课件40张PPT。专题1 基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具探究1 基因工程的概念、理论基础及技术支持
【研读教材·自主认知】
1.基因工程的概念:
(1)技术:____________和_______等技术。
(2)目的:创造出更符合人们需要的_____________和生物产品。
(3)设计和施工水平:____________。 体外DNA重组转基因新的生物类型DNA分子水平2.基因工程的理论基础及技术支持(连线):【合作探究·核心归纳】
1.基因工程概念的理解:
(1)基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么?
提示:①有性生殖中的基因重组是随机的,并且只能在同一物种间进行;②基因工程可以在不同物种间进行重组,并且方向性强,可以定向地改变生物的性状。
(2)基因工程中的DNA重组过程在哪里进行操作?属于哪一水平?
提示:在体外进行;属于DNA分子水平。2.基因工程理论基础:
(1)不同生物的DNA分子能拼接起来的原因是什么?
提示:①DNA分子的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;②双链DNA分子
的空间结构都是规则的双螺旋结构;③所有生物DNA碱基对均遵循严格
的“碱基互补配对原则”。
(2)外源基因能够在受体内表达,并使受体表现出相应的性状,为什么?
提示:①基因是控制生物体性状的结构和功能单位,具有相对独立性;
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。【过关小练·即时应用】
1.科学家们经过多年努力,创立了一种新兴生物技术——基因工程,实施该工程的最终目的是 ( )
A.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状
【解析】选D。基因工程能按照人们的意愿通过相关技术操作赋予生物以新的遗传特性。2.(2015·南通高一检测)某科研小组将人的生长抑制素释放因子的基因转移到大肠杆菌,并获得表达,此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌内 ( )
A.能进行DNA复制
B.能传递给细菌后代
C.能合成生长抑制素释放因子
D.能合成人的生长激素
【解析】选C。基因的表达就是基因通过转录、翻译合成基因决定的蛋白质,从而使生物体表现出相应的性状。探究2 基因工程操作的两种工具酶
【研读教材·自主认知】
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”:原核生物4 000特定核苷酸序列特定部位磷酸二酯键黏性末端2.DNA连接酶——“分子缝合针”:
(1)作用:缝合双链DNA片段,恢复两个核苷酸之间的___________。
(2)种类(连线):磷酸二酯键【小判断】
(1)基因工程中限制酶的作用是识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,
并切割DNA双链。 ( )
【分析】限制酶能够识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定位点切割
DNA分子。
(2)限制性核酸内切酶的识别序列只能是GAATTC。 ( )
【分析】限制性核酸内切酶的种类有数千种,不同的限制性核酸内切
酶识别和切割特定的核苷酸序列。√×(3)用限制性核酸内切酶可以切割烟草花叶病毒的核酸。 ( )
【分析】烟草花叶病毒的核酸是RNA,而限制性核酸内切酶切割的是
DNA。
(4)DNA连接酶只能连接两个末端具有互补碱基的DNA分子片段。
( )
【分析】DNA连接酶既能连接具有互补碱基的黏性末端,也能连接没有
互补碱基的平末端。××【合作探究·核心归纳】
1.限制性核酸内切酶的作用特点:
分析下图,回答问题(1)限制性核酸内切酶的“限制性”表现在什么地方?请举例说明。
提示:表现在两方面。①限制性核酸内切酶只能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列;②只能在识别序列上特定的两个脱氧核苷酸之间进行切割,如EcoRⅠ只能识别GAATTC序列,且只切割G-A之间的磷酸二酯键。(2)在切割含目的基因的DNA分子时限制性核酸内切酶要切割几个磷酸二酯键?为什么?
提示:4个。DNA分子为双链,且目的基因两端均含有限制性核酸内切酶的识别位点。
(3)所有的限制性核酸内切酶识别的脱氧核苷酸序列、切割位点相同吗?为什么?
提示:不相同。限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶,不同种类的限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点不同,这与酶的专一性有关。2.DNA连接酶的作用及特点:
(1)DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用是否相同?作用部位呢?
提示:作用不同,但是作用部位相同。限制性核酸内切酶是断裂磷酸二酯键,形成DNA片段;DNA连接酶是形成磷酸二酯键,连接DNA片段。
(2)DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键,二者的作用对象相同吗?为什么?
提示:不相同。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来,而DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸加到已有的DNA片段上。【归纳总结】DNA连接酶和DNA聚合酶的异同点 【过关小练·即时应用】
1.(2015·黄冈高二检测)如下图所示,两个核酸片段在适宜条件下,经X酶的催化作用,发生下述变化,则X酶是 ( )
A.DNA连接酶 B.RNA聚合酶
C.DNA聚合酶 D.限制性核酸内切酶【解题指南】解答本题需理解以下两点:
(1)正确区分限制性核酸内切酶与DNA连接酶的作用特点。
(2)正确区分DNA聚合酶和RNA聚合酶的作用。
【解析】选A。DNA连接酶的作用是将两个黏性末端连接在一起;RNA聚合酶是在RNA复制或转录过程中,把核糖核苷酸连接在一起;DNA聚合酶是在DNA复制过程中催化脱氧核苷酸的聚合反应;限制性核酸内切酶是识别和切割DNA分子内的特定核苷酸序列,切割结果得到黏性末端或平末端。【互动探究】
(1)若上题中的图改为下图,则X酶应对应哪个选项?
提示:D项。将一个DNA分子切割成两部分,这是限制性核酸内切酶的作用。(2)根据图中的片段,写出对应的限制性核酸内切酶能识别怎样的序列。
提示:所识别的碱基序列为GAATTC。2.(2015·菏泽高二检测)下列关于DNA连接酶和DNA聚合酶的叙述中,正确的是 ( )
A.两者催化同一种化学键的形成
B.两者催化同一种化学键的断裂
C.两者都参与目的基因与载体的结合
D.两者都参与遗传信息的表达【解题指南】解答本题关键的两点:
(1)明确两种酶都是连接形成磷酸二酯键。
(2)两种酶的作用对象不同,一种作用于DNA片段,一种作用于单个的脱氧核苷酸。
【解析】选A。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键;在基因工程中目的基因和载体是两个DNA片段,要用DNA连接酶连接;两者都不参与遗传信息表达中的转录和翻译过程。【补偿训练】下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述,不正确的是 ( )
A.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列
B.限制性核酸内切酶的活性受温度影响
C.限制性核酸内切酶能识别和切割RNA
D.限制性核酸内切酶可从原核生物中提取
【解题指南】解答本题关键点有两个:
(1)限制性核酸内切酶活性受温度和pH的影响。
(2)限制性核酸内切酶切割的是DNA分子。【解析】选C。原核生物体内有能识别并切割特定双链DNA序列的一种核酸内切酶,它是一种可以将外来的DNA切断的酶,即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力,但对自己的DNA却无损害作用,这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的,故叫限制性核酸内切酶(简称限制酶)。限制性核酸内切酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列并在特定位点切割DNA分子,不能识别和切割RNA分子。酶活性受温度影响。探究3 基因进入受体细胞的载体
【研读教材·自主认知】3.作用结果:携带_________进入受体细胞环状DNAλ噬菌体限制酶切割位点标记基因自我复制外源基因【合作探究·核心归纳】
1.载体的本质和作用:
(1)将外源基因直接导入受体细胞可行吗?为什么?
提示:不可行。直接把外源基因导入受体细胞,外源基因在细胞内不能进行复制、转录和稳定保存。
(2)质粒作为目的基因的载体,其本质是什么?它的存在具有什么特点?
提示:质粒本质是DNA;是裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的很小的环状DNA分子。2.载体的组成:
分析质粒载体结构模式图,回答下列问题:(1)质粒上抗生素抗性基因有什么作用?
提示:作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
(2)作为基因进入受体细胞的载体,要求必须对受体细胞无害,为什么?
提示:载体如果对受体细胞有害,其一旦被导入受体细胞,就会影响受
体细胞的生命活动,甚至破坏受体的生命活动。
(3)为使外源基因插入质粒中,质粒需具备什么条件?
提示:质粒应有一个至多个限制性核酸内切酶的切割位点,供外源基因
插入其中。【精讲精析】
天然的质粒DNA分子一般不能直接用作基因工程的载体,需要进行改造才能使用。【归纳总结】作为载体必须具备的四个条件
(1)必须有一个至多个限制酶切割位点。
(2)必须具备自我复制的能力。
(3)必须有标记基因。
(4)必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入受体细胞外的其他生物细胞中。【过关小练·即时应用】
1.下列有关质粒的叙述,正确的是 ( )
A.质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子
B.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
C.质粒携带了外源基因进入受体细胞后,只能停留在该细胞内独立复制
D.在进行基因工程操作中,被用作载体的质粒都是天然质粒【解题指南】解答本题注意以下关键点:
(1)质粒主要来源于细菌,是独立于拟核之外的小型环状DNA。
(2)质粒作为常用的载体,具备作为载体需要的条件。
【解析】选A。质粒是一种可以自主复制的小型环状DNA分子,但不是细胞器,主要存在于细菌细胞内;有些质粒可以将它携带的基因整合到受体细胞染色体DNA上;在基因工程中被用作载体的质粒都是经过加工的。2.(2015·广州高二检测)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶的切割位点。下列说法正确的是 ( )A.一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有1、2个游离的磷酸基团
B.若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越低
C.与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒和外源DNA的优点在于可以防止质粒和含目的基因的DNA自身环化
D.为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,需加入DNA聚合酶【解题指南】仔细辨析不同限制酶的识别序列,并分析这些序列在质粒和外源DNA上的位置,分析切割可能带来的各种因素。明确DNA自身环化的原因。【解析】选C。该质粒为环状DNA,经SmaⅠ切割前,不含有游离的磷酸基团,经SmaⅠ切割后形成平末端,含有2个游离的磷酸基团,故A项错误;SmaⅠ识别的是CCCGGG序列,在C与G之间切割,SmaⅠ酶切位点越多,也就是C-G碱基对越多,质粒的热稳定性越高,故B项错误;用同一种限制酶处理质粒和外源DNA,在用DNA连接酶连接时,往往会有三种连接形式,即目的基因—质粒、目的基因—目的基因(环化)、质粒-质粒(环化),后两种是我们不需要的,因而要进行筛选,用两种限制酶处理质粒和外源DNA,因形成的末端不同,可避免上述情况的发生,故C正确;连接质粒与目的基因的工具酶是DNA连接酶,故D错误。【互动探究】本题中不能用EcoRⅠ和BamHⅠ或EcoRⅠ和HindⅢ2种限制酶分别处理质粒和外源DNA,为什么?
提示:如用EcoRⅠ和BamHⅠ2种限制酶处理或用EcoRⅠ和HindⅢ2种限制酶处理外源DNA可得到多个DNA片段,其中还有不含有目的基因的,需要进行筛选。【补偿训练】下列哪项不是基因工程中经常用来运载目的基因的载体
( )
A.细菌质粒 B.噬菌体
C.动植物病毒 D.细菌核区的DNA
【解析】选D。基因工程中常用的载体为细菌质粒、噬菌体、动植物
病毒;细菌核区DNA分子太大,并且含有太多基因,不宜用作载体。课件51张PPT。专题1 基因工程
1.1 DNA重组技术的基本工具一、基因工程的诞生和发展
基因工程的基础理论和技术支持(连线)：二、基因工程的概念
1.操作场所：_________。
2.操作技术：DNA重组和_______等技术。
3.操作结果：赋予生物新的_________，创造出更符合人们
需要的新的_________和生物产品。
4.操作水平：________水平。生物体外转基因遗传特性生物类型DNA分子三、DNA重组技术的三种工具
1.限制性核酸内切酶(也称“限制酶”)——“分子手术刀”：
(1)来源：主要来自于_________。
(2)种类：约______种。
(3)特点：具有专一性。
①识别双链DNA分子的某种_______________。
②切割特定核苷酸序列中的特定位点。
(4)作用：断开两个核苷酸之间的___________。
(5)结果：产生_________或_______。原核生物4 000特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端平末端2.DNA连接酶——“分子缝合针”：
(1)作用：将____________“缝合”起来，恢复被_______切
开的两个核苷酸之间的___________。双链DNA片段限制酶磷酸二酯键(2)种类：E·coli大肠杆菌互补黏性末端黏性末端平末端3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”：
载体 ①质粒：是一种小型的双链环状 ________
②_________的衍生物
③动植物病毒等
①能自我复制
②具有一个至多个_______________
③具有_________
④对_________无害种类特点作用结果：携带____________进入受体细胞 DNA分子λ噬菌体限制酶切割位点标记基因受体细胞外源DNA片段四、重组DNA分子的模拟操作
1.材料用具：剪刀代表_______，透明胶条代表__________。
2.切割位点：
(1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出____________
序列，并选____之间作切口进行“切割”。
(2)从另一条链上___________之间寻找EcoRⅠ相应的切口剪
开。
3.操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能_______
___；否则，说明操作有误。EcoRⅠDNA连接酶G-A-A-T-T-CG-A互补的碱基互补配对【微点拨】
1.工具酶的发现为基因工程作了什么技术支持？
提示：为DNA的切割、连接以及目的基因的获得创造了条件。
2.利用基因工程实现的基因重组与杂交育种实现的基因重组有什么不同？
提示：前者是定向的，目的性强；后者是不定向的，获得所需要的重组性状所用的时间一般比较长。3.限制酶切割产生的末端在恢复时需用的DNA连接酶，为什么要加以选择？
提示：E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶既可以连接黏性末端，又可以连接平末端，所以必须进行选择。
4.限制酶和DNA解旋酶的作用部位有什么不同？
提示：限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于碱基对的两个碱基之间的氢键。5.不同的限制酶具有不同的识别序列，说明限制酶具有什么特性？
提示：专一性。
6.作为运载工具的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？
提示：载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响甚至破坏受体的生命活动。
7.基因工程中工具与工具酶有什么不同？
提示：基因工程中的工具包括限制酶、DNA连接酶和载体，而工具酶不包括载体，只有限制酶和DNA连接酶。1.科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状【解析】选D。基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造生物的遗传性状。2.以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A.基因工程是细胞水平上的生物工程
B.基因工程的产物对人类都是有益的
C.基因工程育种的优点之一是目的性强
D.基因工程产生的变异属于人工诱变
【解析】选C。基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，而不属于人工诱变；基因工程虽是按照人们的意愿改造生物，目的性强，但并不是所有的基因产物对人类都有益。3.在基因工程中，科学家所用的“剪刀”“针线”和“载体”分别是指( )
A.大肠杆菌病毒、质粒(主要)、DNA连接酶
B.噬菌体、质粒(主要)、DNA连接酶
C.限制酶、RNA连接酶、质粒(主要)
D.限制酶、DNA连接酶、质粒(主要)
【解析】选D。基因工程是在DNA分子水平上操作的，对DNA分子进行操作的工具，主要有“剪刀”——限制酶，“针线”
——DNA连接酶，“载体”——质粒、动植物病毒等。4.限制酶切割DNA时切出的DNA末端是( )
A.只有黏性末端
B.既有黏性末端也有平末端
C.只有平末端
D.任意末端
【解析】选B。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端有两种形式：黏性末端和平末端。5.在基因工程中用来修饰、改造生物基因的工具是( )
A.限制酶和水解酶
B.限制酶和DNA连接酶
C.限制酶和载体
D.DNA连接酶和载体
【解析】选B。在基因工程实施过程中，需用同一种限制酶将含有目的基因的DNA分子和质粒切开，以获得相同的黏性末端或平末端；再用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来以构成重组质粒，故B项正确。6.下列关于限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是( )
A.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键
B.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶
C.其化学本质都是蛋白质
D.它们不能被反复利用
【解析】选C。限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质，作用前后没有发生变化，可以被反复利用。DNA连接酶是通过形成磷酸二酯键将两个DNA分子片段连接起来，DNA聚合酶是通过形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸连接起来。7.下列哪项不是基因工程中经常使用的运载目的基因的载体
( )
A.细菌质粒 B.λ噬菌体的衍生物
C.细菌核区中的DNA D.动植物病毒
【解析】选C。细菌核区中的DNA是大型DNA，不宜作为载体；常用载体有细菌质粒、λ噬菌体的衍生物以及动植物病毒等。8.作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是( )
A.能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B.具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的表达
C.具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件
D.能够在受体细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选【解析】选A。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在受体细胞内稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因。同时要具有某些标记基因，是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，从而筛选受体细胞。载体要具有多个限制酶切割位点，则是为了便于与外源基因连接。一、基因工程的概念剖析和工具酶
1.基因工程的概念剖析：2.与DNA分子相关的四种酶的比较：说明：
(1)不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同；同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(2)DNA连接酶无识别的特异性，DNA连接酶对于黏性末端或平末端都能催化其“缝合”，重新形成DNA分子。【易错提醒】
DNA连接酶作用部位辨析
(1)图示：
(2)分析。
①针对上图，不要误认为DNA连接酶作用于碱基对之间的氢键。
②DNA连接酶作用于图中的“断口”处，形成磷酸二酯键。
③比喻：DNA连接酶“不是作用于梯子的踏板处，而是作用于梯子扶手的断口处”。1.下列对基因工程的理解，正确的是( )
①它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程
②对基因进行人为删减或增添某些碱基
③是体外进行的人为的基因重组
④在实验室内，利用相关的酶和原料合成DNA
⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术
⑥在DNA分子水平上进行操作
⑦一旦成功，便可遗传
A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤⑥⑦
C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦【解题关键】解答本题的技巧：排除法。
(1)判断②错误，排除A、D项；
(2)判断④错误，排除B项。
【解析】选C。基因工程是对现有基因的剪切和拼接，并没有对基因进行改造，也不是要合成新的DNA。2.(2013·枣庄高二检测)现有一长度为1 000个碱基对(bp)的
DNA分子，用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，
用KpnⅠ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用
EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA
分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )【解题关键】解答本题的关键有两点：
(1)会读图、析图，所给选项中有线形DNA、环状DNA。
(2)正确分析切割位点不同所得片段不同。【解析】选D。从题干中“用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp”，再结合选项中DNA分子的可能酶切图谱分析可知，此DNA分子是环状的，故A、B排除。同理，从“用KpnⅠ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子”，又可推知图谱中应有两个KpnⅠ酶切位点，故选D。【变式备选】(2014·天水高二检测)限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。如图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的识别序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是什么( )A.BamHⅠ和EcoRⅠ 末端互补序列为AATT-
B.BamHⅠ和HindⅢ 末端互补序列为GATC-
C.EcoRⅠ和HindⅢ 末端互补序列为AATT-
D.BamHⅠ和BglⅡ 末端互补序列为GATC-
【解析】选D。A项中BamHⅠ酶切出的末端序列为-GATC-，EcoRⅠ酶切出的末端序列为-AATT-，两者不互补；B项HindⅢ酶切出的末端序列为-AGCT-，与BamHⅠ酶切出的末端序列不互补；同理可推，C项中也不互补，只有D项中才互补。二、基因工程中常用的载体——质粒
1.特点：质粒是一种裸露的、小型、双链、环状DNA分子。
2.本质：质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型DNA分子，不是细胞器。3.质粒作为载体所具备的条件：
(1)能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
(2)有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。
(3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(4)无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。4.作用：
(1)作为运输工具，将目的基因导入受体细胞。
(2)质粒携带目的基因在受体细胞内大量复制。【思维拓展】
细胞膜上的载体与基因工程中的载体的区别
(1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)、λ噬菌体的衍生物，也可能是生物，如动植物病毒等。
(2)功能不同：细胞膜上载体的功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。1.(2014·台州高二检测)下列关于基因工程中载体的说法，正确的是( )
A.质粒是一种独立于细菌拟核外的链状DNA分子
B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体
C.质粒载体的复制和表达不遵循中心法则
D.作为载体的质粒常含有抗生素抗性基因【解题关键】解答本题的突破口：
(1)明确天然质粒并不完全具备作为载体的全部条件。
(2)理解质粒上遗传信息的传递遵循中心法则。
【解析】选D。质粒是双链环状DNA分子，其复制和表达遵循中心法则。只有经过人工改造的质粒，才能作为基因工程的载体。质粒上的抗性基因利于重组DNA的鉴定和筛选。2.目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如下图所示。(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于? ?
。
(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
(3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ限制酶作用位点，现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因，通过酶作用恢复 键，成功获得了重组质粒，说明 。(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是 ，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是 。【解题关键】解答本题应明确以下两点：
(1)基因工程中工具酶的作用及特点。
(2)质粒的结构组成及其作用。【解析】(1)质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因，以便于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。
(2)同一限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同，根据题意可知该目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端为：(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键；而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接，表明经两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。
(4)由题意知：由于与图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素。由图二、图三结果显示，多数大肠杆菌都能抗氨苄青霉素和四环素，而经限制酶BamHⅠ作用后，标记基因tetR被破坏，从而使大肠杆菌不能抗四环素，故多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。答案：(1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞
(2)
(3)磷酸二酯 两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同
(4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素 pBR322质粒【互动探究】
(1)题2图一中有多个限制酶作用位点，其作用是什么？
提示：供外源DNA(或目的基因)插入其中。
(2)题2中将经BamHⅠ处理后的质粒与用EcoRⅠ处理得到的目的基因，通过DNA连接酶是否一定能连接，为什么？
提示：不一定。BamHⅠ和EcoRⅠ处理得到的DNA黏性末端如果相同则可以连接，否则不能连接。【误区警示】
解答有关基因工程载体问题的四点提醒
(1)作为载体必须能自我复制、具有酶切位点和标记基因、对受体细胞无害。
(2)最常用载体为大肠杆菌中的质粒，其为独立于拟核DNA之外的双链环状DNA分子。
(3)天然质粒必须经过人工改造才能作为载体，因为任何天然质粒都不完全具备作为载体的条件。
(4)质粒上基因的行为完全遵循中心法则。课件58张PPT。1.2
基因工程的基本操作程序探究1 目的基因的获取
【研读教材·自主认知】
1.目的基因:主要是指___________的基因,也可以是一些具有_______
___的因子。
2.目的基因的来源:可以从自然界中已有的_____中分离出来,也可以
用___________合成。编码蛋白质调控作用物种人工的方法3.获取目的基因常用的方法:
(1)从_________中获取。
(2)利用PCR技术扩增目的基因。
(3)人工合成法。 基因文库【小判断】
(1)基因工程的核心步骤是目的基因的获取。 ( )
【分析】基因工程操作的核心是基因表达载体的构建,目的基因的获
取是基因工程操作的第一步。
(2)目的基因可以从自然界已有的物种中分离,也可以用化学方法人工
合成。 ( )
【分析】如果目的基因的序列是已知的,可以采用化学方法合成,如合
成胰岛素基因。×√(3)人工合成目的基因不需要用限制性核酸内切酶。 ( )
【分析】人工合成目的基因有两种方法,其一是化学合成法,即用游离的脱氧核苷酸合成,不需要限制性核酸内切酶;其二是反转录法,即用已知的mRNA和反转录酶先合成DNA单链,再进一步得到DNA双链,也不需要限制性核酸内切酶。√【合作探究·核心归纳】
1.从基因文库中获取目的基因:
(1)cDNA文库是从某种生物的某一细胞中提取出mRNA,经反转录过程获得的基因文库,为什么该基因文库仅含有该生物的部分基因?
提示:由于基因的选择性表达,某种生物的某一细胞中仅有部分基因转录出mRNA,所以由该细胞中的mRNA反转录得到的基因文库仅含该生物的部分基因。(2)结合基因文库、基因组文库、cDNA文库的概念,尝试从范围上比较三者之间的大小关系,并阐明理由。
提示:基因文库>基因组文库>cDNA文库。基因组文库含有一种生物的全部基因,而cDNA文库只含有一种生物的部分基因,二者都属于基因文库。2.利用PCR技术扩增目的基因:
PCR是体外扩增DNA的技术,结合细胞内DNA的复制过程讨论下列问题。
(1)结合相关知识填充表格内容:DNA在高温作用下变性解旋细胞内(主要在细胞核内)(2)利用PCR技术扩增目的基因时,需要哪些物质和条件。
提示:需要模板、脱氧核苷酸、引物、耐高温的DNA聚合酶等。3.人工合成法:
人工合成目的基因时,需要预先知道目的基因的核苷酸序列。请推测目的基因的核苷酸序列是如何得到的?
提示:测定目的基因产物的氨基酸序列,根据密码子表推测mRNA的可能的核糖核苷酸序列,再根据碱基互补配对原则推测出目的基因的脱氧核苷酸序列。【归纳总结】获取目的基因的四种方法 【过关小练·即时应用】
1.(2015·长沙高二检测)有关PCR技术的说法,不正确的是 ( )
A.PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术
B.PCR的原理是DNA双链复制
C.利用PCR获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序
列
D.PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA【解题指南】解答本题注意以下关键点:
(1)PCR技术扩增DNA的原理为DNA复制。
(2)PCR技术中突出的两点是不需要解旋酶,但是需要耐高温的DNA聚合酶。
【解析】选D。PCR技术是一种体外DNA分子复制技术,A正确;其理论基础是DNA分子的复制,B正确;该过程需要一段已有的DNA分子作为模板,C正确;需要四种游离的脱氧核苷酸作为原料,还需要耐热的DNA聚合酶,但是不需要解旋酶,在复制过程中DNA的解旋是由加热过程实现的,D错误。2.(2015·揭阳高二检测)为从根本上解决水稻中的高植酸问题,可将植酸酶基因导入水稻,培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。据图回答:
(1)B过程需要的酶是 。
(2)获得植酸酶基因的方法除图中所示外,还有 方法。
(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中
和 为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著
特点是 。【解题指南】解答本题的关键在于:【解析】B过程是以RNA为模板合成DNA的反转录过程,需要的酶应该是反转录酶;目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外,还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增,该过程中所用酶的显著特点是耐高温。
答案:(1)反转录酶 (2)人工合成
(3)DNA cDNA 耐高温【补偿训练】获取目的基因的方法有多种,下列不属于目的基因获取方法的是 ( )
A.从基因组文库中获取 B.从cDNA文库中获取
C.直接从细胞质中获取 D.利用PCR技术扩增
【解析】选C。获取目的基因的方法常用的有以下几种:①从基因文库中获取,②利用PCR技术扩增,③用化学方法直接人工合成。细胞质中不能获取目的基因。探究2 基因表达载体的构建和将目的基因导入受体细胞
【研读教材·自主认知】
1.基因表达载体的构建:
(1)构建目的:
①使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以_____给下一代。
②使目的基因能够_____和发挥作用。遗传表达(2)基因表达载体的组成:RNA聚合酶mRNA转录受体细胞目的基因2.将目的基因导入受体细胞:
将相应的受体细胞和导入方法进行连线【小判断】
(1)基因表达载体中含启动子和密码子。 ( )
【分析】密码子由位于信使RNA上的三个相邻的碱基构成,基因表达载
体中无密码子。
(2)基因工程中所用的受体细胞只有大肠杆菌一种。 ( )
【分析】基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、
植物细胞和动物细胞的受精卵等。××(3)重组DNA分子都能进入受体细胞。 ( )
【分析】重组DNA分子导入受体细胞时,不是所有的重组DNA分子都能进入受体细胞,也不能保证所有的受体细胞都有重组DNA分子,因此在导入后需要筛选含有目的基因的受体细胞。
(4)动物的体细胞也能作为受体细胞。 ( )
【分析】动物体细胞的全能性受到限制,只有细胞核具有全能性,所以不能作为受体细胞。××【合作探究·核心归纳】
1.基因表达载体的构建:
(1)为什么切割目的基因和载体要选用同一种限制性核酸内切酶?
提示:选用同一种限制性核酸内切酶切割会产生相同的黏性末端,可以在DNA连接酶的作用下将切割的目的基因和载体连接起来。(2)在实际的基因工程操作时往往用两种限制性核酸内切酶分别切割目的基因的两端以及载体,这样做有什么好处?试分析原因。
提示:可以有效避免载体与载体以及目的基因与目的基因的连接,提高连接的有效性。①如果用一种限制性核酸内切酶切割,目的基因两侧的末端以及质粒切口的两个末端都是互补的,因此连接时可能会出现载体与载体、目的基因与目的基因、目的基因与载体三种连接情况,而符合要求的只有载体与目的基因的连接。
②如果用两种不同的限制性核酸内切酶进行切割就可以有效避免载体与载体以及目的基因与目的基因的连接,提高连接的有效性。(3)分析基因表达载体模式图,回答下面问题。①在基因表达载体中,启动子和终止子的位置是否可以互换?试分析原因。
提示:不可以。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,使转录开始;终止子位于基因的尾端,使转录终止;只有顺序正确,目的基因才能正常转录。
②能否将目的基因插入载体的标记基因中?为什么?
提示:不能。标记基因用于鉴定受体细胞是否成功导入目的基因,以便将含目的基因的细胞筛选出来,若有目的基因插入,则标记基因被破坏,无法进一步筛选。2.将目的基因导入受体细胞:
分析农杆菌转化法示意图,回答第(1)题。(1)在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中,为什么一定要将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上?
提示:Ti质粒上的T-DNA也称为可转移DNA,可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(2)植物基因工程常用的受体细胞为什么可以是体细胞,而动物基因工程一般只用受精卵?
提示:植物体细胞的全能性较高,可经植物组织培养过程形成完整植物体,因此受体细胞可以是体细胞;动物体细胞的全能性受到严格限制,因此动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。
(3)将目的基因导入微生物细胞时,为什么受体细胞常选择原核生物?
提示:原核生物具有繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等特点。(4)导入微生物细胞时,常用Ca2+处理的机理是什么?
提示:Ca2+可以改变细胞膜的通透性,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。【规律方法】选择受体细胞的方法
(1)植物:可以是受精卵(花粉管通道法)或体细胞(可经组织培养成为完整植株)。
(2)动物:受精卵(因为体细胞的全能性难以表达)。
(3)微生物:若要获得基因产物,常把目的基因转入细菌、酵母菌等微生物中。微生物的繁殖速度较快,短时间内可获得大量基因产物。【归纳总结】基因表达载体的构建过程
将切下的目的基因片段插入质粒的切口处,再加入适量DNA连接酶,形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如下图所示:【过关小练·即时应用】
1.(2015·邢台高二检测)如图是利用基因工程技术培育转基因植物,生产可食用疫苗的部分过程示意图,其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制酶。下列说法错误的是 ( )A.图示过程是基因工程的核心步骤
B.表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠ
C.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
D.除图示组成外,表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构【解题指南】解答本题需要注意两个关键点:
(1)明确基因表达载体必需的构成。
(2)在保证表达载体必备结构完整的情况下选择目的基因的插入位点,从而选择相应的限制酶。
【解析】选B。图示过程为基因表达载体的构建过程,是基因工程中的核心步骤,A正确。构建过程中需要将目的基因完整切割下来,此时要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ,B错误。抗卡那霉素基因是标记基因,目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞,C正确。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等,D正确。2.农杆菌是一种在土壤中生活的微生物,能在自然条件下感染植物,因而在植物基因工程中得到了广泛的应用。下图为农杆菌转化法的示意图,试回答下列问题:(1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是 ,
利用农杆菌能在自然条件下感染植物的特点,能实现______________
。具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在
T-DNA片段,它具有可转移到受体细胞并整合到受体细胞的_________
上的特点,因此只要将携带外源基因的DNA片段插入_______________
(部位)即可。
(2)根据T-DNA这一转移特点,猜测该DNA片段上可能含有控制_______ (酶)合成的基因。(3)图中c过程中,能促进农杆菌移向植物细胞的物质是 类化合物。
(4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外,还可采取 。(至少写出两种)【解题指南】解答本题的关键:
(1)分析农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物的本质。
(2)分析农杆菌Ti质粒中的T-DNA特点及其整合到染色体DNA的实质。【解析】(1)一般农杆菌不能感染单子叶植物,可感染双子叶植物和裸
子植物,利用其感染性,可实现目的基因导入植物细胞。这里应特别明
确的是真正可转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上的是
农杆菌T-DNA片段,因此目的基因必须插入该部位才能成功。(2)由
T-DNA这一转移特点,可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶、限
制酶,才能实现与双子叶植物细胞的染色体DNA整合。(3)植物细胞受
伤后可产生酚类物质,促进农杆菌向植物细胞转移。(4)植物基因工程
中除了农杆菌转化法之外,还有基因枪法和花粉管通道法。答案:(1)单子叶植物 目的基因导入植物细胞
染色体DNA T-DNA片段(内部)
(2)DNA连接酶、限制酶
(3)酚 (4)基因枪法、花粉管通道法【补偿训练】将目的基因导入微生物细胞的最常用方法是 ( )
A.感受态细胞法
B.显微注射法
C.基因枪法
D.农杆菌转化法【解析】选A。将目的基因导入微生物细胞最常用的方法是感受态细胞法,其主要步骤是:首先用Ca2+处理微生物细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,称为感受态细胞;第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。探究3 目的基因的检测与鉴定
【研读教材·自主认知】
根据教材知识完成下表DNA分子杂交技术mRNA分子杂交技术抗原—抗体杂交法【合作探究·核心归纳】
1.将目的基因成功导入受体细胞后是否意味着基因工程操作成功?为什么?
提示:不是。将目的基因导入受体细胞后还要进一步鉴定目的基因是否成功表达。
2.DNA分子杂交的原理是什么?除了用于目的基因检测与鉴定以外,试举例说明还有哪些应用。
提示:碱基互补配对原则。还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。3.检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么?
提示:用叶片饲养棉铃虫,观察棉铃虫是否死亡。
4.基因工程操作的四个步骤中,有哪几个步骤涉及碱基互补配对?
提示:目的基因的获取、基因表达载体的构建和目的基因的检测与鉴定。【归纳总结】目的基因的检测与鉴定的方法汇总【过关小练·即时应用】
1.要检测目的基因是否成功地插入了受体DNA中,需要用基因探针检测。基因探针是指 ( )
A.用于检测疾病的医疗器械
B.用放射性同位素或荧光分子等标记的单链DNA分子
C.合成β-球蛋白的DNA片段
D.合成苯丙羟化酶的DNA片段【解题指南】解答本题的关键:
(1)明确基因探针的本质是单链DNA。
(2)明确基因探针的作用原理是碱基互补配对原则。
【解析】选B。基因探针是指一段已知的DNA片段(实际上是单链),为便于对杂交的结果进行检测,需要对其进行放射性同位素或荧光分子标记。2.检测苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达的方法是
( )
A.是否有抗生素抗性 B.是否能检测到标记基因
C.是否有相应的性状 D.是否能分离到目的基因
【解题指南】明确检测目的基因是否成功表达的两个方法,即在分子
水平和个体生物学水平进行检测。
【解析】选C。基因表达指的是基因转录翻译出相应的蛋白质,检测苏
云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达,应在个体生物学
水平上检测是否有相应的性状出现。【互动探究】检测导入基因是否表达,除题目中的方法外,还可以检测哪种物质的存在?利用什么技术?
提示:可以检测转基因生物的相应细胞中是否存在目的基因所表达的蛋白质;所用的方法是抗原—抗体杂交技术。【补偿训练】用人的胰高血糖素基因制成的DNA探针检测下列物质,不可能形成杂交分子的是 ( )
A.人胰岛A细胞中的DNA
B.人胰岛A细胞中的mRNA
C.人胰岛B细胞中的DNA
D.人胰岛B细胞中的mRNA
【解析】选D。DNA分子探针检测利用的原理是碱基互补配对,需要被测分子中含有相应的碱基序列,胰岛B细胞中不表达胰高血糖素,因此也不具有相应的mRNA,因此不能形成杂交分子。课件52张PPT。1.2
基因工程的基本操作程序一、基因工程的四大操作步骤
_________的获取
↓
_____________的构建
↓
将目的基因导入_________
↓
目的基因的_____与鉴定基因表达载体受体细胞检测目的基因二、目的基因的获取
1.目的基因：
(1)主要是指___________的基因。
(2)一些具有_________的因子。编码蛋白质调控作用2.获取方法：
(1)从基因文库中获取。
①基因组文库：含有一种生物_____的基因。
②部分基因文库：含有一种生物的_______基因，如cDNA文库。
(2)利用PCR技术扩增目的基因。
①含义：是一项在生物体外________________的核酸合成技术。
②原理：____________。
③条件：_____、DNA模板、______、四种脱氧核苷酸。所有一部分复制特定DNA片段DNA双链复制引物Taq酶④过程。
a.目的基因DNA受热_____后解链为单链(90～95℃)。
b._____与单链相应互补序列结合(55～60℃)。
c.在__________作用下进行_____(70～75℃)。
d.重复循环多次。
⑤结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_____形式
扩增(约为2n)。
(3)人工合成法。
①条件：基因比较小，___________已知。
②方法：通过__________用化学方法直接人工合成。变性引物DNA聚合酶延伸指数核苷酸序列DNA合成仪三、基因表达载体的构建——核心
1.构建基因表达载体的目的：
(1)使目的基因在_________中稳定存在，并且可以_____给
下一代。
(2)使目的基因能够_____和_________。受体细胞遗传表达发挥作用2.基因表达载体的组成：
3.基因表达载体的功能：通过基因表达载体将_________导入
受体细胞。启动子终止子标记目的基因四、将目的基因导入受体细胞
1.转化含义：_________进入受体细胞内，并且在受体细胞内
_________和_____的过程。
2.转化方法：
(1)导入植物细胞。
①最常用方法。
_____________：双子叶植物或_____植物。
②其他方法。
a.基因枪法：___________。
b.花粉管通道法。目的基因维持稳定表达农杆菌转化法裸子单子叶植物(2)导入动物细胞。
①常用方法：_________技术。
②常用受体细胞：_______。
(3)导入微生物细胞。
①方法。
a.用____处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分
子的生理状态(这种细胞称为___________)。
b.感受态细胞吸收____________________。
②受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。
③原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、_________________
等。显微注射受精卵Ca2+感受态细胞重组表达载体DNA分子遗传物质相对较少五、目的基因的检测与鉴定
1.分子水平检测：
检测目标与其采用的检测方法(连线)
2.个体生物学水平鉴定：接种法、产物功能活性比较法。【微点拨】
1.为什么说并不是所有目的基因都可以从基因文库中获得？
提示：自然界中不存在、需人工合成的目的基因，不能从基因文库中获得。
2.PCR技术中，为什么模板DNA中A与T碱基对比例越高，解链温度相对越低？
提示：DNA分子中A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，所以模板DNA中A与T碱基对越多，形成的氢键相对越少，解链需要的温度相对越低。3.基因表达载体中标记基因的作用是什么？
提示：鉴别、筛选含有目的基因的受体细胞。
4.将目的基因导入受体细胞的步骤中，导入的是基因表达载体而不是单独的目的基因，为什么？
提示：单独的目的基因不能在受体细胞内稳定存在和表达，也不能遗传给下一代。
5.基因工程的四个步骤中，都涉及碱基互补配对吗？为什么？
提示：不是。“将目的基因导入受体细胞”不涉及，其他3个步骤都涉及碱基互补配对。1.下列对目的基因获取的理解，不正确的是( )
A.目的基因可以从自然界中分离，也可以人工合成
B.目的基因主要指编码蛋白质的基因
C.基因文库就是基因组文库
D.cDNA文库只含有某种生物的一部分基因
【解析】选C。目的基因可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以人工合成。目的基因主要指编码蛋白质的基因。基因文库分为基因组文库和部分基因文库，cDNA文库是部分基因文库。2.在基因工程技术中，需要用到CaCl2处理的环节是( )
A.目的基因的提取和导入
B.目的基因与载体结合
C.将目的基因导入受体细胞
D.目的基因的检测与表达
【解析】选C。将目的基因导入原核生物受体细胞时，首先用Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后在一定条件下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。3.在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要( )
①DNA连接酶 ②同一种限制酶
③RNA聚合酶 ④具有标记基因的质粒
⑤目的基因 ⑥4种脱氧核苷酸
A.③⑥ B.②④
C.①⑤ D.①②④
【解析】选A。在基因工程的操作过程中，需要用同一种限制酶切割目的基因与载体，并用DNA连接酶将两者的黏性末端(或平末端)连接起来，所选择的质粒必须具有标记基因，以便进行目的基因的检测。4.下列有关基因表达载体的构建的说法不正确的是( )
A.基因表达载体的构建是实施基因工程的核心
B.构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，可以遗传给下一代，同时使其能够表达和发挥作用
C.启动子存在于基因的编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动转录
D.标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因【解析】选C。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；构建基因表达载体的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；启动子存在于基因的非编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录，最终翻译出蛋白质；载体上的标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因。所以只有C项是错误的。5.检测转基因生物染色体DNA上是否插入了目的基因的常用方法是( )
A.DNA分子杂交技术 B.荧光分子标记技术
C.放射性同位素标记技术 D.显微注射技术
【解析】选A。检测目的基因常采用DNA分子杂交技术，即在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等进行标记，以此作为探针，并使探针与基因组DNA杂交，若显示出杂交带，则表明目的基因已插入染色体DNA中。6.以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A.利用PCR技术可以大量扩增目的基因
B.目的基因导入受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法
C.用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生不同的黏性末端
D.利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞并成功表达【解析】选A。PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法；用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生相同的黏性末端，便于两者连接；利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞，但不能确定目的基因是否得以表达。一、获取目的基因及基因表达载体的构建
1.cDNA文库与基因组文库的主要区别：2.获取目的基因的方法比较：
(1)过程比较。
①基因组文库：
供体生物 全部DNA DNA片段 受体菌群 目的基因
②cDNA文库：
供体生物 mRNA cDNA 受体菌群
目的基因
③PCR技术：
目的基因 单链DNA 双链DNA 大量目的基因④人工合成：
蛋白质的 氨基酸序列目的 基因 DNA 核苷酸序列 mRNA 核苷酸序列(2)四种方法的比较：3.基因表达载体的构建：
(1)组成 位置：基因的首端
功能：是RNA聚合酶识别和结合的部位，
驱动基因转录出mRNA
位置：基因的尾端
功能：终止转录目的基因
启动子终止子标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因(2)构建方法：【易错提醒】
启动子和终止子、起始密码子与终止密码子的区别
(1)启动子和终止子都在DNA上，在遗传信息转录时起作用。启动子是启动转录的开始，终止子是DNA分子上决定转录停止的一段DNA序列，其组成单位都是脱氧核苷酸。
(2)起始密码子和终止密码子都是mRNA上三个相邻碱基。起始密码子决定翻译的开始，终止密码子决定翻译的停止。1.(2012·浙江高考)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是( )
A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经反转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B.利用限制酶从开蓝色花的矮牵牛的基因文库中获取基因B
C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D.将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞【解题关键】明确获取目的基因的方法、基因工程的工具及基因工程操作的基本步骤。
【解析】选A。由题意知：控制蓝色色素合成的基因B是目的基因，提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经反转录获得互补的DNA，再扩增基因B，然后导入天然的玫瑰细胞中，经培育该受体细胞即能获得蓝玫瑰，故选项A正确。限制酶用于切割目的基因而不是获取目的基因；将目的基因B与质粒连接需用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶；基因B需与质粒连接形成基因表达载体再导入农杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞，而不能将基因B直接导入大肠杆菌。2.(2014·聊城高二检测)下列关于基因表达载体的构建描述错误的是( )
A.基因表达载体的构建是基因工程的核心
B.基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分
C.目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因
D.构建的基因表达载体都是相同的【解题关键】解答本题需要明确以下两点：
(1)基因表达载体的组成；
(2)构建基因表达载体的目的、方法。
【解析】选D。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；一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须具有启动子、终止子、标记基因等部分；目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因；由于受体细胞不同，基因表达载体也会有差别，不可能都是相同的。【变式备选】下列属于获取目的基因的方法的是( )
①利用mRNA反转录形成
②从基因组文库中提取
③从受体细胞中提取
④利用PCR技术合成
⑤利用DNA转录形成
⑥人工合成
A.①②③⑤ B.①②⑤⑥
C.①②③④ D.①②④⑥【解析】选D。目的基因的获取可以从基因文库中提取，也可以用mRNA反转录形成DNA的一条链，然后合成DNA分子；对于一些已知一段核苷酸序列的目的基因，可用PCR技术扩增合成；对于一些短小而无模板且已知核苷酸序列的目的基因可用人工合成法。受体细胞是目的基因表达的场所，不能从中提取目的基因；DNA转录出的是RNA，不能得到目的基因。二、目的基因导入受体细胞及检测与鉴定
1.目的基因导入受体细胞的常用方法：2.农杆菌转化法分析：(1)完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
(2)重组的基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是用Ca2+处理。
(3)目的基因能够在受体细胞内稳定维持和表达的关键是目的基因插入受体细胞染色体DNA上。
(4)由受体细胞形成植株需要用到植物组织培养技术。3.目的基因检测与鉴定的方法比较：【易错提醒】
关于不同分子检测的原理、场所、探针的异同
(1)原理：进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的，只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA，而是转基因生物的细胞内的mRNA；进行翻译水平的检测，则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。
(2)场所：不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。
(3)探针：在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。1.(2013·新课标全国卷Ⅰ改编)阅读如下资料：
科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
回答下列问题：
(1)将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 ?法。
(2)构建基因表达载体常用的工具酶是 ?和
。
(3)在培育有些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是 。【解题关键】解答本题需明确目的基因导入受体细胞的常用方法：
(1)动物基因工程：显微注射法。
(2)植物基因工程：农杆菌转化法。
【解析】(1)将基因表达载体导入动物受精卵常用的方法是显微注射法。(2)构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(3)在培育转基因植物时常用农杆菌转化法，因为农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。答案：(1)显微注射
(2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶
(3)农杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中2.(2011·海南高考改编)回答有关基因工程的问题：
(1)构建基因工程表达载体时，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 ? 末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生 (相同、不同)黏性末端的限制酶。(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是? ?
。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用
处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为 。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成 ，常用抗原—抗体杂交技术。【解题关键】本题考查基因工程的基本工具和操作过程，解答本题时应明确以下两点：
(1)明确基因工程的基本工具中限制酶和DNA连接酶的作用特点，理解载体的结构组成和各组分的作用。
(2)理解基因工程的操作过程，将目的基因导入受体细胞后还需要进一步检测和鉴定目的基因是否成功表达。【解析】(1)限制酶切割产生两种末端：黏性末端和平末端。若用DNA连接酶连接两个末端，两个末端必须是相同的。
(2)基因工程检测的方法：检测目的基因是否导入，使用DNA分子杂交技术；检测目的基因是否转录，使用分子杂交技术；检测是否形成蛋白质，使用抗原—抗体杂交技术。
答案：(1)平 相同
(2)RNA聚合酶识别和结合的部位 Ca2+
分子杂交技术 蛋白质【互动探究】题1怎样检测牛生长激素基因是否导入小鼠受精卵中？
提示：(1)制备含有牛生长激素基因的分子探针。
(2)提取小鼠的基因组DNA。
(3)使分子探针与基因组DNA杂交。
(4)若出现杂交带，说明已导入；否则，未导入。【方法规律】解答基因工程基本操作程序题目的一般步骤——三辨、三找、一析、一理
(1)三辨：分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但两种限制酶切割后产生的黏性末端中碱基要互补配对。
(2)三找：找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是在标记基因之外。(3)一析：分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一个标记基因，插入后一般不破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位点，如果某一标记基因中有插入位点，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。
(4)一理：理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法。
一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。课件65张PPT。1.3
基因工程的应用探究1 植物基因工程
【研读教材·自主认知】
1.植物基因工程技术的应用:
(1)提高农作物的_________(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗
盐碱等)。
(2)改良_____________。
(3)利用植物_________等。抗逆能力农作物的品质生产药物2.植物基因工程的成果:
(1)抗虫转基因植物和抗病转基因植物:杀虫活性的基因抗病基因蛋白酶淀粉酶外壳蛋白几丁质酶化学农药(2)抗逆转基因植物:抗盐碱抗干旱抗冻蛋白3.利用转基因改良植物的品质:
(1)方法:将优良性状基因导入植物,获得优良品质的植物。
(2)意义:改良植物的某些_____。品质【小判断】
(1)基因工程育种比传统育种所需的时间短,并且可以解决远缘亲本难
以杂交的问题。 ( )
【分析】基因工程育种目的性强,直接将目的基因导入受体细胞培育
转基因生物,与传统育种相比,所需时间短,同时也克服了远缘亲本难
以杂交的问题。√(2)利用转基因改良植物品质,目的基因一定是控制该性状的基因。
( )
【分析】不一定,还可能是与该性状有关的某种酶的基因。
(3)科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米,种植该玉米的农田就
不需要进行防虫管理了。 ( )
【分析】抗玉米螟玉米能抗玉米螟,但不一定能抵抗其他害虫,故种植
抗玉米螟玉米的农田,仍需要进行防虫管理。×× 【合作探究·核心归纳】
1.基因工程应用于提高农作物的抗逆能力:
(1)培育抗虫、抗病的转基因植物,首先要获取其目的基因,写出常用
的目的基因。
①抗虫棉的目的基因:_____________。
②抗病转基因植物的目的基因:_________________。Bt毒蛋白基因病毒外壳蛋白基因(2)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗?为什么?
提示:不能,因为抗虫基因具有专一性。
(3)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功,最简单的检测方法是什么?这种检测属于哪一层次?
提示:让害虫去吃转基因棉花的植株,观察害虫的生存状况来鉴定植株是否具有相应的抗虫性状。这属于个体水平上的检测。(4)从基因与性状的关系角度思考,利用转基因改良植物品质的途径有哪些?
提示:①直接导入控制该性状的结构蛋白基因。
②导入与该性状有关的某种酶的基因。2.培育抗逆作物的意义:
(1)从环境保护角度出发,分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。
提示:减少了化学农药的使用量,降低了环境污染。
(2)种植转基因抗虫棉若干年后,害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性?为什么?
提示:会。害虫会因基因突变产生对转基因抗虫棉的抗性。【归纳总结】植物基因工程成果分析
(1)转基因植物所用目的基因的类型:可以是控制某性状的结构蛋白基因,也可以是控制与该性状有关的某种酶的基因。
(2)转基因植物的抗性。
①转基因抗虫植物不会受到某种害虫的侵害,但仍会受到细菌、真菌或病毒等病原体的侵害。
②转基因抗病植物可以不受细菌、真菌或病毒的侵害,但仍会受到害虫的侵害,种植过程中需要使用一定量的农药。(3)转基因植物的作用时效性:转基因抗虫植物与转基因抗病植物不是一劳永逸的,种植一段时间后,害虫或病原体可能对它们产生抗性。【过关小练·即时应用】
1.(2015·银川高二检测)目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉,以下说法正确的是 ( )
A.苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达
B.抗虫基因导入棉花叶肉细胞后,可通过传粉、受精的方法,使抗虫性状遗传下去
C.标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因
D.转基因抗虫棉经过种植,棉铃虫不会产生抗性,这样可以有效消灭棉铃虫【解题指南】解答本题要注意以下关键点:
(1)将目的基因导入植物细胞常采用农杆菌转化法。
(2)转基因生物在有性生殖时,子代不一定能够获得相应性状。
(3)抗虫作物只能抵抗害虫对该作物的破坏,不能消灭害虫。【解析】选C。苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法,导入棉花的叶肉细胞,不能直接进入棉花的叶肉细胞表达,A项错误;叶肉细胞是体细胞,其基因不能通过有性生殖进行遗传,可以通过组织培养技术,使抗虫性状遗传下去,B项错误;构建好的基因表达载体中必须含有标记基因,以便于确定目的基因是否进入受体细胞内,C项正确;棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果,但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高,D项错误。2.北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是 ( )A.过程①获取的目的基因可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选
D.应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达【解题指南】解答本题需明确图示各操作过程的含义。
(1)通过①可知通过反转录获取目的基因。
(2)目的基因的检测与鉴定包括分子水平上的检测和个体水平的检测。【解析】选B。因为一种氨基酸可能对应多种密码子等因素,导致反转录合成的目的基因与原基因有较大的差异,所以人工合成的目的基因不能用于比目鱼基因组测序,A选项错误;抗冻蛋白的11个氨基酸的重复序列重复次数越多,抗冻能力越强,并不是抗冻基因的编码区重复次数越多抗冻能力越强,抗冻基因编码区依次相连形成的新基因已不是原来的抗冻基因,因此不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白,B选项正确;农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的最常用方法,不是为了筛选含有标记基因的质粒,C选项错误;应用DNA探针技术,可以检测转基因植物中目的基因的存在,但不能完成对目的基因表达的检测,D选项错误。【补偿训练】下列关于转基因植物的叙述,不正确的是 ( )
A.受体细胞用植物的受精卵或体细胞均可
B.害虫也会对抗虫植物产生抗性
C.约80%的转基因植物都是通过农杆菌转化法培育而来的
D.植物基因工程的目的是培育抗虫和抗病植物
【解析】选D。植物基因工程除培育抗虫植物和抗病植物外,还可培育抗逆植物,改良植物的品质等。探究2 动物基因工程
【研读教材·自主认知】
1.应用前景:在动物品种改良、建立___________、_________等方面
显示了广阔的应用前景。生物反应器器官移植2.具体应用:生长激素肠乳糖酶药用乳腺器官移植抗原决定基因克隆技术免疫排斥反应 【合作探究·核心归纳】
1.动物基因工程改良动物品种:
(1)为提高动物的生长速率,需将外源生长激素基因导入动物体内,应
该选择哪种细胞作受体细胞?试分析其原因。
提示:受精卵。受精卵体积较大,操作较容易,含营养物质丰富,也能保
障发育成的个体所有细胞都含有外源基因,全能性较高。
(2)为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量?
提示:肠乳糖酶基因在奶牛乳腺细胞中表达出乳糖酶,可以分解乳汁中
的乳糖。2.转基因动物生产药物的过程:
(1)乳腺生物反应器有哪些优点?
提示:产量高、质量好、成本低、易提取。
(2)生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求?为什么?
提示:必须把药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组
在一起。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子,才能保证相应的目
的基因在雌性动物泌乳期在其乳腺细胞内得以表达。3.器官移植供体:
用转基因动物作器官移植的供体时,最大的问题是免疫排斥,探讨如何解决这一难题。
提示:可以利用基因工程方法对相应器官进行改造,将器官供体基因组导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因。【归纳总结】动物基因工程的应用【过关小练·即时应用】
1.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人血清白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法,使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍,标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述中,正确的是 ( )A.体细胞中出现新基因的动物是转基因动物
B.所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人血清白蛋白基因
C.人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人血清白蛋白,是因为人血清白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的,在其他细胞中则是杂合的
D.转基因牛的肌肉细胞中有人血清白蛋白基因,但不能表达【解题指南】解答本题有两个关键点:
(1)转基因生物不仅仅是基因组中出现了外源的新基因,还需要成功表达。
(2)转基因生物中所有的体细胞中都含有目的基因,但是并非都进行表达。【解析】选D。体细胞中出现新基因有可能是基因突变导致的,故A错误。所谓“提高基因表达水平”是指增强血清白蛋白基因表达,血清白蛋白基因数目没有增多,故B错误。“转基因动物”一般用到的受体细胞是受精卵,发育的个体几乎所有细胞中都有相同的外源基因,故C错误。转基因牛的血清白蛋白基因也是选择性表达的,在肌肉细胞中不能表达,故D正确。2.利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。青岛“崂
山奶山羊乳腺反应器研制”项目通过鉴定,该项目生产的药用蛋白具
有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点,可生产干
扰素、乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品,造福人类。
请根据这一科技成果的研究过程回答问题:
(1)科学家从相关基因组中获取了目的基因,并采用 技术对目
的基因进行扩增,然后将目的基因与质粒等载体组合形成了基因表达
载体。在基因表达载体的构建过程中需要的工具酶有_____________
。(2)在基因工程操作过程中,核心是 ,
一个基因表达载体的组成必须有标记基因,其作用是______________
。
(3)如何检测和鉴定目的基因已被成功导入羊体内?请写出两种方法。
① ;
② 。【解题指南】解答本题需明确:
(1)利用PCR技术可以扩增目的基因。
(2)构建基因表达载体所需的酶以及基因表达载体上标记基因的作用。
(3)检测和鉴定目的基因是否成功导入的方法。【解析】(1)目的基因的扩增用PCR技术。
(2)在将目的基因与载体结合时需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶;标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否导入了目的基因。
(3)目的基因的检测与鉴定的方法有:DNA分子杂交(检测是否导入了目的基因)、DNA与mRNA杂交、抗原与抗体杂交等。答案:(1)PCR 限制性核酸内切酶、DNA连接酶
(2)基因表达载体的构建 鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来
(3)①DNA分子杂交 ②DNA与mRNA杂交
③抗原—抗体杂交
④从羊的乳汁中提取相应药用蛋白(以上任意写出两点即可)【互动探究】
利用此方法生产药物时,转基因动物的所有体细胞中是否均含有目的基因?为什么?
提示:是。因为利用动物乳腺生物反应器技术时受体细胞为受精卵,所以转基因动物的所有体细胞中均含有目的基因。【补偿训练】科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中,下列说法正确的是 ( )
A.将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,可以用花粉管通道法
B.进行基因转移时,通常要将外源基因转入受精卵中
C.人的生长激素基因只存在于小鼠的膀胱上皮细胞中
D.采用抗原—抗体杂交技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组【解析】选B。花粉管通道法是将目的基因导入植物细胞常用的方法,A项错误;动物基因工程中只有将目的基因导入受精卵中才能使其发育成动物个体,B项正确;由导入生长激素基因的受精卵发育而成的动物个体的全部体细胞中都含有生长激素基因,C项错误;检测目的基因是否插入受体细胞基因组中常用的方法是DNA分子杂交技术,D项错误。探究3 基因工程药物及基因治疗
【研读教材·自主认知】
1.基因工程药物异军突起:
(1)方式:利用基因工程培育“_______”来生产药品。
(2)成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。工程菌2.基因治疗:
(1)概念:把_________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。
(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的_________中,使淋巴
细胞能够产生腺苷酸脱氨酶,再将这种淋巴细胞转入患者体内,治疗复
合型免疫缺陷症。正常基因淋巴细胞基因转移组织细胞(4)目前所处阶段:_______________阶段。
(5)存在问题:还没有完全解释___________的运转机制,没有充分了
解基因调控机制和疾病的分子机理,还存在着_________、_________
_____,以及___________的诸多困难。初期的临床试验人类基因组技术方面伦理道德方面安全性方面【小判断】
(1)通过基因工程生产干扰素与传统的生产方法相比较,患者的治疗费
用大大提高了。 ( )
【分析】从血液中提取干扰素,产量很低,费用极高。通过人白细胞干
扰素基因在受体细胞中克隆和表达获取,大大降低了患者的治疗费用。×(2)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,能获得产生人干扰
素的菌株。 ( )
【分析】利用基因工程的原理,将人的干扰素基因重组到质粒后导入
大肠杆菌,若成功表达可获得能产生人干扰素的菌株。
(3)基因治疗是指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。 ( )
【分析】基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物
发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。√√(4)某遗传病患者通过基因治疗获得的正常性状能够在后代个体中表
现。 ( )
【分析】基因治疗只是将正常基因导入某些功能细胞中,这些细胞为
体细胞,所以性状不能在下一代中表现。×【合作探究·核心归纳】
1.基因工程药物异军突起:
(1)通过基因工程直接得到的药物有什么特点?
提示:利用基因工程生产的药物一般都是蛋白质类产品。
(2)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物?为什么?
提示:利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品,因为细菌中只有核糖体,没有内质网和高尔基体等其他细胞器。2.复合型免疫缺陷症的基因治疗及基因治疗的途径:
(1)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞中?为什么不能转入其他的体细胞?
提示:淋巴细胞。腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的,淋巴细胞中具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。
(2)如何鉴定该患者是否治疗成功?
提示:鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善,免疫能力是否明显提高。(3)从操作程序上分析,体内基因治疗和体外基因治疗最大的区别是什么?
提示:两者最大的区别就是将正常基因导入受体细胞的场所,体外基因治疗是在体外将正常基因导入受体细胞后,经筛选、培养,再转移到患者体内,而体内基因治疗是正常基因与载体结合后直接转移到人体组织细胞中。
(4)经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷的基因?
提示:存在。基因治疗只是导入正常基因,而没有去除缺陷基因。【归纳总结】体外基因治疗和体内基因治疗的比较【过关小练·即时应用】
1.下列不属于利用基因工程技术制取的药物是 ( )
A.从大肠杆菌体内制取白细胞介素
B.在酵母菌体内获得干扰素
C.利用青霉菌获取青霉素
D.在大肠杆菌内获得胰岛素【解题指南】解答本题有两个关键点:
(1)基因工程通过转入外源基因使某种生物产生原本不是本生物体内的某种物质或性状。
(2)基因工程生产的药物一般都是蛋白质类的产品。【解析】选C。基因工程制药的实质是先用基因工程的方法将药物基因导入微生物细胞(如大肠杆菌、酵母菌等)中,并使该基因得到高效率表达产生药物,然后通过培养在培养液中提取药物的一种技术。利用基因工程生产的人类蛋白质类药物有白细胞介素、干扰素、胰岛素等;青霉菌自身含有控制青霉素合成的基因,不需导入,高产青霉菌是利用诱变育种获得的,而不是基因工程育种。2.(2015·济南高二检测)基因治疗是指 ( )
A.运用人工诱变的方法,使有基因缺陷的细胞发生基因突变,从而恢复正常
B.对有基因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.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
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【解题指南】解答本题需要明确以下两点:
(1)人工诱变具有不定向性。
(2)基因治疗的实质。
【解析】选C。人工诱变和自然突变一样,具有不定向性,几乎不可能使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常。基因治疗的实质是把外源正常基因导入病人体内并使其表达。【补偿训练】半乳糖血症病人由于细胞内不能合成1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶,从而导致体内过多的半乳糖积聚,引起肝、脑等受到损伤。美国的一位科学家用带有半乳糖苷酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞,结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这种治疗疾病的方法称为 ( )
A.免疫治疗 B.化学治疗
C.基因治疗 D.药物治疗【解析】选C。将带有半乳糖苷酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞后,使病变的基因得到了纠正,能够合成1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶,从而使组织细胞能够利用半乳糖,这种治疗方法称为基因治疗。课件50张PPT。1.3
基因工程的应用一、植物基因工程的成果
1.植物基因工程的应用领域：
(1)提高农作物的_________。
(2)改良_____________。
(3)利用植物_________等。抗逆能力农作物的品质生产药物2.抗虫转基因植物：
(1)方法：从某些生物中分离出具有_______________，将其
导入作物中。
(2)目的基因：Bt毒蛋白基因、_______抑制剂基因、_______
抑制剂基因、植物凝集素基因等。
(3)成果：转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等。
(4)意义：减少_________的使用，降低生产成本，减少环境
污染，降低对人体健康的危害。杀虫活性的基因蛋白酶淀粉酶化学农药3.抗病转基因植物：
(1)方法：将_________导入植物中。
(2)目的基因。
①抗病毒基因：病毒_________基因和病毒的复制酶基因。
②抗真菌基因：_________基因和抗毒素合成基因。
(3)成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草，抗病毒的转基因
小麦、甜椒、番茄等。
(4)意义：能获得用常规育种方法很难培育出的_________
_____。抗病基因外壳蛋白几丁质酶抗病毒新品种4.抗逆转基因植物：
抗逆转基因植物的类型及其所需目的基因(连线)5.利用转基因改良植物的品质：
实例一：将必需氨基酸含量多的_____
___________导入植物中；
改变相关氨基酸_________中
某种_______的活性获得某种氨基酸含量大大
提高的转基因作物蛋白质编码基因合成途径关键酶实例二：
将控制番茄_______________
导入番茄
实例三：
将与植物_________________
_____导入矮牵牛获得获得转基因延熟番茄转基因矮牵牛获得果实成熟的基因花青素代谢有关的基因二、动物基因工程的应用生长激素肠乳糖酶蛋白乳腺器官移植抗原决定基因克隆技术免疫排斥反应三、基因工程药物
1.来源：_____________。
2.成果：细胞因子、_____、_____、激素等。
3.作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、_______、
各种传染病、_______、类风湿等疾病。转基因工程菌抗体疫苗遗传病糖尿病四、基因治疗
1.概念：把_________导入病人体内，使该基因的表达产物发
挥功能，达到治疗疾病的目的。
2.方法：
(1)体外基因治疗：从病人体内获得_________，进行培养，在
体外完成_________，筛选出成功转移的细胞_________，最后
重新_____________。
(2)体内基因治疗：直接向人体组织细胞中_________。正常基因某种细胞基因转移扩增培养输入患者体内转移基因3.实质：正常基因的表达掩盖病变基因的表达，达到治疗疾病
的目的。
4.成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的_________中，治疗
复合型免疫缺陷症。淋巴细胞【微点拨】
1.抗虫基因为什么不能抗病毒、细菌和真菌？
提示：因为每种基因都有特定的结构和功能，具有专一性。抗虫基因只能抗虫。
2.转基因育种与传统育种方法相比较有哪些优点？
提示：(1)目的性强，定向改造生物性状。
(2)克服远缘杂交不亲和的障碍。
(3)育种周期短。3.培育转基因动物，为什么不选用体细胞而选用受精卵作为受体细胞？
提示：动物已分化的体细胞全能性受到限制，而受精卵分化程度低，全能性容易表达。
4.基因工程药物与传统意义上的药物有什么区别？
提示：基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。
5.治疗遗传病最有效的手段是什么？
提示：基因治疗。1.目前，植物基因工程技术不能应用于以下哪个方面( )
A.提高农作物的抗逆性
B.生产某些天然药物
C.改良农作物的品质
D.作器官移植的供体【解析】选D。植物基因工程的主要成果表现在三个方面，即提高农作物的抗逆能力、改良农作物的品质和利用植物生产药物；动物基因工程则主要应用于提高动物生长速度、改善畜产品的品质、利用转基因动物生产药物、转基因动物作器官移植的供体等方面。两者都可用来生产药物。D项为动物基因工程技术的重要应用。2.下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( )
A.抗虫棉——Bt毒蛋白基因
B.抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因
C.抗盐碱和抗旱植物——调节细胞渗透压的基因
D.耐寒的番茄——抗冻基因
【解析】选B。抗病毒转基因植物所采用的基因，常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物的目的基因，故选项B错。3.能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是( )
A.单倍体育种 B.杂交育种
C.基因工程育种 D.多倍体育种
【解析】选C。要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术实现。4.转基因技术可以改良动物品种，生产人类需要的药用蛋白。下列符合生产药用蛋白的是( )
A.养殖转生长激素基因鲤鱼
B.养殖抗口蹄疫病毒转基因兔
C.养殖转乳糖酶基因牛
D.从牛乳汁中获得人血清白蛋白
【解析】选D。转基因工程可以利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内的表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各类物质，如激素、血清白蛋白等。5.下列属于用基因工程方法生产的药物是( )
①干扰素 ②白细胞介素
③青霉素 ④乙肝疫苗
A.①②③ B.①②③④
C.①②④ D.②③④
【解析】选C。用基因工程生产的药物都是蛋白质类的，通过基因工程生产的药物有胰岛素、干扰素、白细胞介素、生长激素、血清白蛋白、肿瘤坏死因子、乙肝疫苗等。青霉素是经诱变育种方法培育出高产青霉素菌种，然后再通过发酵工程生产的。6.若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是( )
A.减少氮肥的使用量，降低生产成本
B.减少氮肥的使用量，节约能源
C.避免氮肥使用过多引起环境污染
D.改良土壤结构
【解析】选C。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，可以减少氮肥的使用量，避免造成水体富营养化等。7.科学家已能运用基因工程技术，让羊的乳腺细胞合成并分泌抗体。下列相关叙述中不正确的是( )
A.该技术将导致定向变异
B.DNA连接酶把目的基因与载体的黏性末端的碱基对连接起来
C.蛋白质中的氨基酸可为合成目的基因提供资料
D.受精卵是理想的受体【解析】选B。在基因工程操作程序中，所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体的黏性末端的碱基对，而是目的基因与载体DNA两条链的骨架，即脱氧核糖与磷酸的连接，也就是说，DNA连接酶只能催化断开的DNA双链重新形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中的核苷酸序列，进而可推测相应基因中的脱氧核苷酸序列，从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，而受精卵体积较大，操作较容易，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因。一、植物基因工程的应用【易错提醒】
有关Bt毒蛋白的两点提醒
(1)本身不具有毒性：Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白本身没有毒性，只有被害虫摄食进入消化道被消化分解为多肽后才具有毒性。
(2)发挥抗虫作用的机理：Bt毒蛋白水解成的多肽与害虫的肠上皮细胞的特异性受体结合，导致其细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解而使害虫死亡。1.(2014·青岛高二检测)运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药作用，保护生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是( )
A.Bt基因的化学成分是蛋白质
B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于Bt基因在其体内得以表达的结果
D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物【解题关键】解答本题的关键点：
(1)明确Bt基因的本质是DNA，Bt基因的表达产物杀虫蛋白属于有机物。
(2)知道Bt基因表达能产生抗虫效果。
【解析】选C。Bt基因也被称为Bt毒蛋白基因，在该基因指导下表达出的蛋白质对害虫有毒害作用，能够杀死害虫，但对哺乳动物无害。该基因来自苏云金芽孢杆菌。把该基因通过基因工程手段导入植物体内可培育成抗虫植物，减少农药的使用量，既增加了农作物产量，也保护了环境。2.(2013·宁波高二检测)抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是( )
A.抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
B.抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C.抗病毒转基因植物可以抗害虫
D.抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异【解题关键】解答本题需要明确以下两点：
(1)抗病毒转基因植物的培育原理和过程：将外源抗病毒基因导入植物受体细胞，并使其成为受体(细胞)遗传物质的一部分，因而与转基因植物原有遗传物质一样，具有遗传性和变异性。
(2)基因表达产物及其特点：某抗病毒基因合成的毒蛋白只能抗特定的某种病毒，而不能抗所有病毒，更不能抗害虫。【解析】选B。抗病毒转基因植物是将外源抗病毒基因导入植物受体细胞，并使抗病毒基因在受体细胞中表达，然后通过组织培养，获得抗病毒转基因植物。由于外源抗病毒基因具有特异性，因而其表达产物具有特异性或局限性，只能抵抗某种或某类病毒，不可能抵抗所有病毒，更不能抗害虫，故选项B正确，而选项A、C错误。目的基因导入受体细胞后，可以随受体内的自身遗传物质稳定遗传，也会同自身遗传物质一样发生变异。二、乳腺生物反应器与基因治疗
1.乳腺生物反应器：
(1)操作过程：(2)主要用途：生产多肽类药物、工程疫苗、抗体、营养品等。
(3)乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别：2.基因治疗：
(1)过程：(2)途径：(3)基因诊断与基因治疗的比较：【易错提醒】
正常基因没有改变病变基因的表达途径
在基因治疗的过程中，正常基因、病变基因都可以表达，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。1.(2014·蚌埠高二检测)采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中，以下有关叙述正确的是( )
A.人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目小于凝血因子氨基酸数目的3倍
B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的DNA分子导入山羊的受精卵
C.在该转基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D.人凝血因子基因开始转录时，在DNA连接酶的催化下以DNA的一条链为模板合成mRNA【解题关键】解答本题需明确两个方面：
(1)基因中碱基对数目与其控制合成的蛋白质中氨基酸数目的关系。
(2)只有羊的乳汁中含有人凝血因子是基因选择性表达的结果。【解析】选B。凝血因子基因含有启动子和终止子，所以凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子中氨基酸数目的3倍，A项错误。动物基因工程中，常用显微注射技术，将含有目的基因的重组DNA分子导入受体细胞，B项正确。因为将目的基因导入的是受精卵，所以转基因羊的体细胞中都含有人凝血因子基因，C项错误。基因的转录需要RNA聚合酶，不需要DNA连接酶，D项错误。2.《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( )
A.把健康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检测、修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C.运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常
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【解题关键】解答本题注意突破以下两点：
(1)正确理解基因治疗的原理。
(2)注意基因治疗和基因诊断的区别。基因诊断是在DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。【解析】选A。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，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变，因而B、C、D的说法都不符合基因治疗的概念。【互动探究】
(1)题1中，乳汁中含人凝血因子的转基因羊称为什么？
提示：乳腺(或乳房)生物反应器。
(2)题1中对培育成功的转基因羊有性别要求吗？为什么？
提示：有。必须是雌性个体，否则导入的基因不能表达。【方法规律】基因治疗的分析
(1)原理：将正常基因导入病人体内，治疗疾病。
(2)方法：体外基因治疗和体内基因治疗。
(3)受体细胞：特殊功能的体细胞。
(4)基因治疗不是修复、切除缺陷基因。课件40张PPT。1.4
蛋白质工程的崛起探究1 蛋白质工程崛起的缘由
【研读教材·自主认知】
1.基因工程的实质:将一种生物的_____转移到另一种生物体内,后者
可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。
2.蛋白质工程:
(1)崛起缘由。
①基因工程在原则上只能生产_____________的蛋白质。
②天然蛋白质的___________符合特定_________的需要,却不一定完
全符合人类生产和生活的需要。基因自然界已存在结构和功能物种生存(2)实例。丝氨酸苏氨酸(改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍)天冬酰胺【小判断】
(1)蛋白质工程可以生产蛋白质,基因工程只能生产基因。 ( )
【分析】两者都可以生产蛋白质。基因工程可通过转基因技术生产该
基因控制表达的蛋白质。
(2)若将正常的基因片段导入贫血症患者的骨髓造血干细胞中,可以达
到治疗目的,这不属于蛋白质工程。 ( )
【分析】此操作是将健康的正常的目的基因导入有缺陷的受体细胞,
合成的蛋白质仍为天然存在的蛋白质,所以不属于蛋白质工程,属于基
因工程。×√(3)蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。
( )
【分析】蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因的,
控制合成的蛋白质可能是自然界中不曾存在过的蛋白质分子。√【合作探究·核心归纳】
1.基因工程的局限性:
(1)基因工程的实质是什么?
提示:向一种生物体内转入另一种生物的基因,令其成功表达,并表现出新的性状。
(2)基因工程能否完全满足人们生产生活的需要,为什么?
提示:不能,因为基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的实例:
(1)经改造的干扰素基因合成的干扰素和原来的相比,在结构和功能上有什么改变?
提示:经改造的干扰素,其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,结果大大提高该干扰素在体外储存的稳定性。
(2)可以通过哪些途径提高玉米中的赖氨酸含量?
提示:①可以将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米,②可以改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性。(3)为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白质酶的活性?
提示:蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的,个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变,从而影响到其性质和功能。【精讲精析】蛋白质工程诞生的必要性
从实例中可以看出自然界中原有的蛋白质在很多时候不能满足人们在实际生产生活中的应用,因此需要对现有的蛋白质进行加工改造,提高其性质和作用。【过关小练·即时应用】
1.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞,可以提高玉米中的赖氨酸含量;更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸,使两种酶的活性提高,也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于( )
A.基因工程 基因工程 B.蛋白质工程 蛋白质工程
C.基因工程 蛋白质工程 D.蛋白质工程 基因工程【解题指南】明确基因工程和蛋白质工程的主要区别在于要生产的蛋白质是否是自然界已存在的。
【解析】选C。富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质,基因工程只是把该蛋白质基因转入玉米细胞,并使之合成该蛋白质;更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸,是对自然界中已有的蛋白质进行改造,属于蛋白质工程。【互动探究】
(1)上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗?为什么?
提示:不相同。蛋白质工程实质是定向改造或生产人类所需蛋白质,基因工程实质是定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品。
(2)改变上题中两种酶的氨基酸数目、排列顺序或者两种酶的空间结构,是否会改变其活性?
提示:改变组成酶的氨基酸数目、排列顺序或者蛋白质的空间结构,均会影响酶的活性。2.(2015·烟台高二检测)科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入
大肠杆菌表达,使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸,结果大大提高
了β-干扰素的抗病毒活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为
( )
A.蛋白质工程 B.基因工程
C.基因突变 D.细胞工程
【解题指南】解答本题的关键在于题目叙述的结果:改变氨基酸组成,
从而产生新的蛋白质。【解析】选A。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的β-干扰素也不是天然β-干扰素,而是经过改造的,是具有人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。【补偿训练】干扰素经过改造可长期储存,从蛋白质水平上应改变的是 ( )
A.胱氨酸 B.精氨酸 C.谷氨酸 D.半胱氨酸
【解析】选D。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,可以在-70℃的条件下保存半年。探究2 蛋白质工程的原理、进展和前景
【研读教材·自主认知】
1.蛋白质工程的基本原理:结构规律生物功能基因修饰基因合成改造新的蛋白质特定需求蛋白质 氨基酸序列脱氧核苷酸序列2.蛋白质工程的进展和前景:
(1)进展。
①医药方面:科学家通过对_______的改造,已使其成为速效型药品。
②电子方面:生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电
子方面,用蛋白质工程方法制成的电子元件,具有_______、_______
和_______的特点。
(2)前景和存在的问题。
蛋白质工程前景是诱人的,但难度却很大,尤其是目前科学家对大多数
_________________的了解还很不够。胰岛素体积小耗电少效率高蛋白质的高级结构【小判断】
(1)蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的。 ( )
【分析】蛋白质工程改造蛋白质是通过改造基因来实现的。
(2)基因工程药物与蛋白质工程药物没有区别。 ( )
【分析】基因工程药物与天然产物相同,蛋白质工程药物可能与天然
产物不相同。××(3)对胰岛素进行改造使其成为速效型药品利用的是蛋白质工程。
( )
【分析】蛋白质工程在医药方面已取得进展,如对胰岛素的改造使其
成为速效型药品。
(4)基因工程和蛋白质工程都改变了遗传物质。 ( )
【分析】基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作,改变了遗传物
质。√√(5)由某种特定氨基酸序列所推测出的脱氧核苷酸序列是一定的。
( )
【分析】由于一种氨基酸可由多种密码子决定,故由某种特定氨基酸
序列所推测出的脱氧核苷酸序列可能有多种。×【合作探究·核心归纳】
1.蛋白质工程的基本原理和操作:
(1)蛋白质工程为什么需直接改造基因,而不直接改造蛋白质?
提示:①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质也是无法遗传的。
②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作,难度要小得多。(2)蛋白质工程是否需要限制酶和DNA连接酶等工具?
提示:需要。蛋白质工程的操作思路: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),然后还要合成或改造DNA、构建基因表达载体,即按照基因工程的操作,最后获得所需要的目的蛋白质,因此该过程中需要限制酶和DNA连接酶等工具。【精讲精析】蛋白质工程是第二代基因工程
蛋白质工程最终还是要通过基因工程的方式获得产品,其不同之处在于获得目的基因的方式与传统的基因工程不同。2.蛋白质工程与基因工程的比较:
(1)基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则?为什么?
提示:都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的;蛋白质工程操作时,经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。(2)蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗?分别体现在哪些方面?
提示:不同。①操作对象不同:蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因;基因工程的操作对象是天然基因。
②得到的蛋白质不同:蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质;基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。3.蛋白质工程的进展:
科学家对胰岛素进行改造是否要获得相应的目的基因?如何获得?
提示:要获得。应该以现有的胰岛素结构为基础,设计满足新功能需要的新结构,推测出相关的氨基酸序列,然后根据密码子找出相应的DNA序列,再进行人工合成得到目的基因。【归纳总结】基因工程和蛋白质工程的对比 【过关小练·即时应用】
1.(2015·徐州高二检测)自然界中不存在的蛋白质的合成首先应设计
( )
A.基因结构 B. mRNA结构
C.氨基酸序列 D.蛋白质结构【解题指南】解答本题的关键在于熟悉蛋白质工程操作流程:【解析】选D。自然界中不存在的蛋白质的合成是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。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。【解题指南】题干关键信息:遗传信息在不同分子之间的流动。
【解析】本题考查蛋白质工程和中心法则的相关内容。(1)蛋白质P1
是由蛋白质P改变了两个氨基酸序列得到的,故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)P1基因可以在P基因的
基础上经修饰改造而成,也可以根据氨基酸序列用化学方法合成。中
心法则的内容为: ,包括DNA的复制,RNA的复
制,遗传信息由DNA→RNA、由RNA→DNA、由RNA→蛋白质五个过程。
(3)蛋白质工程的基本途径是: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)。该基因表达后得到相应蛋白质,蛋白质是否符合我们的设计要求,还需要进一步对蛋白质的生物功能进行检测与鉴定。
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【补偿训练】蛋白质工程在实施中最大的难题是 ( )
A.生产的蛋白质无法应用
B.发展前景太窄
C.对于大多数蛋白质的高级结构不清楚
D.无法人工合成目的基因
【解析】选C。多数蛋白质除具有一级结构即氨基酸顺序外,还具有复杂的高级结构,即空间结构,而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的。空间结构不清楚也就无法进行蛋白质合成。课件33张PPT。1.4
蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由
1.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到_____________
___，后者可以产生它本不能产生的_______，进而表现出
_________。另一种生物体内蛋白质新的性状2.蛋白质工程的崛起：
(1)理论和技术条件：___________、晶体学以及计算机技术
的迅猛发展。
(2)基因工程存在不足：原则上只能生产自然界_______的蛋
白质。
(3)天然蛋白质存在不足：天然蛋白质的___________符合特
定物种生存的需要，却不一定完全符合_______________的
需要。分子生物学已存在结构和功能人类生产和生活(4)实例。
①延长干扰素保存时间：
体外很难保存 体外可以保存_____
②提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖
氨酸分别提高_________。改造半年5倍和2倍二、蛋白质工程的基本原理基因修饰现有蛋白质新的蛋白质脱氧核苷酸序列(基因)蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列(基因)三、蛋白质工程的进展和前景
1.前景诱人：
用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_______、_______
和_______的特点。
2.难度很大：
主要是因为目前科学家对大多数蛋白质的_________的了解还
很不够。体积小耗电少效率高高级结构【微点拨】
1.“催生”了蛋白质工程的原因是什么？
提示：天然蛋白质不能满足人类生产和生活的需要。
2.为什么说基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质？
提示：基因工程中转移的基因是自然界已有的基因，其只能控制合成自然界已有的蛋白质。
3.蛋白质工程的直接操作对象是什么？操作手段有哪些？
提示：基因。基因修饰和基因合成。4.为什么说蛋白质工程是第二代基因工程？
提示：蛋白质工程离不开基因工程，改造基因后，要通过基因工程生产人类需要的蛋白质。
5.蛋白质工程的目标是什么？
提示：依据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。1.蛋白质工程制造的蛋白质是( )
A.天然蛋白质 B.稀有蛋白质
C.自然界中不存在的蛋白质 D.肌肉蛋白
【解析】选C。蛋白质工程生产的是自然界中不存在的蛋白质，A、B、D项所述都是自然界中已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的实质是( )
A.改造基因结构 B.改造蛋白质结构
C.改变肽链结构 D.改变氨基酸结构
【解析】选A。蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，其实质就是改造基因结构。3.下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是( )
A.胰岛素改造 B.抗体改造
C.限制酶的改造 D.性激素改造
【解析】选D。蛋白质工程改造的是蛋白质，而性激素属于脂质。4.干扰素经过改造可长期保存，从蛋白质水平上应改变的是
( )
A.基因 B.精氨酸 C.谷氨酸 D.半胱氨酸
【解析】选D。干扰素是一种蛋白质，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70℃条件下，可保存半年。5.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( )
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B.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
C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程【解析】选B。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因的结构来完成，这种操作既简单，又能够遗传；而不是直接对蛋白质分子进行操作。6.以下蛋白质工程中目前已成功的是( )
A.对胰岛素进行改造，生产速效型药品
B.蛋白质工程应用于微电子方面
C.用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米
D.生产生物体外耐保存的干扰素
【解析】选A。蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，A项所述已经成功。7.下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是( )
A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性
C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂
【解析】选C。蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。蛋白质工程
1.蛋白质工程的操作流程(如图)：
蛋白质工程
中心法则2.蛋白质工程的实施方法：
方法一：通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸或一段氨基酸序列可以实现对蛋白质的改造。
方法二：改变蛋白质肽链中个别氨基酸时，通常采用定点诱变技术，从而获得人类所需要的目的蛋白质。3.蛋白质工程与基因工程的比较：【易错提醒】
有关蛋白质工程的三点提醒
(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。
(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。(3)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。1.(2013·新课标全国卷Ⅰ改编)阅读如下资料：
T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。回答下列问题：
(1)资料中的技术属于 工程的范畴。
(2)该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对 进行改造，或制造一种
的技术。
(3)在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变。【解题关键】解答本题需明确：
蛋白质工程应先研究蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，然后再进行基因修饰或基因合成。
【解析】蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术。该实例中，T4溶菌酶空间结构改变的原因是该酶肽链的氨基酸序列发生了改变。
答案：(1)蛋白质 (2)现有的蛋白质 新蛋白质 (3)氨基酸2.(2013·南京高二检测)基因工程与蛋白质工程的区别是
( )
A.基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需对基因进行操作
B.基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质
C.基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D.基因工程完全不同于蛋白质工程【解题关键】解答本题应明确基因工程与蛋白质工程的原理、目的、操作对象和步骤。
【解析】选B。蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工，甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求；而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。【方法规律】基因工程与蛋白质工程的判断方法【变式备选】某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗消化不良，最佳方案是( )
A.对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量【解析】选A。本题考查蛋白质工程的应用。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的少数氨基酸进行替换。课件70张PPT。专题2 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.1.1 植物细胞工程的基本技术探究1 细胞工程和细胞的全能性
【研读教材·自主认知】
1.细胞工程的概念和分类:
(1)概念:细胞生物学细胞水平遗传物质获得细胞产品(2)分类。
①依据:_________的不同。
②类型:___________________________。操作对象植物细胞工程和动物细胞工程2.植物细胞的全能性:
(1)含义:具有某种生物_____________的任何一个细胞,都具有发育
成___________的潜能。
(2)表达时两个重要的过程。
①脱分化:让已经分化的细胞,经过诱导后,失去其特有的___________
而转变成未分化细胞的过程。
②再分化:脱分化产生的_________在一定的培养条件下,再分化出___
_______,形成完整的小植株。全部遗传信息完整生物体结构和功能愈伤组织幼根和芽【小判断】
(1)细胞工程是通过分子水平上的操作,按照人们的意愿来改变细胞内
的遗传物质或获得细胞产品的一门综合性科学技术。 ( )
【分析】细胞工程是在细胞水平或细胞器水平上改变细胞内的遗传物
质或获得细胞产品的一门技术。×(2)并不是每个细胞都具有全能性。 ( )
【分析】细胞具有全能性的原因是细胞核中含有该生物生长发育繁殖所需的全部遗传信息,如果细胞中没有细胞核就不具有全能性,如哺乳动物成熟的红细胞。
(3)随着细胞的生长,细胞的全能性越来越强。 ( )
【分析】随着细胞的生长,细胞分裂能力变弱,分化程度变高,全能性越来越弱。√×(4)从操作水平上看,基因工程和细胞工程是同一水平。 ( )
【分析】基因工程是在分子水平上的操作,细胞工程是在细胞水平上的操作。×【合作探究·核心归纳】
1.细胞全能性的基础:
(1)理论上每种植物的活细胞都具有全能性,其原因是什么?
提示:正常的植物细胞具有该生物生长发育和繁殖所需的全套的遗传物质。
(2)花粉是减数分裂产生的,染色体数比正常体细胞减少了一半,则花粉是否还具有全能性?为什么?
提示:具有。因为体细胞中染色体是成对的,花粉中染色体数目减半,但含有完整的染色体组,具有控制生物体性状的全部基因。(3)是否所有的活细胞都具有全能性呢?试举例说明。
提示:不是。例如,哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,不具有全能性。2.细胞全能性的大小:
(1)不同体细胞表达全能性的难易程度相同吗?哪种体细胞的全能性更容易体现?
提示:不相同。分化程度低的细胞全能性更容易体现。
(2)受精卵和体细胞相比,哪种细胞的全能性更容易体现?为什么?
提示:受精卵的全能性更容易体现。因为受精卵可以在自然情况下直接发育成新个体。3.细胞全能性的判断:
探究下列实例是否体现出细胞的全能性。
(1)植物的花药经培养获得植株。
判断:___。(“是”或“否”)
理由:____________________________________________________。
(2)利用某植物细胞培育出愈伤组织获得大量细胞产物。
判断:___。(“是”或“否”)
理由:______________________________________________________
____________________________________。是花药离体培养得到了单倍体植株,体现了花药细胞的全能性发育成完整生物个体才体现细胞的全能性,发育成某种组织或器官,如形成愈伤组织未体现细胞全能性否(3)种子发育成了完整的植株。
判断:___。(“是”或“否”)
理由:_______________________________________________________
_________________________________。否种子的胚已经完成了早期的发育,相当于新植物体的幼体,发育成完整植株的过程相当于植物的长大【归纳总结】细胞全能性大小的分析
(1)体细胞全能性与细胞分化程度:分化程度低的>分化程度高的。
(2)体细胞全能性与细胞分裂能力:分裂能力强的>分裂能力弱的。
(3)不同类型细胞的全能性:受精卵>生殖细胞>体细胞。
(4)不同生物细胞的全能性:植物细胞>动物细胞。【过关小练·即时应用】
1.下列有关细胞全能性的叙述,正确的是 ( )
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同
D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性
【解题指南】解答本题的关键:(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念;(2)种子发育成个体,是正常生命历程,不属于细胞全能性的范畴。【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全套基因,同样具有全能性,A项错误;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果,C项错误;种子发育成植株是正常生命历程,未体现全能性,D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养,B项正确。2.用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织,则关于该愈伤组织的说法错误的是 ( )
A.是细胞经过脱分化形成的
B.细胞没有全能性
C.由排列疏松的薄壁细胞组成
D.可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
【解题指南】解答本题时注意以下两个方面:
(1)愈伤组织是由已分化的细胞经过诱导形成的。
(2)愈伤组织是未分化的细胞。【解析】选B。愈伤组织是经脱分化形成的高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞,具有全能性,可以再分化为根、芽,进而形成新植株。3.从细胞全能性角度看 ( )
A.分化程度高,具有较高的全能性
B.分化程度低,具有较低的全能性
C.分化程度低,具有较高的全能性
D.细胞分化程度与全能性高低无关
【解题指南】解答本题的关键是理解细胞分化程度和细胞全能性的关系。
【解析】选C。细胞分化程度越低,它所具有的发育成为一个新的生物个体的潜能越大,即细胞全能性越高。【补偿训练】
1.以下不能说明细胞全能性的实验是 ( )
A.人工种子的获得
B.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
C.抗虫棉的培育
D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株【解析】选A。细胞的全能性指的是植物的体细胞经过组织培养形成新的植株的过程,而人工种子的获得,没有长成新的植株,所以不能体现细胞的全能性,故A项符合题意,B、C、D项都是由细胞经过培养形成了完整的植株,故不符合题意。2.植物细胞表现出全能性的必要条件是 ( )
A.给予适宜的营养和外界条件
B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件
D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
【解题指南】解答本题的关键有两点:
(1)准确把握细胞全能性的概念。
(2)认识到离体是表达全能性的必要条件,其他都是在此基础之上的。【解析】选C。植物细胞全能性是指具有细胞核的高度分化的植物细胞,在离开母体后,在适宜的营养和外界条件下,细胞首先发生脱分化,然后恢复细胞分裂形成愈伤组织,再在一定的诱导因素作用下发生分化,最后形成具有根、茎、叶的完整植株。高度分化的植物细胞的全能性只有在离开母体后才能表现出来。成熟筛管细胞无细胞核,D项错误。B项中,导入其他植物细胞的基因属于基因工程,与细胞的全能性没有必然的联系。3.在一个生物体内,细胞没有表现出全能性,是因为 ( )
A.细胞失去了全能性
B.不同的细胞基因是不同的
C.不同细胞的基因,表达是不同的
D.不同细胞的基因,变异是不同的
【解析】选C。细胞在生物体内没有表现出全能性,是细胞分化后细胞中基因选择性表达的结果。探究2 植物组织培养技术
【研读教材·自主认知】
1.理论基础:植物细胞具有_______。
2.实验:胡萝卜的组织培养。
(1)原理:全能性离体的植物根、茎、叶细胞脱分化愈伤组织再分化(2)过程:形成层 愈伤组织愈伤组织避光分化培养基【小判断】
(1)植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透
压。 ( )
【分析】植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的有两个:一是提供
营养,二是调节渗透压。
(2)胡萝卜的组织培养只能选择韧皮部部分,其他部分如茎、叶则不能
用于组织培养。 ( )
【分析】植物细胞都具有全能性,每一个细胞都有发育成一个植物体
的潜能。√×(3)同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因型不同。
( )
【分析】同一植物的不同体细胞所含的基因是相同的,故其发育成的
不同植株的基因型也是相同的。×【合作探究·核心归纳】
1.植物组织培养的操作:
(1)在植物组织培养过程中,为什么要进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作?
提示:防止杂菌感染。
(2)植物组织培养中的脱分化阶段,培养的组织细胞是自养型还是异养型,为什么?
提示:脱分化过程中细胞营异养生活,因为此时细胞没有叶绿体,并且一般要避光培养,无法进行光合作用。2.植物组织培养的培养基中的激素配比:
(1)植物组织培养所用的培养基中在脱分化和再分化中起关键作用的激素是什么?
提示:细胞分裂素和生长素。(2)结合激素的生理作用,尝试分析激素的不同配比的作用。
情况①:___________________________。
作用:_______________________。
情况②:___________________________。
作用:_______________________。
情况③:_____________________________。
作用:_________________。生长素与细胞分裂素的比值高促进根分化、抑制芽形成生长素与细胞分裂素的比值低促进芽分化、抑制根形成生长素与细胞分裂素的比值适中促进愈伤组织形成3.植物组织培养的结果:
从繁殖方式上看,植物组织培养属于哪种繁殖方式?为什么?
提示:无性繁殖。植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,此过程并没有生殖细胞的产生,所以是无性繁殖。【归纳总结】植物组织培养中的四点注意事项
(1)材料的选择:植物组织培养时应该选择幼嫩的植物组织,如根尖、茎尖、形成层细胞,易于脱分化。
(2)无菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。
(3)营养比:培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。
(4)光照时期:脱分化产生愈伤组织时需要避光培养,愈伤组织再分化时需要在光照条件下培养。【过关小练·即时应用】
1.(2015·连云港高二检测)下图为植物组织培养过程,有关说法正确的是 ( )A.实验中②试管细胞全能性最高
B.④试管中培育出的个体都是纯合子
C.①→②过程需要光照
D.①→④过程培养基保持不变【解题指南】解答本题时注意理解以下两个方面:
(1)植物组织培养时对于光照和培养基的需求在不同的培养阶段是不同的。
(2)植物组织培养进行的是有丝分裂,属于无性繁殖。【解析】选A。①试管中是组织块,经脱分化形成②试管中的愈伤组织,愈伤组织是未分化的细胞,全能性最高;植物组织培养属于无性繁殖,不改变基因型,所以产生的个体类型与母本是相同的,可能是纯合子,也可能是杂合子;脱分化形成愈伤组织的过程中不需要光照;在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同,培养基中所含有的物质比例也不同,如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织,比例高时,有利于根的分化。【互动探究】
上题图①②③④中哪些过程需要特别强调“无菌”操作?
提示:①②③需要特别强调无菌操作。2.用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织,下列叙述错误的是 ( )
A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的
B.该愈伤组织的细胞没有全能性
C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的
D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
【解题指南】解答本题的关键在于明白愈伤组织的形成是通过脱分化过程来实现的。【解析】选B。植物组织培养中离体的植物细胞先脱分化恢复分裂能力,然后经细胞分裂形成愈伤组织,A项正确;愈伤组织是由一系列薄壁细胞构成的,C项正确;愈伤组织经诱导分化可以形成胚状体,进而形成完整植株,故愈伤组织的细胞具有全能性,B项错误,D项正确。3.下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
程中染色体的变化是 。
(2)图中③过程形成的细胞与正常体细胞相比,具有_______________
等特点。
(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?【解题指南】本题考查植物组织培养技术,解答本题需明确以下两点:
(1)植物组织培养过程。
(2)影响植物组织培养的因素。【解析】(1)性细胞是植物体经减数分裂形成的,减数分裂时,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,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,从实质上看是基因选择性表达的结果。
(4)分析实验结果可以看出,细胞分裂素与生长素的含量不同,对愈伤组织的形成和分化的影响不同。答案:(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中的一半
(2)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。 【互动探究】
(1)上述培养基中加入生长素,说明生长素有何生理作用?
提示:生长素能促进生根。
(2)性细胞和体细胞经过③④都能形成胚状体,最终发育为完整植株,说明了什么?
提示:说明生殖细胞和体细胞都具有该植物的全部遗传物质,即都具有全能性。探究3 植物体细胞杂交技术
【研读教材·自主认知】
1.概念:将不同种的植物_______,在一定条件下融合成_________,并
把杂种细胞培育成___________的技术。体细胞杂种细胞新的植物体2.过程:原生质体细胞融合细胞壁体融合脱分化再分化组织培养3.意义:克服不同生物_________的障碍。远缘杂交【小判断】
(1)不同种植物原生质体融合过程属于植物体细胞杂交过程。( )
【分析】植物体细胞杂交的过程,实质上是不同种植物体细胞的原生
质体融合的过程。
(2)植物体细胞杂交过程中,原生质体融合的结构基础是膜的流动性。
( )
【分析】原生质体融合首先是膜的融合,生物膜具有流动性是原生质
体融合的结构基础。√√(3)植物体细胞杂交只能在同种植物间操作。 ( )
【分析】植物体细胞杂交能克服不同生物远缘杂交的障碍,使不同植
物间实现杂交。
(4)去除植物细胞壁时用纤维素酶和果胶酶,这利用了酶的专一性。
( )
【分析】植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,利用纤维素酶和果
胶酶可以去除细胞壁而不会对原生质体产生伤害,利用了酶的专一性。×√【合作探究·核心归纳】
1.杂交过程:
(1)将来自不同植物的两个体细胞融合时,首先遇到的障碍是什么?用
什么方法可以解除此障碍?
提示:细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
(2)将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后,经一定的方法促融,
只考虑两两融合,可以形成几种融合细胞?哪种融合细胞才是符合要求
的?
提示:三种。AB才是符合要求的。(3)细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗?为什么?
提示:不相同。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁,而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株,而不是形成杂种细胞。2.杂交结果和意义:
(1)从结果上看杂种植株在遗传上有何特点?从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异?
提示:①遗传物质来自两个亲本,具有双亲的遗传性状。②染色体数目增加,属于染色体数目的变异。
(2)利用植物体细胞杂交技术产生的白菜—甘蓝,用传统的方法能否产生?为什么?
提示:不能,因为不同物种之间存在生殖隔离。(3)从新品种培育的角度分析,植物体细胞杂交技术最大的优点是什么?
提示:克服了不同种植物远缘杂交的障碍,使不同种植物杂交成为可能。【归纳总结】植物体细胞杂交的原理和过程
(1)原理。
①植物体细胞杂交实现的基础:细胞膜的流动性。
②植物组织培养的基础:植物细胞的全能性。(2)操作过程:【过关小练·即时应用】
1.植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指 ( )
A.不同植物的精子与卵细胞融合
B.不同植物细胞的原生质体的融合
C.完整的两个植株体细胞的融合
D.植物花粉细胞的两两融合【解题指南】解答本题的关键是明确参与细胞融合的是去掉细胞壁后的两个原生质体,而不是完整的两个植物细胞。
【解析】选B。精子与卵细胞属于生殖细胞,所以二者的融合不属于体细胞杂交;两个完整的植物体细胞由于有细胞壁而无法融合,必须去除细胞壁,得到原生质体,因而植物体细胞杂交实质是不同植物细胞的原生质体的融合。2.为了培育菊花新品种,科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交,培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是 ( )A.野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体,属于同一物种
B.①过程常选择酶解法去除细胞壁,一般在低渗溶液中进行
C.②过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃
D.d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质【解题指南】解答本题的关键有两点:
(1)生殖隔离的存在使不同的物种之间不能进行自然杂交。
(2)植物体细胞杂交技术的原理与方法。
【解析】选D。夏菊和秋菊存在生殖隔离,二者属于不同物种,不能自然杂交,A项错误。酶解后原生质体没有细胞壁,在低渗溶液中会出现吸水涨破的现象,B项错误。②过程属于形成新细胞壁的过程,细胞中线粒体和高尔基体都比较活跃,C项错误。d植株属于杂种植株,含有亲本夏菊和秋菊的遗传物质,D项正确。【互动探究】图示③④过程的技术名称是什么?原理是什么?
提示:植物组织培养技术。利用了植物细胞的全能性。3.以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析回答:(1)①过程的目的是 。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,再经过②和③,c的细
胞类型有 (不考虑三个或三个以
上的细胞融合,用染色体组表示)。
(3)在采用化学法进行过程②时,一般是用 作为诱导
剂。
(4)上述培育新植株的方法所包括的技术手段有__________________
。【解题指南】解答本题应注意以下几点:
(1)明确植物体细胞杂交的基本过程。
(2)明确获得的杂种植株中染色体组成情况。【解析】(1)①是去除植物细胞壁的过程。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,经过细胞融合,c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞融合的细胞和不同细胞融合的细胞,即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。
(3)在采用化学法进行过程②时,一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。
(4)植物体细胞杂交过程首先进行细胞融合,融合形成杂种细胞后再经过植物组织培养技术形成杂种植株。答案:(1)去除细胞壁
(2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB
(3)聚乙二醇(PEG)
(4)细胞融合、植物组织培养【互动探究】
图中②过程除了第(3)问中的方法外,还有什么方法来诱导融合?
提示:物理法,如电激、离心、振动等。【补偿训练】(2015·镇江高二检测)A种植物细胞和B种植物细胞的结构如图所示(仅显示细胞核),将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后,诱导二者的原生质体融合,形成单核的杂种细胞,若经过组织培养后得到了杂种植株,则该杂种植株是 ( )A.二倍体;基因型是DdYyRr
B.三倍体;基因型是DdYyRr
C.四倍体;基因型是DdYyRr
D.四倍体;基因型是DDddYYyyRRrr
【解析】选C。据图分析,A物种基因型为Dd,属于二倍体,B物种基因型为YyRr,也属于二倍体,植物细胞融合后形成的杂种细胞含有两个亲本的遗传物质,基因型为DdYyRr,属于异源四倍体。课件57张PPT。专题2 细 胞 工 程
2.1 植物细胞工程
2.1.1 植物细胞工程的基本技术一、细胞工程的概念和分类
1.概念：
(1)应用原理：_____生物学和_____生物学。
(2)操作水平：_____水平或_______水平。
(3)操作目的：按照人的意愿来改变细胞内的_________或获
得_________。
2.分类：根据操作对象不同，分为_________工程和_________
工程。细胞分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物细胞动物细胞二、植物细胞的全能性
1.含义：具有某种生物_____________的任何一个细胞，都具
有发育成___________的潜能。
2.表达过程：
(1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的
___________而转变成未分化细胞的过程。
(2)再分化：脱分化产生的_________在一定的培养条件下，
再分化出_________，进而形成完整的小植株。全部遗传信息完整生物体结构和功能愈伤组织幼根和芽三、植物组织培养技术
1.理论基础：植物细胞具有_______。
2.实验：胡萝卜的组织培养。
(1)原理：
离体的植物_________________ _________
幼根和芽 完整植物体全能性器官、组织或细胞脱分化再分化愈伤组织(2)过程。
取材：消毒后选取根的_______部位，切取1 cm3左右的小块，
因为该部位容易诱导形成_________
接种：将组织块接种到诱导培养基上，诱导出_________
培养：在23℃～26℃恒温_____条件下培养一段时间，再将
愈伤组织转接到___________上培养诱导出试管苗
移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株形成层愈伤组织愈伤组织避光分化培养基四、植物体细胞杂交技术
1.概念：将不同种的植物_______，在一定条件下融合成
_________，并把杂种细胞培育成___________的技术。体细胞杂种细胞新的植物体2.过程：
3.意义：克服不同生物_________的障碍。细胞壁细胞壁杂种细胞远缘杂交【微点拨】
1.在生物体内，所有体细胞的细胞核中的遗传物质是否相同？为什么？
提示：相同。因为生物体的每个体细胞都是由受精卵有丝分裂得到的，有丝分裂保证了母细胞和子细胞细胞核中遗传物质是相同的。
2.植物的种子发育成完整植株，是否能体现细胞的全能性？为什么？
提示：不能。因为种子中有植物的幼体胚，发育成完整植株相当于植物的生长过程，未体现全能性。3.不同体细胞表达全能性的难易程度是否相同？受精卵和体细胞相比，哪种细胞的全能性更容易实现？
提示：不相同。分化程度低的细胞全能性更容易实现，受精卵的全能性最高。
4.将两个不同物种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种类型的融合细胞符合要求？
提示：三种，分别为AA、BB和AB。杂交细胞AB是符合要求的。5.植物体细胞杂交时，细胞融合成功的标志是什么？
提示：杂种原生质体再生出细胞壁标志着融合成功，而不是形成杂种细胞就结束。1.植物细胞的全能性是指( )
A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动
B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动
C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能
D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞
【解析】选C。具有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物细胞都具有全能性。2.(2013·厦门高二检测)下列属于植物组织培养的是( )
A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区 D.受精卵发育成植株
【解析】选A。花粉经离体培养成单倍体植株利用的是植物组织培养技术。芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区都是植物的正常生长发育过程，是细胞分裂和分化的结果；植物传粉受精后形成受精卵，受精卵最终发育成植物体，属于有性生殖。3.植物组织培养过程中的脱分化是指( )
A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程
B.未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
【解析】选C。植物细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞——愈伤组织的过程，因此C项是正确的。4.番茄和马铃薯杂交过程中细胞融合之前要除去的细胞结构
是( )
A.细胞膜 B.细胞壁 C.细胞核 D.高尔基体
【解析】选B。植物细胞最外层的是细胞壁，植物体细胞杂交的第一步是细胞融合，细胞发生融合的基础是细胞膜的流动性，所以首先应去除细胞壁。5.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是( )
A.叶绿体、高尔基体 B.线粒体、高尔基体
C.叶绿体、线粒体 D.线粒体、内质网
【解析】选B。本题考查细胞壁的形成。细胞壁的形成过程与高尔基体密切相关，因为高尔基体产生的许多小囊泡聚集形成了细胞壁的前体，线粒体在此过程中提供能量。6.与植物体细胞杂交密切相关的叙述中错误的是( )
A.需要用纤维素酶和果胶酶
B.利用离心、振动、电激等诱导
C.利用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导
D.只能在同种生物中进行
【解析】选D。植物体细胞杂交时首先要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，得到原生质体后用物理法(如离心、振动、电激)或化学法(常用聚乙二醇)诱导融合形成杂种细胞，再经植物组织培养形成杂种植株。植物体细胞杂交能在不同生物之间进行，克服了远缘杂交不亲和的障碍。一、植物细胞的全能性和脱分化、再分化过程
1.细胞的全能性：
(1)具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)不同细胞全能性的大小。
①体细胞全能性：分化程度低的>分化程度高的，细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。
②不同细胞全能性：受精卵>生殖细胞>干细胞>体细胞。
③不同生物的细胞全能性：植物细胞>动物细胞。
(3)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。2.植物细胞全能性表达所需条件：
(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。
(2)体现细胞全能性的条件：3.脱分化和再分化的比较：【易错提醒】
(1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。
(2)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。1.用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织，则关于该愈伤组织的说法错误的是( )
A.是细胞经过脱分化形成的
B.细胞没有全能性
C.由排列疏松的薄壁细胞组成
D.可以形成具有生根发芽能力的胚状结构【解题关键】解答本题时注意以下两个方面：
(1)愈伤组织是由已分化的细胞经过诱导形成的。
(2)愈伤组织是未分化的细胞。
【解析】选B。愈伤组织是经脱分化形成的高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞，具有全能性，可以再分化为根、芽，进而形成新植株。2.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是( )
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同
D.紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性【解题关键】解答本题的关键：(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念；(2)种子发育成个体，是正常生命历程，不属于细胞全能性的范畴。
【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性，A项错误；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，C项错误；种子发育成植株，是正常生命历程，未反映全能性，D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官，B项正确。二、植物组织培养
1.概念分析：
(1)培养条件：①无菌和人工培养；②离体。
(2)过程：①脱分化；②再分化。
(3)目的：①获得细胞产品；②形成完整的植株。
2.原理：植物细胞具有全能性(具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整植株的潜能)。3.过程：
(1)脱分化：已经分化了的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
(2)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根和芽等器官的过程。4.进行组织培养时需注意的五个问题：
(1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。
(2)取材：外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。
(4)光照时期：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。
(5)培养顺序：试管苗培养，要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。【易错提醒】
(1)植物组织培养并不是全过程都需要光照。诱导形成愈伤组织的过程中需要避光培养，黑暗条件下有利于脱分化形成愈伤组织。再分化过程中一定要有光照。
(2)影响组织培养的光照条件不仅是光照强度，光照时间和波长等都影响植物组织培养。1.(2014·南京师大附中模拟)下图为植物组织培养过程，有关说法正确的是( )
A.实验中②试管细胞全能性最高
B.④试管中培育出的个体都是纯合子
C.①→②的过程需要光照
D.①→④过程培养基保持不变【解题关键】解答本题时注意理解以下两个方面：
(1)植物组织培养时对于光照和培养基的需求在不同的培养阶段是不同的。
(2)植物组织培养进行的是有丝分裂，属于无性生殖。【解析】选A。①试管中的组织块经脱分化形成②试管中的愈伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培养属于无性生殖，不改变基因型，所以产生的个体基因型与母本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同，如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例高时，有利于根的分化。2.下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成分外，还需要在培养基中加入 、 (两类不同功能的物质)等。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? ?
。【解题关键】本题考查植物组织培养技术，解答本题需要明确以下两点：
(1)植物组织培养的过程。
(2)影响植物组织培养的因素。【解析】(1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，减数分裂的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成分外，还需要加入有机营养成分和植物激素等，形成的愈伤组织细胞是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。
(3)图中④是再分化，从实质上看是基因选择性表达的结果。答案：(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中的一半
(2)有机营养成分 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【互动探究】
(1)题2中过程需要无菌操作的有哪些？
提示：③④。③④属于组织培养过程，整个过程都需要无菌操作。
(2)题2中单倍体性细胞和二倍体体细胞经过③④都能形成胚状体，最终发育为完整植株，说明了什么？
提示：说明生殖细胞和体细胞都具有该植物的全套遗传物质，即细胞具有全能性。三、植物体细胞杂交
1.原理：
(1)植物体细胞杂交实现的基础：细胞膜的流动性。
(2)植物组织培养的基础：植物细胞的全能性。2.操作过程：3.杂种植株遗传物质的变化：
细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和；染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和，形成异源多倍体。
4.通过植物体细胞杂交产生新个体的生殖方式：
整个过程包括细胞融合和组织培养两个过程，所以其生殖方式属于无性生殖。5.植物体细胞杂交育种的优点和局限性：
(1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。
(2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。【易错提醒】
(1)细胞融合完成的标志是新细胞壁的形成，而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。
(2)植物体细胞杂交育种的过程不仅包括不同植物细胞的融合，还包括组织培养的过程。
(3)诱导体细胞融合后还需要有一个筛选杂种细胞(A与B融合形成的杂种细胞)的过程。1.要想通过体细胞杂交技术获得杂种植株，下列步骤中正确的是( )
A.获得原生质体→诱导原生质体融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
B.获得原生质体→原生质体自然融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
C.病毒诱导原生质体融合→组织培养→杂种植株
D.获得原生质体→脱分化→再分化→杂种植株【解析】选A。植物体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞，用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁得到原生质体，再通过物理或化学方法诱导原生质体融合，成为杂种细胞，再经组织培养形成杂种植株。2.以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析回答：(1)①过程是 ，所用物质为 。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过②和③，c的细胞类型有 (不考虑三个或三个以上的细胞融合)。
(3)在采用化学法进行过程②时，一般是用 ?
作为诱导剂。
(4)植物体细胞杂交与自然状况下的生殖细胞杂交相比，前者的主要意义是 。
(5)上述培育新植株的方法所包括的技术手段有 ?
。【解题关键】解答本题应注意以下几点：
(1)明确植物体细胞杂交的基本过程。
(2)明确获得的杂种植株中染色体组成情况。
(3)理解植物体细胞杂交的意义。【解析】(1)①是去除植物细胞壁的过程，所用的物质为纤维素酶和果胶酶。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，经过细胞融合，c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞的融合和不同细胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。
(3)在采用化学法进行过程②时，一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。(4)植物体细胞杂交的主要意义是克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍。
(5)植物体细胞杂交过程首先进行细胞融合，融合形成杂种细胞后再经过组织培养技术形成杂种植株。答案：(1)去除细胞壁 纤维素酶和果胶酶
(2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB
(3)聚乙二醇(PEG)
(4)克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍
(5)细胞融合、植物组织培养【方法规律】区分植物组织培养和植物体细胞杂交的两种方法
(1)看后代。
①植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。
②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。(2)看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。课件51张PPT。2.1.2
植物细胞工程的实际应用探究1 植物繁殖的新途径
【研读教材·自主认知】
1.微型繁殖:
(1)概念:快速繁殖优良品种的_____________技术。植物组织培养无性 大量繁殖2.作物脱毒:
(1)取材:无病毒的_____组织。
(2)优点:提高作物的___________。
(3)实例:脱毒马铃薯的培育。茎尖产量和品质3.神奇的人工种子:人工薄膜胚状体植物组织培养无性状分离季节、气候【小判断】
(1)植物组织培养技术可用于植物茎尖脱毒。 ( )
【分析】茎尖分生能力强,没有病毒侵染,以茎尖为外植体,通过植物
组织培养可获得无病毒植株。
(2)植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传性状,还可以快速
高效地实现种苗的大量繁殖。 ( )
【分析】植物组织培养技术属于无性繁殖,可以保持亲本的优良性状;
由于植物组织培养技术克服了时间、空间和气候等因素的影响,可以
快速、大量地繁殖种苗。√√(3)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物体细胞杂交。( )
【分析】培育草莓脱毒苗是利用草莓的茎尖分生组织细胞病毒极少,甚至无病毒的特点,进行植物组织培养形成无毒种苗的过程;植物体细胞杂交是将不同种的植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,培育成新的植物体的技术。
(4)通过“人工种子”繁殖后代属于有性繁殖。( )
【分析】“人工种子”利用的是植物组织培养技术,该过程细胞进行有丝分裂,细胞内的遗传物质不发生改变,属于无性繁殖。××【合作探究·核心归纳】
1.微型繁殖的优点:
(1)微型繁殖可以快速地实现种苗的大量繁殖,其技术手段是什么?依据的原理是什么?
提示:植物组织培养;细胞的全能性。
(2)从繁殖类型看,微型繁殖属于哪一种?这种繁殖的优点是什么?
提示:属于无性繁殖;可以保持所繁殖品种的一切性状,因为植物组织培养过程中细胞进行的是有丝分裂,此过程中细胞内的遗传物质不发生改变。(3)从所需条件上来看,微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点?
提示:微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产,可以不受季节、气候等自然条件的限制。2.作物脱毒的原因、材料和方法:
(1)许多通过无性繁殖的作物繁殖多代之后产量会下降,原因是什么?
提示:作物感染的病毒可以传播给后代,并在作物体内逐年积累,影响产量和品质。
(2)作物脱毒时应选取哪里的组织进行组织培养?原因是什么?
提示:一般选取根尖或茎尖的分生区;植物的分生区一般不会感染病毒,用分生区细胞进行组织培养,就能得到大量的脱毒苗。3.人工种子:
(1)常规的种子繁殖存在哪些缺陷?
提示:①周期长;②发生性状分离而丧失其优良特性;③受到季节、气候和地域的限制。
(2)正常种子包括哪几部分结构?各有什么作用?
提示:①正常种子包括种皮、胚和胚乳,双子叶植物没有胚乳,但有肥厚的子叶。
②种皮具有保护功能,胚乳或者肥厚的子叶为种子的萌发提供营养物质。(3)分析下图,回答①②题:
①人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别?
提示:人工种子的胚状体是无性繁殖的结果,种子中的胚是有性繁殖的结果。②人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么?为了促进胚状体的生长发育,我们还可以向人工种皮中加入哪些物质?
提示:a.针对植物种类和土壤等条件,在人工种子的包裹剂(人工种皮)中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
b.为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。【精讲精析】人工种子的优越性
(1)固定品种优势:天然种子是有性繁殖,而人工种子在本质上属于无性繁殖,一旦获得优良品种,可以保持遗传上的优势。
(2)快捷高效的繁殖方式。
(3)可人为控制植物的生长发育与抗逆性。【归纳总结】
1.微型繁殖的优点:
(1)繁殖速度快。
(2)“高保真”(因为是无性繁殖)。
(3)不受自然生长季节的限制(因为在具有一定人工设施的室内生产)。2.制作人工种子时对种皮的要求:
(1)能保持胚状体的活力,即能透气、透水,含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
(2)有利于贮藏、运输和萌发,材料要有韧性,耐压,对胚状体无毒害。
(3)含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害。
(4)加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。【过关小练·即时应用】
1.(2015·石家庄高二检测)名贵花卉若用种子繁殖可能发生性状分离。为了保持植株的优良性状,可以进行微型繁殖,即利用植物体的一部分器官或组织进行离体培养,发育成完整的植株。进行离体培养不应采用植物的 ( )
A.子房壁 B.花粉粒 C.叶片 D.茎尖
【解题指南】解答本题的关键在于以下两点:
(1)要想保持后代遗传性状不发生改变,应该使其遗传物质不变。
(2)植物组织培养中只进行有丝分裂。【解析】选B。只有利用植物的体细胞进行植物组织培养才能使得到的植株保持亲本的一切性状,子房壁、叶片和茎尖中含有的都是正常体细胞。花粉粒是减数分裂产生的,进行离体培养只能得到单倍体,不能保持亲本的性状。2.(2015·吉林高二检测)人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体,它能像种子一样萌发生长,长成植物。人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中,便成了所谓的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是 ,培育胚状体利用了
技术。
(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构?
。
(3)如果外植体是植物的茎尖,通过①的处理可使细胞彼此分离,①过
程中可加入 ( )
A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.果胶酶 D.胰蛋白酶(4)②过程表示脱分化过程,其实质是___________________________
;③表示再分化过程,其实质是____
。
(5)由人工种子萌发成的植株是否可育? 。【解题指南】解答本题的突破点:
(1)明确种子的结构分为种皮、胚和胚乳三部分。
(2)了解人工种子的形成。
【解析】(1)人工种子能发育成完整植株,说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质,因此依据的原理是细胞的全能性,人工种子是经过植物组织培养得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用,同时又可以为胚状体提供营养物质,所以可看成种皮及胚乳或子叶。
(3)使植物细胞彼此分离可以使用果胶酶或纤维素酶,因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。
(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力,而再分化的实质是基因的选择性表达。
(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。答案:(1)植物细胞的全能性 植物组织培养
(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)C
(4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 (5)不一定【互动探究】
(1)如果经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt,经图示过程得到的人工种子是否可育?为什么?
提示:可育。若经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt,则胚状体的基因型为DdTt,属于二倍体,因此可育。(2)若图中植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗?为什么?
提示:不可育。若植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt,均属于单倍体,因此不可育。【补偿训练】人工种子是指植物离体培养中产生的胚状体,包裹在含有养分和具有保护功能的物质中,并在适宜条件下能够发芽出苗。下列与人工种子形成过程无关的是 ( )
A.细胞的脱分化和再分化
B.细胞全能性
C.细胞有丝分裂
D.细胞减数分裂【解析】选D。人工种子是经植物组织培养而获得的,其理论基础是细胞的全能性,经过了细胞的脱分化和再分化两个阶段,细胞增殖的方式为有丝分裂。探究2 作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产
【研读教材·自主认知】
1.作物新品种的培育:花药的离体培养 单倍体纯合子稳定遗传缩短(2)突变体的产生和利用:
①产生原因:植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于_________
___状态容易受培养条件和外界压力的影响而产生_____。
②利用:筛选出对人们有用的_______进而培育成新品种。不断的分生突变突变体2.细胞产物的工厂化生产:
(1)产物种类:_______、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
(2)生产技术:_____________技术。
(3)实例:我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉;
另外,三七、紫草和银杏的_________也都已经实现了工厂化生产。蛋白质植物组织培养细胞产物【小判断】
(1)花药离体培养中,可诱导愈伤组织分化出芽、根获得再生植株,也
可通过诱导分化成胚状体获得再生植株。 ( )
【分析】单倍体育种常采用花药离体培养技术,在该过程中,可通过诱
导其脱分化形成愈伤组织,再分化出芽、根获得再生植株,也可以通过
诱导分化成胚状体获得再生植株。√(2)在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是培养的细胞
一直处于不断的分生状态。 ( )
【分析】在植物的组织培养过程中,由于培养的细胞一直处于不断的
分生状态,因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。
(3)要生产人参皂甙干粉,应培养到胚状体阶段。 ( )
【分析】要实现人参皂甙干粉的工厂化生产需将人参细胞培养至愈伤
组织阶段。√×(4)秋水仙素处理萌发的种子或幼苗获得多倍体植株的过程包括脱分
化和再分化过程。 ( )
【分析】用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗后产生多倍体植株,并没
有经过植物组织培养过程。
(5)单倍体育种就是通过植物组织培养过程得到单倍体植株。 ( )
【分析】单倍体育种包括花药离体培养和诱导染色体加倍两个过程,
经染色体加倍后得到的植株是二倍体或多倍体。
(6)细胞产物的工厂化生产过程包括脱分化和再分化环节。 ( )
【分析】细胞产物工厂化生产只需要进行脱分化环节。×××【合作探究·核心归纳】
1.单倍体育种的原理和过程:
结合单倍体育种的相关知识思考下列问题:
(1)以流程图的形式表示单倍体育种过程。
提示: (2)该过程所依据的原理和涉及的生物学技术分别有哪些?
提示:原理是染色体变异和细胞的全能性,该过程主要利用植物组织培养技术。2.突变体育种:
突变体的利用过程如图所示:请据图分析:
(1)为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理?
提示:愈伤组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易发生基因突变。
(2)诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么?
提示:不行。因为基因突变具有多害少利性,即得到的突变体大多是有害的。(3)单倍体育种和突变体育种的原理相同吗?为什么?
提示:不相同。单倍体育种的原理是染色体变异,而突变体育种的原理是基因突变。3.细胞产物的工厂化生产:
(1)细胞产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程,在生产中通常要培养到哪一阶段?
提示:愈伤组织阶段。
(2)与传统的从植物体内提取相比,工厂化生产细胞产物的优点有哪些?
提示:没有时间、地点、环境的影响,克服了植物体生长缓慢的缺点,提取方便等。【归纳总结】单倍体育种和突变体育种的比较 【过关小练·即时应用】
1.(2015·石家庄高二检测)下图为植物组织培养的基本过程。制作人
工种子,及生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素,应分别选用( )
A.④② B.③② C.③④ D.④③【解题指南】解答本题的关键是明确制取细胞产物时只需要将植物组织培养到愈伤组织阶段即可。
【解析】选B。图中①是外植体、②是愈伤组织、③是胚状体、④是新植株。人工种子是以通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,通过人工薄膜包装得到的种子,所以制作人工种子应选用③;紫草素是细胞次生代谢产物,只需脱分化形成愈伤组织,再筛选出次生代谢产物高的愈伤组织细胞进行细胞培养获取相关产物即可,所以要获取紫草素应选用②,故B正确。2.为了提高玉米的产量,科学家做了大量的研究工作。下图是关于玉米培养的过程,请据图回答:(1)从生殖方式上分析,A→D属于 繁殖;从细胞分裂方式上
分析,E→F过程中进行了 分裂。
(2)取茎尖进行培养的原因是__________________________________
。
(3)A→C、E→F的过程要严格控制 。
(4)用E→G途径育种的优点是__________________________________
。 (5)若想培育出一种新的玉米品种,可以采用 育种方式;若想
培育出一种能抗虫的玉米新品种,可以采用 育种;
若想培育出一种地上结玉米、地下结马铃薯的植株,可以利用______
技术。【解题指南】明确脱毒苗培育、单倍体育种的原理及技术流程,了解
组织培养过程中的技术要求,理解各种育种方法的特点。
【解析】本题综合考查植物细胞工程及应用、基因工程等知识。
(1)取玉米的分生组织,经过组织培养获得玉米植株,这属于无性繁殖,
E→F过程中进行有丝分裂。(2)分生区附近病毒极少,甚至无病毒,可
以用于脱毒苗的培育。(3)在组织培养的过程中,要严格控制环境中无
菌。(4)单倍体育种能直接得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育
种年限。(5)若想获取新的品种,可采取诱变育种、基因工程育种和植
物体细胞杂交技术等。答案:(1)无性 有丝 (2)分生区附近病毒极少,甚至无病毒
(3)环境中无菌
(4)直接得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限
(5)诱变 基因工程 植物体细胞杂交【互动探究】
(1)A→C、E→F过程中的细胞,在各种理化因素作用下,较易发生基因突变,为什么?
提示:A→C、E→F过程中的细胞处于分裂旺盛时期,DNA分子复制时容易发生基因突变。
(2)第(5)问中提到的各种育种方法,是否需要进行组织培养?
提示:转基因植物和植物体细胞杂交均需进行组织培养。【补偿训练】用单倍体育种方法,可以明显缩短育种年限,是因为后代不发生性状分离,下列有关其原因的说法正确的是 ( )
A.通过染色体加倍的可育植株,等位基因纯合,这样的植株自交,后代不发生性状分离
B.单倍体植株只有一套染色体,不会出现等位基因,也就不会有杂合子,后代不会发生性状分离
C.两单倍体交配后,后代都是纯合子,纯合子自交后代不会发生性状分离
D.以上三种说法均正确【解析】选A。单倍体经人工诱导后染色体加倍,因此这样形成的植株都是纯合子,纯合子自交得到的后代也都是纯合子,后代不会发生性状分离,所以单倍体育种可以明显缩短育种年限。课件50张PPT。2.1.2
植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖：
(1)概念：用于_________优良品种的植物组织培养技术。
(2)特点。
①保持优良品种的_________。
②_________地实现种苗的大量繁殖。
2.作物脱毒：
(1)选材部位：植物_______附近的部位。
(2)优点：提高作物的产量和品质。快速繁殖遗传特性高效快速分生区3.人工种子：
(1)概念：以_____________得到的_______、不定芽、顶芽
和腋芽等为材料，经过_________包装得到的种子。
(2)优点。
①后代无_________。
②不受季节、_____和_____的限制。植物组织培养胚状体人工薄膜性状分离气候地域二、作物新品种的培育
1.单倍体育种：
(1)方法：_____________。
(2)过程：
花药 _______植株 _______植株。
(3)优点。
①后代是纯合子，能_________。
②明显_____了育种年限。离体培养 人工诱导
染色体加倍花药离体培养单倍体纯合子稳定遗传缩短2.突变体的产生和利用：
(1)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于
不断的_____状态而易受培养条件和外界压力(如射线、化学
物质等)的影响而产生_____。
(2)利用：筛选出对人们有用的_______，进而培育成新品种。分生突变突变体三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类：包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、
生物碱等。
2.生产的技术手段：_________________。
3.实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了
工厂化生产。植物组织培养技术【微点拨】
1.为什么微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？
提示：植物的体细胞含有相同的遗传物质；植物组织培养过程中通过有丝分裂增加细胞数目，分裂过程中遗传物质保持不变。
2.通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式？
提示：无性繁殖。
3.人工种子萌发长成的植物是否可育？
提示：若是由花粉(或者三倍体植物的营养器官)发育来的植株是不可育的；若是由茎尖、根尖等营养器官发育来的则可育。4.在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易在培养条件和外界压力改变的条件下产生突变？
提示：因为培养细胞一直处于不断的分生状态。
5.单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？
提示：不相同。单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。
6.细胞产物的生产是将植物细胞培养到什么环节？
提示：愈伤组织。1.植物的微型繁殖技术是指( )
A.植物体细胞杂交技术 B.嫁接
C.营养繁殖 D.植物组织培养
【解析】选D。植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品种的植物组织培养技术。2.用植物组织培养技术，可以培养或生产出( )
A.食品添加剂 B.无病毒植物
C.人工种子 D.前三项都是
【解析】选D。通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。3.对人工种子正确的解释是( )
A.通过科技手段人工合成的种子
B.利用植物组织培养技术获得的种子
C.种皮能够自我生成的种子
D.人工种子发芽率低
【解析】选B。人工种子是经组织培养获得的胚状体、不定芽等，经人工薄膜包装得到的种子，人工种子发芽率较高。4.马铃薯利用它的块茎进行无性生殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A.选择优良品种进行杂交
B.进行远缘植物体细胞杂交
C.利用芽尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变【解析】选C。马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。5.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的( )
A.杂交育种 B.植物组织培养
C.多倍体育种 D.单倍体育种
【解析】选B。对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。6.下列育种措施，可以增加植物突变体出现的是( )
A.采用嫁接方法培育苹果新品种
B.将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中，培育抗冻烟草
C.用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射
D.使用秋水仙素对棉花植株进行处理【解析】选C。突变体的利用是植物组织培养的用途之一，增加突变体可应用物理、化学、生物等因素去诱发突变，如用紫外线进行处理等。而A选项中嫁接属于无性生殖，B选项为基因工程，二者均不会产生新的基因；秋水仙素能诱导棉花出现染色体变异。一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖：
(1)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。
(2)优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。2.作物脱毒：
(1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
(2)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。3.人工种子：
(1)组成图示：①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。
②人工种皮的要求。
a.能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
b.有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。
c.应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。
d.还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。(2)优点。
①提高植物的繁殖能力：可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。
②可人为控制植物的生长发育与抗逆性。
③试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。
④用人工种子播种可以大大节约粮食。【易错提醒】
(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。
(2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。1.下列属于微型繁殖技术的是( )
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝条长成新个体
D.柳树芽发育成枝条【解题关键】首先明确微型繁殖的基础是植物组织培养技术，植物组织培养是将已分化的器官、组织或细胞培育成完整个体的技术。
【解析】选A。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于生物的个体发育，扦插的葡萄枝条长成新个体属于营养繁殖，只有A属于组织培养范畴。2.(2014·长春模拟)人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是 ，
培育胚状体利用了 技术。
(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？
? 。
(3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入( )
A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.果胶酶 D.胰蛋白酶
(4)②过程表示脱分化过程，其实质是 ；③表示再分化过程，其实质是 。
(5)由人工种子萌发成的植株是否可育？ 。【解题关键】解答本题的突破点：
(1)明确种子的结构。
(2)明确人工种子的形成，以及得到的人工种子的基因型。【解析】(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。
(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。
(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。
(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。
(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。答案：(1)植物细胞的全能性 植物组织培养
(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)C
(4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达
(5)不一定【互动探究】
(1)题2中如果经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，经图示过程得到的人工种子是否可育？为什么？
提示：可育。若经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，则胚状体的基因型为DdTt，属于二倍体，因此可育。(2)若题2图中植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗？为什么？
提示：不可育。若植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt，均属于单倍体，因此不可育。二、作物新品种的培育
1.单倍体育种：
(1)原理：染色体变异。
(2)过程：
(3)优点：可明显缩短育种年限。2.体细胞诱变育种：
(1)过程：(2)原理：基因突变和植物细胞的全能性。
(3)优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。
(4)缺点。
①突变不定向，需要处理大量材料。
②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。3.突变体的利用：植物组织培养过程中，培养细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。4.单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较：【思维拓展】
单倍体育种与多倍体育种的异同
(1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。
(2)不同点：单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。1.下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断错误的是( )
A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期
B.通过过程①得到的植株既有纯合子又有杂合子
C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素
D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限【解题关键】明确单倍体育种的过程包括花药离体培养和染色体加倍两个环节。单倍体育种最大的优点是能缩短育种年限。
【解析】选B。该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab四种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动；过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。2.下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答：(1)图中单倍体植株通常的获取方式是 。
若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过程所用化学试剂的作用是 ?
。
(2)图中B和C过程的不同点是? ?
? ? ?，这种不同主要的决定因素是 ? ? 。(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理 。
(4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的? ?
结构，该结构与正常受精卵形成的 有类似的结构和发育过程。
(5)若D过程获得的是胡萝卜—羊角芹，②过程常用的物理方法有 等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有 种(若融合的细胞只考虑两两融合)。【解题关键】解答本题应注意以下两点：
(1)明确植物组织培养的过程。
(2)明确愈伤组织和胚状体的重要应用。【解析】本题主要考查植物细胞工程的原理和应用。
(1)图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培养的方法。若要使单倍体的染色体加倍，变成A植株，则需要在③过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成。
(2)图中B和C过程都是体细胞的组织培养，其不同点是B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽，这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值。(3)在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株。
(4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的胚状体结构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。
(5)D为植物体细胞杂交的过程，②过程常用的物理方法有离心、振动、电激等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有3种(只考虑两两融合)：胡萝卜—胡萝卜融合细胞、羊角芹—羊角芹融合细胞和胡萝卜—羊角芹融合细胞。答案：(1)花药离体培养 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成
(2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽
细胞分裂素与生长素的比值
(3)愈伤组织
(4)胚状体 胚
(5)离心、振动、电激 3课件53张PPT。2.2 动物细胞工程
2.2.1 动物细胞培养和核移植技术探究1 动物细胞培养
【研读教材·自主认知】
1.动物细胞工程常用的技术手段:_____________、_______________、
动物细胞融合、_______________等。动物细胞培养动物细胞核移植生产单克隆抗体2.动物细胞培养技术的过程:胰蛋白酶 胶原蛋白酶贴壁生长接触抑制胰蛋白酶3.相关概念:
(1)动物细胞培养:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成_______
___,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞___________。
(2)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞_____________。
(3)细胞的接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,_______
___________的现象。
(4)原代培养:指动物组织消化后的_________。
(5)传代培养:贴满瓶壁的细胞,出现接触抑制后,需要重新用_______
___等处理,然后分瓶继续培养,让细胞继续增殖的培养过程。单个细胞生长和增殖贴附在瓶壁上细胞停止分裂增殖初次培养胰蛋白酶4.动物细胞培养的条件:培养液和培养用具 抗生素代谢产物微量元素血清血浆36.5±0.5 ℃ 7.2～7.4细胞代谢培养液的pH5.连线表示动物细胞培养的应用及实例:【小判断】
(1)在动物细胞的培养过程中,向培养基中加入糖、氨基酸、促生长因
子、无机盐、微量元素就可保证其营养所需。( )
【分析】由于人们对细胞所需营养物质还没有完全搞清楚,一般在培
养基中还要加入血清、血浆等物质。
(2)动物细胞培养时,幼龄动物组织比老龄动物组织更易培养。( )
【分析】幼龄动物组织代谢旺盛,更易于培养。×√(3)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。
( )
【分析】制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胰蛋白酶或胶
原蛋白酶处理。
(4)动物细胞培养的基本原理是动物细胞的全能性。 ( )
【分析】动物细胞培养只是进行细胞的生长和增殖,不能发育成完整
个体,不体现细胞的全能性。××(5)动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。 ( )
【分析】导入目的基因的受体细胞,需通过动物细胞培养技术获得早期胚胎,才能进一步培育成转基因动物。√ 【合作探究·核心归纳】
1.相关概念辨析:
(1)从细胞增殖特点上分析原代培养和传代培养的细胞分裂有何不同。
①原代培养:______________________________________________。
②传代培养:_________________________________________________
___________________________________________________________
__________________________________________________。细胞分裂旺盛,一般表现为细胞贴壁生长和接触抑制细胞在传至10～50代左右时,细胞增殖缓慢,甚至完全停止,此时细胞普遍表现为衰老和凋亡的特征,但也有少部分细胞的细胞核型可能会发生变化,会朝着等同于癌细胞的方向发展(2)细胞株和细胞系的增殖代数有何区别?从遗传物质上来看,两种细
胞的遗传物质组成相同吗?为什么?
①增殖代数
②遗传物质:________________________________________________
__________________________________________________________
___________________________。10代细胞～50代细胞 50代以后的细胞组成不同。细胞株的遗传物质没有发生改变;当细胞传到50代以后,即成为细胞系后,有部分细胞的遗传物质发生了改变,朝着等同于癌细胞的方向发展(3)进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶可以吗?为什么?
提示:用胰蛋白酶分散细胞,说明细胞间的物质主要是蛋白质。
不可以。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4,胃蛋白酶(适宜pH为2)在此环境中没有活性,而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此胰蛋白酶适用于细胞培养时的处理。【规律方法】区分原代培养和传代培养的方法
原代培养和传代培养一般均需对细胞进行胰蛋白酶分散处理,区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。
(1)第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,分散后培养,即为原代培养。
(2)第二次:细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来,分散到多个培养瓶中继续培养,即为传代培养。2.动物细胞培养的条件:
(1)幼龄与老龄动物的组织细胞相比较,分化程度低的与分化程度高的组织细胞相比较,哪一种更易于培养?为什么?
提示:幼龄动物的组织细胞、分化程度低的组织细胞更易于培养。
细胞的衰老与动物机体的衰老有密切的关系,细胞的增殖能力与供体的年龄有关,幼龄动物细胞增殖能力强,有丝分裂旺盛,老龄动物则相反。(2)探究动物细胞培养时,为什么要在培养基中加入血清、血浆等天然
成分?
提示:因血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质,如蛋
白质、氨基酸、未知的促生长因子等,人们对细胞所需的营养物质还
没有完全搞清楚。因此细胞培养时,为保证细胞能顺利生长和繁殖,一
般需添加血清、血浆等天然成分。
(3)动物细胞培养需要控制的气体环境是怎么样的?各自起什么作用?
提示:95%空气加5% CO2的混合气体;O2维持细胞代谢,CO2维持培养液
的pH。3.与植物组织培养的比较:
(1)从原理上来看,二者相同吗?为什么?
提示:不同。植物组织培养的原理是细胞的全能性,其培养过程的基础是细胞增殖;而动物细胞培养的原理是细胞增殖。
(2)动物细胞培养也和植物组织培养一样可以获得完整个体吗?
提示:动物细胞培养的结果是细胞的生长和增殖,不能得到完整个体,但是植物组织培养可以获得完整个体。(3)动物细胞培养要经过脱分化的过程吗?为什么?
提示:动物细胞培养不需经过脱分化的过程。
因高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力,所以,动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。【归纳总结】植物组织培养与动物细胞培养的比较
(1)不同点:(2)相同点。
①都需要人工条件下的无菌操作。
②都是合成培养基。(但其性质和成分不同)
③都需要适宜的温度、pH等条件。
④都进行了有丝分裂,属于无性繁殖,都可称为克隆。【过关小练·即时应用】
1.(2015·连云港高二检测)下列关于动物细胞培养的叙述中,正确的是 ( )
A.动物细胞培养的目的是获得细胞分泌蛋白
B.动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开
C.动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象
D.可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体【解题指南】解答本题的关键是:
动物细胞的全能性受到极大抑制,无法表现,因此动物细胞培养的目的是获得大量的细胞。
【解析】选B。动物细胞的培养是为了获得更多的动物细胞,不同于植物组织培养,它无法获得完整动物个体。在培养之前对材料要用胰蛋白酶处理使细胞分散开。在培养过程中动物细胞会出现接触抑制现象。2.(2015·泰安高二检测)下图是动物细胞培养的基本过程示意图。请
据图回答:
(1)容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是 ,
然后用胰蛋白酶处理,使细胞分散开来,这样做的目的是 。(2)培养首先在C瓶中进行,瓶中的培养基成分有__________________
等。在此瓶中培养一段时间后,有许多细胞衰老死亡,这时的培养称为
。
(3)为了把C瓶中的细胞分装到D瓶中,用 等处理,然后制
成 再分装。【解题指南】解答本题的关键有:
(1)动物细胞培养选择的材料应该具有很强的分裂能力。
(2)明确动物细胞培养的条件。
(3)掌握动物细胞培养的过程。【解析】(1)在进行培养时应尽量使细胞分散,便于与培养液充分接触,进行物质交换;使其分散需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(2)动物细胞培养过程中应尽量使培养基成分与体内的环境基本相同,所以需要添加糖、氨基酸、无机盐、动物血清等。培养的过程分为原代培养和传代培养两个阶段,分瓶之前的培养称为原代培养。(3)当细胞数目较多时,需要用胰蛋白酶等处理,使细胞分散,从瓶壁上脱离下来,制成细胞悬液继续培养。答案:(1)剪碎 使细胞与培养液充分接触
(2)糖、氨基酸、无机盐和动物血清 原代培养
(3)胰蛋白酶 细胞悬液【互动探究】
若图中C瓶的细胞在适宜的条件下,培养一段时间后全部死亡,原因是什么?
提示:C瓶的细胞没有发生突变获得不死性或C瓶的细胞没有突破动物细胞分裂次数的限制。【补偿训练】动物细胞工程常用的技术手段中,最基础的是 ( )
A.动物细胞培养 B.动物细胞融合
C.单克隆抗体 D.动物细胞核移植
【解题指南】解答本题的关键是理解动物细胞工程的操作最终都要经
过动物细胞培养来实现。【解析】选A。动物细胞工程常用的技术手段主要有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。探究2 动物体细胞核移植技术和克隆动物
【研读教材·自主认知】
1.概念:
(1)供体:动物一个细胞的_______。
(2)受体:去掉_______的卵母细胞。
(3)结果:形成重组胚胎,最终发育成_________。
2.种类:_______________和_____________。细胞核细胞核动物个体胚胎细胞核移植体细胞核移植3.体细胞核移植的过程:卵母细胞MⅡ期去核胚胎移植基本相同4.体细胞核移植技术的应用:遗传改良优良畜群繁育存活数量生物反应器异种移植非常低遗传和生理安全性【小判断】
(1)利用体细胞核移植技术培育出克隆动物,体现了动物细胞具有全能
性。 ( )
【分析】动物细胞的分化程度较高,其全能性不易表现,克隆动物的培
育体现了动物细胞核的全能性。×(2)克隆动物的体细胞遗传物质与提供细胞核的动物完全相同。( )
【分析】克隆动物体细胞的细胞质来自去核的卵母细胞,所以其细胞
质中的遗传物质与提供细胞核的动物不完全相同。
(3)取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵母细胞中,经孕育可以
培养成新个体。( )
【分析】野驴的体细胞核中具有发育成野驴的全部基因,因此通过核
移植技术,可使野驴“复生”。 ×√(4)在进行核移植时,也可以选用生殖细胞作为供核细胞。 ( )
【分析】生殖细胞的遗传物质相比正常体细胞的遗传物质减半,无法
发育成正常个体。×【合作探究·核心归纳】
1.受体细胞的选择和处理:
(1)为什么选择MⅡ中期的卵母细胞作为受体细胞?
提示:①细胞大,易于操作;②卵黄多,营养丰富,为胚胎发育提供充足的营养;③此时具备受精能力,细胞质中含有能刺激重组细胞进行分裂分化并形成重组胚胎的物质。
(2)探讨将受体细胞去核的原因。
提示:保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物。2.克隆动物的遗传物质和性状与亲本的关系:
克隆羊多利的产生过程如下:
(1)多利的遗传物质是对母羊A的100%的复制吗?探究其原因。
提示:不是。克隆过程中细胞核只来自供体,因此克隆动物多利的核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制,而其细胞质中的遗传物质来自母羊B的细胞质。(2)从多利的产生过程可以看出多利有三个亲本,探究多利的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。
提示:①大多数与母羊A相同,因基因型与母羊A完全一样。
②少数与母羊B相同,因细胞质中的基因来自母羊B,受质基因控制的性状与母羊B相同。
③与母羊C无关,因母羊C没有为新个体提供遗传物质。(3)动物体细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖?并分析原因。
提示:无性生殖。动物体细胞核移植最终得到的个体的细胞核中遗传物质完全来自一个个体,不是精卵受精得到的,因此属于无性生殖。【规律方法】判断有性生殖与无性生殖的方法
(1)从概念上判断。
①有性生殖:经两性生殖细胞结合而成的合子或有性配子直接发育成个体的生殖方式。
②无性生殖:不经过两性生殖细胞的结合由亲本直接产生子代的生殖方式。(2)从培养细胞的种类上判断。
①若组织培养中培养的是体细胞,则为无性生殖;若培养的是有性配子或合子,则属于有性生殖。
②植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。【归纳总结】核移植过程及分析
(1)核移植的过程:(2)核移植过程的相关分析。
①为了确保核移植形成的克隆动物的遗传物质全部来自有优良性状的动物提供的体细胞,在供体细胞的细胞核移植到受体细胞之前,必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏掉。
②细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。而克隆动物的形成则利用了动物细胞核的全能性。
③细胞融合后构建重组胚胎,并移植到代孕母体内获得克隆动物,需要胚胎工程技术的支持。【过关小练·即时应用】
1.(2015·银川高二检测)如果用动物细胞进行克隆实验,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.囊胚期胚胎细胞
【解题指南】解答本题的关键是:
(1)明确动物克隆应该选择体细胞的细胞核,而非生殖细胞的细胞核。
(2)了解卵细胞是经减数分裂形成的,染色体数目已经减半。【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,细胞核中染色体数目减半。2.(2015·天津高考)2015年2月3日,英国议会下院通过一项历史性法案,允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。据图分析,下列叙述错误的是 ( )
A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B.捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C.三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D.三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术【解题指南】(1)图示信息:捐献者仅提供细胞质基因,细胞核基因(染色体)来自母亲和父亲。
(2)关键知识:核移植、胚胎移植。
【解析】选C。A项,三亲婴儿细胞质基因主要来自捐献者卵母细胞,可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代,故正确。B项,三亲婴儿细胞核基因(染色体)来自母亲和父亲,捐献者携带的红绿色盲基因(细胞核基因)不传给该婴儿,故正确。C项,由B项分析可知该项错误。D项,三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术才能最终完成,故正确。【补偿训练】
英国科学家应用哪一种关键的细胞工程技术,培育出著名的克隆绵羊——“多利” ( )
A.细胞和组织培养 B.细胞融合
C.动物胚胎移植 D.动物体细胞核移植
【解析】选D。克隆绵羊——“多利”的培育过程利用了动物细胞工程中的动物体细胞核移植、胚胎移植等技术手段,其中动物体细胞核移植是最关键的。课件58张PPT。2.2 动物细胞工程
2.2.1 动物细胞培养和核移植技术一、动物细胞工程
1.常用技术手段：_____________、_______________、动物
细胞融合、生产单克隆抗体等。
2.技术基础：_________________。动物细胞培养动物细胞核移植动物细胞培养技术二、动物细胞培养
1.概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成_______
___，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞___________。
2.培养过程：动物组织块或器官 单个细胞
_________ _________ 传代培养
3.相关概念：
(1)细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在_____上。
(2)细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到_____________时，
_________________的现象。剪碎
_________处理 加培养液初次培养单个细胞生长和增殖细胞悬液原代培养瓶壁表面相互接触细胞停止分裂增殖胰蛋白酶4.培养条件：培养液和所有培养用具微量元素血清血浆36.5℃±0.5℃7.2～7.4细胞代谢培养液的pH5.连线表示动物细胞培养的应用及实例：三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.概念：
(1)供体：动物的一个细胞的_______。
(2)受体：去掉细胞核的_________。
(3)结果：形成重组胚胎，发育成_________。
2.种类：胚胎细胞核移植和_____________。细胞核卵母细胞动物个体体细胞核移植3.体细胞核移植的过程：MⅡ期去核细胞融合胚胎移植基本相同4.体细胞核移植技术的应用前景：
(1)畜牧生产方面：加速家畜_________进程，促进_________
_____。
(2)保护濒危物种方面：增加动物的_________。
(3)医药卫生领域：转基因动物作为___________，生产医用
蛋白。
(4)治疗人类疾病：转基因克隆动物细胞、组织和器官作为
_________的供体等。遗传改良优良畜群繁育存活数量生物反应器异种移植【微点拨】
1.在进行动物细胞培养过程中，为什么需用胰蛋白酶处理动物组织？
提示：(1)因组织中细胞间基质成分为蛋白质，利用胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质。
(2)细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～8.4。2.细胞传代培养传至10代是不是指细胞增殖10次？
提示：不是，细胞的传代代数和细胞增殖的代数并不是一个概念，细胞传一代后，细胞能倍增3～5次，故细胞传代至10代时增殖50次左右。
3.为什么进行动物细胞培养时通常需加入血清？
提示：(1)血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中含有的一些氨基酸，动物细胞本身不能合成，必须由培养液提供。
(2)血清中还含有生长激素和多种生长因子、多种未知的促细胞生长因子，促进细胞生长、增殖和贴附。4.体细胞核移植技术为什么要选择MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞？
提示：(1)细胞大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。
(2)在MⅡ期的卵母细胞和受精卵的细胞质中，存在重组因子，促进重组细胞的分裂和分化，形成重组胚，而其他细胞中重组因子降解，不能形成重组胚。5.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？
提示：为使核移植产生的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的细胞核去掉或将其破坏。1.在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的目的是( )
A.使动物组织分散为单个细胞进行培养
B.去掉细胞壁成为原生质体
C.去掉细胞膜，暴露出原生质体，便于细胞融合
D.促进蛋白质水解为多肽
【解析】选A。在动物细胞培养前，先用胰蛋白酶处理使细胞相互分散开，以增加与培养液的接触面积，便于培养。2.动物细胞培养过程中一定可以出现的情况是( )
A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B.培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D.当细胞发生类似于癌细胞的变化时，可进行传代培养【解析】选D。由于细胞之间相互接触而发生接触抑制现象时，细胞会停止分裂增殖，所以正常培养的细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞，A项错；克隆培养中的细胞进行有丝分裂，所以细胞的基因型一般不会发生改变，B项错；二倍体细胞传代培养至10～50代左右时，多数细胞会死亡，只有少数细胞能够培养至50代以后，C项错；发生类似于癌细胞的变化时，细胞能够无限增殖，可以进行传代培养，D项正确。3.一般来说，动物细胞体外培养需要满足的条件是( )
①无毒的环境 ②无菌的环境
③合成培养基需加血清 ④温度与动物体温相近
⑤需要O2，不需要CO2 ⑥CO2能调节培养液pH
A.①②③④⑤⑥ B.①②③④
C.①③④⑤⑥ D.①②③④⑥【解析】选D。动物细胞培养是需要CO2的，它能调节培养液的pH，因此⑤是错误的，其余几项都是正确的，即培养条件：
(1)要保证无毒、无菌的环境；(2)配制成的合成培养基中要加动物血清，因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素及一些未知的营养物质；(3)要维持一定的气体环境(需要O2和CO2)和一定的温度、pH等。4.关于细胞克隆的说法错误的是( )
A.克隆细胞的遗传性状均一，表现的性状相似
B.细胞克隆的最基本要求是保证克隆后的后裔细胞均来源于单个细胞
C.细胞克隆过程中存在细胞的分化
D.细胞克隆的最主要用途之一就是从普通细胞系中分离出缺乏特殊基因的突变细胞系【解析】选C。细胞克隆是把一个单细胞单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体，由于细胞进行有丝分裂，后裔细胞的遗传性状均一，表现的性状相似；细胞克隆的主要用途就是分离出突变细胞系。在细胞克隆过程中不存在细胞的分化，只存在细胞的分裂。5.下列关于体细胞克隆的叙述中，错误的是( )
A.供体为体细胞的细胞核
B.受体为去核卵母细胞的细胞质
C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型完全一致
【解析】选D。经体细胞核移植形成的克隆动物，遗传物质主要由供体细胞核提供，但也含有受体细胞的细胞质中的遗传物质，因此克隆动物与供体的遗传物质和表现型不完全相同。6.乙马的卵细胞核被甲马的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂发育成重组胚胎，再植入丙马的子宫内发育，结果产下一只小马。下列叙述正确的是( )
A.直接在体外对甲马的体细胞进行诱导也能培养出胚胎来
B.小马的性状与甲马完全相同
C.此项技术可用于保护濒危物种
D.该过程可以很好地证明动物细胞的全能性【解析】选C。克隆过程中细胞质遗传物质来自一方，而细胞核中遗传物质来自另一方，所以小马的性状与甲马不完全一致，该过程只能说明动物细胞核具有全能性，而动物细胞全能性的体现目前还没成功。一、动物细胞培养
1.过程解读：(1)原理：细胞增殖。
(2)选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。
(3)将动物细胞分散成单个细胞培养的原因。
①保证细胞所需要的营养供应。
②保证细胞内有害代谢产物的及时排出。2.相关概念的辨析：
(1)原代培养和传代培养：(2)细胞株与细胞系：
①细胞株：能够传代到40～50代的细胞，其遗传物质没有发生改变。
②细胞系：当细胞株细胞传到50代以后，有部分细胞的遗传物质发生了改变，能在培养条件下无限制地传代下去，具有癌变的特点。3.培养条件的分析：
(1)添加血清、血浆的作用：血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。
(2)气体环境：CO2调节培养液pH，O2维持细胞有氧呼吸。【易错提醒】
(1)动物细胞培养过程与植物组织培养过程不相同。培养动物细胞时没有脱分化的过程，因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力。
(2)不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如，癌细胞增殖时不存在接触抑制，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。1.(2014·温州高二检测)某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列有关说法正确的是( )
A.在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理
B.细胞培养应在CO2培养箱中进行，CO2的作用是作为细胞代谢原料
C.取甲细胞进行培养，传至10代～50代就会完全停止
D.乙细胞在原代培养过程中，最终会出现停止增殖的现象【解题关键】解答本题的关键有两点：
(1)正常细胞和癌变细胞增殖特点不同，前者会出现接触抑制现象，后者无限增殖。
(2)动物细胞培养条件中各种物质的作用不同，要注意区分，如CO2和O2作用不同。【解析】选D。A错，胃蛋白酶的最适pH大约为2，这一环境下细胞往往会受到破坏，不利于培养，所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞；B错，培养液中CO2的作用是调节培养液的pH；C错，肝肿瘤细胞可以无限增殖；D对，正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象，停止增殖。2.下列对动物细胞培养的有关叙述正确的是( )
A.动物细胞培养的目的是获得大量的分泌蛋白
B.动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散
C.细胞的癌变发生于原代培养过程中
D.目前使用或冷冻保存的正常细胞通常是50代以内的细胞
【解析】选B。动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础，其目的不仅仅是获得大量的分泌蛋白；目前使用或冷冻保存的正常细胞通常是10代以内的细胞；细胞的癌变发生于传代培养过程中。二、动物细胞培养与植物组织培养的比较
1.不同点：2.相同点：
(1)都需要人工条件下的无菌操作。
(2)都是合成培养基(但其性质和成分不同)。
(3)都需要适宜的温度、pH等条件。
(4)都进行有丝分裂，属于无性繁殖，都可称为克隆。【易错提醒】
植物组织培养的结果与动物细胞培养的结果不相同
(1)植物组织培养可获得新个体，体现了细胞的全能性。
(2)动物细胞培养只能得到细胞，没有体现细胞的全能性。1.(2014·金华高二检测)某研究性学习小组同学在研究细胞工程时，列表比较了动物细胞培养和植物细胞工程的有关内容，其中错误的是( )【解题关键】解答本题时注意以下两点：
(1)动物细胞培养与植物细胞工程在培养基的性质和成分、培养的过程、培养的结果上是有区别的。
(2)植物细胞工程培养的结果是获得新的植株或组织，而动物细胞培养的结果没有获得完整的新个体。【解析】选B。本题考查了植物细胞工程和动物细胞培养有关方面的比较。A项，植物细胞工程中去除细胞壁时用的是纤维素酶和果胶酶，而在动物细胞培养中采用胰蛋白酶处理组织使其分散成单个细胞。B项，植物细胞工程的原理是植物细胞的全能性和细胞增殖，动物细胞培养的原理是细胞增殖，没有体现出全能性。C项，植物细胞工程可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，利用动物细胞培养可以大规模生产病毒疫苗、干扰素等。D项，两者的培养基性质和成分是不同的。2.对动物和植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是( )
A.都需用培养箱 B.都需用液体培养基
C.都需在无菌条件下进行 D.都可体现细胞的全能性
【解题关键】明确细胞培养的条件要求必须严格无菌培养，但根据培养的对象不同，培养的过程和结果并不完全相同。【解析】选C。对动物和植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行。动物成体的体细胞离体培养用液体培养基，不能体现细胞的全能性；植物成体的体细胞离体培养一般用固体培养基，能体现细胞的全能性。【误区警示】通过植物细胞工程可以得到细胞或新植株，若得到细胞，则其原理是细胞增殖；若得到的是植株，则其原理既有细胞的全能性也有细胞增殖。三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.过程分析：(1)原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体。所以用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
(2)供体和受体的选择。
①供体：一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。
②受体：去核的减Ⅱ中期的卵母细胞。2.克隆动物：
(1)性状与供体不完全相同的原因。
①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。
②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。
(2)基因型与供体相同：核移植过程中细胞核只来自供体，因此核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制，其基因型与供体相同。【易错提醒】
在进行核移植时，一般不选用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。1.(2014·南宁高二检测)科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)。(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分离，形成单个细胞，这一过程中需要利用 酶处理，不能用纤维素酶与果胶酶的原因是 。
(2)转基因奶牛的克隆成功，说明动物细胞的 具有全能性。
(3)将进行细胞培养的供体细胞核注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞核的目的是? ? ? ?
? 。(4)重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛，但也有可能出现性状上的某些差异，原因可能是? ?
? 。
(5)体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于 ? (选填“有性生殖”或“无性生殖”)。【解题关键】解答本题需理解以下两点：
(1)明确图示体现的过程是动物细胞核移植，其理论基础是细胞核的全能性。
(2)克隆技术属于无性生殖，明确子代的性状表现除受遗传物质控制以外，还与外界环境有关。【解析】(1)对动物组织进行分离，用胰蛋白酶处理，才能形成单个细胞。因为酶具有专一性，所以不能用纤维素酶和果胶酶将动物细胞分散开。
(2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。
(3)去掉卵母细胞核后，重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，其性状主要由供体细胞核决定。
(4)重组细胞发育而来的犊牛与供体奶牛不完全相同，因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，少量来自卵母细胞的细胞质，性状还受环境的影响。
(5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合，所以从生殖方式上看属于无性生殖。答案：(1)胰蛋白 酶具有专一性
(2)细胞核
(3)使犊牛的性状主要由供体细胞核决定
(4)①生物的性状受细胞核和细胞质共同控制；②生物的性状还受环境因素的影响
(5)无性生殖2.从母羊甲的体细胞中取出细胞核，移植入母羊乙的去核卵母细胞中，融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎，再植入另一只母羊丙的子宫内，下列有关说法正确的是( )
A.生出小羊的性状与甲羊完全相同
B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同
C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定，所以该过程为有性生殖
D.生出小羊的性状由甲、乙、丙三个亲本的基因型与环境共同决定【解题关键】解答本题注意以下两点：
(1)生物体的性状主要由细胞核内的遗传物质控制。
(2)克隆动物的遗传物质主要来自提供细胞核的动物。
【解析】选B。核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖，遗传物质中甲羊的和乙羊的都有，因此认为生出的小羊性状完全同甲羊是不正确的，应是主要性状与甲羊相同，核基因型一般与甲羊完全相同，因此B项是正确的。【互动探究】
(1)题1图中人生长激素基因通常应该采取什么方法转入动物细胞？
提示：显微注射法。
(2)题1(4)中重组细胞在培养液中培养成重组胚胎的过程中遗传物质是否发生改变？为什么？
提示：遗传物质没有改变，因为这个过程中进行的是有丝分裂。【方法规律】判断有性生殖与无性生殖的方法
(1)从概念上判断：有性生殖是经两性生殖细胞结合而成的合子或有性配子直接发育成个体的生殖方式。无性生殖是不经过两性生殖细胞的结合由亲本直接产生子代的生殖方式。
(2)从培养细胞的种类上判断：组织培养中培养的不是体细胞而是有性配子或合子时，才属于有性生殖。植物组织培养、植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。课件50张PPT。2.2.2
动物细胞融合与单克隆抗体探究1 动物细胞融合
【研读教材·自主认知】
1.概念:动物细胞融合也称_________,是指___________动物细胞结
合形成_________的过程。
2.原理:_______________。
3.诱导融合的三种方法:
(1)物理法:例如_____等。
(2)化学法:例如_________。
(3)生物法:例如___________。细胞杂交两个或多个一个细胞细胞膜的流动性电激聚乙二醇灭活的病毒4.过程:DNA细胞膜细胞核5.意义:
(1)突破了有性杂交方法的局限,使_________成为可能。
(2)促使了杂交瘤技术的产生,为制造___________开辟了新途径。远缘杂交单克隆抗体【小判断】
(1)细胞膜的流动性是动物细胞融合的一个重要的理论基础。( )
【分析】两个细胞融合过程要涉及膜的融合,膜的融合是以膜的流动
性为基础的。
(2)动物细胞融合技术的主要用途是制备克隆动物。( )
【分析】动物细胞融合技术可以得到杂种细胞,不能产生克隆动物。√×(3)动植物细胞融合技术基本原理相同,诱导融合方法也相同。( )
【分析】动植物细胞融合技术基本原理相同;相比较植物体细胞杂交,
动物细胞融合特有的诱导方法为灭活的病毒处理,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融合方法相同。
(4)灭活的仙台病毒在动物细胞工程中可用于诱导细胞融合。( )
【分析】灭活的仙台病毒在细胞工程中可作为动物细胞融合的诱导剂。×√【合作探究·核心归纳】
1.动物细胞融合的过程和结果:
(1)动物细胞融合的结构基础是什么?
提示:细胞膜的流动性。
(2)融合处理后的细胞是否可以直接用于培养?为什么?
提示:不可以,还需要筛选。因为诱导融合的手段只是促使细胞间的融合,但不能保证所有的细胞都发生融合,形成的融合细胞也有多种,因此需要筛选。(3)若只考虑细胞间的两两融合,诱导后形成的融合细胞有几种?
提示:有三种,即同种细胞融合(两种)和不同种细胞融合(一种)。
(4)动物细胞完成融合的标志是什么?
提示:动物细胞融合时,先是细胞膜发生融合,然后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞,则标志着动物细胞融合的完成。2.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较:
(1)比较动物细胞融合与植物体细胞杂交所用的促融方法的异同。
提示:二者都可以采用离心、振动、电激等物理方法,或者使用化学试剂聚乙二醇进行促融,除上述方法外,动物细胞融合还可以采用灭活的病毒进行促融。
(2)经促融处理后的细胞是否均需进一步筛选?
提示:是。促融处理后,均会出现不同种融合细胞,所以需要对处理后的细胞进行筛选,选择出符合要求的杂交细胞。【归纳总结】 动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较【过关小练·即时应用】
1.下列关于细胞融合的说法,不正确的是 ( )
A.动物细胞融合首先用酶解法分散成单个细胞
B.动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同
C.融合后的动物细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息
D.动物细胞融合与植物原生质体融合都可用灭活的病毒进行诱导【解题指南】解答本题需明确以下两点:
(1)细胞融合的基本原理是细胞膜的流动性。
(2)诱导方法包括物理法、化学法、生物法。【解析】选D。在动物细胞融合前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将动物组织分散成单个细胞,A正确;动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理都是细胞膜的流动性,B正确;融合后的动物细胞因为含有所融合细胞的细胞核,所以具有原来两个或多个细胞的遗传信息,C正确;常用的动物细胞融合的诱导因子是聚乙二醇和灭活的病毒,其中聚乙二醇既可用于促进植物原生质体融合,又可用于促进动物细胞融合,而灭活的病毒只能用于促进动物细胞的融合,D错误。2.(2015·新乡高二检测)如图表示将人成纤维细胞与小鼠细胞进行融合,获得部分杂种细胞的过程(注:杂种细胞中人类的染色体会随机丢失,各种杂种细胞保留人类染色体的种类和数量是不同的)。请回答下列问题:(1)图中诱导动物细胞融合常用的诱导因素有____________________
(至少写出两种),再用特定的 培养基进行筛选,得到杂
种细胞。
(2)培养杂种细胞时,根据细胞所需营养物质的种类和数量严格配制培
养基,此外经常会在培养基中加入 。培养过
程中细胞需置于含CO2的混合气体的培养箱中培养,CO2的主要作用是
维持培养液的 。(3)若只考虑人的成纤维细胞与小鼠细胞两两融合形成的杂种细胞,假如每种杂种细胞只保留了人的1条染色体,从染色体组成的角度考虑,杂种细胞可能有 种。【解题指南】解答本题的关键有两点:
(1)动物细胞融合过程中需要用动物细胞培养技术。
(2)人体内有22对常染色体,1对性染色体,共24种。 【解析】(1)诱导动物细胞融合的方法包括物理方法(如电激)、化学方法(如聚乙二醇)、生物方法(如灭活的病毒)。通过选择性培养基将杂种细胞筛选出来。(2)动物细胞培养液一般包括糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、动物血清、动物血浆。(3)人体细胞中含有24种染色体,分别是22种常染色体和2种性染色体(即X染色体和Y染色体)。
答案:(1)聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激(写出两种即可) 选择性 (2)动物血清、血浆 pH (3)24【互动探究】若不考虑染色体的丢失,当细胞两两融合时可以形成几种融合细胞?在混合体系中有几种细胞?
提示:有三种融合细胞。在混合体系中有五种细胞,即三种融合细胞和两种未融合细胞。【补偿训练】
1.某同学在学习“细胞工程”时,列表比较动植物细胞工程的有关内容,你认为错误的是 ( )【解析】选B。细胞工程中促进细胞融合时,植物细胞常采用物理法和化学法,动物细胞除了采用物理法和化学法外,还可采用灭活的病毒促融。2.动物细胞融合特有的诱导方法是 ( )
A.PEG B.灭活的病毒
C.电激 D.离心
【解题指南】解答本题的关键在于明白动物细胞融合和植物体细胞杂交过程的区别。
【解析】选B。常用的动物细胞融合的诱导因子是聚乙二醇和灭活的病毒。其中聚乙二醇既可用于促进植物原生质体融合,又可用于促进动物细胞融合。而灭活的病毒只能用于促进动物细胞的融合。探究2 单克隆抗体的制备
【研读教材·自主认知】
1.传统抗体的制备:
(2)缺点:产量低、_____低、_______差。抗原血清纯度特异性2.单克隆抗体的制备:
(1)
(2)解决思路:将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为___________。特异性抗体无限增殖无限增殖抗体杂交瘤细胞(3)制备过程:抗原蛋白 脾脏细胞骨髓瘤细胞B淋巴细胞杂交瘤细胞克隆化抗体体外小鼠腹腔细胞培养液腹水(4)单克隆抗体的特点:_______强、_______高,并可大量制备。特异性灵敏度【小判断】
(1)制备单克隆抗体所用的B淋巴细胞是经过免疫的B淋巴细胞。( )
【分析】只有经过免疫后的动物体内才会出现能产生针对特定抗原的
抗体的B淋巴细胞。√(2)动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞全能性。 ( )
【分析】细胞全能性是指已分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的
潜能,所以判断是否体现细胞全能性的依据是看其能否发育成完整个
体;杂交瘤细胞的培养是细胞水平上的克隆,不能体现细胞全能性。
(3)通过直接培养受抗原刺激的B淋巴细胞也可以获得单克隆抗体。
( )
【分析】受抗原刺激的B淋巴细胞为浆细胞,是高度分化的动物细胞,
能分泌抗体,但不能进行无限增殖,难以获得单克隆抗体。××(4)现代技术手段治疗癌症时,能让治疗癌症的药物只杀癌细胞,而对
正常细胞无影响。 ( )
【分析】用单克隆抗体连接抗癌药物制成“生物导弹”,可以专杀癌
细胞而对正常细胞不产生影响。√【合作探究·核心归纳】
1.单克隆抗体的制备过程:
(1)试思考制备单克隆抗体时,不直接用经过免疫的B淋巴细胞(浆细胞)来获得单克隆抗体的原因是什么?
提示:用于获得杂交瘤细胞的B淋巴细胞为浆细胞,是高度分化的动物细胞,培养时很难恢复分裂能力,不能进行无限增殖,难以获得单克隆抗体。(2)制备单克隆抗体过程中出现的细胞分别具有什么样的特点?
①免疫过的B淋巴细胞:______________________________;
②骨髓瘤细胞:_________________________;
③杂交瘤细胞:______________________________。
(3)单克隆抗体制备过程中用到了哪些技术手段?
提示:动物细胞培养、动物细胞融合。能产生单一抗体,但不能无限增殖能无限增殖但不能产生抗体既能无限增殖,又能产生单一抗体(4)选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么?
第一步筛选的目的:_______________。
第二步筛选的目的:___________________________________。获得杂交瘤细胞获得能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞2.单克隆抗体的应用:
(1)单克隆抗体主要有哪些优点?
提示:单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强、灵敏度高,并能大量制备。
(2)“生物导弹”可用于临床癌症的治疗,请根据功能分析“生物导弹”的组成及优点。
提示:①组成:“生物导弹”=单克隆抗体+化学药物(或放射性同位素或细胞毒素);
②优点:疗效高、毒副作用小。【规律方法】B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后的细胞类型及选择依据
(1)细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)。
①两个B淋巴细胞融合的细胞。
②两个骨髓瘤细胞融合的细胞。
③杂交瘤细胞。
(2)选择依据。
①用特定的选择培养基进行筛选,如用HAT培养基选择杂交瘤细胞。
②免疫法,即抗原—抗体杂交法。【归纳总结】单克隆抗体的制备
(1)关键思路及操作依据。②用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的原因。
a.每一种B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体,不同种类的B淋巴细胞分泌的抗体不同。
b.B淋巴细胞在体外培养时不能无限增殖,骨髓瘤细胞能够无限增殖。(2)单克隆抗体制备过程中的筛选及原因。
①第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后,筛选出杂交瘤细胞,淘汰未融合细胞和同种细胞融合而成的细胞。
②第二次筛选需先在多孔培养板上培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养,然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的,所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。【过关小练·即时应用】
1.(2015·三亚高二检测)关于单克隆抗体,下列叙述不正确的是
( )
A.可以制成诊断盒,用于疾病的诊断
B.可以与药物结合,用于病变细胞的定向治疗
C.可以利用基因工程技术生产
D.可以在生物体内生产,不能在体外生产【解题指南】解答本题的关键点有:
(1)杂交瘤细胞可以在动物体内培养也可以在体外培养。
(2)单克隆抗体可以制成生物导弹。
(3)基因工程也可以生产单克隆抗体。【解析】选D。目前,体外制备单克隆抗体的方法是将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细胞,在体外、体内都可以进行培养,最后经提取获得单克隆抗体。由于单克隆抗体有较强的特异性,所以可制成诊断盒用于疾病诊断,也可以与药物结合,用于病变细胞的定向治疗,还可以用基因工程技术生产。2.(2013·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
【解题指南】解答本题的关键是首先要弄明白图中各序号的含义:
①是B淋巴细胞(浆细胞),②过程是动物细胞融合,③是杂交细胞,④是
经筛选得到的杂交瘤细胞。【解析】选D。本题考查动物细胞工程中的制备单克隆抗体。①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的B淋巴细胞(浆细胞),A项错误;胰蛋白酶可使组织分散为单个细胞,B项错误;③为杂交细胞,若是B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成的杂交细胞,才同时具有B淋巴细胞(可产生抗体)和骨髓瘤细胞(可无限增殖)的特性,C项错误;④是经筛选后获得的能够分泌特异性抗体的杂交瘤细胞,D项正确。【互动探究】
(1)体外培养骨髓瘤细胞,会不会出现接触抑制现象?为什么?
提示:不会。骨髓瘤细胞是一种癌细胞,细胞表面糖蛋白减少,失去了接触抑制作用。
(2)体外培养③时,应提供什么条件?
提示:无菌、无毒的环境;必要的营养物质,如葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、维生素等;适宜的温度和pH;提供氧气和二氧化碳。【补偿训练】用a表示骨髓瘤细胞,b表示B淋巴细胞,则细胞融合过程中两次筛选的目的分别为 ( )
A.a、aa、ab、bb、b→a、aa、ab→ab培养
B.a、aa、ab、bb、b→ab、bb、b→ab培养
C.a、aa、ab、bb、b→ab→产生特定抗体的ab培养
D.a、aa、ab、bb、b→aa→能无限增殖的aa培养【解析】选C。将a与b融合,再用特定的选择性培养基进行筛选,未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有融合的杂种细胞ab才能生长;对上述经选择性培养的ab还需进行克隆化培养和抗体检测,经多次筛选就可获得足够数量的能分泌所需抗体的ab细胞。课件42张PPT。2.2.2
动物细胞融合与单克隆抗体一、动物细胞融合
1.概念：
是指___________________结合形成一个细胞的过程，也称
_________。
2.诱导原理和结果：
(1)诱导原理：_______________。
(2)诱导结果：形成_____细胞。两个或多个动物细胞细胞杂交细胞膜的流动性杂交3.诱导因素：
常用的诱导因素有______________、___________、_____等。
4.意义：突破了_________方法的局限，使_________成为可能。聚乙二醇(PEG)灭活的病毒电激有性杂交远缘杂交二、单克隆抗体
1.制备原理：
(1)B淋巴细胞特点：一种B淋巴细胞分泌一种特异性抗体。
(2)骨髓瘤细胞特点：能在体外大量_____。
(3)杂交瘤细胞特点：B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂
交瘤细胞，既能_________又能产生大量_________。增殖无限增殖特定抗体2.单克隆抗体的制备：
3.单克隆抗体的优点：_________、_________、可大量制备。
4.单克隆抗体的应用：
(1)作为_________，具有准确、高效、简易、快速的优点。
(2)用于_________和_________。骨髓瘤 杂交瘤特异性强灵敏度高诊断试剂治疗疾病运载药物杂交瘤单克隆抗体【微点拨】
1.诱导动物细胞融合与植物细胞杂交融合的方法有什么不同？
提示：动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导。
2.经促融处理后的细胞就是符合要求的杂交细胞吗？哪种融合细胞才是符合要求的？
提示：不是。促融后可能会出现3种融合细胞：B-B融合细胞、瘤-瘤融合细胞、B-瘤融合细胞。其中B-瘤融合细胞(杂交瘤细胞)才是符合要求的细胞。3.动物细胞完成融合的标志是什么？
提示：动物细胞融合时，先是细胞膜发生融合，然后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞时，则标志着动物细胞融合的完成。
4.在制备单克隆抗体时，为什么不直接用经过免疫的B淋巴细胞(浆细胞)来获得单克隆抗体，而需要与骨髓瘤细胞杂交后来获取？
提示：用于获得杂交瘤细胞的B淋巴细胞为浆细胞，是高度分化的动物细胞，培养时很难恢复分裂能力，不能进行无限增殖，获得大量单克隆抗体。1.动物细胞融合和植物原生质体融合决定于( )
A.细胞膜的流动性 B.细胞膜的选择透过性
C.细胞质的流动性 D.细胞质中酶的活性
【解析】选A。动物细胞融合和植物原生质体融合决定于细胞膜的流动性。2.基因型为Aa与基因型为Bb的动物体细胞，用灭活的病毒处理后，不可能获得下列哪种基因型的细胞( )
A.AAaa B.AaBb
C.Aabb D.BBbb
【解析】选C。诱导融合处理后可能会出现3种融合细胞，即同种细胞相互融合，基因型为AAaa和BBbb，不同种细胞相互融合，融合后的杂交细胞基因型为AaBb，C项基因型细胞不可能出现。3.要想获得大量的单克隆抗体就必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖，形成细胞群。其原因是( )
A.在体外培养条件下，B淋巴细胞可以无限增殖
B.在动物体内B淋巴细胞可以产生多达百万种以上的抗体
C.每一个B淋巴细胞都参与特异性免疫反应
D.每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体
【解析】选D。B淋巴细胞的免疫具有特异性，即每一个B淋巴细胞只能产生一种与特定抗原结合的抗体。4.科学家们用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交瘤细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体，与骨髓瘤细胞融合的是
( )
A.经过免疫的T淋巴细胞
B.未经过免疫的T淋巴细胞
C.经过免疫的B淋巴细胞
D.未经过免疫的B淋巴细胞
【解析】选C。B淋巴细胞接受抗原刺激后，形成浆细胞，才能产生抗体，所以只有经过免疫的B淋巴细胞才会产生专一性的抗体。5.灭活的病毒的抗原性和感染能力是( )
A.失去抗原性，具有感染能力
B.具有抗原性，也具有感染能力
C.失去抗原性，也失去感染能力
D.具有抗原性，失去感染能力
【解析】选D。灭活的病毒不具有生物活性，不具有侵染细胞的能力，但具有抗原性，能够促进动物细胞融合。6.生物导弹是指( )
A.单克隆抗体
B.带有特定药物的单克隆抗体
C.杂交细胞
D.B淋巴细胞
【解析】选B。生物导弹用于定位杀死癌细胞，原理是利用抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素结合后注入体内，借助单克隆抗体的导向作用进行定位。一、动物细胞融合
1.过程：(1)融合过程：细胞膜融合→细胞质融合→细胞核融合。
(2)细胞膜融合的过程体现出细胞膜具有一定的流动性。
(3)融合后重组细胞的特点：融合形成的杂种细胞具有两种细胞的遗传信息，通过动物细胞培养，杂种细胞表现出两个亲本细胞的特点。2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较：【易错提醒】
(1)灭活是指利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。
(2)病毒在不同过程或操作中的“身份不同”。在免疫调节中病毒属于抗原，在基因工程中可作为载体，在细胞工程中可作为诱导剂。
(3)动物细胞融合与植物体细胞杂交相似，形成的杂交细胞包含两个亲本的遗传物质，其染色体数、基因组成、染色体组都是两个细胞之和，将表现出两个亲本的遗传特征。1.(2014·湛江高二检测)下列关于动物细胞融合的说法，错误的是( )
A.动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合需要用纤维素酶处理
C.动物细胞融合时需人工诱导
D.常用的诱导动物细胞融合的因素有：聚乙二醇、灭活的病毒、电激等【解题关键】解答本题需关注以下两点：
(1)诱导动物细胞融合可以用灭活的病毒。
(2)植物体细胞杂交诱导融合前需要去除细胞壁，而动物细胞无细胞壁。【解析】选B。动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。动物细胞无细胞壁，所以诱导融合前不需要用纤维素酶处理。动物细胞融合需要人工诱导融合，诱导因素包括聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。2.下图所示为细胞融合技术的一些过程：(1)从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，采用的方法中与诱导植物原生质体融合不同的是 处理。
(2)若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞，那么这样的细胞已经用酶降解脱掉了 。这种酶可能是 、
，由此形成的细胞经培养形成的细胞团称为
。
(3)若将基因型为AaBB的番茄细胞与基因型为AAbb的番茄细胞融合，所形成细胞的基因型是 。
(4)若将染色体组成为2A+XX的人细胞与染色体组成为2B+XX的鼠细胞融合，培育成的人-鼠细胞的染色体组成是 ?
。【解题关键】解答本题要注意以下两点：
(1)理解植物细胞融合和动物细胞融合过程的异同点。
(2)杂种植物细胞中染色体来自两个融合的亲本细胞。【解析】(1)动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒诱导融合。
(2)植物细胞有细胞壁，若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞，那么这样的细胞已经用纤维素酶和果胶酶脱掉了细胞壁；植物体细胞杂交获得的杂种细胞，经脱分化形成愈伤组织。
(3)(4)细胞融合后的染色体或基因分别是两种细胞的染色体或基因累加。答案：(1)灭活的病毒
(2)细胞壁 纤维素酶 果胶酶 愈伤组织
(3)AAAaBBbb
(4)2A+2B+2X+2X【方法规律】生物工程技术产生后代个体的遗传物质或基因来源
(1)转基因生物：目的基因来自外源生物，绝大多数基因来自两个亲本。
(2)杂种植株：遗传物质来自融合的两个亲本细胞。
(3)经细胞培养获得的动物细胞：遗传物质只来自一个亲本。
(4)动物细胞融合形成的杂交细胞：遗传物质来自融合的两个亲本细胞。
(5)克隆动物：细胞核中的遗传物质来自供体动物，细胞质中的遗传物质来自提供卵母细胞的动物个体。二、单克隆抗体
1.技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合。
2.制备过程：3.比较制备单克隆抗体中的几种细胞：4.制备单克隆抗体的两次筛选：
第一次筛选：由于细胞融合是随机的，因此细胞混合物中融合细胞将以多种形式出现，因此必须从中筛选出既能分泌抗体同时又能大量增殖的杂交瘤细胞。
第二次筛选：从杂交瘤细胞群中选出能产生专一抗体的特异性杂交瘤细胞。 【易错提醒】
诱导融合的B淋巴细胞是经免疫产生的B淋巴细胞，未经免疫的B淋巴细胞不能产生抗体。1.关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是( )
A.可直接从动物体内获取B淋巴细胞进行培养
B.杂交瘤细胞具有B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的双重特点
C.用灭活病毒诱导融合后形成的融合细胞即可产生单克隆抗体
D.经选择性培养基筛选出来的杂交瘤细胞即可用于单克隆抗体的生产【解题关键】明确制作单克隆抗体的步骤，诱导融合可能会产生多种融合细胞，但只有不同种细胞融合形成的杂交细胞才是符合要求的细胞。【解析】选B。将骨髓瘤细胞与免疫后的B淋巴细胞融合，经过选择性培养基的筛选得到杂交瘤细胞，并经专一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞，即可得到单克隆抗体。杂交瘤细胞具有骨髓瘤细胞无限增殖的特点和B淋巴细胞产生特异性抗体的特点。诱导融合后可能会形成三种融合细胞，即同种细胞融合(B-B融合细胞、瘤-瘤融合细胞)、不同种细胞融合(B-瘤融合细胞)，故需要进一步筛选。2.(2014·徐州模拟)如图表示用生物工程制备人抗A抗体的过程。回答下列问题。(1)人的红细胞膜表面有具有识别作用的凝集原，其化学本质是 ；从免疫学角度看，这种凝集原是 ?
。
(2)图中细胞1是小鼠体内注入人A型血红细胞后获得的 ?
?细胞，这种细胞具有产生 的特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2，是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞，这种细胞在体外培养时能 ，但不会产生抗体。(3)为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的细胞3，这种细胞称为 。把它放在乙培养皿中进行培养，则能产生大量的细胞群，这种方法称为 。
(4)过程①的主要目的是 ?
。通过过程②或③的培养方法能产生大量 抗体。【解题关键】解答本题需注意两点：
(1)单克隆抗体的制备所用两种细胞的特点。
(2)诱导动物细胞融合后需要经过两次筛选。【解析】(1)人红细胞膜表面的凝集原具有特异性，化学本质是糖蛋白，从免疫学角度看，它是抗原。
(2)(3)免疫后的B淋巴细胞能产生特异性抗体，小鼠骨髓瘤细胞则可在培养条件下无限分裂、增殖，在选择培养基中，只有免疫后的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞(细胞3)才同时具备分泌抗体的功能和保持细胞无限增殖两种特征。
(4)过程①的主要目的是筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞，过程②或③分别是体内培养和体外培养，以产生大量抗A单克隆抗体。答案：(1)糖蛋白 抗原
(2)B淋巴 单一的抗A抗体(或单一的特异性抗体)
大量增殖
(3)杂交瘤细胞 克隆
(4)筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞 抗A单克隆课件52张PPT。专题3 胚胎工程
3.1 体内受精和早期胚胎发育探究1 胚胎工程概念与精子、卵子的发生
【研读教材·自主认知】
1.胚胎工程概念:
(1)操作对象:动物_________或配子。
(2)处理技术:如体外受精、_________、_________、胚胎干细胞培养
等。
(3)实质:在体外条件下,对_______________________________进行的
模拟操作。早期胚胎胚胎移植胚胎分割动物自然受精和早期胚胎发育条件2.精子和卵子的发生:
(1)精子的发生。
①场所:_____内。
②时期:从_______开始,直到_____________。
③过程:睾丸初情期生殖机能衰退有丝分裂MⅠMⅡ变形④精子的变形(包括头、颈、尾):头的主要部分头部的顶体尾线粒体鞘原生质滴⑤精子的形状:外形似蝌蚪,分___、___、___三大部分。头颈尾(2)卵子的发生。
①场所:_____、输卵管。
②时期:_________以后。卵巢性别分化③过程:胎儿期初级卵母细胞初情期后卵巢输卵管【合作探究·核心归纳】
1.精子的发生:
(1)精子的形成为什么划分为三个阶段?
提示:三个阶段对应不同的过程,①精原细胞形成初级精母细胞;②含单倍染色体精子细胞的形成;③精子细胞变形成为精子。
(2)精子变形时,细胞中很多结构都会消失,为什么细胞核和线粒体会保留下来?
提示:细胞核是精子遗传物质的储存场所,而线粒体则是精子进行有氧呼吸产生能量的主要场所。2.卵子的发生:
(1)一个卵泡中能形成几个卵子?
提示:一个初级卵母细胞被卵泡细胞包围,形成一个卵泡,所以一个卵泡中只能形成一个卵子。
(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,还是指卵泡从卵巢中排出?
提示:是指卵子从卵泡中排出。
(3)刚排出的卵子是成熟的卵子吗?
提示:刚排出的卵子尚未完全成熟,有的处于减数第一次分裂时期,如马;有的处于减数第二次分裂时期,如羊、猪。(4)精子和卵子在什么部位结合?结合的标志是什么?
提示:精卵在输卵管内结合。结合的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙出现两个极体。3.精子和卵子发生的比较:
(1)精子和卵子的发生都是从初情期开始的吗?为什么?
提示:不是。精子的发生从初情期开始,而卵子的发生在动物胚胎性别分化以后就开始。
(2)精子和卵子的发生场所有什么不同?
提示:精子发生的三个阶段都在睾丸的曲细精管内,卵子发生的场所不唯一,MⅠ在卵巢中,MⅡ在输卵管中。【归纳总结】精子和卵子发生的比较【过关小练·即时应用】
1.下列不是精子、卵子发生的区别的是 ( )
A.初级精母、卵母细胞的形成时间
B.MⅠ和MⅡ的时间连续性
C.成熟生殖细胞是否经过变形
D.成熟生殖细胞中染色体的数目【解题指南】解答本题需要明确以下两点:
(1)精子、卵子发生的时间不相同。
(2)减数分裂产生的精子细胞要经过变形才得到精子。【解析】选D。初级精母细胞是雄性动物初情期开始后,才由精原细胞形成的,而初级卵母细胞在胎儿性别分化以后就形成了;精子产生时MⅠ和MⅡ是连续进行的,卵子产生时通过MⅠ形成次级卵母细胞,在精子与卵子的结合过程中才完成MⅡ;精子细胞形成后变形为蝌蚪状,卵子不需变形;成熟的精子和卵子经过减数分裂形成,都含有相当于亲本体细胞一半的染色体数目,即精子、卵子中染色体数目相同,故D项所述不是两者的区别。2.下图表示高等动物卵子的发生过程,请据图回答有关问题:(1)图中A是 ,B是 ,E(过程)是指 ,阶
段C是指个体发育的 (时期),阶段D是指个体发育的______
(时期)。
(2)卵子受精的标志是 。
(3)能发生染色体的着丝点分裂的阶段是 (填序号)。
(4)①阶段存在的变异方式是 。【解题指南】解答本题的关键:卵子形成的过程及每个阶段发生的时期。
【解析】题图为卵子发生及受精过程,依据所学可知:(1)卵原细胞经有丝分裂增殖,并进一步演变成初级卵母细胞,直到初情期排卵前后再进行MⅠ,形成次级卵母细胞和第一极体,MⅡ发生在精子和卵子结合的过程中,形成合子和第二极体。(2)卵子受精的标志是在透明带和卵细胞膜的间隙观察到两个极体。(3)着丝点分裂发生在有丝分裂后期或MⅡ后期。(4)有丝分裂过程中可以发生基因突变和染色体变异两种变异。答案:(1)第一极体 合子 受精 胎儿期 初情期后
(2)在透明带和卵细胞膜的间隙观察到两个极体
(3)①③
(4)基因突变、染色体变异【补偿训练】有关哺乳动物精子和卵子发生过程的叙述,正确的是
( )
A.细胞内的其他物质浓缩为球体,叫做原生质滴,原生质滴中存在中心
体
B.线粒体鞘内包裹着线粒体,可以为精子尾部的运动提供能量
C.刚排出的卵子还未成熟,其受精作用在子宫内完成
D.排卵就是指卵泡从卵巢中排出【解析】选B。精子变形过程中细胞内的其他物质浓缩为原生质滴,中心体变成精子的尾,A项错误;线粒体鞘是由线粒体转变成的,可以为精子的尾部运动提供能量,B项正确;刚排出的卵子未成熟,需发育到减数第二次分裂中期才具有受精能力,受精作用的场所是输卵管,C项错误;排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出,D项错误。探究2 受精
【研读教材·自主认知】
1.场所:_______。
2.受精过程:
(1)受精前的准备阶段。
①精子获能:精子在_________的生殖道内获能。
②卵子的准备:在输卵管中发育到_____________________,才具备与
精子受精的能力。输卵管雌性动物减数第二次分裂的中期(2)受精阶段:顶体透明带卵细胞膜反应【合作探究·核心归纳】
1.准备阶段:
刚刚采集到的哺乳动物的精子和卵子能立刻受精吗?为什么?
提示:不能。精子要获能后才具有受精能力,卵子必须进一步成熟到减数第二次分裂中期才能受精。2.受精过程:
(1)标出下图中各结构的名称:精子放射冠透明带卵细胞膜(2)防止多精入卵的屏障有哪些?
提示:两道屏障防止多精入卵:透明带反应、卵细胞膜反应。
(3)受精完成的标志是什么?
提示:雌、雄原核融合形成合子标志着受精完成。【归纳总结】
1.受精过程中生理或结构上的变化:2.生殖细胞的形成及受精作用的三点提醒:
(1)成熟的精子并不具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。
(2)卵子形成过程中,减数第一次分裂在排卵前后完成,而减数第二次分裂在受精时完成,达到减数第二次分裂中期才具备与精子受精的能力。
(3)受精的标志是在透明带和卵细胞膜的间隙观察到两个极体,而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。【过关小练·即时应用】
1.(2015·四川高考)精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后,顶体膜与精子细胞膜融合,释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞,以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是 ( )
A.顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的
B.精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质
C.顶体膜和精子细胞膜融合体现生物膜的选择透过性
D.受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方【解题指南】(1)题干关键信息:“溶酶体特化”“细胞膜融合”。
(2)关键知识:蛋白质的生物合成、细胞的能量供应、生物膜的流动性、
受精作用。
【解析】选B。本题考查动物受精作用的相关知识。A项,溶酶体酶的
化学本质是蛋白质,由核糖体合成,故错误。B项,有氧呼吸(场所为细
胞质基质和线粒体)可为精子游动提供能量,故正确。C项,顶体膜和精
子细胞膜融合体现生物膜的流动性,故错误。D项,受精卵细胞核中的
遗传物质一半来自父方另一半来自母方,而细胞质中的遗传物质大部
分来自母方,故错误。2.下图是某种哺乳动物的生殖和发育的过程图解,请据图回答:
(1)写出A、B所示生理过程的名称:
A ;B 。(2)在A过程中卵子的形成需要经过两次分裂,第一次减数分裂是在雌
性动物 前后完成的,第二次减数分裂是在 过程
中完成的;精子细胞需变形才能成为成熟的精子,精子细胞的_______
变为精子头部的主要部分, 发育为精子头部的
顶体, 演变为精子的尾。
(3)B过程是在雌性动物的 中完成的。精、卵结合过程中,
阻止多精子入卵的两道屏障分别是 和 。
(4)在C过程中,细胞分裂的方式是 分裂,在发育过程的____
时期,胚胎突破透明带。【解析】(1)A过程表示雌雄个体通过减数分裂产生卵子和精子的过程;B过程表示精卵结合形成合子的过程,即受精作用。
(2)卵子形成过程中,减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的,减数第二次分裂发生在精、卵结合的过程中。精子细胞变形为精子的过程中,细胞核变为精子头部的主要部分,高尔基体发育为精子头部的顶体,中心体演变为精子的尾。(3)精卵结合是在输卵管中完成的;阻止多精子入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。
(4)胚胎发育时期的细胞分裂是有丝分裂;而当早期胚胎发育到囊胚时期,胚胎突破透明带。
答案:(1)减数分裂 受精作用
(2)排卵 精、卵结合 细胞核 高尔基体 中心体
(3)输卵管 透明带反应 卵细胞膜反应 (4)有丝 囊胚【互动探究】精子细胞变形为精子,各部分在受精中有何作用?
提示:①顶体:顶体反应形成精子穿越放射冠和透明带的通路。②头:精卵结合后,控制遗传特性和代谢活动。③尾:运动,使精子穿越放射冠、透明带到达卵细胞膜。④线粒体鞘:为尾部运动提供能量。【补偿训练】受精过程的顺序为 ( )
①第一次卵裂开始 ②释放第二极体 ③顶体反应
④穿越透明带 ⑤雌、雄原核的形成 ⑥雌、雄原核融合
A.③②④⑤⑥① B.③④②⑤⑥①
C.③④②⑤①⑥ D.④③②⑤①⑥
【解析】选B。受精过程的顺序为:精子穿越放射冠(依靠顶体反应),穿过透明带,进入卵细胞膜,入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂,排出第二极体后,形成雌原核,精子形成雄原核;然后配子结合形成合子(雌、雄原核融合)。探究3 胚胎发育
【研读教材·自主认知】
1.卵裂期特点:
(1)细胞分裂方式为_________。
(2)细胞的数量不断_____。
(3)胚胎的总体积_________,或略有_____。有丝分裂增加并不增加缩小2.早期胚胎发育的几个阶段及特点:32个 全能分化内细胞团滋养层细胞表层内胚层原肠腔【合作探究·核心归纳】
1.早期胚胎发育的过程:
用箭头和文字表述早期胚胎发育依次经历哪些时期,哪个时期开始出现分化。
提示:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚(开始分化) →原肠胚。2.卵裂期特点:
根据卵裂期的特点分析,卵裂期每个细胞体积、有机物总量、有机物种类如何变化。
提示:每个细胞体积减小,有机物总量减少,有机物种类增加。 【精讲精析】卵裂期细胞各部分的变化【归纳总结】早期胚胎发育过程中两个易错点
(1)误认为卵裂期DNA总量增加,细胞数量增加,胚胎体积就增大。细胞数量虽然增加,但由于不从外界获取营养物质,因此胚胎总体积并不增大或略有缩小,每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小。
(2)误认为细胞分化只发生在胚胎发育早期。在胚胎发育过程中,细胞分化是从囊胚期开始的,原肠胚阶段是早期胚胎发育中分化程度最高的阶段,细胞分化贯穿在整个个体发育过程中。 【过关小练·即时应用】
1.(2014·江苏高考)下列关于蛙胚胎发育过程的叙述,正确的是
( )
A.通过细胞分裂不断增加细胞数量,并在一定时期发生细胞分化
B.胚胎发育过程中细胞不断分裂,但不发生凋亡
C.随着细胞分裂次数的增加,蛙胚的有机物总量不断增加
D.发育过程中蛙胚从环境中获得的氧气和营养物质逐渐增加
【解题指南】关键知识:蛙是卵生动物,胚胎发育需要的营养物质只来
自受精卵,不从外界获取。【解析】选A。本题考查动物胚胎发育的过程。受精卵通过细胞分裂增加细胞数量,囊胚期细胞开始出现分化,到原肠胚的时候,细胞分化达到最大程度,故A正确;胚胎发育过程中细胞不断分裂,也会发生细胞的凋亡,故B错误;随着细胞分裂次数的增加,蛙胚的有机物总量不断减少,故C错误;发育过程中蛙胚从环境中获得氧气,但是营养物质全部来自受精卵,故D错误。2.下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段,请据图回答问题:
(1)写出各个阶段的名称:
A. ,B. ,C. 。(2)写出图中各标号的名称:
[2] ,[4] ,[5] ,
[7] ,[8] 。
(3)A阶段的细胞具有发育上的 性,B阶段开始出现_____
,C阶段开始出现 。
(4)[2]将来发育成 。【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)根据图示判断出A、B、C各属于胚胎发育的哪个时期,然后再分析各时期的特点。
(2)明确桑椹胚期胚胎为致密的细胞团,而囊胚期和原肠胚期分别出现囊胚腔和原肠腔。【解析】(1)图中A是桑椹胚,B是囊胚,C是原肠胚。(2)图B中[1]是滋养层,[2]是内细胞团,[3]是透明带,[4]是囊胚腔;图C中[5]是外胚层,[6]是滋养层,[7]是原肠腔,[8]是内胚层。(3)桑椹胚细胞具有全能性;囊胚开始出现细胞分化,已分化为滋养层和内细胞团;原肠胚已有胚层分化,如分化为外胚层、内胚层等。(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织,滋养层将发育为胎膜和胎盘。答案:(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚
(2)内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层
(3)全能 细胞分化 胚层分化
(4)胎儿的各种组织课件52张PPT。专题3 胚 胎 工 程
3.1 体内受精和早期胚胎发育一、胚胎工程的概念
1.操作对象：_________或_____。
2.操作水平：_________操作和处理技术。
3.技术手段：体外受精、_________、_________、胚胎干
细胞培养等。
4.理论基础：哺乳动物_____和_________发育的规律。早期胚胎配子多种显微胚胎移植胚胎分割受精早期胚胎二、精子和卵子的发生
1.精子的发生：
(1)场所：在_____内完成。
(2)时期：从_______开始，到_____________。睾丸初情期生殖机能衰退(3)过程：有丝分裂染色体减数第一次分裂减数第二次分裂变形(4)形态：精子外形似蝌蚪，分___________三大部分。
2.卵子的发生：
(1)场所：在雌性动物的_____内完成。
(2)时期：动物的胚胎在_________以后。头、颈和尾卵巢性别分化(3)过程：胎儿期 卵巢内初级卵母细胞排卵前后卵巢内精子和卵子结合的过程中输卵管三、受精
1.概念：受精是_____与_____结合形成_____的过程。
2.场所：在雌性动物的_______内完成。
3.受精过程：精子获能透明带卵细胞膜受精精子卵子合子输卵管受精卵原核(1)准备阶段。
①精子_____：精子必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变
化后，才能获得受精能力。
②卵子的准备：卵子在输卵管内进一步成熟，当达到_______
_____________时，才具备与精子受精的能力。
(2)受精阶段：主要包括精子穿越放射冠和_______，进入卵
细胞膜，_____形成和融合。获能减数第二次分裂中期透明带原核(3)防止多精入卵的屏障。
①透明带反应(第一道屏障)：精子触及_________的瞬间，
会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应。
②卵细胞膜反应(第二道屏障)：精子_____后，卵细胞膜会
立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再入卵内。卵细胞膜入卵(4)原核形成及配子结合。
①雄原核形成：精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂，
随后形成新的_____，最后形成_______。
②雌原核形成：被激活的卵子完成_______________，排出
_________后，形成_______。
(5)配子结合：两核充分发育后，相向移动，彼此接触，
体积缩小、合并，形成一个含___________的合子。核膜雄原核减数第二次分裂第二极体雌原核二倍染色体四、胚胎发育
过程及各阶段特点：
受精卵
卵裂期
_______
_____
_______（1）细胞分裂方式：_________
（2）细胞数量_____，胚胎总体积_________________
（1）细胞数目为___个左右
（2）细胞都具有_______
（1）内细胞团：发育为_______________
（2）滋养层细胞：发育成___________
（1）外胚层：由内细胞团_____细胞形成
（2）内胚层：由内细胞团_____细胞形成有丝分裂增多不增加或略有缩小32全能性胎儿的各种组织胎膜和胎盘表层下方桑椹胚囊胚原肠胚【微点拨】
1.为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
提示：线粒体是进行有氧呼吸分解有机物产生能量的主要场所，精子的线粒体在形成过程中，聚集于尾的基部形成线粒体鞘，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。
2.精子和卵子的发生都是从初情期开始的吗？为什么？
提示：不是。精子的发生是从初情期开始，而卵子的发生是动物胚胎在性别分化以后。3.精子和卵子是否都需要经过获能才能进行受精作用？说明原因。
提示：否。一般情况下，精液中的精子只有进入雌性动物生殖道中才能获能，而卵子在输卵管中发育到减数第二次分裂中期，才具备受精能力。
4.受精的标志和受精完成的标志相同吗？为什么？
提示：不相同。受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，而受精完成的标志为雌、雄原核的融合。5.同卵双生和异卵双生有什么区别？
提示：同卵双生是指一个受精卵在第一次分裂后彼此分开，进行各自的分裂、分化形成完全相同的两个个体。异卵双生是指一次同时排出两个卵子，且同时受精形成两个受精卵，且这两个受精卵都发育成新的个体。
6.在胚胎发育过程中，细胞分化是从哪个时期开始的？
提示：囊胚期细胞开始出现分化。
7.卵裂期应包含早期胚胎发育的哪些阶段？
提示：卵裂期是在透明带内进行的，它包括受精卵刚开始分裂的时期、桑椹胚阶段以及囊胚期的一部分。1.精子的形成过程中不存在( )
A.精原细胞的染色体复制
B.初级精母细胞进行两次分裂
C.精子细胞中含有单倍染色体
D.初级精母细胞经过减数分裂后即可得到精子
【解析】选D。初级精母细胞减数分裂后得到精子细胞，精子细胞经变形后才可得到精子。2.初级卵母细胞的减数第一次分裂完成于( )
A.排卵前后，在卵巢内 B.受精前，在卵巢内
C.排卵前后，在输卵管内 D.受精时，在输卵管内
【解析】选A。雌性动物的减数第一次分裂发生在动物排卵前后，在卵巢内进行，其结果是生成一个次级卵母细胞和一个第一极体，然后进入输卵管，准备受精。3.在受精卵中，来自精子和卵细胞相同的是( )
A.线粒体数量 B.DNA分子数量
C.染色体数量 D.RNA分子数量
【解析】选C。精子和卵细胞中染色体数量都是体细胞中的一半，细胞质中线粒体数量不会相同，线粒体中也有DNA，所以DNA不同，自然RNA也不同。4.精子的变形过程中演变为精子的尾的是( )
A.高尔基体 B.细胞核
C.内质网 D.中心体
【解析】选D。精子细胞的细胞核变为精子头的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘，其他物质浓缩为原生质滴。5.精子获能后，不发生的变化是( )
A.完成第二次成熟分裂 B.可以释放顶体酶
C.能穿越放射冠 D.能穿越透明带
【解析】选A。精子获能后和卵子相遇，进行受精作用，在受精过程中会发生顶体反应，释放顶体酶，穿越放射冠，穿越透明带等现象，但精子获能前已完成了减数第二次分裂。6.下列与动物卵裂无直接关系的细胞器是( )
A.中心体 B.核糖体
C.线粒体 D.高尔基体
【解析】选D。动物卵裂的方式是有丝分裂，纺锤体形成与中心体有关，由线粒体提供能量，核糖体合成相关的蛋白质，但高尔基体与卵裂没有直接关系。7.下列关于动物胚胎发育过程的叙述中，错误的是( )
A.胚胎发育的起点是受精卵
B.胚胎发育过程包括细胞的分裂与分化
C.受精卵通过卵裂发育成桑椹胚
D.原肠胚细胞开始出现分化
【解析】选D。胚胎发育是由受精卵发育为幼体的过程，受精卵是发育的起点。受精卵经过细胞分裂和细胞分化，形成桑椹胚、囊胚、原肠胚，囊胚细胞开始出现分化。一、精子和卵子的发生
1.不同点：2.相同点：
(1)原始生殖细胞的增殖为有丝分裂，生殖细胞的发生为减数分裂。
(2)发生过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中的染色体数目减半。【易错提醒】
(1)性原细胞与精子、卵子的产生方式不同。性原细胞经有丝分裂产生；精子(卵子)是由精(卵)原细胞经减数分裂形成的。
(2)精子和卵子的发生时间是不同的。哺乳动物卵泡的形成和在卵巢中的储备，是在出生前完成的，这是精子和卵子在发生上的区别。
(3)不同动物排出的卵子成熟程度不同。有的动物排出的可能是初级卵母细胞(如马、犬等)，有的可能是次级卵母细胞(如猪、羊等)。1.牛的初级精母细胞，经过两次细胞分裂产生的细胞是( )
A.次级精母细胞
B.精子细胞
C.精子
D.次级卵母细胞【解题关键】明确减数分裂的结果与精子形成不同：
减数第一次分裂形成次级精母细胞，减数第二次分裂形成精子细胞，精子是由精子细胞变形后形成的。
【解析】选B。初级精母细胞经过减数分裂过程，最终产生的是精子细胞。由精子细胞经过一个变形时期才可形成精子。2.下图表示高等动物卵子的发生过程，请据图回答有关问题。(1)图中A是 ，B是 ，E(过程)是指 ，阶段C是指个体发育的 (时期)，阶段D是指个体发育的 (时期)。
(2)当观察到第二极体时，可以表明 。
(3)图中①②③分别表示的过程是 、
、 ，
其中有染色体着丝点分裂的是 (填序号)。
(4)排卵是指 从 中排出，刚排出的卵子尚未完全成熟，需要在 内进一步成熟。【解题关键】根据图示判断出①～③是卵子发生中的哪一过程，然后再分析各过程所发生的具体变化。
【解析】(1)图中①是初级卵母细胞生长和透明带形成；②③为减数分裂，次级卵母细胞的减数第二次分裂是在受精过程中完成的，因此E是受精，B是合子；卵泡的形成是在胎儿期，减数分裂是从初情期开始的，因此阶段C为胎儿期；阶段D为初情期后。(2)当观察到第二极体时，表明卵子已经受精。(3)着丝点分裂可发生在有丝分裂中，也可发生在减数第二次分裂中，即题图③过程中。(4)排卵是指卵子从卵泡中排出，需在输卵管内进一步成熟。答案：(1)第一极体 合子 受精 胎儿期 初情期后
(2)卵子已经受精
(3)初级卵母细胞生长和透明带形成 减数第一次分裂 减数第二次分裂 ③
(4)卵子 卵泡 输卵管二、受精
1.受精的场所：输卵管。
2.受精前的两个准备：
(1)精子获能：精液由精子和精清(精浆)两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制，才能引起精子获能。
(2)卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具备与精子受精的能力。3.受精阶段——四步曲：
第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解卵丘细胞之间的物质，透明带反应是防止多精子入卵受精的第一道屏障。
第二步：精子进入卵细胞膜。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步：合子形成。雌、雄原核融合形成合子(受精卵)。
4.受精的意义：维持每种生物前后代体细胞染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异十分重要。【思维拓展】
卵子受精的标志是观察到2个极体而不是3个极体的原因：第一极体和次级卵母细胞的分裂是不同步的，第一极体分裂迟。理论上，第一极体会分裂形成2个第二极体，但实际上，它还没有分裂就退化了。1.下列有关受精作用的叙述，错误的一项是( )
A.受精卵中全部遗传物质来自父母双方并且各占一半
B.受精时，精子和卵子双方的细胞核相互融合
C.受精卵中染色体数与本物种体细胞中染色体数相同
D.受精卵中的染色体来自父母双方并且各占一半
【解题关键】解答本题需明确两点：
(1)受精作用实质是精子与卵子的细胞核内遗传物质融合。
(2)精子、卵子内染色体是体细胞的一半。【解析】选A。受精作用是精子和卵子结合为受精卵的过程，精子只有头部进入卵子，尾部留在外面，故细胞核中的遗传物质父母双方各占一半，细胞质中的遗传物质几乎全部来源于卵子，受精卵中的遗传物质母方多于父方，A项错误；精子的头部进入卵子内，两者细胞核相互融合，形成受精卵，故B项正确；由于染色体只存在于细胞核内，因而受精卵中染色体一半来自父方(精子)，一半来自母方(卵子)，C、D项正确。2.根据哺乳动物受精过程示意图，回答下面的问题：(1)图中字母表示的结构名称是a. 、b. 、c. 。
(2)图中数字表示的过程是① 、
② 、③ 、
④ 。
(3)在精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化，具有了受精能力，这个过程叫做 。卵子一般在排出后都要在 中进一步成熟，当达到
时，才具备与精子受精的能力。【解题关键】应结合图示和哺乳动物受精知识分析回答，注意以下两点：
(1)明确图中卵子各部分结构(如放射冠、透明带、卵细胞膜、第一极体)。
(2)精子入卵过程和以后的变化(如第二极体的形成、雄原核与雌原核的形成及雌、雄原核的融合等)。【解析】(1)据图可知a是放射冠，b是雄原核，c是雌原核。
(2)据图可判断①是精子穿越放射冠，②是精子穿过透明带，③是精子进入卵细胞膜，④是雌、雄原核融合。(3)精卵相遇之前，精子在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化，具备了受精能力，这个过程叫做精子获能。卵子在排出后一般都要在输卵管中进一步成熟，达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。答案：(1)放射冠 雄原核 雌原核
(2)精子穿越放射冠 精子穿过透明带
精子进入卵细胞膜 雌、雄原核融合
(3)精子获能 输卵管 减数第二次分裂中期【方法规律】判断“顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应”的方法
(1)从发生时间看：顶体反应发生在精子与卵子相遇时；透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间；卵细胞膜反应发生在精子入卵后。
(2)从生理作用看：顶体反应是顶体内释放的酶直接溶解卵丘细胞间的物质使精子穿越放射冠；透明带反应是防止多个精子穿越透明带，是防止多精入卵的第一道屏障；卵细胞膜反应是防止多精入卵的第二道屏障。三、胚胎发育
早期胚胎发育从受精卵开始到原肠胚，如下图所示：1.最初发育场所：输卵管。
2.起点：受精卵。
3.过程：
(1)卵裂期的特点：细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。
(2)桑椹胚以前的细胞均未分化，细胞都具有全能性。(3)桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高。
(4)原肠胚的特点：个体发育中分化能力最强阶段，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。【易错提醒】
早期胚胎发育中营养物质的来源不同
(1)卵裂期和桑椹胚时期，只进行细胞分裂，不需要从外界获取营养物质，胚胎发育所需营养主要来自卵黄。
(2)囊胚期细胞开始分化，滋养层细胞从外界吸收营养物质，使胚胎继续发育。1.(2014·温州模拟)下列能正确表示高等动物胚胎发育顺序的是( )
A.受精卵→卵裂→原肠胚→囊胚→组织器官分化→幼体
B.受精卵→原肠胚→卵裂→组织器官分化→幼体
C.受精卵→原肠胚→桑椹胚→幼体
D.受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼体【解题关键】解答本题需注意两点：
(1)胚胎发育的起点是受精卵。
(2)胚胎发育是在母体内完成的，产出后为幼体。
【解析】选D。高等动物胚胎发育是从受精卵开始的，在透明带内受精卵经过有丝分裂形成桑椹胚，然后发育成为囊胚，囊胚孵化后发育为原肠胚。2.(2014·杭州模拟)下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中，DNA总量、每个细胞体积、所有细胞体积之和、有机物总量的变化趋势(横坐标为发育时间)。其中正确的是( )
A.①② B.①③ C.②④ D.①④【解题关键】解答本题的思路分析如下：理解曲线图纵坐标和横坐标的含义，找出曲线的起止点，并分析曲线的走势，曲线上升表示物质增加，曲线下降表示物质减少。
【解析】选A。蛙的受精卵发育至囊胚过程中，细胞不断进行有丝分裂，DNA不断复制，使DNA总量增加，每个细胞体积减小，胚胎总体积并不增大，或略有减小，其中有机物不断分解，释放能量，以满足胚胎发育的需要，所以有机物总量不断减少。课件36张PPT。3.2
体外受精和早期胚胎培养探究1 体外受精
【研读教材·自主认知】
1.卵母细胞的采集和培养:
(1)采集。
①用___________处理,从_______中冲取卵子。
②从已屠宰母畜的_____中采集卵母细胞。
③借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具,直接从_________的卵
巢中吸取卵母细胞。促性腺激素输卵管卵巢活体动物(2)培养:采集的卵母细胞,都要在体外经_____________后,才能与获
能的精子受精。人工培养成熟2.精子的采集和获能:
(1)收集精子的方法有:_________、_______和_________。
(2)精子获能的方法:假阴道法手握法电刺激法培养法化学法肝素3.受精:
_____的精子和培养成熟的卵子在_________或专用的_________中完
成受精。获能获能溶液受精溶液【小判断】
(1)有些动物在采集卵母细胞时要用促性腺激素处理。 ( )
【分析】对于实验动物如小鼠、兔,以及家畜猪、羊等,采用的主要方
法是:用促性腺激素处理,然后从输卵管中冲取卵子。
(2)从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精。 ( )
【分析】从卵巢中采集的卵母细胞要在体外经过人工培养成熟后,才
能与获能的精子受精。√×(3)精子获能的方法有手握法、电刺激法和化学诱导法。 ( )
【分析】精子获能的方法有培养法和化学诱导法。收集精子的方法有
手握法、电刺激法和假阴道法。
(4)哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受
精等步骤。 ( )
【分析】哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养,精子
的采集和获能及受精等。×√【合作探究·核心归纳】
1.卵母细胞的采集和培养:
(1)小型动物和大型动物的卵母细胞采集的方法是否相同?请举例说明。
提示:不同。①小型动物采用促性腺激素处理,然后从输卵管中冲取卵子;②大型动物采用的主要方法是:a.从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞,b.活体采卵。(2)采集到的卵母细胞是否都能直接与获能的精子受精?请分析原因。
提示:并不是都可以直接与获能的精子受精。①通过促性腺激素处理的,从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子在体外受精;②从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集的卵母细胞或者活体采卵得到的卵母细胞要在体外经过人工培养成熟后,才能与获能的精子受精。2.精子的采集和获能:
(1)精子的采集方法有哪些?各适用于哪些动物?
提示:①大型动物:假阴道法。
②体型较小,易于控制的家畜:手握法。
③野生或经济动物:电刺激法。
(2)在体外,使精子获能的方法有哪些?
提示:常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法。【思维拓展】精子获能处理前的离心处理原因
精液由精子和精清两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质,因此在一般情况下,精液中的精子无法获能。精子获能处理前进行离心处理,目的是除去精清,以利于精子获能。3.受精:
(1)精子和卵子只能在受精液中完成受精吗?请说明理由。
判断:_____。(填“是”或“不是”)
理由:_____________________________________________________。
(2)从精子、卵子结合的场所分析体外受精和人工授精是否相同?请说
明理由。
判断:_____。(填“是”或“不是”)
理由:________________________________________________________
_____。不是精子和卵子可在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程不是体外受精是在体外完成精子、卵子的结合,而人工授精是在体内完成【精讲精析】人工授精、自然受精和体外受精的关系
(1)区别。
①人工授精是用人工的方法,使公畜的精液注入母畜的生殖道内,使精
子与卵子结合。其中人的作用主要是将公畜的精子导入母畜的生殖道
内,受精场所仍在体内。
②体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外(试管内)完成受精。
其中人的作用主要是采集精子和卵子,受精场所在体外。
③自然受精不需人为参与,完全在自然条件下完成受精作用,即精子和
卵子结合形成合子(即受精卵),受精场所是在雌性动物的输卵管内。(2)联系:三者均有精子与卵子结合形成受精卵的过程,所以它们的生殖方式都是有性生殖。【过关小练·即时应用】
1.“试管婴儿”技术为千万不孕家庭带来福音,下列有关体外受精的叙述正确的是 ( )
A.采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液中才能受精
B.给实验动物注射促性腺激素,使其产生更多的精子
C.其本质是一种无性生殖
D.采集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等
【解题指南】解答本题的关键点:明确体外受精的条件。【解析】选D。从卵巢中采集的卵母细胞需经人工培养成熟至MⅡ中期才能与获能的精子受精;哺乳动物体外受精时,先对雌性动物注射促性腺激素,使其排出更多的卵子;“试管婴儿”技术是精子和卵细胞在体外培养条件下受精,属于有性生殖;采集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等。2.根据哺乳动物体外受精的过程回答以下问题:
(1)体外受精的过程主要包括 、______
及受精等几个步骤。
(2)请用一个流程图表示体外受精过程。
【解题指南】解答本题的关键点:体外受精的步骤和条件是对体内受
精过程的模拟。
【解析】体外受精的步骤主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采
集和获能及受精等。答案:(1)卵母细胞的采集和培养 精子的采集和获能
(2)见下图：【补偿训练】下列关于体外受精技术的说法中,正确的是(多选)
( )
A.体外受精技术需要的温度大约为37℃
B.体外受精是从初级卵母细胞和初级精母细胞开始的
C.体外受精技术是一项常规的动物繁殖生物技术
D.体外受精技术可用于研究动物生殖细胞的发生机制【解析】选A、C、D。体外受精技术主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能及受精等步骤。采集的精子和卵子在受精前必须培养成熟,然后才能在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,所需要的温度与体内一致。精子、卵子的采集可用于研究动物生殖细胞的发生机制。探究2 胚胎的早期培养
【研读教材·自主认知】
1.早期胚胎培养液成分:
哺乳动物早期胚胎发育培养液的成分有:无机盐、_______、_______、
_____、氨基酸、核苷酸等营养成分,以及_____等物质。
2.动物胚胎移植的时间:
不同动物胚胎移植的时间不同,牛、羊一般要培养到_______或_____阶
段;人的体外受精胚胎一般培养到____________阶段移植。有机盐维生素激素血清桑椹胚囊胚8～16个细胞【合作探究·核心归纳】
1.早期胚胎培养:
(1)试根据表格中的提示内容比较哺乳动物胚胎的培养液成分与动物细胞培养液成分有什么异同。有机盐、激素糖、微量元素、血浆、促生长因子无机盐、核苷酸、维生素、氨基酸、血清适宜的酸碱度、温度、二氧化碳以及严格的无菌条件【规律方法】口诀法巧记培养液成分
哺乳动物早期的胚胎培养液成分较复杂,可用以下口诀来记忆:
“两盐两酸两素一清”,还有水等。
“两盐”指无机盐、有机盐;
“两酸”指核苷酸、氨基酸;
“两素”指激素、维生素;
“一清”指血清。(2)针对动物胚胎移植时间,不同动物早期胚胎培养到的阶段是否相同?试举例说明。
提示:不同。例如,牛、羊一般培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段,人的体外受精胚胎一般培养到8～16个细胞阶段。2.“试管牛”工厂化生产流程:
(1)以下是研究设计“试管牛”工厂化生产技术的流程,其中正确的顺
序是_________。
①卵母细胞的采集和培养 ②精子的采集和获能
③胚胎的早期培养 ④受精①②④③(2)试管动物和克隆动物繁殖方式相同吗?
提示:不同。试管动物属于有性生殖;克隆动物属于无性生殖。 【精讲精析】
1.试管动物≠克隆动物:
(1)从起点看,试管动物是受精卵;克隆动物是经细胞核移植后的重组细胞。
(2)从遗传物质来源看,试管动物来源于亲本双方;克隆动物主要来源于供核一方。
(3)从生殖方式看,试管动物为有性生殖;克隆动物为无性生殖。2.区分有性生殖和无性生殖的方法:
(1)有性生殖要产生雌雄配子,由雌雄配子结合形成合子(受精卵)发育成后代,或直接由未受精的配子发育成后代(如花药离体培养)。
(2)无性生殖指不经过两性生殖细胞的结合,由母体直接产生新个体的生殖方式。【归纳总结】早期胚胎培养与动物细胞培养的区别【过关小练·即时应用】
1.哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节 ( )
A.获得精子和卵子—体外培养
B.获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养
C.精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育
D.受精作用—胚胎发育
【解题指南】解答本题的关键点:体外受精和胚胎培养是对体内受精和胚胎发育的模拟。【解析】选B。哺乳动物体外胚胎的发育环节是:先获得精子和卵子,然后将二者在体外受精,再将受精卵在体外培养得到早期胚胎。虽然体外过程是对体内的模拟,但不完全等同。2.培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功,下列叙述不正确的是 ( )A.甲过程中可以通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B.乙过程的目的之一是促进体外受精
C.丙过程与乙过程应采用不同成分的培养液
D.丁过程的胚胎一般培养到囊胚或原肠胚阶段
【解题指南】解答本题的关键点:体外受精和早期胚胎培养的场所和条件。
【解析】选D。乙过程与丙过程中应采用的培养液分别是获能溶液(或专用的受精溶液)和发育培养液。丁过程中早期胚胎需培养到桑椹胚或囊胚阶段进行移植。【互动探究】
(1)图中,采集的精子获能的方法是什么?
提示:牛、羊等家畜的精子常采用化学法获能。
(2)“试管婴儿”培育过程中丁过程的胚胎一般培养到什么阶段移植?
提示:人的体外受精胚胎,即试管胚胎,可在8～16个细胞阶段移植。【误区警示】
(1)采集到的卵母细胞必须培养到减数第二次分裂中期才会与获能的精子受精。
(2)用促性腺激素时,只能注射不能口服,因为促性腺激素是多肽类化合物,口服会因消化道的消化作用而失去原有的作用。课件46张PPT。3.2
体外受精和早期胚胎培养一、试管动物技术
1.概念：指通过_________使卵子和精子在_________下成熟
和受精，并通过培养发育为_________后，再经移植产生后代
的技术。
2.前期技术：_________、早期胚胎培养。
3.意义：
(1)解决动物_________的问题。
(2)实现良种动物的_____________。人工操作体外条件早期胚胎体外受精生育率低快速大量繁殖二、体外受精
1.卵母细胞的采集和培养：促性腺激素卵母细胞活体动物的卵巢获能的精子人工培养2.精子的采集和获能：
(1)精子的采集方法：
将方法与对应的例子用线连起来。(2)精子体外获能的方法：获能液一定浓度的肝素3.受精：获能的精子和培养成熟的卵子，一般在_________
或专用的受精溶液中完成受精过程。获能溶液三、胚胎的早期培养
1.培养液成分
2.培养目的：检查_________和受精卵的发育能力。
3.胚胎去向：当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向
_________或_________。盐类：无机盐和有机盐
营养物质：_______、核苷酸
调节物质：维生素、激素
特有物质：_________氨基酸动物血清受精状况受体移植冷冻保存【微点拨】
1.试管牛是在试管中发育的吗？为什么？
提示：不是。试管牛是将人工采集的牛的卵母细胞和精子，在体外(试管中)完成受精作用，并且发育成早期胚胎，然后移植到受体母牛子宫内发育的。
2.试管婴儿是有性生殖还是无性生殖？为什么？
提示：属于有性生殖。其过程是精子和卵子在体外受精形成受精卵，由受精卵形成的早期胚胎移植到受体中。3.刚采集的卵母细胞要培养到什么阶段才能受精？
提示：减数第二次分裂中期。
4.早期胚胎培养与动物细胞培养的原理有什么不同？
提示：早期胚胎培养的原理是细胞的生长、增殖和分化，动物细胞培养的原理是细胞的生长和增殖。
5.不同动物胚胎移植的时间相同吗？举例说明。
提示：不同。例如，牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移植；小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植；人的体外受精胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。1.下列关于试管动物技术的叙述正确的是( )
A.应用该技术繁育后代的过程属于无性生殖类型
B.应用该技术繁育后代的过程属于有性生殖类型
C.试管动物技术是利用体细胞繁育后代的技术
D.试管动物技术培育动物的全过程都要在体外进行
【解析】选B。试管动物技术是在体外条件下，通过人工操作使卵子和精子成熟和受精，并且通过培养发育为早期胚胎，再经过胚胎移植产生后代的技术。所以用该技术繁育后代的过程属于有性生殖类型。2.下列不属于胚胎工程技术的是( )
A.体外受精 B.胚胎分割、胚胎移植
C.胚胎干细胞培养 D.转基因鲤鱼的培育
【解析】选D。胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，是在细胞水平上进行的操作，包括A、B、C等方面；而D项分子水平上的操作属于基因工程而不是胚胎工程技术。3.体外受精技术操作的对象是( )
①生殖细胞 ②受精卵
③早期胚胎细胞 ④神经细胞
A.①② B.①④
C.②④ D.③④
【解析】选A。体外受精技术包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精形成受精卵。4.体外受精常用的采卵方法有( )
①用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵子
②化学诱导法 ③电刺激法
④从活体动物卵巢吸取卵母细胞
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【解析】选D。对于实验动物，如小鼠、兔、猪、羊主要是用促性腺激素处理后，从输卵管冲取卵子；对于大家畜或大型动物，如牛主要是从活体动物卵巢中直接吸取卵母细胞。5.在体外受精前，要对精子进行( )
A.纯化处理 B.获能处理
C.电刺激 D.超声波处理
【解析】选B。在体外受精前，要对精子进行获能处理后使精子获能，才能与培养成熟的卵母细胞完成受精过程。获能过程的具体方法通常有培养法和化学诱导法两种，而不是采用纯化处理、电刺激或超声波处理。6.从屠宰场收集的卵巢要放在生理盐水中存放的目的是( )
A.保持细胞的渗透压 B.为细胞提供营养
C.利于卵细胞成熟 D.预防腐烂
【解析】选A。从屠宰场收集的卵巢要放在生理盐水中存放的目的是保持细胞渗透压。一、体外受精技术
1.精子的采集和获能的区别：2.胚胎的早期培养：
(1)发育培养液的用途：精子与卵子在体外受精后，用于受精卵的继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力，当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植，或冷冻保存。(2)胚胎早期培养液(发育培养液)成分与动物细胞培养液成分的比较：3.受精过程：【思维拓展】
人工授精、自然受精和体外受精的关系
(1)区别。
①人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母畜的生殖道内，使精子与卵子结合。其中人的作用主要是将公畜的精子导入母畜的生殖道内，受精场所仍在体内。
②体外受精是将人工获取的精子和卵母细胞在体外(试管内)完成受精。其中人的作用主要是采集精子和卵子，受精场所在体外。③自然受精不需人为参与，完全在自然条件下完成受精作用，即精子和卵子结合成合子(受精卵)的场所是在雌性动物的输卵管内。
(2)联系：三者均有精子与卵子结合为受精卵的过程，所以它们的生殖方式都是有性生殖。1.(2014·南通高三联考)根据下图回答下列问题：
(1)①所做的处理是 ，②是 过程，③是 过程，④是 过程。
(2)采集卵母细胞的方法是用 处理，从 ?
中冲取卵子。
(3)通过②过程可看出该生物的生殖方式为 。【解题关键】解答本题需明确以下两点：
(1)卵母细胞的采集方法有两种：
①实验动物如小鼠、兔、猪、羊等：用促性腺激素处理，然后从输卵管中冲取卵子。
②大家畜或大型动物如牛：从屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集。
(2)精卵结合的生殖方式为有性生殖。【解析】(1)图中①表示精子的获能过程；②表示精子与卵子结合的过程，即受精作用；③表示胚胎的早期培养过程；④表示胚胎移植过程。
(2)采集卵母细胞的方法是用促性腺激素处理，促进其超数排卵，然后从输卵管中冲取卵子。
(3)图示中有卵子和精子结合的过程，即受精，因此，该生物的生殖方式为有性生殖。答案：(1)获能 受精 体外胚胎培养 胚胎移植
(2)促性腺激素 输卵管
(3)有性生殖2.下列各组物质组成不全部属于哺乳动物胚胎的培养液成分的是( )
A.氨基酸、核苷酸、无机盐、激素
B.血清、激素、维生素、有机盐
C.核苷酸、维生素、血清、无机盐
D.有机盐、维生素、氨基酸、生长素【解题关键】区别维生素、激素与生长素的来源和作用：
维生素是动物细胞生长所必需的物质，激素是动物体内产生的促进生长的物质，生长素是植物体内产生的促进生长的物质。
【解析】选D。哺乳动物胚胎的培养液含有水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等，但是不含生长素。【方法规律】口诀法巧记培养液成分
哺乳动物早期的胚胎培养液成分较复杂，可以用以下口诀来记忆：“两盐两酸两素一清”，还有水等。
“两盐”指无机盐、有机盐；
“两酸”指核苷酸、氨基酸；
“两素”指激素、维生素；
“一清”指血清。【变式备选】(2011·浙江高考)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示，若要培育成功，下列叙述正确的是( )A.甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B.乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C.丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D.丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内【解析】选A。甲为获取卵母细胞的过程，用促性腺激素处理母山羊，使其超数排卵；乙过程的目的之一是促进卵母细胞成熟和使精子获能，利于精卵细胞结合，而不是使精子成熟；乙过程中使精子获能需要获能溶液，丙过程为培养早期胚胎，需用发育培养液，两者成分不同；丁过程中早期胚胎需移植到与供体生理状态相同而不是性状相同的代孕母羊子宫内。二、试管动物和克隆动物的比较
1.不同点：2.相同点：两者都采用了胚胎移植技术和动物细胞培养技术。【易错提醒】
试管动物和克隆动物的三个易混点
(1)发育起点不同：试管动物的发育起点是受精卵，克隆动物的是经过核移植后的重组细胞。
(2)生殖方式不同：试管动物是有性生殖，克隆动物是无性生殖。
(3)遗传来源不同：试管动物继承了双亲的遗传性状，克隆动物的遗传性状与供核动物基本相同。1.试管牛、克隆羊和转基因羊所采用的主要生物技术分别是
( )
①胚胎移植 ②DNA重组技术
③核移植技术 ④体内受精
⑤基因突变
A.①③⑤ B.①②④
C.①④⑤ D.①③②【解题关键】解答本题时需要区别以下几组概念：体内受精与体外受精，胚胎移植与核移植技术，基因突变与DNA重组技术。
【解析】选D。试管牛是体外受精和胚胎移植的产物；克隆羊利用了核移植技术和胚胎移植技术；转基因羊是通过转基因技术，实现DNA重组。2.下图是“试管牛”工厂化生产的技术流程图，据图完成下列问题：(1)根据 (填标号)判断，此种繁殖方式是 ?
生殖，其意义在于 。
(2)①过程通常每个卵巢平均可采集10枚可用的 ，最终可能产下1～2头犊牛。
(3)②过程通常采用 法。
(4)④过程是 ，其培养液成分与动物细胞培养液成分的不同是前者含有 ? ?
，而后者不含有。【解题关键】分析“试管牛”生产流程图，明确卵母细胞采集方法和精子获能方法，理解动物细胞培养液与胚胎早期培养液的区别。【解析】(1)“试管牛”工厂化生产的技术流程图中可知进行了体外受精，为有性生殖方式，此技术能快速大量繁殖良种牛，提高经济效益。
(2)采集良种母牛的卵母细胞时，通常每个卵巢平均可采集10枚可用的卵母细胞，但最终可能产下1～2头犊牛。
(3)牛的精子体外获能通常采用化学法。
(4)在早期胚胎的培养过程中，培养液的成分主要有两“盐”(有机盐和无机盐)、两“素”(维生素和激素)、两“酸”(氨基酸和核苷酸)，还有血清等。答案：(1)③ 有性 快速大量繁殖良种牛，提高经济效益
(2)卵母细胞 (3)化学
(4)体外早期胚胎的培养 有机盐、维生素、激素、核苷酸【互动探究】
(1)题1中试管牛、克隆羊和转基因羊的生殖方式相同吗？
提示：试管牛和转基因羊属于有性生殖，克隆羊属于无性生殖。
(2)题2图中④过程表示什么？一般经历哪几个阶段？
提示：胚胎的早期培养。一般经历受精卵、卵裂期、桑椹胚期、囊胚期。课件53张PPT。3.3
胚胎工程的应用及前景探究1 胚胎移植
【研读教材·自主认知】
1.概念剖析:
(1)供体:能提供_________或通过_________及其他方式得到的胚胎
的雌性动物。
(2)受体:_____的、_____________的其他雌性动物。
(3)结果:产生新个体。早期胚胎体外受精同种生理状态相同2.意义:
(1)充分发挥_______________________。
(2)大大缩短了供体本身的_________,增加供体一生繁殖后代的数量。
3.胚胎移植的生理学基础:
(1)移入:同种动物的供、受体生殖器官的_________是相同的。为胚
胎提供相同的_________。雌性优良个体的繁殖潜力繁殖周期生理变化生理环境(2)收集: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,为___________提供了可能。
(3)存活:受体对外来胚胎基本不发生_____________,为胚胎的存活
提供了可能。
(4)遗传性:供体胚胎能与受体子宫建立正常的___________联系,但
供体胚胎的_________不受任何影响。胚胎的收集免疫排斥反应生理和组织遗传特性4.胚胎移植的基本程序:同期发情 超数排卵人工授精桑椹胚囊胚手术非手术是否妊娠【小判断】
(1)受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。 ( )
【分析】移植的胚胎应发育到囊胚或桑椹胚阶段。
(2)胚胎移植时,受体的主要作用是提供具有优良遗传特性的胚胎。
( )
【分析】受体的主要作用是妊娠和育仔。
(3)胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。 ( )
【分析】同种生物之间的生理状态差异较小,胚胎移植成功率较高。××√【合作探究·核心归纳】
1.胚胎移植的生理学基础:
(1)为什么对供体和受体母畜进行同期发情处理?
提示:同期发情,使供、受体生殖器官的生理变化相同,为胚胎提供相同的生理环境。
(2)胚胎移植的后代具有供体和受体共同的遗传性状吗?
提示:不具有,后代的遗传性状是由供体决定的,受体只是提供了胚胎发育的场所,不影响后代的遗传特性。2.胚胎移植的基本程序:
(1)胚胎移植过程中,对供、受体的选择有哪些要求?
①供体:_______________________。
②受体:___________________________。遗传性能和生产性能优秀有健康的体质和正常繁殖能力(2)胚胎移植过程中两次使用激素,激素作用相同吗?
提示:不同,第一次是用激素对受体和供体进行同期发情处理;第二次是用促性腺激素处理供体使其超数排卵。
(3)冲卵指的是冲出卵子吗?
提示:不是。冲卵是指将供体母畜子宫内的胚胎冲洗出来,而不是把卵子冲出来。(4)胚胎移植过程中需要进行几次检查?分别检查什么?
提示:两次检查。第一次在冲卵后,对胚胎进行质量检查;第二次对受体母畜进行是否妊娠的检查。
(5)结合前面所学内容,总结胚胎移植中的胚胎来源有哪些。
提示:转基因、核移植、体外受精、体内受精。【精讲精析】移植胚胎来源及生殖方式
核移植 无性繁殖
体外受精 有性生殖
转基因 有性生殖
体内受精→冲卵→移植→有性生殖【归纳总结】胚胎移植三个方面的注意事项
(1)胚胎移植的实质:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。
(2)后代的遗传特性:后代的遗传特性是由供体决定的,受体母畜只是提供了胚胎发育的场所,不影响后代的遗传特性。
(3)胚胎移植成功与否要有两个条件。
①胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。
②进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。【过关小练·即时应用】
1.通过胚胎移植技术,可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是 ( )
A.对供体和受体母牛都要进行相同激素处理
B.受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C.对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植
D.早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内【解题指南】解答本题需要明确以下两点:
(1)供、受体生理状态要相同,进行同期发情处理。
(2)代孕母牛的生理状态要与供体相同。
【解析】选D。对供体和受体母牛要进行同期发情处理,但不一定是相同激素处理,A错误。受精和胚胎的早期培养可以在体内进行,B错误。对冲卵获得的早期胚胎检查一般为桑椹胚或囊胚,合格后方可移植,C错误。早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内,D正确。2.下图为胚胎移植的基本程序及早期胚胎发育过程,请据图回答:(1)请将上图空格处的内容补充完整:① ?,② ?。
(2)胚胎移植的实质是 ,
超数排卵技术是对供体母牛注射 。
(3)从A到F中,开始出现分化的时期是 ,适于牛的胚胎移
植的时期有 。(填字母)【解题指南】解答本题的关键是:
(1)理解胚胎移植的实质是:早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移。
(2)明确胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚期。
【解析】(1)供、受体母牛需进行同期发情处理。(2)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。促性腺激素可促进超数排卵。(3)囊胚期的胚胎开始出现分化,胚胎移植的适宜时期为桑椹胚或囊胚期。答案:(1)同期发情 胚胎移植
(2)早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
促性腺激素 (3)F E或F【互动探究】
(1)图示过程属于哪种繁殖方式?
提示:有性生殖。
(2)若一次性给受体母牛移入多个胚胎,产生的后代基因型相同吗?为什么?
提示:不一定相同,因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育而来,它们的基因型可能相同,也可能不同。【规律方法】判断胚胎移植是有性生殖还是无性生殖
胚胎移植的繁殖方式取决于胚胎是由受精卵发育而成的,还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的。若是由受精卵发育而成的,则为有性生殖,否则为无性生殖。【补偿训练】胚胎移植过程中,对选择的供、受体母牛用激素进行同期发情处理的原因是 ( )
A.防止受体牛不愿意接受胚胎
B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育
C.有效地避免受体母畜对外来胚胎的免疫排斥反应
D.提高卵子和精子受精能力
【解析】选B。保持受体母畜与供体母畜生理状态的一致性是胚胎移植获得成功的必要条件之一。探究2 胚胎分割
【研读教材·自主认知】
1.概念:采用_____方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,
经移植获得_____双胎或多胎的技术。
2.仪器设备:主要是___________和显微操作仪。机械同卵实体显微镜3.操作程序:
(1)选择发育良好、形态正常的_____________,移入盛有_______的
培养皿中。
(2)用_________________切开胚胎,吸出半个,注入_________中,或
直接将裸半胚移植入受体。
(3)分割_____时要将_________均等分割。
4.局限:采用胚胎分割技术产生_________的可能性有限,最常见的是
经分割产生的_________,而同卵多胎成功的比例都很小。桑椹胚或囊胚操作液分割针或分割刀片空透明带囊胚内细胞团同卵多胚同卵双胎【小判断】
(1)胚胎分割可看作是有性生殖。 ( )
【分析】胚胎分割本质是通过体细胞繁殖,所以属于无性繁殖。
(2)进行胚胎分割时,应选择发育良好的囊胚或原肠胚。 ( )
【分析】胚胎分割应选择发育良好的囊胚或桑椹胚。××(3)胚胎分割实现同卵多胎的成功率较低。 ( )
【分析】实践证明,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,最常见的是经分割而产生的同卵双胎,而同卵多胎成功的比例都很小。
(4)胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 ( )
【分析】对囊胚阶段的胚胎进行分割时,需将内细胞团均等分割。√×【合作探究·核心归纳】
1.胚胎分割的对象:
胚胎分割的对象是什么?选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么?
提示:桑椹胚或囊胚阶段的胚胎。桑椹胚阶段尚未出现细胞分化,具有全能性;囊胚阶段的内细胞团具有全能性。2.胚胎分割的注意事项:
(1)在选择要分割的胚胎时,应注意什么问题?
提示:胚胎分割应选择发育良好的囊胚或桑椹胚。
(2)在对囊胚进行分割时应注意什么问题?
提示:在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要将内细胞团均等分割。(3)在胚胎分割时,能否无限分割?原因是什么?
提示:不能。分割份数越多,越难以做到均等分割,且每一份的细胞数目就越少,移植后的恢复和发育的难度会越大,移植成功率会降低,得到的后代就越少。3.胚胎分割动物与克隆动物的异同:
(1)从胚胎来源上分析,胚胎分割动物和克隆动物相同吗?
提示:不相同。胚胎分割的对象可能是在雌性动物体内经受精形成的早期胚胎,也可能是体外受精或其他方式得到的胚胎,而克隆的对象是经体细胞核移植得到的重组胚胎。
(2)从后代核遗传物质上分析,胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗?
提示:相同。两者都属于无性繁殖。【归纳总结】胚胎分割两个方面的注意事项
(1)对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。
(2)分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的胚胎内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后恢复和发育的难度会越大,移植成功率自然就越低。【过关小练·即时应用】
1.(2015·天津高二检测)近年来发展起来的胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机,下图为经体外受精和胚胎分割移植培育优良奶牛的过程。相关说法正确的是 ( )A.体外受精所需的成熟卵子可以从母体卵巢中直接获取,但在受精前要对精子进行获能处理
B.进行胚胎分割时,应选择发育到原肠胚时期的胚胎进行操作
C.胚胎分割的方法只能用分割针在显微镜下将胚胎均等分割成若干份
D.移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是受体子宫对外来胚胎几乎不发生排斥反应【解题指南】解答本题的思路是:
【解析】选D。从母体卵巢中得到的卵子还不成熟,要在体外培养到减数第二次分裂中期才具有与获能精子结合的能力;进行胚胎分割时,应选择发育到桑椹胚或囊胚时期的胚胎进行操作;进行胚胎分割时,还可以采用分割刀片将胚胎切开;同一物种供、受体的生理状况和生殖状况相同,才能进行胚胎移植。【补偿训练】关于胚胎分割技术的叙述,错误的是 ( )
A.胚胎分割操作在动物的子宫内进行
B.用分割针或分割刀片对早期胚胎进行分割
C.分割后必须移植到受体子宫内进一步完成胚胎发育
D.对囊胚进行分割时要注意将内细胞团均等分割
【解析】选A。进行胚胎分割时,将早期胚胎移入盛有操作液的培养皿中进行具体的操作。2.下图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图,请据图完成下列问题:(1)填出图中字母所代表的结构名称:A. ;B. ;C. ;
D. 。
(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称:
甲 ;乙 ;
丙 。进行乙过程时,所取的样本是__________
。(3)进行甲过程时,所使用的基本仪器是 ,本过程
的技术关键是 。
(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功,但仍然存在一些问题,
如刚出生的动物 , 上还
存在着差异等;目前,成功率较高的是 ,
成功的比例都很小。【解题指南】解答本题的关键:
(1)明确胚胎发育各时期的特点。
(2)对囊胚阶段胚胎分割时,要将内细胞团均等分割。【解析】(1)题图表示牛的囊胚分割示意图,囊胚内有一个大的空腔——囊胚腔(A),囊胚外面包着透明带(B),透明带里面是囊胚的滋养层(C)和内细胞团(D)。
(2)(3)胚胎分割所用的主要仪器是实体显微镜和显微操作仪。进行胚胎分割时,要用分割针或分割刀片将胚胎切开,要注意将内细胞团均等分割,以便于分割后胚胎的恢复和进一步发育;另一方面,根据需要,可以用分割针切去一小部分囊胚(不含内细胞团),取其滋养层细胞,做DNA分析性别鉴定(乙),以便于获得健康的个体或已知性别的个体。(4)胚胎分割技术虽然在多种动物中取得成功,但仍然存在一些问题,如刚出生的动物体重偏低,毛色和斑纹上还存在着差异等。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,目前最常见的是经分割产生的同卵双胎,同卵多胎成功的比例都很小。答案:(1)囊胚腔 透明带 滋养层 内细胞团
(2)胚胎分割 做DNA分析性别鉴定 胚胎移植 滋养层
(3)实体显微镜和显微操作仪 将内细胞团均等分割
(4)体重偏低 毛色和斑纹 同卵双胎 同卵多胎【互动探究】
(1)对上题图中胚胎进行分割时,得到的后代性别会改变吗?为什么?
提示:不会。胚胎分割是一种无性繁殖方式。
(2)上题中生物工程利用的技术是什么?
提示:胚胎分割和胚胎移植。探究3 胚胎干细胞
【研读教材·自主认知】
1.概念:由_________或原始性腺中分离出来的一类细胞,简称ES或EK
细胞。
2.特点:
(1)形态上:体积小、_______大、核仁明显。
(2)功能上:具有_____________,即可分化为成年动物体内任何一种
组织细胞;在体外可增殖而不发生_____;可冷冻保存;可进行_______
___。早期胚胎细胞核发育的全能性分化遗传改造3.应用:
(1)移植ES细胞,可修复坏死或退化部位,治愈糖尿病、肝(心)衰竭、
_________等病症。
(2)ES细胞体外诱导分化,可培育_____________。
(3)ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型
的组织细胞_____。成骨不良人造组织器官分化【合作探究·核心归纳】
1.胚胎干细胞的来源:
胚胎干细胞的来源有哪些?为什么可分化为动物体内任何一种组织?
提示:①来源:从早期胚胎或原始性腺中分离出来。
②原因:胚胎干细胞具有发育的全能性。2.胚胎干细胞的主要用途:
(1)胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么?
提示:胚胎干细胞具有发育的全能性,可以被诱导分化形成新的组织细胞,经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。
(2)胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题?
提示:通过胚胎干细胞体外诱导分化,可以培育出人造组织器官,从而解决供体器官不足问题,另一方面,由于是自身细胞经诱导分化形成的,所以无免疫排斥反应。【归纳总结】三种干细胞的特点、来源及应用【过关小练·即时应用】
1.下列有关干细胞的叙述,错误的是 ( )
A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应
B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化
C.组织细胞的更新包括细胞凋亡和干细胞增殖、分化等过程
D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力,可用于治疗白血病
【解题指南】解答本题的关键是明确胚胎干细胞具有全能性,不但能增殖,而且也能分化。【解析】选B。自体干细胞不属于异物,不会引起自身的免疫排斥反应,故A选项正确;胚胎干细胞具有发育的全能性,在体外培养可以增殖、分化形成新的组织细胞,故B选项错误;组织细胞的更新包括增殖、分化和凋亡过程,故C选项正确;造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力,可以用于治疗白血病,故D选项正确。2.(2015·衡水高二检测)关于ES细胞的应用,叙述错误的是 ( )
A.可以用于治疗由细胞坏死、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。通过诱导分化,胚胎干细胞可以用于治疗细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病,A正确;胚胎干细胞可以分化出人造组织器官,用于器官移植,故B正确;胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料,C正确;胚胎干细胞可以用于治疗糖尿病和肝衰竭等疾病。课件50张PPT。3.3
胚胎工程的应用及前景一、胚胎移植
1.概念：
(1)对象：雌性动物体内的_________，或者通过体外受精及
其他方式得到的胚胎。
(2)条件：同种的、_____________的其他雌性动物体内。
(3)供体：_________的个体。
(4)受体：_________的个体。
2.地位：胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。早期胚胎生理状态相同提供胚胎接受胚胎3.生理学基础及相应的意义：生理变化生理环境母体子宫游离收集免疫排斥生理和组织遗传特性4.程序和方法：
(1)程序：
(2)方法：_______和非手术法。超数排卵冲卵胚胎移植手术法二、胚胎分割
1.概念：同卵双胎相同的遗传物质2.操作程序：
(1)选择胚胎：选择发育良好、形态正常的_______或_____，
将其移入盛有_______的培养皿中。
(2)分割胚胎：用_______或_________将胚胎切开，吸出其中
的_________，注入预先准备好的_________中，或直接将
_______移植入受体。
3.囊胚分割要求：内细胞团_________，否则会影响分割后胚
胎的恢复和进一步发育。桑椹胚囊胚操作液分割针分割刀片半个胚胎空透明带裸半胚均等分割三、胚胎干细胞
1.来源：由_________或_________中分离出来的一类细胞。
2.特点：
(1)形态：体积小、细胞核大、_____明显。
(2)功能：具有发育的_______。
(3)体外培养条件下，可以增殖而不发生分化。早期胚胎原始性腺核仁全能性3.主要用途：
(1)治疗人类的_________。
(2)培育出人造组织器官，用于_________。
(3)揭示_________和细胞凋亡的机理。
(4)哺乳动物的_________和发育规律的研究。某些顽症器官移植细胞分化个体发生【微点拨】
1.胚胎移植的实质是什么？
提示：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，能保持原来的优良性状。
2.胚胎移植时，可以将早期胚胎移植到不同种的雌性动物的子宫内吗？
提示：不可以。胚胎移植时只能移植到同种雌性动物的子宫内。3.在进行胚胎分割时，是否份数越多得到的后代就越多？说明原因。
提示：不是。如果分割份数过多，就难以做到均等分割，且每一份的细胞数目越少，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率会降低，得到的后代就越少。
4.在胚胎分割时，为什么将内细胞团均等分割？
提示：对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要将内细胞团均等分割，若分割不均，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。5.胚胎干细胞可以进行分化吗？
提示：可以。胚胎干细胞是全能干细胞，可以定向诱导分化为各种细胞、组织、器官甚至个体。1.下列对于优良种畜胚胎移植的说法，不正确的是( )
A.供体母牛必须是同一物种的良种
B.受体母牛必须是同一物种的良种
C.供体公牛必须是同一物种的良种
D.受体母牛可以是同物种的具有生殖能力的普通健康牛
【解析】选B。胚胎移植是繁育优良种畜的最后一道工序，所提供精子和卵子的供体必须是同种的良种，而受体母牛可以是同物种的、具有生殖能力的普通健康牛。2.胚胎移植主要包括以下步骤，正确的操作程序是( )
①配种或进行人工授精 ②检查 ③对胚胎进行移植
④移植后的检查 ⑤对供、受体的选择和处理
⑥对胚胎的收集 ⑦培养或保存
A.⑤①⑥②⑦③④ B.①⑤⑥②⑦③④
C.⑤①⑥⑦②③④ D.①⑤⑥⑦②③④
【解析】选A。胚胎移植的基本操作程序是：选择性状优良的供体和受体，进行同期发情处理；配种或进行人工授精；对胚胎的收集、检查、培养或保存；对胚胎进行移植(手术法和非手术法)；移植后，对母牛进行是否妊娠的检查。3.胚胎分割技术研究的理论根据是( )
A.细胞分化 B.细胞全能性
C.细胞增殖 D.细胞再生
【解析】选B。早期胚胎具有很高的全能性，可以发育为一个完整的个体。4.表现型不同的母牛生出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是( )
A.试管动物培养 B.胚胎移植
C.胚胎分割移植 D.受精卵移植
【解析】选C。胚胎分割可以看做动物的无性繁殖或克隆的方法之一，供移植的胚胎来自同一个受精卵，这样表现型不同的母牛最可能生出基因型相同的小牛。5.(2014·台州模拟)下列有关干细胞的叙述，错误的是( )
A.干细胞可以用来彻底治疗21三体综合征
B.干细胞可以分化成多种细胞
C.胚胎和成体中都有干细胞的存在
D.干细胞可以增生更多干细胞
【解析】选A。人体发育过程中存在多种干细胞，如骨髓造血干细胞；干细胞可以进行增殖分化，但是不能治疗21三体综合征，这是由于该病患者体细胞多了一条21号染色体。6.下列有关胚胎干细胞的叙述错误的是( )
A.形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显
B.功能上具有发育的全能性，可诱导形成各种组织细胞
C.是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞
D.可用于治疗各种疾病，如帕金森综合征、癌症、艾滋病等
【解析】选D。哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的，体积小、细胞核大、核仁明显，具有胚胎细胞的特性，可以治疗人类的某些疾病，如帕金森综合征等，但不能治疗艾滋病。一、胚胎移植
1.获取胚胎供体的方法：
(1)雌性动物体内的早期胚胎。
(2)通过体外受精和早期胚胎的培养得到。
(3)通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到。2.胚胎移植的基本程序(以牛胚胎移植为例)：3.胚胎移植的意义：
(1)加速育种工作和品种改良。
(2)节省大量购买种畜的费用。
(3)一胎多产。
(4)保存优良品种资源和濒危物种。
(5)可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力：
①大大缩短了供体本身的繁殖周期。
②增加供体一生繁殖后代的数量。【易错提醒】
(1)供体公、母畜和受体母畜的选择要求不同：供体公、母畜应该是具有人类所需优良遗传性状的个体，而受体母畜必须具有正常的孕育、生殖后代的能力。
(2)冲卵是指将早期胚胎从良种母牛子宫内冲洗出来，而不是冲出卵子。
(3)胚胎移植的对象是早期胚胎，而不是受精卵。1.(2014·台州高三模拟)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.受体母畜必须与供体母畜处于同期发情的状态
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都在试管内完成【解题关键】解答本题需要注意两点：
(1)超数排卵与同期发情的处理目的不同。
(2)理解试管婴儿的培育原理。
【解析】选D。胚胎移植操作对象是早期胚胎，即桑椹胚或囊胚。供、受体排卵后产生相同的生理变化，为胚胎移植提供相同的生理环境。超数排卵是对供体用促性腺激素处理，以获得较多的卵子。试管婴儿是用人工方法让卵子和精子在体外受精，并进行早期胚胎发育，然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。2.(2012·江苏高考改编)通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是( )
A.对供体和受体母牛都要进行相同激素处理
B.受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C.对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植
D.早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内【解题关键】解答本题应明确两点：
(1)同期发情处理的目的是使供受体的生理状态同步或一致，需要注射激素，对供体母牛超数排卵用促性腺激素处理。
(2)早期胚胎移植到受体，在受体体内存活，必要的条件是不能和受体产生免疫排斥反应，所以受体与供体生理状态相同。【解析】选D。A错误，对供体和受体母牛要用激素进行同期发情处理，但不一定是相同激素处理。B错误，受精和胚胎的早期培养可以在体内进行。C错误，对冲卵获得的早期胚胎检查合格后方可移植。D正确，早期胚胎需移植到与供体生理状态相同的代孕母牛体内。二、胚胎分割
1.胚胎分割的基础：
理论基础：细胞的全能性。
物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。
2.胚胎均分数目：
用分割针或分割刀片将胚胎切成2、4、8等份数，而不是2、3、4、5、6等份数，这与细胞有丝分裂产生的子细胞数目，以及操作难易程度有关。
3.胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。4.胚胎分割的过程：
选发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚
↓
移入盛有操作液的培养皿中
↓
用分割针或分割刀片将胚胎切开
↓
吸出其中半个胚胎，注入空透明带中，或将裸半胚移植入受体
↓
着床发育产仔
5.胚胎分割的意义：加快繁殖速度，提高了胚胎的利用率。【易错提醒】
胚胎分割的两点提醒
(1)胚胎分割没有涉及生殖细胞，可以看成是动物的无性生殖或克隆的方法之一。
(2)胚胎分割产生的最常见的是同卵双胎，而同卵多胎成功的比例都很小。1.胚胎分割是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述正确的是( )
A.胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份
B.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎
C.胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆
D.胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎【解题关键】理解胚胎分割的含义，特别是内细胞团均分的数目应该为2的指数形式，而不是1、2、3、4份等。
【解析】选B。胚胎分割是采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经过移植获得同卵双胎或多胎的技术；需要选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚进行分割，这种技术可以看成动物无性生殖或克隆的方法之一。2.下图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图完成下列问题：(1)填出图中字母所代表的结构名称：A. ；
B. ；C. ；D. 。
(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称：甲 ；
乙 ；丙 。进行乙过程时，所取的样本是 。
(3)进行甲过程时，所使用的基本仪器是 ，
本过程的技术关键是 。 (4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物 ，
上还存在着差异等；目前，成功率较高的是 ， 成功的比例很小。
【解题关键】解答本题需明确以下两点：
(1)识别囊胚的结构、牛胚胎性别鉴定及分割示意图。
(2)胚胎分割的过程及技术手段，了解目前胚胎分割技术的现状。【解析】(1)本题表示牛的囊胚分割示意图，囊胚内有一个大的空腔——囊胚腔(A)，囊胚外面包着透明带(B)，透明带里面是囊胚的滋养层(C)和内细胞团(D)。
(2)(3)胚胎分割所用的主要仪器是实体显微镜和显微操作仪。进行胚胎分割时，要用分割针或分割刀片将胚胎切开，要注意将内细胞团均等分割，以便于分割后胚胎的恢复和进一步发育；另一方面，根据需要，可以用分割针切去一小部分囊胚(不含内细胞团)，取其滋养层细胞，做DNA分析性别鉴定，以便于获得健康的个体或已知性别的个体(如图中乙)。(4)胚胎分割技术虽然在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在着差异等。实践证明采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，目前最常见的是经分割产生的同卵双胎，同卵多胎的成功比例较小。答案：(1)囊胚腔 透明带 滋养层 内细胞团
(2)胚胎分割 做DNA分析性别鉴定
胚胎移植 滋养层
(3)实体显微镜和显微操作仪 将内细胞团均等分割
(4)体重偏轻 毛色和斑纹 同卵双胎 同卵多胎【互动探究】
(1)对题2图中胚胎进行分割时，得到的后代性别会改变吗？为什么？
提示：不会。胚胎分割是一种无性生殖方式。
(2)题2中生物工程利用的技术是什么？
提示：胚胎分割和胚胎移植。三、胚胎干细胞
1.干细胞种类：2.胚胎发育过程中不同干细胞发育分化过程：受精卵→全能干细胞→多能干细胞→专能干细胞。【思维拓展】
干细胞的获得途径
(1)从体外培养的早期胚胎获得。
(2)从早期流产的胎儿获得。
(3)从克隆的胚胎获得。
(4)从成体获得。1.(2012·天津高考)下列有关干细胞的叙述，错误的是( )
A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应
B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化
C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖、分化等过程
D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病【解题关键】解答本题的关键是明确：胚胎干细胞具有发育的全能性，不但能增殖，而且也能分化。
【解析】选B。自体干细胞不属于异物，不会引起自身的免疫排斥反应，故A选项正确；胚胎干细胞具有发育的全能性，在体外培养可以增殖、分化，故B选项错误；组织细胞的更新包括增殖、分化和凋亡过程，故C选项正确；造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病，故D选项正确。2.美国华盛顿大学的一个研究小组首次提取了人类肝脏干细胞。这种干细胞表现出分化多能性，并在动物模型实验中成功地修复了实验鼠的部分肝脏组织。科学家认为，它拥有治疗多种肝病的潜力。下列说法正确的是( )
A.肝脏干细胞可分化出人体所有细胞
B.肝脏干细胞的细胞核具有发育成个体的潜能性
C.肝脏干细胞能够分泌胆汁
D.肝脏干细胞可治疗肝炎【解题关键】解答本题需注意两点：
(1)明确肝脏细胞的功能。
(2)理解肝脏干细胞的特点。
【解析】选B。肝脏干细胞只能分化出肝细胞；肝脏干细胞的细胞核具有全能性；肝脏细胞能分泌胆汁；肝炎是病毒感染引起的，不能用肝脏干细胞治疗。【变式备选】下列不属于研究胚胎干细胞的用途的是( )
A.有利于阐明细胞分化中各调节因子的作用机制
B.在试管中改良并创造动物新品种
C.生产有价值的药物
D.培育超级小鼠【解析】选D。干细胞研究在生物科学基础研究中具有极其重要的作用。例如，细胞分化是发育生物学的核心问题之一，利用干细胞就可以将复杂的问题简单化，有利于阐明细胞分化中各调节因子的作用机制。利用胚胎干细胞，可以在试管中改良并创造动物新品种，再结合基因工程等技术可以培育出生长快、抗病力强、高产的家畜品种，以及生产有价值的药物等。而超级小鼠是基因工程的产物。课件36张PPT。专题4 生物技术的安全性和伦理问题
4.1 转基因生物的安全性探究1 转基因成果
【研读教材·自主认知】
1.转基因微生物方面:
(1)利用________的微生物进行基因制药。
(2)制造出具有重要经济价值的各种___________,如可以清除石油污
染的___________等。DNA重组重组微生物假单胞杆菌2.转基因动物方面:
(1)培育_________、_____________的转基因家畜、家禽。
(2)把转基因动物变成___________,让它们的奶中富含某种营养物质、
_________或人类所需要的_______。
3.转基因植物方面:
(1)培育具有_____、_____、抗除草剂、_____等全新性状的农作物。
(2)种植最多的转基因植物有_____和玉米,转基因棉花和_____次之。生长迅速营养品质优良生物反应器珍贵药物蛋白质抗虫抗病抗逆大豆油菜 【合作探究·核心归纳】
1.举例说明转基因成果:
(1)转基因植物:__________________________________。
(2)转基因动物:_____________________________________________
_______________________。
(3)转基因微生物:___________________________________________
________________________________________________________。转基因小麦,蛋白质含量比一般小麦高转入了人类基因的牛,产的奶中含有基因药物,提取后可用于人类疾病的治疗生产奶酪的凝乳酶以前只能从杀死的小牛的胃里提取,现在利用转基因微生物已经能够使凝乳酶在体外大量生产2.抗逆性转基因作物带来哪些社会效益?
提示:①解决饥饿和贫困问题;②在一定程度上可以使农作物摆脱土壤和气候的限制,提高产量;③减少农药的使用,减少环境污染。【归纳总结】转基因生物种类【过关小练·即时应用】
1.下列成就来自基因工程技术的是 ( )
A.番茄—马铃薯新物种
B.高产的青霉素菌株
C.将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内
D.能进行生物固氮的酵母品种【解析】选D。番茄—马铃薯新物种的培育,以及将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内都属于细胞工程技术的成就,高产的青霉素菌株是通过诱变育种培育的。2.想要获得既高产又抗病毒、抗寒、抗旱、抗除草剂等多种优点的农作物,以下哪种方法能做到 ( )
A.组织培养技术
B.转基因技术
C.细胞融合技术
D.人工诱变
【解析】选B。农作物的性状是由基因控制的,可采用转基因技术将控制多种优良性状的基因转移到同一种农作物中,并使之表达,从而获得具有多种优点的农作物。探究2 转基因生物的安全性
【研读教材·自主认知】
1.转基因生物的安全性:
(1)食物安全。
观点1:存在安全问题。
论据：①反对“___________”。
②可能出现_________。实质性等同滞后效应③可能出现新的_______。
④营养成分可能改变。
⑤侵犯_________或素食者的权益。过敏原宗教信仰观点2:不存在安全问题。
论据: ①“___________”只是评价的起点,而不是终点。
②多环节、严谨的_______评估。
③科学家对社会负责的态度。
④至今未发现___________影响人体健康的实例。实质性等同安全性转基因食物(2)生物安全:有害病原体入侵的外来物种生殖隔离存活时间(3)环境安全:自然物种能量流动分类稳定性中间产物农药杂交抗除草剂食物链2.理性对待转基因技术:
(1)正确的做法是_________,而不能_________。
(2)采取的措施。
①制定政策和法规,如我国制定的《_____________________》、
《___________________________》。
②遵守科学研究道德。趋利避害因噎废食基因工程安全管理办法农业转基因生物标识管理办法【小判断】
(1)转基因食物是安全的,可以放心食用。 ( )
【分析】转基因食物的安全性有着不同的观点:一方观点认为绝不能
对转基因食物安全性掉以轻心;另一方观点认为不必担心转基因食物
的安全性,转基因食物潜在的安全隐患,在技术上是可以克服的。
(2)转基因生物可能会侵犯素食者的权益。 ( )
【分析】把动物蛋白基因转入植物,有可能会侵犯宗教信仰者或素食
者的权益。×√(3)转基因生物可能会破坏生态平衡。 ( )
【分析】转基因植物有可能会扩散到种植区外变成野生种类,或进入新的生态区域,破坏生态平衡。
(4)转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中。 ( )
【分析】转基因植物的基因有可能通过花粉传播到环境中。√√(5)转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加。( )
【分析】转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫,对昆虫的抗性具有选
择作用,所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加。
(6)对待转基因技术应该趋利避害,不能因噎废食。( )
【分析】对待转基因技术,应该利用其有利性,摒弃其有害性,不能因
噎废食,完全抛弃。×√【合作探究·核心归纳】
1.对转基因生物安全性的争论:
(1)对转基因生物存在争论的原因是什么?
提示:①对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解得相当有限。
②转移来的基因不少是异种生物的基因。
③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。(2)关于转基因生物安全性的争论有哪些?
提示:食物安全,生物安全,环境安全。
(3)假如外源基因是转移到农作物的叶绿体DNA上的,能通过花粉传播吗?为什么?
提示:不能。因为精子受精完成时,只是细胞核基因进入了受精卵。(4)为什么转基因食物可能会出现滞后效应?
提示:①转基因植物的DNA经过重组,有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质。
②转基因农作物所表达的某些蛋白质,可能会潜移默化地影响人的免疫系统,从而对人体健康造成隐性伤害,食者在过了若干年或一两代之后,问题才显现出来。【精讲精析】实质性等同的内容
(1)比较的内容包括生理性状、分子特征、营养成分、毒素含量和过敏原等是否具有等同性。
(2)如果实质上是相同的,就应该将转基因生物与传统生物同样对待、视为安全。【拓展延伸】实质性等同原则
“实质性等同原则”是转基因生物安全性评价的起点,而不是终点。
(1)提出:美国政府于1992年5月宣布,只要基因工程产品中蛋白质组成与天然蛋白质一样,就没必要再通过药物与食品管理局的批准,可直接投放市场。
(2)含义:①指转基因生物中只要某些重要成分没有发生改变,就可以认为与天然品种没有差别。②是一种动态比较过程。2.理性看待转基因技术:
(1)如何正确对待转基因技术取得的成果?
提示:在生产和生活的某些方面,人类已离不开转基因技术成果,因此应充分利用其优点,同时关注、限制它们的缺点。
(2)对转基因生物的风险防范措施有哪些?
提示:①立法监控;②多环节监控;③安全评价。【精讲精析】对转基因生物的风险防范措施
(1)立法监控。
我国已制定了《基因工程安全管理办法》;为维护消费者对转基因产品的知情权和选择权,颁布了《农业转基因生物标识管理办法》,要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注。
(2)多环节监控。
转基因农作物研究、从实验室走向大田试验各阶段,以及产品商品化都有相应法规或规定进行严格的监控,只有在每一阶段试验获得认可证书后,才可进入下一阶段。(3)安全评价。
食物安全性评价内容:营养成分是否改变;是否存在抗营养因子;是否存在毒性、过敏性蛋白等。
环境安全评价内容:转基因植物是否变得易得病;对周围植物是否有影响;是否可能变成杂草;能否把外源基因转移给其他生物等。【归纳总结】
1.转基因生物的优点和缺点:
(1)优点。
①解决粮食缺乏问题。
②减少农药使用从而减少环境污染。
③节省生产成本,降低粮食售价。
④增加食物营养,提高贮藏附加值。
⑤增加食物种类,提升食品品质。
⑥促进生产效率,带动相关产业的发展。(2)缺点。
①可能产生新病毒和新的过敏原。
②可能产生抗除草剂的杂草。
③可能使疾病的传播跨越物种障碍。
④可能会损害农作物的生物多样性。
⑤可能干扰生态系统的稳定性。2.理性看待转基因技术:
(1)首先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一大批生物技术成果,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,认识到个别有害转基因生物的危害性,要趋利避害。
(3)完善相应的法律法规,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,提高科学家的道德水平。【过关小练·即时应用】
1.下列有关生物技术安全性的叙述,错误的是 ( )
A.生物技术既可造福人类,又能威胁社会
B.人们对转基因食品的担心,从某些实例来看并非是多余的
C.转基因生物带来的安全性问题主要包括食物安全、环境安全、生物安全
D.在严格控制和检验下培育的转基因生物绝对不会危害其他生物体的生存和环境【解题指南】解答本题的关键点:明确转基因技术存在引起生物安全问题的可能。
【解析】选D。转基因生物转入的基因虽然是功能已知的基因,但不少却是异种生物的基因;同时,由于外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的,因此在转基因生物中,有时候会出现一些人们意想不到的后果。【互动探究】
(1)举例说明你见过哪些产品上标有转基因原料成分?
提示:转基因大豆、转基因玉米、转基因番茄、转基因棉花等。
(2)除本题D项中的两点争议,对转基因生物安全性的争议还有哪些方面?
提示:食物安全。2.所谓“实质性等同”是指 ( )
A.转基因农作物中的成分完全没有发生改变
B.转基因农作物中的部分成分没有发生改变
C.转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变,就可以认为与天然品种“没有差别”
D.“实质性等同”是对转基因农作物安全性的最终评价【解题指南】解答本题的关键点:①“实质性等同”是指转基因生物与传统生物比较,若实质相同,则应同样对待,视为安全。
②“实质性等同”是转基因生物安全性评价的起点,而不是终点。
【解析】选C。“实质性等同”是指在转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变,就可以认为与天然品种“没有差别”,这仅仅是对转基因农作物安全性评价的起点。课件44张PPT。专题4 生物技术的安全性和伦理问题
4.1 转基因生物的安全性一、转基因成果令人叹为观止
1.转基因微生物方面：
(1)制造出有重要经济价值的各种___________，如清除石油污
染的___________等。
(2)使用________________生产生化药物，即基因制药，生物
制药已经成为21世纪的朝阳产业。重组微生物假单胞杆菌DNA重组的微生物2.转基因动物方面：
(1)培育生长迅速、_____________的转基因家畜、家禽。
(2)把转基因动物变成___________，生产富含某种营养物质、
珍贵药物或人类所需要的蛋白质。
3.转基因植物方面：科学家培育出了具有抗虫、抗病、_____
_____、抗逆等全新性状的农作物。营养品质优良生物反应器抗除草剂二、对转基因生物安全性的争论
1.转基因生物存在安全性争论的原因：
(1)由于科学发展水平的限制，目前科学家对___________、
基因间的相互作用以及基因的调控机制等了解得相当有限。
(2)转移的基因虽然是功能已知的基因，但不少是_________
的基因。
(3)外源基因插入___________的部位往往是随机的。基因的结构异种生物宿主基因组2.对转基因生物安全性的争论内容：
(1)转基因生物与食物安全。
①反方观点：绝不能对_________________掉以轻心。
②正方观点：不必担心转基因食物的安全性，转基因食物
_______________，在技术上是可以克服的。
(2)转基因生物与生物安全。
①反方观点：各类活的转基因生物体释放到环境中，可能会
对生物_______构成潜在的风险和威胁。
②正方观点：转基因生物，尤其是转基因农作物，不大可能
对_____________构成威胁。转基因食物安全性潜在的安全隐患多样性生物的多样性(3)转基因生物与环境安全。
①反方观点：转基因生物有可能会对生态系统的稳定性和
_____________造成破坏。
②正方观点：同意对环境安全的问题要提高警惕，但他们认
为公众不必对此做出_________，转基因生物是有利于环境
保护的。人类生活环境过度反应三、理性看待转基因技术
1.面对转基因技术的利弊，正确的做法是：_________，而不
能因噎废食。
2.法制建设：建立相应的政策和法规，如1993年制定的《基
因工程安全管理办法》和2002年颁布的___________________
_____________。趋利避害《农业转基因生物标识管理办法》【微点拨】
1.什么是转基因生物？
提示：用基因工程技术导入外源基因的动植物，且外源基因能通过繁殖而传代，这样的生物称为转基因生物，它包括转基因植物、转基因动物和转基因微生物。
2.假如外源基因转移至农作物的叶绿体DNA上，为什么不能通过花粉传播给其他生物？
提示：因为精子受精完成时，只是细胞核进入了受精卵，而叶绿体在细胞质中，所以不能通过花粉传播给其他生物。3.针对媒体对转基因食品所报道的某些负面效应，你认为吃转基因食品会担心什么问题？
提示：担心安全性检测不全面；担心出现滞后效应，转基因植物会合成出有直接毒性或潜在毒性的蛋白质；担心出现新的过敏原；担心营养成分改变等。
4.什么是基因污染？
提示：外源基因通过转基因作物或家养动物扩散到其他栽培作物或自然野生物种，并成为后者基因的一部分，可以通过繁殖而传递下去。5.转基因生物有可能给人类带来灾难，为以防万一，人类是否应禁止对转基因生物的科学研究？
提示：不能禁止对转基因生物的科学研究。原因是社会的发展、国力的竞争总是和技术的发展密切相关，从促进社会发展的角度看，必须不断发展生物技术，造福人类；同时通过多种措施，减少其负面作用，避免灾难发生。1.转基因动物是指( )
A.提供基因的动物
B.提供受体细胞的动物
C.基因组中增加外源基因的动物
D.能表达基因信息的动物
【解析】选C。转基因动物是将特定的外源基因导入动物受精卵或胚胎，使之稳定整合于动物的染色体基因组内，并且能遗传给后代的一类动物。2.转基因成果令人叹为观止，下面不是转基因成果的一项是
( )
A.抗虫棉花
B.能清除石油污染的假单胞杆菌
C.我国奶牛的主要品种——中国荷斯坦牛
D.抗除草剂玉米【解析】选C。抗虫棉花、能清除石油污染的假单胞杆菌、抗除草剂玉米都属于转基因成果。我国奶牛的主要品种——中国荷斯坦牛是将国外的荷斯坦牛引进后，在我国经过长期驯化，与当地黄牛进行杂交和选育，逐渐形成的优良品种，所以它属于杂交育种成果。3.“实质性等同”是指( )
A.转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变，就可以认为与天然品种“没有差别”
B.转基因农作物和天然品种没有区别
C.转基因农作物和天然品种只有细微区别，可以忽略不计，所以“没有差别”
D.转基因农作物和天然品种虽然有区别，但没有改变其物种的任何特性，所以“没有差别”【解析】选A。转基因农作物中“没有差别”是相对的，只要某些重要成分没有改变，就不必进行安全性检测。4.下列各项不属于转基因食品安全性评价内容的是( )
A.基因改变引起的营养效果
B.是否会引起过敏反应
C.目的基因是否表达
D.目的基因表达产物的滞后效应
【解析】选C。掌握转基因食品的评价方式和内容是关键。目的基因表达产物和影响其他基因的表达是突破口。评价的内容主要包括营养效果的改变、是否引起过敏反应和滞后效应。5.有人说：“转基因生物所转移的只是一两种自然界中已经存在的外源基因，它并不会改变生物原有的分类地位，充其量只能说是具有某种新特征的同一物种。”上述说法中是否是“同一物种”，关键应该看转基因生物与原来的生物是否具有( )
A.生殖能力 B.地理隔离
C.生殖隔离 D.能否杂交
【解析】选C。不同的物种之间存在着生殖隔离。6.面对转基因技术的利弊，正确的做法是( )
A.坚决抵制转基因生物
B.不加区分，全盘接受
C.应停止有关的实验
D.趋利避害，不能因噎废食
【解析】选D。理性分析转基因生物的利弊。对于以转基因技术为代表的生物高科技成果，人们应坚持正确的社会舆论导向，趋利避害，而不能因噎废食，阻碍科学技术的发展。一、对转基因生物安全性的争论内容
1.转基因生物与食物安全：2.转基因生物与生物安全：3.转基因生物与环境安全：【思维拓展】
转基因生物的优点和缺点1.下列对于转基因生物安全性问题的看法，不正确的是( )
A.转基因生物可能合成对人体有直接或间接作用的蛋白质
B.抗虫转基因植物的使用能够减少农药的用量
C.抗除草剂农作物的种植，使得人们可以无限制地使用除草剂而可能造成环境污染
D.基因污染只能发生一次【解题关键】解答本题需明确转基因生物对生态环境的影响，理解基因污染的含义。
【解析】选D。转基因生物的外源基因通过某种途径转入并整合到其他生物的基因组中，使得其他生物或其产品中混杂有转基因成分，造成自然界基因库的混杂和污染。特别是那些反应性较强的物质，性质极不稳定，容易发生化学反应，产生新的污染物，进而出现二次污染。2.一个学习小组的同学在对当地栽培作物种类进行调查时，发现有的地方种植了转基因抗除草剂玉米，这种玉米在喷洒除草剂的环境中生长良好，杂草被除草剂杀死，玉米还能正常生长，给农民节省了很大的人力和物力。跟踪调查还发现，这种转基因玉米除直接食用外，还被加工成食品摆在超市的货架上。请回答下列问题：(1)一部分同学认为，这种转基因玉米不会对当地生物多样性构成威胁，如果你同意这种观点，请列举出三条理由：
A. ；
B. ；
C. 。
(2)用转基因玉米加工的食品被摆在超市货架上，生产厂商根据我国的有关规定，对产品进行转基因生物标注，这样做是为了保护 。在有关标识中，应标注“ ”或“ ”。如果该产品中已不再含有或检测不出转基因成分，应标注为“本产品为 加工制成，但本产品中 ”。【解题关键】解答本题的关键是了解转基因生物安全性是经过多种措施进行检测的。
【解析】不引起生物安全的理由：转基因植物扩散到种植区以外会很快死亡；要表现出新性状必须具有一定的水、肥等条件，以及配套的种植技术；由于生殖隔离的存在，使它们很难与其他植物杂交；花粉传播的距离有限，存活时间有限。不引起环境安全的理由：转基因生物不会改变生物原有的分类地位，不会破坏生态系统的稳定性；转基因抗虫农作物的种植，减少了农药的使用量；抗除草剂农作物的种植减轻了农田管理的负担，保护了农田土壤环境。答案：(1)玉米与其他植物之间存在生殖隔离
玉米的花粉传播距离有限
玉米花粉的存活时间有限(其他合理答案也可)
(2)消费者的知情权 转基因玉米加工品 加工原料为转基因玉米 转基因玉米 已不再含有转基因成分二、理性看待转基因技术
1.理性看待转基因技术的原因：
(1)生物技术和其他科学技术一样具有两面性，是一把双刃剑，既能推动社会发展和技术进步，也可带来灾难。
(2)社会的发展总是和技术的发展密切联系，从促进社会发展的角度看，必须不断发展生物技术，造福人类，同时尽量避免灾难。2.理性看待转基因技术：
(1)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一大批生物技术成果，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)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，而不能因噎废食。
(3)完善相应的法律法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。(4)我国保证转基因食物的安全性的监控和预防措施。
①立法监控是保证转基因生物安全的有力措施。
②多环节监控。转基因农作物研究、从实验室走向大田试验各阶段，以及产品商品化都有相应法规进行严格的监控，只有在每一阶段试验获得认可证书后，才可进入下一阶段。【易错提醒】
(1)在生产和生活的某些方面，人类已离不开转基因技术成果，因此应充分利用其优点，同时关注、限制它们的缺点。
(2)在转基因技术中，所转移的只是自然界中已存在的外源基因，它不会改变生物原有的分类地位，只能说是具有某种新特征的同一物种。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
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【解题关键】解答本题，需要注意以下两点：
(1)明确我国为保护消费者的知情权，对农业转基因生物实行了标识制度。
(2)明确对待转基因技术，应该趋利避害，而不能因噎废食。【解析】选B。本题考查转基因生物的安全性。A项中，我国对转基因生物安全性迈出了重要一步，对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度，故正确。B项中，目前对转基因食品的安全性存在较大的争议，还没有哪个国家在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，故错误。C项中，为了保障转基因生物安全，必须开展风险评估、预警跟踪和风险管理，故正确。D项中，转基因生物的食品安全和环境安全至关重要，也是目前对转基因生物安全性争论的集中点，故正确。2.阅读下列材料并回答问题：
转基因生物就是利用DNA重组技术，将外源基因(目的基因)导入受体生物(动物、植物、微生物)体内。当这些外源基因与受体生物的基因整合后，外源基因就能随受体生物细胞的分裂而增殖，并能表达出受体生物原本没有的性状，且能遗传给后代。1999年2月19日我国培育的首例转基因牛诞生；2001年1月11日第一只转基因羊在美国诞生；2001年2月转基因新鲤鱼(将大马哈鱼的生长激素基因转移到普通鲤鱼体内)在我国培育成功。此外，转基因兔、羊及转基因抗虫棉等也已培育成功。(1)不同生物间基因移植成功，说明生物共用一套 ；从生物进化的角度看，这些生物具有 。
(2)转基因技术将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前取得了许多成就，同时也可能给人类带来灾难性的后果。试各举一至两个实例。
(3)有人提出“吃基因补基因”，你是否赞成这种观点？试从新陈代谢的角度简要说明理由。【解题关键】解答本题，需从以下两点入手：
(1)明确转基因技术的原理及对人类的影响。
(2)找出关键词：基因、转基因技术的优缺点、新陈代谢。
【解析】本题综合考查了转基因技术的知识，以及基因、遗传等知识。不同生物间的基因之所以能够移植成功，是因为不同的生物共用一套遗传密码(或密码子)。吃基因不一定补基因，因为基因被吃入后，可能被消化酶消化而失去作用，但其分解产物可作为合成DNA的原料。答案：(1)遗传密码(或密码子) 亲缘关系
(2)成就：将抗病基因转移到水稻中形成抗病水稻新品种；将人的血型基因转移到猪的体内，培育生产人血的猪。
不良后果：转基因作物通过花粉传播可与亲缘关系较近的植物杂交，从而导致基因逃逸，可能产生优势种，危及生物多样性。(3)开放性题目，只要用生物学知识回答即可。(如不赞成，因为基因被吃入后，与其他生物大分子一样被消化分解，不可能以原状进入细胞，更不可能补充或整合到人体原有的基因中去；赞成，基因被吃下去后，消化分解为简单物质，可以作为合成DNA的原料。)【方法规律】关于开放性问题的解决方法
(1)认真读取题干中给予的信息，并且对信息进行加工，整合出题目考查的意图。
(2)联系已经学过的知识排查问题讨论的切入点。
(3)运用辩证思维方法，从正反两个方面讨论，找出支持观点的理论或事实证据。
(4)整理组织答案，并且进行审读。课件59张PPT。4.2 关注生物技术的伦理问题
4.3 禁止生物武器探究1 克隆技术引发的伦理问题
【研读教材·自主认知】
1.不赞成克隆人的观点:
(1)严重地违反了人类_________,是克隆技术的滥用。
(2)冲击了现有的_____、_____和_________等传统的伦理道德观念。
(3)克隆人是在人为地制造在___________________都不健全的人。
(4)克隆技术_________,可能孕育出有严重生理缺陷的孩子。伦理道德婚姻家庭两性关系心理上和社会地位上尚不成熟2.赞成克隆人的态度:
(1)_______是一项科学研究,有它自己内在的发展规律,因此应允许
科学家研究_______。
(2)技术性问题可以通过_________、_________和___________等方
法得到解决。
3.中国政府的态度:
(1)禁止_____________,原则是_______________________________
任何生殖性克隆人的实验。
(2)不反对___________。克隆人克隆人胚胎分级基因诊断染色体检查生殖性克隆人不赞成、不允许、不支持、不接受治疗性克隆【小判断】
(1)克隆人证明了人体细胞的细胞核具有全能性。 ( )
【分析】由细胞核移植获得的细胞能发育成完整的个体,体现了细胞
核的全能性。
(2)设计试管婴儿先在体外进行受精,发育到早期胚胎后直接进行胚胎
移植。 ( )
【分析】设计试管婴儿先在体外进行受精,发育到早期胚胎植入母体
孕育前进行遗传学诊断,以排除一些遗传病,当检测结果符合需要时,
再进行胚胎移植。√×(3)反对克隆人的生物学家的观点之一是克隆技术尚不成熟,很可能孕
育出有严重生理缺陷的孩子。 ( )
【分析】反对观点主要有:
①严重地违反了人类伦理道德,是克隆技术的滥用。
②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念。
③克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。
④克隆技术尚不成熟,可能孕育出有严重生理缺陷的孩子。√(4)对于克隆技术,中国政府坚持“四不原则”。 ( )
【分析】对于生殖性克隆,中国政府坚持“四不原则”。×【合作探究·核心归纳】
1.生殖性克隆与治疗性克隆:(1)A、B分别属于哪种克隆方式?
提示:A为生殖性克隆,B为治疗性克隆。
(2)图示过程的原理是什么?
提示:动物(或人)体细胞细胞核的全能性。
(3)生殖性克隆与治疗性克隆最主要的区别是什么?
提示:克隆的目的不同,生殖性克隆是用于生育,产生新个体;治疗性克隆的目的是治疗人类疾病。2.克隆技术引发的伦理问题:
(1)伦理学家和科学家看待克隆人的角度有什么不同?
提示:伦理学家主要是从伦理学、社会学和心理学角度看问题,而科学家更多的是从科学的可行性和科学意义的角度看问题。
(2)伦理学家反对克隆人的理由有哪些?
提示:主要有:①克隆人严重地违反了人类伦理道德,是克隆技术的滥用。
②克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念。
③克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。(3)坚持做克隆人的科学家的理由有哪些?
提示:①克隆人是一项科学研究,有它自己内在的发展规律;②技术性
问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法得到解决;
③不成熟的技术只有通过实践,才能使之成熟。
(4)你支持克隆人胚胎的研究吗?
提示:①支持;克隆人是一项科学研究,应该支持。
②不支持;克隆人会带来伦理问题,且克隆技术尚不成熟。(5)克隆人如果真的来到人间,我们应该怎样正确对待他们?
提示:我们没有必要去追究他是出于什么目的被克隆出来的,也没有必要去争论该成果有什么科学价值,而应该把克隆人当作我们社会中的一个普通成员,尊重他的人权、人格。要用他做实验时,必须征得他自愿同意,绝不能伤害他的身心健康。我们应该以平常心态看待克隆人,使克隆人获得和我们一样的生存和发展条件。【归纳总结】治疗性克隆与生殖性克隆的比较【过关小练·即时应用】
1.下列有关治疗性克隆的说法,错误的是 ( )
A.其核心技术是胚胎干细胞培养技术
B.中国政府既反对生殖性克隆人,又反对治疗性克隆
C.解决了临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题
D.胚胎干细胞通过基因的选择性表达可以克隆出不同的组织或细胞
【解题指南】解答本题的关键是中国政府的态度:禁止生殖性克隆人,但不反对治疗性克隆。【解析】选B。治疗性克隆必须使用胚胎干细胞培养技术,故A正确;中国政府反对生殖性克隆,但不反对治疗性克隆,故B错误;治疗性克隆解决了临床上供体器官不足和器官移植后发生免疫排斥反应的问题,故C正确;胚胎干细胞通过诱导分化,可以克隆出不同的组织或细胞,故D正确。2.供体器官的短缺和排斥是器官移植的重要问题。而治疗性克隆能最终解决这些问题。下图是治疗性克隆的过程图解。(1)人类“治疗性克隆”属于生物工程中的 ,它是一种_____
水平的操作。
(2)科学家将患者体细胞核植入去核的卵母细胞,而不直接用体细胞进
行培养的原因是:____________________________________________
。
(3)你认为“治疗性克隆”有什么意义?(答出两点)
?
。(4)胚胎干细胞若作为培育转基因动物的受体细胞被移入囊胚中,胚胎
将发育成只有部分细胞含有目的基因的“嵌合体”,这种嵌合体的后
代仍然含有目的基因吗? 。原因是 。
(5)在胚胎工程中,可以利用胚胎细胞核移植的方式培育动物,该技术
的优点是___________________________________________________
。【解题指南】解答本题的关键是掌握“治疗性克隆”。
【解析】(1)人类“治疗性克隆”涉及核移植技术和动物细胞培养技术,属于细胞工程,是一种细胞水平的操作。
(2)将患者体细胞核植入去核的卵母细胞,而不直接用体细胞进行培养,原因是体细胞核在体细胞中不能表达全能性,而卵母细胞的细胞质可以给它提供表达全能性的条件。(3)“治疗性克隆”的意义有:为人类疾病治疗提供了新的途径;再造人体组织或器官供移植;没有排斥反应。
(4)只有部分细胞含有目的基因的“嵌合体”,形成的生殖细胞中不一定含有目的基因,因此这种嵌合体的后代不一定含有目的基因。
(5)利用胚胎细胞核移植的方式培育动物,优点是后代完全保留了亲代的遗传性,并可无限度地获得遗传性状完全相同的后代。答案:(1)细胞工程 细胞
(2)体细胞核在体细胞中不能表达全能性,而卵母细胞的细胞质可以给它提供表达全能性的条件
(3)为人类的疾病治疗提供了新的途径;再造人体组织或器官供移植;没有排斥反应
(4)不一定 嵌合体的生殖细胞中不一定含有目的基因
(5)后代完全保留了亲代的遗传性,并可无限度地获得遗传性状完全相同的后代【互动探究】
(1)本题中培养出来的器官的遗传物质与患者完全相同吗?
提示:不完全相同。因为患者只提供了细胞核,而没有提供细胞质。
(2)正常情况下,图示卵母细胞应成熟至什么时期?
提示:减数第二次分裂的中期。【补偿训练】生物技术的伦理问题引起争论的原因是 ( )
A.经济效益不同 B.社会效益不同
C.价值观不同 D.法律法规不同
【解析】选C。由于不同国家或地区科技和经济的发展水平不同,生物技术的发展水平也不同,因此带来的经济效益和社会效益也各不相同,但这不是争论的根本原因。由于不同的文化背景、政治制度、宗教信仰等决定人们有不同的价值观,不同的价值观决定人们看待事物的态度不同,因此才发生了伦理争论。探究2 设计试管婴儿和基因检测引发的伦理问题
【研读教材·自主认知】
1.设计试管婴儿引发的伦理问题:不尊重活下去性别造血干细胞体外受精—胚胎移植及其衍生技术规范2.基因检测引发的问题及解决办法:
(1)问题。
①目前人类对_________及基因间的相互作用尚缺乏足够的认识,通
过基因检测达到预防疾病的目的是困难的。
②基因检测结果会给受检者带来巨大的心理压力。
③造成_________,如个人婚姻困难、人际关系疏远,更明显的是造成
一支遗传性失业大军。
(2)解决办法:对于基因歧视现象,可通过正确的_____________、伦
理道德教育和立法手段解决。基因结构基因歧视科学知识传播【合作探究·核心归纳】
1.设计试管婴儿引发的伦理问题:体外受精早期胚胎体外进行体外受精早期胚胎遗传学诊断(1)图示设计试管婴儿比试管婴儿多了哪些环节?
提示:设计试管婴儿比试管婴儿多了遗传学诊断,即③④过程。
(2)设计试管婴儿、试管婴儿都用到了哪些生物技术?
提示:体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
(3)你是否支持设计试管婴儿?为什么?
提示:不支持。设计试管婴儿只是在特定背景下的一种应急措施,需要经过国家有关部门严格审批。它不宜推广,并要严防滥用。(4)如果通过设计试管婴儿技术对胚胎进行性别设计,你反对吗?理由是什么?
提示:反对。破坏了人类正常的性别比例,违反了伦理道德。2.基因检测引发的伦理问题:
(1)什么是基因身份证?
提示:基因身份证是把致病基因和易感基因都检测出来,记录在磁卡上,做一张身份证,称基因身份证。
(2)目前基因检测存在哪些问题?
提示:①对个人所有基因进行检测是不现实的。
②有致病基因未必就一定会患病。【归纳总结】设计试管婴儿与试管婴儿的区别和联系【过关小练·即时应用】
1.下列关于基因身份证的有关叙述中,正确的是 ( )
A.由于基因身份证反映了个人全部的遗传信息,因此能够准确地预测、预防和治疗遗传病
B.基因身份证能够反映个人的一些重要遗传信息,人们可以根据基因身份证的信息选择合适的职业等
C.基因身份证能够反映个人的某些遗传信息,但并不是基因身份证中所反映的遗传信息一定能够表现
D.人类蛋白质组计划已经启动,由于基因控制蛋白质的生物合成,蛋白质的结构和功能将全部可以通过基因身份证推测【解题指南】基因身份证是指把致病基因和易感基因都检测出来,记录在磁卡上,做一张身份证。
【解析】选C。基因身份证能够反映个人的某些遗传信息,由于基因的表达需要一定条件,同时又受环境等因素的影响,因此并不是基因身份证中所反映的遗传信息一定能够表现。虽然基因控制蛋白质的合成,但是基因不能反映出蛋白质的结构和功能,故不能通过基因身份证推测蛋白质的结构和功能。2.生物技术革命的浪潮席卷全球,带来了巨大的经济和社会效应,也在不断挑战着伦理道德的底线。请根据下列各种情况,回答有关问题:
(1)试管婴儿技术:“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵子取出在体外完成受精,并培养使其发育到如图所示的时期,再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会,也为人类的优生开辟了新的途径。据此回答:
①上图所示时期是胚胎发育的 期。该图下一时期
时,b细胞最可能成为 胚层的一部分。
②A试管婴儿,B试管苗,C克隆羊,这三者可以说是现代生物科技的杰出
成果,它们诞生时所依据的生物学原理最接近的是 (填标
号)。
③现在大多数人反对设计婴儿性别,其原因是____________________
。(2)胚胎分割技术:可解决良种动物快速大量繁殖的问题;对囊胚阶段
的胚胎进行分割时,要注意 ,
否则将影响分割后的胚胎的恢复和进一步发育,如需做性别鉴定,还需
从 细胞取样做DNA分析。
【解题指南】解答本题时,注意题图中的结构出现了空腔,属于囊胚阶
段;掌握试管婴儿技术的关键技术。【解析】(1)①此时期的特点是含有一个空腔,即囊胚腔,所以称为囊
胚期。聚集在胚胎一端,个体较大的细胞称为内细胞团。②试管婴儿
的受精卵是在体外受精的,而其他发育过程还是在体内完成,因此试管
婴儿是正常有性生殖的结果;试管苗和克隆羊可以说都是利用体细胞
或体细胞核所具有发育成完整生物体的潜能进行无性生殖的结果。
③有些人认为那些配型不合适的胚胎被丢弃或杀死及滥用设计试管婴
儿技术(如设计婴儿性别等)引起性别比例失调,违反了伦理道德。(2)因为囊胚的内细胞团细胞分布并不均匀,因此要注意均等分割;滋养层将来发育成胎盘和胎膜,内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,从滋养层取细胞检测性别对胚胎发育影响小。
答案:(1)①囊胚 内 ②B、C ③破坏了人类正常性别比例,违反了伦理道德 (2)对内细胞团均等分割 滋养层【互动探究】(1)哺乳动物的胚胎发育到图示阶段时能否进行胚胎分割?为什么?
提示:能。因为此时期的细胞全能性较高,但要注意均等分割内细胞团。
(2)试管婴儿,设计试管婴儿与克隆人三者的生殖方式是否相同?
提示:不同。前两者采取体外受精,生殖方式为有性生殖,后者采用核移植技术,生殖方式为无性生殖。【补偿训练】“设计试管婴儿”与“试管婴儿”均用到了下列哪种生
物技术手段 ( )
A.核移植技术 B.体外受精技术
C.遗传学诊断技术 D.胚胎分割技术
【解析】选B。“试管婴儿”运用了体外受精技术、胚胎移植技术;
“设计试管婴儿”除涉及上述两种技术外,还要进行遗传学诊断,所以
两者均用到了体外受精技术。探究3 禁止生物武器
【研读教材·自主认知】
1.生物武器的种类(连线):2.散布途径:将病原体_____或者通过_____、___________等散布到
敌方,会对军队和平民造成大规模杀伤后果。
3.危害:
(1)致病菌:第二次世界大战期间,侵华日军在中国领土上修建了几十
座_________工厂,曾用数千名中国人做_____实验,还曾在中国20多
个地区使用了_________,造成几十万中国老百姓死亡;日本战败投降
时,侵华日军又一次把培养的细菌释放出来,在中国造成传染病大流行。直接食物生活必需品细菌武器活体细菌武器(2)生化毒剂:如_____________分子可以阻滞神经末梢释放_________,
从而引起肌肉麻痹。
(3)病毒:如_____病毒或某些动物的痘病毒。
(4)基因重组致病菌:这些致病菌是人类___________________,可让大
批受感染者突然发病,而又无药可医。肉毒杆菌毒素乙酰胆碱天花从未接触过的致病菌4.禁止生物武器公约:
(1)1972年4月10日,苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止试
制、生产和储存并销毁细菌(生物)和毒剂武器公约》(简称_________
_____________)。
(2)中国在任何情况下_______、_______、_______生物武器,并反对生
物武器及其技术和设备的扩散。《禁止生物武器公约》不发展不生产不储存【小判断】
(1)生物武器是致病微生物、生化毒剂和其他生物性物质的总称,可以
直接或间接通过食物、生活必需品等散布。 ( )
【分析】生物武器包括致病微生物、生化毒剂等,可以直接或通过食
物、生活必需品等散布到敌方。
(2)只注意环境消毒,不注意动植物灭菌不是防治生物武器的有效措施。
( )
【分析】防治生物武器,既要注意环境消毒,又要注意动植物灭菌,因
为动植物也可以成为传染源。√√(3)中国反对生物武器,但在特殊情况下也可以生产生物武器。( )
【分析】中国在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器。×【合作探究·核心归纳】
1.生物武器的作用途径有哪些?
提示:吸入、误食、皮肤接触、蚊虫叮咬等。
2.对待生物武器的态度与转基因安全性的态度有何不同?
提示:对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。对待转基因生物的安全性的态度是趋利避害,而不能因噎废食。3.生物武器与常规武器相比有哪些局限性?
提示:①生物武器主要指病原微生物,所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。
②生物武器的使用受地形、风向等多种因素的影响。
③生物武器的使用不易控制,使用不当可能会威胁己方的安全。【归纳总结】生物武器的杀伤特点
(1)致病力强,多数具有传染性:某些生物战剂只需少量病原体侵入人体,就能引起发病,如几十个热杆菌侵入人体就能致病。某些生物战剂,如鼠疫杆菌等,有很强的传染性,在一定条件下能在人与人之间传播,长期流行。
(2)污染面积广:生物战剂致病力强,气溶胶可随风飘散,在气象、地理条件适宜时,可造成大面积污染。(3)不易被发现:生物战剂气溶胶无色无味,加之多在黄昏、夜间、拂晓、多雾时秘密施放,不易被人发现。
(4)有一定的潜伏期:生物战剂致病需经几小时至几天的时间,在这期间被感染的人不会很快减弱工作能力。
(5)传播途径多:呼吸、饮食、皮肤接触、蚊虫叮咬等。
(6)受自然条件影响大:风速、气温对气溶胶传播有影响,大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。【过关小练·即时应用】
1.与常规武器相比,生物武器具有 ( )
①传染性强 ②污染面积广,不易被发现 ③有一定的潜伏期
④像核武器一样破坏建筑物 ⑤自然条件下的大雪、低温、干燥、日晒等不影响生物武器的杀伤力
A.①②③ B.②③④⑤
C.①②③④⑤ D.①②③④【解题指南】解答本题的关键是掌握生物武器的特点。
【解析】选A。生物武器不会像核武器那样破坏建筑物,但与常规武器相比,生物武器具有传染性强、污染面积广、不易被发现的特点,有一定的潜伏期,并且受自然条件影响大,大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。2.(2015·青岛高二检测)下列关于生物武器的叙述中,不确切的是
( )
A.生物武器造价昂贵,却是具有大规模杀伤性的武器
B.生物武器是致病微生物、毒素和其他生物活性物质的总称
C.生物武器可以直接或者通过食物、生活必需品等散布
D.生物武器一旦使用,将对军队和平民造成大规模的杀伤后果【解题指南】解答本题的思路如下:【解析】选A。生物武器包括病菌、病毒、生化毒剂,以及经过基因重组的致病菌等,与常规武器、核武器和化学武器相比成本低廉,容易获得。这些病原菌直接或者通过食物、生活必需品等散布到敌方,可以对军队和平民造成大规模的杀伤后果。【互动探究】生物武器是否也能对本国人民造成伤害?
提示:是。【补偿训练】生物武器主要通过以下哪些途径传播 ( )
①直接传播 ②食物传播 ③生活必需品传播 ④施用者人体传播
A.①② B.②③ C.①②③ D.①②③④
【解析】选C。正确解答该题首先应明确生物武器可以通过多种途径使人感染发病,如食入、经呼吸道吸入、蚊虫叮咬、皮肤接触等。然后从中概括出传播途径包括直接传播、食物传播和生活必需品传播等。课件61张PPT。4.2 关注生物技术的伦理问题
4.3 禁止生物武器一、克隆技术引发的伦理问题
1.不赞成克隆人的观点：
(1)严重违反了人类_________，冲击现有的婚姻、家庭和
_________等传统的伦理道德观念。
(2)克隆人是人为制造心理和_________上都不健全的人。
(3)克隆技术尚不成熟，可能孕育出有严重生理缺陷的孩子。伦理道德两性关系社会地位2.赞成克隆人的观点：
(1)克隆人是一项科学研究，应该允许科学家研究克隆人。
(2)现在的技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和_____
_______等方法解决。
3.中国政府观点：
(1)不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的
实验。
(2)不反对_______克隆。染色体检查治疗性二、设计试管婴儿引发的伦理问题
1.不符合伦理道德的观点：
(1)将试管婴儿当作人体零配件工厂，这是对生命的不尊重。
(2)抛弃或杀死配型不合适的多余胚胎，无异于“谋杀”。
(3)有人滥用_____________技术，如设计婴儿性别。设计试管婴儿2.符合伦理道德的观点：
(1)设计试管婴儿的目的是_________，它是最快、最好的方
法之一。
(2)提供_______________，不会对试管婴儿造成损伤。
(3)将_______利用起来，更符合伦理道德。
3.中国政府的观点：实施体外受精—胚胎移植及其衍生技
术必须获得卫生部的批准证书。救治患者骨髓造血干细胞脐带血三、基因检测引发的伦理问题
1.完全没有必要检测的理由：
(1)目前人们对_________及其相互作用缺乏足够的认识。
(2)人类多基因病既与基因有关，又与_____和生活习惯有关。
(3)有某种_________的人不一定患病。
(4)基因检测结果本身给受检者带来巨大的_________。
(5)个人基因资讯的泄露会造成遗传性失业大军和个人婚姻
困难，人际关系疏远等严重后果。基因结构环境致病基因心理压力2.支持基因检测的理由：
(1)一些遗传性疾病在后代中复现率很高，通过_________可
及早采取预防措施，适时进行治疗。
(2)对于_________现象，可通过正确的科学知识传播、伦理
道德教育和立法得以解决。
3.中国政府的观点：在卫生部批准的前提下有组织地进行。基因检测基因歧视四、生物武器
1.种类及实例(连线)：
2.散布途径：将病原体_____或者通过_____、___________等
散布到敌方，会对军队和平民造成大规模杀伤后果。直接食物生活必需品3.危害：
(1)致病菌：第二次世界大战期间，侵华日军在中国领土上修
建了几十座_________工厂，曾用数千名中国人做_____实验，
还曾在中国20多个地区使用了_________，造成几十万中国老
百姓死亡；日本战败投降时，侵华日军又一次把培养的细菌
释放出来，在中国造成传染病大流行。
(2)生化毒剂：如_____________分子可以阻滞神经末梢释放
_________，从而引起肌肉麻痹。
(3)病毒：如_____病毒或某些动物的痘病毒。
(4)基因重组致病菌：这些致病菌是人类___________的致病
菌，可让大批受感染者突然发病，而又无药可医。细菌武器活体细菌武器肉毒杆菌毒素乙酰胆碱天花从未接触过【微点拨】
1.伦理学家和科学家看待克隆人的角度有什么不同？
提示：伦理学家主要是从伦理学、社会学和心理学角度看问题，而科学家更多的是从科学的可行性和科学意义的角度看问题。
2.为什么克隆人的过程不遵循孟德尔的遗传定律？
提示：克隆人是无性生殖过程，而孟德尔遗传定律适用于有性生殖的生物个体在进行减数分裂产生配子的过程中。3.假如你是卫生部的官员，有一对夫妇为了生男孩而提出做试管婴儿的申请，你是否批准？理由是什么？如果是一对不孕夫妇呢？
提示：对于第一种情况申请不能批准，由于设计试管婴儿的性别，会破坏自然状态的性别比例，这是对试管婴儿技术的滥用，有悖于伦理道德。对于第二种情况可以批准，但是必须限制设计婴儿的性别。4.生物武器与常规武器相比有哪些局限性？
提示：①生物武器主要指病原微生物，所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。
②生物武器的使用受地形、风向等多种因素的影响。
③生物武器的使用不易控制，使用不当可能会威胁己方的安全。5.对待生物武器的态度与转基因生物的安全性的态度有什么不同？
提示：对待生物武器的态度是在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。对待转基因生物的安全性的态度是趋利避害，而不能因噎废食。1.对于生物技术引发伦理问题争论的原因是( )
A.经济效益不同 B.社会效益不同
C.价值观不同 D.法律、法规不同
【解析】选C。由于不同国家或地区科技和经济的发展水平不同，生物技术的发展水平也不相同，因此带来的社会效益和经济效益也各不相同，但这不是争论的根本原因。由于不同的文化背景、政治制度、宗教信仰决定人们具有不同的价值观，不同的价值观决定人们看待事物的态度不同，因此才发生伦理争论。2.所谓“设计试管婴儿”比一般所说的试管婴儿要多一步骤，此步骤是( )
A.体外受精 B.胚胎移植
C.基因检测 D.细胞核移植
【解析】选C。设计试管婴儿是通过体外受精获得许多胚胎，在植入母体子宫孕育前，根据人们的需要，将胚胎的细胞取出，进行某些基因检测，当检测结果符合人们需要时，再把胚胎植入母体子宫孕育。该技术比一般所说的试管婴儿多一步基因检测。3.基因检测的好处在于( )
A.及早采取预防措施，适时进行治疗
B.受检者带来巨大的心理压力
C.利于传染病治疗
D.可以预知未来
【解析】选A。基因检测的好处在于及早采取预防措施，适时进行治疗。4.中国政府的“四不原则”是针对哪项技术来讲的( )
A.克隆人
B.设计试管婴儿
C.转基因动物
D.基因组计划
【解析】选A。中国政府的态度是禁止生殖性克隆人，对其不赞成、不允许、不支持、不接受。5.引发伦理问题的生物技术包括( )
①克隆人 ②设计试管婴儿
③基因身份证 ④转基因生物
A.①② B.①②③
C.①②③④ D.④
【解析】选B。引发伦理问题的生物技术包括克隆人、设计试管婴儿、基因身份证，即涉及人自身的社会地位、家庭观念、两性关系等伦理方面；但不包括转基因生物、试管婴儿等。6.下列哪种生物不能作为生物武器( )
A.炭疽杆菌 B.伤寒杆菌
C.乳酸菌 D.天花病毒
【解析】选C。生物武器要有致病力和传染性，乳酸菌是一种有益细菌，不能作为生物武器。7.对于用重组基因技术制造的全新致病菌，以下说法不正确的是( )
A.受感染者会突然发病
B.受感染者无药可医
C.会造成极度恐慌
D.可以用疫苗预防
【解析】选D。由于全新致病菌是用重组基因技术制造的，而且从来没有出现过，所以无法得到相关的疫苗进行预防。8.下列关于《禁止生物武器公约》的描述中不正确的是( )
A.不发展、不生产生物武器
B.反对生物武器及其技术和设备的扩散
C.不储存生物武器
D.可储备少量的生物武器，以备急用
【解析】选D。《禁止生物武器公约》要求在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。一、克隆技术引发的伦理问题
1.克隆人的培育过程：2.治疗性克隆和生殖性克隆比较：【易错提醒】
动物克隆时受体细胞的选择
在进行动物克隆时，一般要选择去核的卵细胞作为受体细胞，这是因为卵细胞体积大，易操作，且含有诱导体细胞核表达全能性的因子。1.下列叙述不正确的是( )
A.克隆技术是一种无性生殖
B.试管婴儿属于克隆
C.克隆利用动物细胞核的全能性
D.试管婴儿技术既有有利的一面，也有负面影响【解题关键】解答本题需要注意两点：
(1)克隆技术利用动物细胞核的全能性，属于无性生殖。
(2)试管婴儿技术涉及精子与卵子结合，属于有性生殖。
【解析】选B。克隆人是通过核移植技术得到新个体，利用了动物细胞核的全能性，属于无性生殖方式；试管婴儿是在体外将精子和卵子结合形成受精卵，经过培养及胚胎移植而得到的婴儿，属于有性生殖方式。试管婴儿技术可以解决不孕不育问题，但是如果该技术不规范，可能会出现多胞胎、胎儿损伤以及早产等后果。2.未来临床“治疗性克隆”将是胚胎干细胞(ES细胞)造福人类的一种非常重要的途径。下图所示为人类“治疗性克隆”的大体过程，请据图回答下列有关问题：(1)人类“治疗性克隆”属于生物工程的 技术。
(2)科学家将患者的体细胞的细胞核植入去核的卵细胞中，而不直接用体细胞进行细胞培养的原因是? ?
? ? 。
(3)“治疗性克隆”中相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本质原因是基因 的结果，在胚胎发育中，该过程开始发生于 期。
(4)按上述方法克隆器官移植方面的主要优点是? ?
。【解题关键】解答本题关键是掌握治疗性克隆的概念、过程、技术手段；熟悉胚胎发育的知识，了解我国对生殖性克隆和治疗性克隆的态度。【解析】(1)治疗性克隆需应用核移植、动物细胞培养等技术手段，因而属于细胞工程技术。
(2)在目前技术条件下，动物体细胞核在体细胞中还不能表达全能性，而卵细胞的细胞质可以提供体细胞核表达全能性的环境。因而科学家将患者的体细胞核植入去核的卵细胞中，而不是直接用体细胞进行细胞培养。
(3)相同的胚胎干细胞经诱导，可分化为不同组织细胞，如胰岛细胞、血细胞、心肌细胞等，其本质原因是基因选择性表达的结果。在胚胎发育过程中，细胞开始分化发生于囊胚期。(4)通过图示方法形成的克隆器官，细胞核是患者提供的，无免疫排异反应，可以解决临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
答案：(1)细胞工程
(2)体细胞核在体细胞中不能表现全能性，而卵细胞的细胞质可以提供体细胞核表达全能性的环境
(3)选择性表达 囊胚
(4)解决了临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题二、试管婴儿和基因检测引发的伦理问题
1.试管婴儿与设计试管婴儿：
(1)试管婴儿。
①含义：将精子和卵子从人体内取出来，通常在试管中完成精卵结合，形成受精卵，然后在试管中培养至早期胚胎，并移植到“代孕母亲”的子宫内，继续发育至诞生。②过程。(2)设计试管婴儿。
①含义：在试管婴儿培育的技术基础上，在早期胚胎移入母体子宫之前，对胚胎进行遗传学诊断，如诊断血型、诊断性别和诊断HLA的类型等，有选择地把胚胎植入母体子宫，以达到生出所需类型婴儿的一种技术手段。②过程：(3)两者比较：2.基因检测：
(1)含义：基因检测是从血液、其他体液或细胞中检测一个人的DNA的技术。
(2)作用。
①基因检测可以诊断疾病：应用最广泛的基因检测是新生儿遗传性疾病的检测，遗传疾病的诊断和某些常见病的辅助诊断。目前有一千多种疾病可以通过基因检测技术做出诊断。
②用于疾病风险的预测：通过基因检测可以及早采取预防的措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。(3)方法：检测的时候，先把受检者的基因从血液、其他体液或细胞中提取出来。然后用可以识别可能存在突变的基因的引物和PCR技术将这部分基因复制许多倍，复制后，有许多方法可以判断这部分基因是否存在突变。例如，用有特殊标记物的突变基因探针检测、酶切法和基因序列检测法等。(4)存在问题。
①目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识，要想通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的。
②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的心理压力。
③个人基因资讯的泄露会造成基因歧视。
(5)解决的办法：对于基因歧视现象，可以通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决。【易错提醒】
克隆人、试管婴儿与设计试管婴儿的辨析
(1)克隆人的早期胚胎形成是通过细胞核移植，形成重组细胞培养得到的，过程中没有减数分裂和受精作用，属于无性生殖。
(2)试管婴儿培育过程进行受精作用，属于典型的有性生殖，只是受精过程和早期胚胎发育发生在体外。
(3)设计试管婴儿技术重在设计，“设计”的含义是进行遗传学诊断，包括诊断血型、性别和HLA等，且“设计”的时间应在胚胎移植之前。1.试管婴儿技术是通过将不孕夫妇的精子和卵子取出在试管中完成受精，并培养使其发育到早期胚胎时期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。据此回答：(1)试管婴儿技术在生物学上所依据的原理是( )
A.有性生殖 B.组织培养
C.克隆技术 D.基因工程
(2)“试管婴儿”的形成用到下列哪些技术？ (填序号)。
①体外胚胎培养 ②人工授精 ③胚胎移植 ④核移植
(3)人的受精卵通过卵裂，逐渐形成大量形态、功能不同的细胞、组织，进而形成器官和系统。从细胞水平看，卵裂的分裂方式是 。
(4)要得到“同卵双胞胎”，采用的技术是 ；双胞胎的性别是否相同？ 。【解题关键】解答本题需关注两点：
(1)试管婴儿形成使用的生物技术。
(2)理解试管婴儿培育的原理与过程。【解析】(1)试管婴儿是在体外完成受精，培养至早期胚胎，再进行胚胎移植，在生殖方式上为有性生殖。(2)试管婴儿的形成要用到体外胚胎培养、人工授精和胚胎移植等技术。
(3)卵裂期的细胞是以有丝分裂的方式进行增殖的。(4)用胚胎分割技术可以得到“同卵双胞胎”，由于细胞内遗传物质相同，所以双胞胎的性别应该相同。
答案：(1)A (2)①②③ (3)有丝分裂
(4)胚胎分割 相同2.虽然人们知道基因和疾病之间存在一定联系，但有些人仍然反对进行基因检测。下列哪项不是这些人反对基因检测的原因
( )
A.基因检测可能破坏自身的基因结构
B.存在某种致病基因并不意味着一定患病
C.有些遗传病即使检测出，也不能得到有效治疗
D.检测结果可能会给受检测的人带来心理压力【解题关键】解答本题的关键是：
(1)理解基因检测的含义。
(2)明确基因检测的用途。【解析】选A。首先明确反对基因检测的理由：①由于科学发展水平的限制，目前人们对基因的相互作用以及基因的调控机制没有完全了解，并且有些疾病产生的原因不是基因的不正常，而是基因表达的蛋白质在加工修饰过程中出现错误导致的；②人类的多基因遗传病不仅仅由基因决定，还受环境影响，也与生活习惯有关；③检测结果会给受检测的人带来心理压力。综合上述理由，只有A项不是反对基因检测的原因。三、生物武器及其种类
1.生物武器的概念：生物战剂及施放它的武器、器材总称为生物武器，生物战剂是指在战争中使人、畜致病，毁坏农作物的微生物及毒素。2.生物武器的杀伤特点：
(1)致病力强，多数具有传染性：某些生物战剂只需少量病原体侵入人体，就能引起发病，如几十个热杆菌侵入人体就能致病。某些生物战剂，如鼠疫杆菌等，有很强的传染性，在一定条件下能在人与人之间传播，长期流行。
(2)污染面积广：生物战剂致病力强，气溶胶可随风飘散，在气象、地理条件适宜时，可造成大面积污染。(3)不易被发现：生物战剂气溶胶无色无味，加之多在黄昏、夜间、拂晓、多雾时秘密施放，不易被人发现。
(4)有一定的潜伏期：生物战剂致病需经几小时至几天的时间，在这期间被感染的人不会很快减弱工作能力。
(5)传播途径多：呼吸、饮食、皮肤接触、昆虫叮咬等。
(6)受自然条件影响大：风速、气温对气溶胶传播有影响，大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。【思维拓展】
生物战剂侵入人体的四条途径
(1)吸入：生物战剂污染空气，通过呼吸道吸入，感染致病。
(2)误食：食用被生物战剂污染的水、食物而得病(如霍乱、痢疾等)。
(3)皮肤接触：生物战剂如炭疽杆菌、鼠疫杆菌，可以直接或间接经过皮肤、黏膜、伤口进入人体。
(4)昆虫叮咬：人被带有生物战剂的昆虫叮咬后，会使血液被污染而致病。1.某电视剧中有这样一组镜头：在一支八路军拼命抵抗下，日本军队几番猛攻都没有突破我军的防线，他们竟然惨无人道地使用一种生物武器，顿时使我部分军官晕倒在地，试想此时日军使用的生物武器是哪一种( )
A.炭疽杆菌 B.霍乱菌
C.天花病毒 D.生化毒剂【解题关键】阅读题干、提取信息，明确生化毒剂对神经系统的作用原理。
【解析】选D。八路军战士受到生物武器攻击后，顿时晕倒在地，丧失战斗力，这有可能是对神经系统所起的作用，如肉毒杆菌毒素属于生化毒剂，可以阻滞神经末梢释放乙酰胆碱，而引起肌肉麻痹，所以日军使用的生物武器为生化毒剂。2.与常规武器相比，生物武器具有( )
①传染性强
②污染面积广，不易被发现
③有一定的潜伏期
④像核武器一样破坏建筑物
⑤自然条件下的大雪、低温、干燥、日晒等不影响生物武器的杀伤力
A.①②③ B.②③④⑤
C.①②③④⑤ D.①②③④【解题关键】解答本题的关键是掌握生物武器的特点。
【解析】选A。生物武器不会像核武器那样破坏建筑物，但与常规武器相比，生物武器具有传染性强、污染面积广、不易被发现的特点，有一定的潜伏期，并且受自然条件影响大，大雪、低温、干燥、日晒等，能加速病菌的消亡。【方法规律】关于常规武器和生物武器的判断
(1)常规武器是核武器、化学武器、生物武器等大规模杀伤、破坏武器以外的武器，它是进行战争的基本手段。
(2)生物武器是以生物战剂杀死有生力量和毁坏植物的武器统称。具有局限性，容易受到温度、地形、风向等多种条件的影响。【变式备选】下列关于生物武器的叙述中，不确切的是( )
A.生物武器造价昂贵，却具有大规模杀伤性
B.生物武器包括致病微生物、毒素和其他装置
C.生物武器可以直接或通过食物、生活必需品等途径散布
D.生物武器一旦使用，将对军队和平民造成大规模的杀伤后果【解析】选A。生物武器是生物战剂及其施放装置的总称，它不仅成本低、杀伤力强，而且持续时间长，可以直接通过皮肤、附着在食物上等形式传播，对军队和平民造成大规模的杀伤后果。课件21张PPT。阶段复习课
专题1【答案速填】
①限制酶
②载体
③基因表达载体的构建
④目的基因的检测与鉴定
⑤转基因植物
⑥基因工程药物
⑦对基因改造一、DNA重组技术的基本工具
1.与DNA分子有关的酶:
(1)几种酶的比较:(2)DNA连接酶和DNA聚合酶的区别。
①DNA聚合酶的作用对象是游离的脱氧核苷酸,能够将游离的脱氧核苷酸连接到已存在的DNA片段上;DNA连接酶是连接两个已存在的DNA片段成为一个整体。
②DNA连接酶不需要模板,DNA聚合酶发挥作用需要模板。
③DNA连接酶应用于将目的基因与载体连接起来形成重组DNA;DNA聚合酶可用于获取目的基因。 2.载体:
(1)作用。
①作为运载工具,将目的基因转移到受体细胞内。
②利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
(2)具备的条件。
①能在受体细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接。
③具有特殊的标记基因,以便进行筛选。(3)种类。
①质粒:一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,能够自我复制的很小的双链环状DNA分子。
②λ噬菌体的衍生物。
③动植物病毒。【特别提醒】
限制酶使用的四个易错点提醒
(1)限制酶断裂的是磷酸二酯键,而不是两个碱基之间的氢键。
(2)获取目的基因和切割载体时一般使用相同的限制酶,目的是产生相同的黏性末端以便于连接。
(3)获取一个目的基因需限制酶剪切两次,分别在目的基因的两端,共产生4个黏性末端或平末端。
(4)限制酶切割位点的选择必须保证至少一个标记基因的完整性,以便于进行筛选。【训练1】下列关于各种酶作用的叙述,不正确的是 ( )
A.DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接
B.RNA聚合酶能与基因的特定位点结合,催化遗传信息的转录
C.一种DNA限制酶能识别多种核苷酸序列,切割出多种目的基因
D.反转录酶可以用于获得目的基因【解析】选C。DNA连接酶的作用是形成磷酸二酯键;RNA聚合酶能以DNA的一条链为模板转录形成相应的mRNA;一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并断裂特定两个核苷酸之间的磷酸二酯键;在反转录法获取目的基因时要用到反转录酶。二、基因工程的基本操作程序
1.PCR技术和DNA复制的比较:2.基因表达载体的构建:3.将目的基因导入受体细胞:4.目的基因的检测与鉴定:【训练2】(2015·汕头高二检测)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。下图是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题:(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和_____
。
(2)①过程需要的酶有 、 。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外,还必须含有启动子、终
止子和 ,这样才能构成一个完整的基因表达载体。(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的 ,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入到受体细胞C2中的 上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水平上可用 法进行检测,如果出现杂交带,说明目的基因已经表达蛋白质产品,转基因莴苣培育成功。【解析】(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。(2)①过程为基因表达载体的构建过程,需要用到限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用,将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上,进而使目的基因能够稳定遗传和表达。在分子水平上检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。答案:(1)(用反转录等方法进行)人工合成
(2)限制酶 DNA连接酶 (3)标记基因
(4)转化作用 染色体DNA 抗原—抗体杂交课件21张PPT。阶段复习课
专题2【答案速填】
①脱分化
②愈伤组织
③杂种细胞
④胰蛋白酶处理
⑤原代培养
⑥胚胎移植
⑦骨髓瘤细胞
⑧杂交瘤细胞一、植物组织培养和动物细胞培养的比较【特别提醒】
植物组织培养和动物细胞培养中的三个易错点
①植物组织培养和动物细胞培养都存在细胞的培养过程,
但植物细胞先分裂再分化,而动物细胞只分裂不分化。
②区分原代培养和传代培养的关键为是否分瓶培养。贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理,然后再分瓶培养,原代培养结束,开始传代培养。
③经植物组织培养成的植株与母体植株完全相同,而动物细胞核移植得到的个体与供体大部分性状相同,也有部分性状与受体相同。【训练1】(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【解题指南】解答本题应注意区分以下两点:
(1)动物细胞培养和植物组织培养的原理不同。动物细胞培养依据的是细胞的增殖,植物组织培养的原理是细胞的全能性。
(2)动物细胞培养和植物组织培养的结果不同。植物组织培养既可获得细胞或细胞产物,也可获得所需个体;动物体细胞培养不能获得个体。【解析】选B。本题考查动物细胞培养和植物组织培养的条件及有关细胞工程的应用等知识。动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同,如动物细胞培养的培养基需加入动物血清,而植物组织培养则不需要,A正确;动物细胞培养需要加入胰蛋白酶,使组织细胞分散开,而植物组织培养则不需要胰蛋白酶,B错误;植物组织培养可产生新个体,而动物体细胞培养不能得到个体,C正确;把一定浓度的有毒物质加入培养动物细胞的培养基中,然后观察染色体的变异情况可确定该有毒物质的毒性,植物组织培养可培育脱毒植株,D正确。二、植物体细胞杂交和动物细胞融合【特别提醒】
①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。 ②植物体细胞杂交后的细胞具有全能性,动物细胞融合后的细胞没有全能性。【训练2】下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较,描述正确的是 ( )
A.动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同
B.两者都可以跨越种属间生殖隔离的屏障,培育新物种
C.利用植物体细胞杂交技术而发展起来的杂交瘤技术,为生产单克隆抗体开辟了新途径
D.目前科学家终于实现了两个植物物种间的体细胞杂交,得到了同时具有两个物种遗传物质的超级植物,并使它们的性状全部得以体现【解析】选A。动物细胞融合与植物原生质体融合都依赖于细胞膜的流动性;植物体细胞杂交可以跨越种属间生殖隔离的屏障,培育出新物种,但动物细胞融合却不能,动物细胞融合尚不能得到完整的动物个体;利用杂交瘤技术生产单克隆抗体是通过动物细胞融合所得细胞的培养实现的,而不是通过植物体细胞杂交技术;通过植物体细胞杂交技术可以实现两个植物物种间的体细胞杂交,得到同时具有两个物种遗传物质的超级植物,但还不能使两个物种的性状全部得以体现。三、动物体细胞核移植与克隆动物
1.原理:动物体细胞核具有全能性。
2.过程:3.结果:产生新个体。
4.选卵母细胞作受体细胞的原因:
(1)大,易操作。
(2)卵黄多,营养丰富,为发育提供充足的营养。
(3)能激发重组细胞分裂、分化。
5.用到的技术手段:动物细胞培养、动物细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植。【特别提醒】
核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本并不完全相同
①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本,所以与植物组织培养(只来自一个亲本)不同,克隆动物的遗传物质来自两个亲本。
②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。
③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。【训练3】世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如图所示。请看图后回答:(1)写出图中a、b所指的技术手段名称:
a ,b 。
(2)实施细胞工程a时,所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因除
了它体积大、易操作、营养物质丰富外,还因为它________________
。
(3)“多利”面部的毛色是 ,请根据遗传学原理说
明判断的原因: 。【解析】(1)本小题考查对细胞核移植和胚胎移植概念的认识。(2)以卵细胞作为受体细胞,最主要的是卵细胞中具有启动核基因表达的信息分子,能够使已经高度分化的细胞核脱分化。(3)“多利”面部的毛色是白色,因为多利的全部细胞核基因来自白面绵羊。
答案:(1)核移植 胚胎移植
(2)具有使细胞全能性表达的物质
(3)白色 “多利”的全部细胞核基因来自白面绵羊课件31张PPT。阶段复习课
专题3【答案速填】
①胚胎分割
②获能
③卵裂
④桑椹胚
⑤原肠胚
⑥胚胎发育
⑦胚胎移植一、体内受精和早期胚胎发育
1.精子和卵子的发生及体内受精:2.早期胚胎发育:
(1)过程:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
(2)图示:【特别提醒】
(1)精子获能是指精子获得受精能力,而不是获得能量。
(2)排卵指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出。
(3)受精标志≠受精完成的标志。【训练1】(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【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)卵细胞的形成过程:卵原细胞经过染色体复制后成为初级卵母细胞,经过减数第一次分裂后成为次级卵母细胞,次级卵母细胞进行减数第二次分裂形成卵细胞。
(2)细胞分裂过程中染色体的数目变化:初级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵,它们在细胞分裂后期的染色体组数依次为:2、2、4。【解析】选C。本题综合考查卵细胞的形成过程,涉及基因工程、细胞分裂过程中染色体数目变化等相关内容和学生理解识图的能力。A项中,据图可知,初级卵母细胞形成次级卵母细胞的过程需要促性腺激素的调节,故正确;B项中,细胞Ⅲ为次级卵母细胞,减数第二次分裂是在输卵管中伴随着受精作用完成的,故正确;C项中,Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别为初级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵,它们在细胞分裂后期的染色体组数依次为:2、2、4,染色体数目不同,故错误;D项中,动物细胞的受精卵全能性高,因此培育转基因动物常用受精卵作为受体细胞,故正确。【训练2】(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
【解题指南】解答本题的关键应明确两点:
(1)本题考查高等哺乳动物的受精和胚胎发育。
(2)熟练掌握胚胎发育各个阶段的特点。【解析】选A。具体分析如下:二、胚胎移植与胚胎分割移植的比较【特别提醒】
(1)不同动物胚胎移植的时间不同。
①牛、羊一般要培养到桑椹胚或囊胚阶段。
②小鼠、家兔等实验动物在桑椹胚前。
③一般不会到原肠胚阶段移植,因为此时分化程度高,移植成功率低。
(2)胚胎分割的最佳时期也是在囊胚或桑椹胚时期。【训练3】胚胎移植的基本程序如图,请据图回答下面的问题:(1)图中a、b、c过程分别是指 、 、 。
(2)胚胎干细胞是从哺乳动物 或 中分离出来的细胞,
简称ES或EK细胞,这类细胞的形态特征有 ,
且具有发育的 。
(3)你认为胚胎移植技术在生产实践中的主要意义是______________
。【解题指南】解答本题的关键:
胚胎移植的基本程序主要包括:①对供、受体的选择和处理;②配种或人工授精;③对胚胎的收集、检查、培养或保存;④对胚胎进行移植;⑤移植后的检查等。【解析】(1)图中a表示超数排卵,b表示冲卵,c表示胚胎移植。(2)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞。这类细胞在形态上,体积小,细胞核大,核仁明显;在功能上,具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)胚胎移植技术在生产实践中的主要意义是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
答案:(1)超数排卵 冲卵 胚胎移植
(2)早期胚胎 原始性腺 体积小,细胞核大,核仁明显 全能性
(3)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力【训练4】(2012·山东高考改编)毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIFⅡ)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。(1)过程①中最常用的运载工具是 ,所需要的酶是限制酶和 。
(2)在过程②中,用 处理,将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中,将成纤维细胞置于5% CO2的气体环境中,CO2的作用是 。
(3)在过程③中,用 处理以获取更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行 处理。【解题指南】解答本题的关键是:
(1)了解基因工程的工具。
(2)了解动物细胞工程和胚胎工程中的一般技术方法和注意事项。【解析】(1)过程①为基因工程的步骤之一,最常用的运载工具为质粒,在此过程中所需的酶是限制酶和DNA连接酶。(2)过程②为动物细胞工程中的动物细胞培养,要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理组织使其分散成单个细胞;CO2的作用是维持培养液的pH。(3)过程③为动物细胞工程中的核移植技术,用促性腺激素处理可以获得更多的卵(母)细胞;成熟卵细胞在核移植前需要进行去核处理。答案:(1)质粒 DNA连接酶
(2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 维持培养液的pH
(3)促性腺激素 去核三、克隆动物、试管动物、转基因动物的异同(以羊为例)
1.产生过程:
(1)克隆羊。(2)试管羊。
(3)转基因羊。2.比较三种技术:【特别提醒】
(1)试管动物的培育属于有性生殖,而克隆动物的获得属于无性生殖。 (2)最后阶段都利用胚胎移植技术获得新个体,移植所选胚胎一般是发育到原肠胚之前的桑椹胚或囊胚。【训练5】(2015·临沂高二检测)吉林大学农学部奶牛繁育基地成功培育出一头携带转入赖氨酸基因的克隆奶牛(培育过程如下图)。这也是世界首例赖氨酸转基因克隆牛,标志着世界克隆技术的又一次突破。请回答下列问题:(1)图中的a为 技术,b为 技术,c为______
技术。
(2)在b过程中需要获取卵母细胞。去核前,卵母细胞要培养至______
(时期)。d过程需要将接受克隆胚胎的母牛进
行 。
(3)如果要提高克隆牛的数量,从胚胎工程的角度考虑可采取在克隆胚
胎发育的 时期采用 技术。为保证获取的胚
胎正常发育,需要 。【解析】(1)将外源基因导入受体细胞中,该过程运用了转基因技术,b是细胞核移植技术;c是早期胚胎培养技术。
(2)卵母细胞要培养至减数第二次分裂中期才具有受精的能力。进行胚胎移植需要对供体和受体进行同期发情处理。
(3)胚胎分割采用桑椹胚或囊胚时期的胚胎,为保证获取的胚胎正常发育,需要将内细胞团均等分割。
答案:(1)转基因(基因工程) 核移植 早期胚胎培养
(2)减数第二次分裂中期 同期发情处理
(3)桑椹胚或囊胚 胚胎分割 将内细胞团均等分割课件25张PPT。阶段复习课
专题4
专题5(1)生物技术的安全性和伦理问题:【答案速填】
(1)①食物安全
②生物安全
③环境安全
④设计试管婴儿技术
⑤禁止生物武器公约(2)生态工程:(2)①物质循环再生
②物种多样性
③协调与平衡
④系统学和工程学
⑤农村综合发展型生态工程
⑥湿地生态恢复工程
⑦小流域综合治理生态工程
⑧城市环境生态工程
⑨生态经济一、转基因生物的安全性问题
1.转基因生物存在安全性问题的原因:
(1)目前对基因的结构、基因的调控机制及基因间的相互作用了解有限。
(2)目的基因往往是异种生物的基因。
(3)外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。2.理性看待转基因生物:
(1)转基因生物的优缺点:(2)对待转基因生物的正确态度。
①对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的,关键是社会应有正确的舆论导向,从而促进科学技术的发展。
②国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。
③在转基因生物或其产品研究过程中,科学家要自觉遵守科学研究道德。【训练1】下列关于转基因植物的叙述,正确的是 ( )
A.转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中
B.转入抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D.如果转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性问题【解析】选A。转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中,A正确;由于植物与害虫间是相互选择的,转入抗虫基因的植物可使昆虫群体抗性基因频率增加,B错误;动物生长激素基因转入植物后也能表达,C错误;转基因技术的安全性问题,要通过验证才能得到证实,D错误。二、比较三种生物技术的伦理问题【易错提醒】
(1)引发伦理问题的生物技术包括克隆人、设计试管婴儿、基因身份证,即涉及人自身的社会地位、家庭观念、两性关系等伦理方面,但不包括转基因生物、试管婴儿等。
(2)利用转基因技术制造的全新致病菌比一般的生物武器危害性大,其原因是人类从未接触过这种致病菌,体内无相应的抗体和记忆细胞,而且无药可治。【训练2】请阅读下列材料回答问题。
材料1:2009年1月27日,世界医学界“再生医疗”领域学者们的目光聚焦于中国烟台。由烟台毓璜顶医院李建远教授带领的科研团队,成功克隆出5枚符合国际公认技术鉴定指标的人类囊胚。这标志着中国成为继美国之后,第二个掌握世界尖端的人类胚胎克隆技术的国家。材料2:“再生医疗”是一种修复人体组织或器官的技术,是指利用需要进行器官或组织移植病人的体细胞进行克隆,构建重组胚胎;取胚胎干细胞。“再生医疗”使移植成功率的大幅提高成为可能,并能够解决目前临床移植所需器官和组织来源不足、配型难等问题。
材料3:近年来,动物克隆研究工作不断取得新的进展,克隆羊、克隆牛、克隆猴等动物不断诞生,而由此也引发了政治、宗教等各界关于克隆的伦理争议。(1)“再生医疗”构建重组胚胎的过程中所用的受体细胞是________
。
(2)“再生医疗”的最基础技术是 技术。
(3)“再生医疗”能使移植成功率大幅提高的原因在于____________
。
(4)胚胎干细胞具有全能性的根本原因是________________________
。胚胎干细胞能分化出各种
组织器官的实质是 。(5)胚胎干细胞除了功能上具有发育的全能性特点以外,其结构上还有
________________________的特点。
(6)我国政府对待克隆人的态度是: ,但是______
。【解题指南】解答本题的关键是:将细胞工程、胚胎工程的基本技术
及生物技术中的伦理问题等一些有关的知识点结合起来。
【解析】(1)动物体细胞全能性的表达目前必须借助卵母细胞的细胞
质才能实现。(2)“再生医疗”构建重组胚胎的过程中要用到动物细
胞培养技术。(3)“再生医疗”产生的器官或组织的基因与患者基因
完全一致,避免了异体组织和器官移植过程中难以克服的免疫排斥反
应。(4)细胞全能性的原因是:具有本物种全套的遗传信息。细胞分化
的本质是:基因的选择性表达。(5)胚胎干细胞的结构特点:体积小,细
胞核大,核仁明显等。(6)我国禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆。答案:(1)去核卵母细胞
(2)动物细胞培养
(3)此过程产生的器官或组织的基因与患者基因完全一致,避免了异体组织和器官移植过程中难以克服的免疫排斥反应
(4)胚胎干细胞中具有一整套遗传信息 基因的选择性表达
(5)体积小,细胞核大,核仁明显
(6)禁止生殖性克隆 不反对治疗性克隆三、生态工程的实例分析【易错提醒】
污染物并不是不能利用的资源
对环境造成危害的污染物,采取一定的措施和技术,就能够进行回收和利用,这样不但能减少环境污染,而且提高了资源利用率,减少了资源的浪费。【训练3】在社会主义新农村建设中,某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。在生产总量不断提高的同时,该县坚持在发展中解决环境问题,优化生态环境,实现资源的最大化利用,走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。请分析图示回答问题。(1)该生态工程所遵循的基本原理是(至少写2种)_________________
。
(2)该生态系统的能量流动从__________________________________
开始,图中属于消费者的生物有________________________________
。
(3)与传统农业生态系统相比,该生态系统更能净化环境,主要原因是
。【解析】(1)本题中提到的农业生态系统中秸秆等可以循环往复再利用,能量可以多级利用,涉及物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理等。
(2)各种农作物之间相互协调,使流经该生态系统的能量被充分利用。流经该生态系统的总能量是桑等生产者固定的太阳能,各级动物是该生态系统的消费者。
(3)与传统农业相比,该生态农业可以实现废弃物的再利用和能量的多级利用。答案:(1)物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理(任写两种即可)
(2)桑等生产者固定的太阳能 蚕、禽、畜
(3)粪便等“废弃物”被及时利用
