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- 2021-05-14 发布
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第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用
1.科研人员研究了不同洗涤浓度(单位体积的水中加入洗衣粉的量)的两种加酶洗衣粉的去污力(%),结果如下表。下列说法错误的是( )
洗涤浓度
去污力/%
洗衣粉品种
0.2%
0.4%
0.6%
0.8%
加酶洗衣粉甲
71.5
78.9
80.0
79.9
加酶洗衣粉乙
69.5
80.4
80.6
80.5
A.实验时,需控制好温度、洗涤时间和洗涤方式等无关变量
B.若洗涤的是相同污布,则两种加酶洗衣粉的洗涤效果相似
C.实际洗涤时,除考虑适宜的洗涤浓度外,还需考虑衣服质地等
D.所有加酶洗衣粉最适洗涤浓度都为0.4%,浓度过大是不必要的
答案 D
解析 表中两种洗涤剂在不同浓度下洗涤效果基本相同;根据表中信息不能得出所有加酶洗衣粉最适洗涤浓度都为0.4%。
2.下列关于DNA和蛋白质提取与分离实验的叙述正确的有(双选)( )
A.提取细胞中的DNA和蛋白质都需要用蒸馏水涨破细胞
B.用不同浓度NaCl溶液反复溶解与析出DNA,可去除蛋白质
C.蛋白质提取和分离过程中进行透析可去除溶液中分子量较小的杂质
D.蛋白质和DNA中,只有蛋白质可以用电泳的方法进行分离纯化
答案 BC
解析 本题综合考查DNA和蛋白质的提取与分离实验。熟知这两个实验的操作步骤是解题的关键。如果提取动物细胞中的DNA和蛋白质,可以采用蒸馏水涨破细胞,但是如果用植物细胞来提取DNA,用蒸馏水就无法涨破细胞,所以应根据细胞的结构特点选择不同的方法(常用的有研磨法、超声波法、酶解法等)破碎细胞,故A错误。透析法可以将蛋白质与其他小分子化合物,如无机盐、单糖、二糖、氨基酸等分离,但是不能将蛋白质与DNA分开,故C正确。蛋白质和DNA都是大分子物质,都具有可解离的基团,皆可以用电泳的方法进行分离纯化,故D错误。DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的不同而变化。当NaCl溶液的物质的量浓度为0.14 mol/L时,DNA的溶解度最低。利用这一原理,可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出,故B正确。
3.请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。
实验用具和材料:磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布、苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。
实验一:探究果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤:
(1)将苹果洗净去皮,用磨浆机制成苹果泥,加入适量蒸馏水备用。
(2)取两个100 mL洁净烧杯,编号1、2,按相应程序进行操作,请完成表中未填写的内容。
操作
顺序
项目
烧杯
1
2
①
在烧杯中加入苹果泥
20 mL
20 mL
②
2 mL
③
注入蒸馏水
④
在恒温水浴中保温,并用玻璃棒不断搅拌
10 min
10 min
(3)取两个烧杯,同时进行过滤。观察或比较__________________________________________,并记录结果。
实验结果的预测及结论:
如果________________________________________________________________________,
则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。
实验二:探究果胶酶用量
假设你已经探究了果胶酶的最适温度(为45 ℃)和最适pH(为4.8),你还想进一步探究果胶酶的最适用量。此时,实验的变量是_______________。合理地设置果胶酶用量的梯度后,可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。
(1)材料用具:制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、体积分数为0.1%的NaOH和盐酸。
(2)实验步骤:①取6支试管,编号1~6,分别加入______________________,调节pH至4.8。
②向1~6号试管中分别加入_______________________________________________,
然后放入45 ℃恒温水浴________________。
③________________________________________________________________________。
(3)结果与讨论:怎样根据实验数据确定某一果胶酶用量是最适用量?___________________
________________________________________________________________________。
答案 实验一:(2)
操作顺序
项目
烧杯
1
2
①
在烧杯中加入苹果泥
20 mL
20 mL
②
在烧杯中加入2%的果胶酶溶液
2 mL
③
注入蒸馏水
2 mL
④
在恒温水浴中保温,并用玻璃棒不断搅拌
10 min
10 min
(3)相同时间内,滤出果汁体积和果汁的澄清度 相同的时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大,澄清度高
实验二:果胶酶的用量 (2)①等量的苹果泥 ②不同体积的果胶酶溶液 保温相同时间 ③过滤苹果泥并记录果汁体积 (3)随着果胶酶用量的增加,过滤到的果汁的体积也增加,当果胶酶的用量增加到某个值后,再增加果胶酶的用量,过滤到的果汁体积不再改变,说明这个值就是果胶酶的最适用量
4.加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题:
(1)由图推知,该实验的目的是__________________________________________。
(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录,请据表回答:
脸盆
编号
洗涤物(等量)
洗涤温度
洗衣粉(等量)
水量
洗净所需时间
1
油污布
45 ℃
加酶
2 L
4 min
2
油污布
45 ℃
普通
2 L
7 min
3
油污布
5 ℃
加酶
2 L
9 min
4
油污布
5 ℃
普通
2 L
8 min
①该实验设计体现了____________________原则。
②若实验组1号洗净所需时间接近7分钟,最可能的原因是________________。
(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有________。
①棉织品 ②毛织品
③腈纶织品 ④蚕丝织品
(4)根据以上实验结果,写出两项提高加酶洗衣粉效果的措施。__________________
______________________________________________________。
答案 (1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响
(2)①对照、单一变量 ②酶失活 (3)②④ (4)用温水浸泡;延长浸泡时间;增加洗衣粉的用量等
解析 (1)分析曲线图,横坐标是碱性蛋白酶含量,纵坐标表示去污力,图中的两条曲线自变量除碱性蛋白酶含量外,还有温度,故该实验的目的是探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。(2)分析表格,1与2、3与4形成加酶与否的对照,1与3、2与4
形成温度不同的对照,体现了对照原则和单一变量原则。实验组1号为45 ℃加酶洗衣粉组,正常洗净时间为4分钟,若接近7分钟则与实验组2号结果相同。2号是不加酶的普通洗衣粉组,所以原因很可能是酶失活。(3)毛织品和蚕丝织品均为蛋白质类织品,不宜使用加蛋白酶的洗衣粉洗涤。(4)从实验记录表中可看出,45 ℃时的效果比5 ℃时好,用温水浸泡会提高酶的活性,延长浸泡时间可使酶与污物充分接触,适当增加酶浓度无疑会提高分解污物的速率。
5.化学降解法是一种传统的测定DNA分子碱基序列的方法,具体操作过程如下图:
(1)由待测定的DNA片段获得DNA单链的方法是____________________________________,图中特定化学试剂的作用是破坏DNA单链在某种特定碱基处的________________键。
(2)电泳时,电泳槽内先要加入____________,再将处理好的不同长度的DNA片段样品加入点样孔,利用待分离样品中各分子的带电性质的差异,以及分子________、形状的不同,使它们在电场作用下产生不同的________________,从而实现样品中各分子的分离。
(3)从理论上分析,要想测出图中该DNA片段的全部碱基序列,按以上模式操作至少________次。
(4)若想进一步判定该DNA片段中是否含有某基因,可用基因探针检测。探针的制备是取某基因的________条链,并作________________________。
答案 (1)用解旋酶(或95 ℃高温)处理待测DNA片段 磷酸二酯 (2)缓冲液 (本身)大小 迁移速度 (3)3 (4)一 放射性同位素标记
解析 (1)95 ℃高温处理或用解旋酶处理待测DNA片段可获得DNA单链。只有破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键才可把DNA分子单链断开。(2)电泳利用了不同分子的带电性质的差异,以及分子本身大小、形状的不同,使不同分子在电场作用下产生不同的迁移速度,从而实现样品中各分子的分离。(3)按上图模式每操作1次,能够测出一条链中1种碱基的位置,DNA分子中有4种碱基的位置,操作3次就能测出DNA一条链上3种碱基的位置,空位自然是第4种碱基的位置。再根据碱基互补配对原则,可推知DNA片段上另一条链的碱基顺序。所以从理论上讲,只要按上图模式操作3次,就能测定一段双链DNA
中的全部碱基顺序。(4)基因探针的制作原理是取某基因的一条链,并作放射性同位素标记。
6.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。
(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。
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
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。
7.多聚酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR),是一种DNA体外扩增技术。请回答下列相关问题:
(1)PCR技术的原理是______________________。在用PCR技术扩增DNA时,利用了DNA的________原理,通过控制温度来控制双链的________和________。
(2)PCR反应体系要加入________种脱氧核苷酸的混合物。
(3)Mg2+浓度对PCR扩增效率影响很大,浓度过高可降低PCR扩增的特异性,浓度过低则影响产量。PCR实验不能使用自来水,而要使用至少蒸馏两次的蒸馏水,原因是________________________________。
(4)PCR技术扩增某目的基因所使用的引物有________种,引物之间或同一引物的碱基________(填“能”或“不能”)互补配对。
答案 (1)DNA的半保留复制 热变性 解聚 结合
(2)4 (3)防止自来水中Mg2+对反应的影响 (4)2 不能
8.如图表示花药培养及单倍体育种的大致过程,据图回答下列问题:
(1)过程①是把幼小的花药分离出来,在无菌条件下放在MS培养基上进行培养,配制该培养基时,需要的物质应该有______________________________________________。(至少答三种)
(2)过程②是花药在MS培养基所提供的特定条件下脱分化,发生多次细胞分裂,形成__________________,此过程进行细胞分裂的方式是________________。
(3)过程③是诱导再分化出芽和根,最后长成植株,长成的植株(不考虑核与核之间融合)是________植株,其特点是植株弱小,高度不育,生产上无推广应用的价值,若要使其结子结果,可在移栽后在幼苗茎尖滴加适宜浓度的B物质,通常用到的B物质是____________。
(4)过程②与过程③所用培养基有差异,主要是__________________的差异。
答案 (1)水、大量元素、微量元素、蔗糖、琼脂、植物激素、有机物等(任答三种即可) (2)愈伤组织或胚状体 有丝分裂 (3)单倍体 秋水仙素 (4)植物激素
解析 (1)植物组织培养需要营养物质,主要包括大量元素、微量元素、有机物(如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等)等。
(2)脱分化(或去分化)是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程,此过程细胞进行有丝分裂。
(3)经过花药培养得到的植株为单倍体,表现为高度不育,对茎尖或花粉用秋水仙素处理,染色体加倍后,则恢复可育性。
(4)生长素和细胞分裂素的比值高时,有利于根的分化、抑制芽的形成;比值低时,有利于芽的分化、抑制根的形成;比值适中时,促进愈伤组织的形成。