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第二节 现代生物技术对人类社会的总体影响
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第二节
情景导引
地球村面临人口爆炸、资源枯竭和环境恶化的严峻现实。作为用途广泛、发展迅猛的朝阳产业，生物技术在可持续发展中有其他许多技术无可比拟的优势，与环保及资源保护、生态平衡、卫生保健、能源再生和农业发展等密切相关。
思考：(1)你了解到的已投放市场的基因工程药物有哪些？
(2)利用基因工程培育出农作物的优良品质表现在哪些方面？
【提示】 (1)胰岛素、干扰素、乙型肝类疫苗等。
(2)抗旱、抗寒、抗盐碱等作物。
基础自主梳理
一、现代生物技术改善人类生活
1．生物技术革命所实现的生命的复制和改造的标志是________。
2．现代生物技术为人类生活带来的好处
(1)准确____、预防疾病。
基因工程
诊治
(2)有效提高作物、畜禽__________。
(3)开发研制新型____、营养品和保健品。
(4)有效清除、处理________及废弃物。
(5)建立________档案、有效确认身份和侦破案件。
产量与质量
药物
环境污染
遗传信息
思考感悟
1．转基因农作物成分的改变一定是坏事吗？
【提示】 不一定。如营养成分赖氨酸的含量增多。
二、现代生物技术对社会和环境的影响
1．生物技术带来的环境问题
(1)基因的操作和开发是否可能造成自然界__________降低。
(2)经过基因改造的生物是否会危害其他生物体的__________。
遗传多样性
生存和环境
2．生物技术带来的社会问题
(1)基因操作、基因诊断用于人本身，对个人_________造成的后果。
(2) ____________包括经过基因改造的生物体是否会被个人垄断而不利于社会。
(3)对现代生物技术的________是否会限制其他技术。
情感、隐私
基因工程产物
经济支持
(4)强调生物技术的______是否不利于贫困群体的生存、生活。
(5)现代生物技术的______是否会对科学家间的交流合作造成障碍。
商业化
专利化
思考感悟
2．现代生物技术具有“双刃剑”效应，你是如何理解的？
【提示】 生物技术是把“双刃剑”，用之得法，改善人类的生活质量，用之不当，则有可能给人类带来负面效应，如生物武器。
3．正确对待生物技术的作用
(1)在世界范围内达成一些共识，合理规范地使用生物技术，让生物技术掌握在____________的科学家手中，以对全人类负责任的态度使用生物技术。
(2)制定规范性的________，制定具有法律性的国际条例来限制和制止生物技术的滥用。
具有职业道德
国际法规
核心要点突破
现代生物技术改善人类生活的成果
现代生物技术 转基因技术 转基因微生物 有效清除、处理环境污染和废弃物
转基因植物 提高作物产量，解决粮食短缺问题；减少农药使用，减少环境污染，增加食物营养，提高食品品质
转基因动物 提高禽畜的产量与质量，用作生物反应器
现代生物技术 克隆技术 植物组织培养 快速大量繁殖优良性状个体
动物克隆 加速家畜的改良进程，克隆动物充作器官移植供体
基因检测 基因治疗 治疗传统医学手段所不能治愈的遗传疾病
生物技术为人类生活带来的好处有( )
①准确诊治、预防疾病
②检测缺陷基因，作为生殖、就业、保险等参考
③建立遗传信息档案、有效确认身份和侦破案件
④通过克隆技术繁殖人类本身
例1
⑤开发研制新型药物、营养品、保健品
⑥有效清除、处理环境污染及废弃物
⑦有效提高作物、畜禽产量与质量
⑧重组高致病性基因，制造“生物武器”
A．①③④⑥⑧ B．①③⑤⑥⑦
C．②⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑦
【尝试解答】 __B__
【解析】 生物技术为人类带来的好处有：准确诊治、预防疾病；建立遗传信息档案、有效确认身份和侦破案件；开发研制新型药物、营养品、保健品；有效清除、处理环境污染及废弃物；有效提高作物、畜禽产量与质量。
跟踪训练 想获得高产又抗毒、抗旱、抗寒、抗除草剂的多重优点的农作物，以下哪种方法能做到( )
A．细胞融合技术 B．转基因技术
C．组织培养技术 D．人工诱变
解析：选B。A项细胞融合只能将两个生物的特征融合在同一生物体上，但该技术尚不成熟；B项转基因可以将多个优良基因导入同一农作物中表达得到多重优点农作物；C项为无性繁殖技术，不能产生新性状。D项同样不能将多个优良性状集中于同一生物体上。
1．要认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的，以基因工程为代表的大批生物技术成果进入人类的生产和生活，特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。
2．要正视转基因技术带来的安全性问题，切实认识到个别有害转基因生物的危害性，要趋利避害。
理性看待转基因技术
3．完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。
4．增强科学家的法制意识，提高科学家的研究道德水平。
在转基因研究中，科学家把重组DNA的转移限制在遗传上具有特定缺陷的生物上；如果转基因生物出现安全性问题，会马上停止实验，并销毁重组生物。这表明( )
A．绝大多数科学家能自觉遵守科学研究道德
B．转基因技术具有“双刃剑”效应
C．科学家的道德和价值观是不同的
D．转基因研究必须有充足的技术条件
例2
【尝试解答】 __A__
【解析】 科学家会对转基因生物进行多环节、严谨的安全性评价，从而保证转基因生物的安全；科学家的负责态度会保证转基因生物的安全。
【互动探究】 (1)为生男孩而设计试管婴儿符合伦理道德观念吗？
(2)转基因农作物一定不会通过花粉将基因传给杂草吗？
【提示】 (1)不符合。
(2)可能会。将造成基因污染。
知能过关演练
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第一节 来自生物技术的忧虑
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第一节
情景导引
市场上已有数千种食品来源于转基因生物，一方面转基因食品正在快速进入我们的生活，另一方面人们对转基因食品的担心也与日俱增。
思考：(1)你对转基因食品有何看法？
(2)针对转基因生物技术我们应持
何种态度对待？
【提示】 (1)正反两个方面分析。
(2)理性看待转基因技术
基础自主梳理
一、对遗传工程的认识
1．优点：可以在某种生物中引入它所没有的某种__________。如：向马铃薯中引入细菌、病毒基因，防治克罗拉多马铃薯虫和马铃薯病毒等。
外源性基因
2．缺点：基因的许多影响是__________的。
(1)有的人对转基因食品过敏。
(2)有的基因转移影响了__________；如转基因油菜将外来的基因转给杂草。
(3)有的转入的外源基因影响了作物的________，如耐除草剂的大豆，防癌成分异黄酮减少。
(4)有的除害虫产品也杀死了____。
不容易控制
其他动植物
其他基因
益虫
二、动物体细胞克隆带来的挑战
1．克隆动物
(1)真正的科学实验具有________，但克隆“多莉”的研究所也难以很快用同样的方法获得第二只克隆羊。
(2)克隆动物在许多遗传、生理方面表现为____特征。
可重复性
早衰
(3)克隆动物在遗传上是完全相同的，一种特定的病毒或其他病原体的感染，可能带来严重灾难。
2．试管婴儿的基础是________。
有性生殖
思考感悟
1．中国政府对克隆人实验采取怎样的态度？
【提示】 禁止生殖性克隆人。
三、基因专利与基因安全问题
1．申请专利的依据是：新颖性、______、公开性、赢利性。
2．反对基因专利者的理由
(1)人类只有一个______，每个人的基因组都与生俱来。
(2)克隆一个基因只是一种发现而不是发明。
发明性
基因组
3．社会对基因专利的态度
由于基因的克隆是耗资巨大的工程，所以“______________”在现实中被默认可以申报专利。
功能已知的基因
4．基因专利带来的问题
(1)人类基因序列一个个被授予专利，引发极其残酷的________的世界大战。
(2)严重打击发展中国家的国有医药等产业。
(3)专利保护的是序列本身还是其应用，在某种程度上不易明确体现。
基因资源
5．世界人类基因组组织在基因组数据共享问题上采取的积极行动
(1)组织全球科学家坚决反对涉及人类____________的不合理专利行为。
(2)以强大的科研、经济实力攻克各种________，丰富公共基因库数据。
(3)将测出的序列及时通过互联网公开，以防被____和抢先注册。
(4)以法律、道义和舆论主持公正。
固有基因序列
有用序列
盗用
6．人类基因序列的主要用途是生产基因工程产品、________、治疗疾病。
7．______________为功能重要基因的鉴定、分离和克隆奠定了基础。
8．中国政府对人类基因资源的态度
(1)中国人的基因资源是本国人民的________。
(2)在科学领域倡导________。
(3)抓住开发、利用的机遇，以自己的实力造福本国人民和世界人民。
分析病理
人类基因组计划
重要财富
世界合作
四、生物武器的特点
1．极具______。
2．能在人或动物群体中________。
3．难以检测，没有明确标志，潜在危害很大。
破坏性
迅速蔓延
思考感悟
2．酵母菌、乳酸菌这两种生物能作为生物武器吗？
【提示】 不能。二者为非致病菌。
核心要点突破
转基因生物的安全性
1．存在安全性隐患的原因
(1)对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制了解有限。
(2)转移的基因虽是功能已知的基因，但不少是异种生物基因。
(3)外源基因插入宿主基因组的位置是随机的。
2．理性看待转基因技术
(1)在科学管理的基础上，转基因技术可以朝着健康方向发展。
(2)生物技术的应用需要规范。我国政府颁布了《人用鼠源性单克隆抗体制备及质量控制要点》、《人用重组DNA制品质量控制要点》等法则，并要求生物工程产品必须明确标识。
20世纪90年代，乌干达木薯业遭到了病害的毁灭性打击。科学家究其原因发现，是一种新的病毒引发的疾病，而这种新病毒是由两种已知病毒重组产生的。这一事实有力地支持了下列哪一观点( )
例1
A．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
B．导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病原体杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体
C．转基因植物的抗除草剂基因，有可能通过花粉传播而进入杂草中，使杂草成为除不掉的“超级杂草”
D．抗虫棉能抵抗棉铃虫，但随着棉铃虫抗性的增强，抗虫棉有可能被淘汰
【尝试解答】 __B__
【解析】 由题干材料可知，这种新病毒是由两种病毒重组产生的，说明两种病毒的基因可以重新组合，形成新的病原体，从而产生不可估量的后果，因此是B项的有力支持。
【探规寻律】 ①转基因生物一般不能产生新物种。
②外源基因通过转基因生物扩散到栽培作物或自然物种，并成为后者基因的一部分，在生物环境学上称为基因污染，它可以破坏生态系统的平衡。
跟踪训练 某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂，积累于茎叶中，让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而死。下列就该玉米对人类安全性的评论中，不符合生物学原理的是( )
A．不安全。这种玉米的果实(种子)也可能含有蛋白酶抑制剂，食用后使人因无法消化食物而患病
B．不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链富集并在人体细胞内表达，使人体无法消化食物而患病
C．安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响
D．安全。人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏，不会影响人的消化
解析：选B。B项中，蛋白酶抑制剂基因进入胃肠道中后被消化分解成为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸是人体所需营养物质，无毒害，故错误，A、C、D三项观点都合理。
1．试管婴儿
将精子和卵子从人体中取出，在人工条件下进行受精，并让体外受精的受精卵在试管中发育，再将发育到一定阶段的胚胎移植到子宫内继续发育直至诞生。
试管婴儿与克隆人
2．克隆人
将体细胞的核移植到去核卵母细胞内形成重组细胞，激活重组细胞，使之发育成一个个体。
3．两者比较
试管婴儿 克隆人
基础 有性生殖 无性繁殖
相关技术 体外受精 胚胎移植 核移植技术 胚胎移植
子代性状 含双亲性状 与核供体性状基本相同
下列选项是科学家对自身克隆结果的预测及理由，其中正确的是( )
A．克隆产物是科学家，因为克隆是形成完全一样的产品
B．克隆产物是普通人，因为科学知识是后天获得的，而非遗传
C．只能克隆部分器官，不可能克隆完整的人，因为克隆技术有限
D．克隆产物与该科学家完全一样，因为遗传物质完全来自该科学家
例2
【尝试解答】 __B__
【解析】 克隆是一种无性繁殖方式，克隆产物的基因与亲本相同，故后代基因型与亲本完全相同，但科学知识是后天学习所得，故克隆产物是普通人。
【互动探究】 (1)动物克隆、试管婴儿分别属于哪种生殖方式？
(2)试管婴儿是指将发育的胚胎移植到母体内发育，对吗？
【提示】 (1)无性、有性。
(2)不对。指成熟的卵子和精子在试管内完成受精过程，在体外培养成早期胚胎移植到母体内发育。
【探规寻律】 (1)治疗性克隆与生殖性克隆
治疗性克隆是利用克隆技术产生特定细胞和组织用于治疗人类疾病；生殖性克隆是将克隆技术用于生育目的，即用于产生人类个体，两者都属无性生殖，产生的新个体、新组织遗传信息相同。
(2)试管婴儿与设计试管婴儿：
上述过程①②③为解决不孕夫妇生育问题的普通试管婴儿过程，①②③④⑤为设计试管婴儿的过程。后者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断。两者都属有性生殖。
1．基因专利
基因专利是一个广义的概念，包括与基因相关的所有技术的专利(如基因序列、基因研究技术、基因的应用等各方面的专利)。
基因专利、基因安全和基因资源
在现实中功能已知的基因被默认可以申请基因专利，而专利所保护的是序列本身还是其应用，在某种程度上还不易明确体现，基因专利对人类的威胁更重要的体现在人类基因序列是否应授予专利问题上。
2．基因安全
转基因成果的不断涌现，使人们对基因安全的关注与日俱增，随着转基因技术在不同领域的广泛应用，引发了生物、食品和环境方面的一系列安全问题。
3．基因资源
将亲代遗传信息传递给子代的遗传物质的总体称为基因资源。它同其他的生物资源、自然资源一样，是国家的重要财富。
下列有关基因专利的叙述不正确的是
( )
A．基因专利使得基因资源的世界大战极其残酷
B．基因专利威胁着发展中国家的国有医药等产业
C．反对涉及人类固有基因序列的不合理专利行为
D．世界人类基因组组织规定：人类基因组序列所有数据都要保密
例3
【尝试解答】 __D__
【解析】 人类的基因数目有限，如果随着被发现，其序列一个个被授予专利，基因资源的世界大战也将极其残酷，发展中国家的国有医药等产业也将遭到严重打击。因此，在基因组数据共享问题上，世界人类基因组组织采取了积极行为：反对涉及人类固有基因序列的不合理专利行为，人类基因组序列所有数据及时公开和公布。
【探规寻律】 (1)对于已申请专利的基因，专利支持者与反对者的争论焦点，集中在转让费和专利期限方面。
(2)生物武器是指包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等，直接或间接通过食物、生活必需品散布到敌方，对军队和平民造成大规模杀伤后果。
跟踪训练 生物武器有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防护生物武器的有效措施( )
A．提前接种和个人防护
B．发现病人，立即报告，及时隔离
C．注意切断传播途径
D．只注意环境消毒，不注意动植物灭菌
解析：选D。针对生物武器危害的强传染性，其有效措施从两个方面寻找：一是控制源头，即发现病人及早报告，及早隔离；二是切断传播途径，提前接种和个人防护是为了保护易感人群的有效措施。只注意环境消毒，不注意动植物灭菌，达不到控制病菌传染散播的目的。
知能过关演练
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第一节 从受精卵谈起
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第一节
情景导引
生命的诞生应该从精子与卵子结合
成受精卵开始。当以亿计数的精子争先
恐后地试图与卵子结合时，通常只有一
个精子能够进入卵细胞，你看右图此时，
精子的头已经钻进去了，我们还可以看
到它的中部和尾部，它就像一个不断旋转的钻头，在尾巴拍打的驱动下，努力进入卵子……
思考：(1)精子和卵细胞识别的物质基础是什么？
(2)受精卵的分裂方式是什么？
【提示】 (1)糖蛋白。
(2)有丝分裂。
基础自主梳理
一、受精作用
1．含义：成熟的精卵融合成为______的过程。
2．过程：________→精子附着于卵膜→精卵质膜融合等。
3．同种动物精卵才能结合的原因之一：同种动物精子、卵细胞表面有______相互识别的蛋白。
受精卵
精卵识别
特异性
二、胚胎发育的过程
1．含义：受精卵发育成____的过程。
2．过程
(1)发育起点：______。
幼体
受精卵
思考感悟
1．囊胚外表的一层扁平细胞不断增殖分化，发育成完整的胚胎。对吗？
【提示】 不对。发育成胚胎的附属结构或胚外结构如胚盘。
表皮
主要器官
思考感悟
2．原肠胚的内、中、外三个胚层逐渐分化形成各种器官原基。对吗？
【提示】 对。
核心要点突破
胚胎发育
1．个体发育过程
2．胚胎发育
(1)起点是受精卵。
(2)分裂方式：有丝分裂。
(3)过程：受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→幼体。
(4)囊胚特点：囊胚期出现细胞分化，聚集于胚胎一端个体较大的细胞为内细胞团，将来发育为胎儿的各种组织；沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞为滋养层细胞，将来发育为胎膜和胎盘，为胎儿发育提供营养。
内胚层：消化道、呼吸道上皮和腺体(如肝和胰)。
3．影响发育的因素
(1)内因：遗传信息。
(2)外因：环境(温度、水、氧气、营养等)
特别提醒
(1)个体发育起点是受精卵，终点是性成熟的个体。
(2)发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；细胞分化贯穿整个个体发育过程中。
(3)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。
如图为两栖类原肠胚剖面图，请注明各标号所指名称并简答。
例
(1)填注名称：
①________________；②________________；
③________________；④________________。
(2)简答：
①原肠胚的主要特征是出现了________。
②两栖类的皮肤黏液腺由________发育而来。
③肝脏、胰腺由________发育而来。
④骨骼、肌肉由________发育而来。
⑤图中________以后发育成为消化管腔。
(3)如果该图中三个胚层继续发育，除了要进行相应的细胞分裂以外，还必须经过________，形成组织、器官，最后才能发育成一个完整的幼体。
(4)假设该生物体细胞的染色体数为2N，则图中②处细胞的染色体数为________。
(5)在发育过程中，该图所示胚胎的早期细胞从一个部位移到另一部位时，被移植的细胞能参与该部位将来的器官形成。但如果在晚期，将未来发育成后肢的部分移植到胚体的另一部位，发现此部分仍发育成后肢，使动物畸形。这说明________。
A．该图所示胚胎的细胞具有全能性
B．该图所示胚胎的晚期出现了组织器官
C．该图所示胚胎已形成了三个胚层
D．该图所示胚胎的晚期细胞出现了分化
【尝试解答】 (1)外胚层 中胚层 内胚层 原肠腔
(2)①三个胚层分化和原肠腔 ②外胚层 ③内胚层 ④中胚层 ⑤原肠腔
(3)细胞分化 (4)2N (5)D
【解析】 本题考查原肠胚期的主要特点及三个胚层的分化。(1)由图可知①为外胚层，②为中胚层，③为内胚层，④为原肠腔。
(2)原肠胚的主要特点是出现三个胚层分化和原肠腔。考查三个胚层将来分化成的组织器官。外胚层将分化成皮肤的表皮及其附属器，以及牙釉质、腺垂体、口腔、鼻腔和肛门的上皮等，两栖类的皮肤黏液腺属于皮肤的附属器，由外胚层发育而来；中胚层将分化成泌尿、生殖系统的主要器官，心脏、体壁(包括肢体)的骨骼、肌肉等；内胚层将分化成消化管、消化腺、呼吸道和肺的上皮组织等，肝脏、胰腺属于消化腺，由内胚层发育而来。
(3)三个胚层的细胞通过分裂、分化形成组织、器官，最后发育成幼体。(4)中胚层细胞是通过有丝分裂产生的，染色体数保持不变，为2N。
(5)胚胎的晚期细胞已经高度分化。
【探规寻律】 (1)发育全能性是指能分化出动物的所有组织和器官，全能性指能发育成个体。
(2)巧记三胚层的部分分化：“内呼消肝胰，外表感神仙”。
跟踪训练 如图表示高等动物的个体发育过程，下列说法中正确的是( )
A．图中①过程表示胚胎发育，②过程表示胚后发育
B．受精卵卵裂处于囊胚形成的过程中，每个细胞的体积不断增大
C．爬行类、鸟类、哺乳类动物的原肠胚期是分化程度最高的时期
D．囊胚期开始出现三胚层的分化
解析：选C。胚胎发育指受精卵发育成幼体的过程，胚后发育指幼体发育成性成熟个体的过程，受精卵卵裂形成囊胚，每个细胞的体积不断减小，原肠胚期出现三胚层的分化。
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第三节 动物的克隆
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第三节
克隆羊多莉的诞生，为动物细胞工,程的发展和研究开辟了新的篇章。它,实现了通过动物核移植技术创造新个,体的方法，从而也证明了动物细胞核的,全能性，为畜牧业、医药卫生等领域展,示了广泛的应用前景。
情景导引
思考：(1)克隆羊多莉属于哪一种生殖方式？
(2)多莉的克隆过程主要采用了哪种生物技术？
【提示】 (1)无性生殖。
(2)核移植等。
基础自主梳理
一、动物细胞培养与组织培养
1．动物细胞培养
首先，将动物体内的一部分组织取出，经过机械消化或______消化，使其分散成单个的细胞，然后，在人工控制的培养条件下，使这些细胞得以生存并保持生长、分裂及至___________和有规律的衰老、死亡等生命活动现象。
胰酶
接触抑制
2．动物组织培养
动物组织在体外及人工条件下维持__________或___________。综合细胞培养和组织培养的含义和规律，两者在一定程度上可以看作是同义语，因此可将它们统称为组织培养(组培)。
二、动物组织培养技术的发展
1．动物组织培养的萌芽时期在_________。
2．真正的组织培养开始于1907年。
3．大量_________的建成，标志着组织培养工作进入了全新阶段。
生活状态
生长特性
19世纪
细胞系
三、细胞系、细胞株的含义
细胞系泛指可传代的细胞，细胞株是具有___________的细胞系。
特殊性质
思考感悟
1．动物细胞培养中，出现遗传物质改变的细胞是什么？
【提示】 细胞系。
四、动物克隆培养法
1．概念
把一个________从群体中分离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。
2．细胞克隆的最基本要求
必须肯定所建成的克隆来源于_________。
3．提高细胞克隆形成率的措施
选择适宜的培养基、添加______，以滋养细胞支持生长、_______刺激、使用CO2培养箱调节pH等。
单细胞
单个细胞
血清
激素
五、动物细胞全能性的表现程度及动物难以克隆的原因
1．动物细胞全能性的表现程度
(1)________及其第一次卵裂所得的2个子细胞，都可发育成完整个体。
(2)有的细胞只具有分化出多种组织细胞的潜能，这样的细胞叫做__________。
例：多能造血干细胞，可分化为红细胞、白细胞和血小板等。
(3)有的只能分化为___________，如单能造血干细胞。
受精卵
多能细胞
一种细胞
(4)有的已经分化，不再分化为其他细胞，甚至终生不再分裂，如高度分化的神经细胞。
(5)低等动物细胞的全能性一般比较_______体现。
2．动物难以克隆的根本原因
动物细胞的_____________使得细胞发生了基因的差异表达，有的开放，有的关闭。基因组中基因的活动很不完全，不能像受精卵那样发挥细胞的全能性。
六、动物细胞核移植的概念和程序
1．概念
容易
细胞分化
所谓核移植，就是利用一个细胞的___________________来取代另一细胞中的细胞核，形成一个重建的“合子”。
2．程序
首先，将未受精卵细胞的细胞核吸出。然后，将供体细胞细胞核取出与_________________融合，形成重组细胞，促使其发育为早期胚胎，到一定程度时，植入母体子宫中，发育成个体。
细胞核(供体核)
去核的卵细胞
思考感悟
2．克隆出来的动物个体和亲本完全一样吗？
【提示】 不完全一样。要受核基因、质基因和外界环境的影响。
核心要点突破
动物细胞的培养
1．动物细胞培养中相关概念
(1)贴壁生长：动物细胞在液体培养基中悬浮生长一段时间之后，大部分细胞会贴附在培养瓶的内壁生长。也有一些细胞(如淋巴细胞)能够持续在悬浮状态下生长，这些能长期悬浮生长的细胞容易进行大规模细胞培养，生产大量的动物细胞及其产物。
(2)接触抑制：大多数细胞不适应悬浮生长，它们必须在固体的表面上生长和分裂。细胞在培养瓶中贴壁生长，随着细胞数量越来越多，当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，这种现象叫接触抑制。
2．动物细胞培养的几个注意点
(1)动物细胞培养的原理是细胞的增殖，其目的是获得细胞株或细胞系，其他动物细胞工程技术均建立在此基础之上。
(2)原代培养的材料一般取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，因为这些器官或组织上的细胞生命力旺盛，分裂能力强。
(3)原代培养中用胰酶分散细胞是因为细胞之间有很多胶原纤维，但由于细胞膜的主要成分之一也是蛋白质，因此处理时间不可太长。把组织细胞分散开制成悬浮液，有利于营养物质的吸收和代谢废物的排出。
(4)原代培养能保持正常的二倍体核型。传代培养至50代左右时，部分细胞的核型发生变化，获得不死性，目前使用冷冻保存的正常细胞通常在10代以内。
例1
(2011年温州市高二检测)关于动物细胞培养的叙述正确的是( )
A．动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白
B．动物细胞培养前要用胰酶使细胞分散开
C．细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中
D．从原代培养或细胞系中获得的细胞称为细胞系
【尝试解答】 __B__
【解析】 动物细胞培养可以获得大量的细胞，癌变一般发生在传代培养的过程中，可连续传代的细胞称为细胞系，有些细胞系带有癌变的性质。
【探规寻律】 植物组织培养和动物细胞培养
比较项目 原理 培养基 结果 培养目的
植物组织培养 细胞的全能性 固体；营养物质，激素 培育成植株 快速繁殖
动物细胞培养 细胞的增殖 液体；营养物质，动物血清等 培育成细胞系或细胞株 获得细胞的产物或细胞
跟踪训练 关于动物细胞和组织培养的叙述错误的是( )
A．动物细胞和组织培养是动物克隆技术的基础
B．用于培养的细胞最好取自健康动物体内的组织细胞
C．将所取的组织先用胰酶进行处理，使其分散成单个细胞
D．动物细胞、组织通过培养最终在体外能发育成一个新个体
解析：选D。动物细胞的全能性随分化程度的提高而受到限制，分化潜能变弱。动物细胞和组织在体外不能发育为成熟的动物个体。
动物体细胞核移植技术和克隆动物
由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。因此，动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。
3．过程
动物克隆的一般过程
例2
现有A和B两个肉牛品种，A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质，B品种牛则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和B细胞质组成，基本步骤是，从A品种牛体内取出体细胞，进行体外培养，然后再从培养细胞中取出________注入B品种牛的________卵细胞中，经过某些刺激和培养后，可形成胚胎，该胚胎被称为________，将该胚胎移入代孕母牛的________中，通过培育可达到目的。
(2)上述过程中运用了克隆技术中的哪些技术？_______________________________________
_______________________________________。
(3)克隆牛的产生说明________具有全能性。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自________个亲本，细胞质来自________性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。
(4)请举一例，说明克隆牛培育成功的实际意义。
【尝试解答】 (1)细胞核 去核 重组胚胎 子宫
(2)动物细胞核移植和动物细胞培养
(3)动物体细胞核 两 雌 不同
(4)保存濒危物种，繁育优良品种，医学上克隆器官等。
【解析】 动物的克隆所用的方法是核移植，也就是把动物体细胞的细胞核移入去核的卵细胞中，然后经过某些刺激和培养后形成重组胚胎，再移入代孕动物的子宫中继续发育，从而获得克隆个体。克隆动物的成功说明了动物体细胞核具有全能性，克隆动物的遗传特性与提供细胞核的个体基本一致。在体细胞克隆动物中不仅用到了核移植技术，还用到了动物细胞培养技术。
【探规寻律】 (1)在核移植时，一般不选择生殖细胞作为供核细胞，因为生殖细胞与正常体细胞相比，遗传物质减半。
(2)克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，而不是完全相同，因为：
①克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵细胞。
②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。
跟踪训练 如果用动物的细胞进行克隆实验应该选择的细胞核不能来源于( )
A．乳腺细胞
B．卵细胞
C．胃腺细胞
D．囊胚时期的胚胎细胞
解析：选B。将动物的一个体细胞的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。卵细胞是减数分裂形成的，细胞核染色体数减半。
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第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第一节
“转基因生物”一词越来越为人们所熟知，如转基因鱼、转基因棉等，这些生物都不同程度地影响着人们的生产和生活。
情景导引
思考：(1)转基因生物是利用什么技术获得的？
(2)获得转基因生物所需要的特殊工具有哪些呢？
【提示】 (1)基因工程。
(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体。
基础自主梳理
一、基因工程概述
1．概述：基因工程是狭义的遗传工程，广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在_________中表达。
2．核心：__________________。
二、基因工程的诞生
1．时间：20世纪70年代。
受体细胞
构建重组DNA分子
2．理论基础
(1)DNA是生物遗传物质的发现。
(2)DNA双螺旋结构的确立。
(3)_____________传递方式的认定。
3．技术上的保障
限制性核酸内切酶、________________和质粒载体的发现与应用。
三、限制性核酸内切酶
1．功能：识别和切割DNA分子内一小段_________________。
2．结果：把_______________切割成许多不同的片段。
遗传信息
DNA连接酶
特殊核苷酸序列
DNA分子
思考感悟
1．限制性核酸内切酶的识别序列是GAATTC，只能在G和A之间切断DNA，对吗？
【提示】 不对。限制性核酸内切酶有数千种，其中一种限制性核酸内切酶的识别序列是GAATTC。
四、DNA连接酶
作用：将具有________________的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。
五、质粒
1．实质：是能够自主复制的__________________，是一种特殊的遗传物质。
2．存在方式：在细菌中独立于染色体之外。
3．作用：作为基因工程的_______。
4．最常用的质粒：___________的质粒。
末端碱基互补
双链环状DNA分子
载体
大肠杆菌
思考感悟
2．基因工程的载体只有质粒一种，对吗？
【提示】 不对。最常用的载体是质粒。
核心要点突破
限制性核酸内切酶
1．特点：具有专一性表现在两个方面：如图
(1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
(2)切割特定序列中的特定位点。
2．用限制性核酸内切酶切割时断开的是DNA分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键)而不是连接两条链之间的氢键。如下图：
双链DNA结构和磷酸二酯键位置
3．产物：用同一种限制性核酸内切酶切割形成的DNA片段末端的碱基互补。
限制性核酸内切酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸内切酶BamH Ⅰ，EcoR Ⅰ，Hind Ⅲ以及Bgl Ⅱ的辨识序列。箭头表示每一种限制性核酸内切酶的特定切割部位，其中哪两种限制性核酸内切酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是( )
例1
A．BamH Ⅰ和EcoR Ⅰ；末端互补序列
－AATT－
B．BamH Ⅰ和Hind Ⅲ；末端互补序列
－GATC－
C．EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ；末端互补序列
－AATT－
D．BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ；末端互补序列
－GATC－
【思路点拨】
【尝试解答】 __D__
特别提醒
(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶。
(2)限制性核酸内切酶不是一般的DNA水解酶，限制性核酸内切酶只对DNA中特定的核苷酸序列识别和切割。
(3)限制性核酸内切酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4、5、8个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
跟踪训练 限制性核酸内切酶的作用实际上就是把DNA上某些化学键打断，如一种能对GAATTC专一识别的限制性核酸内切酶，打断的化学键是
( )
A．G与A之间的键
B．G与C之间的键
C．A与T之间的键
D．磷酸与脱氧核糖之间的键
答案：D
DNA连接酶
1．DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶与DNA聚合酶都能催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键，但两者之间存在差异，表现如下：
DNA连接酶 DNA聚合酶
连接DNA链 双链 单链
连接部位 在两DNA片段之间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键
下列DNA连接酶的作用叙述正确的是( )
A．DNA连接酶的基本组成单位是脱氧核苷酸
B．将单个核苷酸加到DNA片段的骨架上连接起来，重新形成磷酸二酯键
C．连接DNA链上碱基之间的氢键
D．将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键
【尝试解答】 __D__
例2
【解析】 (1)DNA聚合酶只能将单个的核苷酸添加到已有的核苷酸链上，形成磷酸二酯键，而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。(2)DNA聚合酶是一条DNA链为模板将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将两个缺口同时连接起来，选项B是DNA聚合酶的作用，DNA连接酶的基本组成是氨基酸。
【互动探究】 (1)DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用部位都具有特异性吗？
(2)DNA连接酶和DNA聚合酶催化形成的化学键相同吗？
【提示】 (1)DNA连接酶的作用部位不具特异性。
(2)相同。
【探规寻律】 (1)工具酶的关系可表示为
(2)DNA聚合酶只能将单个的核苷酸加到已有核苷酸片段的末端羟基上，形成磷酸二酯键，而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。
(3)DNA聚合酶是以一条链为模板将单个核苷酸连接成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口连接起来，因此DNA连接酶不需要模板。
基因进入受体细胞的载体
1．载体的作用：一是作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。二是利用载体在受体细胞内的增殖，对外源基因进行大量复制。
2．作为载体必须具备的条件
(1)能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
(2)载体DNA必须有一个或多个限制性核酸内切酶切点，以便目的基因插入到载体上去。
(3)具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物有颜色反应的基因等。
(4)载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。
3．类型
(1)细菌的质粒，是细菌细胞中核区外的DNA分子，绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子，有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
(2)噬菌体或某些动植物病毒。一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据自己的目的和需要，对某些天然载体进行人工改造。
特别提醒
供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。
质粒之所以能做基因工程的运载体，是由于它
( )
A．含蛋白质，从而能完成生命活动
B．能自我复制，保持连续性
C．是RNA，能指导蛋白质的合成
D．具有环状结构，能携带目的基因
【尝试解答】 __B__
例3
【解析】 质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNA分子，有标记基因，便于在受体细胞中检测，质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。答案为B。
【易误警示】
误区表现 错解归因 正确观点
基因运载体的本质为病毒 据教材所述错误地理解所致 运载体的化学本质为DNA，噬菌体、动植物病毒作运载体时实质上是它们内部DNA充当运载体
运载体属于工具酶 不理解工具酶的内涵，片面根据“工具”二字错误地推理所致 运载体属于基因工程的基本工具，不属于工具酶，限制性核酸内切酶和DNA连接酶才属于工具酶
跟踪训练 质粒是基因工程常用的载体，它的特点是( )
①能自主复制 ②不能复制 ③结构简单
④单链DNA ⑤环状DNA ⑥含有标记基因
A．①③⑤⑥
B．③④⑤⑥
C．①③④⑤
D．②③④⑤
解析：选A。在基因工程中，通常用质粒作为载体。质粒是裸露的、结构简单、独立于细菌染色体之外，并能自主复制的双链环状DNA分子。在质粒上有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，供外源DNA片段插入其中，另外质粒上还有标记基因，如抗四环素基因等。
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第二节 植物的克隆
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第二节
传统的黄瓜育种方法主要是通过杂交、自交和回交等手段，培育出一个新品种大约需要5至8年时间，耗时、耗力，效率低、周期长。育种专家们采用现代生物技术，通过黄瓜的未受精子房培养，可获得遗传性状完全纯合的黄瓜株系。不仅大大提高了种质材料创新的效率，而且使黄瓜新品种选育时间缩短了3至4年。
情景导引
思考：(1)采用什么方法或技术可以短时间获得大量的黄瓜？
(2)此种技术利用的原理是什么？
【提示】 (1)植物组织的培养。
(2)细胞的全能性。
基础自主梳理
一、植物组织培养
1．理论基础——植物细胞的全能性
(1)含义：植物体的每个生活细胞都具有________的全能性，因而都具有_________________的潜能。
(2)特点
①不同种类植物或同种植物的不同基因型个体的细胞全能性的表达程度大不相同。
②长期培养中培养物胚胎发生和器官形成能力下降。
遗传上
发育为完整植株
2．程序
(1)半固体培养基的配制：培养基中含有适当__________、___________________及0.7%～1%的琼脂；把营养物质倒入灭菌试管中凝固成半固体。
(2)小组织块的切取：从_______的根、茎、叶上切取。
(3)愈伤组织的获得：植物组织块切口处的细胞在创伤的刺激下发生脱分化，成为分裂的细胞。在创伤表面形成一种由相对没有分化的活的___________组成的新生组织，即为愈伤组织。
(4)新植株的再生
营养物质
植物生长调节剂
消毒
薄壁细胞团
①诱导愈伤组织，使其产生出芽和根的______________，并由此再生出新的植株。
②将愈伤组织分散成单个细胞，再在适宜培养基上培养发育成_________，进而发育成新的植株。
3．成功的条件
(1)深入探讨特定植物______________的表达条件。
(2)在植物克隆试验研究中，尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的_________。
顶端分生组织
胚状体
细胞全能性
基因型
思考感悟
1．植物组织培养过程中，应如何操作才能成功？
【提示】 离体条件；无菌操作。
二、细胞培养和器官培养
1．措施：通过平衡的植物激素配比进行调控。
(1)适量的激动素和细胞分裂素配比可诱导芽的分化。
(2)适量的__________及适当减除其他某些激素，可诱导生根。
2．意义
(1)利于植物的____________、胚胎发育过程及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理的研究。
吲哚乙酸
受精过程
(2)通过遗传工程的操作，研究与植物生长发育有关的重要基因或影响因素。
(3)培育植物新品种。
三、原生质体培养与植物细胞工程
1．原生质体的获得方法
在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境(较高渗透压)下用__________和_________混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁。
纤维素酶
果胶酶
①培育作物新品种。
②为________、____________和_______________问题提供了良好的研究系统。
③细胞产物的工业化生产：生产一些重要的细胞次生代谢产物(如某些中药)。
遗传学
植物生理学
细胞生物学
思考感悟
2．利用紫草细胞经植物组织培养，一般到哪一阶段，便可大量生产提取中药紫草素？
【提示】 愈伤组织阶级。
核心要点突破
细胞全能性及其表现条件
1．生物细胞的全能性
生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。
2．细胞表现全能性的条件
(1)首要条件是脱离母体。
(2)植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同组织、器官。
(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。
(4)动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性不易表达，但其核仍具有全能性。
3．细胞全能性高低的比较
(1)植物细胞>动物细胞。
(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵子)>体细胞。
(3)幼嫩细胞>衰老的细胞。
(4)分化程度低>分化程度高(体细胞)。
例1
以下不能说明细胞全能性的实验是( )
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
【尝试解答】 __B__
【解析】 细胞的全能性应是离体的已分化的细胞在一定条件下培养，具有发育成完整个体的潜能。玉米种子已经含有完整的幼体，自然条件下种植即可发育成新个体，不能说明细胞具有全能性。
【探规寻律】 (1)只有由单个细胞发育成完整个体，才算是体现出了细胞的全能性，仅发育成一部分，不能体现出全能性。例如，壁虎断尾之后，仍可长出，就不是全能性的体现。
(2)全能性降低的因素
①由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；
②激素平衡被打破或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变；
③缺乏成胚性的细胞系。
跟踪训练 下列关于植物细胞全能性的叙述错误的是
( )
A．植物细胞表达全能性的根本原因是细胞核内含有本物种的全部基因
B．植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现
C．不同个体之间细胞全能性的表达程度不同
D．培养物可无限制地长期克隆
解析：选D。在长期培养过程中，培养物由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且这些变异皆不可逆，从而导致培养物的胚胎发生和器官形成受阻，因此，培养物不可能无限制地克隆下去。
植物组织培养
1．培养过程中应注意的问题
(1)所有实验用具要严格灭菌。
(2)接种过程要求无菌操作。
(3)适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。
(4)激素：主要是细胞分裂素和生长素。
(5)试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生根培养；试管苗的培养需要在光照条件下进行。
2．与植物细胞培养的区别
(1)含义不同
①植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。
②植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。
(2)目的不同
①植物组织培养：得到更多的植物体。
②植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产物。
3．植物细胞工程的实际应用
(1)植物繁殖的新途径
①微型繁殖：
②作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。
③人工种子：植物组织培养得到的胚状体等用人工薄膜包装得到的种子。
(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。
(3)细胞产物的工业化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
例2
(2011年北京西城区高二检测)如图表示植物组织培养过程：
(1)图中①过程获得的细胞是正常植物体经________形成的，在这一过程中的染色体的变化是________________________________。
(2)要顺利完成③过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入________、________(两类不同功能的物质)。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有________的特点。
(3)从过程④的结果看，它的实质是____________________________________。
(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得到了如下结果：
①只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织；
②细胞分裂素＝生长素时，愈伤组织不分化；
③细胞分裂素>生长素时，愈伤组织分化出芽；
④细胞分裂素<生长素时，愈伤组织分化出根。
由实验结果，你能得出什么结论？
【尝试解答】 (1)减数分裂 染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞的一半
(2)有机营养物质 植物激素 排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄
(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
(4)植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
【解析】 (1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，其特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半。
(2)图中③是脱分化，在培养基中除需加入无机营养物质外，还需加入有机营养物质和植物激素，形成的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。
(3)图中④是再分化，从结果上看是基因的选择性表达。
(4)分析实验结果：细胞分裂素与生长素含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
【互动探究】 (1)若题干④过程只分裂，但没有根和茎的分化，可能的原因是什么？
(2)由该胚状体，产生的个体都是纯合子吗？
【提示】 (1)植物激素的配比不对。
(2)是否是纯合子，取决于亲本。
【探规寻律】 (1)植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物组织细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、根、芽，最终形成完整的植株。
(2)愈伤组织再分化产生新植株的途径中其中的两条是：可以直接诱导出芽和根，也可以诱导出胚状体，再发育成植株，取决于培养基中激素的配比。
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第二节 基因工程的原理和技术
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
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第二节
近年引种的转基因抗虫棉，不仅具有抗害虫的特点，而且省药省工，节省投资，减轻环境污染，减少人畜中毒；同时还具有良好的农艺性状和经济性状。
情景导引
思考：(1)抗虫基因怎样获得？
(2)如何把抗虫基因导入棉花细胞？
【提示】 (1)化学合成法和扩增。
(2)将抗虫基因和载体结合，组成重组DNA分子，导入棉花细胞。
基础自主梳理
一、基因工程的基本原理
1．基本原理：让人们感兴趣的基因(目的基因)在__________中稳定和高效表达。
2．基因工程的基本要素：多种_______、__________、载体和宿主细胞等。
二、基因工程的基本操作步骤
1．获得目的基因
(1)目的基因：人们所________________。如：人的胰岛素基因，植物的抗病基因等。
宿主细胞
工具酶
目的基因
需要的基因
(2)获取方法
①如果目的基因的序列是已知的，可用化学方法合成目的基因，或者用_________________(PCR)扩增目的基因。
②如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以从___________中获取。
2．形成重组DNA分子
用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA(如质粒)，使其产生相同的__________，然后用___________将两者连接在一起，形成____________。
聚合酶链式反应
基因文库
粘性末端
DNA连接酶
重组DNA分子
思考感悟
1．基因工程中的DNA重组与减数分裂过程中的DNA重组完全相同。对吗？
【提示】 不对。前者属于无性重组，并发生在不同种生物间，打破了物种间的界线，可以定向地改造生物的遗传特性，此操作均在细胞外进行。
3．将重组DNA分子导入受体细胞
(1)常用的受体细胞：________、枯草杆菌、__________和动植物细胞等。
(2)导入方法举例：用质粒作为载体，宿主细胞 应该选择大肠杆菌，用_________处理大肠杆菌，增加其细胞壁的_________，使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞。
4．筛选含有目的基因的受体细胞
(1)筛选原因：不是所有细胞都接纳了______________。
大肠杆菌
酵母菌
氯化钙
通透性
重组DNA分子
(2)筛选方法举例：由于质粒上有抗生素如四环素的抗性基因，所以含有这种重组质粒的受体细胞能够在有________的培养基中生长，而没有接纳重组DNA分子的细胞则不能在这种培养基上生长。经过培养，____________能够和质粒一起在宿主菌内大量扩增。
5．目的基因的表达
目的基因在_________中表达，产生人们需要的功能物质。
四环素
目的基因
宿主细胞
思考感悟
2．在基因工程的操作步骤中，都发生碱基互补配对。对吗？
【提示】 不对。“重组DNA分子导入受体细胞”过程中不发生。
核心要点突破
基因、基因文库和目的基因
1．基因：是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的遗传物质的基本的结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。
2．基因文库
(1)含义：是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。
(2)目的：获得大量的目的基因。
3．目的基因：是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。
例1
下列不属于获取目的基因的方法的是
( )
A．利用DNA连接酶复制目的基因
B．化学方法合成目的基因
C．从基因文库中获取目的基因
D．利用PCR扩增目的基因
【尝试解答】 __A__
【解析】 获取目的基因可以是化学方法合成，PCR扩增，从基因文库中提取。
【探规寻律】 DNA复制与PCR技术的比较
【提示】 (1)化学合成法。
(2)PCR技术。
DNA复制 PCR技术
场所 细胞核内 生物体外
原理 碱基互补配对 碱基互补配对
酶 DNA聚合酶、解旋酶 热稳定DNA聚合酶(Taq酶)
条件 模板、ATP、引物链、常温 模板、ATP、引物链、温度变化(90 ℃～95 ℃→55 ℃～60 ℃→70 ℃～75 ℃)
原料 四种脱氧核苷酸 四种脱氧核苷酸
特点 形成的是整个DNA分子，一个细胞周期只复制一次 短时间内形成大量DNA片段(目的基因)
形成重组DNA分子
1．目的：基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2．方法
(1)用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA(如质粒)，形成相同的粘性末端。
(2)用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子如下图：
例2
将目的基因与载体DNA连接起来，基因操作应选用( )
A．只需DNA连接酶
B．只需限制性核酸内切酶
C．同一种限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D．不同限制性核酸内切酶和DNA连接酶
【尝试解答】 __C__
【解析】 只有用同一种限制性核酸内切酶，目的基因与载体DNA才能露出相同的粘性末端，DNA连接酶才能连接成重组DNA。
【探规寻律】
跟踪训练 下列叙述不属于目的基因与运载体结合过程的是( )
A．用一定的限制性核酸内切酶切割质粒形成粘性末端
B．用同种限制性核酸内切酶切割目的基因形成粘性末端
C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口上
D．将重组DNA分子导入细胞进行扩增
解析：选D。目的基因与运载体结合的过程，首先要用同一种限制性核酸内切酶切割运载体和目的基因，使二者形成相同的粘性末端，再用DNA连接酶将二者连接。
选择合适的运载体与受体细胞
选择的关键是分析基因工程的最终目的，按转基因的目的来选择：
基因工程的最终目的 选择的受体细胞 选择的运载体
得到大量特殊蛋白质 大肠杆菌等微生物 质粒、λ噬菌体等
得到转基因动物 动物细胞 动物病毒
得到转基因植物 植物细胞 植物病毒
人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是( )
A．大肠杆菌
B．酵母菌
C．λ噬菌体
D．质粒DNA
【尝试解答】 __B__
例3
【解析】 糖蛋白合成必须经内质网和高尔基体进一步加工，选项中只有酵母菌为真核生物，具有上述两种细胞器。
【互动探究】 (1)重组DNA分子导入受体细胞发生碱基互补配对吗？
(2)目的基因能直接进入受体细胞吗？
【提示】 (1)不发生。
(2)目的基因由于具有大分子性，不能单独进入受体细胞，必须由载体携带进入。
【易误警示】
误区表现 错解归因 正确观点
被导入受体细胞的直接结构单元是目的基因 据“将目的基因导入受体细胞”这一操作步骤的名称望文生义进行推理所致 被导入受体细胞的直接结构单元是承载目的基因的运载体，而非裸露的目的基因
筛选含有目的基因的受体细胞
1．原理：质粒上有抗生素的抗性基因。
2．方法：利用选择培养基筛选。
3．举例
质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如下图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。下表是外源基因插入位置
(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是( )
例4
细菌在含青霉素培养基上的生长情况 细菌在含四环素培养基上的生长情况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A．①是c；②是b；③是a
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a
D．①是c；②是a；③是b
【尝试解答】 __A__
【解析】 外源基因插入a点后，抗氨苄青霉素基因被破坏，抗四环素基因还保留，所以是③；外源基因插入b点后，抗氨苄青霉素基因还是完整的，抗四环素基因被破坏，所以是②；外源基因插入c点后，抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因均完整，所以是①。
跟踪训练 在受体细胞中能检测出目的基因是因为( )
A．质粒与目的基因重组后能够复制
B．目的基因上具有标记
C．质粒上具有某些标记基因
D．以上都不正确
解析：选C。质粒与目的基因形成重组DNA分子后导入受体细胞，可通过质粒上的标记基因(如四环素抗性基因)来检测是否成功导入，而不是通过在目的基因上。
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第三节 基因工程的应用
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第三节
如果公路两旁行道树也能发出荧,光，夜晚就可做路灯照明。
情景导引
思考：(1)怎样让行道树发光？
(2)基因工程可应用于哪些方面？
【提示】 (1)利用基因工程方法。
(2)遗传育种(培育转基因动植物)、医药工业(基因工程药物的生产)、生态环境保护等。
基础自主梳理
难以杂交
抗害虫
2．转基因动物
(1)含义：转入了__________的动物。
(2)培育优点：省时、省力。
(3)转基因动物优良性状举例
①______________的转基因鼠、鱼和猪。
②有抗病能力的转基因鸡和牛等。
外源基因
生长速度加快
思考感悟
1．转基因技术育种克服了传统育种时间长、远缘亲本难以杂交的缺陷。对吗？
【提示】 对。基因工程育种只需用一年时间，并且可以在不同的物种之间进行。
二、基因工程与疾病治疗
1．基因工程药物
名称 成分 用途 传统方法 基因工程方法
胰岛素 _______ 治疗胰岛素依赖型糖尿病 从猪和羊的_____中提取 通过大肠杆菌生产
干扰素 ______ 治疗病毒性肝炎和肿瘤 从人____中提取 通过基因工程，使人白细胞干扰素基因获得克隆和表达
乙型肝炎疫苗 蛋白质 预防和治疗乙型肝炎 通过基因工程利用________和哺乳动物细胞生产
蛋白质
胰腺
糖蛋白
血液
酵母菌
2.基因治疗
(1)含义：向目标细胞中_______________的基因，以____________基因的缺陷，达到治疗的目的。
引入正常功能
纠正或补偿
思考感悟
2．基因治疗是指正常基因导入目标细胞中，纠正或补偿基因缺陷，通过基因表达出正常蛋白质从而达到治疗的目的，并非是替换基因。对吗？
【提示】 对。
(2)实例
①1990年，美国首例重度_______________基因治疗成功。
②1991年，我国首例_____________基因治疗也获得满意结果。
三、基因工程与生态环境保护
1．利用细菌发酵和转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的__________。
2．改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。
3．利用转基因微生物吸收环境中的_________，降解有毒化合物和处理工业废水。
免疫缺陷症
B型血友病
新型塑料
重金属
核心要点突破
基因工程育种和传统杂交育种的比较
杂交育种 基因工程育种
原理 基因重组 异源DNA(基因)重组
处理
方法 杂交→自交→筛选。先通过两个具有不同优良性状的纯种杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种 提取→重组→导入→筛选→表达。即提取目的基因→形成重组DNA分子→重组DNA分子导入受体细胞→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因的表达
优点 操作简便 可以按人的意志改造生物，克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性强，科技含量高
缺点 育种时间长 技术复杂、操作繁琐
例1
我国科学家已成功运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并表达，培育出了抗虫棉。下列有关叙述中不正确的是( )
A．抗虫基因在棉花细胞的表达要依赖于碱基互补配对原则
B．重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失
C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染
D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的
【尝试解答】 __D__
【解析】 本题考查基因工程的基本知识。抗虫基因在棉花植株内的表达主要是转录和翻译两步骤，都是涉及模板链tRNA之间的碱基互补配对。重组DNA分子中一个碱基对改变，不一定导致毒蛋白的毒性丧失，因为基因突变不一定导致生物性状的改变。抗虫基因可通过花粉传递给近缘作物，造成基因污染。检测转基因棉花是否具有抗虫特性，一般用该棉花的叶片饲喂棉铃虫，看棉铃虫是否死亡。
【互动探究】 (1)抗虫棉能抵抗所有害虫吗？
(2)抗虫棉一定能够稳定遗传吗？
【提示】 (1)不能。具针对性。
(2)不一定。可能会发生性状分离。
【易误警示】
误区表现 错解归因 正确观点
抗虫棉不属于抗逆转基因农作物 不理解“抗逆性”所致 抗逆性包括抗病、抗虫、抗盐碱、抗干旱、抗严寒等特性。抗虫棉属于抗逆转基因农作物
植物的虫害属于病害 不理解病害的病因，想当然所致 虫害与病害没有从属关系，虫害由害虫引起，病害由微生物引起
基因治疗
1．含义：将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞内，可以纠正基因缺陷而达到治疗疾病的目的。这种生物医学技术称为基因治疗。
2．过程：下面用镰刀型细胞贫血症的治疗说明基因治疗的过程
步骤 过程
获取正常的血红蛋白基因 用限制性内切酶从人的DNA分子中截取血红蛋白基因
形成重组载体 用同一种限制性内切酶在载体DNA上切取，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接到载体DNA上，形成重组载体
重组载体的转化与筛选 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中，并将重组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞
将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输入患者骨髓 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞产生正常血红蛋白，以根治镰刀型细胞贫血症
例2
基因治疗是指( )
A．把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞产生基因突变恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
【尝试解答】 __A__
【解析】 基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在。
【探规寻律】 图解基因治疗的过程
跟踪训练 基因治疗是把健康的外源基因导入
( )
A．患者的所有细胞
B．患者的某些功能细胞
C．患者的DNA分子中
D．以上均不正确
解析：选B。基因治疗是向目标细胞(患者的某些功能细胞)中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗目的。不是把健康的外源基因导入所有细胞或DNA分子中。
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第一节 什么是克隆
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第一节
在农业生产中，我们常常需要大量性状一致且高质量的有价值的种苗。有时科学家用一根嫩枝条就可以帮助我们培育出10万株以上的幼苗。
情景导引
思考：(1)用一根嫩枝条就可以培
育出10万株以上的幼苗，这是哪种繁殖方式？
(2)通过此种方式得到的植株性状与母本相同吗？
【提示】 (1)无性繁殖。
(2)相同。
基础自主梳理
一、克隆的含义
是指无性繁殖系，即不通过两个______、两个______或两个个体的结合，只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新一代分子、细胞或个体的过程。
二、克隆的种类
1．基因克隆：指某种目的基因的_____、______过程。
2．细胞克隆：由单个细胞获得一个________的过程。
分子
细胞
复制
分离
细胞系
3．个体克隆：不通过两性细胞结合，从一个_______的细胞繁殖出生物个体的过程。
以上三种技术中，__________和细胞克隆是现代生物技术中的关键技术，在基础科研、_________和肿瘤生物治疗等方面广泛应用。
单一
基因克隆
遗传育种
思考感悟
1．DNA的复制属于一种克隆吗？
【提示】 属于。
三、克隆技术
1．含义：用于分子、细胞水平的描述，指从众多的基因或细胞群体中通过无性繁殖和选择获得____________或特定类型细胞的技术操作。当用于个体水平的描述时，克隆就是一种通过___________，特别是来自___________的单个体细胞进行无性繁殖，从而产生新个体的过程或技术。
目的基因
单个细胞
特定个体
2．发展：_______克隆→细胞克隆→个体克隆。
3．条件：
(1)具有包含________________________的活细胞。
(2)能有效调控细胞核发育的细胞质物质。
(3)完成___________的必要的环境条件。
分子
物种完整基因组的细胞核
胚胎发育
思考感悟
2．克隆的理论条件是什么？
【提示】 细胞具有发育全能性。
核心要点突破
克隆在不同水平上的含义
1．分子水平上的基因克隆
(1)含义：是对某种目的基因的复制、分离过程。
(2)方法：
2．细胞水平上的细胞克隆：杂交瘤细胞的培养
(1)含义：骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合产物。
(2)制备过程：用已免疫的效应B细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种融合细胞：B细胞与B细胞、B细胞与瘤细胞、瘤细胞与瘤细胞的融合(当然还有不能融合的B细胞和瘤细胞)，然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞。
3．个体克隆
(1)含义：由母体的特定部位或结构产生新个体。
植物克隆：如马铃薯块茎、草莓的匍匐茎、玫瑰的插枝等。
动物克隆：如变形虫的分裂、水螅出芽、蚯蚓的断裂等。
(2)原因：细胞核具有基因组全套遗传信息，有发育成完整个体的潜能。
例
有关克隆技术的叙述，错误的是( )
A．基因克隆是指目的基因的复制、分离过程
B．细胞克隆技术在利用杂交瘤制备单克隆抗体的操作中得到充分运用
C．个体克隆是现代生物技术中的关键技术
D．生物克隆最基本的条件是细胞具有发育全能性
【尝试解答】 __C__
【解析】 基因克隆和细胞克隆是现代生物技术的关键技术。克隆成功的基本条件是生活细胞具有全能性。基因克隆就是指目的基因的复制和分离。
【探规寻律】 克隆可以理解为数量增多。复制，在分子，即分子扩增，在细胞，即细胞增多，在个体，即为无性繁殖。例如扦插、嫁接都是克隆。
跟踪训练 下列哪一项属于克隆( )
A．将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中
B．将抗药菌的某基因导入草履虫的细胞内
C．将鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的B细胞融合成杂交瘤细胞
D．将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系
解析：选D。A叙述的是基因工程中DNA(基因)的重组过程，此过程中，没有涉及到DNA分子的复制，故不符合；B中是将目的基因导入受体细胞的过程，也不符合；C项中，描述的是细胞融合的过程，也没有细胞增殖过程，故不符合；D项中，某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系，有细胞增殖，即属于细胞水平上的克隆，故符合。答案为D。
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第一、二节 生态工程的主要类型 生态工程在农业中的应用
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第一、二节
情景导引
由荒芜的大地变成万顷碧绿的良田，需要人们在尊重自然规律的前提下，运用生态工程对我们的家园进行修复和改造，促进人类社会与自然环境和谐发展。
思考：(1)生态工程的原理是什么？
(2)生态工程的研究对象是怎样的？
【提示】 (1)生态工程依据的原理可归纳为“整体、协调、循环、再生”。
(2)研究对象是社会—经济—自然复合生态系统，为生态工程学成为一门新兴学科奠定了基础。
基础自主梳理
一、生态工程的原理、研究对象和类型
1．原理：“整体、协调、循环、再生”。
2．研究对象：________________复合生态系统。
社会—经济—自然
(1) ____________的生态工程
(2)节水和废水处理与应用的生态工程
(3)山区小流域______________的生态工程
(4)清洁及______能源系统组合利用的生态工程
(5)其他类：住宅、小区和城镇建设生态工程；
荒山、荒坡、滩涂、湿地以及__________生态恢复工程；生态旅游和绿色化学工程；生物多样性保护和持续利用工程等
类型
物质循环利用
综合治理与开发
可再生
矿山废弃地
思考感悟
1．“沼气工程”是我国农村普遍存在的一种生态工程，它遵循的主要原理是什么？
【提示】 物质循环、再生原理。
二、生态工程在农业中的应用
1．依据：生态学原理。
2．主要措施
(1)将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化。
(2)将农业废弃物的转化、再生及资源化等综合起来。
(3)将节能、应用________、生态建筑以及人口控制、生物多样性保护等相结合。
清洁能源
3．意义：有效地促进了________、________、________的畅通，实现人与环境和谐相处，经济、生态环境和社会效益的同步发展，是实现农业现代化过程中保证农业__________的一种生产方式。
4．应用实例
(1)庭院生态工程。
(2)农业生态工程。
物质循环
能量流动
信息流动
可持续发展
思考感悟
2．生态农业可以通过物质的多级利用，能提高能量的利用率，能提高能量的传递效率吗？
【提示】 不能提高能量的传递效率。
三、我国农业生态工程的主要技术
1．______________技术。
2．______________________技术。
3．______________________技术。
4．此外设计高效可行的____、____和轮种制度；设计________养殖技术；发展________技术等。
物质的良性循环
洁净可再生的新能源开发
种植业和畜牧业合理优化
间作
套种
多种立体
生物防治
核心要点突破
生态工程实例
名称 存在问题 解决方法 优点
物质循环利用的生态工程 城市生活垃圾，农村禽畜粪便、作物秸秆焚烧造成环境污染和资源浪费 城市垃圾减量化、无害化、资源化，将有机垃圾、人畜粪便转化为生态复合肥，农村地区将秸秆“过腹还田”，禽畜粪便与秸秆培养食用菌 减少环境污染，增加了产值
名称 存在问题 解决方法 优点
节水和废水处理与应用的生态工程 干旱地区：水资源短缺
农业区：灌溉用水利用率低
城市工业：产生大量废水 西北干旱和半干旱地区：雨水、地表水收集
农业区：节水灌溉技术
城市工业：节水系统的开发，工厂对废水、废料进行回收提取其中有用原料 节约水资源，实现了废物资源化
名称 存在问题 解决方法 优点
山区小流域综合治理与开发的生态工程 水土流失严重 在治理恢复小流域生态环境的基础上，持续利用小流域自然资源，将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业结合起来 实现生态环境的综合治理
名称 存在问题 解决方法 优点
清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程 农村秸秆、
生活垃圾等
造成环境污
染、能源短缺 农作物秸秆、生活垃圾等发酵处理，利用沼气作清洁可再生能源，另外开发利用太阳能、风能等 实现环境效益与经济效益同步发展
利用人工湿地可对污水进行净化处理，其基本原理是：在一定的基质(由土壤、沙石等组成)上种美人蕉、芦苇等湿地植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地中。当污水流过人工湿地时，由于系统中的物理沉降、化学分解和生物净化作用，使污水得到净化。下图是利用人工湿地去除污水中氮的生物脱氮原理简图。
例1
请分析回答：
(1)与植物吸收a物质有密切联系的生理过程是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)植物吸收a物质用于合成的有机成分是________和________等。
(3)在此生态系统中对废水净化起主要作用的生物是________________。
(4)上述对污水处理属于________________________________________________________________________类型的生态工程。
【尝试解答】 (1)呼吸作用
(2)蛋白质 核酸
(3)硝化细菌等微生物
(4)节水和废水处理与应用
【解析】 本题考查“人工湿地”净化污水的原理、生物组成及生态工程的节水和废水处理与应用等基础知识。解答本题的前提是先明确各种生物在污水净化中的作用，然后再联系污水中污染成分等相关知识进行作答。分析如下：
此过程是利用“人工湿地”对污水进行处理与应用，运用湿地生态系统的作用，属于节水和废水处理与应用的生态工程。
【探规寻律】 生态工程与传统工程的比较
生态工程 传统工程
基本理论 生态学、工程学 工程学
调控机制 人为辅助下
的自我调节 人为调控
与自然环
境的关系 协调 破坏
主要能源 太阳能 化石能(煤等)
生物多样性 基本保持稳定 减少
1．庭院生态工程
农业生态工程的应用
“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。
“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。
2．水陆物质和能量交换型生态工程——桑基鱼塘
桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。
桑基鱼塘是我国传统的生态农业，有关桑基鱼塘的说法错误的是( )
A．种桑和养蚕、鱼、猪相结合，使物质和能量得到最大限度的利用
B．桑基鱼塘实现了经济效益和生态效益双丰收
C．植物和动物互养形成良性循环
D．桑基鱼塘打破了原有生态平衡，不利于生态环境保护
例2
【尝试解答】 __D__
【解析】 桑基鱼塘是在原有小生态系统的基础上进行优化组合后形成的新的生态系统，使物质和能量得到最大限度的利用，更有利于生态环境保护。
【误区警示】
误区表现 错解归因 正确观点
“生态农业”是一种诞生于当代的崭新生产模式 “生态农业”这一术语在当今社会使用频率越来越高，使人们误认为这是一种崭新的生产模式 我国古代就有“桑基鱼塘”(生态农业)，是生态工程最早和最生动的一种模式
跟踪训练 下列关于生态农业的叙述中，错误的是( )
A．生态农业是以环境与经济发展为前提的
B．生态农业以保持生态系统内的生态平衡为主导思想
C．以高投入获得农业的高产出
D．生态农业开展多种经营
解析：选C。生态农业是指在保护、改善农业生态环境的前提下，遵循生态学、生态经济学规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化经营的农业发展模式，是相对于高投入高产出的石油农业提出的，C项是作为石油农业特点存在，所以错误。
知能过关演练
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第二节 胚胎工程
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
知能过关演练
第二节
情景导引
你知道“试管婴儿”吗？世界首例试
管婴儿于1978年7月25日在英国的奥
尔德姆市医院诞生，她的名字叫路易丝·
布朗(见右图)。全世界的新闻媒体都
把聚焦的镜头瞄准了她，因为她有一个
特殊的称谓：“试管婴儿”。现已成为母
亲的路易丝，过着正常人的普通生活。
思考：(1)试管婴儿是从试管里培育出来的吗？
(2)试管婴儿属于无性生殖吗？
【提示】 (1)不是。
(2)属于有性生殖。
基础自主梳理
一、胚胎工程
1．含义：通常指________操作技术。
2．研究对象：主要限定于____________，特别是哺乳动物。
3．研究的重点内容：体外受精、____________、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞等。
各种胚胎
高等脊椎动物
胚胎体外培养
二、体外受精和胚胎体外培养
1．体外受精
(1)含义：采集雌性动物的______和雄性动物的精子，使其在试管中受精。
(2)过程
①精子的采集及获能：从附睾中取出成熟的精子，并放入培养液中培养，使其达到____状态。
卵细胞
获能
②卵细胞的采集：最常用的方法是卵巢经________处理后，用穿刺针吸取卵泡液(连同卵母细胞)取出，然后在体外进行人工培养，促进其成熟。
③受精：__________和成熟后的卵细胞在体外合适的环境下共同培养一段时间，便可受精。
超数排卵
获能的精子
思考感悟
1．精子获能是指精子获得能量。对吗？
【提示】 不对。指获得受精的能力。
2．胚胎体外培养
(1)含义：指应用人工创造的环境，对获取的________进行体外培养。
(2)条件：必须配制一系列____________________，用以培养不同发育时期的胚胎。
早期胚胎
含有不同成分的培养液
三、胚胎移植
1．含义：指将经济价值较高、遗传性状优秀的母畜，经____处理，使其超数排卵后受精，然后将发育的早期胚胎分别移植到________的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术。
激素
同期发情
2．基本过程
四、胚胎分割
1．含义
指借助________技术将早期胚胎切割成______，再移植到代孕母子宫中发育，产生________后代的技术。
2．优点：可________________，是一种快速繁殖良种畜的方法。
显微操作
几等份
成倍增加胚胎数量
同卵多仔
3．过程
思考感悟
2．胚胎分割的次数越多，产生的新个体越多。对吗？
【提示】 不对。次数不能太多，否则由于切割时的损伤或营养物质过少，细胞不能发育。
五、胚胎干细胞(ES细胞)
1．含义：当受精卵分裂发育成早期胚胎(囊胚)时，________的细胞。
2．特点：是一种未分化细胞，具有__________和二倍体核型。
3．培养
(1)关键：需要一种________，既能促进胚胎干细胞的生长，同时还要抑制胚胎干细胞的分化。
内细胞团
发育全能性
培养体系
(2)流程
4．胚胎干细胞核移植
含义：指把胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过______、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。
胚激活
核心要点突破
体外受精
1．含义：指哺乳动物的精子和卵细胞在体外人工控制的环境中完成受精的过程。
2．基本原理：人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使卵细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用，并有计划地保存胚胎等。
3．具体需要技术
(1)卵母细胞的采集和培养。
(2)精子的采集和获能。
(3)受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞结合。
关于牛体外受精胚胎工厂化生产的叙述正确的是( )
A．精子和卵细胞受精形成受精卵后即可移入母牛子宫
B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中形成受精卵
C．成熟卵细胞与获能的精子相遇形成受精卵需培养到一定阶段才可移植
D．体外受精胚胎的工厂化生产即胚胎发育和受精过程只需在体外进行
例1
【解析】 卵细胞要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，受精卵发育到囊胚阶段才能移植，移植入母体后继续发育形成幼体产出。
【答案】 C
【互动探究】 (1)试管婴儿的受精、发育都是在体外进行的吗？
(2)动物胚胎培养液的成分是怎样的？
【提示】 (1)体外受精，体内发育。
(2)见“探规寻律”。
【探规寻律】 动物胚胎培养液成分与动物细胞培养液成分比较
项目 动物胚胎培养液 动物细胞培养液
盐类 无机盐、有机盐 无机盐、微量元素
营养物质 氨基酸、核苷酸 糖、氨基酸
调节物质 维生素、激素 促生长因子
共有成分 血清
1．胚胎移植的概念分析
对于胚胎移植的概念，可从以下几个方面掌握：
(1)胚胎的来源
①雌性动物体内的早期胚胎。
②通过体外受精和早期胚胎培养得到的。
③其他方式，如通过哺乳动物体细胞核移植及培养而得到的。
胚胎移植
(2)对受体的要求
①同一物种。
②与供体处于相同的生理状态。
③雌性动物。
(3)胚胎的移植方法：手术法和非手术法两种。
(4)在胚胎工程中所处的位置：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。
(5)实质
胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。
2．胚胎移植的基本程序
可以以牛胚胎移植为例，把胚胎移植的基本程序用流程图形式表示出来。
3．胚胎移植的生理学基础
(1)供体与受体相同的生理环境：哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供体、受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
(2)早期胚胎处于游离状态：哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这就为胚胎的收集提供了可能。
(3)受体对外来胚胎的认可：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，为胚胎在受体内的存活提供了可能。
(4)供体胚胎与受体正常联系的建立：供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响。
特别提醒
不同动物胚胎移植时间不同
(1)桑椹胚阶段、囊胚阶段：牛、羊。
(2)8或16细胞胚阶段：小鼠、家兔。
(3)4细胞胚阶段：试管婴儿。
下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的是( )
A．受孕母畜体内的早期胚胎能够移植
B．受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态
C．超数排卵技术要使用一定的激素
D．试管婴儿的受精及胚胎发育过程在试管内完成
例2
【尝试解答】__ D __
【解析】 胚胎移植的操作对象是早期胚胎；其生理基础是供、受体排卵后产生相同的生理变化，为移植提供相同的生理环境；超数排卵要对供体用促性腺激素进行处理；试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中进行。
【探规寻律】 胚胎移植成功与否的两个条件：
(1)同种(物种)动物之间进行。
(2)供、受体生理状态相同。
①发情时间一致。
②移入受体子宫的位置与其在供体内的位置相同或相似。
跟踪训练 关于ES细胞的应用的叙述，错误的是( )
A．可以用于治疗由于细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病
B．在体外诱导分化可培育出人造组织器官
C．是研究体外细胞分化的理想材料
D．不能用于治疗糖尿病、肝衰竭等疾病
解析：选D。ES细胞分化程度低，具有发育成完整个体的潜能。可用于体外诱导分化，可培育出各种组织器官，治疗细胞坏死、功能异常等引起的疾病。
1．胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆
生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，因此，也属于动物克隆的一种方法。
胚胎分割
2．具体操作——以二分胚胎的分割和移植为例
用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植入受体。实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性是有限的，到目前为止，最常见的是经分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小。
3．注意事项
具体操作时，要注意将内细胞团均等分割。否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
特别提醒
胚胎分割选择的胚胎是桑椹胚或囊胚，因为此时细胞处于未分化状态，是全能细胞，注意分割时应将内细胞团均等分割，而不是将胚胎均等分割。
关于胚胎分割移植，以下说法不正确的是( )
A．胚胎分割移植可产生基因型相同的新个体
B．在理论上胚胎分割次数越多产生新个体越多
C．胚胎分割移植属于有性生殖
D．胚胎分割若在囊胚期，内细胞团要均等分割，否则不易成功
例3
【尝试解答】 ___ C___
【解析】 胚胎分割移植产生基因型相同的后代，属于克隆，是无性生殖。
【互动探究】 (1)一般来说，胚胎分割能选择在原肠胚阶段吗？
(2)对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？
【提示】 (1)不能。
(2)若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
【易误警示】
误区表现 错解归因 正确观点
胚胎分割属于有性生殖 据被分割胚胎的来源理解所致 胚胎分割的生殖性质不是依据被分割胚胎的来源确定的，而是依据分割成的胚胎和被分割胚胎的关系确定的。由被分割胚胎到分割成的胚胎应为无性生殖
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第三、四节 水利工程中的生态学问题 生态工程的前景
核心要点突破
情景导引
基础自主梳理
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第三、四节
情景导引
水利是国民经济的命脉，特别是在水资源严重缺乏的今天尤为重要。但水利工程必然要破坏当地生态环境、破坏生态环境就可能引起生态危机，因此，如何把握好水利工程建设，是科学家努力研究的目标和方向。
思考：(1)为什么说节水比调水更重要？
(2)生态工程的前景应建立怎样的自然复合生态系统？
【提示】 (1)我国水资源问题短缺，靠修水库、建调水工程，不能从根本上解决水资源短缺问题，建设节水型社会才是解决我国干旱缺水问题的最根本、最有效的战略举措。
(2)社会—经济—自然。
基础自主梳理
一、水利工程
1．主要类型：即筑坝蓄水和__________。
2．实质：解决水资源的____、空间分布不均衡的问题。
跨流域调水
时间
二、水利工程会打破流域生态系统的动态平衡
1．有利影响
(1)改善水库________。
(2)防止________。
(3)改善大坝上游的____条件。
(4)开发清洁____水电能。
(5)使水体得到净化，丰富水体潜在的______。
周边环境
洪涝灾害
航运
能源
含氧量
2．不利影响
(1)破坏原生态系统的____________。
(2)改变两岸________。
(3)诱发地震。
(4)可能引起水体________。
生物生活环境
土壤特性
富营养化
三、水利工程要与生态保护工程同步进行
1．传统的河流治理工程
(1)重视________的利用，防止自然灾害。
(2)忽视了与河流生态系统和谐的问题。
2．现代的河流治理工程
(1)不仅要解决濒危生物或“珍稀生物”的栖息问题，还要考虑整个河流生态系统的________问题。
(2)依靠______________解决水利工程带来的生态问题。
水土资源
和谐发展
科学和技术手段
思考感悟
1．不仅水利工程的建设需考虑生态环境因素，任何工程甚至是人类活动的进行都需要考虑与生态环境的协调，只有这样才能实现人与自然和谐发展。你认为对吗？
【提示】 正确。
四、生态工程的前景
1．生态工程的研究对象
由自然生态系统扩展为______________________________。
2．生态工程的总体目标——可持续发展
(1)生态工程是可持续发展的重要手段，是促进人和自然和谐发展的重要手段。
(2)在社会—经济—自然复合生态系统中，生态环境是经济、社会发展的基础，是________的生命线，最终是人类生存的生命线。
“社会—经济—自然复合生态系统”
经济发展
(3)生态工程的目标由保护环境扩展到为了人类社会和自然双双受益，人和自然和谐共存，促进__________的协调发展。
(4)生态工程学为可持续发展提供了________和技术支持。
经济与环境
理论基础
思考感悟
2．建立不同的生态工程时要依据不同的原理，因地制宜、不能相互照搬。你认为对吗？
【提示】 正确。
核心要点突破
水利工程对流域生态系统的利弊
利弊 内容 实例
有利方面 改善水库周边环境 增加周边地区的空气湿度，改善周围植被的生长 黄河小浪底工程的建立
防止洪涝灾害 上游筑坝拦水可以调节水流量，降低洪水对中下游的影响 三峡水库、南水北调
利弊 内容 实例
有利方面 改善大坝上游的航运条件 大坝蓄水后，使上游河道变宽变深，改善上游航运条件，减小了季节对航运的影响 三门峡
开发清洁能源水电能 水力发电是可持续发展的清洁能源，减少燃油、燃煤的使用对环境的污染 三峡水电站、刘家峡水电站、李家峡水电站
利弊 内容 实例
不利方面 破坏原生态系统的生物生活环境 水库、大坝的建设破坏了原有生物的生活环境、栖息地，严重的甚至会造成物种灭绝 三峡大坝工程中中华鲟的保护
改变两岸土壤特性 水库、河道两岸渗漏，使得地下水升高，造成土壤次生盐碱化、沼泽化，甚至诱发山体滑坡、泥石流等 黄河三角洲
土壤盐碱化
利弊 内容 实例
不利方面 诱发地震 水体聚集、导致地壳结构变化，可能成为诱发地震的条件 阿斯旺大坝的建立诱发地震
水质的变化 大坝的建设，使水流速度减缓，溶氧减少，两岸生活污水、工业污水直接排放，引起水体富营养化，造成水质恶化
下列水利工程对流域生态系统影响的说法不正确的是( )
A．大坝工程会造成沿河流域可耕地的土质肥力降低
B．经过长距离的调水工程，水体复氧过程充分，丰富了水体潜在的含氧量，有利于水生生物的生活
C．水库蓄水后，不会引起水体富营养化
D．大坝水利发电是可持续发展的清洁能源
例1
【尝试解答】 __C__
【解析】 建造大坝时会使土质发生变化，造成大面积的盐碱化，从而可耕地肥力降低；在调水过程中，由于长距离的运输，空气中的氧气比较容易溶解在水体中，对水质有积极的作用；水利发电是无污染的清洁能源。水库蓄水后，如果生活污水、工业污水不经治理排放，很容易引起水体富营养化，造成水质恶化。
【误区警示】
误区表现 错解归因 正确思维
所有水利工程的有利与不利方面都是一致的 对于课本上的有利与不利影响理解不够 有利或者不利要看当地环境(如同样是拦水，有时能缓解旱情，有时引起山体滑坡)
解析：选C。水利工程会破坏原有水系内的生物的生活环境，严重的甚至会造成物种的灭绝。
1．生态工程学为可持续发展提供了理论基础和技术支持，是实现可持续发展的出路之一。
2．在社会、经济的飞速发展，可持续发展战略的正在实施过程中，生态工程学正面临着难得的发展机遇。
生态工程的前景
特别提醒
虽然生态工程前景广阔，但要设计出标准化、易操作的生态工程样板还是有一定难度的。
人类设计生态工程的根本目标是( )
A．在促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展
B．在促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益
C．防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展
D．在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展
例2
【尝试解答】 __D__
【解析】 设计生态工程的根本目标是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展。
【互动探究】 (1)生态工程与自然生态系统相比的特点是什么？
(2)生态工程的最终研究对象是什么？
【提示】 (1)更高一个层次的生态系统。
(2)社会—经济—自然复合生态系统。
【探规寻律】 (1)自然—社会—经济复合系统模式
(2)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。
(3)生态恢复力是有限的，不能认为有了生态工程就可以先污染后治理。
知能过关演练
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