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專題十四生物技術(shù)實(shí)踐DNA1.(2011年江蘇卷)下列與果酒、果醋和腐乳制作相關(guān)的敘述,正確的是()A.腐乳制作所需要的適宜溫度最高B.果醋發(fā)酵包括無(wú)氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵C.使用的菌種分別是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌D.使用的菌種都具有細(xì)胞壁、核糖體、DNA和RNA【解析】果醋制作所需的適宜溫度為30℃~35℃,果酒制作的最適溫度為18℃~25℃,腐乳制作的最適溫度為16℃左右;由于醋酸菌為好氧型細(xì)菌,所以果醋發(fā)酵為有氧發(fā)酵;三種發(fā)酵產(chǎn)品的制作所涉及的微生物依次是酵母菌、醋酸菌、毛霉;酵母菌、毛霉為真菌,醋酸菌為細(xì)菌,前兩者為真核生物,后者為原核生物,它們均具有細(xì)胞壁、核糖體、DNA和RNA?!敬鸢浮緿2.(2011年江蘇卷)下列有關(guān)酶的制備和應(yīng)用的敘述,正確的是()A.酶解法和吸水漲破法常用于制備微生物的胞內(nèi)酶B.透析、電泳和酸解等方法常用于酶的分離與純化C.棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌D.多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的核心層【解析】酶解法可以去除微生物的細(xì)胞壁,吸水漲破法可以使細(xì)胞膜破裂,從而釋放出胞內(nèi)酶,故A項(xiàng)正確;酶的分離與純化不能用酸解法,否則破壞蛋白類酶的結(jié)構(gòu),B項(xiàng)錯(cuò)誤。洗滌時(shí)加入纖維素酶能使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松,使洗衣粉的去污效果更好;還能去除棉織物表面的浮毛,平整織物表面,C項(xiàng)錯(cuò)誤。多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的外層,故D項(xiàng)錯(cuò)誤?!敬鸢浮緼3.(2011年江蘇卷)在利用雞血進(jìn)行“DNA的粗提取與鑒定”的實(shí)驗(yàn)中,相關(guān)敘述正確的是()A.用蒸餾水將NaCl溶液濃度調(diào)至0.14mol/L,濾去析出物B.調(diào)節(jié)NaCl溶液濃度或加入木瓜蛋白酶,都可以去除部分雜質(zhì)C.將絲狀物溶解在2mol/LNaCl溶液中,加入二苯胺試劑即呈藍(lán)色D.用菜花替代雞血作為實(shí)驗(yàn)材料,其實(shí)驗(yàn)操作步驟相同【解析】DNA在濃度為0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最小,DNA析出;木瓜蛋白酶能夠水解樣品中的一部分蛋白質(zhì);DNA溶解于2mol/LNaCl溶液中,在沸水浴條件下遇二苯胺試劑呈現(xiàn)藍(lán)色;用植物材料提取DNA時(shí),需用洗滌劑處理材料以溶解細(xì)胞膜?!敬鸢浮緽4.(2010年浙江卷)某同學(xué)進(jìn)行蘋果汁制作實(shí)驗(yàn),工藝如下圖所示。(1)圖中用KMnO4溶液浸泡蘋果的目的是___。黑曲霉提取液中含有的___可水解果膠,從而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通過(guò)___方式將酶固定化,酶被固定后再用蒸餾水洗滌固定化柱是為了除去________。消毒果膠酶吸附未被固定的酶等(2)實(shí)驗(yàn)中,操作流程A和B的先后順序?yàn)椋撸?。在蘋果汁澄清過(guò)程中,應(yīng)關(guān)閉的流速調(diào)節(jié)閥是__。要測(cè)定從固定化柱流出的蘋果汁中是否還有果膠,可取一定量的果汁與等量的__混合,如果出現(xiàn)_____現(xiàn)象,說(shuō)明果膠還沒(méi)有被完全水解。為使果膠完全水解,應(yīng)將流速調(diào)__。AB閥1乙醇渾濁(沉淀)慢(3)實(shí)驗(yàn)后,將洗滌過(guò)的固定化柱在低溫環(huán)境中保存若干天,該固定化柱仍可用于蘋果汁制作實(shí)驗(yàn),說(shuō)明固定化酶可被___使用。重復(fù)【解析】本題考查蘋果汁制作過(guò)程的反應(yīng)條件及注意事項(xiàng),在制作工藝中必須對(duì)原材料消毒,這樣才能保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的成功。KMnO4是強(qiáng)氧化劑,可以對(duì)蘋果起到消毒的作用??键c(diǎn)1:微生物的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)1.培養(yǎng)基的主要種類培養(yǎng)基種類特點(diǎn)用途按物理性質(zhì)液體培養(yǎng)基不加凝固劑工業(yè)生產(chǎn)半固體培養(yǎng)基加凝固劑,如瓊脂觀察微生物的運(yùn)動(dòng)、分類、鑒定固體培養(yǎng)基微生物分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)、保藏菌種按用途選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì),以抑制不需要的微生物的生長(zhǎng),促進(jìn)所需要的微生物的生長(zhǎng)培養(yǎng)、分離出特定微生物鑒別培養(yǎng)基根據(jù)微生物的代謝特點(diǎn),在培養(yǎng)基中加入某種指示劑或化學(xué)藥品鑒別不同種類的微生物培養(yǎng)基種類特點(diǎn)用途續(xù)上表2.培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的配制除了碳源、氮源和生長(zhǎng)因子外,還要考慮水、無(wú)機(jī)鹽以及不同微生物生長(zhǎng)對(duì)pH以及氧氣的需求。例1:(2010山東煙臺(tái)模擬)某小組同學(xué)為了調(diào)查湖水中細(xì)菌的污染情況而進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)包括制備培養(yǎng)基、滅菌、接種及培養(yǎng)、菌落觀察計(jì)數(shù)。請(qǐng)回答與此實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題。(1)培養(yǎng)基中含有的蛋白胨、淀粉分別為細(xì)菌培養(yǎng)提供了____和_____。除此之外,培養(yǎng)基還必須含有的基本成分是____和______。無(wú)機(jī)鹽水氮源碳源(2)對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌,應(yīng)該采用的方法是______________。(3)為了盡快觀察到細(xì)菌培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,應(yīng)將接種了湖水樣品的平板置于___________中培養(yǎng),培養(yǎng)的溫度設(shè)定在37℃。要使該實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果可靠,還應(yīng)該同時(shí)在另一平板上接種_______作為對(duì)照進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(4)培養(yǎng)20小時(shí)后,觀察到平板上有形態(tài)和顏色不同的菌落,這說(shuō)明湖水樣品中有____種細(xì)菌。一般說(shuō)來(lái),菌落總數(shù)越多,湖水遭受細(xì)菌污染的程度越_____。(5)如果提高培養(yǎng)基中NaCl的濃度,可以用于篩選耐___________細(xì)菌,這種培養(yǎng)基被稱為_(kāi)___________。高壓蒸汽滅菌

恒溫培養(yǎng)箱

無(wú)菌水

鹽(或NaCl)

選擇培養(yǎng)基【解析】各種培養(yǎng)基的具體配方不同,但一般都含有水、碳源、氮源和無(wú)機(jī)鹽等成分,蛋白胨、牛肉膏可提供氮源,淀粉可提供碳源。滅菌的方法有干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌和灼燒滅菌。接種環(huán)一般用灼燒滅菌;培養(yǎng)基一般用高壓蒸汽滅菌;對(duì)能耐高溫、需保持干燥的物品,可以采用干熱滅菌的方法。為了盡快觀察到細(xì)菌培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及要使該實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果可靠,應(yīng)該將一個(gè)接種后的培養(yǎng)基和一個(gè)未接種的培養(yǎng)基(或接種無(wú)菌水的培養(yǎng)基)都放入恒溫箱中培養(yǎng),分別觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。若觀察到平板上有許多不同的菌落,說(shuō)明湖水的污染程度高。培養(yǎng)基包括選擇培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基,選擇培養(yǎng)基就是在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì),以抑制不需要的微生物的生長(zhǎng)?!咀兪筋}1】(1)商品化植酸酶主要來(lái)自微生物。在產(chǎn)酶菌株篩選過(guò)程中,常在基本培養(yǎng)基中添加不溶于水的植酸鈣制成固體平板,植酸鈣被植酸酶分解后可在平板上產(chǎn)生_______,可根據(jù)其大小選擇目的菌株,所得菌株需要進(jìn)一步測(cè)定植酸酶活性?;钚詼y(cè)定可以植酸鈣作為底物,活性可用一定條件下單位時(shí)間內(nèi)________________。(2)利用上述所得菌株制備植酸酶的流程如下圖:透明圈植酸鈣的消耗量Ⅰ中的主要成分為_(kāi)________;Ⅱ中包含植酸酶等多種蛋白質(zhì)。請(qǐng)寫出一種純化得到植酸酶的方法及其依據(jù)。_________________________________________________________________________________________________________(3)為建設(shè)基因工程菌,可用PCR等技術(shù)從上述菌株中克隆植酸酶基因。PCR反應(yīng)包含多次循環(huán),反應(yīng)過(guò)程中打開(kāi)模板DNA雙鏈的方法是_____。(4)除植酸酶外,微生物還應(yīng)用到________________________的生產(chǎn)中。小分子雜質(zhì)凝膠色譜法:根據(jù)蛋白質(zhì)之間分子大小、吸附性質(zhì)等差異進(jìn)行純化(或電泳法:根據(jù)蛋白質(zhì)之間電荷、分子大小等差異進(jìn)行純化。)加熱蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶【解析】(1)植酸酶將培養(yǎng)基中的植酸鈣分解后可在平板上產(chǎn)生透明圈,酶的活性可用單位時(shí)間底物的消耗量來(lái)表示。(2)透析袋只能讓小分子進(jìn)出,故透析液(Ⅰ)中含的是小分子雜質(zhì)。欲純化得到植酸酶,可以用凝膠色譜法,即根據(jù)蛋白質(zhì)之間分子大小、吸附性質(zhì)等差異進(jìn)行純化;或者用電泳法,即根據(jù)蛋白質(zhì)之間電荷、分子大小等差異進(jìn)行純化。(3)PCR技術(shù)可利用加熱的方法打開(kāi)DNA雙鏈??键c(diǎn)2:果酒、果醋和腐乳的制作1.實(shí)驗(yàn)原理(1)酵母菌在有氧和無(wú)氧的條件下都能生活:有氧時(shí),酵母菌大量繁殖,但是不進(jìn)行發(fā)酵;無(wú)氧時(shí),繁殖速度減慢,但是此時(shí)可以進(jìn)行發(fā)酵。在利用酵母菌發(fā)酵時(shí)最好先通入足夠的無(wú)菌空氣,在有氧環(huán)境下培養(yǎng)一段時(shí)間使其繁殖,再隔絕氧氣進(jìn)行發(fā)酵。20℃左右最適合酵母菌繁殖,酒精發(fā)酵的最佳溫度是在18℃~25℃,pH最好是弱酸性。(2)醋酸菌是好氧型細(xì)菌,當(dāng)缺少糖源時(shí)和有氧條件下,可將乙醇(酒精)氧化成醋酸。當(dāng)氧氣、糖源都充足時(shí),醋酸菌將葡萄汁中的糖分解成醋酸。(3)參與豆腐發(fā)酵的微生物有青霉菌、酵母菌、曲霉、毛霉等多種,其中起主要作用的是毛霉。2.果酒和果醋制作的實(shí)驗(yàn)步驟挑選葡萄→沖洗→榨汁→酒精發(fā)酵→果酒(→醋酸發(fā)酵→果醋)(1)對(duì)發(fā)酵瓶、紗布、榨汁機(jī)、盛葡萄汁的器皿等實(shí)驗(yàn)用具進(jìn)行清洗并消毒。(2)取葡萄500g,去除枝梗和腐爛的果實(shí)。(3)用清水沖洗葡萄1~2遍,除去污物。(4)用榨汁機(jī)榨取葡萄汁后,將其裝入發(fā)酵瓶中或?qū)⑵咸汛虺蓾{后,用潔凈的紗布過(guò)濾至發(fā)酵瓶中,蓋好瓶蓋。(5)將發(fā)酵瓶置于適宜的溫度下發(fā)酵。(6)由于發(fā)酵旺盛期CO2的產(chǎn)量非常大,因此需要及時(shí)排氣,防止發(fā)酵瓶爆裂。(7)10d以后,可以開(kāi)始進(jìn)行取樣檢驗(yàn)工作。(8)當(dāng)果酒制成以后,可以在發(fā)酵液中加入醋酸菌或醋曲,然后將裝置轉(zhuǎn)移至30~35℃的條件下發(fā)酵,適時(shí)向發(fā)酵液中充氣。3.果酒、果醋和腐乳制作的注意事項(xiàng)請(qǐng)分析下圖裝置中的充氣口、排氣口和出料口分別有哪些作用?為什么排氣口要通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)而彎曲的膠管與瓶身連接?結(jié)合果酒、果醋的制作原理,你認(rèn)為應(yīng)該如何使用這個(gè)發(fā)酵裝置?

充氣口是在醋酸發(fā)酵時(shí)連接充氣泵進(jìn)行充氣用的;排氣口是在酒精發(fā)酵時(shí)用來(lái)排出CO2的;出料口是用來(lái)取樣的。排氣口要通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)而彎曲的膠管與瓶身連接,其目的是防止空氣中微生物的污染。使用該裝置制酒時(shí),應(yīng)該關(guān)閉充氣口;制醋時(shí),應(yīng)將充氣口連接氣泵,輸入氧氣。釀造腐乳的主要生產(chǎn)工序是將豆腐進(jìn)行前期發(fā)酵和后期發(fā)酵。前期發(fā)酵的作用:一是使豆腐表面由一層菌膜包住,形成腐乳的“體”;二是毛霉分泌以蛋白酶為主的各種酶,有利于豆腐所含有的蛋白質(zhì)水解為各種氨基酸。后期發(fā)酵主要是酶與微生物協(xié)同參與生化反應(yīng)的過(guò)程。用鹽腌制時(shí),注意鹽的用量。鹽的濃度過(guò)低,不足以抑制微生物生長(zhǎng),可能導(dǎo)致豆腐腐敗變質(zhì);鹽的濃度過(guò)高,會(huì)影響腐乳的口味。鹵湯酒精含量控制在12%左右為宜。酒精含量越高,對(duì)蛋白酶的抑制作用也越大,使腐乳成熟期延長(zhǎng);酒精含量過(guò)低,蛋白酶的活性高,加快蛋白質(zhì)的水解,雜菌繁殖快,豆腐易腐敗,難以成塊。例2:(2010海南卷)葡萄發(fā)酵可產(chǎn)生葡萄酒,請(qǐng)利用相關(guān)的知識(shí)回答問(wèn)題:(1)利用葡萄制作葡萄酒的過(guò)程中,發(fā)揮作用的微生物是________。(2)該微生物通過(guò)無(wú)氧呼吸可分解________,產(chǎn)生的終產(chǎn)物是______和____。酵母菌

葡萄糖

乙醇

(3)甲、乙、丙三位同學(xué)將葡萄榨成汁后分別裝入相應(yīng)的發(fā)酵瓶中,在溫度等適宜的條件下進(jìn)行發(fā)酵,如圖所示。發(fā)酵過(guò)程中,每隔一段時(shí)間均需排氣一次。據(jù)圖分析,甲和丙同學(xué)的操作有誤,其中甲同學(xué)的錯(cuò)誤_____________________,導(dǎo)致發(fā)酵中出現(xiàn)的主要異?,F(xiàn)象是______________________________。丙同學(xué)的錯(cuò)誤是____________________________________,導(dǎo)致發(fā)酵中出現(xiàn)的主要異常現(xiàn)象是_______________________。上述發(fā)酵過(guò)程結(jié)束后,甲、乙、丙同學(xué)實(shí)際得到的發(fā)酵產(chǎn)品依次是_____________、_______________、_____________。(4)在上述制作葡萄酒的過(guò)程中,假設(shè)乙同學(xué)某一步驟操作錯(cuò)誤導(dǎo)致發(fā)酵瓶瓶塞被沖開(kāi),該操作錯(cuò)誤是_________瓶的充氣管

排氣時(shí)發(fā)酵液從排氣管流出葡萄醋(或果醋)葡萄酒(或果酒)葡萄酒(或果酒)

未及時(shí)排氣瓶中發(fā)酵液過(guò)多,淹沒(méi)了排氣管在瓶?jī)?nèi)的管口未夾住發(fā)酵發(fā)酵液從充氣管流出,發(fā)酵液變酸【解析】(1)葡萄發(fā)酵釀酒涉及的微生物是酵母菌。(2)酵母菌在無(wú)氧條件下可將葡萄糖分解成酒精和。(3)由圖可知,甲同學(xué)的錯(cuò)誤是未將發(fā)酵瓶的充氣管夾住,導(dǎo)致酵母菌不能進(jìn)行無(wú)氧呼吸,故甲同學(xué)得到的發(fā)酵產(chǎn)品可能是葡萄醋。丙同學(xué)的錯(cuò)誤是瓶中的發(fā)酵液過(guò)多,淹沒(méi)了排氣管的管口,發(fā)酵產(chǎn)生的氣體不能及時(shí)排出,瓶?jī)?nèi)氣壓上升,導(dǎo)致發(fā)酵液從充氣管流出。(4)由題干可推知,乙同學(xué)的發(fā)酵裝置中氣壓太大導(dǎo)致瓶塞被沖開(kāi),該同學(xué)可能未及時(shí)排氣?!咀兪筋}2】關(guān)于果醋制作過(guò)程的敘述正確的是()A.打開(kāi)發(fā)酵瓶是因?yàn)槿^(guò)程需要通入氧氣,排出二氧化碳B.醋酸菌在糖源和氧氣充足時(shí),能將葡萄糖氧化成醋酸和二氧化碳C.當(dāng)糖源不足時(shí),醋酸菌可將酒精轉(zhuǎn)化成醋酸D.要使果酒變成果醋,只需通入氧氣,加入醋酸菌就可以了C【解析】醋酸菌和酵母菌發(fā)酵的區(qū)別在于前者需氧、不產(chǎn)生二氧化碳;兩者發(fā)酵的最適溫度也不同,酵母菌發(fā)酵的最適溫度是18~25℃,醋酸菌發(fā)酵的最適溫度為30~35℃。考點(diǎn)3:酵母細(xì)胞的固定化1.實(shí)驗(yàn)原理:(1)固定化酶不溶于反應(yīng)液中,易于回收,可以重復(fù)使用。(2)固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理和化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定于一定空間內(nèi)的技術(shù)。常用方法包埋法:適合于較大的細(xì)胞化學(xué)結(jié)合法物理吸附法適合于酶的固定2.直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直接使用酶催化效率高、耗能低、污染低對(duì)環(huán)境條件非常敏感、易失活;難回收,成本高,影響產(chǎn)品質(zhì)量固定化酶既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離;可以反復(fù)利用不利于催化一系列的化學(xué)反應(yīng)固定化細(xì)胞成本低、操作容易反應(yīng)物不易與酶接近,尤其是大分子物質(zhì),反應(yīng)效率較低例3:(2009江蘇卷)下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述,正確的是(

)A.固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢(shì)明顯B.固定化酶的應(yīng)用中,要控制好pH、溫度和溶解氧C.利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥,需提供適宜的營(yíng)養(yǎng)條件D.利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵,糖類的作用只是作為反應(yīng)底物【解析】固定化酶不像普通酶那樣對(duì)環(huán)境要求高,耐受性比較好,和溶解氧沒(méi)什么關(guān)系;利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥,是純粹的化學(xué)反應(yīng),不需要提供營(yíng)養(yǎng)條件,但固定化細(xì)胞發(fā)揮作用需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵,糖類既可作為反應(yīng)底物也可作為碳源?!敬鸢浮緼【變式題3】某化工廠生產(chǎn)的一種加酶洗衣粉,其包裝袋上印有如下說(shuō)明(部分)。成分:含堿性蛋白酶等用法:洗滌前先將衣物浸于洗衣粉溶液內(nèi)一段時(shí)間,使用溫水效果更佳。某研究性學(xué)習(xí)小組為探究該洗衣粉中酶催化作用的最適溫度,設(shè)計(jì)了如下裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并將結(jié)果用下列曲線圖A、B表示。請(qǐng)回答以下各題:(1)堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的___________。由圖A、B可知,使用該加酶洗衣粉的最適宜溫度為_(kāi)____。(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可通過(guò)直接測(cè)定______________________________________來(lái)表示該洗衣粉中酶的催化效率。(3)目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的,某洗滌公司為降低生產(chǎn)成本研制了一種能多次重復(fù)使用加酶洗衣粉的設(shè)備,他們將酶固定在不溶于水的尼龍載體上,洗滌完衣物后,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理,這些酶還可以多次重復(fù)利用,這種方法制成的酶叫_________。多肽(氨基酸)45℃膠片上的蛋白膜存在時(shí)間的長(zhǎng)短(或其他合理答案)固定化酶(4)在“探究洗衣粉中酶催化作用的最適溫度”的實(shí)驗(yàn)中,變量控制方法正確的是()。A.若采用手洗法進(jìn)行去污,必須盡可能保證各組洗滌用力程度、時(shí)間等基本相同B.水的用量和布料的大小是成正比的,實(shí)驗(yàn)用的布料越大、水量越多實(shí)驗(yàn)效果越好C.水溫屬于本研究的變量,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須保證各組實(shí)驗(yàn)溫度相同且恒定D.實(shí)驗(yàn)材料的污染程度屬于本研究的無(wú)關(guān)變量,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不必考慮A【解析】

堿性蛋白酶能將蛋白質(zhì)水解成多肽或氨基酸。由圖A、B可推知,45℃是使用該酶的最適溫度。酶的催化效率的高低可以用底物消耗完所需的時(shí)間來(lái)表示,故要檢測(cè)洗衣粉中的酶的催化效率高低,可以依據(jù)膠片上蛋白膜存在時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)判斷。將酶固定在不溶于水的尼龍載體上,使酶可以重復(fù)利用的方法稱為酶的固定化??键c(diǎn)4:DNA和血紅蛋白的提取和分離1.DNA粗提取與鑒定(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中不含細(xì)胞核,不適于作為DNA提取的材料,但卻是提取血紅蛋白的理想

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