专题九现代生物科技专题 2.docx
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专题九现代生物科技专题2
专题九现代生物科技专题
核心考点整合
考点整合一：
基因工程
1．基因工程的基本操作程序
（1）目的基因的获取
①从基因文库中获取
基因组文库：
包含一种生物所有基因的基因文库。
部分基因文库：
包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。
②利用PCR（多聚酶链式反应）技术扩增目的基因
目的——获取大量的目的基因；原理——双链DNA的复制；条件——需要DNA模板、引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶和酶促反应所需的离子，同时还要控制温度；过程——变性、复性和延伸。
③人工合成
如果基因比较小、核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。
（2）基因表达载体的构建（基因工程的核心）
一个基因表达载体的组成：
目的基因、启动子、终止子和标记基因等。
（3）将目的基因导入受体细胞
①导入植物细胞：
农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法等；②导入动物细胞：
显微注射技术，即采用显微注射仪将目的基因注入受精卵；③导入微生物细胞：
转化法。
早期用原核生物作为受体细胞，以大肠杆菌应用最广。
一般是将细菌用氯化钙处理制成感受态细胞，再与重组表达载体DNA分子混合，在一定温度下完成转化过程。
（4）目的基因的检测与鉴定
类型
步骤
检测内容
方法
分
子
检
测
第一步
转基因生物染色体的DNA是否插入了目的基因
DNA分子杂交技术（DNA和DNA之间）
第二步
目的基因是否转录出mRNA
分子杂交技术（DNA和mRNA之间）
第三步
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原—抗体杂交技术（抗原和抗体之间）
个体水
平鉴定
包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；基因工程产品与天然产品活性比较，以确定功能活性是否相同等
2.基因工程中的工具
（1）运载体
作为运载体必须具备三个条件：
①能在宿主细胞中保存下来并大量复制；②有一个至多个限制酶切位点；③有一定的标记基因，便于进行筛选。
如大肠杆菌割质粒携带的氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。
常用的运载体主要有质粒（双链环状DNA分子）、噬菌体或某些病毒。
（2）相关酶
酶的名称
酶的作用
限制性内切酶
能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，形成黏性末端或平末端
DNA连接酶
将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶断开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
【例1】（2009·天津理综）为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。
下图是获取植酸酶基因的流程。
据图回答：
①图中基因组文库________（小于/等于/大于）cDNA文库。
②B过程需要的酶是_____________；A．C过程中________（可以/不可以）使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
③目的基因I和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中________和________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是________。
大于
逆转录酶
可以
DNA
DNA
耐高温
[解析]解答第①小问的关键是要搞清基因组文库和cDNA文库两个概念之间的区别。
基因组文库为全部基因文库，cDNA文库为部分基因文库，二者的来源不同，前者为DNA用限制酶切割所获得的一定大小范围的DNA，后者为mRNA经反转录得到的互补DNA，基因组文库所包含的信息大于cDNA文库。
由mRNA形成DNA是一个逆转录过程，需要用到的酶是逆转录酶。
因为A．C两过程的目的都是筛选出含相同目的基因的菌株，可以使用同一种探针进行筛选。
解答第③小问的依据是目的基因的获取途径。
目的基因除从文库中获取外，还可以通过PCR扩增，其做法就是通过利用图中DNA和cDNA为模板进行扩增。
答最后一空时要想到PCR过程的特点及酶与温度的关系，因该过程解链时的温度较高，90～95℃，故用的酶必须是耐高温的，否则酶就会变性失活。
【互动探究1】下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。
请回答下列问题：
限制酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序列
及切割位点
↓
GGATCC
CCTAGG
↑
↓
AAGCTT
TTCGAA
↑
↓
GAATTC
CTTAAG
↑
↓
CCCGGG
GGGCCC
↑
（1）一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。
（2）若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越______。
（3）用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是___________________________________
_______________________。
（4）与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止____________________________________________。
0、2
高
Ⅰ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因
质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化
（5）为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入_________________酶。
（6）重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了________________________________________________________________________。
（7）为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在__________________________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。
DNA连接
鉴别和筛选含有目的基因的细胞
蔗糖为唯一含碳营养物质
[解析]本题综合考查基因工程的工具与操作过程，意在考查考生的识图分析与应用知识的能力。
（1）质粒为小型环状的DNA分子，环状DNA分子中没有游离的磷酸基团；经SmaⅠ切割后在切口处每端各含1个游离的磷酸基团。
（2）因SmaⅠ酶的识别序列中全部是C－G碱基对，而G－C碱基对间氢键数目比A－T碱基对间多，故插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越强。
（3）若用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则质粒中作为标记基因的抗性基因的结构被破坏，外源DNA中目的基因的结构也会被破坏。
（4）若只使用EcoRⅠ切割目的基因和外源DNA，则除了含目的基因的片段和质粒连接外，质粒和含目的基因的片段可能会自身连接而环化。
（5）含目的基因的片段与质粒连接形成重组质粒，需DNA连接酶将两个DNA片段的末端“缝隙”连接起来。
（6）重组质粒中的抗性基因是作为标记基因便于鉴别和筛选含有目的基因的细胞。
（7）目的基因为蔗糖转运蛋白基因，所用的受体细胞为丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，若将重组质粒导入了受体细胞，则受体细胞应能从培养基中吸收蔗糖，故应在以蔗糖为唯一碳源的培养基上进行培养。
考点整合二：
细胞工程
1．动物细胞培养与植物组织培养的比较
项目
动物细胞培养
植物组织培养
前处理
无菌、用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开
无菌、离体
培养
基成分
葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等
矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等
培养
基状态
液体培养基
固体培养基
过程
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织→原代培养→传代培养→细胞群
离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽→植物体
能否培
养成个体
不能
能
应用
举例
大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；皮肤移植；检测有毒物质的毒性等
快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物；制造人工种子；培育转基因作物等
2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
（单克隆抗体的制备）
理论基础
（原理）
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞膜的流动性、细胞增殖
融合
前处理
酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶等）
注射特定抗原，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞
促融
（1）物理法：
离心、振动、电激等；
（2）化学法：
聚乙二醇（PEG）
（1）物化法：
与植物细胞融合相同；
（2）生物法：
灭活的仙台病毒
过程
第一步：
原生质体的制备；第二步：
原生质体的融合；第三步：
杂种细胞的筛选与培养；
第四步：
杂种植株的诱导与鉴定
第一步：
正常小鼠免疫处理；第二步：
动物细胞融合；第三步：
杂交瘤细胞筛选与培养；第四步：
单克隆抗体的提纯
用途
（1）克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交亲本的组合范围；
（2）克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传
（1）制备单克隆抗体；
（2）诊断、治疗疾病，如生物导弹
【例2】（2010·东城区抽样测试）细胞工程是按照人们的意愿通过某种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。
科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质——紫杉醇。
由于全世界每年紫杉醇的需求量是4000kg，但全世界紫杉醇的产量是250kg，供求严重失衡，导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。
现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。
（1）植物组织培养依据的原理是________________________________________________________________________。
（2）在得到红豆杉的________________________________后，经过消毒就可以在培养基上进行培养。
人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外，_____________________________是其生长必需的，________是植物细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。
从该生产的目的看，得到________就可以提取紫杉醇。
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
矿质元素或无机盐
植物激素
愈伤组织
[解析]植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。
要解答第
（2）小题，解题思路就是联系植物组织培养的过程图，围绕培养的各个环节。
植物细胞的全能性得以表达的前提条件是离体培养，所以操作的对象是离体的植物器官、组织或细胞，生长条件同时需要适宜的营养成分、温度和pH等，其中营养物质矿质元素或无机盐是必需的。
按照培养的目的，可培养到愈伤组织阶段，利用愈伤组织就可提取紫杉醇。
【互动探究2】（2010·南宁调研）有性生殖的生物产生后代需要进行受精作用，植物体细胞杂交要进行原生质体的融合，单克隆抗体的制备需要进行动物细胞融合，可见细胞的融合技术有着广泛的应用。
下列为细胞融合的简略过程，据图回答相关问题：
（1）若a、b分别是基因型为Hhrr、hhRr两个烟草品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。
由于一对隐性纯合基因（rr或hh）的作用，在光照强度大于800lx时两种烟草都不能生长。
要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为HhRr的杂种细胞，较为简便的筛选方法是________________________________________。
（2）若a、b表示两种植物体细胞，则由d细胞形成杂种植株的原理是_________________________，这种育种方法的优点是_______________________________________________
大于800lx光照
植物细胞的全能性
克服了远缘杂交不亲和的障碍
（3）若a、b分别为骨髓瘤细胞和B淋巴细胞，则d细胞的特点是___________________________________。
由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较，具有_______________________________的特点。
生产上一般不能通过直接培养B淋巴细胞的方法生产单克隆抗体的主要原因是______________________________________________________________
既能无限繁殖，又能产生特定的抗体
特异性强、灵敏度高、化学性质单一
B淋巴细胞高度分化，不能增殖
（4）下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。
顺序是________________________________________________________________________。
考点整合三：
胚胎工程
1．体外受精中卵母细胞的采集和培养
动物种类
卵母细胞的采集方法
采集后的培养
实验动物，如小鼠，家畜猪、羊等
超数排卵
用促性腺激素处理雌性动物，使其排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子
直接与获能的精子在体外受精
大家畜或大型动物，如牛、马等
从屠宰后母畜卵巢中采集卵母细胞
从刚屠宰的母畜体内摘出卵巢，经洗涤、保温后，在无菌条件下用注射器或真空泵抽吸卵巢表面一定直径卵泡中的卵母细胞。
也可对卵巢进行切片，收集卵母细胞
在体外经人工培养成熟后才能与获能的精子受精
从活体卵巢中采集卵母细胞
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞
2.胚胎移植和胚胎分割
（1）胚胎移植：
①操作对象：
雌性动物的早期胚胎，或通过体外受精及其他方式得到的胚胎；②受体：
同种的、生理状态相同的其他雌性动物；③本质：
生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程；④地位：
是胚胎工程技术的终端环节，即任何胚胎只有移植给受体才能获得后代。
（2）胚胎分割：
①操作对象可以是囊胚或桑椹胚；②操作目的是由一个胚胎变成为多个具有相同遗传物质的胚胎；③操作的结果是获得多个后代个体（注意不能分割太多）；④此法可大大提高胚胎的利用率，降低成本。
（3）二者之间的联系：
【例3】（2010·山东卷，35）胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。
下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。
（1）从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是____________________________________________________；从良种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。
（2）在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供________气体以维持______________________。
使卵母细胞成熟（或：
使卵母细胞获得受精能力）
获能
CO2
培养液（基）的pH
（3）图中过程A称为________________，它在胚胎工程中的意义在于_________________________。
（4）研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是________________；获得转基因母牛后，如果____________________________________________________________________________________即说明目的基因已经表达。
胚胎移植
提高优良母畜的繁殖率
显微注射法
牛奶中含有人类白细胞介素（或牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素）
[解析]本题主要考查胚胎工程的原理，意在考查考生的图表分析能力和知识应用能力。
（1）在体外受精前，要对精子进行获能处理，要对卵母细胞进行培养，让其进一步成熟，才具有与精子进行受精的能力。
（2）在体外培养受精卵时，需要提供一定量的CO2，以维持培养液的pH。
（3）将早期胚胎植入受孕母体的子宫中，属于胚胎移植，它在胚胎工程中的意义有：
①可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；②大量节省购买种畜的费用；③一胎多产。
（4）将目的基因导入受精卵的常用方法为显微注射法；如果母牛的乳汁中含有人类白细胞介素，则说明目的基因在母牛体内已经表达。
【互动探究3】（2010·深圳质检）干扰素是能够抑制多种病毒复制的抗病毒物质。
科学家利用基因工程技术从人的T淋巴细胞中提取干扰素基因转入牛的基因组中，培育出牛乳腺生物发生器，使牛乳汁中含有人体干扰素。
如图是利用多种生物工程技术获得转基因牛的基本操作流程，请分析回答：
（1）为获得更多的卵母细胞，通常给供体母牛注射____________________________。
（2）为了能确定目的基因已经导入到受精卵，相应的载体需要有______________以便于进行检测。
（3）B操作指_______________________。
A应保证发育到阶段，才能进行B操作。
（4）为同时获得多个完全相同的子代个体，可在进行B操作之前进行___________________。
促性腺激素
标记基因
胚胎移植囊胚（桑椹胚）
胚胎分割
考点整合四：
生态工程
生态工程的基本原理
（1）物质循环再生原理。
没有物质循环，系统就会产生废弃物，造成环境污染，影响到系统的稳定发展。
所以物质应循环往复，分层分级利用。
如我国古代传统农业“无废弃物农业”。
（2）物种多样性原理。
一般地说，物种越繁多复杂，生态系统越具有较高的抵抗力稳定性。
如三北防护林的品种单一导致的问题。
（3）协调与平衡原理。
如果生物的数量超过了环境容纳量，就会引起系统的失衡和破坏。
如水葫芦的盲目引种，导致对生态系统的影响。
（4）整体性原理。
要树立整体观念，不仅要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力，只有这样，才能处理好当前与长远，局部与整体，开发与建设之间的关系。
如林业建设中自然生态系统与社会，经济系统的关系问题。
（5）系统学和工程学原理。
生态工程要考虑系统内部不同组分之间的结构，且各组分之间要有适当的比例关系，从而通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的，顺利完成系统内能量、物质、信息等的转换和流通。
如桑基鱼塘立体农业。
【例4】（2010·南京模拟）“四位一体”（人居—种植—养殖—沼气）生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。
如图是该系统物质循环的示意图，请分析回答下列问题：
（1）人们种植的各种蔬菜在该生态系统中所属的成分是________。
（2）“四位一体”生态农业主要应用了_______________________________________等基本原理，与自然生态系统相比，它的抵抗力稳定性________（填高、低）。
（3）当地人希望进一步提高该系统的经济效益和生态效益。
专家经过考察后，建议他们增加一个奶牛养殖项目。
村民接受了专家的建议，并对原有的生产项目做了一些调整。
他们需要调整的项目主要是________________________________________________
生产者
物质循环再生（或物种多样性等）
低
种植的农作物种类和数量（或原养殖家畜的数量等）
（4）从图中可知，人类生活中所需的能源来自于太阳能、沼气等。
利用这些能源与利用煤炭相比，它突出的优点是__________________________________。
（5）该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是
___________________________________________________
减少了燃烧煤炭所产生的污染
充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用
[解析]“四位一体”生态农业就是一个人工生态系统，解题时要考虑成分和功能两个方面。
（1）生态系统的主要成分有生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量。
在该生态系统中各种蔬菜是生产者，猪和人是消费者。
（2）生态系统的功能主要是物质循环、能量流动及信息传递。
此生态系统主要运用到的原理是物质循环往复利用。
此生态系统是人工生态系统，结构相当简单，故抵抗力稳定性比自然生态系统要低。
（3）如果增加奶牛养殖项目，因奶牛的食物不同于原来的家畜，所以需调整种植的农作物种类和数量。
（4）太阳能、沼气等能源没有燃烧造成的污染，此优点是煤炭不可比拟的。
（5）该生态工程最大的优点是废弃物中的能量被充分利用了，最大限度地为人类造福。
【互动探究4】（2010·海淀期中）下列有关生态工程的描述错误的是
A．生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系
B．中国农民实施的“无废弃物农业”所包含的生态学原理是物质的循环再生
C．在林业工程建设时要考虑系统的整体性原理，防止“前面造林，后面砍林”
D．我国南方水网地区的桑基鱼塘模式体现了系统的结构决定功能的原理
[解析]与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系；“无废弃物农业”是物质循环再生的原理在农业上应用的实例；整体性原理要求，在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，避免出现“前面造林，后面砍林”的现象；我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产力，充分体现了系统学和工程学的原理。
[答案]D
高考链接
1.（2010·浙江卷，4）下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养
解析：
本题考查动物细胞的培养和克隆形成知识点，意在考查考生对动物细胞培养知识的理解。
由于接触抑制，培养的动物细胞在培养瓶壁贴壁生长，只能形成单层细胞，A错误；未经克隆化的细胞系具有异质性，经过克隆以后的细胞的后裔细胞群，由于来源于一个共同的祖细胞，称为纯系，其遗传性状均一，故基因型相同，B错误；二倍体细胞通常为有限细胞系，连续细胞系可认为是发生转化了的细胞系，大多数具有异倍体核型，C错误；恶性细胞系属于连续细胞系，具有异体致瘤性，可进行传代培养，D正确。
答案：
D
2．（2010·江苏卷，16）下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述，错误的是
A．对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理
B．人工授精后的一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割
C．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎
D．一次给受体母羊植入多个胚胎，可增加双胞胎和多胞胎的比例
解析：
本题考查胚胎工程的相关知识，意在考查考生对胚胎工程的理解。
人工授精后的一定时间内，收集供体的早期胚胎（如囊胚）用于胚胎分割，所以B选项错误。
答案：
B
3．（2010·江苏卷，17）老年痴呆症患者的脑血管中有一种特殊的β－淀粉样蛋白体，它的逐渐积累可能导致神经元损伤和免疫功能下降，某些基因的突变会导致β－淀粉样蛋白体的产生和积累。
下列技术不能用于老年痴呆症治疗的是
A．胚胎移植技术B．胚胎干细胞技术
C．单克隆抗体技术D．基因治疗技术
答案：
A
解析
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