专题4
DNA技术、植物有效成分的提取
考点一　DNA的粗提取与鉴定
【核心知识通关】
1.基本原理：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：
析出
溶解
析出
水解
80
60～
80
3.主要步骤及注意事项：
红细胞吸水破裂
瓦解细胞膜
溶解DNA
NaCl溶液
蛋白酶
高温
冷却的酒精溶液
二苯胺
蓝色
4.DNA的粗提取与鉴定实验中的两种重复操作：
(1)加蒸馏水2次。
①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破。
②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出。
(2)用NaCl溶液4次。
①用2 mol/L的NaCl溶液，过滤除去不溶的杂质。
②用0.14 mol/L的NaCl溶液，析出DNA。
③用2 mol/L的NaCl溶液，溶解DNA。
④用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于DNA的鉴定。
【特别提醒】
(1)提取DNA不能用哺乳动物的成熟的红细胞作实验材料，因为哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，提取不到DNA。
(2)DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl溶液浓度的改变而改变，在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。
【高考模拟精练】
在“DNA的粗提取与鉴定”的实验中，对DNA进行鉴定时，做如下操作：
(1)根据上图，完成表格空白处的实验内容。
(2)对于B试管，完成1、2、3的操作后溶液颜色如何？
___________________________。
(3)在沸水浴中加热的目的是____________________，同时说明DNA对高温有较强的__________________。
(4)A试管在实验中的作用是____________。
(5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与____________有关。
【解析】(1)(4)本题主要考查DNA分子的鉴定。A、B两试管形成对照，B试管中含DNA丝状物，A试管中不含，起对照作用，其他条件均完全相同。(2)(3)(5)本实验强调反应条件是沸水浴加热5分钟，加快颜色反应的速度，观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。
答案：(1)实验现象：A.溶液不变蓝色　B.溶液变蓝色
实验结论：DNA在沸水浴的条件下遇二苯胺会变成蓝色
(2)溶液颜色基本不变(不呈浅蓝色)
(3)加快颜色反应速度　耐受性
(4)对照　(5)DNA(丝状物)的多少
考点二　植物有效成分的提取
【核心知识通关】
1.植物芳香油的来源和提取方法：
(1)天然香料的主要来源：___________。
(2)特点：具有很强的_____性。
(3)成分：主要包括___________及其衍生物。
动物和植物
挥发
萜类化合物
2.植物芳香油的提取方法：
(1)水蒸气蒸馏法。
①原理：利用水蒸气将_______较强的植物芳香油携带出来。
②类型：依据蒸馏过程中_______________分为_____蒸馏、水上蒸馏和_____蒸馏。
挥发性
原料放置的位置
水中
水气
(2)压榨法。
①原理：通过_________，压榨出果皮中的芳香油。
②适用范围：适用于蒸馏会出现_________和有效成分
_____等问题的材料。
机械加压
原料焦糊
水解
(3)萃取法。
①原理：植物芳香油不仅有挥发性，而且易溶于___
_______。
②过程：将粉碎、干燥的植物原料用_________浸泡→
芳香油溶解于_________→蒸发出有机溶剂→纯净的植
物芳香油。
有
机溶剂
有机溶剂
有机溶剂
3.玫瑰精油的提取：
(1)玫瑰精油的性质：化学性质_____，___溶于水，易
溶于_________。
(2)方法：___________法。
稳定
难
有机溶剂
水蒸气蒸馏
(3)实验步骤及注意事项：
1:4
冷却水
时间
温度
水的密度
残留的水分
固体Na2SO4
4.橘皮精油的提取：
(1)橘皮精油的特点。
①性质：_________，具有诱人的橘香味。
②成分：主要是_______。
(2)提取方法：_____法。原因是有效成分在水蒸气蒸
馏时会发生_________，使用水中蒸馏又会产生_____
_____的问题。
无色透明
柠檬烯
压榨
部分水解
原料
焦糊
(3)橘皮精油的提取过程及注意事项：
出油率
石灰水
NaHCO3
Na2SO4
7～8
滤纸
5.胡萝卜素的提取：
(1)胡萝卜素的种类。
可以划分为___________三类，其中____________是最
主要的组成成分。一分子的β-胡萝卜素可被氧化成两
分子________。
(2)胡萝卜素的性质：胡萝卜素是_______结晶，化学
性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于_____
___等有机溶剂。
α、β、γ
β-胡萝卜素
维生素A
橘黄色
石油
醚
(3)工业生产胡萝卜素的方法。
①从_____(如胡萝卜等蔬菜)中提取。
②从大面积养殖的_____中获得。
③利用_____________生产。
(4)提取方法：_____法，原因是胡萝卜素易溶于_____
_____。
植物
岩藻
微生物的发酵
萃取
有机
溶剂
(5)实验步骤及注意事项：
颗粒大小
含水量
石油醚
水不溶性
高
萃取剂的性质和
使用量
温度
时间
固体物质
有机溶剂
(6)胡萝卜素的鉴定。
①鉴定方法：_______法。
②鉴定原理：不同色素在层析液中的_______不同，随
层析液在滤纸上的_________不同，通过比较提取样品
和_________层析的结果，可以判断提取样品的纯度。
纸层析
溶解度
扩散速度
标准样品
③实验步骤：
量做基线：在18 cm×30 cm滤纸下端距底边__cm处做一
基线，在基线上取A、B、C、D四点
　　
对照点样：A、D点点_________，B、C点点_________
　　
干燥层析：吹干滤纸上的溶剂，放入_________中层析
　　
对比观察：对比观察样品色素点与标准色素点的异同
2
标准样品
提取样品
色谱容器
④结果分析(如下图)：
a为____________，b为其他色素。
β-胡萝卜素
【特别提醒】
植物有效成分提取过程中的注意事项
(1)用于萃取的有机溶剂必须事先精制，除去杂质，否则会影响芳香油的质量。
(2)能够利用蒸馏法提取的物质应该具有热稳定性，否则会发生植物有效成分的分解。
(3)不适于蒸馏法的植物芳香油可以用压榨法提取，但是需要原料中植物芳香油的含量较大，否则不易压榨出来。
(4)萃取温度高有利于植物有效成分溶于有机溶剂，但是温度过高会影响植物有效成分的品质，因此萃取时应严格控制温度，适当延长萃取时间。
【思维拓展】增加植物有效成分提取量的关键措施
(1)蒸馏法提取植物芳香油。
①提取量主要取决于植物材料中芳香油的含量。
②由于植物芳香油易挥发，因此用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油时应选择新鲜的植物材料(干燥后植物芳香油已挥发)。
(2)压榨法提取植物芳香油：植物材料中的果胶、果蜡会影响压榨效果和出油率，压榨前通常采用石灰水浸泡的方法除去果胶、果蜡，以提高出油率。
(3)胡萝卜素萃取的影响因素及解决方法：
【高考模拟精练】
1.(2015·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。
(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_______________________________。
【解题指南】(1)题干关键信息：“弱光下视物不清”“萃取剂”。
(2)关键知识：胡萝卜素不溶于水；一分子β-胡萝卜素可被氧化成两分子维生素A；含水量影响胡萝卜素的萃取效果。
【解析】本题考查胡萝卜素的提取。
(1)根据双键的数目可以将胡萝卜素划分α、β、γ三类，β-胡萝卜素是其中最主要的组成成分。一分子β-胡萝卜素在人或动物的小肠、肝脏等器官被氧化成两分子维生素A。胡萝卜素可以用来治疗因缺乏维生素A而引起的各种疾病，如夜盲症等。胡萝卜素的化学性质比较稳定，不溶于水，是非挥发性物质。
(2)萃取的效果受到含水量、温度等条件的影响，要保证好的萃取效果，需要将岩藻进行粉碎和干燥。
(3)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，乙酸乙酯为水不溶性有机溶剂，故选乙酸乙酯。
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
2.(2016·广州模拟)分析回答下列与植物有效成分提取有关的问题。
(1)薰衣草精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，挥发性较强，要提取薰衣草精油可以用蒸馏法和____________法。若用蒸馏法，在得到油水混合物后需加入一定量的______________促进其分层。用分液漏斗分离得到油层后还要加入______________以除去水分。
(2)天然胡萝卜素可医治维生素A缺乏症，是因为_____
_____________________________。在提取胡萝卜素的实验流程“胡萝卜→粉碎→A→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素”中，A过程叫____________。萃取效率主要取决于____________________，同时还受原料颗粒的大小、含水量等条件的影响。
【解析】(1)由于薰衣草精油易溶于有机溶剂，因此可以用萃取法进行提取。用蒸馏法提取薰衣草精油获得油水混合物后，应加入NaCl促进油水分层进而分离出油层；分离出的油层中含有少量的水，可以加入无水Na2SO4除去水分。
(2)天然胡萝卜素可被氧化为维生素A，因此天然胡萝卜素可医治维生素A缺乏症。在萃取胡萝卜素时，应首先对胡萝卜进行粉碎和干燥。萃取效率主要取决于萃取剂的性质和使用量。
答案：(1)萃取　NaCl　无水Na2SO4
(2)胡萝卜素可被氧化为维生素A　干燥　萃取剂的性质和使用量
3.(2013·海南高考改编)根据相关知识，回答胡萝卜素提取和鉴定方面的问题：
(1)水蒸气蒸馏法________(填“适合”或“不适合”)胡萝卜素的提取，原因是_________________________
_________________________________。
(2)为了提高萃取效果，萃取时应_______________。
(3)除去萃取液中的有机溶剂，可以采用________法。
(4)鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时，通常可采用________法，并以______________________样品作为对照。
【解题指南】解答本题需注意：提取不同植物的有效成分所用的方法不一定相同，需要根据原料的特点进行选择。
【解析】本题考查胡萝卜素的提取和鉴定的有关知识。
(1)水蒸气蒸馏法不适合胡萝卜素的提取，因为水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质，而胡萝卜素为非挥发性物质，不能随水蒸气蒸馏出。
(2)由于萃取温度和萃取时间会影响萃取效果，提高温度有利于胡萝卜素溶于有机溶剂，但是如果温度过高会破坏胡萝卜素，因此为了提高萃取效果，应严格控制萃取温度并适当延长萃取时间。
(3)由于有机溶剂易挥发，而胡萝卜素不易挥发，因此除去萃取液中的有机溶剂可采用蒸馏法。有机溶剂可经冷凝回收再利用。
(4)胡萝卜素的鉴定通常采用纸层析法。胡萝卜素能够溶解在层析液中，并随层析液在滤纸上的扩散而扩散，且扩散速度与溶解度呈正相关。可以用标准样品(胡萝卜素)作为对照，分析萃取样品是否含胡萝卜素和杂质。
答案：(1)不适合　水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质，而胡萝卜素为非挥发性物质，不能随水蒸气蒸馏出
(2)严格控制萃取温度并适当延长萃取时间
(3)蒸馏　(4)纸层析　标准的胡萝卜素
【方法技巧】植物芳香油提取方法的选择原则
植物芳香油提取方法的选择主要根据植物原料的性质确定：
(1)挥发性强、热稳定性高的芳香油可以用水蒸气蒸馏法提取。
(2)植物芳香油含量高，且不宜采用蒸馏法的材料一般采用压榨法提取。
(3)易溶于有机溶剂的植物芳香油可以采用萃取法提取。
4.(2015·郑州模拟)下面两图是某同学用来提取胡萝卜素的实验装置。据图回答下列问题：
(1)安装图1装置时，应首先固定____________；应保证冷凝装置的出水口________(填“向上”或“向下”)，通过橡皮管与水池相连；萃取液的浓缩可直接使用该装置，但需要先进行过滤，其目的是________
_____________。
(2)图1装置________(填“适合”或“不适合”)胡萝卜素的提取，原因是_________________________。
(3)利用图2装置从胡萝卜中提取胡萝卜素时，通常先将胡萝卜粉碎和____________，以提高萃取效率，后者操作过程中应控制好温度和__________，以防止胡萝卜素被分解。
(4)图1、2装置中冷凝装置的目的________(填“相同”或“不同”)。
【解析】(1)安装图1装置时，应按自下而上、自左而右的顺序，所以应首先固定酒精灯；冷凝管中的冷却水应与水蒸气的方向相反，即下方进，上方出，则应保证冷凝装置的出水口向上。萃取液浓缩前先进行过滤的目的是滤去不溶物。
(2)由于水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质，而胡萝卜素为非挥发性物质，不能随水蒸气蒸馏出，因此图1装置不适合胡萝卜素的提取。
(3)由于萃取时原料的颗粒大小、紧密程度和含水量等可以影响萃取效率，因此利用图2装置从胡萝卜中提取胡萝卜素时，通常先将胡萝卜粉碎和干燥，以提高萃取效率。萃取胡萝卜素时应控制好温度和时间，以防止胡萝卜素被分解。
(4)图1装置中冷凝装置的目的是使蒸馏物冷凝形成油水混合物，而图2装置中冷凝装置的目的是使有机溶剂冷凝回流，因此图1、2装置中冷凝装置的目的不同。
答案：(1)酒精灯　向上　滤去不溶物
(2)不适合　水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质，而胡萝卜素为非挥发性物质，不能随水蒸气蒸馏出
(3)干燥　时间　(4)不同
【加固训练】
(2015·滨州模拟)下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：
(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有______________________________的性质。蒸馏时收集的蒸馏液________(填“是”或“不是”)纯的玫瑰精油，原因是______________________。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和___________。
(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会___
______，原因是______________________。
(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度__________的地方，目的是______________。
【解析】(1)易挥发的植物精油才能与水蒸气一起蒸馏，难溶于水的植物精油易于与水分离，化学性质稳定的精油才能在蒸馏时不会被分解，因此只有易挥发、难溶于水且化学性质稳定的植物精油才适合用蒸馏法提取。蒸馏时收集的蒸馏液是油水混合物，而不是纯的玫瑰精油。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏时间和蒸馏温度是影响精油提取量的主要因素。
(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则部分精油会挥发掉，从而使提取量下降。
(4)由于温度越高，玫瑰精油的挥发速度越快，因此密封不严的瓶装玫瑰精油保存时，最好存放在温度较低的地方以减少挥发。
答案：(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定　不是　玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物　(2)蒸馏温度
(3)下降　部分精油会随水蒸气挥发而流失
(4)较低　减少挥发
【延伸探究】既要增加玫瑰精油的提取量，又要提高玫瑰精油的品质，应如何控制蒸馏温度和时间？
提示：应严格控制蒸馏温度，适当延长蒸馏时间。