专题十二 现代生物科技专题
[A卷·基础达标练]
1．下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( )
A．利用大肠杆菌制取白细胞介素
B．利用酵母菌获得干扰素
C．利用青霉菌获取青霉素
D．利用大肠杆菌获取胰岛素
解析：选C 运用基因工程技术可以使外源基因在受体细胞中表达生产基因产品，A、B、D项所述均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种自身正常基因的正常表达，故利用青霉菌获取青霉素不属于基因工程制取药物。
2．下列关于DNA重组技术基本工具的说法，正确的是( )
A．DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的粘性末端
B．细菌细胞内含有的限制性核酸内切酶不能对自身DNA进行剪切
C．限制性核酸内切酶切割DNA后一定能产生粘性末端
D．质粒是基因工程中唯一的载体
解析：选B DNA连接酶分为两类：E·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶，前者只能将双链DNA片段互补的粘性末端连接起来，而后者既可以连接双链DNA片段互补的粘性末端，也可以连接双链DNA片段的平末端。细菌内的限制性核酸内切酶能限制异源DNA的侵入并使之失活，即能将外源DNA切断，从而保护自身的遗传特性。限制性核酸内切酶切割DNA后，产生的末端有粘性末端和平末端两种。质粒是常用的载体，除此之外，基因工程中用到的载体还有λ噬菌体和动植物病毒等。
3．生产乙肝疫苗等基因工程药物的方法是( )
A．在受体细胞内大量增殖乙肝病毒
B．在液体培养基中大量增殖乙肝病毒
C．将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞中并表达
D．将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中并表达
解析：选D 乙肝病毒的抗原特异性是由衣壳决定的，因此，只需将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中，并使其表达，即可获得具有抗原性而无致病性的疫苗(蛋白质)。此过程是通过基因工程实现的，无需大量增殖乙肝病毒，更不需要导入乙肝病毒的全部基因。
4．科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法将a转入马铃薯中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。这一过程涉及( )
A．目的基因进入受体细胞后，随着马铃薯的DNA分子的复制而复制并传给子代细胞
B．基因a导入成功后，将抑制细胞原有的新陈代谢，开辟新的代谢途径
C．目的基因不需要整合到马铃薯的DNA分子中
D．目的基因来自细菌，可以不需要载体直接导入受体细胞
解析：选A 目的基因导入受体细胞后，应随受体的DNA分子的复制而复制，并传给子代细胞；目的基因导入受体细胞后，不应改变受体细胞原有的代谢；目的基因若不整合到受体细胞的DNA中，是无法传递给后代的；没有载体，目的基因无法导入受体细胞并稳定保存下来。
5．用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是( )
A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的
B．该愈伤组织的细胞没有全能性
C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的
D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
解析：选B 愈伤组织中细胞仍具有全能性，在一定条件下继续培养，细胞会发生再分化，生成芽和根，进而发育成完整植株。
6．下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是( )
A．通过动物细胞培养技术，可以生产许多蛋白质生物制品
B．培养动物细胞可以检测有毒物质
C．动物细胞培养可以获得动物的组织或器官
D．培养正常或病变的细胞可以用于生理、病理、药理等方面的研究
解析：选C 通过动物细胞培养技术只能得到一群形态结构和功能相同的细胞，不能产生相应的组织或器官，要获得组织或器官就要利用相应的干细胞。
7．下列有关细胞工程的说法，正确的是( )
A．植物组织培养过程中，需要用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁
B．动物细胞培养液通常含有糖元、氨基酸、无机盐、维生素
C．动物细胞融合可以克服远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围
D．植物组织培养技术，可用于生产香料、色素、杀虫剂等，也可以用于培育转基因植物
解析：选D 植物组织培养过程中，不需要去除细胞壁；动物细胞培养液含有的糖类通常为葡萄糖，还需要加入动物血清；动物细胞融合技术目前只能用于单克隆抗体的制备；通过植物组织培养，形成的愈伤组织可以用于提取香料、色素、杀虫剂等，通过基因工程技术得到的转基因受体细胞通过组织培养，可发育成转基因植物。
8．下列有关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．将所取的组织需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处理使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液
D．动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞就会全部衰老死亡
解析：选D 用于培养的细胞大都来自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织。用胰蛋白酶等处理使组织分散成单个细胞，将单个细胞配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将悬浮液放入培养瓶中在培养箱中培养。细胞在培养瓶中出现接触抑制现象时，需定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，再配制成悬浮液，分到培养瓶中继续培养。动物细胞培养50代可发生癌变，癌细胞能无限增殖。
9．利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。下列相关叙述正确的是( )
A．用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体
B．体外培养单个B淋巴细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体
C．将等量B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞
D．利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者
解析：选D 经过抗原刺激后的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，产生杂交瘤细胞，克隆化培养后的杂交瘤细胞能产生特异性强、灵敏度高的单克隆抗体。SARS病毒感染者体内有病毒核衣壳蛋白，用相应的单克隆抗体与之发生特异性结合的方法可加以诊断。
10．下列选项中表示牛胚胎的发育顺序正确的是( )
A．配子→受精→合子→胚→卵裂
B．合子→胚→胎儿→幼体→成体
C．合子→卵裂→囊胚→原肠胚→胎儿
D．精卵细胞形成→受精→合子→胎儿→出生
解析：选C 胚胎发育的起点是受精卵(合子)，终点是胎儿。
11．下列对于胚胎分割的描述，正确的是( )
A．只能对囊胚期胚胎进行分割
B．囊胚阶段的胚胎分割份数越多，产生相同基因型的后代个数越多
C．胚胎分割产生的后代个体表现型完全相同
D．内细胞团一般到囊胚时才出现，胚胎分割时最好将其均等分割，移植成功率才高
解析：选D 胚胎分割要选择发育良好、形态正常的囊胚或桑椹胚，且对囊胚进行切割时要将内细胞团均等分割。
12．下列有关动物克隆和胚胎工程的叙述，正确的是( )
A．从个体中分离出单个细胞进行培养是动物克隆的基本方法
B．成纤维细胞间的胶原纤维可用纤维素酶水解
C．在人胚胎发育过程中只有受精卵具有全能性
D．选择胚胎干细胞作为核供体进行核移植可提高动物克隆的成功率
解析：选D 动物克隆不是对体内分离出的体细胞进行培养，而是培养核移植形成的重组细胞；细胞间的胶原纤维成分是蛋白质，需要用胰蛋白酶处理将细胞分离；人胚胎发育过程中，囊胚期的内细胞团细胞也有发育的全能性；胚胎干细胞的核全能性更容易表达。
13．下列有关胚胎工程的叙述，正确的是( )
A．胚胎分割是指借助一定的技术将早期囊胚一分为二
B．使母畜超数排卵可通过饲喂拌有促性腺激素的饲料
C．选用同种母畜作受体时，需进行同期发情处理
D．从体外受精到完成整个胚胎发育都在体外的“试管”中进行，所得到的动物称为“试管动物”
解析：选C 胚胎分割是指借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份，再移植到代孕母子宫中发育，产生同卵多仔后代的技术；使母畜超数排卵可经促性腺激素处理，但只可注射，不可饲喂；选用同种母畜作受体时，需进行同期发情处理，为胚胎提供相同的生理环境；“试管动物”是指体外受精和早期胚胎发育在体外的“试管”中进行，后期的胚胎发育要在受体内进行。
[B卷·强化提能练]
1．(2016·全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：
(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______________________________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是______________________________________________；并且__________________________和____________________的细胞也是不能区分的，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有__________的固体培养基。
(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自________________。
解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自受体细胞。
答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)
(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞
2．(2018·金华选考模拟)卡那霉素和头孢霉素都有抗菌作用，此外，卡那霉素还对葡萄细胞有抑制作用。研究人员将Barnase基因(雄性不育基因)转入葡萄细胞，利用卡那霉素和头孢霉素，通过植物克隆方法成功培育出大粒、无核的葡萄新品种。请回答：
(1)构建含Barnase基因、β-葡萄糖苷酸酶基因和卡那霉素抗性基因的重组质粒，导入农杆菌，在固体培养基中培养形成______以便鉴定是否混有杂菌，再用______将农杆菌转移至LB________培养基中进行扩大培养。构建重组质粒需要用到的工具酶是________________、________________。
(2)将经过__________的幼嫩葡萄叶片切成小块，浸入农杆菌悬浮液中，4 min后取出(此时已有较多农杆菌附着在叶片小块上)并接种到固体培养基中。培养至第3 d时，可以看到在叶片小块周围出现________和大量菌落。这时再用头孢霉素处理叶片小块，其目的是________(A.抑制葡萄细胞脱分化 B．促进葡萄细胞再分化 C．杀灭农杆菌 D．促进农杆菌生长)。
(3)将叶片小块放入卡那霉素培养基中培养一段时间后，转移至发芽培养基中，待其长出________后，再转移至生根培养基中继续培养形成试管苗。卡那霉素培养基起着________作用，植物克隆的技术基础是______________。
(4)在卡那霉素培养基中，由于转化细胞对周围的非转化细胞有保护作用，获得的试管苗中可能存在假的转基因试管苗，因此还需对试管苗的______________基因的表达产物进行生化检测，才能鉴别出真正的转基因试管苗。
(5)最后，对转基因试管苗还需进行逐渐________湿度的锻炼，使之适应自然环境。
解析：(1)构建含Barnase基因、β-葡萄糖苷酸酶基因和卡那霉素抗性基因的重组质粒，导入农杆菌，在固体培养基中培养形成单菌落以便鉴定是否混有杂菌，再用接种环将农杆菌转移至LB液体培养基中进行扩大培养。构建重组质粒需要用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶。(2)用头孢霉素处理叶片小块，其目的是杀灭农杆菌。(3)卡那霉素培养基起着筛选作用，植物克隆的技术基础是植物组织培养。(4)由于转化细胞对周围的非转化细胞有保护作用，因此还需对试管苗的β-葡萄糖苷酸酶基因的表达产物进行生化检测，才能鉴别出真正的转基因试管苗。(5)对转基因试管苗还需进行逐渐降低湿度的锻炼，使之适应自然环境。
答案：(1)单菌落 接种环 液体 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (2)消毒 愈伤组织 C (3)丛状苗 筛选 植物组织培养 (4)β-葡萄糖苷酸酶 (5)降低
3．(2018·嘉兴期末)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：
(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为__________________。
(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指____________________________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是__________________________________________________________。
(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的________，用人工薄膜包装后可得到人工种子。
解析：(1)要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后诱导二者的原生质体融合。采用植物体细胞杂交技术获得杂种植株。(2)如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体配对异常，也就是存在着生殖隔离。植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的配对，产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。(3)制备人工种子用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
答案：(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(分化) 植物体细胞杂交技术 (2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中，前者染色体配对异常，而后者染色体配对正常 (3)胚状体
4．下面为动物细胞培养的基本过程示意图，回答有关问题：
(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞______________，易于培养。培养时先要剪碎，然后用________________分散细胞，制成B瓶中的细胞悬液。细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为________________。
(2)在D瓶中正常培养了一段时间后，发现细胞绝大部分死亡，只有极少数细胞存活，这是因为存活的细胞发生了__________，可无限增殖。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为________代以内，以保持细胞正常的________核型。
(3)C、D瓶中的培养基为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的________。还需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的作用主要是____________________。
(4)动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。
据图可知，培养________细胞一定需要添加血清。
解析：(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞分裂能力强，易于培养。培养时先要剪碎，然后用胰蛋白酶分散细胞，制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为原代培养。(2)细胞正常培养了一段时间后，发现细胞绝大部分死亡，只有极少数细胞存活，这是因为存活的细胞发生了突变，可无限增殖。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。(3)C、D瓶中的培养基为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的抗生素。培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的作用主要是维持培养液的pH。(4)分析曲线图：是否添加血清对于癌细胞的增殖影响不大，而对于正常细胞增殖影响很大，故培养正常细胞一定需要添加血清。
答案：(1)分裂能力强 胰蛋白酶 原代培养 (2)突变 10 二倍体 (3)抗生素 维持培养液的pH (4)正常
5．(2018·浙江高中联盟期中考)如图表示运用基因工程技术生产胰岛素的三条途径。据图结合所学知识回答下列问题：
(1)为了便于将含有目的基因的细胞筛选出来，所选择的质粒上应该具有________基因。
(2)培育转基因羊的过程中，科研人员通过感染或______技术将重组质粒M转移到受体细胞A中，受体细胞A应该是________细胞。
(3)下列关于过程③的叙述，错误的是________。
A．该过程需要用到胚胎体外培养和胚胎移植技术
B．该过程中需要配制一系列含有不同成分的培养液
C．该过程所需的培养基中须加入动物血清
D．该过程可以完全在体外完成
(4)受体细胞B应该是莴苣的________(填“体细胞”“卵细胞”或“受精卵”)，导入该细胞后，需对该细胞进行培养，经________过程形成愈伤组织，以适当配比的__________________诱导愈伤组织，直到再生出新植株。
(5)过程⑥常用的方法是用________来处理大肠杆菌，使其易于吸纳重组质粒M。
(6)________________是消除污染杂菌的通用方法，也是用于筛选______________的最简便方法之一。若以接种环为工具，则应用________法进行接种。接种前需要检测培养基是否被污染，检测方法是________________________________________________________________。接种后，须将培养皿摆放于恒温箱中培养。“细菌喜荤，霉菌喜素”，通常培养大肠杆菌的培养基要用__________________来配制，还要加入一定量的氯化钠，以维持一定的渗透压，还需调节培养基的__________。
解析：(1)为了便于将含有目的基因的细胞筛选出来，所选择的质粒上应该具有标记基因。(2)培育转基因羊的过程中，选择的受体细胞一般为受精卵，并采用显微注射技术将目的基因导入受体细胞。(3)早期胚胎培养可以在体外完成，但是胚胎发育的后期必须在代孕动物的子宫中完成。(4)由于植物细胞具有全能性，因此受体细胞B应该是莴苣的体细胞，导入该细胞后，需对该细胞进行培养，经脱分化过程形成愈伤组织，以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织，直到再生出新植株。(5)将目的基因导入大肠杆菌前常用氯化钙处理，以增大其细胞壁的通透性。(6)单菌落的分离是消除污染杂菌的通用方法，也是用于筛选高表达菌株的最简便方法之一。通常培养大肠杆菌的培养基要用蛋白胨和酵母提取物来配制，还需调节培养基的酸碱度。
答案：(1)标记 (2)显微注射 受精卵 (3)D (4)体细胞 脱分化 营养物质和生长调节剂 (5)氯化钙
(6)单菌落的分离 高表达菌株 划线(分离) 将未接种的培养基在适宜温度下培养一段时间，看是否形成菌落 蛋白胨和酵母提取物 酸碱度
6．控制哺乳动物的性别对于畜牧业生产有着十分重要的意义。目前，分离精子技术是有效的性别控制方法。例如：牛的X精子的DNA含量比Y精子的高出4%左右，利用这一差异人们借助特殊仪器将它们分离开来，再通过胚胎工程技术就可培育出所需性别的试管牛(如图所示)。
根据信息回答下列相关问题：
(1)图1中过程①是通常采用的____________技术，在这个过程中________的精子与卵细胞结合形成受精卵。为获得更多的卵细胞需要给良种母牛注射适宜剂量的______________。
(2)过程②中受精卵培养发育至______________时期，再经胚胎移植到代孕母牛，从而获得后代。若希望同时获得多个性状相同的个体，可以使用______________、__________技术。
(3)动物“生物反应器”是转基因动物技术中最诱人的部分之一。为了提高牛奶中赖氨酸的含量，某大学研究人员利用现代生物工程技术，得到了一头转入外源赖氨酸基因的克隆奶牛，预计将来其分泌的乳汁中含有更多的赖氨酸。图2为培育转基因克隆动物的技术流程图：获得外源赖氨酸基因所需要的工具酶是____________。该基因不能从人体细胞中获得，原因是________________________。已知该奶牛培育过程中所用受体细胞为一只雌性奶牛胎儿的成纤维细胞，导入目的基因常用的方法是________________，把该含有外源基因的受体细胞培育成为一头奶牛还需要用到的技术有：______________________________(至少两种)。
解析：(1)图1中过程①表示精卵细胞结合成受精卵过程，常用体外受精技术；精子在受精前需进行获能处理；为获得更多的卵细胞，可用促性腺激素对母畜进行超数排卵处理。(2)胚胎移植时需将胚胎培养至桑椹胚或囊胚期；来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此为了获得多个相同个体，可用胚胎分割技术进行分割，然后进行胚胎移植。(3)获取目的基因的工具酶是限制性核酸内切酶；人体细胞中没有合成赖氨酸的基因，因此不能从人体细胞中获得；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将含有外源基因的受体细胞培育成为一头克隆奶牛还需要用到核移植技术、早期胚胎培养技术和胚胎移植技术。
答案：(1)体外受精 获能 促性腺激素 (2)桑椹胚或囊胚 胚胎分割 胚胎移植 (3)限制性核酸内切酶 人体内没有相关的基因(赖氨酸为人体必需氨基酸，人体不能合成) 显微注射法 核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术
7．(2018·浙江新高考联盟模拟)美国的一个奶牛场有一头奶牛，年产奶量达30.8 t，我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。某人用该高产奶牛的耳朵细胞，采用核移植技术获得高产奶牛(如图)。
(1)动物细胞培养的原理是______________，在此过程中为了防止培养液被污染，还需在培养液中添加一定量的______________，此外还应定期________，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。
(2)用于核移植的供体细胞，一般都选用________代以内的细胞，采集的卵母细胞也需在体外培养至________期后，再去核。
(3)核移植中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)将重组胚胎移入代孕母牛子宫内的最佳时期是________。胚胎移植实质上是____________________________________。
解析：(1)动物细胞培养的原理是细胞增殖；动物细胞培养要保持无菌、无毒的环境，为了防止培养液被污染，还需在培养液中添加一定量的抗生素，此外还应定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)用于核移植的供体细胞，一般都选用10代以内的细胞；采集的卵母细胞也需在体外培养至MⅡ期后，再去核。(3)核移植中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是卵母细胞体积大，易操作，营养物质丰富，且细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质。(4)胚胎移植的最佳时期是桑椹胚或囊胚。胚胎移植实质上是早期胚胎在相同的生理环境下空间位置的转移。
答案：(1)细胞增殖 抗生素 更换培养液 (2)10 MⅡ (3)卵母细胞体积大，易操作，营养物质丰富，且细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质 (4)桑椹胚或囊胚 早期胚胎在相同的生理环境下空间位置的转移
课件106张PPT。综合治理与开发小流域生态清洁及可再生多级
“课下检测·双级提能”见“专题(十二)”
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专题十二现代生物科技专题
一、学前自检——对应考纲查缺漏
1．基因工程
(1)基因工程的工具有哪些？各有什么功能？(a)
(2)基因工程的原理、核心是什么？基本操作步骤如何？在哪些领域有具体应用？(b)
(3)能否设计基因工程技术解决的方案来解决生活中的疑难问题？(c)
2．克隆技术
(1)植物克隆的理论基础、技术基础分别是什么？(b)
(2)植物组织培养的程序和过程是怎样的？影响其成功率的因素有哪些？植物组织培养在生产、生活中有哪些具体实践？(b)
(3)动物克隆的具体操作技术有哪些？原理分别是什么？(a)
3．胚胎工程
(1)受精作用的过程如何？胚胎发育大致分为几个阶段？各阶段都有什么特点？(a)
(2)什么是胚胎工程？胚胎工程的具体操作技术有哪些？(a)
4．生态工程
(1)生态工程的主要类型有哪些？生态工程在农业中有哪些具体应用？(a)
(2)能否对庭院生态系统的经济效益进行分析？(a)
二、构建体系——依据网络串知识
三、澄清误区——突破迷点强认知
判断下列叙述的正误
(1)限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因(×)
(2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来(×)
(3)抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达(√)
(4)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其同期发情(×)
(5)从卵巢中采集的卵母细胞可直接与获能的精子进行体外受精(×)
(6)肝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(×)
(7)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上，属于基因工程(×)
(8)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性(×)
(9)制备肝细胞悬浮液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理(×)
(10)早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清(√)
(11)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大(×)
(12)杂交瘤细胞进行体内培养，是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎(×)
(13)植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的(√)
(14)囊胚的滋养层细胞具有发育全能性(×)
(15)胚胎干细胞在体外培养条件下具有增殖而不发生分化的特点(√)
(16)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(×)
(17)设计良性循环的农业生态系统时，应遵循的基本原则是追求经济效益的最大化(×)
(18)要实现人与自然的和谐发展，发展生态农业、实现物质和能量的多级利用是一条合理途径(√)
(19)建立生态农业时巧设、增设食物链会使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低(×)
(20)生态农业的指导思想是环境与经济协调发展(√)
考点一基因工程和克隆技术
(一)基因工程
1．基因工程的核心：构建重组DNA分子。
2．基因工程的三类工具
项目
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
载体
作用
切割目的基因和载体
拼接DNA片段，形成重组DNA
携带目的基因进入受体细胞
作用部位
两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键
—
作用特点
(条件)
①识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列②在特定位点上切割DNA
拼接具有相同粘性末端(平末端)的DNA片段
①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制
②有多个限制性核酸内切酶切割位点
③具有特殊的标记基因
3．基因工程的基本操作步骤
4．目的基因的检测与鉴定方法
(1)筛选含有目的基因的受体细胞
①利用标记基因进行筛选：标记基因是载体上已知功能的基因，若将其成功导入受体细胞，则受体细胞会表达出该基因的产物，从而呈现相应性状，而未成功导入的受体细胞则无此产物或不能呈现相应性状，因此可利用标记基因对含有目的基因的受体细胞进行筛选。标记基因一般是抗生素的抗性基因，其作用原理如图：
②核酸分子杂交法检测：用目的基因的模板链作为分子探针，利用核酸分子杂交技术，检测细胞中是否存在与之配对的DNA或mRNA链，若有，则说明目的基因成功导入。
(2)目的基因的表达检测
①分子水平看产物：从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体反应。
②个体水平看性状：观察生物个体是否出现目的基因所控制的性状，如转基因抗虫棉是否出现抗虫性状。
5．基因工程的应用
(1)基因工程与遗传育种
①转基因植物
培育优点
②转基因动物
a．含义：转入了外源基因的动物。
b．培育优点：省时、省力。
(2)基因工程与疾病治疗
①基因工程药物：如通过大肠杆菌生产治疗糖尿病的胰岛素，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。
②基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。
(3)基因工程与生态环境保护
①利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型生物塑料。
②改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。
③利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。
(二)克隆技术
1．植物组织培养关键过程总结
名称
过程
形成体特点
培养基
光
脱分化
由外植体脱分化为愈伤组织
由相对没有分化的薄壁细胞团组成
生长素与细胞分裂素的比例适中
一般避光
再分化
由愈伤组织分化为幼苗或胚状结构
有根、芽或有生根发芽的能力
调整营养物质和生长调节剂的比例
需光
营养生长和生殖生长
发育成完整的植物体
由根、茎、叶、花、果实、种子组成
自身产生各种激素
需光
2．植物组织培养基本操作要求
(1)取材：含形成层(分生组织)的部分易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部分也可以用于组织培养，但诱导形成愈伤组织比较困难。
(2)消毒：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，还会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。
3．区分原代培养和传代培养
(1)原代培养
①从机体取出后立即进行的细胞、组织培养。
②有时将最初的若干次传代培养归入原代培养。
(2)传代培养
①细胞悬浮液培养一段时间后，分瓶再进行的细胞培养。
②将细胞从一个培养瓶转移到另一个培养瓶的细胞培养称为传代培养。
4．比较细胞系和细胞株
种类
来源
特点
细胞系
有限细胞系
通常由二倍体细胞传代培养建成
有接触抑制；不能连续培养
连续细胞系
由传代细胞连续培养建成
发生了转化，多数具有异倍体核型；有些具有异体致瘤性；有些具有不死性，但不致癌
细胞株
有限细胞株
通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞
传代次数有限
一般具有恒定的染色体组型、同功酶类型、病毒敏感性和生化特性等
连续细胞株
可连续多次传代
5.单克隆抗体制备过程的几个问题分析
(1)对动物免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以，与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是效应B细胞。
(2)在单克隆抗体制备过程中，一般认为有两次筛选：第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基)，第二次是进一步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。
(3)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有效应B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无限增殖的能力，从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，大量生产单克隆抗体。
题点(一) 考查基因工程
[例1] (2018·绿色教育评价联盟)我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了大米的营养品质。如图为培育转基因水稻的过程示意图，请据图回答：
(1)上述过程中，铁结合蛋白基因为________，获取该基因后常用________技术进行扩增。
(2)构建重组Ti质粒时，通常要用同种限制性核酸内切酶分别切割________________和________________。将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用________处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入农杆菌。
(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得成功导入目的基因的受体细胞，该筛选过程是通过在培养基2中加入________实现的。
(4)检测转基因水稻的培育是否成功，需要检测转基因水稻______________。
[解析] (1)本题中培育转基因水稻的目的是获得铁含量比普通大米高60%的转基因大米，因此目的基因为铁结合蛋白基因；要大量获得目的基因，一般采用PCR技术进行扩增。(2)构建重组Ti质粒时，要用同种限制性核酸内切酶切割含目的基因的DNA片段和Ti质粒，使二者产生相同的粘性末端，从而便于拼接；CaCl2处理农杆菌可以增大其细胞壁的通透性，从而利于重组Ti质粒导入。(3)重组Ti质粒含有抗生素抗性基因，导入重组Ti质粒的愈伤组织细胞在含有抗生素的培养基上可以存活，而未导入的则无法存活，故可加入抗生素来筛选成功导入的受体细胞。(4)转基因的目的是提高大米中铁含量，因此可通过检测转基因水稻种子中铁的含量来判断转基因水稻的培育是否成功。
[答案] (1)目的基因 PCR (2)含目的基因的DNA片段 Ti质粒 CaCl2 (3)抗生素 (4)种子中铁含量
与DNA有关的酶的比较
项目
作用底物
作用部位
形成产物
限制性核酸
内切酶
DNA分子
磷酸二酯键
粘性末端
(平末端)
DNA连接酶
DNA片段
磷酸二酯键
重组DNA分子
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
磷酸二酯键
子代DNA
DNA解旋酶
DNA分子
碱基对间的氢键
形成脱氧核苷酸单链
DNA(水解)酶
DNA分子
磷酸二酯键
游离的脱氧核苷酸
[针对训练]
1．(2018·嘉兴质量评估)下表中列出了几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制性核酸内切酶的酶切位点，请回答下列问题：
限制性核酸内切酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序列及切割位点
↓
GGATCC
CCTAGG
↑
↓
AAGCTT
TTCGAA
↑
↓
GAATTC
CTTAAG
↑
↓
CCCGGG
GGGCCC
↑
(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，若两两相连，则连接产物中有哪几种情况？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了____________________________。
(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在________________________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。
解析：(1)质粒是环状DNA分子，不含游离的磷酸基团；质粒上有一个SmaⅠ的切割位点，经SmaⅠ切割后形成的DNA分子每一条链都含有一个游离的磷酸基团，因此共含有2个游离的磷酸基团。(2)DNA分子中，C与G之间有三个氢键，A与T之间有两个氢键，所以C与G含量越多，DNA分子的热稳定性越高。由表中信息可知，SmaⅠ的识别序列为CCCGGG，酶切位点在C与G之间，因此插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性将越高。(3)用SmaⅠ切割外源DNA和质粒时，会导致目的基因与抗性基因被破坏，因此不能用SmaⅠ构建重组质粒。(4)BamHⅠ和HindⅢ两种酶切割产生的粘性末端不同，若用这两种酶同时处理外源DNA和质粒，再用DNA连接酶连接两者时，可避免切割的外源DNA、质粒的粘性末端连接使自身环化。(5)将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。若两两相连，则有目的基因自身相连的、载体自身相连的和目的基因与载体相连的几种产物。(6)重组质粒中抗生素基因的作用是鉴别和筛选含有目的基因的细胞。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在蔗糖为唯一含碳营养物质的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。
答案：(1)0 2 (2)高 (3)SmaⅠ破坏质粒上的抗性基因和外源DNA中的目的基因
(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化
(5)DNA连接 目的基因自身相连的、载体自身相连的和目的基因与载体相连
(6)(鉴别和)筛选含有目的基因的受体细胞
(7)蔗糖为唯一含碳营养物质
题点(二) 考查植物克隆
[例2] (2016·10月浙江选考)某小组欲进行烟草原生质体分离与培养的研究。请回答：
(1)原生质体的分离：在无菌条件下，取烟草无菌苗的叶片，放入含有0.5 mol/L甘露醇(维持较高渗透压)的____________________________混合液处理，经过离心纯化后获得原生质体。
(2)原生质体的培养：将原生质体进行培养，重新长出细胞壁，形成胚性细胞。此时，应该________培养基中甘露醇的浓度，以利于胚性细胞继续培养形成细胞团，然后经两条途径形成再生植株。途径一：细胞团经球形胚、________和胚状体，最后发育成植株。途径二：细胞团增殖为愈伤组织，然后在发芽培养基上诱导出芽，切割芽经过生根后形成完整植株。上述发芽培养基中含量相对较高的激素是____________，胚性细胞的主要特点是：________。(A.液泡小、细胞核小 B．液泡大、细胞核大 C．液泡大、细胞核小D．液泡小、细胞核大)
(3)为了对烟草的某些性状进行改良，分离得到两种烟草的原生质体后，通过________________方法将它们的遗传物质组合在一起，经培养获得具有新性状的再生植株。提取再生植株的DNA，采用________扩增相关基因，来鉴定遗传物质是否成功重组。
[解析] (1)取得原生质体需要在较高渗透压的甘露醇溶液中，将植物细胞用纤维素酶和果胶酶处理，去除细胞壁。(2)当原生质体再生出细胞壁后，应当降低培养基中甘露醇浓度，否则将会影响细胞的分裂和生长。胚性细胞继续培养形成细胞团，然后经球形胚、心形胚和胚状体，最后发育成植株。发芽培养基中含量相对较高的激素是细胞分裂素，而生长素含量较低。胚性细胞的主要特点是细胞质丰富、液泡小而细胞核大。(3)分离得到两种烟草的原生质体后，可以通过原生质体融合的方法将他们的遗传物质组合在一起，经培养获得具有新性状的再生植株。在体外扩增相关基因的方法是采用PCR技术。
[答案] (1)纤维素酶和果胶酶 (2)降低 心形胚 细胞分裂素 D (3)原生质体融合 PCR
[针对训练]
2．植物叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可用如图所示图解简单表示，据图回答下列问题：
(1)培育胚状体利用了____________这一项生物技术，胚状体再继续培养，则可培育成完整的植株。培养基中除了含有一定的营养外，还必须含有__________________等植物激素，还需要对培养基进行严格的________________。
(2)如果愈伤组织是三七叶肉细胞培养产生的，若为了获得三七的细胞产物，则只需要培养到____________；若为了获得三七的人工种子，则需要培养到________。如果愈伤组织是棉花叶肉细胞培养产生的，通过基因工程要获取抗虫棉，目的基因导入棉花愈伤组织细胞常用的方法是____________法。
(3)从叶片的叶肉细胞到获得胚状体的过程中，必须要经过( )
①有丝分裂 ②减数分裂 ③植物体细胞杂交 ④细胞融合 ⑤脱分化 ⑥再分化
A．①②③ B．①④⑤
C．②③⑥ D．①⑤⑥
解析：(1)离体的植物细胞通过脱分化形成愈伤组织，通过再分化形成具有根和芽的胚状体，再通过细胞分裂、分化发育成一个完整的植株。该技术称为植物组织培养，其原理为植物细胞的全能性。培养基中含有水、无机盐、维生素、氨基酸、蔗糖、植物激素(如生长素和细胞分裂素)等；培养基要求进行严格的灭菌。(2)三七的细胞产物为细胞的代谢产物，将三七叶肉细胞培养到愈伤组织即可；获得人工种子需培养至胚状体；棉花为双子叶植物，导入抗虫基因常用农杆菌转化法。(3)离体叶肉细胞培养到胚状体的过程中必须经过脱分化和再分化形成具有根和芽的胚状体，整个过程伴随着有丝分裂。
答案：(1)植物组织培养 细胞分裂素、生长素 灭菌 (2)愈伤组织 胚状体 农杆菌转化 (3)D
题点(三) 考查动物克隆
[例3] (2018·杭州质量评估)下图是制备分泌抗X抗体的过程，根据图示回答问题：
(1)给小鼠注射抗原的目的是________________________________________________________________________。
(2)由图中可看出，单克隆抗体制备过程运用了____________和____________的动物细胞工程技术手段，前者常用的诱导剂与植物原生质体融合不同的是____________。
(3)动物细胞培养液的配方通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等，与植物细胞培养基有所不同的是，还含有________________。
(4)在动物细胞融合过程中，需要将所选取的组织细胞分散开，以利于细胞融合，可用____________处理离体组织细胞使之分散开。
(5)图中有两次筛选过程，其中步骤④的目的是筛选出____________，步骤⑤⑥的目的是筛选出__________________________。
[解析] (1)单克隆抗体制备过程中给小鼠注射抗原的目的是产生相应的B淋巴细胞(或效应B细胞)。(2)分析题图可知，单克隆抗体制备过程运用了动物细胞融合和动物细胞培养技术，动物细胞融合与植物原生质体融合不同的是常用的诱导剂为灭活的病毒。(3)动物细胞培养液的配方与植物细胞培养基不同的是含有动物血清。(4)用胰蛋白酶处理离体组织可使细胞分散开。(5)步骤④的目的是筛选出杂交瘤细胞，步骤⑤⑥的目的是筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
[答案] (1)产生相应的B淋巴细胞(或效应B细胞) (2)动物细胞融合 动物细胞培养 灭活的病毒 (3)动物血清 (4)胰蛋白酶 (5)杂交瘤细胞 能产生特定抗体的杂交瘤细胞
单抗制备过程中几种细胞的比较和两次筛选的比较
(1)单抗制备中几种细胞的比较
细胞
特点
效应B细胞
能产生单一抗体，但不能无限增殖
骨髓瘤细胞
能无限增殖，不能产生抗体
杂交瘤细胞
既能产生特殊的抗体，又能在组织培养条件下进行无限增殖
(2)单抗制备过程中两次筛选的比较
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选
方法
用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(“B瘤”细胞)才能生长
用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
目的
筛选出杂交瘤细胞
筛选出能够产生特殊抗体的杂交瘤细胞
[针对训练]
3．抗疯牛病转基因体细胞克隆牛的培育过程如图：
(1)细胞A是______________，细胞B是________。
(2)一个重组细胞D发育成丁牛出生，涉及的细胞增殖方式是________，丁牛体内有众多细胞类型，如成熟的红细胞无核能够运输氧气，而效应B细胞内有发达的内质网能够分泌抗体，神经元具有许多突起能够产生并传导兴奋，这是________________的结果。
(3)丁牛的性别和________牛的性别相同，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)能否直接用细胞A体外培养形成胚胎移植到丙牛子宫内并发育成健康的小牛出生？为什么？___________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)培育抗疯牛病克隆牛所使用的技术手段是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
运用的生物学原理有__________________________________________________。
(6)上述方法培育出的克隆动物，与植物组织培养技术培育出的完整植株相比，获得的后代在遗传物质方面有什么不同？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：从“重组细胞”到动物个体出生的过程中，细胞增殖方式为有丝分裂，这一情况同自然状态下受精卵发育成动物个体类似；牛的性别决定方式是XY型，性别由细胞核内性染色体控制；动物克隆从目前来看，只能是“核移植”，并没有真正做到产生的动物与原来被克隆的动物在遗传物质上100%的相同。单纯用高度分化的体细胞在体外诱导形成胚胎，继而植入子宫内完成发育，从理论上讲是可能的，但目前还不能实现。
答案：(1)高度分化的体细胞 卵细胞 (2)有丝分裂 基因选择性表达 (3)甲 牛的性别由细胞内的性染色体决定，丁牛的性染色体与甲牛相同 (4)目前不能。高度分化的动物体细胞由于基因的选择性表达而失去了进一步的分裂分化能力，但卵细胞中却含有必要的分裂分化调节因子 (5)动物细胞培养、核移植和胚胎移植、转基因技术 动物细胞核的全能性、基因重组 (6)在遗传物质上(不考虑发育过程中的变异)，植物组织培养形成的植株与提供体细胞的植物植株完全相同，而克隆动物由于卵细胞细胞质基因的贡献而与提供体细胞核的动物不完全相同
题点(四) 综合考查基因工程和克隆技术
[例4] (2016·浙江4月选考)兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶，拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中，以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力。请回答下列问题：
(1)从兔肝细胞中提取mRNA，在________酶的作用下形成互补的DNA，然后以此DNA为模板扩增得到基因E。在相关酶的作用下，将基因E与Ti质粒连接在一起，形成________________，再导入用氯化钙处理的________，侵染矮牵牛叶片。将被侵染的叶片除菌后进行培养，最终得到转基因矮牵牛。其中培养过程正确的是________(A.叶片在含合适浓度生长素的培养基上分化形成愈伤组织；B.愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽；C.再生的芽在细胞分裂素含量高的培养基上生根；D.愈伤组织在含合适浓度植物生长调节剂的培养基上脱分化形成再生植株)。
(2)取转基因矮牵牛叶片，放入含MS液体培养基和适量浓度甲醛且密封的试管中。将试管置于________上，进行液体悬浮培养。一段时间后测定培养基中甲醛的含量，以判断基因E是否在转基因矮牵牛中正常表达。培养过程中液体培养的作用：一是提供营养；二是______________，从而使叶片保持正常的形态。
[解析] (1)以mRNA为模板合成DNA的过程为逆转录，这一过程需要在逆转录酶的催化下进行。获得目的基因后，需在限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用下，将目的基因与载体(Ti质粒)连接形成重组质粒(重组DNA分子)，再将其导入受体细胞。将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法，先将重组DNA分子导入经氯化钙处理的农杆菌中，再用导入目的基因的农杆菌感染植物细胞，最终实现将目的基因导入植物细胞内的目的。导入目的基因的植物细胞经组织培养过程形成转基因植株。组织培养过程中，叶片在含适宜浓度的生长素和细胞分裂素的培养基上脱分化形成愈伤组织，然后在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽，继而在生长素含量高的培养基上生根，最后形成完整的植株，愈伤组织形成植株的过程中发生细胞的分化。(2)植物组织培养过程中，将愈伤组织等细胞置于摇床上，进行液体悬浮培养，形成多个分散的细胞。培养过程中培养液一方面为植物细胞提供营养，另一方面维持一定的渗透压，从而使叶片保持正常的形态。
[答案] (1)逆转录 重组DNA分子 农杆菌 B (2)摇床 维持渗透压
[针对训练]
4．苦荞富含黄酮类化合物等营养物质，在降血糖、降血脂等方面功效显著。查尔酮合成酶(CHS)是黄酮类化合物合成的关键酶，如图为将CHS基因导入苦荞，培育高产黄酮苦荞品系示意图。据图回答下列问题：
(1)基因工程的核心是________________________。
(2)可利用__________________、__________________方法获取CHS基因。
(3)过程①中切开质粒的酶是__________________。它能在质粒特定的部位切割的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)过程②③分别是______________。苦荞细胞能培养成植株的根本原因是__________________。
(5)为培育转基因苦荞植物，还可将该植物幼叶消毒后，用________________酶混合液处理，获得原生质体。酶混合液中含有适宜浓度的甘露醇，其作用是________________。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________________，生长发育后获得该转基因植株。
(6)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
解析：(1)基因工程的核心是基因工程的第二步，即形成重组DNA分子。(2)CHS基因为目的基因，其获取方法有从基因文库中获取、化学方法合成或PCR扩增。(3)质粒的化学本质是DNA，切开质粒的酶是限制性核酸内切酶；由于限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列并在特定的切点上切割DNA分子，所以它能在质粒特定的部位切割。(4)过程②③为植物的组织培养过程，分别是脱分化、再分化；由于植物细胞具有全能性，所以苦荞细胞能培养成植株。(5)植物细胞用纤维素酶和果胶酶处理，去除细胞壁，获得原生质体；制备原生质体时，酶混合液中含有适宜浓度的甘露醇，以维持渗透压；将目的基因导入原生质体，经培养形成愈伤组织，再通过液体悬浮培养得到分散的胚性细胞，发育成胚状体，生长发育后获得该转基因植株。(6)愈伤组织继代次数过多会发生遗传变异、激素平衡的改变、对外源激素敏感性的改变，使得愈伤组织丧失细胞全能性的表达能力。
答案：(1)形成重组DNA分子 (2)从基因文库中获取 化学方法合成或PCR扩增 (3)限制性核酸内切酶 能识别特定的核苷酸序列并在特定的位点切割DNA分子 (4)脱分化、再分化 植物细胞的全能性 (5)纤维素酶和果胶(写全才可) 维持渗透压 液体悬浮培养 胚状体 (6)B
考点二胚胎工程和生态工程
(一)胚胎工程
1．胚胎工程
(1)含义：通常指在胚胎发育过程中进行的胚胎操作技术。
(2)研究的重点内容：主要包括体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。
(3)研究对象：主要限定于高等脊椎动物，特别是哺乳动物。
2．胚胎工程基本操作流程
名称
操作流程
体外受精和胚胎体外培养
胚胎移植
胚胎分割
3.体外受精和胚胎体外培养
(1)精子的采集及获能：从附睾中取出成熟的精子，放入培养液中培养，使其达到获能状态。
(2)卵细胞的采集：最常用的方法是卵巢经超数排卵处理后，用穿刺针吸取卵泡液，取出卵母细胞，然后在体外进行人工培养，促进其成熟。
(3)受精：获能的精子和成熟后的卵细胞在体外合适的环境下共同培养一段时间，便可受精。
(4)受精后形成的受精卵需经早期发育培养，才能完成植入和着床，通常移植的适宜时期是发育到8细胞以上的胚胎。
4．胚胎移植分析
(1)“供体”与“受体”的确定：提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”；供体为优良品种，作为受体的雌性动物为一般品种。
(2)实质：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换，而胚胎本身的遗传物质不发生改变。
(3)优势：可以充分发挥优良雌性个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期。
(4)胚胎移植过程中两次使用激素，第一次用孕激素对供、受体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素对供体进行处理使其超数排卵。
(5)胚胎移植过程产下的犊牛性状取决于所用公牛和供体牛，性别取决于公牛提供何种类型的精子，与受体牛没有关系。
5．胚胎分割分析
(1)胚胎分割
对囊胚阶段的胚胎进行分割时，必须将内细胞团均等分割。内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育成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。
(2)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的。
6．胚胎干细胞
(1)来源：囊胚内细胞团。
(2)培养：一般用胚胎成纤维细胞做饲养层培养胚胎干细胞，这样可以促进干细胞生长，同时抑制干细胞的分化。
(3)获取：把囊胚放到有饲养层的培养液中继续培养，直到内细胞团突出饲养层外，然后用酶消化或机械剥离内细胞团，再把它用酶消化成单个细胞，置于新鲜培养液中培养。
(4)应用
①胚胎干细胞核移植：将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物的技术。
②用干细胞克隆器官，为器官移植提供资源。
(二)生态工程
1．生态工程
(1)原理：整体、协调、循环、再生。
①单一人工林比天然混合林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。
②草原确定合理载畜量，不能过度放牧——平衡原理。
③引种考虑适应环境——协调原理。
④林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——系统整体性原理。
(2)诞生背景：人口爆炸、粮食短缺、资源枯竭、环境恶化。
(3)研究对象：社会—经济—自然复合生态系统。
(4)类型
类型
原理
实例
物质循环利用的生态工程
物质循环利用
城市生活垃圾减量化、无害化、资源化处理；农村发展养殖业
节水和废水处理与应用的生态工程
以处理与应用为主，对工业废水和生活污水实施减量、回收、再生、再循环的措施
在干旱和半干旱地区，收集雨水和地表水；农业区实施节水灌溉；糖厂用废弃的糖蜜制酒精等
山区小流域综合治理与开发的生态工程
治理小流域生态环境，可持续利用小流域自然资源
三北、长江中上游防护林生态工程
清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程
能量的多级利用；开发和利用清洁能源
利用农作物秸秆、生活垃圾发酵生产沼气；开发太阳能、风能
2.生态工程在农业中的应用
(1)庭院生态工程：进行物质和能量的多级利用。
(2)农业生态工程：按照生态和经济规律，种养结合，优化设计。
(3)主要技术
①物质的良性循环技术。
②洁净可再生的新能源开发技术。如太阳能、沼气(生物能)、风能、潮汐能、水电能等。
③种植业和畜牧业合理优化技术。
④套种、间种、轮种制度；立体养殖技术；生物防治技术等。
题点(一) 考查胚胎体外培养与克隆动物综合命题
[例1] (2018·湖州新高考模拟)目前全世界野生大熊猫不足1 600只，如何保护和繁殖大熊猫是亟待解决的问题，现设计如下繁殖过程。请回答下列问题：
(1)“克隆熊猫”培育技术为胚胎干细胞核移植，培育成功的部分原因是卵细胞质具有调控________发育的作用。图中A过程是________；为了抑制细胞分化，要在培养皿底部制备一层细胞(如胚胎成纤维细胞)，称为____________。
(2)图中激素处理可使供体________，从而可培育更多的早期胚胎。代孕受体在移植前需要经过________处理，以便早期胚胎成功植入或着床。
(3)下列对象中，通常不适合胚胎移植的是________。
A．受精卵 B．八细胞胚
C．桑椹胚 D．早期囊胚
(4)为了繁殖更多后代，可以通过________技术，产生同卵多仔。下列关于该技术的叙述，错误的是________。
A．增加胚胎数量，快速繁殖
B．同卵多仔的表现型一定相同
C．该技术涉及显微操作技术
D．可以采用相关酶处理卵裂球
[解析] (1)重组细胞的卵细胞质中含有调控细胞核发育的物质，促进其全能性的表达；A过程是将囊胚的内细胞团细胞——胚胎干细胞取出进行培养的过程；培养皿底部的一层细胞称为饲养层，可促进胚胎干细胞生长而抑制其分化。(2)图中激素处理供体，会促进其超数排卵，受精后产生更多胚胎；为了给移植胚胎创造良好的孕育条件，应对代孕母畜进行同期发情处理。(3)受精卵直接移植成功率不高，通常会先进行胚胎体外培养，然后对早期胚胎进行筛选，选择健康的胚胎进行移植，以提高成功率。不同动物移植的最佳时期有差异，因此将受精卵培养到什么阶段视物种而定。(4)胚胎分割能够使一个胚胎分割成几个胚胎，从而增加繁殖量；胚胎分割处理的是早期胚胎，体积非常小，需要显微操作，可用切割针或切割刀进行切割，也可采用酶消化的方法。虽然这些胚胎来自同一受精卵，遗传物质相同，但环境因素对其性状表现也有一定的影响，故表现型未必完全一致。
[答案] (1)细胞核 (胚胎干)细胞培养 饲养层 (2)超数排卵 同期发情 (3)A (4)胚胎分割(和移植) B
克隆动物、试管动物与转基因动物的两项比较
(1)遗传特性的比较
项目
克隆动物
试管动物
转基因动物
技术
核移植
体外受精
DNA重组技术
生殖方式
无性繁殖
有性生殖
有性生殖或保持原生殖方式
遗传物质
主要来自核供体，少量来自提供细胞质的细胞
具备双亲的遗传物质
既具有受体细胞的遗传物质还具有外源导入的目的基因
相同点
①均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术
②移植所选胚胎一般是早期囊胚期的胚胎
(2)生产流程的比较
①试管动物生产流程
②克隆动物的培育流程
③转基因动物的生产流程
[针对训练]
1．如图是畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列问题：
(1)方法Ⅰ和方法Ⅱ均用到的生物技术有__________和______________。
(2)用激素处理的目的是使B牛_________________________________________。
(3)A牛的精子必须在B牛的生殖道中经过相应的生理变化后，才能与B牛的卵子结合，完成受精作用，这个过程叫______________________。
(4)生产上常用____________________期的胚胎进行胚胎移植。若希望同时获得多个性状相同的家畜个体，可以使用____________________技术。
解析：图示方法中Ⅰ为利用体外受精和胚胎移植的方法培育试管牛，Ⅱ为克隆牛技术，两者均用到动物细胞培养和胚胎移植技术；进行体外受精前，要用促性腺激素处理促使B牛超数排卵。精子在受精前要经过获能过程；为保证移植胚胎的成活率，应在桑椹胚或囊胚期移植，利用胚胎分割技术可获得多个性状相同的个体。
答案：(1)动物细胞培养 胚胎移植 (2)超数排卵
(3)精子获能 (4)桑椹胚或囊胚 胚胎分割
题点(二) 考查胚胎移植、胚胎分割及胚胎干细胞
[例2] (2018·浙江3月十校联盟)我国已实现部分“胚胎工程产业化”，如肉牛、奶牛胚胎工程产业化。以下是科学家采用不同方法产业化培育良种牛的过程，a～h为操作过程，请回答：
(1)培育“试管牛C”技术的操作流程是__________________(用字母和箭头表示)，d操作的名称是__________，h操作的核心是____________________，受精时受体的卵细胞处于__________期。
(2)图中数字标号代表的结构名称是①____________，②____________，③____________。若要获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到________________阶段的早期胚胎进行分割处理，在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意____________________________。
[解析] (1)培育“试管牛C”包括体外受精→早期胚胎培养→胚胎移植→分娩(a→b→f→g)；d操作是胚胎移植，h操作是基因工程技术，核心是构建重组DNA分子，受精时受体的卵细胞处于MⅡ中期。(2)囊胚的结构包括：①滋养层、②囊胚腔和③内细胞团，胚胎分割时一般采用的是桑椹胚或囊胚，这两个阶段的细胞分化程度相对较低，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避免其受损伤。
[答案] (1)a→b→f→g 胚胎移植 构建重组DNA分子 MⅡ中 (2)滋养层 囊胚腔 内细胞团 桑椹胚或囊胚 将内细胞团均等分割
[针对训练]
2．下面是有关胚胎工程的相关问题，请回答：
(1)胚胎工程通常指各种________技术。胚胎工程任何一项技术获得的胚胎，都需要通过________才能获得后代。
(2)哺乳动物的受精主要包括精卵识别、____________和精卵质膜融合等几个主要步骤。若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射____________，使其排出更多的卵细胞。体外受精形成受精卵后，要将受精卵放入一系列含有不同成分的________中，进行胚胎体外培养。经胚胎体外培养获得的早期胚胎经________，再移植到代孕母子宫中发育，能得到同卵多仔，这些后代的基因型________。(填“不同”或“相同”)
(3)胚胎干细胞是研究体外细胞分化的理想材料，它可以来自早期胚胎(囊胚)的________，胚胎干细胞培养的关键是制备________，以达到促进胚胎干细胞分裂的同时，抑制胚胎干细胞分化的目的。
解析：(1)胚胎工程通常指各种胚胎操作技术。(2)哺乳动物的受精主要包括精卵识别、精子附着于卵膜和精卵质膜融合等几个主要步骤。若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射促性腺激素，使其排出更多的卵细胞。体外受精形成受精卵后，要将受精卵放入一系列含有不同成分的培养液中，进行胚胎体外培养。早期胚胎经胚胎分割，再移植到代孕母子宫中发育，能得到同卵多仔，这些后代的基因型相同，但表现型不一定相同。(3)胚胎干细胞来自囊胚的内细胞团，胚胎干细胞培养关键是制备由胚胎成纤维细胞构成的饲养层，以达到促进胚胎干细胞分裂的同时，抑制胚胎干细胞分化的目的。
答案：(1)胚胎操作 胚胎移植 (2)精子附着于卵膜 促性腺激素 培养液 胚胎分割 相同 (3)内细胞团 饲养层
题点(三) 以生态农业为背景考查生态工程
[例3] (2018·湖州高三模拟)一青年农民利用自己学习的生态学知识，在自家庭院里建了一个小型生态农业，年创收上万元。如图是该家庭生态工程的模式图，请据图分析回答问题：
(1)从图中可知，人类生活中所需的能源来自太阳能、沼气等。利用这些能源与利用煤炭相比，突出的优点是_________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)该生态工程中的能量能够更多地被人类利用，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)生态工程建设的目的就是遵循自然界__________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。与传统工程相比较，生态工程具有____________________________的特点。
(4)据生态工程中的物种多样性这一原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好，你是否支持这一观点？________。
[解析] (1)该生态农业减少了燃烧煤炭所产生的污染。(2)该生态工程充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用，使能量能够更多地被人类利用。(3)生态工程建设的目的就是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。生态工程的特点是少消耗、多效益、可持续。(4)食物链越长，营养级越多，则能量损耗越多。
[答案] (1)减少了燃烧煤炭所产生的污染 (2)充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用 (3)物质循环 少消耗、多效益、可持续 (4)否
生态农业常考实例分析
实例一：桑基鱼塘模式
蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。
实例二：沼气农田立体养殖模式
①农、林产品可作为人和家畜、家禽的食物，家畜、家禽可为人提供肉、蛋，农作物秸秆和人、动物粪便可发酵产生沼气作为能源，而发酵后的残渣又可作为农作物或林地的肥料。
②建立生态农业的目的都是要实现对能量的多级利用，提高能量利用效率，使能量尽可能多地流向对人类有利的部分。
[针对训练]
3．南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、种蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程合理地有机结合起来，成为一种高效良性的循环，生态效益达到了良性发展。请就此生态农场的特点，完成下列问题：
(1)该生态农场充分体现了__________________原理，实现了经济、生态环境和________同步发展。
(2)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气的制作如图1所示，如果将“无机物→农田”这一环节去掉，土壤中的无机物得不到补充，______受到破坏，土壤肥力________(填“升高”或“下降”)。
(3)在该生态农场中存在如图2所示的物质循环过程，据图分析不符合生态工程原理的叙述是________。(填编号)
A．物质经过多级利用，实现了良性循环
B．每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益
C．由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用率降低
D．由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染
解析：(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环利用原理基础上的，在实现经济效益的同时，也取得了良好的生态效益和社会效益。(2)物质循环的特点是循环往复、分层分级利用，即物质循环再生原理。如果把“无机物→农田”这一环节去掉，势必会使物质循环受到破坏，土壤中的无机物得不到及时补充，土壤肥力下降。(3)能量沿着食物链流动时，能量逐级递减，传递效率约为10%，因此最高营养级获得的总能量最低。但系统的总能量包括各生产环节上输出的产品所含能量，显然这个系统总能量利用率与单种作物的系统总能量利用率相比大大增加。
答案：(1)物质循环利用 社会效益 (2)物质循环 下降 (3)C
题点(四) 综合考查生态工程和其他生物工程技术
[例4] (一)下面是关于获得能产生人干扰素大肠杆菌的问题。请回答：
(1)用限制性核酸内切酶识别人干扰素基因和质粒中一段特定的______________并切割，然后用____________连接形成重组DNA。该质粒是一种含抗生素抗性基因的________核酸分子。
A．双链环状 B．单链环状
C．双链线状 D．单链线状
(2)将含人干扰素基因的重组质粒导入到大肠杆菌，经含有________的培养基筛选等过程，最终获得能产生人干扰素的大肠杆菌。
(二)某农户建立了小型的“蔬菜—鸡、猪—沼气”系统。请回答：
(1)这一系统属于人工干预下的________生态系统，其生物组成成分包括生产者、消费者和________，在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑这三者的投入与产出外，还要考虑________的投入。
(2)在该生态系统中，利用发酵技术产生沼气开发生物能属于________的生态工程。
A．生物多样性保护和持续利用
B．节水和废水处理与利用
C．山区小流域综合治理与开发
D．洁净及可再生能源系统组合利用
[解析] (一)(1)限制性核酸内切酶是能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。具有相同的粘性末端的DNA片段在DNA连接酶的作用下，形成重组DNA分子。质粒是小型环状DNA分子，独立于细菌拟核DNA之外。(2)将重组DNA(含人干扰素基因的重组质粒)导入受体细胞大肠杆菌后，利用质粒上的抗生素抗性基因(标记基因)表达产物对特定抗生素的抗性特性，在含有抗生素的培养基上进行筛选，最终获得能产生人干扰素的大肠杆菌。
(二)(1)一个家庭庭院也是一个人工生态系统，在这个生态系统中有生产者、消费者、分解者等生物成分。在分析该生态系统的经济效益时，除了考虑生产者、消费者、分解者三者的投入与产出外，还要考虑劳动力成本，即还要考虑劳动者的投入。(2)将农作物的秸秆、生活垃圾等发酵处理生产沼气，利用沼气作为清洁可再生的能源，是典型的洁净及可再生能源系统组合利用的生态工程。
[答案] (一)(1)核苷酸序列 DNA连接酶 A
(2)抗生素 (二)(1)庭院 分解者 劳动者 (2)D
[针对训练]
4．(2017·浙江4月选考)回答与生态工程有关的问题：
(1)对农作物秸秆多途径利用的基本过程示意图如下，贯穿全过程的核心技术是________________技术。其中“过腹还田”的具体途径是________________________。将秸秆和动物粪便等通过微生物发酵产生沼气，这利用了农业生态工程中的____________________技术。
(2)农业生产上，畜牧业依赖和受制于种植业，可以通过种植业和畜牧业的________技术提高经济和社会效益。“退耕还林”后，林地的增加可以减少________，更有利于受损生态系统的恢复。使用农药能有效控制农业害虫，但也使生态系统的______________减少，因此利用生物的________进行生物防治是今后的发展方向。
解析：(1)由图可知该农业生态系统通过物质的良性循环技术把秸秆多途径利用，其中“过腹还田”的具体途径是“秸秆→家畜→粪便→农田”使废物资源化，实现循环经济；太阳能、沼气、风能、潮汐能、水电能属于洁净可再生的新能源开发技术。(2)种植业和畜牧业通过合理优化，整体效益高于优化前；“退耕还林”后，林地的增加可以减少水土流失；使用农药能有效控制农业害虫，但也使生态系统的生物多样性减少，因此利用生物的种间关系发展生物防治技术是今后的发展方向。
答案：(1)物质的良性循环 秸秆→家畜→粪便→农田 清洁可再生的新能源开发 (2)合理优化 水土流失 生物多样性 种间关系
