現代生物科技專題復習

現代生物科技專題復習

山東棗莊28中（277300）張建偉 褚夫曄

一、考情分析

縱觀近五年的高考命題，我們不難發現，高考對《現代生物科技專題》的考查方式是固定的，即以特定的背景材料為依托來組織命題，在此背景下，尋找各種工程技術的應用落點。“起點高，落點低”是選修3命題的主要特點，即考查的都是基本的概念、原理和基本的工程技術應用，重點考查對技術應用及分析，綜合性強，但難度不大。

二、考點整合

考點一、基因工程

1.基因工程的基本工具

（1）限制性內切酶：①分布：主要分布在微生物中；②作用：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子；③作用特點：專一性（特異性）；④作用結果：產生黏性末端。

（2）DNA連接酶的作用：連接磷酸和五碳糖，形成磷酸二酯鍵。

（3）載體：①作用：將目的基因導入受體細胞；②常用的載體：質粒、動植物病毒等。質粒是存在于細菌、酵母菌細胞質內的小型環狀DNA。

2.基因操作的基本步驟

（1）目的基因的獲?。孩購淖匀唤缫延形锓N中直接分離基因；②人工合成基因：a.反轉錄法：mRNA→單鏈DNA→雙鏈DNA；b.化學合成：氨基酸序列→核苷酸序列→人工合成。

（2）構建表達載體

（3）目的基因導入受體細胞：借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑，將目的基因導入受體細胞。

（4）目的基因的檢測與鑒定

目的基因導入受體細胞后，是否可以穩定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道，所以這一步是檢查基因工程是否做成功的一步。

3.基因工程與蛋白質工程比較

考點二、細胞工程

1.植物組織培養

（1）脫分化和再分化的比較

在植物組織培養中，無論是脫分化形成愈傷組織，還是再分化形成新的植株，這些過程中細胞增殖的方式均為有絲分裂。

2.植物體細胞雜交：（1）原理：細胞膜的流動性（植物體細胞融合）和細胞的全能性（植物組織培養）。（2）過程：酶解法制備原生質體→原生質體融合→雜種細胞再生出細胞壁→脫分化形成愈傷組織→再分化形成雜種植株。（3）植物細胞細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，利用纖維素酶和果膠酶去掉植物細胞細胞壁的過程利用了酶的專一性。（4）植物體細胞融合成功的標志：雜種細胞再生出新的細胞壁。（5）植物體細胞雜交技術的目的是為了獲得雜種植株，而不是獲得雜種細胞。（6）優點：克服了植物遠緣雜交不親和的障礙，可以將不同物種的優良性狀集合于一體；可以定向的改良生物性狀。

3.植物組織培養與動物細胞培養的區別

（1）相同點：①都需要人工條件下的無菌操作；②都是合成培養基（但性質和成分不同）；③都需要適宜的溫度、pH等條件；④都進行了有絲分裂，屬于無性繁殖，都可稱為克隆。

（2）不同點

4.動物細胞核移植技術與克隆技術

原理：動物細胞核的全能性，而不是動物細胞的全能性。用體細胞核移植技術得到克隆動物，說明動物體細胞的細胞核具有全能性。

供體和受體的選擇：（1）供體：一般選用傳代10代以內的細胞，因為10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證供體細胞正常的遺傳基礎。（2）受體：去核的MⅡ中期的卵母細胞。①選取MⅡ中期的卵母細胞的原因：細胞大，易于操作；卵黃多，營養豐富，為發育提供充足的營養；卵細胞具備受精能力，細胞質中含有刺激融合后重組細胞進行分裂分化并形成重組胚胎的物質和條件。（3）去核的原因：保證克隆動物的遺傳物質最大程度的來自有重要利用價值的動物。

5.植物細胞融合與動物細胞融合

考點三、胚胎工程

1.胚胎工程的理論基礎

（1）受精過程：

Ⅰ.準備階段：①精子獲能：成熟的精子需在雌性生殖道獲能后才具備受精能力。②卵子的準備：動物排出的卵子一般到減數第二次分裂中期時才具備與精子受精的能力。

Ⅱ.受精階段：精子穿越放射冠和透明帶（頂體反應）→精子穿越卵黃膜（精子外膜和卵黃膜融合）→雌雄原核形成（此時排出第二極體）→雌雄原核融合（完成受精作用，形成受精卵）。

Ⅲ.防止多精入卵的屏障：①透明帶反應，是防止多精入卵的第一道屏障；②卵黃膜封閉作用，是防止多精入卵的第二道屏障。

（2）早期胚胎發育：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原腸胚。

2.體外受精和早期胚胎培養

（1）卵母細胞的采集和培養：從輸卵管中獲取的卵子，可直接與獲能的精子在體外受精；從卵巢中獲取的卵母細胞，要在體外經人工培養到減數第二次分裂中期，才能與獲能的精子受精。

（2）精子的采集和獲能：用不同的方法采集的精子，要放入獲能液中培養或用化學藥物誘導，使精子獲能。

（3）體外受精和胚胎的早期培養：獲能的精子和培養成熟的卵子在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程，然后移入發育培養液中繼續培養一段時間，經檢查發育正常時，即可在適宜的發育階段向受體移植（或冷凍保存）。

3.胚胎工程的三個操作流程

（1）試管動物生產流程（以培育良種牛為例，見下左圖）

（2）胚胎移植的培育流程（上面右圖）

4. 胚胎干細胞：（1）來源：早期胚胎或原始性腺。（2）特點：①具有胚胎細胞的特性（體積小、核大、核仁明顯、全能分化和無限增殖）；②在體外培養條件下可以增殖而不分化，可以對它進行冷凍保存，也可以進行遺傳改造。（3）應用：①治療人類的某些頑癥；②培育移植用的人造組織器官；③研究體外細胞分化的理想材料。

友情提示：

1.基因工程中用到的工具酶有：限制性內切酶和DNA連接酶。DNA連接酶和DNA聚合酶連接的部位是一樣的，都是形成磷酸二酯鍵。

2.單克隆抗體的制備過程中，與骨髓瘤細胞融合的是已免疫的淋巴細胞，即漿細胞。

三、典型考題選析

例1、（2013年高考江蘇卷）軟骨發育不全為常染色體顯性遺傳病，基因型為HH 的個體早期死亡。一對夫妻均為該病患者，希望通過胚胎工程技術輔助生育一個健康的孩子。下列做法錯誤的是

A. 首先經超排卵處理后進行體外受精 B. 從囊胚中分離細胞，培養后檢測基因型

C. 根據檢測結果篩選基因型為hh 的胚胎 D. 將胚胎培養至原腸胚期后移植到子宮

解析：超數排卵可以得到多個次級卵母細胞，以便于體外受精得到更多的胚胎，A正確；檢測基因型，是從囊胚中分離細胞，以便于選擇正常胚胎，B正確；軟骨發育不全為常染色體顯性遺傳病，健康個體基因型應為hh，C正確；人類進行胚胎移植的時間一般8-16個細胞時期，D錯誤。答案：D

點評：此題考查胚胎工程的原理及關鍵技術，難度不大。

例2、（2013年高排開新課標全國Ⅰ卷·40）閱讀如下材料：

材料甲：科學家將牛生長激素基因導入小鼠受精卵在，得到了體型巨大的“超級小鼠”；科學家采用農桿菌轉化法培育出轉基因煙草。

材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學家對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變為半胱氨酸，在該半胱氨酸與第97為的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。

材料丙：兔甲和兔乙是同一物種的兩個雌性個體，科學家將兔甲受精卵發育成的胚胎移植到兔乙的體內，成功產出兔甲的后代，證實了同一物種的胚胎可在不同個體的體內發育。

回答下列問題：

（1）材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導入小鼠的受精卵中常用__________法。構建基因表達載體常用的工具酶有__________和______________。在培育轉基因植物是，常用農桿菌轉化發，農桿菌的作用是_________________。

（2）材料乙屬于________________工程范疇。該工程是指以分子生物學相關理論為基礎，通過基因修飾或基因合成，對____________進行改造，或制造制造一種______________的技術。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結構改變的原因是組成該酶肽鏈的______________序列發生了改變。

（4）材料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到________種的、生理狀況相同的另一個雌性動物體內，使之繼續發育成新個體的技術。在資料丙的實例中，兔甲稱為_________體，兔乙稱為________體。

解析：（1）將基因表達載體導入小鼠的受精卵中常用顯微注射法，構建基因表達載體常用的工具酶是限制性內切酶和DNA連接酶。農桿菌的作用是將目的基因導入到植物（受體）細胞內。

（2）資料乙中的技術屬于蛋白質工程的范疇，該工程是指以分子生物學相關理論為基礎，通過對基因修飾或基因合成，對現有的蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質的技術。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結構改變的原因是組成該酶肽鏈的氨基酸序列發生了改變。

（3）胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到同種的、生理狀態相同的另一個雌性動物體內，使之繼續發育為新個體的技術。在資料丙實例中，兔甲稱為供體，兔乙稱為受體。

答案：（1）顯微注射法 限制性內切酶 DNA連接酶 農桿菌可感染植物，將目的基因轉移到受體細胞中

（2）蛋白質 現有蛋白質 新蛋白質 氨基酸 （3）同 供體 受體

點評：本題通過基因工程和胚胎工程知識結合，主要考查對基礎知識的理解和識記能力。

例3、（2013年高考天津卷）花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定劑量的紫外線處理黑芥原生質體可使其染色體片段化，并喪失再生能力。再利用此原生質體作為部分遺傳物質的供體與完整的花椰菜原生質體融合，以獲得抗黑腐病雜種植株。流程如下圖。

據圖回答下列問題：

（1）過程①所需的酶是_________________________。

（2）過程②后，在顯微鏡下觀察融合的活細胞中有供體的_________________存在，這一特征可作為初步篩選雜種細胞的標志。

（3）原生質體培養液中需要加入適宜濃度的甘露醇以保持一定的滲透壓，其作用是_________。原生質體經過______________再生，進而分裂和脫分化形成愈傷組織。

（4）若分析再生植株的染色體變異類型，應剪取再生植株和__________________植株的根尖，通過_____________、______________、染色和制片等過程制成裝片，然后在顯微鏡下觀察比較染色體的形態和數目。

（5）采用特異性引物對花椰菜和黑芥基因組DNA_進行PCR_擴增，得到兩親本的差異性條帶，可用于雜種植株的鑒定。下圖是用該引物對雙親及再生植株1—4進行PCR擴增的結果。據圖判斷，再生植株1—4中一定是雜種植株的有_____________________。

（6）對雜種植株進行__________________接種實驗，可篩選出具有高抗性的雜種植株。

解析：（1）過程①表示原生質體的制備，要用纖維素酶和果膠酶去掉植物細胞的細胞壁

（2）用于融合的兩個細胞，一個是黑芥苗的葉肉細胞，一個是花椰菜的根部細胞，其中供體細胞特有的結構是葉綠體，可通過觀察葉綠體的有無作為初步篩選雜種細胞的標志。

（3）原生質體沒有細胞壁的保護，需要加入適宜濃度的甘露醇以保證滲透壓的穩定，以避免原生質體吸水或失水破壞原生質體的完整性；原生質體通過細胞壁雜聲形成雜種細胞，進而形成愈傷組織。

（4）分析再生植株染色體變異類型，需要將再生植株細胞染色體和黑芥苗與花椰菜細胞中的染色體制片觀察進行比較，制片的基本程序是解離、漂洗、染色、制片。

（5）根據圖譜，花椰菜含有堿基對為300和600的DNA_片段，黑芥還有堿基對為1000、1300和1500的片段，再生植株3，只含有長度為300和600的片段，與花椰菜一致，1、2、4既含有花椰菜DNA_片段，又含有黑芥DNA_片段，為雜種植株。

（6）對雜種植株接種黑腐病菌，能正常生長的即為具有高抗性的雜種植株。

答案：（1）纖維素酶和果膠酶_____（2）葉綠體___（3）保持原生質體完整性細胞壁__（4）雙親（或花椰菜和黑芥）解離漂洗__（5）1、2、4___（6）黑腐病菌

點評：本題以抗黑腐病花椰菜的培育為信息載體，綜合考查了植物細胞工程、細胞分裂裝片的制作觀察、PCR_圖譜的識別等相關內容，同時也考查了考生識圖獲取信息的能力，具有一定難度。