現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題復(fù)習(xí)

現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題復(fù)習(xí)

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(fā)現(xiàn)，高考對(duì)《現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題》的考查方式是固定的，即以特定的背景材料為依托來(lái)組織命題，在此背景下，尋找各種工程技術(shù)的應(yīng)用落點(diǎn)?！捌瘘c(diǎn)高，落點(diǎn)低”是選修3命題的主要特點(diǎn)，即考查的都是基本的概念、原理和基本的工程技術(shù)應(yīng)用，重點(diǎn)考查對(duì)技術(shù)應(yīng)用及分析，綜合性強(qiáng)，但難度不大。

二、考點(diǎn)整合

考點(diǎn)一、基因工程

1.基因工程的基本工具

（1）限制性?xún)?nèi)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(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子；③作用特點(diǎn)：專(zhuān)一性（特異性）；④作用結(jié)果：產(chǎn)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?qū)胧荏w細(xì)胞；②常用的載體：質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒等。質(zhì)粒是存在于細(xì)菌、酵母菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的小型環(huán)狀DNA。

2.基因操作的基本步驟

（1）目的基因的獲取：①?gòu)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(zhuǎn)錄法：mRNA→單鏈DNA→雙鏈DNA；b.化學(xué)合成：氨基酸序列→核苷酸序列→人工合成。

（2）構(gòu)建表達(dá)載體

（3）目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。

（4）目的基因的檢測(cè)與鑒定

目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過(guò)檢測(cè)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(zhì)工程比較

考點(diǎn)二、細(xì)胞工程

1.植物組織培養(yǎng)

（1）脫分化和再分化的比較

在植物組織培養(yǎng)中，無(wú)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(guò)程中細(xì)胞增殖的方式均為有絲分裂。

2.植物體細(xì)胞雜交：（1）原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性（植物體細(xì)胞融合）和細(xì)胞的全能性（植物組織培養(yǎng)）。（2）過(guò)程：酶解法制備原生質(zhì)體→原生質(zhì)體融合→雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁→脫分化形成愈傷組織→再分化形成雜種植株。（3）植物細(xì)胞細(xì)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(xì)胞細(xì)胞壁的過(guò)程利用了酶的專(zhuān)一性。（4）植物體細(xì)胞融合成功的標(biāo)志：雜種細(xì)胞再生出新的細(xì)胞壁。（5）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的目的是為了獲得雜種植株，而不是獲得雜種細(xì)胞。（6）優(yōu)點(diǎn)：克服了植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，可以將不同物種的優(yōu)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(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的區(qū)別

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

（2）不同點(diǎn)

4.動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)與克隆技術(shù)

原理：動(dòng)物細(xì)胞核的全能性，而不是動(dòng)物細(xì)胞的全能性。用體細(xì)胞核移植技術(shù)得到克隆動(dòng)物，說(shuō)明動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)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?xún)?nèi)的細(xì)胞，因?yàn)?0代以?xún)?nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型，保證供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)。（2）受體：去核的MⅡ中期的卵母細(xì)胞。①選取MⅡ中期的卵母細(xì)胞的原因：細(xì)胞大，易于操作；卵黃多，營(yíng)養(yǎng)豐富，為發(fā)育提供充足的營(yíng)養(yǎng)；卵細(xì)胞具備受精能力，細(xì)胞質(zhì)中含有刺激融合后重組細(xì)胞進(jìn)行分裂分化并形成重組胚胎的物質(zhì)和條件。（3）去核的原因：保證克隆動(dòng)物的遺傳物質(zhì)最大程度的來(lái)自有重要利用價(jià)值的動(dòng)物。

5.植物細(xì)胞融合與動(dòng)物細(xì)胞融合

考點(diǎn)三、胚胎工程

1.胚胎工程的理論基礎(chǔ)

（1）受精過(guò)程：

Ⅰ.準(zhǔn)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(zhǔn)備：動(dòng)物排出的卵子一般到減數(shù)第二次分裂中期時(shí)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(yīng)）→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(shí)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(yīng)，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(fā)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(yǎng)

（1）卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：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(xì)胞，要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)到減數(shù)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(yǎng)或用化學(xué)藥物誘導(dǎo)，使精子獲能。

（3）體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐型瓿墒芫^(guò)程，然后移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)一段時(shí)間，經(jīng)檢查發(fā)育正常時(shí)，即可在適宜的發(fā)育階段向受體移植（或冷凍保存）。

3.胚胎工程的三個(gè)操作流程

（1）試管動(dòng)物生產(chǎn)流程（以培育良種牛為例，見(jiàn)下左圖）

（2）胚胎移植的培育流程（上面右圖）

4. 胚胎干細(xì)胞：（1）來(lái)源：早期胚胎或原始性腺。（2）特點(diǎn)：①具有胚胎細(xì)胞的特性（體積小、核大、核仁明顯、全能分化和無(wú)限增殖）；②在體外培養(yǎng)條件下可以增殖而不分化，可以對(duì)它進(jìn)行冷凍保存，也可以進(jìn)行遺傳改造。（3）應(yīng)用：①治療人類(lèi)的某些頑癥；②培育移植用的人造組織器官；③研究體外細(xì)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?xún)?nèi)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(guò)程中，與骨髓瘤細(xì)胞融合的是已免疫的淋巴細(xì)胞，即漿細(xì)胞。

三、典型考題選析

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

A. 首先經(jīng)超排卵處理后進(jìn)行體外受精 B. 從囊胚中分離細(xì)胞，培養(yǎng)后檢測(cè)基因型

C. 根據(jù)檢測(cè)結(jié)果篩選基因型為hh 的胚胎 D. 將胚胎培養(yǎng)至原腸胚期后移植到子宮

解析：超數(shù)排卵可以得到多個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞，以便于體外受精得到更多的胚胎，A正確；檢測(cè)基因型，是從囊胚中分離細(xì)胞，以便于選擇正常胚胎，B正確；軟骨發(fā)育不全為常染色體顯性遺傳病，健康個(gè)體基因型應(yīng)為hh，C正確；人類(lèi)進(jìn)行胚胎移植的時(shí)間一般8-16個(gè)細(xì)胞時(shí)期，D錯(cuò)誤。答案：D

點(diǎn)評(píng)：此題考查胚胎工程的原理及關(guān)鍵技術(shù)，難度不大。

例2、（2013年高排開(kāi)新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷·40）閱讀如下材料：

材料甲：科學(xué)家將牛生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫言?，得到了體型巨大的“超級(jí)小鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。

材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時(shí)易失去活性，科學(xué)家對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造，使其表達(dá)的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97為的半胱氨酸之間形成了一個(gè)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(gè)雌性個(gè)體，科學(xué)家將兔甲受精卵發(fā)育成的胚胎移植到兔乙的體內(nèi)，成功產(chǎn)出兔甲的后代，證實(shí)了同一物種的胚胎可在不同個(gè)體的體內(nèi)發(fā)育。

回答下列問(wèn)題：

（1）材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用__________法。構(gòu)建基因表達(dá)載體常用的工具酶有__________和______________。在培育轉(zhuǎn)基因植物是，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化發(fā)，農(nóng)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(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)____________進(jìn)行改造，或制造制造一種______________的技術(shù)。在該實(shí)例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的______________序列發(fā)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(gè)雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成新個(gè)體的技術(shù)。在資料丙的實(shí)例中，兔甲稱(chēng)為_(kāi)________體，兔乙稱(chēng)為_(kāi)_______體。

解析：（1）將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用顯微注射法，構(gòu)建基因表達(dá)載體常用的工具酶是限制性?xún)?nèi)切酶和DNA連接酶。農(nóng)桿菌的作用是將目的基因?qū)氲街参铮ㄊ荏w）細(xì)胞內(nèi)。

（2）資料乙中的技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇，該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)的技術(shù)。在該實(shí)例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的氨基酸序列發(fā)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(tài)相同的另一個(gè)雌性動(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。在資料丙實(shí)例中，兔甲稱(chēng)為供體，兔乙稱(chēng)為受體。

答案：（1）顯微注射法 限制性?xún)?nèi)切酶 DNA連接酶 農(nóng)桿菌可感染植物，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中

（2）蛋白質(zhì) 現(xiàn)有蛋白質(zhì) 新蛋白質(zhì) 氨基酸 （3）同 供體 受體

點(diǎn)評(píng)：本題通過(guò)基因工程和胚胎工程知識(shí)結(jié)合，主要考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和識(shí)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(zhì)體可使其染色體片段化，并喪失再生能力。再利用此原生質(zhì)體作為部分遺傳物質(zhì)的供體與完整的花椰菜原生質(zhì)體融合，以獲得抗黑腐病雜種植株。流程如下圖。

據(jù)圖回答下列問(wèn)題：

（1）過(guò)程①所需的酶是_________________________。

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

（3）原生質(zhì)體培養(yǎng)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(zhì)體經(jīng)過(guò)______________再生，進(jìn)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(lèi)型，應(yīng)剪取再生植株和__________________植株的根尖，通過(guò)_____________、______________、染色和制片等過(guò)程制成裝片，然后在顯微鏡下觀察比較染色體的形態(tài)和數(shù)目。

（5）采用特異性引物對(duì)花椰菜和黑芥基因組DNA_進(jìn)行PCR_擴(kuò)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(duì)雙親及再生植株1—4進(jìn)行PCR擴(kuò)增的結(jié)果。據(jù)圖判斷，再生植株1—4中一定是雜種植株的有_____________________。

（6）對(duì)雜種植株進(jìn)行__________________接種實(shí)驗(yàn)，可篩選出具有高抗性的雜種植株。

解析：（1）過(guò)程①表示原生質(zhì)體的制備，要用纖維素酶和果膠酶去掉植物細(xì)胞的細(xì)胞壁

（2）用于融合的兩個(gè)細(xì)胞，一個(gè)是黑芥苗的葉肉細(xì)胞，一個(gè)是花椰菜的根部細(xì)胞，其中供體細(xì)胞特有的結(jié)構(gòu)是葉綠體，可通過(guò)觀察葉綠體的有無(wú)作為初步篩選雜種細(xì)胞的標(biāo)志。

（3）原生質(zhì)體沒(méi)有細(xì)胞壁的保護(hù)，需要加入適宜濃度的甘露醇以保證滲透壓的穩(wěn)定，以避免原生質(zhì)體吸水或失水破壞原生質(zhì)體的完整性；原生質(zhì)體通過(guò)細(xì)胞壁雜聲形成雜種細(xì)胞，進(jìn)而形成愈傷組織。

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

（5）根據(jù)圖譜，花椰菜含有堿基對(duì)為300和600的DNA_片段，黑芥還有堿基對(duì)為1000、1300和1500的片段，再生植株3，只含有長(zhǎng)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(duì)雜種植株接種黑腐病菌，能正常生長(zhǎng)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(zhì)體完整性細(xì)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(diǎn)評(píng)：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(xì)胞工程、細(xì)胞分裂裝片的制作觀察、PCR_圖譜的識(shí)別等相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)也考查了考生識(shí)圖獲取信息的能力，具有一定難度。