2025届高三一轮复习生物：知识梳理（选择性必修三)

课标概念3知识梳理 概念3 发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品 3.1 获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础 3.1.1阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净微生物培养物的前提 3.1.2阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术 3.1.3举例说明通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物 3.1.4概述平板划线法和稀释涂布平板法是在实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法 3.1.5概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法 3.2发酵工程为人类提供多样的生物产品 3.2.1举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的 3.2.2阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品 3.2.3举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 一、发酵与传统发酵技术 1．发酵的概念 发酵是指人们利用 ，在适宜的条件下，将原料通过 的代谢转化为人类所需要的产物的过程。 2．腐乳的制作 (1)参与的微生物：酵母、 和毛霉等，其中起主要作用的是 。 (2)腐乳的特点：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的 和氨基酸，味道鲜美，易于 ，便于 。 3．传统发酵技术 (1)概念：直接利用 中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的 、 等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 (2)类型：传统发酵以混合菌种的 发酵及 发酵为主，通常是家庭式或、 式的。 (3)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、 、醋、 和豆豉等。 二、尝试制作传统发酵食品 1．制作泡菜 (1)菌种来源：植物体表面天然的 。 (2)原理：在 条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成 。 反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 (3)制作流程 (4)注意点： ①盐的作用： ，盐含量过低会造成细菌污染。 ②盐水煮沸的目的： 。 ③冷却的目的： 。 (2)用水密封泡菜坛的目的： 。 (3)为什么泡菜坛中的菜料只能装八成满？ 。 2．制作果酒和果醋 (1)制作原理与发酵条件 项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 代谢类型 异养 型 异养 型 发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖： C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量； 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精： C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 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 对氧的需求 前期 ，后期 (2)制作果酒、果醋的步骤 （3）注意点 ①冲洗的目的： ；不能反复冲洗的原因是 。 ②应该在冲洗 (填“前”或“后”)去梗，这样做的目的是 。 ③葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ 。 ④每隔12 h左右将瓶盖拧松一次的目的： ；拧松但不打开的目的： 。 ⑤在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？请完善下方的表格。 项目 酒精发酵 醋酸发酵 气味和味道 气泡和泡沫 发酵液颜色 (以紫葡萄作原料) 浑浊，液面形成 ⑥请分析果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用。 装置图 结构 作用 充气口 ①醋酸发酵时连接充气泵，输入 ； ②制果酒时关闭充气口 排气口 用来排出 长而弯曲的胶管 出料口 便于取料，及时监测发酵进行的情况 三、微生物的基本培养技术 （一）培养基的配制 1．培养基的概念：人们按照微生物对 的不同需求，配制出供其 的营养基质——培养基，用以培养、 、鉴定、 微生物或积累其代谢物。 2．培养基的种类 培养基种类 划分标准 培养基特点 作用 培养基 加凝固剂，如 微生物的分离与鉴定，活菌计数，保藏菌种 半固体培养基 容器放倒不致流出，剧烈震动则破散 观察微生物的运动、分类鉴定 培养基 不加凝固剂 常用于工业生产 3．培养基的营养构成 (1)主要营养物质：水、 (提供碳元素的物质)、 (提供氮元素的物质)和无机盐。 (2)某种常见的细菌培养基——牛肉膏蛋白胨培养基的营养构成 组分 含量 提供的主要营养 牛肉膏 5 g 等 蛋白胨 10 g 等 NaCl 5 g 无机盐 H2O 定容至1 000 mL 水 (3)培养基还需满足微生物生长对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 ；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至 ；在培养细菌时，一般需要将培养基调至 ；在培养厌氧微生物时，需要提供 的条件。 （二）无菌技术 1．消毒 (1)概念：指使用较为 的物理、化学或 等方法杀死物体表面或内部 微生物。 (2)适用对象：操作的 、操作者的 和手等。 (3)常用方法： 消毒、 消毒等。 2．灭菌 (1)概念：指使用 的理化方法杀死物体内外 的微生物，包括 和孢子。 (2)适用对象：用于微生物培养的器皿、 用具和 等。 (3)常用方法： 灭菌、干热灭菌和 灭菌等。 项目 主要方法 应用范围 消毒 巴氏消毒法 63～65 ℃消毒30 min或72～76 ℃处理15 s或80～85 ℃处理10～15 s 牛奶、啤酒、果酒和酱油等不耐高温的液体 煮沸消毒法 100 ℃煮沸5～6 min 家庭餐具等生活用品 紫外线消毒 30 W紫外灯照射30 min(损伤细菌的DNA) 接种室、接种箱或超净工作台 化学药物消毒 用体积分数为70%的酒精 擦拭实验者双手 氯气 水源 灭菌 灼烧灭菌 直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具、试管口或瓶口等 干热灭菌 干热灭菌箱中，160～170 ℃的热空气中维持1～2 h 耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿、金属用具等 高压蒸汽灭菌(湿热灭菌) 100 kPa、121 ℃的条件下，维持15～30 min 培养基等 （三）微生物的纯培养 1．概念 (1)培养物：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类 称为培养物。 (2)纯培养物：由 繁殖所获得的微生物群体。 (3)纯培养：获得 的过程。 2．步骤：微生物的纯培养包括 等步骤。 3．酵母菌的纯培养 (1)原理：微生物群体分散或稀释成单个细胞，单个细胞繁殖成单个菌落。 菌落：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 ，这就是菌落。 (2)获得单菌落的方法：采用 和 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。 (3)步骤 ①制备培养基：配制培养基―→灭菌―→ 。 倒平板注意事项：a.温度：50 ℃左右；b.操作：在 附近；c.冷凝后平板倒置。 ②接种和分离酵母菌 通过接种环在固体培养基表面 的操作，将聚集的菌种逐步 到培养基的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。 ③培养酵母菌 完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个 的平板倒置，放入28 ℃左右的恒温培养箱中培养24～48 h。 4.注意点 （1）平板冷凝后，为什么要将平板倒置？ （2）下列接种过程，正确的顺序是 。 （3）为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？请完善下方的表格。 灼烧时期 目的 取菌种前 杀死接种环上 每次划线前 杀死上次划线时残留的菌种，使下一次划线的菌种直接来源于 ，从而使 ，直至得到 接种结束后 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 （4）上述问题3中，图d中共划了 个区域，在每次划线 (填“前”“后”或“前后”)均需要对接种环灼烧灭菌，因此共需要灼烧接种环 次。 （5）为什么最后一次的划线与第一次的划线不能相连？ 。 （6）设置未接种平板组的意义是什么？ （四）选择培养基、微生物的选择培养和数量测定 1．选择培养基 (1)自然界中目的菌的筛选 ①实例：聚合酶链式反应(PCR)中用到的耐高温的DNA聚合酶，就是从热泉中筛选出的 中提取出来的。 ②依据：水生栖热菌能在 的高温条件下生存，而绝大多数微生物在此条件下不能生存。 (2)实验室中目的菌的筛选 ①原理：人为提供有利于 生长的条件(包括营养、温度和pH等)，同时 其他微生物的生长。 ②方法：利用选择培养基分离。 选择培养基：允许 的微生物生长，同时 其他种类微生物生长的培养基。 2．微生物的选择培养 (1)方法：对样品进行充分稀释，然后将 涂布到制备好的 培养基上。 (2)稀释涂布平板法的操作过程 ①系列稀释操作 a．编号为1×102～1×107试管中分别盛有9 mL 。 b．将 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀。 c．取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次 稀释。 ②涂布平板操作 取菌液：取0.1 mL菌液，滴加到 表面 ↓ 涂布器消毒：将涂布器浸在盛有 的烧杯中 ↓ 涂布器灭菌：将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器 后，再进行涂布 ↓ 涂布平板：用涂布器将 均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀 (3)培养：待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板 ，放入30～37 ℃的 中培养1～2 d。 3．微生物的数量测定 (1)稀释涂布平板法 ①原理：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 。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少 。 ②计数原则：一般选择菌落数为 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 个平板进行重复计数，然后求出 。 ③计算公式 每克样品中的菌株数＝×稀释倍数 通过稀释涂布平板法统计的菌落的数目往往比活菌实际数目 。因为 (2)显微镜直接计数法 一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，然后再计算一定体积的样品中微生物的数量，统计的结果一般是 的总和。 例：请计算：4号试管的结果表明每克土壤中的活菌数约为 个。 项目 稀释涂布平板法 显微镜直接计数法 主要用具 培养基等 显微镜、 等 计数依据 培养基上的 数 菌株本身 优点 计数的都是活菌 计数方便、操作简单 缺点 操作复杂、有一定误差 死菌、活菌都计数在内 （五）探究·实践——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 1．实验设计 (1)土壤取样 ①土壤要求：酸碱度接近中性且潮湿。 ②取样部位：距地表约 的土壤层。 (2)样品的稀释 测定土壤中细菌的数量，一般选用 倍稀释的稀释液进行平板培养，当第一次做这个实验时可以将稀释的范围放 一点。 (3)微生物的培养与观察 ①培养：根据不同微生物的需要，控制适宜的培养 和培养时间。细菌一般在 ℃的温度下培养 d。 ②观察 a．观察方法：每隔 h统计一次菌落数目，选取 时的记录作为结果，这样可以防止因培养时间不足而遗漏部分菌落。 b．记录菌落的特征：包括菌落的 等。 2．操作提示 (1)无菌操作：取土样的用具在使用前都需要 。 (2)做好标记：本实验使用的平板和试管较多，为了避免混淆，最好在使用前做好标记。例如，在标记培养皿时应该注明组别、培养日期和平板上培养样品的 等。 (3)制定计划：对于耗时较长的生物实验，需要事先规划时间，以便提高实验效率，在操作时有条不紊。 1．发酵工程的基本环节 2．发酵罐 3．发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 ①生产传统的发酵产品 a．以 为主要原料，利用产生 的霉菌生产酱油。 b．以谷物或 等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。 ②生产各种各样的食品添加剂 食品添加剂不仅可以增加食品的 ，改善食品的 、色泽和品质，有时还可以延长食品的 。 a．柠檬酸可以通过 的发酵制得。 b．由 发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。 ③生产酶制剂 常用酶制剂有α-淀粉酶、 、果胶酶、 和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。 (2)在医药工业上的应用 ①发酵工程可以生产抗生素、 、激素和 等。 ②基因工程、 工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 ③应用实例 a．生长激素释放抑制激素最初从 中提取，远远不能满足需要，利用经过 改造的微生物进行发酵生产，产量大幅提升，价格降为原来的几百分之一。 b．将乙型肝炎病毒的抗原基因转入 ，再通过发酵生产乙型肝炎疫苗。 c．未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的 等化合物。 (3)在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 a．作用：利用微生物在代谢过程中产生的 等来增进土壤肥力，改良土壤 ，促进植株生长。有的微生物肥料还可以抑制土壤中 的生长，从而减少病害的发生。 b．类型：常见的有 肥和 肥等。 ②生产微生物农药 a．原理：微生物农药利用微生物或 来防治病虫害。 b．实例：苏云金杆菌可以用来防治 多种农林虫害；利用 可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素—— 可以用于防治水稻枯纹病。 ③生产微生物饲料 a．单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物 。 b．在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料 ，动物食用后还能提高 。 (4)在其他方面的应用 ①利用纤维废料发酵生产酒精、 等能源物质。 ②极端微生物的利用，如 可以用来生产洗涤剂， 有助于提高热敏性产品的产量。 课标概念4知识梳理 概念4 细胞工程通过细胞水平上的操作，获得有用的生物体或其产品 4.1植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交技术 4.2动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术 4.3对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体 第1节　植物细胞工程 一、植物组织培养技术 (1)原理 ①理论基础：_________________。 ②相关概念 愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、_____________组织团块。 脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成_______细胞的过程。 再分化：愈伤组织重新____成芽、根等器官的过程。 ③激素的作用：植物激素中______和____________是启动________、_______和_______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。 (2)步骤 （3） 植物组织培养的技术流程图 　外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株 （4）生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响 生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果 比植高 有利于__的分化，抑制__的形成 比值低 有利于__的分化，抑制__的形成 比值适中 促进________的形成 判断正误 (1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性( ) (2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理( ) (3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中( ) (4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样( ) 二、植物体细胞杂交技术 1．概念：将________的植物体细胞，在一定条件下融合成_______，并把杂种细胞培育成新______的技术。 2．过程 (1)去壁：用_______和______去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合的方法 ①物理法：________________等。 ②化学法：_____________融合法、__________融合法等。 3．原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的_______，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的_______。 4．意义：打破________，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 5．注意事项（1）A种原生质体与B种原生质体融合后，有__种类型(只考虑两两融合)，分别是___________，其中我们需要的是___，所以原生质体融合后，我们要对融合后的原生质体进行筛选。 （2）若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：______；染色体组数：____；基因型：AabbccDd；属于可遗传变异类型中的________________。 判断正误 (1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(　　) (2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术(　　) (3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(　　) (4)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合(　　) 三、植物细胞工程的应用 1．快速繁殖 2．作物脱毒 判断正误 (1)作物脱毒后不再感染病毒(　　) (2)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　　) (3)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织(　 ) (4)快速繁殖本质上是一种无性繁殖(　　) 3. 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 （1）单倍体育种 （2）突变体的利用 （3）细胞产物的工厂化生产 判断正误 (1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株(　　) (2)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织(　　) (3)紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗(　　) (4)植物细胞培养的原理是植物细胞的全能性(　　) （4）植物组织培养和植物细胞培养的比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得______ 获得_______ 原理 植物细胞的______ 细胞_____ 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 第2节动物细胞工程 一、动物细胞培养 (1)概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成__________，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 (2)培养条件 ①营养 a．合成培养基：将细胞所需的_________(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)按____和所需量严格配制而成的培养基。 b．天然成分：使用合成培养基时，通常需要加入_____等一些天然成分，原因是其中含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。 c．培养动物细胞一般使用________，也称为培养液。 ②无菌、无毒的环境 a．对培养液和所有培养用具进行____处理。 b．在____环境下进行操作。 c．培养液需定期____，以便清除_______，防止细胞代谢物____对细胞自身造成危害。 ③温度、pH和渗透压 a．温度：以36.5 ℃±0.5 ℃为宜。 b．pH：以pH为___________为宜。 c．适宜的渗透压。 ④气体环境 a．组成：动物细胞培养所需气体主要有___和____。 b．不同气体的作用O2：__________________。CO2：______________。 c．培养容器：通常采用_______或松盖培养瓶。 d．培养仪器：含有__________的混合气体的____________。 (3)培养过程 (4)相关概念 ①细胞贴壁：悬液中分散的细胞往往_____在培养瓶的瓶壁上。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到_______________时，细胞通常______________的现象。 ③原代培养：指动物组织经处理后的___________。 ④传代培养：_____后的细胞培养。 （5）动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前处理 无菌；用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 二、动物细胞融合技术 1．概念：使____或_____动物细胞结合形成________的技术。 2．原理：细胞膜的_______。 3．诱导融合的方法 4．意义：细胞融合技术突破了_______的局限，使___________成为可能。 5．应用 (1)成为研究细胞____、细胞_____、肿瘤和培育___________等的重要手段。 (2)用于制造______________。 三、单克隆抗体及其应用 1．传统抗体的获得 (1)方法：向动物体内反复注射某种______，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需_____。 (2)缺陷：______、纯度低、__________。 2．单克隆抗体的制备 (1)给小鼠注射特定抗原的目的是使小鼠产生__________________________。 (2)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现____种细胞。若只考虑两两融合，理论上培养基中融合的细胞有____种。体系中出现多种类型细胞的原因是________________________________________。 (3)单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是筛选出____________，方法是用________________进行筛选。培养基中加入__________。 (4)单克隆抗体制备过程中，第二次筛选的目的是筛选出____________的杂交瘤细胞。方法是_________。其原理是____________________ 3．单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别____的细微差异。 (2)可以与特定抗原发生______结合。 (3)可以_____制备。 4．单克隆抗体的应用 (1)用作_________，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物，如ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)直接用于治疗疾病。 判断正误 (1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞(　　) (2)单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同(　　) (3)ADC的抗体具有靶向运输作用、药物具有治疗作用(　　) 四、动物细胞核移植技术 (1)概念：将动物一个细胞的________移入去核的_________中，使这个重新组合的细胞发育成_________，继而发育成动物个体的技术。 (2)原理：__________的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度___，表现全能性_______ 体细胞核移植 十分困难 分化程度___，表现全能性_______ （4）体细胞核移植过程 在将体细胞的细胞核移植到卵母细胞之前，必须先对卵母细胞进行去核操作，目的是____________________________________________________________________。目前普遍使用的去核方法是____________，也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法去核。 （5）体细胞核移植技术的应用前景 畜牧生产方面：加速家畜_______进程、促进优良畜群繁育。 医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为___________，生产珍贵的_________。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于___________。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免发生___________反应。 科学研究 ①了解胚胎发育及__________。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 （6）体细胞核移植技术存在的问题 ①成功率非常____，各个技术环节也有待进一步改进。 ②相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、__________和__________等学科更深层次的理论研究相结合。 ③绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和__________等。 判断正误 (1)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　　) (2)重构胚具有发育成完整个体的能力(　　) (3)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(　　) 第3节　胚胎工程 一、体内受精 1．胚胎工程的概念 (1)操作对象：动物_________、受精卵或___________细胞。 (2)技术基础：如__________、胚胎移植、_________等。 (3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到_____动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物______和__________发育的规律。 (5)实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 2．受精 (1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 (2)场所：哺乳动物的______内。 (3)过程 ①准备阶段 ②受精阶段 受精过程中，阻止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是_____________________，第二道屏障是___________________________。其意义是______________________________________________ 判断正误 (1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　　) (2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　　) (3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(　　) (4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到M Ⅱ期才具备受精能力(　　) 二、胚胎早期发育 1．开始发育场所：_______。 2．分裂方式：________。 3．卵裂 (1)场所：_______。 (2)特点 ①细胞的数量不断_____。 ②胚胎的总体积__________。 4．主要阶段及特点 (1)_____胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚。 (2)囊胚 ①胚胎进一步发育，细胞逐渐_____。 ②聚集在胚胎一端的细胞形成__________，将来发育成_________________。 ③滋养层细胞将来发育成____________。 ④胚胎的内部出现了含有液体的腔——_________。 ⑤孵化：囊胚进一步扩大，____________破裂，胚胎从其中伸展出来。 (3)原肠胚：形成外胚层、中胚层、内胚层三个胚层，这三个胚层将逐渐分化形成________________等。 判断正误 (1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(　　) (2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　　) (3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　　) (4)胚胎发育的场所是输卵管(　　) 1．请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成表格： 项目 变化 细胞数目 每个细胞体积 DNA总量 每个细胞内的DNA总量 有机物总量 物质种类 三、体外受精和胚胎移植 1．体外受精 (1)试管动物：通过人工操作使卵子在_____受精，经培养发育为_________后，再进行____产生的个体。 (2)体外受精的步骤 ①卵母细胞的采集：要培养成熟，即培养到____期。 ②精子的获取：要进行_____处理。 ③受精。 (3)意义：是提高动物__________的有效措施，还可以为___________提供可用的胚胎。 2．胚胎移植 (1)概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到______、____________相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 (2)供体和受体 ①供体：_____胚胎的个体。 ②受体：_____胚胎的个体。 (3)基本程序(以牛的胚胎移植为例) 胚胎移植实质上是______________________________，因为胚胎移植的成功率与__________________________密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。 胚胎移植过程中的两次处理和两次检查 胚胎移植 (4)胚胎移植的意义 ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 ②大大缩短了供体本身的繁殖周期。 ③对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。 判断正误 (1)采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精(　　) (2)胚胎移植是胚胎工程中的最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠胚之前，也可直接移植受精卵(　　) (3)超数排卵需外源促性腺激素(　　) 四、胚胎分割 1．概念：指采用_____方法将_________切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得_______________的技术。 2．实质：动物的_____繁殖或克隆。 3．特点：后代_________相同。 4．主要仪器设备：___________和____________。 5．操作程序 (1)选择发育良好、形态正常的_____或______，移入盛有_______的培养皿中。 (2)在显微镜下用______或分割刀分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将_________均等分割。 (3)分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经_________后，再移植给受体。 6．意义 (1)可以促进优良动物品种的繁殖。 (2)产生的遗传性状相同的后代是进行_____研究的宝贵材料。 (3)在胚胎移植前，进行________、________等，对于人工控制__________、动物繁育健康后代具有重要意义。 判断正误 (1)桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植(　　) (2)对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割(　　) (3)胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖(　　) 27 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课标概念3知识梳理 概念3 发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品 3.1 获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础 3.1.1阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净微生物培养物的前提 3.1.2阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术 3.1.3举例说明通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物 3.1.4概述平板划线法和稀释涂布平板法是在实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法 3.1.5概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法 3.2发酵工程为人类提供多样的生物产品 3.2.1举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的 3.2.2阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品 3.2.3举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 一、发酵与传统发酵技术 1．发酵的概念 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．腐乳的制作 (1)参与的微生物：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 (2)腐乳的特点：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。 3．传统发酵技术 (1)概念：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、制作食品的技术。 (2)类型：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)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。 二、尝试制作传统发酵食品 1．制作泡菜 (1)菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。 (2)原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。 反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 (3)制作流程 (4)注意点： ①盐的作用：调味、抑制微生物生长，盐含量过低会造成细菌污染。 ②盐水煮沸的目的：杀菌(杀灭水中的微生物及除去水中氧气)。 ③冷却的目的：为了不影响乳酸菌等微生物的生命活动。 (2)用水密封泡菜坛的目的：创造无氧环境。 (3)为什么泡菜坛中的菜料只能装八成满？ ①防止发酵初期酵母菌等产生CO2造成发酵液溢出坛外；②防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂。 2．制作果酒和果醋 (1)制作原理与发酵条件 项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖： C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量； 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精： C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 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 对氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧 (2)制作果酒、果醋的步骤 （3）注意点 ①冲洗的目的：去除表面灰尘、污物；不能反复冲洗的原因是防止过多地冲洗掉葡萄皮表面的野生酵母菌。 ②应该在冲洗后(填“前”或“后”)去梗，这样做的目的是避免去梗时因葡萄破损而增加被杂菌污染的机会。 ③葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ ①防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出；②便于酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，酵母菌数量增加，利于随后进行酒精发酵。 ④每隔12 h左右将瓶盖拧松一次的目的：排出CO2，防止发酵瓶爆裂；拧松但不打开的目的：防止杂菌和空气倒流进入发酵瓶。 ⑤在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？请完善下方的表格。 项目 酒精发酵 醋酸发酵 气味和味道 酒味 酸味 气泡和泡沫 有 无 发酵液颜色 颜色加深变成深红色(以紫葡萄作原料) 浑浊，液面形成白色菌膜 ⑥请分析果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用。 装置图 结构 作用 充气口 ①醋酸发酵时连接充气泵，输入无菌空气； ②制果酒时关闭充气口 排气口 用来排出CO2 长而弯曲的胶管 防止空气中微生物的污染 出料口 便于取料，及时监测发酵进行的情况 三、微生物的基本培养技术 （一）培养基的配制 1．培养基的概念：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——培养基，用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。 2．培养基的种类 培养基种类 划分标准 培养基特点 作用 固体培养基 物理性质 加凝固剂，如琼脂 微生物的分离与鉴定，活菌计数，保藏菌种 半固体培养基 容器放倒不致流出，剧烈震动则破散 观察微生物的运动、分类鉴定 液体培养基 不加凝固剂 常用于工业生产 3．培养基的营养构成 (1)主要营养物质：水、碳源(提供碳元素的物质)、氮源(提供氮元素的物质)和无机盐。 (2)某种常见的细菌培养基——牛肉膏蛋白胨培养基的营养构成 组分 含量 提供的主要营养 牛肉膏 5 g 碳源、氮源、磷酸盐和维生素等 蛋白胨 10 g 碳源、氮源和维生素等 NaCl 5 g 无机盐 H2O 定容至1 000 mL 水 (3)培养基还需满足微生物生长对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。 （二）无菌技术 1．消毒 (1)概念：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。 (2)适用对象：操作的空间、操作者的衣着和手等。 (3)常用方法：煮沸消毒、巴氏消毒等。 2．灭菌 (1)概念：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。 (2)适用对象：用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等。 (3)常用方法：湿热灭菌、干热灭菌和灼烧灭菌等。 项目 主要方法 应用范围 消毒 巴氏消毒法 63～65 ℃消毒30 min或72～76 ℃处理15 s或80～85 ℃处理10～15 s 牛奶、啤酒、果酒和酱油等不耐高温的液体 煮沸消毒法 100 ℃煮沸5～6 min 家庭餐具等生活用品 紫外线消毒 30 W紫外灯照射30 min(损伤细菌的DNA) 接种室、接种箱或超净工作台 化学药物消毒 用体积分数为70%的酒精 擦拭实验者双手 氯气 水源 灭菌 灼烧灭菌 直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具、试管口或瓶口等 干热灭菌 干热灭菌箱中，160～170 ℃的热空气中维持1～2 h 耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿、金属用具等 高压蒸汽灭菌(湿热灭菌) 100 kPa、121 ℃的条件下，维持15～30 min 培养基等 （三）微生物的纯培养 1．概念 (1)培养物：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。 (2)纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体。 (3)纯培养：获得纯培养物的过程。 2．步骤：微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。 3．酵母菌的纯培养 (1)原理：微生物群体分散或稀释成单个细胞，单个细胞繁殖成单个菌落。 菌落：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。 (2)获得单菌落的方法：采用平板划线法和稀释涂布平板法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。 (3)步骤 ①制备培养基：配制培养基―→灭菌―→倒平板。 倒平板注意事项：a.温度：50 ℃左右；b.操作：在酒精灯火焰附近；c.冷凝后平板倒置。 ②接种和分离酵母菌 通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。 ③培养酵母菌 完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入28 ℃左右的恒温培养箱中培养24～48 h。 4.注意点 （1）平板冷凝后，为什么要将平板倒置？ 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。 （2）下列接种过程，正确的顺序是b、a、e、f、c、g、d。 （3）为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？请完善下方的表格。 灼烧时期 目的 取菌种前 杀死接种环上原有的微生物 每次划线前 杀死上次划线时残留的菌种，使下一次划线的菌种直接来源于上次划线的末端，从而使每次划线时菌种数目逐渐减少，直至得到单个细胞 接种结束后 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 （4）上述问题3中，图d中共划了5个区域，在每次划线前后(填“前”“后”或“前后”)均需要对接种环灼烧灭菌，因此共需要灼烧接种环6次。 （5）为什么最后一次的划线与第一次的划线不能相连？ 最后一次的划线已经将微生物稀释成单个的细胞，如果与第一次的划线相连则增加了微生物的数目，得不到纯化的效果。 （6）设置未接种平板组的意义是什么？ 通过观察未接种平板是否有菌落存在以确定培养基是否被污染或灭菌是否彻底。 （四）选择培养基、微生物的选择培养和数量测定 1．选择培养基 (1)自然界中目的菌的筛选 ①实例：聚合酶链式反应(PCR)中用到的耐高温的DNA聚合酶，就是从热泉中筛选出的水生栖热菌中提取出来的。 ②依据：水生栖热菌能在70～80 ℃的高温条件下生存，而绝大多数微生物在此条件下不能生存。 (2)实验室中目的菌的筛选 ①原理：人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度和pH等)，同时抑制或阻止其他微生物的生长。 ②方法：利用选择培养基分离。 选择培养基：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。 2．微生物的选择培养 (1)方法：对样品进行充分稀释，然后将菌液涂布到制备好的选择培养基上。 (2)稀释涂布平板法的操作过程 ①系列稀释操作 a．编号为1×102～1×107试管中分别盛有9 mL无菌水。 b．将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀。 c．取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次等比稀释。 ②涂布平板操作 取菌液：取0.1 mL菌液，滴加到培养基表面 ↓ 涂布器消毒：将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中 ↓ 涂布器灭菌：将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布 ↓ 涂布平板：用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀 (3)培养：待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30～37 ℃的恒温培养箱中培养1～2 d。 3．微生物的数量测定 (1)稀释涂布平板法 ①原理：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。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。 ②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。 ③计算公式 每克样品中的菌株数＝×稀释倍数 通过稀释涂布平板法统计的菌落的数目往往比活菌实际数目少。因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。 (2)显微镜直接计数法 一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，然后再计算一定体积的样品中微生物的数量，统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。 例：请计算：4号试管的结果表明每克土壤中的活菌数约为1.1×108个。 项目 稀释涂布平板法 显微镜直接计数法 主要用具 培养基等 显微镜、血细胞计数板或细菌计数板等 计数依据 培养基上的菌落数 菌株本身 优点 计数的都是活菌 计数方便、操作简单 缺点 操作复杂、有一定误差 死菌、活菌都计数在内 （五）探究·实践——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 1．实验设计 (1)土壤取样 ①土壤要求：酸碱度接近中性且潮湿。 ②取样部位：距地表约3～8 cm的土壤层。 (2)样品的稀释 测定土壤中细菌的数量，一般选用1×104、1×105和1×106倍稀释的稀释液进行平板培养，当第一次做这个实验时可以将稀释的范围放宽一点。 (3)微生物的培养与观察 ①培养：根据不同微生物的需要，控制适宜的培养温度和培养时间。细菌一般在30～37 ℃的温度下培养1～2 d。 ②观察 a．观察方法：每隔24 h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果，这样可以防止因培养时间不足而遗漏部分菌落。 b．记录菌落的特征：包括菌落的形状、大小和颜色等。 2．操作提示 (1)无菌操作：取土样的用具在使用前都需要灭菌。 (2)做好标记：本实验使用的平板和试管较多，为了避免混淆，最好在使用前做好标记。例如，在标记培养皿时应该注明组别、培养日期和平板上培养样品的稀释度等。 (3)制定计划：对于耗时较长的生物实验，需要事先规划时间，以便提高实验效率，在操作时有条不紊。 1．发酵工程的基本环节 2．发酵罐 3．发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 ①生产传统的发酵产品 a．以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌生产酱油。 b．以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。 ②生产各种各样的食品添加剂 食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期。 a．柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得。 b．由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。 ③生产酶制剂 常用酶制剂有α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。 (2)在医药工业上的应用 ①发酵工程可以生产抗生素、氨基酸、激素和免疫调节剂等。 ②基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 ③应用实例 a．生长激素释放抑制激素最初从羊脑中提取，远远不能满足需要，利用经过基因改造的微生物进行发酵生产，产量大幅提升，价格降为原来的几百分之一。 b．将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产乙型肝炎疫苗。 c．未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。 (3)在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 a．作用：利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 b．类型：常见的有根瘤菌肥和固氮菌肥等。 ②生产微生物农药 a．原理：微生物农药利用微生物或其代谢物来防治病虫害。 b．实例：苏云金杆菌可以用来防治80多种农林虫害；利用白僵菌可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素可以用于防治水稻枯纹病。 ③生产微生物饲料 a．单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体。 b．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。 (4)在其他方面的应用 ①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 ②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。 课标概念4知识梳理 概念4 细胞工程通过细胞水平上的操作，获得有用的生物体或其产品 4.1植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交技术 4.2动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术 4.3对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体 第1节　植物细胞工程 一、植物组织培养技术 (1)原理 ①理论基础：植物细胞的全能性。 ②相关概念 愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 ③激素的作用：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。 (2)步骤 （3） 植物组织培养的技术流程图 　外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株 （4）生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响 生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果 比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成 比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 判断正误 (1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性(×) (2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理(×) (3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中(×) (4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样(×) 二、植物体细胞杂交技术 1．概念：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。 2．过程 (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合的方法 ①物理法：电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。 3．原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 4．意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 5．注意事项（1）A种原生质体与B种原生质体融合后，有3种类型(只考虑两两融合)，分别是AA、BB、AB，其中我们需要的是AB，所以原生质体融合后，我们要对融合后的原生质体进行筛选。 （2）若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：2x＋2y；染色体组数：4个；基因型：AabbccDd；属于可遗传变异类型中的染色体数目变异。 判断正误 (1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(　×　) (2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术(　√　) (3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(　×　) (4)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合(　×　) 三、植物细胞工程的应用 1．快速繁殖 2．作物脱毒 判断正误 (1)作物脱毒后不再感染病毒(　×　) (2)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　×　) (3)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织(　√　) (4)快速繁殖本质上是一种无性繁殖(　√　) 3. 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 （1）单倍体育种 （2）突变体的利用 （3）细胞产物的工厂化生产 判断正误 (1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株(　×　) (2)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织(　√　) (3)紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗(　×　) (4)植物细胞培养的原理是植物细胞的全能性(　×　) （4）植物组织培养和植物细胞培养的比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 第2节动物细胞工程 一、动物细胞培养 (1)概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 (2)培养条件 ①营养 a．合成培养基：将细胞所需的营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)按种类和所需量严格配制而成的培养基。 b．天然成分：使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，原因是血清中含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。 c．培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 ②无菌、无毒的环境 a．对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。 b．在无菌环境下进行操作。 c．培养液需定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 ③温度、pH和渗透压 a．温度：以36.5 ℃±0.5 ℃为宜。 b．pH：以pH为7.2～7.4为宜。 c．适宜的渗透压。 ④气体环境 a．组成：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。 b．不同气体的作用O2：是细胞代谢所必需的。CO2：维持培养液的pH。 c．培养容器：通常采用培养皿或松盖培养瓶。 d．培养仪器：含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱。 (3)培养过程 (4)相关概念 ①细胞贴壁：悬液中分散的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常停止分裂增殖的现象。 ③原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 （5）动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前处理 无菌；用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 二、动物细胞融合技术 1．概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2．原理：细胞膜的流动性。 3．诱导融合的方法 4．意义：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。 5．应用 (1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制造单克隆抗体。 三、单克隆抗体及其应用 1．传统抗体的获得 (1)方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。 (2)缺陷：产量低、纯度低、特异性差。 2．单克隆抗体的制备 (1)给小鼠注射特定抗原的目的是使小鼠产生能分泌特定抗体的B淋巴细胞。 (2)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%。 (3)单克隆抗体制备过程中，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。培养基中加入氨基蝶呤。 (4)单克隆抗体制备过程中，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 3．单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别抗原的细微差异。 (2)可以与特定抗原发生特异性结合。 (3)可以大量制备。 4．单克隆抗体的应用 (1)用作诊断试剂，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物，如ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)直接用于治疗疾病。 判断正误 (1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞(　×　) (2)单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同(　×　) (3)ADC的抗体具有靶向运输作用、药物具有治疗作用(　√　) 四、动物细胞核移植技术 (1)概念：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)原理：动物细胞核的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 （4）体细胞核移植过程 在将体细胞的细胞核移植到卵母细胞之前，必须先对卵母细胞进行去核操作，目的是使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。目前普遍使用的去核方法是显微操作法，也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法去核。 （5）体细胞核移植技术的应用前景 畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 科学研究 ①了解胚胎发育及衰老过程。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 （6）体细胞核移植技术存在的问题 ①成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 ②相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。 ③绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 判断正误 (1)克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞(　×　) (2)重构胚具有发育成完整个体的能力(　√　) (3)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(　√　) 第3节　胚胎工程 一、体内受精 1．胚胎工程的概念 (1)操作对象：动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 (2)技术基础：如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。 (3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 (5)实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 2．受精 (1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。 (2)场所：哺乳动物的输卵管内。 (3)过程 ①准备阶段 ② 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。 判断正误 (1)精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管(　√　) (2)精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用(　×　) (3)受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子(　√　) (4)动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到M Ⅱ期才具备受精能力(　×　) 二、胚胎早期发育 1．开始发育场所：输卵管。 2．分裂方式：有丝分裂。 3．卵裂 (1)场所：透明带。 (2)特点 ①细胞的数量不断增加。 ②胚胎的总体积并不增加。 4．主要阶段及特点 (1)桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚。 (2)囊胚 ①胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。 ②聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。 ③滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。 ④胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。 ⑤孵化：囊胚进一步扩大，透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。 (3)原肠胚：形成外胚层、中胚层、内胚层三个胚层，这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 判断正误 (1)胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂(　×　) (2)囊胚的滋养层细胞具有全能性(　×　) (3)胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期(　×　) (4)胚胎发育的场所是输卵管(　×　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 1．请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成表格： 项目 变化 细胞数目 增多 每个细胞体积 减小 DNA总量 增多 每个细胞内的DNA总量 不变 有机物总量 减少 物质种类 增多 三、体外受精和胚胎移植 1．体外受精 (1)试管动物：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。 (2)体外受精的步骤 ①卵母细胞的采集：要培养成熟，即培养到MⅡ期。 ②精子的获取：要进行获能处理。 ③受精。 (3)意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 2．胚胎移植 (1)概念：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。 (2)供体和受体 ①供体：提供胚胎的个体。 ②受体：接受胚胎的个体。 (3)基本程序(以牛的胚胎移植为例) 胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。 胚胎移植过程中的两次处理和两次检查 胚胎移植 (4)胚胎移植的意义 ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 ②大大缩短了供体本身的繁殖周期。 ③对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。 判断正误 (1)采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精(　×　) (2)胚胎移植是胚胎工程中的最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠胚之前，也可直接移植受精卵(　×　) (3)超数排卵需外源促性腺激素(　√　) 四、胚胎分割 1．概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。 2．实质：动物的无性繁殖或克隆。 3．特点：后代遗传性状相同。 4．主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。 5．操作程序 (1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。 (2)在显微镜下用分割针或分割刀分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 (3)分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 6．意义 (1)可以促进优良动物品种的繁殖。 (2)产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。 (3)在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。 判断正误 (1)桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植(　×　) (2)对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割(　×　) (3)胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖(　√　) 27 学科网（北京）股份有限公司 $$