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第38讲　细胞工程
[考纲点击]　1.植物的组织培养(Ⅱ)　2.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)　3.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)
一、细胞工程的概念
1．原理和方法：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法。
2．操作水平：细胞水平或细胞器水平。
3．目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
4．分类：根据操作对象的不同，分为植物细胞工程和动物细胞工程。
二、植物细胞工程
1．原理：细胞的全能性。
(1)原因：生物的任何一个细胞都包含本物种的全部遗传信息。
(2)全能性表达的条件：处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
2．植物组织培养技术
愈伤组织根、芽→植物体
3．植物体细胞杂交技术
(1)去壁：酶解法，所用酶为纤维素酶和果胶酶。
(2)诱导原生质体融合：物理法——离心、振动、电激等；化学法——常用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。
(3)植物体细胞杂交成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。
(4)优点：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。
(5)变异类型：染色体变异。
4．植物细胞工程的实际应用
(2)作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。
(3)细胞产物的工厂化生产：培养到愈伤组织阶段。
三、动物细胞工程
1．动物细胞培养：其他动物细胞工程技术的基础。
(1)过程
(2)条件
①无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。
②营养——糖、氨基酸、促生长因子、无机盐和微量元素＋血清或血浆等天然成分。
③适宜的温度(36.5±0.5
℃)和pH(7.2～7.4)。
④气体环境——95%空气＋5%_CO2(维持培养液的pH)。
(3)应用：生产细胞产品，如干扰素、疫苗、单克隆抗体；检测并判断某毒性物质毒性的大小；临床医学研究。
2．动物体细胞核移植
(1)原理：动物细胞核具有全能性。
(2)过程
3．单克隆抗体制备
(1)诱导动物细胞融合的方法：物理法——离心、振动、电激等；化学法——聚乙二醇；生物法——灭活的病毒。
(2)单克隆抗体制备过程
(3)单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。
(4)单克隆抗体的应用：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。
1．植物组织培养
(1)条件：离体组织、器官或细胞(外植体)、适宜的营养、
植物激素。
(2)原理：细胞全能性。
(3)过程：脱分化、再分化。
(4)结果：得到个体或细胞产物。
2．植物体细胞杂交
(1)原理：细胞膜的流动性、细胞全能性。
(2)过程：去细胞壁、融合、植物组织培养。
(3)融合方法：物理法(离心、振动、电激等)、化学法(聚
乙二醇等)。
(4)结果：杂种植株。
(5)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
3．动物细胞培养过程
(1)分散细胞方法：组织块剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。
(2)生长特点：贴壁生长、接触抑制。
(3)分瓶。
(4)原代培养：动物组织消化后的初次培养。
(5)传代培养：分瓶继续培养。
4．动物细胞培养的条件
(1)无菌、无毒的环境。
(2)营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、动物血清、血浆等。
(3)温度和pH：与动物体温相近，pH为7.2～7.4。
(4)气体环境：CO2的主要作用是维持培养液的pH。
5．动物细胞融合
(1)原理：细胞膜的流动性。
(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
6．单克隆抗体制备
(1)涉及的三种细胞作用不同。
B淋巴细胞：能分泌单一抗体，但不能无限增殖。
骨髓瘤细胞：能大量增殖，但不能产生抗体。
杂交瘤细胞：既能产生单一抗体，又能大量增殖。
(2)两次筛选的目的不同。
第一次筛选是得到杂交瘤细胞。
第二次筛选是得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
考法一　植物细胞工程
1．植物组织培养的过程
2．条件
(1)离体：这是因为在生物体内基因的表达在空间和时间上具有选择性。
(2)营养条件：水、无机盐、维生素等营养物质，以及激素(生长素和细胞分裂素)。
(3)环境条件
①适宜的温度、pH——确保酶的活性。②无菌——这是因为细菌等微生物繁殖快，消耗营养物质多，同时产生有害的代谢产物，毒害植物细胞。③光照——这是因为光照有利于细胞内叶绿素的形成和光合作用的进行。
3．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
过程
应用
①繁殖②培育新品种③生产细胞产品
克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种
4.单倍体育种和突变体的利用不同点
项目
原理
优点
成果
单倍体育种
染色体变异
明显缩短育种年限
单育1号烟草品种、中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等
突变体的利用
基因突变
产生新基因，大幅度改良某些性状
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等
视角1 　以基础判断或案例分析的形式，考查植物的组织培养
1．(概念图信息类)(2016·江苏镇江模拟)辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性
B．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程
C．②过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理
D．用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶
解析：选A。细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，图中脱毒苗的获得体现了植物细胞的全能性，愈伤组织和高产细胞系的获得都没有体现植物细胞的全能性，A错误；图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B正确；再分化过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，以诱导细胞分化的方向，C正确；用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶，以分解植物细胞之间的成分，D正确。
2.(流程图信息类)人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。
(1)人工种子依据的原理是________________________________________________________________________，
培育胚状体利用了______________________________技术。
(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？
________________________________________________________________________。
(3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入(　　)
A．蛋白酶　　　B．淀粉酶　　C．果胶酶　　D．胰蛋白酶
(4)②过程表示脱分化过程，其实质是__________________________；③表示再分化过程，其实质是____________________。
(5)由人工种子萌发成的植株是否可育？__________。
解析：(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所选用的材料。
答案：(1)植物细胞的全能性　植物组织培养　(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶　(3)C　(4)使细胞恢复分裂能力　基因的选择性表达　(5)不一定
视角2 　以案例分析的形式，考查植物体细胞杂交
3．(图示信息类)如图是“白菜—甘蓝”杂种植株的培育过程，下列说法正确的是(　　)
A．图示“白菜—甘蓝”植株不能结籽
B．愈伤组织的代谢是自养需氧型
C．用胰蛋白酶去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
D．诱导原生质体融合可用聚乙二醇
解析：选D。图示采用植物细胞融合技术产生的“白菜—甘蓝”是可育的，能结籽，A错误；愈伤组织是不能自行合成有机物的，代谢类型是异养需氧型，B错误；植物细胞壁的成分是纤维素和果胶，去壁所用的是纤维素酶和果胶酶，C错误；诱导原生质体融合的所用的方法有物理法和化学法，物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般是用聚乙二醇，D正确。
4．(流程图解类)下面为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答下列问题：
(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种植株？为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是____________________，依据的原理是____________________，其中过程②称为__________技术，与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为__________，过程④相当于__________，过程⑤涉及的细胞分裂方式为__________。
(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于__________倍体植株。
(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到__________(填字母编号)阶段即可。
解析：(1)番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织，所以④为脱分化。(3)“番茄—马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养到愈伤组织，然后进行提取。
答案：(1)不能。不同种的植物存在生殖隔离　(2)植物组织培养　植物细胞的全能性　原生质体融合　高尔基体　脱分化　有丝分裂　(3)六　(4)e
考法二　动物细胞工程
1．动物细胞培养与动物体细胞核移植
动物细胞培养
动物体细胞核移植
原理
细胞增殖
动物细胞核的全能性
过程
结果
获得细胞群
获得克隆动物
应用
①生产生物制品②用于基因工程③检测有毒物质
①加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育②保护濒危物种③生产医用蛋白④提供克隆器官、组织等
2.细胞融合的过程分析
细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合，其中细胞膜融合是细胞融合的先导，在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性。
3．单克隆抗体的制备
(1)血清抗体与单克隆抗体
名称
产生
特点
血清抗体
由浆细胞分泌
一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体
由杂交瘤细胞分泌
特异性强，灵敏度高，能大量制备
(2)制备单克隆抗体过程中的两次筛选
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选方法
用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长
用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
(3)获取单克隆抗体的场所
①若在培养基中进行杂交瘤细胞培养，则从培养液中提取。
②若在小鼠或其他动物腹腔中培养，则从腹水中提取。
视角1 　以基础判断或案例分析的形式，考查动物细胞培养的特点及应用
1．(概念图信息类)实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．甲过程需要对实验小鼠进行消毒
B．乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶处理
C．丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型
D．丁过程得到的细胞部分具有异质性
解析：选C。进行细胞培养前需要对细胞进行消毒，A正确；进行培养的组织细胞用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，B正确；丙过程属于原代培养，细胞的核型稳定，C错误；丁过程属于传代培养，期间部分细胞会出现异质性，D正确。
2．(原理判断类)某研究小组进行药物试验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量__________。
(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是________________________________________________________________________。
细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是________________________________________________________________________。
(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长__________。药物试验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更__________。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需用____________________处理。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的__________。
(5)已知癌基因X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关，要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响，可将甲细胞分为A、B两组，A组细胞培养液中加入__________，B组细胞培养液中加入等量的无菌生理盐水，经培养后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的____________或____________合成水平的差异，确定Y的药效。
解析：(1)甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。肿瘤细胞为无限增殖的细胞，细胞周期短。在相同条件下，培养相同的时间，甲细胞的数量多于乙细胞。(2)动物细胞培养液中必须加入动物血清，血清中含有血清蛋白、生长因子、促进细胞贴壁的因子、激素等合成培养基中缺乏的物质。细胞培养应在含5%
CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是调节培养液的pH。(3)甲为肿瘤细胞，能无限增殖，传代的次数要比乙细胞多，乙细胞(正常肝细胞)在培养瓶中贴壁生长，当铺满瓶壁时，生长停止。为得到更多的肝细胞，需要定期地用胰蛋白酶使细胞脱离瓶壁，进行传代培养。(4)培养液中加入抗生素来抑制和杀灭细菌，抗生素对动物细胞没有影响。(5)设计一组加入抗癌药物的实验组，一组不加药物的对照组，通过检测药物影响X基因的表达过程，即转录形成mRNA、翻译形成蛋白质的量来检验药效。
答案：(1)多　(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质　维持培养液的pH　(3)停止　多　胰蛋白酶　(4)抗生素　(5)Y　mRNA　蛋白质
视角2 　以流程图解分析的形式，考查动物细胞核移植
3．(2015·高考天津卷)2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。
据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿
C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术
解析：选C。A项，受精卵的细胞质几乎全部来自于捐献者的卵母细胞，故避免了母亲的线粒体遗传病基因遗传给后代。B项，红绿色盲为细胞核基因遗传病，捐献者仅提供了卵母细胞的细胞质，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿。C项，受精卵的细胞质几乎全部来自于捐献者，但细胞核中的染色体一半来自父方，一半来自母方。D项，三亲婴儿的培育是体外受精，所以需要在体外培养至早期胚胎阶段再进行胚胎移植。
视角3 　以案例分析的形式，考查动物细胞融合与单克隆抗体的制备
4．(过程图示类)下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶
段图。请根据图分析下列四个选项，其中说法不正确的一项是(　　)
A．单克隆抗体制备过程的顺序是：
B．在单克隆抗体制备过程中之所以选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有在体外大量繁殖、产生特异性抗体的特性
C．由图中可看出，此过程运用的技术手段有动物细胞融合和动物组织培养
D．单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高，并且可以大量制备的优点，所以可以制成“生物导弹”
解析：选C。单克隆抗体的制备过程所运用的技术手段包括动物细胞培养和动物细胞融合，而非动物组织培养。
5．(流程图解类)(2016·河北唐山模拟)下图是利用单克隆抗体技术制备三聚氰胺特异性抗体的过程，请据图回答：
(1)单克隆抗体的制备过程中要用到____________和____________技术。
(2)由于三聚氰胺分子量过小，不足以激活高等动物的免疫系统，因此在制备抗体前必须对其进行①过程，下列物质中不适合作“扩容”抗原分子的是(　　)
A．蛋白质　　　　　　　　　
B．多糖
C．磷脂
D．核苷酸
(3)②过程会使小鼠产生能分泌相应________的B淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的________免疫。
(4)单克隆抗体的制备所基于的免疫学基本原理是____________________________________________。
(5)③过程动物细胞特有的促融方法是用____________，④过程用特定的选择性培养基筛选，会使____________________________________的细胞死亡；选出的杂交瘤细胞还需进行________________________________________________________________________，
才能获得产三聚氰胺抗体的杂交瘤细胞株。
(6)制备的三聚氰胺单克隆抗体可用于检测乳制品中存在的微量三聚氰胺，说明三聚氰胺单克隆抗体具有____________等特点。
解析：(1)分析图示可知，单克隆抗体的制备过程中要用到动物细胞培养技术和动物细胞融合技术。(2)抗原具有大分子性，要想使三聚氰胺“扩容”为抗原分子，所选物质的分子量必须足够大，蛋白质和多糖是大分子物质，适合作“扩容”抗原分子；磷脂分子量较大，也能满足“扩容”要求；核苷酸为有机小分子物质，分子量非常小，不适合作“扩容”抗原分子。(3)②过程是将抗原分子注射到小鼠体内，会使小鼠产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的体液免疫。(4)单克隆抗体的制备所基于的免疫学基本原理是：每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，因此大量培养杂交瘤细胞可以得到单克隆抗体。(5)③过程是诱导免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，动物细胞特有的促融方法是用灭活的病毒。④过程用特定的选择性培养基筛选，在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡。选出的杂交瘤细胞还需进行克隆化培养和抗体检测，才能获得产生三聚氰胺抗体的杂交瘤细胞株。(6)单克隆抗体具有灵敏度高、特异性强的优点。
答案：(1)动物细胞培养　动物细胞融合
(2)D
(3)抗体　体液
(4)每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体
(5)灭活的病毒　未融合的亲本细胞和融合的具有同种核　克隆化培养和抗体检测
(6)灵敏度高(或“灵敏度高、特异性强”)
易错点　细胞工程中易出现的错误
[点拨]　(1)表示植物细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。
(2)植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株的特征：具备两种植物的遗传特性，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。
(3)体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含有2N条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2M条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体为2N＋2M，基因型为AabbccDd。
(4)用体细胞杂交培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。只有有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。
(5)核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同：①克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA是来自于受体卵细胞。②性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。③在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。
(6)制备单克隆抗体时选用一种抗原处理的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，它兼有两个亲本细胞的特性——在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。
微观清障
(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(　　)
(2)在愈伤组织培养中直接加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞。(　　)
(3)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会同时发生细胞的增殖和分化。(　　)
(4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(　　)
(5)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(　　)
(6)出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控。(　　)
(7)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(　　)
(8)在植物组织培养过程中，可以提取愈伤组织，经过人工薄膜包装得到人工种子。(　　)
(9)(2015·江苏卷T3A)乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养。(　　)
(10)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。(　　)
(11)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(　　)
(12)原代培养的细胞遗传物质没有改变，而传代培养的细胞有的已经发生突变，获得了不死性。(　　)
(13)小鼠骨髓瘤细胞染色体数为40，B淋巴细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交瘤细胞DNA分子数为86。(　　)
(14)与“多利”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(　　)
(15)植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√　(8)×　(9)×　(10)×　(11)×　(12)√　(13)×　(14)√　(15)√
1．(2016·江苏省如皋月考)植物组织培养技术被广泛应用于培育无病毒植株、育种及获得植物次生代谢产物等生产实践中。下图为番茄植株的培育过程。分析回答：
(1)①过程中使用了________________酶，获得植物细胞原生质体，此处使用的溶液浓度不宜过小，以防止细胞原生质体________________。
(2)铺平板类似于微生物接种，该过程必须在________________旁进行操作。平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外，还有________________作用。
(3)同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因________________(填“相同”“不相同”或“不一定相同”)；图中属于再分化的过程是
________(填序号)。
(4)多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高，若想培育多倍体番茄，可选择在图中的过程③中添加________________进行处理，也可以选择在过程⑥中添加________________进行处理。
[导学号29520633]　解析：(1)①过程中使用了纤维素酶和果胶酶，破坏植物细胞的细胞壁，而不损伤细胞内部结构，以获得具有活力的单个的原生质体，因为失去了细胞壁的支撑作用，因此此处使用的溶液浓度不宜过小，以防止细胞原生质体吸水涨破。
(2)铺平板类似于微生物接种，该过程必须在酒精灯火焰旁进行无菌操作。平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外，还有调节渗透压的作用，保持细胞正常的形态和功能。
(3)同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因不一定相同。如体细胞培养得到的细胞中含两个染色体组，而花粉离体培养得到的细胞内染色体数目减半，因此基因不同；图中①②③表示去除细胞壁，获得原生质体，④⑤⑥⑦⑧表示已分化的细胞在一定因素作用下恢复细胞分裂能力，失去原有分化状态的过程，叫做脱分化，⑨⑩表示已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出胚状体，形成完整植株，这一过程叫做再分化。
(4)多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高，若想培育多倍体番茄，可选择在图中的过程③中添加聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞的融合，使融合细胞内染色体数目加倍。也可以选择在过程⑥中添加秋水仙素，抑制细胞分裂时纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍。
答案：(1)纤维素酶和果胶　
吸水涨破
(2)酒精灯火焰　调节渗透压
(3)不一定相同　⑨⑩
(4)聚乙二醇　
秋水仙素
2．(2016·湖北部分重点中学联考)生物技术在农业生产、优良动物繁育、疾病诊治等方面，展现出诱人的前景。请根据以下材料回答相关问题：
材料一：经过一个世纪的发展，植物细胞工程技术解决了人类生存的关键问题(如粮食问题、花卉苗木生产等)，为人类创造了巨大的财富。
(1)用植物花药进行离体培养时，要经过____________________过程才能培养成单倍体幼苗。
(2)枣庄的优质石榴、长红枣等植物的生产都可通过微型繁殖技术来提供试管苗，其优点是不仅可以________________________________________________________________________
______________________，还可以高效快速地实现无病毒种苗的大量繁殖。
材料二：中科院动物所和福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫的细胞核植入去核的兔子的卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，这表明我国的大熊猫繁殖研究再次走在世界前列。
(3)克隆大熊猫过程中使用的生物技术手段有____________________________。(至少写两种)
(4)实验中选取的兔子的卵母细胞实际是处于______期的卵母细胞。如果多个供体细胞来自同一只大熊猫，培育的这些大熊猫在性状上也不完全相同，分析其原因，下列正确的是(多选)(　　)
A．性状变异可由环境条件引起
B．基因可能会发生突变
C．受体细胞的细胞质基因不同
D．细胞核基因发生了重组
(5)用于核移植的供体细胞一般选用传代10代以内的细胞，是因为这些细胞________________________________________________________________________。
材料三：利用乳腺生物发生器生产出的人类胰岛素，具有产量高、质量好、成本低、易提取等优点，该项技术的诞生可有效地缓解临床上胰岛素不足的难题，从而为糖尿病患者带来福音。
(6)在乳腺生物发生器的操作过程中，目的基因导入受体细胞的方法是
____________________，人的胰岛素基因能够成功插入牛细胞的染色体上原因是________________________________________________________________________
______________________；并能合成出人的胰岛素的原因是________________________________________________________________________。
[导学号29520634]　解析：(1)植物组织培养过程包括离体的植物组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成胚状体或丛芽，最后发育成完整的植物。
(2)微型繁殖属于无性生殖，无性繁殖能保持亲本遗传性状。
(3)克隆动物属于胚胎工程，过程中使用的技术手段有动物细胞培养、细胞核移植、胚胎移植等，动物细胞培养是胚胎工程的基础，胚胎移植往往是胚胎工程的最后一步。
(4)用于接收供体细胞核的受体细胞是具备受精能力的去核卵母细胞，所以需要在卵母细胞分裂到减数第二次分裂中期才行。由于受体卵母细胞中所含的细胞质基因不完全相同，或者不同克隆个体生长环境条件不同，或者基因发生了不同的突变等都可能导致克隆个体表现型不完全相同。
(5)选用传代10代以内的细胞培养是由于这个时期的细胞内遗传物质一般不发生改变，能保持正常的二倍体核型。
(6)乳腺生物发生器是指转基因克隆动物，培养它需要将目的基因通过显微注射技术注入受精卵内培育。能跨物种将一种生物的基因导入并插入受体生物细胞的染色体上，原因是目的基因和受体DNA的化学组成和结构相同，最终能在受体细胞内表达成功，说明二者还共用一套遗传密码。
答案：(1)脱分化、再分化
(2)保持优良品种的遗传特性
(3)核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术
(4)MⅡ中　ABC
(5)能保持正常的二倍体核型
(6)显微注射技术　遗传物质化学组成和结构相同　所有生物共用一套遗传密码
3．(2014·高考全国卷Ⅰ)某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，结果如下图所示。
若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。
回答下列问题：
(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16
000以上，则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是________小鼠，理由是________________________________________________________________________。
(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
体系中出现多种类型细胞的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)杂交瘤细胞中有________个细胞核，染色体数目最多是________条。
(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是________________________________________________________________________。
[导学号29520635]　解析：(1)据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16
000以上，小鼠Y的血清抗体的效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。(2)融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细胞。细胞的融合是随机的，并且不可能所有细胞都融合，故体系中会出现多种类型的细胞。(3)动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数目为40＋60＝100条。(4)正常细胞的分裂次数是有限的，且经过免疫的B淋巴细胞高度分化，不能无限增殖，而是经多次传代培养后逐渐衰老死亡。
答案：(1)4　Y　Y小鼠的血清抗体效价最高　(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞　细胞融合是随机的，且融合率达不到100%　(3)1　100　(4)不能无限增殖
4．(2015·高考安徽卷改编)科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白，其技术路线如下图。
(1)由过程①获得的A为________________________________________________________________________。
(2)在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
受体应选用________期卵母细胞。
(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生________________________________________________________________________，
这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。
(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[导学号29520636]　解析：(1)分析图示可知，过程①构建的A为含目的基因的表达载体。
(2)核移植以前，必须去掉受体卵母细胞的核，目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞。受体应该选用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞。
(3)在进行胚胎移植时，受体即代孕母羊对移入子宫的外来胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。
(4)转基因体细胞克隆产生的重组细胞具有全能性，培养产生的含目的基因的成纤维细胞可进行传代培养，因此理论上可获得无限个转基因绵羊。
答案：(1)含目的基因的表达载体　(2)保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞　MⅡ　(3)免疫排斥反应　(4)整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养(建议用时：60分钟)
1．(2016·北京24中开学摸底)菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。下图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答：
―→含重组质粒的土壤农杆菌―→
[注：卡那霉素抗性基因(kanR)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。]
(1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒，可用__________处理土壤农杆菌，使其处于__________以便吸收重组质粒。
(2)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够________________________________________的特点，使目的基因进入受体细胞中，并插入到菊花细胞的__________________上，最终形成转基因植株。
(3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和__________的培养基中，在适宜条件下进行培养，筛选转基因菊花。
(4)用PCR方法检测转基因菊花是否含有目的基因时，需根据____________________的核苷酸序列设计特异引物，以____________________为模板进行第一轮扩增。
(5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛2
龄幼虫，实验结果如下表所示。
组别
死亡率(%)
实验组
转基因植株1
60.00
转基因植株2
53.33
对照组
13.33
①对照组应饲喂等量的____________________。
②据表分析，______________________________差异显著，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。
[导学号29520646]　解析：(1)通常用钙离子处理细菌，使之处于感受态。(2)根据农杆菌的Ti质粒中的T—DNA可以整合到受体细胞的染色体DNA上的特点，通常用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞。(3)基因表达载体的构建中，需要标记基因，根据题意可知该标记基因为卡那霉素，因此需要在加入卡那霉素的培养基中选择出成功转入目的基因的菊花。(4)利用PCR技术扩增目的基因时，需要根据目的基因的脱氧核苷酸序列设计引物，同时利用含有目的基因的DNA为模板进行扩增。(5)实验设计遵循对照原则，因此对照组应该加入非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物；根据实验组比对照组的死亡率高，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。
答案：(1)Ca2＋(或CaCl2)　感受态
(2)感染菊花(或植物)细胞，并将T－DNA转移至受体细胞　染色体DNA
(3)卡那霉素
(4)抗虫基因(目的基因)　转基因菊花的DNA(或“含目的基因的菊花DNA”)
(5)①非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物
②实验组与对照组死亡率
2．(2016·福建龙岩质检)大豆花叶病毒(RNA病毒)是世界性大豆病害，是造成大豆减产的重要原因。某科研小组制备了大豆花叶病毒的空衣壳蛋白(CP蛋白)，生产过程大致如下，请回答问题：
(1)图中的①是指
________。
(2)过程Ⅱ中应用的酶是
________________________________________________________________________。
此过程中，先要在大豆花叶病毒的基因文库中查找______________的核苷酸序列，以便合成特异性引物。
(3)在上述生产流程中，________(填序号)是基因工程生产CP衣壳蛋白的核心步骤。为检测样液中是否含有有效成分，在Ⅶ可使用__________________________________进行检测。
[导学号29520647]　解析：(1)因为通过Ⅰ获得的是cDNA，所以①是RNA，过程Ⅰ是逆转录。
(2)过程Ⅱ是PCR扩增，在该技术中需要用到耐高温的DNA聚合酶。在该过程中，需要先知道目的基因，即CP蛋白基因的核苷酸序列，才能合成特异性引物。
(3)在基因工程中，基因表达载体的构建是核心，即步骤Ⅲ是核心步骤。为了检测样液中是否含有有效成分，在Ⅶ过程中可以进行抗原—抗体杂交，即使用CP蛋白的抗体进行检测，如果出现了杂交带说明含有有效成分。
答案：(1)RNA
(2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)　CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段)　(3)Ⅲ　CP蛋白的抗体
3．(2016·湖北七市联考)育种工作者利用不同的方法进行了如下四组实验。请据图回答问题。
(1)图Ⅰ过程由番茄韧皮部细胞形成幼苗A的过程需要经过________________两个关键步骤，该过程依据的原理是________________________________。
(2)植物组织培养除了需要提供一定的营养、______、温度和光照外，还必须在________的条件下进行。
(3)已知番茄的红果(Y)对黄果(y)为显性，少室(M)对多室(m)为显性，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验，则Ⅱ过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是________________________________________________________________________。
Ⅲ过程中植物体C的基因型为________________________________________________________________________。
(细胞A为两两融合细胞)
(4)图Ⅲ、Ⅳ过程中需要去除细胞壁，获得具有活力的________________________。
(5)在图中Ⅳ过程中，经过鉴别和筛选后，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是________________________________________________________________________
____________________。
[导学号29520648]　解析：(1)图Ⅰ中植物组织培养过程，需要经过脱分化和再分化两个关键步骤，其原理是植物细胞的全能性。(2)植物组织培养除了需要提供一定的营养、植物激素(生长素、细胞分裂素)、温度和光照外，还必须在无菌的条件下进行。(3)Ⅱ过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是有丝分裂。红果多室(Yymm)番茄植株产生的花粉基因型为Ym、ym，故Ⅲ过程中植物体C的基因型为YYmm或Yymm或yymm。(4)植物体细胞杂交时，要用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁，获得原生质体。(5)图Ⅳ中经植物体细胞杂交获得的植株具有两个亲本的遗传物质，能表现出两个亲本的遗传性状。
答案：(1)脱分化和再分化　植物细胞的全能性
(2)植物激素(生长素、细胞分裂素)　无菌
(3)有丝分裂　YYmm或Yymm或yymm
(4)原生质体
(5)具有两个亲本的遗传物质
4．(2016·吉林月考)目前栽培的主要香蕉品种是三倍体或多倍体，不结种子，因此无性繁殖成了主要种植方式。长期以来，香蕉生产遭受病害的严重威胁，制约了其发展，为提高其产量，某生物小组利用转基因技术培育抗病香蕉。培育过程如图所示：
(1)获得抗病基因后，常利用________技术进行扩增，该技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成________。该技术需要的酶是____________________。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法有多种，图中所示方法为____________________。欲检测转基因香蕉的DNA上是否插入了目的基因，可采用____________________技术。
(3)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有________________，作为标记基因。
(4)香蕉的抗病性状主要存在野生的二倍体香蕉品种中，但绝大多数香蕉抗病性状的分子背景尚不清楚。小组同学认为还可以利用________________技术将三倍体香蕉体细胞与二倍体香蕉体细胞进行融合培育抗病香蕉，该技术常用的化学诱导剂是____________。
[导学号29520649]　解析：(1)抗病基因为基因工程中的目的基因，可用PCR技术进行扩增；PCR技术的前提是要有一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，该技术需要TaqDNA聚合酶(热稳定DNA聚合酶)。(2)图示中将目的基因导入植物细胞的方法为农杆菌转化法。检测转基因香蕉的DNA上是否插入了目的基因，可采用DNA分子杂交技术。(3)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该物质培养筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有卡那霉素抗性基因，作为标记基因。(4)将三倍体香蕉体细胞与二倍体香蕉体细胞进行融合培育抗病香蕉，可采用植物体细胞杂交技术，该技术常用的化学诱导剂是聚乙二醇(PEG)。
答案：(1)PCR　引物　TaqDNA聚合酶
(2)农杆菌转化法　DNA分子杂交
(3)抗卡那霉素基因(或答卡那霉素抗性基因)
(4)植物体细胞杂交　聚乙二醇(PEG)
5．(2016·福建龙岩质检)1990年，美国对一名患有严重复合型免疫缺陷症的4岁女孩实施基因治疗。该患者先天腺苷酸脱氨酶(ada)基因缺乏，导致她患重症联合免疫缺陷病(SCID)。她不能抵抗任何微生物的感染，只能在无菌条件下生活。下图表示治疗SCID的过程，请据图回答下列问题：
(1)①过程可以通过
________技术从携带人正常ada基因的细菌群中获得并扩增ada基因。
(2)图中的病毒b相当于基因工程中的________________________________________________________________________。
(3)将病毒b感染T淋巴细胞时，要使含ada基因的DNA整合到T淋巴细胞的____________________上。对转化成功的T淋巴细胞进行扩大培养时应定期__________________，以防止细胞代谢产物积累对细胞自身的伤害。
(4)由于过程③中分离出来的细胞具有____________的特点，因而可以分化为包括造血干细胞在内的任何一种组织细胞。
[导学号29520650]　解析：(1)依题意，ada基因为基因工程中的目的基因，扩增目的基因可采用PCR技术。
(2)图中的病毒b是病毒a与ada基因(目的基因)相结合的产物，因此图中的病毒b相当于基因工程中的基因表达载体。
(3)用病毒b感染T淋巴细胞，其目的是使含ada基因的DNA整合到T淋巴细胞的染色体DNA上。运用动物细胞培养技术对转化成功的T淋巴细胞进行扩大培养，为了避免细胞代谢产物积累对细胞自身的伤害，培养时应定期更换培养液。
(4)过程③表示的是从囊胚中分离出内细胞团细胞，进行胚胎干细胞的分离培养，胚胎干细胞具有发育的全能性，因而可以分化为包括造血干细胞在内的任何一种组织细胞。
答案：(1)PCR
(2)基因表达载体
(3)染色体DNA　更换培养液
(4)发育的全能性
6．(2016·黑龙江桦南检测)英国纯血马是世界顶级马术比赛的常用马种，其数量少，生育力低。现代生物工程能有效提高优质马的生育效率。请根据这则材料回答下列问题：
(1)用____________激素处理适龄纯血母马，使其一次性排出比自然情况下多几倍到几十倍的卵子。采集的卵母细胞人工培育至减数第二次分裂的中期，该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和__________。
(2)体外受精前要对来自雄性附睾的精子进行一定的处理，使其________。
(3)为取得同卵双胎或多胎，可以在胚胎发育的__________________期用机械方法将胚胎分割。
(4)随着动物克隆技术的发展，人们可以将纯血马的________移入其他马的__________细胞中，将其激活并发育成胚胎，植入代孕母马体内。为保证胚胎移植的成功，胚胎的供体和受体应保持________。
(5)克隆技术在带来巨大社会效益和经济效益的同时，也对人们的传统观念造成极大冲击，我国政府的态度是禁止________性克隆人。
[导学号29520651]　解析：(1)使动物超数排卵通常用促性腺激素处理。对采集到的精子要先进行获能处理，然后才能进行受精作用。将卵母细胞培养到减数第二次分裂中期，在显微镜下可看到次级卵母细胞和第一极体。
(2)精子只有获能后才能与成熟的卵母细胞完成受精作用。
(3)胚胎发育过程中要获得更多的个体，通常对桑椹胚期或囊胚期的胚胎进行胚胎分割移植。
(4)随着动物克隆技术的发展，人们可以利用细胞核移植技术对良种马进行繁殖，即将纯血马的细胞核移入其他马的去核卵母细胞中，将其激活并发育成胚胎，植入代孕母马体内，为保证胚胎移植的成功，胚胎的供体和受体应保持相同生理环境。
(5)克隆分为生殖性克隆和治疗性克隆，生殖性克隆是我们国家所不允许的。
答案：(1)促性腺　第一极体
(2)获能
(3)桑椹胚或囊胚
(4)细胞核　去核卵母　相同的生理环境
(5)生殖
7．(2016·江苏泰州模拟)人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备的抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。如图为抗HCG单克隆抗体制备流程示意图，请分析回答下列问题：
(1)制备单克隆抗体过程中要用到________________和________________技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于__________，使小鼠产生能分泌相应__________的淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的__________免疫。
(3)在细胞内DNA合成一般有两条途径。主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基嘌呤可以阻断此途径。另一辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶催化合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。
①利用两条DNA合成途径的不同特点配制的HAT培养基含有多种成分，其中添加的__________成分具有筛选杂交瘤细胞的作用。
②最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)此过程生产的单克隆抗体可以与______________________________特异性结合，从而诊断早孕。
[导学号29520652]　解析：(1)制备单克隆抗体要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。(2)给小鼠注射的HCG相当于抗原，小鼠进行体液免疫，可产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞。(3)在培养基中加入氨基嘌呤，可阻断细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA的过程，从而抑制DNA通过此途径进行复制，因此用此种培养基进行筛选时，培养基中的骨髓瘤细胞的DNA复制过程被阻断，骨髓瘤细胞不能生长，而受抗原刺激后的B淋巴细胞也不能增殖，则筛选出来的就都是杂交瘤细胞。
答案：(1)动物细胞培养　动物细胞融合　(2)抗原　抗体　体液　(3)①氨基嘌呤　②能无限增殖并分泌特异性抗体　(4)人绒毛膜促性腺激素(或HCG)
8．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________________和________________。
(2)质粒运载体用EcoR
Ⅰ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoR
Ⅰ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)反转录作用的模板是________，产物是________。若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。
(5)基因工程中除质粒外，________和________________也可作为运载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[导学号29520653]　解析：此题考查基因工程应用的相关知识。(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。(2)为使运载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制酶切割产生的末端必须与EcoR
Ⅰ切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，DNA连接酶分为E·coli
DNA连接酶和T4DNA连接酶。(4)以RNA为模板，合成DNA的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA分子，可以使用PCR技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2＋处理，使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。
答案：(1)黏性末端　平末端
(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR
Ⅰ切割产生的相同(其他合理答案也可)
(3)E·coli　T4
(4)mRNA(或RNA)　cDNA(或DNA)　PCR
(5)噬菌体　动植物病毒(其他合理答案也可)
(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(其他合理答案也可)第37讲　基因工程及其安全性
[考纲点击]　1.基因工程的诞生(Ⅰ)　2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)　3.基因工程的应用(Ⅱ)　4.蛋白质工程(Ⅰ)
5．转基因生物的安全性(Ⅰ)　6.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)
一、基因工程的基本工具
1．限制性核酸内切酶
(1)来源：主要从原核生物中分离纯化而来。
(2)作用：识别特定的核苷酸序列并切开相应两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(3)结果：产生黏性末端或平末端。
2．DNA连接酶
(1)作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。
(2)类型
常用类型
E·coli
DNA连接酶
T4
DNA连接酶
来源
大肠杆菌
T4噬菌体
功能
连接黏性末端
连接黏性末端和平末端
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
3.载体
(1)种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
(2)质粒特点
二、基因工程的操作程序
—
↓
—组成
↓
—方法
　
↓
三、基因工程的应用
技术名称
应用
植物基因工程
培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物，利用转基因技术改良植物的品质
动物基因工程
提高动物生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植的供体
基因治疗
把正常基因导入病人体内，使其表达产物发挥功能，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗
四、蛋白质工程
1．目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。
2．操作手段：基因修饰或基因合成。
3．设计流程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
五、转基因生物的安全性
1．转基因成果
(1)工程菌——DNA重组微生物。
(2)基因制药。
(3)转基因动物——生物反应器。
(4)转基因农作物。
2．安全性问题
(1)食物安全：滞后效应(产生毒性蛋白质)、新的过敏原、营养成分改变。
(2)生物安全：生物入侵，破坏生物多样性。
(3)环境安全：破坏生态系统的稳定性和人类生活环境。
3．理性看待转基因技术
(1)需要正确的社会舆论导向，趋利避害，不能因噎废食。
(2)制定符合本国利益的政策和法规，最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。
六、禁止生物武器
1．种类：病菌、病毒、生化毒剂及经过基因重组的致病菌。
2．我国政府态度：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。
1．基因工程的基本工具
(1)两种工具酶：限制酶、DNA连接酶。
(2)一种运输工具：载体。
2．载体的种类和条件
(1)常见三种类型：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。
(2)四条件：能够自我复制、有多个限制酶切割位点、具有标记基因、对受体细胞无伤害。
3．基因工程的基本操作程序的四个主要步骤
①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。
4．目的基因的获取与检测
(1)三种获取方法：基因文库直接获得、PCR扩增、人工合成。
(2)四种检测方法：DNA分子杂交、DNA—mRNA分子杂交、抗原—抗体杂交、个体生物学水平的抗性检测。
考法一　基因工程的操作工具
1．限制性核酸内切酶
(1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线。如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如　以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。
(2)切割后产生末端的种类——黏性末端和平末端。
①黏性末端：是限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的(错位切)，如下图所示：
②平末端：是限制酶在识别序列的中轴线切开时形成的(平切)，如下图所示：
2．限制酶与DNA连接酶的关系
(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。
(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。
3.载体具备的条件
条件
目的
稳定并能复制
目的基因稳定存在且数量可扩大
有一个至多个限制酶切割位点
可携带多个或多种外源基因
具有特殊的标记基因
便于重组DNA的鉴定和选择
　确定限制酶的种类
(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。
②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
③为避免目的基因和质粒的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，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类
①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。
②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
视角 　以基础判断、案例分析或图示分析的形式，考查对基本工具的理解
1．(图示信息类)(2016·北京朝阳检测)图甲、图乙中的箭头表示三种限制性内切酶的酶切点，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Ner表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是(　　)
A．图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，含有4个游离的磷酸基团
B．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和BamHⅠ切割质粒和外源DNA
C．用PstⅠ和Hind
Ⅲ酶切，加入DNA连接酶后可得到1种符合要求的重组质粒
D．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长
解析：选C。图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，得到一个DNA片段，含有2个游离的磷酸基团，A错误；在构建重组质粒时，可用PstⅠ和HindⅢ切割质粒和外源DNA，不能用BamHⅠ切割外源DNA，因为用BamHⅠ切割会破坏目的基因的结构，B错误；用PstⅠ和Hind
Ⅲ酶能将质粒切成两个片段，用PstⅠ和Hind
Ⅲ酶能将外源DNA切成三段，只有含目的基因的片段通过DNA连接酶与质粒连接形成的重组质粒符合要求，而另一个重组质粒无目的基因，C正确；用PstⅠ切割后氨苄青霉素抗性基因结构已经被破坏，所以导入目的基因的大肠杆菌不可在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。
2．(原理判断类)(2016·安徽合肥质检)下列对基因工程所利用的酶的描述，正确的是(　　)
A．获取相同的目的基因可用到不同限制酶
B．目的基因表达时需要DNA聚合酶
C．纤维素酶和胰蛋白酶都是常用的工具酶
D．制备基因文库时一定需要逆转录酶
解析：选A。获取相同的目的基因可用不同的限制酶，只要目的基因两端有相应酶的识别位点即可，A正确；DNA聚合酶用于DNA的复制，表达时需要RNA聚合酶，B错误；基因工程常用的工具酶是DNA连接酶和限制酶，C错误；制备cDNA文库时需要逆转录酶，而基因组文库的制备不需要逆转录酶，D错误。
考法二　基因工程的基本操作程序和应用
1．目的基因的获取
(1)直接分离法
(2)人工合成法
2．基因表达载体的构建
(1)基因表达载体的组成及作用
(2)基因表达载体的构建过程
3．将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法
农杆菌转化法
显微注射技术
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上→转入农杆菌→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→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
4.目的基因的检测与鉴定
视角 　以基础判断或流程图分析的形式，考查基因工程的基本程序
1．(概念流程图类)(2016·北京重点中学月考)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．过程①需使用的原料是四种核糖核苷酸
B．过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因
C．过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备
D．过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞
解析：选D。过程①表示利用mRNA通过反转录法合成目的基因，逆转录过程中需使用的原料是四种脱氧核苷酸，A错误；过程②表示利用PCR对目的基因进行扩增，该过程中不需要利用解旋酶，解旋是通过高温实现的，B错误；感受态细胞法是利用的CaCl2溶液，C错误；过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞，D正确。
2．(模式图信息类)(2016·宁夏银川模拟)转基因抗虫棉是人们应用较早的基因重组技术推广项目，目前转基因技术有了新的改进，如下图所示，请根据所学知识回答：
(1)图中转基因过程通常选择的限制酶是____________________，启动子的作用是与________________识别和结合，从而驱动基因的转录过程。目的基因与载体结合主要依靠二者含有共同的________________。
(2)需要进行离体组织培养的过程是________(用标号)。由棉株1获得单倍体苗的途径为：花粉通过诱导首先形成________进而再分化为试管苗。一般试管苗的形成，先诱导生成________(“丛芽”或“根”)，说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)棉株1、2、3中各随机取出一个叶肉细胞，其细胞核中含有的目的基因个数分别为________。
解析：(1)分析图示可知，目的基因的两侧以及质粒上都有EcoRⅠ和BamHⅠ限制酶的识别位点，所以图中转基因过程通常选择的限制酶是EcoRⅠ和BamHⅠ。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，所以启动子的作用是与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动基因的转录过程。目的基因与载体结合主要依靠二者含有共同的黏性末端。(2)由棉株1获得单倍体苗的①过程为花药离体培养，需要用到植物组织培养技术，由受体细胞培养成棉株2的③过程也需用到植物组织培养技术，所以需要进行离体组织培养的过程是①和③。棉株1的花粉通过诱导首先形成愈伤组织进而再分化为试管苗。试管苗的形成，一般先诱导其生成丛芽，有利于进行光合作用合成有机物，进而利于生长。(3)图示显示目的基因导入的受体细胞来源于单倍体幼苗，由受体细胞通过③过程培养成的棉株2为单倍体，由棉株2通过④过程培养成棉株3，需要人工诱导染色体加倍，目的基因也随之加倍，所以，棉株1、2、3中各随机取出一个叶肉细胞，其细胞核中含有的目的基因个数分别为0、1、2。
答案：(1)EcoR
Ⅰ和BamH
Ⅰ　RNA聚合酶　黏性末端
(2)①和③　愈伤组织　丛芽　进行光合作用合成有机物，利于生长
(3)0、1、2
易错点1　基因工程操作工具易错辨析
[点拨]　(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。
(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。
(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。
(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。
(7)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。
易错点2　基因工程操作过程中易出现的错误
[点拨]　(1)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。
(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象：第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步存在检测分子水平杂交。
(3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的T DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。
(4)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
(5)标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。
(6)受体细胞的选择：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，也没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质。
(7)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。
②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。
易错点3　基因工程应用中的易错分析
[点拨]　(1)Bt毒蛋白基因编码的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。
(2)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程改造的工程菌产生的。
(3)动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。
微观清障
(1)(2015·北京卷T5B改编)在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中，不需要用选择培养基筛法导入目的基因的细胞。(　　)
(2)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力的很小的环状DNA分子。(　　)
(3)DNA分子经限制酶切割后产生的DNA片段末端是黏性末端。(　　)
(4)(2015·重庆卷T6A改编)胰岛素基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。(　　)
(5)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程则可对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(　　)
(6)(2015·重庆卷T6B)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。(　　)
(7)(2014·江苏卷T23A)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(　　)
(8)(2014·江苏卷T23C)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(　　)
(9)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。(　　)
(10)基因表达载体除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因。(　　)
(11)DNA连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏合，形成重组DNA。(　　)
(12)E·coli
DNA连接酶既可以连接平末端，又可以连接黏性末端。(　　)
(13)Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。(　　)
(14)基因表达载体中含有启动子和密码子。(　　)
(15)(2015·重庆卷T6C)借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来。(　　)
(16)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。(　　)
(17)(2014·重庆卷T4A)重组Ti质粒的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与。(　　)
(18)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位。(　　)
(19)如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同。(　　)
(20)目的基因导入马铃薯细胞后，随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞并表达。(　　)
(21)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。(　　)
(22)目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽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氨基酸序列设计多条模拟肽。(　　)
(23)(2014·重庆卷T4D)利用基因工程培育抗虫植物时，只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√　(11)×　(12)×　(13)×　(14)×　(15)√　(16)×　(17)×　(18)√　(19)×　(20)√　(21)×　(22)√　(23)√
1．(2016·天津武清区调研)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
限制酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序列及切割位点
G↓GATCC
CCTAG↑G
A↓AGCTT
TTCGA↑A
G↓AATTCCTTAA↑G
CCC↓GGGGGG↑CCC
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越____________。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止________________________________________________________________________。
(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入____________酶。
(6)现使用BamH
Ⅰ和Hind
Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA，并经拼接获得的重组质粒进行再次酶切，假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1、图2中标示的酶切位点及表中所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。
①采用BamH
Ⅰ和Hind
Ⅲ酶切，得到________种DNA片段。
②采用EcoR
Ⅰ和Hind
Ⅲ酶切，得到________种DNA片段。
[导学号29520630]　解析：(1)该质粒为环状DNA，经Sma
Ⅰ切割前，不含有游离的磷酸基团，经Sma
Ⅰ切割后形成平末端，含有2个游离的磷酸基团。(2)Sma
Ⅰ识别的是CCCGGG序列，在C与G之间切割，Sma
Ⅰ酶切位点越多，也就是C—G碱基对越多，C与G之间的氢键(3个)比A与T之间的氢键(2个)数量多，其含量越多，质粒的热稳定性越高。(3)据图1可知，Sma
Ⅰ切割位点在抗生素抗性基因(标记基因)中，据图2可知，Sma
Ⅰ切割位点在目的基因中，因此使用Sma
Ⅰ切割会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。(4)用同一种限制酶处理质粒和外源DNA，再用DNA连接酶连接时，往往会有三种连接形式：目的基因—质粒、目的基因—目的基因(环化)、质粒—质粒(环化)，后两种是我们不需要的，因而要进行筛选。用两种限制酶处理质粒和外源DNA，因形成的末端不同可避免上述情况的发生。(5)连接质粒与目的基因的工具酶是DNA连接酶。(6)分析由Bam
H
Ⅰ和Hind
Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA，并经拼接获得的重组质粒，这两种酶的识别序列仍然完整存在，如再用BamH
Ⅰ和Hind
Ⅲ两种限制酶进行酶切时，可再度被切开，形成2种DNA片段；而EcoR
Ⅰ的识别序列在原质粒中存在并没有被破坏，同时切下的目的基因中还存在1个EcoR
Ⅰ的识别序列，因此在重组质粒中存在2个EcoR
Ⅰ的识别序列，如用EcoR
Ⅰ和Hind
Ⅲ酶切，可得到3种DNA片段。
答案：(1)0、2　(2)高　(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因　(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化　(5)DNA连接　(6)2　3
2．(2016·山东文登模拟)下面是科学家利用现代生物技术研制用于癌症治疗的鼠—人嵌合抗体的流程图。请回答：
(1)利用蛋白质工程技术对鼠源杂交瘤抗体进行改造时，首先必须根据预期________________，设计________________，进一步推测应有的氨基酸序列，最终通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，然后导入鼠淋巴细胞中使其________。在Ig基因表达载体构建的过程中，人和鼠的基因要用____________切割核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)图中嵌合载体启动子位于基因的首端，它是______________识别和结合的部位，终止子是________的终点；嵌合载体中还应含有________________，以便重组DNA的鉴定和筛选。
(3)图中的“抗体分泌细胞”名称是________，检测目的基因在淋巴细胞中是否得到表达可采用________________技术。
(4)在制备单克隆嵌合抗体过程中要进行筛选，第二次筛选的目的是________________________________________________________________________。
[导学号29520631]　解析：(1)蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列(DNA)。所以，利用蛋白质工程技术对鼠源杂交瘤抗体进行改造时，首先必须根据预期嵌合抗体的功能，设计嵌合抗体的结构，进一步推测应有的氨基酸序列，最终通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，然后导入鼠淋巴细胞中使其表达。在基因表达载体构建的过程中，人和鼠的基因要用同种限制酶切割核苷酸之间的磷酸二酯键，以产生相同的黏性末端。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，终止子是转录终止的信号；基因表达载体由启动子、终止子、目的基因和标记基因等组成，其中标记基因用于重组DNA的鉴定和筛选。(3)图中的“抗体分泌细胞”的名称是浆细胞；检测目的基因在受体细胞中是否表达，常采用抗原—抗体杂交技术。(4)制备单克隆抗体时要经过两次筛选，第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是获得能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞。
答案：(1)嵌合抗体的功能　嵌合抗体的结构　表达　同种限制酶
(2)RNA聚合酶　转录　标记基因
(3)浆细胞　抗原—抗体杂交
(4)获得能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞
3．(2016·山东烟台模拟)我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。下图为培育转基因水稻过程示意图，请分析回答：
(1)铁结合蛋白基因来自菜豆，且基因的脱氧核苷酸序列已知，可以用________法获得此目的基因或________扩增目的基因。
(2)构建重组Ti质粒时，通常要用________________分别切割________________________________________________________________________。
将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用____________处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入。
(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻细胞经过____________获得的愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得________________________________；培养基3与培养基2的区别是______________的浓度比例，所以在培养基3中经过______________可获得完整植株。检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻________________________________________________________________________。
[导学号29520632]　解析：(1)获取目的基因的方法有三种：①从基因文库中获取；②利用PCR技术扩增；③人工合成(化学合成)。如果基因的脱氧核苷酸序列已知，可以用化学合成法获得此目的基因，再用PCR技术进行扩增。(2)构建重组质粒的过程中，通常要用同一种限制酶分别切割质粒和含目的基因的DNA片段，使它们产生相同的黏性末端，然后再用DNA连接酶连接成重组质粒。将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用CaCl2溶液处理农杆菌成为感受态细胞，易于重组Ti质粒导入。(3)
水稻细胞经过脱分化可获得愈伤组织。质粒上的标记基因为潮霉素抗性基因，因此通过培养基2的筛选培养，可以获得含有重组质粒的愈伤组织。培养基2长出愈伤组织，培养基3长出试管苗，这与培养基2、3中生长素和细胞分裂素的浓度比例不同有关，所以愈伤组织在培养基3中经过再分化可获得完整植株。题目基因工程的目的是提高大米的铁含量，故欲检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻(成熟)种子中铁含量。
答案：(1)化学合成(或人工合成或从基因文库中获取目的基因)　PCR
(2)(同种)限制性核酸内切酶(或限制酶)　含目的基因(或铁结合蛋白基因)的DNA片段和质粒　CaCl2(或Ca2＋)
(3)脱分化　含有重组质粒(有潮霉素抗性)的愈伤组织　生长素和细胞分裂素　再分化　(成熟)种子中铁含量第40讲　生态工程
[考纲点击]　1.简述生态工程的原理(Ⅱ)　2.生态工程的实例(Ⅰ)
一、生态工程与生态经济
1．生态工程建设的根本目的：遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
2．生态工程的特点：少消耗、多效益、可持续。
3．生态经济：通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废物资源化。
二、生态工程所遵循的基本原理
1．物质循环再生原理
物质在生态系统中循环往复，逐层分级利用。(如无废弃物农业)
2．物种多样性原理
物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
3．协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
4．整体性原理
人类处于社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不但要考虑自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。
5．系统学和工程学原理
包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。
三、生态工程的实例[连一连]
四、生态工程的发展前景
1．“生物圈2号”生态工程实验的启示：使我们认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了我们对自然规律的认识。
2．发展前景：我们需要走有中国特色的道路，即不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
1．生态工程的一个目的：经济效益和生态效益的同步发展。
2．生态工程的三个特点：少消耗、多效益、可持续。
3．生态经济的一个原则：“循环经济”。
4．生态工程的五个基本原理：物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。
考法一　探究生态工程的基本原理
1．生态工程的基本原理
项目
理论基础
意义
实例
物质循环再生原理
物质循环
可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响
“无废弃物农业”
物种多样性原理
生态系统的稳定性
生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力
“三北防护林”建设中的单纯林问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题
协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡
生物的数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏
太湖富营养化问题、过度放牧等
整体性原理
社会、经济、自然构成复合系统
统一协调各种关系，保障系统的平衡和稳定
林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式
改变和优化系统的结构以改善功能
桑基鱼塘
系统整体性原理：整体大于部分之和
保持系统很高的生产力
珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系
2.几种常考生态工程原理举例
(1)单一人工林比天然混交林稳定性低，易爆发虫害——物种多样性原理。
(2)草原确定合理载畜量，不能过度放牧——协调与平衡原理。
(3)引种考虑适应环境——协调与平衡原理。
(4)林业生态工程建设，既考虑种树又考虑生活问题——整体性原理。
视角 　以案例分析的形式，考查生态系统的原理
南京古泉生态农场是生态农业的典范。该农场将养猪、养鱼、沼气工程、养鸭、种植农作物、养蘑菇、种桑养蚕、种植果树等多个生产过程有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，取得良好的生态效益。请就此生态农场的特点，完成下列问题：
(1)该生态农场充分体现了生态工程基本原理中的__________________、__________________和____________________原理。
(2)该系统工程的核心之一是沼气池，如图所示：
①在图中用箭头标出生产过程中物质循环的方向。
②如果将“无机物→农田”这一环节去掉，对生态农业系统有何影响？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)根据生态工程的物种多样性原理，有人认为生态农业建设中，应使食物链和营养级越长越多越好。请你结合所学知识，分析该结论是否正确，为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)物质循环再生原理　物种多样性原理　整体性
(2)①如下图所示：
②土壤中的无机物得不到补充，物质循环受到破坏，土壤肥力下降
(3)不正确。因为食物链越长，各食物链中的生物数量越难以达到一定规模，影响经济效益；营养级越多，高层次营养级生物获得的能量越少，该营养级生物数量也越少
考法二　生态工程的实例分析
1．农业生态系统的设计原则
(1)应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则；
(2)应当能够构成一个合理的生产结构；
(3)应当充分利用自然界的物质和能量资源；
(4)应当体现减少环境污染的原则；
(5)应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益；
(6)所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。
2．生态工程的实例
类型
主要原理
注意问题
农村综合发展型生态工程
物质循环再生原理、整体性原理
①核心：沼气工程②优点：农林牧渔全面发展；开发可更新资源，减少环境污染
小流域综合治理生态工程
整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理
①“综合”表现在同时考虑到生态效益和经济效益②不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，生态工程模式应各具特色
大区域生态系统恢复工程
物种多样性原理、整体性原理
“三北”防护林工程建设中应注意的问题：①考虑树种生态适应性问题，种植适宜品种②考虑树种多样性，保证防护林体系稳定性③不同地区应根据当地情况采取不同策略
湿地生态恢复工程
协调与平衡原理、整体性原理
①主要措施：退耕还湖②主要困难：解决迁出湖区居民的生活和就业问题
矿区废弃地的生态恢复工程
整体性原理、协调与平衡原理
①种植耐旱的灌木、草和树②合理确定载牧量③改良表土
城市环境生态工程
协调与平衡原理、整体性原理等
①大气污染解决措施：禁止使用有铅汽油等②水污染：减少或禁止污水排放，进行污水净化
视角 　以图示分析的形式，考查农业生态系统的实例分析
(2016·北京东城区适应训练)下图示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：
(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第__________营养级。
(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过____________________作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。
(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的____________________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力__________。
(4)建立该生态系统遵循的原理主要是____________________、____________________。
解析：(1)粪便中的能量是未被生物同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。
答案：(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量　一　(2)分解者(或微生物)的分解　(3)多级(或充分)利用　较强　(4)物质循环再生原理　物种多样性原理
易错点1　误认为利用物质循环再生原理可以提高生态系统的能量传递效率
[点拨]　能量传递效率是由生态系统中物种本身的特性决定的。
易错点2　整体性原理≠系统整体性原理
[点拨]　(1)整体性原理
①含义：指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡。
②举例：林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。
(2)系统整体性原理
①含义：指总体功能大于各部分之和，即1＋1>2。原因是系统保持有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理。
②举例：如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中的藻类和真菌等。
微观清障
(1)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的整体性原理。(　　)
(2)我国西北土地沙化非常严重，其中一个主要原因是超载放牧，导致草地退化。该事实主要违背了生态工程的协调与平衡原理。(　　)
(3)生态农业的指导思想是环境与经济协调发展。(　　)
(4)生态工程是无消耗、多效益的工程。(　　)
(5)某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制，体现了遵循物种多样性和协调与平衡原理。(　　)
(6)建立生态农业时巧设、增设食物链的目的是使食物链延长，消耗能量环节增多，系统总能量利用率降低。(　　)
(7)矿山废弃地生态修复工程的关键是优先选择农作物以提高经济效益。
(　　)
(8)我国在西部地区实行退耕还林还草工程，这一工程属于大区域生态系统恢复工程。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√
1．(2016·雅礼中学月考)农业生产的高度发展，现代化畜禽养殖业的迅猛发展，均给生态环境带来了一系列污染问题，发展生态农业、保障农业的可持续发展势在必行。下面是“种植、养殖、加工、沼气、肥料”五环产业并举和互补的生态农业良性循环模式图，请据图分析作答：
(1)五环产业链生态农业一改传统经济模式，走生态经济之路，其主要实行__________原则。
(2)从生态系统的主要功能来分析，建立五环产业链生态农业的主要目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)沼气发酵过程中所产气体的主要成分为_________和CO2。
(4)五环产业链生态农业遵循的生态工程原理主要是____________________、____________________、____________________。
(5)该生态农业的优点主要表现在______________________________、____________________。
[导学号29520642]　解析：(1)从图中分析，该生态农业各个环节的物质能够循环利用，因此实现的是循环经济的原则。(2)该生态农业的主要目的是合理调整各环节的物质和相互关系，使物质和能量更多地流向对人类有益的部分，获得更大的经济效益。(3)沼气发酵所产生气体主要成分是甲烷和二氧化碳。(4)生态农业的基本原理有物质循环再生原理、协调与平衡原理、物种多样性原理、整体性原理、系统学和工程学原理等。(5)生态农业减少了环境污染、充分发挥资源的生产潜力、提高了综合效益，达到经济效益与生态效益同步发展。
答案：(1)循环经济
(2)使生产者同化的物质和能量更多地流向对人类有益的部分
(3)CH4(甲烷)
(4)物质循环再生原理　系统学和工程学原理　整体性原理　物种多样性原理(任答三项)
(5)减少了环境污染　提高了综合效益
2．(2016·江苏南通调研)下图是江苏某农村因地制宜建设的生态农业园示意图，请分析回答：
(1)该生态农业园建设主要依据的生态工程原理有
________________________________________________________________________(至少写出2个)。
(2)池塘养鱼时，通常采用多鱼种混合放养模式(上层为食浮游生物的鳙鱼，中层为食草的草鱼，下层为杂食性的鲫鱼等)。从群落结构分析，这种养殖模式的优点是________________________________________________________________________。
(3)防治果树虫害时，常利用性引诱剂来诱捕害虫或干扰交配，从而降低害虫种群密度。这属于生态系统中的________(信息类型)传递在农业生产中的应用。
(4)流入该生态农业园的总能量有________________________和人工输入的能量，人工输入的能量有____________(至少2项)等。该生态农业园增加了“蝇蛆养殖、食用菌种植”等项目，其意义是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根据图示，用箭头表示生态系统三类生物成分之间的能量流动关系。
　　　　　　　　
[导学号29520643]　
解析：(1)分析图示可知，该生态农业园涵盖了种植业、采摘园、鸡鸭养殖场、奶牛场、垂钓园等，充分利用了废弃物中的能量，而且有产品的输出，据此可推知，该生态农业园建设主要依据的生态工程原理有：物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等。
(2)该养殖模式：上层为食浮游生物的鳙鱼，中层为食草的草鱼，下层为杂食性的鲫鱼等，其优点是充分利用了生态系统的空间和食物资源。
(3)性引诱剂是一种挥发性的化学物质，利用性引诱剂来诱捕害虫或干扰交配，这属于生态系统中的化学信息传递在农业生产中的应用。
(4)流入该生态农业园的总能量有稻麦蔬菜、草莓、梨等生产者固定的太阳能和人工输入的能量。若维持该生态农业园中的种植业、采摘园、鸡鸭养殖场、奶牛场、垂钓园等的正常运转，需要人工输入的能量有种子、幼苗、鸡苗、鸭苗、牛犊、电力、石油等。该生态农业园增加了“蝇蛆养殖、食用菌种植”等项目，其意义在于实现了生态系统物质和能量的多级利用、减少了环境污染。
(5)图中的食用菌为分解者，可为奶牛、鸡鸭等消费者提供能量；图中的生产者固定的太阳能可输入到消费者体内；生产者和消费者的残枝败叶、遗体残骸中的能量可被分解者所利用。三类生物成分之间的能量流动关系见下图：
答案：(1)物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理等
(2)充分利用了生态系统的空间和食物资源
(3)化学信息
(4)稻麦蔬菜、草莓、梨等生产者固定太阳能　种子、幼苗、鸡苗、鸭苗、牛犊、电力、石油等　实现了生态系统物质和能量的多级利用、减少了环境污染
(5)如下图
3．(2016·广东江门模拟)江门市大广海湾经济区把新会、台山、恩平的沿海区域整合，下图是大广海湾某泥质海岸生态护坡的模式图，请回答：
(1)在上图的坡地生态系统中，人们在中、低潮带引种耐盐植物，在高潮带和超高潮带则种植耐干旱植物，这体现了生态工程基本原理中的________________。这些不同植物的分布差异主要体现了群落的________结构。
(2)图中方框内表示该水域的能量流动简图，A、B、C、D表示生态系统的组成成分。第二、第三营养级之间的传递效率为________。图中__________(填字母)在碳循环过程中起着关键作用。
(3)大广海湾发展规划中提到要建设红树林湿地公园等对生物多样性进行
________保护；并依据________________理论，充分依靠生态系统的
______________，辅以相应物质和能量的投入，使一些受损的海岛生态系统恢复到正常状态。
(4)市文联组织文艺家走进大广海湾采风创作，充分体现了生物多样性的
________价值。
[导学号29520644]　解析：(1)依题意，人们在引种耐盐植物、耐干旱植物时，充分考虑了环境承载力，这体现了生态工程中的协调与平衡原理。中、低潮带引种耐盐植物，高潮带和超高潮带种植耐干旱植物，这是水平方向上呈现的差异，主要体现了群落的水平结构。
(2)分析图中方框内该水域的能量流动简图可知，A为生产者(第一营养级)，B为分解者，C为次级消费者(第三营养级)，D为初级消费者(第二营养级)。能量在第二营养级和第三营养级之间的传递效率为(2.7×105)÷(1.5×106)×100%＝18%。生产者和分解者在碳循环过程中起着关键作用，即图中的A、B。
(3)建设红树林湿地公园等属于保护生物多样性的措施中的就地保护；一些受损的海岛保留了原有的土壤条件以及植物的种子和其他繁殖体，若使其生态系统恢复到正常状态，则需依据(生物)群落演替的理论，充分依靠生态系统的自我调节能力，再辅以相应的物质和能量的投入。
(4)文学艺术创作，充分体现了生物多样性的直接价值。
答案：(1)协调与平衡　水平
(2)18%　A、B
(3)就地　(生物)群落演替　自我调节能力
(4)直接
4．(2016·湖南四市模拟)某研究性学习小组参观长沙市郊建立的以沼气为中心、以保护生态环境为目标的“四位一体”生态农业(人居—种植—养殖—沼气)时绘出了如下模式，请分析回答：
(1)构建以沼气为中心的“四位一体”生态农业时所依据的主要生态学原理是____________________，该生态农业最大的优点是________________________________________________________________________。
(2)该生态系统的生产者是____________________，蘑菇在该生态系统的成分中属于__________。在农业生产上，将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可以提高蔬菜产量，其原因是________________________________________________________________________。
(3)利用植物秸秆生产乙醇时，植物秸秆经预处理后，被微生物A所产生的__________酶水解，转化成葡萄糖。在控制__________的情况下，能促进微生物B的发酵过程。写出微生物B发酵过程的相关反应：______________________________。
(4)秸秆在沼气池中处理成沼渣后有利于植物的吸收利用，原因是________________________________________________________________________。
(5)为进一步提高经济效益，养猪场引进了一头肉质优良的花猪，运用__________(填“DNA重组”“核移植”或“胚胎分割”)技术可实现利用当地品种生产花猪的设想。
[导学号29520645]　解析：(1)图中的生态农业为无废弃物农业，通过农业废弃物资源化，实现物质的多级循环利用，减少污染，在资源有限的情况下，充分发挥资源潜力，建立良性物质循环体系，促进农业持续稳定地发展。(2)该生态系统的生产者是水稻、大豆和蔬菜，蘑菇为腐生真菌，是分解者。蘑菇通过细胞呼吸产生的CO2能为蔬菜进行光合作用提供原料。(3)植物秸秆的主要成分是纤维素，能在微生物A产生的纤维素酶的催化下水解为葡萄糖。微生物发酵产生乙醇需在无氧条件下，进行的是无氧呼吸，故微生物B的发酵过程中需控制通气。(4)沼气池中的微生物可将秸秆中的有机物分解为无机物，成为植物易于吸收的营养物质。(5)利用肉质优良的花猪的体细胞核与当地品种的卵母细胞的细胞质进行重组，获得的重组细胞再经过早期胚胎培养和胚胎移植即可实现利用当地品种生产花猪。该过程运用的是核移植技术，也叫克隆技术。
答案：(1)物质循环再生原理　提高物质和能量利用率，减轻环境污染(或实现物质和能量的多级利用，减少环境污染)　(2)水稻、大豆和蔬菜　分解者　蘑菇细胞呼吸放出CO2，可为蔬菜的光合作用提供原料　(3)纤维素　通气　C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量　(4)微生物将秸秆中的有机物分解为无机物　(5)核移植第39讲　胚胎工程及伦理问题
[考纲点击]　1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础
(Ⅰ)　2.胚胎干细胞的移植(Ⅰ)　3.胚胎工程的应用(Ⅱ)　4.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)
一、体内受精和早期胚胎发育
1．精子与卵子的发生
2．受精
准备阶段
　
↓
受精阶段
3．早期胚胎发育
↓
↓
↓
二、体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养
(2)精子的采集和获能
(3)受精：获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精作用。
2．胚胎的早期培养
(1)目的：检查受精状况和受精卵的发育能力。
(2)培养液成分
(3)胚胎处理：体外移植或冷冻保存。
三、胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植
(1)概念剖析
①供体：能提供早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到胚胎的雌性动物。
②受体：同种的、生理状态相同的其他雌性动物。
③结果：产生新个体。
(2)意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
(3)生理学基础
①移入：排卵后：供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
②收集：早期胚胎处于游离状态。
③存活：受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。
④遗传性：供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性不受任何影响。
(4)基本程序
对供、受体的选择和处理→配种或进行人工授精→对胚胎的收集、检查、培养或保存→胚胎移植→移植后检查。
2．胚胎分割
(1)概念
①方法：机械方法。
②分割份数：将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等。
③目的：获得同卵双胎或多胎。
(2)定位：动物无性繁殖或克隆的方法之一。
(3)材料：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
(4)要求：将内细胞团均等分割。
3．胚胎干细胞(ES或EK细胞)
(1)来源：早期胚胎或原始性腺。
(2)特点
(3)培养过程
四、关注生物技术的伦理问题
反对
支持
克隆人
伦理方面
违反了人类的伦理道德观念，中国禁止生殖性克隆
中国不反对治疗性克隆
技术方面
技术不成熟，流产率高、畸形率高、出生后死亡率高
可通过胚胎分级、基因诊断、染色体检查等方法解决技术问题
设计试管婴儿
胚胎也是生命，杀死胚胎无异于“谋杀”
提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤
基因检测
技术方面
很难用在具体医疗中
有一些遗传性疾病可以通过基因检测后在早期采取预防措施
道德方面
可能引起基因歧视
通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法，解决基因歧视现象
1．受精过程中的“三大反应”和防止多精子入卵受精的“两道屏障”
(1)顶体反应：精子膜和顶体外膜发生的一系列改变，释放顶体酶。
(2)透明带反应：在精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，它是防止多精子入卵受精的第一道屏障。
(3)卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜拒绝其他精子再进入卵内，这是防止多精子入卵受精的第二道屏障。
2．早期胚胎发育过程
受精卵—卵裂期—桑椹胚—囊胚—原肠胚。
3．胚胎的早期培养的培养液成分
“两盐”是无机盐、有机盐，“两素”是维生素、激素，“两酸”是氨基酸、核苷酸，天然成分是血清等物质。
4．胚胎移植的关键知识
(1)移植的胚胎必须在原肠胚之前。
(2)供体和受体必须是同种生物，并处于同一生理状态。
(3)胚胎移植的本质：产生胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。
5．克隆技术的两个应用
(1)治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞和组织用于治疗疾病。
(2)生殖性克隆是指将克隆技术用于生育，即用于产生人类个体。
考法一　体内受精和早期胚胎发育
1．受精作用
(1)受精前的准备
①精子获能：成熟的精子必须在雌性动物的生殖道中经历一段时间，发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，此过程叫获能。
②卵子的准备：卵子都要在输卵管中进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。
(2)受精四步曲
第一步：精子穿越放射冠和透明带。
①顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解卵丘细胞间的物质，形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条件。
②透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应，称做透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步：精子进入卵细胞膜。
精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步：原核形成。雄原核和雌原核形成。
第四步：雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
2．胚胎发育过程
视角1 　以基础判断或图示分析的形式，考查精子、卵子的发生及受精作用
1．(原理判断类)(2015·高考四川卷)精子内的顶体由溶酶体特化而来。精卵识别后，顶体膜与精子细胞膜融合，释放溶酶体酶使卵子外层形成孔洞，以利于精卵融合形成受精卵。下列叙述正确的是(　　)
A．顶体内储存的溶酶体酶是在精子的溶酶体中合成的
B．精子游向卵子所需的能量来自线粒体和细胞质基质
C．顶体膜和精子细胞膜融合体现生物膜的选择透过性
D．受精卵中的遗传物质一半来自父方另一半来自母方
解析：选B。A项，溶酶体酶的化学本质是蛋白质，其合成的场所应为核糖体。B项，精子运动所需要的能量主要来自有氧呼吸，有氧呼吸第一阶段发生的场所是细胞质基质，第二、三阶段发生的场所是线粒体。C项，顶体膜和精子细胞膜的融合体现了生物膜的流动性特点。D项，受精卵的细胞核中的遗传物质父方和母方各提供一半，而细胞质中的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
2.(图示信息类)(2016·广东韶关测试)哺乳动物卵原细胞减数分裂形成成熟卵子的过程，只有在促性腺激素和精子的诱导下才能完成。下面为某哺乳动物卵子及早期胚胎的形成过程示意图(N表示染色体组)，据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．次级卵母细胞形成的过程需要激素调节
B．细胞Ⅲ只有在精子的作用下才能形成成熟卵子
C．Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ细胞分裂后期染色体数目相同
D．培育转基因动物应选择细胞Ⅳ作为受体细胞
解析：选C。初级卵母细胞形成次级卵母细胞的过程需要促性腺激素的调节，A正确；细胞Ⅲ为次级卵母细胞，减数第二次分裂是在输卵管中伴随着受精作用完成的，
B正确；Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别为初级卵母细胞、次级卵母细胞和受精卵，它们在细胞分裂后期的染色体组数依次为：2N、2N、4N，染色体数不同，C错误；动物细胞的受精卵全能性高，因此培育转基因动物常用受精卵作为受体细胞，D正确。
视角2 　
以图示分析的形式考查早期胚胎发育的特征
3．下图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，下列相关描述正确的是(　　)
A．图中3是透明带，7是原肠腔
B．发育的先后顺序是甲→丙→乙
C．1部位细胞将来发育成胎儿的各种组织
D．甲、乙、丙时期的细胞都具有发育的全能性
解析：选A。图中甲是桑椹胚，乙是囊胚，丙是原肠胚。图中1是滋养层，2是内细胞团，3是透明带，4是囊胚腔，5是外胚层，6是内胚层，7是原肠腔。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。
考法二　胚胎工程的应用及伦理问题
1．胚胎移植的基本程序
2．干细胞的种类及其应用
(1)干细胞的种类
类别
来源或举例
特点
全能干细胞
胚胎干细胞(囊胚期之前的细胞及内细胞团细胞)
能发育成完整个体
多能干细胞
造血干细胞
具有分化成多种细胞或组织的潜能，但无发育成完整个体的能力
专能干细胞
上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞
只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞
(2)胚胎干细胞的主要用途
①将胚胎干细胞核移植到去核的卵细胞中，经过胚激活、胚胎培养、胚胎移植后直接由受体完成克隆动物。
②基因敲除，获得移植器官。
③培育出人造组织器官，用于器官移植。
④改良创造动物新品种。
3．克隆动物、试管动物与转基因动物遗传特性比较
项目
克隆动物
试管动物
转基因动物
概念
用核移植的方法获得的动物
用体外受精的方法获得的动物
由被转入了目的基因的受精卵发育成的动物
技术
核移植
体外受精
DNA重组技术
生殖方式
无性繁殖
有性生殖
有性生殖或保持原生殖方式
遗传特性
主要与供核个体相同
具备双亲的遗传性状
具备原受精卵及被转入的目的基因两方的遗传特异性
相同点
三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑椹胚或囊胚期的胚胎
视角1 　以流程图解的形式，考查胚胎工程的流程
1．(2016·山东青岛月考)如图为牛胚胎移植过程示意图，请回答下列问题：
(1)①阶段常用__________激素对供体母牛进行处理，其目的是获得更多的卵子。
(2)冲卵的生理基础是________________________________________________________________________。
(3)③阶段对胚胎进行质量检查，这时的胚胎应发育到__________
或__________阶段。
(4)若要通过④获得遗传物质完全相同的多个新个体，可对③阶段检查合格的胚胎进行__________技术处理，该过程中应注意对__________进行均等分割。
(5)ES或EK细胞的形态特征是______________________________，在培养液中加入____________________，可诱导其向不同类型的组织细胞分化。
解析：(1)胚胎工程中常用促性腺激素对供体母牛进行处理，其目的是获得更多的卵子。(2)早期胚胎形成后处于游离状态，未与母体子宫建立联系，这是冲卵的生理基础。(3)胚胎移植前对胚胎进行质量检查，这时的胚胎应发育到囊胚或桑椹胚阶段。(4)应用胚胎分割技术可以获得遗传物质完全相同的多个新个体，胚胎分割时注意对内细胞团进行均等分割。(5)胚胎干细胞具有体积小、细胞核大、核仁明显等形态特征，胚胎干细胞在培养时加入分化诱导因子，可诱导其向不同类型的组织细胞分化。
答案：(1)促性腺　(2)早期胚胎形成后处于游离状态，未与母体子宫建立联系　(3)囊胚　桑椹胚　(4)胚胎分割　内细胞团　(5)体积小、细胞核大、核仁明显　分化诱导因子
视角2 　以图示分析的形式考查胚胎工程的应用
2．(2016·东北三校质检)下图为纯种荷斯坦奶牛的繁殖过程，据图回答下列问题：
(1)克隆动物培养过程与图示繁殖过程相比特有的技术手段是__________技术，这两种繁殖动物的方式相比，实质性的区别为前者是________(填“无性生殖”或“有性生殖”)，后者是________(填“无性生殖”或“有性生殖”)。
(2)一般用__________激素对供体母牛做超数排卵处理。用孕激素处理受体牛以利于胚胎移植。
(3)受精卵体外培养所需的培养液成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及__________等物质。
(4)某研究所决定培养转基因荷斯坦奶牛，科研人员先构建含药用蛋白基因的表达载体；再将其导入受精卵中；然后还要采用DNA分子杂交技术检测________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)培育克隆动物，采用的特有的技术手段是核移植技术，核移植技术为无性生殖。图示繁殖过程采用了体外受精和早期胚胎培养等技术，属于有性生殖。
(2)一般使用促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理。
(3)受精卵在体外培养所用的发育培养液的成分，除一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及血清等物质。
(4)在基因工程中，常采用DNA分子杂交技术检测转基因荷斯坦奶牛的DNA上是否插入了药用蛋白基因。
答案：(1)核移植　无性生殖　有性生殖
(2)促性腺
(3)血清
(4)转基因荷斯坦奶牛的DNA上是否插入了药用蛋白基因
视角3 　以流程图解的形式考查生物技术的伦理问题
3．(2015·高考山东卷)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下：
(1)过程①采用的是细胞工程中的________技术，过程②采用的是胚胎工程中的________技术。
(2)体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液(基)的________。
(3)如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体(重组载体)时必须使用____________和____________两种工具酶。基因表达载体上除目的基因外，还需有________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。
(4)胚胎干细胞可以来自于囊胚中的________。在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。若将图中获得的组织器官移植给个体________(填“A”或“B”)，则不会发生免疫排斥反应。
解析：(1)过程①表示细胞核与去核卵母细胞结合，即核移植技术；过程②表示早期胚胎培养技术。
(2)体细胞进行体外培养时，CO2气体的主要作用是维持培养液(基)的pH(或酸碱度)。
(3)构建基因表达载体时需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶；基因表达载体上的标记基因的作用是便于筛选出成功导入基因表达载体的细胞。
(4)囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性，属于胚胎干细胞。在图示过程中，B个体提供的是细胞核，分化形成的组织器官的性状主要是由来自B的遗传物质决定的，因此体外培养获得的组织器官移入个体B
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(或：酸碱度)　(3)限制性(核酸)内切酶(或：限制酶)　DNA连接酶(注：两空可颠倒)　标记　(4)内细胞团　B
易错点1　早期胚胎培养易出现的错误
[点拨]　(1)卵裂阶段的细胞分裂方式——有丝分裂。
(2)受卵膜制约，从受精卵到囊胚阶段总体积不变或略有减小，所以每个细胞体积减小。
(3)伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定。
(4)该过程中有机物总量减少，因为一直呼吸消耗但不从外界吸收。
易错点2　胚胎移植中易出现的错误
[点拨]　(1)滋养层≠饲养层。
①滋养层：囊胚时期沿透明带内壁排列的个体较小的细胞，滋养层最终发育成胎膜和胎盘。
②饲养层：饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞，在干细胞培养时，可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞。
(2)不同动物胚胎移植的时间不同。
①牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。
②小鼠、家兔在桑椹胚前。
③几乎所有动物都不能到原肠胚阶段移植，因为此时分化程度高，移植成功率很低。
微观清障
(1)(2015·江苏卷T3D)培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质。(　　)
(2)成熟的精子并不具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。(　　)
(3)排卵是指卵泡从卵巢中排出。(　　)
(4)(2015·天津卷T3A)小鼠胚胎干细胞可来自对囊胚内细胞团的分离培养。(　　)
(5)精子和卵子的发生都是从初情期开始的。(　　)
(6)卵子形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的。(　　)
(7)卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大。(　　)
(8)在对囊胚进行分割时，要将滋养层细胞均等分割。(　　)
(9)(2015·江苏卷T3B)细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行。(　　)
(10)囊胚的滋养层细胞具有发育的全能性。(　　)
(11)采集的卵母细胞不可直接与精子受精。(　　)
(12)(2015·江苏卷T23C)采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)×　(11)√　(12)√
1．(2016·湖北孝感模拟)下图是体外受精技术培育试管动物的大致流程，请回答下列问题：
(1)精子的顶体内含有____________能协助精子穿过卵母细胞的________________。
(2)体外培养受精卵时，除给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还提供________气体以维持__________。
(3)动物的早期胚胎需移植到同种且____________与供体相同的动物体内，被移植的胚胎之所以能存活是因为受体对________________________________________________________________________。
(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所利用的胚胎工程技术是____________，胚胎移植前通过________技术可获得较多胚胎。
[导学号29520637]　解析：(1)精子的顶体内含有顶体酶，能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带，以完成受精作用。(2)体外培养受精卵时，除给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还要提供CO2气体以维持培养液的pH相对稳定。(3)动物的早期胚胎需移植到同种且生理状态与供体相同的动物体内，被移植的胚胎之所以能存活是因为受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(4)从重组细胞到早期胚胎过程中所利用的胚胎工程技术是早期胚胎培养，胚胎移植前通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。
答案：(1)顶体酶　放射冠和透明带
(2)CO2　培养液的pH相对稳定
(3)生理状态　外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
(4)早期胚胎培养　胚胎分割
2.(2016·湖北黄冈模拟)试管婴儿技术的突破意味着通过设计试管婴儿解决部分不孕不育问题的同时，部分肿瘤疾病、遗传性疾病的家族性遗传也将有望避免。
(1)设计试管婴儿时为了提高受孕率，胚胎移植时多采用多胚胎移植，因此需要用________________处理，促进母亲排出更多的卵子。
(2)胚胎发育的卵裂期在________(填“透明带”或“放射冠”)内进行。受精卵经72小时体外培养发育成由32细胞左右的桑椹胚，可用于胚胎移植，而胚胎移植属于胚胎工程的常用技术之一。胚胎工程是指对动物的早期胚胎或________所进行的多种显微操作和处理技术。还包括体外受精、胚胎分割移植、胚胎干细胞培养等技术。
(3)为了某些需要，需对胚胎的性别进行鉴定。目前最有效最准确的方法是SRY－PCR法，操作的基本程序是：从被测的囊胚中取出几个________(填部位)细胞，提取DNA；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基作________，以____________________为模板进行PCR扩增；与SRY特异性探针出现阳性反应者，胚胎为________性。
(4)设计试管婴儿、克隆人等都是引起人们广泛争论的问题。我国不反对治疗性克隆，即可利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病，在去除卵母细胞的细胞核时，可用微型吸管把位于________和________之间的第一极体一并吸出。
[导学号29520638]　解析：(1)用促性腺激素处理，可促进母亲排出更多的卵子。(2)胚胎发育的卵裂期在透明带内进行。胚胎工程是指对动物的早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，还包括体外受精、胚胎分割移植、胚胎干细胞培养等技术。(3)用SRY—PCR法对胚胎的性别进行鉴定时，从被测的囊胚中取出几个滋养层细胞，提取DNA；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)的一段碱基作引物，以滋养层细胞的DNA为模板进行PCR扩增；SRY基因仅位于Y染色体的非同源区段，与SRY特异性探针出现阳性反应者，胚胎为男性。(4)利用人体细胞核移植等技术治疗人类疾病，在去除卵母细胞的细胞核时，可用微型吸管把位于卵细胞膜和透明带之间的第一极体一并吸出。
答案：(1)促性腺激素
(2)透明带　配子
(3)滋养层　引物　滋养层细胞的DNA　男
(4)卵细胞膜　透明带
3．(2016·山西西安模拟)科学家将蜘蛛的相关基因导入山羊体内，创造出转基因山羊，使羊奶中含有一种独特的蛛丝蛋白，利用这种蛛丝蛋白制造的蛛丝纤维具有很高的强度和伸缩性，可制成防弹背心、降落伞绳等。下面是生产原理图，请回答问题：
(1)在①过程中用到的酶是________________，在②过程中用到的酶是________________________。
(2)将基因表达载体导入受体细胞常用的方法是______________________。如果导入的受体细胞为体细胞，则③过程需要的技术操作是________，重组细胞才具有发育的全能性。
(3)④过程所用的胚胎工程技术是____________________，该过程所用培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和____________等。
(4)进行⑤过程需要的技术操作是________，最佳时期是____________。
(5)进行⑥过程时，需要对供、受体母羊进行选择，并________________________处理。
[导学号29520639]　解析：(1)由mRNA形成DNA是逆转录，需要逆转录酶。构建基因表达载体需要限制酶对目的基因和运载体进行切割，然后用DNA连接酶进行连接。(2)将构建好的基因表达载体导入动物受体细胞常用显微注射法。如果是体细胞，则需要进行体细胞核移植。(3)由重组细胞到早期胚胎需要经过早期胚胎培养技术。在培养液中除了营养物质外还需要加入动物血清。(4)将胚胎形成2个相同的胚胎时需要采用胚胎分割技术，一般是将发育良好的桑椹胚或囊胚期的胚胎进行分割，进行分割时一定要将内细胞团进行均等分割。(5)进行胚胎移植时，一定要对供体和受体母羊用激素进行同期发情处理，使它们的生理状态相同。
答案：(1)逆转录酶　限制酶和DNA连接酶
(2)显微注射法　核移植
(3)早期胚胎培养　动物血清
(4)胚胎分割　桑椹胚或囊胚
(5)用激素进行同期发情
4．(2016·山东济南模拟)自然条件下，哺乳动物不发生孤雌生殖。云南农大科研团队曾把猪卵母细胞进行人为的孤雌激活处理，使其发育成胚胎，移植到代孕母猪体内，获得世界上第一批成活的孤雌生殖克隆猪，这种克隆猪不同于核移植获得的克隆猪。现将两种技术进行比较。
(1)图中过程____________(填序号)是获得核移植克隆猪的技术流程。
(2)孤雌激活处理其实质是要激活卵母细胞______________，使其发育成早期胚胎，得到克隆猪。
(3)体细胞核移植技术中也会用到卵母细胞，需要选择________________期的卵母细胞，并用微型吸管吸出____________________。欲得到更多的卵母细胞，需用________________处理良种母猪。
(4)早期胚胎移植时，必需移植到同种____________的其他雌性动物子宫中，才可能移植成功。
(5)可以从良种不同的克隆猪中提取mRNA进行研究，也可通过________方法得到多种cDNA，并通过________技术扩增产物。
[导学号29520640]　解析：(1)分析题图可知，①②③④为孤雌生殖克隆猪的步骤，而⑤⑥③④为核移植技术得到克隆猪的途径。(2)孤雌激活处理的目的是激活卵母细胞的增殖分化能力或激发卵母细胞的全能性，从而得到克隆猪。(3)体细胞核移植过程中用到的卵母细胞是培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞，对此时的卵母细胞要用微型吸管吸出细胞核和第一极体；促性腺激素可以促进雌性个体超数排卵。(4)胚胎移植对受体的要求是同种的生理状态相同的雌性动物。(5)cDNA是以mRNA为模板，通过逆转录过程合成的；PCR技术可以扩增目的基因。
答案：(1)⑤⑥③④
(2)增殖分化(或细胞的全能性)
(3)减数第二次分裂中　细胞核和第一极体(缺一不可)　促性腺激素
(4)生理状态相同(或同期发情处理)
(5)反(逆)转录　PCR
5．人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白，可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下：
(1)htPA基因与载体用____________________切割后，通过DNA连接酶连接，以构建重组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA，可采用____________________技术。
(2)为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母羊注射促性腺激素，使其____________。采集的精子需要经过________，才具备受精能力。
(3)将重组表达载体导入受精卵常用的方法是____________。为了获得母羊，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行____________。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体，这体现了早期胚胎细胞的____________。
(4)若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到________________，说明目的基因成功表达。
[导学号29520641]　解析：(1)用同种限制酶切割质粒和含有htPA基因的DNA片段可产生相同的黏性末端，便于构建基因表达载体；通常采用DNA分子杂交技术来检测目的基因是否已插入受体细胞DNA。(2)为获得更多的卵母细胞，通常对供体母羊注射促性腺激素使其超数排卵；采集的精子需要经过获能处理才具备受精能力。(3)通常用显微注射法将重组表达载体导入动物的受精卵；为了获得母羊，移植前需要对已成功转入目的基因的胚胎进行性别鉴定；早期胚胎细胞具有全能性，可利用胚胎分割和胚胎移植技术获得多个转基因个体。(4)htPA基因的表达产物为人组织纤溶酶原激活物，若在转基因母羊的羊乳中检测到人组织纤溶酶原激活物，说明目的基因成功表达。
答案：(1)同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶)　DNA分子杂交(或核酸探针)
(2)超数排卵　获能(处理)
(3)显微注射法　性别鉴定　全能性
(4)htPA(或人组织纤溶酶原激活物)

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