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选修3 现代生物科技专题_图文

时间:2017-12-25

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选修3 现代生物科技专题

第一讲

基因工程

[感性认知]

[理性归纳] 1.图解基因工程的三种操作工具

1.已知限制酶 EcoRⅠ和 SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位 点分别为 G AATTC 和 CCC GGG,判断下图中两种限 (一 ) 基 因 工 程 的 基 本 工 具 ①是限制酶;②是 DNA 连接酶。 3.连线载体须具备的条件及其作用 ①产生的是黏性末端;②产生的是平末端。 2.判断下图所示过程①②需要的工具酶 2.明辨与 DNA 有关的酶 比较 项目 作用 底物 作用 部位 形成 产物 限制酶 DNA 分 子 磷酸 二酯键 黏性末端 或平末端 DNA 连接酶 DNA 分 子片段 磷酸 二酯键 形成重组 DNA 分子 DNA 聚合酶 脱氧核 苷酸 磷酸二 酯键 新的 DNA 分子 解旋酶 制酶切割 DNA 后产生的末端及其种类
↓ ↓

DNA 分子 碱基对 间的氢键 形成单 链 DNA

(二 )

4.目的基因的获取 (1)目的基因:主要指编码蛋白质的基因,也可以是一些

3.识记基因工程操作的“四步曲”

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基 因 工 程 的 基 本 操 作 程 序

具调控作用的因子。

? ?人工?利用mRNA反转录合成 方法 (2) ?合成? ?通过DNA合成仪用化学方法人工合成 ? ?利用PCR技术扩增
从基因文库中获取

5.基因表达载体的组成及作用

[感性认知] 6.连线不同种类的受体细胞与目的基因导 入的常用方法

[理性归纳] 4.谨记基因工程的理论基础 (1)构建基因表达载体的基础: ①DNA 的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 ②DNA 分子都遵循碱基互补配对原则。 ③DNA 分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 (2)外源基因在受体细胞内表达的基础:

(二) 基因 工程 的基 本操 作程 序

7.结合抗虫棉的培育过程填空

①基因是控制生物性状的遗传单位。 ②遗传信息的传递都遵循中心法则。 ③生物界共用一套遗传密码。 5.明确启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码 子 启动子和终止子位于 DNA 片段上,分别控制转录

(1)从图中可以看出,目的基因是 Bt 毒蛋 白基因,使用的载体是 Ti 质粒,将目的基 因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌 转化法。 (2) 请写出两种检测目的基因是否表达的 方法:抗原-抗体杂交法、用棉叶饲喂棉 铃虫。

过程的启动和终止; 起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上,分别控制翻译过程的启动和终止。 6.掌握目的基因检测与鉴定的方法示意图

(三) 基因

8.填写蛋白质工程流程图中字母代表的含 义

7.图解蛋白质工程的三个方面

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工程 的应 用和 蛋白 质工 程 A.转录, B.翻译, C.分子设计, D.氨基 酸序列,E.预期功能。 9.判断有关叙述的正误 (1) 利用乳腺生物反应器能够获得一些重 要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是 因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的 乳腺细胞中(×) (2) 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后 可直接应用(×) (3) 蛋白质工程的目的是改造或合成人类 需要的蛋白质(√) (4) 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质 分子直接进行操作,定向改变分子的结构 (×) 8.有关基因工程应用的三点提醒 (1)用基因工程生产的药品, 从化学成分上分析都应 该是蛋白质类。 (2)动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的 品质,不是为了产生体型巨大的个体。 (3)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器, 制备乳 腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作。

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基因工程的操作工具

命题点 1 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的作用 1 . (2016· 全国丙卷 ) 图 (a) 中的三个 DNA 片段上依次表示出了 EcoRⅠ、 BamHⅠ和 Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上 的 EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。 ↓ ↓ ↓

——GAATTC—— ——GGATCC—— ——GATC—— ——CTTAAG—— ——CCTAGG—— ——CTAG—— ↑ ↑ 图(a) 根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)经 BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 ________酶切后的产物连 接,理由是____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如 图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________,不能表达 的原因是___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ↑

(3)DNA 连接酶是将两个 DNA 片段连接起来的酶,常见的有 ________________ 和 ________________,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是______________。 解析: (1) 由题图可 知, BamHⅠ 和 Sau3AⅠ 两种限制性 内切酶的共同识别序列是 ——GATC——?——CTAG——,二者切割可以形成相同的黏性末端,因此经 BamHⅠ酶 切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被 Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)在基因表达 载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能 顺利地转录,再完成翻译过程,即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游, 丙所示目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录,因此目的基因不能表

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达。 (3)常见的 DNA 连接酶有 E· coliDNA 连接酶和 T4DNA 连接酶, 其中 T4DNA 连接酶既能 连接黏性末端又能连接平末端。 答案: (1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目

的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被 转录 (3)E· coli DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶

拓展· 归纳|对限制酶切割位点的三点要求 位置 要求 数量 要求 对象 要求 限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外,只有这样才能保证标记基因 的完整性 选择限制酶切割目的基因时,被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别 序列,这样才能切割出完整的目的基因 为使目的基因与载体形成的相同 DNA 片段末端能够连接,通常使用同一种 限制酶将二者切割,但如果不同的限制酶切割 DNA 分子所产生的末端也存 在互补关系时,则两末端也可连接

命题点 2 运载体的作用及特点 2.(2016· 全国乙卷)某一质粒载体如图所示,外源 DNA 插入到 Ampr 或 Tetr 中会导致相 应的基因失活(Ampr 表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr 表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载 体用 BamHⅠ酶切后,与用 BamHⅠ酶切获得的目的基因混合,加入 DNA 连接酶进行连接 反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转 化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重 组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:

(1) 质 粒 载 体 作 为 基 因 工 程 的 工 具 , 应 具 备 的 基 本 条 件 有 ______________________________(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本 条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的 和 仅 含 环 状 目 的 基 因 的 细 胞 是 不 能 区 分 的 , 其 原 因 是 ______________________ ; 并 且 __________________________和____________________的细胞也是不能区分的,其原因是 ________________________________________________________________________。 在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还 需使用含有______________的固体培养基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其 DNA 复制所需的原料来自于 ________________。

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解析:(1)质粒作为载体,应具备的基本条件有:有一个至多个限制酶切割位点,供外源 DNA 片段(基因)插入其中;在受体细胞中能自我复制,或能整合到染色体 DNA 上,随染色 体 DNA 进行同步复制;有特殊的标记基因,供重组 DNA 的鉴定和选择等。(2)在培养基中 加入氨苄青霉素进行筛选,其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌,因不 含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活,二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆 菌和含有插入了目的基因的质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因,都能在此培养基 上存活,二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出 来,还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体,导入受体细胞 后,其 DNA 复制所需的原料来自于受体细胞。 答案:(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可) (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因, 在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插

入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养 基上均能生长 四环素 (3)受体细胞

迷点· 误点|载体≠膜载体 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是质粒或动植物 病毒等,能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜的选择透过性有关。 基因工程的基本操作程序 命题点 1 考查目的基因获取的方法 1.(2014· 海南高考)下图是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意 图。

据图回答: (1)获得 A 有两条途径:一是以 A 的 mRNA 为模板,在____________酶的催化下,合成 互补的单链 DNA,然后在________________的作用下合成双链 DNA,从而获得所需基因; 二是根据目标蛋白质的________序列,推测出相应的 mRNA 序列,然后按照碱基互补配对 原则,推测其 DNA 的______________序列,再通过化学方法合成所需基因。 (2) 利用 PCR 技术扩增 DNA 时,需要在反应体系中添加的有机物质有 ________ 、 ________、4 种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的 DNA 聚合酶,扩增过程可以在 PCR 扩增仪 中完成。 (3)由 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为____________。 (4)在基因工程中,常用 Ca2 处理 D,其目的是__________________________________


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________________________________________________________________________。 解析:(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是:以 mRNA 为模板,在逆转录酶的催化 作用下合成单链 DNA,然后在 DNA 聚合酶作用下,合成双链 DNA 分子;根据蛋白质工程 合成目的基因的过程是:根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测出相应的 mRNA 序列,然后 按照碱基互补配对原则, 推测 DNA 中脱氧核苷酸的排列顺序, 再通过化学方法合成。 (2)PCR 过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合,形成基因表达 载体。(4)在利用大肠杆菌作受体细胞时,需要先用 Ca2 处理,使之成为感受态细胞,有利


于吸收重组 DNA 分子。 答案:(1)逆转录 因表达载体 (4)使其成为感受态细胞,有利于吸收重组 DNA 分子 拓展· 归纳|几种获取目的基因方法的比较 从基因文库中获取 方法 从基因组文 库中获取 从部分基因文 库,如 cDNA 文库中获取 化学 合成法 人工合成 逆转 录法 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (2)引物 模板(A 基因) (3)基

过程

命题点 2 考查基因工程的操作实例 2.(2016· 天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。下 图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。

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(1)为获取 HSA 基因,首先需采集人的血液,提取________合成 总 cDNA,然后以 cDNA 为模板,使用 PCR 技术扩增 HSA 基因。右 图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位 置及扩增方向。 (2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体, 需要选择的启动子是________(填写字母,单选)。 A.人血细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 D.农杆菌启动子

(3) 利 用 农 杆 菌 转 化 水 稻 受 体 细 胞 的 过 程 中 , 需 添 加 酚 类 物 质 , 其 目 的 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)人体合成的初始 HSA 多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途 径Ⅱ相比,选择途径Ⅰ获取 rHSA 的优势是______________________________________ ________________________。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值,须确认 rHSA 与______的生物学功能一致。 解析:(1)要想合成总 cDNA,需要采集人的血液获得总 RNA。由于 DNA 的复制只能从 脱氧核苷酸单链的 5′端向 3′端延伸,因而引物均应结合在 DNA 单链的 3′端,而 DNA 的两条链反向平行,由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位臵和方向。(2)若要从水 稻胚乳细胞内获得目的产物,需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信 息“启动子通常具有物种及组织特异性”可知,此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类 物质能吸引农杆菌, 因此在水稻受体细胞中添加该类物质, 能吸引农杆菌移向水稻受体细胞, 有利于目的基因的成功转化。(4)途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞,途 径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。由于人体合成的初始 HSA 多肽需要经膜系统加工形成正确的 空间结构才有生物活性,所以选择途径Ⅰ获取 rHSA 更具有优势。(5)rHSA 是基因工程的产 物,其是否具有医用价值,还需要在个体水平上进一步确认其与 HSA 的生物学功能是否一 致。 答案: (1)总 RNA(或 mRNA) 有利于目的基因成功转化 始 rHSA 多肽进行高效加工 (2)B (3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞,

(4)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初 (5)HSA

拓展· 归纳|PCR 技术的原理和反应过程 (1)PCR 原理:DNA 复制原理,即:

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双链 DNA

加热,双螺旋结构解体 缓慢冷却,分离的DNA链重新结合

单链 DNA

(2)PCR 反应过程: 过程 变性 说明 当温度上升到 90 ℃以上时,双链 DNA 解聚为 单链 温度下降到 50 ℃左右,两种引物通过碱基互补 配对与两条单链 DNA 结合 72 ℃左右时,TaqDNA 聚合酶有最大活性,可 使 DNA 新链由 5′端向 3′端延伸 图解

复性

延伸

(3)结果:上述三步反应完成后,一个 DNA 分子就变成了两个 DNA 分子,随着重复次 数的增多,DNA 分子就以 2n 的形式增加。PCR 的反应过程都是在 PCR 扩增仪中完成的。 蛋白质工程 1.(2013· 广东高考)从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较 强的多肽 P1。 目前在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物, 首先要做的是( A.合成编码目的肽的 DNA 片段 B.构建含目的肽 DNA 片段的表达载体 C.依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽 D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 解析:选 C 该基因的表达产物多肽 P1 的抗菌性和溶血性均很强,要研发出抗菌性强 但溶血性弱的多肽药物, 首先应根据 P1 的氨基酸序列设计模拟肽, 再构建相应的 DNA 片段。 2.(2015· 全国卷Ⅱ)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由 305 个氨基酸组成。如果将 P 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸,240 位的谷氨酰胺变成苯丙氨 酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留 P 的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题: (1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的 ________________ 进行改造。 (2)以 P 基因序列为基础, 获得 P1 基因的途径有修饰________基因或合成________基因。 所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括__________________的复 制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:________________________________。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过 ______________和__________________, 进而确定相对应的脱氧核苷酸序列, 据此获得基因, 再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。 解析:(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定,而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有 )

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关,因此,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)P 基因与 P1 基因的根本区别是碱基序列不同,因此可以通过对 P 基因进行修饰获得 P1 基因,也可以 直接合成 P1 基因。中心法则的内容可以通过下图体现:

(3)蛋白质工程的基本途径: 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应 有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。 答案:(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可) (2)P P1 DNA 和 RNA(或遗传物质) DNA→RNA、 RNA→DNA、 RNA→蛋白质(或转

录、逆转录、翻译) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能

[高考真题集中研究——找规律] 1.(2016· 江苏高考)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图 1、图 2 中标注了相关 限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题: 限制酶 识别序 列及切 割位点 BamHⅠ ↓ G GATC C C CTAG G ↑ BclⅠ ↓ T GATC A A CTAG T ↑ Sau3AⅠ ↓ G ATC CTAG↑ HindⅢ ↓ A AGCT T T TCGA A ↑

图1

图2 (1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用__________________两种限制酶切割, 酶切后的载体和目的基因片段,通过________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒, 需将其转入处于________态的大肠杆菌。 (2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加________,平板

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上 长 出 的 菌 落 , 常 用

PCR

鉴 定 , 所 用 的 引 物 组 成 为 图

2



________________________________________________________________________。 (3)若 BamHⅠ酶切的 DNA 末端与 BclⅠ酶切的 DNA 末端连接, 连接部位的 6 个碱基对 序列为________________________, 对于该部位, 这两种酶________(填“都能”“都不能” 或“只有一种能”)切开。 (4)若用 Sau3AⅠ切图 1 质粒最多可能获得________种大小不同的 DNA 片段。 解析:(1)基因工程中选择合适的限制酶切割质粒和目的基因时,应保留目的基因和至少 一个标记基因结构的完整性,即遵循“目的基因切两侧,标记基因留一个”的基本原则,最 好选择切割产生不同末端的两种限制酶同时切割质粒和目的基因,以避免目的基因的反向插 入带来的不正常表达,因此据图分析应选择的限制酶为 BclⅠ和 HindⅢ,切割后质粒上保留 的四环素抗性基因作为标记基因。酶切后的载体和目的基因通过 DNA 连接酶的作用形成重 组质粒,重组质粒需要导入 Ca2 处理后的处于感受态的大肠杆菌(处于感受态的大肠杆菌细


胞膜的通透性大大增加,便于重组质粒进入 )。(2)由上述分析可知,为了筛选出导入重组质 粒的大肠杆菌,应先配制含四环素的选择培养基,平板上长出的菌落为导入普通质粒或重组 质粒的大肠杆菌菌落,进一步鉴定出导入重组质粒的大肠杆菌,可利用 PCR 扩增的方式, 结合电泳技术来分析处理。DNA 的两条链是反向平行的,在 PCR 过程中,当引物与 DNA 母链通过碱基互补配对结合后,DNA 聚合酶只能从引物的 3′端延伸 DNA 链,因此应选择 引物甲和引物丙。(3)因为 BclⅠ和 BamHⅠ酶切产生的黏性末端相同,所以可以被 DNA 连 T GATC C ?G GATC A? ? 接酶连接,连接部位的 6 个碱基对序列为A CTAG G? ?C CTAG T ?,但是连接后形成的 DNA 中不再具有 BclⅠ和 BamHⅠ的识别序列,连接部位不能被这两种酶切开。(4)由图可知,能 被限制酶 BclⅠ和 BamHⅠ切割的序列也能被 Sau3AⅠ识别并切割,因此图中质粒上存在 3 个 Sau3AⅠ的切割位点,若将 3 个切割位点之间的 DNA 片段分别编号为 a、b 和 c,则完全 酶切(3 个切割位点均被切割)会产生 3 种大小的 DNA 片段,即为 a、b 和 c;考虑只切 1 个切 割位点,有三种情况,都产生一种大小的 DNA 片段,即大小均为 a+b+c;考虑切 2 个切割 位点,则会产生 a+b、c、a+c、b、b+c、a 几种不同大小的 DNA 片段。综上所述,若用 Sau3AⅠ识别并切割图中质粒,最多可获得 7 种大小的 DNA 片段,即为 a+b+c、a+b、a +c、b+c、a、b、c。 答案:(1)BclⅠ和 HindⅢ 连接 引物甲和引物丙 都不能 (4)7 感受 (2)四环素

T GATC C?G GATC A? ? (3)A CTAG G? ?C CTAG T ?

2.(2015· 全国卷Ⅰ)HIV 属于逆转录病毒,是艾滋病的病原体。回答下列问题: (1)用基因工程方法制备 HIV 的某蛋白(目的蛋白)时,可先提取 HIV 中的______,以其 作为模板,在____________的作用下合成________,获取该目的蛋白的基因,构建重组表达

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载体,随后导入受体细胞。 (2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白,该蛋白作为抗原注入机体后,刺激机体产生的可 与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________,该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的 HIV,检 测的原理是______________________。 (3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见,但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现 象的根本原因是 HIV 主要感染和破坏了患者的部分________细胞,降低了患者免疫系统的 防卫功能。 (4)人的免疫系统有____________癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷,易发生 恶性肿瘤。 解析:(1)HIV 的遗传物质是 RNA,所以要想获得相应的目的基因,应以 HIV 的 RNA 为模板,在逆转录酶的作用下合成 cDNA(或 DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在 抗原的刺激下,机体进行体液免疫,由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白),由于该抗体能与目 的蛋白 (抗原 )发生特异性结合,所以可通过抗体检测出有无目的蛋白,从而确定体内有无 HIV。(3)HIV 主要攻击人体的 T(或 T 淋巴)细胞,从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4) 癌细胞在机体中属于抗原,人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。 答案: (1)RNA 逆转录酶 淋巴) (4)监控和清除 3.(2015· 海南高考)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链, 此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原 经酶乙切割去除中间片段 C 后,产生 A、B 两条肽链,再经酶丙作用生成由 51 个氨基酸残 基组成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题: (1) 人 体 内 合 成 前 胰 岛 素 原 的 细 胞 是 ____________ , 合 成 胰 高 血 糖 素 的 细 胞 是 ____________。 (2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的______________序列,用 该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。再经过细菌转化、筛选及鉴定,即 可建立能稳定合成____________的基因工程菌。 (3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体 反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从____________中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原 经酶处理便可转变为胰岛素。 解析:(1)由题意可知,前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素,人体合成胰岛素的细 胞是胰岛 B 细胞, 所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛 B 细胞; 合成胰高血糖素的细胞是胰 岛 A 细胞。(2)根据胰岛素原的氨基酸序列,可设计并合成编码胰岛素原的 DNA 序列(即目 的基因);用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选 及鉴定,即可建立能稳定合成人胰岛素原的基因工程菌。(3)根据题意,培养液无抗原抗体反 cDNA(或 DNA) (2)抗体 抗原抗体特异性结合 (3)T(或 T

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应,菌体有抗原抗体反应,所以用该工程菌进行工业发酵时,应从菌体中分离、纯化胰岛素 原,经酶处理便可转变为胰岛素。 答案:(1)胰岛 B 细胞 胰岛 A 细胞 (2)DNA 序列 胰岛素原 (3)菌体

4.(2014· 全国卷Ⅱ)植物甲具有极强的耐旱性,其耐旱性与某个基因有关。若从该植物 中获得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低的植物乙中,有可能提高后者的耐旱性。回答下 列问题: (1)理论上,基因组文库含有生物的________基因,而 cDNA 文库中含有生物的________ 基因。 (2)若要从植物甲中获得目的基因,应首先建立该植物的基因组文库,再从中 ________ 出所需的耐旱基因。 (3)将耐旱基因导入农杆菌,并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中,经 过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达,应检测此再 生植株中该基因的 ____________ ,如果检测结果呈阳性,再在田间试验中检测植株的 ________是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交, 子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为 3∶1 时,则可推测该耐旱基因整合到了_______________________________________________(填 “同源染色 体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。 解析:(1)基因组文库中含有该生物的全部基因,而 cDNA 文库又称部分基因文库,含有 该生物的部分基因。(2)基因组文库中含有该生物的全部基因,需要将目的基因筛选出来。(3) 利用农杆菌转化法将耐旱基因转移到不耐旱的植物乙的体细胞中,经植物组织培养技术得到 再生植株。要确定耐旱基因是否表达,需要检测再生植株中有无该基因的表达产物,如果呈 阳性,再在个体水平上检测该植株的耐旱性是否得到提高。(4)若转基因耐旱性植株自交,后 代中耐旱∶不耐旱=3∶1,则亲本为杂合子,可判断基因整合到了同源染色体的一条上。 答案:(1)全部 部分 (2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性 (4)同源染色体的一条上

[调研试题重点研究——明趋势] 一、题点练 1.下列有关限制性核酸内切酶的叙述,正确的是( )

A.用限制性核酸内切酶切割一个 DNA 分子中部,获得一个目的基因时,被水解的磷 酸二酯键有 2 个 B.限制性核酸内切酶识别序列越短,则该序列在 DNA 中出现的概率就越大 C.-CATG -和-G GATCC-序列被限制酶切出的黏性末端碱基数不同 D.只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒 解析:选 B 用限制酶切割 DNA 分子中部获得一个目的基因时,需剪切 2 次,水解磷
↓ ↓

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酸二酯键 4 个;限制酶识别序列越短,则该序列在 DNA 中出现的概率就越大;-CATG - 和-G GATCC-序列被限制酶切出的黏性末端均有 4 个碱基;切割目的基因和载体并非只 能用同一种限制酶,如果不同的限制酶切割 DNA 分子所产生的末端也存在互补关系,则两 末端也可连接。 2.下列关于载体的叙述,错误的是( )


A.载体与目的基因结合后,实质上就是一个重组 DNA 分子 B.对某种限制酶而言,载体最好只有一个切点,但还要有其他多种酶的切点 C.目前常用的载体有质粒、λ 噬菌体的衍生物和动植物病毒 D.载体具有某些标记基因,便于对其进行切割 解析:选 D 标记基因的作用是用于受体细胞的鉴别和筛选。 3.科学家采用基因工程技术将矮牵牛中控制蓝色色素合成的基因 a 转移到玫瑰中,以 培育蓝玫瑰,下列操作正确的是( )

A.利用 DNA 分子杂交技术从矮牵牛的基因文库中获取基因 a B.用氯化钙溶液处理玫瑰叶肉细胞,使其处于感受态 C.用含四环素的培养基筛选转基因玫瑰细胞 D.将基因 a 导入玫瑰细胞的液泡中,防止其经花粉进入野生玫瑰 解析:选 A 将目的基因导入微生物细胞时,用氯化钙溶液处理受体细胞,可使其处于 感受态,利于目的基因的导入。由于不知道标记基因,用含四环素的培养基不一定能筛选出 转基因玫瑰细胞。将目的基因导入玫瑰叶肉细胞的叶绿体基因组中,可防止其经花粉进入野 生玫瑰,液泡中无 DNA。 4.(2014· 重庆高考)下面为利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述,正确 的是( )

A.②的构建需要限制性核酸内切酶和 DNA 聚合酶参与 B.③侵染植物细胞后,重组 Ti 质粒整合到④的染色体上 C.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤就表现出抗虫性状 D.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 解析: 选 D 构建重组质粒需要用到限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶, 不需要 DNA 聚 合酶;含重组 Ti 质粒的农杆菌侵染植物细胞后,重组 Ti 质粒的 TDNA 整合到受体细胞的 染色体上,而不是重组 Ti 质粒整合到受体细胞的染色体上;导入受体细胞的目的基因表达 后,转基因植株方能表现出相应性状,若目的基因在受体细胞中不表达,转基因植株不能表 现出相应性状;⑤表现出抗虫性状则表明该植株细胞发生了基因重组,基因重组是可遗传变

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异。 5.基因工程利用某目的基因(图甲)和 Pl 噬菌体载体(图乙)构建重组 DNA。限制性核酸 内切酶分别是 BglⅡ、EcoRⅠ和 Sau3AⅠ。下列分析错误的是( )

A.构建重组 DNA 时,可用 BglⅡ和 Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和 Pl 噬菌体载体 B.构建重组 DNA 时,可用 EcoRⅠ和 Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和 Pl 噬菌体载 体 C.图乙中的 Pl 噬菌体载体只用 EcoRⅠ切割后,含有 2 个游离的磷酸基团 D.用 EcoRⅠ切割目的基因所在片段和 Pl 噬菌体载体,再用 DNA 连接酶连接,只能产 生一种重组 DNA 解析:选 D 由题图可知,BglⅡ、Sau3AⅠ及 EcoRⅠ三种酶在目的基因和 Pl 噬菌体上 都有切口,故可用 BglⅡ和 Sau3AⅠ或 EcoRⅠ和 Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和 Pl 噬菌 体载体;从图乙知 Pl 噬菌体载体为环状 DNA,只用 EcoRⅠ切割后产生两条反向双螺旋链 状 DNA,有 2 个游离的磷酸基团;用 EcoRⅠ切割目的基因所在片段和 Pl 噬菌体载体,再 用 DNA 连接酶连接,能产生不止一种重组 DNA。 二、题型练 6.(2017· 石家庄调研)请回答以下有关基因工程的问题: (1)基因工程中切割 DNA 的工具酶是 ________。 DNA 连接酶根据其来源不同,分为 ____________和____________。 (2)利用 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根 据这一序列合成_________________________________________________________。 (3)________________是基因工程的核心步骤。启动子是 ____________识别和结合的部 位,它能驱动基因转录出 mRNA。 (4)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是________________。 (5)要检测转基因生物的 DNA 上是否插入了目的基因,采用的方法是________________ 技术。 答案:(1)限制性核酸内切酶(或限制酶) E· coli DNA 连接酶 倒) (2)引物(引物对) (3)基因表达载体的构建 RNA 聚合酶 T4DNA 连接酶(顺序可颠 (4)农杆菌转化法 (5)DNA

分子杂交 7.(2017· 唐山一模)如图为培育转基因山羊生产人 β 酪蛋白的流程图。请回答下列问题:

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(1)过程①为基因工程中的____________________,人 β 酪蛋白基因为____________,可 从基因文库中获取,基因文库包括________________________。 (2)过程②指的是胚胎移植过程,一般选取____________________的胚胎进行胚胎移植, 不选用原肠胚时期的胚胎。 (3) 过程③为加速转基因动物的繁育,可以采用 ________________、 ________________ 等方法。 (4)过程④指的是目的基因的表达,包括________________两个阶段,在分子水平上检测 目的基因是否在转基因山羊体内成功表达的方法是_________________________________ _________________________。 解析:(1)由图可知,①为基因表达载体的构建。人 β 酪蛋白基因为目的基因,基因文库 包括基因组文库和部分基因文库。(2)一般选取桑椹胚或囊胚时期的胚胎进行胚胎移植。(3) 为获得更多的转基因动物,可以采用胚胎分割移植和体细胞核移植(克隆)等方法。(4)基因表 达包括转录和翻译两个阶段,在分子水平上检测目的基因是否在转基因山羊体内成功表达的 方法是抗原—抗体杂交。 答案: (1)构建基因表达载体 者囊胚期 (3)胚胎分割移植 抗原—抗体杂交 8.(2017· 贵阳一检)胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。如图是利用大肠杆菌生产人胰岛 素的部分过程示意图。请据图分析回答下列问题: 目的基因 基因组文库和部分基因文库 (2)桑椹胚时期或

体细胞核移植(或克隆技术) (4)转录与翻译

(1)过程②称为________。若将某种生物发育的某个时期的 mRNA 经过程②产生的多种 互补 DNA 片段与载体结合后储存在一个受体菌群中,这个受体菌群体称为这种生物的 ________________。 (2)________( 填 “ 能 ” 或 “ 不 能 ”) 用 人 体 皮 肤 细 胞 来 完 成 ① 过 程 , 简 述 理 由 : ________________________________________________________________________。 (3)与基因组文库的基因相比,由过程④获得的目的基因中不包含________________。 (4) 在 基 因 工 程 操 作 步 骤 中 , 获 得 A 的 步 骤 称 为 ________________ , A 的 名 称 是 ________________。

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(5)若目的基因中有 a 个碱基对,其中鸟嘌呤 b 个,则过程③扩增循环 3 次,至少需要提 供胸腺嘧啶____________个。 答案:(1)反(逆)转录 成胰岛素 mRNA cDNA 文库 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达,不能形 重组

(3)启动子、内含子(或非编码 DNA 片段) (4)基因表达载体的构建

质粒(或基因表达载体) (5)7(a-b)或(23-1)(a-b) 9.(2017· 哈尔滨检测)青蒿素是治疗疟疾的重要药物。研究人员已经弄清了青蒿细胞中 青蒿素的合成途径(如图中实线方框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生合成青蒿素的中 间产物 FPP(如图中虚线方框内所示)。结合所学知识回答下列问题:

(1)疟疾俗称“打摆子”,是由疟原虫引起的寒热往来症状的疾病。当疟原虫寄生在人体 中时,会引起人的免疫反应,使________细胞产生淋巴因子。同时 B 细胞在受到刺激后,在 淋巴因子的作用下增殖分化成________细胞,产生抗体。 (2) 根 据 图 示 代 谢 过 程 , 科 学 家 在 培 育 能 产 生 青 蒿 素 的 酵 母 细 胞 过 程 中 , 要 向 ____________ 中 导 入 的 基 因 是 ________________________ , 具 体 操 作 中 可 利 用 ________________技术检测转基因生物的 DNA 上是否插入目的基因。 (3)构建基因表达载体时, 用不同类型的________切割 DNA 后, 可能产生________末端, 也可能产生________末端。 (4)实验发现,酵母细胞导入相关基因后,相关基因能正常表达,但酵母菌合成的青蒿素 仍很少,根据图解分析原因可能是____________________________。 解析:(1)当疟原虫寄生在人体中时,会引起人的免疫反应,使 T 细胞产生淋巴因子,同 时 B 细胞在受到刺激后,在淋巴因子的作用下增殖分化成记忆细胞和浆细胞,浆细胞能产生 抗体。 (2)由于酵母细胞中也能合成 FPP, FPP 形成青蒿素过程还需要 ADS 酶和 CYP7ⅠAV1 酶参与, 所以酵母细胞需要导入 ADS 酶基因、 CYP7ⅠAV1 酶基因。 (3)构建基因表达载体时, 用不同类型的限制酶切割 DNA 后,可能产生黏性末端,也可能产生平末端。(4)由图可知, 酵母细胞中部分 FPP 用于合成固醇,使合成的青蒿素量较少。 答案: (1)T 浆 限制酶 黏性 平 (2)酵母细胞 ADS 酶基因、 CYP7ⅠAV1 酶基因 DNA 分子杂交 (3)

(4)酵母细胞中部分 FPP 用于合成固醇

10.(2017· 广西三市联考)小鼠基因靶向敲除技术是采用工程技术手段使小鼠体内的某一 基因失去功能,以研究基因在生物个体发育和病理过程中的作用。例如现有基因型为 BB 的 小鼠,要敲除基因 B,可先用体外合成的突变基因 b 取代正常基因 B,使 BB 细胞改变为 Bb 细胞,最终培育成为基因敲除小鼠 bb。分析回答下列问题:

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(1)“基因靶向敲除”技术采用了基因工程的技术手段。基因工程是指按照人们的愿望, 进行严格的设计,并通过___________和转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性。 (2)基因表达载体应包括启动子、________、________、标记基因。目的基因导入受体细 胞后,首先要检测转基因生物____________________,这是目的基因能否在受体细胞中稳定 遗传的关键。 (3)为获得“基因靶向敲除”的小鼠个体,则应将同源目的基因导入小鼠的________。此 外还必须经过 ________________和胚胎移植等胚胎工程的技术手段,最终由受体母鼠生下 来。 (4)按上述“基因靶向敲除”操作获得的多只雌雄小鼠都是杂合子, 人们想在此基础上获 得一个含纯合目的基因的个体。简要的方案是:______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案:(1)体外 DNA 重组 精卵 早期胚胎培养 小鼠 11.(2016· 广州二模)虫草中的超氧化物歧化酶(SOD)具有抗衰老作用。研究人员培育了 能合成 SOD 的转基因酵母菌。请结合图回答问题: (2)目的基因 终止子 DNA 上是否插入了目的基因 (3)受

(4)让获得的杂合子雌雄小鼠交配, 从后代中筛选出含目的基因的纯合

注:HindⅢ和 ApaLⅠ是两种限制酶,箭头表示酶的切割位臵。 (1)将图中的重组 DNA 分子用 HindⅢ和 ApaLⅠ完全酶切后,可得到________种 DNA 片段。图示的表达载体存在氨苄青霉素抗性基因,不能导入用于食品生产的酵母菌中,据图 分析,可用________切除该抗性基因的部分片段使其失效,再用 DNA 连接酶使表达载体重 新连接起来。 (2)作为受体细胞的酵母菌缺失 URA3 基因, 必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活, 因 此,图示表达载体上的 URA3 基因可作为________________供鉴定和选择;为了筛选出成功 导入表达载体的酵母菌,所使用的培养基________(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶。 (3)目的基因进入受体细胞内, 并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程, 称为________。 为了确定受体细胞中 SOD 基因是否转录,可用标记的________作探针进行分子杂交检测, 分子杂交的原理是________________。 (4) 利用蛋白质工程获得活性更高的 SOD 时,需根据所设计蛋白质的结构推测其 ________序列,最终确定相对应的脱氧核苷酸序列并经____________获得所需的基因。 答案:(1)3 ApaLⅠ (2)标记基因 不需要 (3)转化 SOD 基因 碱基互补配对 (4)

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氨基酸 基因修饰

第二讲

细胞工程

[感性认知] 1.补充植物组织培养操作流程图,并填空

[理性归纳]

1.图解植物细胞工程两大技术

(1)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全 能性。 (2)离体的植物器官、组织或细胞通常称为外植体。 (3)在植物组织培养过程中, 启动细胞分裂、 脱分化 和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素。 (4)利用植物组织培养技术生产细胞产物时, 只需培 (一) 植物 细胞 工程 养到愈伤组织阶段即可。 2.分析植物体细胞杂交技术流程图,并填空 2.辨析四个易误点 (1)具有全能性≠体现(实现)全能性: ①具有全能性:理论上,具有细胞核的活细胞都具 有全能性。 ②体现全能性:只有发育成完整个体,才能说明实 现了细胞的全能性。 (2)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细 胞。 植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形 成杂种植株。 (1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体, (3)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。 所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。 (2)过程②是原生质体的融合, 其原理是细胞膜的流 植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合, 因此不属于有性生殖,应为无性生殖。

动性, 人工诱导的物理法包括离心、 振动、 电激等; (4)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。 化学法一般用聚乙二醇作诱导剂。 (3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁, 这是原 生质体融合成功的标志。 (4)过程④是植物组织培养技术, 其原理是植物细胞 杂种植株的变异类型属于染色体变异, 杂种植株的 染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和, 杂种 植株属于异源多倍体。

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的全能性。 (二) 动物 细胞 工程 之一 [感性认知] 4.补充动物细胞培养过程示意图,并填空 [理性归纳] (2)动物细胞培养: 3.补充动物体细胞核移植过程流程图 3.图解动物细胞核移植技术与动物细胞培养 (1)动物细胞核移植技术:

(二) 动物 细胞 工程 之一 动物 细胞 核移 植技 术与 培养 (1)与植物细胞培养相比, 动物细胞培养过程所用的 培养基一般是液体培养基,并加入动物血清。 (2)动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶, 第一次 的作用是将剪碎的组织分散成单个细胞; 第二次是 将贴壁细胞从瓶壁上分离下来, 目的是避免动物细 胞的接触抑制现象。 (3)动物细胞培养时加入 CO2 的主要作用是维持培 养液的 pH;O2 的作用是促进细胞有氧呼吸。 (三) 动物 细胞 工程 之二 动物 细胞 融合 与单 5.回答下列有关问题 (1)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: 6.单克隆抗体制备过程的两大问题分析 (1)对动物免疫的原因:B 淋巴细胞要经过免疫过 程,即接触抗原,增殖分化为有特异性免疫功能的 4.辨析原代培养与传代培养 (1)原代培养: 细胞悬液第一次在瓶中培养, 没有分 瓶培养之前的细胞培养。原代培养的细胞核型正 常。 (2)传代培养: 原代培养的细胞生长、 繁殖一定时间 后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭, 影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处 理, 进行分瓶扩大培养, 即传代培养。 一般情况下, 细胞传至 10~50 代后,出现核型异常,细胞增殖 会明显减缓,甚至完全死亡。 5.图解动物细胞融合与单克隆抗体的制备

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克隆 抗体 的制 备

B 淋巴细胞,才能产生相应的抗体,所以,与骨髓 瘤细胞融合的 B 淋巴细胞实际上是浆细胞。 (2)在单克隆抗体制备过程中, 一般认为有两次筛选 过程,第一次是筛选出杂交瘤细胞,第二次是进一 步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。 7.明确植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同与 相同 答案: (2)判断正误: ①植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同 的(√) ②体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆 抗体 (×) ③灭活的病毒能促进动物细胞融合, 但不能促进植 物细胞融合(√) ④杂交瘤细胞进行体内培养, 是为了获得能产生单 克隆抗体的胚胎(×) ⑤B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种 细胞类型(仅考虑两两融合的情况)(√) (1)植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对 象不同,纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁,而胰蛋 白酶等作用于细胞间的蛋白质。 (2)相比植物体细胞杂交, 动物细胞融合特有的诱导 方式是用灭活的病毒处理,其他物理、化学诱导融 合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体诱导 融合方法相同。

植物细胞工程 命题点 1 植物组织培养过程及应用 1.(2014· 广东高考)铁皮石斛是我国名贵中药,生物碱是其有效成分之一。应用组织培 养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称 PLBs,类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下: 新生营养芽 ― ― → PLBs ― ― → PLBs ― ― ― ― ― → 实验结果 培养 取样、检测 在固体培养基上,PLBs 的重量、生物碱含量随增殖培养时间的变化如下图所示,请回 答下列问题:
诱导 增殖 不同时间

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(1)选用新生营养芽为外植体的原因是____________________________________, 诱导外 植体形成 PLBs 的过程称________。 (2) 与 黑 暗 条 件 下 相 比 , PLBs 在 光 照 条 件 下 生 长 的 优 势 体 现 在 ______________ , ______________________,______________________。 (3)脱落酸(ABA)能提高生物碱含量,但会抑制 PLBs 的生长。若采用液体培养,推测添 加适量的 ABA 可提高生物碱产量。同学们拟开展探究实验验证该推测,在设计实验方案时 探讨了以下问题: ①ABA 的浓度梯度设置和添加方式:设 4 个 ABA 处理组,1 个空白对照组,3 次重复。 因 ABA 受热易分解, 故一定浓度的无菌 ABA 母液应在各组液体培养基______________后按 比例加入。 ②实验进程和取样:实验 50 天完成,每 10 天取样,将样品(PLBs)称重(g/瓶)后再测定 生物碱含量。如初始(第 0 天)数据已知,实验过程中还需测定的样品数为 ________________________________________________________________________。 ③ 依 所 测 定 数 据 确 定 适 宜 的 ABA 浓 度 和 培 养 时 间 : 当 某 3 个 样 品 ( 重 复 样 ) 的 ______________________________时,其对应的 ABA 浓度为适宜浓度,对应的培养时间是 适宜培养时间。 解析:(1)新生营养芽的细胞分化程度低,细胞分裂旺盛,易培养。PLBs 类似于愈伤组 织,由新生营养芽培养到愈伤组织的过程称为脱分化。(2)从坐标曲线可知,与黑暗条件下相 比,光照条件下的 PLBs 生长速度快,原因可能是光照有利于叶绿素的形成,有利于细胞进 行光合作用制造有机物。(3)①由于 ABA 受热易分解,故应将液体培养基先灭菌冷却后,再 按一定的比例加入 ABA 母液。②据题意可知,该实验共设臵 4 个实验组和 1 个对照组,共 5 组;实验 50 天完成,每 10 天取样,初始数据已知,只需测 5 次,故 5 组样品重复 3 次, 共需测定的样品数为 25×3=75。③依据实验目的探究“添加适量的 ABA 可提高生物碱产 量”可知,当某 3 个样品的“生物碱含量平均值最高”时,其对应的 ABA 浓度为最适浓度。 答案: (1)新生营养芽的细胞分化程度较低, 分裂旺盛 叶绿素的形成 高 拓展· 归纳|植物激素对植物组织培养的影响 (1)按照不同的顺序使用这两类激素,会得到不同的实验结果。 进行光合作用制造有机物 (3)①灭菌冷却 脱分化 ②75 (2)生长速度快 有利于

③生物碱含量平均值最

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使用顺序 先使用生长素,后使用细胞分裂素 先使用细胞分裂素,后使用生长素 同时使用

实验结果 有利于细胞分裂,但细胞不分化 细胞既分裂也分化 分化频率提高

简记为:先“生”分裂不分化,后“生”分裂又分化,同“使”分化频率高

(2)当同时使用这两类激素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。 生长素/细胞分裂素 高 低 适中 植物细胞的发育方向 有利于根的分化、抑制芽的形成 有利于芽的分化、抑制根的形成 促进愈伤组织的生长

简记为:“高”根,“低”芽,“中”愈伤 命题点 2 植物体细胞杂交技术及其应用 2.(2013· 全国卷Ⅱ)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物,甲含有效成分 A, 乙含有效成分 B。某研究小组拟培育同时含有 A 和 B 的新型药用植物。回答下列问题: (1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先用________酶和________酶去除细 胞壁,获得具有活力的________,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培 养 形 成 ________ 组 织 , 然 后 经 过 ________ 形 成 完 整 的 杂 种 植 株 。 这 种 培 育 技 术 称 为 ________________________________________________________________________。 (2)上述杂种植株属于多倍体,多倍体是指________________________________。假设甲 与乙有性杂交的后代是不育的,而上述杂种植株是可育的,造成这种差异的原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3) 这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖,经植物组织培养得到的 ______________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。 解析:(1)要培育同时含有 A 和 B 的新型药用植物,可采用植物体细胞杂交技术。植物 体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁,获得具有活力 的原生质体。诱导融合成功后获得的杂种细胞,经脱分化培养成愈伤组织,然后经过再分化 形成完整的杂种植株。(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。甲与乙 有性杂交的后代中无同源染色体,减数分裂过程中染色体联会异常,不能产生正常的生殖细 胞,故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂种植物含有同源染色体,减数分裂过程中联会 正常,能产生正常的生殖细胞,故该杂种植株可育。(3)制备人工种子的材料可以是经植物组 织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。 答案:(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(或分化) 植物体细胞杂交技术 (2)

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体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中,前者染色体联会异常, 而后者染色体联会正常 (3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

方法· 规律|杂种植株遗传物质变化的判断 (1)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种植物的遗传特 性。 (2)染色体组数: ①染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。 ②植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为几倍体。 ③若一植物细胞含有 2x 条染色体,2 个染色体组,基因型为 Aabb,另一植物细胞含有 2y 条染色体,2 个染色体组,基因型为 ccDd,则新植株应为异源四倍体,其体细胞中染色 体为(2x+2y)条,4 个染色体组,基因型为 AabbccDd。 动物细胞工程 命题点 1 动物细胞培养与体细胞克隆 1.(2014· 浙江高考)下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( A.连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型 B.某些癌细胞在合适条件下能逆转为正常细胞 C.由多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆 D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状 解析:选 B 连续细胞系的细胞大多数具有异倍体核型;癌细胞仍能逆转为正常细胞, 如小鼠畸胎癌能分化为各种正常体细胞;由一个共同的祖细胞培养形成的细胞群为一个克 隆;未经克隆化培养的细胞系具有异质性。 2.(2013· 全国卷)关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述,错误的是( A.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同 B.动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶 C.烟草叶片离体培养能产生新个体,小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖 D.动物细胞培养可用于检测有毒物质,茎尖培养可用于植物脱除病毒 解析:选 B 动物细胞培养用液体培养基,而植物组织培养用固体培养基;动物细胞培 养过程中要加入胰蛋白酶,而植物组织培养过程中则不用;植物细胞具有全能性,所以烟草 叶片离体培养能形成新个体,而动物细胞离体培养只能增殖;植物组织培养中常用根尖、茎 尖等培养无病毒植物个体,而动物细胞培养的一个重要应用是检测有毒物质。 3.(2016· 全国甲卷)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。 ) )

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回答下列问题: (1)图中 A 表示正常细胞核,染色体数为 2n,则其性染色体的组成可为______________。 过程①表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 ________的方法。②代表的过程是______________。 (2)经过多次传代后,供体细胞中____________的稳定性会降低。因此,选材时必须关注 传代次数。 (3) 若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4) 与 克 隆 羊 “ 多 莉 ( 利 )” 培 育 成 功 一 样 , 其 他 克 隆 动 物 的 成 功 获 得 也 证 明 了 ________________________________________________________________________。 解析:(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为 XX(雌性)或 XY(雄性)。卵母细胞 在培养至减数第二次分裂的中期时,常采用显微操作法去除细胞核。②过程是将早期胚胎移 植到代孕个体的子宫中,即代表的是胚胎移植。(2)一般来说,动物细胞在传代培养到 10~ 50 代时,部分细胞的细胞核型可能会发生变化,即遗传物质的稳定性会降低。因此,选材时 一般选 10 代以内的细胞,以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动 物基本相同,但不完全相同,从遗传物质的角度分析,性状不完全相同的原因是:克隆动物 细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质,细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状 产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,但其细胞核的全能性在卵母细胞细 胞质中物质的作用下仍能得以表达。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成功, 证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。 答案:(1)XX 或 XY 显微操作 胚胎移植 (2)遗传物质 (4)动物已分化体细

(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 胞的细胞核具有全能性 拓展· 归纳|植物组织培养与动物细胞培养的异同 比较项目 理论基础 培养基 类型 植物组织培养 植物细胞全能性 固体或半固体培养基

动物细胞培养 细胞增殖 液体培养基

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成分

水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨 基酸、琼脂 植物幼嫩部位或花药等 细胞的脱分化和再分化 新的组织或植株个体,可以体现全 能性 ①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培育

葡萄糖、 氨基酸、 无机盐、 维生素、 促生长因子、动物血清等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物 的器官或组织 细胞增殖和癌变 新的细胞系或细胞株,不形成个 体,不体现全能性 ①蛋白质生物制品的生产 ②皮肤移植材料的培育 ③检测有毒物质 ④生理、病理、药理学研究

取材 关键环节 结果

应用

③人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育

①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称 相同点 克隆,都不涉及减数分裂 ②均为无菌操作,需要适宜的温度、pH 等条件 命题点 2 动物细胞融合与单克隆抗体的制备 4.(2014· 重庆高考)下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。下列有关叙述正确的是 ( )

A.①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应 T 淋巴细胞 B.②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成 C.③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性 D.④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群 解析:选 D ①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应 B 细胞(浆细胞);胰蛋白酶常用在 动物细胞培养过程中,其作用是使组织分散成单个细胞, ②中是使用促融剂,如聚乙二醇 (PEG)促融过程;③为杂交瘤细胞,其同时具有浆细胞产生抗体的特性和骨髓瘤细胞无限增 殖的特性;④是经筛选获得的能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞。 5.(2014· 全国卷Ⅰ)某研究者用抗原(A)分别免疫 3 只同种小鼠(X、Y 和 Z),每只小鼠免 疫 5 次, 每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释 倍数),结果如下图所示。

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若要制备杂交瘤细胞, 需取免疫后小鼠的 B 淋巴细胞(染色体数目 40 条), 并将该细胞与 体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目 60 条)按一定比例加入试管中, 再加入聚乙二醇诱导 细胞融合,经筛选培养及抗体检测,得到不断分泌抗 A 抗体的杂交瘤细胞。回答下列问题: (1)制备融合所需的 B 淋巴细胞时,所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到 16 000 以上, 则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的 X、Y、Z 这 3 只 免 疫 小 鼠 中 , 最 适 合 用 于 制 备 B 淋 巴 细 胞 的 是 ________ 小 鼠 , 理 由 是 _____________________。 (2)细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有 ________________________________________________________,体系中出现多种类型细胞 的原因是___________________________________________________________ ____________________________________。 (3)杂交瘤细胞中有________个细胞核,染色体数目最多是________条。 (4)未融合的 B 淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是__________________。 解析:(1)由图可知,小鼠至少经过 4 次免疫后,免疫小鼠的血清抗体效价可达到 16 000 以上,其中 Y 小鼠的血清抗体效价最高。(2)由于细胞融合是随机的,且并不是所有细胞都 能参与融合,融合体系中含有五种细胞:未融合的 B 淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、杂交 瘤细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞、B 淋巴细胞相互融合形成的细胞。(3)两个细胞的 细胞核融合成一个细胞核标志着融合的完成,杂交瘤细胞中有一个细胞核;细胞融合过程中 染色体会发生丢失,所以染色体数量最多为两者之和,即 100 条。(4)未融合的 B 淋巴细胞不 能无限增殖,经多次传代培养后都不能存活。 答案:(1)4 Y Y 小鼠的血清抗体效价最高 (2)B 淋巴细胞相互融合形成的细胞、 骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 细胞融合是随机 的,且融合率达不到 100% 限增殖 拓展· 归纳|单克隆抗体制备过程中两次筛选分析 项目 筛选 原因 第一次筛选 诱导融合后得到多种杂交细胞, 另外还 有未融合的细胞 第二次筛选 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的 刺激, 所以经选择性培养获得的杂交瘤 (3)1 100 (4)(经免疫的 B 淋巴细胞是高度分化的细胞)不能无

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细胞中有能产生其他抗体的细胞 用特定的选择培养基筛选: 未融合的细 筛选 方法 胞和同种细胞融合后形成的细胞 (“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡, 只有融合的杂交瘤细胞(“B 瘤”细胞) 才能生长 筛选 目的 得到杂交瘤细胞 用多孔培养皿培养, 在每个孔只有一个 杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养 和抗体检测, 经多次筛选得到能产生特 异性抗体的细胞群

得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞

[高考真题集中研究——找规律] 1.(2013· 四川高考)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,下列生命活动不会同时发 生的是( ) B.光能的吸收与转化 D.基因的突变与重组

A.细胞的增殖与分化 C.ATP 的合成与分解

解析:选 D 离体菊花茎段形成幼苗的过程中,涉及了脱分化和再分化过程,且整个过 程都伴随着细胞的分裂。形成的幼苗可同时进行吸收和转化光能的过程。ATP 是直接能源物 质,整个过程中需要 ATP 提供能量,故伴随着 ATP 的合成与分解。该过程为无性繁殖,整 个过程中只进行有丝分裂,不发生基因重组。 2.(2013· 海南高考)单纯疱疹病毒Ⅰ型(HSV1)可引起水泡性口唇炎。利用杂交瘤技术制 备出抗 HSV1 的单克隆抗体可快速检测 HSV1。回答下列问题: (1)在制备抗 HSV1 的单克隆抗体的过程中,先给小鼠注射一种纯化的 HSV1 蛋白, 一段时间后,若小鼠血清中抗 ______________ 的抗体检测呈阳性,说明小鼠体内产生了 __________ 反应,再从小鼠的 ________ 中获取 B 淋巴细胞。将该 B 淋巴细胞与小鼠的 ________细胞融合,再经过筛选、检测,最终可获得所需的杂交瘤细胞,该细胞具有的特点 是__________________________________。 (2)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体, 可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的________中使 其增殖,再从______中提取、纯化获得。 (3)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种 HSV1 蛋白,其原因是该抗体具 有________和________等特性。 解析: (1)单克隆抗体制备的第一步是免疫处理。 先给小鼠注射一种纯化的 HSV1 蛋白, 一段时间后,若小鼠血清中抗 HSV1 蛋白的抗体检测呈阳性,说明小鼠体内产生了体液免 疫反应。第二步制备杂交瘤细胞。从小鼠的淋巴器官中(如脾、骨髓、扁桃体等)获取 B 淋巴

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细胞,与小鼠的骨髓瘤细胞融合,再经过筛选检测,最终可获得所需的杂交瘤细胞。杂交瘤 细胞既能无限增殖,又能产生专一抗体。(2)若想获得大量单克隆抗体,通常有两种方法:一 是将杂交瘤细胞培养在动物细胞培养液中,然后从动物细胞培养液中分离出单克隆抗体;二 则是将杂交瘤细胞注射到小鼠的腹腔中使其增殖,然后从小鼠的腹水中提取纯化获得。 (3) 单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点。 答案:(1)HSV1 蛋白 体液免疫 脾脏(其他合理答案也可) 骨髓瘤 能无限增殖且可 (2)腹腔 腹水 (3)灵敏度高 特异性强(其他合理答案

产生专一抗体(其他合理答案也可) 也可)

3.(2013· 天津高考)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗 性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再 利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂 种植株。流程如下图。

据图回答下列问题: (1)过程①所需的酶是______________________________________________________。 (2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的________存在,这一特征可作为 初步筛选杂种细胞的标志。 (3) 原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 __________________________。原生质体经过________再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组 织。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和 ________植株的根尖,通过 ________、________、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态 和数目。 (5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组 DNA 进行 PCR 扩增,得到两亲本的差异性 条带, 可用于杂种植株的鉴定。 下图是用该引物对双亲及再生植株 1~4 进行 PCR 扩增的结 果。据图判断,再生植株 1~4 中一定是杂种植株的有____________________。

(6)对杂种植株进行______________接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。 解析:(1)过程①是获得黑芥叶肉细胞的原生质体和花椰菜根细胞的原生质体,该过程需

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用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)供体细胞为黑芥叶肉细胞,其含有叶绿体,而受体花椰 菜的根细胞无叶绿体,因此可以根据叶绿体的有无初步筛选出杂种细胞。(3)加入甘露醇以保 持渗透压, 是为了维持原生质体的完整性, 防止原生质体吸水涨破。 原生质体再生出细胞壁, 经过脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型,需将再生植株细胞的染色 体与亲本即黑芥和花椰菜的染色体进行比较;观察染色体的形态和数目需在有丝分裂中期观 察,因此需要经过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片。(5)杂种植株需含有双亲的遗传 物质,分析图形可知,再生植株 1、2、3、4 均含有花椰菜的 DNA,其中 1 含有黑芥的全部 DNA,2、4 含有黑芥的部分 DNA,而 3 不含有黑芥的 DNA,因此 1、2、4 一定是杂种植株。 (6)为培育具有抗黑腐病的杂种植株,需对得到的杂种植株进行黑腐病菌接种实验,观察其是 否患病,不患病的即为高抗性的杂种植株。 答案:(1)纤维素酶和果胶酶 花椰菜和黑芥) 解离 漂洗 (2)叶绿体 (3)保持原生质体完整性 细胞壁 (4)双亲(或

(5)1、2、4

(6)黑腐病菌

4.(2015· 安徽高考)科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊,以便通过乳 腺生物反应器生产人凝血因子 IX 医用蛋白,其技术路线如下图。

(1)由过程①获得的 A 为________________________。 (2)在核移植之前,必须先去掉受体卵母细胞的核,目的是__________________。 受体应选用________期卵母细胞。 (3)进行胚胎移植时,代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生________________, 这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。 (4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆,理论上可获得无限个转基因绵羊,这是 因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)分析图示可知,过程①构建的 A 为含目的基因的表达载体。(2)核移植以前, 必须去掉受体卵母细胞的核,目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞。受体应 该选用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞。(3)在进行胚胎移植时,受体即代孕母羊对移入 子宫的外来胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。 (4)转基因体细胞克隆产生的重组细胞具有全 能性,培养产生的含目的基因的成纤维细胞可进行传代培养,因此理论上可获得无限个转基 因绵羊。 答案: (1) 含目的基因的表达载体 (2) 保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞

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MⅡ

(3)免疫排斥反应

(4)整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养 [调研试题重点研究——明趋势]

一、题点练 1.下列技术或方法与原理不相符的是( )

A.紫草细胞培养和杂交瘤细胞的培养——细胞增殖 B.植物组织培养和制备单克隆抗体——细胞的全能性 C.原生质体融合和动物细胞融合——细胞膜的流动性 D.纤维素酶、果胶酶处理植物细胞壁——酶的专一性 解析:选 B 制备单克隆抗体是将骨髓瘤细胞和免疫过的 B 淋巴细胞融合,形成杂交瘤 细胞,利用的是细胞膜的流动性和细胞增殖的原理。 2.(2017· 武汉月考)下列关于“筛选”的叙述,错误的是( A.在诱变育种、杂交育种、单倍体育种过程中都要进行筛选 B.在制备单克隆抗体、通过植物体细胞杂交的方法获得杂种植株的过程中要进行筛选 C.在小鼠胚胎细胞培养过程中,通过筛选可以获得具有无限分裂能力的细胞系 D.将目的基因导入受体细胞后需要进行筛选 解析:选 C 诱变育种、单倍体育种和杂交育种会产生多种不同性状的子代,要得到特 定性状的品种必须进行筛选; 植物的原生质体融合时有三种不同的融合原生质体(在只考虑两 两融合的情况下),最终需要的是两种不同植物的原生质体的融合体,所以必须进行筛选;将 目的基因导入受体细胞后需要进行筛选,选出导入成功的受体细胞;动物细胞培养中能无限 分裂的细胞在培养基中保留,其他细胞衰亡,不需筛选。 3.下列有关细胞工程的说法正确的是( ) )

A.在愈伤组织形成的过程中,除适宜的温度、pH 和无菌条件外,还需要有植物激素进 行调节 B.植物体细胞杂交前需要用酶去除细胞壁获得原生质体,然后再用灭活的病毒促进融 合 C.利用动物体细胞核移植的方法得到克隆动物是培育新物种的一种方式 D.动物细胞应在含 5%的 CO2 的恒温箱中培养,CO2 的作用是为细胞提供碳源 解析:选 A 在愈伤组织形成的过程中,需添加生长素和细胞分裂素等植物激素进行调 节;灭活的病毒是促进动物细胞融合特有的方法;核移植属于克隆,为无性生殖,不会产生 新物种;动物细胞应在含 5%的 CO2 的恒温箱中培养,CO2 的作用是维持培养液中的 pH。 4.下列有关动物细胞培养的叙述,正确的是( )

A.动物细胞培养过程中,可用胃蛋白酶处理使细胞分散开 B.通过动物细胞培养获得大量细胞,可证明动物细胞具有全能性 C.动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础

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D.动物细胞培养选用的培养材料大多是动物的受精卵 解析:选 C 应用胰蛋白酶处理使细胞分散开;通过动物细胞培养不能获得完整个体, 不能证明动物细胞具有全能性;动物细胞培养选用的培养材料大多是幼龄动物的组织或细 胞。 5.下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程,据图分析错误的是 ( )

A.①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合物处理 B.②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变 C.③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能 D.④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理 解析:选 B 紫外线照射可诱导原生质体发生突变,但突变是不定向的。 6.(2017· 烟台月考)细胞工程中,选择合适的生物材料是成功的关键。下列选择合理的 是( ) A.选择高度分化的动物体细胞进行培养有利于获得大量细胞 B.选择早期胚胎细胞作为核供体进行核移植可提高克隆动物的成功率 C.选择植物的愈伤组织进行诱变处理一定能获得优质的突变体 D.选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得抗毒苗 解析:选 B 高度分化的动物体细胞已经没有分裂能力, 所以不能增殖获得大量细胞。 早期胚胎细胞具有全能性,所以选择早期胚胎细胞作为核供体进行核移植可提高克隆动物的 成功率。突变是不定向的,选择植物的愈伤组织进行诱变处理可能获得优质的突变体。植物 的茎尖分裂快,病毒不能寄生,所以选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗。 二、题型练 7.(2017· 宝鸡一检)现有甲、乙两个番茄品种(染色体数 2n=24),其基因型分别为 AAbb 和 aaBB,这两对基因位于非同源染色体上,且在光照强度大于 500 勒克斯时,都不能生长, 这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa 或 bb)作用的结果。 取甲乙两品种的花粉分别培养成 植株,将它们的叶肉细胞制成原生质体,并将两者相混,使之融合,诱导产生细胞团。然后, 放到大于 500 勒克斯光照下培养,结果有的细胞团不能分化,有的能分化发育成植株。请回 答下列问题: (1)甲、乙两番茄品种花粉经过花药离体培养技术而形成的植株是________倍体。 (2)将叶肉细胞制成原生质体时,使用__________________________________________ 破除细胞壁。

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(3)在细胞融合技术中,常用的化学试剂是________。融合后形成的细胞类型有________ 种(这里仅考虑 2 个原生质体的相互融合)。 (4)细胞融合成功的标志是________________________________________________。 (5)细胞融合后诱导产生的细胞团叫__________________________________________。 (6)在大于 500 勒克斯光照下培养,能分化的细胞团的基因型是____________(这里只考 虑 2 个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的植株,其染色体数是 ________________________________________________________________________。 解析:(1)由配子直接发育而来的植株是单倍体。(2)叶肉细胞有细胞壁,因此要制成原生 质体时,先要把细胞壁分解掉,细胞壁的成分主要为纤维素和果胶,因此要用纤维素酶和果 胶酶破除细胞壁。(3)人工诱导植物细胞融合的方法有物理法和化学法,常用的化学试剂是聚 乙二醇(PEG),可用的物理方法是离心、振动、电激。若只考虑两两结合的情况,会出现 3 种类型的融合细胞,即甲细胞自身融合形成的细胞,乙细胞自身融合形成的细胞及甲和乙细 胞相融合形成的杂种细胞。(4)原生质体长出了新的细胞壁,说明细胞融合成功。(5)细胞融合 后形成杂种细胞,杂种细胞经过脱分化形成愈伤组织。(6)大于 500 勒克斯光照下培养,隐性 纯合基因(aa 或 bb)有致死作用,只有杂种细胞才能存活,即基因型为 AaBb 的细胞团存活。 由杂种细胞发育成的植株,其染色体数是 24 条。 答案:(1)单 (2)纤维素酶和果胶酶 (5)愈伤组织 (3)PEG 3

(4)再生出细胞壁

(6)AaBb 24

8.(2017· 武汉调研)现欲利用染色体数目相同的两种二倍体植物甲(高产)、乙(耐盐)各自 优势,培育新型高产耐盐植物。回答下列问题: (1)科研人员取甲的叶肉细胞和乙的根尖分生区细胞, 在一定条件下将二者融合并形成杂 种细胞, 融合的细胞学基础是____________。 在显微镜下观察融合的活细胞中有________(填 细胞器)的存在,可作为初步筛选杂种细胞的依据。 (2) 接着将筛选的杂种细胞培育成杂种植株,在此过程中,杂种细胞 先脱分化形成 ____________,再转移到________培养基上诱导出试管苗,再培养成杂种植株,这体现了植 物细胞的________。 (3)上述杂种植株属于________(填“二”或“多”)倍体。甲和乙有性杂交的后代一般是 不育的,原因是___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案:(1)细胞膜的流动性 叶绿体 (2)愈伤组织 分化 全能性 (3)多 在减数分裂

过程中,联会紊乱不能产生正常的生殖细胞 9.(2017· 长沙一模)细胞工程在现代生物科技中具有重要地位,请回答下列有关细胞工 程技术的问题: (1)在动物细胞培养时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是______________

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________________________________________________________________________。细 胞培养 应在含 5%CO2 的恒温培养箱中进行,CO2 的作用是________________________。 (2) 运 用 细 胞 工 程 技 术 可 培 育 生 物 新 品 种 , 下 列 操 作 过 程 中 能 形 成 愈 伤 组 织 的 是 ________。(填序号) ①植物组织培养 ②植物体细胞杂交 ③动物细胞培养 ④转基因植物的培养

(3)供培养的细胞有甲、乙两种,甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。研究表明 癌细胞基因 M 过量表达与肝肿瘤的发生密切相关,要试验一种抗肿瘤药物 N 对甲细胞生长 的影响,可将甲细胞分为 A、B 两组,A 组细胞培养液中加入________,B 组细胞培养液中 加入无菌生理盐水,经培养后,从 A、B 两组收集等量细胞,通过分别检测 M 基因在 A、B 两组细胞中控制合成________或________水平的差异,确定 N 的药效。 答案:(1)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液的 pH (2)①②④ mRNA 蛋白质 10.研究小组用土壤农杆菌与陆地棉叶肉细胞原生质体共同培养获得了转基因陆地棉, 过程如下。请回答下列问题: (3)N

(1)图 a 表示从已经消毒的叶片中剪取部分植物组织细胞,图 b 表示制备原生质体,培养 皿中要加纤维素酶和果胶酶,其原因是______________________________________。 (2)图 c 表示用培养基培养原生质体,培养基中加入了适宜浓度的蔗糖,其主要作用是 _______________________________________。培养一段时间后,将其与土壤农杆菌混合培 养,使重组 Ti 质粒进入________________,重组 Ti 质粒上______________段携带了目的基 因,可以整合到植物细胞的 __________上。然后通过离心(图 d)的方法,除去多余的土壤农 杆菌。 (3)图 e 表示将原生质体培养成愈伤组织, 然后将其转移到含有一定抗生素的培养基中进 行培养(图 f),抗生素的作用是_______________________________。 (4)将愈伤组织转移培养基继续培养(图 g), 同时注意调整植物生长调节剂的种类和含量, 其原因是______________________________________,最终获得完整的植株(图 h)。 解析:图示是通过土壤农杆菌与植物细胞原生质体共培养的方法获得转基因植物的过 程。a 为获取植物细胞;b 为去除细胞壁获取原生质体的过程;c 为用培养基培养原生质体; d 为土壤农杆菌与植物细胞原生质体共培养;e 表示脱分化过程;f 表示用选择培养基进行筛 选培养;g 表示再分化过程;h 表示转基因植物幼苗。(1)图 b 表示用纤维素酶和果胶酶来制 备原生质体,原因是植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,纤维素酶和果胶酶可除去细胞 壁。(2)图 c 表示用培养基培养原生质体,培养基中加入了适宜浓度的蔗糖,其主要作用是为

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原生质体提供碳源和能源并调节渗透压维持原生质体的形态,将其与土壤农杆菌共同培养, 使携带目的基因的 Ti 质粒的 TDNA 进入植物细胞, 整合到植物细胞的染色体(染色体 DNA) 上, 然后通过离心的方法, 除去多余的土壤农杆菌。 (3)图 e 表示将原生质体培养成愈伤组织, 然后将其转移到含有一定抗生素的培养基中进行培养(图 f), 抗生素的作用是筛选出含目的基 因的植物细胞。(4)植物生长调节剂的种类和含量会影响愈伤组织的分化,故将愈伤组织转移 培养基继续培养(图 g),同时注意调整植物生长调节剂的种类和含量。 答案: (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶, 纤维素酶和果胶酶可除去细胞壁 为原生质体提供能源并调节渗透压维持原生质体的形状 色体(染色体 DNA) 影响愈伤组织的分化 11.下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛 B 细胞不能正 常合成胰岛素)的过程设计图解。请据图回答: (3)筛选出含目的基因的植物细胞 (2)

原生质体(植物细胞) TDNA 染 (4)植物生长调节剂的种类和含量会

(1)图中①、②所示的结构分别是__________、__________。 (2)图中③、④所示的生物工程技术分别是____________、______________。 (3)过程③通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、 易操作, 营养物质丰富外, 还因为它__________________________________________。 (4)过程④通常采用的方法是________________。 (5)过程④的完成需要用到的非酶基因操作工具为_____________________________。 (6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是________________。 解析:(1)体细胞核移植利用体细胞核和去核卵细胞。内细胞团细胞具有发育的全能性, 此时导入健康胰岛 B 细胞基因,可以形成能正常分泌胰岛素的胰岛 B 细胞群。(2)③将体细 胞核和去核卵细胞重组为一个细胞,为体细胞核移植技术。④将健康胰岛 B 细胞基因移植入 受体细胞, 为基因工程技术。 (3)过程③通常用去核卵细胞作为受体细胞, 除了因为它体积大, 易操作,营养物质丰富外还因为其含有能够激活细胞核全能性表达的物质。(4)目的基因导入 动物细胞通常用显微注射法。(5)基因工程基本工具为限制酶、DNA 连接酶、载体,载体为 非酶基因操作工具,通常为质粒。(6)图示方法与一般的异体移植相比可避免免疫排斥反应。 答案:(1)细胞核 DNA 技术) 内细胞团 (2)(体细胞)核移植技术 基因工程(或转基因技术或重组 (4)显微注射法 (5)载体 (6)

(3)含有促进(或激活)细胞核全能性表达的物质

不发生免疫排斥反应 12.(2017· 贵阳适应性考试)近年来,由于食品安全、环境污染等问题的加重,胃癌的发

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病率不断增加。常见的切除、化疗、放疗等治疗手段对病人的身体副作用较大,而“生物导 弹”(借助单克隆抗体的导向作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置)的定向治疗为胃癌患 者带来了福音。如图是“生物导弹”——抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程。

回答下列问题: (1)幽门螺旋杆菌的感染与胃癌的发生密切相关, 幽门螺旋杆菌从细胞结构上与人体细胞 相比,最显著的特点是________________________________________________。 (2)从免疫学的角度分析, 图中实验小鼠注射的甲是____________, 从小鼠的________(免 疫器官)中可获得相应的 B 淋巴细胞。 (3) 诱 导 细 胞 融 合 形 成 细 胞 乙 的 原 理 是

________________________________________________________________________。 若只考虑细胞的两两融合,理论上乙有 ________ 种类型,符合要求细胞的特点是 ________________________________________________________________________。 (4)丙需进行克隆化培养和专一抗体检测, 经多次筛选后可获得数量较多的能分泌所需抗 体的丁,细胞丁可在体外条件下大规模培养,也可以注射到小鼠________内进行体内培养, 从而获得大量的单克隆抗体。该抗胃癌单克隆抗体与从动物血清中分离的抗体相比,最主要 的 优 点 是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案:(1)没有核膜包被的细胞核 量增殖又能产生特异抗体 (4)腹腔 (2)胃癌抗原 脾脏 (3)细胞膜的流动性 3 既能大

特异性强、灵敏度高,并可大量制备

第三讲

胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题

[感性认知] (一) 体内 受精 和早 1.填充精子与卵子发生过程的示意图 (1)精子的发生:

[理性归纳]

1.比较精子和卵子发生的异同

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期胚 胎培 养 (2)卵子的发生:

| 2.填写早期胚胎发育的过程示意图 2.掌握受精与早期胚胎的发育过程 (1)受精:

(2)早期胚胎发育: 3.判断下列有关体内受精和早期胚胎发育叙述的正误 (1) 卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加 (×) (2)精子和卵子的发生都是从初情期开始的(×) (3)判断卵子是否受精的标志是在卵细胞膜和透明带的 间隙观察到两个极体(√) (4)透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精子入卵的两 道屏障(√) (5)排卵是指卵泡从卵巢中排出(×) (6)内细胞团将来发育成胎膜和胎盘(×) [感性认知] 4.完善胚胎移植的过程示意图,并填空 (二) 胚胎 工程 的应 用及 前景 (1)对供体牛要进行超数排卵处理;对供、受体牛要进 [理性归纳] 3.理清体外受精与早期胚胎培养 (1)体外受精:

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行同期发情处理。 (2)排卵是指卵子从卵泡中排出,冲卵是指把供体母牛 子宫内的早期胚胎冲洗出来。 (3)动物的早期胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚阶段才能 进行移植。 (4)若要获得多个遗传物质完全相同的新个体,可对检 查合格的胚胎用胚胎分割技术处理,该过程属于无性 繁殖或克隆。 5.完善胚胎干细胞培养的过程示意图

(2)胚胎的早期培养:

4.明辨胚胎移植与胚胎分割移植 (1)胚胎移植:

(2)胚胎分割:

5.胚胎干细胞(ES 或 EK 细胞) 6.判断正误 (1)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的 胚胎(√) (2)胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割(×) (3) 在对囊胚进行分割时,要将滋养层细胞均等分割 (×) (4)胚胎干细胞在体外培养条件下具有增殖而不发生分 化的特点(√) (5)胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺 盛等特点(×) (6)胚胎干细胞在分化诱导因子的作用下可以向不同类 型的组织细胞分化(√) (1)来源:早期胚胎或原始性腺。 (2)特点:形态上,体积小、核大、核仁明显;功能 上具有发育的全能性;体外培养条件下可以增殖而 不分化。 (3)培养过程:

[感性认知] ( 三 ) 7.分析试管婴儿与克隆人的培育过程,回答问题 试管婴儿的培育过程:

[理性归纳] 7.“表格法”比较克隆动物、试管动物与转基因动物 项目 概念 克隆动物 用核移植的 试管动物 用体外受精 转基因动物 由被转入了目的基

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生 物 技 术 的 安 全 (1) 试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要 性 差异是前者需经过体外受精,后者用到细胞核移植 和 技术。 伦 (2)试管婴儿技术属于有性生殖,克隆技术属于无性 理 生殖。 问 8.分析试管婴儿与设计试管婴儿的过程,据下图填 题 空 遗传 特性 相同 点 克隆人的培育过程: 技术 生殖 方式

方法获得的 动物 核移植 无性繁殖

的方法获得 的动物 体外受精 有性生殖

因的受精卵发育成 的动物 DNA 重组技术 有性生殖或保持原 生殖方式 具备原受精卵及被 转入的目的基因两 方的遗传特性

主要与供核 个体相同

具备双亲的 遗传性状

三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术,且移 植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚期的胚胎

图 中 ①②③( 填 序 号 ) 是 试 管 婴 儿 的 培 育 过 程 , ①②④⑤(填序号)是设计试管婴儿培育的过程。后 者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断过程。

受精与早期胚胎发育 1.(2012· 浙江高考)下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述,正确的是( A.绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性 B.卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大 C.囊胚的滋养层细胞具有发育全能性 D.原肠胚发育分化形成内外两个胚层 解析:选 A 同种动物的精卵细胞的表面有特异性相互识别的蛋白,这是同种动物的精 卵能结合的原因之一;受精卵不断进行细胞分裂即卵裂,卵裂产生的细胞团称卵裂球,随着 卵裂球细胞数目的增多,细胞逐渐变小,但其总体积基本不变;滋养层细胞不具有发育的全 能性,即不能分化出成体动物的所有组织和器官;原肠胚发育分化会形成三个胚层。 )

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2.(2013· 天津高考)哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程,只有在促性腺激 素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图 (N 表示 染色体组)。

据图分析,下列叙述错误的是(

)

A.次级卵母细胞形成的过程需要激素调节 B.细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵子 C.Ⅱ、Ⅲ 和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同 D.培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞 解析:选 C 分析题图可知,在促性腺激素的作用下减数第一次分裂完成并产生次级卵 母细胞;只有在精子的作用下,次级卵母细胞才能完成减数第二次分裂;Ⅱ为卵原细胞,染 色体数目为 2N,Ⅲ为次级卵母细胞,在减数第二次分裂后期,着丝点分裂后染色体数为 2N, Ⅳ为受精卵,在有丝分裂后期,着丝点分裂,染色体数目加倍为 4N,三者在分裂后期染色 体数目不同;动物基因工程中常用受精卵作为受体细胞。 迷点· 误点|关于体内受精的几点提醒 (1)精子获能是指精子获得受精“能力”, 而不是获得能量; 排卵是指卵子从卵泡中排出, 而不是卵泡从卵巢中排出。 (2)动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是次级卵母细胞,如猪、羊等;有的可能是 初级卵母细胞,如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟,当达到减数第二次分裂的 中期时,才具备与精子受精的能力。 (3)受精的标志≠受精完成的标志: 受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极 体;而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 (4)受精卵遗传物质的来源:核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核 (即精卵各 提供 1/2),而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。 胚胎工程及其应用 命题点 1 体外受精和早期胚胎培养 1.培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。据图回答下列问题:

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(1)甲过程为________________, 该过程中可通过给母山羊注射____________________使 其超数排卵。 (2)乙过程的操作之一是________________________处理。 (3)乙过程与丙过程中采用的培养液成分不同, 乙过程的培养液为________________或专 用的受精溶液,丙过程的培养液为________________。 (4)丁过程是__________________,是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的代孕 母羊子宫内。 解析:分析图示可知,甲过程为卵母细胞的采集,一般用促性腺激素处理良种母山羊, 使其超数排卵。乙过程为精子获能以及受精,获能的精子和成熟的卵子在获能溶液或专用的 受精溶液中完成受精。丙过程为早期胚胎培养,在发育培养液中进行。丁过程为胚胎移植, 是指将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同(而不是性状相同)的其他雌性动物子宫内使之 继续发育为新个体。 答案:(1)卵母细胞的采集 液 (4)胚胎移植 促性腺激素 (2)对精子进行获能 (3)获能溶液 发育培养

命题点 2 胚胎移植与胚胎分割移植 2.(2014· 江苏高考)杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点,被称为“钻石级”肉用绵 羊。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示,相关叙述正确的是( )

A.为了获得更多的卵母细胞,需用雌激素对雌性杜泊羊进行处理 B.从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精 C.为避免代孕绵羊对植入胚胎产生排斥反应,应注射免疫抑制剂 D.为了进一步扩大繁殖规模,可通过胚胎分割技术获得同卵双胎 解析:选 D 超数排卵应使用促性腺激素而不是雌激素;从卵巢中采集的卵母细胞需培 养至成熟后才能与获能的精子进行体外受精;受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫 排斥反应,故不需注射免疫抑制剂;为了进一步扩大繁殖规模,可通过胚胎分割技术获得同 卵双胎或多胎。 3.(2015· 重庆高考)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题,引进了含高产奶基因 但对本地适应性差的纯种公牛。

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(1)拟进行如下杂交:

选择 B 作为母本,原因之一是胚胎能在母体内正常________________。若 C 中的母牛 表现为适宜本地生长,但产奶量并未提高,说明高产奶是________性状。为获得产奶量高且 适宜本地生长的母牛,根据现有类型,最佳杂交组合是______________,后代中出现这种母 牛的概率是________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。 (2)用以上最佳组合,按以下流程可加速获得优良个体。

精子要具有受精能力,需对其进行________________处理;卵子的成熟在过程________ 中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖,其作用是________。为筛选出具有优良性状的母 牛,过程⑤前应鉴定胚胎的______________________________。子代母牛的优良性状与过程 ________的基因重组有关。 (3)为了提高已有胚胎的利用率, 可采用_____________________________________技术。 解析: (1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常 生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用 T、t 表示,控制适应性强弱的基因分别用 R、r 表示。杂交后代 C 中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高,说明高产奶、低适应性均为 隐性性状,则推导出 A 的基因型为 ttrr,B 的基因型为 TTRR,C 的基因型为 TtRr。通过回 交,即 C 牛与 A 牛杂交(TtRr×ttrr),获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为 1/2× 1/2×1/2 =1/8。(2)在体外受精过程中,从供体公牛获得的精子经获能处理后,才具有受精能力。从供 体母牛采集的卵子经培养达到 MⅡ中期后在与精子受精过程中最终成熟。 由于受精作用的随 机性,为筛选出具有优良性状的母牛,在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基 因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子,所以子代母牛的优良性状与供体母牛减 数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。(3)提高已有胚胎利用率的最好措施是胚胎分割。 答案:(1)生长发育或胚胎发育 (2)获能或增强活力 ③ 供能 隐性

♂A ×♀C 1/8
② (3)胚胎分割

性别、高产奶和适应生长的基因

迷点· 误点|胚胎移植中的四个注意点 (1)胚胎移植过程中两次激素使用: 第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理;第二次用促性腺激素处理供体使其超 数排卵。

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(2)胚胎移植过程中有两次检查: 第一次对收集的胚胎进行检查;第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。 (3)不同动物胚胎移植的时间不同: 牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。小鼠、家兔在桑椹胚前。几乎所有动物都不能到原 肠胚阶段移植,因为此时分化程度高,移植成功率很低。 (4)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断: 取决于胚胎是由受精卵形成的(有性生殖),还是由核移植技术形成重组细胞发育而成或 胚胎分割形成的(无性生殖)。 命题点 3 胚胎干细胞及其应用 4.(2013· 山东高考)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞 (iPS),继 而利用 iPS 细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下:

(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为____________,培养的细胞在贴 壁生长至铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为____________。 (2)图中 2细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为______;也可从灰鼠 体内取出卵子,通过________后进行早期胚胎培养获得。 (3)图中重组囊胚通过____________技术移入白鼠子宫内继续发育, 暂不移入的胚胎可使 用________方法保存。 (4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的____________分离培养获得。iPS 与 ES 细胞同样具 有发育全能性,有望在对人类 iPS 细胞进行定向____________后用于疾病的细胞治疗。 解析:(1)原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。接触抑制指贴 壁的细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖的现象。(2)将早期胚胎从母体 子宫中冲洗出来叫冲卵。 (3)暂不进行胚胎移植的胚胎可放入-196 ℃的液氮中保存。(4)iPS 与 ES 细胞一样,可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。 答案:(1)原代培养 接触抑制 (2)冲卵(或冲胚) 体外受精(或核移植) (3)胚胎移植

冷冻(或低温) (4)内细胞团

诱导分化 生物技术的安全性和伦理问题

1.(2013· 江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述中,错误的是( A.我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度

)

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B.国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害 C.开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提 D.目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上 解析: 选 B 为了加强对转基因食品和转基因农产品的标识管理, 保护消费者的知情权, 我国对转基因食品和转基因农产品实行了标识制度;转基因食品上只标明原料来自转基因生 物,并未标明其危害;为了保障现代生物技术的安全性,需要开展风险评估、预警跟踪等; 目前对转基因生物安全性的争论主要是食物安全和环境安全,另外还有生物安全问题。 2.囊性纤维病患者的 CFTR 基因缺失 3 个碱基,导致 CFTR 蛋白在 508 位缺少苯丙氨 酸,进而影响了 CFTR 蛋白的结构,使 CFTR 转运氯离子的功能异常。一对表现正常的夫 妇,其家族中都有囊性纤维病患者。医生对他们进行了遗传咨询后,决定运用设计试管婴儿 的方法实现他们的优生愿望。

(1)从囊性纤维病可以看出基因可通过控制____________直接控制生物体的性状。 (2)医生首先为女性注射______________,刺激卵泡成长,实现控制性________,然后在 局部麻醉下从卵巢中吸取____________,并在显微镜下将其移到含特殊培养液的培养皿中, 置于 37 ℃培养箱中培养, 再从男性体内采集精子进行获能处理, 获能处理的方法通常采用 ____________和____________。 (3)上图中 A、 B、 C 流程的名称分别是________________、 ____________、 ____________。 (4)有些科学家认为: “基因领域方面的进步为消灭像囊性纤维病之类的遗传疾病提供了 ‘绝佳机会’,不去发展它将是不道德的。”你的看法是______________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)囊性纤维病产生的原因是 CFTR 蛋白的结构异常,使 CFTR 转运氯离子的功 能异常。 因此, 从囊性纤维病可以看出基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (2)对女性注射促性腺激素可促使其超数排卵,然后从卵巢中吸取卵母细胞,并将其移到含特 殊培养液的培养皿中,臵于 37 ℃培养箱中培养。精子获能的方法有培养法和化学诱导法。 (3)由分析可知,图中 A、B、C 流程的名称分别是体外受精、基因检测、妊娠检查。 答案:(1)蛋白质的结构 (2)促性腺激素 超数排卵 卵母细胞 培养法 化学诱导法

(3)体外受精 基因检测 妊娠检查

(4)反对: 人不应该以任何方式操纵基因, 而是应该只去

决定哪些不带有疾病基因的胚胎可以被安全地植入母体(或赞成: 这是消灭一些可怕疾病的绝 佳机会,能够阻止某些人受苦,如果不去把握这个机会,那就是错的,是不道德的)

拓展· 归纳|试管婴儿和设计试管婴儿的异同点

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(1)过程区别:设计试管婴儿比试管婴儿多出的是胚胎移植前的遗传学诊断过程。 (2)所用技术手段不同:设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断,而试管婴儿无需 进行遗传学诊断。 (3)应用不同: 试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题, 而设计试管婴儿主要用于白血病、 贫血症的治疗。 (4)相同点:两者都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有 性生殖。

[高考真题集中研究——找规律] 1.(2013· 江苏高考)软骨发育不全为常染色体显性遗传病,基因型为 HH 的个体早期死 亡。 一对夫妻均为该病患者,希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法 错误的是( )

A.首先经超排卵处理后进行体外受精 B.从囊胚中分离细胞,培养后检测基因型 C.根据检测结果筛选基因型为 hh 的胚胎 D.将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫 解析:选 D 通过胚胎工程辅助生育需利用试管婴儿技术,首先需经超数排卵处理获得 卵子,再与获能的精子进行体外受精;因健康孩子的基因型是 hh,故需进行基因型检测; 对人类来说,早期胚胎培养至桑椹胚或囊胚阶段即可移植。 2.(2014· 重庆高考)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述错误的是 ( ) A.应严格选择转基因植物的目的基因,避免产生对人类有害的物质 B.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,但不反对治疗性克隆 C.反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿 D.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力 解析:选 D 在应用基因工程技术培育转基因植物时,应避免选择可能产生对人类有害 的物质的目的基因;在对克隆技术引发的伦理问题的争论中,普遍的观点是禁止克隆人的实 验,但不反对治疗性克隆;在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中,反对设计试管婴儿 的原因之一是有人可能滥用此技术选择性设计婴儿;生物武器种类包括致病菌、病毒、生化 毒剂以及经过基因重组的致病菌等,不包括干扰素。 3.(2014· 山东高考)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转 htPA 基因母羊的羊乳中获得。流程如下:

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(1)htPA 基因与载体用______________切割后,通过 DNA 连接酶连接,以构建重组表达 载体。检测目的基因是否已插入受体细胞 DNA,可采用__________________技术。 (2)为获取更多的卵(母)细胞,要对供体母羊注射促性腺激素,使其____________。采集 的精子需要经过__________,才具备受精能力。 (3)将重组表达载体导入受精卵常用的方法是________________。为了获得母羊,移植前 需对已成功转入目的基因的胚胎进行__________。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个 转基因个体,这体现了早期胚胎细胞的________。 (4)若在转 htPA 基因母羊的羊乳中检测到____________,说明目的基因成功表达。 解析:(1)将目的基因和载体用同一种限制酶切割后能产生相同的黏性末端,便于构成表 达载体。检测目的基因是否成功插入的技术为 DNA 分子杂交技术。(2)利用促性腺激素可促 进母羊超数排卵。采集的精子必须利用获能液处理后才具备受精能力。(3)将重组表达载体导 入动物受精卵的常用方法是显微注射法。为了获得母羊,需对胚胎进行性别鉴定,性染色体 组成为 XX 类型才能发育为母羊。利用胚胎分割和移植技术可获得多个个体,体现了早期胚 胎细胞可发育成个体的全能性。(4)基因成功表达的标志是产生了相应的蛋白质,因此 htPA 基因成功表达的标志是在转基因母羊的羊乳中检测到 htPA(或人组织纤溶酶原激活物)。 答案: (1)同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶) DNA 分子杂交(或核酸探针) (2)超数 排卵 获能(处理) (3)显微注射法 性别鉴定 全能性 (4)htPA(或人组织纤溶酶原激活物)

[调研试题重点研究——明趋势] 一、题点练 1.下列有关哺乳动物精子和卵子发生的叙述,错误的是( A.精细胞经变形后,高尔基体发育形成精子的顶体 B.不同种动物的精子形态相似,但大小不同,体型越大的动物精子越大 C.卵母细胞发育至减数第二次分裂中期时,才具备受精能力 D.哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备,是在出生前完成的,这是精子和卵子在发 生上的重要区别 解析:选 B 不同种动物的精子形态相似,大小略有不同,但与动物的体型大小无关。 2.下列关于受精过程的叙述错误的是( ) )

A.获能后的精子与卵子相遇后,释放顶体酶穿过透明带进入放射冠 B.透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障

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C.精子外膜与卵细胞膜相互融合,精子入卵 D.雄原核形成的同时,卵子完成减数第二次分裂 解析:选 A 大量获能的精子接触到卵子周围的放射冠时,即开始释放顶体酶,解离放 射冠的卵丘细胞,这样部分精子可直接触到透明带;透明带反应是防止多精入卵的第一道屏 障,卵细胞膜反应是第二道防线;精子外膜与卵细胞膜相互融合,精子的头部即进入卵细胞 中;雄原核形成的同时,卵子完成减数第二次分裂。 3.如图表示利用二倍体小鼠所做的实验,相关分析合理的是( )

A.过程①中存在有丝分裂、减数分裂和细胞分化 B.图中囊胚的细胞基因型都相同 C.代孕母鼠需进行同期发情处理 D.嵌合体幼鼠是四倍体 解析:选 C 过程①没有减数分裂,只有有丝分裂和细胞分化;图中囊胚的细胞基因来 自两种小鼠,故有些细胞基因型不相同;胚胎移植过程中,需要对供、受体雌鼠进行同期发 情处理;嵌合体幼鼠染色体并未加倍,故是二倍体。 4.下列关于胚胎移植的叙述,正确的是( )

A.胚胎移植的优势是可以充分发挥雄性优良个体的繁殖潜力 B.胚胎移植过程中冲卵的操作是选择特定装置将卵子冲出来 C.胚胎移植过程中受体母畜必须经过免疫学检验以防止排斥外来胚胎 D.转基因、核移植、体外受精等技术获得的胚胎都必须移植给受体才能获得后代 解析:选 D 胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力;胚胎移植过程 中冲卵的操作是选择特定装臵将早期胚胎冲出来;大量的研究已经证明,受体对移入子宫的 外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 5.科学家利用鸡尾酒诱导小鼠胚胎干细胞分化成卵母细胞,体外受精后,将胚胎移植 到代孕小鼠体内,能产生正常后代。有关叙述错误的是( A.精子和卵子一般要共同培养一段时间才能受精 B.胚胎干细胞分化成神经细胞说明其具有全能性 C.胚胎早期培养的培养液一般需要添加维生素 D.胚胎移植时胚胎的遗传特性不会因受体而改变 解析:选 B 题中胚胎干细胞只分化成神经细胞,没有形成新个体,不能说明其具有全 能性。 二、题型练 )

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6.回答下列有关胚胎工程方面的问题: (1)胚胎工程是对动物________或________所进行的多种显微操作和处理技术。 胚胎工程 任何一项技术获得的胚胎,还需通过________给受体才能获得后代。 (2)目前,科学家通过细胞核移植实验,培育出多种哺乳动物新类型。在哺乳动物的核移 植实验中,一般通过______(物理方法)将受体细胞激活,使其进行细胞分裂并发育,当胚胎 发育到________________阶段时,将胚胎植入另一雌性(代孕)动物体内。 (3)早期胚胎培养时除需要适宜的温度和 pH、无菌、无毒等环境条件以外,营养液通常 含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、核苷酸等成分,还要加入________________;向培 养液中通入 95%空气和 5%二氧化碳,氧气参与细胞的代谢,二氧化碳可以维持培养液的 ________。 答案: (1)早期胚胎 血浆 pH 7.(2017· 宜昌模拟)如图是成熟精子的结构示意图, 请回答下列关于哺乳动 物精子和卵子发生、受精、胚胎发育的问题: (1)一个精原细胞通过减数分裂形成________个精子细胞,精子细胞形成 精子需要通过________,一个卵原细胞经过减数分裂形成______个卵细胞。 (2)图中[ ](填数字 )顶体是由 ________发育而来的,在受精过程中发生 配子 移植 (2)电脉冲(或“电刺激”) 桑椹胚或囊胚 (3)血清或

________反应,释放________,溶解卵丘细胞之间的物质和透明带。 (3) 胚胎发育要经历受精卵→卵裂→________→________→原肠胚等时期。囊胚期的 ____________将来可发育成胎儿的各种组织,____________可发育成胎膜和胎盘。 答案: (1)4 滋养层 8.(2017· 银川质检)如图为牛胚胎移植及早期胚胎发育过程示意图,请据图回答问题: 变形 1 (2)1 高尔基体 顶体 顶体酶 (3)桑椹胚 囊胚 内细胞团

(1)牛胚胎移植过程中,②用________激素使供体母牛超数排卵。 (2)③对胚胎进行质量检查时,胚胎应发育到________或________阶段。 (3)在胚胎移植前, 通常取样____________(填“滋养层”或“内细胞团”)的细胞做 DNA 分析性别鉴定。

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(4)⑤过程产生的犊牛的遗传物质与⑥的遗传物质是否相同? __________ ,原因是 ____________________________。 (5)进行胚胎移植的优势是_________________________________________________。 答案:(1)促性腺 (2)桑椹胚 囊胚 (3)滋养层 (4)不相同 犊牛的遗传物质与⑥无关

(其他合理答案也可) (5)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 9.(2017· 广州一模)如图 1 是培养小鼠胚胎成纤维细胞(MEF 细胞)的示意图,图 2 是在 用 MEF 细胞制成的饲养层上培养胚胎干细胞(ES 细胞)的示意图。

(1)图 1 所示,制备细胞悬液时,常用____________酶来消化剪碎的组织块。配制培养液 时,通常需要在合成培养基的基础上添加____________等一些天然成分。当 MEF 细胞分裂 生长到细胞表面相互接触时就停止分裂,这种现象称为细胞的____________。 (2)ES 细胞是由 ____________ 中分离出来的一类细胞, ES 细胞在功能上具有发育的 ____________。 (3)MEF 细 胞 能 够 分 泌 某 些 蛋 白 质 , 其 合 成 到 分 泌 至 细 胞 外 的 过 程 是 : 核 糖 体 →________→囊泡→________→囊泡,再通过________方式分泌到细胞外。在培养液中单独 培 养 ES 细 胞 时 , ES 细 胞 容 易 发 生 分 化 , 结 合 图 2 可 推 知 MEF 细 胞 的 作 用 是 ________________________________________________________________________。 (4)在治疗性克隆过程中,细胞核取自患者细胞,这是为了避免向患者移入组织细胞后体 内发生____________反应。 答案:(1)胰蛋白 网 高尔基体 血清、血浆 接触抑制 (2)早期胚胎(或原始性腺) 全能性 (4)免疫排斥 (3)内质

胞吐 抑制 ES 细胞分化

10.(2016· 东北三省四市三模)2015 年英国议会下院通过了一项法案:为了避免夫妻把生 理缺陷遗传给孩子,同意以医学方法创造携带三人 DNA 的婴儿,即允许给婴儿加入父母以 外第三人的遗传基因。“三亲婴儿”的培育过程可选用下图技术路线。请回答下列问题:

(1)图中“三亲婴儿”的染色体来自__________和父亲提供的细胞核。 (2)由于女性的自然周期产生的卵子太少,捐献者在取卵前通常需要注射 __________激 素,促使一次有更多的卵泡发育。

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(3)进行体外受精时,所用的父亲精子是经过__________处理的。上述防止多精入卵的屏 障有______________和卵细胞膜反应。 (4)体外受精以后要采用胚胎工程中的________________技术和胚胎移植技术, 该过程所 用的培养液的成分除一些无机盐和有机盐类外,还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸 等营养成分以及__________等物质。 (5)三亲婴儿的培育技术__________(填“能”或“不能”)避免母亲的红绿色盲基因传递 给后代。 答案: (1)母亲(母亲的细胞核) (2)促性腺 物血清 (5)不能 (3)获能 透明带反应 (4)早期胚胎培养 动

11.(2016· 黄山三模)Rag2 基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。如图为科研人员利用 胚胎干细胞(ES 细胞)对 Rag2 基因缺失小鼠进行基因治疗的技术流程图,据图回答有关问题:

(1)步骤①中,在核移植之前应该采集卵母细胞,采用的主要方法是用 _______________ 处理,使其排出更多的卵子,然后从________中冲取。 (2)步骤②中,重组细胞培养到囊胚期时,可从其________中分离出 ES 细胞,该细胞在 形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显;在功能上具有发育的________。 (3)步骤③中,将含有 Rag2 基因的表达载体导入 ES 细胞,常采用________________法。 为检测 Rag2 基因是否表达出相应的蛋白质,通常采用____________________的方法。 (4)转基因和细胞核移植(克隆)等生物技术存在安全性和伦理问题,如科学家赋予转基因 生物某些特殊性状, 它们有可能成为“入侵的外来物种”, 威胁生态系统中其他生物的生存, 这属于转基因生物的 ________________( 填“食品安全”“生物安全”或“环境安全”) 问 题;我国政府对待克隆人的态度是____________________,不反对治疗性克隆。 解析:(1)采集卵母细胞时,给小鼠注射促性腺激素促使其超数排卵,然后从输卵管中冲 取卵子。(2)胚胎干细胞简称 ES 或 EK 细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细 胞。步骤②中,重组胚胎培养到囊胚期时,可从其内细胞团中分离出 ES 细胞;ES 细胞在功 能上具有发育的全能性。(3)常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞;检测目的基因是否 表达产生相应的蛋白质,应该采用抗原—抗体杂交法。(4)转基因生物有可能成为“入侵的外 来物种”,威胁生态系统中其他生物的生存,这属于转基因生物的生物安全问题;我国政府 对待克隆人的态度是禁止生殖性克隆,不反对治疗性克隆。 答案:(1)促性腺激素 输卵管 (2)内细胞团 全能性 (3)显微注射 抗原—抗体杂交

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(4)生物安全 禁止生殖性克隆 12.tPA 是机体在凝血平衡调节中发挥关键性作用的蛋白质,如图是利用奶牛乳腺生产 tPA 的图解,据图回答下列问题:

(1)tPA 基因在体外迅速扩增需用到________酶。 要使 tPA 基因在奶牛的乳腺细胞中特异 性表达,需在其前面加上____________________。 (2)过程④是____________,未受精的卵细胞应培育至____________期,转基因牛的培育 成功证明了_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)过程⑥胚胎移植中用于移植的胚胎是____________。 移入的胚胎能够在受体母牛体内 存活的原因是______________________________________________________________ ________________________________________________________________________, 同时能够在子宫内建立正常的生理和组织上的联系。 (4) 乳腺生物反应器生产医用人体蛋白比工程菌有优势,是由于乳腺细胞有较强的 ________能力,省却了从工程菌胞内提取时的破壁、分离等程序,大大降低了纯化成本。 解析:(1)可采用 PCR 技术在体外迅速扩增 tPA 基因,此技术需要用到 Taq 酶(热稳定性 DNA 聚合酶)。在 tPA 基因前面加上乳腺蛋白基因的启动子,可诱导 tPA 基因在奶牛的乳腺 细胞中特异性表达。(2)过程④表示核移植形成重组细胞,核移植时需将卵细胞培养到减数第 二次分裂中期,核移植技术的成功证明了已分化动物细胞核具有全能性。(3)过程⑥中用于移 植的胚胎是囊胚或桑椹胚。移入的胚胎不与受体母牛发生免疫排斥反应,使其能在受体母牛 子宫内存活。(4)乳腺生物反应器的优势在于乳腺细胞有较强的分泌能力,简化了获取目的蛋 白的程序,降低了纯化成本。 答案: (1)Taq(热稳定性 DNA 聚合) 乳腺蛋白基因的启动子 裂中 动物已分化体细胞的细胞核具有全能性 (3)囊胚或桑椹胚 (2)核移植 减数第二次分

受体对移入的胚胎不发

生免疫排斥反应 (4)分泌

第四讲

生态工程

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[感性认知] 1.连线生态工程的基本原理及其理论基础

[理性归纳] 1.图解生态工程建设及其依据的五大原理 (1)关注生态工程建设: 建设目的 特点 防止环境污染,达到经济效益 和生态效益的同步发展 少消耗、多效益、可持续 使一个系统产出的污染物,能 生态经济 够成为本系统或者另一个系统 的生产原料,从而实现废弃物 的资源化 (2)基本原理: 物质循环再生原理 物质在生态系统中循环往复、分 层分级利用 物种繁多而复杂的生态系统具有 较高的抵抗力稳定性 处 理 好 生 物 与 环 境 的 协调 与 平 衡,需要考虑环境承载力 工程建设时,既要考虑自然生态 整体性原理 系统的规律,还要考虑到经济和 社会等系统的影响力 系统的结构决定功能原理:生态 工程通过改善和优化系统的结构 系统学和工程学原 理 达到功能改善的效果系统整体性 原理:系统各组分之间要有适当 的比例关系,顺利完成能量、物 质、信息等的转换和流通,实现 总体功能大于各部分之和的效果 2.明确整体性原理≠系统整体性原理 整体性原理是指社会、经济、自然三方面协调统一;系统整体 性原理是指总体功能大于各部分之和,即“1+1>2”。

2.判断正误 (1) 生态农业的指导思想是环境与经济协 调发展(√) (2)生态工程是无消耗、多效益的工程(×) (一) 生态 工程 的基 本原 理 (3)“无废弃物农业”遵循的是物种多样 性原理(×) (4)在建设高新农业时,建立沼气池是遵循 物质循环再生原理(√) (5)根据协调与平衡原理,一个生态系统中 种群的数量不应超过环境容纳量(√) (6)“总体功能大于各部分之和的效果” 是利用系统整体性原理(√) (7)在建设生态工程时,既要考虑自然生态 系统的规律,还要考虑到经济和社会等系 统的影响力(√) (8)某草原牧区,在进行草场建设时,既注 重不同牧草种类的搭配种植,又对单位面 积内的放牧量做了一定控制,体现了遵循 物种多样性和协调与平衡原理(√) (9)建立生态农业时巧设、增设食物链会使 食物链延长,消耗能量环节增多,系统总 能量利用率降低(×) 协调与平衡原理

物种多样性原理

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[感性认知]

[理性归纳] 3.归纳识记生态工程的实例和发展前景

3.连线生态工程的实例

(二) 生态 工程 的实 例

?——窦店村以沼气为中心的物质多级循环利用工程 ?小流域综合治理生态工程 ? ——甘肃陇南“九子登科”治理模式 具 大区域生态系统恢复工程 体? ——三北防护林生态工程、退耕还林还草工程 实? 湿地生态恢复工程——鄱阳湖综合治理 例? 矿区废弃地的生态恢复工程 ? ——赤峰市元宝山矿区生态恢复工程 城市环境生态工程 ? ? ——张家港、大连等国家环境保护模范城市
农村综合发展型生态工程

生态工程的原理 1.下列实例与相关生态工程基本原理,匹配最恰当的是( A.中国传统农业——应用了物种多样性原理 B.在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁——体现了物质循环再生原理 C.包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥——违反了协调与平衡原理 D.水乡的桑基鱼塘——应用了整体性原理 解析:选 C 中国传统农业主要是应用了物质循环再生原理;在养分稀少的深海有物种 丰富的珊瑚礁主要是体现了物种多样性原理;包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥主要是违反了协 调与平衡原理;桑基鱼塘主要是应用了系统的结构决定功能原理。 2.现有一生活污水净化处理系统,处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物 池”,其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后,可用 于浇灌绿地。回答问题: )

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(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中,微生物通过 __________________呼吸将有机物分解。 (2)植物池中,水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(填 “生态系统”“群落”或“种群”)。在植物池的食物网中,植物位于第________营养级。植 物池中所有蛙类获得的能量最终来源于__________所固定的________能。 (3) 生 态 工 程 所 遵 循 的 基 本 原 理 有 整 体 性 、 协 调 与 平 衡 、 ________________ 和 ________________等原理。 (4)一般来说,生态工程的主要任务是对________________________进行修复,对造成环 境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。 解析:(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中,厌氧沉淀池中厌氧微生物通 过无氧呼吸将有机物分解,曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解,兼氧池中微 生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共 同组成了群落;植物为生产者,属于第一营养级;生态系统中消费者和分解者的能量都是最 终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原 理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修 复和改善,可提高生态系统的生产力。 答案: (1)无氧和有氧(或细胞) (2)群落 样性 一 生产者 太阳 (3)物质循环再生 物种多

(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统) 生态工程的实例

(2017· 揭阳联考)下图为某地一生态工程建设模式图,请据图回答有关问题:

(1)该生态工程模式的最大优点是________________________________________。 该生态 工程种植不同的农作物、果树、苗木,饲养牛、猪、鸡等多种畜禽,这体现了生态工程的 __________原理;各种粪便可作为沼气发酵的原料,体现了生态工程的________________原 理。 (2)该生态工程中,处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有____________。该生态 工程建设中,鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其________________。 解析:(1)图中生态工程能够实现能量和物质的分层多级利用(或提高物质和能量的利用 率),减少环境污染。该生态工程中有不同的农作物、果树、苗木和多种畜禽,体现了生态工 程的物种多样性原理;各种粪便可作为沼气发酵的原料,体现了生态工程的物质循环再生原

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理。(2)图示生态工程中,农作物、果树、苗木是第一营养级,鸡、奶牛、鱼、猪、人都可作 为第二营养级。养鱼时,鱼塘中每一种鱼苗的投放量都不宜超过其环境容纳量。 答案:(1)实现能量和物质的分层多级利用(或提高物质和能量的利用率),减少环境污染 物种多样性(或整体性) 物质循环再生 (2)猪、人 环境容纳量(K 值)

方法· 规律|巧记六类生态工程实例中所遵循的原理 (1)在六类生态工程实例中除“矿区废弃地的生态恢复工程外, 其余五大生态工程均涉及 整体性”原理。 (2)除“矿区废弃地生态恢复工程”及“农村综合发展型”生态工程外, 均涉及“协调与 平衡”原理。 (3)只有“农村综合发展型生态工程”涉及“物质循环再生”原理。 (4)只有“农村综合发展型生态工程 ”及“大流域生态系统恢复工程”涉及“物种多样 性”原理。 (5)只有“小流域综合治理生态工程 ”及“矿区废弃地生态恢复工程”涉及“工程学” 原理。

[高考真题集中研究——找规律] 1.(2014· 重庆高考)为治理某废弃采石场的生态环境,对其进行了公园化建设。 (1)对其进行整理和覆土, 并选择适生植物进行人工造林, 不同恢复 时期的植物物种数如右图所示。 t0→t1,植物残体及凋落物中的有机物 被生态系统中的________转化为无机物,使土壤条件得到改善;同时由 于人工林土壤中存在________________,导致群落中植物物种数增加; t1→t3 ,人工林抵抗力稳定性的变化是 ________ ;群落中植物物种数逐渐增加,物种之间 ________加剧。 (2)通过人工林建设和园林景观构建,既改善了生态环境,又可提高社会和经济效益,这 主要体现了生态工程的____________原理。 解析:(1)生态系统成分中的分解者可将有机物转化为无机物,供生产者利用。在群落次 生演替过程中,土壤中原有的植物种子或繁殖体增加了人工林生态系统中的植物物种数。图 示 t1→t3 阶段,植物物种数增加,该生态系统的抵抗力稳定性增强。植物物种数逐渐增加, 物种之间竞争加剧。(2)人工林的建设和园林景观的构建,既改善了生态环境,又可提高社会 和经济效益,主要体现了生态工程的整体性原理。 答案:(1)分解者 (2)整体性(系统论) 2.(2013· 广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分,可用作肥料,但其多环 种子或繁殖体 增强 竞争

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芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高,施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃 秸秆等炭化而成。将污泥、含 7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验,研究它 们对黑麦草生长及 PAHs 迁移的影响,结果见下表。 测定项目 土壤 PAHs 含量(μg/kg) 黑麦草叶绿素含量(mg/g) 黑麦草每盆干重(g) 黑麦草 PAHs 含量(μg/kg) 红壤 527 2.0 1.7 401 红壤+污泥 1 079 2.1 2.3 651 红壤+含 7%生物质炭的 污泥 765 2.3 2.7 428

(1)生物质炭孔隙结构发达,能改善土壤的通气状况,使根系细胞____________加强, ________合成增加,从而促进根系对土壤养分的吸收。 (2)由表可知,施用含生物质炭的污泥____________________________,从而促进黑麦草 生 长 ; 污 泥 的 施 用 使 土 壤 和 黑 麦 草 的 PAHs 含 量 ________ , 但 生 物 质 炭 的 输 入 ____________________,从而降低 PAHs 污染的风险。由此可见,生物质炭有望用作污泥改 良剂,促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的______________原理。 解析:(1)土壤的通气状况改善,细胞有氧呼吸增强,合成更多的 ATP,为根吸收矿质元 素提供大量的能量。(2)由表可知施用含 7%生物质炭的污泥的黑麦草叶绿素含量增加,从而 使黑麦草的光合作用增强,促进黑麦草生长。污泥的施用使土壤和黑麦草的 PAHs 含量都增 加,但生物质炭可以吸附 PAHs,从而降低 PAHs 污染的风险。 答案:(1)有氧呼吸 ATP (2)能增加黑麦草的叶绿素含量, 使光合作用增强 升高 能

吸附 PAHs 物质循环再生 [调研试题重点研究——明趋势] 一、题点练 1.下列对生态工程的理解,不合理的是( )

A.我国“三北防护林”运用物种多样性原理,取得了巨大的生态效益 B.小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理 等 C.在湿地周围建立缓冲带,可减少人类的干扰,使湿地依靠自然演替等恢复其生态功 能 D.在对城市进行规划和布局时,要进行城市生态分区 解析:选 A 我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益,但是由于没有完 全按照自然生态规律办事,也产生了不少问题,例如最初进行林带建设时,没有遵循物种多 样性原理, 单一种植了大片的樟子松林, 导致松毛虫肆虐, 很多地方的樟子松因此奄奄一息。 2.我国西北土地沙化非常严重,原因有多种,其中一个主要原因是超载放牧,导致草

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地退化。试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理( A.整体性原理 C.物质循环再生原理

)

B.协调与平衡原理 D.物种多样性原理

解析:选 B 处理好生物与环境的协调与平衡,需要考虑环境承载力。超载放牧,超出 了草原的环境承载力, 使得草的生长速度跟不上被牲畜消耗的速度, 从而使得土地沙化严重, 这违背了生态工程的协调与平衡原理。 3.下面为生态养猪模式图,从图中可知该生态工程属于( )

A.物质循环利用的生态工程 B.山区小流域综合治理与开发的生态工程 C.节水和废水处理与应用的生态工程 D.清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程 解析:选 C 从图中可以看出,该生态工程主要利用的是各级肥水,实现了废水的循环 利用。 4.目前我国在矿产资源开发中,坚持“谁污染、谁治理”“谁破坏、谁恢复”的原则, 建立健全矿区生态环境恢复治理的责任机制。下列关于矿区废弃地生态恢复的叙述合理的是 ( ) A.矿区废弃地生态恢复的关键是尽可能依靠自然演替恢复其生态功能 B.适用于矿区生态环境恢复的措施是开发农田,增加农民收入 C.该生态工程恢复所遵循的主要原理是整体性原理、协调与平衡原理 D.矿石的开采只是破坏生态环境,不会产生其他危害 解析:选 C 矿区废弃地生态恢复工程的关键是植被恢复和土壤微生物群落的重建,这 主要依靠人类的活动;矿区的土壤条件恶劣,不适宜农作物的生长;矿山开发形成大量岩质 陡边坡及矿渣废弃地,边坡的不稳定性易导致许多不良地质灾害。 5.设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”,如图就是一种“加环”示意 图,据图判断下列说法错误的是( )

A.用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇,可增加经济效益 B.用残渣来培育食用菌和蛆蛹,实现了物质的多级利用

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C.用蛆蛹粪便作为有机肥还田,运用了能量循环再生的原理 D.该生态工程的运转离不开人的管理 解析:选 C 用蛆蛹粪便还田,运用了物质循环再生原理,能量是不能循环再利用的。 二、题型练 6.(2017· 武汉月考)回答下列与生态工程有关的问题: (1)一般来说,生态工程的主要任务是对________________________进行修复,对造成环 境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比,生态工 程具有少消耗、多效益、________等特点。 (2) 生 态 工 程 所 遵 循 的 基 本 原 理 有 物 质 循 环 再 生 、 协 调 与 平 衡 、 ____________ 、 ____________和物种多样性等原理。人畜粪便用于农作物的生产主要符合 _____________原 理;连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了____________原理。 (3)“猪—沼—果”是我国一种常见的生态农业模式,以沼气为纽带,带动畜牧业、林果 业等相关农业产业共同发展。该生态农业中的所有生物共同组成了 __________(填“生态系 统”“群落”或“种群”);该生态农业模式能实现能量的______。 解析:(1)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善,可提高生态系统的生产 力。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。(2)生态工程 所遵循的基本原理有整体性原理、 协调与平衡原理、 物质循环再生原理和物种多样性原理等。 (3)群落是同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合。 答案:(1)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统) 可持续 (2)整体性 系统学与工程学 物质循环再生 物种多样性 (3)群落 多级利

用(多途径利用) 7.(2017· 东北三省四市摸底 )珠江三角洲的农民充分利用自然条件,建立该地特有的农 业生态系统的良性循环模式:蔗基鱼塘和桑基鱼塘。请据图回答下列问题:

(1)这种人工生态系统最基本的生物因素是__________。要使它长期稳定发展,除了有稳 定的____________来源,各类生物要在种类、数量上保持相对稳定。 。 (2)建立这一生态系统的目的是使能量更多地__________; 其能量利用率高的原因还有其 食物链较__________。 (3)蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过__________的作用,释放出矿质离子被植物利用。 (4)桑基鱼塘是运用生态工程原理建立起来的综合农业体系,它具备的特点是________。 (多选)

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A.多层次 C.少污染

B.多功能 D.无病虫害

解析:(1)生产者是生态系统的基石,所以生态系统最基本的生物因素是生产者。生态农 业要保持长期稳定发展,需要有稳定的能量来源。(2)建立生态农业的目的是合理调整能量流 动的方向,使能量更多地流向对人类最有益的部分。能量沿食物链传递时逐级递减,食物链 越短,损耗的能量越少,因此能量的利用率越高。(3)通过分解者的分解作用,可将蚕粪、蔗 叶中的有机物分解产生矿质离子,进而被植物利用。(4)桑基鱼塘具有多层次、多功能和少污 染的特点,桑树、甘蔗等仍可感染病虫害。 答案: (1)生产者(或甘蔗、桑树) (4)ABC 8.湿地是一种特殊的生态系统,该系统不同于陆地生态系统和水生生态系统,它是介 于两者之间的过渡生态系统。根据所学的知识回答有关问题: (1)湿地具有涵养水源、净化水质的作用,这体现了生物多样性的________价值。 (2)某湿地因过度排放工业废水、生活污水而遭到破坏,这是因为污染物的排放量超过了 湖泊的________________,使其________________稳定性减弱。 (3)若将(2)中的湿地改为湿地公园则群落的演替方式是________。 改造时, 要适当增加生 物的种类,这符合生态工程的________________原理;此外,还要遵循协调与平衡原理,其 目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)改造后的湿地中,有一条食物链为甲(W1)→乙(W2)→丙(W3),括号内为该生物的同化 量。正常情况下测算,发现 W2 远小于 W1/10,其原因是________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)湿地涵养水源、净化水质的作用,体现了生物多样性的间接价值。(2)生态系统 具有一定的自我调节能力,但生态系统的自我调节能力是有限的,当外界干扰的强度超出一 定限度时,生态系统会丧失自我调节能力。某湿地因过度排放工业废水、生活污水而遭到破 坏,是因为污水的排放量超过了湖泊的自我调节能力,使其抵抗力稳定性降低。(3)将湿地改 为湿地公园,则群落的演替方式是次生演替。改造时增加生物的种类,符合生态工程的物种 多样性原理。改造时还需要考虑环境承载力(又称环境容纳量),即要考虑环境所能养活的种 群数量,避免生态系统的失衡和破坏,即遵循协调与平衡原理。(4)甲的同化量中有部分被自 身消耗,还有一部分流入乙及与乙同营养级的其他种群,故乙的同化量 W2 远小于 W1/10。 答案:(1)间接 (2)自我调节能力 抵抗力 (3)次生演替 物种多样性 使生物数量不 能量 (2)流向对人类最有益的部分 短 (3)分解者

超过环境承载力,避免生态系统的失衡和破坏 部分流入与乙同营养级的其他种群

(4)甲的同化量中有部分被自身消耗,还有一

9.(2017· 哈尔滨三中模考)随着工业的发展,采矿业对环境造成了严重破坏。如何恢复

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矿区废弃地的生态环境,从而实现经济、社会与环境持续协调的发展,越来越多地受到人们 的关注。如图为矿区生态系统恢复工程流程图,请分析回答:

(1)矿区废弃地对生态系统造成的负面影响包括________。(填选项) ①造成土体、土壤、植被的破坏 ②极端恶劣的土地条件会阻碍植被的生长 ③影响土

地景观 ④可能产生严重的重金属污染 A.①② C.①②③④ B.③④ D.①②③

(2)在矿区废弃地的生态恢复工程中, 要充分考虑到__________________________三者间 的持续协调发展关系。 (3)该生态工程所遵循的主要原理是____________________________。 (4)该恢复工程中,①、②分别是指__________________、________________。该生态恢 复的关键在于__________________,以及______________________________的重建。 (5)恢复植被的措施是植树和种草, 为什么不是种植农作物?________________________ ________________________________________________________________________。 答案:(1)C (2)生态效益、社会效益和经济效益 植被恢复 (3)整体性原理、协调与平衡原理 (4)

工程机械措施 制造表土、 压实

植被恢复所必需的土壤微生物群落

(5)矿区土

壤条件恶劣,不适合农作物的生长;此外,若种植农作物,矿区的重金属会通过食物链危害 人类 10.(2017· 广东五校联考)科学家发明了一种新型的稳定塘污水生态处理系统,取得良好 效果。稳定塘是一种人工构筑、以净化污水为目的的工程设施,具有围堤、防渗层等。稳定 塘包括好氧塘、兼性塘、厌氧塘等,其结构如图所示,稳定塘污水生态处理系统的主要指标 如表所示,请分析有关材料,回答下列问题:

类型 好氧塘

深浅(m) <1

污水停留 时间(d) 3~5

适宜处理污水中有 机物浓度 低

含有的主要生物 藻类、好氧菌等

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兼性塘 厌氧塘

1~2 2.5~5.0

5~30 20~50

较高 高

细菌、 真菌、 原生动物、 藻类等 厌氧菌等

(1)从表中数据可以发现:不同的稳定塘水深差异明显。这主要与稳定塘生态系统中的分 解者对__________的需求不同有关。 (2)好氧塘内藻类生长通常比正常情况要快,其主要原因是________________________。 (3)污水在厌氧塘中停留时间较长的原因主要是__________________________________ _______________________________________________________________________。 同时,废水不能过量流入厌氧塘,说明生态系统的________________能力有限。经过稳 定塘处理的污水,再流经潜流湿地,就能作为农业、工业用水。该系统主要依据了生态工程 中的__________________、________________________等原理。 (4)由于人们长期向湖泊、河流中大量排放生活污水(和某些工农业废水),导致水华现象 频繁发生,人工打捞、投放大量化学杀藻剂等紧急处理是常用的治理方法。近年来,人们还 采用投放食浮游植物的鱼类、种植大型挺水植物和人工浮床等方法构建生物修复系统,收到 较好的效果。与杀藻剂处理水华相比,生物修复方法的主要优点是______________________ 和________________________________________________________________________。 解析:(1)不同的分解者对氧气的需求不同,故不同的稳定塘水深差异明显。(2)好氧塘中 分解者能彻底氧化分解有机物,为藻类提供 CO2 和无机盐,因此藻类生长较正常情况要快。 (3)从表格可以看出,厌氧塘适宜处理有机物的浓度高,其中的厌氧菌分解大量有机物所需时 间较长,故污水在厌氧塘中停留时间较长;生态系统的调节能力是有一定限度的,因此污水 不能过量排入;该生态系统的建立利用了生态工程的物种多样性原理和物质循环再生原理。 (4)生物修复方法与化学方法相比,减少了环境污染,保护了生物多样性,也可避免藻类产生 抗药性。 答案:(1)溶氧量(或氧气) (2)分解者分解有机物,为藻类提供 CO2 和无机盐 塘适宜处理污水中有机物浓度高,其厌氧菌分解大量有机物所需时间长 自我调节 样性 物质循环再生 (4)减少环境污染 (3)厌氧 物种多

保护生物多样性(或不杀伤天敌,或不会使藻类产

生抗药性,答案合理即可)


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