高考生物二轮复习第1部分专题讲练突破专题8现代生物科技专题第16讲基因工程和细胞工程

高考生物二轮复习第1部分专题讲练突破专题8现代生物科技专题第16讲基因工程和细胞工程

专题八 现代生物科技专题 第 16 讲 基因工程和细胞工程 [考纲热度]1.基因工程的诞生Ⅰ(5 年 2 考) 2.基因工程的原理及技术Ⅱ(5 年 15 考) 3．基因工程的应用Ⅱ(5 年 10 考) 4.蛋白质工程Ⅰ(5 年 7 考) 5．植物的组织培养Ⅱ(5 年 9 考) 6.动物细胞培养与核移植技术Ⅰ(5 年 6 考) 7．动物细胞融合与单克隆抗体Ⅱ(5 年 8 考) [诊断知识盲点] 1．切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别 6 个核苷酸序列。(×) 2．载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(×) 3．抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达。(√) 4．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。(×) 5．用 PCR 方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(√) 6．PCR 体系中一定要添加从受体细胞中提取的 DNA 聚合酶。(×) 7．外源 DNA 必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(×) 8．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点。(√) 9．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(√) 10．将 ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒 pET28b 导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨 酶。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个 ada。(×) 11．限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。(×) 12．E·coli DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。(×) 13．目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。(√) 14．为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。(×) 15．检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原—抗体杂交技术。(×) 16．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(√) 17．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。(×) 18．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(×) 19．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞。(×) 20．经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子。(√) 21．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。(×) 22．培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。(×) 23．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(√) 24．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(×) 25．愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的。(×) 26．再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志。(√) 27．在 25℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。(×) 28．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶。(×) 29．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。(√) 30．体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×) 31．动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。(√) 32．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×) 33．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变。(×) 34．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。(×) 35．动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(×) 36．克隆动物的性状与供体动物完全相同。(×) [构建知识网络] > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > 考点一 基因工程 [高考领航] 1．(2016·高考全国乙卷)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 BamH Ⅰ酶切后，与用 BamH Ⅰ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 ________。 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重组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 2．(2016·高考全国丙卷)图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了 EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ 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 EcoR Ⅰ、Sau3A Ⅰ的切点是唯一的)。 根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 BamH Ⅰ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，BamH Ⅰ和 Sau3A Ⅰ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 BamH Ⅰ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.coliDNA 连接酶 T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 3．(2015·高考全国卷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 cDNA(或 DNA) (2)抗体 抗原抗体特异性结合 (3)T(或 T 淋巴) (4)监控和清除 4．(2015·高考全国卷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)从题中所述资料可知，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后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸 的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质 工程中，目的基因可以以 P 基因序列为基础，对生物体内原有 P 基因进行修饰，也可以通过 人工合成法合成新的 P1 基因。中心法则的内容如下图所示： 由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA 以自身为模板进行的复制，DNA 通过转录将 遗传信息传递给 RNA，最后 RNA 通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中 RNA 可自 我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以 RNA 为模板逆转录合成 DNA(如 HIV)，这是 对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构 →推测应有的氨基酸序列→合成 DNA→表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其 生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。 答案：(1)氨基酸序列(或结构) (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 [核心探究] 1．理清基因工程的三大操作工具 限制酶 DNA 连接酶 载体 作用 切割目的基因和载体 拼接 DNA 片段，形成重组 DNA 分子 携带目的基因进入受体细 胞 作用 特点 (条件) (1)识别特定的核苷 酸序列； (2)在特定位点上切 割 DNA 分子 (1)E·coliDNA 连接酶 只能连接黏性末端； (2)T4DNA 连接酶能连接 黏性末端和平末端 (1)能在宿主细胞内稳定存 在并大量复制； (2)有一个至多个限制酶切 割位点； (3)具有特殊的标记基因 2.把握基因工程的四步操作程序 (1)目的基因的获取 ①从基因文库中获取。 ②利用 PCR 技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。 ③用化学方法人工合成 a．对于核苷酸序列已知的直接人工合成。 b．可通过反转录法获取，即 mRNA 逆转录酶,单链 DNADNA 聚合酶,双链 DNA。 (2)基因表达载体的构建 ①基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因＋复制原点。 ②基因表达载体的构建方法 (3)将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 农杆菌转化法、基因枪法、 花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法(Ca2＋处理 法) 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 (4)目的基因的检测与鉴定 ①导入检测：DNA 分子杂交技术(使用 DNA 探针)。 ②表达 检测 转录检测：分子杂交技术检测 mRNA。 翻译检测：用相应的抗体进行抗原—抗体杂交 ③个体生物学水平鉴定：如对转基因作物进行抗虫或抗病等接种实验。 基因工程的七大失分点 1．启动子、终止子 (1)启动子(DNA 片段)≠起始密码子(RNA 上相邻的 3 个碱基)。 (2)终止子(DNA 片段)≠终止密码子(RNA 上相邻的 3 个碱基)。 2．限制酶、DNA 酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶 (1)限制酶≠DNA 酶 (2)DNA 连接酶≠DNA 聚合酶 3．将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端或平末端。 4．限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。 5．基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。 6．目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部 位。 7．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，称为转化。 转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 [题点突破] 1．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因，只有含卡那 霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程。请据图 回答下列问题： (1)A 过程需要的酶有________和________________。 (2)要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用________处理土壤农杆菌，使土壤农杆 菌转变为________态；然后将__________________在缓冲液中混合培养完成转化过程。 (3)含有重组质粒的土壤农杆菌侵染离体棉花叶片组织后，将离体棉花叶片组织培养成 再生植株要经过 C____________和 E____________。如果要确保再生植株中含有抗虫基因， 可在 C 过程的培养基中加入________________________________________。 (4)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是_______________。 这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_____________________。 解析：(1)基因表达载体构建过程中，需要用同种限制酶切割目的基因和载体，使它们 产生相同的黏性末端，再用 DNA 连接酶把这两个 DNA 片段连接起来。(2)农杆菌转化法导入 目的基因时，首先必须用 Ca2＋处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为感受态；然后将重组质 粒和感受态细胞在缓冲液中混合培养完成转化过程。(3)植物组织培养过程的关键步骤是脱 分化和再分化。因为只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长，故若要 确保再生植株中含有抗虫基因，可在 C 过程的培养基中加入卡那霉素。(4)目的基因能否在 棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞的 DNA 分子上，检 测采用的方法是 DNA 分子杂交技术。 答案：(1)限制酶 DNA 连接酶 (2)Ca2＋ 感受 重组质粒和感受态细胞 (3)脱分化 再分化 卡那霉素 (4)目的基因是否插入受体细胞的 DNA 分子上 DNA 分子杂交技术 2．抗凝血酶Ⅲ蛋白是一种血浆糖蛋白，临床上主要用于血液性疾病的治疗。凝乳酶是 奶酪生产中的关键性酶。下列是生产这两种酶的相关思路，请回答下列问题： (1)图 1 为通过培育转基因奶牛获得抗凝血酶Ⅲ蛋白的流程。 ①图中过程 a 指的是利用________法将目的基因导入受精卵，受体细胞不选用体细胞的 理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②在胚胎移植前，需进行____________，目的是确定要培育的个体能产奶。 ③可采用________法来鉴定牛奶中是否含有抗凝血酶Ⅲ蛋白。 (2)从牛胃液中分离得到的凝乳酶以其催化能力强而被广泛应用，研究人员运用基因工 程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中。 ①从牛胃细胞中提取 mRNA，再通过________形成 cDNA。以此 cDNA 为模板通过 PCR 扩增 目的基因，有时需要在引物的 5′端设计________(填“限制酶”、“DNA 连接酶”或“RNA 聚合酶”)识别序列，以便构建重组 DNA 分子。 ②为提高重组 DNA 分子的比例，在构建重组 DNA 分子(如图 2 所示)时最好选用 ______________作限制酶。 ③经研究发现，如果将该凝乳酶的第 20 位和 24 位氨基酸变为半胱氨酸，则其催化能力 将提高 2 倍。现已知通过蛋白质工程可生产高效凝乳酶，请写出有关制备步骤： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)图 1 是培育转基因牛的简易流程图，所以 a 过程指的是将目的基因导入受精 卵，采用的方法为显微注射法。动物体细胞的全能性一般不能表现，所以选择受精卵作为受 体细胞。只有母牛才能产奶，所以进行胚胎移植前需要对胚胎进行性别鉴定。鉴定牛奶中是 否含有目标蛋白，常采用抗原—抗体杂交法。(2)以 RNA 为模板获得 DNA 的过程称逆转录。 PCR 技术用于快速扩增目的基因，而基因工程中只需用限制酶来切割 DNA。 目的基因两末 端碱基序列不同以及切开的质粒两末端碱基序列不同才能避免各自的自连，进而提高重组 DNA 的比例。 答案：(1)①显微注射 动物体细胞的全能性一般不能表现 ②性别鉴定 ③抗原—抗 体杂交 (2)①逆转录 限制酶 ②BamH Ⅰ和 PstⅠ ③找到相对应的脱氧核苷酸序列→定向改 造凝乳酶基因→将改造后的凝乳酶基因导入受体细胞等(答案合理即可) 考点二 克隆技术 [高考领航] (2014·高考新课标全国卷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。 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)分析题图可知，经 4 次免疫后，小鼠 Y 的血清抗体效价就可达到 16 000 以上。 由于 4 次免疫后的 Y 小鼠的血清抗体效价最高，故最适合用于制备 B 淋巴细胞。(2)细胞融 合实验中，由于细胞融合是随机的，而且诱导融合率不可能达到 100%，所以会有未融合的 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞、融合的具有同种核的细胞和杂交瘤细胞三种类型。(3)杂交瘤细胞 同时具有 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞的核物质，但细胞核只有一个。由于杂交瘤细胞在分裂过 程中染色体会丢失，故细胞核中染色体数目最多是 40＋60＝100(条)。(4)B 淋巴细胞已经分 化，没有无限增殖的潜能。 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% (3)1 100 (4)不能无限增殖 [核心探究] 1．比较记忆植物组织培养与动物细胞培养 项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 过程 结果 获得植株个体 新的细胞 条件 ①无菌 ②营养 ③适宜条件 ①无菌、无毒 ②营养，血清等 ③温度和 pH ④气体环境：O2、CO2 应用 ①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培养 ③人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育 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、药理学的研究 2.比较记忆植物体细胞杂交与动物细胞融合 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性 过程 相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 融合方法 物理法：离心、电激、振动； 化学法：聚乙二醇等试剂诱导 除物理法和化学法外还可以 用灭活的病毒诱导 结果 杂种植株 杂交细胞 意义 克服了远缘杂交的不亲和性，获得 杂种植株 突破了有性杂交方法的局限， 使远缘杂交成为可能 3.理清动物细胞核移植的过程 4．熟记单克隆抗体的制备过程 细胞工程的七大失分点 1．植物组织培养的目的不同，培养阶段不同：若生产人工种子，则培养到胚状体阶段； 若提取细胞产品，则一般培养到愈伤组织阶段；若培养新个体，则应培养到试管苗阶段。 2．脱分化形成愈伤组织的过程不需要光，再分化过程需要光，因为愈伤组织利用有机 营养成分，而试管苗需要进行光合作用以自养。 3．植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素浓度比例不同，因为培养的目的不 同(生根或生芽)。 4．动物细胞融合和植物体细胞杂交产生的“后代”中都含有两个“亲本”的遗传物质； 植物组织培养和人工种子产生的后代中都只含一个亲本的遗传物质。 5．灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体 的抗原结构。 6．除了受到注射的抗原的刺激，小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激，因此 从小鼠体内取出的多个 B 淋巴细胞可能产生多种不同抗体。 7．单克隆抗体制备过程中，进行了多次动物细胞培养的操作，说明动物细胞培养是动 物细胞工程的基础。 [题点突破] 1．科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种 细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上 的蛋白质，其培育过程如图所示： (1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有______________________________。 (2)过程①常用的酶是____________，细胞融合完成的标志是________________。 (3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时 可用显微镜观察，根据细胞膜表面荧光的不同可观察到________种不同的原生质体，当观察 到______________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。 (4)过程③和过程④依次为______________________，过程④中的培养基常添加的植物 激素是________________。 (5)若番茄细胞内含 m 条染色体，马铃薯细胞中含 n 条染色体，则“番茄—马铃薯”细 胞在有丝分裂后期含________条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍 体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________植株。 解析：(1)植物体细胞杂交包括原生质体融合和培育杂种植株两大步骤，两者的原理分 别是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。(2)去除细胞壁常用的酶是纤维素酶和果胶酶， 细胞融合完成的标志是形成新的细胞壁。(3)化学促融剂是聚乙二醇，两两融合的原生质体 有三种：番茄—番茄、番茄—马铃薯、马铃薯—马铃薯，其中杂种细胞的细胞表面有两种颜 色的荧光。(4)过程③和过程④分别表示脱分化和再分化，诱导细胞分化所用的植物激素主 要是生长素和细胞分裂素。(5)“番茄—马铃薯”体细胞有 m＋n 条染色体，有丝分裂后期染 色体数目加倍，由配子发育成的个体均为单倍体。 答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 (2)纤维素酶和果胶酶 形成了新的细胞壁 (3)聚乙二醇(或 PEG) 3 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光 (4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素 (5)2(m＋n) 单倍体 2.如图所示为动物细胞培养过程中，动物细胞增殖情况的变化曲线(图中 B、D 两点表示 经筛选后继续培养)，请据图回答下面的问题： (1)OA 段的培养称为________培养，AB 段可能发生了________现象，需要用________ 酶处理，以使组织细胞分散开来。 (2)动物细胞培养和植物组织培养过程中，就细胞增殖、分化来说，动植物细胞都要进 行________________，不同的是植物细胞还要进行________________________________。 (3)为制备单克隆抗体，需将________注射到小鼠体内，以此获取________细胞，同时 可选取图中________点的细胞与该细胞融合形成杂交细胞，所选取细胞的细胞膜上的 ________比正常细胞显著减少。为筛选出能够产生单克隆抗体的杂交瘤细胞，可用________ 培养基达到目的。 解析：据图中不同阶段细胞的增殖代数可知，AB 段细胞不再增殖，但此时细胞仍有增 殖能力，所以此时可能发生了接触抑制，故 OA 段为原代培养；D 点细胞增殖代数达到了 60 次以上，故此时细胞发生了癌变，获得了无限增殖的能力。 答案：(1)原代 接触抑制 胰蛋白 (2)增殖(或分裂) 脱分化和再分化 (3)抗原 浆 D 糖蛋白 选择 限时规范训练 (建议用时：40 分钟) 1．我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量 比普通大米高 60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。下面为培育转基因水稻过程示意 图，请回答： (1)在上述工程中，铁结合蛋白基因称为________，获取该基因后常用________技术进 行扩增。 (2)构建重组 Ti 质粒时，通常要用同种限制酶分别切割___________和________。将重 组 Ti 质粒转入农杆菌时，可以用________处理农杆菌，使重组 Ti 质粒易于导入。 (3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养， 可以获得________________；培养基3与培养基2的区别是____________________________。 (4)检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻________________。 解析：本题中培育转基因水稻的目的是获得铁含量比普通大米高的大米，因此目的基因 为铁结合蛋白基因，要大量获得此基因一般采用 PCR 技术进行扩增。若构建重组质粒则要用 同种限制酶切割含目的基因的 DNA 片段和质粒。将外植体培养成试管苗的过程要用到不同的 培养基，各培养基最明显的差别在于所添加激素的比例不同。 答案：(1)目的基因 PCR (2)含目的基因的 DNA 片段 质粒 CaCl2 (3)含有重组质 粒的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的浓度比例 (4)种子中铁含量 2．为探究 SHH 基因与角化囊肿发生的相关性，科研人员利用 SHH 基因的非模板链转录 合成的 RNA 作为探针，进行分子杂交实验，以检测 SHH 基因在角化囊肿中的表达情况。其基 本流程如下图(Amp 表示氨苄青霉素抗性基因；LacZ 基因被 SHH 基因插入后不表达)。 请回答： (1)重组载体中 SHH 基因转录合成 RNA 探针时，________(填“需要”或“不需要”)启 动子。 (2)步骤②中，用 Ca2＋处理大肠杆菌，使之成为________细胞，然后导入重组载体。实 验中，用添加氨苄青霉素的培养基培养大肠杆菌，未导入质粒的细菌将会死亡，原因是这些 细菌不含有________基因。 (3)能表达 LacZ 基因的大肠杆菌在含有 IPTG 和 Xgal 的培养基上会形成蓝色菌落，易 于识别。根据上述原理可以初步判断____(填“蓝色”或“白色”)菌落中的大肠杆菌为重组 菌。 (4)将制备的探针加入角化囊肿切片中，探针将与__________形成杂交带，进而判断 SHH 基因的转录情况。 解析：(1)启动子是 RNA 聚合酶的识别位点，任何基因的表达(转录)均需要启动子。(2) 大肠杆菌细胞用 Ca2＋处理后就成为感受态细胞；能在添加氨苄青霉素的培养基上生存的细菌 含有氨苄青霉素抗性基因，没有氨苄青霉素抗性基因的细菌将会死亡。(3)能表达 LacZ 基因 的大肠杆菌在含有 IPTG 和 Xgal 的培养基上会形成蓝色菌落，而重组菌中 LacZ 基因被 SHH 基因插入后不表达，重组菌在含有 IPTG 和 Xgal 的培养基上会形成白色菌落。(4)判断 SHH 基因的转录情况，也就是判断 SHH 基因是否转录出 mRNA。 答案：(1)需要 (2)感受态 Amp(或氨苄青霉素抗性或抗性) (3)白色 (4)SHH 转录 的 mRNA(只写 mRNA 不对) 3．马铃薯是种植广泛的农作物，病毒侵染后导致产量大幅下降，培育脱毒的马铃薯品 种是提高产量的有效方法。请分析并回答。 (1)马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，经过人工 培养获得脱毒苗。培养基中添加____________(填激素名称)，诱导离体细胞经过________ 和________完成组织培养过程，从而形成脱毒苗。为监控脱毒苗的质量，可采用_________ 的方法检测病毒的蛋白质。 (2)研究人员研究了茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，实验结果如图。 实验结果表明，茎尖越小，________________，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适 宜大小为________mm。 解析：(1)离体的植物组织必须在植物激素的作用下才能经脱分化形成愈伤组织，然后 经再分化形成具有根、茎、叶的植物体。检测病毒的蛋白质要用抗原—抗体杂交法。(2)据 图可知，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，当茎尖大小为 0.27 mm 时脱毒率和成苗率相 对都较高。 答案：(1)生长素和细胞分裂素 脱分化 再分化 抗原—抗体杂交 (2)脱毒率越高，成苗率越低 0.27 4．如图是植物体细胞杂交过程示意图，如果 A、B 植物均为二倍体，据图回答下列问题： (1)图中所示过程的原理有： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)图中的①过程是 ________________________________________________________________________。 (3)植物体细胞融合成功的标志是 ________________________________________________________________________， 其产生与细胞内________(细胞器)有关。 (4)③和④过程分别是________和________过程。该杂交植株有________个染色体组。 (5)该技术的最显著优势是： ________________________________________________________________________。 解析：(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体 A 和原生质体 B 的融合过程，其原理是细 胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。(2)图中的 ①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞 壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分 化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体的细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体， 含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。 答案：(1)细胞膜具有一定的流动性、植物细胞具有全能性(缺一不可) (2)(去壁)制备 原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)克服远缘杂交不 亲和的障碍 5．如图是科学家利用小鼠成纤维细胞获得单克隆抗体的示意图。请据图回答： (1)获取转录因子基因需要的工具酶是________，因成纤维细胞较小，过程①将目的基 因导入小鼠成纤维细胞时常用的载体是________。 (2)过程②称为________，在此过程中，成纤维细胞在转录因子基因的作用下，转化为 iPS 胚性细胞，在体外培养条件下，iPS 胚性细胞能不断进行________。 (3)过程③为动物细胞融合，此过程常用________、灭活的病毒、电刺激等诱导细胞融 合，融合后的 Y 细胞具有________________________________________________的特性。 (4)对杂种细胞 Y 进行________和________后，才能筛选出能产生特异性抗体的杂种细 胞。 答案：(1)限制酶 动物病毒 (2)动物细胞培养 细胞增殖(细胞分裂) (3)聚乙二醇(PEG) 既能大量增殖，又能产生单一抗体 (4)克隆化培养 (抗原—)抗体检测 6．研究人员利用生物工程技术，探究猪 bmp15 基因在不同组织细胞中的特异性表达。 该工程技术基本流程如下图(EGFP 基因控制合成增强型绿色荧光蛋白；过程②表示表达载体 2 成功导入各组织细胞)。请回答： (1)过程①中，需利用________________限制酶处理表达载体 1。 (2)过程②中，常采用________技术将表达载体 2 成功导入受体细胞。 (3)在实 验结 果的 基础 上， 提取上 述猪 肌肉 细胞 的____________( 填“mRNA” 或 “DNA”)，利用标记的________作探针，进行分子杂交，可进一步探究猪 bmp15 基因特异性 表达的原因。 (4)据实验结果推测，猪 bmp15 基因在________细胞特异性表达。 答案：(1)XhoⅠ和 Hind Ⅲ (2)显微注射 (3)mRNA EGFP 基因 (4)猪卵巢 7．如图表示构建转入了人抗体基因的小鼠生产人源性单克隆抗体的流程。请据图回答 下列问题： (1)图示过程涉及的生物技术有_____________、_____________、______________。 (2)构建的基因表达载体除含有人抗体基因、标记基因外，还应具有____________。 (3)向转基因小鼠注射特定的抗原后，从小鼠的________中提取 B 淋巴细胞；②过程通 常用_______________诱导。 (4)细胞 X 是_____________，体外培养细胞 X 所用的培养液必须添加______________ 等天然成分，培养过程中会产生接触抑制吗？________。 答案：(1)转基因技术 动物细胞培养 动物细胞融合(其他合理答案亦可) (2)启动 子、终止子 (3)脾脏 聚乙二醇或灭活的病毒 (4)杂交瘤细胞 血浆或血清 不会 第 17 讲 胚胎工程和生态工程 [考纲热度]1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础Ⅰ(5 年 18 考) 2.胚胎干细胞的移植Ⅰ(5 年 7 考) 3．胚胎工程的应用Ⅱ(5 年 19 考) 4.简述生态工程的原理Ⅱ(5 年 8 考) 5．生态工程的实例Ⅰ(5 年 4 考) [诊断知识盲点] 1．胚胎移植技术中对供体和受体母牛都要进行相同激素处理。(×) 2．胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低。(√) 3．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。(×) 4．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性。(√) 5．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精。(√) 6．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。(×) 7．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清。(√) 8．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。(√) 9．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加。(×) 10．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。(×) 11．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。(×) 12．精子和卵子的发生都是从初情期开始的。(×) 13．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。(√) 14．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。(√) 15．排卵是指卵泡从卵巢中排出。(×) 16．内细胞团将来发育成胎膜和胎盘。(×) 17．中国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。(√) 18．对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割。(×) 19．生态工程是无消耗、多效益的工程。(×) 20．“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理。(×) 21．在建设高新农业时，沼气池的建立遵循了物质循环再生原理。(√) 22．“总体功能大于各部分之和的效果”是利用系统整体性原理。(√) 23．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。(√) 24．设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化。(×) 25．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。(√) 26．依据协调与平衡原理，进行引种工程时，应考虑被引物种与环境的关系。(√) 27．在应用植物修复技术治理重金属污染的土壤时，需选择符合要求的植物，这遵循了 生态工程的系统整体性原理。(×) 28．建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系 统总能量利用率降低。(×) 29．矿山废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益。(×) 30．我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这属于大区域生态系统恢复工程。(√) 31．建立不同的生态工程要依据不同的原理，因地制宜，不能生搬硬套。(√) 32．在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。 (√) 33．即使有了生态工程，也不能走先污染后治理的路子。(√) [构建知识网络] > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > 考点一 胚胎工程 [高考领航] 1．(2016·高考全国甲卷)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。 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 胞细胞质中的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 (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 (4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性 2．(2013·高考新课标全国卷Ⅰ·节选)阅读如下资料： 资料丙：兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移 植到兔乙体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。 回答下列问题： (3)资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到________种的、 生理状态相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中， 兔甲称为________体，兔乙称为________体。 解析：(3)胚胎工程中胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他 方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新 个体的技术。资料丙中甲兔提供早期胚胎，所以甲兔是供体；胚胎在乙兔子宫内发育，所以 乙兔为受体。 答案：(3)同 供 受 [核心探究] 1．胚胎工程的概念 (1)理论基础：哺乳动物的受精机制和早期胚胎发育的规律。 (2)技术手段：体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。 (3)操作对象：早期胚胎、配子。 2．体内受精和早期胚胎发育 (1)精子的发生 ①场所：睾丸；②开始时期：初情期。 (2)卵子的发生 ①场所：卵巢；②开始时期：性别分化后。 (3)受精 ①场所：输卵管。 ②实质：雌、雄原核结合成为受精卵。 ③标志：卵细胞膜与透明带的间隙可以观察到两个极体。 (4)早期胚胎发育 受精卵→卵裂期(有丝分裂，桑椹胚及以前细胞是全能细胞)→囊胚期(囊胚腔、内细胞 团、滋养层)→原肠胚期(三胚层、原肠腔)。 3．体外受精和早期胚胎培养 (1)体外受精 ①卵母细胞的采集方法：超数排卵法和直接采集法。 ②精子的采集和获能。 a．采集方法：假阴道法、手握法、电刺激法。 b．获能方法：培养法和化学诱导法。 (2)早期胚胎培养 ①目的：检查受精状况和受精卵的发育能力。 ②胚胎处理：受体移植或冷冻保存。 4．胚胎移植的生理学基础 (1)供、受体生殖器官的生理变化相同。 (2)早期胚胎与母体无联系。 (3)受体对外来胚胎无免疫排斥反应。 (4)供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。 5．理清胚胎工程的操作流程 胚胎工程的四大失分点 1．区别两种标志： (1)受精的标志：看到两个极体。 (2)受精完成的标志：雌雄原核融合。 2．两种“冲卵”的不同： (1)胚胎移植：冲出的是早期胚胎。 (2)体外受精：冲出的是卵子。 3．两次使用的激素不同： (1)孕激素：对供、受体进行同期发情处理。 (2)促性腺激素：对供体进行超数排卵处理。 4．不同胚胎发育的个体生殖方式不同： (1)有性生殖。 ①体内受精产生胚胎发育的个体。 ②体外受精产生胚胎发育的个体。 ③采用显微注射技术将外源(目的)基因导入受精卵培育的胚胎发育的个体。 (2)无性生殖。 核移植产生的重组细胞培育的胚胎，培育出克隆动物。 [题点突破] 1．哺乳动物单倍体胚胎干细胞技术是遗传学研究的新手段，该项技术为研究隐性基因 功能提供了理想的细胞模型。如图表示研究人员利用小鼠获取单倍体胚胎干细胞的方法。请 分析回答。 (1)方法一中，研究人员需对实验小鼠注射________，使其________，从而获得更多的 卵母细胞。用 SrCl2 溶液处理、激活卵母细胞，在体外选用特制的培养液培养至________期， 从内细胞团中分离、筛选出胚胎干细胞。采用这种方法获得的单倍体胚胎干细胞称为孤雌单 倍体胚胎干细胞。 (2)采用方法二可获得孤雄单倍体胚胎干细胞。受精阶段，防止多精入卵的第一道屏障 是________。研究人员用特定方法去除细胞 M 中的________原核，再对处理后的细胞进行进 一步的培养、分离和筛选。 (3)研究发现，小鼠单倍体胚胎干细胞存在自发二倍体化的现象。为此，可以通过测定 并分析细胞内 DNA 分子的含量，或利用显微镜观察处于________________(写出分裂类型及 时期)细胞的染色体数目进行确定。 解析：(1)超数排卵利用的激素是促性腺激素。胚胎发育到囊胚阶段出现细胞分化，形 成内细胞团。(2)防止多精入卵的第一道屏障是透明带反应。将受精卵中的雌原核去掉，保 留雄原核，经培育可以得到孤雄单倍体胚胎干细胞。(3)观察染色体形态、计数染色体数目 的最佳时期是细胞有丝分裂中期，因为此时染色体螺旋化程度最高且着丝点整齐排列在赤道 板上。 答案：(1)促性腺激素 超数排卵 囊胚 (2)透明带反应 雌 (3)有丝分裂中期 2．器官移植中供体器官的严重缺乏一直是困扰需要器官移植患者的问题。中山大学眼 科中心主任葛坚领导的研究小组培育出了猴鼠嵌合体———“猴鼠”，期待成果可用于人体 角膜等器官的移植。根据科研过程示意图回答有关问题： (1)图中①培养过程中为了防止杂菌污染要加入一定量的________；而由于人们对细胞 所需的营养物质还没有完全弄清楚，所以还要加入________。 (2)囊胚已出现细胞分化，应将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的________部位，才 能伴随其发育成某种组织。 (3)实验中③和④要同时注射激素的目的是________。而将囊胚移入代孕母鼠体内属于 ________技术，此技术对代孕受体的要求是__________________________________。 (4)在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是________________，若想进一步提高胚胎 的利用率，可采用________________技术。 答案：(1)抗生素 血清(或血浆) (2)内细胞团 (3)同期发情处理 胚胎移植 同种、健康的生理状态相同的其他雌性动物 (4)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 胚胎分割 考点二 生态工程 [高考领航] (2011·高考新课标全国卷)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： (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)依据题干提供的信息分析，污水流经厌氧沉淀池时，有些微生物能通过无氧 呼吸分解有机物；流经曝气池时，有些微生物能通过有氧呼吸分解有机物；流经兼氧池后， 微生物能通过有氧呼吸和无氧呼吸分解有机物。(2)据本小题提供的信息可推知，植物池中 所有的生物构成了群落。植物处于食物链的第一营养级；植物池中所有蛙类获得的能量最终 来源于生产者所固定的太阳能。(3)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、物种多样性原理、系统学和工程学原理等。(4)根据本小题中提 供的信息可推测出，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境或受损的生态系统进行修 复。 答案：(1)无氧和有氧(或细胞) (2)群落 一 生产者 太阳 (3)物质循环再生 物 种多样性 (4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统) [核心探究] 1．理清生态工程的原理与类型 2．生态工程基本原理的判断方法 (1)强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→物质循环再生原理。 (2)体现物种多，营养关系复杂→物种多样性原理。 (3)强调生物与环境的协调与平衡；涉及环境承载力→协调与平衡原理。 (4)涉及自然、经济和社会；指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。 (5)涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理(系统学和工程 学原理)。 (6)涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→ 系统整体性原理(系统学和工程学原理)。 1．生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。 2．生态工程的研究对象为“社会—经济—自然复合生态系统”。 3．生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成 为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物资源化，而实现循环经济最重要的手 段之一就是生态工程。 [题点突破] 1．如图是一个庭院生态工程的模式图。请据图分析回答： (1)该图中有________条食物链。 (2)该生态系统中处于第二营养级的生物有________。 (3)从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤 炭相比，突出的优点是__________________________________。 (4)该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)该生态工程遵循的原理有 ________________________________________________________________________等。 解析：(1)该生态系统中的食物链有植物→人、植物→猪→人、植物→鸡→人、植物→ 鸭→人，共 4 条。(2)据食物链可以判断，人、猪、鸡、鸭均为第二营养级的生物。(3)太阳 能、沼气属于清洁能源，无污染或污染很少。(4)该生态工程可以更充分地利用流向分解者 或未利用的能量。(5)将流向分解者的物质和能量再度利用，符合物质循环再生原理。 答案：(1)4 (2)人、鸡、鸭、猪 (3)减少了燃烧煤炭所产生的污染 (4)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用 (5)物质循环再生原理 2．如图是我国南方开始尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性， 吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物 养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉 类。请据图回答下列问题： (1)该生态系统中最主要的成分是________，鸭在该生态系统中属于第______营养级。 (2)若该生态系统中有鼠，调查鼠的种群密度，常用的方法是________；调查该生态系 统中杂草中稗草的种群密度，一般采用的方法是________。 (3)在生态系统中，基本组成元素能在生物群落和无机环境中不断循环，为什么还要往 农田中不断施加氮肥？ _______________________________________________________________________。 (4)写出该生态系统运用的生态工程原理：______________________(至少 2 种)。 解析：(1)每个生态系统中的主要成分都是生产者，从图中看，鸭在不同的食物链中所 处的营养级不同，分别处于第二、三营养级。(2)鼠的活动能力较强，所以一般采用标志重 捕法调查种群密度；调查植物种群密度一般采取样方法。(3)农田生态系统中生产的产品， 不断被运出，所以在农田中要不断施加氮肥，补充氮元素才能保证农田生态系统不断输出产 品。(4)该农田生态系统利用的生态工程原理有物质循环再生、整体性、协调与平衡、物种 多样性等原理。 答案：(1)水稻、杂草、蔬菜(生产者) 二、三 (2)标志重捕法 样方法 (3)氮元素不断通过农产品输出该生态系统 (4)物质循环再生、整体性、协调与平衡、物种多样性等原理 限时规范训练 (建议用时：40 分钟) 1．下面是有关胚胎工程的相关问题，请回答： (1)胚胎工程技术包含的内容很丰富，目前在生产中应用较多的是家畜的_____、_____ 和体外________技术。 (2)哺乳动物的体外受精主要包括_________、__________和受精等几个主要步骤。 (3)精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入________中继续培养，以检查受精状况 和受精卵的发育能力。 (4)胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料，它除了能从早期胚胎中分离外，还可 以从________获得。胚胎干细胞在饲养层细胞上，或在添加分化抑制因子的培养液中，能够 维持________的状态。 答案：(1)胚胎移植 胚胎分割 生产胚胎 (2)卵母细胞的采集(和培养) 精子的采集和获能(精子的获取) (3)发育培养液 (4)原始性腺 不分化 2．如图为科学家采用不同方法培育良种牛的过程，请据图回答下列有关问题： (1)与一般的繁育良种动物方式相比较，胚胎移植的优势是________________。在获取 卵母细胞之前需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的是________。 (2)“转基因牛 D”培育过程中，常用受精卵作为外源基因的受体细胞，主要原因是受 精卵的全能性易于表达，导入目的基因的受精卵需要在________液中进行早期胚胎培养，培 养到________________阶段后可进行胚胎移植。 (3)图中数字标号③代表的结构为______________，③将来发育为______________，c→d 过程需对其均等分割的目的是_____________。A、B 牛基因型是否相同？________。 (4)以上培育过程中，用到的生物技术有_______________________(至少答两个)。 答案：(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 超数排卵 (2)发育培养 桑椹胚或囊胚 (3)内细胞团 胎儿的各种组织 有利于胚胎的恢复和进一步发育 相同 (4)基因工程、早期胚胎培养、胚胎分割、胚胎移植 3．如图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请回答下列相关问题： (1)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为________期，上图 中表示透明带的是________(填数字)。该时期的特点是细胞进行分裂的方式是________分 裂，细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有缩小。 (2)早期发育的胚胎可分为__________________三个阶段，图中将来能够发育成胎儿的 各种组织的结构是[ ]________(中括号内填数字，横线上填结构名称)。 (3)进行胚胎分割时，应该选择发育良好、形态正常的_____，即图中的_____。一般取 图乙中[ ]______(中括号内填数字，横线上填结构名称)细胞做 DNA 分析，进行性别鉴定。 (4)图丙中 7 是________，8 是________。 解析：识图是解题的关键。根据图形特征可以判断：甲是桑椹胚，乙是囊胚，丙是原肠 胚。图中 1 是滋养层，2 是内细胞团，3 是透明带，4 是囊胚腔，5 是外胚层，6 是滋养层， 7 是原肠腔，8 是内胚层。(1)胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这个时期称 为卵裂期。其特点是细胞分裂方式为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不 增加，或略有缩小。(2)早期发育的胚胎可以分为桑椹胚、囊胚、原肠胚三个阶段，内细胞 团将来发育成胎儿的各种组织。(3)可以移植或分割的阶段为桑椹胚和囊胚。一般用滋养层 细胞做 DNA 分析，鉴定性别。(4)图丙中 7 是原肠腔，8 是内胚层。 答案：(1)卵裂 3 有丝 (2)桑椹胚、囊胚、原肠胚 2 内细胞团 (3)桑椹胚或囊 胚 甲或乙(两个空的答案需要相互对应) 1 滋养层 (4)原肠腔 内胚层 4．如图是我国常见的一种生态农业示意图，请据图回答下列问题： (1)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、______、_______、_______原 理。农作物、苍蝇分别属于该生态系统成分中的________、________，沼气池中微生物的异 化作用类型主要是________。 (2)画出该生态系统中由生产者与消费者构成的食物网。 (3)该生态系统建立的意义在于人为调整生态系统的能量流动关系，使能量__________ __________________________________，其最大生态效益是通过多层次分级利用有机废 弃物中的物质，既充分利用了有机物中的________，又__________________________。 (4)从能量流动特点分析，若使地球以有限的资源供养更多的人，人的食物结构应增加 ________性食物的比例。 (5)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)由图示可知苍蝇和蚯蚓以秸秆为食物来源，属于分解者。(2)依据图中能量流 动关系即可绘制食物网。(3)生态农业可将废物资源化，实现能量的多级利用，既充分利用 了能量，又减少了环境污染。(4)食物链越长，消耗的能量越多，因此增大植物性食物的比 例，可减少能量的消耗，以供养更多的人。(5)生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环 境进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善。 答案：(1)物质循环再生 物种多样性 系统学和工程学 生产者 分解者 厌氧型 (2)如图所示： (3)尽可能流向对人类最有益的部分 能量 减少 了环境污染 (4)植物 (5)已被破坏的生态环境(或受损的生态环境) 5．如图是通过培育转基因牛，继而从转基因牛的乳汁中获得人血清白蛋白的示意图， 请回答下列相关问题： (1)人的血清白蛋白基因可从________中获取，也可通过化学方法人工合成。如要在体 外迅速扩增人血清白蛋白基因可采用________技术，此技术需要耐高温的________。要使血 清白蛋白基因在奶牛的乳腺细胞中特异性表达，需在其前面加上________的启动子。 (2)图内 B 中培养的细胞的体积小，细胞核、核仁明显，为胎儿的________，在功能上 具有________。 (3)在过程①培养重组细胞的过程中，需要在培养液中添加的特殊成分是__________。 (4)过程②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， 原因是代孕子宫不会对其发生____________，同时能够在子宫内建立正常的________。 解析：(1)人的血清白蛋白基因可以从基因文库中直接获取，也可通过化学方法人工合 成。如果要在体外迅速扩增人血清白蛋白的基因(目的基因)，可采用 PCR 技术，此技术需要 耐高温的 Taq 酶。要使目的基因在奶牛的乳腺细胞中特异性表达，需在其前面加上乳腺蛋白 基因的启动子。(2)胎儿的原始性腺细胞具有发育的全能性。(3)①过程为动物细胞培养过程， 细胞体外培养所需的营养物质与体内基本相同，例如，需要有糖、氨基酸、促生长因子、无 机盐、微量元素外，还需要添加血清、血浆等一些天然成分。(4)胚胎移植选用的是桑椹胚 或囊胚。移入的胚胎能在受体母牛体内存活的原因是代孕子宫不会对其发生免疫排斥反应， 同时能够在子宫内建立正常的生理和组织上的联系。 答案：(1)基因文库 PCR Taq 酶 乳腺蛋白基因 (2)原始性腺细胞 发育的全能性 (3)动物血清、血浆等一些天然成分 (4)桑椹胚或 囊胚 免疫排斥反应 生理和组织上的联系 6．人的血清白蛋白有着广泛的药用价值，科学家通过培育乳腺生物反应器生产人血清 白蛋白，流程如下： (1)在基因工程中，①被称为____________。若①因数量少而不能满足生产需要，常利 用________技术进行扩增。 (2)②应该取自________(填“雄性”或“雌性”)荷斯坦奶牛，由②到③的过程中，需 将②用________处理后进行培养。 (3)从③到④的过程中，用于核移植的供体细胞③一般都选用传代 10 代以内的细胞，原 因是________________________；作为受体细胞的卵母细胞需培养至________期；形成④时 常通过______________(物理方法)进行激活，使其完成分裂和发育进程。 (4)④培养至⑤后，可通过________技术获得多个⑥，从而提高胚胎的利用率。胚胎移 植的实质是____________________________________。 答案：(1)目的基因 PCR (2)雌性 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) (3)传代 10 代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型 MⅡ中(或减数第二次分裂中) 电脉冲(或电刺激) (4)胚胎分割 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 7．生物技术已经渗入到了我们生活的方方面面，比如： (1)目前临床用的胰岛素生效较慢，科学家将胰岛素 B 链的第 28 和 29 个氨基酸调换顺 序，成功获得了速效胰岛素。生产速效胰岛素，需要对________________(胰岛素/胰岛素 mRNA/胰岛素基因/胰岛)进行定向改造。 (2)科学家利用人绒毛膜促性腺激素的单克隆抗体，制作出了早早孕试纸。要获得人绒 毛膜促性腺激素的单克隆抗体，需要先将____________________________注射到小鼠体内， 培养一段时间之后，将从小鼠脾脏中提取出的________和小鼠的骨髓瘤细胞融合，获得杂交 瘤细胞。 (3)许多不孕不育的夫妇受益于试管婴儿技术，在体外受精前，要对采集到的精子进行 ________处理，才能与卵子受精。受精后形成的受精卵要移入________培养液中继续培养一 段时间再移植到母亲体内，早期胚胎发育到________阶段的某一时刻，会冲破透明带，称之 为“孵化”。 (4)生态工程是实现________经济最重要的手段之一。在进行林业工程建设时，一方面 要号召农民种树，保护环境。另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及 收入等问题，其主要体现的生态工程的基本原理是____________________(只填一个)。 答案：(1)胰岛素基因 (2)人绒毛膜促性腺激素 浆细胞 (3)获能 发育 囊胚 (4)循环 整体性原理 8．胚胎工程技术包含的内容很丰富，如图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况，其 中供体 1 是良种荷斯坦高产奶牛，供体 2 是黄牛，请据图回答下列问题： (1)应用 1 中获得的小牛，其遗传物质来源于________，细胞 B 的名称是__________。 (2)应用 2 中牛完成体内受精的场所是__________，刚种植在子宫内的胚胎其发育程度 一般为__________，胚胎种植后可以通过________从母体获得正常发育所需要的物质。这种 试管牛的产生，采用的胚胎工程技术有______________________________________________ _________________________________________________________(至少答出 2 种)等。 (3)应用 3 中细胞 C、D 分别取自________、________。 (4)应用 4 中通过________技术获得二分胚①和②，同时，可以通过取样________进行 分子水平的早期胚胎性别鉴定；也可以在细胞水平上通过对________的分析进行性别鉴定。 解析：本题主要考查胚胎工程的应用。(1)由图示可看出应用 1 中获得的小牛，其遗传 物质来源于供体 1 和供体 2，细胞 B 为处于 MⅡ中期卵母细胞。(2)体内受精的场所为输卵管。 胚胎移植一般选择桑椹胚或囊胚进行移植，胚胎种植后可以通过胎盘从母体获得正常发育所 需要的物质，试管牛应用了体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等技术手段。(3)(4)细胞 C 来自原始性腺，而细胞 D 来自早期胚胎，利用胚胎分割可获得二分胚，利用滋养层的细胞可 进行早期胚胎性别鉴定，也可通过对染色体的分析进行性别鉴定。 答案：(1)供体 1 和供体 2 MⅡ中期卵母细胞(或减数第二次分裂中期的卵母细胞) (2) 输卵管 桑椹胚或囊胚 胎盘 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植 (3)原始性腺(或生殖 腺) 早期胚胎(囊胚的内细胞团) (4)胚胎分割 滋养层细胞 染色体(或性染色体)