资源简介

1． 涵盖范围
本单元包括选修3全部内容——基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题以及生态工程。
2． 考情分析
(1)考查力度：占分比重相对稳定，如山东理综只出一个8分的简答题。
(2)考查内容
①基因工程中三种工具。
②基因工程操作四步曲。
③基因工程成果——转基因生物实例及安全性讨论。
④细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。
⑤动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。
⑥核移植技术。
⑦胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。
⑧干细胞的研究。
(3)考查形式
①有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。
②有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。
3． 复习指导
(1)复习线索
①以基因工程的具体成果(如抗虫棉)为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。
②以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。
③以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。
(2)复习方法
①图解法复习基因工程和胚胎工程。
②比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。
③关注热点科研成果，注意知识的实践应用。
第37讲　基因工程
[考纲要求]　1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅰ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。
考点一　聚焦基因工程的概念及基本工具
1． 分析基因工程的概念
(1)供体：提供目的基因。
(2)操作环境：体外。
(3)操作水平：分子水平。
(4)原理：基因重组。
(5)受体：表达目的基因。
(6)本质：性状在受体体内表达。
(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2． 基因工程的基本工具(判一判)
(1)限制酶只能用于切割目的基因 (　×　)
(2)限制酶切割DNA分子具有特异性 (　√　)
(3)限制酶切割DNA分子后可产生黏性末端和平末端两种类型 (　√　)
(4)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 (　×　)
(5)E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端 (　×　)
(6)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体 (　√　)
(7)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达 (　√　)
易错警示　巧辨基因工程操作工具的8个易错点
(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。
(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。
(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。
(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。
(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。
(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。
1． 如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是 (　　)
A．切断a处的酶为限制酶
B．连接a处的酶为DNA连接酶
C．切断b处的酶为DNA解旋酶
D．连接b处的酶为RNA聚合酶
答案　D
解析　限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，通常形成黏性末端，即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)，内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过DNA解旋酶水解。DNA连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。
2． 限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是 (　　)
答案　A
解析　由图可知，质粒B上无标记基因，不适合作为载体；质粒C和D的标记基因上都有限制酶的识别位点；只有质粒A上既有标记基因，且MunⅠ的切割位点不在标记基因上。
1． 与DNA有关的酶
(1)五种相关酶的比较
作用底物 作用部位 形成产物
限制酶 DNA分子 磷酸二酯键 黏性末端或平末端
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
(2)限制酶和DNA连接酶之间的关系图示
2． 对载体的分析
条　件 目　的
稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大
有一个至多个限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因
具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择
考点二　基因工程的操作步骤
观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序
(1) 获取目的基因—
　
(2) 基因表达载体的构建—组成
　
(3) 将目的基因导入受体细胞—方法
(4) 目的基因的检测与鉴定
易错警示　基因工程操作的8个易错点
(1)目的基因的插入位点不是随意的
基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。
(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象
第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。
(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。
(4)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。
(5)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。
(7)对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。
(8)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。
3． 下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是 (　　)
A．用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端
B．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同
C．检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功
D．用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接
答案　A
解析　一种氨基酸可以由多种密码子控制，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同；只有目的基因表达，使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程操作的成功；抗生素抗性基因作为标记基因，用于检测目的基因是否导入受体细胞。
4． 浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素——油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因(如P450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：
(1)获得油菜素内酯合成酶基因的方法有____________________________________。步骤①用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指______________________________；步骤②用到的酶有___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)图中导入重组质粒的方法是____________，在导入之前应用一定浓度的__________________处理受体细菌。
(3)导入重组质粒2以后，往往还需要进行检测和筛选，可用____________________制成探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入________________可将含有目的基因的细胞筛选出来。
(4)请你为该课题命名：____________________________________________________。
答案　(1)从cDNA文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或PCR扩增技术(任选其中两项即可)　TaqDNA聚合酶　限制酶和DNA连接酶
(2)转化法　氯化钙溶液
(3)红霉素抗性基因　红霉素
(4)探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解
解析　进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从cDNA文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或PCR扩增技术等。在构建基因表达载体的过程中，用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入基因表达载体，导入后，需检验和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。
1． 获取目的基因
(1)直接分离
(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。
2． 基因表达载体的构建——基因工程的核心
(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
(2) 基因表达载体组成
(3)构建过程
3． 将目的基因导入受体细胞
生物种类 植物 动物 微生物
常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
4． 目的基因的检测与鉴定
考点三　关注基因工程的应用和蛋白质工程
1． 基因工程的应用(判一判)
(1)我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因 (　√　)
(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中 (　×　)
(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 (　×　)
(4)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 (　×　)
(5)目前，植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作器官移植的供体 (　×　)
(6)基因工程药物主要来源于转基因动物生产 (　×　)
(7)基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的 (　√　)
2． 蛋白质工程
(1)概念理解
①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
②操作：基因修饰或基因合成。
③结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
④目的：满足人类的生产和生活的需求。
(2)操作过程：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)→基因表达→产生需要的蛋白质。
易错警示　(1)有关基因工程应用的易错点：①动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。②DNA分子作探针进行检测时应检测单链，即将待测双链DNA分子打开。③Bt毒蛋白基因控制合成的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。④青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。⑤并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。⑥基因治疗后，缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。(2)有关蛋白质工程的易错点：①对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。②蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基因工程的发展与延续。③蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA连接酶。
5． 科学家利用基因工程技术可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。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。请回答有关问题：
(1)将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子和______________等重组在一起，就可构建基因表达载体，再通过____________技术即可导入受精卵中。
(2)制备乳腺生物反应器的过程中，目的基因的受体细胞为____________，性染色体组成为________。
(3)为确定受体细胞中染色体的DNA上是否插入了目的基因，可利用____________技术进行检测，一般是用放射性同位素标记________________________________作探针。
(4)转化成功的受精卵发育成胚胎需要进行体外培养，在培养液中要加入____________等天然成分。
答案　(1)标记基因　显微注射　(2)受精卵　XX　(3)DNA分子杂交　含有目的基因的DNA片段　(4)血清
解析　基因表达载体的组成，除了目的基因，还必须有启动子、终止子及标记基因。显微注射技术是转基因动物操作中采用最多、也最有效的方法。制备乳腺生物反应器的过程中，子代个体须有乳房，所以受体为雌性，其性染色体组成为XX。将含有目的基因的DNA片段用放射性同位素标记作探针，用DNA分子杂交技术可检测目的基因是否成功插入了受体细胞染色体的DNA上。
6． 胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________________。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与____________结合后转移到______________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有____________、____________和发酵工程。
(4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么？___________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)蛋白质的预期功能　(2)载体　大肠杆菌等受体细胞　(3)蛋白质工程　基因工程　(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因
解析　(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
1． 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
比较项目 乳腺生物反应器 工程菌
基因结构 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网、高尔基体等，产生的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 哺乳动物的受精卵 微生物细胞
生产条件 不需严格灭菌，温度等条件对其影响不大 需严格灭菌，需严格控制工程菌所需的外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞中提取
2．基因治疗与基因诊断
原理 操作过程 进展
基因治疗 基因表达 把正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗 临床实验
基因诊断 碱基互补配对 制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况 临床应用
3． 基因工程与蛋白质工程的比较
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果 生产自然界中没有的蛋白质 一般是生产自然界中已有的蛋白质
联系 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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成实现
1． (2012·浙江卷，6)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是 (　　)
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
答案　A
解析　获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR技术扩增，A正确；基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来，形成重组载体，再导入受体菌中储存和扩增，提取目的基因时不需使用限制酶，B错误；连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶，C错误；将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌，D错误。
2． (2011·浙江卷，6)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是 (　　)
A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
答案　C
解析　大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含一个重组质粒，A项正确；作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。
3． (2012·新课标全国卷，40)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有____________和____________。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
　　　　　　G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_________________________________
_______________________________________。
(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即__________DNA连接酶和__________DNA连接酶。
(4)反转录作用的模板是______________，产物是______________________。若要在体外获得大量反转录产物，常采用____________技术。
(5)基因工程中除质粒外，____________和____________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_____________________________________________________________。
答案　(1)黏性末端　平末端　(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的末端相同(其他合理答案也可)　(3)E·coli　T4　(4)mRNA(或RNA)　cDNA(或DNA)　PCR　(5)噬菌体　动植物病毒(其他合理答案也可)　(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(其他合理答案也可)
解析　(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。(2)为使运载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制酶切割产生的末端必须与EcoRⅠ切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，DNA连接酶分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。(4)mRNA(或RNA)为模板，合成DNA的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA分子，可以使用RCR技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2＋处理，使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。
4． (2012·江苏卷，32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C?CGG、G?GATCC、GATC、CCC?GGG。
请回答下列问题：
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由______________________连接。
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是____________末端，其产物长度为____________。
(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有____________种不同长度的DNA片段。
(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加____________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
(2)平　537 bp、790 bp、661 bp　(3)4
(4)BamH Ⅰ　抗生素B　同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
解析　(1)一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从SmaⅠ的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有Sma Ⅰ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三种。(3)图示方框内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个Sma Ⅰ的识别序列，故D基因、d基因用Sma Ⅰ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种537＋790 bp的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamH Ⅰ的识别序列，质粒的启动子后的抗生素A抗性基因上也有BamH Ⅰ的识别序列，故应选用的限制酶是BamH Ⅰ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。
1． 下列一般不作为基因工程中的标记基因的是 (　　)
A．四环素抗性基因
B．绿色荧光蛋白基因
C．产物具有颜色反应的基因
D．贮藏蛋白的基因
答案　D
解析　标记基因位于载体(质粒)上，以利于重组DNA的鉴定和选择，如四环素抗性基因、绿色荧光蛋白基因、产物具有颜色反应的基因等。
2． 若要利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA(图丙)，限制酶的酶切位点分别是BglⅡ(A?GATCT)、EcoRⅠ(G?AATTC)和Sau3AⅠ(?GATC)。下列分析合理的是 (　　)
A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
答案　D
解析　解答本题的关键是要看准切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。
3． 如图表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。以下说法错误的是
(　　)
A．利用含有四环素的培养基可将含Ⅱ的细菌筛选出来
B．Ⅲ是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植株
C．⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质
D．①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与
答案　C
解析　⑥是一个mRNA分子，可与多个核糖体结合形成多聚核糖体，由于翻译的模板是同一个mRNA分子，故翻译出的是同一种蛋白质。
4． 研究人员将鱼的抗冻基因导入番茄体内，获得抗冻能力明显提高的番茄新品种。下列操作合理的是 (　　)
A．设计相应DNA单链片段作为引物，利用PCR技术扩增目的基因
B．利用限制酶和DNA聚合酶构建基因表达载体
C．将基因表达载体导入番茄细胞之前需用Ca2＋处理细胞
D．运用DNA分子杂交技术检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达
答案　A
解析　利用限制性核酸内切酶和DNA连接酶构建基因表达载体；将基因表达载体导入原核细胞之前需用Ca2＋处理，番茄细胞为真核细胞；运用抗原—抗体杂交技术可检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达。
5． 如图是从酵母菌中获取某植物需要的某种酶的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：
(1)图中cDNA文库________________基因组文库(大于、等于、小于)。
(2)①过程提取的DNA需要____________的切割，B过程是____________过程。
(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用的技术是______________________，其原理是________________________________________________________________________。
(4)目的基因获取之后，需要进行____________________，其组成必须有_______________
_____________及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。
(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是__________，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是________________，可以用____________________技术进行检测。
答案　(1)小于　(2)限制酶　逆转录
(3)PCR　DNA复制
(4)基因表达载体的构建　启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)
(5)农杆菌转化法　目的基因是否整合到植物细胞的染色体上　DNA分子杂交
解析　(1)基因组文库是指将某生物的全部基因组DNA切割成一定长度的DNA片段克隆到某种载体上形成的集合；cDNA文库是由mRNA经逆转录形成的基因组成的，由于基因的选择性表达，cDNA文库小于基因组文库。(2)从供体细胞的DNA中获取目的基因，首先应用限制酶将目的基因从其所在的DNA分子上切割下来；B过程是以mRNA为模板合成DNA的过程，应为逆转录过程。(3)PCR技术是一种体外扩增DNA的方法，其原理为DNA复制，能将得到的目的基因在细胞外大量扩增。(4)基因表达载体包括目的基因、标记基因、启动子和终止子，其构建是基因工程的核心。(5)将目的基因导入某双子叶植物细胞常采用的方法是农杆菌转化法，目的基因只有整合到植物细胞的染色体上才能在植物体内稳定遗传，可通过DNA分子杂交的方法对目的基因是否整合到染色体上进行检测。
6． 在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：
(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和__________。
(2)①过程需要的酶有____________、____________________。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp，还必须含有启动子、终止子和____________，这样才能构成一个完整的基因表达载体。
(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的______________，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中______________________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用____________法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。
答案　(1)(用逆转录等方法进行)人工合成　(2)限制酶　DNA连接酶　(3)标记基因　(4)转化作用　染色体的DNA　抗原—抗体杂交
解析　(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。(2)①过程为基因表达载体的构建过程，需要用到限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞染色体的DNA上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。
7． 科学家从预期人的生长激素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了双链DNA片段，获得双链DNA。
科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并使其成功地在大肠杆菌中表达。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G?GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—?GATC—。据图回答：
(1)为了精确地获取图中的重组质粒，应用____________切割质粒，用____________切割目的基因。
(2)将基因表达载体导入大肠杆菌B之前，要将大肠杆菌B放入一定浓度的____________溶液中处理，使之成为感受态的大肠杆菌。
(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的质粒进行重组并发挥其功能，是因为二者都是_______________。人的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为______________。
(4)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上能够生长，说明该菌已导入了__________________，反之则没有导入。
(5)上述方法制备人的生长激素，运用的现代生物技术是____________。
答案　(1)限制酶Ⅰ　限制酶Ⅱ　(2)CaCl2　(3)规则的双螺旋结构　二者共用一套(遗传)密码子　(4)普通质粒或重组质粒　(5)蛋白质工程
解析　(1)根据图示分析可知，目的基因插在了质粒中含抗四环素基因的部位，而该位置有限制酶Ⅰ和Ⅱ的识别位点，但限制酶Ⅱ会同时在GeneⅠ和Ⅱ处切开，因此在构建基因表达载体过程中，应用限制酶Ⅰ切割质粒。目的基因的两侧均含有能被限制酶Ⅱ识别的碱基序列，所以用限制酶Ⅱ切割目的基因，能够露出两端的黏性末端。因此，为了精确地获取图中的重组质粒，应分别用限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割质粒和目的基因。(2)将基因表达载体导入大肠杆菌B之前，要将大肠杆菌B放入一定浓度的CaCl2溶液中处理，使之成为感受态的大肠杆菌。(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，是因为人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同。人的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为人和细菌共用一套(遗传)密码子。(4)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上能够生长，说明该菌已导入了普通质粒或重组质粒，因为普通质粒或重组质粒中都含抗氨苄青霉素基因。(5)科学家从预期人的生长激素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了双链DNA片段，获得双链DNA，从而合成人的生长激素，这运用了现代生物技术中的蛋白质工程。第40讲　生物技术的安全性和伦理问题
[考纲要求]　1.转基因生物的安全性(Ⅰ)。2.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)。3.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)。
考点一　转基因生物的安全性
1． 安全性问题
(1)食物安全：滞后效应、过敏原、营养成分改变等。
(2)生物安全：对生物多样性的影响等。
(3)环境安全：对生态系统稳定性的影响等。
2． 理性看待转基因技术
(1)需要正确的社会舆论导向，趋利避害，不能因噎废食。
(2)制定政策和法规，最大程度保证转基因技术和产品的安全性。
1． 下列关于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是 (　　)
A．重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染
B．种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响
C．如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内
D．转基因生物可能会使某些地区的生态系统的稳定性遭到破坏
答案　B
解析　抗虫棉固然可以减少农药的使用，但外源基因可能通过花粉逸散到近缘的其他植物，从而造成基因污染。
2． 基因工程等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。有人欢呼：“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，我们应该持有的态度是 (　　)
①摈弃现有道德规范，推动科技发展　②发挥道德规范的作用，限制科技的负面效应　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．②④
答案　D
解析　基因工程有优势，当然也有不足之处，人们在运用基因工程技术为人类服务时注意限度问题；科学技术的发展进步是好事，但要限制其对人类、社会的负面效应，同时要适当调整人们现有的道德观念和规范，适应科学技术发展，不能阻止，但也不能一味顺从。
1． 转基因生物存在安全性问题的原因
(1)目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
(2)目的基因往往是异种生物的基因。
(3)外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。
2． 理性看待转基因生物
(1)转基因生物的优缺点
优　点 缺　点
①解决粮食短缺问题；②大大减少农药的使用量，减少环境污染；③增加食物营养，提高附加值；④增加食物种类，提升食物品质；⑤提高生产效率，带动相关产业发展 ①可能出现新的过敏原或重组形成新病毒；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可能会损害生物多样性；⑤可能会对人类生活环境造成二次污染
(2)对待转基因生物的正确态度
①对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的，关键是社会应有正确的舆论导向，从而促进科学技术的发展。
②国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。
③在转基因生物或其产品研究过程中，科学家要自觉遵守科学研究道德。
考点二　生物技术的伦理问题
比较三种生物技术中的伦理问题
反　对 支　持
克隆人 伦理方面 违反了人类的伦理道德观念，中国禁止生殖性克隆 中国不反对治疗性克隆
技术方面 技术不成熟，流产率高、畸形率高、出生后死亡率高 可通过胚胎分级、基因诊断、染色体检查等方法解决技术问题
设计试管婴儿 胚胎也是生命，杀死胚胎无异于“谋杀” 提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤
基因检测 技术方面 很难用在具体医疗中 有一些遗传性疾病可以通过基因检测后在早期采取预防措施
道德方面 可能引起基因歧视 通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法，解决基因歧视现象
易错警示　克隆人与试管婴儿有着本质的区别：(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减数分裂和受精作用，属于典型的有性生殖，只是受精过程和早期胚胎培养发生在体外。
3． “试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出在试管中完成受精，并在试管中培养使其发育到囊胚期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。该技术不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。据此回答下列问题：
(1)“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是 (　　)
A．有性生殖 B．组织培养
C．克隆技术 D．基因工程
(2)要得到“同卵双胞胎”，采用的技术是____________，双胞胎的性别是否相同？____________。
(3)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿”技术，二者在技术手段上的区别是_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是__________________________________
______________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)A　(2)胚胎分割　相同　(3)后者胚胎在移植前需要进行遗传学诊断　(4)破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德
解析　(1)试管婴儿也是由精子与卵细胞结合形成的受精卵发育而来的，在生殖方式上它属于有性生殖。(2)若获得同卵双胞胎可运用胚胎分割移植技术，即在囊胚期，将内细胞团均分成两份，每一份经培养移植后均发育成一个个体，这样每个个体的细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂而产生，所以均含有相同的遗传物质，具有相同的性别。(3)试管婴儿技术主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，在胚胎移植前不需要遗传学检测，设计试管婴儿技术往往在胚胎移植前进行遗传学检测，以获得特定的胚胎。(4)设计试管婴儿性别，会破坏人类正常的性别比例，违反伦理道德，所以反对设计试管婴儿性别。
1． 克隆人
(1)克隆人的培育过程
(2)治疗性克隆和生殖性克隆的比较
　　 类型项目 治疗性克隆 生殖性克隆
区别 目的 从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗 用于生育，获得人的复制品
水平 细胞水平 个体水平
联系 都属无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
2． 试管婴儿和设计试管婴儿的比较
如图，后者比前者多了④过程：
(1)不同点
①所用技术手段：设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因诊断。
②应用：试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。
(2)相同点：都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。
3． 基因检测
(1)概念：指通过基因芯片对被检测者细胞中的DNA分子或蛋白质进行检测，分析出被检测者所含的各种致病基因和疾病易感基因情况的一种技术。
(2)争论焦点：①基因检测能否达到预防疾病的目的。②是否引起基因歧视、个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。
考点三　生物武器对人类的威胁
1． 生物武器的种类(连一连)
2． 我国政府观点
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。
4． 下列有关生物技术安全性和伦理问题的观点，不合理的是 (　　)
A．对于转基因技术，我们应该趋利避害，理性看待
B．我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆
C．我国不发展、不生产、不储存生物武器，并反对其扩散
D．对于基因检测应该保护个人遗传信息隐私权
答案　B
解析　中国政府对待克隆人的态度是禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。A项是理性看待转基因技术的正确态度。C项是我国政府对待生物武器的态度：坚决禁止生物武器，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。D项是关于基因检测应该保护个人遗传信息隐私权的说法，也是正确的。
1． 生物武器的特点
(1)致病力强、传染性大。(2)污染面广、危害时间长。直接喷洒的生物气溶胶，可随风飘到较远的地区，杀伤范围可达数百至数千平方千米，且存活时间长，不易被发现。(3)难以防治。(4)具有一定的潜伏期。(5)受自然条件影响大。
2． 局限性
(1)生物武器主要指病原微生物，它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。(2)受地形、方向等多种条件的影响。(3)使用不易控制，使用不当可危害本方安全。
1． (2012·江苏卷，13)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是 (　　)
A．种植转基因作物应与传统农业种植区隔离
B．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中
C．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性
D．转基因植物的目的基因可能转入根际微生物
答案　B
解析　种植转基因作物(如抗虫棉)应与传统农业(普通棉花)种植区隔离，否则转基因作物中的基因可能扩散到普通作物中，使传统农业种植区的产量受到很大的影响，A项正确；目的基因为DNA分子，动物食用后会被消化成小分子脱氧核苷酸，所以目的基因不会转入动物体细胞中，B项错误；种植转基因作物，可能通过花粉扩散而使野生植物获得新基因，从而影响野生植物的遗传多样性，C项正确；导入转基因植物的外源基因有可能与感染转基因植物的某些根际微生物杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体，D项正确。
2． (2010·江苏卷，18)下列关于转基因植物的叙述，正确的是 (　　)
A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中
B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题
答案　A
解析　转基因的抗虫植物在长期栽培过程中，会导致以该植物为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加。动物和植物共用一套遗传密码，因此转入植物体内的动物生长激素基因也可能进行表达。转基因植物的外源基因来源于自然界，也可能存在食物安全、生物安全和环境安全等安全性问题。
3． (2007·广东A卷，41(节选))香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒(BBTV，单链环状DNA病毒)引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平，具有重要意义。
(1)如何利用afp基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？
________________________________________________________________________。
(2)在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？(列举两点)
________________________________________________________________________。
答案　(1)将afp基因插入土壤农杆菌的质粒，构建表达载体，通过农杆菌的转化导入香蕉受体细胞，成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株　(2)生态安全问题包括：①外源基因扩散到其他物种(外源基因漂移)；②转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；③转基因植株扩散对生物多样性的影响；④转基因植物残体或分泌物对环境的影响
解析　(1)可通过构建含afp基因的载体利用农杆菌转化法导入香蕉受体细胞，经检测、培养形成含afp基因的香蕉植株；(2)转基因生物的安全性问题，是社会关注的焦点，主要从以下几个角度：①外源基因扩散到其他物种(外源基因漂移)；②转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；③转基因植株扩散对生物多样性的影响；④转基因植物残体或分泌物对环境的影响。
4． (2011·福建卷，32)一对表现型正常的夫妇，生了一个镰刀型细胞贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管完全堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如下图：
请回答：
(1)过程①是指在体外进行的____________处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为____________。
(2)在对胎儿进行镰刀型细胞贫血症的产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③________进行PCR扩增，然后用Mst Ⅱ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，Mst Ⅱ是一种______________酶。
(3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断该胎儿为________(正常/患者/携带者)。
答案　(1)精子获能　胚胎移植　(2)DNA　限制　(3)正常
解析　(1)体外受精时精子要经过获能处理，卵子要培养到减数第二次分裂的中期时才能受精。受精后形成的受精卵在体外培养到8～16个细胞的早期胚胎，再移植到母体的子宫内进一步发育。(2)基因诊断时首先要从细胞中提取DNA，切割DNA分子的酶为限制酶。(3)按题意分析，双亲都是杂合子，各含一个正常基因和一个致病基因，患儿中两个基因都为致病基因，比较电泳带谱，可知胎儿中含的都是正常基因。
1． 下列哪项不是转基因食物潜在的安全隐患 (　　)
A．转基因植物有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质
B．转基因植物合成的某些新的蛋白质有可能成为新的过敏原
C．某些转基因生物可以合成干扰素，进入人体后可增强相应细胞的免疫力
D．某些基因会使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分的改变
答案　C
解析　担心转基因食物安全性的主要理由如下：对食物的安全性检测不够；担心出现滞后效应；担心出现新的过敏原；担心营养成分改变等。A、B、D三项都属于转基因食物潜在的安全隐患，C项是基因工程在制药方面的应用。
2． 下列哪项是对待生物技术的理性态度 (　　)
A．转基因技术是按照人们的意愿对生物进行设计，不存在负面影响
B．转基因农作物对于解决粮食、能源等问题起了积极作用，也存在一定风险
C．克隆技术如果被一些人利用将给社会造成灾难，应禁止任何克隆研究
D．转基因技术如果被恐怖分子利用将可能导致人类灭绝，应停止转基因研究
答案　B
解析　转基因技术是按照人们的意愿对生物进行设计，但由于技术方面的原因和人为因素的存在，仍有产生负面作用的可能；科学从来都是一把双刃剑，任何科学进步都有有益和有害两个方面，是造福人类还是危害人类，关键在于人类如何对待和应用它，而不能因为它存在不利因素就因噎废食。
3． 下列有关治疗性克隆的说法，错误的是 (　　)
A．其核心技术是胚胎干细胞培养技术
B．中国政府既反对生殖性克隆人，又反对治疗性克隆
C．解决了临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题
D．胚胎干细胞通过基因的选择性表达可以克隆出不同的组织细胞
答案　B
解析　治疗性克隆是指从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗，其关键技术是胚胎干细胞培养技术，目的是培养出能够用于医学治疗的供体器官，以解决目前临床上存在的供体器官不足和移植后免疫排斥的问题。用胚胎干细胞通过基因的选择性表达能够培养出不同的组织细胞。中国政府反对生殖性克隆人，但不反对治疗性克隆。
4． 关于设计试管婴儿的问题，下列哪项不合乎道德规范 (　　)
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婴儿，以供展览
C．利用试管婴儿的脐带血救治病人
D．设计试管婴儿不一定非考虑他的性别
答案　B
解析　设计试管婴儿不同于为解决不育夫妇的生育问题出现的试管婴儿，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，而那些为了达到不当目的而设计试管婴儿的做法都是违背伦理道德的行为。
5． 一个学习小组的同学在对当地栽培作物种类进行调查时，发现有的地方种植了转基因抗除草剂玉米，这种玉米在喷洒除草剂的环境中生长良好。杂草被除草剂杀死，玉米还能正常生长，给农民节省了很大的人力和物力。跟踪调查发现，这种转基因玉米除可直接食用外，还被加工成食品摆在超市的货架上。请完成下列问题：
(1)一部分同学认为，这种转基因玉米不会对当地生物多样性构成威胁，如果你同意这种观点，请列举出三条理由：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)转基因玉米的加工食品被摆在超市货架上，生产厂商根据我国的有关规定，对产品进行转基因生物标注，这样做是为了保护________________________________；在有关标识中，应标注“____________________________”或“____________”；如果该产品中已不再含有或检测不出转基因成分，应标注为“本产品加工原料中有__________，但本产品中____________________”。
(3)随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，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散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库
B．基因污染是一种不可扩散的污染
C．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
D．转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存
答案　(1)①玉米与其他植物之间存在生殖隔离　②玉米花粉的传播距离有限　③玉米花粉的存活时间有限(或其他理由)　(2)消费者的知情权　转基因玉米加工品　加工原料为转基因玉米　转基因玉米　已不再含有转基因成分　(3)B
解析　转基因生物不引起生物安全性问题的理由：扩散到种植区以外就很快死亡，要表现出新性状必须具有一定的水、肥等条件及配套的种植技术；由于生殖隔离的存在，使它们很难与其他植物杂交；花粉传播的距离有限，存活时间有限。不引起环境安全性问题的理由：转基因生物不会改变生物原有的分类地位；不会破坏生态系统的稳定性；转基因抗虫作物的种植，减少了农药的使用量；抗除草剂农作物的种植减轻了农田管理的负担，保护了农田土壤环境。基因污染是可以随着自然界中的生物扩散的，如转基因作物的花粉可以散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库；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；转基因生物还有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。
6． 克隆羊“多利”的问世引起了许多人对“治疗性克隆”的关注。下图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程，请据图回答下列问题。
(1)A过程表示__________________，由此产生的重组细胞②的主要遗传物质来自图中的________。
(2)图中B过程表示的生物技术名称是________________________________________；
C过程表示定向诱导技术，其诱导的对象是[　]________。
(3)如果进行生殖性克隆，则不需要进行定向诱导，但必须进行___________________，使得胚胎能正常发育成完整个体，该操作一般在______________________________期进行。
(4)对于“治疗性克隆”仍然存在许多争论，有一男子患有白血病，经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复，你认为这种做法符合伦理道德吗？为什么？________
________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)细胞核移植　乙
(2)动物细胞培养　④　内细胞团(或胚胎干细胞)
(3)胚胎移植　桑椹胚或囊胚
(4)符合，因为脐带血不是来自胚胎，其中的造血干细胞属于成体细胞(或脐带血是身外之物，属于废物利用，符合伦理道德)
解析　(1)A过程表示细胞核移植技术，得到的重组细胞的遗传物质主要来自乙。(2)B过程是重组细胞经过动物细胞培养发育成胚胎的过程，C过程是将从囊胚内细胞团中获得的胚胎干细胞诱导分化形成不同组织器官的过程，即治疗性克隆过程。(3)胚胎在囊胚或桑椹胚阶段可以通过胚胎移植技术转移到其他母体内继续发育，直至形成完整的个体，这是生殖性克隆。
7． 美国政府曾批准首例胚胎干细胞(ES细胞)人体临床实验。请回答下列与胚胎干细胞有关的问题：
(1)运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞，培养过程如下：早期胚胎→内细胞团→胚胎干细胞。在培养过程中，必须用____________处理内细胞团，使之分散成单个细胞。胚胎干细胞的结构特点是______________________________。在培养动物细胞时，培养液中加入抗生素的目的是_______________________________
________________________________________________________________________。
(2)体外培养胚胎干细胞时，通常要加入________________等天然成分，除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及充足氧气的环境中，还需要保证细胞生活所需的______________和____________；早期胚胎发育到____________阶段以前的细胞是全能细胞。
(3)胚胎干细胞可被应用于____________________________________________________
等领域。
(4)你支持应立法保护利用胚胎干细胞进行治疗性克隆吗？请陈述理由。_____________
___________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)胰蛋白酶　细胞体积小、细胞核大、核仁明显　防止细菌污染
(2)动物血清　温度　pH　桑椹胚
(3)治疗某些顽症，培育出人造组织器官进行移植，研究细胞分化(答案合理即可)
(4)支持，通过人体胚胎干细胞进行克隆人体组织器官，可治疗人类很多顽症(或反对，通常要损毁早期胚胎才可能获得胚胎干细胞，胚胎是生命的开始，以一个生命的代价去挽救另一个生命，是违背伦理道德的)
8． 请根据给出的材料回答下列相关问题。
材料　据美联社2008年1月17日《干细胞》杂志报道，美国加州的科学家使用了进行试管受精的年轻女性捐献的卵子，以及2名志愿者的皮肤成纤维细胞，成功克隆出了5个人体胚胎，进而可以开发出有研究价值的干细胞。
(1)上述过程中主要应用到的动物细胞工程有____________________________。
(2)在使用合成培养基进行胚胎干细胞培养时，通常需要加入____________等天然成分。在细胞培养时，要保证被培养的细胞处于一定的气体环境中，所需要的气体主要有______和______，其作用分别是__________________________________________。
(3)科学家欲进行胚胎分割移植，则应该选择发育良好、形态正常的桑椹胚或________，将其移入盛有操作液的培养皿中，然后用分割针进行分割。
(4)胚胎移植能否成功，与供体和受体的生理状况有关。大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生________________________反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
(5)我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究，而美国国会反对治疗性克隆。请你谈谈反对克隆人的理由：______________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(至少两点)。
答案　(1)动物细胞培养、细胞核移植
(2)动物血清　O2　CO2　O2是细胞代谢(有氧呼吸)必需的，CO2主要是维持培养液的pH
(3)囊胚　(4)免疫排斥
(5)①严重违反了人类伦理道德；②冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；③是在人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人；④克隆技术尚不成熟，可能克隆出有严重生理缺陷的孩子(任意答对两点即可，其他符合题意的答案也可)第39讲　胚胎工程
[考纲要求]　1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)。2.胚胎干细胞的移植(Ⅰ)。3.胚胎工程的应用(Ⅱ)。
考点一　体内受精与早期胚胎发育
1． 梳理精子、卵子的发生
(1)精子的发生
①场所：睾丸的曲细精管内。
②时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。
③过程
(2)卵子的发生
①场所：卵巢。
②时期：胎儿时期(性别分化以后)和初情期以后。
③过程
④两次分裂的时间：第一次是在雌性动物排卵前后完成的，第二次是在精子和卵子结合的过程中完成的。
2． 梳理受精知识
(1)场所：雌性动物的输卵管内。
(2)过程
①受精前的准备阶段
a．精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。
b．卵子的准备：发育到减Ⅱ中期，才具备与精子受精的能力。
②受精阶段：获能的精子穿越放射冠和透明带，进入卵细胞膜→精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵→精、卵细胞经过一系列变化分别形成雄、雌原核→雄、雌原核充分发育后结合，完成受精。
3． 梳理早期胚胎发育
哺乳动物早期胚胎发育依次经过以下不同的时期和结构：受精卵→卵裂期→桑椹胚(细胞数目为32个左右)→囊胚(出现内细胞团和滋养层，后期囊胚孵化)→原肠胚(内细胞团形成外胚层和内胚层，滋养层发育为胎儿的胎膜和胎盘)。
易错警示　(1)对卵裂阶段物质含量和体积大小的变化模糊不清
①误认为卵裂阶段的细胞分裂方式包括减数分裂，实际上只有有丝分裂。
②误认为卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量要增多，细胞体积要增大。从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为一直呼吸消耗但不从外界吸收。
(2)对排卵理解不准确：排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。
(3)混淆受精标志与受精完成的标志
受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。
(4)不能对胚胎发育与胚胎工程中的有关概念进行正确区分
①对精子和卵子的发生、发育及结合场所不熟：精子发生场所——睾丸的曲细精管；卵子的发生场所——卵巢；受精场所——输卵管；受精卵发育场所——输卵管和子宫；精子发生的时间及特点——初情期后，两次分裂连续进行；卵子发生的时间及特点——胚胎性别分化以后，两次分裂不连续进行。
②对囊胚和桑椹胚在胚胎发育过程中所处的阶段、特点和在胚胎工程中的应用没有完全掌握：胚胎发育过程中开始分化的阶段是囊胚，可以移植或分割的阶段为桑椹胚和囊胚。
③忽略“透明带反应”和“卵细胞膜反应”在受精过程中的生物学意义：两者构成了防止多精入卵受精的两道屏障。
④体外受精易忽视“精子获能”和“卵子成熟”问题。
1． 下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精作用的叙述，正确的是 (　　)
A．采集到的精子和卵细胞相遇即可发生受精作用
B．排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C．卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D．卵子受精完成的标志是在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体
答案　D
解析　采集到的精子必须经获能处理后才能受精，采集的卵细胞需要培养成熟后才可与获能的精子受精；初级卵母细胞的减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成的，其结果产生一个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，准备与精子受精。减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程中完成的。
2． 下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，下列相关描述正确的是 (　　)
A．图中3是透明带，7是原肠腔
B．发育的先后顺序是甲→丙→乙
C．1部位细胞将来发育成胎儿的各种组织
D．甲、乙、丙时期的细胞都具有发育的全能性
答案　A
解析　图中甲是桑椹胚，乙是囊胚，丙是原肠胚。图中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔，5是外胚层，6是滋养层，7是原肠腔，8是内胚层。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。
1． 精子和卵子的发生的比较
项目 精子的发生 卵子的发生
场所 睾丸的曲细精管内 雌性动物的卵巢内
时期 初情期开始，直到生殖机能衰退 胚胎时期性别分化以后和初情期以后
过程特点 ①MⅠ和MⅡ是连续的，需变形；②两次分裂细胞质都是均等分配 ①MⅠ和MⅡ是不连续的，不需要变形；②只有MⅡ中的第一极体分裂为第二极体时细胞质均等分配，其余细胞质都是不均等分配
结果 形成4个精子细胞 形成1个卵细胞和3个极体
2． 受精过程中的三大反应与防止多精入卵受精的两道屏障
(1)顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件。
(2)透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称做透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。
(3)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
考点二　体外受精和早期胚胎培养
1． 体外受精
(1)精子、卵子的获取与培养
获取方法 获能方法
卵子 促性腺激素处理后冲卵 人工培养成熟
在活体或屠宰体的卵巢内直接采集
精子 假阴道法 培养法和化学诱导法(在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中获能)
手握法
电刺激法
(2)受精：获能的精子和成熟的卵子可以在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。
2． 胚胎的早期培养
(1)培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等物质。
(2)胚胎处理：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。
3． 下列关于胚胎工程的叙述，错误的是 (　　)
A．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精
B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植
C．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
D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术
答案　B
解析　体外受精是获能的精子与成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精的过程；胚胎应培养至桑椹胚或囊胚期才可进行移植；早期胚胎培养液中含有一些无机盐和有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质，动物细胞培养液的成分为糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素，还需加入血清、血浆等一些天然成分；试管婴儿技术与试管动物技术类似，包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。
1． 早期胚胎是指可用于移植的胚胎，在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。
2． 受精后形成的受精卵需经早期发育培养，才能完成植入或着床。
3． 胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同，除无机盐、营养成分和调节物质外，还需要血清、抗生素等，两者都是液体培养基，但植物组织培养为固体培养基，其中加入琼脂，所需植物激素主要是生长素和细胞分裂素两大类。
考点三　胚胎移植和胚胎分割
1． 胚胎移植的生理学基础
胚胎移入的基础 哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的
胚胎收集的基础 哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态
移入胚胎存活的基础 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
保留遗传特性的基础 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响
2． 用流程图形式写出胚胎移植的基本程序
答案　
3． 胚胎分割
(1)理论基础：细胞的全能性。
(2)所需仪器设备：实体显微镜和显微操作仪。
(3)基本程序：选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中，然后用分割针或分割刀进行分割。
(4)囊胚期分割要求：内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
(5)意义：加快繁殖速度。
4． 胚胎干细胞
(1)来源：是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的。
(2)特点
(3)应用
易错警示　(1)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。
(2) 移植胚胎来源及生殖方式
(3)促性腺激素两次使用：①同期发情处理；②超数排卵。
(4)两次检查：
①收集胚胎检查；
②移植后是否妊娠检查。
(5)冲卵含义：冲出早期胚胎，不是冲出卵子。
(6)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物。
(7)同期发情处理用雌性激素，超数排卵处理用促性腺激素。
(8)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。
(9)胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性生殖方式。
4． 牛胚胎移植的基本程序如图，请据图回答：
(1)图中a、b、c过程分别是指____________、____________、____________。
(2)供体母牛的主要职能是______________________________________________；受体母牛必须具备______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为了提高牛胚胎的利用率，常采取的方法是__________；
处理的时期是_____________________________________________________________。
答案　(1)超数排卵　冲卵　胚胎移植
(2)只产生具有优良遗传特性的胚胎　健康的体质和健康的繁殖能力
(3)胚胎分割　桑椹胚或囊胚期
解析　(1)a过程是良种母畜在激素刺激下的超数排卵。b是用人工方法将母畜体内已经开始发育的受精卵取出的冲卵过程。c是将符合移植要求的早期胚胎移植到受体母畜子宫内的过程。
(2)供体母牛的主要职能是提供具有优良遗传特性的胚胎，受体母牛则是提供胚胎发育场所，所以受体母牛应具有健康的体质和健康的繁殖能力。
(3)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
1． 试管动物和克隆动物(细胞核移植)的培育
(1)试管动物技术：是指通过人工操作使精子和卵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)试管动物的培育过程
(3)克隆动物的培育过程
提示　(1)试管动物的培育属有性生殖范畴，而克隆动物的获得属无性生殖。(2)两技术的最后阶段都利用胚胎移植技术获得新个体，移植所选胚胎一般是发育到原肠胚之前的桑椹胚或囊胚期的胚胎。
2． 胚胎干细胞的培养和移植
(1)胚胎干细胞的培养过程
(2)胚胎干细胞的核移植过程
1． (2012·江苏卷，9)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．胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低
答案　D
解析　在胚胎移植时，需用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，而对受体母牛进行同期发情处理时通常不用促性腺激素，而是用孕激素或前列腺素，A项错误；胚胎移植技术中，移植的胚胎可来自体内受精后发育获得的，也可以是体外受精后进行培养得到的早期胚胎，B项错误；胚胎移植时，移植的胚胎不能用原肠胚，而应该用桑椹胚或囊胚，C项错误；目前二分胚进行胚胎移植的成功率较高，而同卵多胎的成功率很低，D项正确。
2． (2011·浙江卷，2)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确的是 (　　)
A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎须移植到供体性状相同的代孕母羊子宫内
答案　A
解析　对小型动物而言，一般采用注射促性腺激素的方法来促进雌性个体的超数排卵，A项正确；乙过程为体外受精过程，B项错误；乙过程即受精时用获能培养液或者专门的受精溶液，丙过程为体外胚胎培养过程，所用溶液为发育培养液，C项错误；对代孕母羊的要求只是身体健康，而对它的性状无要求，D项错误。
3． (2012·山东卷，35)毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIF Ⅱ)基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIF Ⅱ基因的高绒质绒山羊的简单流程如下图。
(1)过程①中最常用的运载工具是__________，所需要的酶是限制酶和______________。
(2)在过程②中，用______________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5% CO2的气体环境中，CO2的作用是________________。
(3)在过程③中，用____________处理以获取更多的卵(母)细胞。成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行____________处理。
(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是________________。在胚胎移植前，通过__________技术可获得较多胚胎。
答案　(1)质粒　DNA连接酶　(2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　维持培养基(液)的pH　(3)促性腺激素(或促滤泡素、孕马血清)　去核　(4)(早期)胚胎培养　胚胎分割
解析　(1)基因工程中，运载工具包括质粒、λ噬菌体的衍生物及动植物病毒等，其中质粒是主要运载工具；所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)分散皮肤组织块成单个细胞可使用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)。在动物细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养基(液)pH的相对稳定。(3)要得到更多的卵(母)细胞需用促性腺激素对动物进行超数排卵处理；成熟卵(母)细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要来自于供体核。(4)把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。
4． (2010·山东卷，35)胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。
→
　
(1)从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是________________；从良种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。
(2)在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供______气体以维持______________________________________________________________。
(3)图中过程A称为________________，它在胚胎工程中的意义在于________________________________________________________________________。
(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是____________________；获得转基因母牛后，如果______________即说明目的基因已经表达。
答案　(1)使卵母细胞成熟(或：使卵母细胞获得受精能力)获能　(2)CO2 　培养液(基)的pH　(3)胚胎移植　提高优良母畜的繁殖率　(4)显微注射法　牛奶中含有人类白细胞介素(或：牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素)
解析　(1)人工采集的卵母细胞要在体外培养成熟后才能与获能的精子完成受精作用，同理，在体外受精前，要对精子进行获能处理。(2)体外培养受精卵所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH稳定。(3)把早期胚胎移入受体母牛子宫的过程称为胚胎移植，意义在于可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(4)基因工程中把目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法；获得基因表达产物即母牛的乳汁中含有人类白细胞介素说明目的基因已经表达。
1． 培育“试管山羊”的基本过程如图所示，有关叙述正确的是 (　　)
A．图中采集的精子可以直接和卵母细胞受精
B．乙表示受精作用，该过程在子宫中进行
C．丁过程应将原肠胚移植到与供体表现型相同的代孕母羊子宫内
D．可取早期胚胎(如桑椹胚、囊胚)进行均等分割以增加胚胎的数量
答案　D
解析　精子只有获能后才能与卵母细胞发生受精作用，故A错误。试管动物的受精作用在体外完成，故B错误。胚胎移植常用桑椹胚或囊胚，故C错误。
2． 下列关于培育良种“试管动物”的叙述，正确的是 (　　)
A．从附睾中取出的是已获能的成熟精子
B．采集卵母细胞前必须对良种母畜进行配种
C．供体包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体
D．将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与受体相同的后代
答案　C
解析　从附睾中取出的精子并没有获能，故 A错误；采集卵母细胞前需要对良种供、受体母牛用激素进行同期发情处理，用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理，但不需要进行配种，故B错误；供体是提供胚胎的动物，包括提供配子且遗传性状优良的雌性和雄性个体，故C正确；将早期胚胎移植到代孕母畜中，经发育可获得表现型与供体相似的后代，故D错误。
3． 下列有关哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，不正确的是 (　　)
A．内细胞团细胞分裂、分化成各种组织和器官，滋养层细胞发育成胎膜和胎盘
B．移植用的胚胎一般取发育到桑椹胚或囊胚时期的，不同生物移植时期是相同的
C．胚胎分割移植时要注意将内细胞团均等分割
D．卵裂期的胚胎中细胞数目不断增加，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小
答案　B
解析　不同生物进行胚胎移植时，胚胎发育的时期不同，移植过早可能不能继续正常发育，过晚移植过程中造成的伤害不易得到修复。
4． 将经处理后的胚胎干细胞，移植到因胰岛受损而患糖尿病的小白鼠体内后，该鼠血糖浓度趋于正常。上述事实说明 (　　)
A．该过程体现了胚胎干细胞的全能性
B．移植的细胞中所有基因都得到表达
C．干细胞经处理后进行了定向分化
D．移植的细胞具有无限增殖的能力
答案　C
解析　移植后的胚胎干细胞定向分化成了胰岛B细胞，使小鼠体内胰岛素分泌正常。
5． 胚胎移植是胚胎工程技术的最后一道“工序”。如图是胚胎移植的基本程序，请分析并回答下列问题：
(1)图中超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射____________。
(2)配种时，卵子在输卵管内进一步成熟，当卵子达到____________________________时，才具备与精子受精的能力。
(3)“冲卵”实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的____________冲洗出来。
(4)冲卵后，对胚胎进行质量检查，这里培养的胚胎应发育到____________阶段才能进行胚胎移植。
(5)在此基础之上，通过____________技术可以提高胚胎利用率，获得更多遗传物质相同的犊牛。
答案　(1)促性腺激素　(2)减数第二次分裂中期
(3)早期胚胎　(4)桑椹胚或囊胚　(5)胚胎分割
解析　在胚胎移植过程中，通过注射促性腺激素促进供体母牛超数排卵；卵子只有发育到减数第二次分裂中期时才具备受精能力；“冲卵”实质上是将早期胚胎从供体母牛子宫内冲出；胚胎移植的时期是桑椹胚或囊胚阶段；通过胚胎分割技术一方面能够提高胚胎的利用率，另一方面能够获得更多遗传物质相同的犊牛。
6． 人的血清白蛋白在临床上的需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中，就可以利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白。大致过程如图所示：
(1)要实现过程②超数排卵，应在性成熟母牛发情期的某一阶段用____________处理，然后在恰当时期进行胚胎收集，即____________。通过过程①采集的精子不能直接与成熟的卵细胞受精，原因是__________________。
(2)要使人的血清白蛋白基因在奶牛乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括目的基因、______________、标记基因等部分。在过程⑤之前要检测早期胚胎细胞是否已经导入人的血清白蛋白基因，宜采用______________技术。
(3)过程⑤要选择“雌性奶牛胚胎”的原因是__________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)促性腺激素　冲卵　精子没有获能
(2)启动子、终止子　DNA分子杂交
(3)雌性转基因牛进入泌乳期后，可以从其乳汁中获得人的血清白蛋白
解析　(1)卵细胞是由卵巢产生的，而促性腺激素的靶器官就是卵巢，它可以促进卵巢排卵。精子要经过获能处理才具备受精能力。(2)含目的基因的表达载体由目的基因、启动子、终止子及标记基因等部分组成。检测目的基因是否导入受体细胞时，可以用DNA分子杂交技术。(3)只有母牛才能分泌乳汁，从而从其乳汁中获得人的血清白蛋白。
7． 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，请回答下列问题：
(1)培育“试管牛C”技术的操作流程是____________(填字母)，d操作的名称是___________，h操作的核心是____________________，受精时受体的卵母细胞处于________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____________________。
(3)图中用到的激素是____________，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是________________________________________________________________________。
答案　(1)a→b→f→g　胚胎移植　基因表达载体的构建　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　(3)促性腺激素　受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应
解析　胚胎工程包括体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等多种技术。(1)培育试管牛C包括体外受精→胚胎移植→后代(a→b→f→g)；d操作是胚胎移植，h操作是基因工程技术，核心是基因表达载体的构建，受精时受体的卵母细胞处于MⅡ中期。(2)囊胚的结构包括：③内细胞团、①滋养层和②囊胚腔，胚胎分割时一般采用的是囊胚或桑椹胚，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，要注意内细胞团的均等和不受损伤。(3)胚胎移植用到的激素是促性腺激素，根据受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应的原理使胚胎在受体子宫中存活。
8． 据报道，中山大学中山眼科中心主任任葛坚领导的研究小组将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠的囊胚里，再将囊胚移入代孕鼠体内发育形成猴鼠嵌合体——猴鼠，用于角膜等器官的移植研究。请回答下列问题：
(1)胚胎干细胞体外培养诱导分化可形成大量皮肤干细胞，其原因是________________。根据胚胎干细胞的这种功能特性，当我们身体的某一类细胞功能出现异常或退化时，利用胚胎干细胞的治疗思路是____________________________________________。
(2)囊胚期时，胚胎细胞开始出现分化，有些细胞个体较小，将来只能发育成胎膜和胎盘，这类细胞称为____________。因此，应将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的__________部位，以伴随其发育成某种组织。
(3)将囊胚移入代孕鼠体内属于____________技术，此技术对代孕受体的要求是________________。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是____________________，若想进一步提高胚胎的利用率，可采用____________________技术。
答案　(1)胚胎干细胞具有发育的全能性　通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补　(2)滋养层细胞　内细胞团　(3)胚胎移植　同种、生理状态相同的其他雌性动物　可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力　胚胎分割
解析　(1)胚胎干细胞具有全能性，在体外培养时可以诱导分化形成不同的体细胞，因此可以通过诱导胚胎干细胞(ES或EK细胞)定向分化来及时修补身体中功能出现异常或退化的细胞。(2)囊胚期时，胚胎细胞开始分化为滋养层细胞和内细胞团细胞，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘，内细胞团细胞具有全能性，将来发育成胎儿的各种组织。因此，应将猴子的皮肤干细胞注射到小鼠囊胚的内细胞团部位，以伴随其发育成某种组织。(3)将囊胚移入代孕鼠体内属于胚胎移植技术，此技术对代孕受体的要求是同种、生理状态相同的其他雌性动物。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，若想进一步提高胚胎的利用率，可采用胚胎分割技术。第41讲　生态工程
[考纲要求]　1.简述生态工程的原理(Ⅰ)。2.生态工程的实例(Ⅰ)。
考点一　聚焦生态工程的原理
[判断正误]
1．“无废弃物农业”遵循的是物种多样性原理 (　×　)
2．在建设高新农业时，沼气池的建立是遵循物质循环再生原理 (　√　)
3．根据协调与平衡原理，一个生态系统中种群的数量不应超过环境容纳量 (　√　)
4．“总体功能大于各部分之和的效果”遵循的是系统学的结构决定功能原理 (　×　)
5．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 (　√　)
易错警示　对生态工程具体实例所遵循的原理辨析不清：(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。(5)整体性原理和系统整体性原理的比较：整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。系统整体性原理指整体功能大于部分之和，即1＋1>2。原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
1． 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、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，生态效益得到了良性发展。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生态工程基本原理中的______________、________________和________________原理。
(2)该系统工程的核心之一是沼气池，沼气池的制作如右图所示。
①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。
②如果将“无机物——农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？
________________________________________________________________________。
(3)根据生态工程的物种多样性原理，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。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？__________________
______________________________________________________。
答案　
(1)物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性　(2)①如右图所示　②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降　(3)不正确。因为食物链越长，各食物链中的生物数量越难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少
解析　(1)生态工程中的生态农业是建立在物质循环再生、物种多样性和整体性等原理基础上的，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，从而达到取之不尽、用之不竭。如果把“无机物→农田”这一环节去掉，势必会造成物质循环受到破坏，土壤中无机物得不到及时补充，土壤肥力会下降。(3)从能量流动逐级递减的特点分析，食物链不能无限延长，一般维持在4～5个营养级。
生态工程的基本原理
项目 理论基础 意义 实例
物质循环再生原理 物质循环 可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响 “无废弃物农业”
物种多样性原理 生态系统的稳定性 生物多样性程度高，可提高生态系统的抵抗力稳定性 “三北”防护林建设中的单纯林问题；珊瑚礁生态系统的生物多样性问题
协调与平衡原理 生物与环境的协调与平衡 可避免系统的失衡和破坏 太湖富营养化问题
整体性原理 社会—经济—自然复合系统 统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定 林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理：分布式结构优于集中式和环式结构 改善和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘
系统整体性原理：总体功能大于各部分之和 能保持很高的系统生产力 珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
考点二　生态工程的实例分析
[实例连线]
2． 我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于 (　　)
A．农村综合发展型生态工程
B．小流域综合治理生态工程
C．大区域生态系统恢复工程
D．湿地生态恢复工程
答案　C
解析　大区域生态系统恢复工程主要是针对控制我国西北地区大范围的荒漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民生活水平而提出的退耕还林还草等生态工程。
3． 如图是我国南方尝试的农业生态系统的结构模式图，它利用雏鸭旺盛的杂食性，吃掉稻田里的杂草和害虫，利用鸭不间断的活动产生中耕浑水效果，刺激水稻生长，用作物养猪、养鸭，用稻秆培育蘑菇、生产沼气，猪、鸭粪、沼渣肥田，生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题：
(1)从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_________________
_______________________________________________________。
该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了应用，这体现了生态工程的________________________原理。
(2)该系统将多个生产系统通过优化组合，有机整合在一起，提高了系统生产力，这体现了生态工程中的____________________________________原理。生产的大米无公害的原因是________________________________________________________________。
(3)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物，其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析其增产原因：_________________
_______________________________________________________。
蘑菇房与蔬菜大棚相通，比单纯种植蔬菜和单纯培育蘑菇带来的效益之和还要高，体现了生态工程中的________________________原理。
答案　(1)实现物质的循环再生和能量的多级利用　物质循环再生
(2)系统的结构决定功能　减少了化肥和农药的使用量，减少了对水的污染
(3)无以核膜为界限的细胞核(无成形的细胞核)
(4)蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强　系统整体性
解析　(1)图示农业生态系统通过建立沼气池，实现了废物资源化和能量的多级利用，其遵循的是物质循环再生原理。
(2)图中生态农业施用的都是有机肥，减少了化肥和农药的使用量，因此生产的大米无公害。
(3)发酵装置中的微生物主要是乳酸菌，为原核生物，无以核膜为界限的细胞核。
(4)蘑菇为分解者，可将有机物分解为CO2等无机物，供蔬菜进行光合作用。
1． 生态工程的实例分析
类型 主要原理 注意问题
农村综合发展型生态工程 物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理 ①核心：沼气工程②优点：农、林、牧、副、渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染
小流域综合治理生态工程 整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理 ①“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益②不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程 物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理 ①考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种②考虑树种多样性，保证防护林体系稳定性③不同地区应根据当地情况采取不同策略
湿地生态恢复工程 协调与平衡原理、整体性原理 ①主要措施：退耕还湖②主要困难：解决迁出湖区居民的生计问题
矿区废弃地的生态恢复工程 系统学和工程学原理 ①种植耐旱的灌木、草和树②确定合理载畜量③改良表土
城市环境生态工程 协调与平衡原理、整体性原理等 ①解决大气污染措施：禁止使用有铅汽油②水污染：减少或禁止污水排放，进行污水净化
2． 农业生态系统的设计原则
(1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；
(2)应当能够构成一个合理的生产结构；
(3)应当充分利用自然界的物质和能量资源；
(4)应当体现减少环境污染的原则；
(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益；
(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。
3． 生态农业常见类型
(1)桑基鱼塘模式
人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。
(2)沼气农田立体养殖模式
通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。
4． 传统农业、现代农业和生态农业的比较
名称 概念 优点 缺点
传统农业 简单划一的种植业 不会产生严重的环境污染 农田生态系统结构简单，能量流动、物质循环水平低，经济效益低
现代农业 利用石油等有机物来提高农作物产量的农业生产方式 以石油、天然气、煤作为能源和原料，大量使用化肥、农药和机电动力，实行大规模生产，大幅度提高农业劳动生产率和农产品产量，获得较高的经济效益 过量施用化肥、农药，导致严重的环境污染，危害人畜健康；同时存在能耗增多、成本过高等问题
生态农业 运用生态学原理，在环境与经济协调发展思想的指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系 充分发挥生态系统各成分的作用，通过物质多级利用，形成良性循环，减少化肥的使用量，降低农业投入，增加经济效益，净化环境，降低人畜的发病率
1． (2010·大纲全国卷Ⅰ，5)如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是 (　　)
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率
答案　C
解析　一个完整的生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向流动、逐级递减的，C项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。
2． (2008·广东生物，16)要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是 (　　)
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
答案　C
解析　实现物质和能量的多级利用，实行无废弃物生产，大力发展生态农业，最有利于可持续发展。
3． (2011·新课标全国卷，40)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：
(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过____________________呼吸将有机物分解。
(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(生态系统、群落、种群)。在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于______所固定的________能。
(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、____________________和________________等原理。
(4)一般来说，生态工程的主要任务是对________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
答案　(1)无氧和有氧(或细胞)　(2)群落　一　生产者　太阳　(3)物质循环再生　物种多样性
(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)
解析　(1)生活污水流经厌氧沉淀池时，厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧微生物通过有氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群；不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑，需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。
4． (2011·江苏卷，29)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象。研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。请回答下列问题：
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________________，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有______________、______________。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为__________________________________。
答案　(1)高　正反馈　(2)生态塘和潜流湿地　净化作用(3)增加水的溶氧量　提高饵料的利用率
(4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高
解析　(1)人工养殖池塘生态系统物种数量少，恢复力稳定性高。水体受污染后生物死亡导致微生物数量增加，促进水体溶氧量下降，导致鱼类等死亡，又进一步促进环境恶化，说明调节过程中，最初的变化经调节后变化更大，从而说明该调节方式为正反馈调节。(2)由图示可知，该生态系统与传统养殖池塘相比，新增加的是生态塘和潜流湿地的工程设施。栽植水生植物或放养滤食动物，可促进对N、P的利用，从而达到水体自我净化的目的。(3)前一池塘的上层水流流入后一池塘底部，使得水层充分与植物和动物接触，从而增加水的溶氧量和提高饵料利用率。(4)人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，这样后面池塘的N、P含量越来越高，易引起水体富营养化，不利于植物、动物生存。
1． 下列关于生态工程的理解，不合理的是 (　　)
A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益
B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等
C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能
D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
答案　A
解析　我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如樟子松林的松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。
2． 设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法正确的是 (　　)
①用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，实现了物质的多级利用　②用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益　③用蛆、蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生原理 ④在离开人的管理条件下，该生态工程仍可以正常运转
A．①② B．②③ C．①④ D．②④
答案　A
解析　该生态工程中利用残渣来培育食用菌和蛆、蛹，用玉米芯生产木糖醇，充分地利用了废弃物，实现了物质的多级利用，增加了经济效益；能量只能单向流动、逐级递减，而不能循环利用；该生态工程是在人的参与下建立的，因此该生态工程离不开人的管理。
3． 下列关于生态工程的叙述中，错误的是 (　　)
A．它是无消耗、多效益的工程
B．追求经济与生态的双赢
C．实现了废物资源化的良性循环
D．实现了能量的多级利用
答案　A
解析　生态工程属于低消耗、多效益的工程。
4． 矿山废弃地生态修复工程的关键是 (　　)
A．优先选择农作物以提高经济效益
B．选择合适的养殖动物以增加物种多样性
C．植被恢复和土壤微生物群落的重建
D．尽可能依靠自然演替恢复其生态功能
答案　C
解析　矿山废弃地很少有动植物，而且土壤也被严重破坏，所以关键是先要进行植被恢复和土壤微生物群落的重建。
5． 在政府的大力支持下，部分村镇的农民朋友率先建起了以沼气池为中心的生态工程。如图是某同学绘制的一个庭院生态工程示意图，分析并回答下列问题：
(1)该生态系统的“基石”是____________________，沼气池中有产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物，其生态学作用主要是作为____________。
(2)构建这种以沼气池为中心的生态模式时所依据的最主要的生态学原理是________________________________________________________________________。
在沼气发酵的过程中，有一种微生物有除臭作用，这种微生物是____________，它的除臭过程是__________________。
(3)某养殖户把自己的养鸡场、养猪场、鱼塘和桑园也纳入该生态园，并把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，改善了系统的功能，这体现了生态工程________________________原理。
(4)生态农业是一个在生态上能自我维持的农业生产系统，其特点是在保持和改善系统内的生态平衡、不对其周围环境造成明显改变的情况下，求得最大生产力和可持续发展。下列关于生态农业的叙述，不正确的是________。
A．生态农业中食物链的各营养级之间的能量传递效率大大提高了
B．生态农业比传统农业的抵抗力稳定性高
C．生态农业设计的指导原则是能量的多级利用和物质的循环再生
D．生态农业属于人工生态系统，对病虫害一般采用生物防治的方法
答案　(1)黄瓜、番茄等蔬菜　分解者　(2)物质循环再生原理　硝化细菌　将氨气氧化为亚硝酸盐和硝酸盐　(3)系统的结构决定功能　(4)A
解析　(1)生产者是生态系统的“基石”，该生态系统中黄瓜、番茄等蔬菜是生产者。沼气池中的产甲烷菌和不产甲烷菌等微生物是生态系统的分解者。(2)该生态系统依据的原理是物质循环再生原理。沼气发酵过程中产生的臭气是氨气，常利用硝化细菌的硝化作用除去。(3)把很多单个生产系统通过优化组合有机地整合在一起，提高了生态系统的复杂性，从而改善了生态系统的功能，这体现了生态工程中系统的结构决定功能原理。(4)生态农业生态系统中食物链的各营养级之间的能量传递效率不变，但生态系统的营养结构变复杂了。
6． 江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，请据图回答下列问题：
(1)牛棚内产生的______________可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的________________可扩散进入牛棚。
(2)秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行________________，腐熟的产物肥效提高，这是因为____________________________。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。
(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、地热、________________和________________。
(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植、养殖模式较好地实现了________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)二氧化碳　氧气
(2)发酵　微生物将有机物分解为无机物
(3)牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少
(4)太阳光能　发酵产热
(5)物质的循环利用和能量的多级利用
解析　(1)牛棚内牛的呼吸作用和微生物的分解作用产生的CO2可以扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率，蔬菜光合作用产生的O2扩散进入牛棚，用于牛和一些需氧微生物的呼吸作用。(2)秸秆的主要成分是纤维素，与牛粪混合堆放可以被微生物分解，将有机物分解成无机物，作为肥料才能被蔬菜吸收。(3)这种冬季生态型种植养殖模式中，由于生物呼吸作用产生的热量可以使牛棚内的温度升高，牛维持体温消耗的能量较少，用于生长发育的能量较多，所以牛的生长速率明显提高。(4)生物通过呼吸作用分解有机物，一部分能量用于生命活动，还有大部分的能量以热能的形式散失。(5)生态系统的功能包括物质循环和能量流动，这种生态模式可以实现物质的循环利用和能量的多级利用。
7． 我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘，如图所示。据图回答有关问题。
(1)生态工程遵循的基本原理有__________、__________、__________、整体性原理和系统学与工程学原理等。
(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶、滤泥等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的__________________________，而且体现了____________________的“循环经济”原则。
(3)蚕沙是蚕食桑叶后排泄出来的粪便，蚕沙富含粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维等营养物质，是上等的肥料，也是猪、鱼、羊的理想饲料。某种鱼专以蚕沙为食，假设某一时间段蚕从上一个营养级固定的能量为1.5×105 kJ，那么这部分能量最多有____________kJ被这种鱼所同化。
(4)该生态系统向外输出的物质主要有__________________________________________
______________________________________________________________________________________________________。
(5)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__________________________稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。
(6)桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有________________________________________________________________________(至少答2点)。
答案　(1)物质循环再生原理　物种多样性原理　协调与平衡原理　(2)资源化　生态经济　(3)0　(4)蚕丝、鱼、糖等(5)抵抗力　(6)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等(答案合理即可)第38讲　细胞工程
[考纲要求]　1.植物的组织培养(Ⅱ)。2.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。3.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。
考点一　理解植物组织培养技术
1． 判断正误
(1)理论上，每个正常活细胞都具有全能性 (　√　)
(2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性 (　×　)
(3)愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的 (　×　)
2． 用流程图形式写出植物组织培养的操作流程
答案　
3． 写出组织培养的条件
(1)离体、无菌。
(2)环境条件适宜：如营养物质(如水、无机盐、蔗糖、维生素等)、激素(如生长素和细胞分裂素)、适宜的温度和光照等。
易错警示　植物组织培养的6个易错点
(1)幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。
(2)对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。
(3)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。
(4)不同细胞的全能性不同，具体表现为：受精卵>生殖细胞>体细胞，离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关，但生殖细胞特殊。
(5)脱分化形成愈伤组织的过程不需要光，再分化过程需要光，因为愈伤组织利用有机营养成分，而试管苗需要进行光合作用以自养。
(6)植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同，因为培养的目的不同(生根或生芽)。
1． 下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是 (　　)
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同
答案　D
解析　错答本题的原因是忽视了采用绿色开花植物的生殖器官如花药进行培养获得的愈伤组织的基因组成和正常体细胞的不同，利用花药细胞培养得到的是单倍体植株，利用一般体细胞培养获得的是二倍体植株，两者的基因组成不同。
2． 下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：
(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。
(2)此过程依据的原理是__________________。A和B阶段主要进行的分裂方式是__________________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
(3)此过程需要无菌操作，主要是指对________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因__________________的结果。
答案　(1)无机物　生长素
(2)植物细胞的全能性　有丝分裂　分化
(3)培养基　芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(4)选择性表达
解析　植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。
1． 脱分化和再分化的比较
比较内容 脱分化 再分化
过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗
形成体特点 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞 有根、芽
需要条件 a.离体b.适宜的营养c.生长素/细胞分裂素的比例适中d.不需光 a.离体b.适宜的营养c.生长素/细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽d.光照
2． 植物激素在组织培养中的作用
在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。
(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。
使用顺序 实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化
同时使用 分化频率提高
(2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素与细胞分裂素的用量比值 植物细胞的发育方向
比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
考点二　植物细胞工程及其应用
1． 观察植物体细胞杂交技术图示，完善相关问题
(1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
(2)过程②是原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。
(3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。
(4)植物体细胞杂交的意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
2． 说出植物细胞工程的实际应用
(1)植物繁殖的新途径
①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
特点
②作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。
③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用
突变体Aa中A为突变新基因，并控制着优良性状，利用单倍体育种，方法步骤如下：
优点：稳定遗传，缩短育种年限。
(3)细胞产物的工厂化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
易错警示　植物细胞工程的3个易错点
(1)对植物体细胞杂交和有性杂交辨析不清
①植物体细胞杂交：若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合，A含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，B含有2Y条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X＋2Y，基因型为AabbccDd。从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。②植物有性杂交的结果：子代细胞中染色体数、基因型分别为“X＋Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”，即先减半再相加。③有性生殖过程中符合孟德尔遗传规律，而植物体细胞杂交不符合孟德尔遗传规律。(2)利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。(3)人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。
3． 以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析不正确的是 (　　)
A．图中①过程发生的化学变化是纤维素和果胶水解
B．经过②和③过程形成的c细胞只有AABB这一种类型
C．过程②一般使用聚乙二醇作为诱导剂
D．过程④和⑤分别是脱分化和再分化
答案　B
解析　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。
4． 如图是利用基因型为AaBb的某二倍体植物作为实验材料所做的一些实验示意图，请分析回答：
(1)途径1、2、3中①②过程所采用的生物技术是__________。
(2)由途径1形成的植株B的基因型有____________，植株B成熟时不可育的原因是________________________________________________________________________。
使植株B可育的方法是___________________________________________________。
(3)从植株A到植株C的培育过程，需要发挥调控作用的植物激素至少有____________和____________。
(4)一般情况下，相同发育程度的植株C与植株D的性状____________(“相同”“不相同”或“不一定相同”)。
(5)在相同条件和相同发育程度的情况下，植株D的表现型与植株A相同的可能性为____________。
答案　(1)植物组织培养　(2)AB、Ab、aB、ab　减数分裂时染色体联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞　幼苗期用秋水仙素处理，使染色体数目加倍　(3)细胞分裂素　生长素　(4)相同　(5)100%
解析　(1)实验中选用花药或植物体细胞离体培养后获得新植株，该项技术称为植物组织培养。(2)植株A的基因型为AaBb，经减数分裂形成的花粉粒有AB、Ab、aB、ab四种，花粉粒经植物组织培养形成的植株B也有AB、Ab、aB、ab四种基因型，均为单倍体植株，由于不能形成正常的生殖细胞而不可育，若使植株B可育常采取用秋水仙素处理使染色体数目加倍的方法。(3)植物组织培养中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。(4)植株C、D具有相同的基因组成，相同条件和相同发育程度的情况下，它们的性状表现相同。(5)植株D由植株A的花药壁(属于体细胞)经组织培养发育而成，属于无性生殖，不发生基因重组，故二者表现型应完全相同。
1． 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理 细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
过程
选材 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞
技术
操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合
关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂
2． 单倍体育种和突变体利用的比较
项　目 原　理 优　点 成　果
单倍体育种 染色体变异 明显缩短育种年限 单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等
突变体利用 基因突变 产生新基因，大幅度改良某些性状 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等
考点三　聚焦动物细胞培养
1． 用流程图形式写出动物细胞培养的操作流程
答案
或
2． 说出动物细胞培养的条件
(1)无菌、无毒：对培养液和所用培养用具无菌处理，添加抗生素，定期更换培养液以清除代谢产物。
(2)营养：除正常的有机和无机营养外，加入血清、血浆。
(3)适宜的温度和pH：温度为36.5±0.5_℃(哺乳动物)，pH为7.2～7.4。
(4)气体环境：含95%的空气加5%CO2的混合气体。
3． 动物细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中， 使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。
易错警示　动植物细胞培养及动物体细胞核移植的易错点
(1)植物组织培养和动物细胞培养都存在细胞的培养过程，但植物细胞可以先分裂再分化，而动物细胞不分化只分裂。
(2)区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理，然后再分瓶培养，原代培养结束，开始了传代培养。
(3)经植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同，而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同，也有部分性状与受体相同。
(4)核移植过程中供体理论上是提供细胞核，但操作过程中可以把整个体细胞注入去核的卵母细胞中去，原因是体细胞体积相对较小，取核难度较大，另外细胞膜对核融合的障碍性较小。
5． 关于动物细胞培养，下列叙述错误的是 (　　)
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至50代左右，所培育的细胞会衰老死亡
答案　D
解析　进行动物细胞培养时，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，从而使细胞分散开来。当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就会停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，制成细胞悬浮液。动物细胞培养传至50代左右，部分细胞的遗传物质可能会发生改变，并且带有癌变的特点，能在培养条件下无限制地分裂下去。
6． 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育，可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)，请结合图示回答下列问题：
(1)在进行细胞培养时，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，这个过程中需要利用____________酶处理。
(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，原因是________________
________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)在进行原代培养时，细胞增殖的方式是______________，此外，细胞增殖还表现出__________________________和接触抑制等特点。
(4)将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞细胞核的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的犊牛，但也不是100%的复制，原因最可能是____________________
____________________________________________________________________________________________________________________________。
(6)上述动物细胞工程中涉及的技术有__________________________________________
______________________________________________________________________________________________________。
转基因奶牛的克隆成功，说明了动物____________________________________________
____________________________具有全能性。
答案　(1)胰蛋白
(2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变
(3)有丝分裂　贴壁生长
(4)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞
(5)①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；②生物的性状还受环境因素的影响
(6)核移植、细胞培养、胚胎移植技术　体细胞的细胞核
解析　(1)实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分离开来。(2)传代10代以内的细胞代谢旺盛、分裂能力强，遗传物质没有发生改变，适于作核移植的供体细胞。(3)在进行原代培养时，细胞以有丝分裂的方式进行增殖，同时表现出贴壁生长和接触抑制的现象。(4)去除卵母细胞细胞核的目的是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。(5)生物的性状是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果，同时，生物的性状还受环境的影响，因此，克隆动物不可能是供体奶牛100%的复制品。(6)该克隆动物的培育过程中涉及核移植、细胞培养和胚胎移植等技术，说明了高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
植物组织培养、动物细胞培养和核移植的比较
植物组织培养 动物细胞培养 核移植
原理 植物细胞全能性 细胞增殖 动物细胞核的全能性
过程
结果 与外植体完全相同的个体 相同分化程度的细胞群 与供体基本相同的个体
关键环节 细胞的脱分化、再分化、分化 细胞分化、细胞癌变 核融合、细胞分化
应用 ②培育新品种③生产细胞产品 ①生产生物制品②基因工程③检测有毒物质 ①加速良种繁育②保护濒危物种③生产医用蛋白④提供克隆器官、组织等
考点四　聚焦动物细胞融合和单克隆抗体
1． 完善动物细胞融合的相关问题
(1)概念：指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
(3)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。
2． 用流程图形式写出单克隆抗体的制备过程
答案　
易错警示　(1)植物体细胞杂交与动物细胞融合需注意的问题：①植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对象不同，纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁，而胰蛋白酶等作用于细胞间质。②植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性，但动物杂交细胞的全能性不能表达。(2)单克隆抗体制备过程中需注意的几个问题：①灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。②除了受到注射的抗原的刺激，小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激，因此从小鼠体内取出的多个B淋巴细胞可能产生多种不同抗体，所以进行第二次筛选是非常必要的。③单克隆抗体制备过程中，进行了多次动物细胞培养的操作，说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
7． 与植物体细胞杂交相比，动物细胞融合的原理及其特有的诱导因子分别是 (　　)
A．细胞膜的流动性、离心
B．细胞膜的流动性、灭活的病毒
C．细胞的全能性、电激
D．细胞的全能性、灭活的病毒
答案　B
解析　植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合的常用诱导因子有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等，其中灭活的病毒是其特有的诱导因子。
8． 如图表示单克隆抗体的制备过程，据图回答下列问题：
(1)制备单克隆抗体的步骤：
a．将________注入小鼠体内，从小鼠脾脏中获得B淋巴细胞，若要生产预防SARS的疫苗，则应用____________感染小鼠。
b．通过图中②过程获得的细胞为____________，它除了具有无限增殖的特点外，还有哪些特征？______________________________________________________________。
c．将诱导融合后的细胞，放在________培养基的多孔培养板上培养、筛选，筛选得到的细胞中的染色体数正好是小鼠体细胞中的二倍吗？________，原因是________________________________________________________________________。
(2)单克隆抗体与一般的血清抗体相比，优点是__________________________；将该抗体制成生物导弹，则生物导弹的组成是____________________；为了便于了解生物导弹的作用部位，常要对生物导弹中的成分进行__________________________________。
(3)单克隆抗体的制备过程中需要两次筛选，请写出图中的编号和筛选目的。第一次筛选：[　]________________________________________________________________；
第二次筛选：[　]_______________________________________________________。
答案　(1) a．抗原　SARS病毒　b．骨髓瘤细胞　形态结构发生显著变化、细胞膜上糖蛋白等物质减少　c．选择　是　B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都来自同一种小鼠　(2)灵敏度高、特异性强(纯度高)　单克隆抗体＋药物　同位素标记　(3)④　筛选出杂交瘤细胞　⑥　筛选出能产生特定抗体并能大量增殖的细胞群
解析　(1)在制备单克隆抗体时，要先用抗原对小鼠进行免疫，再从小鼠体内获得相应的B淋巴细胞。如果要生产预防SARS的疫苗，则应用SARS病毒感染小鼠。图中②过程培养的是小鼠骨髓瘤细胞，其具有无限增殖等癌细胞的特征。小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，经筛选出的杂交瘤细胞中的染色体数是小鼠体细胞中的二倍。(2)单克隆抗体的优点有灵敏度高、特异性强等。生物导弹注入体内后，借助于单克隆抗体的导向作用，可将药物定向带到癌细胞的所在位置，在原位置杀死癌细胞，因此，生物导弹由单克隆抗体和药物组成；若要了解生物导弹的作用部位，可用同位素对其进行标记。(3)单克隆抗体制备过程中需进行两次筛选。第一次是诱导细胞融合后，从中筛选出杂交瘤细胞；第二次是用选择培养基，筛选出能产生特定抗体，并能大量增殖的细胞群。
1． 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
植物体细胞杂交 动物细胞融合
原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性
过程
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶
融合方法 物理法：离心、电激、振动；化学法：聚乙二醇等试剂诱导 除物理法和化学法外，还可以用灭活的病毒诱导
结果 杂种植株 杂交细胞
意义 克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
2． 单克隆抗体制备过程中的两次筛选
第一次筛选：利用特定选择培养基筛选，获得杂交瘤细胞，即AB型细胞(A为浆细胞，B为骨髓瘤细胞)，不需要A、B、AA、BB型细胞。
第二次筛选：利用多孔板法和抗原—抗体杂交法筛选，获得产生特定抗体的杂交瘤细胞。
1． (2011·上海卷，22)下列关于植物组织培养的表述，错误的是 (　　)
A．外植体可以来自于植物的任何细胞
B．培养应在无菌条件下进行
C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
答案　A
2． (2010·浙江卷，4)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 (　　)
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养
答案　D
解析　保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞；克隆培养法在培养细胞时由于所有子代细胞来自于一个亲代细胞，所以基因型一般都相同；二倍体细胞的传代培养一般传至10代后就不易传下去了；恶性细胞系的细胞具有不死性，可以进行传代培养。
3． (2011·天津卷，8)絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物，能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀，起到净化污水的作用。为进一步提高对石油污水的净化效果，将絮凝性细菌和石油降解菌融合，构建目的菌株。其流程图如下。
据图回答：
(1)溶菌酶的作用是_______________________________________________________。
(2)PEG的作用是________________________________________________________。
(3)经处理后，在再生培养基上，未融合的A、B难以生长。图中AB融合菌能生长和繁殖的原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)目的菌株的筛选：筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有________的培养基上生长的AB融合菌，选择效果最好的作为目的菌株。
(5)为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，将目的菌株进行发酵培养，定时取发酵液，加入石油污水中；同时设置________________________为对照组。经搅拌、静置各3分钟后，分别测定上层水样的石油浓度和COD值(COD值越高表示有机物污染程度越高)，计算石油去除率和COD去除率，结果如图。
(6)目的菌的种群增长曲线呈________型。在40～44小时，发酵液对石油污水的净化效果最好，其原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)分解细胞壁　(2)诱导原生质体融合
(3)两亲本失活部位不同，融合后活性部位互补
(4)石油　(5)不加发酵液的石油污水
(6)S　此期间，目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合物的含量高
解析　(1)细胞融合是两个细胞原生质体的融合，细菌细胞膜外具有细胞壁，需要用溶菌酶除去细胞壁后才能进行融合。
(2)PEG为聚乙二醇，其作用是诱导原生质体融合。
(3)未融合的A、B失活部位不同，即活性部位不同，不能在培养基上生存，而融合后细菌的活性部位可互补，因而能够存活。
(4)由题意可知，目的菌株是将絮凝性细菌和石油降解菌融合后建立的，因此该菌株既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有石油的培养基上生存。
(5)该实验的目的是探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，故需要设置不加发酵液的石油污水作为对照，从而确定目的菌株的絮凝效果。(6)非理想条件下种群数量增长曲线大多数呈“S”型。由图可知，COD去除率及石油去除率随目的菌相对数量的增加而增加，而去污效果取决于絮凝活性物质，故可判定40～44小时，发酵液净化效果最好的原因是目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合物的含量高。
4． (2010·福建卷，32)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如图。
请回答：
(1)图中①所指的是________技术。
(2)图中②所指的物质是________，③所指的物质是________。
(3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换________。
(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的________细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。
答案　(1)PCR　(2)mRNA　rhEPO　(3)培养液　(4)杂交瘤
解析　基因工程中获得大量目的基因的技术为PCR技术。cDNA是以mRNA为模板通过反转录获得的。本基因工程目的基因的表达产物为红细胞生成素，即EPO。由于天然EPO来源极为有限，一般情况下，基因工程产生的是重组人红细胞生成素(rhEPO)。培养重组CHO细胞时，为了提供适宜的培养条件，需要不断更换培养液，以防止有害代谢产物的积累对细胞自身造成的危害。单克隆抗体是通过培养杂交瘤细胞获得的。
1． 下列有关高等植物原生质体制备和培养的叙述，正确的是 (　　)
A．纤维素酶和果胶酶混合液可用于制备悬浮培养细胞的原生质体
B．原生质体由细胞膜、液泡膜及两膜之间的细胞质组成
C．从不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状相同
D．原生质体经植物组织培养不能得到再生植株
答案　A
解析　制备高等植物原生质体时要去除细胞壁，可使用纤维素酶和果胶酶混合液；成熟植物细胞的细胞膜、液胞膜及两膜之间的细胞质合称为原生质层；从不同植物组织分离得到的原生质体的大小、形状通常不同；原生质体经培养可再生出细胞壁，进一步培养可得到再生植株。
2． 下列有关植物组织培养的叙述，正确的是 (　　)
A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株
C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子
D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
答案　D
解析　愈伤组织细胞是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态的、具分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结构和功能。二倍体植株的花粉中只含一个染色体组，培养得到的个体为单倍体，高度不育，幼苗用秋水仙素处理后得到的植株才能稳定遗传。人工种子中包裹的不能是愈伤组织。用特定的选择培养基可筛选出所需要的突变体类型。
3． 某实验室做了如图所示的实验研究，下列与实验相关的叙述正确的是 (　　)
A．过程①导入的诱导基因使成纤维母细胞发生基因突变
B．过程②属于动物细胞培养过程中的原代培养
C．丙细胞既能持续分裂，又能分泌单一的抗体
D．过程③④所用的培养基中都含有聚乙二醇
答案　C
解析　过程①是将高度分化的成纤维母细胞诱导形成干细胞，属于基因重组；过程②的实质是基因的选择性表达，属于细胞分化；丙细胞是由B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后形成的，它同时具备了B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特点：既能无限增殖，又能分泌特异性抗体；过程③是动物细胞融合，可使用聚乙二醇作为诱导剂，过程④是动物细胞培养产生单克隆抗体，不需要聚乙二醇。
4． 将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的人工种子。其培育过程如图所示，请回答：
(1)人工种子依据的原理是____________，是经过____________________技术培育而成的。
(2)包埋胚状体的胶质可以看作种子的哪部分结构？_____________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果外植体为植物的茎尖，通过①的处理使细胞彼此分离，可加入________。
A．蛋白酶 B．淀粉酶
C．纤维素酶和果胶酶 D．胰蛋白酶
(4)②表示脱分化过程，其实质是__________________；③表示再分化过程，其实质是__________________。
(5)从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否都可育？________________________________________________________________________。
答案　(1)细胞的全能性　植物组织培养　(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶　(3)C　(4)使细胞恢复分裂能力　基因的选择性表达　(5)若是由花粉(或三倍体植物的营养器官)发育而来的则不可育，若是由茎尖、根尖等营养器官发育而来的则可育
解析　(1)人工种子能发育成完整的植株，说明其细胞内含有个体发育的全部遗传信息，因此依据的原理是细胞的全能性，其基因的表达需经过植物组织培养才能得以实现。(2)包埋胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可以看作种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化实质上是使细胞恢复分裂能力，而再分化就是分化，其实质是基因的选择性表达。(5)人工种子的胚状体可来自茎尖、芽尖、子房、花粉等，如果来自花粉，得到的个体是单倍体，单倍体一般高度不育。
5． 科学家用植物体细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株(如图所示)，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：
(1)在实现过程②的技术之前使用______________________酶处理细胞以除去细胞壁。
(2)在将杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是____________，其中过程④相当于____________过程，过程⑤涉及的分裂方式为____________。
(3)若番茄细胞含m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞含________条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于____________倍体植株。
答案　(1)纤维素酶和果胶　(2)细胞的全能性　脱分化　有丝分裂　(3)m＋n　单
解析　(1)植物体细胞杂交过程中应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)杂种细胞培育成为杂种植株依据的原理是细胞的全能性，杂种细胞的组织培养过程要经过脱分化和再分化过程，在植物组织培养过程中只涉及有丝分裂。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则产生的“番茄—马铃薯”细胞所含的染色体为m＋n条，属于异源四倍体。该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株无论含几个染色体组，均为单倍体。
6． 回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面____________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的____________。此时，瓶壁上形成的细胞是__________层。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是____________。
(2)随着细胞传代次数的增多，大部分细胞分裂停止，进而出现____________现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成____________细胞，该种细胞的黏着性____________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量____________。
(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂____________期的细胞在显微镜下进行观察。
(5)在细胞培养过程中，通常在____________条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中____________的活性降低，细胞____________速率降低。
答案　(1)相互接触　接触抑制　单(或一)　胰蛋白酶　(2)衰老甚至死亡　不死性　降低　减少　(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内(或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色)　(4)中　(5)冷冻(或超低温、液氮)　酶　新陈代谢
解析　(1)理解接触抑制现象。胰蛋白酶能切断细胞间蛋白质的联系使细胞分散开来。(2)这种不死性细胞即癌细胞，一般发生在50代以后。(3)细胞膜具有控制物质进出的作用，细胞死亡后，细胞膜将失去这种作用。(4)分裂中期细胞的染色体形态固定、数目清晰，最适合统计观察。(5)低温只是暂时降低酶的活性，当温度恢复至适宜时，酶的活性还能恢复。
7． 人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备的抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。如图是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图，请分析回答下列问题。
(1)制备单克隆抗体过程中要用到____________和____________技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于____________，使小鼠产生能分泌相应____________的淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的____________免疫。
(3)在细胞内DNA合成一般有两条途径。主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基喋呤可以阻断此途径。另一辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶催化合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。
①利用两条DNA合成途径的不同特点配制的HAT培养基含有多种成分，其中添加的____________成分具有筛选杂交瘤细胞的作用。
②最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是_____________________________________。
(4)此过程生产的单克隆抗体可以与__________________________________特异性结合，从而诊断早孕。
答案　(1)动物细胞培养　动物细胞融合　(2)抗原　抗体　体液　(3)①氨基喋呤　②能无限增殖并分泌特异性抗体
(4)人绒毛膜促性腺激素(或HCG)
解析　制备单克隆抗体要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。给小鼠注射的HCG相当于抗原，小鼠进行体液免疫，可产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞。在培养基中加入氨基喋呤，可阻断细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA的过程，从而抑制DNA通过此途径进行复制，因此用此种培养基进行筛选时，培养基中的骨髓瘤细胞的DNA复制过程被阻断，骨髓瘤细胞不能生长，而受抗原刺激后的B淋巴细胞也不能增殖，则筛选出来的就都是杂交瘤细胞。

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