4)提取玫瑰精油的玫瑰花应在花开的初期采取，因为此阶段的花含玫瑰精油最高()(5)油水混合物中加入无水硫酸钠，有利于分离油层()(6)提取玫瑰精油时，
2、玫瑰与水的质量比是41()(7)用柑橘皮作为材料提取橘皮精油时不适合用水中蒸馏的方法()(8)新鲜的胡萝卜含水量高，干燥时可采用高温以节省时间()2凝胶色谱法是分离蛋白质分子的一种常用方法，但并非所有的蛋白质都可以用此方法进行分离，能分离的蛋白质分子之间必须()A具有相同的相对分子质量B相对分子质量不同，但都是相对分子质量较大的分子C相对分子质量不同，但都是相对分子质量较小的分子D带有不同的电荷数解析：选C若在每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。对于分子大小不同，但同属于凝胶分离范围内的各种分子，在凝胶床中的分布情况是不同的，分子较大的只能进入孔径较大的那一部分凝
3、胶。3科研人员分别用6种不同的有机溶剂(编号为16)按相同的实验步骤从枸杞中提取类胡萝卜素时，得到的类胡萝卜素的含量如图所示，下列叙述错误的是()A以有机溶剂作为提取剂是因为类胡萝卜素易溶于有机溶剂B“按相同的实验步骤”是为了排除无关变量的干扰C实验课题为探究6种有机溶剂对枸杞中类胡萝卜素提取量的影响D该实验的自变量为6种有机溶剂中类胡萝卜素的含量解析：选D类胡萝卜素易溶于有机溶剂，可以用有机溶剂提取类胡萝卜素，A正确；实验目的是探究6种有机溶剂对枸杞中类胡萝卜素提取量的影响，自变量为有机溶剂种类的不同，实验步骤为无关变量，B、C正确，D错误。4回答下列有关提取生物有效成分的问题：(1)玫瑰精
4、油适合用水蒸气蒸馏法提取，理由是玫瑰精油具有_的性质。(2)橘皮精油一般采用压榨法从柑橘皮中提取，首先需要将新鲜的柑橘皮用石灰水浸泡，此操作目的是_。(3)在提取相关物质时，如果这种物质易溶于酸，难溶于碱，由此推测将此物质从溶液中析出的措施为_。(4)一般选用萃取剂的熔沸点要低于胡萝卜素的熔沸点。所以在采用蒸馏装置浓缩萃取液时，应如何控制温度_。(5)提取的胡萝卜素样品通过纸层析法进行鉴定的结果如图所示，从图中分析可知，色素带为胡萝卜素。出现样品2的结果，可能原因是在操作过程中未经浓缩蒸馏或_。解析：(1)由于玫瑰精油具有易挥发、难溶于水、化学性质稳定的性质，通常采用水蒸气蒸馏法提取。(2)橘
5、皮精油主要储存在橘皮部分，由于橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解，使用水中蒸馏法又会产生原料焦糊的问题，所以一般采用压榨法。为了提高出油率，需要将柑橘橘皮干燥去水，并用石灰水浸泡破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率。(3)在提取相关物质时，如果这种物质易溶于酸，难溶于碱，由此推测将此物质从溶液中析出的措施为将溶液的pH调节至碱性环境，使物质形成沉淀而分离开来。(4)萃取胡萝卜素时，通常选择的有机溶剂应该具有较高的沸点，能够充分溶解胡萝卜素并且不与水混溶。萃取的最佳温度和时间会影响萃取的效果，故温度应控制在高于萃取剂的熔沸点，但低于提取物的熔沸点的温度。(5)提取
6、胡萝卜素时通过纸层析法进行鉴定。色素带出现了标准样，说明是胡萝卜素。出现样品2的结果，可能原因是在操作过程中干燥温度高、时间长，也可能是未经浓缩蒸馏。答案：(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定(2)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)加碱将溶液调至相应的pH(4)高于萃取剂的熔沸点，但低于提取物的熔沸点的温度(5)干燥温度高、时间长(合理即可)一、血红蛋白的提取和分离试考题查欠缺1(2021广州联考)以下关于猪血红蛋白提纯的描述，错误的是()A洗涤红细胞时，使用生理盐水可以防止红细胞破裂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
7、分离过程的监测D在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子质量较小的杂蛋白移动慢解析：选D在凝胶色谱法分离蛋白质的过程中，相对分子质量较小的分子容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢；而相对分子质量较大的分子无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。所以血红蛋白比相对分子质量较小的杂蛋白移动速度要快。2(2020全国卷，节选)研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的淀粉酶A3，并对其进行了研究。回答下列问题：(1)在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可检测淀粉的减少，检测应采用的试剂是_，也可采用斐林试剂检测_的增加。(2)在A3的分离过程中可采用聚丙烯
8、酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常会在凝胶中添加SDS，SDS的作用是_和_。解析：(1)在以淀粉为底物测定A3酶活性时，既可依据淀粉遇碘液变蓝的原理来检测底物淀粉的减少，也可以采用斐林试剂检测其水解产物还原糖的增加。(2)在蛋白质分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度，通常在凝胶中添加SDS，SDS不仅能消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响，还能使蛋白质发生变性，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。答案：(1)碘液还原糖(或答：葡萄糖)(2)消除蛋白质所带净电荷对迁移率的影响使蛋白质发生变性3(2021郑州月考)某生物兴趣小组在“蛋白质的提取和分离”实验中，准备从猪的血液中初步提取血红蛋白，设计
9、的血红蛋白提取、分离流程图如下。请回答下列有关问题：(1)样品处理中红细胞的洗涤要用_反复冲洗、离心。向红细胞悬液中加入一定量的低浓度pH7.0的缓冲液并充分搅拌，可以破碎红细胞，破碎细胞的原理是_。(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是_，若要尽快达到理想的透析效果，可以_(写出一种方法)。(3)电泳利用了待分离样品中各种分子的_等的差异，而产生不同迁移速度，实现各种分子的分离。(4)一同学通过血红蛋白醋酸纤维薄膜电泳，观察到正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白电泳结果如图所示。由图可知携带者有_种血红蛋白，从分子遗传学的角度作出的解释是_。解析：(1)洗涤红细胞所用的溶液是生理盐水，根据
10、渗透作用原理，将红细胞置于低渗溶液中，红细胞会吸水涨破，释放出血红蛋白。(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是除去样品中的小分子杂质；可通过增加缓冲液的量或及时更换缓冲液等方法缩短透析时间，尽快达到理想的透析效果。(3)由于各种分子带电性质以及分子大小、形状等的差异，在电泳过程中产生了不同的迁移速度，实现各种分子的分离。(4)根据图示可知，镰刀型细胞贫血症的携带者含有2种血红蛋白，原因是携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，分别控制合成两种不同的蛋白质。答案：(1)生理盐水渗透原理(当外界溶液浓度低于动物细胞内液浓度时，细胞吸水涨破)(2)除去小分子杂质增加缓冲液的量或及时更换缓冲液(3)
11、带电性质以及分子大小、形状(4)2携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，可以控制合成两种不同的蛋白质强知能补欠缺1常用的蛋白质分离方法(1)凝胶色谱法项目相对分子质量大相对分子质量小凝胶内部不能进入能进入运动方式垂直向下垂直向下和无规则扩散运动经过路程较短较长洗脱次序先流出后流出(2)电泳法原理在一定pH下，蛋白质分子的某些基团解离后带上正电或负电。在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。由于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，从而实现样品中各种分子的分离。2血红蛋白提取的实验操作程序3比较琼脂糖凝胶电泳和SDS
12、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净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。练题点全过关1凝胶色谱法分离蛋白质时，凝胶的种类较多，但其作用的共同点是()A改变蛋白质分子通过凝胶时的路径B吸附一部分蛋白质，从而影响蛋白质分子的移动速度
13、C将酶或细胞固定在凝胶中D与蛋白质分子进行化学反应，从而影响其移动速度解析：选A凝胶的种类较多，但每种凝胶内部都有孔隙。相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质分子可以进入凝胶内部，通过的路程较长，洗脱时从凝胶柱中出来的较晚，相对分子质量较大的蛋白质分子则可以较早地洗脱出来，从而达到分离蛋白质的目的。2.已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种物质，其分子大小、电荷的性质和数量情况如图所示。下列叙述正确的是() A将样品装入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋内，则分子甲也保留在袋内B若五种物质为蛋白质，则用凝胶色谱柱分离时，甲的移动速度最快C将样品以2 000 r/min
14、的速度离心10 min，若分子戊存在于沉淀中，则分子丙也存在于沉淀中D若五种物质为蛋白质，用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，则分子甲和分子戊形成的电泳带相距最近解析：选C乙保留在透析袋内，甲则不一定保留在袋内；用凝胶色谱柱分离时，相对分子质量小的物质路程长、移动慢，故甲移动速度最慢；离心时相对分子质量大的物质先沉淀，戊沉淀，则乙、丁、丙均已沉淀；用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质时，电泳迁移率主要取决于蛋白质分子大小。3如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请据图回答下列问题。(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，它在红细胞中的作用体现了蛋白质具有_功能。
15、(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是_；乙装置中，C溶液的作用是_。(3)甲装置用于_，目的是_。用乙装置分离蛋白质的方法叫_，是根据_分离蛋白质的有效方法。(4)用乙装置分离血红蛋白时，待_时，用试管收集流出液，每5 mL收集一管，连续收集。解析：用透析法(如图甲)对血红蛋白进行粗分离，将血红蛋白溶液装入透析袋中，可以去除样品中相对分子质量较小的杂质。血红蛋白的纯化采用凝胶色谱法(如图乙)，血红蛋白相对分子质量较大，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路径较短，移动速度较快，可以收集到红色的蛋白质。答案：(1)运输(2)磷酸缓冲溶液洗脱血红蛋白(3)透析(粗分离)去除样品中相对分
16、子质量较小的杂质凝胶色谱法相对分子质量的大小(4)红色的蛋白质接近色谱柱底端二、植物有效成分的提取试考题查欠缺1(2017全国卷)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
17、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，物质W受热、受潮易分解，因此不宜选择高温烘干，而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，故不应选用新鲜的植物甲。(2)提取物质W时，振荡可以使原料和所加有机溶剂充分混匀。(3)利用活性炭的吸附能力，可以去除提取液中植物甲所含的色素，从而得到较为纯净的物质W与有机溶剂的混合物。(4)丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少。(5)物质W容易受热分解，因此蒸馏操作适宜在较低的温度下进行，同时因实验中使
18、用了有机溶剂，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(2019海南高考，节选)回答下列问题。玫瑰精油可用玫瑰花瓣为原料，采用水蒸气蒸馏法提取。水蒸气蒸馏法的原理是_。在进行蒸馏时，冷凝管的进水口比出水口_(填“高”或“低”)。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，其目的是_；得到的油层还需要加入无水Na2S
19、O4，其目的是_。解析：水蒸气蒸馏法是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分离出油层和水层。在进行蒸馏时，进水口比出水口低。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，NaCl可以促进油和水的分离。得到的油层还需要加入无水Na2SO4，其目的是吸收油层中残留的水分。答案：利用水蒸气将挥发性较强的玫瑰精油携带出来，形成油水化合物，再分离出其中的油层低使乳浊液油水分层吸收油层中的水分强知能补欠缺1植物有效成分的三种提取方法的比较方法水蒸气蒸馏法压榨法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
20、压，压榨出果皮中的芳香油使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后即可获得芳香油方法步骤水蒸气蒸馏分离油层除水过滤石灰水浸泡、漂洗压榨、过滤、静置再次过滤粉碎、干燥萃取、过滤浓缩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植物芳香油提取成功的关键点(1)水蒸气蒸馏要适当延长蒸馏时间，温度不能太高。(2)用于
21、萃取的有机溶剂必须事先精制，除去杂质。(3)压榨时原料必须要浸透，这样压榨时不会滑脱，出油率高，不堵塞筛眼；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影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施影响因素解决措施萃取剂的性质用水不溶性有机溶剂原料的颗粒大小、紧密程度粉碎材料的含水量干燥萃取温度探索最佳萃取温度，严格控制温度萃取时间适当延长萃取时间4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)会导致最终在
22、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圆筒状，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)应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胡萝卜素作对比予以确认。练题点全过关1辣椒红素是从成熟的茄科红辣尖椒中提取的。作为一种天然着色剂，可应用于各类食品的着色。请回答下列问题：(1)辣椒红素可采用萃取法提取，说明辣椒红素具有_的特性，萃取过程中应采用_以防止有机溶剂燃烧、爆炸。(2)取等量的辣
23、椒粉与不同萃取剂按12的比例在萃取装置中不同温度下萃取1小时，然后利用分光法测定提取液的吸光值(已知色素提取液的吸光值与色素含量呈正相关)，结果如下表。吸光值试剂/g四氯化碳石油醚乙醚丙酮温度/30 0.2360.2540.2120.10040 0.2380.2600.1980.10150 0.2430.2680.1900.11860 0.2440.2730.1690.122由表可知，提取辣椒红素最理想的萃取剂是_，原因是_。总体上四氯化碳、石油醚、乙醚和丙酮提取辣椒红素的产率随温度的增加而_，但由于乙醚_，故随温度升高反而产率越低。在此实验基础上，为进一步提高辣椒红素的产率，可以通过改变_等
24、来进行探究。(至少两项)解析：(1)萃取法是将粉碎、干燥的植物原料用有机溶剂浸泡，使芳香油溶解在有机溶剂中的方法，辣椒红素可采用萃取法提取，说明辣椒红素具有溶于有机溶剂的特性，萃取过程中应采用水浴加热以防止有机溶剂燃烧、爆炸。(2)由表格数据分析可知，相同温度下，用石油醚作萃取剂时提取液的吸光值最大，说明提取到的辣椒红素最多，因此石油醚是提取辣椒红素最理想的萃取剂。由表格数据分析可知，随温度的增加，四氯化碳、石油醚、丙酮作萃取剂时提取液的吸光值都在增大，说明提取到的辣椒红素的量随温度升高而增加，但乙醚由于沸点低，较易挥发，随温度升高反而产率越低。萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量，同时还
25、受到原料颗粒的大小、萃取的温度和时间、原料与萃取剂的比例等影响。答案：(1)易溶于有机溶剂水浴加热(2)石油醚用石油醚作萃取剂时提取液的吸光值最大，说明提取到的辣椒红素最多增加沸点低，更易挥发辣椒粉与萃取剂的比例、萃取时间、萃取剂的量、萃取温度等2(2021常德一模)类胡萝卜素中的胡萝卜素作为维生素A原，具有抗氧化、着色、防癌和抗癌、增强机体免疫力等功效。利用红酵母、光合细菌等微生物发酵获取类胡萝卜素是如今的热门。以下是某生物小组进行微生物培养的两组配方。请分析回答以下问题：培养基配方1培养基配方2葡萄糖40 g/L乙酸钠1.5 g/L丙酸钠0.5 g/L酵母粉25 g/L氯化钠0.5 g/L
26、氯化胺0.8 g/LMgSO40.5 g/L磷酸二氢钠0.5 g/L磷酸氢二钠0.5 g/L维生素B10.5 g/L酵母膏0.5 g/L氯化钙0.3 g/L维生素B21.5 g/L硫酸镁0.2 g/L(1)表中两种培养基从物理性质来看属于_培养基。培养基中的酵母粉可为微生物的生长提供_。两种配方中用于培养光合细菌的是配方_。(2)取10 mL菌种原液用无菌水制成100 mL样品溶液，再将样品溶液稀释104倍后，各取样品溶液0.1 mL在5个细菌培养基平板上接种，培养一段时间后，平板上长出的细菌菌落数分别为22、158、478、160和162。则1 mL菌种原液中的细菌数量为_个。(3)区分红酵
27、母与酿酒酵母不需要使用鉴别培养基，其依据是_。(4)要从微生物的细胞中提取类胡萝卜素，可以采用_法。某同学用纸层析法鉴定提取的色素：A点滴加胡萝卜素标准样液，D点滴加叶黄素标准样液，B点和C点滴加提取的色素，结果如图所示。该同学得到的结论是_。解析：(1)表中两种培养基均不含有琼脂成分，从物理性质来看属于液体培养基。酵母粉含有较多的蛋白质，可为微生物的生长提供碳源、氮源。光合细菌属于自养型细菌，不需要提供葡萄糖，配方2可用于光合细菌的培养。(2)应选择菌落数在30300之间的平板进行计数，并取其平均值，平板上平均菌落数为(158160162)/3160，则每毫升菌种原液中的细菌数量为1600.1104101.6108(个)。(3)红酵母能产生类胡萝卜素，菌落本身有颜色，酿酒酵母菌落无颜色，借此可区分红酵母与酿酒酵母，不需要使用鉴别培养基。(4)据图可知，提取的色素经层析后，出现胡萝卜素和叶黄素的色素带，同时还出现其他色素带，说明提取的色素中既有叶黄素和胡萝卜素，也有其他色素(或杂质)。答案：(1)液体碳源、氮源2(2)1.6108(3)红酵母能产生类胡萝卜素，菌落本身有颜色(4)萃取提取的色素中既有叶黄素和胡萝卜素，也有其他色素(或杂质)
