资源简介

第1章　发酵工程
第1节　传统发酵技术的应用
【核心概念】
1.(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.(P5)传统发酵技术直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品。传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主,通常是家庭式或作坊式的。
3.(P5)腐乳制作的原理:豆腐中的蛋白质被蛋白酶分解成小分子的肽和氨基酸,味道鲜美,易于消化吸收。多种微生物参与了豆腐的发酵,如酵母、曲霉和毛霉等,其中起主要作用的是毛霉。
4.(P6~7)酒精发酵的三点说明(以葡萄酒为例)
(1)菌种的来源:酒精发酵的菌种来自附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
(2)发酵的原理:酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸并进行大量繁殖,在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精。
(3)酒精的检测:在酸性条件下,重铬酸钾可与酒精反应呈现灰绿色。
5.(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,并用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用,装入葡萄汁后,盖好瓶盖;每次排气时只需拧松瓶盖,不要完全打开瓶盖等。
6.(P7)醋酸菌是好氧细菌,当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸;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。
7.(P7)若将果酒制作成果醋,需要改变的环境条件是通入无菌空气和将温度提高到30~35 ℃。
8.(P6)制作泡菜时,向泡菜坛的坛盖边沿的水槽中注满水,目的是创造无氧环境。
9.(P8)影响泡菜中亚硝酸盐含量的因素包括温度、腌制时间、食盐用量等。泡菜制作过程中,温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短等容易造成细菌大量繁殖,亚硝酸盐含量增加。
【长句表达】
1.(P7)醋酸发酵的反应式: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。
2.(P6~7)制作传统泡菜利用了植物表面天然的乳酸菌来进行发酵,也可加入“陈泡菜水”,其目的是接种乳酸菌(增加发酵菌种数量),加快发酵进程。
3.(P8)某同学制作出的泡菜“咸而不酸”,造成这个结果最可能的原因是加盐太多,盐浓度过高,杀死了乳酸菌等微生物。
4.(P8)果酒和果醋改进装置及其分析
5.(2024海南卷节选)传统发酵中,新鲜水果不接种酿酒酵母也能制备果酒,原因是新鲜水果表皮附着酵母菌。
第2节　微生物的培养技术及应用
第1课时　微生物的基本培养技术
【核心概念】
1.(P9)培养基:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出供其生长繁殖的营养基质。
2.(P10)培养基的化学成分包括水、无机盐、碳源、氮源等。在提供上述几种主要营养物质的基础上,培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。例如,在培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素;在培养霉菌时,一般需要将培养基调至酸性;在培养细菌时,一般需要将培养基调至中性或弱碱性;在培养厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。
3.(P9~10、P16)培养基的种类:按照物理性质可分为液体培养基、固体培养基。按照功能用途可分为选择培养基、鉴别培养基等。
4.(P10)获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。主要包括消毒和灭菌。
5.(P10)消毒指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。灭菌指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子。
6.(P11)对于一些不耐高温的液体,如牛奶,可使用巴氏消毒法。人们常使用化学药物进行消毒,如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。此外,接种室、接种箱或超净工作台在使用前,可以用紫外线消毒。在照射前,适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液,可以加强消毒效果。
7.(P11)培养基灭菌常采用湿热灭菌法,培养皿灭菌常采用干热灭菌法,接种环和涂布器灭菌常采用灼烧灭菌法。
8.(P12)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,这就是菌落。
【长句表达】
1.(P12)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。
2.(P12~13)平板划线操作的第一步是灼烧接种环,目的是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,目的是及时杀死接种环上残留的菌种,避免微生物污染环境和感染操作者。
3.(P12)平板冷凝后,皿盖上会凝结水珠,将平板倒置,既可以防止皿盖上的水珠落入培养基,又可以避免培养基中的水分过快挥发。
4.(P13)接种结束后,需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,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;若有菌落生长,说明培养基灭菌不彻底,或培养基被污染了,需要重新制备。
第2课时　微生物的选择培养和计数
【核心概念】
1.(P16)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,称为选择培养基。
2.(P18)稀释涂布平板法不仅是分离和纯化微生物的重要方法,也是测定微生物数量的重要方法。该方法通过统计平板上的菌落数来推测样品中的活菌数,其原理是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。
3.(P18~19)稀释涂布平板法的计数原则:一般选择菌落数为30~300的平板进行计数。样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目,通常选用一定稀释范围的样品液进行培养。在同一稀释度下,应至少对3个平板进行重复计数,然后求出平均值。
4.(P18~19)平板划线法可用于分离纯化菌种,获得单菌落,但不能进行微生物计数。
5.(P18)显微镜直接计数法本身不能区分细菌的死活,但是通过一定的辅助处理,可以实现活菌计数,如在计数前用台盼蓝染液进行染色,可以通过统计无色细胞的个数来对活菌进行计数。
6.(P19)一般来说,在相同的培养条件下(相同的培养基、温度及培养时间),同种微生物表现出稳定的菌落特征。这些特征包括菌落的形状、大小和颜色等方面。
7.(P18~20)土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
(1)尿素分解菌的筛选:以尿素为唯一氮源的选择培养基可以筛选能分解尿素的细菌。
(2)尿素分解菌的鉴别:在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,接种并培养初步筛选的菌种,若菌落周围出现红色环带,则可说明该菌种能够分解尿素。
8.(P20)刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红与纤维素形成红色复合物;而当纤维素被纤维素分解菌分解后,复合物就无法形成,培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈。
9.(P30)伊红—亚甲蓝琼脂培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽。
【长句表达】
1.(P16)尿素施入土壤后,会被某些细菌分解成NH3,NH3再转化成N、N等。这些细菌之所以能分解尿素,是因为它们能合成脲酶,脲酶催化尿素分解产生NH3。
2.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。
3.(P18)当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的是一个菌落,故稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。
4.(2021广东卷)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,生长繁殖受到抑制(答出两点即可)。
5.(2022河北卷)枯草芽孢杆菌为好氧微生物,液体培养时应采用摇床振荡(填“静置”或“摇床振荡”)培养。培养过程中抽样检测活菌数量时,应采用稀释涂布平板法(填“稀释涂布平板法”或“显微镜直接计数法”),其原因是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。
6.(2023全国乙卷节选)在粉碎的秸秆中接种菌T,培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解,其原因是菌T能够分泌纤维素酶。
第3节　发酵工程及其应用
【核心概念】
1.(P22~23)发酵工程一般包括菌种的选育,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,其中发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
2.(P22)性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
3.(P23)发酵过程监控和发酵条件控制直接影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程;另一方面要及时添加必需的营养成分,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
4.(P23)环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成。例如,谷氨酸的发酵生产:在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸;在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
5.(P23)发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法,若发酵产品是微生物细胞本身,可在发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可得到产品。如果产品是代谢物,可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
6.(P24~25)以大豆为主要原料,利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉),将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸,然后经淋洗、调制成酱油产品。柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂,它可以通过黑曲霉的发酵制得。
7.(P27)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。
8.(P27)与传统的化学农药不同,微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
9.(P27)在青贮饲料中添加乳酸菌,可以提高饲料的品质,使饲料保鲜,动物食用后还能提高免疫力。
10.(P27)极端微生物的利用,如嗜热菌、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。
11.(P28)青霉素发酵是高耗氧过程,在发酵过程中,总有头孢霉素产生。在青霉素与头孢霉素的合成过程中,它们有一个共同的前体,这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。
【长句表达】
1.(P24)发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点。
2.(P24~25)啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,其工业化生产流程如图所示。
(1)其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
(2)焙烤阶段的目的是加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活;糖化阶段的目的是使淀粉分解,形成糖浆;蒸煮、冷却、加啤酒花的目的是产生风味组分,终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌。
(3)消毒可以杀死啤酒中的大多数微生物,延长它的保存期。“精酿”啤酒一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。
3.(2022湖南卷)某黄酒酿制工艺流程如图所示,图中加入的菌种a是酵母菌,工艺b是消毒(填“消毒”或“灭菌”),采用工艺b的目的是杀死黄酒中的大多数微生物,并延长其保存期。
4.(2023全国新课标卷)若实验获得一种具有良好固氮能力的根瘤菌,可通过发酵工程获得大量根瘤菌,用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生物肥料,在农业生产中使用微生物肥料的作用是促进植株生长,增加作物产量;能够减少化肥的使用,改良土壤,减少污染,保护生态环境(至少答出2点)。
第2章　细胞工程
第1节　植物细胞工程
第1课时　植物细胞工程的基本技术
【核心概念】
1.(P35)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,要经过脱分化和再分化两个阶段。
2.(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。
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。再分化:愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
4.(P35)植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
5.(P36~37)在植物组织培养的过程中,光照条件的控制:脱分化过程中一般不需要光照,再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。
6.(P37)植物体细胞杂交技术的理论基础是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
7.(P37)用纤维素酶和果胶酶去除植物的细胞壁,获得原生质体。人工诱导原生质体融合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。融合的原生质体再生出细胞壁,是原生质体融合成功的标志。
8.(P38)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。
9.(P38)若想利用植物体细胞杂交技术培育出马铃薯—草莓杂种植株以提高土地的利用率,不能把两物种细胞直接融合,理由是植物细胞外面有一层细胞壁,阻碍了细胞间的杂交(融合)。
10.(P38)与杂交育种相比,植物体细胞杂交的优势:打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种。
【长句表达】
1.(P34)细胞全能性: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。
2.(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。
3.(P36~37)选用菊花的外植体时,一般选用形成层细胞或组织块,原因是形成层细胞或组织块由于分裂旺盛,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,不易培养成小植株。
4.(P36)植物组织培养中的脱分化阶段,培养的组织细胞是异养型(填“自养型”或“异养型”),原因是此时细胞没有叶绿体,并且该阶段一般要避光培养,细胞无法进行光合作用制造有机物。
5.(2020北京卷节选)在愈伤组织生芽过程中,细胞分裂素(CK)通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系,将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高CK)培养基中诱导生芽,在此过程中测定W基因的表达量。图中,野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是随着高CK诱导时间的延长,野生型的W基因表达量显著升高。分析图中结果可得出的结论是:在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为:与野生型相比,随着高CK诱导时间的延长,突变体的W基因表达量低于野生型。
6.(2023海南卷节选)从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和细胞分裂素,该过程还需要光照,其作用是诱导叶绿素的形成;满足叶绿体利用光能制造有机物的需要。
第2课时　植物细胞工程的应用
【核心概念】
1.(P39)植物的快速繁殖技术不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。
2.(P40)单倍体育种先通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株,然后经过诱导染色体加倍,当年便可获得稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。
3.(P41)在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。
4.(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。
5.(P41)次生代谢不是(填“是”或“不是”)生物生长所必需的,一般在特定的组织或器官中,并在一定的环境和时间条件下才进行。
6.(P41)次生代谢物是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
【长句表达】
1.(P39)利用快速繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性,原因是快速繁殖技术实际上是一种无性繁殖,繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂,亲、子代细胞内的遗传物质相同。
2.(P40)一般选取植物根尖或茎尖的分生区作为外植体,优点是细胞分化程度低(或分裂能力强),容易诱导形成愈伤组织;茎尖中的病毒极少,甚至无病毒,能得到脱毒苗(答出两点)。
3.(P40)由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现,因此单倍体育种能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料。
4.(P41)黄酮类化合物是广泛分布于植物体内的次生代谢物。某同学认为利用细胞产物的工厂化生产获得黄酮类化合物主要是利用促进细胞生长的培养条件,来提高单个细胞中黄酮类化合物的含量,你认为该同学的观点不正确(填“正确”或“不正确”),理由是植物细胞的次生代谢物含量很低,利用细胞产物的工厂化生产获得黄酮类化合物主要是通过增加细胞数量从而增加黄酮类化合物的含量。
第2节　动物细胞工程
第1课时　动物细胞培养
【核心概念】
1.(P43)动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等,其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2.(P44)动物细胞培养的条件:营养;无菌、无毒的环境;适宜的温度、pH和渗透压;适宜的气体环境。
3.(P44)在体外培养动物细胞时,需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。需要定期更换培养液,目的是清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
4.(P45)人们通常将分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养,将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
5.(P45)在进行传代培养时,悬浮培养的细胞直接用离心法收集;贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集。之后,将收集的细胞制成细胞悬液,分瓶培养。
6.(P46)干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中,包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
7.(P46)胚胎干细胞存在于早期胚胎中,具有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所有组织和器官甚至个体的潜能。
8.(P46)成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞,包括骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。成体干细胞的特点:具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力。
9.(P46)科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞,包括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。
【长句表达】
1.(P44)动物细胞培养需要添加血清的原因:血清中含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。
2.(P44)动物细胞培养时所需的气体环境是95%空气和5%CO2,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
3.(P44~45)细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象称为细胞贴壁。贴壁细胞在生长增殖时,会发生接触抑制现象,即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。
4.(P44~45)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。
5.(P45)动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶,第一次使用的目的是使组织分散成单个细胞;贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来,分散成单个细胞,便于分瓶培养。
6.(P46)诱导多能干细胞是通过体外诱导小鼠成纤维细胞,所获得的类似胚胎干细胞的一种细胞,简称iPS细胞。优点是不涉及伦理问题,理论上可以避免免疫排斥反应。
第2课时　动物细胞融合技术与单克隆抗体
【核心概念】
1.(P48)动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。
2.(P48)诱导动物细胞融合的常用方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
3.(P48)细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。
4.(P48~49)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后,培养基中共出现5种细胞。若只考虑细胞两两融合,理论上培养基中融合的细胞有3种。体系中出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的,且融合率达不到100%。
5.(P48~49)杂交瘤细胞的特点是既能大量增殖,又能产生足够数量的特定抗体。
6.(P48~49)经过多次筛选获得的能产生所需抗体的杂交瘤细胞可以在体外条件下大规模培养,或注射到小鼠腹腔内增殖。最终从细胞培养液或小鼠腹水中获取大量的单克隆抗体。
【长句表达】
1.(P48)灭活病毒诱导细胞融合的原理: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.(P48)单克隆抗体制备过程中,首先给小鼠注射特定抗原的目的是诱导小鼠产生能够分泌特定抗体的B淋巴细胞。
3.(P48~49)单克隆抗体制备过程中涉及两次筛选:第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞,方法是用特定的选择培养基进行筛选;第二次筛选的目的是筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞,方法是抗体检测,其原理是抗原—抗体的特异性结合。
4.(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。
5.(P50)抗体—药物偶联物(ADC)在临床应用上的优势是能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用,因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。
6.(2020全国Ⅰ卷节选)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,该处理的目的是诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。
(2)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选择培养基,使用该培养基进行细胞培养的结果是只有杂交瘤细胞能够生存。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是抗原与抗体的反应具有特异性。
第3课时　动物体细胞核移植技术和克隆动物
【核心概念】
1.(P52)动物细胞核移植技术是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,继而发育成动物个体的技术。
2.(P52)动物细胞核移植技术的原理:动物细胞核的全能性。
3.(P52)动物细胞核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,其中后者的难度明显高于前者,原因是动物胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易,动物体细胞分化程度高,表现全能性十分困难。
4.(P52)在动物体细胞核移植中,非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。主要原因一方面是供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态,这导致了胚胎发育率低;另一方面是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
5.(P52)减数分裂Ⅱ中期卵母细胞中的“核”其实是纺锤体—染色体复合物。
6.(P53)激活重构胚常用的方法有电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等。
7.(P54)利用体细胞核移植技术培养的转基因克隆动物作为生物反应器生产医用蛋白。
8.(P54)转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。
9.(P54)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。
10.(P54)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。
【长句表达】
1.(P53)动物细胞核移植技术中,选择MⅡ期卵母细胞作为受体细胞的原因:MⅡ期卵母细胞具备受精能力,细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质和营养条件。
2.(P53)核移植技术中必须先去除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。
3.(P53~54)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。
4.(P54)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。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。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。
第3节　胚胎工程
第1课时　胚胎工程的理论基础
【核心概念】
1.(P56)受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程,包括受精前的准备阶段和受精阶段。在自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完成。
2.(P56)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。
3.(P57)动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞;有的可能是次级卵母细胞。但它们都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。
4.(P58)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。
5.(P58)受精卵早期分裂时,胚胎中有机物的总量不断减少,有机物的种类增加。
6.(P58)受精卵早期分裂时,胚胎中DNA总量逐渐增多,每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
7.(P58)囊胚期胚胎进一步发育,细胞继续分化。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的一部分。
8.(P58)孵化:囊胚进一步扩大,透明带破裂,胚胎从其中伸展出来,这一过程叫作孵化。如果不能正常孵化,胚胎就无法继续发育。
【长句表达】
1.(P56)胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
2.(P57)受精过程中,阻止多精入卵有两道屏障:第一道屏障是透明带发生生理反应,第二道屏障是卵细胞膜发生生理反应。其意义是防止多个精子进入卵子,导致胚胎染色体数目变异,从而引起发育异常等现象。
第2课时　胚胎工程技术及其应用
【核心概念】
1.(P60)采集的精子需进行获能处理,目的是使其具备与卵细胞受精的能力。
2.(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.(P61)胚胎移植前,首先要对供体、受体进行选择,并用激素对供体、受体进行同期发情处理。供体、受体选择的标准: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。
4.(P61)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。
5.(P62)受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内存活提供了可能。
6.(P62)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移。
7.(P62)进行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。
8.(P62)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。
9.(P62)胚胎分割一般选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。
10.(P62)胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一,其原因是来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质。
11.(P62~63)对囊胚阶段的胚胎进行分割时,最关键的是要将内细胞团均等分割,做DNA性别鉴定一般取囊胚期的滋养层细胞。
【长句表达】
1.(P61)胚胎移植需收集胚胎,收集胚胎时冲卵的生理学基础是哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态。
2.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点,成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如图所示,据图回答下列问题。
(1)为了获得更多的卵母细胞,需用促性腺激素对雌性杜泊羊进行超数排卵处理,过程②中产生的精子需进行获能处理,目的是使其具有与卵细胞受精的能力。
(2)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。
(3)图中移植的胚胎处于囊胚期。为获得雌性杜泊羊,胚胎移植前需取滋养层细胞鉴定性别。为提高胚胎的利用率,尽快获得数量较多的子代杜泊羊,图中过程⑤使用胚胎分割技术对胚胎进行处理,处理时要注意将内细胞团均等分割。
3.(2022全国甲卷节选)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)在体外受精前要对精子进行获能处理,其原因是刚获得的精子还不具备受精能力;精子体外获能可采用化学诱导法,诱导精子获能的药物是肝素或Ca2+载体(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MⅡ期时才具备与精子受精的能力。
(2)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。
第3章　基因工程
第1节　重组DNA技术的基本工具
【核心概念】
1.(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.(P70)基因工程至少需要三种“分子工具”,即准确切割DNA分子的“分子手术刀”——限制酶、将DNA片段再连接起来的“分子缝合针”——DNA连接酶和将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的“分子运输车”——载体。
3.(P71)切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶,简称限制酶。限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。
4.(P71)限制酶的作用: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。大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,少数由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。
5.(P71)当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时,产生的是黏性末端;当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时,产生的是平末端。
6.(P72)DNA连接酶主要有两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E.coli DNA连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4 DNA连接酶。这两类酶都能将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,但E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶。
7.(P72)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。天然质粒一般都要经过人工改造才能被用作载体。
8.(P72~73)在基因工程中使用的载体除质粒外,还有噬菌体、动植物病毒等。
9.(P74)DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理,可以初步分离DNA与蛋白质。
10.(P74)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于2 mol/L的NaCl溶液。
11.(P74)在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。
【长句表达】
1.限制酶不切割细菌本身的DNA分子的可能原因是含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列,或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开(答出两点)。
2.限制酶XbaⅠ切割产生的DNA片段能与限制酶SpeⅠ切割产生的DNA片段相连接,因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端;连接完成后,该重组DNA分子的新连接处不能(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶切割,因为所用的两种限制酶均不能识别该重组DNA分子的新连接处的脱氧核苷酸序列。
3.(P72)质粒作为载体所具备的条件及原因:(1)有一个至多个限制酶切割位点,供外源DNA片段(基因)插入其中;(2)携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后,能在细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制,使目的基因稳定存在且数量可扩增;(3)具有特殊的标记基因,便于重组DNA分子的筛选。
4.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,前两者属于工具酶,质粒属于载体。
5.(P74~75)提纯DNA时,选用体积分数为95%的预冷的酒精溶液的原因:抑制核酸水解酶的活性,进而抑制DNA降解;抑制分子运动,使DNA易形成沉淀析出;低温有利于增加DNA分子的柔韧性,减少其断裂。
6.(P74~75)DNA的粗提取与鉴定实验中进行了2次静置或离心,目的是将DNA和杂质分子分开,第1次操作后,DNA存在于上清液中;第2次操作后,DNA存在于析出的白色丝状物或离心管沉淀中。
第2节　基因工程的基本操作程序
第1课时　筛选和获取目的基因与构建基因表达载体
【核心概念】
1.(P76)目的基因主要是指编码蛋白质的基因,如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关的基因。
2.(P76~77)筛选合适的目的基因: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;利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。
3.(P77)目的基因的获取:人工合成目的基因;PCR获取和扩增目的基因。
4.(P77)PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据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。
5.(P77)PCR反应需要在一定的缓冲液中才能进行,需提供DNA模板,分别与两条模板链结合的2种引物,4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。
6.(P77~79)PCR扩增过程中,每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步。
(1)变性:当温度超过90 ℃时,双链DNA解聚为单链。
(2)复性:当温度下降到50 ℃左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
(3)延伸:当温度上升到72 ℃左右时,溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。上一轮循环的产物可以作为下一个循环的模板,因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍,即成指数形式扩增。
7.(P77)引物是指一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。在DNA扩增时,DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,只能从引物的3'端延伸DNA链,因此复制DNA时应加入两种引物。
8.(P77)真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。因此,PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2+。
9.(P79)常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
10.(P80)基因工程操作程序的核心步骤是基因表达载体的构建。
11.(P80)基因表达载体的组成:除目的基因、标记基因外,它还必须有启动子、终止子等。
12.(P80)基因表达载体的构建过程:首先会用一定的限制酶切割载体,使它出现一个切口;然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段;再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。
【长句表达】
1.(P77)耐高温的DNA聚合酶的作用是催化以单链DNA为模板的DNA子链的延伸。
2.(P77)利用PCR扩增目的基因时,需向反应体系中加入两种引物,引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。
3.(P77)为使PCR产物能被限制酶切割,需在引物上添加相应的限制酶识别序列,该限制酶识别序列应添加在引物的5'端(填“3'端”或“5'端”),不能添加在另一端的原因:使引物的3'端与模板链严格互补配对,保证子链的延伸。
4.(P80)基因表达载体的构建的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代;同时,使目的基因能够表达和发挥作用。
5.(P80)启动子的作用:是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终表达出人类需要的蛋白质。
6.(P80)构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在启动子下游和终止子上游,因为只有插入在启动子和终止子之间,目的基因才可以正常表达。
7.(P80)如图1、2分别是质粒和目的基因的结构模式图。在构建基因表达载体时,科学家们常选择双酶切(同时用两种限制酶切割含目的基因的DNA和质粒),需要用限制酶BclⅠ和HindⅢ,不选用其他限制酶的原因是BamHⅠ会破坏四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因,Sau3AⅠ不能切割质粒。实践中,双酶切与单酶切相比,优点是防止质粒和目的基因的自身环化及质粒和目的基因的反向连接。
图1
图2
第2课时　将目的基因导入受体细胞并进行检测与鉴定
【核心概念】
1.(P81~82)将目的基因导入植物细胞常用的方法:农杆菌转化法、花粉管通道法;将目的基因导入动物细胞的方法:显微注射技术;将目的基因导入微生物细胞的方法:用Ca2+处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
2.对于植物来说,受体细胞可以是受精卵或体细胞,因为植物细胞具有全能性。对于动物来说,受体细胞一般是受精卵,因为受精卵的全能性高,而高度分化的动物体细胞的全能性受到抑制。
3.(P82)目的基因的检测与鉴定
(1)分子水平的检测
①导入水平:通过PCR等技术检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因。
②转录水平:利用PCR等技术检测目的基因是否转录出了mRNA。
③翻译水平:用相应抗体进行抗原—抗体杂交,检测目的基因是否翻译成蛋白质。
(2)个体生物学水平的鉴定:抗虫、抗病接种实验等。例如,通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。
4.(P84)DNA分子具有可解离的基团,在一定的pH下,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。PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
5.(P84)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。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。
6.(P85)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蒸汽灭菌处理。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。
7.(P85)将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合,再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。
【长句表达】
1.(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。
2.(P81)农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因转移到植物细胞中的原因:Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)能转移到被侵染的细胞,并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
3.(P82)若目的基因的表达产物是某种特定的蛋白质,检测目的基因在子代转基因小鼠中是否成功表达,常用的分子检测方法是抗原—抗体杂交技术,检测的基本思路:从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体(对抗体进行同位素标记)进行抗原—抗体杂交,如果出现杂交带,表明目的基因已经表达成功。
4.(P82)为了检测转基因幼苗是否具有抗除草剂特性,可采用的方法是对该幼苗喷施除草剂,不喷施除草剂的幼苗作为对照组,对照观察幼苗的生长情况。
5.(P84~85)DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)未出现扩增条带的主要原因
①Taq DNA聚合酶失活;②引物出现质量问题;③Mg2+浓度过低;④变性时的温度低,变性时间短。
(2)出现非特异性扩增条带的主要原因
①模板DNA出现污染;②引物特异性不强或形成引物二聚体;③Mg2+浓度过高;④复性时的温度过低等。
6.(2024全国甲卷节选)将重组质粒转入大肠杆菌前,通常先将受体细胞处理成感受态,感受态细胞的特点是能吸收周围环境中DNA分子。若要验证转化的大肠杆菌中含有重组质粒,简要的实验思路和预期结果是将转化的大肠杆菌的基因组DNA提取出来,在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针与基因组DNA杂交,如果显示杂交带,就表明转化的大肠杆菌中含有重组质粒(合理即可)。
第3节　基因工程的应用
【核心概念】
1.(P87~89)植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等),以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
(1)从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因,将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物,是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
(2)科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中,培育出了转基因抗病植物。
(3)将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可以培育出抗除草剂的作物品种。
(4)将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中,可以提高这种氨基酸的含量。
(5)将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中,使它呈现出自然界没有的颜色变异。
2.(P87~90)动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。
(1)外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快,因此科学家将这类基因导入动物体内,以提高动物的生长速率。
(2)将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响,从而解决人的乳糖不耐受问题。
(3)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。
3.(P90~91)用转基因动物(猪)作器官移植的供体,方法是在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,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。
4.(P91)相比从天然产物中提取的酶,用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高,而且它的生产成本显著降低,生产效率较高。
5.(P91)基因工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。
【长句表达】
1.(P90)与大肠杆菌相比,用酵母菌生产人的胰岛素的优势:酵母菌为真核生物,有生物膜系统,可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰,从而产生有活性的胰岛素。
2.(2020全国Ⅲ卷)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。回答下列问题。
(1)步骤①中需要选择的启动子是膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子,选择该启动子的目的是使W基因在膀胱上皮细胞中特异性表达。步骤②所代表的操作是显微注射。
(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别、年龄的限制。
3.微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白,具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。MT基因在工程菌中的表达量如图所示。结果仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌,理由是尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定。
第4节　蛋白质工程的原理和应用
【核心概念】
1.(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。
2.(P93)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。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。
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。
4.(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。
5.(P94)确定目的基因的碱基序列后,可以人工合成目的基因,或应用基因的定点突变技术来进行碱基的替换等进而改造基因。
【长句表达】
1.(P93)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作不属于(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程,理由是该操作没有对现有的蛋白质进行改造。
2.(P93~94)如果已经推测出多肽中的氨基酸序列,那么推测出的基因中的碱基序列不唯一(填“唯一”或“不唯一”),理由是一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的,因此获得的基因中的碱基序列有多种。
3.(P94~95)经研究发现,如果将凝乳酶的第20位和24位氨基酸变为半胱氨酸,则其催化能力将提高2倍。现已知通过蛋白质工程可生产高效凝乳酶,请写出有关制备步骤:找到相对应的脱氧核苷酸序列→定向改造凝乳酶基因→将改造后的凝乳酶基因导入受体细胞。
4.(P95)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。对蛋白质进行改造,一般通过对基因的操作来实现,原因是蛋白质的结构由基因编码,蛋白质不能复制,基因可以遗传;对基因的改造比对蛋白质的改造要容易操作(答出两点)。
5.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。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,具体思路是找到第6位氨基酸甲对应的碱基序列,参照密码子表,将第6位氨基酸甲对应的碱基序列替换为氨基酸乙的碱基序列。
第4章　生物技术的安全性与伦理问题
第1节　转基因产品的安全性
【核心概念】
1.(P101)微生物具有结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。
2.(P101)转基因成果在微生物方面的举例
(1)转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰(一种啤酒发酵过程中的产物,它的浓度过高会影响啤酒的风味和口感)的生成,缩短啤酒的发酵周期。
(2)用基因工程技术构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸。
3.(P101~102)转基因成果在动物方面的举例
(1)将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内,培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜。
(2)将某些抗病毒的基因导入动物体内,培育了抵抗相应病毒的动物新品种。
(3)建立了某些人类疾病的转基因动物模型,模拟疾病的发生和发展过程,为研究该疾病的致病机制和开发治疗药物提供依据,如转基因小鼠1型糖尿病模型、转基因小鼠原发性高血压模型等。
4.(P102)转基因成果在植物方面的举例
(1)科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物。
(2)科学家利用转基因技术显著抑制番茄中乙烯形成酶的活性和乙烯的生成量,从而育成了转基因耐储藏番茄。
5.(P103)转基因作为一项技术本身是中性的,由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价,符合相应标准后才能上市。
【长句表达】
1.(P102)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中,该技术能有效改良植物的品质。与传统的转基因技术相比,叶绿体转基因技术的优点是叶绿体转基因更稳定,其遗传方式不遵循孟德尔遗传定律,不会随花粉传给后代,从而保持了母本的遗传特性。
2.(P102)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.(P104)我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的,就是研究上要大胆,坚持自主创新;推广上要慎重,做到确保安全;管理上要严格,坚持依法监管。
第2节　关注生殖性克隆人
第3节　禁止生物武器
【核心概念】
1.(P106)生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。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。两者有着本质的区别。
2.(P106~107)大多数人对生殖性克隆人的研究持否定态度。有的伦理学家认为,生殖性克隆人“有违人类尊严”。生殖性克隆人是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。
3.(P107~108)我国政府对于克隆人的态度是禁止生殖性克隆人,一再重申四不原则:不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。原因如下:①克隆人只是某些人出于某种目的制造出的“产品”,没有“父母”,这可能导致他们在心理上受到伤害;②可能孕育出有严重生理缺陷的克隆人;③克隆人的家庭地位难以认定,这可能使以血缘为纽带的父子、兄弟和姐妹等人伦关系消亡;④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;⑤生殖性克隆人是对人类尊严的侵犯;⑥生殖性克隆人破坏了人类基因多样性的天然属性,不利于人类的生存和进化。
4.(P109)试管婴儿技术主要用于解决不孕不育夫妇的生育问题;而“设计试管婴儿”技术主要用于白血病、致命血液病等疾病的治疗等。
5.(P111)生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等,例如,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。
6.(P111)生物武器的致病能力强、攻击范围广。它可以直接或者通过食物、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。
7.(P113)彻底销毁生物武器是全世界爱好和平的人民的共同期望。1998年6月,中美两国元首在关于《禁止生物武器公约》议定书的联合声明中,重申了在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
【长句表达】
1.(P108)我国政府对治疗性克隆的态度是主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
2.(P109)与试管婴儿培育过程相比,“设计试管婴儿”多了取早期胚胎细胞,对早期胚胎进行遗传学诊断的过程。
3.(P112)基因工程技术的发展,可能会给生物武器的发展带来的影响:转基因技术出现后,使得利用这一技术制造各种新型致病菌或病毒成为可能。
4.(P112)与常规武器相比,生物武器受自然条件的影响较大,原因是病原微生物的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。

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