2019三维设计高考生物一轮复习教师用书：选修3 现代生物科技专题



第一讲基因工程


[基础知识·系统化]
知识点一　基因工程的基本工具

知识点二　基因工程的基本操作程序

知识点三　蛋白质工程


[基本技能·问题化]
1．据两种限制酶的作用图示填空
(1)已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。

(2)①产生的是黏性末端；②产生的是平末端。
(3)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性。
2．观察下图所示过程，回答相关问题

(1)①是限制酶，②是DNA连接酶，二者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：自身DNA不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
3．结合抗虫棉的培育过程图填空

(1)从图中可以看出，目的基因是Bt毒蛋白基因，使用的载体是Ti质粒，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。
(2)请写出两种检测目的基因是否表达的方法：抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。
4．填写蛋白质工程流程图中字母代表的含义

A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.氨基酸序列，E.预期功能。

考点一基因工程的操作工具
命题点(一)　限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用
1．(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
↓　　　　　　　　↓　　　　　　　↓
——GAATTC——　——GGATCC——　——GATC——
——CTTAAG——　——CCTAGG——　——CTAG——
　　　　 ↑　　　　　　　 ↑　　　　　　　 ↑
图(a)
根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________________和________________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是______________。
解析：(1)由题图可知，BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamHⅠ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。
答案：(1)Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录　(3)E·coli DNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

[重难点拨]
限制酶的特点与使用
(1)限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
(2)在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶，以获得相同的黏性末端。但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。
(3)为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓“环化”可用不同的限制酶分别处理含目的基因的DNA和载体，使目的基因两侧及载体上各自具有两个不同的黏性末端。
命题点(二)　运载体的作用及特点
2．(2016·全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：
(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______________________________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是______________________________；并且__________________________和____________________的细胞也是不能区分的，其原因是____________________________________________________________________。
在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有______________的固体培养基。
(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于________________。
解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：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；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。
答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)
(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素　(3)受体细胞
[重难点拨]
全面理解基因工程中的载体
(1)应具备的条件：
①能在受体细胞中复制并稳定保存，可使目的基因稳定存在且数量可扩大。
②具有一个至多个限制酶切点，可供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，可供重组DNA的鉴定和选择。
(2)与膜载体的区别：基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。

考点二基因工程的基本操作程序

命题点(一)　目的基因的获取方法
1．(2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________作为载体，其原因是__________________________________。
(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有____________________________________(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是______________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。(2)噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原—抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。
答案：(1)基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A　(2)噬菌体　噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕　(3)繁殖快、容易培养　(4)蛋白A的抗体　(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
2．(2017·全国卷Ⅲ，节选)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图所示。

回答下列问题：
(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是______________________________。
(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为________，加入了________作为合成DNA的原料。
解析：(1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。(2)使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、dNTP作为原料。
答案：(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG(TAC)，转录出的mRNA无起始密码子　(2)模板　dNTP(脱氧核苷酸)

[重难点拨]
几种获取目的基因方法的比较
方法
从基因文库中获取
人工合成
从基因组文
库中获取
从部分基因文库，如cDNA文库中获取
化学
合成法
逆转
录法
过程





命题点(二)　基因工程的操作过程
3．(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：
(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是________________。
(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是________________________________。
(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是____________________________________(答出两点即可)。
(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是____________。
(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是________________________。
解析：(1)与老叶相比，嫩叶组织细胞易破碎，容易提取到几丁质酶的mRNA。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需的启动子。(4)DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。
答案：(1)嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解　
(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA　(3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子　(4)磷酸二酯键　(5)目的基因的转录或翻译异常
4．(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。


(1)为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，使用PCR技术扩增HSA基因。右图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。
(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是________(填写字母，单选)。
A．人血细胞启动子　　　　 B．水稻胚乳细胞启动子
C．大肠杆菌启动子 D．农杆菌启动子
(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是________________________________________
________________________。
(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与______的生物学功能一致。
解析：(1)要想合成总cDNA，需要采集人的血液获得总RNA。由于DNA的复制只能从脱氧核苷酸单链的5′端向3′端延伸，因而引物均应结合在DNA单链的3′端，而DNA的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位置和方向。(2)若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特异性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类物质能吸引农杆菌，因此在水稻受体细胞中添加该类物质，能吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的成功转化。(4)途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞，途径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。由于人体合成的初始HSA多肽需要经膜系统加工形成正确的空间结构才有生物活性，所以选择途径Ⅰ获取rHSA更具有优势。(5)rHSA是基因工程的产物，其是否具有医用价值，还需要在个体水平上进一步确认其与HSA的生物学功能是否一致。
答案：(1)总RNA(或mRNA)　(2)B　(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化　(4)水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工　(5)HSA
[重难点拨]
基因工程操作程序中的“三、三、二、一”
(1)目的基因“三种获取方法”：
①从基因文库中获取(基因组文库、cDNA文库)；
②利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。用PCR仪控制温度：变性(90～95 ℃)→复性(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)；
③通过DNA合成仪用化学方法人工合成(用于核苷酸序列已知，且核苷酸数目较少的基因)、利用mRNA反转录法合成。
(2)将目的基因导入受体细胞的“三种类型”：
①导入植物细胞——农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法)；
②导入动物细胞——显微注射法(导入受精卵)；
③导入微生物细胞——转化法。
(3)目的基因检测与鉴定的“两个水平”：

(4)基因工程操作的“一个核心”——基因表达载体的构建。
考点三基因工程的应用与蛋白质工程
1．(2018·大庆质检)镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β­肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：
(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的______________序列发生改变。
(2)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____________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作________________________。
(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。
(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行______________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。
解析：(1)编码血红蛋白的基因中碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。(2)蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质。(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原—抗体杂交实验加以判断。
答案：(1)碱基对(或脱氧核苷酸)
(2)不属于　没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)
(3)mRNA(或RNA)　逆转录　DNA连接
(4)蛋白质　抗原—抗体
2．(2015·全国卷Ⅱ)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括__________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：__________________________________
________________________________________________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过______________和__________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
解析：(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定，而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关，因此，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)P基因与P1基因的根本区别是碱基序列不同，因此可以通过对P基因进行修饰获得P1基因，也可以直接合成P1基因。中心法则的内容可以通过下图体现：

(3)蛋白质工程的基本途径：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苷酸序列(基因)。
答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)
(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能

[重难点拨]
蛋白质工程与基因工程的关系
项目
区别与联系
蛋白质工程
基因工程
区　别
过程
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
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的类型或生物产品
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
联系
①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程
②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造



[真题集训——验能力]
1．(2017·江苏高考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：

(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过________获得________用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的________________位点。设计引物时需要避免引物之间形成________________，而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表________，步骤2代表退火(复性)，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时，退火(复性)温度的设定是成败的关键。退火(复性)温度过高会破坏________________的碱基配对。退火(复性)温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但________的引物需要设定更高的退火(复性)温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有________[填序号：①升高退火(复性)温度　②降低退火(复性)温度　③重新设计引物]。
解析：(1)PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火(复性)，步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。(4)退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。
答案：(1)逆转录　cDNA　(2)限制性核酸内切酶　碱基互补配对　(3)变性　(4)引物与模板　GC含量高　(5)②③
2．(2016·江苏高考)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：



(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用__________________两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于________态的大肠杆菌。
(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________________________________________________________________________。
(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为________________________，对于该部位，这两种酶________(填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。
(4)若用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得________种大小不同的DNA片段。
解析：(1)基因工程中选择合适的限制酶切割质粒和目的基因时，应保留目的基因和至少一个标记基因结构的完整性，即遵循“目的基因切两侧，标记基因留一个”的基本原则，最好选择切割产生不同末端的两种限制酶同时切割质粒和目的基因，以避免目的基因的反向插入带来的不正常表达，因此据图分析应选择的限制酶为BclⅠ和HindⅢ，切割后质粒上保留的四环素抗性基因作为标记基因。酶切后的载体和目的基因通过DNA连接酶的作用形成重组质粒，重组质粒需要导入Ca2＋处理后的处于感受态的大肠杆菌(处于感受态的大肠杆菌细胞膜的通透性大大增加，便于重组质粒进入)。(2)由上述分析可知，为了筛选出导入重组质粒的大肠杆菌，应先配制含四环素的选择培养基，平板上长出的菌落为导入普通质粒或重组质粒的大肠杆菌菌落，进一步鉴定出导入重组质粒的大肠杆菌，可利用PCR扩增的方式，结合电泳技术来分析处理。DNA的两条链是反向平行的，在PCR过程中，当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链，因此应选择引物甲和引物丙。(3)因为BclⅠ和BamHⅠ酶切产生的黏性末端相同，所以可以被DNA连接酶连接，连接部位的6个碱基对序列为，但是连接后形成的DNA中不再具有BclⅠ和BamHⅠ的识别序列，连接部位不能被这两种酶切开。(4)由图可知，能被限制酶BclⅠ和BamHⅠ切割的序列也能被Sau3AⅠ识别并切割，因此图中质粒上存在3个Sau3AⅠ的切割位点，若将3个切割位点之间的DNA片段分别编号为a、b和c，则完全酶切(3个切割位点均被切割)会产生3种大小的DNA片段，即为a、b和c；考虑只切1个切割位点，有三种情况，都产生一种大小的DNA片段，即大小均为a＋b＋c；考虑切2个切割位点，则会产生a＋b、c、a＋c、b、b＋c、a几种不同大小的DNA片段。综上所述，若用Sau3AⅠ识别并切割图中质粒，最多可获得7种大小的DNA片段，即为a＋b＋c、a＋b、a＋c、b＋c、a、b、c。
答案：(1)BclⅠ和HindⅢ　DNA连接　感受　(2)四环素　引物甲和引物丙　(3)
都不能　(4)7
3．(2015·全国卷Ⅰ)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：
(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的______，以其作为模板，在____________的作用下合成________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。
(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是______________________。
(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分________细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。
(4)人的免疫系统有____________癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。
解析：(1)HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA(或DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下，机体进行体液免疫，由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白)，由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4)癌细胞在机体中属于抗原，人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。
答案：(1)RNA　逆转录酶　cDNA(或DNA)　(2)抗体　抗原抗体特异性结合　(3)T(或T淋巴)　(4)监控和清除
4．(2015·海南高考)在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原，进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后，产生A、B两条肽链，再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前，利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题：
(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是____________，合成胰高血糖素的细胞是____________。
(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的______________序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成____________的基因工程菌。
(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从____________中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。
解析：(1)由题意可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；合成胰高血糖素的细胞是胰岛A细胞。(2)根据胰岛素原的氨基酸序列，可设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体，再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成人胰岛素原的基因工程菌。(3)根据题意，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。
答案：(1)胰岛B细胞　胰岛A细胞　(2)DNA　胰岛素原　(3)菌体
5．(2014·全国卷Ⅱ)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：
(1)理论上，基因组文库含有生物的________基因，而cDNA文库中含有生物的________基因。
(2)若要从植物甲中获得目的基因，应首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。
(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的____________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________是否得到提高。
(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时，则可推测该耐旱基因整合到了___________________________________________(填“同源染色
体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。
解析：(1)基因组文库中含有该生物的全部基因，而cDNA文库又称部分基因文库，含有该生物的部分基因。(2)基因组文库中含有该生物的全部基因，需要将目的基因筛选出来。(3)利用农杆菌转化法将耐旱基因转移到不耐旱的植物乙的体细胞中，经植物组织培养技术得到再生植株。要确定耐旱基因是否表达，需要检测再生植株中有无该基因的表达产物，如果呈阳性，再在个体水平上检测该植株的耐旱性是否得到提高。(4)若转基因耐旱性植株自交，后代中耐旱∶不耐旱＝3∶1，则亲本为杂合子，可判断基因整合到了同源染色体的一条上。
答案：(1)全部　部分　(2)筛选　(3)乙　表达产物　耐旱性　(4)同源染色体的一条上

[课下检测——查缺漏]
一、基础题点练
1．(2018·青岛质检)下列有关限制酶的叙述正确的是(　　)
A．用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个
B．限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大
C．—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端碱基数不同
D．只有用相同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒
解析：选B　用限制酶切割DNA分子中部获得一个目的基因时，需剪切2次，水解磷酸二酯键4个；限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大；—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端均有4个碱基；切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶，如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在互补关系，则两末端也可连接。
2．科学家采用基因工程技术将矮牵牛中控制蓝色色素合成的基因a转移到玫瑰中，以培育蓝玫瑰，下列操作正确的是(　　)
A．利用DNA分子杂交技术从矮牵牛的基因文库中获取基因a
B．用氯化钙溶液处理玫瑰叶肉细胞，使其处于感受态
C．用含四环素的培养基筛选转基因玫瑰细胞
D．将基因a导入玫瑰细胞的液泡中，防止其经花粉进入野生玫瑰
解析：选A　将目的基因导入微生物细胞时，用氯化钙溶液处理受体细胞，可使其处于感受态，利于目的基因的导入。由于不知道标记基因，用含四环素的培养基不一定能筛选出转基因玫瑰细胞。将目的基因导入玫瑰叶肉细胞的叶绿体基因组中，可防止其经花粉进入野生玫瑰，液泡中无DNA。
3．如图1表示DNA的基本结构，图2表示染色体DNA的片段，箭头是某种限制酶的识别序列和作用位点，下列相关说法正确的是(　　)

A．图1中a所示部位即图2中箭头所示部位
B．图2所示的DNA片段被限制酶切割后获得的末端形式与图1下端相同
C．E·coliDNA连接酶可以将两个图1所示结构连接成为一个DNA片段
D．基因工程的载体必须具有图2所示的碱基序列
解析：选A　图2箭头所示的部位表示两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，图1中a部位是磷酸二酯键；图2所示的DNA片段被限制酶切割后，将获得黏性末端，而图1所示的DNA具有的末端是平末端；E·coliDNA连接酶只可以“缝合”双链DNA片段的黏性末端，图1所示为平末端；限制酶有多种，基因工程中的载体具有其中一个或几个限制酶识别的序列即可，不必一定含有图2所示的碱基序列。
4．(2017·北京高考)为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。

下列操作与实验目的不符的是(　　)
A．用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒
B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞
C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞
D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
解析：选C　目的基因C和质粒都有可被EcoRⅠ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上。
5．如图是利用基因工程技术生产可使用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法正确的是(　　)

A．图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物
B．图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶
C．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列
D．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
解析：选D　图示表示基因表达载体的构建过程，这是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶主要来自原核生物；此表达载体构建时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸内切酶；限制性核酸内切酶具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞。
二、高考题型练
6．(2018·郴州质检)利用基因工程技术培育马铃薯新品种，目前已经取得丰硕成果。请根据教材所学知识回答下列问题：
(1)马铃薯易患多种疾病，导致其产量不高。通过导入抗病基因并使其表达可以提高马铃薯产量，基因工程中使用最多的抗病基因是________________和病毒的复制酶基因。
(2)马铃薯是双子叶植物，常用__________(方法)将目的基因导入马铃薯受体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构包括目的基因、标记基因、__________、__________、__________等五部分。
(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，其设计方法：修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能__________。
(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行________________。
解析：(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。(2)常用农杆菌转化法将目的基因导入马铃薯等双子叶植物的受体细胞中。构建好的基因表达载体的基本结构包括目的基因、标记基因、终止子、启动子和复制原点等五部分。(3)培育抗除草剂的转基因马铃薯，需通过修饰，使除草剂作用的靶蛋白对除草剂不敏感，或使靶蛋白过量表达，使植物吸收除草剂后仍能正常代谢。(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行目的基因的检测与鉴定。
答案：(1)病毒外壳蛋白基因
(2)农杆菌转化法　启动子　终止子　复制原点
(3)不敏感　正常代谢
(4)目的基因的检测与鉴定
7．科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合速率。请回答下列问题：
(1)PCR过程所依据的原理是__________，利用PCR技术扩增目的基因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__________；扩增过程需要加入____________________酶。
(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是____________________________________________________。目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质，说明整个生物界__________。PCR定点突变技术属于________的范畴。
(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。常用______________将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的________________技术，来最终获得转基因植物。
解析：(1)PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码，所以目的基因可以在不同细胞内表达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。
答案：(1)DNA双链复制　引物　耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)
(2)RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA　共用一套密码子　蛋白质工程
(3)农杆菌转化法　植物组织培养
8．“今又生”是我国为数不多的首创基因治疗药物之一，其本质是利用腺病毒和人P53基因(抑癌基因)拼装得到的重组病毒。人的P53蛋白可对癌变前的DNA损伤进行修复，使其恢复正常，或诱导其进入休眠状态或细胞凋亡，阻止细胞癌变。“今又生”的载体采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主细胞的基因组中，无遗传毒性；载体经基因工程改造后，只对细胞实施一次感染，不能复制，不会污染。
请回答下列问题：
(1)在“今又生”的生产中，为了获得更高的安全性能，在载体一般应具备的条件中，科学家选择性地放弃了一般载体都应具有的____________特点。检测P53基因的表达产物，可以采用__________________技术。
(2)如果要大量扩增P53基因，一般采用PCR技术，该技术中需使用的一种特殊的酶是____________________。与体内DNA复制相比较，PCR反应要在____________中才能进行，并且要严格控制________________条件。
(3)如果要获得胚胎干细胞进行研究，则胚胎干细胞可来源于囊胚的__________，或胎儿的原始性腺；因培养时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为__________。如果想继续培养则需要重新用__________处理，然后分瓶继续培养，这样的培养过程通常被称为传代培养。
解析：(1)根据题干信息“载体经基因工程改造后，只对细胞实施一次感染，不能复制”可知，在“今又生”的生产中，为了获得更高的安全性能，科学家选择性地放弃了具有复制原点的载体。检测目的基因是否表达产生蛋白质可采用抗原—抗体杂交技术。(2)PCR技术是在较高温度下进行的，因此该技术中需使用热稳定DNA聚合酶；与体内DNA复制相比较，PCR反应要在一定的缓冲溶液中才能进行，并且要严格控制温度等条件。(3)胚胎干细胞来源于囊胚的内细胞团或胎儿的原始性腺；在培养时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为接触抑制。如果想继续培养则需要重新用胰蛋白酶处理，然后分瓶继续培养，这样的培养过程通常被称为传代培养。
答案：(1)自我复制　抗原—抗体杂交
(2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)　一定的缓冲溶液　温度
(3)内细胞团　接触抑制　胰蛋白酶
9．(2018·昆明调研)科学家将拟南芥的抗寒基因(CBFl)，转入香蕉以获得抗寒的香蕉品种。如图是某质粒载体上的SacⅠ、XbaⅠ、EcoRⅠ、Hind Ⅲ四种限制酶的切割位点示意图。

据图回答问题：
(1)在该实验中为构建基因表达载体，用SacⅠ、XbaⅠ切下CBFl基因后，对质粒载体进行切割的限制酶是________________，理由是_________________________________。
(2)连接CBFl基因到该质粒载体后，作为基因表达载体的组成还必须有__________________。将重组质粒导入香蕉细胞最常用的方法是__________________________。
(3)为了鉴别受体细胞中是否含有CBFl基因，可用含______________的培养基进行筛选。
(4)科学家将生长健壮、苗龄一致的转基因香蕉(实验组)与非转基因香蕉(对照组)进行______________处理，鉴定两组之间的抗寒性差异，如果__________________________，则说明获得了抗寒的香蕉优质品种。
解析：(1)在基因工程中，用相同限制酶切割来源不同的DNA后，可产生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一样，质粒也应使用SacⅠ、XbaⅠ进行切割。(2)基因表达载体的组成包括启动子、终止子、标记基因、目的基因等。香蕉细胞是植物细胞，将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法。(3)据图分析，质粒上的标记基因是氨苄青霉素抗性基因，所以为了鉴别受体细胞中是否含有CBFl基因，可用含氨苄青霉素的培养基进行筛选。(4)根据题干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科学家将生长健壮、苗龄一致的转基因香蕉(实验组)与非转基因香蕉(对照组)进行低温处理，鉴定两组之间的抗寒性差异，如果实验组的抗寒能力明显高于对照组，则说明获得了抗寒的香蕉优质品种。
答案：(1)SacⅠ、XbaⅠ　用相同限制酶切割来源不同的DNA后，可产生相同的末端
(2)启动子和终止子　农杆菌转化法
(3)氨苄青霉素
(4)低温　实验组的抗寒能力明显高于对照组
10．请根据现代生物工程技术回答下列问题：
(1)基因工程技术中对已获得的目的基因，常采用PCR技术大量扩增。该技术的基本过程是：目的基因DNA受热变性后解链为单链，__________与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶的作用下进行________________，如此重复循环多次。
(2)限制酶SmaⅠ能识别下图所示核苷酸序列，并在图中箭头位置切断DNA。

用限制酶SmaⅠ切割获取的目的基因需用________________酶构建基因表达载体。
(3)培育转基因小鼠除利用基因工程技术之外还需用到________________、________________等技术。
(4)制备单克隆抗体通常选用细胞融合技术，使________________细胞与________细胞融合，融合成功的细胞经过筛选就是所需要的________细胞。
解析：(1)利用PCR技术大量扩增目的基因的基本过程是：目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶的作用下进行延伸，如此重复循环多次。(2)题图显示：用限制酶SmaⅠ切割得到的是平末端，因此获取的目的基因需用T4DNA连接酶构建基因表达载体。(3)基因工程的操作是在生物体外进行的。培育转基因小鼠时，利用基因工程技术得到的转基因小鼠受精卵，还需用到早期胚胎培养和胚胎移植等技术，才能将其培育成转基因小鼠。(4)制备单克隆抗体通常选用细胞融合技术，使经抗原刺激的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，融合成功的细胞经过筛选就是所需要的杂交瘤细胞。
答案：(1)引物　互补链的合成(或延伸)　(2)T4DNA连接　(3)早期胚胎培养　胚胎移植　(4)(经抗原刺激的)B淋巴　骨髓瘤　杂交瘤
11．大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的运载体，某限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β­半乳糖苷酶，当培养基中含有IPTG和X­gal时，X­gal便会被β­半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落，反之，则形成白色菌落。如图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。

(1)已获得的目的基因可利用________技术进行扩增。
(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复________键。
(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是________________；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，目的是__________________________________________________。
(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上培养，培养基中应含有大肠杆菌必需的营养物质，如________________和生长因子，还应加入IPTG、X­gal以及氨苄青霉素，其中加入氨苄青霉素的作用是筛选出____________________________________________________。
(5)若观察到培养基上出现____________色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)PCR技术能在短时间内大量扩增目的基因，所以已获得的目的基因可利用PCR技术进行扩增。(2)DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。(3)试管Ⅰ中含有重组质粒，将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是使目的基因进入受体细胞(大肠杆菌)内，并在受体细胞内维持稳定和表达，即进行转化；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，增大细胞壁的通透性，使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态。(4)培养大肠杆菌的培养基必需的营养物质包括碳源、氮源、无机盐、水和生长因子，由于是选择培养基，还应加入IPTG、X­gal以及氨苄青霉素；由于质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此导入质粒的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，所以培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出导入pUC18质粒的大肠杆菌。(5)分析题图：大肠杆菌pUC18质粒含有氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因，由于限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，所以构建成功的重组质粒上的LacZ基因被破坏，不能产生β­半乳糖苷酶，若大肠杆菌中已成功导入了重组质粒，则其在含有IPTG和X­gal的培养基中形成白色菌落。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，都会表达出β­半乳糖苷酶，故均会呈现蓝色菌落。
答案：(1)PCR　(2)磷酸二酯　(3)进行转化　使大肠杆菌细胞处于感受态　(4)碳源、氮源、无机盐、水　导入pUC18质粒的大肠杆菌　(5)白　无论大肠杆菌是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落
12．(2018·惠州模拟)青蒿素为名贵药材，由青蒿生产。科研人员尝试从以下方面获得青蒿素：
(1)利用________技术，由青蒿外植体通过________(生理过程)形成愈伤组织。经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，造成这种差异的根本原因是________________________________________________________________________。
(2)图1表示青蒿和酵母菌细胞内的物质代谢过程，DXP、FPP、青蒿二烯均为青蒿素前体产物，各种酶由相应基因指导合成。图2表示基因工程实验结果。

①据图1，如果要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，则目的基因是________基因，基因表达载体除目的基因外，还需要有________基因便于后期筛选。
②将DXR基因导入青蒿，让DXR基因在青蒿中过量表达，通过增加FPP量最终提高青蒿素产量。除了提高青蒿素前体产物的方法外，要获得高产青蒿植株，据图1分析，思路还有：________________________________________________________________________。
图2中，导入空白运载体的实验数据能用来说明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)利用植物组织培养技术生产青蒿素时，青蒿外植体通过脱分化形成愈伤组织，从培养的愈伤组织中可提取青蒿素；愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，这是基因选择性表达的结果。(2)①要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，目的基因是ADS酶基因；基因表达载体中标记基因的作用是检测目的基因是否导入了受体细胞，便于筛选。②据图1分析，可以通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的。图2中，导入空白运载体的实验数据，说明转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关。
答案：(1)(植物)组织培养　脱分化　基因选择性表达　(2)①ADS(酶)　标记　②通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的　转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关

第二讲细胞工程


[基础知识·系统化]

知识点一　植物细胞工程
1．植物细胞工程的基本技术

2．植物细胞工程的实际应用


知识点二　动物细胞培养与核移植技术
1．动物细胞培养

2．动物细胞核移植技术

知识点三　动物细胞融合与单克隆抗体


[基本技能·问题化]
1．补充植物组织培养操作流程图，并填空

(1)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。
(2)离体的植物器官、组织或细胞通常称为外植体。
(3)在植物组织培养过程中，启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素。
(4)利用植物组织培养技术生产细胞产物时，只需培养到愈伤组织阶段即可。
2．分析植物体细胞杂交技术流程图，并填空

(1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
(2)过程②是原生质体的融合，其原理是细胞膜的流动性，人工诱导的物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇作诱导剂。
(3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。
(4)过程④是植物组织培养技术，其原理是植物细胞的全能性。
3．补充动物细胞培养过程示意图，并填空

(1)与植物细胞培养相比，动物细胞培养过程所用的培养基一般是液体培养基，并加入动物血清。
(2)动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶，第一次的作用是将剪碎的组织分散成单个细胞；第二次是将贴壁细胞从瓶壁上分离下来，目的是避免动物细胞的接触抑制现象。
(3)动物细胞培养时加入CO2的主要作用是维持培养液的pH；O2 的作用是促进细胞有氧呼吸。
4．据图完成下列各题
图1中，a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞，图2为单克隆抗体制备流程(顺序已被打乱)。


(1)由图1分析：①诱导a、b两种细胞的融合方法有聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等；②a、b两种细胞发生融合，融合的原理是细胞膜的流动性；③融合后形成图中的d细胞，d细胞的特点是既能无限增殖，又能产生特定的抗体；④由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比，具有特异性强、灵敏度高、并可大量制备等特点。
(2)图2 B中小鼠注射的物质是特定抗原，其目的是刺激机体发生免疫应答，从而产生效应B淋巴细胞(浆细胞)。
(3)在获取C细胞时，被筛选淘汰的细胞类型有“BB”细胞、“瘤瘤”细胞，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。
(4)请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来：




考点一植物细胞工程

命题点(一)　植物组织培养的原理及过程
1．(2017·海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：
(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到______________。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是________________(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。
(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是________________。A中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。

(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，____________(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是_____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖 、果糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗，细胞必须具有完整细胞核，才具有发育为个体的一整套完整遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种主要激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)由于花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，组织培养得到花卉基因型不同于原植株，导致不能保留亲本性状。
答案：(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株　(2)葡萄糖、果糖　具有完整的细胞核　(3)细胞分裂素、生长素　脱分化　(4)不能
对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株

[重难点拨]
植物激素对植物组织培养的影响
(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。
使用顺序
实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素
有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素
细胞既分裂也分化
同时使用
分化频率提高
简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高

(2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素/细胞分裂素
植物细胞的发育方向
高
有利于根的分化、抑制芽的形成
低
有利于芽的分化、抑制根的形成
适中
促进愈伤组织的生长
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤

命题点(二)　植物体细胞杂交技术及其应用
2．(2013·全国卷Ⅱ)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：
(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为________________________________________________________________________。
(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指______________________________________________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖，经植物组织培养得到的______________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
解析：(1)要培育同时含有A和B的新型药用植物，可采用植物体细胞杂交技术。植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁，获得具有活力的原生质体。诱导融合成功后获得的杂种细胞，经脱分化培养成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。甲与乙有性杂交的后代中无同源染色体，减数分裂过程中联会异常，不能产生正常的生殖细胞，故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂种植物含有同源染色体，减数分裂过程中联会正常，能产生正常的生殖细胞，故该杂种植株可育。(3)制备人工种子的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。
答案：(1)纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化(或分化)　植物体细胞杂交技术　(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常　(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

[重难点拨]
杂种植株遗传物质变化的判断
(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组数：
①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。
②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。
③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
考点二动物细胞工程
命题点(一)　动物细胞培养与体细胞克隆
1．(2018·济南模拟)回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面____________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的____________。此时，瓶壁上形成的细胞是________层的。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是____________。
(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现______________现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成________细胞，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面糖蛋白的量________。
(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂________期的细胞在显微镜下进行观察。
(5)在细胞培养过程中，通常在________条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中________的活性降低，细胞________的速率降低。
(6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作________进行攻击。
解析：动物细胞培养过程中会出现接触抑制现象；能够连续增殖的细胞具有癌细胞的特点；活细胞的细胞膜具有选择透过性；通常在冷冻条件下保存动物细胞。
答案：(1)相互接触　接触抑制　单(或一)　胰蛋白酶　(2)衰老甚至死亡　不死性　降低　减少　(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内(或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色)　(4)中　(5)冷冻(或超低温、液氮)　酶　新陈代谢　(6)抗原
2．(2016·全国卷Ⅱ)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。

回答下列问题：
(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用__________的方法。②代表的过程是____________________。
(2)经过多次传代后，供体细胞中____________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。
(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________________。
解析：(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。②过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是：克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
答案：(1)XX或XY　 显微操作　胚胎移植　(2)遗传物质　(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性

[重难点拨]
植物组织培养与动物细胞培养的异同
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞全能性
细胞增殖
培养基
类型
固体或半固体培养基
液体培养基
成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材
植物幼嫩部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
关键环节
细胞的脱分化和再分化
细胞增殖和癌变
结果
新的组织或植株个体，可以体现全能性
新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性
应用
①植株快速繁殖
②脱毒植株的培育
③制备人工种子
④生产药物、杀虫剂等
⑤转基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产
②皮肤移植材料的培育
③检测有毒物质
④生理、病理、药理学研究
相同点
①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂
②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件

命题点(二)　动物细胞融合与单克隆抗体的制备
3．类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理与肿瘤坏死因子α(TNF­α)密切相关，而一种人鼠嵌合的抗TNF单克隆抗体能有效治疗RA。如图为该单克隆抗体制备过程示意图。

(1)单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的______________、____________技术。
(2)图中的抗原A是____________，HAT培养基的作用是__________________。将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞具有的特点是____________________。
(3)医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“________”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。
(4)克隆动物是指用______________方法得到的动物。
(5)单克隆抗体的特点是____________、____________、________________。
解析：(1)单克隆抗体制备涉及动物细胞培养和动物细胞融合技术。(2)图中刺激免疫动物产生抗TNF­α单克隆抗体的抗原是肿瘤坏死因子α(TNF­α)。HAT培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。(3)医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“生物导弹”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用核移植方法得到的动物。(5)单克隆抗体的特点是：特异性强、灵敏度高，并可以大量制备。
答案：(1)动物细胞融合　动物细胞培养　(2)肿瘤坏死因子α(或TNF­α)　筛选出杂交瘤细胞　既能大量增殖，又能产生特异性抗体　(3)生物导弹　(4)(动物体细胞)核移植　(5)特异性强　灵敏度高　并可以大量制备
4．(2014·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________________________________________________________________________
________________________。
解析：(1)由图可知，小鼠至少经过4次免疫后，免疫小鼠的血清抗体效价才可达到16 000以上，其中Y小鼠的血清抗体效价最高。(2)由于细胞融合是随机的，且并不是所有细胞都能参与融合，融合体系中含有5种细胞：未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、杂交瘤细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞、B淋巴细胞相互融合形成的细胞。(3)2个细胞的细胞核融合成1个细胞核标志着融合的完成，杂交瘤细胞中有1个细胞核，染色体数目为两者之和，即100条染色体。(4)未融合的B淋巴细胞不能无限增殖，经多次传代培养后都不能存活。
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)(经免疫的B淋巴细胞是高度分化的细胞)不能无限增殖
[重难点拨]
单克隆抗体制备过程中两次筛选分析
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后会得到多种杂交细胞，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(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(“B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




[真题集训——验能力]
1．(2013·海南高考)单纯疱疹病毒Ⅰ型(HSV­1)可引起水泡性口唇炎。利用杂交瘤技术制备出抗HSV­1 的单克隆抗体可快速检测HSV­1。回答下列问题：
(1)在制备抗HSV­1 的单克隆抗体的过程中，先给小鼠注射一种纯化的HSV­1 蛋白，一段时间后，若小鼠血清中抗______________的抗体检测呈阳性，说明小鼠体内产生了__________反应，再从小鼠的________中获取B 淋巴细胞。将该B 淋巴细胞与小鼠的________细胞融合，再经过筛选、检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞，该细胞具有的特点是__________________________________。
(2)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体，可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的________中使其增殖，再从______中提取、纯化获得。
(3)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种HSV­1 蛋白，其原因是该抗体具有________和________等特性。
解析：(1)单克隆抗体制备的第一步是免疫处理。先给小鼠注射一种纯化的HSV­1 蛋白，一段时间后，若小鼠血清中抗HSV­1 蛋白的抗体检测呈阳性，说明小鼠体内产生了体液免疫反应。第二步制备杂交瘤细胞。从小鼠的淋巴器官中(如脾、骨髓、扁桃体等)获取B 淋巴细胞，与小鼠的骨髓瘤细胞融合，再经过筛选检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生专一抗体。(2)若想获得大量单克隆抗体，通常有两种方法：一是将杂交瘤细胞培养在动物细胞培养液中，然后从动物细胞培养液中分离出单克隆抗体；二则是将杂交瘤细胞注射到小鼠的腹腔中使其增殖，然后从小鼠的腹水中提取纯化获得。(3)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点。
答案：(1)HSV­1蛋白　体液免疫　脾脏(其他合理答案也可)　骨髓瘤　能无限增殖且可产生专一抗体(其他合理答案也可)　(2)腹腔　腹水　(3)灵敏度高　特异性强(其他合理答案也可)
2．(2013·天津高考)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。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。

据图回答下列问题：
(1)过程①所需的酶是_____________________________________________________。
(2)过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的________存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。
(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是__________________________。原生质体经过________再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。
(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和________植株的根尖，通过________、________、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。
(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有____________________。

(6)对杂种植株进行______________接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。
解析：(1)过程①是获得黑芥叶肉细胞的原生质体和花椰菜根细胞的原生质体，该过程需用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)供体细胞为黑芥叶肉细胞，其含有叶绿体，而受体花椰菜的根细胞无叶绿体，因此可以根据叶绿体的有无初步筛选出杂种细胞。(3)加入甘露醇以保持渗透压，是为了维持原生质体的完整性，防止原生质体吸水涨破。原生质体再生出细胞壁，经过脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型，需将再生植株细胞的染色体与亲本即黑芥和花椰菜的染色体进行比较；观察染色体的形态和数目需在有丝分裂中期观察，因此需要经过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片。(5)杂种植株需含有双亲的遗传物质，分析图形可知，再生植株1、2、3、4均含有花椰菜的DNA，其中1含有黑芥的全部DNA,2、4含有黑芥的部分DNA，而3不含有黑芥的DNA，因此1、2、4一定是杂种植株。(6)为培育具有抗黑腐病的杂种植株，需对得到的杂种植株进行黑腐病菌接种实验，观察其是否患病，不患病的即为高抗性的杂种植株。
答案：(1)纤维素酶和果胶酶　(2)叶绿体　(3)保持原生质体完整性　细胞壁　(4)双亲(或花椰菜和黑芥)　解离　漂洗　(5)1、2、4　(6)黑腐病菌
3．(2015·安徽高考)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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
[课下检测——查缺漏]
一、基础题点练
1．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，下列生命活动不会同时发生的是(　　)
A．细胞的增殖与分化　　　　 B．光能的吸收与转化
C．ATP的合成与分解 D．基因的突变与重组
解析：选D　离体菊花茎段形成幼苗的过程中，涉及了脱分化和再分化过程，且整个过程都伴随着细胞的分裂。形成的幼苗可同时进行吸收和转化光能的过程。ATP是直接能源物质，整个过程中需要ATP提供能量，故伴随着ATP的合成与分解。该过程为无性繁殖，整个过程中只进行有丝分裂，不发生基因重组。
2．关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是(　　)
A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同
B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶
C．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖
D．动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖培养可用于植物脱除病毒
解析：选B　动物细胞培养用液体培养基，而植物组织培养用固体培养基，且二者培养基的成分也不相同；动物细胞培养过程中要加入胰蛋白酶，而植物组织培养过程中则不用；植物细胞具有全能性，所以烟草叶片离体培养能形成新个体，而动物细胞离体培养只能增殖；植物组织培养中常用根尖、茎尖等培养无病毒植物个体，而动物细胞培养的一个重要应用是检测有毒物质。
3．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述错误的是(　　)
A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害
B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞
C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控
D．生根时，培养基通常应含α­萘乙酸等生长素类调节剂
解析：选B　植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂。
4．下列有关细胞工程的说法正确的是(　　)
A．在愈伤组织形成的过程中，除适宜的温度、pH和无菌条件外，还需要有植物激素进行调节
B．植物体细胞杂交前需要用酶去除细胞壁获得原生质体，然后再用灭活的病毒促进融合
C．利用动物体细胞核移植的方法得到克隆动物是培育新物种的一种方式
D．动物细胞应在含5%的CO2的恒温箱中培养，CO2的作用是为细胞提供碳源
解析：选A　在愈伤组织形成的过程中，需添加生长素和细胞分裂素等植物激素进行调节；灭活的病毒是促进动物细胞融合特有的方法；核移植属于克隆，为无性生殖，不会产生新物种；动物细胞应在含5%的CO2的恒温箱中培养，CO2的作用是维持培养液中的pH。
5．下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程，据图分析错误的是(　　)


A．①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合物处理
B．②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变
C．③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能
D．④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
解析：选B　紫外线照射可诱导原生质体发生突变，但突变是不定向的。
二、高考题型练
6．(2018·武汉调研)应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：

回答下列问题：
(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是______________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是__________________________________；处理2中添加的物质X为____________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是____________________。
解析：(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生基因突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界压力的影响而发生基因突变。第二次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入NaCl(盐)，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。运用细胞工程培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
答案：(1)脱分化　具有　(2)诱发基因突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变　NaCl(或盐)　(3)白菜—甘蓝、抗虫棉
7．(2018·长春调研)絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀，起到净化污水的作用。为进一步提高对石油污水的净化效果，将絮凝性细菌和石油降解菌融合，构建目的菌株。其流程如下。

据图回答：
(1)溶菌酶的作用是__________________。PEG的作用是________________________。
(2)经处理后，在再生培养基上，未融合的A、B难以生长。图中AB融合菌能生长和繁殖，原因是成功融合的细胞既可以____________________，又可以____________。
(3)目的菌株的筛选：筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有________的培养基上生长的AB融合菌，选择效果最好的作为目的菌株，其同化作用类型应为__________型，属于生态系统中的哪些成分？________。
(4)为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，将目的菌株进行发酵培养，定时取发酵液，加入石油污水中，还应设置__________________为对照组。
解析：(1)细菌所具有的细胞壁妨碍了细菌细胞的融合，所以溶菌酶的作用是将其细胞壁进行溶解，以获得原生质体。PEG是促进细胞融合的促融剂，其作用是诱导原生质体融合。(2)由图示显示A菌细胞质失去活性， B菌DNA失去活性，所以AB融合菌有A的DNA、B的细胞质(或有活性的细胞质基因、有活性的DNA分子)(或分泌絮凝活性物质、降解石油)，在选择培养基上单纯的A、B菌都不能存活，而融合的AB菌能进行生长并繁殖。(3)目的菌的选择是要选择能分泌具有絮凝活性的活性高分子化合物，又具有降解石油能力的AB融合菌，因此目的菌株能在含有石油的培养基上生长，其同化作用类型应为异养型，属于生态系统中的分解者。(4)为探究目的菌株在不同时间的絮凝效果，设置的对照组实验应是不加发酵液(没有目的菌株)的石油污水(或不含目的菌株的石油污水或只有石油污水)。
答案：(1)溶解(去除、去掉、破坏)细胞壁　诱导(或促进)(不同的)原生质体融合　(2)分泌絮凝活性物质　降解石油(其他答案合理即可)　(3)石油　异养　分解者　(4)不加发酵液的石油污水(或不含目的菌株的石油污水或只有石油污水)
8．蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力，下面为科学家利用植物组织培养的方法，大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题 ：
蓝莓组织愈伤组织长出丛芽生根移栽成活
(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做____________，该技术的原理是______________。
(2)配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有____________________的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。经过①过程后，细胞的分化程度会________(填“升高”“降低”或“不变”)。
(4)愈伤组织经过②③过程重新分化成根或丛芽的过程叫________。
(5)蓝莓花青素在60 ℃以下的热稳定性较好，将含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40 ℃)制成成品。采用该方法的主要原因是__________________________________。
解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中①过程是脱分化形成愈伤组织的过程，高度分化的细胞恢复分裂能力，则分化程度降低。(4)图中②③过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降至40 ℃)制成成品，采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。
答案：(1)外植体　细胞具全能性　(2)提供能量和维持渗透压　生长素和细胞分裂素的用量及比例不同　(3)降低　(4)再分化　(5)避免(干燥时温度过高导致)花青素分解
9．(2018·漳州月考)下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解。请据图回答：

(1)图中①、②所示的结构分别是________、________。
(2)图中③、④所示的生物工程技术分别是____________、________。
(3)过程③通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作，含有营养物质丰富外，还因为它_________________________________________________
______________________________。
(4)过程④通常采用的方法是________________。
(5)过程④的完成需要用到的非酶基因操作工具为_______________________________。
(6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是_______________________________
________________。
解析：(1)体细胞核移植利用的是体细胞的细胞核和去核的卵细胞。内细胞团细胞具有发育的全能性，其中导入健康胰岛B细胞基因，可以形成能正常分泌胰岛素的胰岛B细胞群。因此①为细胞核，②为内细胞团细胞。(2)图中③是将体细胞的细胞核和去核卵细胞重组为一个细胞，为体细胞核移植技术。图中④是将健康胰岛B细胞基因导入受体细胞，为基因工程技术。(3)过程③通常用去核卵细胞作为受体细胞，除了因为它体积大，易操作，含有营养物质丰富外，还因为其含有能够激活细胞核全能性表达的物质。(4)将目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。(5)基因工程的基本工具为限制酶、DNA连接酶、载体，载体为非酶基因操作工具，通常为质粒。(6)图示方法与一般的异体移植相比可避免免疫排斥。
答案：(1)细胞核　内细胞团细胞　(2)(体细胞)核移植技术　基因工程(转基因技术或重组DNA技术)　(3)含有促进(或激活)细胞核全能性表达的物质　(4)显微注射技术　(5)载体　(6)不发生免疫排斥反应
10．(2017·合肥三模)下图表示细胞工程的流程图(a、b表示过程)，请据图回答下列问题：

(1)若图示为动物细胞融合的过程，则a特有的诱导剂是________________。以动物细胞融合为基础发展起来的杂交瘤技术为制备单克隆抗体开辟了新途径，通过把能产生抗体的________细胞与能在体外大量增殖的________细胞进行融合，得到既能迅速大量繁殖，又能产生专一抗体的杂交瘤细胞。
(2)若图示为植物体细胞杂交过程，则在甲、乙融合之前，需要用________________(填工具酶)制备________。这项工程的意义是__________________________________________。
(3)由甲乙融合得到丙细胞的基本原理是______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)若a是诱导动物细胞融合，则特有的诱导剂是灭活的病毒。在单克隆抗体的制备过程中，利用已免疫的B细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，该细胞既可以迅速大量增殖，又可以产生专一性抗体。(2)在植物体细胞杂交过程中，需要对甲乙细胞先用纤维素酶和果胶酶去壁，然后再诱导甲乙的原生质体融合。该技术可以克服有性杂交远缘不亲和障碍，扩大亲本组合的范围。(3)甲乙细胞融合形成丙细胞，利用了细胞膜的流动性。
答案：(1)灭活的病毒　B淋巴(浆)　骨髓瘤　(2)纤维素酶和果胶酶　原生质体　克服了有性杂交远缘不亲和障碍，扩大了亲本组合的范围　(3)细胞膜的流动性
11．(2018·天津十二校联考)“生物导弹”可用于杀死人类某些癌细胞。制备“生物导弹”是单克隆抗体的重要应用之一，其过程如下图所示：

(1)在①～⑤批量生产A蛋白抗原的过程中，要快速获得大量的A基因可采用________技术。在该技术中，解旋的方法是________；过程③所用的方法是________；④过程一般选择发育良好的________________________移植到受体牛的子宫中。
(2)在⑥～⑨批量生产“生物导弹”的过程中，⑦过程所用的“脾脏中的细胞”为________________。⑦过程区别于植物体细胞杂交技术所特有的诱导因素是________________，要得到所需的杂交瘤细胞要经过________次筛选，最终筛选出的杂交瘤细胞的特点是____________________________________。
解析：据图分析可知，①表示目的基因的获取，②表示基因表达载体的构建，③表示将目的基因导入受体细胞，④表示早期胚胎培养和胚胎移植，⑤表示用转基因牛大量生产A蛋白质，⑥表示将抗原注入小鼠体内， ⑦表示已免疫的B细胞与骨髓瘤细胞融合，⑧表示筛选、检测并获得大量所需要的杂交瘤细胞，最终获得单克隆抗体，⑨表示把抗癌细胞的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”。(1)通常采用PCR技术快速获得大量的目的基因；DNA分子受热变性后可解链为单链，所以在PCR技术中，用高温处理的方法进行解旋；将目的基因导入动物的受精卵，常用的方法是显微注射法；胚胎移植过程中，一般选择发育良好的桑椹胚或囊胚，移植到受体牛的子宫中。(2)将抗原注射到小鼠体内，小鼠会产生体液免疫反应，在该小鼠的脾脏中会出现一些能产生相应抗体的已免疫的B细胞(或浆细胞)，设法将这些细胞与小鼠的骨髓瘤细胞融合，再用特定的选择性培养基进行筛选，和进一步的克隆化培养和抗体检测，最终会得到既能迅速大量繁殖、又能产生专一抗体的杂交瘤细胞，进而制备单克隆抗体。因此⑦过程所用的“脾脏中的细胞”为已免疫的B细胞(或浆细胞)；动物细胞融合过程区别于植物体细胞杂交技术所特有的诱导因素是灭活的病毒；要得到所需的杂交瘤细胞要经过2次筛选。
答案：(1)PCR　高温处理　显微注射　桑椹胚或囊胚　(2)已免疫的B细胞(或浆细胞)　灭活的病毒　2　既能迅速大量繁殖，又能产生专一(或特异)抗体
12．利用细胞工程技术制备抗人绒毛膜促性腺激素(HCG)单克隆抗体，其主要流程如下：

回答下列问题：
(1)制备抗HCG单克隆抗体过程中，用到的动物细胞工程技术有________________和________________。
(2)细胞DNA合成有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。在HAT培养基中加入了氨基嘌呤，杂交瘤细胞能连续增殖，未融合细胞以及同种融合细胞因不能增殖而死亡。由此可判断骨髓瘤细胞DNA合成存在____________(填“D”“S”或“D和S”)途径。
(3)步骤③需对选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养及抗体检测，该过程一般在多孔细胞培养板上进行。先将细胞悬液稀释到7～10个细胞/mL，再在每个培养孔中滴入0.1 mL细胞稀释液，其目的是________________________________________________________
________________________。
(4)用抗HCG单克隆抗体作出诊断试剂，能在妊娠初期即可作出诊断，主要是因为该抗体具有________________的优点。
解析：(1)制备单克隆抗体过程中，用到的动物细胞工程技术有动物细胞融合和动物细胞培养。(2)免疫后的B淋巴细胞不能分裂增殖，鼠骨髓瘤细胞能不断分裂增殖。在HAT培养基中加入氨基嘌呤，阻断了细胞DNA合成的D途径，但DNA合成的S途径没有被阻断，结果未融合的细胞(包括骨髓瘤细胞和淋巴细胞)以及同种融合细胞(包括骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、淋巴细胞与淋巴细胞融合)因不能增殖而死亡，由此可判断骨髓瘤细胞DNA合成存在D途径。(3)在多孔细胞培养板上对选择培养的杂交瘤细胞进行培养时，先将细胞悬液稀释到7～10个细胞/mL，再在每个培养孔中滴入0.1 mL细胞稀释液的目的是使每个孔内不多于一个细胞，从而实现单克隆培养。(4)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的优点。
答案：(1)动物细胞融合　动物细胞培养　(2)D　
(3)使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆培养的目的
(4)特异性强、灵敏度高

第三讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题


[基础知识·系统化]
知识点一　体内受精和早期胚胎发育
1．精子和卵子的发生
项目
精子的发生
卵子的发生
场所
睾丸曲细精管
卵巢
时间
从初情期开始
胚胎出现性别分化后和初情期以后
变形
需变形
不需变形
分裂
均等分裂
不均等分裂(第一极体分裂除外)
结果
形成__4__个精子
形成1个卵子和3个极体

2．受精

3．早期胚胎发育

知识点二　体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精


2．胚胎的早期培养

知识点三　胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植

2．胚胎分割

3．胚胎干细胞


知识点四　生物技术的安全性和伦理问题


[基本技能·问题化]

1．请据体外受精过程的流程图回答下列问题
(1)体外受精的过程主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能及受精等几个步骤。
(2)采集精子的方法主要有假阴道法、手握法和电刺激法。获能的方法有培养法和化学诱导法。
(3)体外采集小鼠的卵子常用超数排卵处理法。
2．完善胚胎移植的过程示意图，并填空

(1)对供体牛要进行超数排卵处理；对供、受体牛要进行同期发情处理。
(2)排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是指把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。
(3)动物的早期胚胎一般发育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植。
(4)若要获得多个遗传物质完全相同的新个体，可对检查合格的胚胎用胚胎分割技术处理，该过程属于无性繁殖或克隆。
3．分析试管婴儿与克隆人的培育过程，回答下列问题
Ⅰ.试管婴儿的培育过程：

Ⅱ.克隆人的培育过程：

(1)试管婴儿技术与克隆技术在技术环节上的主要差异是前者需经过体外受精，后者需用到细胞核移植技术。
(2)试管婴儿技术属于有性生殖，克隆技术属于无性生殖。
(3)在Ⅰ的图示中，①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿培育的过程。后者比前者多了胚胎移植前的遗传学诊断过程。

考点一受精与早期胚胎发育

1．(2013·天津高考)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　分析题图可知，在促性腺激素的作用下完成减数第一次分裂并产生次级卵母细胞；只有在精子的作用下，次级卵母细胞才能完成减数第二次分裂；Ⅱ为卵原细胞，染色体数目为2N，Ⅲ为次级卵母细胞，在减数第二次分裂后期，着丝点分裂后染色体数为2N，Ⅳ为受精卵，在有丝分裂后期，着丝点分裂，染色体数目加倍为4N，三者在分裂后期染色体数目不同；动物基因工程中常用受精卵作为受体细胞。
2．如图表示哺乳动物发育过程的几个阶段，请据图回答下列问题：

(1)写出各个阶段的名称：
A：________，B：________，C：________。
(2)写出图中各标号的名称：
[2]____________，[4]____________，[5]____________，
[7]____________，[8]____________。
(3)A时期的细胞具有发育上的________性，B时期开始出现____________，C时期开始出现____________。
(4)[2]将来发育成________________________。
(5)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，合子只由一个精子和卵子结合，防止多精入卵受精的两道屏障分别是__________________、______________________。
解析：(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。(2)图B中[1]是滋养层，[2]是内细胞团，[3]是透明带，[4]是囊胚腔；图C中[5]是外胚层，[6]是滋养层，[7]是原肠腔，[8]是内胚层。(3)桑椹胚细胞具有全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已有胚层分化，分化为外胚层、内胚层，在内、外胚层之间将形成中胚层。(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织，滋养层将发育为胎儿的胎膜和胎盘。(5)受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。
答案：(1)桑椹胚　囊胚　原肠胚　(2)内细胞团　囊胚腔　外胚层　原肠腔　内胚层　(3)全能　细胞分化　胚层分化　(4)胎儿的各种组织　(5)透明带反应　卵细胞膜反应

[重难点拨]
1．关于体内受精应注意的几个问题
(1)精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。
(2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数第二次分裂的中期时，才具备与精子受精的能力。
(3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。
(4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2)，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。
2．卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而一直呼吸消耗，有机物总量减少。
(2)细胞数目和体积：胚胎总体积不变或略有减小，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
(3)细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。

考点二胚胎工程及其应用
命题点(一)　体外受精和早期胚胎培养
1．(2017·江苏高考)下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，错误的是(　　)
A．精子在获能液中于37 ℃、5%CO2条件下培养的目的是使精子获能
B．小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用
C．分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，因此发育成的个体没有形态学差异
D．注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育
解析：选C　精子在获能液中于适宜条件下培养可以使精子获能；小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射促性腺激素能促进其超数排卵；分割的胚胎细胞虽有相同的遗传物质，但由于生物的性状还受环境等因素的影响，故发育成的个体会存在形态学差异；胚胎干细胞可以发育成组织、器官，注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育。
2．(2018·皖南八校联考)如图是利用高等哺乳动物的生殖细胞进行的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)在体外受精前，要对精子进行________处理，从而使精子具有与卵细胞受精的能力。
(2)体外培养受精卵时，需给予一定量的O2和CO2。受精卵进行细胞呼吸产生CO2的场所是________，消耗的O2是用于________的产生。
(3)从受精卵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。
解析：(1)获得的精子需要进行获能处理后才具有受精能力。(2)受精卵进行的细胞呼吸是有氧呼吸，有氧呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体基质；有氧呼吸第三阶段氧气与[H]反应形成水。(3)受精卵培养成早期胚胎需要利用早期胚胎培养技术。将早期胚胎分割(囊胚的内细胞团要均等分割)后，可以获得多个胚胎。
答案：(1)获能　(2)线粒体基质　H2O(水)　(3)早期胚胎培养　胚胎分割
[重难点拨]
人工授精和体外受精的比较
比较项目
人工授精
体外受精
概念
用相应的器械采集公畜的精液，再将其注入正在发情的母畜的生殖道中，使母畜受孕的过程
哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精过程
场所
母畜的生殖道内
体外
过程
人工采精→检查与储存精液→人工授精(用人工的方法将精液注入正在发情的母畜生殖道中)

胚胎发
育场所
受精卵的形成和胚胎发育场所在母畜体内
受精卵的形成和早期胚胎发育在体外，胚胎移植后的胚胎发育在母畜体内

命题点(二)　胚胎移植与胚胎分割移植
3．下图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程，请回答下列问题：

(1)A细胞是________，在进行体外受精前要对精子进行________处理。
(2)进行胚胎分割时，应选择发育到________________时期的胚胎进行操作。
(3)②指的是______________________。
(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意__________________________________。
(5)受体母牛必须和供体牛是同种，并且要经过__________处理。
(6)将胚胎移植入受体后，还要对受体母牛进行是否________的检查。
解析：(1)A细胞是次级卵母细胞，在进行体外受精前要对精子进行获能处理。(2)进行胚胎分割时，应选择发育到桑椹胚或囊胚时期的胚胎进行操作。(3)图中①是内细胞团，②是囊胚腔。(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将内细胞团均等分割。(5)受体母牛必须和供体牛是同种，并且要经过同期发情处理。(6)将胚胎移植入受体后，还要对受体母牛进行是否妊娠的检查。
答案：(1)(次级)卵母细胞　获能　(2)桑椹胚或囊胚
(3)囊胚腔　(4)要将内细胞团均等分割　(5)同期发情　(6)妊娠
[重难点拨]
胚胎移植中的四个注意点
(1)胚胎移植过程中两次激素使用：
第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。
(2)胚胎移植过程中有两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。
(3)不同动物胚胎移植的时间不同：
牛、羊要培养到桑椹胚或囊胚阶段。小鼠、家兔在桑椹胚前。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。
(4)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖的判断：
取决于胚胎的来源。胚胎若是由受精卵形成的，则为有性生殖；若是由核移植技术或胚胎分割形成的，则为无性生殖。
命题点(三)　胚胎干细胞及其应用
4．(2013·山东高考)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS)，继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下：

(1)从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为____________，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为____________。
(2)图中2­细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为________；也可从灰鼠体内取出卵子，通过____________后进行早期胚胎培养获得。
(3)图中重组囊胚通过________技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用________方法保存。
(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的____________分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向____________后用于疾病的细胞治疗。
解析：(1)原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。接触抑制指贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。(2)将早期胚胎从母体子宫中冲洗出来叫冲卵。(3)暂不进行胚胎移植的胚胎可放入－196 ℃的液氮中保存。(4)iPS与ES细胞一样，可通过诱导定向分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。
答案：(1)原代培养　接触抑制　(2)冲卵(或：冲胚) 　体外受精(或：核移植)　(3)胚胎移植　冷冻(或：低温)　(4)内细胞团　诱导分化

考点三生物技术的安全性和伦理问题
1．(2014·重庆高考)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述，错误的是(　　)
A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质
B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆
C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿
D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
解析：选D　在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害的物质的目的基因；在对克隆技术引发的伦理问题的争论中，普遍的观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆；在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中，反对设计试管婴儿的原因之一是有人可能滥用此技术选择性设计婴儿；生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等，不包括干扰素。
2．(2017·来宾期末)全球首批经全基因组测序的PGD/PGS试管婴儿在长沙诞生。新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SRY­PCR法，操作的基本程序是：从被测的囊胚中取出几个____________(填“滋养层”或“内细胞团”)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；最后与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。
解析：(1)给女性注射促性腺激素可促使其超数排卵。(2)胚胎发育的卵裂期是在透明带内进行的。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。(3)目前，对胚胎的性别进行鉴定的最有效最准确的方法是SRY­PCR法，操作的基本程序是：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；与SRY特异性探针出现阳性反应者，说明其含有Y染色体，为男性。(4)治疗性克隆是指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
[重难点拨]
试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
(1)过程区别：设计试管婴儿比试管婴儿多出的是胚胎移植前的遗传学诊断过程。
(2)技术手段不同：设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断，而试管婴儿无需进行遗传学诊断。
(3)应用不同：试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。
(4)相同点：两者都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。


[真题集训——验能力]
1．(2017·江苏高考)牛雄性胚胎中存在特异性H­Y抗原，可在牛早期胚胎培养液中添加H­Y单克隆抗体，筛选胚胎进行移植，以利用乳腺生物反应器进行生物制药。下列相关叙述正确的是(　　)
A．H­Y单克隆抗体由骨髓瘤细胞分泌
B．应选用原肠胚做雌雄鉴别
C．鉴别后的雄性胚胎可直接做胚胎移植
D．用H­Y抗原免疫母牛可获得相应抗体
解析：选D　H­Y单克隆抗体由杂交瘤细胞分泌；应选择囊胚期的滋养层细胞做雌雄鉴别；鉴别后的雌性胚胎才可用于胚胎移植；用H­Y抗原免疫母牛可获得相应抗体。
2．(2015·山东高考)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
3．(2015·重庆高考)某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。
(1)拟进行如下杂交：
♂A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)→C
选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常________。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是______，后代中出现这种母牛的概率是________(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。
(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。

精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的________。子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。
(3)为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。
解析：(1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用T、t表示，控制适应性强弱的基因分别用R、r表示。杂交后代C中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高，说明高产奶、低适应性均为隐性性状，则推导出A的基因型为ttrr，B的基因型为TTRR，C的基因型为TtRr。通过回交，即C牛与A牛杂交(TtRr×ttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/2×1/2×1/2＝1/8。
(2)在体外受精过程中，从供体公牛获得的精子经获能处理后，才具有受精能力。从供体母牛采集的卵子经培养达到MⅡ中期后在与精子受精过程中最终成熟。由于受精作用的随机性，为筛选出具有优良性状的母牛，在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子，所以子代母牛的优良性状与供体母牛减数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。
(3)提高已有胚胎利用率的最好措施是胚胎分割。
答案：(1)生长发育或胚胎发育　隐性　♂A ×♀C　1/8
(2)获能或增强活力　③　供能　性别、高产奶和适应生长的基因　②　(3)胚胎分割

[课下检测——查缺漏]
一、基础题点练
1．下列有关哺乳动物精子和卵子发生的叙述，错误的是(　　)
A．精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体
B．不同种动物的精子形态相似，但大小不同，体型越大的动物精子越大
C．卵母细胞发育至减数第二次分裂中期时，才具备受精能力
D．哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前完成的，这是精子和卵子在发生上的重要区别
解析：选B　不同种动物的精子形态相似，大小略有不同，但与动物的体型大小无关。
2．(2016·江苏高考)印度沙漠猫是一种珍稀猫科动物，通过胚胎工程技术，可以让家猫代孕而繁育，主要步骤如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)

A．步骤甲、乙分别是指精子获能、胚胎分割
B．诱导超数排卵所注射的激素只能作用于特定细胞
C．受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于培养液
D．步骤甲使用的培养液和早期胚胎培养液成分基本相同
解析：选B　步骤甲为体外受精，步骤乙为胚胎移植；诱导超数排卵所用的激素是促性腺激素，只作用于性腺细胞；受精卵发育成早期胚胎所需营养主要来源于卵细胞中的卵黄；步骤甲体外受精使用的是获能溶液或专用的受精溶液，与早期胚胎培养液成分差别较大。
3．如图是胚胎干细胞分离途径示意图。下列说法正确的是(　　)

A．图中a所示细胞将来能够发育成胎膜和胎盘
B．胚胎干细胞的体积和细胞核都较小
C．胚胎干细胞可以增殖而不发生分化
D．利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用
解析：选C　图中a所示细胞为内细胞团，将来能发育为胎儿的各种组织；胚胎干细胞的体积小，细胞核大；在体外培养条件下，胚胎干细胞可以只增殖不分化；利用胚胎干细胞培育的人造器官，还在临床试验阶段。
4．(2015·天津高考)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　受精卵的细胞质几乎全部来自捐献者的卵母细胞，故避免了母亲的线粒体遗传病基因遗传给后代。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。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。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。
5．如图表示利用二倍体小鼠所做的实验，相关分析合理的是(　　)

A．过程①中存在有丝分裂、减数分裂和细胞分化
B．图中囊胚的细胞基因型都相同
C．代孕母鼠需进行同期发情处理
D．嵌合体幼鼠是四倍体
解析：选C　过程①没有减数分裂，只有有丝分裂和细胞分化；图中囊胚的细胞来自两种小鼠，故这些细胞基因型不相同；胚胎移植过程中，需要对供、受体雌鼠进行同期发情处理；嵌合体幼鼠染色体并未加倍，仍是二倍体。
二、高考题型练
6．(2018·琼海一模)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率。请回答下列问题：
(1)可以用由________分泌的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养至减数第二次分裂的中期。培养过程中要定期更换培养液，其原因是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)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。
(3)随着动物体细胞克隆技术的发展，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________，植入代孕母马体内。
(4)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。
解析：(1)用垂体分泌的促性腺激素处理适龄纯血母马，可使其超数排卵。采集的卵母细胞培养过程中要定期更换培养液，防止细胞代谢产物的积累而毒害细胞。(2)桑椹胚或囊胚的内细胞团细胞为全能干细胞，可以在胚胎发育的桑椹胚或囊胚期用机械方法将胚胎分割，以取得同卵双胎或多胎。(3)利用克隆技术可以将纯血马的体细胞细胞核移入其他马的去核卵母细胞中，将其激活并发育成早期胚胎，植入代孕母马体内。(4)我国政府的态度是不反对治疗性克隆，禁止生殖性克隆人。
答案：(1)垂体　长时间不更换培养液，会导致细胞代谢产物的积累而毒害细胞　(2)桑椹胚或囊胚　(3)体细胞细胞核　去核卵母　早期胚胎　(4)生殖
7．(2018·西安一模)Leigh氏综合征是一种攻击神经系统的严重神经障碍病，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而夭亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据男婴孕育过程回答下面的问题：

(1)该母亲的前两个孩子患病夭亡的原因是____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
该健康男婴孕育过程中依次使用了________________________________________
____________________、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。
(2)图示过程中代表该母亲卵母细胞的是________(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射________激素。
(3)早期胚胎需经过____________________(水平)检测合格后才能植入母亲的子宫继续发育。
(4)在胚胎孕育过程中，医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题意可知，该母亲约有1/4的线粒体携带这种致病基因，并且该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，这导致前两个孩子患病夭亡；根据图示信息可知，该健康男婴孕育过程中依次使用了核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(2)图中首先对卵母细胞A去核，然后与卵母细胞B的细胞核融合，重组的卵细胞中含有卵母细胞A的细胞质，说明A的细胞质基因是正常的，因此代表该母亲卵母细胞的是B。取卵之前，该母亲需要注射促性腺激素，进行超数排卵。(3)早期胚胎需经过DNA分子水平检测合格后才能植入母亲的子宫继续发育。(4)在胚胎孕育过程中，由于男性的线粒体不会遗传给后代，因此医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育。
答案：(1)该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全都来自卵细胞，导致前两个孩子患病夭亡　核移植、体外受精　(2)B　促性腺　(3)DNA分子水平　(4)男性的线粒体不会遗传给后代
8．(2017·濮阳三模)下面是繁育良种奶牛的示意图，据图回答下列问题：

(1)对供体母牛用____________处理可获得更多的卵母细胞，经人工授精后可得到早期胚胎。在胚胎移植前，若对胚胎进行性别鉴定，可以在分子水平上对早期胚胎进行性别鉴定，也可以在细胞水平上通过对____________的分析进行性别鉴定。体外培养受精卵时，培养液中提供CO2的目的是__________________。若要对囊胚阶段的胚胎进行分割，其操作过程中需要注意的问题是__________________________。
(2)对受体母牛要进行同期发情处理是为了____________________________________，图示流程中冲卵的“卵”是指____________。实际生产中常利用体细胞克隆保持供体母牛的许多优良性状，操作中用于核移植的体细胞一般选用________代以内的细胞，其原因是____________________________________________________。
解析：(1)对供体母牛用促性腺激素处理可使其超数排卵，以获得更多的卵母细胞。若在细胞水平上对胚胎进行性别鉴定，可通过对性染色体分析加以鉴别。体外培养受精卵时，培养液中提供CO2用于维持培养液的pH。若要对囊胚阶段的胚胎进行分割，需要注意将内细胞团均等分割。(2)对受体母牛要进行同期发情处理是为了给供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。题图过程中的冲卵实际上是获得早期胚胎。实际生产中常利用体细胞克隆保持供体母牛的许多优良性状，操作中用于核移植的体细胞一般选用10代以内的细胞，其原因是10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。
答案：(1)促性腺激素　性染色体　维持培养液的pH　将内细胞团均等分割
(2)使供体、受体的生理变化相同　早期胚胎　10　10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型
9．(2018·衡阳调研)科学家利用活体卵子及皮肤成纤维细胞，在实验室已成功克隆出了数个人体胚胎，进而可开发出有研究价值的胚胎干细胞。回答下列问题：
(1)胚胎干细胞在形态上表现为体积小，细胞核大，______明显等特点，在功能上具有__________________________。自然状况下的胚胎干细胞是从哺乳动物的________________________中分离出来的一类细胞。
(2)若将胚胎干细胞用于检测有毒物质是否引起了基因突变，在分子水平上需要采用________________________技术。
(3)通过胚胎干细胞体外诱导分化，可培育出人造组织器官，解决目前______________________和____________________________问题。
(4)科学家克隆人体胚胎时选用活体卵子，而不用精子，其原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显等特点，在功能上具有发育的全能性。自然状况下的胚胎干细胞是从哺乳动物的早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。(2)若将胚胎干细胞用于检测有毒物质是否引起了基因突变，在分子水平上需要采用DNA分子杂交技术。(3)通过胚胎干细胞体外诱导分化，可培育出人造组织器官。目前临床上器官移植存在两大问题：供体器官不足和器官移植后免疫排斥。(4)科学家克隆人体胚胎时选用活体卵子，而不用精子，其原因是卵细胞较大，营养物质丰富，含有早期胚胎发育所需要的营养物质，也较易操作。
答案：(1)核仁　发育的全能性　早期胚胎或原始性腺
(2)DNA分子杂交(基因探针)
(3)临床存在的供体器官不足　器官移植后免疫排斥
(4)卵细胞含有早期胚胎发育所需要的营养物质；卵细胞较大，也较易操作
10．干扰素是治疗癌症的重要药物，传统方法必须从血液中提取，每升人血液中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下图的方式生产干扰素。试回答相关问题：

(1)若要使获得的转基因牛乳汁中含有人干扰素，构建的基因表达载体必须包括：乳腺蛋白基因的启动子、人干扰素基因、终止子、________和复制原点等。将基因表达载体导入受精卵最有效的方法是______________________。
(2)通常情况下，对供体和受体母牛选择后，要用激素进行______________。并用激素对供体母牛做________处理。
(3)为了实现干扰素的批量生产，早期胚胎进行移植之前要进行质量检测，并要求早期胚胎细胞中的性染色体组成为________。选择发育良好的囊胚或________胚进行移植。为了提高胚胎利用效率，可在这两个阶段进行胚胎分割，胚胎分割可以看作动物________(填“有性”或“无性”)繁殖的方法之一。
(4)近年来，关于胚胎干细胞的研究越来越多。胚胎干细胞具有发育的全能性，如图所示的细胞A和细胞B分别是________细胞、________细胞，可以从这些细胞中获得胚胎干细胞。
解析：(1)将目的基因注入动物细胞的最有效方法是显微注射法。(2)胚胎移植过程中要注意对供体、受体进行同期发情处理，同时要对供体母牛进行超数排卵处理，以获得更多的后代。(3)因为需要从乳汁中提取药物，所以应选择性染色体组成为XX的雌性个体；胚胎分割是无性繁殖的方法之一。(4)通常从早期胚胎的内细胞团或胎儿的原始性腺获得胚胎干细胞。
答案：(1)标记基因　显微注射法　(2)同期发情处理　超数排卵　(3)XX　桑椹　无性　(4)内细胞团　原始性腺
11．EPO是促红细胞生成素(Erythropoietin)的英文简称，是一种激素样物质，可促进体内新红细胞生成。人类已可通过基因工程合成EPO基因，并采用中国仓鼠卵巢(CHO)细胞表达系统来获取产物。其过程如下：

请回答下列问题：
(1)从人体组织中提取EPO的mRNA，通过逆转录得到________，再通过PCR技术获得大量EPO基因。
(2)供体母鼠通常情况下每次排卵8～12枚，为使其超数排卵，需注射________激素以排出更多的卵子，培养到________时期与获能的精子相遇时，精子首先发生______反应，穿越放射冠和透明带，完成体外受精。
(3)①过程构成了基因表达载体，内部包括不可缺少的组成部分，其中________能驱动基因的转录。
(4)采用____________技术，将重组表达载体导入小鼠受精卵中，将受精卵移入发育培养液中继续培养。培养液成分除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________等物质。
(5)当胚胎发育至____________时期，向受体移植，为获得更多个转基因胚胎，要将________均等切割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。此外，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行____________。
解析：(1)获取目的基因的方法可通过逆转录法，故从人体组织中提取EPO的mRNA，通过逆转录得到cDNA，再通过PCR技术获得大量EPO基因。(2)为使供体母鼠超数排卵，需注射促性腺激素以排出更多的卵子，卵子需培养到减数第二次分裂中期时才能与获能的精子完成受精作用，两者相遇时，精子首先发生顶体反应，穿越放射冠和透明带。(3)①过程为形成基因表达载体的过程，基因表达载体包括启动子、终止子等，其中启动子为RNA聚合酶结合的部位，能驱动基因的转录。(4)常用显微注射技术将目的基因导入受精卵；培养动物细胞的培养液中一定含有血清。(5)胚胎移植时一般在桑椹胚或囊胚时期，为获得更多转基因胚胎，要将囊胚的内细胞团均等切割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。此外，移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行性别鉴定。
答案：(1)cDNA　(2)促性腺　减数第二次　顶体　(3)启动子　(4)显微注射　血清　(5)桑椹胚或囊胚　内细胞团　性别鉴定
12．我国研究人员创造出一种新型干细胞——异种杂合二倍体胚胎干细胞，具体研究过程如下图所示，请据图回答问题：

(1)图中的单倍体囊胚1最可能是由小鼠的________发育而来，所采用的技术应为________________，培养过程中使用的培养液除含有一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、________以及血清等物质。
(2)图中的单倍体ES应取自囊胚的________细胞，ES在形态上表现为________________________________________________________________________。
(3)由于物种间存在________，因此自然情况下哺乳动物远亲物种间的配子往往无法完成________作用，或者即便能完成也不能发育。但是人们为了生物学研究的便利，创造出了各类远亲物种间的杂合细胞，如小鼠—大鼠、人—鼠等杂交细胞，由于这些细胞都是由体细胞融合产生，因此杂交细胞中通常含有________个染色体组。
解析：(1)单倍体是指由配子发育来的个体，卵子比精子营养物质丰富，更容易发育，采用的技术为早期胚胎培养，需要的营养物质有有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸(简称两盐、两素、两酸)，另加血清、血浆等物质。(2)囊胚的内细胞团细胞为全能性细胞，即胚胎干细胞，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显。(3) 自然界中物种存在生殖隔离，所以自然情况下不同物种间不能相互交配，其配子无法识别，所以不能完成受精作用。利用动物细胞融合技术可以使不同物种的细胞融合，融合后的细胞中含有两个物种全部的遗传信息，为四倍体。
答案：(1)卵子(卵细胞)　早期胚胎培养技术　氨基酸、核苷酸　(2)内细胞团　体积小、细胞核大、核仁明显　(3)生殖隔离　受精　4

第四讲生态工程




[基础知识·系统化]
知识点一　生态工程的基本原理
1．关注生态工程建设

2．生态工程的基本原理

知识点二　生态工程的实例和发展前景
1．生态工程的类型与实例(连线)

2．生态工程的发展前景



[基本技能·问题化]
1．分析下列实例所体现的生态工程的基本原理
(1)观察甲、乙两图，将其利用的生态工程的原理填空：

图甲体现物质循环再生原理，图乙体现整体性原理。
(2)将下列实例所体现的生态学原理连接起来：

2．请据生态工程示意图回答下列问题

(1)从生态学角度分析，人们建立如图所示农业生态系统的主要目的是：实现物质的循环再生和能量的多级利用；该系统中将植物秸秆、动物粪便等废弃物合理地进行了利用，这体现了生态工程的物质循环再生原理。
(2)该生态工程能生产出无公害大米，原因是：减少了化肥和农药的使用量，减少了环境污染。
(3)将蘑菇房与蔬菜大棚相通可提高蔬菜产量，原因是蘑菇呼吸产生的二氧化碳可以供蔬菜进行光合作用，使其光合作用增强。


考点一生态工程的原理
命题点(一)　生态工程的基本原理
1．现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：
(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过__________________呼吸将有机物分解。
(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(填“生态系统”“群落”或“种群”)。在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于__________所固定的________能。
(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、________________和________________等原理。
(4)一般来说，生态工程的主要任务是对________________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
解析：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。
答案：(1)无氧和有氧(或细胞)　(2)群落　一　生产者　太阳　(3)物质循环再生　物种多样性　(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)

[重难点拨]
比较生态工程的五大基本原理
物质循环再生原理
物质在生态系统中循环往复、分层分级利用
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
协调与平衡原理
处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力
整体性原理
工程建设时，既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
系统学和工程学原理
系统的结构决定功能原理：生态工程通过改善和优化系统的结构达到功能改善的效果
系统整体性原理：系统各组分之间要有适当的比例关系，顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，实现总体功能大于各部分之和的效果

命题点(二)　传统农业与生态农业的比较
2．在社会主义新农村建设中，某县积极发展畜禽养殖和栽桑养蚕两大支柱产业。在生产总量不断提高的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现资源的最大化利用，走出了一条适合本地区可持续发展的生态工程之路。请分析下图回答问题：

(1)该生态工程所遵循的基本原理有_________________________________________
________________________________________________________________________(至少写2种)。
(2)该生态系统的能量流动从________________________________开始，图中属于消费者的生物有______________。
(3)与传统农业生态系统相比，该生态系统更能净化环境，其主要原因是________________________________________________________________________。
(4)该生态系统为何能提高经济效益？_____________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该生态系统提出你的一条合理化建议。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是________________________________________________________________________。
请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法：________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)该生态工程依据的是物质循环再生、物种多样性和协调与平衡原理。(2)该生态系统能量流动是从桑、油菜等生产者固定太阳能开始。消费者是蚕、禽、畜等。(3)由图可知，该生态系统实现了废物再利用及无害化处理，因此更能净化环境。(4)该生态系统实现了物质的循环利用和能量的多级利用，降低了生产成本，提高了农产品的产量。(5)该生态系统中，蚕沙碎屑未被利用，可利用蚕沙碎屑养鱼，鱼塘塘泥还可作肥料。(6)该生态系统生物群落结构相对复杂，从而使抵抗力稳定性增强，自我调节能力提高。利用生物的种内关系或种间关系来诱杀害虫，如利用捕食关系引入天敌，利用性引诱剂进行防治害虫等。
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　(2)桑、油菜等生产者固定太阳能　蚕、禽、畜
(3)粪便等“废弃物”被及时利用
(4)实现了物质的循环利用和能量的多级利用，提高了农产品的产量；减少了化肥、农药的使用(降低了农业成本投入)
(5)蚕沙碎屑用来养鱼；鱼塘塘泥用来肥田
(6)抵抗力稳定性较高(营养结构较复杂，自我调节能力较强)　天敌防治、激素防治、种植转基因抗虫作物(任选两种)

考点二生态工程的实例
长江的水体污染主要是由于流入长江的次级河流在流经城镇时，城市中的生活污水、工业废水大量排入河流，造成河流污染。某小组利用人工浮床技术对次级河流中水质净化分析，实验装置如下图：

(1)图中植物的作用是________________。该植物采收后，可以直接用作____________，也可干燥处理后用来提取____________等金属。
(2)此案例属________________生态工程的实例，它遵循的生态工程原理是__________________(写一个即可)。
(3)该小组利用人工浮床开展了“茭白和菖蒲对生活污水净化效果”的研究，你认为该实验装置应该准备________组，应采取的处理措施是：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)为了避免实验误差，你认为每个实验装置中的植物株数应______________。
(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)人工浮床的原理就是利用浮床植物发达的根系吸附大量悬浮物，靠其中的微生物降解和吞噬作用净化水中的污染物，其次浮床植物在生长过程中还能利用水中的氮、磷污染物；另外人工浮床通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖，可有效防止“水华”发生，提高水的透明度。(2)人类对城市生活污水的治理应用了生态工程的协调与平衡、整体性原理等。(3)每一实验组的植物数量应该相同，而且具有一定的数量，避免因统计误差对实验结果的影响。(4)为了避免实验误差，每个实验装置中的植物株数应相等且多数。(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光来抑制水体中藻类的生长繁殖。
答案：(1)吸收水中的化学元素　饲料　铜、锌、汞　(2)城市环境　协调与平衡原理、整体性原理、物质循环再生原理等(写出一个即可)　(3)4　一组只栽茭白，一组只栽菖蒲，一组混合等量的茭白和菖蒲，一组空白对照(不栽植物)　(4)相等且多数　(5)一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光来抑制水体中藻类的生长繁殖

[重难点拨]
判断不同生态工程中的基本原理
(1)在六类生态工程实例中除“矿区废弃地的生态恢复工程”外，其余五大生态工程均涉及整体性原理。
(2)除“矿区废弃地生态恢复工程”及“农村综合发展型生态工程”外，均涉及协调与平衡原理。
(3)只有“农村综合发展型生态工程”涉及物质循环再生原理。
(4)只有“农村综合发展型生态工程”及“大流域生态系统恢复工程”涉及物种多样性原理。
(5)只有“小流域综合治理生态工程”及“矿区废弃地生态恢复工程”涉及工程学原理。


[真题集训——验能力]
1．(2014·重庆高考)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。
(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如右图所示。t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在________________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人工林抵抗力稳定性的变化是________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。
(2)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____________原理。
解析：(1)生态系统成分中的分解者可将有机物转化为无机物，供生产者利用。在群落次生演替过程中，土壤中原有的植物种子或繁殖体增加了人工林生态系统中的植物物种数。图示t1→t3阶段，植物物种数增加，该生态系统的抵抗力稳定性增强。植物物种数逐渐增加，物种之间竞争加剧。(2)人工林的建设和园林景观的构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，主要体现了生态工程的整体性原理。
答案：(1)分解者　种子或繁殖体　增强　竞争
(2)整体性(系统论)
2．(2013·广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表。
测定项目
红壤
红壤＋污泥
红壤＋含7%生物质炭的污泥
土壤PAHs含量(μg/kg)
527
1 079
765
黑麦草叶绿素含量(mg/g)
2.0
2.1
2.3
黑麦草每盆干重(g)
1.7
2.3
2.7
黑麦草PAHs含量(μg/kg)
401
651
428

(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞____________加强，________合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。
(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥____________________________，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量________，但生物质炭的输入____________________，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的______________原理。
解析：(1)土壤的通气状况改善，细胞有氧呼吸增强，合成更多的ATP，为根吸收矿质元素提供大量的能量。(2)由表可知施用含7%生物质炭的污泥的黑麦草叶绿素含量增加，从而使黑麦草的光合作用增强，促进黑麦草生长。污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量都增加，但生物质炭可以吸附PAHs，从而降低PAHs污染的风险。
答案：(1)有氧呼吸　ATP　(2)能增加黑麦草的叶绿素含量，使光合作用增强　升高　能吸附PAHs　物质循环再生
[课下检测——查缺漏]
一、基础题点练
1．下列实例与主要体现的生态工程基本原理，匹配最恰当的是(　　)
A．中国传统农业——物种多样性原理
B．在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁——物质循环再生原理
C．包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥——协调与平衡原理
D．水乡的桑基鱼塘——整体性原理
解析：选C　中国传统农业主要应用了物质循环再生原理；在养分稀少的深海有物种丰富的珊瑚礁主要体现了物种多样性原理；包孕吴越的太湖中水葫芦泛滥主要违反了协调与平衡原理；桑基鱼塘主要应用了系统的结构决定功能原理。
2．下列有关生态工程的实例和原理中，错误的是(　　)
选项
有关实例
相关的生态工程原理
A
无废弃物农业
遵循物质循环再生原理
B
在人工林中增加植被的层次
遵循物种多样性原理
C
无锡太湖水体富营养化引起大面积水华
违反协调与平衡原理
D
前面造林，后面砍林
违反系统学和工程学原理

解析：选D　D项所述内容是在追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，相关的生态工程原理是整体性原理。
3．下列关于生态工程的理解，错误的是(　　)
A．我国“三北防护林”运用物种多样性原理，取得了巨大的生态效益
B．小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等
C．在湿地周围建立缓冲带，可减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能
D．在对城市进行规划和布局时，要进行城市生态分区
解析：选A　我国“三北防护林”虽然取得了巨大的生态和经济效益，但是由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题，例如最初进行林带建设时，没有遵循物种多样性原理，单一种植了大片的樟子松林，导致松毛虫肆虐，很多地方的樟子松因此奄奄一息。
4．设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法错误的是(　　)

A．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
B．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用
C．用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生的原理
D．该生态工程的运转离不开人的管理
解析：选C　用蛆蛹粪便还田，运用了物质循环再生原理，能量是不能循环再利用的。
5．“生态农业”是高效的农业生态系统，下面为一个“生态农业”的模式图，据图判断下列说法错误的是(　　)


A．该“生态农业”涉及的原理有整体性原理、协调与平衡原理、系统学和工程学原理等
B．在池塘生态系统中，鱼苗的放养最好控制在K/2左右
C．蚕、鸡等生物属于消费者
D．沼气池实现了物质和能量的多级利用，提高了能量传递效率
解析：选D　生态农业实现了物质和能量的多级利用，提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率。
二、高考题型练
6．我国珠江三角洲地区，为充分利用土地，创造了一种挖深鱼塘、垫高基田、塘基植桑、塘内养鱼的高效人工生态系统——桑基鱼塘，如图所示。据图回答有关问题：

(1)生态工程遵循的基本原理有_________________________________________、
____________________、________________、整体性原理和系统学与工程学原理等。
(2)该生态工程能将蚕沙、蔗叶等变成鱼类的饵料，塘泥中的微生物能将有机物转化成无机物，为甘蔗、桑树的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的________，而且体现了__________的“循环经济”原则。
(3)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__________稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。
(4)桑基鱼塘的生产方式与改造前的传统耕作方式比较，主要的优点有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(至少答2点)。
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　(2)资源化　生态经济　(3)抵抗力　(4)减轻水患、提高经济效益、减少环境污染等
7．(2018·烟台模拟)生态农业是建设社会主义新农村的重要内容之一。下面是两种生态农业模式：
模式1：鸡—猪—鱼立体养殖模式：一亩鱼池配6～8头猪，100～120只鸡，鱼池中各种鱼的比例大致为：花白鲢占20%，草鱼占40%，鲤鱼、鳙鱼占40%，每亩投放鱼苗4 500尾。每天从鸡舍中收集新鲜的鸡粪晒干，经初步发酵后混入一定量饲料喂猪，猪粪喂鱼。
模式2：“四位一体”生态模式：以太阳能为动力，以沼气为纽带，将日光温室、沼气池、蔬菜种植和温室养猪相结合的一种新的农业生产模式。
请分析回答有关问题：
(1)在模式1中，必须注意某种鱼的投入数量，不宜超过该鱼在生态系统中的____________________，这体现了生态工程的__________________原理。鱼塘中不同鱼类生活在不同水层，体现了生物群落在垂直结构上具有________的现象。
(2)模式2中，光能输入生态系统的途径是________________________，沼气池中的产甲烷杆菌在生态系统中属于____________(成分)。
(3)模式2中建立以沼气为中心的“四位一体”生态工程主要遵循的生态工程原理是____________原理。
解析：(1)在一个生态系统中，某生物的数量不能超过其环境容纳量。不同鱼类生活的水层不同，体现了生物群落在垂直结构上具有分层现象。(2)光能通过生产者的光合作用进入生态系统；产甲烷杆菌为分解者。(3)“四位一体”模式主要遵循的生态工程原理是物质循环再生原理。
答案：(1)环境容纳量　协调与平衡　分层
(2)通过生产者的光合作用　分解者
(3)物质循环再生
8．建设社会主义新农村的关键是构建和谐社会，发展生态农业，走可持续发展之路。下图为某地一生态工程建设模式图，请据图回答有关问题：

(1)生态经济：通过实行“循环经济”原则，使一个系统产出的污染物，成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化。“无废弃物农业”体现了生态工程的______________原理。
(2)该生态工程模式的最大优点是________________________________。该生态工程种植不同的农作物、果树、苗木，饲养牛、猪、鸡等多种畜禽，体现了生态工程的__________________原理。
(3)该生态系统中，处于第二营养级的生物除鸡、奶牛、鱼外还有________________________________________________________________________。
(4)沼气池能否看作一个生态系统？__________________，为什么？__________________________________。
解析：(1)“无废弃物农业”主要体现了生态工程的物质循环再生原理。(2)该生态工程模式的最大优点是实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，减少了对环境的污染。种植多种植物，饲养多种畜禽，主要体现了生态工程的物种多样性原理。(3)第二营养级是以植物为食的生物，由图可知位于第二营养级的还有人和猪。(4)生态系统包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，沼气池中缺少生产者，不能看作一个完整的生态系统。
答案：(1)物质循环再生　(2)实现了物质的循环利用，提高了能量利用率，减少了环境污染　物种多样性　(3)猪、人(写全才可)　(4)不能　沼气池中缺少生产者
9．实施西部大开发，要切实搞好生态环境保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等。
(1)在生态工程中，人类应用了________________等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。
(2)在西部地区“退耕还林还草”的目的是______________，从而能够提高生态系统的自我调节能力，这个过程遵循的原理是________________________________________________________________________。
(3)根据______________原理可知，西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑________________________，因为若超过其限度，就会引起________________________________________________________________________。
(4)一般来说，生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行____________________________。
解析：(1)在生态工程中人类应用了生态学和系统学等学科的基本原理和方法，促进了人类社会和自然环境的和谐发展。(2)“退耕还林还草”的目的是增加当地物种多样性，其遵循的是物种多样性原理。(3)西部地区的草场，要注意合理放牧，需要考虑环境承载力，因为若超过其限度，就会引起系统的失衡和破坏，需遵循的是协调与平衡原理。(4)生态工程的目标除了治理环境污染之外，主要是对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。
答案：(1)生态学和系统学　(2)增加当地物种多样性　物种多样性原理　(3)协调与平衡　环境承载力　系统的失衡和破坏　(4)生态恢复
10．回答下列某生态工程建设的相关问题：
(1)某生态工程以沼气工程为中心，将各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的________________原理，提高了能量____________。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循__________________原理。
(2)在上述的生态工程中，种植着不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，这体现了生态工程的____________原理。农作物、果树、禽畜都可以给人类提供食物，这体现了生物多样性的________价值。
(3)该生态工程建设中，鱼塘中的每一种鱼苗的投放量都不宜超过其____________，遵循了生态工程的__________原理。为保证鱼塘的最大捕获量，应在种群数量达到K/2________(填“之前”或“之后”)捕捞。
解析：(1)某生态工程将各类植物的秸秆、枝叶用来生产饲料喂养畜、禽、鱼，人、畜、禽粪便作为原料生产沼气，沼渣返还农田、菜园、果园、苗圃、鱼塘，主要体现了生态工程的物质循环再生原理，提高了能量利用效率。该生态系统把鱼塘、农田、果园等有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统的结构决定功能原理。(2)生态工程中种植不同的农作物、果树，饲养多种畜禽，体现了生态工程的物种多样性原理。不同生物给人类提供食物体现了生物多样性的直接价值。(3)在生态工程建设中，某种生物的数量不宜超过其环境容纳量，否则会引起系统的失衡和破坏，这遵循了生态工程的协调与平衡原理。为获得最大捕获量，应在种群数量达到K/2之后捕捞，捕捞后剩余量在K/2左右可保证最大增长速率。
答案：(1)物质循环再生　利用效率　系统的结构决定功能　(2)物种多样性　直接　(3)环境容纳量　协调与平衡　之后
11．如图是我国常见的一种生态农业示意图，请据图回答下列问题：

(1)图示生态农业所遵循的主要生态工程原理是________________原理。农作物、苍蝇分别属于该生态系统成分中的________、________，沼气池中微生物的异化作用类型主要是________。
(2)画出该生态系统中由生产者与消费者构成的食物网。
(3)该生态系统建立的意义在于人为调整生态系统的能量流动关系，使能量________________________________，其最大生态效益是通过多层次分级利用有机废弃物中的物质，既充分利用了有机物中的________，又__________。
(4)从能量流动特点分析，若使地球以有限的资源供养更多的人，人的食物结构应增加________性食物的比例。
解析：(1)由图示可知苍蝇和蚯蚓以秸秆为食物来源，属于分解者。(2)依据图中能量流动关系即可绘制食物网。(3)生态农业可将废物资源化，实现能量的多级利用，既充分利用了能量，又减少了环境污染。(4)食物链越长，消耗的能量越多，因此增大植物性食物的比例，可减少能量的消耗，以供养更多的人。
答案：(1)物质循环再生　生产者　分解者　厌氧型　
(2)如图所示：　(3)尽可能流向对人类最有益的部分　能量　减少了环境污染　(4)植物
12．回答下列有关生态工程的问题：
(1)一般来说，生态工程的主要任务是对______________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。与传统的工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、________等特点。
(2)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生、协调与平衡、________和物种多样性等原理。人、畜粪便用于农作物的生产主要符合______________原理；连年种植单一品种造成病虫害增加主要违反了____________原理。
(3)在湿地生态恢复工程中，应在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少______________，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
(4)“猪—沼—果”是我国一种常见的生态农业模式，以沼气为纽带，带动畜牧业、林果业等相关农业产业共同发展。该生态农业中的所有生物共同组成了________(填“生态系统”、“群落”或“种群”)；该生态农业模式能实现能量的______________。
解析：(1)生态工程的主要任务包括对已被破坏的生态环境进行修复。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。(2)生态工程所遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(3)在湿地生态恢复工程中，应尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。(4)群落是同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合。
答案：(1)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)　可持续　(2)整体性(或系统学和工程学)　物质循环再生　物种多样性　(3)人类的干扰　(4)群落　多级利用(多途径利用)