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DNA和蛋白质技术 植物有效成分的提取
（时间：45分钟 满分：100分）
一、选择题(12小题，每小题4分，共48分)
1．下列有关“DNA的粗提取和鉴定”实验的叙述，正确的是( )
A．用兔的成熟红细胞可提取DNA
B．在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成紫色
C．用酒精进行提纯，原因是DNA溶于酒精，蛋白质不溶于酒精
D．DNA对高温的耐受性一般要比蛋白质强
解析：选D 兔属于哺乳动物，其成熟的红细胞中无细胞核，不适合作为提取DNA的材料；DNA溶液与二苯胺试剂经沸水浴会变蓝；DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精，所以可用冷却的酒精来对DNA进行提纯；大多数蛋白质不能忍受60～80 ℃的高温，而DNA在80 ℃以上才会变性。
2．下列关于体外扩增DNA的叙述，正确的是( )
A．DNA聚合酶只能从5′端延伸DNA链
B．DNA的合成方向总是从子链的3′端向5′端延伸
C．扩增DNA利用了热变性的原理
D．扩增的对象是氨基酸序列
解析：选C DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从子链的3′端延伸DNA链，因此DNA的复制需要引物，当引物与DNA母链通过碱基互补配对进行结合时，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。PCR利用了DNA热变性原理，扩增的对象是脱氧核苷酸序列。
3．在植物有效成分的提取过程中，常用萃取法、蒸馏法和压榨法，下列关于这三种方法的叙述错误的是( )
A．蒸馏法和萃取法都需要水浴加热
B．压榨法适用于易焦糊原料的提取，如柑橘、柠檬等
C．萃取法适用范围较广，一般原料颗粒小、萃取温度适宜、时间长，萃取效果好
D．三种方法中都有过滤操作过程
解析：选A 蒸馏法适用于提取挥发性强的芳香油，其操作过程中直接加热，不需要水浴加热，萃取法需要水浴加热。压榨法适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取。萃取法适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中。三种方法中都有过滤操作过程。
4．下列实验流程中，错误的是( )
A．鲜玫瑰花＋清水→水蒸气蒸馏→油水混合物→分离油层→除水→玫瑰油
B．石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→橘皮油
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C．胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→浓缩→过滤→胡萝卜素
D．挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵(果酒)→醋酸发酵(果醋)
解析：选C 胡萝卜素的提取中，在浓缩前应先过滤，以除去萃取液中的不溶物。
5．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：选D 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。
6．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历下述30多次循环：95 ℃下使模板DNA变性、解链→55 ℃下复性(引物与DNA模板链结合)→72 ℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述，错误的是( )
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，在细胞内也可利用解旋酶实现
B．复性过程中引物与DNA模板链的结合依靠碱基互补配对原则完成
C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
D．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高
解析：选C 变性中，利用95 ℃的高温破坏氢键，DNA解聚，此过程在细胞内也可在解旋酶作用下完成；复性中，55 ℃时引物与DNA模板链依据碱基互补配对原则结合；延伸中，需要四种脱氧核苷酸，不需要ATP；PCR技术扩增DNA片段时需耐高温的酶。
7．(四川高考)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述，错误的是( )
A．用纸层析法分离色素时，若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B．用葡萄制作果醋时，若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C．提取胡萝卜素时，若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D．调查人群中色盲发病率时，若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
解析：选B 用纸层析法分离色素时，若滤液细线画得过粗，经层析液扩散后得到的色素带会过宽，甚至可能会导致色素带出现重叠；醋酸菌为好氧菌，用葡萄制作果醋时，若先通入空气再密封发酵，会降低醋酸含量和品质；胡萝卜素不溶于水，微溶于乙醇(酒精)，易溶于石油醚等有机溶剂，因此若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低；调查人群中色盲发病率时，应该在人群中随机调查，若只在患者家系中调查，将会导致所得结果偏高。
8．下列关于血红蛋白的提取和分离操作的叙述，错误的是( )
A．色谱柱内不能有气泡存在，一旦发现有气泡，必须重装
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B．凝胶用自来水充分溶胀后，配成凝胶悬浮液
C．为加快凝胶膨胀，可以将加入洗脱液的湿凝胶用沸水浴加热，逐渐升温至接近沸腾，通常只需1～2 h
D．在血红蛋白提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理，是让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持其结构和功能
解析：选B 由于装填凝胶柱时用到的是商品凝胶，为干燥的颗粒，使用前需要用蒸馏水充分溶胀后，配成凝胶悬浮液，再用洗脱液进行充分洗涤平衡，使凝胶装填紧密，也可在沸水浴中加热膨胀，既可节约时间，也可除去凝胶中的微生物，排出胶粒内的空气。
9．下列关于提取胡萝卜素实验流程的叙述，错误的是( )
A．萃取胡萝卜素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
B．为了提高萃取的效率，可采用酒精灯直接加热的方法适当地提高萃取温度
C．萃取过程中在加热瓶口安装回流冷凝装置，是为了防止加热时有机溶剂的挥发
D．浓缩的过程是为了把萃取剂与胡萝卜素分开
解析：选B 胡萝卜素的提取过程中，不宜提高温度，更不能用酒精灯直接加热，宜采用水浴加热。
10．PCR技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术，如图表示合成过程。下列说法错误的是( )
A．甲过程高温使DNA变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用
B．丙过程用到的酶在高温下失活，因此在PCR扩增时需要再添加
C．如果把模板DNA的两条链用15N标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，控制“94 ℃～55 ℃～72 ℃”温度循环3次，则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占25%
D．PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变
解析：选B 丙过程用到的酶是Taq DNA聚合酶，其特点是耐高温。
11．下列关于DNA和蛋白质提取与分离实验的叙述，正确的是( )
A．提取DNA或血红蛋白均可用猪的红细胞或鸡的红细胞
B．提取细胞中的DNA和蛋白质都需用蒸馏水涨破细胞
C．蛋白质提取和分离过程中进行透析可以去除溶液中的DNA
D．蛋白质和DNA都可以用电泳的方法进行分离纯化
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解析：选D 猪的红细胞中无细胞核，不能用于提取DNA；提取DNA需用蒸馏水涨破细胞，提取蛋白质可以直接用豆浆或研磨的大豆；透析法可除去相对分子质量小的杂质，不能除去DNA；用电泳的方法可将蛋白质、DNA进行分离纯化。
12．如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。对这些操作的目的，叙述正确的是( )
A．①是洗涤血细胞，去除血细胞表面的杂质
B．②是溶解DNA，去除不溶于酒精的杂质
C．③是溶解DNA，去除不溶于2 mol/L的NaCl溶液的杂质
D．④是稀释NaCl溶液，去除不溶于低浓度NaCl溶液的杂质
解析：选C ①是释放核物质，②是提纯DNA，去除溶于酒精的杂质，④是稀释NaCl溶液，析出DNA。
二、非选择题(共52分)
13．(13分)真核生物细胞内，大量DNA和蛋白质以及一些RNA等混杂在一起，难以分离。某生物兴趣小组为了获得纯度相对较高的DNA展开了实验探究。
(1)分离各种物质的基本思路是根据DNA和其他物质理化性质的不同而采取一定的方法，如图是从各种物质之间________的差异角度开展研究：
a．取鸡血细胞悬液10 mL，加蒸馏水20 mL，同时用玻璃棒__________(填“轻轻搅拌”或“快速搅拌”)。过滤，取滤液，转移到塑料材质的大烧杯中。
b．沿大烧杯内壁持续、缓慢地加入饱和硫酸铵溶液，用玻璃棒沿一个方向__________(填“轻轻搅拌”或“快速搅拌”)，同时不断收集析出的物质。
图中曲线是根据鸡血中几种物质的析出情况绘制的，请据图分析：
c．如果只收集纤维蛋白，可采取的措施是__________________________________。
d．先用饱和度40%的硫酸铵溶液析出绝大部分纤维蛋白和大部分球蛋白， 再在饱和度约为____________的硫酸铵溶液中析出DNA(既保证DNA提取量较大又避免其他杂质过多)，与此同时析出的物质还有__________________________。
(2)如果要进一步去掉其他杂质，尽可能提高获得的DNA纯度，可采取的两种办法是：将DNA与球蛋白的混合物加入到________中，收集再次析出物；用____________处理溶有DNA与蛋白质的溶液。
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解析：(1)分析曲线图可知，不同物质在不同饱和度的硫酸铵中析出的相对量有所差别，即分离各种物质的基本思路是根据DNA和其他物质之间溶解度的差异角度开展研究：a.取鸡血细胞悬液10 mL，加蒸馏水20 mL，此时可以用玻璃棒快速搅拌，加速血细胞破裂。b.沿大烧杯内壁持续、缓慢地加入饱和硫酸铵溶液，为了防止将DNA的絮状物搅碎，此时应用玻璃棒沿一个方向轻轻搅拌，同时不断收集析出的物质。c.由图看出，纤维蛋白的溶解度最低，硫酸铵饱和度在20%之前已经开始析出；在硫酸铵饱和度为30%时析出最快，说明此时的溶解度最低，且超过30%后，球蛋白也将逐渐析出，因此如果只收集纤维蛋白，可以在硫酸铵饱和度达到30%之前收集析出物。d.由图看出，DNA在饱和度约为50%的硫酸铵溶液中溶解度最小，与此同时析出的物质还有球蛋白，只是球蛋白析出量较少。(2)如果要进一步去掉其他杂质，尽可能提高获得的DNA纯度，可将DNA与球蛋白的混合物加入到冷却酒精中，由于DNA不溶于酒精，而其他杂质可溶于酒精，因此收集再次析出物；酶具有专一性，可以用嫩肉粉(木瓜蛋白酶)处理溶有DNA与蛋白质的溶液，此时蛋白质水解，因此可以分离DNA和蛋白质。
答案：(除标明外，每空2分，共13分)(1)溶解度(1分) a．快速搅拌(1分) b．轻轻搅拌(1分) c．在硫酸铵饱和度达到30%之前收集析出物 d．50% 球蛋白 (2)冷却酒精 嫩肉粉(木瓜蛋白酶)
14．(20分)下图是提取胡萝卜素的实验流程示意图，请回答下列问题：
→→→→→→
(1)除了可以从植物中提取天然胡萝卜素外，还可以从养殖的岩藻中获得或者利用________________________________________________________________________生产。
(2)图中A过程表示________，此过程用到的有机溶剂应该具有很高的______，能够充分________胡萝卜素，并且不与水混溶。
(3)图中B过程表示________，该过程之前进行过滤的目的是__________。
(4)如图是某同学对萃取的胡萝卜素样品所做的鉴定实验的结果。
①点样的基线一般距底边______ cm，A、B、C、D四点中，属于标准样品样点的是________。
②图中甲代表的物质是____________，乙代表的物质是____________________。
解析：(1)胡萝卜素的获得有三种途径：一是从植物中提取，二是从岩藻中获得，三是利用微生物发酵生产。(2)图中A是萃取，所用萃取剂应具有较高的沸点，并能充分溶解胡萝卜素。(3)B为浓缩，浓缩之前进行过滤可以除去萃取液中的不溶物。(4)图中A和D只有一个色素带，应是标准样品的样点，B和C为提取样品的样点。甲代表的物质是β胡萝卜素，乙代表的物质主要是其他色素和杂质。
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答案：(每空2分，共20分)(1)微生物的发酵 (2)萃取 沸点 溶解 (3)浓缩 除去萃取液中的不溶物 (4)①2 A、D ②β胡萝卜素 其他色素和杂质
15．(19分)蛋白质分子内含有各种酸性基团和碱性基团，如肽链末端的α氨基和α羧基、天冬氨酸和谷氨酸残基中的羧基、赖氨酸和组氨酸残基中的各种碱性基团，所以蛋白质是两性电解质。在酸性溶液中，碱性基团的解离程度增大，使蛋白质带正电荷；在碱性溶液中，酸性基团的解离程度加强，使蛋白质带负电荷。当溶液到达某一pH时，蛋白质可因内部酸性或碱性基团的解离程度相等而呈等电状态，这时溶液的pH叫蛋白质的等电点。不处于等电点状态的蛋白质分子的正、负电荷量是不相同的。试回答下列问题。
(1)多数蛋白质的等电点近于5，一般含碱性基团较多的蛋白质的等电点________(填“偏高”或“偏低”)
(2)根据等电点的不同，可用________________方法将不同种类的蛋白质分子分开。
(3)简述根据等电点分离不同种类蛋白质分子的原理。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在血红蛋白提取和分离实验中，对分离得到的血红蛋白溶液要进行透析，除去相对分子质量较小的杂质蛋白质。请利用所给的实验材料对该透析实验进行验证。
实验目的：验证透析的基本原理和操作。
实验原理：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
实验材料：①透析管或透析袋 ②烧杯 ③玻璃棒 ④电磁搅拌器 ⑤试管及试管架
实验试剂：①1 mL血红蛋白溶液 ②300 mL物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)
实验步骤：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
答案：(除标明外，每空3分，共19分)(1)偏高(2分) (2)电泳(2分) (3)调节电泳槽中缓冲液的pH，使某种蛋白质处于等电点状态，而其他蛋白质带有电荷，在电场作用下，带有正、负电荷的蛋白质分别移向两极，而不带电荷的蛋白质留在原处 (4)实验原理：①蛋白质是大分子物质，不能透过透析袋，而小分子物质可以自由透过 ②在分离提纯蛋白质的过程中，常利用透析的方法使蛋白质与其中夹杂的小分子物质分开
实验步骤：①取1 mL血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300 mL物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液的烧杯中 ②不断更换烧杯中的缓冲液，并用电磁搅拌器不断搅动缓冲液，以加速透析过程，透析12 h
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