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第3课时　植物细胞工程
课标要求　1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
考点一　植物组织培养技术
1．细胞工程的概念
原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学
操作水平 ________、细胞或________水平
目的 获得特定的________________________或其产品
分类 植物细胞工程和动物细胞工程
2.植物细胞的全能性
定义 细胞经分裂和分化后，仍然具有 或 的潜能
原因 生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的________
大小比较 (1)受精卵>生殖细胞>体细胞；(2)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞；(3)植物细胞>动物细胞
体现 利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株
未表现及 原因
表现条件 离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH
3.植物组织培养技术
(1)概念：将离体的________________________等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成________________的技术。
(2)理论基础：植物细胞的________。
(3)基本过程
―→
①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的__________，转变成________的细胞，进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织：脱分化产生的____________团块。
③再分化：愈伤组织重新分化成________等器官的过程。
(4)探究实践——菊花的组织培养
源于选择性必修3 P116“附录1”：
(1)诱导菊花________________的培养基：在MS培养基中加入BA(苄基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。
(2)诱导菊花________的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。
(3)诱导菊花________的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。
观察菊花的组织培养流程图，探究以下问题：
(1)选用菊花的外植体时，一般选用形成层细胞或组织块，其原因是什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
1．下列关于细胞全能性的叙述，不正确的是(　　)
A．乳腺癌细胞易于进行离体培养，说明其全能性比较高
B．细胞具有全能性是因为细胞内含有发育所需的全套遗传物质
C．离体的植物体活细胞，需要借助某些因子的作用使其表达出全能性
D．植物细胞具有全能性，而其他生物体细胞一般不具有全能性
2. (多选)(2023·江苏南通高三期末) SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述错误的是(　　)
植物细胞(二倍体)新细胞愈伤组织胚状体―→新品种
A．①过程中最常用的方法是采用Ca2＋处理法将SOD基因导入植物细胞
B．②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成
C．③表示再分化过程，无需严格的无菌操作
D．该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性
归纳总结　植物组织培养过程中应注意的问题
(1)接种时注意外植体的方向，应将外植体的形态学下端插入培养基，不能倒插。
(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。
(3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要一定量的光照。
(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。
(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照、闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。
考点二　植物体细胞杂交技术
1．过程
(1)过程①为去除________获得原生质体，用到的酶是________________和________。
(2)过程②为________________的融合，人工诱导的物理法包括________________、________等，化学法包括________________、高Ca2＋—高pH融合法等。
(3)过程③为融合的原生质体再生出________，这是原生质体融合成功的标志。
(4)过程④为________，过程⑤为________。
2．概念
植物体细胞杂交是指将__________________的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成______________的技术。
3．意义
植物体细胞杂交技术在打破______________，实现________杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
4．实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。
5．局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。
不同物种之间存在着天然的生殖隔离，利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。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。
1．植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的理论基础分别是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种融合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．二倍体番茄和二倍体马铃薯细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组，是几倍体？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
4．从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点？从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类型？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．疣粒野生稻(2n＝24)对白叶枯病的抗性持久而且稳定，是理想的抗病育种材料。为了充分利用疣粒野生稻资源，通过采用疣粒野生稻和栽培稻(2n＝24)体细胞杂交的方法获得后代，从而实现疣粒野生稻遗传物质向栽培稻转移。下列相关叙述错误的是(　　)
A．疣粒野生稻和栽培稻之间存在生殖隔离，自然条件下不能进行基因交流
B．两种水稻细胞经酶解去壁、诱导融合后可通过观察染色体数目筛选出杂种细胞
C．杂种水稻的组织培养过程需要更换培养基，提高生长素的比例有利于根的分化
D．经组织培养获得的杂种幼苗，一般需要经过由无菌到有菌的炼苗过程才能用于生产实践
4．玉米(2n＝20)和水稻(2n＝24)均为二倍体植物，某实验小组拟用体细胞杂交技术培育富含β 胡萝卜素的“黄金大米”植株，过程设计如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B．过程②中常用PEG诱导原生质体融合
C．“黄金大米”植株染色体数目为22
D．该技术体现了植物细胞具有全能性
归纳总结　植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
考点三　植物细胞工程的应用
1．植物繁殖的新途径
2．作物新品种的培育
项目 单倍体育种 突变体的利用
原理 染色体变异 基因突变
优点 明显缩短育种年限 产生新基因，大幅度改良某些性状
过程
3.细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物
①概念：不是植物基本的生命活动所________的产物，是一类小分子有机化合物。
②种类：酚类、萜类和含氮化合物等。
(2)生产的技术手段：______________________技术。
(3)优点：________________。
(4)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现了工厂化生产。
源于选择性必修3 P41“相关信息”：初生代谢是生物生长和生存所________的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着；次生代谢________生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。观察图示回答相关问题：
(1)完善细胞产物工厂化生产的流程：
(2)要提取细胞产物应培养到什么阶段？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
5．(2023·江苏宿迁高三模拟)植物组织培养技术可以实现优良品种的快速繁殖，下列有关叙述错误的是(　　)
A．用药剂对外植体消毒时，要兼顾消毒效果和植物的耐受性
B．光照会抑制愈伤组织的形成，植物组织培养全过程均需避光进行
C．植物组织培养使用的MS培养基中并不都需添加植物激素
D．制备脱毒种苗时，脱毒苗比率与剥离的茎尖大小密切相关
6．(多选)下图所示为利用体细胞诱变技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述错误的是(　　)
A．该育种过程所依据的原理有基因突变和植物细胞的全能性
B．为了充分利用营养物质，培养白三叶草组织细胞的培养基为液体培养基
C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同
D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂
归纳总结　植物体细胞杂交后的遗传物质分析
(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组
①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。
②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。
1．(2022·浙江6月选考，23改编)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　　)
A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
D．再生植株需去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田
2．(2021·江苏，5)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
3．(2019·江苏，20)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(　　)
A．过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中
B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D．原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
4．(多选)(2018·江苏，22)如图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分化再诱导融合
B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C．c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性有关
D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
1．判断关于细胞全能性和植物组织培养的叙述
(1)一般情况下，分化程度越高的细胞其全能性越低(　　)
(2)无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照(　　)
(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(　　)
(4)常选用胡萝卜根的形成层进行组织培养(　　)
(5)植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的比值始终不变(　　)
(6)植物组织培养过程中所用器械需要进行消毒处理(　　)
2．判断关于植物体细胞杂交的叙述
(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合(　　)
(2)形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程(　　)
(3)细胞融合时不只形成杂种细胞，还形成同种细胞融合的细胞(　　)
(4)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性(　　)
3．判断关于植物细胞工程应用的叙述
(1)利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种(　　)
(2)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(　　)
(3)利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种(　　)
(4)单倍体育种是通过培养花药或花粉获得植株的育种方法(　　)
(5)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P31)细胞工程：____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)(选择性必修3 P35)脱分化：______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)(选择性必修3 P35)再分化：______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)(选择性必修3 P34)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为在___________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(5)(选择性必修3 P35)植物组织培养是________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(6)(选择性必修3 P37)在进行植物体细胞杂交之前，必须先用__________________________去除细胞壁。
(7)(选择性必修3 P38)植物体细胞杂交技术在打破________________，实现______________育种，培育________________等方面展示出独特的优势。
(8)(选择性必修3 P41)植物细胞培养是指______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第3课时　植物细胞工程
课标要求　1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
考点一　植物组织培养技术
1．细胞工程的概念
原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学
操作水平 细胞器、细胞或组织水平
目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
分类 植物细胞工程和动物细胞工程
2.植物细胞的全能性
定义 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
原因 生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因
大小比较 (1)受精卵>生殖细胞>体细胞；(2)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞；(3)植物细胞>动物细胞
体现 利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株
未表现及
原因
表现条件 离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH
3.植物组织培养技术
(1)概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
(2)理论基础：植物细胞的全能性。
(3)基本过程
―→
①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织：脱分化产生的不定形的薄壁组织团块。
③再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
(4)探究实践——菊花的组织培养
源于选择性必修3 P116“附录1”：
(1)诱导菊花愈伤组织的培养基：在MS培养基中加入BA(苄基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。
(2)诱导菊花生芽的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。
(3)诱导菊花生根的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。
观察菊花的组织培养流程图，探究以下问题：
(1)选用菊花的外植体时，一般选用形成层细胞或组织块，其原因是什么？
提示　形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花全能性低，不易培养成完整植株。
(2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？
提示　植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。
(3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作？
提示　培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡。
1．下列关于细胞全能性的叙述，不正确的是(　　)
A．乳腺癌细胞易于进行离体培养，说明其全能性比较高
B．细胞具有全能性是因为细胞内含有发育所需的全套遗传物质
C．离体的植物体活细胞，需要借助某些因子的作用使其表达出全能性
D．植物细胞具有全能性，而其他生物体细胞一般不具有全能性
答案　A
解析　乳腺癌细胞易于进行离体培养，但没有产生完整有机体或分化成其他各种细胞，没有体现全能性，A错误。
2.(多选)(2023·江苏南通高三期末)SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述错误的是(　　)
植物细胞(二倍体)新细胞愈伤组织胚状体―→新品种
A．①过程中最常用的方法是采用Ca2＋处理法将SOD基因导入植物细胞
B．②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成
C．③表示再分化过程，无需严格的无菌操作
D．该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性
答案　ABC
解析　①过程中最常用的方法是采用农杆菌转化法将SOD基因导入植物细胞，A错误；②表示脱分化过程，不需要在光照条件下进行，B错误；②、③分别表示脱分化、再分化过程，均需要在严格的无菌条件下完成，C错误；该育种方式利用了细胞工程和基因工程，从植物细胞培育成植物个体，能体现细胞的全能性，D正确。
归纳总结　植物组织培养过程中应注意的问题
(1)接种时注意外植体的方向，应将外植体的形态学下端插入培养基，不能倒插。
(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。
(3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要一定量的光照。
(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。
(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照、闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。
考点二　植物体细胞杂交技术
1．过程
(1)过程①为去除细胞壁获得原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
(2)过程②为原生质体的融合，人工诱导的物理法包括电融合法、离心法等，化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。
(3)过程③为融合的原生质体再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。
(4)过程④为脱分化，过程⑤为再分化。
2．概念
植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
3．意义
植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
4．实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。
5．局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。
不同物种之间存在着天然的生殖隔离，利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。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。
1．植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的理论基础分别是什么？
提示　细胞膜的流动性；植物细胞的全能性。
2．将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种融合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？
提示　3种：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙。
3．二倍体番茄和二倍体马铃薯细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组，是几倍体？
提示　有四个染色体组；是四倍体。
4．从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点？从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类型？
提示　遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状；从染色体组成上看属于染色体数目变异。
3．疣粒野生稻(2n＝24)对白叶枯病的抗性持久而且稳定，是理想的抗病育种材料。为了充分利用疣粒野生稻资源，通过采用疣粒野生稻和栽培稻(2n＝24)体细胞杂交的方法获得后代，从而实现疣粒野生稻遗传物质向栽培稻转移。下列相关叙述错误的是(　　)
A．疣粒野生稻和栽培稻之间存在生殖隔离，自然条件下不能进行基因交流
B．两种水稻细胞经酶解去壁、诱导融合后可通过观察染色体数目筛选出杂种细胞
C．杂种水稻的组织培养过程需要更换培养基，提高生长素的比例有利于根的分化
D．经组织培养获得的杂种幼苗，一般需要经过由无菌到有菌的炼苗过程才能用于生产实践
答案　B
解析　两种水稻细胞融合后的不同种类细胞中的染色体数目相同，故不能通过观察染色体数目筛选出杂种细胞，需要观察染色体形态，B错误。
4．玉米(2n＝20)和水稻(2n＝24)均为二倍体植物，某实验小组拟用体细胞杂交技术培育富含β-胡萝卜素的“黄金大米”植株，过程设计如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B．过程②中常用PEG诱导原生质体融合
C．“黄金大米”植株染色体数目为22
D．该技术体现了植物细胞具有全能性
答案　C
解析　过程①是获得原生质体，需去除植物的细胞壁(主要由纤维素和果胶组成)，因此需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A正确；过程②中常用PEG诱导原生质体融合，是一种化学诱导法，B正确；“黄金大米”植株是两种植株的融合体，染色体数目为44，C错误；该技术将杂种细胞培育成“黄金大米”植株，体现了植物细胞具有全能性，D正确。
归纳总结　植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
考点三　植物细胞工程的应用
1．植物繁殖的新途径
2．作物新品种的培育
项目 单倍体育种 突变体的利用
原理 染色体变异 基因突变
优点 明显缩短育种年限 产生新基因，大幅度改良某些性状
过程
3.细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物
①概念：不是植物基本的生命活动所必需的产物，是一类小分子有机化合物。
②种类：酚类、萜类和含氮化合物等。
(2)生产的技术手段：植物细胞培养技术。
(3)优点：生产速度快。
(4)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现了工厂化生产。
源于选择性必修3 P41“相关信息”：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着；次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。观察图示回答相关问题：
(1)完善细胞产物工厂化生产的流程：
(2)要提取细胞产物应培养到什么阶段？
提示　若要提取细胞产物，应培养到愈伤组织阶段。
5．(2023·江苏宿迁高三模拟)植物组织培养技术可以实现优良品种的快速繁殖，下列有关叙述错误的是(　　)
A．用药剂对外植体消毒时，要兼顾消毒效果和植物的耐受性
B．光照会抑制愈伤组织的形成，植物组织培养全过程均需避光进行
C．植物组织培养使用的MS培养基中并不都需添加植物激素
D．制备脱毒种苗时，脱毒苗比率与剥离的茎尖大小密切相关
答案　B
6．(多选)下图所示为利用体细胞诱变技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述错误的是(　　)
A．该育种过程所依据的原理有基因突变和植物细胞的全能性
B．为了充分利用营养物质，培养白三叶草组织细胞的培养基为液体培养基
C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同
D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂
答案　BC
解析　该过程应用了植物组织培养技术，应用的是固体培养基，B项错误；白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同，但由于细胞分化，基因的选择性表达，RNA种类不同，C项错误。
归纳总结　植物体细胞杂交后的遗传物质分析
(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组
①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。
②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。
1．(2022·浙江6月选考，23改编)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　　)
A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
D．再生植株需去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田
答案　D
解析　自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠处理，最后再用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误。
2．(2021·江苏，5)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
答案　D
解析　植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌，A正确；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根，C正确；用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异，D错误。
3．(2019·江苏，20)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(　　)
A．过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中
B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D．原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
答案　D
解析　过程①是制备原生质体，获得的原生质体若悬浮在30%的蔗糖溶液中会导致原生质体失水皱缩甚至死亡，A项错误；过程②为再分化过程，需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化，B项错误；秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，以诱导染色体数目加倍，且愈伤组织细胞已经具备细胞壁，故过程③不需要用秋水仙素处理，C项错误；原生质体虽无细胞壁，但含有细胞核等结构，即含有个体发育所需的全部遗传信息，故原生质体仍保持细胞的全能性，D项正确。
4．(多选)(2018·江苏，22)如图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分化再诱导融合
B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C．c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性有关
D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
答案　BC
解析　若a细胞和b细胞是植物细胞，应先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导融合，A错误；融合后的c细胞中的基因进行选择性表达，只能表达a、b两细胞中的部分基因，D错误。
1．判断关于细胞全能性和植物组织培养的叙述
(1)一般情况下，分化程度越高的细胞其全能性越低(　√　)
(2)无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照(　×　)
(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(　×　)
(4)常选用胡萝卜根的形成层进行组织培养(　√　)
(5)植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的比值始终不变(　×　)
(6)植物组织培养过程中所用器械需要进行消毒处理(　×　)
2．判断关于植物体细胞杂交的叙述
(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合(　×　)
(2)形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程(　×　)
(3)细胞融合时不只形成杂种细胞，还形成同种细胞融合的细胞(　√　)
(4)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性(　×　)
3．判断关于植物细胞工程应用的叙述
(1)利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种(　×　)
(2)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(　×　)
(3)利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种(　×　)
(4)单倍体育种是通过培养花药或花粉获得植株的育种方法(　×　)
(5)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性(　√　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P31)细胞工程：指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
(2)(选择性必修3 P35)脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。
(3)(选择性必修3 P35)再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
(4)(选择性必修3 P34)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。
(5)(选择性必修3 P35)植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
(6)(选择性必修3 P37)在进行植物体细胞杂交之前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
(7)(选择性必修3 P38)植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
(8)(选择性必修3 P41)植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。第6课时　基因工程的基本工具和基本操作程序
课标要求　1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。3.按照实验操作步骤，进行DNA的粗提取与鉴定实验。4.利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。
考点一　重组DNA技术的基本工具
1．基因工程的概念
别名 ________技术
操作环境 生物体外
操作对象
操作水平 ________水平
结果 创造出更符合人们需要的新的________________和________________
2.基因工程的诞生和发展
(1)肺炎链球菌转化实验不仅证明DNA是遗传物质，还证明了DNA可在同种生物不同个体之间________。
(2)DNA双螺旋结构的提出和______________的证明。
(3)中心法则的确立。
(4)________________的破译。
(5)基因转移载体和________________________________的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
(6)________体外重组的实现。
(7)重组DNA表达实验的成功。
(8)DNA测序和合成技术的发明。
(9)________技术的发明。
(10)________________技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
3．重组DNA技术的基本工具
(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)
(2)DNA连接酶
(3)载体
(1)源于选择性必修3 P71“旁栏思考”：①原核生物中存在限制酶的意义是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
②限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)源于选择性必修3 P72“旁栏思考”：DNA连接酶和DNA聚合酶________(填“是”或“不是”)一回事。原因是①DNA连接酶连接的是________________，而DNA聚合酶是把单个的______________连接到已有的DNA片段上。②________________起作用时需要以一条DNA链为模板，而________________不需要模板。
延伸应用　图解限制酶的选择原则
(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。
(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。
构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是，限制性内切核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是，根据图示分析回答下列问题：
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的过程。
(2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶？请说明理由。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断，下列说法错误的是(　　)
限制酶名称 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点
BamHⅠ G↓GATCC KpnⅠ GGTAC↓C
EcoRⅠ C↓AATTC Sau3AⅠ ↓GATC
HindⅡ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG
注：Y为C或T，R为A或G。
A．HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端
B．Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C．BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
2．质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是(　　)
A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子
B．在所有的质粒上都能找到一个或多个限制酶切割位点
C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制
D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择
归纳提升　与DNA有关的几种酶的比较
考点二　基因工程的基本操作程序
1．目的基因的筛选与获取
(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞_______________或获得预期________________等的基因。
(2)筛选合适的目的基因
①从相关的已知________________________的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
②利用________________和序列比对工具进行筛选。
(3)目的基因的获取
①人工合成目的基因。
②PCR________和扩增目的基因
a．PCR(聚合酶链式反应)：是一项根据________________的原理，在体外提供参与DNA复制的各种________与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行________________的技术。
b．PCR反应的条件：一定的______________、DNA模板、2种______________、4种________________、________________DNA聚合酶，以及能自动调控__________的仪器。
c．PCR扩增的过程
d．PCR产物的鉴定：常采用________________来鉴定。
③通过构建____________来获取目的基因。
(1)源于选择性必修3 P77“相关信息”：Bt抗虫蛋白基因产生的Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈________，肠道细胞也无特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生危害。
(2)源于选择性必修3 P77“相关信息”： 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的________________。
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________________________________，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)基因表达载体的组成及作用
(3)构建过程
提醒　启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子
本质 DNA DNA mRNA mRNA
位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端
功能 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(不编码氨基酸)
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、___________ 显微注射法 ____处理法
受体细胞 原核细胞
转化过程 将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体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→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入
辨析　(1)转化：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。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。
(2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入受体细胞。
4．目的基因的检测与鉴定
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题：
(1)什么是引物？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)PCR技术为什么需要引物？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)利用PCR技术扩增目的基因时需要两种引物，原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(4)在PCR扩增目的基因之前，需先设计引物，对设计的两种引物之间的碱基序列的要求是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(5)为检测胚乳细胞中Wx基因是否表达，科研人员提取胚乳中的总RNA，经逆转录过程获得总cDNA，通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA，原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？第n轮循环需要消耗多少个引物数？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．(多选)(2023·江苏南京高三模拟)大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译
B．单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因重组
C．第二轮PCR所用的引物都是第一轮PCR产物DNA的两条链
D．利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程
4．下图表示培育转基因抗植物病毒番茄的过程示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．过程A需要限制酶和DNA聚合酶的参与
B．过程B需要用CaCl2处理，以提高番茄细胞细胞壁的通透性
C．抗植物病毒基因一旦整合到番茄细胞的染色体上，就能正常表达
D．转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过抗病毒接种实验进行鉴定
归纳提升　(1)PCR技术和DNA复制的比较
(2)PCR扩增过程中的循环图示与规律
循环次数 1 2 3 n
DNA分子数 2 4 8 2n
含引物A(或B)的DNA分子数 1 3 7 2n－1
同时含引物A、B的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2
共消耗的引物数量 2＝21＋1－2 6＝22＋1－2 14＝23＋1－2 2n＋1－2
考点三　DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定
1．DNA的粗提取与鉴定
(1)基本原理
(2)操作流程
注意　加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。
2．DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
①PCR原理：利用了________________原理。
②电泳：DNA分子具有可解离的基团，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷______的电极移动，这个过程就是电泳。
③PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的________________等有关。
(2)PCR实验操作步骤
(3)DNA的电泳鉴定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为______的紫外灯下被检测出来。
1．在“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验中，防止DNA被污染的操作有哪些？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．如何来评价扩增的效果？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
5．(2023·江苏苏州高三期末)下列以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是(　　)
A．洋葱研磨液需要用滤纸过滤，以保证提取的DNA量
B．滤液中加入冷酒精后，用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加
C．向含DNA的滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质
D．用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化
6．(多选)下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
A．选用植物细胞提取DNA时需先研磨破碎细胞
B．图2所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显
C．图1所示操作的原理是DNA能溶于酒精，而蛋白质等杂质不溶
D．图2试管1的作用是证明物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色
1．(2021·湖北，16)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生，以下措施中有效的是(　　)
A．增加模板DNA的量 B．延长热变性的时间
C．延长延伸的时间 D．提高复性的温度
2．(2019·江苏，10)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述，错误的是(　　)
A．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B．DNA析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C．预冷的酒精可用来进一步纯化粗提的DNA
D．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
3．(2020·北京，12)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是(　　)
A．①＋③ B．①＋②
C．③＋② D．③＋④
4. (2022·江苏，24)纤毛是广泛存在的细胞表面结构，功能异常可引起多种疾病。因此，研究纤毛形成的作用机制具有重要意义。请回答下列问题：
(1)纤毛结构如图Ⅰ所示，由细胞膜延伸形成的纤毛膜主要由________________组成。基体由中心体转变而来，中心体在有丝分裂中的功能是_____________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)某病人肾小管上皮细胞纤毛异常，为了分析纤毛相关基因X是否发生了变异，对基因X进行了PCR扩增与产物测序。从细胞样品中分离DNA时，可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合的DNA分离出来，溶液中添加NaCl至2.0 mol/L的目的是______________________
_______________________________________________________________________________。
PCR扩增时，需在____________________催化下，在引物__________端进行DNA链的延伸，获得扩增产物用于测序。
(3)为研究蛋白质X在细胞中的定位，构建绿色荧光蛋白GFP与X的融合蛋白，融合蛋白具有绿色荧光，可示其在细胞内位置。将X－GFP基因融合片段M导入如图Ⅱ所示载体质粒Y，构建Y－M重组质粒(在EcoRV位点插入片段)。请完成下表。
分步实验目标 简易操作、结果、分析
PCR鉴定正向重组质粒Y－M(图Ⅱ中融合片段M中有白色的箭头，代表方向) ①选择图Ⅱ引物__________； ②PCR目的产物约为__________bp
确保M及连接处序列正确，Y－M的连接处上游含有Hind Ⅲ＋EcoR V的识别序列，下游含有EcoR V＋BamH Ⅰ的识别序列 ③质粒测序，图Ⅲ中正确的是__________(选填序列编号)
检测融合蛋白定位 ④对照质粒Y－GFP(仅表达GFP)与实验质粒Y－M分别导入细胞，发现对照组整个细胞均有绿色荧光，而实验组荧光集中在纤毛基部，说明__________________________________ ______________________________________
(4)为研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化，采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA，经______________形成cDNA作为模板，PCR扩增结果显示，在总cDNA模板量相等的条件下，健康人Ct值为15，而病人Ct值为20(Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数)。从理论上估算，在PCR扩增20个循环的产物中，健康人样品的目的产物大约是病人的__________倍。
1．判断关于基因工程的基本工具的叙述
(1)限制酶只能用于切割目的基因(　　)
(2)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列(　　)
(3)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶(　　)
(4)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因(　　)
2．判断关于基因工程的基本操作程序的叙述
(1)根据不同的需要，目的基因是不同的，但都是能编码蛋白质的基因(　　)
(2)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制(　　)
(3)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原点(　　)
(4)PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA聚合酶催化不同的反应(　　)
3．判断关于DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定的叙述
(1)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件下储存(　　)
(2)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关(　　)
(3)为了节约资源，移液器上的枪头在实验过程中不必更换(　　)
(4)DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，遇甲紫会呈现红色(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P67)基因工程：___________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链DNA分子的________________序列，并且使每一条链中特定部位的______________________断开。
(3)(选择性必修3 P72)载体上有特殊的标记基因，便于________________________________。
(4)(选择性必修3 P77)PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供______________、________________、4种________________和耐高温的________________。
(5)(选择性必修3 P80)基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，还必须含有________________等。
(6)(选择性必修3 P81)转化：_______________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第6课时　基因工程的基本工具和基本操作程序
课标要求　1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。3.按照实验操作步骤，进行DNA的粗提取与鉴定实验。4.利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。
考点一　重组DNA技术的基本工具
1．基因工程的概念
别名 重组DNA技术
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
结果 创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品
2.基因工程的诞生和发展
(1)肺炎链球菌转化实验不仅证明DNA是遗传物质，还证明了DNA可在同种生物不同个体之间转移。
(2)DNA双螺旋结构的提出和半保留复制的证明。
(3)中心法则的确立。
(4)遗传密码的破译。
(5)基因转移载体和限制酶、DNA连接酶和逆转录酶的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
(6)DNA体外重组的实现。
(7)重组DNA表达实验的成功。
(8)DNA测序和合成技术的发明。
(9)PCR技术的发明。
(10)基因组编辑技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
3．重组DNA技术的基本工具
(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)
(2)DNA连接酶
(3)载体
(1)源于选择性必修3 P71“旁栏思考”：①原核生物中存在限制酶的意义是什么？
提示　原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。
②限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？
提示　原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
(2)源于选择性必修3 P72“旁栏思考”：DNA连接酶和DNA聚合酶不是(填“是”或“不是”)一回事。原因是①DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。②DNA聚合酶起作用时需要以一条DNA链为模板，而DNA连接酶不需要模板。
延伸应用　图解限制酶的选择原则
(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。
(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。
构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是，限制性内切核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是，根据图示分析回答下列问题：
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的过程。
提示　限制性内切核酸酶Ⅰ：
限制性内切核酸酶Ⅱ：
(2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶？请说明理由。
提示　用限制酶Ⅱ切割目的基因，用限制酶Ⅰ切割质粒。
限制酶Ⅰ的识别序列包含限制酶Ⅱ的识别序列，因此限制酶Ⅱ也可切割限制酶Ⅰ的位点，故使用限制酶Ⅱ时，可在目的基因两端同时作切割，从而切出“目的基因”，但若使用限制酶Ⅱ切割质粒，会同时破坏质粒中的两个“标记基因”，故只能使用限制酶Ⅰ切割质粒。
1．下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断，下列说法错误的是(　　)
限制酶名称　 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点
BamHⅠ G↓GATCC KpnⅠ GGTAC↓C
EcoRⅠ C↓AATTC Sau3AⅠ ↓GATC
HindⅡ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG
注：Y为C或T，R为A或G。
A．HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端
B．Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C．BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
答案　D
解析　HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶沿着中轴线切口切开，切割后形成平末端，A正确；Sau3AⅠ限制酶识别GATC序列，切割位点在识别序列的外部，B正确；BamHⅠ限制酶识别GGATCC序列，Sau3AⅠ限制酶识别GATC序列，切割后形成相同的黏性末端GATC，C正确；HindⅡ能识别GTCAAC，也能识别GTTAAC，D错误。
2．质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是(　　)
A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子
B．在所有的质粒上都能找到一个或多个限制酶切割位点
C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制
D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择
答案　D
解析　质粒不只分布于原核生物中，在真核生物——酵母菌细胞内也有分布；并不是所有的质粒上都有限制酶的切割位点，从而成为合适的运载目的基因的工具；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制。
归纳提升　与DNA有关的几种酶的比较
考点二　基因工程的基本操作程序
1．目的基因的筛选与获取
(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
(2)筛选合适的目的基因
①从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
②利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。
(3)目的基因的获取
①人工合成目的基因。
②PCR获取和扩增目的基因
a．PCR(聚合酶链式反应)：是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
b．PCR反应的条件：一定的缓冲溶液、DNA模板、2种引物、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶，以及能自动调控温度的仪器。
c．PCR扩增的过程
d．PCR产物的鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
③通过构建基因文库来获取目的基因。
(1)源于选择性必修3 P77“相关信息”：Bt抗虫蛋白基因产生的Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也无特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生危害。
(2)源于选择性必修3 P77“相关信息”：真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
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)基因表达载体的组成及作用
(3)构建过程
提醒　启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子
本质 DNA DNA mRNA mRNA
位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端
功能 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(不编码氨基酸)
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、花粉管通道法 显微注射法 Ca2＋处理法
受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞
转化过程 将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体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→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入
辨析　(1)转化：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。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。
(2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入受体细胞。
4．目的基因的检测与鉴定
PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题：
(1)什么是引物？
提示　引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。
(2)PCR技术为什么需要引物？
提示　DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。
(3)利用PCR技术扩增目的基因时需要两种引物，原因是什么？
提示　目的基因的两条反向平行的链都作为模板，其碱基序列不同。
(4)在PCR扩增目的基因之前，需先设计引物，对设计的两种引物之间的碱基序列的要求是什么？
提示　两种引物之间不能互补配对。
(5)为检测胚乳细胞中Wx基因是否表达，科研人员提取胚乳中的总RNA，经逆转录过程获得总cDNA，通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA，原因是什么？
提示　引物是依据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)。
(6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？第n轮循环需要消耗多少个引物数？
提示　经过n轮循环需要消耗引物数为(2n＋1－2)个，第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。
3．(多选)(2023·江苏南京高三模拟)大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译
B．单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因重组
C．第二轮PCR所用的引物都是第一轮PCR产物DNA的两条链
D．利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程
答案　BC
解析　单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因突变，B错误；除了第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需加入的引物是另一种侧翼引物，以便进行另一条链的延伸，C错误；蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程，D正确。
4．下图表示培育转基因抗植物病毒番茄的过程示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．过程A需要限制酶和DNA聚合酶的参与
B．过程B需要用CaCl2处理，以提高番茄细胞细胞壁的通透性
C．抗植物病毒基因一旦整合到番茄细胞的染色体上，就能正常表达
D．转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过抗病毒接种实验进行鉴定
答案　D
解析　题图中过程A为构建基因表达载体，需要用到限制酶和DNA连接酶，不需要DNA聚合酶，A错误；CaCl2处理只是提高农杆菌细胞细胞膜的通透性，B错误；抗植物病毒基因整合到番茄细胞的染色体上，不一定能表达，C错误；转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过接种特定病毒，观察番茄是否被感染来进行鉴定，D正确。
归纳提升　(1)PCR技术和DNA复制的比较
(2)PCR扩增过程中的循环图示与规律
循环次数 1 2 3 n
DNA分子数 2 4 8 2n
含引物A(或B)的DNA分子数 1 3 7 2n－1
同时含引物A、B的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2
共消耗的引物数量 2＝21＋1－2 6＝22＋1－2 14＝23＋1－2 2n＋1－2
考点三　DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定
1．DNA的粗提取与鉴定
(1)基本原理
(2)操作流程
注意　加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。
2．DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
①PCR原理：利用了DNA的热变性原理。
②电泳：DNA分子具有可解离的基团，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。
③PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。
(2)PCR实验操作步骤
(3)DNA的电泳鉴定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300_nm的紫外灯下被检测出来。
1．在“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验中，防止DNA被污染的操作有哪些？
提示　(1)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。(2)在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。(3)在进行操作时，一定要戴好一次性手套。
2．如何来评价扩增的效果？
提示　观察DNA带的分布及粗细程度来评价扩增的效果。
5．(2023·江苏苏州高三期末)下列以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是(　　)
A．洋葱研磨液需要用滤纸过滤，以保证提取的DNA量
B．滤液中加入冷酒精后，用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加
C．向含DNA的滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质
D．用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化
答案　D
解析　洋葱研磨液要用纱布过滤，A错误；DNA在冷酒精中的溶解度很低，蛋白质在冷酒精中的溶解度较高，故可以利用DNA不溶于冷酒精的原理，提纯DNA，但提取量不变，B错误；向含DNA的滤液中加入预冷的酒精溶液有利于去除杂质，加入2 mol/L的NaCl溶液是溶解粗提取的DNA，C错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热，冷却后再观察颜色变化，D正确。
6．(多选)下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
A．选用植物细胞提取DNA时需先研磨破碎细胞
B．图2所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显
C．图1所示操作的原理是DNA能溶于酒精，而蛋白质等杂质不溶
D．图2试管1的作用是证明物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色
答案　AB
解析　图2所示实验的试管中溶液的液面高于烧杯中的液面，可能导致加热不充分，试管2中蓝色变化不明显，B正确；图2试管1起对照作用，目的是证明沸水浴下物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂不会出现蓝色，而DNA遇二苯胺试剂出现蓝色，D错误。
1．(2021·湖北，16)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生，以下措施中有效的是(　　)
A．增加模板DNA的量 B．延长热变性的时间
C．延长延伸的时间 D．提高复性的温度
答案　D
解析　增加模板DNA的量可以提高反应速度，但不能有效减少非特异性条带，A错误；延长热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性、延伸过程，但对于延伸中的配对影响不大，故不能有效减少反应非特异性条带的产生，B、C错误。
2．(2019·江苏，10)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述，错误的是(　　)
A．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B．DNA析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C．预冷的酒精可用来进一步纯化粗提的DNA
D．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
答案　A
解析　哺乳动物(如兔)成熟的红细胞中无细胞核和众多细胞器，不能提取到DNA，故兔血不宜作为该实验的实验材料，A错误；为防止DNA断裂，在DNA析出过程中搅拌操作要轻柔且沿着一个方向，B正确；DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液，预冷的酒精溶液可用来进一步纯化粗提的DNA，C正确；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺呈现蓝色，因此，用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热，D正确。
3．(2020·北京，12)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是(　　)
A．①＋③ B．①＋②
C．③＋② D．③＋④
答案　B
解析　引物①扩增的片段含有启动子和HMA3基因，引物③扩增的片段不含启动子，引物②扩增的片段既含有启动子，又含有HMA3基因序列。图示中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因和高效启动子，需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3基因序列，应选择的引物组合是①＋②，B正确。
4.(2022·江苏，24)纤毛是广泛存在的细胞表面结构，功能异常可引起多种疾病。因此，研究纤毛形成的作用机制具有重要意义。请回答下列问题：
(1)纤毛结构如图Ⅰ所示，由细胞膜延伸形成的纤毛膜主要由________________组成。基体由中心体转变而来，中心体在有丝分裂中的功能是______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)某病人肾小管上皮细胞纤毛异常，为了分析纤毛相关基因X是否发生了变异，对基因X进行了PCR扩增与产物测序。从细胞样品中分离DNA时，可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合的DNA分离出来，溶液中添加NaCl至2.0 mol/L的目的是_______________________。PCR扩增时，需在______________催化下，在引物__________端进行DNA链的延伸，获得扩增产物用于测序。
(3)为研究蛋白质X在细胞中的定位，构建绿色荧光蛋白GFP与X的融合蛋白，融合蛋白具有绿色荧光，可示其在细胞内位置。将X－GFP基因融合片段M导入如图Ⅱ所示载体质粒Y，构建Y－M重组质粒(在EcoRV位点插入片段)。请完成下表。
分步实验目标 简易操作、结果、分析
PCR鉴定正向重组质粒Y－M(图Ⅱ中融合片段M中有白色的箭头，代表方向) ①选择图Ⅱ引物__________；
②PCR目的产物约为__________bp
确保M及连接处序列正确，Y－M的连接处上游含有Hind Ⅲ＋EcoR V的识别序列，下游含有EcoR V＋BamH Ⅰ的识别序列 ③质粒测序，图Ⅲ中正确的是__________(选填序列编号)
检测融合蛋白定位 ④对照质粒Y－GFP(仅表达GFP)与实验质粒Y－M分别导入细胞，发现对照组整个细胞均有绿色荧光，而实验组荧光集中在纤毛基部，说明________________________________________________________________________
(4)为研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化，采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA，经____________形成cDNA作为模板，PCR扩增结果显示，在总cDNA模板量相等的条件下，健康人Ct值为15，而病人Ct值为20(Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数)。从理论上估算，在PCR扩增20个循环的产物中，健康人样品的目的产物大约是病人的__________倍。
答案　(1)磷脂、蛋白质　发出星射线，形成纺锤体　(2)溶解DNA　耐高温DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)　3′　(3)a、b　1 100　Q3　X蛋白参与中心体的形成　(4)逆转录　32
解析　(2)从细胞样品中分离DNA时，可通过交替调节盐浓度将与核蛋白结合的DNA分离出来，DNA在2.0 mol/L的NaCl溶液中的溶解最大，高于或低于这一浓度，DNA的溶解度均会下降，因此实验过程中添加NaCl至2.0 mol/L的目的是溶解DNA。PCR扩增时，需在TaqDNA聚合酶的催化下，在引物的3′端进行DNA链的延伸，获得扩增产物用于测序。(3)PCR扩增目的DNA片段时，在引物的3′端进行DNA链的延伸，据图可知，应选择图Ⅱ中的引物a和引物b，PCR目的产物约为300＋800＝1 100(bp)。为确保M及连接处序列正确，Y－M的连接处上游含有Hind Ⅲ＋EcoR V的识别序列，下游含有EcoR V＋BamH Ⅰ的识别序列，根据题干信息构建Y－M重组质粒(在EcoRV位点插入片段)，Y－M的连接处测序后部分序列应含有Hind Ⅲ和BamH Ⅰ识别位点，根据各限制酶识别位点，应选择序列Q3。对照质粒Y－GFP(仅表达GFP)与实验质粒Y－M分别导入细胞，发现对照组整个细胞均有绿色荧光，而实验组荧光集中在纤毛基部，说明蛋白质X参与中心体的组成。(4)研究另一纤毛病相关基因Z表达的变化，采用荧光定量PCR法检测健康人与病人基因Z的转录水平。采集样本、提取总RNA，经逆转录形成cDNA作为模板，PCR扩增结果显示，在总cDNA模板量相等的条件下，健康人Ct值为15，而病人Ct值为20(Ct值是产物荧光强度达到设定阈值时的PCR循环数)，说明病人基因Z表达较弱，设健康人Z基因的cDNA数为x，病人Z基因的cDNA数为y，则有x×215＝y×220，从理论上估算，在PCR扩增20个循环的产物中，健康人样品的目的产物大约是病人的25＝32(倍)。
1．判断关于基因工程的基本工具的叙述
(1)限制酶只能用于切割目的基因(　×　)
(2)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列(　×　)
(3)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶(　×　)
(4)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因(　×　)
2．判断关于基因工程的基本操作程序的叙述
(1)根据不同的需要，目的基因是不同的，但都是能编码蛋白质的基因(　×　)
(2)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制(　×　)
(3)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原点(　×　)
(4)PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA聚合酶催化不同的反应(　×　)
3．判断关于DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定的叙述
(1)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件下储存(　×　)
(2)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关(　×　)
(3)为了节约资源，移液器上的枪头在实验过程中不必更换(　×　)
(4)DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，遇甲紫会呈现红色(　×　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P67)基因工程：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
(2)(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
(3)(选择性必修3 P72)载体上有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
(4)(选择性必修3 P77)PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供DNA模板、2种引物、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。
(5)(选择性必修3 P80)基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，还必须含有启动子、终止子等。
(6)(选择性必修3 P81)转化：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。第2课时　微生物的培养技术及应用
课标要求　1.获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。2.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的基础。3.阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品和无菌区域不被微生物污染的技术。4.举例说明通过调整培养基的配方可有目的的培养某种微生物。5.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。6.概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法。
考点一　微生物的培养技术及应用
1．培养基的配制
(1)培养基的概念、用途和类型
①概念：人们按照微生物对________________的不同需求，配制出的供其________________的营养基质。
②用途：用以____________________________微生物或积累其________。
③种类：按物理性质分
(2)培养基的配方
①主要营养物质：水、______、氮源、______。
②其他条件：pH、________________和氧气。如下表：
微生物 乳酸杆菌 霉菌 细菌 厌氧微生物
特殊需求 添加____________ pH调至__________ pH调至________
2.无菌技术
(1)目的：获得________的微生物培养物。
(2)关键：防止________污染。
(3)消毒与灭菌的比较
项目 消毒 灭菌
作用强度 较为________的理化因素 ________的理化因素
作用程度 杀死物体表面或内部________微生物 杀死物体内外的________微生物
芽孢和孢子 一般不能杀灭 能杀灭
适用对象 实验操作的空间、操作者衣着和双手 微生物培养器皿、接种用具和培养基等
常用方法 __________消毒法、__________消毒法等 ________灭菌法、________灭菌法、________灭菌法等
(4)注意事项
①实验操作时，应避免已经灭菌处理的材料用具与________________接触。
②为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在超净工作台上并在__________________附近进行。
3．微生物的纯培养
(1)概念辨析
(2)酵母菌纯培养的操作步骤
(3)平板划线法操作步骤
下图是平板划线操作的示意图，据图回答下列问题：
(1)用图中字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤：________________________________。
(2)在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(3)在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(4)接种结束后，为什么要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养，未接种的培养基表面如果有菌落生长，说明了什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
1．(2023·河北邢台高三模拟)在实验室培养微生物，需要人为地为微生物提供适宜的营养和环境条件。下列关于培养基配制的说法正确的是(　　)
A．培养基中需要碳源、氮源、水和无机盐齐全
B．培养基中必须添加琼脂
C．培养基制备中均需调节pH至酸性
D．无论哪种培养基均需要灭菌
2．(2023·江苏无锡高三模拟)下列操作不能达到灭菌目的的是(　　)
A．使用高压锅处理器皿
B．在火焰上灼烧接种环
C．用干热灭菌箱处理金属用具
D．防疫期间用石炭酸喷洒教室
3．(2023·江苏南通高三一模)下图为微生物的实验室培养的有关操作，下列相关叙述错误的是(　　)
A．步骤①中，需将接种工具灼烧至变红，以杀灭杂菌
B．步骤②中，将接种工具冷却时不宜距酒精灯火焰太远
C．图中接种方法的目的是使菌种逐渐稀释，经培养后获得单个菌落
D．接种后应将培养皿倒置培养，培养后可以根据结果进行微生物计数
归纳总结　(1)无菌技术的三个主要注意点
①实验前应对操作空间、操作人员进行消毒，对所用器具和培养基进行灭菌。
②实验进行时需在酒精灯火焰周围无菌区操作。
③避免已杀菌处理的材料再次污染。
(2)倒平板时的注意事项
①琼脂是一种多糖，在98 ℃以上熔化，在44 ℃以下凝固。倒平板时高于50 ℃则会烫手，低于50 ℃时若不及时操作，琼脂会凝固。
②可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉锥形瓶的温度下降到刚刚不烫手时，就可以进行倒平板了。
考点二　微生物的选择培养和计数
1．区分选择培养基与鉴别培养基
种类 特点 用途 举例
选择培养基 允许___________________________ _____________，同时_____________ _________________________ 从众多微生物中分离所需的微生物 加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌
鉴别培养基 根据微生物的代谢特点在培养基中加入某种指示剂或化学药品，进而产生特定的颜色或其他变化 鉴别不同种类的微生物 用伊红—亚甲蓝培养基鉴别大肠杆菌
提醒　常见选择培养基举例：(1)缺少氮源的培养基可以筛选能利用大气中N2的微生物。(2)含青霉素的培养基可淘汰细菌，筛选出真菌。(3)无有机碳源的培养基可筛选出自养微生物。
2．微生物的选择培养和数量测定
(1)稀释涂布平板法步骤
①系列稀释操作：该操作常用在将细胞接种到培养基之前，通过液体稀释的方法分散细胞，随着稀释程度的增大，单位体积中的微生物细胞数量减少，细胞得以分散。
操作步骤：
②涂布平板操作步骤
(2)微生物的数量测定方法
①显微镜直接计数法
②间接计数法——活菌计数法(即稀释涂布平板法)
原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。
根据图示问答以下问题：
a．为了保证结果准确，一般选择菌落数在________的平板进行计数。
b．为什么用此种方法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目低？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
c．某同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均值为234个(涂布平板时所用稀释液的体积为0.1 mL)，那么稀释倍数为106的试管中细菌的浓度是________个/mL，稀释倍数为10的锥形瓶中细菌的浓度为_______个/mL，所以每克样品中的细菌数是_______个。
3．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验操作
(1)实验原理
(2)实验流程
(3)实验结果分析与评价
选择性必修3 P19“探究·实践”：本活动初步筛选了能分解尿素的细菌，请进一步借助于生物化学的方法来鉴定所分离的菌种：分解尿素的细菌合成的__________可以将尿素分解成氨，氨会使培养基的________性增强，在培养基中加入________________培养细菌，若指示剂变________，可确定该细菌能够分解尿素。
甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果。
(1)甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230，该同学的统计结果是否真实可靠？为什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(2)乙同学在该浓度下涂布了3个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学将21舍去，然后取平均值。该同学对实验结果的处理是否合理？为什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(3)在稀释涂布平板法中，为何需至少涂布3个平板？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
(4)为什么要选取菌落数目稳定时的记录作为结果？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
4．下列有关培养基的叙述正确的是(　　)
A．筛选、培养硝化细菌的培养基中不能加入氮源
B．固体培养基中的琼脂能为微生物生长提供碳源
C．在进行微生物的富集培养时常选用液体培养基
D．培养基中加入刚果红可用于尿素分解菌的鉴定
5．(2021·江苏1月适应性考试，14)稀释涂布平板法是分离菌种常用的方法，下列相关叙述不恰当的是(　　)
A．固体培养基灭菌后，应冷却至50 ℃左右时倒平板
B．倒好的平板需立即使用，以免表面干燥，影响菌的生长
C．稀释涂布平板分离到的单菌落需进一步划线纯化
D．稀释涂布平板法既可用于微生物的分离，也可用于微生物的计数
归纳总结　两种纯化方法的比较
项目 平板划线法 稀释涂布平板法
分离结果
关键操作 接种环在固体培养基表面连续划线 ①一系列的梯度稀释；②涂布平板操作
接种用具 接种环 涂布器
优点 可以观察菌落特征，对混合菌进行分离 可以计数，可以观察菌落特征
缺点 不能计数 操作复杂，需要涂布多个平板
共同点 都要用到固体培养基；都需进行无菌操作；都会在培养基表面形成单个的菌落；都可用于观察菌落特征
1．(2021·山东，14)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色，下列说法错误的是(　　)
A．甲菌属于解脂菌
B．实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源
C．可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比
D．该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力
2．(2021·北京，12)人体皮肤表面存在着多种微生物，某同学拟从中分离出葡萄球菌。下述操作不正确的是(　　)
A．对配制的培养基进行高压蒸汽灭菌
B．使用无菌棉拭子从皮肤表面取样
C．用取样后的棉拭子在固体培养基上涂布
D．观察菌落的形态和颜色等进行初步判断
3.(2020·江苏，19)为纯化菌种，在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌，培养结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．倒平板后需间歇晃动，以保证表面平整
B．图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多，应从Ⅲ区挑取单菌落
C．该实验结果因单菌落太多，不能达到菌种纯化的目的
D．菌落周围的纤维素被降解后，可被刚果红染成红色
4．(2020·江苏，31)产脂肪酶酵母可用于含油废水处理。为筛选产脂肪酶酵母菌株，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题：
(1)常规微生物实验中，下列物品及其灭菌方法错误的是________(填编号)。
编号 ① ② ③ ④
物品 培养基 接种环 培养皿 涂布器
灭菌方法 高压蒸汽 火焰灼烧 干热 臭氧
(2)称取1.0 g某土壤样品，转入99 mL无菌水中，制备成菌悬液，经__________后，获得细胞密度不同
的菌悬液。分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，其中10倍稀释的菌悬液培养后平均长出了46个酵母菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌________个。
(3)为了进一步提高酵母菌产酶能力，对分离所得的菌株，采用射线辐照进行____________育种。将辐照处理后的酵母菌涂布在以________为唯一碳源的固体培养基上，培养一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选择直径________的菌落，纯化后获得A、B两突变菌株。
(4)在处理含油废水的同时，可获得单细胞蛋白，实现污染物资源化。为评价A、B两菌株的相关性能，进行了培养研究，结果如图。据图分析，应选择菌株________进行后续相关研究，理由是________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
1．判断关于培养基的叙述
(1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，有时还需要加入一些特殊的物质(　　)
(2)培养霉菌时需将培养基的pH调至中性或弱碱性(　　)
(3)倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上(　　)
2．判断关于无菌技术的叙述
(1)消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害(　　)
(2)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落(　　)
(3)对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和灭菌(　　)
3．判断关于微生物的培养与计数的叙述
(1)利用稀释涂布平板法统计菌落数目时，统计的菌落数就是活菌的实际数(　　)
(2)统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行统计(　　)
(3)利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P10)培养基的化学成分包括________________________等。
(2)选择性必修3 P10)获得纯净的微生物培养物的关键是________________________，无菌技术除了用来____________________________外，还能________________________________。
(3)(选择性必修3 P12)菌落是指_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
采用______________法和____________________法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
(4)(选择性必修3 P16)选择培养基是指_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(5)(选择性必修3 P12)平板冷凝后，要将平板倒置的原因是_____________________________。
(6)(选择性必修3 P13)平板划线操作的第一步灼烧接种环是为了________________________；每次划线前灼烧接种环是为了___________________________________________________，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单菌落。划线结束后灼烧接种环，能_________________________________________________________________。
(7)(选择性必修3 P13)在灼烧接种环之后，要等其冷却后再进行划线的原因是_____________
_______________________________________________________________________________。
(8)(选择性必修3 P13)在第二次以及其后的划线操作时，总是从上一次划线的末端开始划线的原因是________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(9)(选择性必修3 P18)当________________________________________________________，统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。
(10)(选择性必修3 P19)检测培养物中是否有杂菌污染的方法是_________________________。判断选择培养基是否起到筛选作用的方法是_________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第2课时　微生物的培养技术及应用
课标要求　1.获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。2.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的基础。3.阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品和无菌区域不被微生物污染的技术。4.举例说明通过调整培养基的配方可有目的的培养某种微生物。5.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。6.概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法。
考点一　微生物的培养技术及应用
1．培养基的配制
(1)培养基的概念、用途和类型
①概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。
②用途：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
③种类：按物理性质分
(2)培养基的配方
①主要营养物质：水、碳源、氮源、无机盐。
②其他条件：pH、特殊营养物质和氧气。如下表：
微生物 乳酸杆菌 霉菌 细菌 厌氧微生物
特殊需求 添加维生素 pH调至酸性 pH调至中性或弱碱性 无氧
2.无菌技术
(1)目的：获得纯净的微生物培养物。
(2)关键：防止杂菌污染。
(3)消毒与灭菌的比较
项目 消毒 灭菌
作用强度 较为温和的理化因素 强烈的理化因素
作用程度 杀死物体表面或内部一部分微生物 杀死物体内外的所有微生物
芽孢和孢子 一般不能杀灭 能杀灭
适用对象 实验操作的空间、操作者衣着和双手 微生物培养器皿、接种用具和培养基等
常用方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法等 湿热灭菌法、干热灭菌法、灼烧灭菌法等
(4)注意事项
①实验操作时，应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。
②为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在超净工作台上并在酒精灯火焰附近进行。
3．微生物的纯培养
(1)概念辨析
(2)酵母菌纯培养的操作步骤
(3)平板划线法操作步骤
下图是平板划线操作的示意图，据图回答下列问题：
(1)用图中字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤：d→b→f→a→e→c→h→g。
(2)在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？
提示　需要。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免污染环境和感染操作者。
(3)在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？
提示　划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
(4)接种结束后，为什么要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养，未接种的培养基表面如果有菌落生长，说明了什么？
提示　培养未接种的培养基的作用是对照，未接种的培养基经过培养后无菌落生长，说明培养基的制备是成功的；若有菌落形成，说明培养基灭菌不彻底，或培养基被污染了，需要重新制备。
1．(2023·河北邢台高三模拟)在实验室培养微生物，需要人为地为微生物提供适宜的营养和环境条件。下列关于培养基配制的说法正确的是(　　)
A．培养基中需要碳源、氮源、水和无机盐齐全
B．培养基中必须添加琼脂
C．培养基制备中均需调节pH至酸性
D．无论哪种培养基均需要灭菌
答案　D
解析　培养固氮微生物时，培养基中可以不添加氮源，A错误；只有配制固体(或半固体)培养基时才需要添加琼脂，B错误；适宜的pH是微生物生长的必需条件，因此配制过程中需要调节pH，但培养霉菌时一般需要将pH调至酸性，C错误；培养基均需要灭菌，D正确。
2．(2023·江苏无锡高三模拟)下列操作不能达到灭菌目的的是(　　)
A．使用高压锅处理器皿
B．在火焰上灼烧接种环
C．用干热灭菌箱处理金属用具
D．防疫期间用石炭酸喷洒教室
答案　D
解析　使用高压锅处理器皿，即高压蒸汽灭菌，能达到灭菌的目的，A不符合题意；在火焰上灼烧接种环，即灼烧灭菌，能达到灭菌的目的，B不符合题意；用干热灭菌箱处理金属用具，可以达到灭菌的目的，C不符合题意；防疫期间用石炭酸喷洒教室，属于消毒，不能达到灭菌的目的，D符合题意。
3．(2023·江苏南通高三一模)下图为微生物的实验室培养的有关操作，下列相关叙述错误的是(　　)
A．步骤①中，需将接种工具灼烧至变红，以杀灭杂菌
B．步骤②中，将接种工具冷却时不宜距酒精灯火焰太远
C．图中接种方法的目的是使菌种逐渐稀释，经培养后获得单个菌落
D．接种后应将培养皿倒置培养，培养后可以根据结果进行微生物计数
答案　D
解析　步骤①中，接种前灼烧接种环至变红，目的是杀灭接种环上可能引起污染的微生物，A正确；步骤②中，将接种工具冷却时不宜距酒精灯火焰太远，防止受到杂菌污染，B正确；图中所示的接种方法是平板划线法，目的是使接种的菌种逐渐稀释，经培养后获得由单个细菌繁殖而来的菌落，C正确；图示的平板划线法不能用于微生物的计数，D错误。
归纳总结　(1)无菌技术的三个主要注意点
①实验前应对操作空间、操作人员进行消毒，对所用器具和培养基进行灭菌。
②实验进行时需在酒精灯火焰周围无菌区操作。
③避免已杀菌处理的材料再次污染。
(2)倒平板时的注意事项
①琼脂是一种多糖，在98 ℃以上熔化，在44 ℃以下凝固。倒平板时高于50 ℃则会烫手，低于50 ℃时若不及时操作，琼脂会凝固。
②可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉锥形瓶的温度下降到刚刚不烫手时，就可以进行倒平板了。
考点二　微生物的选择培养和计数
1．区分选择培养基与鉴别培养基
种类 特点 用途 举例
选择培养基 允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长 从众多微生物中分离所需的微生物 加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌
鉴别培养基 根据微生物的代谢特点在培养基中加入某种指示剂或化学药品，进而产生特定的颜色或其他变化 鉴别不同种类的微生物 用伊红—亚甲蓝培养基鉴别大肠杆菌
提醒　常见选择培养基举例：(1)缺少氮源的培养基可以筛选能利用大气中N2的微生物。(2)含青霉素的培养基可淘汰细菌，筛选出真菌。(3)无有机碳源的培养基可筛选出自养微生物。
2．微生物的选择培养和数量测定
(1)稀释涂布平板法步骤
①系列稀释操作：该操作常用在将细胞接种到培养基之前，通过液体稀释的方法分散细胞，随着稀释程度的增大，单位体积中的微生物细胞数量减少，细胞得以分散。
操作步骤：
②涂布平板操作步骤
(2)微生物的数量测定方法
①显微镜直接计数法
②间接计数法——活菌计数法(即稀释涂布平板法)
原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。
根据图示问答以下问题：
a．为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。
b．为什么用此种方法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目低？
提示　因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。
c．某同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均值为234个(涂布平板时所用稀释液的体积为0.1 mL)，那么稀释倍数为106的试管中细菌的浓度是2.34×103个/mL，稀释倍数为10的锥形瓶中细菌的浓度为2.34×108个/mL，所以每克样品中的细菌数是2.34×109个。
3．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验操作
(1)实验原理
(2)实验流程
(3)实验结果分析与评价
选择性必修3 P19“探究·实践”：本活动初步筛选了能分解尿素的细菌，请进一步借助于生物化学的方法来鉴定所分离的菌种：分解尿素的细菌合成的脲酶可以将尿素分解成氨，氨会使培养基的碱性增强，在培养基中加入酚红指示剂培养细菌，若指示剂变红，可确定该细菌能够分解尿素。
甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果。
(1)甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230，该同学的统计结果是否真实可靠？为什么？
提示　不可靠。为增加实验的说服力与准确性，应设置重复实验，在同一稀释度下至少涂布3个平板，统计结果后计算平均值。
(2)乙同学在该浓度下涂布了3个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学将21舍去，然后取平均值。该同学对实验结果的处理是否合理？为什么？
提示　不合理。微生物计数时，如果实验中出现重复实验的结果差别很大的情况，应分析实验过程中可能的影响因素，找出差异的原因，而不能简单地将结果舍弃后进行计数。
(3)在稀释涂布平板法中，为何需至少涂布3个平板？
提示　作为重复实验，统计时取平均值，以减少偶然因素对实验结果的影响，增强实验结果的说服力。
(4)为什么要选取菌落数目稳定时的记录作为结果？
提示　尽量缩小统计的菌落数与实际活菌数的差值，因为繁殖慢的菌体开始看不出明显的菌落特征。
4．下列有关培养基的叙述正确的是(　　)
A．筛选、培养硝化细菌的培养基中不能加入氮源
B．固体培养基中的琼脂能为微生物生长提供碳源
C．在进行微生物的富集培养时常选用液体培养基
D．培养基中加入刚果红可用于尿素分解菌的鉴定
答案　C
解析　硝化细菌属于化能合成型自养微生物，因此制备培养硝化细菌的培养基不需要添加碳源，但需要添加氮源，A错误；固体培养基中的琼脂只是作为凝固剂，不能为微生物生长提供碳源，B错误；液体培养基可以增大菌体与培养基的接触面积，为菌株的生长和繁殖提供更多的营养和空间，所以在进行微生物的富集培养时常选用液体培养基，C正确；培养基中加入刚果红可用于纤维素分解菌的鉴定，D错误。
5．(2021·江苏1月适应性考试，14)稀释涂布平板法是分离菌种常用的方法，下列相关叙述不恰当的是(　　)
A．固体培养基灭菌后，应冷却至50 ℃左右时倒平板
B．倒好的平板需立即使用，以免表面干燥，影响菌的生长
C．稀释涂布平板分离到的单菌落需进一步划线纯化
D．稀释涂布平板法既可用于微生物的分离，也可用于微生物的计数
答案　B
解析　培养基灭菌后需要冷却至50 ℃左右时才能用来倒平板，避免温度过高，A正确；倒好的平板需要放置一段时间，用以观察培养基是否被杂菌污染，B错误；稀释涂布平板法分离的单菌落需要用平板划线法进行纯化培养，C正确；稀释涂布平板法可以计数，也可观察菌落特征进行菌种分离，D正确。
归纳总结　两种纯化方法的比较
项目 平板划线法 稀释涂布平板法
分离结果
关键操作 接种环在固体培养基表面连续划线 ①一系列的梯度稀释；②涂布平板操作
接种用具 接种环 涂布器
优点 可以观察菌落特征，对混合菌进行分离 可以计数，可以观察菌落特征
缺点 不能计数 操作复杂，需要涂布多个平板
共同点 都要用到固体培养基；都需进行无菌操作；都会在培养基表面形成单个的菌落；都可用于观察菌落特征
1．(2021·山东，14)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色，下列说法错误的是(　　)
A．甲菌属于解脂菌
B．实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源
C．可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比
D．该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力
答案　B
解析　乙菌菌落周围没有出现深蓝色，说明乙菌不能产生脂肪酶，不能利用脂肪为其供能，但乙菌可以在培养基上生存，说明该培养基不是以脂肪为唯一碳源，B项错误。
2．(2021·北京，12)人体皮肤表面存在着多种微生物，某同学拟从中分离出葡萄球菌。下述操作不正确的是(　　)
A．对配制的培养基进行高压蒸汽灭菌
B．使用无菌棉拭子从皮肤表面取样
C．用取样后的棉拭子在固体培养基上涂布
D．观察菌落的形态和颜色等进行初步判断
答案　C
解析　为避免杂菌污染干扰，需对配制的培养基进行高压蒸汽灭菌，A正确；葡萄球菌需从人体皮肤的微生物中分离，为避免杂菌污染，故需要使用无菌棉拭子从皮肤表面取样，B正确；用取样后的棉拭子浸出液在固体培养基上涂布，C错误；根据微生物在固体平板培养基表面形成的菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等特征进行鉴别，D正确。
3．(2020·江苏，19)为纯化菌种，在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌，培养结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．倒平板后需间歇晃动，以保证表面平整
B．图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多，应从Ⅲ区挑取单菌落
C．该实验结果因单菌落太多，不能达到菌种纯化的目的
D．菌落周围的纤维素被降解后，可被刚果红染成红色
答案　B
解析　温度降低后，培养基易凝固，因此倒平板后要及时轻轻晃动，以保持均一性，A项错误；由题图可见，随着划线次数增多，细菌密度减小，Ⅲ区开始出现单菌落，应从Ⅲ区挑取单菌落，B项正确；菌落是由单个微生物细胞或多个同种细胞繁殖到一定程度后形成的，能得到单菌落即可以达到菌种纯化的目的，C项错误；刚果红与纤维素形成红色复合物，菌落周围的纤维素被降解后红色消失，出现透明圈，D项错误。
4．(2020·江苏，31)产脂肪酶酵母可用于含油废水处理。为筛选产脂肪酶酵母菌株，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题：
(1)常规微生物实验中，下列物品及其灭菌方法错误的是________(填编号)。
编号 ① ② ③ ④
物品 培养基 接种环 培养皿 涂布器
灭菌方法 高压蒸汽 火焰灼烧 干热 臭氧
(2)称取1.0 g某土壤样品，转入99 mL无菌水中，制备成菌悬液，经__________后，获得细胞密度不同的菌悬液。分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，其中10倍稀释的菌悬液培养后平均长出了46个酵母菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌________个。
(3)为了进一步提高酵母菌产酶能力，对分离所得的菌株，采用射线辐照进行____________育种。将辐照处理后的酵母菌涂布在以________为唯一碳源的固体培养基上，培养一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选择直径________的菌落，纯化后获得A、B两突变菌株。
(4)在处理含油废水的同时，可获得单细胞蛋白，实现污染物资源化。为评价A、B两菌株的相关性能，进行了培养研究，结果如图。据图分析，应选择菌株________进行后续相关研究，理由是__________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)④　(2)等比稀释　4.6×105(或460 000)
(3)诱变　脂肪　较大　(4)B　该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；降解脂肪能力强，净化效果好
解析　(2)利用稀释涂布平板法统计活菌数目时，需要将制备的菌悬液进行等比稀释，以获得细胞密度不同的菌悬液，一般来说，菌落数在30～300个的平板最适于计数。0.1 mL菌悬液中含有46个酵母菌落，则1 mL菌悬液中含有460个酵母菌落；1.0 g土壤样品首先稀释100倍，然后稀释10倍，共稀释了1 000倍，因此样本中每克土壤约含酵母菌460×1 000＝4.6×105(个)。(3)采用射线辐照引起酵母菌基因突变，此种方法属于诱变育种。检查诱变酵母菌产脂肪酶的能力，需要把酵母菌接种到以脂肪为唯一碳源的培养基上，按照产生菌落直径大小进行初步筛选，直径大的说明产酶能力强，利用的脂肪(碳源)多，直径小的说明产酶能力弱，利用的脂肪(碳源)少。(4)通过分析题图可知，相同时间内，菌株B细胞密度大，说明该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；相同时间内，菌株B利用的脂肪多，脂肪剩余量少，说明该菌株降解脂肪的能力强，净化效果好。
1．判断关于培养基的叙述
(1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，有时还需要加入一些特殊的物质(　√　)
(2)培养霉菌时需将培养基的pH调至中性或弱碱性(　×　)
(3)倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上(　×　)
2．判断关于无菌技术的叙述
(1)消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害(　√　)
(2)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落(　×　)
(3)对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和灭菌(　×　)
3．判断关于微生物的培养与计数的叙述
(1)利用稀释涂布平板法统计菌落数目时，统计的菌落数就是活菌的实际数(　×　)
(2)统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行统计(　×　)
(3)利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数(　×　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P10)培养基的化学成分包括水、无机盐、碳源、氮源等。
(2)(选择性必修3 P10)获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染，无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还能有效避免操作者自身被微生物感染。
(3)(选择性必修3 P12)菌落是指分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
(4)(选择性必修3 P16)选择培养基是指在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基。
(5)(选择性必修3 P12)平板冷凝后，要将平板倒置的原因是平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高，将平板倒置，既可以减少培养基中的水分过快地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。
(6)(选择性必修3 P13)平板划线操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物；每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。
(7)(选择性必修3 P13)在灼烧接种环之后，要等其冷却后再进行划线的原因是以免接种环温度太高，杀死菌种。
(8)(选择性必修3 P13)在第二次以及其后的划线操作时，总是从上一次划线的末端开始划线的原因是划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
(9)(选择性必修3 P18)当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落，统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。
(10)(选择性必修3 P19)检测培养物中是否有杂菌污染的方法是同时培养灭菌后的未接种的培养基，观察是否有菌落产生。判断选择培养基是否起到筛选作用的方法是配制牛肉膏蛋白胨培养基作为对照，观察选择培养基上的菌落数是否远少于牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数目。
。第5课时　胚胎工程
课标要求　1.简述胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程。2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。
考点一　胚胎工程的理论基础
1．胚胎工程的概念
2．受精
(1)概念：精子与卵子结合形成____________(即受精卵)的过程。
(2)场所：哺乳动物的受精在________内完成。
(3)过程
(1)源于选择性必修3 P56“相关信息”：使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。获能液的成分因动物种类不同而有所差异，常见的有效成分有________、________________等。
(2)源于选择性必修3 P58“相关信息”：多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。
3．胚胎早期发育
4．孵化
(1)概念：囊胚进一步扩大，会导致__________破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。
(2)意义：如果不能正常孵化，胚胎就__________________________。
源于选择性必修3 P59“思考·讨论”：将体外培养的胚胎移植到子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎：小鼠：________；绵羊：16细胞；猪：4～6细胞；马：________；牛：________。
1．受精是精子和卵子结合形成受精卵的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段；受精卵形成后进行有丝分裂，通过细胞分裂和分化，形成新个体。
(1)刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)防止多精入卵受精的生理反应有哪些？有什么意义？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．胚胎工程需要在体外条件下对动物早期胚胎发育条件进行模拟操作，因此了解早期胚胎发育的规律十分重要。思考回答以下有关胚胎早期发育的问题：
(1)受精卵早期分裂时胚胎中有机物的总量和种类是如何变化的？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)受精卵早期分裂时胚胎中DNA总量和每个细胞中核DNA含量有何变化？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)胚胎早期发育过程中，具有全能性的时期有哪些？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．(多选)下图表示精子入卵后，发生(或引起)的一系列变化形成受精卵的过程。下列叙述错误的是(　　)
A．图中X指透明带反应，Y指卵子的减数分裂 Ⅱ
B．经图中Y过程只形成了雌原核
C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶
2．(2023·江苏苏州高三期中)下列有关早期胚胎发育的叙述，错误的是(　　)
A．卵裂期每个细胞的核质比逐渐增大，胚胎中DNA总量逐渐增加
B．孵化是指透明带破裂，桑葚胚从透明带中伸展出来
C．滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘并可用于性别鉴定
D．在胚胎移植中，选择桑葚胚或囊胚期的胚胎进行移植较易成功
归纳提升　(1)受精阶段的主要过程及生理反应
步骤 主要过程 生理反应
第一步 精子释放多种酶溶解卵细胞膜外的一些结构(如透明带等)，接触卵细胞膜 透明带反应：阻止后来的精子进入透明带，是防止多精入卵受精的第一道屏障
第二步 精子入卵，尾部脱落 卵细胞膜反应：拒绝其他精子再进入卵内，是防止多精入卵受精的第二道屏障
第三步 精子核膜破裂后形成新核，卵子被激活完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体 形成雄原核和雌原核：受精的标志
第四步 雌、雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失 形成合子(受精卵)：个体发育的起点
(2)卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
①有机物：胚胎没有和母体建立联系，不能从母体获取有机物，而呼吸消耗一直进行，因此有机物总量减少。
②细胞数目和体积：胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
③细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
考点二　胚胎工程技术及其应用
1．体外受精
(1)过程
(2)意义
①提高______________________的有效措施。
②为__________________________提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
(1)概念
(2)基本程序
(3)意义：充分发挥雌性优良个体的_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(1)源于选择性必修3 P62“相关信息”：超数排卵是指应用外源________________，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
(2)源于选择性必修3 P62“思考·讨论”：胚胎移植的生理学基础
3．胚胎分割
(1)概念
对象 早期胚胎
方法 机械方法
目的 获得________________或多胎
特点 来自同一胚胎的后代具有________________
实质 可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
(2)仪器设备：体视显微镜和____________。
(3)材料：发育良好、形态正常的____________________。若分割囊胚阶段的胚胎时，要注意________________________。
(4)意义：促进________________的繁殖，产生的遗传性状________的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；在胚胎移植前，进行________________、__________________等，对于人工控制________________、动物繁育健康后代具有重要意义。
1．胚胎移植技术在畜牧生产中占有重要的位置，因为通过体外受精或其他方式获得的胚胎，只有移植给受体才能获得后代，因此，胚胎移植技术是胚胎工程不可缺少的终端环节。思考讨论下列问题：
(1)为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)在胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查，其目的分别是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)胚胎移植的优势是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(4)胚胎移植中的胚胎有哪些来源？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．欲得到更多的后代，可进行胚胎分割，如图为哺乳动物胚胎分割和性别鉴定示意图，请据图思考讨论下列问题：
(1)上图①过程分割出的少量胚体细胞常用来做什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)上图②过程得到的两个a经过胚胎移植产生后代的生殖方式是有性生殖吗？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)胚胎分割有什么意义？为什么要在桑葚胚或囊胚期进行分割？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．(多选)下列关于“试管牛”培养流程的叙述，正确的是(　　)
A．过程①可对供体母牛注射促性腺激素，使其排出更多的卵子
B．过程②发生的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体或雌、雄原核
C．大量的研究已经证明，过程③基本不会发生免疫排斥反应
D．移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中受受体的影响
4．(2023·江苏南通高三期末)近年来发展起来的胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限可能。下图为经体外受精和胚胎分割移植培育优良奶牛的过程。下列相关说法正确的是(　　)
A．体外受精所需的成熟卵子可以从母体卵巢中直接获取，但在受精前要对精子进行获能处理
B．进行胚胎分割时，应选择发育到原肠胚时期的胚胎进行操作
C．胚胎分割的方法只能用分割针在显微镜下将胚胎均等分割成若干份
D．胚胎在受体子宫内的发育过程中其遗传特性不受影响
5．下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是(　　)
A．给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子
B．采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精
C．获能的精子和成熟的卵子要在适当的培养液中完成受精
D．卵母细胞与精子受精前均已完成减数分裂Ⅱ
归纳提升　(1)比较自然受精、人工授精和体外受精
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不同点 过程 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精 人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程
场所 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；②都是有性生殖
(2)胚胎移植中的三个关注点
①胚胎移植过程中两次使用激素：第一次是用激素对受体母牛和供体母牛进行同期发情处理；第二次是用促性腺激素处理供体母牛使其超数排卵。
②不同动物胚胎移植的时间不同：牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段；小鼠、家兔在桑葚胚前。几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时细胞分化程度高，移植成功率很低。
③胚胎移植是有性繁殖还是无性繁殖，取决于胚胎的来源：若由受精卵发育而成，属于有性繁殖；若由核移植技术形成的重组细胞发育而成，或由胚胎分割获得，则属于无性繁殖。
1．(2020·山东，14)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　)
A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
2．(多选)(2020·江苏，23)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子
B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同
C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞
D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养
3．(2019·江苏，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：
(1)对1号猪使用_____________处理，使其超数排卵，收集并选取处在_________________(时期)的卵母细胞用于核移植。
(2)采集2号猪的组织块，用____________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________。
(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自______号猪。
(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有______(填序号)。
①DNA测序 ②染色体倍性分析
③体细胞结构分析 ④抗原—抗体杂交
4．(2022·全国甲，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：
(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是______________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到____________时才具备与精子受精的能力。
(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有__________________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。
(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是_____________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
1．判断关于受精作用和早期胚胎发育的叙述
(1)在自然条件下，受精在子宫中完成(　　)
(2)精子获能液常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等(　　)
(3)当精子入卵后，透明带立即发生生理反应，阻止后来的精子进入(　　)
(4)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大(　　)
(5)卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加(　　)
2．判断关于胚胎移植和胚胎分割的叙述
(1)在胚胎移植中，对供体母畜要进行超数排卵处理，对供、受体要进行同期发情处理(　　)
(2)胚胎分割移植时应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚(　　)
(3)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(　　)
(4)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　　)
(5)做DNA分析、鉴定性别要取内细胞团处的细胞(　　)
3．填空默写
(1)(选择性必修3 P58)判断卵子是否受精的标志：______________________________________。
(2)(选择性必修3 P61)胚胎移植是___________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)(选择性必修3 P61)供体母牛和受体母牛的选择标准为_______________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)(选择性必修3 P62)胚胎移植的实质是___________________________________________。
(5)(选择性必修3 P62)胚胎移植的优势是____________________________________________。
(6)(选择性必修3 P62)胚胎分割是指_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第5课时　胚胎工程
课标要求　1.简述胚胎形成经过了受精及早期胚胎发育等过程。2.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。
考点一　胚胎工程的理论基础
1．胚胎工程的概念
2．受精
(1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
(2)场所：哺乳动物的受精在输卵管内完成。
(3)过程
(1)源于选择性必修3 P56“相关信息”：使精子获能的方法有直接利用雌性动物的生殖道使精子获能；将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。获能液的成分因动物种类不同而有所差异，常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等。
(2)源于选择性必修3 P58“相关信息”：多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ，因而不会形成两个第二极体。在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。
3．胚胎早期发育
4．孵化
(1)概念：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。
(2)意义：如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。
源于选择性必修3 P59“思考·讨论”：将体外培养的胚胎移植到子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎：小鼠：桑葚胚；绵羊：16细胞；猪：4～6细胞；马：囊胚；牛：8～16细胞。
1．受精是精子和卵子结合形成受精卵的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段；受精卵形成后进行有丝分裂，通过细胞分裂和分化，形成新个体。
(1)刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？
提示　不能。刚采集到的精子还没有受精能力，必须先对精子进行获能处理，才能进一步受精。
(2)刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？
提示　不具有。卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程，要在输卵管内进一步成熟，到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
(3)防止多精入卵受精的生理反应有哪些？有什么意义？
提示　两道屏障，一是透明带发生生理反应，二是卵细胞膜发生生理反应。防止多精入卵，保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。
2．胚胎工程需要在体外条件下对动物早期胚胎发育条件进行模拟操作，因此了解早期胚胎发育的规律十分重要。思考回答以下有关胚胎早期发育的问题：
(1)受精卵早期分裂时胚胎中有机物的总量和种类是如何变化的？
提示　有机物的总量不断减少，但有机物的种类增加。
(2)受精卵早期分裂时胚胎中DNA总量和每个细胞中核DNA含量有何变化？
提示　胚胎中总DNA含量逐渐增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
(3)胚胎早期发育过程中，具有全能性的时期有哪些？
提示　桑葚胚期及之前的时期。
1．(多选)下图表示精子入卵后，发生(或引起)的一系列变化形成受精卵的过程。下列叙述错误的是(　　)
A．图中X指透明带反应，Y指卵子的减数分裂Ⅱ
B．经图中Y过程只形成了雌原核
C．精子入卵主要指精子的头部外膜与卵细胞膜融合
D．精子入卵后精子的尾部留在外面，并在溶酶体的作用下自溶
答案　AB
解析　透明带的生理反应形成第一道屏障，卵细胞膜的生理反应形成第二道屏障；精子入卵后，精子的尾部脱落，原有的核膜破裂一个新的核膜，最后形成一个比原来精子核还大的核，叫作雄原核；与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。故Y过程既形成了雌原核，又形成了第二极体。
2．(2023·江苏苏州高三期中)下列有关早期胚胎发育的叙述，错误的是(　　)
A．卵裂期每个细胞的核质比逐渐增大，胚胎中DNA总量逐渐增加
B．孵化是指透明带破裂，桑葚胚从透明带中伸展出来
C．滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘并可用于性别鉴定
D．在胚胎移植中，选择桑葚胚或囊胚期的胚胎进行移植较易成功
答案　B
解析　卵裂期的早期胚胎的总体积并没有增加，但是细胞数目在增加，该过程中每个细胞的核质比逐渐增大，同时胚胎中DNA总量逐渐增加，A正确；孵化是指透明带破裂，囊胚从透明带中伸展出来的过程，B错误；囊胚期的滋养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，可用于性别鉴定，而内细胞团将会发育成胎儿的各种组织，C正确；在胚胎移植中，选择桑葚胚或囊胚期的胚胎进行移植较易成功，因为此时的胚胎处于游离状态，同时此时的胚胎全能性较高，D正确。
归纳提升　(1)受精阶段的主要过程及生理反应
步骤 主要过程 生理反应
第一步 精子释放多种酶溶解卵细胞膜外的一些结构(如透明带等)，接触卵细胞膜 透明带反应：阻止后来的精子进入透明带，是防止多精入卵受精的第一道屏障
第二步 精子入卵，尾部脱落 卵细胞膜反应：拒绝其他精子再进入卵内，是防止多精入卵受精的第二道屏障
第三步 精子核膜破裂后形成新核，卵子被激活完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体 形成雄原核和雌原核：受精的标志
第四步 雌、雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失 形成合子(受精卵)：个体发育的起点
(2)卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
①有机物：胚胎没有和母体建立联系，不能从母体获取有机物，而呼吸消耗一直进行，因此有机物总量减少。
②细胞数目和体积：胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
③细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
考点二　胚胎工程技术及其应用
1．体外受精
(1)过程
(2)意义
①提高动物繁殖能力的有效措施。
②为胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
(1)概念
(2)基本程序
(3)意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
(1)源于选择性必修3 P62“相关信息”：超数排卵是指应用外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
(2)源于选择性必修3 P62“思考·讨论”：胚胎移植的生理学基础
3．胚胎分割
(1)概念
对象 早期胚胎
方法 机械方法
目的 获得同卵双胎或多胎
特点 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质
实质 可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
(2)仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。
(3)材料：发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。若分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。
(4)意义：促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。
1．胚胎移植技术在畜牧生产中占有重要的位置，因为通过体外受精或其他方式获得的胚胎，只有移植给受体才能获得后代，因此，胚胎移植技术是胚胎工程不可缺少的终端环节。思考讨论下列问题：
(1)为什么应对供体和受体母畜进行同期发情处理？
提示　使它们的生理条件达到同步或一致，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相似的生理环境。
(2)在胚胎移植过程中有两次使用激素、两次检查，其目的分别是什么？
提示　第一次用孕激素对受、供体进行同期发情处理，第二次用促性腺激素处理使供体超数排卵。第一次是对收集的胚胎进行质量检查，第二次是对受体母畜是否妊娠进行检查。
(3)胚胎移植的优势是什么？
提示　可以发挥雌性优良个体的繁殖能力。
(4)胚胎移植中的胚胎有哪些来源？
提示　体外受精、转基因技术或者细胞核移植技术等方式获得的胚胎都可供胚胎移植。
2．欲得到更多的后代，可进行胚胎分割，如图为哺乳动物胚胎分割和性别鉴定示意图，请据图思考讨论下列问题：
(1)上图①过程分割出的少量胚体细胞常用来做什么？
提示　常用来做DNA分析，鉴定性别。
(2)上图②过程得到的两个a经过胚胎移植产生后代的生殖方式是有性生殖吗？
提示　不是，来自同一胚胎分割产生的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割移植可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。
(3)胚胎分割有什么意义？为什么要在桑葚胚或囊胚期进行分割？
提示　胚胎分割可提高胚胎利用率。选择桑葚胚期或囊胚期进行分割，是因为处于桑葚胚期的细胞和囊胚期的内细胞团细胞具有全能性，可以发育成完整个体。
3．(多选)下列关于“试管牛”培养流程的叙述，正确的是(　　)
A．过程①可对供体母牛注射促性腺激素，使其排出更多的卵子
B．过程②发生的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体或雌、雄原核
C．大量的研究已经证明，过程③基本不会发生免疫排斥反应
D．移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中受受体的影响
答案　ABC
解析　过程①可对供体母牛注射促性腺激素使其超数排卵，A正确；过程②表示体外受精，在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或雌、雄原核作为受精的标志，B正确；胚胎移植时，受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这是胚胎移植成功的理论基础，C正确；“试管牛”的遗传物质来自供体母牛和供体公牛，胚胎遗传性状取决于供体，在孕育过程中不受受体的影响，D错误。
4．(2023·江苏南通高三期末)近年来发展起来的胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限可能。下图为经体外受精和胚胎分割移植培育优良奶牛的过程。下列相关说法正确的是(　　)
A．体外受精所需的成熟卵子可以从母体卵巢中直接获取，但在受精前要对精子进行获能处理
B．进行胚胎分割时，应选择发育到原肠胚时期的胚胎进行操作
C．胚胎分割的方法只能用分割针在显微镜下将胚胎均等分割成若干份
D．胚胎在受体子宫内的发育过程中其遗传特性不受影响
答案　D
解析　卵巢中获取的卵细胞必须在体外培养到MⅡ期，才能与获能精子融合得到受精卵，A错误；进行胚胎分割时，应选择发育到桑葚胚或囊胚时期的胚胎进行操作，B错误；不同阶段的胚胎进行胚胎分割时，可采用的方法有一定的差别，若胚胎处于卵裂期可以采用酶解法或机械法，若处于囊胚期则只能运用机械法分割，C错误。
5．下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是(　　)
A．给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子
B．采集的卵母细胞可直接与获能的精子受精
C．获能的精子和成熟的卵子要在适当的培养液中完成受精
D．卵母细胞与精子受精前均已完成减数分裂Ⅱ
答案　C
解析　给实验动物注射促性腺激素，目的是使其产生更多的卵母细胞，A错误；采集的卵母细胞要在体外进行成熟培养，然后才能与精子共同培养完成受精，B错误；一般情况下，获能的精子和成熟的卵子要在适当的培养液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精，C正确；次级卵母细胞的减数分裂Ⅱ是在精子和卵子结合过程中完成的，D错误。
归纳提升　(1)比较自然受精、人工授精和体外受精
项目 自然受精 人工授精 体外受精
不同点 过程 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精 人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程
场所 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程；②都是有性生殖
(2)胚胎移植中的三个关注点
①胚胎移植过程中两次使用激素：第一次是用激素对受体母牛和供体母牛进行同期发情处理；第二次是用促性腺激素处理供体母牛使其超数排卵。
②不同动物胚胎移植的时间不同：牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段；小鼠、家兔在桑葚胚前。几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时细胞分化程度高，移植成功率很低。
③胚胎移植是有性繁殖还是无性繁殖，取决于胚胎的来源：若由受精卵发育而成，属于有性繁殖；若由核移植技术形成的重组细胞发育而成，或由胚胎分割获得，则属于无性繁殖。
1．(2020·山东，14)经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是(　　)
A．用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子
B．体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理
C．胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植
D．遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得
答案　C
解析　不同动物胚胎移植的时间不同，如牛、羊一般要培养到桑葚胚阶段或囊胚阶段才能进行移植，小鼠和家兔等可在更早的阶段移植，C项错误。
2．(多选)(2020·江苏，23)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，制备流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子
B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同
C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞
D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养
答案　ABC
解析　哺乳动物进行体外受精时很容易获得大量精子，因为自然状态下雄性哺乳动物产生的精子数量就很多，A错误；细胞分化是基因选择性表达的结果，不改变基因的种类和数量，细胞a和细胞b内含有的核基因相同，B错误；细胞培养过程中分散细胞时，用胰蛋白酶等处理组织，分散得到单细胞悬液，不是破坏了细胞的膜蛋白，而是分解掉细胞间的黏连蛋白，C错误。
3．(2019·江苏，29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下列问题：
(1)对1号猪使用______________处理，使其超数排卵，收集并选取处在_________________(时期)的卵母细胞用于核移植。
(2)采集2号猪的组织块，用____________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________。
(3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行________。产出的基因编辑猪的性染色体来自______号猪。
(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达，可采用的方法有______(填序号)。
①DNA测序 ②染色体倍性分析
③体细胞结构分析 ④抗原—抗体杂交
答案　(1)促性腺激素　减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)　(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)　维持培养液的pH　(3)分割　2　(4)①④
解析　(1)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数分裂Ⅱ中期。(2)常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。(4)为了判断目的基因是否被导入受体，可采用PCR等技术进行检测；判断目的基因导入受体细胞后是否成功表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交法进行检测。
4．(2022·全国甲，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：
(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是_____________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是_____________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到____________时才具备与精子受精的能力。
(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有__________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。
(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是___________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)加入抗冻剂(甘油)冷冻保存　刚排出的精子必需在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精　肝素或Ca2＋载体　MⅡ中期　(2)维生素、氨基酸、核苷酸　(3)对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代
解析　(1)精液可以加入抗冻剂(甘油)冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。刚排出的精子必需在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精，故在体外受精前要对精子进行获能处理。卵母细胞需要培养到减数分裂Ⅱ中期(MⅡ中期)才能具备与精子受精的能力。(2)进行早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸等。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术，即对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代。
1．判断关于受精作用和早期胚胎发育的叙述
(1)在自然条件下，受精在子宫中完成(　×　)
(2)精子获能液常见的有效成分有肝素、Ca2＋载体等(　√　)
(3)当精子入卵后，透明带立即发生生理反应，阻止后来的精子进入(　×　)
(4)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大(　×　)
(5)卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加(　×　)
2．判断关于胚胎移植和胚胎分割的叙述
(1)在胚胎移植中，对供体母畜要进行超数排卵处理，对供、受体要进行同期发情处理(　√　)
(2)胚胎分割移植时应选取发育良好、形态正常的囊胚或原肠胚(　×　)
(3)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎(　√　)
(4)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割(　×　)
(5)做DNA分析、鉴定性别要取内细胞团处的细胞(　×　)
3．填空默写
(1)(选择性必修3 P58)判断卵子是否受精的标志：观察到两个极体或者雌、雄原核。
(2)(选择性必修3 P61)胚胎移植是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
(3)(选择性必修3 P61)供体母牛和受体母牛的选择标准为供体是遗传性状优良、生产能力强的个体，受体是有健康的体质和正常繁殖能力的个体，且二者必须是同一物种。
(4)(选择性必修3 P62)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
(5)(选择性必修3 P62)胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
(6)(选择性必修3 P62)胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。第4课时　动物细胞工程
课标要求　1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。3.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
考点一　动物细胞培养
1．动物细胞培养的概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成____________，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞__________的技术。
2．动物细胞培养的条件
3．动物细胞培养的过程
概念辨析　细胞贴壁和接触抑制
细胞贴壁是指体外培养的细胞贴附在瓶壁生长的现象；接触抑制是指当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象。
4．干细胞培养及其应用
种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞
来源 骨髓、脐带血和外周血 体细胞(如成纤维细胞等)
特点 能分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的组织和器官甚至________ 分化成___________ __________________ 能诱导分化成类似_____________的细胞
应用 分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病；神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等
1．胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？其应用有什么限制因素？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，尝试说出几种获取iPS细胞的方法。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．(2023·江苏淮安高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是(　　)
A．在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理
B．动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养液的pH
C．为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素
D．在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分
2．(2022·江苏南京高三模拟)某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是(　　)
A．多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变
B．多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性
C．给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应
D．该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官
归纳总结　动物细胞培养和植物组织培养的比较
项目 动物细胞培养 植物组织培养
理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性
培养前处理 无菌；用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞 无菌、离体
取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等
培养基性质 液体 固体
培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等
结果 产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体
应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等
相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂
考点二　动物细胞融合技术与单克隆抗体
1．动物细胞融合技术
源于选择性必修3 P48 “相关信息”：灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。
2．单克隆抗体的制备
(1)传统抗体的获得
①方法
―→
②缺点：产量低、________低、________差。
(2)单克隆抗体的制备及优点
①制备过程
②单克隆抗体的优点
a．能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生________结合(特异性强、灵敏度高)。
b．可以________制备。
(3)单克隆抗体的应用
①被广泛用作________试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。
②运载________，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的________杀伤。
③用于________________。
1．植物体细胞杂交技术，可以跨越植物种属间生殖隔离的屏障，培育出新的作物类型。科学家经过长期的探索，也实现了用不同种动物的体细胞进行杂交。参考图示，回答下列问题：
(1)动物细胞融合的结构基础是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)动物细胞完成融合的标志是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)动物与人细胞之间诱导融合，产生的融合细胞有多少种(只考虑两两融合)
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．单克隆抗体的制备中需要给小鼠注射特定的抗原蛋白，其目的是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．单克隆抗体被广泛用作诊断试剂的原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．(2023·河北廊坊高三模拟) 抗体—药物偶联物(ADC)通过采用特定技术将具有生物活性的小分子药物连接到能特异性识别肿瘤细胞的单克隆抗体上，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC的结构及其发挥作用的机理如图所示，下列有关说法错误的是(　　)
A．单克隆抗体制备过程中通常将免疫后得到的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合
B．用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后，在体外大规模培养可获得单克隆抗体
C．ADC通过抗体与细胞膜上的受体特异性结合，以主动运输的方式进入肿瘤细胞
D．ADC在肿瘤细胞里被溶酶体裂解，释放药物，使肿瘤细胞死亡
4．(多选)人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒，可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV，从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．在HAT培养基上存活的杂交瘤细胞既能无限增殖又可以分泌抗体
B．单克隆抗体的特点是灵敏度高、特异性强，可以大量制备
C．可用HPV衣壳蛋白检测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞
D．单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性
归纳总结　比较植物体细胞杂交和动物细胞融合
项目 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、细胞增殖
融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导方法 物理法：电融合法、离心法； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法 物理法：电融合法； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法； 生物法：灭活病毒诱导法
结果 杂种植株 杂交细胞
应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体
意义 突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合
相同点 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法相似
考点三　动物体细胞核移植技术和克隆动物
1．动物细胞核移植技术的概念和类型
(1)概念
将动物一个细胞的________移入去核的________________中，使这个重新组合的细胞发育成________，继而发育为____________的技术。
(2)原理：______________________。
(3)类型：哺乳动物核移植可分为________________核移植和________核移植，其中________________核移植较易成功。
2．体细胞核移植的过程
3．体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题
前景 畜牧业 加速家畜 进程、促进优良畜群繁育
医药卫生 ①作为 生产医用蛋白； ② 的细胞、组织或器官可以用于异种移植； ③人核移植 经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官，可用于器官移植
科学研究 ①研究克隆动物可使人类更深入地了解 及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析 ；③克隆特定疾病模型的动物，为研究 和开发相应的药物提供帮助
保护濒危物种 增加濒危物种的存活数量
问题 ①成功率 ；②绝大多数克隆动物存在 问题，表现出_____________
(1)源于选择性必修3 P52“相关信息”：减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)卵母细胞中的“核”其实是纺锤体—染色体复合物。文中所说的“去核”是去除该复合物。
(2)源于选择性必修3 P54“相关信息”：目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是______________________。也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的______________。
某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请，其培育过程可选用如下技术路线。
(1)探究“三亲婴儿”的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)所谓的“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是哪一个？该技术主要是为了避免什么疾病？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)据图分析，该技术涉及了哪些技术操作？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(4)动物细胞核移植技术的理论基础(原理)是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(5)受体细胞为什么选用卵母细胞？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
5．某杂志报道，我国科学家以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体成功克隆两只猕猴，成为全球首例体细胞克隆灵长类动物。下列相关叙述错误的是(　　)
A．这项技术证明高度分化的动物体细胞具有全能性
B．研究中需要使用成熟卵母细胞作为核移植的受体
C．培育出的两只雌性猕猴的基因组成几乎完全相同
D．克隆猕猴的成功为大量培育灵长类遗传病模型动物提供了可能
6．(多选)“中中”和“华华”是两只在我国出生的克隆猕猴，它们也是国际上首例利用体细胞克隆技术获得的非人灵长类动物。如图表示培育“中中”和“华华”的流程。下列相关叙述正确的是(　　)
A．图示过程中利用的技术有核移植和干细胞移植技术等
B．这两只克隆猕猴是由同一受精卵发育而成的双胞胎
C．融合细胞的培养过程需要无菌、无毒的环境和营养等条件
D．利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要小些
归纳总结　细胞工程的各种技术手段及其原理总结
1．(2021·江苏，11)下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述，错误的是(　　)
A．细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质
B．早期胚胎需移植到经同期发情处理的同种雌性动物体内发育成个体
C．猴的核移植细胞通过胚胎工程已成功地培育出了克隆猴
D．将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞
2．(多选)(2022·江苏，19)下图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程，在人－鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失，通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性，只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，只有Ⅲ具有胸苷激酶活性，Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述正确的有(　　)
A．加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合
B．细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人－人、人－鼠、鼠－鼠融合细胞
C．芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上
D．胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上
3．(2020·江苏，28)新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合，侵入人体，引起感染。图1为病毒侵入后，人体内发生的部分免疫反应示意图。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵，故抗体药物的研发已成为治疗新冠感染的研究热点之一。图2为筛选、制备抗S蛋白单克隆抗体的示意图。请据图回答下列问题：
(1)图1中人体内抗原呈递细胞吞噬病毒，并将病毒的抗原暴露在细胞表面，被________细胞表面的受体识别后激活该细胞。
(2)B细胞识别入侵的病毒后，在细胞因子作用下，经过细胞的____________，形成______________细胞。
(3)为判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者，采集鼻咽拭子主要用于病原学检查，检测病毒的__________；采集血液样本主要用于血清学检查，检测___________________________。
(4)据图2所示，研制抗S蛋白单克隆抗体，需先注射____________免疫小鼠以激活小鼠的免疫细胞，再提取激活的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，用HAT培养基筛选获得________细胞。因为同一种抗原可能激活________________细胞，还需继续筛选才能获得分泌单克隆抗体的细胞株。
4．(2020·全国Ⅰ，38)为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题：
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_____________________________。
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_______________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于______________，使用该培养基进行细胞培养的结果是___________________
_______________________________________________________________________________。
图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是___________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有_______________________________________________________________________________
________________________________________________________________(答出2点即可)。
1．判断关于动物细胞培养和胚胎干细胞的叙述
(1)将动物细胞置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养(　　)
(2)动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象(　　)
(3)贴壁细胞用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集(　　)
(4)胚胎干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞(　　)
(5)iPS细胞类似于胚胎干细胞，又称为诱导多能干细胞(　　)
(6)神经干细胞可用于治疗帕金森病和阿尔茨海默病等(　　)
2．判断关于动物细胞核移植的叙述
(1)通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚(　　)
(2)核移植中MⅡ期卵母细胞“去核”其实是去除纺锤体—染色体复合物(　　)
(3)克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因(　　)
(4)用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞(　　)
3．判断关于动物细胞融合及单克隆抗体制备的叙述
(1)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(仅考虑细胞两两融合的情况)(　　)
(2)动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞(　　)
(3)将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞(　　)
(4)单克隆抗体诊断试剂提高了诊断的准确性、灵敏性(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P44)细胞贴壁：________________________________________________。
(2)(选择性必修3 P44)接触抑制：___________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)(选择性必修3 P44)细胞在培养过程中分裂受阻的原因：_____________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)(选择性必修3 P49)杂交瘤细胞的特点是___________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(5)(选择性必修3 P50)单克隆抗体的优点是___________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(6)(选择性必修3 P54)核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是___________
_______________________________________________________________________________。
(7)(选择性必修3 P54)通过体细胞核移植技术培育的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行了100%的复制，原因是____________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。
第4课时　动物细胞工程
课标要求　1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。3.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
考点一　动物细胞培养
1．动物细胞培养的概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
2．动物细胞培养的条件
3．动物细胞培养的过程
概念辨析　细胞贴壁和接触抑制
细胞贴壁是指体外培养的细胞贴附在瓶壁生长的现象；接触抑制是指当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象。
4．干细胞培养及其应用
种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞
来源 早期胚胎 骨髓、脐带血和外周血 体细胞(如成纤维细胞等)
特点 能分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的组织和器官甚至个体 分化成特定的细胞或组织 能诱导分化成类似胚胎干细胞的细胞
应用 分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病；神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等
1．胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？其应用有什么限制因素？
提示　通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题，另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了应用。
2．为什么科学家认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？
提示　iPS细胞的诱导过程无需破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。
3．科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，尝试说出几种获取iPS细胞的方法。
提示　借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。
1．(2023·江苏淮安高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是(　　)
A．在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理
B．动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养液的pH
C．为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素
D．在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分
答案　C
解析　在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，以分解组织细胞间的蛋白质，得到单个细胞，A正确；为防止动物细胞培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素，C错误；使用合成培养基培养动物细胞时，通常要加入血清等一些天然成分，以利于动物细胞生长，D正确。
2．(2022·江苏南京高三模拟)某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是(　　)
A．多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变
B．多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性
C．给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应
D．该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官
答案　C
解析　多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质并未发生改变，只是基因的选择性表达，A错误；多能干细胞培养形成多层皮肤组织，未分化成各种细胞或发育成完整个体，不能体现动物体细胞的全能性，B错误；研究结果表明，多能干细胞能形成多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，但不能说明其能分化成各种组织和器官，D错误。
归纳总结　动物细胞培养和植物组织培养的比较
项目 动物细胞培养 植物组织培养
理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性
培养前处理 无菌；用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞 无菌、离体
取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等
培养基性质 液体 固体
培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等
结果 产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体
应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等
相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂
考点二　动物细胞融合技术与单克隆抗体
1．动物细胞融合技术
源于选择性必修3 P48“相关信息”：灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。
2．单克隆抗体的制备
(1)传统抗体的获得
①方法
―→
②缺点：产量低、纯度低、特异性差。
(2)单克隆抗体的制备及优点
①制备过程
②单克隆抗体的优点
a．能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合(特异性强、灵敏度高)。
b．可以大量制备。
(3)单克隆抗体的应用
①被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。
②运载药物，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。
③用于治疗疾病。
1．植物体细胞杂交技术，可以跨越植物种属间生殖隔离的屏障，培育出新的作物类型。科学家经过长期的探索，也实现了用不同种动物的体细胞进行杂交。参考图示，回答下列问题：
(1)动物细胞融合的结构基础是什么？
提示　细胞膜的流动性。
(2)动物细胞完成融合的标志是什么？
提示　动物细胞融合时，先是细胞膜发生融合，然后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞，则标志着动物细胞融合的完成。
(3)动物与人细胞之间诱导融合，产生的融合细胞有多少种(只考虑两两融合)
提示　3种。
2．单克隆抗体的制备中需要给小鼠注射特定的抗原蛋白，其目的是什么？
提示　刺激机体发生免疫应答，从而产生特定的B淋巴细胞。
3．单克隆抗体被广泛用作诊断试剂的原因是什么？
提示　单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备。
3．(2023·河北廊坊高三模拟)抗体—药物偶联物(ADC)通过采用特定技术将具有生物活性的小分子药物连接到能特异性识别肿瘤细胞的单克隆抗体上，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC的结构及其发挥作用的机理如图所示，下列有关说法错误的是(　　)
A．单克隆抗体制备过程中通常将免疫后得到的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合
B．用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后，在体外大规模培养可获得单克隆抗体
C．ADC通过抗体与细胞膜上的受体特异性结合，以主动运输的方式进入肿瘤细胞
D．ADC在肿瘤细胞里被溶酶体裂解，释放药物，使肿瘤细胞死亡
答案　C
解析　利用动物细胞融合技术将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体，A正确；单克隆抗体制备过程中至少经过两次筛选，一次是用特定的选择培养基进行筛选，获得杂交瘤细胞，杂交瘤细胞还需进行克隆化培养和抗体检测，即用96孔板培养和多次筛选杂交瘤细胞后，可获得既能无限增殖，又能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞，B正确；ADC通过胞吞的方式进入肿瘤细胞，溶酶体使其裂解，释放药物，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤，C错误，D正确。
4．(多选)人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒，可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV，从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．在HAT培养基上存活的杂交瘤细胞既能无限增殖又可以分泌抗体
B．单克隆抗体的特点是灵敏度高、特异性强，可以大量制备
C．可用HPV衣壳蛋白检测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞
D．单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性
答案　ABC
解析　单克隆抗体的制备过程主要运用的细胞工程技术包括动物细胞培养和动物细胞融合，原理依次是细胞增殖、细胞膜的流动性，D错误。
归纳总结　比较植物体细胞杂交和动物细胞融合
项目 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、细胞增殖
融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导方法 物理法：电融合法、离心法；
化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法 物理法：电融合法；
化学法：聚乙二醇(PEG)融合法；
生物法：灭活病毒诱导法
结果 杂种植株 杂交细胞
应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体
意义 突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合
相同点 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法相似
考点三　动物体细胞核移植技术和克隆动物
1．动物细胞核移植技术的概念和类型
(1)概念
将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育为动物个体的技术。
(2)原理：动物体细胞核具有全能性。
(3)类型：哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中胚胎细胞核移植较易成功。
2．体细胞核移植的过程
3．体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题
前景 畜牧业 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
医药卫生 ①作为生物反应器生产医用蛋白；
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植；
③人核移植胚胎干细胞经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官，可用于器官移植
科学研究 ①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因；③克隆特定疾病模型的动物，为研究致病机制和开发相应的药物提供帮助
保护濒危物种 增加濒危物种的存活数量
问题 ①成功率非常低；②绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷
(1)源于选择性必修3 P52“相关信息”：减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)卵母细胞中的“核”其实是纺锤体—染色体复合物。文中所说的“去核”是去除该复合物。
(2)源于选择性必修3 P54“相关信息”：目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请，其培育过程可选用如下技术路线。
(1)探究“三亲婴儿”的性状表现与三个亲本的关系并分析原因。
提示　①因基因型与母亲(卵母细胞核供体)和父亲(精子细胞核供体)的核基因有关，大多数性状由母亲和父亲共同决定。②少数性状(受质基因控制的性状)与捐献者(卵母细胞细胞质供体)相同。
(2)所谓的“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是哪一个？该技术主要是为了避免什么疾病？
提示　“三亲婴儿”中遗传学上的母亲应是提供卵细胞核的个体。该技术主要是为了避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代。
(3)据图分析，该技术涉及了哪些技术操作？
提示　该技术涉及动物细胞培养、体外受精、细胞核移植、胚胎移植等操作。
(4)动物细胞核移植技术的理论基础(原理)是什么？
提示　动物细胞核的全能性。
(5)受体细胞为什么选用卵母细胞？
提示　因为卵母细胞体积大，易操作；去核时易于同时吸走第一极体；卵母细胞中含有激发细胞核全能性的物质。
5．某杂志报道，我国科学家以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体成功克隆两只猕猴，成为全球首例体细胞克隆灵长类动物。下列相关叙述错误的是(　　)
A．这项技术证明高度分化的动物体细胞具有全能性
B．研究中需要使用成熟卵母细胞作为核移植的受体
C．培育出的两只雌性猕猴的基因组成几乎完全相同
D．克隆猕猴的成功为大量培育灵长类遗传病模型动物提供了可能
答案　A
解析　因为克隆的两只猕猴是以一只雌性猕猴胎儿成纤维细胞为核供体发育而来的，该过程经过了细胞核移植，只能说明分化的动物体细胞的细胞核具有全能性，A错误。
6．(多选)“中中”和“华华”是两只在我国出生的克隆猕猴，它们也是国际上首例利用体细胞克隆技术获得的非人灵长类动物。如图表示培育“中中”和“华华”的流程。下列相关叙述正确的是(　　)
A．图示过程中利用的技术有核移植和干细胞移植技术等
B．这两只克隆猕猴是由同一受精卵发育而成的双胞胎
C．融合细胞的培养过程需要无菌、无毒的环境和营养等条件
D．利用A猴的胚胎干细胞核移植获得克隆猕猴的难度要小些
答案　CD
解析　图示过程包括核移植、动物细胞培养、胚胎移植等技术，没有干细胞移植技术，A错误；这两只克隆猕猴是通过体细胞核移植、胚胎移植产生的，没有用到受精卵，B错误。
归纳总结　细胞工程的各种技术手段及其原理总结
1．(2021·江苏，11)下列关于哺乳动物胚胎工程和细胞工程的叙述，错误的是(　　)
A．细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质
B．早期胚胎需移植到经同期发情处理的同种雌性动物体内发育成个体
C．猴的核移植细胞通过胚胎工程已成功地培育出了克隆猴
D．将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞
答案　D
解析　我国利用核移植技术成功培养出克隆猴“中中”和“华华”，C正确；将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞不都是杂交瘤细胞，还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等，D错误。
2．(多选)(2022·江苏，19)下图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程，在人－鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失，通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性，只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，只有Ⅲ具有胸苷激酶活性，Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述正确的有(　　)
A．加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合
B．细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人－人、人－鼠、鼠－鼠融合细胞
C．芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上
D．胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上
答案　ACD
解析　动物细胞融合过程中，可以利用灭活的仙台病毒或聚乙二醇作诱导剂促进细胞融合，A正确；细胞Ⅲ中保留了人的X、11、17号染色体，故不会是鼠－鼠融合细胞，B错误；根据题意和题图分析可知，芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色体上，胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上，C、D正确。
3．(2020·江苏，28)新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合，侵入人体，引起感染。图1为病毒侵入后，人体内发生的部分免疫反应示意图。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵，故抗体药物的研发已成为治疗新冠感染的研究热点之一。图2为筛选、制备抗S蛋白单克隆抗体的示意图。请据图回答下列问题：
(1)图1中人体内抗原呈递细胞吞噬病毒，并将病毒的抗原暴露在细胞表面，被________细胞表面的受体识别后激活该细胞。
(2)B细胞识别入侵的病毒后，在细胞因子作用下，经过细胞的____________，形成______________细胞。
(3)为判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者，采集鼻咽拭子主要用于病原学检查，检测病毒的__________；采集血液样本主要用于血清学检查，检测_____________________________。
(4)据图2所示，研制抗S蛋白单克隆抗体，需先注射____________免疫小鼠以激活小鼠的免疫细胞，再提取激活的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，用HAT培养基筛选获得________细胞。因为同一种抗原可能激活________细胞，还需继续筛选才能获得分泌单克隆抗体的细胞株。
答案　(1)T　(2)增殖、分化　浆细胞和记忆
(3)核酸　抗新型冠状病毒抗体　(4)刺突蛋白(或S蛋白)　杂交瘤　多种B淋巴
解析　(1)病毒可作为引起免疫反应的抗原，其侵入人体后，首先会被抗原呈递细胞吞噬处理，将其特有的抗原暴露，从而被T细胞表面的受体识别并激活T细胞。(2)B细胞识别入侵的病毒后，在细胞因子的作用下，会增殖、分化形成浆细胞和记忆细胞。(3)判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者时，若采集鼻咽拭子进行病原学检查，则检测的是病毒的核酸；若病人感染了该病毒，则血清中会存在相应的抗体，因此若采集血液样本进行血清学检查，则检测的是抗新型冠状病毒抗体。(4)要研制抗S蛋白单克隆抗体，需先给小鼠注射刺突蛋白(S蛋白)作为抗原，以获得激活的小鼠B淋巴细胞。激活的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合时，会出现B—B细胞、瘤—瘤细胞以及杂交瘤细胞(只考虑2个细胞的融合)，所以应先用HAT培养基筛选获得杂交瘤细胞。又因为同一种抗原可能激活多种B淋巴细胞，所以对获得的杂交瘤细胞还需继续进行克隆化培养和专一抗体的阳性检测，以获得能分泌单克隆抗体的细胞株。
4．(2020·全国Ⅰ，38)为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题：
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_____________________________。
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于______________，使用该培养基进行细胞培养的结果是____________________。
图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____________________________________。
(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出2点即可)。
答案　(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞　(2)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液　(3)选择培养基　只有杂交瘤细胞能够生存　抗原与抗体的反应具有特异性　(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养
解析　(1)利用小鼠甲制备单克隆抗体时，先要给小鼠甲注射相应的抗原，目的是获得经免疫的、能产生相应抗体的B淋巴细胞。(2)利用小鼠甲的脾脏制备单细胞悬液的主要步骤是①取小鼠甲的脾脏并剪碎；②用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理使其分散成单个细胞；③利用培养液将分散的细胞制成细胞悬液。(3)为了得到所需要的杂交瘤细胞，在细胞培养过程中要进行筛选。第一次筛选(筛选1)是利用选择培养基进行筛选，在选择培养基上只有融合的杂种细胞才能生长，未融合的、同种细胞融合的细胞都不能存活。后续过程还需要利用抗原与抗体的反应具有特异性的原理进行多次筛选(筛选2)，目的是得到能产生所需要的抗体并能无限增殖的杂交瘤细胞。(4)若要将得到的杂交瘤细胞进行大量增殖，可以在体外条件下进行大规模培养或将其注射到小鼠腹腔内增殖。
1．判断关于动物细胞培养和胚胎干细胞的叙述
(1)将动物细胞置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养(　×　)
(2)动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象(　×　)
(3)贴壁细胞用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集(　√　)
(4)胚胎干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞(　×　)
(5)iPS细胞类似于胚胎干细胞，又称为诱导多能干细胞(　√　)
(6)神经干细胞可用于治疗帕金森病和阿尔茨海默病等(　√　)
2．判断关于动物细胞核移植的叙述
(1)通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚(　√　)
(2)核移植中MⅡ期卵母细胞“去核”其实是去除纺锤体—染色体复合物(　√　)
(3)克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因(　√　)
(4)用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞(　√　)
3．判断关于动物细胞融合及单克隆抗体制备的叙述
(1)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(仅考虑细胞两两融合的情况)(　√　)
(2)动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞(　×　)
(3)将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞
(　×　)
(4)单克隆抗体诊断试剂提高了诊断的准确性、灵敏性(　√　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P44)细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。
(2)(选择性必修3 P44)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象。
(3)(选择性必修3 P44)细胞在培养过程中分裂受阻的原因：悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻；对于贴壁细胞来说，除上述因素外，还会因为接触抑制而停止分裂增殖。
(4)(选择性必修3 P49)杂交瘤细胞的特点是既能大量繁殖，又能产生足够数量的特定抗体。
(5)(选择性必修3 P50)单克隆抗体的优点是能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备。
(6)(选择性必修3 P54)核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞。
(7)(选择性必修3 P54)通过体细胞核移植技术培育的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行了100%的复制，原因是克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。第8课时　生物技术的安全性与伦理问题
课标要求　1.举例说出日常生活中的转基因产品。2.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。3.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。4.分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。5.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害。6.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考点一　转基因产品的安全性
1．转基因成果
领域 成果
微生物方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的________________； ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸； ③用基因工程菌生产药物
转基因动物方面　 ①培育________________、________________的转基因家禽、家畜； ②培育抵抗相应病毒的动物新品种； ③建立某些人类疾病的转基因动物模型
转基因植物方面　 培育具有________、________、________________和耐储藏等新性状的作物
2.对转基因产品安全性的争论
源于选择性必修3 P102“相关信息”：我国科学家将来自玉米的________________基因与目的基因一起转入植物中，由于__________________基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止________________的传播。
3．理性看待转基因技术
(1)理性看待转基因技术的前提
①清晰地了解转基因技术的________和________规程。
②看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和________等因素的影响。
③要靠________的证据和________的逻辑进行思考和辩论。
(2)我国对转基因技术的态度
①研究上要________，坚持自主创新。
②推广上要________，做到确保安全。
③管理上要________，坚持依法监管。
(3)我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构
①维护了消费者对转基因产品的__________和________。
②保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的________。
③为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。
害虫损伤番茄的叶片后，叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫因不能消化食物而死亡。科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。 请结合上面的材料回答下列问题：
(1)在种植了这种转基因玉米的农田中，杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．(2023·河北石家庄高三期末)转基因作物的推广种植，大幅提高了粮食产量，取得了巨大的经济效益和生态效益；硕果累累的转基因作物相关研究在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因作物的安全性问题。下列有关转基因作物安全性的叙述，错误的是(　　)
A．抗性基因可能会随花粉传播到田间近缘野生植物体内，造成基因污染
B．转入抗性基因的植物可能成为“入侵物种”，影响生态系统的稳定性
C．大面积种植转基因抗虫棉，有可能会导致棉铃虫群体中相关抗性基因频率增加
D．只要目的基因来自自然界，培育出的转基因植物就不会有安全性问题
2．(多选)下列关于转基因生物与安全性的叙述，不正确的是(　　)
A．转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中
B．转基因技术与植物体细胞杂交技术均可打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育出杂种新物种
C．种植转基因抗虫棉时，常间行种植普通棉花以供害虫取食，其主要目的是保护物种多样性
D．转基因花粉中若有毒蛋白或过敏蛋白，则它有通过食物链传递而引发人类食品安全问题的可能
归纳总结　基因污染的危害性表现
(1)污染传统作物，影响已形成的农业生态系统。
(2)污染自然界的生物基因库。
(3)影响自然界的生态平衡。
(4)污染“微生态”菌群。
(5)能够在自然界中增殖和扩散。
考点二　关注生殖性克隆人
1．生殖性克隆人面临的伦理问题
(1)生殖性克隆和治疗性克隆的比较
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
目的
水平
联系 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
(2)关于生殖性克隆人的争论
观点 理由
赞同 ①科学研究有______________________________________，社会应该允许科学家研究； ②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是________________是可以改变的
大多数人反对 ①生殖性克隆人“________________”； ②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了________________，是克隆技术的滥用； ③克隆技术还不成熟，面临着________________________等问题
(3)我国________、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
(4)我国政府重视________________所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
2．试管婴儿和设计试管婴儿的比较
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需进行________ 胚胎移植前需进行__________
实践应用 解决________问题 用于__________等疾病的治疗
联系 二者都是体外受精，经体外________________，再进行______________，在生殖方式上都为______________
下面是试管婴儿及克隆人的培育流程图，分析并回答下列问题：
Ⅰ.试管婴儿与设计试管婴儿的培育过程：
Ⅱ.克隆人的培育过程：
(1)在Ⅰ的图示中，________是试管婴儿的培育过程，________是设计试管婴儿培育的过程(填图中序号)。
(2)试管婴儿与设计试管婴儿技术的主要区别是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要差异是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(4)试管婴儿技术与克隆技术分别属于哪种生殖方式？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(5)治疗性克隆与生殖性克隆过程中胚胎的处理方式相同吗？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．治疗性克隆的一般流程是把患者(供体)体细胞移植到去核卵母细胞中形成重构胚，再把重构胚体外培养到囊胚，然后从中分离出ES细胞，并诱导ES细胞定向分化为所需的特定细胞类型用于移植。下列说法错误的是(　　)
A．供体细胞注入去核卵母细胞后还需诱导融合
B．ES细胞在核遗传上和供体细胞相同
C．治疗性克隆是治疗遗传病的根本措施
D．治疗性克隆可解决器官移植时的免疫排斥问题
4．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞用于治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆均需要用到动物细胞培养技术和核移植技术
归纳总结　治疗性克隆和生殖性克隆的比较
比较 治疗性克隆 生殖性克隆
不同点 概念 利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的 利用克隆技术获得胚胎，并将胚胎孕育成为人类个体的克隆性技术
目的 治疗人类疾病 繁殖新个体
操作水平 细胞或组织水平 个体水平
相同点 都属于无性生殖，产生新细胞、新组织，遗传信息相同
考点三　禁止生物武器
1．生物武器的种类和特点
(1)种类
(2)特点
①致病性强；传染性强；人易感。
②较隐蔽：不易被发现；易传播(如气溶胶)，发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。
③易得到：制备容易，花费小。
④传染途径多，治疗困难。
⑤受自然条件影响大。
2．《禁止生物武器公约》
(1)1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《_______________》，并于1975年3月生效。
(2)1984年11月，我国也加入了这一公约。
(3)1998年6月，中美两国元首重申了在任何情况下________________________生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
(4)2010年，在第65届联合国大会上，我国政府主张全面禁止和彻底销毁________________等各类大规模杀伤性武器。
生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。把这些病原体直接或者通过食物、生活必需品等散布到敌方，可以对军队和平民造成大规模杀伤后果。请阅读教材相关知识，回答下面的问题：
(1)生物武器与其他常规武器的主要区别是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)与常规武器相比，生物武器受自然条件的影响较大的原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)对待生物武器，我们必须形成何种明确的立场？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
5．(2023·江苏南京高三模拟)下列关于生物武器的说法，错误的是(　　)
A．我们对待生物武器的态度应明确而坚定，坚决禁止研制生物武器
B．生物武器是利用致病菌、病毒或生化毒剂等形成杀伤力的
C．为了国家安全，可以进行必要的小范围的生物武器研究
D．生物武器不只是对敌方人员有伤害
6．《生物武器公约》是防止生物武器发展和扩散的重要国际机制。在当前恐怖主义威胁日益加大的背景下，该机制的有效性事关对生物恐怖威胁的防范。下列关于生物武器的叙述，错误的是(　　)
A．生物武器的种类包括致病菌、病毒和生化毒剂等，它曾对人类造成过严重伤害
B．我国反对生物武器及其技术和设备的扩散
C．转基因生物不可能被用于制造生物武器
D．生物武器的传播途径包括直接传播、食物传播和生活必需品传播等
归纳总结　(1)生物武器的特点
(2)关于常规武器和生物武器的判断
①常规武器是核武器、化学武器等大规模杀伤、破坏武器以外的武器，它是进行战争的基本手段。
②生物武器是以生物战剂杀死有生力量和毁坏植物的武器统称，具有局限性，容易受到温度、地形、风向等多种条件的影响。
1．(经典高考题)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是(　　)
A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
2．(2022·辽宁，12)抗虫和耐除草剂玉米双抗12－5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B．后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C．延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D．转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
3．(经典高考题)2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。
据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
4．(经典高考题)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下：
(1)过程①采用的是细胞工程中的____________技术，过程②采用的是胚胎工程中的__________技术。
(2)体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液(基)的________。
(3)如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体(重组载体)时必须使用________和____________两种工具酶。基因表达载体上除目的基因外，还需有________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。
(4)胚胎干细胞可以来自囊胚中的____________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体________(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。
1．判断关于转基因产品安全性的叙述
(1)通过转基因技术生产药物只是转基因微生物方面的应用(　　)
(2)转基因抗虫植物也抗病，种植过程中可以不施农药(　　)
(3)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题(　　)
(4)转基因生物可能会破坏生态平衡(　　)
2．判断关于生殖性克隆人的叙述
(1)中国政府不允许进行任何生殖性克隆人实验(　　)
(2)生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别(　　)
(3)生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念(　　)
3．判断关于生物武器的叙述
(1)天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器(　　)
(2)微生物产生的代谢产物都可以用来制造生化毒剂(　　)
(3)生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体(　　)
(4)我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P106)生殖性克隆是指______________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)(选择性必修3 P106)治疗性克隆是指_______________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第8课时　生物技术的安全性与伦理问题
课标要求　1.举例说出日常生活中的转基因产品。2.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。3.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题。4.分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。5.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害。6.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考点一　转基因产品的安全性
1．转基因成果
领域 成果
微生物方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期；
②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸；
③用基因工程菌生产药物
转基因动物方面　 ①培育生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；
②培育抵抗相应病毒的动物新品种；
③建立某些人类疾病的转基因动物模型
转基因植物方面　 培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物
2.对转基因产品安全性的争论
源于选择性必修3 P102“相关信息”：我国科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。
3．理性看待转基因技术
(1)理性看待转基因技术的前提
①清晰地了解转基因技术的原理和操作规程。
②看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响。
③要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
(2)我国对转基因技术的态度
①研究上要大胆，坚持自主创新。
②推广上要慎重，做到确保安全。
③管理上要严格，坚持依法监管。
(3)我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构
①维护了消费者对转基因产品的知情权和选择权。
②保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的安全性。
③为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。
害虫损伤番茄的叶片后，叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫因不能消化食物而死亡。科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。请结合上面的材料回答下列问题：
(1)在种植了这种转基因玉米的农田中，杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？
提示　不会。不同物种之间存在生殖隔离，玉米的花粉不能传递给杂草(或会。蛋白酶抑制剂基因通过玉米的花粉传递给杂草，使杂草获得抗虫基因，从而表现出抗虫性状)。
(2)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？
提示　需要。转基因玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害虫。
(3)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。
提示　有道理。这种玉米的籽粒可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性，影响人体健康(或没有道理。人体蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同，玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响)。
1．(2023·河北石家庄高三期末)转基因作物的推广种植，大幅提高了粮食产量，取得了巨大的经济效益和生态效益；硕果累累的转基因作物相关研究在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因作物的安全性问题。下列有关转基因作物安全性的叙述，错误的是(　　)
A．抗性基因可能会随花粉传播到田间近缘野生植物体内，造成基因污染
B．转入抗性基因的植物可能成为“入侵物种”，影响生态系统的稳定性
C．大面积种植转基因抗虫棉，有可能会导致棉铃虫群体中相关抗性基因频率增加
D．只要目的基因来自自然界，培育出的转基因植物就不会有安全性问题
答案　D
解析　转基因生物具有某些特殊性质，它们在某地区的竞争能力较强，可能成为“外来物种”，威胁生态系统中其他生物的存在，从而影响生态系统的稳定性，B正确；即使目的基因来自自然界，培育出的转基因植物仍然可能会有安全性问题，D错误。
2．(多选)下列关于转基因生物与安全性的叙述，不正确的是(　　)
A．转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中
B．转基因技术与植物体细胞杂交技术均可打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育出杂种新物种
C．种植转基因抗虫棉时，常间行种植普通棉花以供害虫取食，其主要目的是保护物种多样性
D．转基因花粉中若有毒蛋白或过敏蛋白，则它有通过食物链传递而引发人类食品安全问题的可能
答案　ABC
解析　转基因培育的植物，理论上目的基因存在于所有体细胞中，A错误；转基因技术培育的物种和原来的非转基因生物属于同一物种，B错误；种植转基因抗虫棉，常间行种植普通棉花是为了降低害虫的抗性基因进化的频率，C错误。
归纳总结　基因污染的危害性表现
(1)污染传统作物，影响已形成的农业生态系统。
(2)污染自然界的生物基因库。
(3)影响自然界的生态平衡。
(4)污染“微生态”菌群。
(5)能够在自然界中增殖和扩散。
考点二　关注生殖性克隆人
1．生殖性克隆人面临的伦理问题
(1)生殖性克隆和治疗性克隆的比较
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
目的 产生独立生存的新个体 治疗疾病
水平 个体水平 细胞水平
联系 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
(2)关于生殖性克隆人的争论
观点 理由
赞同 ①科学研究有自己内在的发展规律，社会应该允许科学家研究；
②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是人的观念是可以改变的
大多数人反对 ①生殖性克隆人“有违人类尊严”；
②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；
③克隆技术还不成熟，面临着流产、死胎和畸形儿等问题
(3)我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
(4)我国政府重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
2．试管婴儿和设计试管婴儿的比较
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需进行遗传诊断 胚胎移植前需进行遗传诊断
实践应用 解决不孕不育问题 用于白血病、贫血病等疾病的治疗
联系 二者都是体外受精，经体外早期胚胎发育，再进行胚胎移植，在生殖方式上都为有性生殖
下面是试管婴儿及克隆人的培育流程图，分析并回答下列问题：
Ⅰ.试管婴儿与设计试管婴儿的培育过程：
Ⅱ.克隆人的培育过程：
(1)在Ⅰ的图示中，①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿培育的过程(填图中序号)。
(2)试管婴儿与设计试管婴儿技术的主要区别是什么？
提示　设计试管婴儿多了胚胎移植前的遗传学诊断过程。
(3)试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要差异是什么？
提示　前者需经过体外受精，后者需用到细胞核移植技术。
(4)试管婴儿技术与克隆技术分别属于哪种生殖方式？
提示　试管婴儿技术属于有性生殖，克隆技术属于无性生殖。
(5)治疗性克隆与生殖性克隆过程中胚胎的处理方式相同吗？
提示　不同。治疗性克隆获得的早期胚胎主要用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的组织、细胞和器官；在生殖性克隆过程中，获得的胚胎通过胚胎移植进入母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。
3．治疗性克隆的一般流程是把患者(供体)体细胞移植到去核卵母细胞中形成重构胚，再把重构胚体外培养到囊胚，然后从中分离出ES细胞，并诱导ES细胞定向分化为所需的特定细胞类型用于移植。下列说法错误的是(　　)
A．供体细胞注入去核卵母细胞后还需诱导融合
B．ES细胞在核遗传上和供体细胞相同
C．治疗性克隆是治疗遗传病的根本措施
D．治疗性克隆可解决器官移植时的免疫排斥问题
答案　C
解析　供体细胞注入去核卵母细胞后，还需通过电融合法等诱导融合，使供体核进入卵母细胞，形成重构胚，A正确；治疗性克隆的ES细胞来源于供体细胞，在核遗传上和供体细胞相同，B正确；治疗遗传病的根本措施是基因治疗，C错误；治疗性克隆的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，D正确。
4．下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞用于治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆均需要用到动物细胞培养技术和核移植技术
答案　C
解析　使用病人自己的干细胞，在一定的条件下，通过离体培养和诱导分化形成胰岛细胞用于治疗糖尿病，属于治疗性克隆，A正确；生殖性克隆是以产生新个体为目的进行的克隆，即用生殖技术将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫中发育成婴儿的过程，B正确；克隆属于无性生殖，C错误。
归纳总结　治疗性克隆和生殖性克隆的比较
比较 治疗性克隆 生殖性克隆
不同点 概念 利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的 利用克隆技术获得胚胎，并将胚胎孕育成为人类个体的克隆性技术
目的 治疗人类疾病 繁殖新个体
操作水平 细胞或组织水平 个体水平
相同点 都属于无性生殖，产生新细胞、新组织，遗传信息相同
考点三　禁止生物武器
1．生物武器的种类和特点
(1)种类
(2)特点
①致病性强；传染性强；人易感。
②较隐蔽：不易被发现；易传播(如气溶胶)，发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。
③易得到：制备容易，花费小。
④传染途径多，治疗困难。
⑤受自然条件影响大。
2．《禁止生物武器公约》
(1)1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁止生物武器公约》，并于1975年3月生效。
(2)1984年11月，我国也加入了这一公约。
(3)1998年6月，中美两国元首重申了在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
(4)2010年，在第65届联合国大会上，我国政府主张全面禁止和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器。
生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等。把这些病原体直接或者通过食物、生活必需品等散布到敌方，可以对军队和平民造成大规模杀伤后果。请阅读教材相关知识，回答下面的问题：
(1)生物武器与其他常规武器的主要区别是什么？
提示　生物武器的致病能力强、攻击范围广，可直接或通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成大规模伤亡，也能大量损害植物。
(2)与常规武器相比，生物武器受自然条件的影响较大的原因是什么？
提示　病原微生物的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。
(3)对待生物武器，我们必须形成何种明确的立场？
提示　关于生物武器，我们必须形成明确的立场：不论在何种情况下，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。
5．(2023·江苏南京高三模拟)下列关于生物武器的说法，错误的是(　　)
A．我们对待生物武器的态度应明确而坚定，坚决禁止研制生物武器
B．生物武器是利用致病菌、病毒或生化毒剂等形成杀伤力的
C．为了国家安全，可以进行必要的小范围的生物武器研究
D．生物武器不只是对敌方人员有伤害
答案　C
解析　生物武器几乎对所有人都具有杀伤力，是一种不人道的武器，应坚决禁止，C错误。
6．《生物武器公约》是防止生物武器发展和扩散的重要国际机制。在当前恐怖主义威胁日益加大的背景下，该机制的有效性事关对生物恐怖威胁的防范。下列关于生物武器的叙述，错误的是(　　)
A．生物武器的种类包括致病菌、病毒和生化毒剂等，它曾对人类造成过严重伤害
B．我国反对生物武器及其技术和设备的扩散
C．转基因生物不可能被用于制造生物武器
D．生物武器的传播途径包括直接传播、食物传播和生活必需品传播等
答案　C
解析　转基因生物可能会被用于制造生物武器，如由转基因微生物制成的生物武器具有目前人类难以预防和治疗的特点，C错误。
归纳总结　(1)生物武器的特点
(2)关于常规武器和生物武器的判断
①常规武器是核武器、化学武器等大规模杀伤、破坏武器以外的武器，它是进行战争的基本手段。
②生物武器是以生物战剂杀死有生力量和毁坏植物的武器统称，具有局限性，容易受到温度、地形、风向等多种条件的影响。
1．(经典高考题)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是(　　)
A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
答案　B
解析　转基因生物是否存在安全问题，尚在争论之中，国家为了维护消费者对转基因产品的选择权和知情权，一般会加贴标注，但不会警示性注明可能的危害，B错误。
2．(2022·辽宁，12)抗虫和耐除草剂玉米双抗12－5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据，采用PCR方法进行目的基因监测，反应程序如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B．后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C．延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D．转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
答案　B
解析　预变性过程是使双链DNA完全变性解聚，A错误；后延伸过程是为了让引物延伸完全并让单链产物完全退火形成双链结构，可使目的基因的扩增更加充分，B正确；延伸过程需引物参与，C错误；转基因品种不只需要检测是否含有目的基因，还要检测是否表达，还有是否存在安全性问题，D错误。
3．(经典高考题)2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。
据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
答案　C
解析　从图中可知，母亲卵母细胞只是提供了细胞核，而线粒体位于细胞质中，因此可以避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代，A正确；红绿色盲基因位于细胞核内的染色体上，捐献者只是提供了细胞质，所以捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿，B正确；染色体全部位于细胞核内，从图中可知，三亲婴儿的染色体一半来自母亲、一半来自父亲，C错误；从图中可知，体外受精完成后，还需要进行早期胚胎培养，当培养到桑葚胚或囊胚时再通过胚胎移植，移植到母亲子宫内继续发育，D正确。
4．(经典高考题)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下：
(1)过程①采用的是细胞工程中的____________技术，过程②采用的是胚胎工程中的______________技术。
(2)体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液(基)的________。
(3)如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体(重组载体)时必须使用________和____________两种工具酶。基因表达载体上除目的基因外，还需有________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。
(4)胚胎干细胞可以来自囊胚中的____________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体________(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。
答案　(1)(体细胞)核移植　(早期)胚胎培养
(2)pH　(3)限制酶　DNA连接酶(两空可颠倒)　标记　(4)内细胞团　B
解析　(1)由流程图可知，个体A提供去核卵母细胞，个体B提供体细胞核，二者通过①得到重构胚，重构胚经②得到囊胚，故过程①是核移植，过程②是早期胚胎培养。(2)动物细胞培养时，要通入含有5%CO2和95%空气的混合气体，CO2的作用是维持培养液的pH。(3)构建基因表达载体时，要用同种限制酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、复制原点、标记基因等，标记基因的作用是便于目的基因的检测和筛选。(4)囊胚中的内细胞团细胞为胚胎干细胞。图中获得的组织器官，其细胞的细胞核来自个体B，将所得组织器官移植给个体B，不会发生免疫排斥反应。
1．判断关于转基因产品安全性的叙述
(1)通过转基因技术生产药物只是转基因微生物方面的应用(　×　)
(2)转基因抗虫植物也抗病，种植过程中可以不施农药(　×　)
(3)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题(　×　)
(4)转基因生物可能会破坏生态平衡(　√　)
2．判断关于生殖性克隆人的叙述
(1)中国政府不允许进行任何生殖性克隆人实验(　√　)
(2)生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别(　×　)
(3)生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念(　√　)
3．判断关于生物武器的叙述
(1)天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器(　√　)
(2)微生物产生的代谢产物都可以用来制造生化毒剂(　×　)
(3)生物武器可通过吸入、误食、接触带菌物品，被带菌昆虫叮咬等侵入人体(　√　)
(4)我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器(　√　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P106)生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。
(2)(选择性必修3 P106)治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。长句表达(六)　生物技术与工程的概念、原理分析与应用
1．(分析原因类)(2021·河北，24)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内，进行后续处理(例如，收集植物组织器官异地妥善储存)，可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物，并检测了相关指标。
回答下列问题：
(1)进行前期研究时，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，采用最多的方法是________________。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是_______________________________________________________。
(2)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
相较于草本植物，采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于______________
_______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(写出两点即可)。
2．(分析原因类)(2022·河北，23节选)番茄灰霉病菌严重影响番茄生产，枯草芽孢杆菌可以产生对多种病原菌具有抑制作用的蛋白质。为探究枯草芽孢杆菌能否用于番茄灰霉病的生物防治，研究者设计了相关实验。回答下列问题：
枯草芽孢杆菌为好氧微生物，液体培养时应采用__________(填“静置”或“摇床震荡”)培养。培养过程中抽样检测活菌数量时，应采用______________(填“稀释涂布平板法”或“显微镜直接计数法”)，其原因是____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
此类题目围绕某一技术或工程进行考查，全面熟悉其原理是解决问题的基础，尤其是解决基因工程问题时要带着分子生物学思维来分析作答。
1．(2021·广东，21节选)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。
回答下列问题：
基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出两点即可)。
2．(2021·全国甲，38节选)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
PCR(聚合酶链式反应)技术是指____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
3．(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题：
天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
4．(2019·全国Ⅲ，37节选)回答下列与细菌培养相关的问题：
(1)在细菌培养时，培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是________(填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常，制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH，其原因是___________________________________________。硝化细菌在没有碳源的培养基上________(填“能够”或“不能”)生长，原因是______________________________________。
(2)单个细菌在平板上会形成菌落，研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物，原因是___________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
5．(2018·江苏，32节选)为生产具有特定性能的α 淀粉酶，研究人员从某种海洋细菌中克隆了α 淀粉酶基因(1 656个碱基对)，利用基因工程大量制备α 淀粉酶，实验流程见下图。请回答下列问题：
为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的________端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是_______________________。
6．(2022·山东，25节选)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－PΔ。PΔ是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或PΔ的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或PΔ的功能。
为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是___________________________________________________________________。
长句表达(六)　生物技术与工程的概念、原理分析与应用
1．(分析原因类)(2021·河北，24)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内，进行后续处理(例如，收集植物组织器官异地妥善储存)，可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物，并检测了相关指标。
回答下列问题：
(1)进行前期研究时，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，采用最多的方法是________________。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是_______________________________________________________。
(2)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
相较于草本植物，采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于______________
_______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(写出两点即可)。
答案　(1)农杆菌转化法　避免目的基因在自然界中的扩散　(2)YCF1可通过主动运输将Cd离子运到液泡中，提高了细胞液的浓度，有利于植株吸水　杨树具有发达的根系和高大的树冠，更适应污染矿区等不良环境，同时可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便运输、利用
2．(分析原因类)(2022·河北，23节选)番茄灰霉病菌严重影响番茄生产，枯草芽孢杆菌可以产生对多种病原菌具有抑制作用的蛋白质。为探究枯草芽孢杆菌能否用于番茄灰霉病的生物防治，研究者设计了相关实验。回答下列问题：
枯草芽孢杆菌为好氧微生物，液体培养时应采用__________(填“静置”或“摇床震荡”)培养。培养过程中抽样检测活菌数量时，应采用______________(填“稀释涂布平板法”或“显微镜直接计数法”)，其原因是____________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　摇床震荡　稀释涂布平板法　用稀释涂布平板法在培养基上看到的每一个菌落都来自一个活细胞，而显微镜直接计数法会将死亡的枯草芽孢杆菌也计算在内
解析　枯草芽孢杆菌为好氧微生物，采用摇床震荡培养可增大培养液的溶氧量，有利于枯草芽孢杆菌的生长繁殖。培养过程中要抽样检测活菌数量，应该采用稀释涂布平板法，用稀释涂布平板法在培养基上看到的每一个菌落都来自一个活细胞，而显微镜直接计数法会将死亡的酵母菌也计算在内。
此类题目围绕某一技术或工程进行考查，全面熟悉其原理是解决问题的基础，尤其是解决基因工程问题时要带着分子生物学思维来分析作答。
1．(2021·广东，21节选)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。
回答下列问题：
基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出两点即可)。
答案　盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制
2．(2021·全国甲，38节选)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：
PCR(聚合酶链式反应)技术是指_______________________________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
答案　一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术
3．(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题：
天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　找到第6位氨基酸甲对应的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲对应的碱基替换为氨基酸乙的碱基
4．(2019·全国Ⅲ，37节选)回答下列与细菌培养相关的问题：
(1)在细菌培养时，培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是________(填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常，制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH，其原因是____________________________________。硝化细菌在没有碳源的培养基上________(填“能够”或“不能”)生长，原因是______________________________________。
(2)单个细菌在平板上会形成菌落，研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物，原因是___________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)蛋白胨　不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同　能够　硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源　(2)在一定的培养条件下，不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征
5．(2018·江苏，32节选)为生产具有特定性能的α-淀粉酶，研究人员从某种海洋细菌中克隆了α-淀粉酶基因(1 656个碱基对)，利用基因工程大量制备α-淀粉酶，实验流程见下图。请回答下列问题：
为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的________端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是_______________________。
答案　5′　使DNA片段能定向插入表达载体，减少自连
6．(2022·山东，25节选)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－PΔ。PΔ是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或PΔ的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或PΔ的功能。
为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是___________________________________________________________________。
答案　能与P基因母链的一段碱基序列配对、短单链核酸第7课时　基因工程的应用和蛋白质工程
课标要求　1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
考点一　基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用
3．基因工程在食品工业方面的应用
1．基因工程应用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题：
(1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．(2023·江苏天一中学高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是(　　)
A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物
B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞
D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量
2．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。某生物制品公司用如下方法(如图所示)生产干扰素。从图中可以看出，该公司生产干扰素运用的方法是(　　)
A．个体间的杂交 B．基因工程
C．蛋白质工程 D．器官移植
归纳总结　乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
考点二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的____ ______→推测应有的 →找到并改变相对应的 (基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 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 可生产________________________ 只能生产____________________
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
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发________。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成________，在一定条件下，可以延长保存时间。
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进________________或开发新的工业用酶。
②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物__________________的效率，增加粮食的产量。
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题：
(1)写出流程图中字母代表的含义：
A．____________；B.____________；C.____________；D.________；E.________。
(2)上图字母中属于中心法则的过程有______，属于蛋白质工程的过程有________。
(3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，下列有关叙述错误的是(　　)
A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
4．β 葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β 葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是(　　)
A．改造后的β 葡聚糖酶的耐酸碱能力增强
B．改造后的β 葡聚糖酶空间结构发生了改变
C．对β 葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程
D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功
归纳总结　判断基因工程和蛋白质工程
(1)如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
(2)如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
2．(2020·山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是____________________________________________________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了_______________________，从而改变了 Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经____________过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出 Wx基因的cDNA，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
3．(经典高考题)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的______________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_______________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过______________________________________________________和____________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
4．(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是______________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_______________、______________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是__________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。
1．判断关于基因工程的应用的叙述
(1) 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(　　)
(2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　　)
(3)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能完全相同(　　)
2．判断关于蛋白质工程的原理及其应用的叙述
(1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　　)
(2)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进行操作(　　)
(3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性(　　)
3．填空默写
(1)(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将_____________________________________与乳腺中________________________________等调控元件重组在一起，通过________________的方法导入哺乳动物的______中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌________来生产所需要的药物。
(2)(选择性必修3 P91)用转基因动物(猪)做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入________________，以抑制________________________________________，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
(3)(选择性必修3 P93)蛋白质工程是指以________________________________________作为基础，通过________________，来改造现有蛋白质，或制造________________，以满足________________________的需求。
(4)(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产________________________________。
(5)(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过____________来完成。
(6)(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路是从______________出发→设计预期的________________→推测应有的______________________________→找到并改变相对应的________________(基因)或______________→获得________________。
第7课时　基因工程的应用和蛋白质工程
课标要求　1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
考点一　基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用
3．基因工程在食品工业方面的应用
1．基因工程应用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题：
(1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？
提示　不能。抗虫基因具有专一性。
(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？
提示　减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。
(3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
提示　会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。
2．为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。
提示　受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源生长激素基因，全能性较高。
1．(2023·江苏天一中学高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是(　　)
A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物
B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞
D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量
答案　D
解析　基因工程在农牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质，而不是为了产生体型巨大的个体，A错误；用基因工程方法培育的抗虫植物只能抗虫，不能抗病毒，B错误；转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵细胞，因为受精卵具有全能性，C错误。
2．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。某生物制品公司用如下方法(如图所示)生产干扰素。从图中可以看出，该公司生产干扰素运用的方法是(　　)
A．个体间的杂交 B．基因工程
C．蛋白质工程 D．器官移植
答案　B
解析　从图中可以看出，整个过程为将人的淋巴细胞中控制干扰素合成的基因与质粒结合后导入酵母菌，并从酵母菌产物中提取干扰素，这项技术为基因工程。
归纳总结　乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
考点二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 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 可生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质
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
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发药物。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。
②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题：
(1)写出流程图中字母代表的含义：
A．预期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.转录；E.翻译。
(2)上图字母中属于中心法则的过程有D、E，属于蛋白质工程的过程有A、C。
(3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
提示　应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。
3．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，下列有关叙述错误的是(　　)
A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
答案　B
解析　新的胰岛素生产过程中涉及中心法则，B错误；若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理法提高导入的成功率，C正确；根据结构与功能相适应的原理分析，新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构，D正确。
4．β-葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β-葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是(　　)
A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强
B．改造后的β-葡聚糖酶空间结构发生了改变
C．对β-葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程
D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功
答案　A
解析　根据题干信息不能得出改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误。
归纳总结　判断基因工程和蛋白质工程
(1)如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
(2)如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
答案　C
解析　由题意分析可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
2．(2020·山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是____________________________________________________________________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了__________________________，从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经____________过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，原因是____________
_______________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案　(1)限制性内切核酸酶和DNA连接酶　转化　(2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合　不发生　编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子　(3)逆转录　引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)　(4)品系3　品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直链淀粉合成酶的量最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强
解析　(1)构建基因表达载体需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，可以对目的基因和载体进行切割和连接，重组载体进入受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合后启动转录，启动子的序列改变会影响与RNA聚合酶的识别和结合，从而改变基因的转录，3个突变品系中改变的是启动子的序列，影响mRNA的转录，而编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子的序列，所以编码合成的直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。(3)通过mRNA获得cDNA是逆转录过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物等，其中引物是根据已知基因上的一段序列合成的，这样要从总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，关键是要根据Wx基因的一段已知序列合成出相应的引物。(4)据题中信息可知，水稻胚乳中直链淀粉所占比例越小，糯性越强，题图中品系3中的Wx mRNA量最少，这样合成的直链淀粉合成酶的量最少，则合成的直链淀粉所占比例最小，糯性最强。
3．(经典高考题)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的______________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_________________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：___________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_________________________和____________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
答案　(1)氨基酸序列(或结构)　(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)　(3)设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能
4．(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是______________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_______________、_______________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是____________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)氨基酸序列多肽链　mRNA　密码子的简并性　(2)从基因文库中获取目的基因　通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成　DNA半保留复制　(3)种类　提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏　(4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素并编号1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间
解析　(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大。水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降。经酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，且差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。
1．判断关于基因工程的应用的叙述
(1)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(　×　)
(2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　×　)
(3)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能完全相同(　×　)
2．判断关于蛋白质工程的原理及其应用的叙述
(1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　×　)
(2)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进行操作(　×　)
(3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性(　√　)
3．填空默写
(1)(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。
(2)(选择性必修3 P91)用转基因动物(猪)做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
(3)(选择性必修3 P93)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。
(4)(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
(5)(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
(6)(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。第十单元　生物技术与工程
第1课时　传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用
课标要求　1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
考点一　传统发酵技术的应用
1．发酵与传统发酵技术
(1)发酵
①概念：人们利用________，在适宜的条件下，将原料通过________________转化为人类所需要的产物的过程。
②原理：不同的微生物具有产生____________的能力，利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
(2)传统发酵技术
2．传统发酵食品的制作
(1)腐乳制作
①原理：蛋白质________________。脂肪________________。
②腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状________，其繁殖方式为______________，代谢类型是________________型。
(2)泡菜的制作
①菌种的种类和来源
常见的有乳酸链球菌和____________________________________________________。
菌种来源：______________________________________________________________。
②乳酸菌发酵制作泡菜的原理：___________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
③制作泡菜的方法步骤
(3)果酒和果醋的制作
①原理和条件
项目 制作果酒 制作果醋
发酵菌种 酵母菌 醋酸菌
代谢类型 异养 型 异养 型
发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：________________ ___________________________； 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：________________ ____________________________ O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量
对氧的需求 前期 ，后期_________ 一直需氧
产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝
②果酒和果醋的制作步骤及目的
源于选择性必修3 P8“练习与应用·拓展应用3”：
果酒和果醋改进装置及其分析
装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。
1．传统发酵技术利用不同的微生物制作不同的产品，而微生物对氧气的需求各不相同，根据微生物在发酵过程中对氧气的要求，回答下列问题：
(1)乳酸菌是厌氧细菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)传统米酒制作中常在米坛中挖出一定空间，这样做的目的是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．试从材料的选择处理及发酵条件的控制等方面分析传统发酵的相关问题：
(1)腐乳与豆腐相比，所含有机物的种类和能量有哪些变化？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)制作泡菜时配制的盐水为什么要先煮沸，再冷却使用？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)制作葡萄酒的过程中，每隔12 h左右拧松瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(4)醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要打开通气阀，请说明其原因。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
1．(2023·江苏泰州高三一模)米酒、酸奶、泡菜等都属于传统发酵制品，下列相关叙述正确的是(　　)
A．制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母
B．米酒发酵液中冒出的“气泡”都来源于酵母菌无氧呼吸
C．酸奶和泡菜制作中均需要及时通氧，保证乳酸菌的有氧呼吸
D．为降低杂菌污染，发酵前需要对器具、原料等进行灭菌
2．(2021·浙江1月选考，10)用白萝卜制作泡菜的过程中，采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是(　　)
A．将白萝卜切成小块
B．向容器中通入无菌空气
C．添加已经腌制过的泡菜汁
D．用沸水短时处理白萝卜块
3．(多选)如图表示果酒和果醋生产过程中的物质变化情况，下列相关叙述正确的是(　　)
A．果酒发酵所需的最适温度低于果醋
B．过程①②在酵母菌细胞中发生的场所相同
C．过程⑤需要氧气而过程④不需要氧气
D．进行果酒、果醋发酵的微生物均为真核生物
归纳总结　比较果酒与果醋制作的过程
考点二　发酵工程及其应用
1．发酵工程的概念
(1)基本概念：发酵工程是指利用________的特定功能，通过________________，规模化生产对人类有用的产品。
(2)主要内容：发酵工程主要包括________________，______________________，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的________________等方面。
2．发酵工程的基本环节
选育菌种
　↓
扩大培养：增加菌种数量
　↓
配制培养基：在菌种确定后选择原料，反复试验确定________________
　↓
灭菌：________________都必须严格灭菌
　↓
________：无菌操作
　↓
　↓
　↓
获得产品
3．啤酒的工业化生产流程
(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的
(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
4．发酵工程的特点
5．发酵工程的应用
(1)在食品工业上的应用
①生产传统的发酵产品。
②生产各种各样的________________。
③生产________。
(2)在医药工业上的应用
①获得具有________________生产能力的微生物。
②直接对________进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
③利用基因工程，将病原体的______________基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。
(3)在农牧业上的应用：生产微生物________________________。
(4)其他方面的应用
①利用纤维废料发酵生产________________等能源物质。
②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产________，嗜低温菌有助于提高________________的产量。
源于选择性必修3 P27“异想天开”：单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物________。其不仅含有丰富的________，还含有糖类、________和维生素等物质。
1．观察分析教材第P24～25“啤酒的工业化生产流程”，思考回答：与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2．引起全球新冠感染大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
4．啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是(　　)
A．在整个发酵过程中，要始终保持严格的无菌、厌氧环境
B．用赤霉素溶液浸泡大麦种子，目的是促进α 淀粉酶合成
C．在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀死酵母菌种
D．包装后放置的啤酒变酸且产生表面菌膜，一般可从菌膜中分离得到醋酸菌
5．(2023·江苏南京金陵中学高三调研) 植物酵素是指以植物为主要原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的产品。苹果酵素生物发酵的流程中，需将苹果去核、切块，加冰糖，并持续发酵90天。每隔15天测定总酸含量和乙醇含量，结果见下图。下列叙述正确的是(　　)
A．冰糖为微生物发酵提供养分，加入前可用紫外线照射杀灭其表面微生物
B．第一个月的隔天通气的目的是抑制厌氧型和兼性厌氧型微生物的无氧呼吸
C．第二个月总酸量增加的主要原因可能是乳酸菌等微生物呼吸产生了CO2
D．第三个月总酸量和乙醇量发生的变化可能与醋酸菌的发酵作用密切相关
1．(多选)(2022·山东，20)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法正确的是(　　)
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α 淀粉酶
B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌
C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵
D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
2．(2021·山东，12)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是(　　)
A．无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖
B．自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌
C．葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的
D．制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加
3．(2020·江苏，18)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　)
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
4．(多选)(2022·江苏，16)在制作发酵食品的学生实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述错误的有(　　)
A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需开盖放气
B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料
C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋
D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～30 ℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35 ℃
5．(2019·江苏，9)下列关于传统发酵技术应用的叙述，正确的是(　　)
A．利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵
B．家庭制作果酒、果醋和腐乳通常都不是纯种发酵
C．果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反
D．毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶和纤维素酶参与腐乳发酵
1．判断关于腐乳和泡菜的叙述
(1)腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是曲霉(　　)
(2)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸(　　)
(3)泡菜制作中选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满(　　)
(4)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件(　　)
2．判断关于果酒、果醋的叙述
(1)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精(　　)
(2)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒(　　)
(3)由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终通入氧气(　　)
(4)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵(　　)
3．判断关于发酵工程的基本环节及应用的叙述
(1)在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌酶将青霉素分解掉(　　)
(2)谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酰胺；在酸性条件下则容易形成谷氨酸和N－乙酰谷氨酰胺(　　)
(3)以谷物或水果作原料，利用醋酸菌发酵生产各种酒类(　　)
(4)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白(　　)
(5)发酵工程一般用半固体培养基(　　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P5)发酵是指______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)(选择性必修3 P7)醋酸菌是________________，当O2、糖源都________时能将糖分解成乙酸；当________________时则直接将________________________________________。
(3)(选择性必修3 P7)制作葡萄酒时，要将温度控制在18～30 ℃的原因是_______________。制作葡萄醋时，要将温度控制在30～35 ℃的原因是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)(选择性必修3 P7)在制作果酒的过程中，避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，________________要清洗干净，装入葡萄汁后，________________；每次排气时只需________________，不要完全揭开瓶盖等。
(5)(选择性必修3 P27)单细胞蛋白是_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
第十单元　生物技术与工程
第1课时　传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用
课标要求　1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
考点一　传统发酵技术的应用
1．发酵与传统发酵技术
(1)发酵
①概念：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
②原理：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
(2)传统发酵技术
2．传统发酵食品的制作
(1)腐乳制作
①原理：蛋白质小分子的肽和氨基酸。脂肪甘油和脂肪酸。
②腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状真菌，其繁殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。
(2)泡菜的制作
①菌种的种类和来源
常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。
②乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。
③制作泡菜的方法步骤
(3)果酒和果醋的制作
①原理和条件
项目 制作果酒 制作果醋
发酵菌种 酵母菌 醋酸菌
代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型
发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量；
无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量；
O2充足、缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量
对氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧
产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝
②果酒和果醋的制作步骤及目的
源于选择性必修3 P8“练习与应用·拓展应用3”：
果酒和果醋改进装置及其分析
装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。
1．传统发酵技术利用不同的微生物制作不同的产品，而微生物对氧气的需求各不相同，根据微生物在发酵过程中对氧气的要求，回答下列问题：
(1)乳酸菌是厌氧细菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。
提示　①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。
(2)传统米酒制作中常在米坛中挖出一定空间，这样做的目的是什么？
提示　使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，增加菌种数量。
2．试从材料的选择处理及发酵条件的控制等方面分析传统发酵的相关问题：
(1)腐乳与豆腐相比，所含有机物的种类和能量有哪些变化？为什么？
提示　腐乳中有机物的种类增加了，所含的能量却减少了。因为豆腐中的蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸。
(2)制作泡菜时配制的盐水为什么要先煮沸，再冷却使用？
提示　煮沸的原因：一是为了杀死盐水中的杂菌，二是为了排出溶解的氧气；冷却是防止温度过高杀死发酵所需要的乳酸菌。
(3)制作葡萄酒的过程中，每隔12 h左右拧松瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？
提示　拧松瓶盖的目的是放出CO2，防止发酵瓶内因气压过大而爆裂。不能打开瓶盖，因为要避免杂菌污染发酵液。
(4)醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要打开通气阀，请说明其原因。
提示　醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。
1．(2023·江苏泰州高三一模)米酒、酸奶、泡菜等都属于传统发酵制品，下列相关叙述正确的是(　　)
A．制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母
B．米酒发酵液中冒出的“气泡”都来源于酵母菌无氧呼吸
C．酸奶和泡菜制作中均需要及时通氧，保证乳酸菌的有氧呼吸
D．为降低杂菌污染，发酵前需要对器具、原料等进行灭菌
答案　A
解析　利用酵母菌的无氧呼吸可制作米酒，制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母，A正确；米酒发酵液中冒出的“气泡”既来源于酵母菌无氧呼吸，也来源于酵母菌的有氧呼吸，B错误；酸奶和泡菜的制作利用的微生物是乳酸菌，而乳酸菌是厌氧菌，因此酸奶和泡菜制作中不需要通氧，要保证乳酸菌的无氧呼吸，C错误；发酵前不能对原料进行灭菌，否则会杀死原料中的发酵菌种，D错误。
2．(2021·浙江1月选考，10)用白萝卜制作泡菜的过程中，采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是(　　)
A．将白萝卜切成小块
B．向容器中通入无菌空气
C．添加已经腌制过的泡菜汁
D．用沸水短时处理白萝卜块
答案　B
解析　将白萝卜切成小块可以扩大白萝卜与腌料的接触面积，缩短腌制时间，A正确；泡菜制作所需菌种为乳酸菌，制作过程中应保持无氧环境，向容器中通入无菌空气不利于腌制，B错误；泡菜汁中含有一定量的发酵菌种，所以在腌制过程中，加入一些已经腌制过的泡菜汁可缩短腌制时间，C正确；用沸水短时处理，可抑制某些微生物的繁殖，提高泡菜品质，也可缩短腌制时间，D正确。
3．(多选)如图表示果酒和果醋生产过程中的物质变化情况，下列相关叙述正确的是(　　)
A．果酒发酵所需的最适温度低于果醋
B．过程①②在酵母菌细胞中发生的场所相同
C．过程⑤需要氧气而过程④不需要氧气
D．进行果酒、果醋发酵的微生物均为真核生物
答案　AB
解析　果醋发酵的温度(30～35 ℃)高于果酒发酵的温度(18～30 ℃)，A正确；过程①为细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，过程②为无氧呼吸的第二阶段，也发生在细胞质基质中，B正确；过程④是醋酸菌在氧气充足、缺少糖源时，将酒精转化为乙醛，再将乙醛变成乙酸，过程⑤是醋酸菌在氧气、糖源充足时，将葡萄糖转变成乙酸，这两个过程都需要氧气，C错误；参与果酒发酵的微生物是酵母菌，属于真核生物，而参与果醋发酵的微生物是醋酸菌，属于原核生物，D错误。
归纳总结　比较果酒与果醋制作的过程
考点二　发酵工程及其应用
1．发酵工程的概念
(1)基本概念：发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
(2)主要内容：发酵工程主要包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。
2．发酵工程的基本环节
选育菌种
　↓
扩大培养：增加菌种数量
　↓
配制培养基：在菌种确定后选择原料，反复试验确定培养基配方
　↓
灭菌：培养基和发酵设备都必须严格灭菌
　↓
接种：无菌操作
　↓
　↓
　↓
获得产品
3．啤酒的工业化生产流程
(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的
(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
4．发酵工程的特点
5．发酵工程的应用
(1)在食品工业上的应用
①生产传统的发酵产品。
②生产各种各样的食品添加剂。
③生产酶制剂。
(2)在医药工业上的应用
①获得具有某种药物生产能力的微生物。
②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。
(3)在农牧业上的应用：生产微生物肥料、农药和饲料。
(4)其他方面的应用
①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。
②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
源于选择性必修3 P27“异想天开”：单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。其不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。
1．观察分析教材第P24～25“啤酒的工业化生产流程”，思考回答：与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
提示　接种单一高质量纯种、严格的消毒灭菌措施、培养基营养物质协调、严格的发酵条件控制等，都使啤酒的产量和质量明显提高。
2．引起全球新冠感染大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？
提示　可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。
4．啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是(　　)
A．在整个发酵过程中，要始终保持严格的无菌、厌氧环境
B．用赤霉素溶液浸泡大麦种子，目的是促进α-淀粉酶合成
C．在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀死酵母菌种
D．包装后放置的啤酒变酸且产生表面菌膜，一般可从菌膜中分离得到醋酸菌
答案　A
解析　酵母菌是兼性厌氧微生物，在整个发酵过程中，要先通气使酵母菌大量繁殖，然后保持严格的无菌、厌氧环境，使其无氧呼吸进行发酵，A项错误。
5．(2023·江苏南京金陵中学高三调研)植物酵素是指以植物为主要原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的产品。苹果酵素生物发酵的流程中，需将苹果去核、切块，加冰糖，并持续发酵90天。每隔15天测定总酸含量和乙醇含量，结果见下图。下列叙述正确的是(　　)
A．冰糖为微生物发酵提供养分，加入前可用紫外线照射杀灭其表面微生物
B．第一个月的隔天通气的目的是抑制厌氧型和兼性厌氧型微生物的无氧呼吸
C．第二个月总酸量增加的主要原因可能是乳酸菌等微生物呼吸产生了CO2
D．第三个月总酸量和乙醇量发生的变化可能与醋酸菌的发酵作用密切相关
答案　A
解析　从第一个月乙醇含量上升可以推出，隔天通气并没有抑制无氧呼吸，B错误；乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，不产生乙醇和CO2，C错误；第三个月是密封发酵，而醋酸菌是好氧微生物，故这段时间醋酸菌发酵作用极低，总酸量和乙醇量发生的变化与醋酸菌的发酵作用关系不大，D错误。
1．(多选)(2022·山东，20)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法正确的是(　　)
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶
B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌
C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵
D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
答案　ACD
解析　赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测若用赤霉素处理大麦，可诱导α-淀粉酶相关基因的表达，促进α-淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。
2．(2021·山东，12)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是(　　)
A．无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖
B．自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌
C．葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的
D．制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加
答案　D
解析　酵母菌进行有氧呼吸获得能量大量繁殖，无氧条件下，发酵产生酒精，故无氧条件下酵母菌能进行无氧呼吸存活但不能大量繁殖，A正确；葡萄皮中的色素进入发酵液使葡萄酒呈现颜色，C正确；制作过程中随着发酵的进行，酵母菌以糖作为营养物质和能量来源生长繁殖，故发酵液中糖含量减少，D错误。
3．(2020·江苏，18)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　)
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
答案　B
解析　制作果酒时，应选择新鲜的葡萄略加冲洗后再去除枝梗榨汁，避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会，A项正确；制作果酒过程中会产生二氧化碳气体，因此，玻璃瓶用酒精消毒后装入葡萄汁时不能装满，应该留有约1/3的空间，B项错误；酒精发酵过程中会产生二氧化碳气体，要适时拧松瓶盖放气，C项正确；酒精发酵后再进行醋酸发酵，醋酸发酵需要有氧环境，所以要去除瓶盖，盖一层纱布是为了防止空气中灰尘等的污染，D项正确。
4．(多选)(2022·江苏，16)在制作发酵食品的学生实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述错误的有(　　)
A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需开盖放气
B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料
C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋
D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～30 ℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35 ℃
答案　ACD
解析　乳酸菌属于厌氧细菌，开盖放气会影响乳酸菌发酵，因此不能开盖放气，A错误；制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，以保证乳酸菌进行无氧呼吸，B正确；醋酸菌为好氧细菌，且发酵温度高于果酒的发酵温度，因此制作好葡萄酒后，除通入无菌空气，还需要适当提高发酵装置的温度，C错误；果酒发酵时温度宜控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度宜控制在30～35 ℃，泡菜的制作温度低于30～35 ℃，D错误。
5．(2019·江苏，9)下列关于传统发酵技术应用的叙述，正确的是(　　)
A．利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵
B．家庭制作果酒、果醋和腐乳通常都不是纯种发酵
C．果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反
D．毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶和纤维素酶参与腐乳发酵
答案　B
解析　乳酸菌是一种严格的厌氧菌，有氧气存在时，其发酵会受到抑制，因此应密封发酵，A错误；家庭制作果酒、果醋与腐乳过程中所用的菌种均来源于自然环境，有多种微生物参与发酵过程，因此均不是纯种发酵，B正确；在果醋、果酒制作过程中，醋酸菌有氧呼吸产生二氧化碳和水，酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳与酒精，二氧化碳溶于水形成碳酸，随着二氧化碳浓度的增加，溶液的pH逐渐降低，C错误；毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶参与腐乳发酵，D错误。
1．判断关于腐乳和泡菜的叙述
(1)腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是曲霉(　×　)
(2)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸(　×　)
(3)泡菜制作中选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满(　×　)
(4)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件(　×　)
2．判断关于果酒、果醋的叙述
(1)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精(　√　)
(2)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒(　×　)
(3)由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终通入氧气(　√　)
(4)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵(　×　)
3．判断关于发酵工程的基本环节及应用的叙述
(1)在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌酶将青霉素分解掉(　√　)
(2)谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酰胺；在酸性条件下则容易形成谷氨酸和N－乙酰谷氨酰胺(　×　)
(3)以谷物或水果作原料，利用醋酸菌发酵生产各种酒类(　×　)
(4)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白(　×　)
(5)发酵工程一般用半固体培养基(　×　)
4．填空默写
(1)(选择性必修3 P5)发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
(2)(选择性必修3 P7)醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解成乙酸；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。
(3)(选择性必修3 P7)制作葡萄酒时，要将温度控制在18～30 ℃的原因是温度是影响酵母菌生长的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度为28_℃。制作葡萄醋时，要将温度控制在30～35 ℃的原因是醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为30～35_℃，因此要将温度控制在30～35_℃。
(4)(选择性必修3 P7)在制作果酒的过程中，避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。
(5)(选择性必修3 P27)单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废料等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。

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