09 衡水中学高三生物一轮复习资料——现代生物科技的相关工程

 衡水中学高三生物一轮复习资料

——现代生物科技的相关工程

专题1    基因工程

一．知识网络

    概念：又叫DNA重组技术，是指按照人们的愿望，进行严格的设计，

通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出

更符合人们需要的新的生物类型和生物产品

                                     来源：主要从原核生物分离纯化

         限制性核酸内切酶（限制酶）   作用：识别双链DNA中某种特定的核苷酸序列，并使特定部位的磷酸二酯键断开

                                     结果：产生黏性末端或平末端

   基                                        来源：大肠杆菌

   本                                        作用 ：连接黏性末端                                          

   工                                     来源：T4 噬菌体

   具                                     作用：可连接两种末端                                                                         

                                   常用载体：质粒                                                          

                                             能在受体细胞中复制并稳定保存

          基因进入受体细胞的载体   必备条件  具有一至多个限制酶切点

             （“分子运输车”）                具有标记基因                                                      

                                   其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒                                                          

目的基因的获取

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

基因工程

应用

基因工程操作中的几个问题

DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解

蛋白质工程与基因工程比较

如果有一亲代DNA上某个碱基发生突变，一定会使其子代的性状发生改变吗？

①体细胞中某基因发生改变，生殖细胞中不一定出现该基因；

②DNA上某个碱基对发生改变，它不一定位于基因的中能编码氨基酸的部位；

③若为父方细胞质内的DNA上某个碱基对发生改变，则受精后一般不会传给子代；

④若该亲代DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来；

⑤根据密码子的兼并性，有可能翻译出相同的氨基酸；

⑥性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。

思考：真核生物的基因导入细菌细胞后，不能正常发挥功效的可能原因有哪些？

①被细菌体内的限制性内切酶破坏。②该基因指导合成的蛋白质不能在细菌体内正确修饰和表达。

③细菌的RNA聚合酶不能识别真核基因的位点，致使不能启动转录。④细菌细胞中没有切除内含子转录部分的酶。

专题2   细胞工程

1. 植物组织培养与动物细胞培养的比较 

（1）植物组织培养
　　

    （2）动物细胞培养
　   ①概念：取动物体的相关组织分散成单个细胞后，在适宜培养基中使细胞生长和增殖的过程。

②基本过程：培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官组织，将组织取出来以后，先用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，使细胞分散成单个细胞，然后配制一定浓度的悬浮液，在培养瓶中进行原代培养。随着细胞的生长和增殖，大多数细胞不适应悬浮生长，它们必须在固定的表面上生长和分裂，细胞在培养瓶中贴壁生长，随着细胞越来越多，贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖，这种现象叫接触抑制。这样就需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配成细胞悬浮液，分装到两个或两上以上的培养瓶中进行传代培养。在传代培养中出现细胞株和细胞系两种类型。（如图所示）

2．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

（1）植物体细胞杂交技术

植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。植物体细胞杂交的障碍，一是植物细胞有细胞壁，二是如何诱导植物细胞融合。利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，这样可保持原生质体的活性。去除细胞壁的原生质体再利用人工诱导的方法融合，人工诱导的方法包括物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般是用聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合。原生质体融合后的细胞是杂种细胞，利用植物组织培养技术把杂种细胞培养成杂种植株。

（2）动物体细胞核移植

动物体细胞核移植依据的原理还是细胞的全能性。动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制，全能性表达很难，但是动物的细胞核内仍含有该种动物的全部遗传基因，具有发育成完整个体的潜能，即动物的细胞核仍具有全能性。但只靠动物的细胞核是不行的，必需提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件，还要保证细胞的完整性，这样去核的卵母细胞是最合适的细胞。因为卵母细胞体积大、易操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。通过核移植形成重组细胞，重组细胞必须通过细胞培养形成重组胚胎，然后才能进行胚胎移植，进入代孕母体，发育成成熟胚胎，产出即是克隆动物，该动物的核基因型与供体体细胞完全相同，该技术是一种无性繁殖技术。

（3）动物细胞融合、单克隆抗体制备

细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，也叫细胞杂交。杂交细胞是具有两个或多个细胞的遗传信息的单核细胞。杂交细胞的形成需要人工诱导，如聚乙二醇（PEG）、灭活的仙台病毒、电激等。融合的细胞要繁殖就要进行动物细胞的培养，通过动物细胞的培养，杂交细胞表现出两个亲本各自的优良特点。

单克隆抗体的制备，首先应获得杂交瘤细胞，其过程是用已免疫的效应B细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种细胞：BB细胞、B瘤细胞、瘤瘤细胞，然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞。杂交瘤细胞要发挥其繁殖快、产生特异性抗体的优点，应通过动物细胞培养才能实现。所以无论是动物细胞融合还是单克隆抗体的制备，都是以动物细胞培养为基础的。

3．生物技术与育种

专题3    胚胎工程

一、知识网络

                   时间： 初情期以后

                   场所： 睾丸曲细精管      二者重要区别：

体   精子的发生                            哺乳动物卵泡

 内                过程：三个阶段           的形成和在卵

 受                                         巢内的储备是

 精                                         在出生前完成

和                时间：性别分化以后       的，而精子是从

 早   卵子的发生   场所：卵巢输卵管         初情期开始的

期                过程

胚         受精前的准备阶段    准备阶段1：精子获能

 胎   受精                      准备阶段2：卵子的准备

 发         受精阶段：顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用

 育   胚胎发育：受精卵→卵裂→桑椹胚→囊胚→原肠胚

      试管动物技术：是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件

                     下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎

                     后，再经移植产生后代的技术

                                   ①促性腺激素处理

             卵母细胞的采集和培养

                                   ②超声波探测仪、内窥镜等

                                     ①假阴道法

      体外                     采集  ②手握法

 体   受精   精子的采集和获能        ③电刺激法

外                               

 受                            获能     ①培养法

 精                                     ②化学法

 和          受精：获能的精子和培养成熟的卵子发生作用

 早   

期            培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、

 胚   早期胚               氨基酸、核苷酸、血清等

 胎   胎培养   不同动物胚胎移植时间不同

培                            定义

 养                            现状和意义

                  胚胎移植     生理学基础：与供体、受体的生理状况有关

      胚胎工程的               基本程序

      应用及前景              定义

                  胚胎分割

                              设备：实体显微镜和显微操作仪

                              定义：由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类细胞。

                  胚胎干细胞   应用

二．考点解析

1．精子、卵子的发生

两者都是在生殖器官内，经过减数分裂而形成的。关于两者的区别应注意以下几点：

（1）卵泡的形成和卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是两者在发生上的重要区别，但不是唯一区别。

（2）精子的发生中减数分裂的两次分裂是连续的，在曲细精管内进行的，场所是唯一的。卵子发生减数分裂的两次分裂是不连续的，第一次是在卵巢内完成，形成的次级精母细胞和第一极体进入输卵管，与精子的结合过程中完成第二次减数分裂。因此，场所在卵巢和输卵管两处，也不是唯一的。

（3）减数分裂中细胞质的分配、形成成熟性生殖细胞的数目、是否需要变形，都是两者在发生上的区别。

现将二者的发生比较如下：

2.受精作用

①成熟的精子并不代表具有受精的能力，必须获能后才具备受精能力，刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一现象称为精子获能。

②排出的卵子并未成熟且成熟程度因动物种类不同而异，但只有达到减II中期时，才具备与精子受精的能力。

③对于受精阶段的理解，要先弄清卵母细胞的层层基本结构，才能掌握精子穿行的路线和发生的反应。

④对于受精的标志和受精完成的标志应该区分开，受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌雄原核融合成合子。雌雄原核不能理解成卵子、精子原来的细胞核，而是在原来细胞核的基础上形成的新核，原核膜已破裂。

⑤受精卵中的遗传物质中，核遗传物质一半来自精子（父方），一半来自卵子（母方），

质遗传物质几乎全来自卵子。

3.受精与胚胎的早期培养

精子和卵子受精后，应将受精卵放入发育培养液中继续培养。

（1）发育培养液

①用途：精子和卵子在体外受精后，用于受精卵的继续培养。

②成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清等。

（2）过程（以牛为例）

大致为：体外受精→良种牛早期胚胎→胚胎移植→健康受体牛→良种犊牛→成熟期牛

4.胚胎移植

（1）实质：是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。这是胚胎工程的最后一道“工序”。

（2）基本程序

下面以牛胚胎移植为例，移植的基本程序如下：

（3）胚胎移植成功与否的两个条件

一是胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。这是因为，同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功。在这里同“种”是指同“物种”。例如：加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出了荷斯坦奶牛。

二是进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。

5.胚胎干细胞

（1）胚胎干细胞，简称ES细胞或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，具有胚胎细胞的特性。

它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能和无限增殖的能力，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型，在特定的环境诱导下，能分化成各类细胞系。因此 ，它是唯一不死的全能或多能细胞，并能够无限分化，它能制造机体需要的全部细胞。

（2）应用前景

ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。

①ES细胞可用于治疗人类的某些顽症

     利用ES细胞可以被诱导分化成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。

     ②培育成组织器官，用于器官移植。

     ③对ES细胞的培养和诱导，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。

     ④ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。

专题4    生态工程

一、知识网络

生态工程建设目的：遵循自然界              的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止         ，达

到              和               的同步发展。（少消耗、多效益、           ）

生态经济：主要是通过实行“            ”原则，使一个系统产生出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的          ，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一是           。

              1）               原理：物质能在生态系统中循环往复，                      

              2）               原理：物种繁多复杂的生态系统具有较高的                    

生态工程原理  3）               原理：生态系统的生物数量不能超过           （环境容纳量）的限度

              4）               原理：生态系统建设要考虑自然、         、         的整体影响

              5）               原理  系统的结构决定     原理：要通过改善和优化系统结构改善功能

系统整体性原理：系统各组分间要有适当的          ，使得能量、物质、信息等的转换和流通顺利完成，并实现总体功能大于各部分        的效果，即“1+1>2”

答案：

物质循环 环境污染 经济效益 生态效益 可持续 循环经济 生产原料 生态工程 物质循环再生 分层分级利用 物种多样性 抵抗力稳定性 协调与平衡 环境承载力 整体性  经济 社会 系统学和工程学 功能 比例关系 之和

二、考点解析

1、分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。

桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中，随着食物链的延伸逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料。桑基鱼塘巧妙地利用了很难利用的大片低湿地，发展了多种经营，为农民创造了多种收入的门路，完全符合“无废弃农业”的要求。

2、导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？

根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤积河道；中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。直接原因：1998年度的罕见降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。解决长江洪水泛滥的措施有：我国政府提出的“积极营造长江中上游水源涵养林和水土保持林”计划，即以生物措施为主，结合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。

3、何谓“石油农业”？“石油农业”的生产模式应当怎样改进？

“石油农业”大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。“石油农业”的生产模式在不同的国家有不同的改进措施。例如，在我国，人多地少，应该大力发展生态农业。实施的具体措施包括：可以根据田间作物的需要适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对作物秸秆和畜禽粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。一方面要不断提高土地的产出水平；另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。

4、如何理解“污染物是放错地方的资源”？

对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。

5、为什么我国要大力发展沼气工程？

21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源来源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，创造了新的生态产业，如沼气设施的建设和维护，促进了以农牧结合为中心的多种经营，从而为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。目前沼气工程存在的问题有：北方地区沼气产气在冬天不稳定，需要加热；沼气的一次性投资较大，相当部分的农民财力有困难；对沼气的研究较薄弱，例如，对发酵过程中有关微生物及一些酶的研究。应当加强这方面的研究，以促进沼气工程的推广。