2.用固定化酵母细胞发酵
(1)将固定好的__________________(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2~3次。
(2)将150 mL质量分数为10%的____________转移到200 mL 的锥形瓶中,再加入固定好的酵母细胞,置于25℃下发酵24 h,可以看到产生了大量气泡,同时会闻到酒香。
提醒 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环,涉及实验的成败。海藻酸钠在水中溶解的速度慢,需要通过加热,促进其溶解。溶解海藻酸钠,最好采用________或者____________的方法。例如,加热几分钟后,从石棉网上取下烧杯冷却片刻,并不断搅拌,再将烧杯放回石棉网上继续加热,如此重复几次,直至海藻酸钠完全________。如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。
专题5 DNA和蛋白质技术导学案
(一)DNA的粗提取与鉴定
1. 实验原理
提取生物大分子的基本思路是______________________________。对于DNA的粗提取而言,就是要利用____与____、_______等在物理和化学性质方面的差异,提取DNA,去除其他成分。 (1)DNA的溶解性
①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的_____溶液中溶解度不同,利用这一特点,选择适当的盐浓度就能使____充分溶解,而使杂质沉淀,或者相反,以达到分离目的。
②DNA不溶于______溶液,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理,可以将DNA与蛋白质进一步的分离。
(2)DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性
o
蛋白酶能水解_____,但是对_____没有影响。大多数蛋白质不能忍受60—80C的高温,而DNA在______才会变性。洗涤剂能够瓦解____,但对DNA没有影响。 (3)DNA的鉴定
在____条件下,DNA遇___会被染成__色,因此二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。 2. 实验设计
(1)实验材料的选取
凡是含有______的生物材料都可以考虑,但是使用______________的生物组织,成功的可能性更大。
(2)破碎细胞,获取含DNA的滤液
破碎动物细胞:如在鸡血细胞液中加入一定量的____,同时用_____搅拌,过滤后收集滤液即可。破碎植物细胞(如洋葱),需在切碎的洋葱中加入一定的_____和_____,进行充分的搅拌和研磨,过滤后收集研磨液。
①加入蒸馏水作用:蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种____液体,使血细胞_____,再加上搅拌的机械作用,加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂),从而释放出DNA。
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②加入洗涤剂的作用是:洗涤剂是一些离子去污剂,能溶解_____,有利于____的释放;加入食盐的作用是:溶解_____。
③如果研磨不充分,会使细胞核内的_____释放不完全,提取的DNA量变_____,影响实验结果,导致看不到__________、用二苯胺鉴定不显示____等。 (3)去除滤液中的杂质
①方案一:利用DNA在不同浓度NaCl溶液中____不同,通过控制________去除杂质。 ②方案二:根据酶的专一性,利用木瓜蛋白酶分解______,而不分解______; ③方案三:利用DNA和蛋白质对高温耐受性的不同,从而使____变性,与___分离。 (4)DNA的析出与鉴定 ①DNA的析出:将处理后的溶液过滤,加入与滤液体积相等、冷却的________,静置2~3min,溶液中会出现________,这就是粗提取的DNA。
②DNA的鉴定: 将白色丝状物用_____的NaCl溶液再溶解,加入4ml的_____,混合均匀后,在______条件下,溶液被染成____色。 3.注意事项
(1)以血液为实验材料时,需要加入柠檬酸钠防止________
(2)要提取洋葱等的DNA时,加入洗涤剂后,动作要________,否则容易产生大量的泡沫,不利于后续步骤地操作。
(3)加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要______,以免___________,导致DNA分子不能形成絮状沉淀。
(4)二苯胺试剂要________,否则会影响鉴定的效果。
(5)当NaCl溶液浓度低于0.14mol/L时,随浓度的升高,DNA的溶解度_______;当NaCl溶液浓度高于0.14mol/L时,随浓度升高,DNA的溶解度________。 (二)多聚酶链式反应扩增DNA片断 1. PCR原理
(1)细胞内DNA复制条件分析: 条件 模板 原料 酶 能量 引物 组分 作用
(2)细胞内DNA复制过程的解析:
①_______:解旋酶、ATP,DNA两条链打开,形成两条DNA单链。 ②_______:在DNA单链3’端与DNA反向配对结合。
③__________:DNA聚合酶与模板链结合,标志着单链合成开始。
④_______:DNA聚合酶从引物3’端开始,将配对的脱氧核苷酸连接起来。 (3)DNA分子复制的人工控制
在DNA的复制过程中,复制的前提是_______。在体外可通过控制____来实现。
①解开螺旋:在_____℃范围内,DNA双螺旋打开,形成两条DNA单链,称为___。 ②恢复螺旋:在___℃左右时,两条DNA单链重新形成双螺旋结构,称为____。 ③复制条件:_____(相当细胞内的核基质);_____模板;分别与两条模板链相结合的________;四种脱氧核苷酸;____________酶 ④反应场所:_______(自动温度周期性调节)。 2. PCR的反应过程
(1)每次循环的三个步骤:
①变性:在____℃时DNA解旋
②复性:在____℃时引物与DNA单链结合
③延伸:在____℃时合成DNA子链(两个引物间的序列) (2)实验操作
配制PCR反应体系 移入____ 放入____ 设置PCR仪的工作参数 ____扩
增
(3)操作提示
①为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的________ 、______ 、________以及蒸馏水等在使用前必须进行_______。
②PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份,并在____℃储存。使用前,将所需试剂从冰箱拿出,放在冰块上缓慢融化。
③在微量离心管中添加反应成分时,移液管上的枪头要____。 ④混匀后离心处理,使反应液集中在离心管底部。 (三)血红蛋白的粗提取和分离 1.实验原理
蛋白质的分离和提取的原理:根据蛋白质各种特性的差异,如分子的_________、所带电荷的__________、___________、__________和_______________等等,可以用来分离不同蛋白质。 (1)凝胶色谱法(也称_________)
①概念:根据被分离蛋白质的__________________,利用具有网状结构的凝胶的分子筛作用,来分离蛋白质的有效方法。
②原理:凝胶实际上是一些由_______构成的多孔球体,当不同的蛋白质通过凝胶时,___________的蛋白质容易进入凝胶内部的通道,路程___,移动速度___,而__________的蛋白质无法进入凝胶内部的通道,只能在_____移动,路程____,移动速度____,相对分子质量不同的蛋白质因此得以分离。 (2)缓冲溶液
①概念:在一定的范围内,能对抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释不引起溶液_____发生明显变化的作用叫做缓冲作用,具有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液。
②作用:能够抵制__________对溶液的____的影响,维持___基本不变。
③缓冲溶液的配制:通常由___种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲剂的____就可以制得__________使用的缓冲液。 (3)电泳
①概念:指__________在_____作用下发生迁移的过程。
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②原理:许多重要的生物大分子,如_____、_____等都具有________,在__________下,这些基团会带上__________。在电场的作用下,这些带电分子会向着与其所带电荷_____的电极移动。
③作用:电泳利用了待分离样品中各种分子_________以及分子本身的___、___的不同,使带电分子产生不同的_______,从而实现样品中各种分子的分离。 ④方法分类:__________电泳;__________电泳
蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于__________以及_______等因素。测定蛋白质相对分子质量通常用____________________ 2.实验操作
蛋白质的提取和分离一般分为四步:_____、_____、____和______。 (1)样品(哺乳动物的血液)处理和粗分离
①红细胞的洗涤:目的:去除_____;方法:__________离心
②血红蛋白的释放:加____(低渗溶液,使红细胞吸水涨破)和____(溶解细胞膜) ,置于磁力搅拌器上充分搅拌10分钟(加速细胞破裂), 细胞破裂释放出血红蛋白。
③分离血红蛋白溶液:将搅拌好混合液转移到离心管内,以2000r/min的速度离心10 min ,试管中的溶液从上往下分为4层:
第1层(最上层):__________的甲苯层 第2层(中上层):__________的沉淀层,_____色薄层固体 第3层(中下层):_____的水溶液层,__________的液体 第4层(最下层):其它杂质的_____沉淀层
将试管中的液体用_____过滤、除去______________,于_____中静置片刻后,分离出下层的_______________。
④粗分离:即_____。将装有血红蛋白溶液的透析袋放入pH为7.0的磷酸缓冲液中,透析12h,以____________________。 (2)纯化——凝胶色谱操作
通过凝胶色谱柱将____________________除去。 ①制作__________。
②装填______。因为干的凝胶和用缓冲液平衡好的凝胶的体积差别很大,所以装柱前需要根据色谱柱的内体积计算_______。在装填凝胶柱时,不得有____存在。 ③样品的加入和洗脱 (3)纯度鉴定:
判断_____的蛋白质是否达到要求,需要进行蛋白质纯度的鉴定。在鉴定的方法中,使用最多的是____________________。 3. 操作提示
(1)红细胞的洗涤:______、__________与_______十分重要。________过少,无法除去血浆蛋白;______________过高和________过长会使________等一同沉淀,达不到分离效果。
(2)色谱柱填料的处理:商品凝胶使用前需直接放在__________中膨胀,可以将加入其中的__________用__________加热,加速膨胀。
(3)凝胶色谱柱的装填:在装填凝胶柱时,不得有气泡存在。气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的____
______,降低__________。
(4)蛋白质的分离:如果红色区带_________地移动,说明色谱柱制作成功。 4. 实验结果分析与评价
(1)观察血液样品离心后是否分层。如果分层不明显,可能是____________________的原因。此外,离心速度过高和时间过长,会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀,也得不到_____的红细胞,影响后续_______________。
(2)如果凝胶色谱柱装填得很成功、分离操作也正确的话,能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整,随着洗脱液缓慢流出;如果红色区带歪曲、散乱、变宽,说明分离的效果不好,这与_______________有关。
从橘皮中提取的 ,主要成分为 ,具有很高的经济价值。橘皮精油主要储藏在 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 法。
具体的流程是 、 、 、 、 、 、 。
实验案例
案例一 玫瑰精油的提取
5月上、中旬是玫瑰的盛开期,最好是选用当天采摘的鲜玫瑰花。将花瓣用清水冲洗,去掉上面的灰尘等杂质,沥干水分。由于玫瑰精油化学性质稳定,从玫瑰花中提取玫瑰精油可采取水中蒸馏法。本实验的具体操作步骤如下。
1.称取50 g玫瑰花瓣,放入500 mL的圆底烧瓶中,加入200 mL蒸馏水。按教科书图6-2所示安装蒸馏装置。蒸馏装置包括:铁架台两个、酒精灯、石棉网、蒸馏瓶、橡胶塞、蒸馏头、温度计、直型冷凝管、接液管、锥形瓶,以及连接进水口和出水口的橡皮管。所有仪器必须事先干燥,保证无水。整套蒸馏装置可分为左、中、右三部分,其中左边的部分通过加热进行蒸馏,中部将蒸馏物冷凝,右边的部分用来接收。安装仪器一般都按照自下而上、从左到右的顺序。拆卸仪器的顺序与安装时相反。具体安装顺序和方法如下。
(1)固定热源──酒精灯。
(2)固定蒸馏瓶,使其离热源的距离如教科书中图6-2所示,并且保持蒸馏瓶轴心与铁架台的水平面垂直。
(3)安装蒸馏头,使蒸馏头的横截面与铁架台平行。
(4)连接冷凝管。保证上端出水口向上,通过橡皮管与水池相连;下端进水口向下,通过橡皮管与水龙头相连。
(5)连接接液管(或称尾接管)。
(6)将接收瓶瓶口对准尾接管的出口。常压蒸馏一般用锥形瓶而不用烧杯作接受器,接收瓶应在实验前称重,并做好记录。
(7)将温度计固定在蒸馏头上,使温度计水银球的上限与蒸馏头侧管的下限处在同一水平线上。 2.蒸馏装置安装完毕后,可以在蒸馏瓶中加几粒沸石,防止液体过度沸腾。打开水龙头,缓缓通入冷水,然后开始加热。加热时可以观察到,蒸馏瓶中的液体逐渐沸腾,蒸气逐渐上升,温度计读数也略有上升。当蒸气的顶端达到温度计水银球部位时,温度计读数急剧上升。在整个蒸馏过程中,应保证温度计的水银球上常有因冷凝作用而形成的液滴。控制蒸馏的时间和速度,通常以每秒1~2滴为宜。蒸馏完毕,应先撤出热源,然后停止通水,最后拆卸蒸馏装置,拆卸的顺序与安装时相反。
专题六 植物有效成分的提取
课题1 植物芳香油的提取
【导学诱思】 1.植物芳香油的来源
天然香料的主要来源是 和 。动物香料主要来源于麝、灵猫、海狸和抹香鲸等,植物香料的来源更为广泛。植物芳香油可以从大约50多个科的植物中提取。例如,工业生产中,玫瑰花用于提取 ,樟树树干用于提取 。提取出的植物芳香油具有很强的 ,其组成也 ,主要包括 及其
思考:你能说出一些用于提取某些植物芳香油的器官吗?并分别可提取哪种芳香油?
2.植物芳香油的提取方法
植物芳香油的提取方法有 、 和 等。具体采用那种方法要根据植物原料的特点来决定。 是植物芳香油提取的常用方法,它的原理是 。根据蒸馏过程中 的位置,可以将水蒸气蒸馏法划分为 、 和 。其中,水中蒸馏的方法对于有些原料不适用,如柑橘和柠檬。这是因为 等问题。因此,柑橘、柠檬芳香油的制备通常使用 法。
植物芳香油不仅 ,而且易溶于 ,如石油醚、酒精、乙醚和戊烷等。不适于用水蒸气蒸馏的原料,可以考虑使用 法。萃取法是将
的方法。芳香油溶解于有机溶剂后,只需蒸发出有机溶剂,就可以获得纯净的 了。但是,用于萃取的有机溶剂必须 , ,否则会影响芳香油的质量。 3、玫瑰精油的提取
玫瑰精油是制作 的主要成分,能使人产生愉悦感。由于玫瑰精油化学性法。 提取玫瑰精油的实验流
程 、 、 、 、 、 。
思考:在提取过程中,如何对乳浊液的处理和玫瑰液的回收?
4、橘皮精油的提取
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3.收集锥形瓶中的乳白色的乳浊液,向锥形瓶中加入质量浓度为0.1 g/mL的氯化钠溶液,使乳化
质 ,难溶于 ,易溶于 ,能随 一同蒸馏, 通常采用 法中的 液分层。然后将其倒入分液漏斗中,用分液漏斗将油层和水层完全分开。打开顶塞,再将活塞缓缓旋
开,放出下层的玫瑰精油,用接收瓶收集。向接收瓶中加入无水硫酸钠,吸去油层中含有的水分,放置过夜。
为了更好地将油、水两层液体分离,操作时应注意正确使用分液漏斗。分液漏斗的使用方法如下。 (1)首先把活塞擦干,为活塞均匀涂上一层润滑脂,注意切勿将润滑脂涂得太厚或使润滑脂进入活塞孔中,以免污染萃取液。
(2)塞好活塞后,把活塞旋转几圈,使润滑脂分布均匀。并用水检查分液漏斗的顶塞与活塞处是否渗漏,确认不漏水后再使用。
(3)将分液漏斗放置在大小合适的、并已固定在铁架台上的铁圈中,关好活塞。将待分离的液体从上部开口处倒入漏斗中,塞紧顶塞,注意顶塞不能涂润滑脂。
(4)取下分液漏斗,用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗颈,左手握住漏斗活塞处,大拇指压紧活塞,将分液漏斗略倾斜,前后振荡(开始振荡时要慢)。
(5)振荡后,使漏斗口仍保持原倾斜状态,左手仍握在漏斗活塞处,下部管口指向无人处,用拇指和食指旋开活塞,使其释放出漏斗内的蒸气或产生的气体,以使内外压力平衡,这一步操作也称做“放气”。
(6)重复上述操作,直至分液漏斗中只放出很少的气体时为止。再将分液漏斗剧烈振荡2~3 min,然后将漏斗放回铁圈中,待液体静置分层。
案例二 橘皮精油的提取 课前准备
在实验前一天,教师需要准备新鲜的、没有霉烂的橘皮,用量可根据实验人数来决定。用清水冲洗橘皮,去掉灰尘等杂质,沥干水分后,将橘皮摊放在干燥通风处。将晾干的橘皮浸泡在pH大于12、质量分数为7%~8%的石灰水中,时间为16~24 h,中间翻动2~3次。浸泡好的橘皮呈黄色、无白芯、稍硬、脆而不断、具有弹性。这样的橘皮在压榨时不易打滑,橘油的喷射力强;压榨后的残渣呈颗粒状,残渣中的含水量低,黏稠度不太高,过滤时比较顺利,不易堵塞筛孔。
提取橘皮精油的具体步骤如下。
1.将浸泡后的橘皮,用流动的水漂洗,洗净后捞起、沥干。切记一定要将橘皮彻底冲洗干净。然后将橘皮粉碎至3 mm大小,放入家用榨汁机或手动压榨机中粉碎。粉碎时加入与橘皮同质量的质量分数为0.25%的小苏打和质量分数为5%的硫酸钠溶液,并调节pH为7~8。
2.在榨出的油水混合液中加入明矾,使之沉淀并变澄清,然后用布袋过滤,除去糊状残渣。再将得到的混合物,用6 000 r/min~8 000 r/min的转速进行高速离心。在正常情况下,离心后获得的香精油将是澄清透明的。
3.分离出的香精油往往带有少量水分和蜡质等杂质,为了进一步除去杂质,可以将分离的产品放在5 ℃~10 ℃的冰箱中,静置5~7 d,让杂质与水下沉。然后用吸管吸出上层澄清的油层,再通过垫有滤纸或石棉纸的漏斗进行减压抽滤,得到黄色油状的橘皮精油。
课题成果评价
(一)是否提取出了植物精油
观察学生提取出的玫瑰精油或橘皮精油,从颜色、气味等方面来评价所提取的精油的纯度和质量。从玫瑰花提取的芳香油是浅黄色至黄色的液体,并带有甜韵的玫瑰香;从橘皮提取的橘皮精油无色透明,具有诱人的橘香味。本课题只是对两种精油进行了初步的提取,其中仍然含有大量的杂质。
(二)出油率的计算
根据教科书提供的公式计算出油率。如果出油率高,说明实验方案设计合理;如果出油率低,教师可以帮助学生从实验方法的选择、实验过程的操作等各方面分析原因,改进后再作尝试。
答案和提示 练习
1.答:植物芳香油一般都是由2~3种芳香油混合调配而成的,其中的基底油常取自植物的种子或
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果实,比如胡桃油、甜杏油。基底油与其他芳香油调配在一起,能够加强功效。
从玫瑰花中提取出的玫瑰油称为“液体黄金”,是世界香料工业不可取代的原料,多用于制造高级香水等化妆品。提取出的玫瑰油不含有任何添加剂或化学原料,是纯天然的护肤品,具有极好的抗衰老和止痒作用,能够促进细胞再生、防止肌肤老化、平抚肌肤细纹,还具有使人放松、愉悦心情的功效。
杏仁油富含矿物质和维生素,是一种质地轻柔、高渗透性的保湿剂。
熏衣草精油取自熏衣草花,具有怡神、助睡眠、舒缓压力的作用,此外它还具有降压、止痛、促进细胞再生的功能,可以用于治疗烫伤和蚊虫叮咬、预防和改善脱发。
柠檬精油取自柠檬果皮,具有消除紧张、焦虑、振奋精神的作用,可用于治疗神经衰弱、关节炎,还具有促进血液循环、杀菌止痛、平衡油脂分泌、舒缓肌肤老化、滋养头发的功效。
茶树精油具有新鲜、强烈的药草香味,能改善毛孔阻塞,净化肌肤,抗感染,对治疗青春痘有奇效。它也能消除疲劳、缓解压力。
天竺葵精油能收敛皮肤,平衡、调理、润滑中干性皮肤和敏感性皮肤,改善橘皮样表皮,还有助于恢复精力,平缓心情。
茉莉精油能防止肌肤老化,对中干性皮肤和敏感性皮肤具有良好的保湿和滋润作用,尤其对女性的妊娠纹和内分泌有独特的改善效果。
橙花精油具有清新的水果香味,不但能使人镇静,还能防止中干性肌肤的老化现象发生,给肌肤赋予青春活力,促进皮肤再生。
2.建议:教师可以组织学生进行一次社会调查,并要求学生写出详细的调查报告。
课题2 胡萝卜素的提取
【导学诱思】
1. 胡萝卜素是 ,化学性质比较 ,不溶于水,微溶于 ,易溶于 等有机溶剂。根据双键的数目可以将胡萝卜素划分为α、β、γ三类。 是其中最主要的组成成分。与β-胡萝卜素化学结构类似的胡萝卜素约有100多种,它们大多存在于蔬菜中。 等蔬菜是提取天然β-胡萝卜素的原料。
中获得,三是利用 生产。本课题所提供的方法只能提取胡萝卜素的 ,若要获得β-胡萝卜素,还需要进一步的 。
2.提取胡萝卜素的实验流程有 、 、 、 、 、 。 思考:影响萃取的因素有哪些?
实验案例
提取胡萝卜素的主要步骤如下。
1.选取500 g新鲜的胡萝卜,用清水洗净,沥干、切碎,然后在40 ℃的烘箱中烘干,时间约需2 h,将干燥后的胡萝卜进一步粉碎过筛。注意胡萝卜的粉碎一定要彻底。
2.将样品放入500 mL圆底烧瓶中,加入200 mL石油醚混匀,按教科书中图6-7所示安装萃取回流装置,萃取30 min,然后过滤萃取液,除去固体物质。
工业生产上,提取天然β-胡萝卜素的方法主要有三种,一是从 中提取,二是从