2017-2018年生物人教版选修3同步教学课件（21份）

课件67张PPT。专 题 一基 因 工 程〔趣 味 导 学〕
当人们的许多奇思妙想成为现实后，又有人想出了天方夜谭式的神话，能否让水稻植株也能够固定空气中的氮？能否让细菌也能够吐出蚕丝？能否让微生物也能够生产出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？想创造这些生物新品种，你认为能实现吗？
〔专 题 概 述〕
本专题包括了“DNA重组技术的基本工具”、“基因工程的基本操作程序”、“基因工程的应用”及“蛋白质工程的崛起”，另外还在专题开始回顾了基因工程的诞生和发展历程。教材首先讲述了基因工程的概念、基本工具，在此基础上又讲述了基因工程的基本操作程序，让我们对基因工程有了一个较完整的认识。基因工程的应用则主要从植物基因工程、动物基因工程和基因治疗等几个方面进行了阐述。这样不仅可以使我们充分了解基因工程的最新进展，更重要的是以此激发我们学习生物学的兴趣，培养科学探索精神和奉献精神。
在本专题内容中，DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序是近年高考中经常涉及的重点内容，也是难点。在这些知识中，往往用遗传学的基本知识分析生物技术的原理的能力，并对一些社会焦点和热点问题理解和分析能力，认识科学技术的发展所带来的双重影响。
〔学 法 指 导〕
本专题内容较为抽象，在学习时应注意：1．应联系前面已经学过的DNA的结构和功能、半保留复制、中心法则、遗传密码等知识，有助于理解DNA重组技术的基本工具、操作步骤及应用。
2．需要认真阅读教材中的每个图解，充分发挥想像力，将抽象内容具体化。
〔专 题 重 点〕
基因工程所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。
〔专 题 难 点〕
基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。第一节　DNA重组技术的基本工具自 主 学 习一、基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过①_____________和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在②______水平上进行设计和施工的，因此又叫做③_____________。
二、DNA重组技术的基本工具
1．工具简介
(1)“分子手术刀”——④__________________
(2)“分子缝合针”——⑤___________
(3)“分子运输车”——⑥________________________体外DNA重组 分子 DNA重组技术 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 基因进入受体细胞的载体 2．限制性核酸内切酶
(1)来源：主要是从⑦__________中分离纯化出来的。
(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的⑧____________断开，因此具有⑨______性。大多数限制酶的识别序列由⑩___个核苷酸组成。经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：?__________和?________。前者是限制酶在它识别序列的?____________将DNA的两条链切开产生的，后者是限制酶在它识别序列的?__________切开产生的。原核生物 磷酸二酯键 专一 6 黏性末端 平末端 中轴线两侧 中轴线处 E·coliDNA连接酶 T4噬菌体 磷酸二酯 黏性末端 平末端 黏性末端 平末端 比较低 有一个至多个限制酶切割位点 有特殊的遗传标记基因 质粒 动植物病毒 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 自我复制
1．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点？
提示：专一性
2．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，就会影响受体细胞的生命活动，甚至破坏受体的生命活动。？思考 1．基因工程的原理是基因重组，不过在这里这种变异是定向的。(　　)
2．DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。(　　)
分析：注意是“工具酶”，载体不是酶。
3．DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。(　　)
分析：DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上，即一个一个地往上“聚”，而DNA连接酶连接的是DNA片段，即一片一片地“连”。判断题 √　× 　×　4．限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。(　　)
分析：限制酶切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身细胞的目的。
5．DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA。(　　)
分析：DNA连接酶连接的是磷酸二酯键，而不是氢键。
6．DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。(　　)
分析：E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。×　×　×　
7．载体的种类有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。 (　　)
8．DNA连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端，故该酶没有专一性。(　　)
分析：任何酶都具有专一性。酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，黏性末端相连接属于一类合成反应。
√　×　新 知 解 读1．对基因工程的理解知识点一　基因工程的概念
2．基因工程得以实现的理论基础
①所有生物的DNA都是以4种脱氧核苷酸为基本单位，构成独特的双螺旋结构，这为不同种生物DNA拼接成功提供物质基础。
②所有生物共用一套遗传密码子，为某生物的基因能够在其他生物细胞内正常指导蛋白质的合成提供可能。
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：(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。知识贴士 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．①②③⑤⑥⑦C　
[解析]　基因工程是对现有基因的剪切和重组，并没有对基因进行改造，也不是要合成新的DNA。
〔变式训练　1〕下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是(　　)
A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的
B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能
C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据
D．基因工程必须在同物种间进行
[解析]　基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物的遗传性状。D　1．限制性核酸内切酶
(1)来源：这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)种类：迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。
(3)特点：①主要切割外源DNA，而对自身的DNA不起作用，达到保护自身的目的；②只能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列；③只能在特定的部位进行切割。
(4)结果：形成黏性末端或平末端。
(5)实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。知识点二　基因工程的工具
①若限制酶切割后形成的是黏性末端，则形成的两个黏性末端是反向重复序列。
②大多数限制酶的识别序列为6个核苷酸组成，例如EcoRI、SmaI限制酶识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。知识贴士[解析]　分析以上4个DNA片段，可清楚分析出①③为平末端，连接酶应用T4DNA连接酶；②④为黏性末端且相同，连接时应用E·coliDNA连接酶。③ 平 T4DNA连接酶 ② ④ 黏性 E·coliDNA连接酶　 〔变式训练　2〕已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如右图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是(　　)
A．3　　　　　 B．4
C．9　　　　 D．12C　[解析]　每一种限制酶切割DNA后会留下特异性的黏性末端，同时一次切割后，会把DNA分割成两个片段，且不同的限制酶切后的片段不一样，如果将题图中的三个切割位点自左至右依次标为甲、乙、丙，只在甲处切，可产生两个片段，即a和右边的b＋c＋d段，如果只在乙处切，就有a＋b和c＋d段，如果只在丙处切，就有a＋b＋c和d段，在甲、乙两处同时切，就有a、b和c＋d段，在乙、丙处同时切，就有a＋b和c、d段，在甲、丙两处同时切，就有a、b＋c、d段三种片段，在甲、乙、丙三处同时切，就有a、b、c、d四种片段。所以本题应该选C。(1)作用：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。
(2)作为载体必须具备的条件：
①具有一个或多个限制酶切割位点，该切割位点必须位于载体本身必需的基因序列之外。知识点三　“分子运输车”——载体
②能够自我复制或整合到染色体DNA上后随染色体DNA复制。
③带有标记基因，便于筛选。
④本身是安全的，不能对受体细胞产生危害。
⑤大小适中，便于操作。
但实际上，天然载体一般不会同时具备上述条件，所以在基因工程中需要对载体进行人工改造。现在所用的质粒几乎都是人工改造的。 质粒是基因工程最常用的载体，它的主要特点是(　　)
①能自主复制　　②不能自主复制　　③结构很小　　④是蛋白质
⑤是环状RNA　　⑥是环状DNA　　⑦能“友好”地“借居”
A．①③⑤⑦　　　　 B．②④⑥　　　　
C．①③⑥⑦　　　　 D．②③⑥⑦
[解析]　质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNA，上面有标记基因，便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中能随受体细胞DNA的复制而复制，能进行目的基因的扩增和表达。C　〔变式训练　3〕质粒是基因工程最常用的载体，下列关于质粒的说法正确的是(　　)
A．质粒在宿主细胞内都要整合到染色体DNA上
B．质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型细胞器
C．基因工程操作中的质粒一般都是经过人工改造的
D．质粒上碱基之间数量存在A＋G＝U＋C
[解析]　基因工程使用的载体需有一至多个酶切位点，具有自我复制的能力，存在标记基因，对受体细胞安全，且分子大小适合。而自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。而质粒进入宿主细胞后不一定都要整合到染色体DNA上，如宿主细胞是细菌细胞则不需整合。质粒是小型环状双链DNA分子而不是细胞器，也不会有碱基U。C　指 点 迷 津与遗传有关的各种酶的比较
①DNA连接酶和DNA聚合酶的作用都是催化形成磷酸二酯键，而不是氢键，氢键是分子间的静电吸引力，不需要通过酶的催化形成。②DNA连接酶只能在两个DNA片段间形成磷酸二酯键，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有DNA片段上，且需要以一条DNA链为模板。③目前发现的DNA连接酶不具有连接单链DNA的能力。知识贴士 (2017·太原高二检测)如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A．①②③④　　 B．①②④③
C．①④②③ D．①④③②C [解析]　限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端，因此①符合；DNA聚合酶用于DNA分子的复制，能在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此④符合；DNA连接酶能在具有相同碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，因此②符合；解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开，因此③符合。核 心 素 养 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EcoR I限制酶作用位点，EcoR I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EcoR I的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoR I切割后所形成的黏性末端：　
目的基因
_______________________________________________筛选(鉴别)目的基因是否导入受 体细胞 (3)pBR322分子中另有单个的BamH I限制酶作用位点，现将经BamH I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DNA连接酶作用恢复__________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____________。磷酸二酯 两种限制酶(BamH I和BglⅡ) 切割得到的黏性末端相同 能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素 pBR322质粒
(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，而经限制酶BamH I作用后，标记基因tetR被破坏，而不能抗四环素，故多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。探规寻律
黏性末端或平末端是否由一种限制酶切割形成的判断方法
判断黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是：将黏性末端或平末端之一旋转180°后，看它们是否是完全相同的结构。是，则为相同限制酶切割形成；否，则为不同限制酶切割形成。问 题 释 疑2 7 4 8 3 6 1 5 2．联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA?
提示：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源入侵的DNA降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。3．天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒(plasmid)，即独立于细菌拟核DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。
(1)载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
(2)载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
(3)载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组质粒的筛选。
(4)载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。
(5)载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
4．网上查询：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
提示：迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。P004寻根问底
1．根据你所掌握的知识，你能推测出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原体的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，限制酶会将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。P006寻根问底
2．DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
提示：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口(nick)，而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键(在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成)，那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？
(1)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核酸片段的37末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。
(2)DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此它不需要模板。
此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。
P006旁栏思考题
提示：(1)能在宿主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。P006模拟制作
提示：(1)不能。真正的基因是有遗传效应的DNA片段，一般含有上千个碱基对。
(2)可能是剪切位点或连接位点选的不对(也可能是其他原因)。比如在书写将要重组的两个DNA分子时，一定要具有同一种限制酶的识别和切割位点，这样切割后才会露出相同的黏性末端，否则黏性末端不同，碱基就无法配对。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件82张PPT。专 题 一基 因 工 程第二节　基因工程的基本操作程序自 主 学 习基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：①________________、②____________________、③________________________、④_________________ _____。
一、目的基因的获取
1．从基因文库中获取目的基因：将含有某种生物⑤__________的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的⑥__________，称为基因文库。基因文库可大可小，如果它包含了一种生物所有的基因，就叫⑦____________；如果它只包含一种生物的一部分基因，就叫⑧______________，如⑨__________。目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与 鉴定 不同基因 不同基因 基因组文库 部分基因文库 cDNA文库 2．从基因文库中获取目的基因的具体方法：可根据基因的⑩________序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA以及基因翻译产物?________等特性来获取目的基因。
3．利用PCR技术扩增目的基因：PCR技术是一项在生物体外?______特定DNA片段的核酸合成技术。
(1)原理：利用?_____________原理，将基因的核苷酸序列不断加以复制，使其呈指数方式增加。指数扩增约为2n(n为扩增循环的次数)。
(2)条件：已知目的基因的一段?________序列、?______、?_________、?___________。
(3)过程：目的基因DNA受热变性后解链为?______，与引物结合，然后在?___________的作用下进行延伸形成DNA。
4．人工合成法：?______比较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。核苷酸 蛋白质 复制 DNA双链复制 核苷酸 引物 模板DNA DNA聚合酶 单链 DNA聚合酶 基因 是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代， 同时，使目的基因能够表达和发挥作用 结构基因 启动子 DNA片段 RNA聚合酶 蛋白质 为了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 抗生素抗性基因 农杆菌转化法 Ti质粒的T－DNA 表达 基因枪法 花粉管通道法 显微注射技术 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等 钙离子 重组表达载体 DNA分子 目的基因 DNA分子杂交技术 转录出mRNA 分子杂交技术 翻译成蛋白质 抗原—抗体杂交法
1．为什么要用同一种限制酶切割质粒和含目的基因的DNA分子？
提示：目的是产生相同的黏性末端，便于两者完全拼接。
2．用于构建基因表达载体的质粒为什么必须具有启动子和终止子？
提示：导入到受体细胞的目的基因的表达需要调控序列，因此在插入目的基因的部位之前需有启动子，之后需有终止子。
3．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：植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；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。？思考 1．所有的目的基因都可以从基因文库中获取。(　　)
分析：基因文库包括部分基因文库(如cDNA文库)和基因组文库，前者含有某生物的部分基因，不可能从其中获得全部目的基因，后者包含该生物的所有基因，可以获取所有目的基因。
2．基因文库就像一座图书馆，每一个基因就是一本书。(　　)
3．基因文库也称为基因库。(　　)
分析：某种生物所含有的全部基因称为该种生物的基因库，而基因文库是通过微生物来储存的某种生物的基因。判断题 ×　√　×　4．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。(　　)
分析：Taq酶是热稳定DNA聚合酶，是连接单个脱氧核苷酸的，不是DNA连接酶。
5．PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高。(　　)
6．基因表达载体中含有启动子和密码子。(　　)
分析：基因表达载体的构建是基因工程的核心，基因表达载体包括启动子、终止子、标记基因和目的基因。密码子是位于信使RNA上的相邻的三个碱基。×　√　×　7．水稻植株受到损伤时，伤口处细胞会分泌酚类化合物，吸引农杆菌，引起植株感染。(　　)
分析：农杆菌主要感染双子叶植物和裸子植物，而水稻是单子叶植物。
8．农杆菌感染植物的机理：Ti质粒上的T－DNA可转移到植物受伤细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起。(　　)
9．检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因，这是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。(　　)
分析：基因的功能之一是表达，即转录和翻译，检测目的基因是否转录出mRNA，是检测目的基因是否发挥表达功能的第一步。×　√　×　10．目的基因的检测和鉴定过程中，分子水平的检测方法都是DNA分子杂交技术。(　　)
分析：检测是否转录出mRNA利用的是分子杂交技术(是DNA探针与mRNA的杂交)，检测是否翻译出相应的蛋白质，利用的是抗原一抗体杂交技术。
11．基因工程的四个步骤中都涉及碱基互补配对原则。(　　)
分析：第三步“将目的基因导入受体细胞”中没有涉及碱基互补配对原则。×　×　新 知 解 读目的基因的获取概括地说主要有两条途径：
①可以从自然界中已有的物种中分离出来
②可以用人工的方法合成知识点一　目的基因的获取1．从基因文库中获取目的基因：
基因文库的构建实际上就遵循基因工程的基本操作程序。做法是：将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制性核酸内切酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后，将这些DNA片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都包含了一段不同的DNA片段。也就是说，这个群体包含了这种生物的所有基因，构成了这种生物的基因组文库。如果用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA(也叫cDNA)片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群体就叫做这种生物的cDNA文库。cDNA文库与基因文库的区别可具体参阅教材中的“生物技术资料卡”。2．利用PCR技术扩增目的基因：
PCR技术是利用DNA双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数方式增加。利用PCR技术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，以便根据这一序列合成引物。扩增的过程是：目的基因DNA受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次。上述过程可以在PCR扩增仪中自动完成。
3．人工合成目的基因：
人工合成目的基因的方法主要有两种。
(1)反转录法：主要用于相对分子质量较大而又不知其序列的基因，它是以目的基因的mRNA为模板，借助反转录酶合成碱基互补的单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成双链DNA。
(2)化学合成法：即依照某一蛋白质的氨基酸序列，通过密码子推算出其基因序列，然后直接合成目的基因。
由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达，因此，在获取真核细胞中的目的基因时，一般是用人工合成目的基因的方法。知识贴士 目的基因的分离是基因工程研究中的主要方面和操作关键。下面甲、乙图表示从真核生物细胞中获取目的基因的两种方法，请回答下列问题。(1)在甲图中，a过程是在________________酶的作用下完成的。如果用该类酶中的一种，不一定能获取目的基因，其原因是___________________________ ___________________________________________________________________。
(2)在乙图中，c过程在遗传学上称为______，d过程称为________，d过程需以mRNA为模板，____________为原料，还需要的条件是ATP、__________、DNA聚合酶等。
(3)除了上述两种方法可以获取目的基因外，请你再写出一种方法：____________________________________________________________________________。限制性核酸内切 一种限制性核酸内切酶只能对 特定的碱基序列进行切割，此序列若在目的基因内部，则不能得到目的基因 转录 逆转录 脱氧核苷酸 逆转录酶 根据已知蛋白质中的氨基酸序列，可以推知基因的脱氧核苷酸序列，再进行化 学合成
[解析]　获取目的基因的方法较多，甲是通过限制酶获取目的基因，但由于切割位点可能在基因内部，故可能得不到想要的目的基因；乙是通过信使RNA逆转录形成DNA(目的基因)的过程；此外，还可通过蛋白质中氨基酸的排列顺序推测基因的脱氧核苷酸序列，再进行化学合成。〔变式训练　1〕下列获取目的基因的方法中需要模板链的是(　　)
①从基因文库中获取目的基因　　②利用PCR技术扩增目的基因
③反转录法　　④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
A．①②③④ B．①②③
C．②③④ D．②③
[解析]　PCR利用的是DNA双链复制原理。即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。反转录法则是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链的DNA。①④则均不需要模板。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。
1．构建目的：其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。知识点二　基因表达载体的构建2．表达载体的组成：启动子＋目的基因＋终止子＋标记基因。
(1)目的基因　外源DNA分子的有效片段。
(2)启动子　一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶的识别和结合部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
(3)终止子　位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA短片段。终止子相当于一盏红色信号灯，使转录到此终止。
(4)标记基因　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，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因。
3．目的基因与载体的结合：
将目的基因与载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒为载体，将目的基因与质粒结合的步骤是：
(1)用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口。
(2)用同种限制酶切断目的基因，产生相同的黏性末端。
(3)将切下的基因片段，插入到质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。如下图：
4．差异性：由于受体细胞有动物、植物、微生物之分，加之目的基因导入受体细胞的方法不同，所以表达载体的构建也会有差异性。
①生物之间进行基因交流，需使用启动子和终止子才能比较有利于基因的表达。如通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中，此目的基因无法进行转录。
②目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记。
③为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等。知识贴士④有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标记存在部位的基因(或做成目的基因与标记基因的融合基因)，如绿色荧光蛋白基因等。
⑤切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：(　　)B　(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有______个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越____。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是______________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_______________________________________。
(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入_________酶。
(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了____________________________ _____。0、2 高 SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因、外源DNA中的目的基因 质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 DNA连接 鉴别和筛选含有目的基因的细 胞 [解析]　(1)切割前质粒为环状，不含游离的磷酸基团。切割后质粒成了一个链状的双链DNA分子，含两个游离的磷酸基团。(2)因为SmaⅠ识别序列中均为G—C碱基对，G、C之间含三个氢键，热稳定性高。(3)据题图可知，SmaⅠ既会破坏标记基因，也会破坏目的基因。(4)若用同种限制性内切酶切割质粒和外源DNA中的目的基因，因为两端的黏性末端能够互补配对，会出现自身环化的情况。而用两种限制酶切割，因为两端形成的黏性末端不能够互补配对，不会出现自身环化。(5)DNA连接酶可以连接具有能够互补配对黏性末端的DNA片段。(6)标记基因可以鉴别受体细胞是否含有目的基因。〔变式训练　2〕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．基因表达载体的构建包括目的基因、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
[解析]　基因表达载体的构建是基因工程的第二步，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，基因表达载体的构建也会有差别，不可能都是相同的。D　将目的基因导入受体细胞是实施基因工程的第三步。目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。
将目的基因导入受体细胞的方法很多，应具体情况具体分析。不同受体细胞导入方法不同。知识点三　将目的基因导入受体细胞
①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双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有感染力。此外，将目的基因导入植物细胞还可采用基因枪法和花粉管通道法。
②以上介绍的几种方法，在导入受体细胞之前，都必须进行目的基因表达载体的构建，也就是说导入受体细胞的必须是重组DNA分子，而不能直接导入目的基因。知识贴士 采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是(　　)
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中
②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中
③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养
④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A．①②　　　　 B．②③　　　 C．③④　　　 D．①④C　
[解析]　考查基因工程的操作步骤。基因工程的操作步骤是：目的基因的获取―→基因表达载体的构建―→目的基因导入受体细胞―→目的基因的检测和鉴定。本题着重考查基因工程步骤中的第三步：目的基因必须与细菌质粒重组，形成基因表达载体，方可导入棉受精卵中。〔变式训练　3〕(2017·潍坊检测)下列关于目的基因导入微生物细胞的叙述中，不正确的是(　　)
A．常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细胞、遗传物质相对较少
B．受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态
C．感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D．感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可，没必要用缓冲液D　
[解析]　由于原核生物繁殖快，且多为单细胞、遗传物质相对较少等特点，所以早期的基因工程通常用原核生物作为受体细胞；受体细胞经Ca2＋处理后，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；感受态细胞吸收DNA分子需要在适宜的温度和酸碱度的缓冲液中完成。目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其中遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作，也是检查基因工程是否做成功的一步。知识点四　目的基因的检测与鉴定目的基因的检测内容和方法的比较如下表：
①目的基因在受体细胞中的存在与表达是有区别的。目的基因被受体细胞摄取是表达的前提，但是被摄取并不意味着被表达。由于各种因素的影响，有时还需要采取一定的措施去促使目的基因的表达。
②DNA探针的应用所依据的原理是DNA分子杂交。DNA分子杂交是指DNA片段在适合的条件下能和与之互补的另一个片段结合。如果对最初的DNA片段进行标记，即成为探针。也就是说，探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。知识贴士 目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是(　　)
①检测受体细胞是否有目的基因　　②检测受体细胞是否有致病基因
③检测目的基因是否转录　　④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A．①②③　　　　 B．②③④
C．①③④　　　 D．①②④C　
[解析]　本题考查目的基因的检测与鉴定。目的基因的检测首先要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA分子杂交技术，使DNA探针与基因组DNA杂交；其次检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是用基因探针与mRNA杂交；最后检测目的基因是否翻译成了蛋白质，方法是用抗原—抗体杂交。〔变式训练　4〕利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是(　　)
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白D　指 点 迷 津一、易混淆概念辨析
1．基因、基因文库、目的基因
(1)基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的基本结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。
(2)基因文库是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中通过克隆而储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，叫做基因文库。建立基因文库的目的就是为获得大量的目的基因作准备。如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这个基因文库就叫做基因组文库。如果基因文库中含有一种生物的部分基因，这个基因文库就叫做cDNA文库。基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着大量的同种基因。
(3)目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。2．DNA复制、PCR技术与基因克隆
(1)DNA复制与PCR技术的比较
(2)克隆：用多种限制性核酸内切酶或者机械的方法，将某种生物细胞中的DNA切成不同片段，并把所有片段随机地分别连接到用同种限制酶切过的基因运载体上，然后分别转移到适当受体细胞，如细菌中。通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系。二、提取目的基因方法的比较 水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子；同时，排出的大量磷进入水体易引起水华。
为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。据图回答：
(1)图中基因组文库______(小于/等于/大于)cDNA文库。
(2)B过程需要的酶是__________；A、C过程中______(可以/不可以)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中_____和______为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是________。
[解析]　由于mRNA是以DNA一条链为模板转录出来的，所以A、C可以使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。大于 逆转录酶 可以 DNA cDNA 耐高温 核 心 素 养 棉铃虫是一种危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫死亡，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法，科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达，棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。花粉管通道法是指利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒蛋白基因送入胚囊，进而导入尚不具备细胞壁的合子或早期胚细胞，最终形成含有目的基因的种胚。此种方法的优点是操作简便，省去了组织培养的复杂过程。(1)利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因操作的基本步骤中的第三步，即________________________。此前一步要把目的基因整合到Ti质粒的T－DNA上，目的是______________________________________ ________。如果我们已知毒蛋白的氨基酸序列，可以采用__________________ ________的方法获取毒蛋白基因。
(2)基因工程的工具酶可以将目的基因切下并连接到载体上。限制酶可以识别特定的DNA序列，并切断__________键。以限制酶识别的序列是6个核苷酸组成为例，那么下列所示的黏性末端是由___种这样的限制酶作用产生的。它们能被DNA连接酶连接在一起形成___个DNA片段。将目的基因导入受体细胞 Ti质粒能将目的基因整合到棉花染色体的 DNA上 化学法人工合成目 的基因 磷酸二酯 4 2
(3)用标记的特异性抗体可以直接检测毒蛋白，这种检测方法称为________________。也可在宏观性状水平检测该目的基因是否表达，方法是__________________________________。
(4)已知转基因植物中毒蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异性受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞________________________。抗原一抗体杂交 让害虫吃棉花，观察害虫的生存状态 细胞膜表面无特异性受体
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。探规寻律(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。问 题 释 疑教材P15思考与探究
1．作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？
提示：不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是：
(1)生物之间进行基因交流，需使用启动子和终止子才能比较有利于基因的表达。如通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中，此目的基因无法进行转录；
(2)目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；
(3)为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等；
(4)有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因(或做成目的基因与标识基因的融合基因)，如绿色荧光蛋白基因等。
2．根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理，你能分析出农杆菌不能将目的基因导入单子叶植物的原因吗？若想将一个抗病基因导入单子叶植物，如小麦，从理论上说，你认为应该怎样做？
提示：农杆菌可分为根瘤农杆菌和发根农杆菌，在植物基因工程中以根瘤农杆菌的Ti质粒介导的遗传转化最多。根瘤农杆菌广泛存在于双子叶植物中。据不完全统计，约有93属643种双子叶植物对根瘤农杆菌敏感。裸子植物对该菌也敏感。当这些植物被该菌侵染后会诱发肿瘤。近年来，也有报道该菌对单子叶植物也有侵染能力。根瘤农杆菌侵染植物是一个非常复杂的过程。根瘤农杆菌具有趋化性，即植物的受伤组织会产生一些糖类和酚类物质吸引根瘤农杆菌向受伤组织集中。研究证明，主要酚类诱导物为乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，这些物质主要在双子叶植物细胞壁中合成，通常不存在于单子叶植物中，这也是单子叶植物不易被根瘤农杆菌侵染的原因。近年来还发现一些中性糖，如L－阿拉伯糖、D－木糖等也有诱导作用。酚类物质和糖类物质既可以作为根瘤农杆菌的趋化物，又可以作为农杆菌中Ti质粒上Vir区(毒性区)基因的诱导物，使Vir区基因活化，导致T－DNA的加工和转移，从而侵染植物细胞。需要注意的是，农杆菌中不同的菌株侵染能力有差别，在基因工程中需要加以选择使用。利用农杆菌侵染单子叶植物进行遗传转化时，是需要加上述酚类物质的；对于单子叶植物不同的种类，农杆菌侵染进行遗传转化的效果也有很大差异。
如果想将一个抗病毒基因转入小麦，也可以用农杆菌，但要注意两点：①要选择合适的农杆菌菌株，因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物；②要加趋化和诱导的物质，一般为乙酰丁香酮等， 目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢(趋化性)和激活农杆菌的Vir区(诱导性)的基因，使T－DNA转移并插入到染色体DNA上。
3．利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？
提示：有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，内质网和高尔基体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。
4．β－珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β－珠蛋白，想一想，应如何进行设计？
提示：基本操作如下。(1)从小鼠中克隆出β—珠蛋白基因的编码序列(cDNA)。
(2)将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。
(3)将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明β－珠蛋白基因已进入其中。
(4)培养进入了β－珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取β－珠蛋白。
教材P008求异思维
你能推测出由mRNA反转录形成cDNA的过程大致分为哪些步骤吗？
提示：1970年，特明(H.M.Temin)和巴尔的摩(D.Baltimore)证实了RNA病毒中含有一种能将RNA转录成DNA的酶，这种酶被称为依赖RNA的DNA聚合酶，由于与中心法则中的从DNA到RNA的转录是反向的，所以称为反转录酶(reverse transcriptase)。
反转录酶既可以利用DNA又可以利用RNA作为模板合成与之互补的DNA链。像其他DNA聚合酶一样，反转录酶也以5′→3′方向合成DNA(如下图)。cDNA合成过程是：第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA－DNA杂交分子。第二步，核酸酶H使RNA－DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。教材P009寻根问底
1．为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？
提示：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。
2．将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样？
提示：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物中的总DNA提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，没有进行表达载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严格来讲不算基因工程。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件57张PPT。专 题 一基 因 工 程第三节　基因工程的应用自 主 学 习一、植物基因工程的成果
植物基因工程技术主要用于提高农作物的①______能力，以及改良农作物的②______和利用植物生产③______等方面。
(一)抗虫转基因植物
1．杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、④________抑制剂基因、⑤________抑制剂基因、植物凝集素基因等。
2．成果：抗虫植物，如水稻、棉、玉米、马铃薯、番茄等。抗逆 品质 药物 蛋白酶 淀粉酶
(二)抗病转基因植物
1．植物的病原微生物：⑥______、真菌和细菌等。
2．抗病基因种类
(1)抗病毒基因：病毒⑦__________基因和病毒的复制酶基因。
(2)抗真菌基因：⑧__________基因和抗毒素合成基因。
(3)成果：抗烟草花叶病毒转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。病毒 外壳蛋白 几丁质酶 (三)抗逆转基因植物
1．抗逆基因：调节细胞⑨________的基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因使作物抗除草剂。
2．成果：具抗寒能力的烟草、番茄，具抗除草剂的大豆、玉米。
(四)利用转基因改良植物品质
1．优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。
2．成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。渗透压 二、动物基因工程的成果
(一)提高动物的生长速度
1．生长基因：外源⑩__________基因。
2．成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。
(二)改善畜产品的品质
1．优良基因：肠乳糖酶基因。
2．成果：转基因牛?______含量少。
(三)用转基因动物生产药物
1．基因来源：药用?______基因＋?______蛋白基因＋启动子。
2．成果：乳腺生物反应器。生长激素 乳糖 蛋白 乳腺
(四)用转基因动物作器官移植的供体
1．器官供体：抑制或除去抗原决定基因。
2．成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。
(五)基因工程药物
1．来源：转基因?________。
2．成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。工程菌
三、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，这是治疗遗传病最有效的手段。
2．成果：将腺苷脱氨酶基因导入患者的淋巴细胞，从而治疗复合型免疫缺陷症。正常基因
1．由细菌转化而来的工程菌合成的药物蛋白可能没有活性，为什么？
提示：细菌属于原核生物，细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，核糖体合成的肽链不能被进一步加工和包装，因而产生的药物蛋白可能没有活性。
2．研究人员在进行复合型免疫缺陷症的基因治疗时，将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的什么细胞？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，淋巴细胞只有具有这种酶才能产生抗体等免疫物质。？思考 1．目的基因导入马铃薯细胞后，随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞并表达。(　　)
2．基因工程可以实现基因在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种。(　　)
3．来自苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因只能应用于棉花。(　　)
分析：Bt毒蛋白能杀死多种有害昆虫，而对哺乳动物无害，因而广泛用于多种转基因植物，如棉花、水稻等。
4．转基因生物的目的基因来自不同的物种，可见，基因工程可以打破物种间的生殖隔离。(　　)判断题 √　√　×　√　5．科学家将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，导入动物的乳腺细胞，即可培育出生产药物乳汁的转基因动物。(　　)
分析：转基因动物的受体细胞通常是受精卵，采用显微注射技术将目的基因导入受精卵后，需要将受精卵发育成的早期胚胎植入母体子宫，在母体内生长发育，最后生出的才是转基因动物。
6．基因治疗分为体外基因治疗和体内基因治疗，目前体内基因治疗效果最可靠。(　　)
分析：无论哪一种基因治疗，目前都处于初期的临床试验阶段，体外基因治疗效果较为可靠。×　×　新 知 解 读知识点一　植物基因工程的应用
①Bt毒蛋白基因产生Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。　
②青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程生产的。知识贴士 以下关于抗病毒转基因植物的说法中正确的是(　　)
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
[解析]　抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫。抗病毒基因和植物体的其他基因一样存在基因突变的可能性。B　〔变式训练　1〕金茶花是中国特有的观赏品种，但易被有害真菌感染得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：
(1)将②连接到①上并形成③，常用到的酶有_________________________ ____。
(2)抗枯萎病的金茶花培育成功，从变异的角度来说，属于__________。限制性核酸内切酶、DNA连 接酶 基因重组 (3)通过检测，被③侵染的金茶花叶片细胞具备了抗病性，这说明②已经______。抗病基因是否表达可以从个体水平上做__________实验，简述实验过程___________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________。
[解析]　①是用限制性核酸内切酶切割质粒，②是指目的基因的获取，③是指目的基因与质粒在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。(2)基因工程是在人为作用下将控制不同性状的基因重新组合从而改造生物性状，从本质上来说这种变异属于基因重组。(3)金茶花叶片细胞具备了抗病性，说明目的基因已在受体细胞中得到了表达。表达 抗病接种 将普通金茶花和转基因金茶花分成两组，分别接种有害真菌，其他培养条件 适宜且相同。培养一段时间观察两组金茶花的抗病情况，通过对照确定抗病基 因是否表达。 知识点二　动物基因工程的应用
①动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物等方面。
②动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。　知识贴士 美国科学家运用基因工程的方法得到体型巨大的“超级小鼠”，运用的方法是(　　)
A．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠体内
B．把牛的生长激素基因和人的生长激素基因分别注入小白鼠的受精卵中
C．把植物细胞分裂素基因和生长激素基因分别注入小白鼠的受精卵中
D．把人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注入小白鼠的卵细胞中
[解析]　外源的生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。1982年，美国科学家将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注射到小白鼠的受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。B　〔变式训练　2〕下列说法中正确的是(　　)
A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物
B．“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白蛋白基因
C．只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因在牛乳腺细胞中是纯合的
D．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不能合成人白蛋白D　
[解析]　转基因动物是指细胞中被转入了外源基因的动物，而不是指出现新基因的动物，如发生基因突变可能会出现新基因，但发生了基因突变的动物不叫转基因动物；“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白蛋白，而不是人白蛋白基因；转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但由于基因的选择性表达，在肌肉细胞中该基因不表达，只能在牛乳腺细胞中表达并分泌到乳汁中，因而只能在转基因牛乳汁中获取人白蛋白。1．基因治疗种类和方法
(1)体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。如腺苷酸脱氨酶基因的转移。
(2)体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因。
知识点三　基因治疗(3)体外基因治疗和体内基因治疗的比较
(1)基因治疗并非把功能正常的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能缺陷细胞中。
(2)基因治疗是利用正常基因在缺陷细胞中表达，替代缺陷基因的功能，而非替代缺陷基因本身，即原来细胞中的缺陷基因没有被清除或改变，没有改变患者的基因型，只能治疗隐性基因引起的遗传病。知识贴士2．基因治疗现状
基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，充分了解基因控制机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。
另外，还存在着技术方面、伦理道德方面以及安全性方面的诸多困难。
3．用于基因治疗的基因种类
(1)从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以取代病变基因，或依靠其表达产物，来弥补病变基因带来的生理缺陷，如对血友病和地中海贫血病的治疗。
(2)反义基因，即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断蛋白质合成。
(3)编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因，又叫做自杀基因。
4．基因诊断和基因治疗的比较 下列关于基因工程应用的叙述，正确的是(　　)
A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒
D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
[解析]　基因治疗的常见类型是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，用健康的外源基因代替缺陷基因发挥作用，达到治疗疾病的目的。一种基因探针只能检测某种病毒，而不是各种病毒。原核基因可通过基因工程转移到真核生物体内，如抗虫棉的培育。B　
〔变式训练　3〕下列有关基因治疗的说法正确的是(　　)
A．把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
[解析]　目前实施的基因治疗措施有体外基因治疗和体内基因治疗，其基本方法都是把相应的正常基因导入有基因缺陷的相关细胞中，从而使病人恢复正常。A　指 点 迷 津乳腺生物反应器和“工程菌”
1．乳腺生物反应器
(1)优点：产量高、质量好、成本低、易提取。
(2)操作方法：
用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。为了使目标产品在乳腺中形成，需要使用乳腺蛋白基因的启动子等调控组件。
操作过程大致归纳为：获取目的基因(例如血清白蛋白基因)―→构建基因表达载体(在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子)―→显微注射导入哺乳动物受精卵中―→形成早期胚胎―→将胚胎移植到母体动物子宫内―→发育成转基因动物―→在雌性个体中使转入基因表达，从分泌乳汁中提取所需蛋白质。2．“工程菌”
(1)用途：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。
①“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株，含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是“工程菌”。
②用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。
(2)产品：利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
①乳腺生物反应器的操作过程中，构建基因表达载体时，目的基因首端要连接乳腺蛋白基因的启动子，否则目的基因在乳腺上皮细胞中不能转录。构建好的基因表达载体导入受精卵，而不是乳腺上皮细胞，这样由受精卵发育成的个体细胞均含有目的基因(如药用蛋白基因)，但其只在乳腺上皮细胞中表达。
②在基因工程中，若受体细胞是原核生物(如大肠杆菌)，则生产的“干扰素”是不具备活性的，因为原核细胞内无内质网、高尔基体等细胞器，只有核糖体，因此只能合成相应的蛋白质，而无法添加糖基，若使“干扰素”具有活性，还必须人工处理加上糖基。知识贴士3．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别： 动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如图所示：
下列有关说法，错误的是(　　)
A．通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可
B．④通常采用显微注射技术
C．在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物
D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取A　
[解析]　要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上还必须具有乳腺蛋白基因的启动子等调控组件，A项错误；转基因动物通常利用的受体细胞是受精卵，采用显微注射技术，B项正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中含有药物，C正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D项正确。核 心 素 养 科学家们对一位因缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的淋巴细胞取出，体外培养，然后，用反转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的淋巴细胞中，再将这些转基因淋巴细胞重新输入患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。请回答下列问题：
(1)基因治疗是把健康的__________导入有__________的细胞内，以达到治疗疾病的目的。
(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的______。此基因工程中的目的基因是__________________，目的基因的受体细胞是__________。
(3)上图甲所示的方法是从__________的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用________方法人工合成基因。
[解析]　图甲表示用限制酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入不同的受体细胞，从中找到目的基因。图乙表示以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。外源基因 基因缺陷 载体 腺苷酸脱氨酶基因 淋巴细胞 供体细胞 反转录
基因治疗的分析
(1)受体细胞：特殊功能的体细胞。比如教材P23复合型免疫缺陷症的基因治疗，研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。因为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)特点：基因治疗不是修复、切除缺陷基因。
(3)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，只是正常基因的表达掩盖了病变基因控制的性状，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。探规寻律问 题 释 疑
教材P25思考与探究
根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。
提示：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产……上述产品若用常规方法有些是难以生产的，有些生产成本过高。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件56张PPT。专 题 一基 因 工 程第四节　蛋白质工程的崛起自 主 学 习
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①______转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的②________，进而表现出新性状。
2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的③________。基因 蛋白质 蛋白质 二、蛋白质工程的基本原理
1．目标：根据人们对④________功能的特定需求，对⑤____________进行分子设计。
2．原理：⑥__________。
3．过程：预期蛋白质功能―→设计⑦__________________―→推测应有氨基酸序列―→找到对应的⑧____________序列(基因)。
4．蛋白质工程是指以⑨__________________________________的关系作为基础，通过⑩____________________，对现有蛋白质进行改造，或者制造一种?____________，以满足人类的生产和生活需求。蛋白质 蛋白质结构 基因改造 预期的蛋白质结构 脱氧核苷酸 蛋白质分子的结构规律及其生物功能 基因修饰或基因合成 新的蛋白质 三、蛋白质工程的进展和前景
1．例如：科学家通过对?________的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有?________、?________和?________的特点，因此有极为广阔的发展前景。
2．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要因为蛋白质发挥功能必须依赖于?________________，而这种?__________十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的?__________了解还不够。胰岛素 体积小 耗电少 效率高 正确的高级结构 高级结构 高级结构
1．蛋白质工程操作程度的基本思路与基因工程是否相同？为什么？
提示：不同。基因工程是按照人们的愿望，把一种生物的基因导入另一种生物体内，并使其表达，从而创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。蛋白质工程是按照以下思路进行的：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)。
2．假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构，你能否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程？
提示：蛋白质的空间结构→氨基酸序列→合成目的基因→构建基因表达载体→导入大肠杆菌→产生相应蛋白质。？思考 1．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。(　　)
分析：由于基因的结构决定蛋白质的结构，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还要通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。
2．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。(　　)
分析：蛋白质工程修饰或合成的基因在复制和表达时仍然遵循中心法则。判断题 ×　×　3．为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸；为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸。(　　)
分析：前半句正确。为提高玉米中赖氨酸含量需要改变赖氨酸合成酶，将其中的两个氨基酸替换。
4．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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。(　　)
5．根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定这段肽链的脱氧核苷酸序列。(　　)
分析：由于密码子的简并性，根据氨基酸序列确定脱氧核苷酸序列并不容易。
6．蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。(　　)×　√　×　√　新 知 解 读1．理论和技术条件
分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。
2．缘由
(1)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
(2)天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。知识点一　蛋白质工程崛起的缘由 以下关于蛋白质工程的说法正确的是(　　)
A．蛋白质工程以基因工程为基础　　　　　　
B．蛋白质工程就是酶工程的延伸
C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质A　
[解析]　本题考查蛋白质工程的概念。蛋白质工程是指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，以满足人类的生产和生活的需求。所以，蛋白质是以基因工程为基础的，又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质，还可以根据需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，从而合成自然界中本来不存在的蛋白质。
〔变式训练　1〕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不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]　蛋白质工程是通过对基因进行修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，制造新的蛋白质，它并不是对蛋白质分子直接进行操作。 B　1．对蛋白质工程内容的理解
①蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
②蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。
③蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。知识点二　蛋白质工程的基本原理
①实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能之间的关系。
②对蛋白质的改造可分为三类：第一类为“大改”，即制造出自然界中不存在的全新蛋白质。第二类为“中改”，即在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域。第三类为“小改”，即改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
③对天然蛋白质进行改造，不是直接对蛋白质分子改造，而是通过对基因进行操作来实现的，使得改造过的蛋白质可以遗传。知识贴士 (2017·郑州检测)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)
A．合成编码目的肽的DNA片段　　　　　　
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 C　
[解析]　如果对多肽P1进行改造，首先根据预期功能设计多肽的分子结构，即根据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，再根据模拟肽的氨基酸序列合成编码模拟肽的DNA片段，从而构建含目的肽DNA片段的表达载体，最后从表达产生的模拟肽中筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽。
〔变式训练　2〕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
[解析]　自然界中不存在的蛋白质是无法首先设计B、C项的，应先设计D项内容，再以此为基础推测氨基酸序列和mRNA结构。D　1．进展：胰岛素速效型药品的生产。
2．前景：(1)生物材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。优点是：体积小、耗电少、效率高。(2)
耐体外保存的干扰素。方法是：将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸。(3)高产赖氨酸玉米的设计。方法是：将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸。知识点三　蛋白质工程的进展和前景 某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的某蛋白酶的结构和功能很相似，但其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是( )
A．对此酶中的少数氨基酸进行替换，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A
[解析]　蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由其一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。故选A。
〔变式训练　3〕科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为(　　)
A．基因工程　 B．蛋白质工程　
C．基因突变 D．细胞工程
[解析]　题目中的操作涉及的基因不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然的β－干扰素，而是经过改造的，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。B　指 点 迷 津蛋白质工程和基因工程的比较 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天然不存在的蛋白质
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B　核 心 素 养 利用蛋白质工程改造天然蛋白质，进而改变其功能，可获得毒副作用减小、专一性、药效和稳定性都增强的理想药物。如胰岛素是治疗依赖性糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时，重症病人每天得注射好几次药物，给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素；还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下，增强其他部位结合强度，使之难以被酶所破坏，从而增强其稳定性。
(1)若要批量生产以上提到的长效胰岛素，根据所学知识，需要用到哪些生物工程( )
A．发酵工程　　 B．基因工程
C．蛋白质工程 D．胚胎工程ABC (2)用蛋白质工程生产的胰岛素，与天然胰岛素比较，显著的优点是____________。
[解析]　蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质，所以需要对原有胰岛素的基因进行改造，改造好的目的基因需要通过基因工程来生产，并且在生产过程中需要借助工程菌(如导入目的基因的大肠杆菌)来大批量生产，所以还需要发酵工程。
[点拨]　利用基因工程对细菌进行改造，形成工程菌，再通过发酵工程大量培养工程菌，从而获得细菌的代谢产物。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素。具有长效性
“三看法”判断基因工程和蛋白质工程
(1)一看对基因的操作方法：
如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程，如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。探规寻律(2)二看目的基因的合成方式：
基因工程和蛋白质工程中都可以通过反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。
(3)三看合成的蛋白质种类：
如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。问 题 释 疑
教材P28思考与探究
1．蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？
提示：蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。下面举一个如何通过蛋白质工程来提高重组β－干扰素专一活性和稳定性的例子。干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为1×106U/mg，只相当于天然产品的十分之一。虽然在大肠杆菌中合成的β－干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β－干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸(第17位、31位和141位)，推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β－干扰素的抗病毒活性提高到1×108U/mg，并且比天然β－干扰素的贮存稳定性高很多。
在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。
2．蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
提示：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。3．你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？
提示：酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。α－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。
教材P27正文中讨论题
某多肽链的一段氨基酸序列是：…一丙氨酸—色氨酸一赖氨酸一甲硫氨酸一苯丙氨酸一…
讨论：(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因(DNA)?提示：(1)每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码， 因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以让学生根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C)，再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)。
(2)确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。教材P27异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
提示：理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。教材P26旁栏思考题
1．你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？
提示：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划， 由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
随后，相继启动了由德国、瑞士、英国、加拿大和日本等国家牵头的各类蛋白质组计划。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
2．对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
提示：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下。
(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，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
(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。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件66张PPT。专 题 二细 胞 工 程〔趣 味 导 学〕
1996年7月5日，英国苏格兰罗斯林研究所胚胎学家维尔穆特博士和他领导的基因小组在绵羊无性繁殖技术领域取得重大突破，一只无性繁殖的绵羊已经在他的试验基地出生。这只被命名为“多利”的小羊羔。羊羔是其“基因母羊”的完全复制品，科学家给利用这种无性繁衍技术生产的羊起名为“克隆羊”。维尔穆特博士证实，从理论上来说，利用同样方法，人也可以复制出“克隆人”。一旦成为现实，世界上将有可能生存着完全一样的众多“克隆人”。
生物技术诞生后，人们产生了许多奇思妙想，通过细胞工程技术，有的已经变为现实，有的正在努力变成现实。〔专 题 概 述〕
本专题内容包括两部分，即“植物细胞工程”和“动物细胞工程”，主要讲述了植物细胞工程基本原理和技术、实际应用及动物细胞的培养、动物体细胞核移植技术、克隆动物、细胞融合和单克隆抗体等内容。本专题内容在现代生物科技专题中占有重要地位，也是高考热点之一，应着重掌握。
细胞工程是生物工程的重要内容。现在的高考更加侧重于考查学生能力，因此将有关的学科知识置于细胞工程科研成果的背景材料中考查学生分析综合问题的能力，仍是今后新高考的热点，会涉及：①动物细胞的培养；②单克隆抗体的制备；③利用基因工程技术育种等热点，尤其是单克隆抗体的制备近几年高考考查次数较多。
〔学 法 指 导〕
本专题在学习时应注重：
1．知识的前后联系，加强对基本概念和原理的理解和记忆；
2．变换形式，将课本图解转化为流程图来加深理解和记忆，培养图文转换的能力；
3．通过列表格、作比较，我们不仅可以把握生命现象的本质还可以找出基本规律。如比较不同育种方式的原理和优缺点，可以有效地培育生物新品种等；
4．注重与实践相结合，将相关的原理与生产实践和现代科技发展的成果结合起来，强化对知识的理解和应用，尤其是注意不同原理和技术在解决同一问题时的综合运用，增强探究能力，发展发散思维能力；
5．通过实际操作加强对植物组织培养概念的理解，培养实验操作和探究能力；
6．注重收集阅读相关资料，通过讨论开拓视野、培养创新精神。〔专 题 重 点〕
植物组织培养的原理和过程；植物体细胞杂交的原理；植物细胞工程应用的实例；动物细胞培养的过程及条件；用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程；单克隆抗体的制备和应用。
〔专 题 难 点〕
植物组织培养的实验；用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程；单克隆抗体的制备过程。第一节　植物细胞工程第一课时　植物细胞工程的基本技术自 主 学 习一、细胞工程的含义及分类
1．含义
(1)原理和方法：细胞生物学和①____________。
(2)操作水平：细胞水平或②____________。
(3)目的：按照人们的意愿来改变③________________或④______________。
2．种类
根据操作对象不同，可分为⑤______细胞工程和⑥______细胞工程。分子生物学 细胞器水平 细胞内遗传物质 获得细胞产品 植物 动物 二、植物细胞的全能性
1．理论：具有某种生物⑦______________的任何一个细胞具有发育成⑧____________的潜能，也就是说，每个生物细胞都有⑨________的特点。
2．现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不表现⑩________，而是分化成各种?____________。
3．原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会?__________地表达出各种?________，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同?____________。全部遗传信息 完整生物体 全能性 全能性 组织和器官 有选择性 蛋白质 组织和器官 器官 无菌 培养基 培养条件 愈伤组织 植株 全能性 完整植株 愈伤组织 分化 结构和功能 体细胞 杂种细胞 新的植物体 不同植物体 融合 愈伤组织
1．若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部分，愈伤组织中是否会含有叶绿体？
提示：培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变为未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。
2．去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶？
提示：因为植物细胞壁的化学成分是纤维素和果胶，酶具有专一性，纤维素酶和果胶酶能够催化分解细胞壁，而对细胞膜没有破坏作用。
3．植物细胞A和B去除细胞壁后的原生质体融合(仅考虑两两融合的情况)后有几种？
提示：三种，A—A、B—B、A—B。？思考 1．细胞工程是按照人的意愿来改变细胞的结构或获得 细胞产品的一门综合科学技术。(　　)
分析：细胞工程改变的是细胞内的遗传物质。
2．生物体内的细胞分化和植物组织培养过程中的再分化的实质是一样的，都是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果。(　　)
3．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(　　)判断题 ×　√　√　4．利用物理法或化学法，可以直接将两个植物细胞进 行诱导融合。(　　)
分析：植物细胞外面有一层细胞壁，阻碍细胞间的杂交，因此，在进行植物体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体后，再进行融合。
5．植物体细胞杂交技术的最大优势是克服了不同种生 物不能进行有性杂交的障碍。(　　)
6．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产 生新的细胞壁。(　　)×　√　√　新 知 解 读1．概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物个体的潜能。
2．细胞表现其全能性的条件：
(1)离体状态；
(2)培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同组织、器官；
(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。知识点一　细胞的全能性
3．细胞全能性的物质基础：生物体的每一个细胞都含有本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。
4．全能性细胞来源：生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，形成的子细胞(体细胞)与母细胞(受精卵)核内的基因相同，因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出其全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。
全能性的差异
①植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)
②受精卵>生殖细胞(配子、精子、卵细胞)>体细胞
③体细胞：分化程度低>分化程度高
④幼嫩的细胞>衰老的细胞
⑤细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的知识贴士 下列围绕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B　
[解析]　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。〔变式训练　1〕以下关于细胞全能性的描述错误的是(　　)
A．利用海岛烟草韧皮部细胞培育出植株体现了细胞的全能性
B．受精卵的全能性最高
C．水稻种子培育出植物表现了细胞的全能性
D．只有在离体的条件下细胞的全能性才能得以体现
[解析]　本题综合考查了细胞全能性的概念、不同细胞全能性的比较、细胞表现全能性的条件等基础知识。细胞的全能性是指高度分化的体细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。C选项中利用水稻种子培育出植株是一个完整的个体发育过程，不能说明细胞的全能性。C　1．植物组织培养的过程知识点二　植物组织培养2．植物组织培养过程的几个概念、条件
(1)细胞分化：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。
(2)脱分化的条件：离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件(如无菌、适宜的温度等)。
(3)影响植物细胞脱分化、再分化的关键因素是植物激素，特别是当细胞分裂素和生长素共同使用时，根据诱导的需求，对二者要按一定比例合理使用。
(4)愈伤组织：排列疏松、无规则，高度液泡化的无定形状态的薄壁细胞。
3．理论基础：细胞的全能性。
植物组织培养过程中光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而再分化过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。　 知识贴士4．实验：胡萝卜的组织培养
(1)实验原理
植物的根、茎、叶细胞都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体和丛芽，进而培育成完整的小植株。
(2)实验关键
①取材：应选择含形成层的部分，易于诱导形成愈伤组织。
②全程无菌操作(包括接种用具、接种环境和接种材料、接种过程、培养过程)。
③植物激素的比例适当。
区分消毒和灭菌
(1)消毒是用较为温和的物理或化学方法，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物，不包括芽孢和孢子。实验室常用煮沸消毒或化学药剂消毒。
(2)灭菌是用强烈的理化因素杀死物体内外所有微生物，包括芽孢和孢子。实验室常用灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌。知识贴士D　
[解析]　花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。〔变式训练　2〕有关植物组织培养过程中的细胞脱分化的说法，不正确的是(　　)
A．已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程
B．已经分化的细胞转变成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织的过程
C．离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程
D．离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经过有关激素的诱导
[解析]　离体的组织在一定的培养条件下，先脱分化形成植物的愈伤组织，才可以再分化出根和芽，形成完整的植株，而分化出根和芽的过程属于再分化。C　1．概念：就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2．理论基础：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性。知识点三　植物体细胞杂交3．过程(如下图)：4．植物体细胞杂交过程中明确的几个问题
(1)除去细胞壁的方法：酶解法。
(2)诱导原生质体融合的方法：物理法有离心、振动、电激；化学法有用聚乙二醇作诱导剂等。
(3)杂种细胞成功的标志：植物新细胞壁的形成。
5．与传统有性杂交相比，其优越性表现在：(1)克服了不同植物之间远缘杂交不亲和的障碍；(2)打破物种之间的生殖隔离，扩大了基因重组的范围。
①体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。
②植物体细胞杂交过程仍以植物组织培养为前提，通过植物组织培养完成杂种植株的培育过程。
③植物体细胞杂交目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。知识贴士 植物体细胞杂交的过程是(　　)
A．用酶解法去掉植物细胞的细胞壁，分离出有活力的原生质体的过程
B．以人工诱导方法使两个不同植物的原生质体融合的过程
C．用植物组织培养法培养融合的原生质体，得到杂种植株的过程
D．通过以上三项来完成
[解析]　植物体细胞杂交的过程实际上是用酶解法去掉植物细胞的细胞壁，分离出有活力的原生质体，然后用人工诱导方法使植物体细胞原生质体融合后，形成的杂种细胞进一步经组织培养形成杂种植株的过程。 D　〔变式训练　3〕将烟草和大豆的原生质体混合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁，这时，在细胞混合物中，可用显微镜观察到的细胞有(　　)
①烟草—大豆杂种细胞　　②烟草细胞　　③大豆细胞　　④烟草—烟草细胞　　⑤大豆—大豆细胞
A．① B．①②③
C．①④⑤ D．①②③④⑤
[解析]　解答本题必须明确以下要点：(1)原生质体间的融合，可以是同种细胞之间，也可以是非同种细胞之间；(2)原生质体有可能发生融合，也可能不发生融合。综合以上两点，①②③④⑤均有可能存在。D　指 点 迷 津1．正确区分原生质、原生质层、原生质体
原生质是指细胞内的生命物质，包括细胞膜、细胞质、细胞核等部分，但不包括细胞壁，因为细胞壁不具有生物活性。可以说，一个动物细胞就是一小团原生质。
原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。原生质层相当于一层半透膜，把液泡内的细胞液与外界溶液隔开。当两侧溶液具有浓度差时，成熟植物细胞就会发生渗透作用。
原生质体是指除去了细胞壁的植物细胞或菌体，一般可通过专一性的酶(如纤维素酶、果胶酶等)破坏细胞壁或通过青霉素阻止细胞壁的正常合成而获得。植物体细胞的原生质体融合克服了远缘杂交不亲和的障碍，有助于培育作物新品种。 如图表示植物细胞杂交过程，请分析回答：
(1)植物体细胞杂交的理论基础是______________________________。
(2)①过程中，目前最常用的方法是______法，也就是用__________________等分解植物的细胞壁。
(3)②过程的方法有物理法和化学法两大类：物理法常利用______、______、电激等；化学法常用_____等作为诱导剂。
(4)④和⑤过程可称为________和________。
[解析]　明确原生质体的含义，理解植物细胞杂交的过程是解题的关键。细胞膜的流动性和细胞的全能性 酶解 纤维素酶、果胶酶 离心 振动 PEG 脱分化 再分化
2．植物体细胞杂交植物的染色体组数
(1)染色体组数目＝甲、乙两个细胞内染色体组数之和。
(2)植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。
(3)举例：二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜—甘蓝有四个染色体组，为四倍体。
两个细胞融合成一个细胞，不管染色体数、染色体组数都可采用两细胞相关数值直接相加的方法。
(4)从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，但由于含有两个亲本的遗传物质，因此具有两个亲本的遗传性状。
(5)培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂过程中才遵循遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。知识贴士 A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如下图所示(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]　根据图示A和B物种等位基因的数量都是两个，所以可得出A和B物种都是二倍体。C　核 心 素 养 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3个或3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_______________________。纤维素酶和果胶酶 AA、BB、AAAA、BBBB、AABB 聚乙二醇(PEG) 克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍 细胞融合、植物组织培养 [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植物组织培养技术形成杂种植株。
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器官、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。探规寻律(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。问 题 释 疑教材P38思考与探究
1．为什么“番茄一马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？
提示：1978年，梅尔彻斯(Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“马铃薯一番茄”—类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。
马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
2．自然界中有一种含有叶绿体的原生动物——眼虫，这说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请尝试设计出具体实验方案。
提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：教材P35正文中讨论题
【实验 胡萝卜的组织培养】
1．在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以在植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌在生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。
造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。
2．在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)，是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？
提示：胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。可以参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。3．请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图，并与同学交流。
提示：知 识 构 建训 练 巩 固课件52张PPT。专 题 二细 胞 工 程第一节　植物细胞工程第二课时　植物细胞工程的实际应用自 主 学 习
一、植物繁殖的新途径
1．微型繁殖
(1)微型繁殖技术：用于①__________优良品种的②__________________。
(2)特点：保持优良品种的③__________；高效快速地实现种苗④__________。
(3)实例：20世纪60年代，荷兰的科学家就成功地实现了利用⑤______________来培育兰花。快速繁殖 植物组织培养技术 遗传特性 大量繁殖 组织培养技术 2．作物脱毒
(1)材料：植物的⑥________(如⑦______)。分生区附近的病毒极少，甚至⑧________。
(2)脱毒苗：切取⑨________________进行组织培养获得的。
(3)优点：使农作物⑩____________________。
3．人工种子
人工种子是以?______________得到的?________、不定芽、?____________等为材料，外面包被着特定的物质，在适宜的条件下可以萌发长成幼苗。人工种子由胚状体、作为保护外壳的?__________和提供发育所需营养的?__________组成。分生区 茎尖 无病毒 一定大小的茎尖 不会或极少感染病毒 植物组织培养 胚状体 顶芽和腋芽 人工种皮 人工胚乳 花药离体培养 明显地缩短育种年限，后代都是 纯合子 培养条件 外界压力 射线 化学物质 产生突变 突变体 蛋白质 药物 组织培养 人参皂甙粉 细胞产物
1．通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式？
提示：无性繁殖
2．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。
3．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？思考 1．微型繁殖技术只保持亲本的优良特性。(　　)
分析：微型繁殖属于无性繁殖，可以保持亲本的所有遗传性状。
2．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(　　)
分析：为确保成功培育出脱毒苗，通常选择植物分生区附近(如茎尖)的组织和细胞进行组织培养，因为此处病毒极少，甚至无毒。
3．在植物组织培养过程中，可以提取愈伤组织，经过人工薄膜包装得到人工种子。(　　)
分析：人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的。判断题 ×　×　×　4．天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状不分离。(　　)
5．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(　　)
分析：单倍体育种的遗传学原理是染色体变异，而突变体培育利用的是基因突变。
6．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。(　　)
7．人工种子的培育也能说明植物细胞具有全能性。(　　)
分析：人工种子利用的是植物组织培养过程中愈伤组织诱导分化形成的胚状体，还没有发育到完整个体阶段，不能体现植物细胞的全能性。√　×　√　×　新 知 解 读1．微型繁殖
(1)概念：是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。
(2)实质：植物组织培养。
(3)原理：植物细胞的全能性。
(4)完成植物的微型繁殖技术的生理过程：细胞分裂和细胞分化。
(5)优点：保持亲本的优良性状；可以快速大量培育出新个体，有利于工厂化培育；选材少、培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。知识点一　植物繁殖的新途径
2．培育无病毒植株
(1)获得成功的事例：马铃薯、甘薯、大蒜、草莓、苹果、香蕉。
(2)常选用的部位：茎尖组织。
(3)操作过程：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。3．制备人工种子
(1)概念：人工种子是指以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
(2)人工种子的结构：由胚状体、作为保护外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分构成。(如下图所示)(3)与天然种子相比较，其优越性有：①可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖，②固定杂种优势，③是一种快捷高效的繁殖方式，④可人为控制植物的生长发育和抗逆性等。
(4)成果：芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备的人工种子。
(5)人工种子目前还存在不少问题
具有重要经济价值的植物产生胚状体的能力弱，难以形成同步化的活力强的胚状体；机械化播种问题也尚未解决。因此现在很少以生产为目的进行人工种子的研制。
1．人工种皮
“人工薄膜”是指人工种皮。制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖淀粉等。对人工种皮的要求是：能保持胚状体的活力；有利于种子的贮藏、运输和萌发；选取的材料要有韧性、耐压；对胚状体无毒害，含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素；还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害。
2．微型繁殖、作物脱毒、获得人工种子的基础是植物组织培养技术，属于无性生殖，产生的子代具有亲本的优良性状。知识贴士 下列有关人工种子的叙述不正确的是(　　)
A．通过科学手段人工合成的种子　　　　　
B．必须由受精卵植物组织培养技术获得的种子
C．人工种皮可以为种子萌发提供足够的营养物质
D．人工种子发芽率较高
[解析]　本题考查了人工种子获得的方法及其过程。人工种子是经植物组织培养获得胚状体、不定芽等，然后经人工薄膜包装得到的种子。 B　
〔变式训练　1〕百合利用它的球茎进行无性繁殖，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。在最短时间内获得大量无病毒幼苗的最佳方法是(　　)
A．花药离体培养 B．选取成熟组织进行培养
C．利用茎尖进行组织培养 D．人工诱导基因突变C　1．单倍体育种
(1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中的花药离体培养利用的是细胞的全能性。
(2)过程：如图所示。通过花药离体培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。知识点二　作物新品种的培育
单倍体育种和花药离体培养：花药离体培养是单倍体育种的常用方法，但该过程得到的植株一般是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素处理，获得纯合的二倍体植株，其自交后代不发生性状分离。知识贴士(3)成果：我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒等植物的单倍体育种上，处于世界领先地位。
(4)优点：后代稳定遗传，都是纯合体；明显缩短育种年限。
2．突变体育种
(1)实质：植物组织培养。
(2)利用：筛选对人们有利的突变体，进而培育新品种。
(3)形成原因：培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受一些条件的影响而产生突变。 下列应用不涉及植物组织培养技术的是(　　)
A．花药离体培养得到单倍体植物
B．秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株
C．人工种子培育
D．“番茄——马铃薯”杂种植株培育
[解析]　植物组织培养利用细胞的全能性将离体的组织、器官或细胞经细胞分裂、分化形成胚状体或丛芽，进一步培育成人工种子或植株，此过程也可用于体细胞杂交技术。 B　〔变式训练　2〕(2017·郑州检测)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]　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。C　(1)种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
(2)技术：植物的组织培养。
(3)工厂化生产人参皂甙的基本过程：
①第一步：选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株，其中一部分作为种子保存，以备下一次生产使用，一部分进行发酵生产。②第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。③第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。知识点三　细胞产物的工厂化生产
培养目的不同，利用植物组织培养技术到达的阶段不同
(1)微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体：到完整植株。　
(2)人工种子：到胚状体阶段。
(3)细胞产物的工厂化生产：可以培养到植株阶段，也可以培养到愈伤组织阶段。知识贴士指 点 迷 津五种生物技术的比较 如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为胡萝卜－羊角芹，②过程常用的物理方法有__________________等；经融合处理后，含有的细胞类型有___种(若融合的细胞只考虑两两融合)。花药离体培养 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成 B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的 是胚芽 细胞分裂素与生长素的比值 愈伤组织 胚状体 胚 离心、振动、电激 3 [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过程。(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过程形成的是胚芽，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，含有的细胞类型有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。核 心 素 养 玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：(1)如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养得到的幼苗属于________，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，A→D属于______生殖。
(2)A→C的过程要严格控制______。
(3)F→G的过程中用__________处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是__________________________________________________。
(4)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。单倍体 无性 无菌 秋水仙素 直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限 基因工程 植物体细胞杂交 [解析]　(1)取D的花药进行离体培养成幼苗(如图E→F)，经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种，从生殖方式上分析，A→D属于无性生殖。(2)在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。(3)F→G的过程中用秋水仙素处理，使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种，自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限。(4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用植物体细胞杂交技术。
几种育种方法的比较
探规寻律
问 题 释 疑教材P040讨论2
1．人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想，它们具有哪些优点？
提示：人工种子的优点：
(1)天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。
(2)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，类似于天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。
2．在人工种子中，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。请探讨：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，还可以向人工种皮中加入哪些物质？
提示：针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂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。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。
教材P041资料分析
高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学们展开讨论，说说植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。提示：可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11种植物现在都在进行组织培养。美国的ESCA genetics公司宣布，他们用细胞培养法所得到的紫杉醇的含量是树皮中紫杉醇含量的2～5倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在紫杉醇生产的工艺条件已基本摸清；经过对反应放大技术的进一步探索，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。
教材P042思考与探究
1．通过查阅资料，你能列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用吗？
提示：a.拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；c.利用愈伤组织进行转基因操作。2．请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，并设计出制备技术的主要流程图。
提示：
3．请查阅相关文献，设计出一种通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件66张PPT。专 题 二细 胞 工 程第二节　动物细胞工程第一课时　动物细胞培养和核移植技术自 主 学 习动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体 单个细胞 生长 增殖 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 细胞悬液 培养瓶 细胞贴壁 原代培养 培养液 培养用具 氨基酸 促生长因子 微量元素 血清 36.5 7.2～7.4 O2 CO2 细胞代谢 培养液 病毒 单克隆抗体 细胞核 重组 新的胚胎 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 遗传改良 优良畜群 濒危 医用蛋白 供体 移植 成活率低 遗传缺陷
1．动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？
提示：细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。
2．在进行核移植时，为什么一般不选用生殖细胞作为供核细胞？
提示：因为生殖细胞的遗传物质相比正常体细胞的遗传物质减半。？思考 1．动物细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(　)
分析：动物细胞培养过程中通入5%的CO2目的是维持培养液pH。
2．培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养。(　　)
分析：动物组织被胰蛋白酶分解后的第一次在培养瓶中的培养被称为原代培养，原代≠第一代。
3．动物细胞培养的结果说明动物体细胞没有全能性。(　　)
分析：任何细胞都有全能性，只不过动物体细胞的全能性没有通过培养体现出来，可以说“动物体细胞的全能性是受限的”。判断题 ×　×　×　4．可以用胃蛋白酶代替胰蛋白酶将动物组织处理为单个细胞。(　　)
分析：动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胰蛋白酶作用的最适pH为7.2～8.4，所以选择胰蛋白酶来处理动物组织。而胃蛋白酶要在酸性条件下才有活性。
5．克隆植物和克隆动物都只具备一个亲本的遗传特性。(　　)
分析：植物克隆即植物组织培养，只继承一个亲本的遗传特性；而用核移植技术得到的克隆动物，其核基因和质基因分别来自不同的亲本，所以并不是真正的“克隆”。×　×　
6．选择MⅡ期的卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要原因是该细胞大，显微操作方便。(　　)
分析：选择MⅡ期的卵母细胞作为受体，一方面是因为细胞大，易操作，且卵黄多、营养物质丰富，为发育提供充足的营养，另一方面此时具备受精能力，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。×　新 知 解 读1．对概念的理解
(1)原理：细胞增殖
(2)相关组织：一般是指动物胚胎或出生不久的幼龄动物的组织，因为这些组织的细胞比老龄动物的组织细胞易于培养，同时增殖能力也强。知识点一　动物细胞培养
①细胞贴壁和接触抑制
将细胞悬浮液置于适宜环境的培养瓶中培养，悬浮中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。
当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞便会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抵制。例如，癌细胞增殖时不存在接触抵制，所以在培养瓶中可以形成多层细胞。知识贴士②原代培养和传代培养
通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。贴壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分散后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。这样的培养即为传代培养。
③目前使用的超低温、液氮或冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。3．条件
(1)无菌、无毒的环境
(2)营养：细胞体外培养所需营养物质与体内基本相同。主要成分是：葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等。
(3)温度和pH：细胞体外培养的适宜温度一般和动物体温相近。哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜。多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。
(4)气体环境：细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养的pH值。4．动物细胞培养的特点
(1)细胞贴壁生长；
(2)接触抵制。
5．应用
(1)大规模地生产生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
(2)为皮肤大面积烧伤的病人移植皮肤。
(3)用于检测有毒物质。 关于动物细胞培养的叙述错误的是(　　)
A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成细胞悬液
D．动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞会衰老死亡D　
[解析]　选取胚胎或幼龄动物的器官或组织是因为它们的分裂能力较强。动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，易被胰蛋白酶催化分解，从而使细胞分离开来。当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配成细胞悬浮液。动物细胞培养传至50代左右，部分细胞的遗传物质会发生改变，并且带有癌变的特点，能在培养条件下无限制地传代下去。〔变式训练　1〕一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件(　　)
①无毒的环境　②无菌的环境　③合成培养基需加血浆　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]　一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件：无菌、无毒的环境，与体内培养相同的营养，适宜的温度和pH，还要有适量的CO2。D　知识点二　动物体细胞核移植技术和克隆动物过程解读：
(1)受体。
①材料选择：选择处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞，其原因是：
a．卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；
b．卵母细胞体积大，便于操作；
c．卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。
②去核的原因：保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
(2)注入
①细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核，而是整个细胞，伴随着两细胞融合，体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。
②核移植时，一般先用电刺激使供体和受体细胞融合，再用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。
(3)涉及的生物技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。5．应用前景
①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁殖。
②保护濒危物种
③生产医用蛋白
④作为异种移植的供体
⑤用于组织器官的移植
6．存在问题
(1)研究方面　克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高，死亡率高，易出现早衰等问题。
(2)应用方面　生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一段距离。
知识贴士
克隆是从英语clone音译而来。分为广义和狭义，广义的克隆是指所有的无性繁殖，在生物学领域中，有分子、细胞、个体三个水平的不同含义。
①分子克隆，即DNA扩增。其含义是将某一特定的DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒或病毒等)中，并在宿主细胞自我复制得到的大量完全相同的该DNA片段群体。
②细胞克隆，是指一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的细胞株。其中每一个细胞的基因都是相同，如低等生物的分裂生殖，动、植物的细胞培养等。知识贴士③个体克隆，在个体水平上，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的群体，如胚胎分割移植，同卵双胞胎也属于克隆。
狭义的克隆是指动物通过的核移植由重组细胞发育成新个体的过程。如“多利”羊的培育。 世界上第一只克隆羊“多利”的培育程序如下图所示，请据图回答下列问题。(1)写出图中a、b所指的细胞工程名称：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是：__________________________________________________。
(3)“多利”面部的毛色是______。请根据遗传学原理说明判断根据：______________________________________。
(4)继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞也具有________。
(5)请举一例，说明克隆羊培育成功的实际意义_________________________ _____________________________。细胞核移植 胚胎移植 卵细胞体积大，易操作，通过发育可直接表现出性状来 白色 “多利”的细胞核基因全部来自白面绵羊 全能性 保存濒危物种、繁育优良品 种、医学上克隆某生理器官等等
[解析]　该题将动物细胞工程与遗传学原理相结合，使题目的综合性、灵活性加强。解答此题需要从动物细胞工程、遗传基因的来源与表达过程去分析和寻求答案。克隆羊多利培养过程中用到的细胞工程技术是细胞核移植和胚胎移植。多利羊的性状主要是由细胞核控制，即性状和白面绵羊相似。
〔变式训练　2〕一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能(　　)
A．有选择的繁殖某一性别的家畜 B．繁殖家畜中的优良个体
C．用于保存物种 D．改变动物的基因型
[解析]　解题时首先准确判断出这只小羊羔实际上是通过无性生殖方式产生的。而无性生殖的主要特点就是子代保持母本的优良性状，很少发生变异，改变基因型。D　指 点 迷 津1．动物细胞培养与植物组织培养的比较
(1)与植物组织培养基比较，动物细胞培养液的独特之处在于：①液体培养基；②其成分中有动物血清。
(2)为了保证细胞培养时满足其营养物质和生长因子的供给，培养基中需添加一定量的血清，因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等及一些未知的营养物质。　知识贴士2．动物细胞培养与动物体细胞核移植比较 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”)。胰蛋白 酶具有专一性 细胞核 使犊牛的性状主要由供体细胞核决定 ①生物的性状受细胞核遗传物质和细胞质遗传物质共同控制；②生物的性状还 受环境因素的影响 无性生殖 [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。核 心 素 养 如图是某克隆羊的培育过程模式图，则与获得该克隆羊接近的生殖方式和其发育成熟时所分泌的主要性激素分别是(　　)
A．无性生殖；雄性激素
B．无性生殖；雌性激素
C．有性生殖；雄性激素
D．有性生殖；雌性激素
[解析]　克隆羊的产生属于无性生殖；由于此过程是雄性羊供核，故得到的克隆羊为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。A　
判断有性生殖与无性生殖的两种方法
(1)从概念上判断。
①有性生殖是指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无性生殖是指不经过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。
②植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。探规寻律问 题 释 疑教材P044旁栏思考题1
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？用胃蛋白酶行吗？
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。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的适宜环境pH为7.2～8.4。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时的消化。
教材P044寻根问底
胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？
提示：胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外，长时间的作用也会消化细胞膜蛋白，对细胞有损伤作用，因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。教材P046旁栏思考题2
为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？
提示：血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白。氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸动物细胞本身不能合成(称为必需氨基酸)，必须由培养液提供。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子(如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子等)；血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，细胞培养时，要保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需添加10%～20%的血清。
教材P046讨论1
多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考并讨论以下问题：
1． 体外培养细胞时需要提供哪些物质？
提示：充足的营养供给、适宜的温度、适宜的pH和气体环境。
2．体外培养的细胞需要什么样的环境条件？
提示：无菌、无毒的环境。
教材P049讨论2
1．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：为使核移植的胚胎或动物的遗传物质几乎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。
2．用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？
提示：培养的动物细胞一般传至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。3．你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
提示：克隆动物绝大部分DNA是来自供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是供体动物100%的复制。异想天开
有了体细胞核移植技术生产的器官，我们就可以像汽车坏了换零件一样，换掉生病的器官，这样一来，人类是否就可以长生不老了？
提示：不可以，尽管体细胞核移植技术已经在许多种动物中获得成功，但其成功率仍然非常低，产下的活克隆动物占移植克隆胚胎的比率平均不到10%。克隆技术的各个环节也有待进一步改进。此外，绝大多数克隆动物还存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷。总之，体细胞核移植技术的研究仍在继续深入，人类对克隆技术的应用还有许多问题需要解决。期待在不远的将来，克隆技术能更好地造福于人类。
思考与探究
1．幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？思考一下，这是什么道理？
提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，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。所以，一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样，组织细胞的分化程度越低，则增殖能力越强，所以越容易培养。2．动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？
提示：脱分化又称去分化，是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。植物的任何一部分，甚至单个细胞都具有长成完整植株的能力。但要发育成完整植株，必须先脱分化，脱分化的细胞具有发育成任何组织的能力，然后进行再分化，形成完整植株。植物组织培养主要用于农业生产中的作物、苗木育种，快速繁育种苗、培育无病毒植株等，这就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细胞培养有多种用途，一般而言，动物细胞培养不需要经过脱分化过程。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。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成需要的组织或器官。3．1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达(Lucinda)的奶牛，年产奶量为30.8t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场的奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t。
(1)能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由？
提示：可以用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达。卢辛达的产奶量很高，说明它有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。但同时需注意，该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。(2)如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？
提示：首先从卢辛达耳朵(也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取)上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织(如软骨组织)的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成细胞分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。
4．体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。
提示：在研究方面，克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。
在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件46张PPT。专 题 二细 胞 工 程第二节　动物细胞工程第二课时　动物细胞融合与单克隆抗体自 主 学 习
一、动物细胞融合
1．概念：①______或②______动物细胞结合形成③__________的过程，也称细胞杂交。
2．结果：形成④______细胞。
3．意义：克服了⑤__________的不亲和性，成为研究⑥__________、细胞免疫、肿瘤和⑦____________的培育等的重要手段。利用⑧______________制造单克隆抗体。两个 多个 一个细胞 杂交 远缘杂交 细胞遗传 生物新品种 细胞融合技术 二、单克隆抗体
1．抗体
(1)产生细胞：⑨___________。
(2)成分⑩____________。
2．传统获得抗体
(1)方法：a.向动物体内反复注射某种?______，使动物产生?______；b.从动物?______中分离所需抗体。
(2)特点：?____________________________________。B淋巴细胞 免疫球蛋白 抗原 抗体 血清 产量低、纯度低、制备的抗体特异性差 B淋巴 选择性培养基 融合的具有同种核 融合的杂种 迅速大量繁殖 抗体检测 腹腔 细胞培养液 特异性强 可大量制备 诊断试剂 放射性同位素 细胞毒素
1．诱导动物细胞融合与植物体细胞杂交融合有什么不同？
提示：动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导。
2．若不采用动物细胞融合的方法，能否生产出单克隆抗体？试简要说明。
提示：能。可从经免疫的B淋巴细胞中获取决定所需抗体的基因(目的基因)，导入骨髓瘤细胞，然后培养骨髓瘤细胞并从培养液中提取分泌物，便可得到单克隆抗体。？思考 1．动物细胞融合过程中既有细胞膜融合也有核的融合。(　　)
2．跟植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。(　　)
分析：动物细胞融合特有的诱导因素是灭活的病毒。
3．动物细胞融合的结果是形成单核的杂种细胞，植物体细胞杂交的结果是得到杂种植株。(　　)
4．动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(　　)
分析：杂交细胞具有四个或多个染色体组，应该是多倍体细胞。判断题 √　×　√　×　5．单克隆抗体制备过程中的两次筛选目的相同。(　　)
分析：两次筛选的目的不同。第一次是从融合细胞里筛选出杂交瘤细胞，第二次是筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
6．杂交瘤细胞的培养可以采取体内培养和体外培养两种方式。(　　)
7．单克隆抗体制备过程中，需要进行多次细胞培养，如骨髓瘤细胞的培养、不同杂交细胞的培养、杂交瘤细胞的培养等。(　　)
8．单克隆抗体由于特异性和导向性强而被誉为“生物导弹”。(　　)
分析：利用单克隆抗体的导向性强的特点，将抗癌药物连接在单克隆抗体上，形成生物导弹。×　√　√　×　新 知 解 读1．概念：是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，又称细胞杂交。知识点一　动物细胞融合
融合形成的杂交细胞具有两个细胞的遗传信息，通过动物细胞的培养，杂交细胞表现出两个亲本的特点。　　知识贴士
2．原理：细胞膜的流动性。
3．诱导方法：物理法——离心、振动、电激；化学法——聚乙二醇；生物方法——灭活的病毒。
4．过程：细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合。细胞膜融合是细胞融合的先导。没有细胞膜的融合，就不会有细胞质和细胞核的融合。(如图所示，以灭活的病毒诱导细胞融合为例)：
①细胞融合的实质是核融合。
②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，其染色体数目、基因组成、染色体组都是两个细胞之和，通过动物细胞培养，杂种细胞表现出两个亲本细胞的特点。知识贴士
5．特点：克服了有性杂交方法的局限性，打破了物种界限。
6．应用：应用于细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等，特别是利用细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 (2017·湛江检测)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
[解析]　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。 B　〔变式训练　1〕动物细胞融合的目的中最重要的是(　　)
A．克服远缘杂交不亲和　　 B．制备单克隆抗体
C．培育新物种 D．生产杂种细胞
[解析]　动物细胞融合不像植物体细胞杂交那样，主要是为了克服远缘杂交不亲和的障碍，以培育新品种为目的。动物细胞目前只见到高度分化的细胞核在去核卵细胞中表现全能性，还未见到融合细胞核表现出全能性的例子，因此动物细胞融合不能用来培育新的物种。生产杂种细胞不是细胞融合的主要目的，只是细胞完成融合后所形成的结构的名称。目前动物细胞融合技术最重要的用途就是制备单克隆抗体。B　1．概念：由单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。
2．特点：化学性质单一，特异性强，灵敏度高，可大量制备。
3．单克隆抗体的制备过程如右图：知识点二　单克隆抗体的制备过程4．制备过程中需注意的几个问题
(1)首先要注射特定的抗原蛋白免疫小鼠，对小鼠免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的效应B细胞，才能产生相应的抗体，所以，与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是效应B淋巴细胞。
(2)融合后可以得到多种细胞，包括未融合的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞、相互融合的B淋巴细胞、相互融合的骨髓瘤细胞、各种杂交瘤细胞，而所需的细胞是专一抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞。
(3)整个制备过程中要经过两次筛选。第一次筛选得到杂交瘤细胞(去掉未杂交的细胞及自身融合的细胞)，第二次需先在多孔培养板上培养，在每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。
(4)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有效应B淋巴细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量产生单克隆抗体。
5．应用
(1)诊断疾病：诊断病毒引起的疾病和用癌细胞抗原制备的单克隆抗体定位诊断。
(2)用于治疗疾病和运载药物：运用药物与单克隆抗体连接在一起制成“生物导弹”；
(3)分离和纯化抗原分子。 下图是单克隆抗体制备流程示意图。
(1)______________技术是单克隆抗体技术的基础。动物细胞培养 (2)在图中HAT培养基上，未融合的__________和融合的________________都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长。动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导手段，还可以采用____________。
(3)单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最主要的优越性是__________________________________。
(4)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的迅速________________特点，又具备淋巴细胞的______________特点，经过选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行____________和__________，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。最后将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或小鼠腹腔内增殖，从____________或__________中，就可以提取出大量的单克隆抗体了。
(5)淋巴细胞是由动物体______中的________细胞分化、发育而来的。亲本细胞 具有同核的细胞 灭活的病毒 特异性强，灵敏度高，并可大量制备 在体外大量增殖 面分泌专一抗体 克隆化培养 抗体检测 细胞培养液 小鼠腹水 骨髓 造血干
[解析]　解决本题首要要对课本内容熟练掌握，命题的主要方式是对课本内容进行挖空，所以立足课本是解决这类问题的关键。细胞融合技术最主要的应用就是制备单克隆抗体，动物细胞融合和植物细胞原生质体融合的不同点在于动物细胞融合可以使用灭活的病毒进行诱导。灭活是指使病毒失去感染能力，但是具有诱导细胞融合的能力。〔变式训练　2〕(2017·潍坊检测)下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是(　　)
A．制备过程中不需要动物细胞培养技术
B．杂交瘤细胞具有B淋巴细胞与癌细胞的所有特点
C．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
D．单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂
[解析]　将骨髓瘤细胞与经过免疫的B淋巴细胞融合，得到杂交瘤细胞，经过选择性培养基的筛选并经单一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞才可得到单克隆抗体，杂交瘤细胞能无限繁殖但不具有癌细胞的转移能力。D　指 点 迷 津1．植物体细胞杂交和动物细胞融合的区别2．动物细胞融合、单克隆抗体制备与动物细胞培养的区别与联系
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，也叫细胞杂交。杂交细胞是具有两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。杂交细胞的形成需要人工诱导，常用的诱导因素有聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。融合的细胞要繁殖就要进行动物细胞的培养，通过动物细胞的培养，杂交细胞表现出两个亲本各自的优良特点。
单克隆抗体的制备，首先应获得杂交瘤细胞，其过程是用已免疫的效应B淋巴细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种融合细胞：BB细胞、B瘤细胞、瘤瘤细胞，然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞，杂交瘤细胞要发挥其繁殖快，产生特异性抗体的优点，应通过动物细胞培养才能实现。所以无论是动物细胞融合还是单克隆抗体的制备，都是以动物细胞培养为基础的。纤维素酶和果胶酶 细胞壁 振动、离心、电激 植物组织培养 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官 或组织 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 灭活的病毒诱导 杂交细胞
(4)若该过程是制备单克隆抗体，A为小鼠B淋巴细胞，那么，在获得此细胞之前，小鼠已被注射了______。注射后小鼠身体产生了相应的__________，生成了________________________。图中B为____________。
(5)若该过程仍是制备单克隆抗体，在A、B到C的过程中，所形成的C有___种，用来培养的D细胞应该是____________，从中选择出它的方法是用____________________培养，获得D后，常用的培养方法是______________和______________________。抗原 免疫反应 浆细胞、抗体、记忆细胞 骨髓瘤细胞 3 杂交瘤细胞 特定的选择性培养基 培养液中培养 注射到小鼠腹腔内增殖 [解析]　本题主要考查动物细胞融合的过程和应用。(1)若是植物细胞融合，应先用纤维素酶和果胶酶处理，除去细胞壁，获得原生质体；诱导原生质体融合常用的物理方法是振动、离心、电激。(2)融合后形成的D细胞要用植物组织培养技术培养成植株。(3)若是动物细胞融合，则融合前培养的动物细胞A、B一般取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，然后用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使其分散开来，诱导融合的方法除物理法和化学法外，还可用灭活的病毒，融合后所形成的细胞称为杂交细胞。(4)若要制备单克隆抗体，应用小鼠已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。因此，在获得浆细胞之前，要给小鼠注射抗原。注射后小鼠身体产生了相应的免疫反应，生成了浆细胞、抗体、记忆细胞等。(5)诱导细胞融合时，可以是相同细胞融合，也可以是不同细胞融合，因此，形成的融合细胞有3种，需在特定的培养基上选择培养。获得特定杂交瘤细胞后，可用体内培养和体外培养的方法获得大量单克隆抗体。核 心 素 养灭活的病毒或PEG 流动性 细胞壁 纤维素酶和果胶 原生质体 植物组织培养 4 甲 [解析]　诱导动物细胞融合过程常用灭活的病毒或聚乙二醇作诱导剂；细胞融合体现了细胞膜具有一定的流动性。(2)植物细胞有细胞壁，所以需要先用酶解法去除细胞壁。细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原
理，可用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁形成原生质体；将细胞培养成植株的技术是植物组织培养技术。(3)假如A细胞的基因型是AABB，B细胞的基因型是aabb，可见这两种细胞都含有2个染色体组，因此它们融合形成的C细胞中含有4个染色体组。(4)如A细胞为甲牛的供核细胞，E细胞为乙牛的去核卵细胞，两种细胞融合成C细胞后，再培育出一头小牛，由于生物的性状主要由核基因控制，因此该小牛的大多数性状与甲牛相似。
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：遗传物质来自整合的两个亲本细胞。
(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。探规寻律问 题 释 疑
教材P55思考与探究
1．植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术有什么不同？
提示：植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术基本相同，不同的是植物体细胞融合前需去掉细胞壁，然后再融合；动物细胞融合是两个体细胞直接融合。2．制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？
提示：哺乳动物感染抗原后，其体内会形成相应的B淋巴细胞，B淋巴细胞能分泌相应的抗体以凝聚或杀死这些抗原。动物在免疫反应的过程中，每一种B淋巴细胞能分泌一种特异性抗体，要想获得大量的特异性抗体，必须使能分泌该单一抗体的B淋巴细胞大量增殖。B淋巴细胞具有产生单一抗体的能力，但不能在体外增殖；骨髓瘤细胞是一种癌细胞，它能在体外培养条件下无限增殖，但不能产生抗体。因此，把一种B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，它会兼有两个亲本细胞的特性——在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件71张PPT。专 题 三胚 胎 工 程〔趣 味 导 学〕
美国内华达大学教授伊斯梅尔·赞加尼历经7年研究，最终利用向绵羊胚胎注射人体干细胞的技术，成功培育出一只含有15%人体细胞的绵羊。赞加尼表示，这项技术的最终目的，就是要在绵羊身上培育出可向人体移植的器官。有人担心，如果人体细胞和动物细胞最终融合到一起，就可能产生兼具人类与绵羊特征的混种怪兽，引发社会伦理危机。但赞加尼说，将人体细胞注入到早期的绵羊胚胎不会导致融合细胞的出现。从目前的观察来看，研究人员没有发现混种绵羊表现出除绵羊以外的其他动物的行为。学习了本专题，你就会知道更多的技术成果。
〔专 题 概 述〕
本专题包括“体内受精和早期胚胎发育”“体外受精和早期胚胎培养”“胚胎工程的应用及前景”三节。
胚胎工程的建立简述了胚胎工程100多年来建立和发展的历史。胚胎工程是在研究胚胎移植的理论和技术的基础上建立起来的，科学家在此基础上又解决了哺乳动物体外受精的技术，继而推动了胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、胚胎干细胞培养等现代胚胎工程技术的建立和发展。本专题在总体内容安排上也体现了胚胎工程的发展脉络。首先对胚胎工程的理论基础——哺乳动物的受精和早期胚胎发育的规律进行了较深入地讲述，在此基础上介绍了胚胎工程技术。目前，胚胎工程技术中应用较多的是体外受精和胚胎移植技术，因此，可以说它们是胚胎工程技术的基础；胚胎分割技术是继胚胎移植技术后迅速发展起来的技术，方法简单，效率更高；胚胎干细胞的培养不仅是胚胎工程的重要成就之一，它在基础生物学、畜牧学、医学上都有重要的应用价值，是当前研究的热门课题之一。教材基本是按照胚胎工程技术发展的时间顺序对其进行介绍的。
“体内受精和早期胚胎发育”部分是学习本专题的基础。这部分内容尤为重要，应予以高度重视。〔学 法 指 导〕
本专题的内容常常与动物的个体发育联系起来考查，成为高考的一大热点，在学习中要结合材料的具体内容和自己的具体情况，充分利用各种课程资源，激发自己的学习兴趣，主动探究问题、自主学习。
〔专 题 重 点〕
哺乳动物精子和卵子的发生；哺乳动物的受精过程；哺乳动物的胚胎发育；体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义；哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤；胚胎移植的生理基础及操作程序；进行胚胎分割的注意事项及实际意义。
〔专 题 难 点〕
哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应的概念和生理功能；哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点；卵母细胞的采集和培养；精子的采集和获能；卵母细胞、精子的采集和培养方法。第一节　体内受精和早期胚胎发育自 主 学 习
一、胚胎工程的概念
胚胎工程是指对①____________________所进行的显微操作和处理技术。如体外受精、②__________、③__________、④________________等技术。
二、精子的发生
1．哺乳动物精子的发生是在⑤______内完成的。雄性动物从⑥______期开始，直到⑦__________衰退，睾丸的曲细精管内不断进行着生殖细胞的增殖，源源不断地产生精子。动物早期胚胎或配子 胚胎移植 胚胎分割 胚胎干细胞培养 睾丸 初情 生殖机能 有丝分裂 精原细胞 初级精母细胞 初级精母细胞 减数分裂 次级精母细胞 单倍染色体 精子细胞 细胞核 高尔基体 中心体 线粒体 原生质滴 头、颈、尾 无关 卵巢 初级卵母细胞 卵泡细胞 排卵前后 一个次级卵母细胞 第一极体 精子和卵子结 合过程中 一个成熟的卵子 第二极体 在卵细胞膜和透明带的间隙可以观 察到两个极体 1 精子与卵子结合形成受精卵 合子 受精前的准备阶段 受精阶段 雌性的输卵管 雌性动物生殖道 初级卵母 细胞 次级卵母细胞 输卵管 减数第二次分裂的中期 精子穿越放射冠和透明带，进入卵细 胞膜，原核形成和配子结合 透明带反应 卵细胞膜反应 尾部脱离 核染色体 受精卵 细胞分裂为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的 总体积不变或略有缩小 全能细胞 内细胞团 滋养层细胞 胎膜和胎盘 囊胚腔 外胚层、内胚层、中胚层
1．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。
2．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。？思考 1．精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管。(　　)
2．精子在初情期后开始形成，两次分裂连续进行；卵子 在胚胎性别分化以后形成，两次分裂不连续进行。(　　)
3．受精完成的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到 两个极体。(　　)
分析：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，受精完成的标志是雌雄原核的融合。
4．卵裂阶段的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。(　　)
分析：卵裂阶段的细胞分裂方式只有有丝分裂。判断题 √　√　×　×　5．卵裂阶段细胞中有机物、核DNA的含量增多，细胞体积增大。(　　)
分析：卵裂阶段胚胎的总体积不变或略有减小，但细胞数量增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数量增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为一直有呼吸消耗但不从外界吸收。
6．胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期。(　　)
分析：胚胎发育过程中，从囊胚开始发生分化，原肠胚分化程度最大。×　×　新 知 解 读1．概念
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。经过处理后获得的胚胎，还需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
2．技术内容
体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术都属于胚胎工程。知识点一　胚胎工程及精子和卵子的发生3．精子的发生
(1)场所：睾丸的曲细精管。
(2)时间：从初情期到生殖机能衰退阶段。
(3)过程：精子的发生过程大体可以分为三个阶段。
第一阶段：睾丸里有许多弯弯曲曲的曲细精管，曲细精管中有大量的精原细胞。位于曲细精管管壁的精原细胞进行数次有丝分裂，产生大量的精原细胞，其中部分精原细胞进一步形成初级精母细胞。
第二阶段：初级精母细胞连续进行两次分裂(即减数分裂，包括MⅠ和MⅡ)：第一次分裂产生两个次级精母细胞，每个次级精母细胞再次分裂产生两个精子细胞。
①精子细胞变形中的主要变化：细胞核——精子头的主要部分；高尔基体——头部的顶体；中心体——精子的尾；线粒体——线粒体鞘；细胞内其他物质——原生质滴。
②精子外形似蝌蚪，分头、颈和尾三部分。不同动物的精子形态相似，但细胞略有不同，与动物体型大小无关。知识贴士4．卵子的发生
(1)场所：卵巢。
(2)时间：哺乳动物在出生前(胎儿时期)完成卵泡的形成和在卵巢内的储备，到性成熟时经减数分裂形成卵子。
(3)过程：卵子的发生过程大体可以分为两个阶段。
第一阶段：初级卵母细胞的形成阶段；第二阶段：初级卵母细胞分裂形成卵子阶段。
①两次分裂的时间：减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。卵泡形成时间：胎儿时期。
②卵子受精的标志：当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精。
③卵子的数量：对于雌性哺乳动物来说，一生产生的卵子数量在胚胎期就基本固定了，如人一生大约可以排卵400个。知识贴士5．精子和卵子发生的比较
①刚排出的卵不是成熟的卵子，是初级卵母细胞或次级卵母细胞；②卵子完成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。知识贴士 以下对精子形成过程的说法，不正确的是(　　)
A．精子细胞中的细胞核变为精子头的主要部分
B．高尔基体发育为头部的顶体
C．线粒体聚集在尾的基部形成线粒体鞘
D．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
[解析]　在精子细胞演变为精子的过程中，细胞发生一系列的变化。其中，中心体演变为精子的尾，并没有随原生质滴脱落消失。D　〔变式训练　1〕下列不是精子、卵子发生的区别是(　　)
A．初级精母、卵母细胞的形成时间　　　　　　　　　
B．MⅠ分裂和MⅡ分裂的时间连续性
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量
[解析]　初级精母细胞是雄性动物初情期开始后由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期完成的；精子的产生在MⅠ分裂和MⅡ分裂连续进行，卵子产生通过MⅠ分裂形成次级卵母细胞，在精子与卵子的结合过程中完成MⅡ分裂；精子细胞变形后为蝌蚪状，卵子不需要变形；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。D　1．概念：受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。它包括受精前的准备阶段和受精阶段。
2．场所：在自然条件下，受精是在雌性的输卵管内完成的。知识点二　受精3．受精过程
(1)受精前的准备阶段
精子获能：进入雌性动物生殖道的精子虽然运行的时间不长，但必须经过这一时段才能与排出的卵子受精。也就是说，刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，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。
卵子的准备：卵子一般在排出后2～3h才能被精子穿入。动物排出的卵子成熟程度不同，都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。(2)受精阶段
①顶体反应：获能后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，出现精子顶体膨大，精子质膜(外膜)和顶体外膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储存的与受精有关的酶释放出来，参与精子和卵子的受精过程，这种生理现象叫做顶体反应。
②防止多精子入卵受精的两道屏障。
屏障一：透明带反应。当精子越过放射冠，进入透明带并接触卵细胞膜的瞬间，卵子发出指令(信号)，产生阻止后续的精子进入透明带的生理反应。屏障二：卵细胞膜反应。当第一个精子进入卵细胞膜后，会立即引起卵细胞膜的紧缩、增厚，产生阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精的生理反应。
③精子入卵后发生的变化：尾部脱离，原有的核膜破裂，形成新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的雄原核。
④卵子在精子入卵后发生的变化
变化一：卵细胞膜反应，拒绝其他精子再进入卵内；变化二：卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体，形成雌原核。
⑤雄原核和雌原核彼此接触，并融合为合子，即受精卵。
①对于受精的标志和受精完成的标志应该区分开，受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。
②雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。
③受精卵的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子(父本)，一半来自卵子(母本)，质遗传物质几乎全来自卵子。知识贴士 关于受精过程的叙述错误的是(　　)
A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠
B．透明带反应是防止多精子入卵的第一道屏障
C．精子与卵细胞膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂
[解析]　受精时精子依次穿越放射冠和透明带；阻止多精子入卵的屏障依次是透明带反应和卵细胞膜反应；卵子完成减数第二次分裂是在雄原核形成时进行的。A　〔变式训练　2〕下列说法正确的是(　　)
A．成熟精子遇到卵子便可发生受精作用
B．排出成熟卵子细胞的过程即为排卵
C．卵子形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D．卵子成熟过程中的减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过程中完成的
[解析]　成熟精子必须经过精子获能才能与达到减数第二次分裂中期的卵子发生受精作用。排卵排出的并非是成熟的卵子，有的是初级卵母细胞、有的是次级卵母细胞。卵子成熟过程中的减数第二次分裂过程是在输卵管中完成的。D　1．最初发育场所及分裂方式
最初场所：输卵管；分裂方式：有丝分裂。
2．胚胎发育过程
哺乳动物的胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程，包括卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚、胚层分化等主要阶段。知识点三　胚胎发育(1)卵裂
合子形成后即在输卵管内进行有丝分裂，这个过程叫做卵裂。其特点是：细胞分裂为有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积不增加，或略有缩小，每个细胞的体积变小。
(2)桑椹胚
当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫做桑椹胚。这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。
(3)囊胚
桑椹胚继续分裂，中间出现一个空腔，腔内充满液体，称为囊胚。
①囊胚中内细胞团的细胞将来发育成幼体，外部细胞即滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。
②囊胚进入母体子宫内并植入子宫内膜中。知识贴士(4)原肠胚
囊胚进一步发育，内细胞团表面的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。外胚层细胞在胚盘正中线处形成一条增殖区，该区的细胞增殖分裂，进入内、外胚层之间形成中胚层。这时的胚胎称为原肠胚，由内胚层包围的空腔叫原肠腔。此后各胚层将按各自的发育途径分裂和分化为不同的组织和器官。
(5)器官的形成
原肠胚的内、中、外三个胚层继续发育形成各种器官原基。
1．个体发育和胚胎发育的区别，个体发育起点是受精卵的分裂，终点是性成熟的个体。如图所示：
知识贴士2．发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿整个个体发育过程中。
3．细胞全能性与早期胚胎发育各阶段的关系
(1)桑椹胚期以前的细胞具有全能性，即每一个细胞都有发育成完整胚胎的潜能。
(2)囊胚开始出现细胞分化，其中内细胞团细胞具有全能性，而滋养层细胞不具有全能性。
(3)原肠胚中出现胚层分化，细胞不再具有全能性。 以下关于桑椹胚的说法不正确的是(　　)
A．胚胎细胞达到32个左右，形似桑椹
B．每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，即每个细胞都具有全能性
C．良种母牛体内此时的细胞都有可能克隆出基因型完全相同的小牛，它们的性别一定为雌性
D．是由受精卵经有丝分裂产生的C　
[解析]　当胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹，叫做桑椹胚。实验证实，这一阶段的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。这些细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的。良种母牛体内桑椹胚是由受精卵发育而成的，受精卵经有丝分裂形成的各细胞基因型相同，由它们克隆而成的小牛性别也相同，但不一定都是“母牛”或者说是雌性，这要看一开始此受精卵的情况。若受精卵为XY型，则全为雄性，若受精卵为XX型，则全为雌性。〔变式训练　3〕下列说法正确的是(　　)
A．卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化　
B．原肠胚细胞属于全能细胞
C．囊胚腔先于原肠腔出现
D．桑椹胚开始进行孵化C　指 点 迷 津区分“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：
①顶体反应发生在精子与卵子相遇时。
②透明带反应发生在精子触及卵细胞膜的瞬间。
③卵细胞膜反应发生在精子入卵后。
(2)从生理作用看：
①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。
②透明带反应是防止多个精子穿越透明带，是防止多精入卵受精的第一道屏障。
③卵细胞膜反应也是防止其他精子入卵，是防止多精入卵受精的第二道屏障。 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内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。放射冠 雄原核 雌原核 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 精子获能 输卵管 减数第二次分裂中期 核 心 素 养 回答下列有关人体发育的几个问题。
(1)受精卵的有丝分裂，称______，所产生的子细胞构成的实心胚称________，该实心胚进入子宫腔后，内部出现含有液体的囊腔，叫________，此时的胚胎称______。
(2)囊胚表面是单层扁平细胞，称________，将来发育成____________；在腔的一端有一团细胞，称__________，将来发育成______________。
(3)成熟的生殖细胞包括______和______，均为仅有____条染色体的单倍体细胞，其中___条是性染色体。卵裂 桑椹胚 囊胚腔 囊胚 滋养层 胎膜和胎盘 内细胞团 胎儿各种组织 精子 卵子 23 1
早期胚胎发育认识的三个误区
(1)误认为子宫是唯一的发育场所。受精卵形成后即在输卵管内开始进行有丝分裂，输卵管为受精卵发育的最初场所。
(2)误认为胚胎发育过程中胚胎体积一直在增大。卵裂时期胚胎总体积基本不变，每个细胞的体积在减小。
(3)误认为胚胎发育过程中有机物总量在增加。早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，有机物总量减小，但有机物种类增加。探规寻律问 题 释 疑教材P62讨论题
【精子的发生】
1．家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？
提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位(输卵管)的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。
2．精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？
提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。【卵子的发生】
1．一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？
提示：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
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．刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？
提示：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。
教材P064旁栏思考题
进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？
提示：是的。从卵巢取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成减数第二次分裂。应在人工模拟的输卵管环境中进行体外培养才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。
教材P067资料分析
1．表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
提示：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。
2．将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？
提示：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8～16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
3．为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。
提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等。教材P068思考与探究
1．以精子的运行途径为线索，设计一幅简图，来说明哺乳动物的受精过程。
提示：哺乳动物的受精过程主要包括精子穿越放射冠和透明带、进入卵细胞膜、原核形成和雌、雄原核融合等步骤(详见教材中的受精过程)。
2．哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？
提示：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过减数两次分裂(MⅠ分裂和MⅡ分裂)才能形成精子或卵子。
不同之处：由一个精原细胞经减数分裂最后可产生4个精子；由一个卵原细胞经减数分裂最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状；卵子为球形，多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的储备是在胎儿出生前完成的。
3．当你了解到精子需要获能，受精过程中有防止多精入卵的现象时，你是否提出过这样的问题：精子在雌性生殖道内是如何获能的？防止多精入卵的两道防线的形成机制究竟是什么？如果你提出过这样的问题，并能通过查阅书籍，上网或请教专家来解决问题，说明你在深入探讨问题方面又前进了一大步。除了这两个问题外，你还能提出其他问题吗？
提示：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。精子在雌性动物生殖道内获能的部位因种类而异，但主要是在子宫和输卵管。
防止多精入卵主要通过透明带反应和卵细胞膜反应两道屏障。在受精过程中，当精子穿越透明带触及卵细胞膜时，透明带会立即封闭，阻止后来的精子进入透明带，这可看作是防止多精入卵受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵细胞膜会立即拒绝其他精子再进入卵内，这可看作是防止多精入卵受精的第二道屏障。其生理、生化机制，请参阅有关专著。知 识 构 建训 练 巩 固课件48张PPT。专 题 三胚 胎 工 程第二节　体外受精和早期胚胎培养自 主 学 习一、试管动物技术
1．试管动物技术是指通过①__________，使卵子和精子在体外条件下成熟和②______，并通过培养，发育为③__________后，再经④______产生后代的技术。
2．良种牛的生育率虽然低，但母牛卵巢中的⑤__________要比其一生中正常排出的卵子多1000倍，如果分别采集牛的⑥______和⑦__________，让它们在⑧__________并发育成⑨__________，再移植到本地牛体内妊娠就可以实现良种牛的快速大量繁殖。人工操作 受精 早期胚胎 移植 卵母细胞 精子 卵母细胞 体外受精 早期胚胎 二、哺乳动物的体外受精
1．体外受精的步骤：⑩__________________________________。
2．卵母细胞的采集和培养
(1)采集方法
对于实验动物，如小鼠、兔、猪、羊，常采用?____________处理，使其排出更多的?______，然后从?________中冲取卵子；对于大型动物或大家畜，如牛，一般从已屠宰母畜的?______中采取，或借助于超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具，直接从活体动物?______中吸取?__________。卵母细胞的采集、精子的获取、受精 促性腺激素 卵子 输卵管 卵巢 卵巢 卵母细胞
(2)培养
从?________中冲取的卵子，不需要在体外经人工培养，可直接与获能的精子在体外受精；从?______中采集的卵母细胞，需要在体外经?__________后才能与获能的精子受精。
输卵管 卵巢 培养成熟 假阴道法 手握法 电刺激法 培养法 化学诱导法 肝素 钙离子载体A23187溶液 获能 培养成熟 获能 受精 有机盐 无机盐 维生素 激素 氨基酸 核苷酸 血清 受精状况 受精卵的发育能力 受体移植 冷冻保存 桑椹胚 囊胚 8～16个细胞
1．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。其形成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。
2．使雌性动物超数排卵为什么只能注射促性腺激素，而不能饲喂？
提示：促性腺激素是蛋白质类激素，口服后易被消化道内的水解酶水解。？思考 1．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步骤。(　　)
2．采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精。(　　)
分析：采集的卵母细胞需在体外培养使其处于减数第二次分裂中期才能与获能的精子受精。判断题 √　×　3．精子与卵子的体外受精必须在特定的受精溶液或获能溶液中进行。(　　)
4．体外受精后获得的受精卵需要立即移入母体子宫进行妊娠，以保证成活率。(　　)
分析：体外受精获得的受精卵需要移入发育培养液中培养一段时间，以检查受精状况和受精卵的发育能力。受精卵发育到适宜阶段才能进行胚胎移植。
5．早期胚胎培养的培养液中，应含有一定量的CO2。(　　)√　×　√　新 知 解 读1．概念
试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。
2．意义
(1)解决动物生育率低的问题。
(2)实现良种动物的快速大量繁殖。知识点一　试管动物技术及体外受精
(1)试管动物技术并非指胚胎自始至终都在试管中发育，而是胚胎发育初期在培养皿或试管中，然后将胚胎移植到受体子宫内，胚胎发育的绝大多数时间均在母体内。
(2)“试管动物”的培育与动物自然生殖没有本质的区别，它们都属于有性生殖过程，只是培育“试管动物”过程中的受精和早期胚胎的发育是在体外进行的，在获得早期胚胎后需要经过胚胎移植。
(3)试管动物技术的生殖方式是有性生殖。但要特别注意题目是怎样问的，如果是问试管动物，则是有性生殖；如果是问克隆过程中的胚胎移植，则是无性生殖。
(4)试管动物技术涉及的生物技术有体外受精和胚胎移植技术。知识贴士3．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几个主要步骤。
(1)卵母细胞的采集和培养
卵母细胞采集的方法和操作的要领：
方法①：对实验动物小鼠、兔和小家畜猪、羊等卵母细胞采集时，可先用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后在适当的时间从输卵管中取卵子，并使其直接与获能的精子在体外受精。
方法②：从刚屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。
方法③：直接从活体动物的卵巢中采集卵母细胞，叫做活体采卵。需借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜，直接从活的动物卵巢中吸取卵母细胞。
后两种方法适用于大家畜和大动物。采集的卵母细胞需在体外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精子采集的方法
②精子获能的处理方法
在体外受精前，必须先对精子进行获能处理，诱导方法有：
A．培养法：对于啮齿动物、家兔和猪等动物，将取自附睾的精子，放入人工配制的获能液中，培养一段时间后，精子就可获能。
B．化学诱导法：对于牛、羊等家畜，将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。
①体外受精前，并非收集到精子、卵子就解决受精问题。精子与卵子在体外结合前需要先培养卵子使其发育至减数第二次分裂中期并对精子进行体外获能处理。
②不同的动物，采集卵子和精子的方法不同，精子体外获能的方法也不同。
③精子获能处理前应离心处理：
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。知识贴士(3)受精
①条件：获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中共同培养一段时间才能完成受精。
②过程：B　
[解析]　哺乳动物体外受精的过程主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集与获能、受精等几个主要步骤。卵子的采集方法有两种：一种是用促性腺激素超数排卵后从输卵管中冲取，一种是从屠宰后的母体卵巢或活体的卵巢中采集卵母细胞(需要在体外培养成熟后，才能与获能的精子受精)。精子的采集方法主要有假阴道法、手握法和电刺激法。从动物体内采集到的精子必需获能后才能与发育成熟的卵子受精。精子获能的方法主要有培养法和化学诱导法。受精的过程要在获能溶液或专用的受精溶液中培养一段时间才能完成。
〔变式训练　1〕采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。以下原因不正确的是(　　)
A．卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程
B．动物排出的卵子成熟程度不同
C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时，才算成熟
D．冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大
[解析]　冲出的卵子还不成熟，只有培养至减数第二次分裂中期时，才具有与精子受精的能力。在此之前，也要经历类似精子获能的处理。D　1．培养液的成分及用途
(1)成分：哺乳动物的胚胎培养液含水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清等。
(2)用途：当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．试管牛的生产过程
体外受精→良种牛早期胚胎→胚胎移植→健康受体牛→良种犊牛→成熟期牛知识点二　胚胎早期培养
知识贴士 下列有关动物胚胎早期培养的说法正确的是(　　)
A．精子与卵子在发育培养液中完成受精
B．培养液的成分一般包括无机盐、维生素、激素、氨基酸、蔗糖
C．胚胎发育到一定阶段，可将其向受体移植或冷冻保存
D．动物胚胎移植的时间都是桑椹胚阶段，因为这个时候的细胞是全能细胞
[解析]　精子和卵子在体外受精后形成受精卵；培养液的成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需维生素、激素、氨基酸、核苷酸，以及血清等物质，没有蔗糖。不同动物胚胎移植的时间不同。C　〔变式训练　2〕关于牛体外受精胚胎的工厂化生产的叙述正确的是(　　)
A．精子和卵子受精形成受精卵后即可移入母牛子宫
B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液才能形成受精卵
C．成熟卵子与获能的精子相遇形成的受精卵，需培养到一定阶段才可移植
D．体外受精胚胎的工厂化生产即胚胎发育和受精过程只需在体外进行
[解析]　体外受精的原理是人工模拟体内环境，包括营养、温度、pH等，使卵母细胞成熟，同时使精子获能，最终完成受精作用。因此卵母细胞必须在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精，受精卵发育到桑椹胚或囊胚阶段才能移植，移入母体后继续发育形成幼体并产出。C　指 点 迷 津克隆动物、试管动物的比较 为了加强优良种牛的繁殖速度，科学家采用了以下两种方法，如下图所示。
请根据图示信息回答：
(1)试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术有___________________ _____等。
(2)用来促进B牛多排卵的激素可能是______分泌的促性腺激素。E牛的性别是____________。动物细胞培养和胚胎 移植 垂体 雌性或雄性
(3)产生F牛的理论依据是_______________，其生殖方式属于_________。
(4)要培育高产奶率的转基因牛，则目的基因的受体细胞一般是________，转基因牛乳腺细胞中含有较多的参与分泌物加工的_________________________等细胞器。
[解析]　两种育种方式均用到的工程技术是动物细胞培养和胚胎移植。促性腺激素由垂体分泌。试管牛的性别由公牛A产生的两种精子(X或Y)决定。试管牛的产生属于有性生殖；克隆牛属于无性生殖，理论基础是细胞的全能性。细胞核的全能性 无性生殖 受精卵 内质网、高尔基体、线粒体 核 心 素 养 如图为纯种荷斯坦小奶牛的繁殖过程，请据图回答下列问题。(1)克隆动物培育过程与图示繁殖过程相比，特有的技术手段是________技术，这两种动物繁殖方式相比，实质性的区别为前者是__________，后者是__________。
(2)采集精子的方法有__________、________、__________；对牛的精子进行获能处理使用的方法一般是____________。
(3)为保证受精作用的顺利完成，需要给体外培养的生殖细胞提供______、____、__________、__________等合适的环境条件。哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及__________等物质。核移植 无性生殖 有性生殖 假阴道法 手握法 电刺激法 化学诱导法 温度 pH 溶液浓度 营养成分 动物血清
(4)受精卵形成之后______(填“能”或“不能”)立即移入母体子宫的原因是__________________________________。进行胚胎体外培养时，对不同发育阶段的胚胎使用的培养液成分______(填“相同”或“不同”)。
(5)如果培育转基因荷斯坦奶牛，可采用__________技术将药用蛋白基因导入________中，在检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因时，常采用的方法是______________技术，根据是否显示出杂交带进行判断。不能 要检查受精状况和受精卵的发育能力 不同 显微注射 受精卵 DNA分子杂交 [解析]　(1)与题图繁殖过程相比，克隆动物培育过程采用的特有的技术手段是核移植技术，为无性生殖；而题图所示的繁殖过程有精卵结合形成受精卵的过程，为有性生殖。(2)采集精子的方法包括假阴道法、手握法、电刺激法，对精子进行获能处理的方法包括培养法、化学诱导法，前者适用于啮齿动物、家兔和猪等，后者适用于牛、羊等家畜。在早期胚胎的培养过程中，培养液中需加入动物血清。(3)动物细胞培养一般使用液体培养基，其中加入了糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、动物血清等，同时还要注意培养液的温度、pH、营养液的浓度等。(4)受精卵形成后一般不能进行移植，一般移植的是胚胎，常在胚胎发育过程中的囊胚或桑椹胚时期进行胚胎移植。一般胚胎发育的不同阶段使用的培养液成分不同。(5)将目的基因导入动物细胞常用的技术是显微注射技术，受体细胞通常是受精卵，DNA分子杂交技术可用于检测目的基因是否导入。
“胚胎工程”是一门新兴技术，应用广泛。常与基因工程、克隆技术及其他胚胎工程技术相结合考查学习时要在牢固识记和理解基础知识的基础上，进一步掌握胚胎工程与其他工程技术的联系，通过综合性试题训练提高知识的整合和迁移能力。探规寻律问 题 释 疑
教材P072奇思妙想
为充分利用屠宰母畜卵巢上的卵母细胞，不妨将屠宰场和“胚胎工厂”合建。这样屠宰场的产品就不仅是鲜肉，还会生产出大量的胚胎和胚胎工程所需的原材料，你看这个想法可行吗？
提示：可行。培育胚胎需要卵母细胞，可以从刚屠宰后的雌性卵巢内取得，合建保证了获取卵母细胞的鲜活，又可保证屠宰场的肉是鲜肉，防止时间过长，肉变质，有利于生产大量的胚胎和胚胎工程所需要的原材料。
教材P073思考与探究
①通过这些介绍，你对体外受精和胚胎培养的应用前景有什么认识？
提示：a.可加速育种工作和品种改良。b.大量节省购买种畜的费用。尤其是胚胎冷冻保存技术，在世界范围内可做胚胎移植，不受时空限制；胚胎工程代替了活畜引种，节省了大量购买种畜的费用。c.用于保存品种资源和濒危物种。d.可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短供体本身的繁殖周期。②看过这些介绍后，你愿意向你的家人或亲友讲一讲试管家畜的事情吗？请你用尽量通俗的语言介绍体外受精和早期胚胎培养的技术。
提示：知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件57张PPT。专 题 三胚 胎 工 程第三节　胚胎工程的应用及前景自 主 学 习一、胚胎移植
1．胚胎移植的概念
(1)对象：雌性动物的①__________或通过②__________及其他方式得到的胚胎。
(2)受体：③________、生理状态相同的其他雌性动物的体内。
(3)地位：是胚胎工程其他技术的④______一道工序。
2．胚胎移植的优势
(1)充分发挥雌性优良个体的⑤__________。
(2)大大缩短了供体本身的⑥__________，增加供体一生繁殖后代的数量，从而推动了畜牧业的发展。早期胚胎 体外受精 同种的 最后 繁殖潜力 繁殖周期 3．胚胎移植的生理学基础
(1)同种动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，生殖器官的⑦__________是相同的，这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的⑧__________。
(2)哺乳动物的早期胚胎形成后处于⑨______状态，为胚胎收集提供了可能。
(3)不发生⑩______________，是胚胎存活的条件。
(4)供体胚胎与受体子宫建立正常的?______和?______联系，但?__________不受影响。生理变化 生理环境 游离 免疫排斥反应 生理 组织 遗传特性 4．胚胎移植的基本程序
供受体的选择和?______―→?______或人工授精―→对胚胎的?______、检查、?______或保存―→胚胎?______及移植后的检查。处理 配种 收集 培养 移植 优良性状的生殖细胞 妊娠 转基因 核移植 体外受精 机械方法 移植 无性繁殖 克隆 实体显微镜 显微操作仪 桑椹胚 囊胚 内细胞团 胚胎 ES EK 早期胚胎 原始性腺 体积小、细胞核大、核仁明显 全能性 增殖 分化 冷冻保存 遗传改造 人类的某些顽症 供体器官不足 免疫排斥 细胞分化 个体发生 发育规律
1．胚胎移植的繁殖方式一定是有性繁殖吗？为什么？
提示：不一定。胚胎移植的繁殖方式取决于胚胎是由受精卵形成的，还是由核移植技术形成重组细胞发育而成的。若由受精卵形成的，则为有性繁殖，否则为无性繁殖。
2．胚胎移植时为什么两次使用激素？
提示：第一次用激素对供、受体进行同期发情处理，第二次用激素用于供体的超数排卵。？思考 1．冲卵的含义是冲出早期胚胎，不是冲出卵子。(　　)
2．转基因动物的培育不需要通过胚胎移植技术。(　　)
分析：转基因动物的培育需要通过受精卵经早期胚胎培养、胚胎移植得到。
3．胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎一般在原肠胚之前，也可直接移植受精卵。(　　)
分析：胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。判断题 √　×　×　
4．胚胎移植两次检查的目的：一是对收集胚胎的质量检查；二是移植后对受体母牛是否妊娠的检查。(　　)
5．胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无 性生殖。(　　)
6．试管动物的性别和性状由父本、母本决定，而克隆动 物的性别和性状与核供体相同。(　　)√　√　√　新 知 解 读1．对于胚胎移植的概念，可从以下几个方面掌握：
(1)胚胎的来源：
①雌性动物体内的早期胚胎。
②通过体外受精和早期胚胎培养得到。
③其他方式，如通过哺乳动物体细胞核移植及培养而得到。知识点一　胚胎移植(2)对受体的要求：
①同一物种。
②与供体处于相同的生理状态。
③雌性动物。
(3)胚胎的移植方法：
手术法和非手术法两种。
(4)在胚胎工程中所处的位置：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”。
(5)实质：
胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。2．胚胎移植的意义
总的来讲，胚胎移植有以下几方面的意义：
(1)加速育种工作和品种改良。
(2)大量节省购买种畜的费用。
(3)一胎多产。
(4)保存品种资源和濒危物种。
(5)胚胎移植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增加供体一生繁殖的后代数量。
3．胚胎移植的生理学基础
(1)供体与受体相同的生理环境
(2)早期胚胎处于游离状态
(3)受体对外来胚胎的认可
(4)供体胚胎与受体正常联系的建立4．胚胎移植的基本程序(以家畜的胚胎移植为例)
①供体牛的选择：选择遗传性能和生产性能优秀的个体。
受体牛的选择：选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体。
②冲卵：配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。知识贴士 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
[解析]　A错误，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。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。D　〔变式训练　1〕将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。以下说法不正确的是(　　)
A．这时说的同“种”是指同一“物种”
B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功
C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功
D．不管是否妊娠，同种动物生殖器官的生理变化都是一样的
[解析]　雌性哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物生殖器官的生理变化是一样的。D　1．概念
是指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，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
2．胚胎分割可以看做是动物的无性繁殖或克隆
生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，因此，也属于动物克隆的一种方法。知识点二　胚胎分割3．使用的主要仪器设备
实体显微镜和显微操作仪。
4．选用胚胎
应选择发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。
5．具体操作——以二分胚胎的分割和移植为主
用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚胎移植给受体。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 以下关于胚胎分割移植的说法不正确的是(　　)
A．就目前的胚胎分割移植而言，产生的同卵双胎较多，同卵多胎成功率较低
B．胚胎分割所需要的主要仪器设备为实体显微镜和显微操作仪等
C．可在囊胚阶段的胚胎进行随机分割成两份或多份然后移植
D．用分割针将桑椹胚分成两部分，可直接将裸半胚移植入受体
[解析]　一般到囊胚阶段出现内细胞团，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养层细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现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，所以这一阶段不能随机分割。C　
〔变式训练　2〕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胚胎
[解析]　胚胎分割常选择桑椹胚或囊胚时期的胚胎，一般分割成同卵双胎，并不能任意分割成多份。胚胎分割可以看作是动物无性繁殖或克隆的方法之一。B　1．来源
哺乳动物的胚胎干细胞(embryonicstemcell)简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。
知识点三　胚胎干细胞
2．ES细胞特点
(1)形态大小：ES细胞具有胚胎细胞的特性，在形态上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显。
(2)功能：具有发育的全能性；即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
(3)在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3．种类
4．ES细胞的主要用途
(1)ES细胞可用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。
(2)ES细胞通过诱导分化可产生新的组织细胞，用于治疗人类的组织损伤和某些顽症。
(3)还可通过ES细胞的体外诱导分化，定向培育人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和移植后免疫排斥的问题。 下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，正确的一项是(　 )
A．人类胚胎干细胞即人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团
B．人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团
C．人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞
D．人类胚胎干细胞不仅指人类囊胚中未分化的细胞，也指成人身上的成年干细胞B　
[解析]　人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期——囊胚中未分化的细胞。囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等；中心的腔称为囊胚腔，腔内侧有内细胞团。内细胞团在形成内、中、外三个胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺和肠等，中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化形成皮肤、眼睛和神经系统等。由于内细胞团能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。〔变式训练　3〕胚胎干细胞的特点是(　　)
A．在形态上，表现为体积大、细胞核大、核仁明显；在功能上具有发育的全能性
B．在形态上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上具有发育的全能性
C．在形态上，表现为体积小、细胞核小、核仁不明显；在功能上不具有发育的全能性
D．在形态上，表现为体积大、细胞核小、核仁明显；在功能上具有发育的全能性B　指 点 迷 津1．克隆(核移植)、胚胎移植和试管婴儿的区别
(1)克隆：指无性繁殖，具体是指从一个共同的祖先通过无性繁殖的方法增生而来的一群遗传特性相同的细胞或者个体，即由一个细胞产生一个细胞群，由一个个体产生另一个个体或者许多个体，如植物的组织培养。动物的克隆就是指细胞核移植，通过离体培养使细胞重新表达细胞的全能性。
(2)试管婴儿：是体外受精和胚胎移植过程，属于有性生殖。
(3)胚胎移植：哺乳动物的胚胎移植以良种牛的繁殖为例。用激素刺激母牛多排卵，体外受精，发育成早期胚胎，然后将胚胎移入经过激素处理可以接受胚胎植入的母牛体内使其孕育成小牛。
2．胚胎分割的份数越多，操作的难度越大，移植的成功率越低的原因
早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；再者，细胞数目是有限的。分割的份数越多，不但难以做到均等分割，每一份的细胞数会越少，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。 在克隆技术出现之前，育种工作者已经开始采用胚胎分割移植的方法来尽快繁育更多的优质牛。这种育种技术的主要步骤是：将经过人工授精得到的受精卵在试管内培养到8个细胞的胚胎时，将胚胎均分割为4等份，再分别移植到不同母牛的子宫内发育、分娩，就能得到所需要的小牛。
(1)胚胎分割移植在受精卵培养到8个细胞的胚胎期时进行，其主要原因是____________________________________________________________。
(2)通过同一胚胎的分割移植培育出的小牛的性别______。
(3)通过体细胞克隆技术培育出的小牛，其性别取决于______________。
(4)该生物工程技术的基础是________________________，克隆羊“多利”运用了哪些生物工程技术？__________________。此时细胞还未出现分化，如果发育到了囊胚时期细胞就会出现分化 相同 提供核的亲本 动物细胞培养和胚胎移植 核移植和胚胎移植 核 心 素 养 下图是“万能细胞”的诞生过程，图中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干细胞中能高度表达并决定其“全能性”的四个基因，将改造后的“万能细胞”植入小鼠身体，植入的细胞长成了“肿瘤”，“肿瘤”中出现了神经、骨骼、肌肉等多种类型的细胞。请据图回答下列问题：(1)胚胎干细胞又称ES细胞，是从____________________中分离出来的一类细胞，如果胚胎发育到了囊胚期，这时的__________细胞就是ES细胞。
(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的________。
(3)图中反转录病毒的作用是____________________，过程③利用了反转录病毒的__________________特性。
(4)“万能细胞”经体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，这样培育的特殊细胞或器官移回病人体内与异体器官移植相比，最大的优点是______________________。
(5)请说出一种胚胎干细胞的应用：___________________________________ _________________________________。早期胚胎或原始性腺 内细胞团 全能性 作为基因工程的载体 感染(宿主细胞) 不会产生免疫排斥反应 用于研究细胞分化和细胞凋亡的机理；用于器官移植等(答出一种即可)
[解析]　(1)胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，囊胚中内细胞团的细胞是胚胎干细胞。
(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的全能性，可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
(3)反转录病毒的作用是作为基因工程的载体，利用了病毒的感染性。
(4)干细胞培育出的组织器官，可以避免产生免疫排斥反应。
胚胎工程中的卵母细胞及受精卵的培养、胚胎分割及胚胎干细胞培养等技术与“基因工程”“细胞工程”等现代生物科技专题有着密切联系，可以说“动物基因工程”“动物细胞工程”等是胚胎工程的上游技术，而胚胎工程则属于下游技术。
体外受精的过程和操作方法是需要着重掌握的知识，学生在答题时往往由于对体外受精和早期胚胎发育的过程不了解而导致失误。所以熟练掌握体外受精的方法步骤以及早期胚胎培养需要注意的事项，是解决这类题目的关键。探规寻律问 题 释 疑教材P76正文中讨论题
1．在胚胎移植操作中，怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？例如，供、受体的发情时间要一致吗？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与在供体内的位置相同或相似吗？
提示：应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。因此，必须做到供、受体母畜的发情时间一致。同时还要做到移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似，移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。
2．胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的概括正确吗？
提示：胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。所以我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。这样的概括是正确的。
教材P79旁栏思考题
对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？
提示：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养层细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
教材P81思考与探究
1．右图是同学们到某良种场进行参观后，看到的胚胎移植繁育良种奶牛的技术流程示意图。请看图思考并讨论以下各题。
(1)用文字完成下面的流程图。
提示：①对供、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理；③配种或人工授精；④收集胚胎；⑥胚胎移植；⑦对受体母畜进行是否妊娠的检查。
(2)应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？在②中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛，在促性腺激素处理供体母牛前，为什么需要对供体和受体母牛进行同期发情处理？
提示：供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素处理供体母牛是为了引起超数排卵，这样就可以获得较多的胚胎；在促性腺激素处理供体母牛前，对供体和受体母牛进行同期发情处理，才能使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。
(3)在右侧的流程图中，哪一步需要进行冲卵？冲卵是把母畜的卵子冲出来吗？
提示：第④步需要进行冲卵，冲卵是指将供体母畜体内的受精卵冲出来，而不是把卵子冲出来。(4)用胚胎移植繁育良种种畜具有哪些实用意义？
提示：胚胎移植可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。具体表现为：缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代。
可在短期大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良工作。
经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替活畜的引种或进出口。
通过胚胎移植可以人为生产双胎或多胎。
可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件62张PPT。专 题 四生物技术的安全性和伦理问题〔趣 味 导 学〕
生物技术的发展带来了令人注目的成果，随着转基因技术等生物技术成果的不断涌现，人们对生物技术的安全性、伦理性等诸多问题也有了更高度的关注，争论也日趋剧烈。
当首例转基因植物——转基因烟草诞生时，就曾有人惊呼：“人类开始有了一双创造新生物的‘上帝之手’。”然而，1998年，英国某研究所报道了关于实验老鼠食用转基因土豆后出现生长异常的消息，虽然英国皇家学会对此组织评议的结论是：“研究缺乏科学性”，但这却给当时的转基因热潮泼了冷水。人们开始担心，如果人食用了转基因食品会怎样呢？转基因技术究竟是造福人类还是危害人类？
人类基因组草图的完成和进一步的相关研究，使我们获得了无限的自我认识和自我改造的可能性。伦理和法律如何应对生命科学中涌现出的种种问题，是当今生命科学发展的中心议题之一。
在历史上，人类曾经饱受“瘟疫”的痛苦。如中世纪鼠疫曾导致欧洲总人口减少了1/4左右，1918年席卷全球的流感造成了2 000多万人死亡。如果这些烈性传染病被好战分子、恐怖集团所利用，将会使人类面临极大的威胁。
你是怎样看待这些问题的呢？本专题知识会对你有所帮助。〔专 题 概 述〕
本专题内容包括“科学探索之路——生物技术引发的社会争论”及三节正文：“转基因生物的安全性”、“关注生物技术的伦理问题”和“禁止生物武器”，主要是进行安全性和伦理问题的讨论。本专题的学习是整个模块中不可或缺的一部分。通过对转基因生物安全性的关注，以及对生物技术伦理问题的讨论，我们才能真正地将现代生物技术的发生、应用和发展与人们的现实生活切实地联系起来。同时，在分析和讨论相关的生物技术安全性和伦理问题过程中，对现在生物技术核心的基础内容的掌握和运用水平也将提升，从而提高我们的生物科学素养和兴趣，这也是本模块基本理念的重要体现。〔学 法 指 导〕
本章是新增内容，往年高考题涉及比较少，主要考查克隆问题与转基因问题的几点看法。随着新课标的实施，本专题的知识将成为开放性命题很好的背景材料。在学习过程中，多展开讨论或做进一步的调查。
〔专 题 重 点〕
理性看待转基因技术；克隆人、试管婴儿、基因检测等生物技术引发的伦理问题。
〔专 题 难 点〕
转基因生物安全性问题的不同观点及论据；生物武器的主要种类、特点、给人类带来的威胁。第一节　转基因生物的安全性自 主 学 习
一、转基因成果
1．利用重组微生物进行①__________等。
2．转基因家畜、家禽：生长迅速，营养品质优良，转基因奶牛②______中富含某种营养物质、珍贵药物或人类所需要的蛋白质。
3．转基因植物：具有③______、④______、⑤__________、⑥______等性状。转基因植物种植面积最大的国家有美国、阿根廷、⑦________、中国。种植最多的转基因植物有⑧______和⑨______，棉花和油菜次之。基因制药 乳汁 抗虫 抗病 抗除草剂 抗逆 加拿大 大豆 玉米 二、对转基因生物安全性的争论
1．转基因生物与食物安全
(1)观点：不能对转基因食物安全掉以轻心
理由：反对“⑩____________”，担心出现?______效应，担心出现新的?________，担心营养成分改变，担心会侵犯宗教信仰者或素食者的权益。
(2)观点：转基因食物潜在的安全隐患可在技术上进行克服。
理由：“实质性等同”是对安全性评价的起点，不是终点；多环节、严谨的?______性评价，科学家的负责态度可防止过敏蛋白出现，至今未发现转基因食物影响健康的实例，采取?____________，防止贻误技术发展。实质性等同 滞后 过敏原 安全 举证排除法 2．转基因生物与生物安全
(1)观点：转基因植物可能会对生物多样性构成潜在的风险与威胁。
理由：转基因植物扩散到种植区外变成野生种或杂草，转基因植物竞争能力强，可能成为“?________________”；转基因植物的外源基因与细菌或病毒杂交，重组出有害的病原体，可能使杂草成为有?______________的“超级杂草”。
(2)观点：转基因农作物不大可能对生物多样性构成威胁。
理由：转基因农作物扩散到种植区外会很快死亡；转基因农作物表现出新性状必须具有一定条件和种植技术；存在?__________，很难与其他植物杂交；农作物传粉距离有限，?______存活时间有限。入侵的外来物种 抗除草剂基因 生殖隔离 花粉 中间产物 食物链 农药使用量 趋利避害 因噎废食
1．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。
2．转基因生物在人们的生产和生活中起到了极大的作用，但人们对转基因的安全性还是存在争论，为什么？
提示：原因有三点：①目前对基因的结构、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外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。？思考 1．通过转基因技术生产药物只是转基因微生物方面的应用。(　　)
分析：转基因微生物、动物、植物都可以生产特定的药物。
2．转基因抗虫植物也抗病，种植过程中可以不施农药。(　　)
分析：转基因抗虫植物能抵抗害虫侵害，但不能抵抗病毒或病菌侵害，种植过程中仍需使用一定量的农药。判断题 ×　×　3．高产青霉素菌株属于转基因成果。(　　)
分析：高产青霉素菌株一般是通过人工诱变获得的，不属于转基因成果。
4．转基因生物引发了人们在食物安全、生物安全、环境安全等方面的激烈争论。(　　)
5．转基因生物可能会破坏生态平衡。(　　)
6．理性看待转基因技术，就是听之任之，不管不问。(　　)
分析：理性看待转基因技术，正确的做法应该是趋利避害，而不能因噎废食。×　√　√　×　新 知 解 读1．转基因技术的开端
1972年美国斯坦福大学的伯格第一次重组DNA获得成功。
2．转基因的重要成果
(1)微生物方面：把某些重组DNA转移到细菌中表达获得成功。随后，便出现了具有重要经济价值的各种重组微生物，如可以清除石油污染的假单胞杆菌等。知识点一　转基因成果令人叹为观止
(2)基因制药方面：生物制药已成为21世纪的朝阳产业。
(3)转基因动物方面：受到转基因巨型小鼠获得成功的鼓舞，科学家又在培养生长迅速、营养品质优良的转基因家
畜、家禽方面，不断取得辉煌成就。同时，科学家还把转基因动物变成生物反应器。
(4)转基因植物方面：目前，科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。
3．转基因生物的优缺点
(1)转基因生物的优点：①解决粮食短缺问题；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，提高贮藏附加价值；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)转基因生物的缺点：①可能产生新病毒和新的过敏源；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。 抗逆转基因作物的培育与推广给社会带来的巨大效益的是(　　)
①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少化学农药对环境的污染和人畜的危害
③减少了化肥的制造和使用量，有利于环境保护
④使得作物在不良环境下更好地生长，提高产量
A．①②③　　　 B．①②④　　　　
C．①③④　　 D．②③④B　
[解析]　抗逆转基因作物体内含有抵抗不良环境条件的基因，如抗病毒、抗虫、抗病菌、抗盐碱、抗除草剂、抗低温等基因，但抗逆转基因作物的生长仍然需要从土壤中吸收必需的无机盐成分，缺少了必需的无机盐成分，任何作物都不能正常生长发育。〔变式训练　1〕下列哪项不是转基因的成果(　　)
A．清除石油污染的超级假单胞杆菌
B．高产青霉素菌株
C．转基因抗虫棉
D．巨型小鼠
[解析]　清除石油污染的假单胞杆菌是通过基因工程，将控制分解不同石油成分的基因导入假单胞杆菌体内获得的；转基因抗虫棉是将苏云金杆菌中的Bt基因转入到棉花体内获得的；巨型小鼠是将人的生长激素基因导入小鼠受精卵中获得的；高产青霉素菌株是通过人工诱变获得的。B　生物安全是指现代生物技术的研究、开发、应用以及转基因生物的跨国转移可能对生物多样性、生态环境和人体健康所构成的潜在的风险与威胁。
转基因生物及其产品的安全性主要包括三个方面：一是导入的外源基因及其产物对受体生物是否有不利影响；二是有关转基因生物的释放或使用所带来的生态学上的安全性；三是转基因生物在食品、饲料和其他消费领域的安全性。即生物安全、环境安全和食物安全三方面。知识点二　对转基因生物安全性的争论1．争论原因
(1)目前，科学家对基因的结构、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)转移的基因多是异种生物的基因。
2．转基因生物与食物安全
(1)两种观点的比较
(2)保证转基因食品安全性的监控和预防措施
①立法是监控农业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及产品商品化都有相应的法规或进行严格监控，只有每一阶段实验获得认可证书后，才要进行下一阶段。
③安全评价内容具体而严格。3．转基因生物与生物安全
(1)两种观点的比较(2)外来物种入侵的危害
①外来物种入侵：是指有意或无意的人类活动，将某物种从一个地区引入其他地区，给当地的生态系统和社会经济造成明显的损害。
②危害
a．外来物种进入新的生态系统之后，由于没有天敌，极易造成生长失控，破坏生态系统的结构。比如，外来的植物疯长，可以对本地一年生和多年生植物的结构比例造成严重影响。
b．外来物种在新的生态系统中，通过与当地物种竞争营养或食物、分泌释放化学物质、形成大面积单优势群落等方式，直接影响本地物种的生存，加速某些生活力较弱的物种的消失。即入侵的外来物种可能会造成生物多样性减少。
c．外来物种进入新的生态系统后，作为掠夺者、寄生者或病原体，会使受害者和寄主的数量发生变化。尤其是外来物种在适宜的生态和气候条件下，往往会对当地的农业或林业带来严重的损害，即所谓的爆发生物灾害。
d．有些外来植物产生的花粉，是当地居民从未接触过的物质，从而可能成为对人类健康造成威胁的新过敏源。比如，日本引种的杉树，大面积栽种后，杉树产生的花粉已经成了日本人产生过敏反应的重要过敏源。4．转基因生物与环境安全
(1)潜在的不安全问题：转基因生物可能会影响生态系统中原有的动态平衡，加剧环境污染，危害其他动植物生存或人体健康。
(2)安全依据
①科学家转入的仅是有限的一种或几种基因；而转入的基因是否可能会对其他生物或环境造成危害，都是经过认真分析、实践的，一旦发现有害后果，科学家就会停止实验。
②转基因生物从实验室到自然界释放，都要经过一系列安全评价、审批。
③制定相关法规监控。
但是，为了对公众健康负责、对社会负责，我们对于转基因生物可能影响生态系统中原有动态平衡，或者加剧环境污染，或者危害其他动植物、人体健康的危险，仍要提高警惕。 某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂，积累于茎叶中，让取食它的害虫的消化酶的活性受抑制无法消化食物而死。下列就该玉米对人类安全性的评论中，不符合生物学原理的是(　　)
A．不安全。这种玉米的果实(种子)也可能含有蛋白酶抑制剂，食用后使人因无法消化食物而患病
B．不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链富集并在人体细胞内表达，使人体无法消化食物而患病
C．安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响
D．安全。人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏，不会影响人的消化B　
[解析]　基因是有遗传效应的DNA片段，属于大分子有机物，外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质，不能直接进入动物和人体细胞内，更谈不上通过食物链富集和在细胞内表达。
〔变式训练　2〕欧美一些国家开始限制基因食物的生产或不接纳转基因产品，是由于随着转基因技术的发展，人们开始认识到“基因污染”的严重性，下列关于基因污染的说法，不正确的是(　　)
A．转基因作物可通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库
B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性
C．基因污染是一种不可能增殖的污染
D．基因污染难以清除
[解析]　基因污染可能遗传给后代，因此是一种可增殖性污染。C　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，切实认识到个别有害转基因生物的有害性，要趋利避害。
3．完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。
4．增强科学家的法制意识，提高科学家的研究道德水平。知识点三　理性看待转基因技术 建立有关生物技术安全性和伦理问题的法律法规，能够(　　)
①规范生物技术研究　　　 ②防止生物技术滥用
③规范科学家的研究行为　　 ④对生物技术产生负面影响
A．①②③　　　　 B．①②④
C．②③④　　　 D．①③④
[解析]　建立有关生物技术安全性和伦理问题的法律法规，是规范生物技术研究、防止生物技术滥用的有力武器；还可规范科学家的研究行为，对生物技术产生负面影响有抑制作用。A　〔变式训练　3〕生物高科技的广泛应用，引发了许多关于科技与伦理的争论，有人惊呼，科学技术的发展将改变一切；有人惊呼，它将引发道德危机。对此，我们应持的正确态度是(　　)
①摒弃现有的道德规范，推动科技发展 ②发挥道德规范的作用，限制负面效应
③科技的发展必须以现有道德规范为准绳 ④调整现有道德规范，适应科技发展
A．①② B．②③
C．③④ D．②④D　
[解析]　科学技术是一把“双刃剑”，一方面，科技的发展改善了人类的生活条件，解决了许多疑难问题，同时，如果运用不当，将会出现一系列社会问题，面对这一问题，我们应采取的积极措施是，限制其负面效应，适当调整现有的道德规范，以适应科学技术飞速发展的需要。指 点 迷 津辨别“实质性等同”与“滞后效应”。
①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”。
②滞后效应。
a．转基因植物的DNA经过重组后，有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质。
b．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的伤害，食用者在过了若干年或者一两代之后，问题才显现出来。 一部分公众认为不必担心转基因食物的安全性，下面哪项不是他们的理由(　　)
A．“实质性等同”是对转基因农作物安全性评价的起
点，而不是终点
B．担心出现新的过敏原
C．多环节、严谨的安全性评价可保证转基因食物的安全
D．转基因食物进入市场以来，未发现影响人体健康的实例
[解析]　转基因植物特别是农作物在世界范围内被广泛种植，并被加工成一系列产品，因而引起公众的特别注意。认为不必担心其安全性的公众列举对转基因食物认可的理由，从安全性评价的起点到终点是全程的、严谨的，而且自从转基因食物进入市场以来，未发现影响人体健康的实例，因此不必担心。B　核 心 素 养 如今，从土豆、草莓到西红柿，各种各样的转基因产品已经潜入寻常百姓家，有资料显示，我国餐桌上有50%以上的大豆色拉油属于转基因食品。然而近年来，有关转基因食品是否影响健康的争论不绝于耳。例如，1999年，美国康奈尔大学一科学家将转Bt基因(苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因)玉米花粉撒在苦芭菜上喂食黑脉金斑蝶，4天后黑脉金斑蝶死亡率达44%，而对照组无一死亡，研究者认为该转基因玉米对生物有毒。(1)报道转基因作物大面积种植已达7年，食用转基因食品的人群至少已有10亿之多，至今没有转基因食品不安全的任何实例。转基因食品是安全的，试分析原因_____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)自1983年转基因作物在美国问世以来，用生物技术改造农产品的研究与应用进展飞快。2001年全球转基因作物的种植面积达到5000万公顷。试问：转基因产品到底有什么优势？_____________________________________________ _______________________。 转基因食物被煮熟之后，细胞就被破坏了，进入人肠胃系统后，基因被消化成小分子物质而失去遗传作用。我们所吃的转基因改良谷物是长期人工选择的结果，人们食用后并没有不适和影响健康。转基因食品仅是农作物品种中加入一两个对人类无害的已知性状的基因等 可缩短育种时间；可定向改造生物的性状；可提高 粮食产量，解决粮食问题 (3)有人认为转基因生物会造成基因污染，危害生态系统的稳定性。你是怎样理解的？___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________。
[解析]　本题主要考查了转基因食品的安全性问题。转基因食品虽然导入了外源生物的基因，但是为人类所利用的仍然是其中所含的营养物质，而不是基因。转基因作物与天然作物相比，由于导入了抗病、抗虫、抗逆等基因，因而更具有生长优势，而且可以减少农药化肥的使用，有助于环保。对于转基因生物的安全性，本来就是一个探究中的争论问题，因而不需固定答案，只要合理即可。 转基因生物中含的外源基因可能会通过杂交在环境中传递，可能会由此产生的超级杂草、超级害虫以及其他超级动物等，使得生物多样性受到破坏(只要合理即可)
关于开放性问题的解答方法
(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。探规寻律问 题 释 疑教材P89寻根问底
你能举出两个外来物种入侵的实例吗？为什么外来物种入侵会造成严重的危害？
提示：(1)外来物种进入新的生态系统之后，由于没有天敌，极易造成生长失控，破坏生态系统的结构。比如，外来的植物疯长，可以对本地一年生和多年生植物的结构比例造成严重影响，通过对植被的生长和结构的影响，从而造成物质循环和能量流动的改变。又如，外来的动物种类，由于它们的选择性觅食和破坏，也会造成物质循环和能量流动的改变。物质循环和能量流动的改变会对生态系统造成严重破坏，比如，有人将美洲食人鲳引入，这一入侵物种就可能会对当地生态系统造成长久性的破坏。
(2)外来物种在新的生态系统中，通过与当地物种竞争营养或食物、分泌释放化学物质、形成大面积单优势群落等方式，直接影响本地物种的生存，加速某些生活力较弱的物种的消失。在全世界濒危植物名录中，大约有35%～46%是由外来物种入侵所造成的，即入侵的外来物种可能会造成生物多样性减少。
(3)外来物种进入新的生态系统后，作为掠夺者、寄生者或病原体，会使受害者和寄主的数量发生变化。尤其是外来物种在适宜的生态和气候条件下，往往会对当地的农业或林业带来严重的损害，即所谓的爆发生物灾害。
(4)有些外来植物产生的花粉，是当地居民从未接触过的物质，从而可能成为对人类健康造成威胁的新过敏原。比如， 日本引种的杉树，大面积栽种后，杉树产生的花粉已经成了日本人产生过敏反应的重要过敏原。又如豚草，它已在包括中国在内的许多国家泛滥成灾，而豚草的花粉是重要的过敏原。豚草花粉引起的过敏反应称为“枯草热”，它已给许多国家人民的身体健康带来了严重的危害。
教材P89正文中讨论题
【论坛1】
我国为了保证转基因食物的安全性，都采取了哪些监控和预防措施？
提示：(1)立法是监控农业转基因生物安全的有力措施。例如，中国已制定了《农业生物基因工程安全管理实施办法》(1996年)、《转基因农产品安全管理临时措施》(2002年)和《农业转基因生物标识管理办法》(2002年)等法规。请进入网站了解更多内容：http：//www.agri.gov.cn[农业部，中国农业信息网—行业网站(科技教育)—农业科技信息网—政策法规—政策法规分类(5.转基因管理)]。(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。比如，大田试验就分为：①中间试验阶段，种植面积不超过0.27hm2(4亩)，范围不超过两省，每省不超过3个种植点，试验时限1～2年；②环境释放阶段，种植面积可以扩大到0.27～2hm2(4～30亩)，范围仍不超过两省，每省7个种植点，试验时限1～2年。这一阶段要考察外源基因会不会发生生物间转移，会不会对种植区周围动物、植物、土壤造成危害等；③生产试验阶段，种植面积可扩大到20hm2以上，范围仍为两省，试验点不超过5个。
(3)安全评价内容具体而严格。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？对周围植物有什么影响？是否可能变成杂草？会不会把外源基因转移给其他生物等。
教材P91【论坛3】
1．转基因生物会不会影响生态系统中原有的动态平衡？
2．转基因生物会不会加剧环境污染？会不会危害其他动植物生存或人体的健康？
提示：这两道题答案的基本点是一样的：可能性不大，但要提高警惕。
这仅是一种可能性，争论的双方提出的不同见解都有一定的根据，不能断言谁是谁非，但是需要人们提高警惕，这是能为大家接受的共识。随着时间的推移，人们发现这类危险似乎不大，因为科学家转入的仅是有限的一种或几种基因；而转入的基因是否可能会对其他生物或环境造成危害，都是经过认真分析、实践的，一旦发现有害后果，科学家就会停止实验；转基因生物从实验室到自然界释放，都要经过一系列安全评价、审批。此外，还有相关法规监控。但是，为了对公众健康负责、对社会负责，我们对于转基因生物可能影响生态系统中的原有动态平衡，或者加剧环境污染，或者危害其他动植物、人体的健康的危险，仍要提高警惕。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件46张PPT。专 题 四生物技术的安全性和伦理问题第二节　关注生物技术的伦理问题自 主 学 习一、克隆人
1．①______性克隆：指利用克隆技术产生特定细胞和组织(皮肤、神经和肌肉等)用于治疗性移植。
2．生殖性克隆：指将克隆技术用于生育目的，即用于产生②__________。治疗 人类个体 3．观点：(1)社会应该允许科学家研究克隆人，③__________观念可以改变。
(2)伦理学家：克隆人④______________________，是克隆技术的滥用，是在人为制造在心理上和社会地位上不健全的人。
(3)生物学家：克隆技术尚不成熟，可能克隆出严重⑤__________的孩子。
(4)坚持做克隆人的科学家：技术性问题可通过⑥__________、基因诊断和⑦____________等得到解决。
(5)我国政府：禁止⑧______________，坚持四不原则(不赞成、⑨________、不支持⑩________任何生殖性克隆人实验)，不反对?________克隆人。伦理道德 严重违反人类伦理道德 生理缺陷 胚胎分级 染色体检查 生殖性克隆人 不允许 不接受 治疗性 二、设计试管婴儿
1．设计试管婴儿是指体外受精形成的胚胎在植入母体孕育前，根据人们的需要，将胚胎的一个细胞取出，进行某些?__________。当检测结果符合?__________时，再把胚胎植入母体孕育。
2．观点：(1)有人认为：把试管婴儿当做人体零配件工厂，是对生命的不尊重；抛弃或杀死?____________的胚胎无异于“谋杀”。
(2)很多人认为：这符合人类伦理道德，体现了父母强烈的爱子之心，同时也是救治患者最好、最快捷的方法之一；提供骨髓中?____________不会对试管婴儿造成损伤。基因检测 人们需要 配型不合适 造血干细胞 致病基因 易感基因 基因歧视 科学知识传播 伦理道德教育 立法
人的“基因身份证”具有什么特点？其特点是由什么决定的？
提示：“基因身份证”具有特异性。其特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的。？思考 1．克隆人与其他克隆动物一样不会对人类社会造成影响。(　　)
分析：克隆人严重违反了人类的伦理道德，冲击了现有的婚姻家庭和两性关系。
2．克隆人的过程遵循孟德尔的遗传规律。(　　)
分析：克隆人是无性生殖过程，而孟德尔遗传规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．对于设计试管婴儿技术，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，即不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。判断题 ×　×　×　
4．试管婴儿繁殖的实质是有性生殖。(　　)
5．设计试管婴儿与试管婴儿技术没有什么不同。(　　)
分析：设计试管婴儿是在试管婴儿培育的技术基础上，有选择地植入胚胎，以达到生出所需类型婴儿的一种技术手段。
6．基因身份证上可以检测到个人的所有基因。(　　)
分析：把一个人的致病基因和易感基因都检测出来，并记录在磁卡上，即做成基因身份证。因此基因身份证只是记录了一个人的少数、个别基因。√　×　×　新 知 解 读1．克隆技术引发的伦理问题的两个观点知识点一　克隆技术引发的伦理问题
2．中国政府对待克隆的态度
禁止生殖性克隆人，坚持四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。但是，不反对治疗性克隆。
①克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆两种。
治疗性克隆与生殖性克隆的比较如下表所示。
②克隆技术尚不成熟的表现有重构胚胎成功率低，移植入母体子宫后胚胎着床率低、流产率高、胎儿畸形率高，出生后死亡率高，正常个体极少等。知识贴士3．试管婴儿引发的伦理问题 下列哪项是反对克隆人的生物学家的观点(　　)
A．克隆技术尚不成熟，很可能孕育出有严重生理缺陷的孩子
B．可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法弥补克隆技术的不足
C．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
D．不能迁就于人的道德观念，道德观念是可以改变的
[解析]　A、B项是从技术的角度阐述问题，C、D项是从伦理道德角度阐述问题，前者是生物学家研究的范畴，后者是伦理学家研究的范畴。有的生物学家的观点强调技术的不足易导致严重后果，这显然属于反对者的观点。A　〔变式训练　1〕关于设计试管婴儿的问题，下列哪项不符合乎道德规范(　　)
A．利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞救治病人
B．利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿，以供展览
C．利用试管婴儿的脐带血
D．设计试管婴儿，不一定非考虑他的性别
[解析]　设计试管婴儿不同于为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿。试管婴儿的设计一般是为了救治病人需要试管婴儿的骨髓、干细胞、脐带血等，这样的设计都符合伦理道德，而那些达到不正当目的而设计试管婴儿的做法都违背伦理道德。B　1．基因检测的优点
通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。
2．基因检测引发的问题及解决办法
(1)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。
(2)解决办法：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。知识点二　基因检测引发的伦理问题3．基因身份证
把致病基因和易感基因都检测出来，记录在磁卡上，做成一张身份证，称为基因身份证。
4．基因检测有没有必要的两种不同观点
(1)没有必要：有致病基因未必会表现性状，大多数基因病与环境和生活习惯有关；基因检测结果足以给受检查者带来心理压力；目前有部分基因病根本没有有效的治疗方法，且基因资讯的泄露可能会导致一些社会问题，如遗传性失业人员、婚姻困难、人际关系疏远等。
(2)有必要：通过基因检测，对一些遗传病可以早发现、早治疗；通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法可以解决基因歧视问题。 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A　
[解析]　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。〔变式训练　2〕下列哪项不是解决基因歧视的正确方法(　　)
A．通过正确的科学知识传播和进行伦理道德教育
B．杜绝基因检测
C．保护个人遗传信息隐私权
D．建立完善的法规，通过立法解决
[解析]　基因检测有利于人们的疾病诊断和治疗，有利于某些疾病的发现和预防，有对人们有利的一面。但是，有的人对基因检测认识不够，因此需要正确的科学知识传播和伦理道德教育，有必要用法制手段来约束某些人的基因歧视行为。杜绝基因检测限制了生物技术的发展和利用，是不正确的做法。B　指 点 迷 津
治疗性克隆与干细胞研究的关系
干细胞是具有强大的多方向分化潜能和自我更新能力的一类未分化细胞。干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型。全能干细胞是可以发育成一个完整个体的未分化细胞，如受精卵。多能干细胞是指能分化成除胎盘之外所有其他组织细胞的未分化细胞，如ES细胞，它的分化能力仅次于受精卵。专能干细胞是指与特定器官和特定功能相关的一类干细胞，如神经干细胞等。干细胞应用前景非常广阔，比如可用于细胞治疗、基因治疗、药物筛检和毒性的检测、生物体发育机制研究等。其中最吸引人的应用是将干细胞分化成某一特定的细胞、组织，甚至器官，通过移植，使之再建起受损的组织，甚至器官。人们预言，干细胞有可能用于治疗人类几乎所有的组织坏死性或退行性疾病。它将是人类医疗史上的一次革命。
但是，用干细胞治疗时，要有一定数量分化的细胞，并要解决免疫排斥难题。为此，科学家就想将病人健康的体细胞核取出来，移植到去核卵细胞中，构建克隆人胚胎，然后再从胚胎中分离ES细胞，供研究和应用。这样就有可能解决上述两个难题。因此在现阶段克隆人胚胎应该看成是干细胞研究和应用中的一个步骤。现在所谈的治疗性克隆主要就是指这些内容。C
[解析]　治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定细胞和组织用于治疗性移植。治疗性克隆主要利用了体细胞核移植技术，A项错误；动物体细胞核移植技术体现了动物细胞核的全能性，所以B项错误；胚胎干细胞具有全能性，经过不断的分裂和分化，可得到能用于移植的各种组织细胞，所以C项正确；在细胞的分裂间期进行DNA的复制和有关蛋白质的合成，在细胞的分化过程中，基因选择性表达，不同的细胞中产生不同的蛋白质，因此D项错误。故选C。核 心 素 养 生物技术就像一把双刃剑，它既可以造福人类，也可以在使用不当时给人类带来灾难。例如，用克隆技术制造出克隆人，用转基因技术制造生物武器等。面对生物技术可能产生的负面影响，公众不可避免地产生了疑虑。近年来，生物技术引发的社会争论涉及面越来越广。
(1)试管婴儿技术诞生后，继而出现了设计试管婴儿技术，二者在对人类作用上的区别是________________________________________________________ ___________________________________；在技术手段上的区别是____________ ________________________。前者主要用于治疗不孕夫妇的生育问题，后者可以用于治疗需 要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病 后者胚胎在移 植前需要进行遗传学诊断
(2)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是______________________ ____________________。
(3)若克隆人则要用到下列哪些技术？(填序号)________
①细胞培养　②体外受精　③胚胎移植　④核移植
破坏了人类正常的性别比 例，违反了伦理道德 ①③④
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。探规寻律(4)设计试管婴儿与试管婴儿的不同点与相同点
问 题 释 疑教材P096热点问题讨论1
1．你支持克隆人胚胎的研究吗？
提示：答案合理即可。
2．伦理学家和科学家看待克隆人的角度有什么不同？科学家群体对克隆人研究有两种对立的观点，你支持其中哪种观点？
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。略。
3．你支持生殖性克隆人吗？为什么？
提示：答案合理即可。4．你愿意被科学家克隆吗？为什么？
提示：参见教科书中的内容，可以从科学角度、伦理角度和社会需求角度讨论。我国明确禁止生殖性克隆人，一再重申的四不原则，体现了中国大多数人的价值观取向。
5．克隆人如果真的来到人间，你认为应该怎样正确对待他们？
提示：到时候我们恐怕并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。社会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态和发展的条件。目前，克隆动物还很困难，克隆人更加不易，当世界上有那么几个克隆人来到人间时，他们并不会破坏我们正常的生活秩序。教材P097旁栏思考题
1．你知道中国大陆第一例试管婴儿是在什么时候出生的吗？
提示：中国大陆第一例试管婴儿是于1988年在北京出生的。
2．为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿，与本文所说“设计试管婴儿”有什么区别？
提示：所谓“设计试管婴儿”，实际上就是指体外受精形成的胚胎(几个细胞期)在植入母体孕育前，根据人们的需要，将胚胎的一个细胞取出，进行某些基因检测。当检测结果符合人们需要时，再把胚胎植入母体孕育。一般我们所说的试管婴儿，不必经过基因检测这一步骤。
热点问题讨论2
1．你是否支持试管婴儿？为什么？
提示：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。2．请上网或通过其他途径查询：为什么捐出一部分骨髓(造血干细胞)救治他人，不会给捐献者的身体健康造成损伤，你愿意为救人一命而捐献一部分骨髓吗？
提示：(1)所谓捐献骨髓，实际上医生只是从你的骨髓中分离出一部分造血干细胞供移植。因为造血干细胞在人的骨髓中相对较多，而在外周血液中却很少。(2)干细胞的一个重要特点是自我更新能力很强，被分离走的那部分造血干细胞，很快就会被“补齐”。因此，捐献骨髓不会影响捐献者身体健康。(3)医生只是在医学公认的安全条件下，分离出捐献者有限数量的造血干细胞，而且整个抽取、分离过程都是在设备良好的大医院中进行的，一般不会对捐献者造成意外伤害。(4)捐献有限造血干细胞救人一命，对个人来说是一种美德、一种欣慰和快乐，是一种高尚的人道主义表现。教材P101热点问题讨论3
1．你愿意获得一张自己的基因身份证吗？为什么？
提示：(1)现在要对个人所有基因进行检测，是不现实的，因为现在有不少基因还没得到确定。即使只是对个别或少数基因进行检测，也并不是每个人都需要的。现在西方国家对某几种致病基因进行筛检时，接受测定的人也只是有这类遗传病家族史的个人，或这类疾病的高危个人。目的是使他们能及早采取防范措施，如养成良好的生活习惯、定期检查身体、适时手术等。(2)有某种致病基因，并不一定就会患病。患某种疾病，往往不是由单一原因引起的。况且已知人的很多疾病是多基因病，它是由遗传因素和环境因素共同决定的。如果有良好的生活习惯等，往往可以使人避免患上某些遗传性疾病。知 识 构 建训 练 巩 固课件39张PPT。专 题 四生物技术的安全性和伦理问题第三节　禁止生物武器自 主 学 习1．生物武器种类：包括①________、②______、③__________，以及经过④__________的致病菌等。
2．病原体散布途径：⑤______或通过食物、⑥____________等散布。
3．二战中：日军建⑦______武器工厂，用中国人做活体实验，用细菌武器使几十万中国百姓死亡。
4．二战后：某些国家发展⑧__________、⑨__________，如炭疽杆菌(传染性极强，感染者死亡率极高)。
5．生物武器危害：⑩______________(阻滞神经末梢释放?__________而引起肌肉麻痹，极少量就能使人致死)、天花病毒等。致病菌 病毒 生化毒剂 基因重组 直接 生活必需品 细菌 细菌武器 生化毒剂 肉毒杆菌毒素 乙酰胆碱
6．目前有些国家用?______________制造全新致病菌，使感染者突然发病，无药可医，受害国极度恐慌，机构瘫痪。如新型?__________、转基因蜡状杆菌、含毒素基因的流感病毒等。
7．禁止生物武器：签署《?__________________》；中美联合声明：在任何情况下不发展、不生产、?________生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。重组基因技术 鼠痘病毒 禁止生物武器公约 不储存
1．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。
2．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。？思考 1．生物武器是由生物战剂及其施放装置所组成的一种大规模杀伤性武器。(　　)
2．生物试剂与化学试剂最大的不同点是，在一定条件
下，有些生物试剂具有自我繁殖能力。(　　)
3．对待生物武器的态度应明确而坚定，即坚决禁止生物武器。(　　)
4．生物武器可以直接或通过食物、生活必需品、空气、水等散布到敌方。(　　)判断题 √　√　√　√　新 知 解 读知识点一　生物武器的种类及特点2．生物武器的特点
生物武器是以生物战剂杀伤敌方有生力量，毁坏动植物的各种武器和器材的总称，它由生物战剂、生物弹药及运载系统等组成。
生物武器是一种大规模杀伤性武器。它与常规武器相比有下述特点：
(1)致病力强，传染性大。生物战剂大多数是烈性传染性致病微生物，少量即可使人得病。它的传染性大，在缺乏防护、人员密集、卫生条件差的情况下很容易传播、蔓延，引发传染病的流行。
(2)有潜伏期。潜伏期最短的也有3～6h，一般潜伏期的症状不明显，难以及时发现。
(3)污染面积大，危害时间长。直接喷洒的生物气溶胶，可随风飘到较远的地方，杀伤范围达数百至数千平方公里。在适当条件下，有些生物战剂存活的时间很长，不易被发现。
(4)传染途径广。生物战剂可以通过多种途径使人感染发病，如经口食入、经呼吸道吸入、昆虫叮咬、污染伤口、接触皮肤、黏膜感染等。生物气溶胶无色、无味，又在黄昏、夜间、清晨、多雾时秘密被施放，所投的带菌的昆虫、动物也容易和当地原有种类相混，不易被发现。
(5)造价低，技术难度不高，隐秘性强，可以在任何地方研制和生产。一些没有雄厚资金来研究高技术杀伤性武器的国家因此更加青睐生物武器。有资料显示，以1969年为例，当时每平方公里导致50%死亡率的成本分别为：传统武器，2000美元；核武器，800美元；化学武器，600美元；生物武器，1美元。
随着科学技术的发展，生物武器又研究出了新品种，它们将更精确、更有针对性、更有杀伤力。
转基因技术制造生物武器，由于受害人第一次接触，危害更大，会造成大面积传染病，无药可救致使受害国一切活动瘫痪，被称为世界末日武器。　　知识贴士3．某些生物武器的致病原理
(1)肉毒杆菌毒素的作用：可以阻止神经末梢释放乙酰胆碱，从而引起肌肉麻痹，只要0.01 mg的肉毒杆菌毒素就可使人致死。
(2)基因重组的致病菌——鼠痘病毒：把天然免疫抑制剂基因植入鼠痘病毒的基因组中，实验发现已经接种了鼠痘疫苗的老鼠在感染这种新病毒后全部死亡。不仅如此，这种病毒还像天花一样具有传染性，由于人类目前还没有相应的有效治疗药物，感染者将会死亡。
(3)炭疽杆菌的作用：炭疽杆菌属于需氧芽孢杆菌，能引起马、牛、羊等动物及人类患炭疽病；在氧气充足、温度适宜(20～30℃)条件下易形成芽孢，芽孢抵抗力极强，可存活多年，当它再次侵入动物体内时，毒力进一步增强，引起炭疽病；另外，病原体在动物或人体内能迅速生长繁殖，并产生一种外毒素，引起组织坏死和全身中毒，甚至致命。
与常规武器相比，生物武器具有的特点是(　　)
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
[解析]　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、有一定的潜伏期并且受自然条件影响大等特点。大雪、低温、干燥、日晒等能加速病菌的消亡。A　
〔变式训练　1〕不能作为生物武器的生物是(　　)
A．霍乱弧菌 B．鼠疫杆菌
C．乳酸菌 D．天花病毒
[解析]　生物武器是由一些致病微生物、毒素等生物战剂以及装载它们的容器和投掷物组成的一种特殊武器，包括致病菌、病毒、生化毒剂、基因重组的致病菌等。乳酸菌为一种非致病菌，不可作为生物武器。C　1．生物战剂侵入人体的途径
(1)吸入
生物战剂污染空气，可以通过呼吸道吸入，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、痢疾等疾病)。知识点二　生物武器的伤害作用(3)皮肤接触
生物战剂如炭疽杆菌等，或带菌物品上的病毒可直接或间接经皮肤、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，会使血液污染而致病。
注意：①利用生物武器的传播途径的基础知识，可以通过阻断传染途径，来减弱生物武器的危害，如对虫媒传播的生物武器可通过杀灭传染昆虫降低危害。
②对致病菌、病毒生物武器可以通过提前免疫降低生物武器的危害。
2．生物战剂的致病症状
生物战剂侵入人体后，会出现发热、头痛、全身无力、上
吐下泻、咳嗽、恶心、呼吸困难、局部或全身疼痛等各种不同症状，重者可导致人灭亡。3．生物武器的防护
(1)生物武器的防护措施主要是针对生物战剂气溶胶和敌投媒介生物进行防护。
(2)生物战剂气溶胶主要是经呼吸道侵入人体。因此，保护好呼吸道非常重要，防护方法有戴防毒面具、防护口罩等。此外，还需要保护好皮肤，以防有害微生物通过皮肤侵入身体。通常采用的方法有穿隔绝式防毒衣或防疫衣以及配带防护眼镜等。
(3)对敌人投放的带菌昆虫、鼠类及其他小动物，可以采用人工捕杀、烧燎熏蒸、喷洒药液等方法进行消灭。
(4)制定禁止生物武器公约。
4．禁止生物武器的公约
(1)1972年4月10日，苏联、美国、英国分别签署了《禁止生物武器公约》。1984年11月15日，中国也加入了这一公约。
(2)1988年6月27日，中美两国元首在关于《禁止生物武器公约》议定书的联合声明中，重申了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。 初期出现高烧、疲累、头痛、背痛，继而在脸部、手臂和腿部出现红疹。由此症状可以判断是由下列哪种病毒引起(　　)
A．天花病毒　　 B．波特淋菌　　　
C．肉毒杆菌　　 D．炭疽杆菌
[解析]　高烧、疲累、头痛继而在明显部位出现红疹是天花患者的症状。A　
〔变式训练　2〕二战时，侵华日军中731部队大量培养引起鼠疫、霍乱、伤寒、炭疽和菌痢等一系列使人致命的传染性病菌，进行人体实验和用于战争，这是利用病菌的哪种特性？(　　)
A．需氧性 B．厌氧性
C．传染性并引起宿主死亡 D．能形成芽孢，容易保存
[解析]　题目中所列病菌由于具有极强的传染性和致死性，在人类历史上曾多次导致疾病大规模流行，并使数以亿计的人死亡，因此被侵略者用于战争。C　指 点 迷 津1．人类主要的致病微生物及其引起的疾病2．生物武器的局限性
(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。
①温度：适宜温度37℃左右。
A．过高：40～50℃，细胞停止繁殖；50～70℃，死亡；但芽孢必须在100℃以上的温度条件下才会死亡。
B．过低：一般会停止繁殖、生长，但不会死亡。
②湿度：大多数在干燥空气中容易死亡，如霍乱弧菌；少数在干燥环境中仍较易存活，如结核杆菌。
(2)还受地形、风向等多种条件影响。
(3)生物武器使用不易控制，使用不当可危害本方安全。 炭疽杆菌之所以能引起美国人的恐慌，主要原因之一是它能产生两种成分为蛋白质的内毒素。有的科学家将该菌的大型DNA分子破坏，该菌仍然能产生内毒素。请分析推断，应该破坏该菌的什么结构，才能使它从根本上不再产生内毒素( )
A．核糖体　 B．质粒 C．内质网 D．拟核
[解析]　炭疽杆菌的遗传物质位于拟核和质粒中，拟核有一个大型的环状DNA分子，控制着炭疽杆菌的主要性状。细菌质粒上一般含有几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状，从题目中可以看出，已经将大型DNA分子破坏，说明拟核不存在控制内毒素合成的DNA，只有质粒中的DNA起作用。故选B。B 核 心 素 养 阅读下列材料，回答问题。
材料1　联合国组织的一个专家小组的研究报告指出，虽然许多国家签订了生物武器公约，但对这方面的研制工作并未停止，因此，对生物武器防治方法的研究也应得到加强。
材料2　战剂做成干粉或液体喷洒到空气中，形成有害的气雾云团，叫做“生物战剂气溶胶”。它的颗粒很小，肉眼很难看见，渗透力强，杀伤范围广，一些通常通过食物或昆虫传播的病原体也可以通过气溶胶由呼吸道感染。所以，使人致死的剂量较其他感染途径小。(1)有可能成为“生物战剂气溶胶”病原体的生物，应属于哪些类群？(请列举两例)
______________________________________________。
(2)人体抵抗病原体的第一道防线是______________，最有效的防线是____________。
(3)在战争中，为预防敌方使用生物武器，你认为参战部队采取的最有效措施是什么？请简述这一措施的原理。
______________________________________________________________________________________________________。细菌、病毒、衣原体、立克次氏体等(任答两种) 皮肤、黏膜等 特异性免疫 接种常见病原体的疫苗使参战人员体内产生相关的抗体和记忆细胞，当病 原体侵入时，会迅速产生强烈的免疫反应
[解析]　作为生物武器的微生物主要有细菌、病毒等，这些病原微生物借助于辅助装置，在作战区散播，首先穿过皮肤、消化道和呼吸道黏膜，进入内环境，使作战人员失去战斗力。为预防敌方的生物武器，可采取接种疫苗、穿隔离衣等措施，其中最有效的措施为接种疫苗，其原理为特异性免疫致使体内产生相应的记忆细胞和抗体，消灭生物武器中的病原微生物。知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件65张PPT。专 题 五生 态 工 程〔趣 味 导 学〕
自改革开放以来，我国以占世界约7%的耕地养活着约占世界21%的人口，的确取得了举世瞩目的成就。“十五”期间，中国经济发展更是上了一个新台阶，但我们为此也付出了惨痛的代价。随着近年来中国经济高速发展，资源瓶颈制约作用已逐步显现。
一方面资源紧张，一方面我们的发展又过于粗放，过于大手大脚。更让人揪心的是，对能源及资源的利用效率低下导致近年来中国环境急剧恶化。目前，我国温室气体排放已经居世界第二，单位GDP污染排放量是发达国家平均水平的十几倍，水土流失、土地沙化、草地退化在加剧……
通过本专题的学习，你就会知道走生态环保和可持续发展之路是唯一的选择。〔专 题 概 述〕
本专题包括“科技探索之路——生态工程的兴起”“生态工程的基本原理”“生态工程的实例和发展前景”和“实践活动——调查沼气工程的实施情况”。本专题旨在使我们了解生态工程的建设需要系统学和工程学的知识，学会综合分析思考问题的能力。通过对中西方生态工程建设的比较，说明应根据我国国情走自己的生态工程之路，生态工程在我国具有广阔的发展前景。
生态建设中同样存在伦理问题，即生态伦理问题。因此，可以说，本专题与专题4《生物技术的安全性和伦理问题》的内容有相通之处，同样需要我们学会站在不同的角度，全面分析问题。〔学 法 指 导〕
教材内容选择和呈现方式力求鼓励进行探究性学习，如实践活动、资料分析、讨论、设计和进展追踪等，应积极地进行自主探究、合作式的学习活动。
〔专 题 重 点〕
生态工程原理的内容；生态工程的实例。
〔专 题 重 点〕
分析生态环境问题及解决对策；应用生态工程的原理，设计简单的生态工程。第一节　生态工程的基本原理自 主 学 习一、生态工程
生态工程建设的目的就是遵循自然界①__________的规律，充分发挥②______的生产潜力，防止③__________，达到④______效益和⑤______效益的同步发展。与传统的工程相比，生态工程是一类⑥________、⑦________、⑧________的工程体系。物质循环 资源 环境污染 经济 生态 少消耗 多效益 可持续
二、生态经济
生态经济主要是通过实行⑨__________的原则，使一个系统产出的⑩________，能够成为本系统或另一系统的?__________，从而实现?________资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是?__________。
三、生态工程所遵循的基本原理
生态工程所遵循的基本原理有?______________原理、?____________原理、?____________原理、?________原理和?________________原理。
循环经济 污染物 生产原料 废弃物 生态工程 物质循环再生 物种多样性 协调与平衡 整体性 系统学和工程学
1．为什么说“污染物是放错地方的资源”？
提示：对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用率，减少了资源的浪费，因此说“污染物是放错地方的资源”。 ？思考 2．樟子松林的松毛虫数量为什么会肆意增长，而珊瑚礁区却有很高的生物多样性？
提示：纯樟子松林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境，所以该区有很高的生物多样性。
1．“无废弃物农业”遵循物种多样性原理。(　　)
分析：“无废弃物农业”遵循物质循环再生原理。
2．在建设生态农业时，沼气池建立是遵循物质循环再生原理。(　　)
3．根据协调与平衡原理，一个生态系统中生物种群的数量不应超过环境容纳量。(　　)判断题 ×　√　√　
4．“1＋1>2”体现了生态工程的整体性原理。(　　)
分析：“1＋1>2”体现了生态工程的系统学和工程学原理中的系统整体性原理。
5．只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。(　　)
6．在建设生态工程时，既要考虑自然生态系统的规律， 还要考虑到经济和社会等系统的影响力。(　　)×　√　√　新 知 解 读1．生态工程的概念
生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。
注意：生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续的工程体系。知识点一　关注生态工程建设
2．生态经济的概念：生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。
注意：应从以下几个方面来理解本概念：①原理：循环经济原理。②目的：实现废弃物的资源化。3．生态工程与传统农业的区别：4．生态工程建设的目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
5．建设生态工程的原因：传统经济模式正在毁坏水、大气、土壤和生物资源，消耗地球赠给我们的自然资本，为了实现可持续发展，因而要建设生态工程。 当前，我国农业的发展已由科技含量较低的传统农业向现代农业转变。现代农业虽然产量大大提高，但由于大量施用化肥、农药，造成了严重的环境污染，因此我国政府正大力推广经济效益、社会效益和生态效益相统一的生态农业。下列关于生态农业的叙述不正确的是(　　)
A．生态农业系统中食物链和营养级越多，在能量流动中消耗的能量越少
B．生态农业系统的抵抗力稳定性比现代农业高
C．生态农业系统设计的指导原则是实现生态系统的能量和物质的多级利用
D．生态农业系统属于人工生态系统，人的作用非常突出A　
[解析]　能量的多级利用并不是食物链越长越好，还要考虑能量在传递过程中的生物呼吸所消耗的能量；生态农业实现了废物资源化，提高了能量的利用率。生态农业系统是遵循生态经济原理，在遵循“循环经济”的原则下，通过优化组合，使一个系统产出的污染物资源化，实现物质和能量的多级利用，同时防止了环境污染；在生态农业系统中人的作用非常突出，一旦失去人的作用，该系统将受到破坏，因而生态农业系统又属于人工生态系统。〔变式训练　1〕下列有关生态工程的叙述，不正确的是(　　)
A．为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，走生态经济之路
B．“无废弃物农业”所采用的肥料一般是用人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥等通过堆肥和沤肥等方式转变成的有机肥，也可适量地使用化肥
C．众多的生物通过食物链关系相互依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力
D．珊瑚礁之所以能够保持很高的系统生产力，得益于珊瑚虫和藻类组成的高效的植物——动物营养循环
[解析]　“无废弃物农业”不包括使用化肥。B　知识点二　生态工程的类型及基本原理2．生态工程所遵循的基本原理
生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等多学科交叉而产生的新兴学科，遵循的基本原理很多，主要原理如下：
①生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据不同的时间位、空间位和资源位，可充分利用生态系统的环境。
②只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。
③协调与平衡是指生物与环境的协调与平衡，协调主要指生物要适应环境，平衡是指某环境下生物种群的数量与环境的承载力要平衡，否则会引起系统的失衡与破坏。知识贴士 下图说明我国现有的生产模式严重违反了什么生态工程原理(　　)
A．整体性原理　　　　　　　　 B．协调与平衡原理
C．系统的结构决定功能原理 D．物质循环再生原理
[解析]　从题图中不难看出，综合污染物与能源消耗呈逐年上升的趋势，说明了生产活动产生的物质不能被充分利用，造成了能源的消耗过大。B　〔变式训练　2〕下列措施与生态工程的原理不符合的一项是(　　)
A．森林的采伐量小于生产量
B．人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量
C．农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素
D．向农田施用的无机氮肥多于生物固定的氮肥
[解析]　森林的采伐量小于生产量，利于森林的发展；人工鱼塘生产者的能量小于消费者的能量，可以通过人工补充能量来维持；农田通过农作物输出的氮素多于补充的氮素，土壤就会越来越贫瘠，影响可持续发展；向农田施用的无机氮肥可以多于生物固定的氮肥。C　指 点 迷 津
1．整体性原理≠系统整体性原理。
(1)整体性原理是指人类处在一个社会、经济、自然复合而成的巨大系统中。建立在对系统成分的性质及相互关系充分了解基础上的整体理论，是解决生态环境问题的必要基础。
(2)系统整体性原理属于系统学和工程学原理之一。系统整体性是指系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质和信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果。2．沼气工程
北方地区的沼气池冬天的维持及使沼气池中菌类维持稳定产气的方法：在冬季，可以通过加温(蒸气、热水通入发酵池)或将沼气池用塑料大棚封闭起来增加产气。
沼气池稳定产气必须的条件：
(1)沼气池必须密闭。沼气菌群是一类厌氧细菌，它在整个生命过程(生长、发育、繁殖、代谢等)中都不需要氧。
(2)适当的水。发酵池中的料、水比例得当是正常产生沼气的关键。如一个6m3的标准池，首次投料大约需要人畜粪便1500kg、杂草500kg，再加入2000kg的水。
(3)适当的温度。一般8℃以上沼气菌即可活动，产生微量沼气；20℃～24℃活动正常；28℃～30℃活动最旺盛，产生沼气率最高。
(4)酸碱度。沼气发酵适宜的pH范围是6.5～7.5，最适pH是6.8～7.0。
(5)搅拌。适当搅拌可以提高发酵池内产气率，一般每周搅拌2次即可。
(6)接种。增加沼气菌种数量，尽快发酵产生沼气。沼气池正常产气后，还需不断地添加新料、清除旧料才能确保持续产气。3．沼气的成分及清理沼气池时要防止中毒
沼气是一种多成分混合气体，主要成分为甲烷和二氧化碳(甲烷的含量一般为60%～75%)，并含有少量的一氧化碳、氢、硫化氢和氮等。
沼气中氧气浓度低，一氧化碳等有害气体浓度高，人一定要注意在通风充分、确保安全后才可进入，否则会引起中毒。
4．大型养殖场厩粪和沼气发电工程
采用高温(50℃左右)厌氧发酵，可使厩粪料的分解周期缩短到十几小时并能够稳定地产生大量沼气，通过沼气与燃油混烧的发电设备，使发出的电并到大电网上，出售商品电力，由此可以达到消除污染、获得可再生能源和优质生物肥料等目的。 “1＋1＞2”体现生态工程的哪一基本原理(　　)
A．物种多样性原理 B．系统整体性原理
C．协调与平衡原理 D．物质循环再生原理
[解析]　系统整体性原理是指系统各组分只有比例适当，才能实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1＋1>2”。B　核 心 素 养 一青年农民利用自己学习的生态学知识，在自家庭院搞了一个小型生态农业。他在0.25亩的土地上，地面养蘑菇和密环菌，空中架箱养蚯蚓，顶上搭葡萄架，需光的采光，不需光的阴凉，各取所需，生活在各自的生态位置上，同时用蚯蚓喂鸡，鸡粪喂猪。猪粪汇集产沼气，沼气点灯做饭，沼渣做肥料，最大限度地利用了物质和能量，使0.25亩的土地产生了年产值几万元的收入。请分析回答：
(1)此生态系统的生产者是______，分解者是____________________。
(2)设计该生态系统遵循了______________原理。
(3)请你根据生态系统能量流动的原理画出此生态系统的能量流动和利用图(各种生物呼吸作用消耗和分解者耗能可不标出)。葡萄 蘑菇、密环菌、蚯蚓 物质循环再生 [解析]　本题考查生态农业的有关知识。此生态系统的生产者是绿色植物即葡萄，分解者是腐生的蘑菇、密环菌、蚯蚓；设计该生态系统遵循了物质循环再生的原理；生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始，沼气池中产生的能量可以作为农户生活能源，沼渣做肥料时植物从中获得的是矿质元素，不是能量。
进行生态工程的实施设计时，首先应分析当地的生态现状，明确要实现什么目的、解决什么问题，从而确定遵循生态工程的什么原理，运用系统思维，设计出符合可持续发展要求的方案。探规寻律问 题 释 疑
教材P107正文中讨论题
【“关注生态工程建设”资料分析1】
1．导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？
提示：根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。
直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。
解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。
在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村(尤其是湖区或山区的迁出人员)的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。2．洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？
提示：传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
【“关注生态工程建设”资料分析2】
1．你对“石油农业”是如何理解的？
提示：“石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
2．你能举出一些农业生产活动对人体健康以及环境造成危害的实例吗？
提示：除日常生活中能够发现的实例外，农业活动对环境和人类健康造成危害的实例中，世界上影响较大的有蓝婴病。1973年，美国内布拉斯加州首次出现幼儿高铁血红蛋白症(蓝婴病)。其原因是饮用水中硝酸盐含量超过10mg/L，这时过多的硝酸盐会与红细胞中的血色素结合，形成高铁血红蛋白。高铁血红蛋白不能为细胞和组织运输足够的氧。患儿的临床症状是在口、手或脚等部位出现时断时续的蓝色或淡紫色，呼吸困难、腹泻、呕吐、抽搐，严重的会失去知觉，甚至死亡。硝酸盐来源于点源污染，如下水道、畜禽养殖场等，或非点源污染，如对农田、公园、草地等的施肥。
3．如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？
提示：对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
4．石油农业的生产模式应当怎样改进？
提示：在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。实施的具体措施包括：可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。教材P110【“物种多样性原理”资料分析】
1．为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？
提示：纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。
珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。
2．从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？
提示：只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。
教材P111【“协调与平衡原理”资料分析】
“西部大开发”是国家为振兴西部而提出的宏观决策，其中很重要的一项内容就是生态工程建设。从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种？如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？提示：几种西北地区特别适宜树种的介绍
(1)沙棘，俗称“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，属于胡颓子科，为落叶乔木或灌木。植株表面具有棘刺，叶呈条形或条状被针形，两端趋尖，背面密被淡白色鳞片，叶柄极短。沙棘花先于枝叶开放，雌雄异株；果实为肉质花被筒包围，近于球形，直径5～10mm。沙棘喜阳，粗壮的枝干抗风沙。沙棘叶、皮、果实及种子在医药上有着广泛的应用价值。沙棘的嫩枝、嫩叶是牛、羊的精饲料，被誉为“铁杆牧草”。沙棘果维生素含量极高，营养保健价值高，有利于增加种植者的收入。沙棘是半干旱黄土高原迅速绿化荒山、保持水土、调节生态平衡和促进农林牧业发展的良好树种。内蒙古鄂尔多斯等地区，实施沙棘生态工程，大面积种植沙棘，有效地控制了沟道水土流失，每年可减少流入黄河泥沙2 100万吨。
(2)山杏，主要指西伯利亚杏，它抗寒、耐旱，适应性强，是我国北方最普遍的果树之一，是绿化荒山、水土保持、防治风沙的先锋树种。山杏果仁营养丰富，含有大量维生素、微量元素和人体必需的氨基酸，是加工饮料的优质原料。
(3)刺槐，属落叶乔木，适应性强，在年降水量200mm左右、年平均气温不低于3℃的地区都能生长。它不仅生长快，且耐盐碱，有涵养水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜丰富，蜜质优良，是主要蜜源植物之一。刺槐不仅可改善生态环境，还可用于发展畜牧业。
(4)锦鸡儿(又称拧条)，豆科，多年生落叶灌木，根系发达，具根瘤，高1．5～3m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙压和风蚀。此种植物广泛分布于我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏等地，可用于防风固沙，保持水土。枝条可用于编筐，其枝叶是牛、羊等冬春季节主要的饲料之一。
(5)杜梨，蔷薇科梨属落叶乔木，可高达10m，原产于我国华北、西北及东北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含盐量0.5%(质量分数)的土壤中正常生长，且耐涝性也较强。
(6)沙枣，胡颓子科胡颓子属，落叶小乔木。分布于华北及西北等地，耐盐碱力较强。
(7)合欢，豆科合欢属，落叶乔木，可高达20m。分布于华北、西北及黄河以南等地区。耐盐碱力较强，但不耐水涝。
(8)臭椿，苦木科臭椿属，落叶乔木，可高达25m。原产于华南、华北、西北各地。抗性强，生长快，耐盐碱力强。
西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。
教材P113旁栏思考题
你能举出系统整体功能大于部分之和的例子吗？
提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌为豆科作物提供氮素，而豆科作物为其提供能量和其他营养，两者的共生使豆科作物能够在氮素缺乏的土地上生长； 当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。教材P113思考与探究
桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。试分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。
提示：桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。
能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶用于喂蚕，蚕可以生产蚕丝；桑树的凋落物和蚕沙(粪)落到鱼塘中，作为鱼的饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可以促进鱼的生长；甘蔗可以榨糖，糖渣用来喂猪，猪的排泄物也进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经过微生物的分解，又可以作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图见下图。教材P115《实践活动》思考题
1．为什么我国要大力发展沼气工程？
提示：21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。
2．目前沼气工程还有哪些亟待解决的问题？
提示：目前沼气工程存在的问题有：北方地区沼气产气在冬天不稳定，需要加热；沼气的一次性投资较大，相当部分的农民财力有困难；对沼气的研究较薄弱，例如，对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。应当加强这方面的研究，以促进沼气工程的推广。
知 识 构 建训 练 巩 固课件77张PPT。专 题 五生 态 工 程第二节　生态工程的实例和发展前景自 主 学 习
一、生态工程的实例
1．农村综合发展型生态工程
问题：怎样用有限资源，取得①______、②______、③______效益全面提高？
对策：建立农村综合发展型生态工程。
案例：北京郊区窦店村的以④__________为中心的物质多级循环利用工程。
经济 社会 生态 沼气工程
2．小流域综合治理生态工程
问题：小流域(河流各级支流的集水区域)水土流失比较严重。
对策：应用生态工程的整体原理、⑤____________原理，及工程学等原理，通过保土蓄水、耕作措施、林草措施等工程和生物措施，层层设防来控制⑥__________。
案例：甘肃陇南地区的“九子登科”治理模式。协调与平衡 土壤侵蚀
3．大区域生态系统恢复工程
问题：荒漠化(原因：⑦__________、过度放牧、⑧__________、不合理利用水资源)。
对策：实施了一系列森林或草原植被恢复的生态工程、水土保持的生态工程等。
案例：⑨______________工程、⑩__________工程、?________________工程等。过度开采 盲目开垦 退耕还林还草 防沙治沙 “三北”防护林 4．湿地生态恢复工程
问题：地球80%的湿地资源遭破坏。
对策：采用工程和生物措施相结合，如废水处理、?______________污染控制、土地处理工程，植物物种的引进种植及建立缓冲带等，使受干扰的湿地得以恢复。
案例：鄱阳湖生态恢复工程。
5．矿区废弃地的生态恢复工程
问题：矿区土体、土壤和植被乃至整个地区生态系统的破坏。
对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等，关键是?__________及其所必需的?________________的重建。
案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程。点源和非点源 植被恢复 土壤微生物群落 6．城市环境生态工程
问题：城市严重的环境污染，如过量垃圾、煤不完全燃烧、汽车尾气、噪音等。
对策：进行城市?__________；推广“?__________技术”和低污染清洁生产工艺，减少污染产出；治理污染，?________________利用；建立监督法制。
案例：加强绿地建设；采用水生植物、湿地生态净化工程；采用?________________净化污水；垃圾分类处理；树立?______________典范。生态分区 环境友好 废弃物的资源化 浮床生态工艺法 城市环境建设 人工模拟生命支持 无价之宝 经济、社会效益 定量化模型
1．试分析导致我国北方沙尘暴日益严重的原因有哪些？
提示：①降水稀少导致表层土壤干燥、疏松；②人类的毁林毁草开荒、过度放牧等破坏活动导致植被破坏、土地荒漠化严重；③城市建设中工地裸露导致扬沙浮尘。
2．矿区废弃地的生态恢复工程案例中为什么不种植农作物？
提示：矿区废弃地恢复植被的措施是植树和种草，不是种植农作物，原因是矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长。？思考 1．北京窦店村以沼气工程为中心的生态工程属于城市环境生态工程。(　 )
分析：北京窦店村的生态工程属于农村综合发展型生态工程。
2．“三北”防护林生态工程属于大区域生态系统恢复工程。(　　)
3．小流域综合治理生态工程只运用了协调与平衡原理。(　　)
分析：小流域综合治理生态工程运用了生态工程的整体原理、协调与平衡原理，以及工程学等原理。
4．某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了遵循物种多样性和协调与平衡的原理。(　　)判断题 ×　√　×　√　5．建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低。(　　)
分析：生态农业中巧设食物链，提高了生态系统的抵抗力稳定性，实现了能量的多级利用，使能量尽可能多地流向对人类有益的地方，系统总能量利用率并没有降低。
6．矿区废弃地生态恢复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益。(　　)
分析：矿区废弃地很少有动植物，而且土壤也被严重破坏，所以关键是要进行植被恢复和植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。
7．“生物圈2号”生态工程失败的原因是温度失调以及“大气和海洋”比例与地球相差甚远，导致空气中CO2含量猛增，O2量减少。(　　)×　×　√　新 知 解 读1．生态工程实例分析知识点一　生态工程的实例2．生态工程实例中的某些问题解读
(1)北京窦店村综合发展生态工程的特点
该生态系统主要应用了物质循环再生、整体性、物种多样性原理等，以沼气工程为核心，农、林、牧、副、渔各行业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济的发展，同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。
(2)小流域综合治理生态工程
①小流域综合治理中“综合”的表现
一改以前的单纯造林和减水、减沙等工程模式，同时考虑到生态效益和经济效益，如不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态功效，还考虑如何提高人们的生活水平，栽种经济作物、薪柴林等。②根据不同的地形采取不同的措施的原因分析。
小流域综合治理生态工程主要应用了整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等。知识贴士
(3)“三北”防护林工程建设中应当注意的问题
①首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜的品种，宜林则林、宜灌则灌、宜草则草。
②其次要考虑树种的多样性，保护防护林体系的稳定性。
③最后不同地区应根据当地情况采取不同策略，如恶劣的地区应该结合自然恢复力。
②城市生态工程
a．含义：城市是由自然系统、经济系统和社会系统所组成的人工生态系统，对城市治理要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑。
b．与自然生态系统相比，具以下特点：
Ⅰ.城市生态系统是人类起主导作用的生态系统。城市中的一切设施是人制造的，人类活动对城市生态系统的发展起着重要的支配作用。与自然生态系统相比，城市生态系统中生产者绿色植物的量很少；消费者主要是人类，而不是野生动物；分解者微生物的活动受到抑制，分解功能不强。Ⅱ.自然生态系统在物质上基本可以自给自足，城市生态系统则不同。城市生态系统是物质和能量的流通量大、运转快、高度开放的生态系统。需要不断地输入粮食、能源等，同时会把大量废弃物排放到自然生态系统中，这种高度的开放性又导致它对其他生态系统具有高度的依赖性，同时会对其他生态系统产生强烈的干扰。
Ⅲ.城市生态系统中自然系统的自我调节能力弱，容易出现环境污染等问题，城市生态系统的营养结构简单，对环境污染的自动净化能力远远不如自然生态系统，城市的环境污染有大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染等。 如图所示为某地农村牧渔生产系统初级模式的生态农业图解。分析回答下列问题：
(1)若考虑鱼池生态系统，该生态系统中非生物的物质和能量主要包括________________________________等。从生态系统类型上划分，该生态系统属于______生态系统。
(2)若考虑森林生态系统，该生态系统的主要特点之一是_____________ _________________能够长期处于较稳定的状态。
阳光、热能、空气、水分和无机盐 湿地 种群的密度和 群落的结构及功能
(3)生态农业设计是生态农业建设实施的前提和依据。某研究性课题小组在分析调查当地农业生产实际情况的基础上，设计了一个良性循环的农业生态系统。假若你是该小组的成员，你认为这个设计应包括哪些方面的内容？
　①研究设计合理的食物链组成或合理巧接食物链；②实现生态系统中能量的多级利用；③实现生态系统中物质循环再生或实现可持续发展或“原料—产品—原料—产品”；④设计合理的生态系统营养结构或物质循环和能量流动，提高抵抗力稳定性；⑤提高整个系统的总体功能和综合效益；⑥绘制出生态系统的结构模式图；⑦写出设计报告。　
[解析]　(1)在鱼池生态系统中，非生物的物质和能量主要包括阳光、热能、空气、水分和无机盐。由图可以分析该生态系统中既有森林，又有鱼池，是一个水域和陆地的自然过渡形态，属于湿地生态系统。(2)森林生态系统，由于其生物的多样性，易形成复杂的营养关系，所以其种群密度和群落结构能够长期处于稳定状态。(3)若建立一个良性循环的农业生态系统，应从以下几个方面考虑：一生态系统各组成成分齐全；二是食物链合理；三是能量多级利用，物质可循环再生等。
〔变式训练　1〕我国的“三北”防护林是一项规模空前的生态建设工程，被誉为“绿色万里长城建设工程”。下列不属于植树造林在保护环境方面要求的是(　　)
A．调节气候 B．防风固沙，防止荒漠化
C．提供木材　 D．维持大气中的碳——氧平衡
[解析]　植树造林，保护环境。森林可涵养水源，调节当地气候，可以防风固沙，防止荒漠化，树木进行光合作用，消耗CO2，制造O2，维持大气中的碳——氧平衡。提供木材与环境保护无关，是经济效益。C　1．“生物圈2号”生态工程实验及启示
(1)问题的提出：人们憧憬着找到地球外的“诺亚方舟”。“生物圈2号”就是为了制造一个人工模拟的生命保障系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
(2)设计：它是一座微型人工生态循环系统。其地上部分为立体钢架结构，配有双层玻璃窗，底部以厚水泥完全与外界隔离。内部主要由7种模拟生态群落区和两个大气扩张室组成。生态群落包括5个野生物生物群落和2个人工生物群落，约有生物4000种。知识点二　生态工程发展的前景分析和展望(3)实验结果：“生物圈2号”的物质循环途径是农田区的作物秸秆作为附近动物饲养场的饲料，产出的肉、蛋、奶以及作物产品供应人类。死亡植株及动物与人的排泄物经分解者进行分解，然后，返还到农田中给植物提供营养。生活废水经处理后进行循环利用。氧气由植物光合作用提供，呼吸产生的二氧化碳由植物吸收。经过四年的试验，最终失败。
(4)失败的原因：温度失调以及大气和海洋比例与地球相差甚远，土壤呼吸释放的二氧化碳超过了植物和海洋的固定能力，导致空气中二氧化碳增多，氧气减少，不足以维持人及动物的生存。
(5)给人的启示：自然界给人类提供的生命支持服务是无价之宝，尽管科技发达，但是人类仍然没有能力完全模拟出自然生态系统。我们应当珍惜拥有的一切，爱护地球上的环境。
2．我国生态工程发展前景的分析与展望
(1)西方国家生态工程的特点：除了治理环境污染外，
主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。总体看来，应用范围小，但是并不太强调经济效益。
(2)我国生态工程的特点：既重视对生态环境的保护，又注重与经济、社会效益的结合。
(3)我国生态工程存在的问题及发展前景：目前的问题主要有缺乏定量化模型的指导，设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。但是由于我国政府的重视，在实践中已得到了广泛的应用。随着我国社会、经济的发展，以及可持续发展战略的实施，我国的生态工程一定会有更为广阔的发展空间。3．中国与西方国家生态工程建设的区别 下列关于我国生态工程与西方国家生态工程的比较，正确的是(　　)
①西方国家的生态工程以治理环境污染和恢复破坏的生态系统为主要目标，我国的生态工程则以经济和社会效益为主要目标
②西方国家的生态工程应用范围比我国小
③我国的生态工程难以像西方那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板
A．①②③　　 B．②　　　　　
C．③　　　 D．②③D　
[解析]　解答本题时注意理解掌握我国生态工程与西方国家生态工程的区别及各自的优缺点。发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同。西方国家的生态工程除了治理环境污染的目标外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复；我国的生态工程走有中国特色的道路，不但重视对生态环境的保护，更注重与经济、社会效益的结合。总体来看，发达国家的生态工程的应用范围比我国小，也不那么强调经济效益，不过，目前我国的生态工程难以像西方那样，设计出标准化、易操作的生态工程样板。〔变式训练　2〕“生物圈2号”是模拟地球生态系统、全封闭的人工生态循环系统，其建造目的是(　　)
A．验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存
B．验证人类在离开地球的情况下，完全依靠人工生态系统，能否生存
C．验证人类在人工生态系统中的存活能力
D．验证密闭立体钢架结构的人工生态系统建筑物是否适合人类居住
[解析]　“生物圈2号”是模拟地球生态系统、全封闭的人工生态循环系统，在物质上与外界完全隔绝，但能量需要依靠外界的太阳光。其目的是验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。A　指 点 迷 津
生态农业
(1)生态农业的概念
生态农业是以生态学理论为依据，以环境与经济协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜的规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。(2)生态农业的基本原理
生态学的基本原理是发展生态农业的主要理论基础。我们知道，生态系统中能量多级利用和物质循环再生是生态学的一条基本原理。而食物链则是生态系统能量流动和物质循环的主要渠道，因此食物链既是一条能量转换链，又是一条物质传递链，从经济上看还是一条增值链。因此，遵循这一原理，就可以合理设计食物链，充分利用当地自然资源，利用动物、植物和微生物之间的相互依存关系，使生态系统中的物质和能量被分层次地充分利用，使生产一种产品时产生的有机废物成为生产另一种产品的投入，也就是实行无废物生产，提供尽可能多的洁净产品。既充分有效利用机械设备、化肥、农药，又减少环境污染。(3)生态农业的特点
生态农业可以实现对物质和能量的多级利用，减少对能源和资源的消耗，减少环境污染。具体优点突出表现在：
①减少化肥使用量，降低农业投入。
②收获多种产品，增加经济效益。
③净化环境，降低人和家畜的发病率。
(4)生态农业的设计
主要从空间、时间和食物链等几方面去考虑，我们仅从空间方面做简单介绍。
空间方面包括“平面空间”和“垂直空间”。“平面空间”：在一定的区域内，确定各种农作物的种类和各种农业产业所占的比例及分布区域，是比较宏观的，即农业区规划或农业规划布局。
“垂直空间”：利用生态学的原理，将不同的种群科学地组合成复合生产系统，达到最充分、最合理地利用环境资源的目的。可以微观地解决一个比较小的范围内的生态组合，例如一片稻田、一个庭院、一座小山、一个池塘等。在一片农田中应该从地上和地下两个方面科学搭配。地上部分包括不同作物在不同层次空间上茎、叶的配置，以最大限度地利用光、热、水、气等自然资源。地下部分是要使不同农作物的根系分布在不同的土层中，以便更好地利用土壤中的矿质元素。我国南方的桑基鱼塘就是人工建立的高产、稳产的生态农业系统。 下图是一个庭院生态工程的模式图。请据图分析回答：
(1)该图中有食物链共___条。
(2)该生态系统中处于第二营养级的生物有____________。
(3)从图中可知，人类生活中所需的能源来自于太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，它突出的优点是____________________________。
(4)该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是_______________ _________________________________。
(5)该生态工程遵循的原理有__________________等。3 人、鸡、猪 减少了燃烧煤炭所产生的污染 充分利用了废弃 物中的能量，实现了能量的多级利用 物质循环再生原理
(6)人工设计的生态系统也具有信息传递的功能，下列有关叙述正确的是(　　)
A．生态系统的物理信息都来源于环境
B．植物都通过化学物质传递信息
C．信息沿食物链从低营养级向高营养级传递
D．信息可以调节生物种间关系
D　
[解析]　(1)该生态系统中的食物链有植物→人，植物→猪→人，植物→鸡→人共3条。(2)据食物链可以判断，人、猪、鸡均可以为第二营养级的生物。(3)太阳能、沼气属于清洁能源，无污染或污染很少。(4)利用有关生态工程的原理，可以更充分利用流向分解者或未利用的能量。(5)该生态系统中的物质分层分级利用，即符合物质循环再生原理。(6)生态系统中的物理信息除来源于环境外，还可来自生物个体，植物可以通过光、电磁波等形式接受信息；信息的传递与食物链无直接关系。核 心 素 养 如下图所示为利用自然生态系统净化污水的一种大面积、敞开式污水处理池塘(即氧化塘)示意图。请据图回答：(1)氧化塘实现净化污水的原理是主要利用细菌和藻类的____________ ________关系来分解有机污染物。图中A、B分别代表的物质是____________、______________________。
(2)随着距水面深度的不断增加，不同水层微生物的新陈代谢类型也在发生着变化，其中它们的异化作用类型的变化是____________________________。
(3)由图示看，氧化塘净化污水的途径有__________和__________。
[解析]　由图可知，细菌和藻类生活在一起彼此有利，细菌通过分解有机物为藻类生长提供二氧化碳、矿质养料等，藻类的光合作用为细菌的分解作用提供氧气和养料。不同水层由于受到物理扩散、生物消耗等因素的影响，水中溶氧量随水深度的增加而减少，其中生存的生物类群也会因此而变化。共生(或种间 互助) 氧气和养料 二氧化碳、矿质养料等 需氧型、兼性厌氧型、厌氧型 物理沉降 生物分解
(1)生态工程建设的基本过程包括拟定目标与实施调查、系统分析、可行性评价与决策和技术设计等，其中技术设计是生态工程建设的核心环节。
(2)建立不同的生态工程时要依据不同的原理，因地制宜，不能相互照搬。
(3)生态工程是针对传统经济模式而言的，这样可以减少环境污染，实现社会与自然的和谐发展。探规寻律问 题 释 疑
教材P117讨论1
1．在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？
提示：物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。
2．这一生态系统的结构和功能有哪些特点？有哪些值得借鉴的做法？
提示：这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。教材P118讨论2
分析甘肃省陇南县的“九子登科”模式，在说明“九子”措施含义的基础上，谈谈你对小流域综合治理生态工程的理解。
补充资料——“九子登科”措施的具体意义
山顶戴帽子：山头实行封禁管理、营造水土保持林，保护和恢复植被；
山腰系带子：半山陡坡退耕还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流；
坡地修台子：坡耕地以坡改梯田为突破口，建设基本农田，为调整农业产业结构提供条件；
地埂锁边子：充分利用地埂种植经济作物，既获得经济效益，又保护地埂；
荒地荒沟栽苗子：在荒山、荒沟、荒坡地建设薪炭林；
山脚种果子：山脚发展经济林果园，促进商品经济发展；
沟底穿靴子：在干、支、毛沟沟底修建谷坊、拦挡坝，建设沟坝地，拦蓄泥沙，防止沟壑被水冲蚀而导致其不断扩张；
见缝插针钉扣子：利用田间地头、房前屋后栽植林果，发挥零星作用，提高治理程度；
秋田盖罩子：在缓坡耕地改顺坡种植为横坡等高种植、实行地膜覆盖等保土耕作措施。
1．小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？
提示：“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。例如，不但种植农作物，还同时种植经济作物来提高人们的收入；考虑到了种植薪柴林解决人们的燃料来源问题。各种措施的结果是建立一个稳定、持久、高效的生态系统。2．为什么要针对不同的地形采取不同的措施？这体现了生态工程的什么原理？
提示：山顶土壤条件、气候条件恶劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，适宜封山，依靠自然恢复力来恢复植被；山腰、荒地等土壤，虽然水分条件较好，但是仍不适宜种植农作物，对于这样的地方可以自然恢复，也可以人为种植适宜的林木、草或果树等，加快植被恢复速度，这样既能降低土壤侵蚀，又能创造一定的经济效益；对沟底而言，应建设堤坝系统，它可以蓄水和淤积土地，还能够减少山体的崩塌和滑坡，保证人民的生命财产安全；对坡地和山脚农田来说，土壤、水分条件良好，交通也较方便，土地生产力高，适宜种植农作物来解决人们的粮食和收入等问题，但是在坡地上要水平梯田种植，以减少水土流失。根据不同的地形采取不同的措施，既要考虑到生态效益，又要考虑到人们的生活和收入问题，这体现了生态工程协调与平衡、因地制宜的原理和思想。
3．从这一案例看，当地是怎么做到经济效益与生态效益相统一的？这一模式在其他小流域能够照搬吗？
提示：上题分析中已解答了经济效益与生态效益的统一问题。这种模式在其他小流域不能照搬，还是要因地制宜地进行生态工程建设，不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，其生态工程的模式应各具特色。教材P120讨论3
1．国家为什么投入巨大的人力和物力兴建三北防护林工程？这一工程为什么需要如此漫长的时间？
提示：三北防护林跨越中国13个省、直辖市、自治区，对我国具有重要的意义：生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。
这一地区区域广阔，气候、自然条件复杂，总体经济发展水平较低等情况也决定了这个工程需要较长的时间，非一朝一夕之功。
2．这一工程横跨多个省区，根据协调与平衡原理和生物多样性原理，不同地区在造林设计上应当注意什么问题？
提示：首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜品种，宜林则林，宜灌则灌，宜草则草；其次要考虑树种的多样性，保证防护林体系的稳定性；不同地区应根据当地情况采取不同的策略，如条件恶劣的地区应该结合自然恢复力，而农区的防护林中农田防护林网可能占较大比重。
3．略
教材P121讨论4
1．当初人们为什么要围湖造田？
提示：主要原因：我国历来人多地少，在“以粮为纲”的年代，围湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展，没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。
2．为什么说退耕还湖是一项巨大的系统工程？实施这一工程面临的主要困难是什么？
提示：退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁移，要解决迁出居民的生活和就业问题，这是退耕还湖工程的主要困难。
3．地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？
提示：保护环境，减少水土流失和水污染。例如，减少工厂、生活污水向水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。教材P122讨论5
1．在这一案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？
提示：矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此代之以适应性强，耐旱的灌木、草和乔木。
2．怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？
提示：首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力，以及对粪肥的加工或利用情况，要操持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。
3．除煤矿外，你知道还有哪些矿区吗？这些矿区的恢复工程与煤矿是否有不同之处？
提示：除煤矿外，还有金矿、铁矿等。这些生态恢复工程最重要的是改良表土，恢复植被，但要因地制宜。
4．略
教材P124讨论6
1．汽车尾气是城市大气污染的主要来源之一，汽车噪声又是城市噪声污染的主要来源。你认为应当限制城市居民购买汽车吗？为什么？如果不限制，应当采取什么措施来减少由汽车造成的污染？
提示：减少污染的措施：制定法律法规，禁止市区内鸣笛，禁止使用含铅汽油，鼓励使用无污染能源的新型汽车，以及对其的研究和应用等。
2．城市的水污染问题应当采取哪些措施来解决？每一个城市居民应当在这方面承担什么责任和义务？
提示：减少或禁止工厂的污水排放；进行污水净化回收利用；实行雨水和污水分流。
每一个城市居民都应该树立节水意识、宣传节水的意义，家庭生活中应该使用无磷洗衣粉和洗涤剂，制止或减少生活中的水污染行为。
3、4.略
教材P125异想天开
你认为人类将来可能在月球或火星上建造第二个生物圈吗？假如有一天这一梦想成为现实，你愿意成为这些星球上的居民吗？
提示：人类的生存离不开生存所需要的空间和食物，月球可以提供一定的空间，但是是否能够提供所需要的其他条件？当然随着科学的发展是可以做到的。
教材P126旁栏思考题
发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，为什么？
提示：发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。教材P124思考与探究
1．分析朝鲜三八线的资料(具体资料见教材)，说明它所蕴涵的意义。
提示：生态工程的恢复作用是有限的，不能认为只要有了生态工程，就可以先污染，后治理。人类迄今尚没有能力完全模拟出自然的生态系统。自然生态系统发展到今天已经经过几十亿年的进化，每平方千米每年的无形服务价值高达6.4万美元，而为了达到同样的效果，用人工制造和模拟的办法，人类至少要花费10亿美元还不尽如人意。
另一方面，自然生态系统具有相当的自我恢复能力，我们在生态工程建设中应该积极利用自然生态系统的这种能力，以节省投资。
2．在我国北方地区，由于冬天气温很低，会导致农作物不能生长，家畜生长缓慢，甚至停止，沼气池不能正常产气；而农民要解决蔬菜的不间断生产问题。很显然，大量使用造价昂贵，并用燃料加热的玻璃温室是不符合我国国情的。你能用所学知识，设计一种生态工程，来较好地解决上述问题吗？请在画出其物质和能量结构图的基础上，说明你所依据的生态工程原理。提示：教材中“四位一体”的图所示为近年来出现在我国北方农区的一种生态工程类型，它较好地解决了习题中所述问题。“四位’指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。“四位一体”的物质循环见下图：知 识 构 建训 练 巩 固课 时 作 业课件26张PPT。专 题 一基 因 工 程章末归纳整合网 络 构 建真 题 演 练1．(2017·全国卷Ⅰ，38)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是________________________________________________ __________________________________________________。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________作为载体，其原因是________________________________。基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与 内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A噬菌体 噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕 (3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体，因为与家蚕相比，大肠杆菌具有__________________(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是_____________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_________________________________________ ____。繁殖快、容易培养 蛋白A的抗体 DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个 体 [解析]　(1)人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。(2)噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原——抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。2．(2017·全国卷Ⅱ，38)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：
(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是____________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_____________。
(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_________________________ _________________________________________________。
(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是________________________________________ ______(答出两点即可)。嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 在逆转录酶的作用下，以 mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA 目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启 动子
(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是____________。
(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__________________________。磷酸二酯键 目的基因的转录或翻译异常 [解析]　(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是相对于老叶而言嫩叶组织细胞更容易被破碎。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需启动子。(4)DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。3．(2016·全国卷Ⅰ，40)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tett表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_________________ _________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是　二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　；并且　含有质粒载体　和__________________________________________________的细胞也是不能区分的，其原因是____________________________________________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________的固体培养基。
(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于__________。能自我复制、具有 标记基因 含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 受体细胞 [解析]　(1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，并含有特殊的标记基因。(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。由题图可知，用BamHI切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。总RNA(或mRNA) (2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是___(填写字母，单选)。
A．人血细胞启动子 B．水稻胚乳细胞启动子
C．大肠杆菌启动子 D．农杆菌启动子
(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是____________________________________________________。
(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径II相比，选择途径I获取rHSA的优势是_______________ ___________________________________________。
(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_____的生物学功能一致。B 吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化 水稻是真核生物， 具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工 HSA 5．(2016·江苏卷，33)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用_______________两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过_________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于______态的大肠杆菌。
(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________________。BclⅠ和HindⅢ DNA连接 感受 四环素 引物甲和引物丙 都不能 7 [解析]　(1)据图可知，质粒的两个标记基因中都含有BamHⅠ的切点，因此不能用BamHⅠ进行切割，结合题干及表中信息可知也不能用Sau3AⅠ进行切割(否则无标记基因)，所以只能用质粒和目的基因中都含有切点的BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶来切割目的基因和质粒。酶切后的载体和目的基因片段，通过DNA连接酶作用后获得重组质粒。要将重组质粒转入大肠杆菌，要先用CaCl2处理大肠杆菌，使其处于感受态。(2)重组质粒中只含有四环素抗性基因这一个标记基因，因此为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加四环素，含有重组质粒的大肠杆菌能在平板上长出菌落。要用PCR技术扩增目的基因，所用的引物组成为图2中引物甲和引物丙，因为从图2中可以看出，引物甲与引物丙与模板链结合后能完成目的基因的复制。课件18张PPT。专 题 二细 胞 工 程章末归纳整合网 络 构 建真 题 演 练1．(2016·江苏，9)下列有关细胞工程的叙述，正确的是( )
A．PEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合
B．用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂
C．骨髓瘤细胞经免疫处理，可直接获得单克隆抗体
D．核移植克隆的动物，其线粒体DNA来自供卵母体
[解析]　PEG(聚乙二醇)可诱导植物原生质体(去掉细胞壁的植物细胞)融合，所以不能直接诱导植物细胞融合，A项错误；制备人工种子是用人工薄膜包裹组织培养形成的胚状体、腋芽等，B项错误；单克隆抗体是杂交瘤细胞产生的，不能由骨髓瘤细胞经免疫处理后产生，C项错误；细胞核移植技术培育的克隆动物中，细胞核DNA来自提供体细胞核的个体，细胞质中线粒体DNA来自提供卵母细胞的个体，D项正确。D 2．(2016·全国卷Ⅱ，40)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：
(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用__________的方法。②代表的过程是__________。
(2)经过多次传代后，供体细胞中__________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。
(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________。
(4)与克隆羊“多莉(利)”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了____________________________________。XX或XY 显微操作 胚胎移植 遗传物质 卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
[解析]　(1)核移植过程中，供体的体细胞中性染色体组成可为XX或XY；去核时常采用显微操作的方法；图示②过程表示胚胎移植。(2)细胞培养过程中，经过多次传代培养，细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3)由于卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响，所以克隆动物与供体性状不完全相同。(4)克隆动物的成功获得证明了已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。3．(2016·北京，31)嫁接是我国古代劳动人民早已使用的一项农业生产技术，目前也用于植物体内物质转运的基础研究。研究者将具有正常叶形的番茄(X)作为接穗，嫁接到叶形呈鼠耳形的番茄(M)砧木上，结果见图1。
(1)上述嫁接体能够成活，是因为嫁接部位的细胞在恢复分裂、形成______组织后，经__________形成上下连通的输导组织。
(2)研究者对X和M植株的相关基因进行了分析，结果见图2。由图可知，M植株的P基因发生了类似于染色体结构变异中的______变异，部分P基因片段与L基因发生融合，形成P－L基因(P－L)。以P－L为模板可转录出________，在________上翻译出蛋白质，M植株鼠耳叶形的出现可能与此有关。愈伤 细胞分化 重复 mRNA 核糖体 反转录
②检测P－L DNA需要提取基因组DNA，然后用PCR技术对图2中___(选填序号)位点之间的片段扩增。
A．Ⅰ～Ⅱ　　 B．Ⅱ～Ⅲ　　
C．Ⅱ～Ⅳ　　 D．Ⅲ～Ⅳ
(4)综合上述实验，可以推测嫁接体中P－L基因的mRNA_______________ _________________________________________。C 从砧木被运输到 接穗新生叶中，发挥作用，影响新生叶的形态 [解析]　(1)嫁接操作需要切开砧木、接入接穗，嫁接部位的细胞恢复分裂会形成愈伤组织，愈伤组织可通过细胞分化形成输导组织。(2)由图可知，M植株的基因中出现了两个P片段，发生了类似于染色体结构变异中的重复。基因转录的产物是mRNA，翻译的场所是核糖体。(3)以mRNA为模板获得cDNA的过程称为反转录。为了检测P—LDNA，应确保扩增的片段中有P—LDNA相连接的部分，四个选项中只有C符合要求。(4)由表可知，M植株叶中有P—LDNA，而X植株中没有，且接穗新生叶中有P—LmRNA、无P—LDNA，说明嫁接体中P—L基因的mRNA可经输导组织由砧木转移至接穗新生叶中进行翻译。课件19张PPT。专 题 三胚 胎 工 程章末归纳整合网 络 构 建真 题 演 练B　
[解析]　图中步骤甲是指体外受精，步骤乙是指胚胎移植，A项错误；诱导超数排卵所注射的激素是促性腺激素，促性腺激素只能作用于性腺，B项正确；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于受精卵中的细胞质，C项错误；体外受精可以在获能溶液或专用的受精溶液中进行，与早期胚胎培养液成分并非基本相同，D项错误。2．(2015·山东卷，36)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下：(1)过程①采用的是细胞工程中的__________________技术，过程②采用的是胚胎工程中的__________________技术。
(2)体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液(基)的________________。
(3)如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体(重组载体)时必须使用______________________________和____________________________两种工具酶。基因表达载体上除目的基因外，还需有______基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。
(4)胚胎干细胞可以来自于囊胚中的__________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体___(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。(体细胞)核移植 (早期)胚胎培养 pH(或酸碱度) 限制性(核酸)内切酶(或限制酶) DNA连接酶(注：两空可颠倒) 标记 内细胞团 B [解析]　(1)过程①表示将从体细胞中分离出的细胞核与去核的卵(母)细胞重组形成重组细胞的过程，因此采用的是细胞工程中的(体细胞)核移植技术。过程②表示将重组细胞培养至早期胚胎的过程，所以采用的是胚胎工程中的(早期)胚胎培养技术。(2)在动物细胞培养时，CO2的主要作用是维持培养液(基)的pH(或酸碱度)。(3)在基因工程中，构建基因表达载体(重组载体)时必须使用限制性(核酸)内切酶(或限制酶)和DNA连接酶。基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等，其中标记基因的作用是筛选出成功导入基因表达载体的细胞。(4)胚胎干细胞可以来自于囊胚中的内细胞团。图中获得的组织器官，其细胞核来自于个体B，其遗传物质组成几乎与个体B相同，因此将该组织器官移植给个体B则不会发生免疫排斥反应。3．(2015·安徽，31Ⅱ)科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子Ⅸ医用蛋白，其技术路线如图。
(1)由过程①获得的A为______________________。
(2)在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是____________ ______________________________。受体应选用_______期卵母细胞。
(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生______________，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。
(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为____________________________________________。含目的基因的表达载体 保证核遗传物 质来自含目的基因的成纤维细胞 MⅡ中 免疫排斥反应 整合含有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养
[解析]　(1)分析图示可知，过程①表示构建基因表达载体。(2)对卵母细胞去核的目的是保证后代的核遗传物质全部来自含目的基因的成纤维细胞。受体应选用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞。(3)胚胎移植能成功，原因是代孕母羊对置入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(4)由于整合有目的基因的胎儿成纤维细胞具有增殖能力，可进行传代培养，所以理论上可利用动物培养技术和核移植技术，获得无限个转基因绵羊。生长发育或胚胎发育 隐性 ♂A×♀C 1/8 获能或增强活力 ③ 供能 性别、高产奶和适应生长的基因 ② 胚胎分割 [解析]　(1)由于B是具有适宜本地生长基因的纯合子，故选择B作为母本，可使胚胎在母体内正常生长发育。让B与纯合的具有高产奶基因的A杂交得到C，C牛的产奶量并未提高，可推知高产奶是隐性性状，而C为杂合子。因引进的是含高产奶基因的纯种公牛，故可选用A×♀C杂交组合，后代中高产奶且适宜本地生长的母牛的概率为1/4×1/2＝1/8。
(2)精子受精前需进行获能处理，卵子的减Ⅱ分裂在受精作用即过程③中才得以完成；体外培养胚胎时，需在培养液中提供葡萄糖等物质以保证充足的能量供应。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的性别，以及是否具有高产奶和适应生长等优良基因，子代母牛的优良性状与过程②的基因重组有关。
(3)利用胚胎分割和胚胎移植技术，可同时获得多个基因型相同的后代，提高了已有胚胎的利用率。课件13张PPT。专 题 四生物技术的安全性和伦理问题章末归纳整合网 络 构 建真 题 演 练C　
[解析]　受体母亲提供细胞核，供体提供去核卵母细胞，这样就可避免受体母亲的线粒体遗传物质(线粒体中的致病基因)传递给子代，A正确。红绿色盲属于核基因控制的遗传病，而由图示可知捐献者提供的是去核的卵细胞，因此不会把其携带的红绿色盲基因传递给三亲婴儿，B正确。由图示可知三亲婴儿的染色体来自于母亲和父亲，C错误。由图示可知三亲婴儿的获得运用了动物细胞培养、核移植技术，体外受精形成早期胚胎需要进行早期胚胎培养等，D正确。D　
[解析]　本题考查生物技术安全性与伦理。在转基因过程中，避免基因污染和对人类的影响，必须严格选择目的基因，A正确；我国不反对治疗性克隆，坚决反对生殖性克隆，B正确；反对设计试管婴儿原因之一防止选择性设计婴儿，违背伦理道德，C正确；生物武器是指有意识的利用微生物、毒素、昆虫侵袭敌人的军队、人口、农作物或者牲畜等目标，以达到战争目的的一类武器，干扰素为淋巴因子，非生物武器，D错误。注意的问题是让所有判断都建立在辩证的基础上，承认其进步意义，注意避免其局限性和预防未知的有害性。3．(2013·江苏卷，15)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调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
[解析]　本题考查转基因技术的伦理与安全性。转基因生物是否存在安全问题，尚在争论之中，国家为了维护消费者对转基因产品的选择权和知情权，一般会加贴标注，但不会警示性注明可能的危害，B错误。B　课件17张PPT。专 题 五生 态 工 程章末归纳整合网 络 构 建真 题 演 练1．(2015·浙江卷自选模块，8)下面是关于植物克隆和生态工程的问题。请回答：
(1)为培育能高效吸收和富集重金属镉的转基因植物，将野外采得的某植物幼叶消毒后，用酶混合液处理，获得了原生质体。酶混合液中含有适宜浓度的甘露醇，其作用是____________。
(2)将目的基因导入到原生质体，经培养形成愈伤组织，再通过______________得到分散的胚性细胞，发育成________，生长发育后获得转基因植株。维持渗透压 液体悬浮培养 胚状体 (3)愈伤组织继代次数过多会丧失细胞全能性的表达能力，下列原因错误的是___。
A．愈伤组织发生遗传变异
B．愈伤组织不能分散成单细胞
C．愈伤组织中激素平衡发生改变
D．愈伤组织对外源激素敏感性发生改变
(4)某农业生态工程基地按照生态______规律，对种植业和养殖业进行优化设计。通过套种、间种和______等技术的应用，使种植的农作物为该生态系统组成成分中的________提供更多的食物。在农业生产中尽量不施用农药，其目的是___。
A．减少水土流失　 B．减少土壤肥力
C．减少环境污染 D．减少生多样性B 经济 轮种 消费者 C [解析]　(1)植物原生质体的获得方法是：在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境下用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，将细胞壁消化除去，获得球形的原生质体。甘露醇的作用是维持溶液较高的渗透压，防止原生质体吸水涨破。
(2)导入的基因的原生质体，可在培养基上培养形成愈伤组织，再通过液体悬浮培养得到分散的胚性细胞，发育成胚状体，胚状体继续发育，可形成植株。
(3)愈伤组织继代次数过多会丧失细胞全能性的表达能力，可能的原因有染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，或细胞中激素平衡被打破，或细胞对外源激素的敏感发生改变。由(2)知，愈伤组织通过液体悬浮培养能分散成单细胞。
(4)农业生态工程中，种养结合的优化设计应遵循生态和
经济规律，进行综合分析，获得最佳的效益。通过套种、间种和轮种等技术的应用，可使种植农作物为消费者提供更多的食物，在农业生产中应尽量不施用农药，以减少环境污染。
分解者 种子或繁殖体 增强 竞争 整体性(系统论) [解析]　本题考查生物群落的结构、演替，生态系统的结构、稳定性以及生态工程的原理。
(1)生态系统的组成成分中分解者的功能是将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物；从废弃采石场开始进行的演替为次生演替，由于保留了植物的种子或其他繁殖体能使群落中植物物种数可迅速增加；t1→t3植物物种数变多，一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其抵抗力稳定性越强；群落中的植物物种数增加，相互争夺资源(如阳光、水)和空间越激烈，竞争加剧。
注意本部分知识的群落的结构及群落特征、生态系统的结构几个组成成分的功能、食物链食物网的功能以及生态系统物质循环、能量流动原理在生态工程中的应用。
(2 )生态系统改善后，考虑到社会—经济—自然复合生态系统，体现了整体性原理。