第十一单元 生物技术与工程（教师用书）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第十一单元|生物技术与工程 第1讲　发酵工程 【学习目标】　 1.掌握运用传统发酵技术生产果酒、果醋、泡菜的基本原理和方法；　 2.阐明发酵工程的基本环节和其应用价值；　 3.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提，掌握无菌技术的操作方法； 4．通过调整培养基的配方有目的地分离纯化某种微生物；　 5.掌握利用平板划线法和稀释涂布平板法进行微生物分离和纯化；　 6.掌握利用稀释涂布平板法和显微镜计数法测定微生物数量。 建构知识体系 第一课时　传统发酵技术与发酵工程及应用 主题研习(一)　传统发酵技术的应用(深化·提能型)　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．传统发酵技术的概念分析 菌种 来源 原料中天然存在的或前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物 类型 以固体发酵和半固体发酵为主 实质 微生物在适宜的条件下将原料转化为人类所需要的产物 结果 生产人们需要的各种发酵产品 应用 果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作 2．腐乳制作 原理 蛋白质小分子的肽和氨基酸 参与的 微生物 酵母、曲霉、毛霉(起主要作用)等 3.泡菜的制作 菌种来源 附着在植物体表面天然的乳酸菌 制作原理 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 制作过程 4．果酒和果醋的制作 (1)制作原理 ①果酒制作：酵母菌进行酒精发酵； ②果醋制作：醋酸菌将糖分解成乙酸或将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。 (2)反应式比较 果酒制作 有氧条件 C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量 无氧条件 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 果醋制作 氧气糖源充足 C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量 缺少糖源 C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量 (3)制作过程 一果酒与果醋的制作原理和过程 [例1]　(2023·浙江6月选考)小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。下图为传统酿造工艺流程图。 关于小曲白酒的酿造过程，下列叙述错误的是(　 ) A．糖化主要是利用霉菌将淀粉水解为葡萄糖 B．发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测 C．若酿造过程中酒变酸，则发酵坛密封可能不严 D．蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，立即密封可高效进行酒精发酵 [解析]　糖化主要是利用霉菌产生的淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖，A正确；可用酸性重铬酸钾溶液检测蒸馏产物有无酒精，若存在酒精则溶液呈现灰绿色，B正确；若酿造过程中酒变酸，则可能是发酵坛密封不严，导致醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸，C正确；蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，不能马上密封，需要提供氧气先让糟醅中的好氧型霉菌将原料中的淀粉糖化，以及让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，D错误。 [答案]　D [例2]　(2023·全国乙卷，节选)某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验。将酵母菌接种到灭菌后的培养基中，拧紧瓶盖，置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是____________。但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是____________。发酵液中的乙醇可用________________溶液检测。 [解析]　利用作物秸秆生产燃料乙醇的原理是酵母菌无氧呼吸产生酒精，将酵母菌接种到灭菌后的培养基中进行酒精发酵，酒精发酵需要在无氧的条件下进行，此时拧紧瓶盖的主要目的是制造无氧环境。酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，发酵环境始终处于密闭状态，所以需要根据发酵进程适时拧松瓶盖放出二氧化碳，酒精可用酸性重铬酸钾溶液来检测，该物质与酒精反应呈现灰绿色。 [答案]　制造无氧环境　排出二氧化碳　酸性重铬酸钾 |认|知|生|成| 1．比较果酒与果醋制作的过程 产物 果酒 果醋 菌种 酵母菌 醋酸菌 氧气条件 前期需氧，后期不需氧 需氧 发酵温度 18～30 ℃ 30～35 ℃ 气味或味道 酒味 酸味 气泡和泡沫 有气泡和泡沫 无气泡和泡沫 发酵液变化 如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色 发酵完成时，发酵液的液面上会出现一层菌膜 检测指标 嗅味和品尝、用酸性重铬酸钾溶液检测酒精、测定pH、进行酵母菌的镜检等工作 观察菌膜的形成、嗅味和品尝、测定pH、进行醋酸菌的镜检等工作 2.果酒和果醋的发酵装置及各部件的作用 二泡菜制作的原理和过程 [例3]　(2023·山东高考)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(　 ) A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸(杆)菌被杀死 B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌 C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入 D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低 [解析]　①将盐水煮沸是为了杀灭杂菌和除去氧气，而冷却之后使用主要是为了保证乳酸菌的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料的主要目的是造成无氧环境，有利于乳酸菌进行无氧呼吸产生乳酸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是为了排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。 [答案]　C |认|知|生|成| 1．泡菜制作中的注意事项 (1)材料的选择及用量 ①蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐； ②用清水和盐配制质量分数为5%～20%的盐水，盐水要煮沸后冷却待用。煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的微生物。 (2)无氧措施 ①使盐水没过全部菜料，盖好坛盖； ②泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水，并在发酵过程中注意经常补水。 (3)温度控制 发酵温度以18～20 ℃为宜，若温度偏高则有害菌活动能力强；若温度偏低则不利于乳酸菌发酵，导致发酵时间延长。 2．泡菜腌制过程中有关物质的相对含量变化 题点(一)　果酒、果醋的制作 1．(2024·忻州联考)酿酒和酿醋在我国已经有上千年的历史。下列关于酿酒和酿醋两种传统发酵技术条件的说法，正确的是(　 ) A．进行果酒发酵的菌种的代谢类型是异养厌氧型 B．果酒发酵的最适温度低于果醋发酵的最适温度 C．果醋发酵需要持续通入无菌空气，果酒发酵则一定不能通入空气 D．若果醋发酵的产物中出现CO2，则说明发酵底物缺少糖源 解析：选B　进行果酒发酵的菌种是酵母菌，其代谢类型是异养兼性厌氧型，A错误；果酒发酵最适温度为18～30 ℃，果醋发酵最适温度为30～35 ℃，B正确；果醋发酵需要持续通入无菌空气，果酒发酵前期需要通入一定量的空气，促进酵母菌的增殖，C错误；若果醋发酵的发酵底物缺少糖源，则产物为乙酸和H2O，D错误。 2．(2022·湖北高考)关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是(　 ) A．在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气 B．白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程 C．葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质，也存在于线粒体 D．生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌 解析：选C　在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气，让酵母菌大量繁殖，再进行酒精发酵，A正确；白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程，如发酵初期酵母菌大量繁殖，B正确；生产白酒、啤酒和果酒的发酵过程都是酒精发酵，酒精发酵利用的是酵母菌的无氧呼吸，葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质中，不存在线粒体中，C错误，D正确。 题点(二)　泡菜的制作 3．(2024·黄冈联考)传统泡菜的制作流程如下：新鲜的蔬菜经过清洁、整理后，放入彻底清洗并用白酒擦拭过的泡菜坛中，然后向坛中加入盐水、香辛料及一些“陈泡菜水”，密封后置于温度适宜的地方。下列相关叙述正确的是(　 ) A．白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒，加入“陈泡菜水”的目的是增加酵母菌种的数量 B．温度过高、腌制时间过短、食盐用量过低都可能造成泡菜中亚硝酸盐含量增加 C．制作泡菜过程中，亚硝酸盐的含量先增加后减少，有机物的干重和种类都持续减少 D．发酵过程中，乳酸菌和其他杂菌的种间竞争越来越强 解析：选B　用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒，防止杂菌污染，“陈泡菜水”含有乳酸菌，加入“陈泡菜水”的作用是增加乳酸菌菌种，可以加快发酵的速度，A错误；泡菜的制作容易受环境条件的影响，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，均会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加，B正确；制作泡菜过程中，乳酸菌会将有机物分解，故在一定时间范围内，有机物的干重会减少，而种类将增多，C错误；发酵过程中，pH下降，其他杂菌不适应酸性环境被抑制，故乳酸菌与其他杂菌的竞争越来越弱，D错误。 4．(2024·保定二模)“寒霜屡下，园菜渐肥。取而曝之，俟略干，置缸中，腌以盐。旬余，便可取食。若藏之于瓮，泥封其口，虽留至明年，犹可食也。”以上为小古文《腌菜》。下列有关说法正确的是(　 ) A．古人多选择在秋冬季节腌菜与乳酸菌发酵的最适温度低有关 B．为成功制得腌菜，可将“园菜”和“瓮”用沸水泡烫片刻 C．腌菜时“泥封其口”是为了创造无氧环境，减少杂菌污染 D．“旬余，便可取食”与发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低有关 解析：选C　古人多选择在秋冬季节腌菜是因为春夏季节时温度高，杂菌繁殖速度快，容易导致菜腐烂变质，A错误；“园菜”不能用沸水泡烫，因为传统发酵过程中制作腌菜所需乳酸菌主要来自蔬菜表面，B错误；腌菜时“泥封其口”的目的是创造无氧环境，因为无氧且酸度较高的条件可抑制杂菌生长减少杂菌污染，C正确；发酵过程中亚硝酸盐含量先升高后逐渐降低至相对稳定，D错误。 主题研习(二)　发酵工程及其应用(基础·自学型)　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．发酵工程的基本环节 2．啤酒的工业化生产流程及操作目的 生产流程 操作目的 发芽 产生淀粉酶分解淀粉 焙烤 加热杀死胚但不使淀粉酶失活 碾磨 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉 糖化 淀粉酶分解淀粉，形成糖浆 蒸煮 产生风味组分；使酶失活；灭菌 发酵 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 消毒 杀死啤酒中的大多数微生物、延长保存期 终止 过滤、调节、分装、出售 3.发酵工程的应用 食品工业 ①生产传统的发酵产品。 ②生产各种各样的食品添加剂。 ③生产酶制剂 医药工业 ①获得具有某种药物生产能力的微生物。 ②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。 ③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用 农牧业 生产微生物肥料、农药和饲料 其他方面 ①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 ②极端微生物的应用：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 [微点判断] (1)(2022·湖北卷)某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质，废料和废水在加入连续搅拌反应器之前需要灭菌处理。(×) (2)(2022·山东卷)啤酒的工业化生产中，焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌。(×) (3)糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵。(√) (4)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得新菌种。(√) (5)发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。(√) (6)青霉素生产过程中培养基和发酵设备不用进行严格灭菌。(×) (7)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(×) 1．(2024·大连模拟)某工厂采用发酵罐进行葡萄酒发酵。下列叙述正确的是(　 ) A．可以采用过滤、沉淀等方法来获得葡萄酒 B．发酵工程中的中心环节是分离和提纯产物 C．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵 D．在发酵工程中培养基需经过严格的灭菌，而发酵设备则保持干净不需灭菌 解析：选C　发酵工程生产的产品不同，分离提纯的方法一般不同。如果产品是微生物细胞本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；如果产品是代谢产物，可用萃取、蒸馏、离子交换等方法进行提取，葡萄酒属于发酵产品，应用萃取、蒸馏等方法获得，A错误。发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，B错误。发酵液中残留糖的浓度可指示发酵的进程，随着发酵的进行，当发酵液中糖的浓度降到较低水平时，酵母菌代谢减慢，此时可终止发酵，C正确。在发酵工程中，为了获得纯净培养物，防止外来杂菌的污染，培养基和发酵设备都应经过严格的灭菌才能使用，D错误。 2．(2023·辽宁高考)利用某种微生物发酵生产DHA油脂，可获取DHA(一种不饱和脂肪酸)。如图为发酵过程中物质含量变化曲线。下列叙述错误的是(　 ) A．DHA油脂的产量与生物量呈正相关 B．温度和溶解氧的变化能影响DHA油脂的产量 C．葡萄糖代谢可为DHA油脂的合成提供能量 D．12～60 h，DHA油脂的合成对氮源的需求比碳源高 解析：选D　由图像分析可知，DHA油脂的产量和生物量均随着发酵的进行先逐渐增加后保持不变，二者的变化呈正相关，A正确；温度和溶解氧的变化会影响微生物的生长繁殖，进而影响DHA油脂的产量，B正确；葡萄糖可用于微生物的呼吸作用，葡萄糖分解释放能量，可为DHA油脂的合成提供能量，C正确；由图可知，12～60 h间，发酵液中葡萄糖的减少量明显大于蛋白胨的减少量，由此推断，在此段时间，DHA油脂的合成对碳源的需求比氮源高，D错误。 3．(2024年1月·吉林适应性演练改编)为保障粮食安全，我国科研人员以富含纤维素的农业残渣(秸秆)为原料，利用基因工程改造面包酵母使其表面携带相关酶，可同时高效生产人工淀粉和单细胞蛋白。部分生产工艺如下图，下列叙述错误的是(　 ) 注：酵母增殖的适宜温度为28～32 ℃，适宜pH为4.0～5.0；酵母发酵的适宜温度为24～35 ℃，适宜pH为5.0～5.8。 A．面包酵母的增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成 B．生产单细胞蛋白时选择30 ℃、pH 4.5的条件较为宜 C．本生产过程最宜在不加通气和搅拌的啤酒发酵罐中进行 D．生产前培养基高压蒸汽灭菌的条件可为121 ℃、20 min 解析：选C　面包酵母表面携带促进纤维二糖水解的酶和促进淀粉合成的酶，因此其增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成，A正确；生产单细胞蛋白需要令酵母菌增殖，适宜温度为28～32 ℃，适宜pH为4.0～5.0，故B正确；本生产过程要使面包酵母增殖，应当在有氧环境下进行，C错误；生产前培养基高压蒸汽灭菌的条件为121 ℃、100 kPa条件下处理15～30 min，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P8“拓展应用 T3”变式训练)如图为果酒与果醋发酵的简易装置及兴趣小组设计的改进装置示意图，下列说法错误的是(　 ) A．用体积分数为70%的酒精对上述装置进行消毒后，再装入果汁 B．甲装置在酿酒过程中被杂菌污染的机会比其他两装置大 C．丙装置转为果醋发酵更容易，只需通过气阀2通气即可 D．与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定 解析：选C　实验中可以用体积分数为70%的酒精对装置进行消毒后，再装入果汁进行发酵，目的是避免杂菌污染，A正确；甲装置在酿酒过程中需要通过拧松瓶盖排气，而其他的两个装置不需要，因此甲装置被杂菌污染的机会比其他两装置大，B正确；丙装置转为果醋发酵时，需通过气阀1通气，且需提高发酵温度，C错误；因为乙装置中的NaOH溶液能够将酵母菌发酵产生的二氧化碳吸收掉，而甲装置中的二氧化碳需要专门排放，否则会将瓶盖顶开，因此与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定，D正确。 2．(选择性必修3 P28“拓展应用T1”素材挖掘)青霉素发酵是高耗氧过程。在青霉素的发酵生产过程中总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两种产物。下列相关叙述错误的是(　 ) A．工业化生产之前需要进行青霉素生产菌纯培养，筛选青霉素分泌量高的优良菌种 B．进行主发酵前一次性加足所需的营养组分以利于工业化生产 C．通过敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只产生一种产物 D．将血红蛋白基因导入青霉素生产菌是一种保证发酵过程中高效供氧的思路 解析：选B　工业化生产是为获得专一的产物，同时为了获得更高的经济效益，在工业化生产之前需要进行青霉素生产菌纯培养，筛选青霉素分泌量高的优良菌种，A正确；持续加入发酵原料有利于工业化生产，可源源不断产生发酵产品，B错误；由题干信息“在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两种产物”可知，对青霉素生产菌中控制其中一种酶的合成基因进行敲除，则青霉素生产菌只能产生另一种酶，从而使青霉素生产菌只产生一种产物，C正确；青霉素生产菌是需氧型微生物，血红蛋白能运输氧气，将血红蛋白基因导入青霉素生产菌中是一种保证发酵过程中高效供氧的思路，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3．(选择性必修3 P8“拓展应用T2”原理分析)制作泡菜时，发酵初期pH呈明显下降趋势的原因是乳酸菌无氧呼吸产生乳酸积累。如果泡菜坛出现裂缝或砂眼往往会导致大量杂菌繁殖、泡菜变质，其原因是泡菜坛无法维持无氧环境，导致乳酸菌不能正常生长。 4．(选择性必修3 P24、25“思考·讨论”发掘思考)啤酒工业化生产流程中，“焙烤”的温度低于(填“低于”“高于”或“等于”)“蒸煮”的温度，因为前者加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活，而后者要终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．麻城老米酒是用糯米和特质酒曲(捣烂的“五爪龙”叶片与粉末状的陈黏米混合揉槎而成)酿造而来，口感淳甜，风味独特。下列有关说法错误的是(　 ) A．“五爪龙”叶片上有丰富的酵母菌，陈黏米粉末可为酵母菌提供营养物质 B．老米酒发酵时，发酵缸周围裹棉絮、偎稻草可保证发酵所需的温度 C．为提高发酵效率，糯米蒸熟后应立即撒上制好的酒曲粉，并趁热装入发酵缸中 D．经过简单过滤的老米酒可能含有氨基酸等小分子物质，发酵时间也会影响其口感 解析：选C　参与米酒制作的微生物主要是酵母菌，“五爪龙”叶片上有丰富的酵母菌，可为发酵提供菌种，陈黏米粉末含碳源、氮源等，为酵母菌的增殖和发酵产生酒精提供营养物质，A正确；老米酒发酵时，温度应在18～30 ℃，发酵缸周围裹棉絮、偎稻草可防止热量散失，保证发酵所需的温度，B正确；糯米蒸熟应冷却后再撒上制好的酒曲粉，否则高温会将菌种杀死，C错误；细胞呼吸的中间产物可转化为氨基酸等物质，另外“五爪龙”叶片上的有些菌体可能分泌蛋白酶，将蛋白质分解为氨基酸等小分子物质，因此经过简单过滤的老米酒可能含有氨基酸等小分子物质，发酵时间不同，发酵液中酒精含量不同，细胞代谢产生的其他物质含量也不同，因此发酵时间也会影响其口感，D正确。 2．黄酒是世界上最古老的酒类之一，传统淋饭法生产绍兴黄酒的工艺如图所示。加酒药的10～12 h为前发酵，随后进行6 d左右的主发酵，然后将醪液分装到坛中进行30 d左右的后发酵。下列叙述错误的是(　 ) A．酒药中只含有酵母菌一种微生物 B．前发酵过程中缸内含氧量降低而酵母菌数量增加 C．主发酵阶段开耙降低温度可以防止温度过高影响发酵 D．通过煎酒杀死微生物并破坏残存酶的活力可提高黄酒的稳定性 解析：选A　传统发酵中的菌种是混合菌种，不是单一菌种，A错误；前发酵过程中酵母菌主要通过有氧呼吸进行增殖，缸内含氧量降低，B正确；微生物的发酵需要适宜的温度，故主发酵阶段开耙降低温度可以防止温度过高影响发酵，C正确；通过煎酒杀死微生物，可防止杂菌污染，故通过煎酒杀死微生物并破坏残存酶的活力可提高黄酒的稳定性，延长保质期，D正确。 3．江西省渼陂古村酱油酿造历史悠久，《光绪吉安府志》记载：“酱油……惟渼陂所出最上，诸邑不及”。渼陂酱油主要利用米曲霉，其生产工艺流程如下图所示，下列叙述错误的是(　 ) A．古代生产的渼陂酱油是传统发酵技术的产物 B．大豆蒸熟后冷却可避免高温杀死米曲霉 C．加入食盐水可起到抑制杂菌污染的作用 D．抽油得到的生酱油是米曲霉纯培养的产物 解析：选D　古代生产的渼陂酱油属于传统发酵技术的产物，不是采用现代的发酵工程，A 正确；大豆蒸熟后冷却到常温再制曲，是为了防止高温杀死米曲霉，B正确；发酵后期加入食盐水，制造高渗环境，能使微生物渗透失水而死，起到抑制杂菌污染的作用，C正确；制作酱油的主要菌种有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，所以抽油得到的生酱油不是米曲霉纯培养的产物，D错误。 　　　　　　　　　　　　　　 一、选择题 1．关于果酒的制作过程，下列叙述正确的是(　 ) A．发酵过程中需要适时打开瓶盖放气，以防止发酵瓶破裂 B．先去除枝梗，再用清水冲洗掉污物 C．发酵的温度维持在18～30 ℃效果最佳 D．在果酒制作的整个过程中，需从充气口不断通入空气 解析：选C　为避免杂菌污染，发酵过程中需要适时拧松瓶盖放气，而不是打开瓶盖放气，A错误；为避免杂菌污染，果酒的制作过程中应先冲洗，然后除去枝梗，B错误；果酒制作所需要的适宜温度为18～30 ℃，因此果酒制作应控制发酵温度维持在18～30 ℃，C正确；果酒制作过程中，应该先通气让酵母菌大量繁殖，后密封让酵母菌进行发酵，D错误。 2．下列关于果酒、果醋及腐乳制作的叙述，不正确的是(　 ) A．制作果酒过程中应适时放气，制作果醋时要保证通气 B．果醋制作既可以在获得果酒后进行，也可利用果汁直接制得 C．制作果酒、果醋和腐乳的主要微生物都属于真核生物 D．控制好温度和pH既有利于目的菌繁殖，又可抑制杂菌生长 解析：选C　制作果酒过程中，酵母菌无氧呼吸产生酒精的同时会产生CO2，故需适时放气；制作果醋时需要醋酸菌，该菌为好氧菌，A正确。醋酸菌有氧呼吸时，可将葡萄糖或者乙醇作为反应物，最终生成乙酸，B正确。酵母菌、毛霉是真核生物，醋酸菌是原核生物，C错误。不同微生物生长、繁殖所需要的温度和pH不同，D正确。 3．在制作发酵食品的实践中，控制发酵条件至关重要，下列叙述不正确的是(　 ) A．制作泡菜时，腌制的时间和食盐用量都会影响亚硝酸盐含量 B．在果酒发酵过程中，葡萄汁装入发酵瓶需留大约1/3的空间 C．制作果酒后，如要继续发酵制作果醋，需适当降低温度 D．泡菜腌制过程中亚硝酸盐的含量变化趋势是先增加后减少 解析：选C　制作泡菜时，腌制的时间和食盐用量都会影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量随时间变化，先增加后减少，A、D正确；在果酒发酵过程中，葡萄汁装入发酵瓶需留大约1/3的空间，足够的空气便于酵母菌的早期繁殖，同时防止发酵过程中CO2的产生导致发酵液溢出，B正确；果酒的发酵温度为18～30 ℃，果醋的发酵温度为30～35 ℃，因此制作果酒后，如要继续发酵制作果醋，需适当升高温度，C错误。 4．风味豆豉深受大众喜爱，其主要生产工艺流程如下图。下列说法正确的是(　 ) A．如果发酵装置中上层黄豆的发酵效果比底层好，推测该发酵菌的新陈代谢类型是异养厌氧型 B．传统方法制作豆豉，以混合菌种的液体发酵为主 C．调味过程中添加盐可抑制杂菌生长，白酒和风味料只是调节口味 D．黄豆煮熟的目的主要是破坏黄豆内部结构，使蛋白质变性，同时起到消毒的作用 解析：选D　如果发酵装置中上层黄豆的发酵效果比底层好，上层氧气充足，推测该发酵菌的新陈代谢类型是异养好氧型，A错误；传统发酵是以混合菌种的固体或半固体发酵为主，B错误；调味过程中添加盐可抑制杂菌生长，白酒和风味料既可以调节口味也可以抑制杂菌生长，C错误；黄豆煮熟的目的主要是破坏黄豆内部结构，使蛋白质变性，易于被蛋白酶水解，同时起到消毒的作用，D正确。 5．红酸汤是一种传统美食，它所独具的色、香、味令食者胃口大开。其制作以番茄和辣椒为主要原料，流程为选择原料→洗净擦干→装坛→密封发酵→成品。下列叙述正确的是(　 ) A．红酸汤的制作过程主要依赖酵母菌发酵 B．装坛时加入成品红酸汤是为了增加菌种数量 C．装坛至八成满的原因主要是促进微生物繁殖 D．发酵过程中pH逐渐下降，亚硝酸盐含量不断增加 解析：选B　红酸汤制作过程中用到的微生物主要是乳酸菌，A错误；装坛时加入成品红酸汤是为了增加发酵菌种的数量，缩短发酵时间，B正确；装坛至八成满的目的是防止发酵后液体膨胀外溢，且乳酸菌是厌氧菌，繁殖不需要氧气，C错误；发酵过程中pH逐渐下降，下降到一定程度后不再变化，亚硝酸盐含量随着发酵时间的延长先增加后减少，D错误。 6．下列有关发酵工程基本环节的说法，错误的是(　 ) A．在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期 B．在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定 C．培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌 D．灭菌和接种是发酵工程的中心环节 解析：选D　啤酒生产需要筛选产酒精量高的酵母菌，因此使用基因工程改造的啤酒酵母，其产酒精量较高，可以加速发酵过程，缩短生产周期，A正确；在生产实践中，培养基的配方需以满足培养菌种的生存为前提，兼顾成本和原材料获取的方便程度，要经过反复试验才能最终确定，B正确；培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌，防止杂菌污染影响产量，C正确；发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，D错误。 7．酸豆角酸脆、营养丰富，制作的主要流程是豆角去筋后洗净、晾干→加盐揉搓至翠绿色→放入泡菜坛→注入凉开水→添加适量香辛料和白酒→密闭、腌制2周左右。下列叙述错误的是(　 ) A．豆角的酸味主要与乳酸菌无氧呼吸产生的乳酸有关 B．加盐揉搓至翠绿色利用了叶绿素能溶解于高浓度NaCl溶液的特性 C．发酵前期泡菜坛中会冒出气泡，这是由酵母菌等微生物细胞呼吸所致 D．加入的食盐、香辛料、白酒等不仅能增加食品风味，也能防止杂菌污染 解析：选B　制作酸豆角的原理是乳酸菌在无氧条件下进行无氧呼吸产生乳酸，乳酸使豆角变得酸脆，A正确；“加盐揉搓至翠绿色”利用了植物细胞渗透失水的原理，使豆角细胞的水分减少，而叶绿素易溶于有机溶剂，B错误；发酵前期泡菜坛中会冒出气泡，这是由酵母菌等微生物细胞呼吸释放气体所致，C正确；加入的食盐、香辛料、白酒等一方面能抑制微生物生长，防止杂菌污染，另一方面能增加食品风味，D正确。 8．味精是以粮食等为原料经发酵制成的一种调味料，发酵中所用的谷氨酸棒状杆菌菌种大都从自然界筛选获得，下图是以小麦为原料生产味精的工艺流程图。下列分析正确的是(　 ) A．发酵前将菌种接种到摇瓶培养是为了进一步选育和纯化菌种 B．发酵过程中应维持酸性条件，以利于谷氨酸的积累 C．通过基因工程育种可以对谷氨酸棒状杆菌进行定向改造，以获取性状优良的菌种 D．发酵结束后，可采用过滤、沉淀和纯化等方法获取单一菌体，并将菌体破碎后提取单细胞蛋白 解析：选C　发酵前将菌种接种到摇瓶培养是为了扩大培养，获取更多菌种，A 错误；味精由谷氨酸经一系列处理制成，在谷氨酸棒状杆菌的发酵过程中，中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，B错误；基因工程育种可以对谷氨酸棒状杆菌进行定向改造，获取性状优良的菌种，C正确；微生物菌体就是单细胞蛋白，无需将菌体破碎后提取，D错误。 9．(2024·贵阳检测)红酸汤颜色鲜红、气味清香、味道酸爽，利于人体肠道益生菌生长。制作时选用西红柿洗净晒干搅成茸泥，加入剁碎的仔姜、大蒜和辣椒，一定量的食盐、糯米和白酒，混合拌匀装坛后密封发酵。下列相关叙述错误的是(　 ) A．食盐、大蒜和辣椒等既可调味又可抑制杂菌生长 B．发酵时常加入成品红酸汤，可增加乳酸菌含量，缩短制作时间 C．装坛时必须装满并在盖上坛盖后水封，以实现密封发酵 D．出坛后的酸汤若不及时食用，会因酵母菌繁殖长出一层白膜 解析：选C　食盐、大蒜和辣椒等既可调味又可抑制杂菌生长，制作红酸汤时可适当加入上述物质，可以起到抑菌和改善风味的效果，A正确；红酸汤中的酸味物质主要是乳酸菌产生的乳酸，发酵时常加入成品红酸汤，可增加乳酸菌含量，缩短制作时间，B正确；装坛时只能装八成满，目的是防止番茄发酵后液体膨胀外溢，C错误；出坛后的酸汤，若不及时食用，一段时间后会在其表面出现一层白膜，这是产膜酵母菌大量繁殖形成的，D正确。 10．与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列相关表述正确的是(　 ) A．发酵工程与传统发酵技术最大区别就是前者可以利用微生物来进行发酵 B．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身 C．在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖，但不会影响微生物的代谢途径 D．通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 解析：选B　发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵，A错误；发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，产品不同，分离的方法也不同，B正确；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径，C错误；单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，而非微生物细胞中提取的物质，D错误。 二、非选择题 11．菠萝果肉中含有较丰富的维生素B和维生素C。菠萝酒味佳，且具有清热解渴、消暑提神、化食止泻的功效，深受人们的喜爱。工业上生产菠萝酒的步骤大致如下：原料选择→榨汁→调节糖度和酸度→发酵→调酒度→装瓶。回答下列问题： (1)榨汁前需先将原料用90 ℃热水浸泡5分钟，这样做的目的是____________。 (2)发酵酿制前加入一定量的白砂糖调节糖度，目的是____________________________。菠萝酒制作的原理：__________________________________(用反应式表示)。 (3)在菠萝酒的制作过程中，研究人员进行了相关研究，其结果如图所示(左纵轴表示酒精度、残糖量、总酸)： ①请为以上研究拟一个课题：__________________________________________________ __________________________________________________。 ②制作菠萝酒的最佳初始糖度和酵母菌接种量分别是____________。 ③酵母菌接种量在1.1%～1.4%时，酒精度呈下降趋势，感官评分降低，原因是____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 解析：(1)原料用90 ℃热水浸泡5分钟，进行高温消毒，防止杂菌污染。(2)添加适量白砂糖的主要目的是为酵母菌生长繁殖提供碳源。在无氧条件下，葡萄糖在酶的催化作用下反应生成酒精和二氧化碳，反应式见答案。(3)①由图可知，该实验的自变量为初始糖度和酵母菌接种量，因变量为菠萝酒的品质(由多种指标反映)，故该研究的目的是探究初始糖度和酵母菌接种量对菠萝酒品质的影响。②由图可知，初始糖度为20 °Bx，酵母菌接种量为0.8%时感官评分最高，其余指标也在比较理想的范围内。③酵母菌接种量在1.1%～1.4%时，可能由于酵母菌过多，大量的糖源用于酵母菌的生长发育和繁殖，从而导致酒精度下降，感官评分低。 答案：(1)防止杂菌污染　(2)为酵母菌生长繁殖提供碳源　C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量　(3)①探究初始糖度和酵母菌接种量对菠萝酒品质的影响　②20 °Bx,0.8%　③酵母菌过多，大量的糖源用于酵母菌的生长发育和繁殖，从而导致酒精度下降 12．具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种。如图是利用发酵技术获得产品的过程图，①②都表示这一过程中的步骤或者操作，根据该图以及学过的相关知识回答问题。 ① (1)写出数字标号处的操作：①___________；②_____。 (2)传统发酵以________菌种的________________发酵为主。初步筛选菌种时，样品中含有多种微生物，培养后，一般依据____________________来区分不同的微生物。 (3)在发酵过程中要随时检测培养液中的____________、________，以了解发酵进程，必要时要添加营养物质。 (4)当发酵生产的产品是代谢物时，可根据________采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。若发酵产品是单细胞蛋白，则往往采用________、________等方法将其分离和干燥，即可获得产品。 (5)醋酸菌是好氧细菌，当缺少糖源时，可以通过_________________________________ (填反应式)制作醋。 解析：(1)图中①为扩大培养，②为灭菌。(2)传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。一般来说，在相同的培养条件下，同种微生物表现出稳定的菌落特征，故初步筛选时，可根据菌落的形状、大小和颜色等方面的菌落特征区别不同微生物。(3)在发酵过程中要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程。(4)发酵产品若是微生物代谢物，分离、提纯产物的方法要根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施。发酵结束后发酵产品如果是单细胞蛋白，则采用过滤、沉淀等方法分离、干燥即可获得。(5)当缺少糖源时，醋酸菌也可以将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，该过程的反应式见答案。 答案：(1)扩大培养　灭菌　(2)混合　固体发酵和半固体　菌落的形态、大小、颜色等　(3)微生物数量　产物浓度　(4) 产物的性质　过滤　沉淀　(5)C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量 第二课时　微生物的培养技术及应用 主题研习(一)　培养基及微生物的纯培养技术(深化·提能型) 　　　　　　　　　　　　　　　　 (一)培养基的配制 1．培养基：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。 2．培养基的种类和用途 划分标准 种类 特点 主要用途 物理性质 液体培养基 不加凝固剂 工业生产 半固体培养基 加凝固剂，如琼脂 观察微生物的运动 固体培养基 微生物分离、鉴定，活菌计数 化学成分 天然培养基 含化学成分不明确的天然物质 工业生产 合成培养基 培养基成分明确(用化学成分已知的化学物质制备) 微生物的分类、鉴定 用途 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 富集、分离出特定的微生物(如培养酵母菌等真菌时，可在培养基中加入青霉素) 鉴别培养基 根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品 鉴别不同种类的微生物(如用伊红—亚甲蓝琼脂培养基鉴别大肠杆菌) 3.培养基的成分：各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。 (二)无菌技术 1．含义：在培养微生物的操作中，所有防止杂菌污染的方法。 2．常用方法 消毒 灭菌 条件 较为温和的物理、化学或生物等方法 强烈的理化方法 结果 杀死物体表面或内部一部分微生物 杀死物体内外所有的微生物(包括芽孢和孢子) 常用 方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法、化学药剂消毒法、紫外线消毒法 湿热灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌 (三)微生物的纯培养 1．概念：由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物，获得纯培养物的过程就是纯培养。 2．过程：包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等。 3．常用方法：平板划线法和稀释涂布平板法。 4．实例——酵母菌的纯培养 一培养基与无菌技术 |情|境|探|究| 尿素是一种重要的农业肥料，若不经细菌的分解，就不能更好地被植物利用。生活在土壤中的微生物种类和数量繁多，某生物兴趣小组完成了“土壤中分解尿素的细菌分离”的实验。实验中用到的尿素培养基成分如下表所示，溶解后，用蒸馏水定容到1 000 mL。 KH2PO4 Na2HPO4 MgSO4·7H2O 葡萄糖 尿素 琼脂 1.4 g 2.1 g 0.2 g 10.0 g 1.0 g 15.0 g (1)按物理性质划分该培养基属于固体培养基，因为其中含有琼脂。 (2)表中葡萄糖和尿素分别作为培养微生物的碳源和氮源。 (3)在实验中，下列材料或用具需要灭菌的是①②⑤，需要消毒的是③④。(填序号) ①培养细菌用的培养基与培养皿　②玻璃棒、试管、锥形瓶　③实验操作者的双手　④操作空间 ⑤接种用具 (4)为防止杂菌污染，常用_高压蒸汽灭菌(湿热灭菌)的方法对培养基灭菌。 (5)在培养细菌时，一般需要将培养基的pH调至中性或弱碱性。 |认|知|生|成| 1．培养基营养成分的作用 成分 含义 作用 碳源 提供碳元素的物质 构成生物体细胞的物质和一些代谢物，有些也是异养生物的能源物质 氮源 提供氮元素的物质 合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢物 无机盐 为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素和微量元素 是细胞的组成成分、生理调节物质、某些化能自养菌的能源、酶的激活剂等 水 生物体内含量很高的无机物 不仅是良好的溶剂，而且可维持生物大分子结构的稳定 2．比较消毒和灭菌 项目 常用方法 应用范围 消毒 煮沸消毒法 日常用品 巴氏消毒法 不耐高温的液体，如牛奶 化学药剂消毒法 用酒精擦拭双手，用氯气消毒水源 紫外线消毒法 接种室、接种箱或超净工作台等 灭菌 灼烧灭菌法 接种工具、试管口、瓶口 干热灭菌法 耐高温的和需要保持干燥的物品玻璃，如器皿、金属用具 湿热灭菌法 培养基及容器 二者 的联系 消毒和灭菌都是通过一定的理化手段，使病原体的蛋白质或核酸变性，失去活性。只是作用的条件不同，抑菌杀菌的程度不同 二微生物的纯培养与平板划线操作 [例1]　(2024·深圳模拟)关于微生物纯培养的叙述，错误的是(　 ) A．各种培养基在配制时都应包含碳源、氮源、水和无机盐等 B．在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性 C．使用涂布器涂布后，需待菌液被培养基吸收后再将平板倒置 D．使用后的培养基丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境 [解析]　培养基的配方中一般包含碳源、氮源、水、无机盐，但不是各种微生物的培养基配方中都要包含这四种营养物质，如固氮菌的培养基中不需要加入氮源，A错误；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性，B正确；使用涂布器涂布后，需待菌液被培养基吸收后再将平板倒置，放入恒温培养箱中培养，C正确；使用后的培养基丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境和感染操作者，D正确。 [答案]　A [例2]　(2024·泉州调研)为纯化菌种，在鉴别培养基上接种尿素分解细菌，培养结果如图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．图示采用的接种方法为平板划线法和稀释涂布平板法 B．可用干热灭菌法对盛有培养基的培养皿和试管等进行灭菌 C．该实验结果因单菌落太多，不能达到菌种纯化的目的 D．培养基中的尿素被分解后，可使酚红指示剂变为红色 [解析]　图示采用的接种方法为平板划线法，A错误；可用湿热灭菌法对盛有培养基的培养皿和试管等进行灭菌，B错误；该实验Ⅲ区有单菌落，可以达到菌种纯化目的，C错误；培养基中的尿素被分解后呈碱性，可使酚红指示剂变为红色，D正确。 [答案]　D |认|知|生|成| 1．培养物、纯培养物、纯培养辨析 培养物 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 纯培养物 由单一个体繁殖所获得的微生物群体 纯培养 获得纯培养物的过程 2．平板划线操作的注意事项 (1)灼烧接种环，待其冷却后才能蘸取菌液，以免温度太高杀死菌种。 (2)第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始，能使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终得到由单个微生物繁殖而来的菌落。 (3)划线时最后一区不要与第一区相连。 (4)划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。 (5)操作第一步即取菌种之前及每次划线之前都需要将接种环进行火焰灼烧灭菌，划线操作结束时，仍需灼烧接种环，每次灼烧的目的如下表： 第一次操作 每次划线之前 划线结束 目的 杀死接种环上原有的微生物 杀死上次划线后接种环上残留的菌种，使下次划线的菌种直接来源于上次划线的末端，使每次划线菌种数目减少 杀死接种环上残存的菌种，避免微生物污染环境和感染操作者 题点(一)　培养基与无菌技术 1．(2024·柳州一模)黑曲霉是一种丝状真菌，是重要的发酵工业菌种，其代谢产物广泛应用于食品加工等领域。黑曲霉的PDA液体产酶培养基组成为麸皮、豆粉饼、(NH4)2SO4、MgSO4·7H2O、KH2PO4，培养时需要通气振荡。下列说法错误的是(　 ) A．黑曲霉的代谢类型为异养需氧型 B．上述培养基需要灭菌后将pH调至酸性 C．豆粉饼可提供黑曲霉生长所需的碳源和氮源 D．工业化生产时，黑曲霉接种前一般要进行扩大化培养 解析：选B　培养黑曲霉菌需要添加有机碳源且需要通气振荡，因此该菌的代谢类型为异养需氧型，A正确；调节pH应该在灭菌之前进行，B错误；豆粉饼中含有蛋白质、糖类等，可提供黑曲霉生长所需的碳源和氮源，C正确；工业化生产时需大量的微生物，因此黑曲霉接种前一般要进行扩大化培养，增加菌种的数量，D正确。 2．获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。下列相关叙述正确的是(　 ) A．接种室、接种箱或超净工作台在使用过程中，可用紫外线照射30分钟进行消毒 B．消毒是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全部微生物 C．涂布器、接种环和接种针常采用灼烧灭菌的方法迅速彻底地灭菌 D．分离土壤中分解尿素的细菌时，将土壤稀释液彻底灭菌后再接种到培养基上，可以有效防止杂菌的污染 解析：选C　接种室、接种箱或超净工作台在使用前用紫外线照射30分钟进行消毒，A错误；消毒是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，B错误；灼烧灭菌是将微生物的接种工具，如接种环、接种针或其他金属工具，直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，可以迅速彻底地灭菌，C正确；将土壤稀释液彻底灭菌，所要培养的目的菌也会一并被杀死，D错误。 题点(二)　微生物的纯培养与平板划线操作 3．(2024·南通模拟)下列有关纯培养酵母菌实验的叙述，正确的是(　 ) A．配制好的培养基转移到锥形瓶中，加棉塞并用皮筋扎紧后，放入高压蒸汽灭菌锅中灭菌 B．灭菌后的培养基在酒精灯火焰附近倒入培养皿，待冷却到50 ℃左右将培养皿倒置 C．通过接种环在固体培养基表面连续划线，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面 D．划线完成后，待菌液被培养基吸收，将平板放入适宜条件下培养，观察并计数 解析：选C　将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加棉塞，包上牛皮纸用皮筋扎紧后，放入高压蒸汽灭菌锅灭菌，A错误；灭菌后待培养基冷却至50 ℃左右时进行倒平板，倒平板过程需要在酒精灯火焰旁进行，防止空气中的杂菌污染，B错误；平板划线法是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，C正确；平板划线法不能用于计数，D错误。 4.为了调查某河流的水质状况，某研究小组测定了该河流水样中的细菌含量，并进行了细菌分离和培养等工作，得到如图所示的实验结果。请回答下列问题： (1)该实验中所用到的培养皿、接种环、培养基等均需进行灭菌处理，其中可用灼烧灭菌法进行灭菌的是______，必须用湿热灭菌法进行灭菌的是________，其不使用干热灭菌法的原因是______________________、________________________。 (2)接种前，为了检测培养基平板灭菌是否合格，可以采用的方法是__________________________________________________ __________________________________________________。 (3)采用图示方法分离水样中的细菌时，为了将聚集的菌体分离获得单个菌落，在第二次及以后的划线时，一定要______________________。通常情况下，对获得的纯菌种可以依据__________________________对细菌进行初步的鉴定和分类。 解析：(1)灼烧灭菌法一般用于接种环、接种针或其他金属工具的灭菌，所以可用灼烧灭菌法进行灭菌的是接种环；常采用高压蒸汽对培养基进行灭菌，而高压蒸汽灭菌是湿热灭菌法的一种。干热灭菌法针对需要保持干燥的物品，干热灭菌法会使培养基中的水分蒸发，且干热灭菌温度过高，会导致培养基营养成分被破坏，因此对培养基进行灭菌时不选择干热灭菌法。(2)为验证培养基灭菌是否合格，应随机取一个灭菌后的空白平板倒置培养一段时间，观察是否有菌落产生，若无菌落出现即为合格。(3)平板划线法在第二次及以后的划线时，总是从上一次划线的末端开始划线，目的是将聚集的菌体逐渐稀释分散以便获得由单个细胞繁殖而来的菌落。不同的微生物形成的菌落不同，对获得的纯菌种可以依据菌落的形状、大小、颜色等菌落特征对细菌进行初步的鉴定和分类。 答案：(1)接种环　培养基　干热灭菌法会使培养基中的水分蒸发　干热灭菌温度过高导致培养基营养成分被破坏　(2)随机取一个灭菌后的空白平板倒置培养一段时间，观察是否有菌落产生　(3)从上一次划线的末端开始划线　菌落的形状、大小、颜色等菌落特征 主题研习(二)　微生物的选择培养和计数(深化·提能型) (一)微生物的选择培养 1．等比稀释操作(如图) 2．涂布平板操作 序号 图示 操作 1 取0.1 mL菌液，滴加到培养基表面 2 将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中 3 将沾有少量酒精的涂布器在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布 4 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，使菌液涂布均匀 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。 (二)微生物的数量测定 1．稀释涂布平板法(间接计数法) 计数 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 计数 方法 通常选用一定稀释范围的样品液进行培养，以保证获得菌落数为30～300、适于计数的平板。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 2.显微镜计数法(直接计数法) 计数 原理 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 优点 是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法 缺点 统计的结果一般是死菌数和活菌数的总和 3．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 一微生物选择培养的原理和方法 1．选择培养的原理 根据不同微生物的特殊营养需求或其对某化学、物理因素的抗性不同而制备培养基。 2．三种选择培养方法的比较 方法 特点 举例 利用营养缺陷型选择培养基 通过控制培养基的营养成分，使营养缺陷型微生物不能正常生长 缺乏氮源时可以分离固氮微生物 利用加入某种化学物质 在完全培养基中加入某些化学物质，抑制某些微生物生长，同时选择所需的微生物 加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌 利用培养条件 改变微生物的培养条件 在高温环境中培养可以得到耐高温的微生物 　　 [例1]　(2023·山东高考)平板接种常用在微生物培养中。下列说法正确的是(　 ) A．不含氮源的平板不能用于微生物培养 B．平板涂布时涂布器使用前必须进行消毒 C．接种后未长出菌落的培养基可以直接丢弃 D．利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物 [解析]　不含氮源的平板可用于固氮微生物的培养，A错误；平板涂布时涂布器使用前必须浸在酒精中，然后在火焰上灼烧灭菌，B错误；使用后的培养基即使未长出菌落也要在丢弃前进行灭菌处理，不能直接丢弃，以免污染环境，C错误；只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素，利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物，D正确。 [答案]　D [例2]　(2023·广东高考)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断，下列最可能筛选到目标菌的条件组合是(　 ) A．a点时取样、尿素氮源培养基 B．b点时取样、角蛋白氮源培养基 C．b点时取样、蛋白胨氮源培养基 D．c点时取样、角蛋白氮源培养基 [解析]　该实验的目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌，应该用以角蛋白为唯一氮源的选择培养基进行筛选培养，且应该在高温条件下取样，即c点时取样，D符合题意。 [答案]　D 二微生物计数的原理和方法 [例3]　某生物活动小组为探究当地农田土壤中分解尿素的细菌的数量，进行了随机取样、系列梯度稀释、涂布平板、培养、计数等步骤，实验操作过程如下： 请分析并回答下列问题： (1)该实验中含有琼脂的培养基从物理性质来说，属于________培养基，培养基中只选择了________作为唯一氮源。 (2)在采用稀释涂布平板法对微生物进行计数时，需要进行梯度稀释的原因是 __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (3)6号试管涂布的三个平板的菌落数为550、501、688,7号试管涂布的三个平板的菌落数为58、73、97,8号试管涂布的三个平板的菌落数为8、15、28。该10 g土壤样品中含有分解尿素的细菌的估算数目是________个。 [解析]　(1)琼脂是凝固剂，因此该实验中含有琼脂的培养基是固体培养基；为了筛选和分离土壤中分解尿素的细菌，培养基中只需要添加尿素作为唯一氮源。(2)只有在稀释度足够高时，聚集在一起的微生物才能被分散成单个细胞，并形成单个菌落；但稀释度过高时，得到的平板菌落数太少，实验的偶然性太大。进行梯度稀释，以保证获得菌落数为30～300个的平板进行计数，所得的实验结果最准确，故在采用稀释涂布平板法对微生物进行计数时，需要进行梯度稀释。(3)进行梯度稀释时，取菌落数为30～300个的平板进行计数，所得的实验结果最准确，因此选择7号试管进行计数，且7号试管的稀释度为108，涂布的三个平板的菌落数为58、73、97，则该10 g土壤样品中含有分解尿素的细菌的估算数目是(58＋73＋97)÷3÷0.1×108×10＝7.6×1011。 [答案]　(1)固体　尿素　(2)只有在稀释度足够高时，聚集在一起的微生物才能被分散成单个细胞，并形成单个菌落；但稀释度过高时，得到的平板菌落数太少，实验的偶然性太大。进行梯度稀释，以保证获得菌落数为30～300个的平板进行计数，所得的实验结果最准确(合理即可)　(3)7.6×1011 |认|知|生|成| 1．平板划线法和稀释涂布平板法的比较 项目 平板划线法 稀释涂布平板法 关键操作 接种环在固体平板培养基表面连续划线 一系列的梯度稀释、涂布平板操作 菌体获得 在具有显著的菌落特征的区域中挑取单个的菌落 从适宜稀释度平板上的菌落中挑取单个的菌落 优点 可以根据菌落的特点获得某种微生物的单细胞菌落 既可以获得单细胞菌落，又能对微生物计数 缺点 不能对微生物计数 操作复杂，需要涂布多个平板 2．两种微生物计数方法的比较 项目 间接计数法 (稀释涂布平板法) 直接计数法 (显微镜计数法) 原理 通过统计平板上的菌落数，推测出样品中大约含有多少活菌 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 公式 每毫升菌液中微生物细胞的数量＝C/V×M C：某稀释倍数下至少3个平板上生长的平均菌落数；V：涂布平板时所用的菌液稀释液体积(mL)；M：稀释倍数 每毫升原液所含细菌数＝每小格内平均细菌数×400×104×稀释倍数 缺点 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 不能区分死细胞和活细胞 结果 比实际活菌数少 比实际活菌数多 题点(一)　微生物选择培养的原理和方法 1．(2024年1月·广西高考适应性演练)渥堆是六堡茶生产的关键工艺，渥堆期间微生物分泌的多酚氧化酶可催化茶叶中的儿茶素(C15H14O6)形成黄红色的氧化聚合物。要从渥堆茶叶样品中筛选产多酚氧化酶的细菌，下表中培养基配方设计最合理的是(注：“－”表示不添加；“＋”表示添加。)(　 ) 解析：选B　甲培养基没有儿茶素，无法筛选，A错误；乙培养基为固体培养基，且含有碳源、氮源、无机盐、水、儿茶素，B正确；丙培养基没有氮源，产多酚氧化酶的细菌无法生存，C错误；丁未加入琼脂，液体培养基无法筛选，D错误。 2．(2023·北京高考)自然界中不同微生物之间存在着复杂的相互作用。有些细菌具有溶菌特性，能够破坏其他细菌的结构使细胞内容物释出。科学家试图从某湖泊水样中分离出有溶菌特性的细菌。 (1)用于分离细菌的固体培养基包含水、葡萄糖、蛋白胨和琼脂等成分，其中蛋白胨主要为细菌提供______________________和维生素等。 (2)A菌通常被用做溶菌对象。研究者将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊(如图)，表明______________________。 (3)为分离出具有溶菌作用的细菌，需要合适的菌落密度，因此应将含菌量较高的湖泊水样______________后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现______________。采用这种方法，研究者分离、培养并鉴定出P菌。 (4)为探究P菌溶解破坏A菌的方式，请提出一个假设，该假设能用以下材料和设备加以验证(主要实验材料和设备：P菌、A菌、培养基、圆形滤纸小片、离心机和细菌培养箱)。____________________________________________。 解析：(4)根据实验材料和设备，圆形滤纸小片可用于吸收某种物质，离心机可用于分离菌体和细菌分泌物，为探究P菌溶解破坏A菌的方式，可假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂。 答案：(1)氮源、碳源　(2)A菌能在培养平板中生长繁殖　(3)(梯度)稀释　溶菌圈　(4)假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂 题点(二)　微生物计数的原理和方法 3．DMF(一种含碳有机物)是一种优良的工业溶剂和有机合成材料，它广泛应用于制革、医药、农药等多个生产行业。含DMF的废水毒性大，会对环境造成严重危害，某实验小组筛选分离得到能够高效降解DMF的细菌，用于DMF的降解。下列有关叙述正确的是(　 ) A．分离高效降解DMF的菌株所用的培养基可以是液体培养基或固体培养基 B．可采用平板划线法或稀释涂布平板法对细菌进行分离并计数 C．利用平板划线法接种时，灼烧接种环的次数等于划线次数 D．利用显微镜对细菌进行直接计数时，统计的结果往往大于实际活菌数 解析：选D　对微生物的分离采用固体培养基，液体培养基可以用于微生物的扩大培养，A错误；平板划线法不能用于细菌计数，因为平板划线法不能充分将微生物菌体分离开，划线用的菌液体积不能确定，每次划线前灼烧接种环会杀死部分微生物，使计数不准确，B错误；利用平板划线法接种时，由于每次接种前和最终接种完成后需要对接种环灭菌，因此灼烧接种环的次数比划线次数多一次，C错误；利用显微镜对细菌进行直接计数时，由于不能区分死菌和活菌，因此统计的结果往往大于实际活菌数，D正确。 4．(2024·成都预测)某研究团队从食塑料蜡虫肠道中分离能降解聚乙烯(PE)的细菌，以解决塑料污染问题。将分离得到的两种细菌(YT1和YP1)在PE薄膜培养液中培养，培养液中细菌数量变化以及PE失重率(降解PE能力的高低)变化如图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．用经湿热灭菌后的含PE、葡萄糖和无机盐等成分的液体培养基分离目的细菌 B．分离得到目的细菌的纯培养可用平板划线法在酸性的选择培养基上进行 C．在对细菌进行计数时，常用显微镜计数法和稀释涂布平板法 D．在第20天后两种细菌群体降解PE的能力差异增大，且细菌YT1强于细菌YP1 解析：选C　分离目的细菌要用PE为唯一碳源的固体培养基，不加葡萄糖，A错误；培养细菌应在中性或弱碱性环境中培养，B错误；对微生物进行计数时，常用显微镜计数法和稀释涂布平板法，C正确；由图2中20天后PE失重率变化曲线可知YP1的值明显高于YT1，即细菌YP1降解PE的能力强于细菌YT1，D错误。 　|考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P10“相关信息”拓展分析)无菌技术围绕着如何避免杂菌的污染展开。下列说法正确的是(　 ) A．巴氏消毒的最大优点是能够杀死牛奶中的全部微生物 B．对接种室、涂布器、操作者的衣着和双手只需要进行消毒处理 C．培养基可借助高压蒸汽灭菌锅或干热灭菌箱进行灭菌 D．利用寄生于细菌体内的微生物裂解细菌来净化污水属于生物消毒法 解析：选D　巴氏消毒的最大优点是能够杀死牛奶中的绝大部分微生物，并且基本不会破坏牛奶的营养成分，A错误；对接种室、操作者的衣着和双手只需要进行消毒处理，对涂布器要进行灭菌处理，B错误；培养基可借助高压蒸汽灭菌锅进行灭菌，不能用干热灭菌箱进行灭菌，C错误；利用寄生于细菌体内的微生物裂解细菌来净化污水属于生物消毒法，不会污染环境，D正确。 2．(选择性必修3 P18“相关信息”拓展分析)酵母菌是探究种群数量变化的理想材料，血细胞计数板是酵母菌计数的常用工具。 右图为显微镜下一个中方格内的菌体分布情况(计数室的容积1 mm×1 mm×0.1 mm)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．对于细菌等较小的细胞，可用细菌计数板对其进行观察和计数 B．若计数室内存在气泡，会使计数结果偏小 C．如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，可寻找菌体数量适中的小方格计数 D．若其中一个中方格酵母菌数量如图所示，则估算样液中酵母菌的总数为6×106个/mL 解析：选C　细菌计数板和血细胞计数板的计数原理相同。血细胞计数板比细菌计数板厚，常用于体积相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的计数。用细菌计数板可对细菌等较小的细胞进行观察和计数，A正确；若计数室内存在气泡，会导致计数室相对体积减小，从而使计数结果偏小，B正确；如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，可将其进行稀释后再计数，C错误；图中计数的中方格酵母菌数为24个，根据1个中方格中有16个小方格可知1个大方格中有25个中方格，则1 mL培养液中酵母菌的总数＝24×25÷(1×1×0.1×10－3)＝6×106(个)，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3．(选择性必修3 P16“思考·讨论”原理分析)用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。这些细菌能分解尿素的原因是它们能合成脲酶，脲酶催化尿素分解产生NH3，NH3可作为细菌生长的氮源。 4．(选择性必修3 P18“正文”关键点发掘)用稀释涂布平板法来统计样品中的活菌数时，通过统计平板上的菌落数就能估测出样品中的活菌数，原因是培养基表面生长的一个单菌落一般来源于样品稀释液中的一个活菌。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2023·重庆高考)垃圾分类有利于变废为宝，减少环境污染。如图为分类后餐厨垃圾资源化处理的流程设计。下列叙述错误的是(　 ) A．压榨出的油水混合物可再加工，生产出多种产品 B．添加的木屑有利于堆肥体通气，还可作为某些微生物的碳源 C．X中需要添加合适的菌种，才能产生沼气 D．为保证堆肥体中微生物的活性，不宜对堆肥体进行翻动 解析：选D　除了油和水，压榨出的油水混合物中还可能含有其他成分，油水混合物经过再加工，可以生产出多种产品，A正确。添加木屑后形成的堆肥体疏松，有利于通气；木屑的主要成分为纤维素，可以为能分解纤维素的微生物提供碳源，B正确。X中需要添加产甲烷菌等，才能产生沼气，C正确。对堆肥体进行翻动可增大氧气供应，有利于需氧型微生物的活动，D错误。 2．某研究团队发现取自黄粉虫肠道的细菌能高效降解低密度泡沫塑料[主要成分为聚苯乙烯——(C8H8)n]。研究人员为了从黄粉虫肠道内分离纯化出能降解聚苯乙烯的细菌，进行了如图所示实验。下列相关叙述正确的是(　 ) A．X为聚苯乙烯，可为黄粉虫肠道细菌提供碳源和氮源 B．图示选择培养的过程中不需要加入琼脂做凝固剂 C．富集培养和选择培养过程中都应将培养基调至酸性 D．将涂布器放在酒精灯火焰上灼烧后直接涂布接种 解析：选C　X为聚苯乙烯，可为黄粉虫肠道细菌提供碳源，但不能提供氮源，A错误；选择培养基一般为固体培养基，故需要加入琼脂作为凝固剂，B错误；该细菌生活在黄粉虫的肠道中，所以需要将培养基调至酸性，C正确；将涂布器放在酒精灯火焰上灼烧后不可直接涂布接种，要冷却一会，待温度下降后进行涂布，D错误。 3．白酒中含有适量的乳酸能够减轻酒体刺鼻的味道，增加甜度，使酒体协调醇厚。为获得产乳酸能力较强的乳酸菌菌株，某科研工作者从某香型白酒发酵醅、窖泥中初步分离纯化出8种产酸菌株，如图所示。下列相关叙述错误的是(　 ) A．筛选乳酸菌的培养基应具备选择性，且能鉴别出乳酸菌的产酸能力 B．接种后，应将接种平板倒置于无氧且温度适宜的环境中进行培养 C．由图示结果可知，不同乳酸菌产酸能力不同的根本原因是它们所含相关酶的活性不同 D．由图示结果可知，对筛选菌株进行产酸特性的研究时，应该选择菌种L1进行发酵培养 解析：选C　筛选乳酸菌的培养基应具备的明显特点是允许乳酸菌生长，抑制或阻止其他种类微生物生长，即具有选择性，同时可在培养基中加入碳酸钙，以鉴别乳酸菌的产酸能力，A正确；乳酸菌为厌氧微生物，故应在无氧且温度适宜的环境中培养，B正确；不同乳酸菌产酸能力不同的根本原因是它们编码相关酶合成的基因的碱基序列不同，即DNA不同，C错误；由筛选结果可知，菌种L1产乳酸能力最强，故对筛选菌株进行产酸特性的研究时，应选择菌种L1进行发酵培养，D正确。 一、选择题 1．下列关于微生物培养的叙述，正确的是(　 ) A．配制培养基时，一般先调pH再灭菌 B．培养微生物用到的接种环、培养皿、培养基等都用干热灭菌法灭菌 C．培养乳酸菌时，除了基本的碳源、氮源、水和无机盐，还需要添加抗生素 D．用平板划线法和稀释涂布平板法进行微生物的计数时，所得数据往往比实际数据偏小 解析：选A　配制培养基时，一般先调pH再灭菌，这样可以避免在调pH时有杂菌污染培养基，A正确；培养微生物用到的接种环、培养皿可以用干热灭菌法灭菌，培养基用高压蒸汽灭菌法灭菌，B错误；培养乳酸菌时，不能添加抗生素，因为抗生素会杀灭乳酸菌，C错误；平板划线法不能对微生物计数，D错误。 2．消毒和灭菌在作用强度和作用效果方面差异显著，下列关于二者的说法错误的是(　 ) A．煮沸消毒、巴氏消毒、紫外线消毒是常用的消毒方法 B．对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和灭菌 C．湿热灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌是常用的灭菌方法 D．培养皿和金属器械的灭菌常采用干热灭菌 解析：选B　消毒是指用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物的过程，煮沸消毒、巴氏消毒、紫外线消毒是常用的消毒方法，A正确；对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒，B错误；灭菌是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有微生物的过程，湿热灭菌(如高压蒸汽灭菌)、干热灭菌、灼烧灭菌是常用的灭菌方法，C正确；能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿(吸管、培养皿)和金属用具等，都可用采用干热灭菌法进行灭菌，D正确。 3．微生物的接种方法有很多种，穿刺接种是指用接种针挑取少量的菌种，自培养基的中心垂直地刺入半固体培养基中，然后沿原穿刺路径将针拔出的接种方法。下列有关叙述正确的是(　 ) A．该接种方法可用于厌氧菌种的接种 B．灭菌后待培养基冷却到室温时，在酒精灯火焰附近将其倒入培养装置 C．在火焰上灼烧接种针后要立即接种，防止空气中杂菌污染接种针 D．培养基的配制、分装及微生物的接种过程都需要进行无菌操作 解析：选A　穿刺接种将菌种接种到了培养基内部，形成了无氧的环境，可用于厌氧菌种的接种，A正确；灭菌后待培养基冷却到约50 ℃时，在酒精灯火焰附近将其倒入培养装置，B错误；在火焰上灼烧接种针后要冷却，防止高温杀死菌种，C错误；培养基的配制无需进行无菌操作，D错误。 4．解钾菌分泌的有机酸能使土壤中不溶性钾转化为可溶性钾，被植物吸收利用。根据选择培养基中出现的透明圈大小筛选出高效解钾菌菌种，扩大培养后添加到有机肥中制成生物菌肥，改善土壤钾元素供应能力。下列说法错误的是(　 ) A．选择培养时，应以不溶性钾为钾元素的唯一来源 B．有机酸是解钾菌的次生代谢物，是其生长发育必需的 C．筛选过程中菌落透明圈越大，相应的解钾菌活性越高 D．增施生物菌肥可减少化肥的使用，推动农业可持续发展 解析：选B　根据“解钾菌分泌的有机酸能使土壤中不溶性钾转化为可溶性钾，被植物吸收利用”，选择培养时，应以不溶性钾为钾元素的唯一来源，A正确；次生代谢物不是生物生长发育必需的，B错误；筛选过程中菌落透明圈越大，说明解钾菌分泌的有机酸越多，相应的解钾菌活性越高， C正确；增施生物菌肥可减少化肥的使用，能够推动农业可持续发展，D正确。 5．如图所示，自来水经滤膜过滤后，转移到牛肉膏蛋白胨培养基上，适宜条件 下培养48 h，染色后统计变色菌落数目为165个。下列说法正确的是(　 ) A．若培养基含伊红—亚甲蓝，大肠杆菌菌落呈蓝绿色 B．自来水中大肠杆菌浓度是33个·L－1，比真实值偏大 C．为了提高准确度，需设重复实验，但不用空白对照 D．若培养基菌落数目大于300，可适当减少自来水量 解析：选D　若培养基含伊红—亚甲蓝，大肠杆菌菌落呈深紫色，有金属光泽，A错误；自来水中大肠杆菌浓度是165÷5＝33(个·L－1)，由于两个或多个大肠杆菌可能长成一个菌落，因此比真实值偏小，B错误；为了提高准确度，需设重复实验，同时需要设置空白对照，C错误；若培养基菌落数目大于300，说明细菌数目较多，可适当减少自来水量，D正确。 6．尿素是一种非蛋白氮饲料，常被用于反刍动物日粮配制，以降低日粮蛋白用量，节约饲养成本。反刍动物的瘤胃中尿素被分解成氨，氨则被用于合成优质微生物蛋白。某兴趣小组尝试从奶牛的瘤胃中分离出尿素分解菌。下列有关叙述正确的是(　 ) A．需配制以尿素为唯一碳源的培养基，还需要加牛肉膏等营养物质 B．用灭菌后的涂布器蘸取0.1 mL菌液在酒精灯火焰旁将菌液涂布均匀 C．以未接种的培养基为对照组，可判断选择培养基是否具有选择作用 D．尿素被分解成氨后，培养基的pH升高，可用酚红指示剂进行鉴定 解析：选D　以尿素作为唯一氮源的培养基中，能分解尿素的微生物可以生长，其他微生物不能生长，且该选择培养基中不能加入牛肉膏，A错误；涂布器不能进行取样，B错误；以未接种的培养基为对照组，能判断培养基是否被杂菌污染，不能判断选择培养基是否有选择作用，C错误；尿素被分解成氨后，碱性增强，培养基的pH升高，可用酚红指示剂进行鉴定，D正确。 7．(2024·黄冈模拟)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将等量的、不能直接吸收脂肪的甲、乙两种细菌分别接种在醇溶青琼脂平板上培养，均产生了菌落，甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色，下列说法正确的是(　 ) A．甲菌和乙菌都属于解脂菌 B．甲菌和乙菌均能在该平板上生长说明培养基中可能含有其他碳源 C．该平板不能用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力 D．为更好地控制无关变量，应将两种菌分别接种在多个醇溶青平板上培养 解析：选B　由题意分析，解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用，脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色，甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色，这说明甲菌能分泌脂肪酶，属于解脂菌，乙菌不能分泌脂肪酶，不属于解脂菌，A错误；乙菌不能产生分解脂肪的酶，但乙菌也能在该培养基上生长，说明培养基中可能含有其他碳源，B正确；脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色，解脂菌产脂肪酶的能力越强，菌落周围深蓝色区域越大，可依据固体培养基上深蓝色的区域大小来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力，C错误；为了更好地控制无关变量，可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比，D错误。 8．(2024·保定统考)植酸磷是植物或饲料中磷的主要储存形式，由于动物体内缺少分解植酸磷的植酸酶，导致植酸磷在动物体内的利用率很低，造成磷的浪费。科研人员从土壤中分离了五种能产生植酸酶的细菌菌株，培养基中能出现分解植酸磷的透明圈，操作过程如下图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．该过程的接种方法为平板划线法 B．A菌株是产植酸酶的理想菌株，应对其扩大培养 C．在制备初选平板时，应将培养基调至中性或弱碱性 D．若平板中平均菌落为150，则10 g土壤中含有细菌1.5×107个 解析：选C　由菌落分布状态可知，该过程的接种方法为稀释涂布平板法，A错误；E菌株菌落周围的透明圈直径与菌落直径的比值最大，故E菌株是产植酸酶的理想菌株，应对其扩大培养，B错误；由于筛选的是细菌菌株，因此在制备初选平板时，应将培养基调至中性或弱碱性，C正确；若平板中平均菌落为150，图示实验所用的涂布菌液稀释了105倍，则10 g土壤中含有细菌150÷0.1×105×10＝1.5×109个，D错误。 9．苯酚及其衍生物对人和动植物具有很强的毒害作用，已被列入环境优先控制污染物名单。某生物科技小组欲从工业污水中分离耐盐苯酚降解细菌(W3) 并测定不同盐度下其生长及降解一定浓度苯酚的情况，实验结果如图所示。下列有关说法错误的是(　 ) A．分离W3的培养基中需要以苯酚为唯一的碳源 B．当盐度由5%升至10%时，W3种群的K值及对苯酚的降解速率均降低 C．与盐度1%相比，W3在盐度5%条件下对苯酚的降解速率基本相同 D．可检测W3在高盐条件下液泡内溶质的种类和含量变化以探究其耐盐机理 解析：选D　欲从工业污水中分离耐盐苯酚降解细菌(W3)，则分离W3的培养基中需要以苯酚为唯一的碳源，A正确；由图可知，当盐度由5%升至10%时，W3种群的K值及对苯酚的降解速率均降低，B正确；与盐度1%相比，W3在盐度5%条件下对苯酚的降解速率基本相同(苯酚浓度曲线几乎重合)，C正确；W3是原核生物，无液泡，D错误。 二、非选择题 10．扩展青霉是腐烂苹果中常见的微生物之一，其次生代谢物棒曲霉素(Pat)是一种具有致突变作用的毒素。为研究腐烂苹果中Pat的分布，研究人员进行了如图1所示的实验，其中“病健交界处”为腐烂部位与未腐烂部位的交界处，取样分离的5个部位分别为①～⑤号部位。 (1)该实验中将扩展青霉菌种接种到苹果上，这里的苹果相当于接种培养的________。 (2)活化扩展青霉菌种使用的培养基成分如表所示。 蔗糖 NaNO3 MgSO4 KCl FeSO4 KH2PO4 蒸馏水 30 g 2 g 0.5 g 0.5 g 0.01 g 1 g 1 000 mL 该培养基根据物理性质属于________培养基，判断依据是__________________，其中能为扩展青霉的生长繁殖提供能源的是________，NaNO3的作用是________________(答两点)。 (3)若想测定扩展青霉的数量，常用的接种方法是____________，操作时使用的接种量为0.1 mL而不是1 mL，原因是__________________________________________。 (4)用平板划线法分离扩展青霉时，划线的某个平板培养后第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌落，其他区域的划线上却均无菌落。操作失误的原因可能是______________________________________________。接种扩展青霉前，应对苹果进行________(填“消毒”或“灭菌”)。 (5)研究人员测定了病斑直径为1、2、3 cm的苹果中①～⑤号部位的Pat含量，结果如图2。据图2分析，下列说法错误的是________。 A．腐烂部位中的Pat含量最高 B．病斑越大，腐烂部位的Pat含量越高 C．离腐烂部位越远的果肉中Pat含量越低 D．1 cm和2 cm病斑苹果中，从①号到②号部位的Pat含量下降幅度较大 (6)实验结束后，需要对实验所用器材进行________处理，目的是__________________。 解析：(1)该实验中将扩展青霉菌种接种到苹果上，这里的苹果相当于接种培养的培养基。(2)活化扩展青霉菌种使用的培养基成分中没有凝固剂，故根据物理性质属于液体培养基，其中能为扩展青霉的生长繁殖提供能源的是蔗糖。NaNO3的作用是为扩展青霉的生长提供氮源和无机盐，并维持培养液一定的渗透压。(3)若想测定扩展青霉的数量，常用的接种方法是稀释涂布平板法。操作时使用的接种量为0.1 mL而不是1 mL，原因是避免接种量过高，保证培养基上的菌落数在30～300个之间，易于平板计数。(4)平板划线时需要从上一次划线的末端开始划线。导致题述失误的原因可能是第一区域划线结束，接种环灼烧后未经冷却直接在第二区域划线。接种扩展青霉前，为了避免苹果上其他杂菌、病原微生物的污染，应对苹果进行消毒处理。(5)由图1可知，①号部位为腐烂部位，曲线图中每条曲线①号部位的Pat含量都是最高的，A正确；在曲线图中，3 cm病斑的①号部位比2 cm病斑的①号部位Pat含量要稍低，故病斑越大腐烂部位的Pat含量不一定越高，B错误；①为腐烂部位，②③④⑤依次距离腐烂部位越来越远，而曲线图中从①到⑤Pat含量逐渐降低，故离腐烂部位越远的果肉中Pat含量越低，C正确；1 cm和2 cm病斑苹果中，从①号到②号部位的Pat含量下降幅度较大，D正确。(6)实验结束后，需要对实验所用器材进行灭菌处理，以防止扩展青霉污染环境。 答案：(1)培养基　(2)液体　培养基中没有琼脂(或凝固剂)　蔗糖　为扩展青霉的生长提供氮源和无机盐，并维持培养液一定的渗透压　(3)稀释涂布平板法　避免接种量过高，保证培养基上的菌落数在30～300个之间，易于平板计数(合理即可)　(4)第一区域划线结束，接种环灼烧后未冷却　消毒　(5)B　(6)灭菌　防止扩展青霉污染环境 第2讲　细胞工程 【学习目标】　 1.阐明植物组织培养的含义及过程；　 2.概述植物体细胞杂交的原理和过程；　 3.举例说明植物细胞工程的应用；　 4.阐明动物细胞培养的条件和方法；　 5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值； 6．阐明动物细胞融合技术及单克隆抗体制备的过程；　 7.阐明利用动物细胞核移植技术克隆动物的过程；　 8.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程；　 9.掌握体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术的基本方法和注意事项。 建构知识体系 　 第一课时　植物细胞工程 主题研习(一)　植物组织培养技术及植物细胞工程的应用(深化·提能型) 　　　　　　　　　　　　　　　　 (一)细胞工程与植物细胞的全能性 1．细胞工程 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 操作水平 细胞器水平、细胞水平或组织水平 目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 分类 根据操作对象的不同分为植物细胞工程和动物细胞工程 2．植物细胞的全能性 (1)概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。 (二)植物组织培养技术 1．概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 2．原理：植物细胞的全能性。 3．过程 4．操作实例——菊花的组织培养 (三)植物细胞工程的应用 1．植物繁殖的新途径 (1)快速繁殖 技术手段 植物组织培养技术 原理 植物细胞的全能性 优点 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性 特点 使用材料少，培养周期短，繁殖率高，适合自动化管理，有利于进行工厂化生产 (2)作物脱毒 技术手段 植物组织培养技术 材料的选取 植物顶端分生区附近(如茎尖)，此部分病毒极少，甚至无病毒 优点 脱毒作物产量高，品质好 2．作物新品种的培育 项目 原理 优点 过程 单倍体育种 染色体变异 明显缩短育种年限 突变体的利用 基因突变 产生新基因，大幅度改良某些性状 3．细胞产物的工厂化生产 (1)次生代谢物：不是生物生长所必需的，一般是在特定的组织或器官中，在一定的环境和时间条件下产生的一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。 (2)细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。 (3)植物细胞培养：是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 一植物组织培养过程的分析 [例1]　(2023·海南高考，节选)从外植体转变成愈伤组织的过程属于________；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和__________，该过程还需要光照，其作用是________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 [解析]　从外植体转变成愈伤组织的过程属于脱分化过程，该过程的本质是使细胞失去原有的特定结构和功能；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和细胞分裂素，这两种激素的比值能调控愈伤组织的分化方向，该过程还需要光照，因为叶绿素的形成需要光，且叶绿体利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。 [答案]　脱分化　细胞分裂素　诱导叶绿素的形成；满足叶绿体利用光能制造有机物的需要 |认|知|生|成| 1．植物激素对植物组织培养的影响 (1)使用顺序不同实验结果不同 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)植物激素的比值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 2．脱分化和再分化的比较 比较内容 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 形成体特点 排列疏松、不定形的薄壁组织团块 分化出根、芽 需要 条件 ①离体 ①离体 ②适宜的营养 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的比例适中 ③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽) ④不需要光照 ④光照 二植物细胞工程的应用分析 [例2]　(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　 ) A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 [解析]　有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，但可利用植物细胞培养技术得到，A正确；利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；一般认为次生代谢物不是植物生命活动所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量，C错误；该技术主要利用促进细胞分裂的培养条件，提高细胞的数量，从而提高次生代谢物的总含量，而不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。 [答案]　A |认|知|生|成| 单倍体育种、突变体的利用和细胞产物的工厂化生产的比较 项目 单倍体育种 突变体的利用 细胞产物的 工厂化生产 过程 原理 生殖细胞的全能性、染色体数目变异 基因突变和植物细胞的全能性 植物细胞的增殖及全能性 优点 与杂交育种相比，单倍体育种明显缩短育种年限，加快育种进程 提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程 可以大量生产细胞产物，工厂化、规模化程度高 题点(一)　植物组织培养的原理和过程 1．植物组织培养的常见流程：外植体的消毒处理、接种→诱导愈伤组织→分化长芽与生根→试管苗过渡等。下列叙述正确的是(　 ) A．外植体和培养基需要消毒后再接种，接种时需注意外植体的方向，不要倒插 B．选择植物的叶和根尖分生区作为外植体诱导形成愈伤组织的难度相同 C．愈伤组织的诱导受植物激素配比的影响，不受营养物质和光照等因素的影响 D．试管苗移栽到室外前需用自来水洗掉根部的培养基，以免培养基发霉引起烂根 解析：选D　植物组织培养实验中的培养基应灭菌处理，A错误；一般选择分化程度较低的部位作为外植体，这样容易诱导形成愈伤组织，B错误；愈伤组织的诱导分化受植物激素配比的影响，也受营养物质和光照等培养条件的影响，C错误；将无菌幼苗移栽到实验室外之前，先用自来水洗掉根部的培养基，以免培养基发霉引起烂根，幼苗需适应外界环境，无需用无菌水冲洗，D正确。 2．(2024·益阳模拟)SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述错误的是(　 ) A．①过程中导入SOD基因常用的方法是农杆菌转化法 B．②需要进行照光培养，以诱导形成叶绿素 C．③表示再分化过程，此过程需要生长素和细胞分裂素等关键植物激素 D．该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性 解析：选B　①过程是将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，A正确；②过程是诱导形成愈伤组织，愈伤组织中不含叶绿素，所以不需要进行照光培养，B错误；③表示再分化过程，此过程需要生长素和细胞分裂素等关键植物激素，生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，比值低时，有利于芽的分化，C正确；该育种过程中，①运用了基因工程，②③等过程运用了细胞工程，最后通过植物细胞培育出新品种个体，体现了植物细胞的全能性，D正确。 　[反思·收获] 植物组织培养过程中应注意的问题 (1)接种时注意外植体的方向，不能倒插。 (2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，诱导生芽就很难进行。 (3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要一定量的光照。 (4)试管苗经炼苗后才能移栽。　　　 题点(二)植物细胞工程的应用 3．植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，相关叙述错误的是(　 ) A．切取一定大小的草莓植株茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗 B．用γ射线处理烟草的愈伤组织细胞，可培育抗盐碱的烟草 C．在离体条件下对紫草细胞进行植物细胞培养，可大量获得紫草宁 D．紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变 解析：选D　因为分生区附近的病毒极少，甚至没有病毒，所以将草莓植株茎尖进行离体培养能获得脱毒植株，A正确；用γ射线处理烟草的愈伤组织细胞，即进行诱变育种，可筛选得到抗盐碱的烟草新品种，B正确；离体的条件下对紫草细胞进行植物细胞培养，可从培养液中获得大量紫草宁，C正确；紫草植株组织经脱分化形成愈伤组织，遗传物质不变，D错误。 4．(2024年1月·吉林适应性演练)《本草纲目》记载，樱桃具有利脾、止泻的功效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种，满足人们食用和药用需要。下列叙述错误的是(　 ) A．应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗 B．可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体 C．富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素 D．应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢产物槲皮素 解析：选D　应用微型繁殖技术采用茎尖作为外植体可获得大量樱桃脱毒苗，A正确；由于芽原基和叶原基分裂能力旺盛，因而可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体，B正确；生长素是在芽、幼嫩的叶等部位由色氨酸经过一系列反应转变的，因此富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素，C正确；应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢产物槲皮素，D错误。 主题研习(二)　植物体细胞杂交技术(深化·提能型)　　　 一植物体细胞杂交的原理和过程 |情|境|探|究| 下图为植物体细胞杂交过程示意图，请思考回答下列问题： (1)植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的理论基础分别是____________。 (2)进行植物体细胞杂交之前，需要用____________酶去除植物细胞的细胞壁获得______________。诱导融合时可采用的化学方法有____________________________________ __________________________________________________________________。 (3)两个不同亲本的原生质体混合后经诱导融合，实际上得到的是各种原生质体的混合物，包括异核体(AB)、同核体(AA和BB)以及未发生融合的双亲原生质体(A和B)，原因是__________________________________________________________________________。由于植物体细胞杂交的目的是要突破__________________________________________，获得具有双亲遗传特性的新的植物类型。因此，需要通过筛选获得异核体，即杂种细胞。 (4)细胞融合完成的标志和植物体细胞杂交完成的标志分别是_________________。 答案：(1)细胞膜的流动性和植物细胞的全能性、植物细胞的全能性　(2)纤维素酶和果胶　原生质体　聚乙二醇(PEG)融合法和高Ca2＋—高pH融合法　(3)诱导融合时原生质体之间的融合是随机的(或诱导融合的成功率不是100%)　不同种属的植物远缘杂交不亲和的障碍　(4)杂种细胞再生出细胞壁、培育出杂种植株 |认|知|生|成| 1．植物体细胞杂交的操作过程 2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 主要 过程 离体的植物器官、组织或细胞经植物组织培养形成完整植株 两种植物的体细胞去壁融合形成新的原生质体后，经植物组织培养形成杂种植株 选材 选取根尖、茎尖、形成层部位，容易诱导脱分化 不同种的植物体细胞 技术操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导原生质体融合 关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂 二植物体细胞杂交染色体倍性的变化 [典例]　(2024·长沙模拟)土地盐渍化是一种全球化现象，严重制约着农业生产的发展，我国育种专家用普通小麦(2n＝42)与耐盐偃麦草(2n＝70)体细胞杂交获得耐盐新品种“山融3号”，培育过程如下图所示，序号代表相应结构。下列分析错误的是(　 ) A．由愈伤组织到②适当提高培养基中细胞分裂素/生长素的比值有利于促进芽的形成 B．①和“山融3号”体细胞均含有两个染色体组，每个染色体组含56条染色体 C．“山融3号”与普通小麦之间存在生殖隔离，为不同物种 D．偃麦草出现耐盐性状是由于变异导致的，土地盐渍化只是起到选择作用 [解析]　组织培养过程中，一般先诱导芽的生长，再诱导根的生长，当培养基中的细胞分裂素/生长素的比值高时，促进芽的形成，故由愈伤组织到②适当提高培养基中细胞分裂素/生长素的比值有利于促进芽的形成，A正确；普通小麦(2n＝42)与耐盐偃麦草(2n＝70)体细胞融合形成杂种细胞，故①和“山融3号”体细胞均含有四个染色体组(异源四倍体)，一个染色体组含21或35条染色体，B错误；“山融3号”为异源四倍体，与普通小麦杂交，后代为异源三倍体，部分染色体没有同源染色体，后代不可育，故“山融3号”与普通小麦之间存在生殖隔离，为不同物种，C正确；偃麦草出现耐盐性状是由于变异导致的，土地盐渍化只是对偃麦草耐盐性状进行选择，D正确。 [答案]　B |认|知|生|成| 1．植物体细胞杂交后的遗传物质分析 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 染色 体组 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 2.植物体细胞杂交和有性杂交的比较 1．下图是白菜与甘蓝体细胞杂交技术的流程，下列分析错误的是(　 ) A．该过程发生了染色体变异 B．过程①②均应置于较高渗透压溶液中 C．经过程②③获得的均为杂种细胞 D．过程④⑤通常需要适宜配比的植物生长调节剂 解析：选C　图示为植物体细胞杂交的过程，杂种细胞发生了染色体数目的变异，A正确；过程①②均应置于较高渗透压溶液中，这样可以避免原生质体吸水涨破，B正确；经过程②③获得的未必都是杂种细胞，若只考虑两两融合，则融合的细胞会有三种情况，即白菜和甘蓝的原生质体自融的情况及互融获得的杂种细胞，因而还需要筛选才能获得所需的杂种细胞，C错误；过程④⑤为植物组织培养技术的脱分化和再分化过程，该过程中通常需要适宜配比的植物生长调节剂来获得不同的细胞团，如当培养基中细胞分裂素和生长素比例适当时会诱导愈伤组织的产生，D正确。 2．花椰菜(2n＝18)种植时容易遭受病毒侵害形成病斑，紫罗兰(2n＝14)具有一定的抗病性。科研人员利用植物体细胞杂交技术培育具有抗病性状的花椰菜紫罗兰新品种，过程如图1所示，他们还通过蛋白质电泳技术分析了亲本及待测植株(1～4)中的某些特异性蛋白，结果如图2所示。下列叙述正确的是(　 ) A．过程①可用酶解法获得原生质体，需要在无菌水中进行 B．过程②可用电融合法，筛选到的杂种细胞不含叶绿体 C．图2中，2属于杂种植株，该植株是四倍体，能产生可育的配子 D．图2中，1、3、4均是抗病性强的植株 解析：选C　过程①可用酶解法获得原生质体，需要在较高渗透压溶液中进行，A错误；过程②需用物理或化学方法处理，紫罗兰叶片细胞中含有叶绿体，故杂种细胞中含有叶绿体，B错误；图2中，2属于杂种植株，该植株含有4个染色体组是四倍体，能产生可育的配子，C正确；图2中，2和4是抗病性强的植株，它们有紫罗兰表达的某些特异性蛋白，而1和3没有，D错误。 3．(2024·汕头联考)科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料培育抗臌胀病的新型牧草，研究主要流程如下图。下列说法错误的是(　 ) 注：IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段，R­6G可阻止线粒体的功能 A．图示技术可克服远缘杂交不亲和的障碍 B．异源融合体因代谢互补可恢复生长并获得再生能力 C．将两种细胞分别置于较高渗透压环境下，有利于利用酶解法去除细胞壁获得两种植物的原生质体 D．③过程诱导生芽的培养基中BA(细胞分裂素类似物)与NAA的浓度比值低于②过程 解析：选D　图示技术是植物体细胞杂交技术，该技术可克服远缘杂交不亲和的障碍，使远缘杂交成为可能，A正确；细胞生长发育需要一定的营养物质，异源融合产物因代谢互补可恢复生长并获得再生能力，B正确；在利用酶解法去除细胞壁之前，先用较高渗透压溶液处理细胞，可使细胞处于微弱的质壁分离状态，有利于完整原生质体的释放，C正确；③过程诱导生芽的培养基中BA(细胞分裂素类似物)与NAA的浓度比例＞1，而②过程愈伤组织的形成过程BA(细胞分裂素类似物)与NAA的浓度比例≈1，D错误。 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P34“从社会中来”素材分析)从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征。但是，兰花种子一般发育不全，在自然条件下具有萌发率极低、繁殖率低等问题，通常采用植物组织培养技术达到快速繁殖以降低成本的目的。下列有关说法正确的是(　 ) A．植物组织培养的原理利用了植物细胞的全能性，如兰花种子的萌发 B．在生物的生长发育过程中，所有的细胞都表现出全能性 C．已分化的兰花细胞经过脱分化形成定形的薄壁组织团块称为愈伤组织 D．生长素与细胞分裂素的浓度和比例会影响植物细胞的发育方向 解析：选D　种子中的胚是幼小的生命体，算是一个个体，所以种子的萌发不能体现植物细胞的全能性，A错误；在生物的生长发育过程中，细胞并不表现出全能性，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达，B错误；愈伤组织是不定形的薄壁组织团块，C错误。 2．(选择性必修3 P42“拓展应用 T1”变式分析)玉米紫色(A)对白色(a)为显性，非甜(Su)对甜(su)为显性，控制两对性状的基因独立遗传。现将紫色非甜玉米(AASuSu)和白色甜玉米(aasusu)杂交，得到F1，F1自交得到的F2中出现紫色甜玉米。下列相关叙述中，正确的是(　 ) A．F2产生的紫色甜玉米中Aasusu所占比例是1/2 B．F2产生的紫色甜玉米与白色甜玉米进行杂交，可筛选纯合的紫色甜玉米 C．F1经花药离体培养后可直接获得二倍体纯合紫色甜玉米，能明显缩短育种年限 D．花药离体培养技术中，需要对花药和培养基进行灭菌，且需要添加植物激素 解析：选B　F2中的紫色甜玉米(A_susu)在所有F2个体中所占比例是3/4×1/4＝3/16，其中Aasusu在所有F2中所占比例是2/4×1/4＝2/16，因此F2产生的紫色甜玉米中Aasusu所占比例是2/16÷3/16＝2/3，A错误；F2产生的紫色甜玉米(A_susu)与白色甜玉米(aasusu)进行杂交，即Aasusu×aasusu→Aasusu(紫色甜玉米)、aasusu(白色甜玉米)，AAsusu×aasusu→Aasusu(紫色甜玉米)，即杂合子紫色甜玉米与白色甜玉米进行杂交，后代既有紫色甜玉米又有白色甜玉米，而纯合子紫色甜玉米与白色甜玉米进行杂交，后代只有紫色甜玉米，子代表型情况不一样，从而可筛选出纯合的紫色甜玉米，B正确；F1经花药离体培养后，再经过染色体加倍处理可获得二倍体纯合紫色甜玉米，能明显缩短育种年限，C错误；花药离体培养技术中，需要对花药进行消毒而不是灭菌，培养基进行灭菌，且需要添加植物激素，D错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(选择性必修3 P37“进一步探究2”应用探究)对外植体进行植物组织培养时，所用MS培养基中需要添加植物激素，请写出探究生长素和细胞分裂素的使用比例(比值为1、比值大于1、比值小于1)对培养结果产生影响的实验思路。 提示：取4组已灭菌的装有MS培养基的锥形瓶，不同组别培养基的差异为不添加任何植物激素、生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1、比值大于1以及比值小于1，其他条件相同且适宜，将外植体分别接种在4组培养基中，观察外植体的生长发育情况。 4．(选择性必修3 P38“拓展应用”应用分析)已知番茄正常体细胞内含A条染色体，为二倍体，马铃薯正常体细胞内含B条染色体，为四倍体，则“番茄—马铃薯”杂种细胞中最多有2(A＋B)条染色体，其植株属于六(或异源六)倍体；“番茄—马铃薯”具备两种植物的遗传物质，但并没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，可能原因是两物种的遗传物质相互干扰，不能有序表达。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．超低温冷冻脱毒法是先用超低温对细胞进行选择性破坏，再用组织培养技术获得脱毒植株的方法。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒法可获得脱毒苗。下列叙述错误的是(　 ) A．用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区附近病毒极少或无病毒 B．经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯比未脱毒的马铃薯抗病毒能力更强 C．该技术利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性 D．与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材时不受茎尖长度的限制 解析：选B　植物的顶端分生区附近病毒极少甚至无病毒，因此将马铃薯茎尖接种在培养基中，经过植物组织培养可获得脱毒苗，A正确；经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯只是不含有病毒，并没有获得抗病毒的能力，B错误；茎尖分生组织无成熟液泡，低温条件下不易形成冰晶，利用该特性可选择出茎尖分生组织细胞，C正确；与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材不受茎尖长度限制，传统茎尖脱毒法切取茎尖的大小与脱毒效果直接相关，茎尖越小，脱毒概率越大，而超低温冷冻脱毒法是通过超低温处理，大多数细胞都受到了损伤而死亡，存活下来的仅有分生组织细胞，D正确。 2．甘蔗新台糖22号(ROC22)具有高产、高糖等优良特性，但耐寒性差；桂糖28号(GT28)耐寒。研究者欲利用这两个品种进行植物体细胞杂交以培育新品种，相关叙述正确的是(　 ) A．甘蔗幼叶用50%的酒精消毒后须用无菌水冲洗 B．酶解液的渗透压过低可能导致产生细胞碎片 C．台盼蓝染液检测原生质体的活力时活细胞被染成蓝色 D．ROC22和GT28杂合体细胞再生植株一定耐寒又高产 解析：选B　甘蔗幼叶用70%的酒精消毒后须用无菌水冲洗，以免残留酒精对植物细胞的损害，A错误；酶解液的渗透压过低，可能会导致原生质体渗透吸水涨破，产生细胞碎片，B正确；台盼蓝染液可透过死细胞的细胞膜，使死细胞着色，但无法进入活细胞内，C错误；ROC22和GT28杂合体细胞拥有耐寒和高产的基因，但这些基因的表达受多种因素影响，不一定能表达出来，因此不能确定再生植株一定耐寒又高产，D错误。 3．苏云金杆菌是杀灭玉米螟的重要生物，灭蚊球孢菌具有杀灭蚊子的效能，某人将这两种菌的原生质体融合获得既能杀蚊又能杀螟的新菌株，过程如图。微生物原生质体的获得等过程和植物的类似。下列叙述正确的是(　 ) A．①试管中加入PEG的目的是诱导A、B原生质体融合及细胞壁再生 B．图中过程与植物体细胞杂交过程相比，诱导融合的方法、所依据的原理均完全相同 C．离心洗涤后向培养液中加入的酶可能是溶菌酶，目的是溶解细菌的细胞壁以获得原生质体 D．图中的甲实验和乙实验是指灭蚊实验和杀灭玉米螟实验，获得的融合株染色体数目加倍 解析：选C　①试管中加入PEG的目的是诱导A、B原生质体融合，PEG不具有诱导细胞壁再生的作用，A错误；图中为细菌细胞的杂交过程，与植物体细胞杂交过程相比，诱导融合的方法相同，所依据的原理均包括细胞膜具有流动性，但植物体细胞杂交原理还包括植物细胞的全能性，B错误；离心洗涤后向培养液中加入的酶可能是溶菌酶，溶菌酶可溶解细菌的细胞壁，以获得原生质体，C正确；图中的甲实验和乙实验是指个体水平上进行灭蚊实验和杀灭玉米螟实验，获得的融合株由两种细菌融合而来，细菌属于原核生物，细胞中没有染色体，D错误。 一、选择题 1．下列关于植物组织培养的叙述，错误的是(　 ) A．外植体是指离体培养的植物器官、组织或细胞 B．已分化的细胞经过脱分化，会失去其特有的结构和功能 C．脱分化的过程使细胞中基因的表达情况发生了改变 D．当细胞分裂素与生长素的比值低时，诱导芽的生成 解析：选D　外植体是指离体培养的植物器官、组织或细胞，可利用外植体进行植物组织培养，A正确；已分化的细胞经过脱分化，会失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞状态，变成愈伤组织，B正确；细胞分化的本质为基因的选择性表达，脱分化的过程使细胞转变为未分化的细胞状态，基因的表达情况发生了改变，C正确；当细胞分裂素与生长素的比值低时，有利于根的形成，不利于芽的形成，D错误。 2．下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　 ) A．用自然生长的茎进行植物组织培养须用70%的酒精和次氯酸钠的混合液消毒 B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C．试管苗采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石营养丰富 D．诱导形成愈伤组织期间一般不需要光照 解析：选D　自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，然后用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误；试管苗炼苗时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误；避光有利于愈伤组织形成，因此诱导愈伤组织期间一般不需要光照，D正确。 3．如图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培养形成试管苗的过程示意图。下列相关叙述正确的是(　 ) A．胡萝卜韧皮部细胞消毒后可作为过程①的外植体 B．过程②形成的试管苗细胞较愈伤组织细胞的全能性高 C．过程②分化生根和生芽所用的激素种类与比例均不相同 D．过程①为脱分化，过程②为再分化，两过程中表达的基因相同 解析：选A　离体的胡萝卜韧皮部细胞具有全能性，其经过消毒处理后可作为脱分化的外植体，A正确；愈伤组织细胞的全能性高于体细胞，B错误；①是脱分化过程，②是再分化过程，②过程分化生根和生芽所需的激素种类相同，都是生长素和细胞分裂素，但两种激素的比例存在差异，两过程中表达的基因也存在差异，C、D错误。 4．与传统育种相比，植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在(　 ) A．克服远缘杂交不亲和的障碍 B．能在短时间内快速得到纯合子植株 C．缩短育种周期，减少盲目性 D．快速培育无病毒植株，保留杂种优势 解析：选A　传统杂交育种只限于进行有性生殖的同种生物之间，而植物体细胞杂交能克服远缘杂交不亲和的障碍培育出作物新品种，A正确。 5．人参皂苷是人参的主要活性成分。研究人员分别诱导人参根与胡萝卜根形成愈伤组织并进行细胞融合，提高人参皂苷的产率。下列有关叙述错误的是(　 ) A．人参皂苷是人参的基本生命活动所必需的产物 B．细胞融合前应用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 C．高Ca2＋—高pH溶液可促进愈伤组织细胞的融合 D．杂种细胞进行植物组织培养时需添加植物激素 解析：选A　人参皂苷属于次生代谢物，并非植物基本生命活动所必需的产物，A错误；植物细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，B正确；人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用高Ca2＋—高pH溶液可促进愈伤组织细胞融合，C正确；植物组织培养时应添加植物激素(如生长素和细胞分裂素)，以促进杂种植株的形成和生长发育，D正确。 6．某杂种植株的获取过程如下图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．叶片消毒后，可用自来水冲洗以避免消毒时间过长产生毒害 B．过程①中，应将叶片置于含有纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中 C．过程③中，可使用聚乙二醇或灭活的病毒来诱导原生质体融合 D．过程④中，脱分化过程中不需要光照而后续再分化过程中需要光照 解析：选D　叶片消毒后，可用无菌水冲洗以避免消毒时间过长产生毒害，A错误；过程①为酶解法去除细胞壁的过程，应置于较高渗透压溶液中，B错误；过程③为促融过程，可使用聚乙二醇诱导融合，但灭活病毒诱导法是诱导动物细胞融合特有的方法，C错误；过程④为植物组织培养过程，脱分化过程中不需要光照，而后续再分化过程中需要光照诱导合成叶绿素，D正确。 7．马铃薯是一种分布广泛、适应性强、产量高、营养价值丰富的粮食和经济作物。培育脱毒和抗毒的马铃薯品种是解决马铃薯质量退化和产量下降的有效方法。马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，茎尖离体培养大致过程如图1所示，马铃薯茎尖外植体大小对苗的脱毒率和成苗率的影响如图2所示。以下叙述正确的是(　 ) A．图1中马铃薯脱毒苗培养依据的主要原理是植物细胞核全能性 B．图1中的过程都必须保持在无菌无毒环境下进行 C．对脱毒苗进行病毒检测时，可采用抗原—抗体分子杂交方法检测病毒蛋白质的基因 D．由图2可知，应选大小为0.27 mm的茎尖外植体进行马铃薯脱毒苗的培养 解析：选D　马铃薯脱毒苗培养主要利用了植物细胞的全能性，A错误；为避免杂菌污染，植物组织培养过程中需要提供无菌无毒的环境，但在育苗过程中，不需要保持无菌无毒的环境，B错误；对脱毒苗进行病毒检测时，可采用DNA分子杂交的方法检测病毒蛋白质的基因，C错误；由图2可知，在茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒苗培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，D正确。 8．紫杉醇是一种高效抗癌的药物。国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表： 光照条件 接种干重/ (g·L－1) 收获干重/(g·L－1) 紫杉醇含量/%(干重) 光照 4.33 9.13 0.007 0 黑暗 4.38 12.10 0.016 4 下列叙述正确的是(　 ) A．愈伤组织生长的原理是植物细胞具有全能性 B．愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行 C．光照能促进愈伤组织的生长并提高紫杉醇含量 D．培养基中的有机物仅能为愈伤组织提供能量 解析：选B　植物组织培养过程中，愈伤组织主要进行细胞生长和分裂，不能体现植物细胞的全能性，A错误；愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行，以避免微生物的污染，B正确；由表格数据可知，光照与黑暗条件下的接种干重相似，但光照条件下收获的愈伤组织干重和紫杉醇含量均低于黑暗条件下的，C错误；植物组织培养过程中，有机物可以为植物细胞提供必需的营养物质和能量，此外还可以调节渗透压，D错误。 9．(2024·南京统考)下图表示科学家通过植物细胞工程，培育“矮牵牛—粉蓝烟草”杂种植株的过程。下列叙述正确的是(　 ) A．过程①和②需要在浓度为0.1 g/mL蔗糖溶液中用酶解法处理适宜时间 B．③过程可以用PEG诱导融合，细胞膜融合完成是杂种细胞形成的标志 C．“矮牵牛—粉蓝烟草”为二倍体植株，培育过程中需使用选择培养基 D．⑤过程培养基需要添加细胞分裂素和生长素等，培养过程中需更换培养基 解析：选D　过程①和②表示用酶解法去除植物细胞壁获得原生质体的过程，该过程若在0.1 g/mL蔗糖溶液中处理会导致原生质体吸水涨破，A错误；③过程是诱导原生质体融合，该过程可以用PEG诱导融合，再生出细胞壁是杂种细胞融合完成的标志，B错误；该培育过程利用二倍体矮牵牛和二倍体粉蓝烟草通过细胞融合获得的“矮牵牛—粉蓝烟草”是异源四倍体杂种植株，C错误；⑤过程培养基需要添加细胞分裂素和生长素等，由于两者的使用顺序和配比会影响分化方向，故培养过程中需更换培养基，D正确。 二、非选择题 10．粉美人萱草形态优美、色彩艳丽，具有极大的栽培价值。某实验小组选择健壮、无病虫害的单株粉美人萱草作为取样母株，剪取新鲜花茎带回实验室，消毒处理后，移入培养基中，回答下列问题： (1)对粉美人萱草进行离体培养时，首选花序轴作为外植体，这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态变成分生状态，产生__________，原细胞失去其特有的__________，该过程称为_________。 (2)取样时间对获得粉美人萱草无菌材料至关重要。一般选择生长适宜时间的花序轴，若所取花序轴生长时间短，花序轴较为幼嫩，消毒时____________________________；若所取花序轴生长时间长，花序轴老化，消毒不彻底导致污染率________。 (3)不同种类植物对培养基的成分(如________浓度、比例)要求不同，再生能力也存在差异。为防止________________________________________(答两点)等影响培养物生长，一般需要在2～4周后将培养物转移至新鲜培养基中继续培养。 (4)诱导再分化时，需要在无菌条件下将愈伤组织先____________后再转移至诱导________的培养基上，诱导形成试管苗。 解析：(1)高度分化的细胞在植物体中是不会再分裂增殖的，这些细胞若离体后在培养基上培养时会由原来的分化状态，失去原有的某些具有特定结构和功能的细胞结构(如叶肉细胞的叶绿体等)，变成分生状态的细胞，分裂产生愈伤组织，该过程称为脱分化。(2)酒精的渗透性很强，幼嫩的材料容易在酒精中失绿或被酒精杀死，故对粉美人萱草取样时不易选择较为幼嫩的花序轴；若所取花序轴生长时间长，花序轴老化，消毒不彻底导致污染率高。(3)不同种类植物对培养基的成分(如植物激素浓度、比例)要求不同，再生能力也存在差异。为了防止由于营养物质的枯竭、水分的散失以及一些细胞代谢产物的积累等影响培养物生长，故培养一段时间后，必须将培养物及时转移到新的培养基上。(4)诱导再分化时，需要在无菌条件下将愈伤组织先转移至诱导生芽的培养基上，生芽后再转移至诱导生根的培养基上，诱导形成试管苗。 答案：(1)愈伤组织　结构和功能　脱分化　 (2)容易在酒精中失绿或被酒精杀死　高　(3)植物激素　营养物质的枯竭、水分的散失以及一些细胞代谢产物的积累　(4)诱导生芽　生根 11．两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如图1所示。请回答下列问题： (1)过程①需要使用________________酶去除细胞壁。③要用到的方法有__________________________________________________(物理法和化学法各举一例)。 (2)过程②紫外线的作用是____________________。 (3)过程④培养基中需添加____________、无机盐、蔗糖等物质才能诱导愈伤组织形成，其中蔗糖的作用是________________________________________________________(至少答出两点)。 (4)以普通小麦、中间偃麦草及杂种植株1～4 的基因组 DNA 为模板扩增出差异性条带，可用于杂种植株的鉴定，结果如图2所示。据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有__________，判断依据是____________________________。 解析：(1)植物细胞壁组成成分是纤维素和果胶，所以过程①需要使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，制备原生质体。③促进原生质体融合的手段有物理法和化学法，物理法包括离心法、电融合法等，化学法包括PEG融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。(2)不同强度的紫外线可导致细胞中染色体发生不同程度的变异，过程②紫外线的作用是使中间偃麦草的染色体断裂。(3)过程④为植物组织培养，在植物组织培养过程中，所用的培养基中要根据培养的目的加入不同浓度和比例的植物激素，进行脱分化培养或再分化培养，而且还需要无机盐、蔗糖等物质才能诱导愈伤组织形成。蔗糖的作用有维持原生质体正常的形态和结构(或维持渗透压平衡)，提供能量来源。(4)在电泳结果图中，1、2、4号都同时含有普通小麦和中间偃麦草的DNA片段，所以再生植株1～4中一定是杂种植株的有1、2、4。 答案：(1)纤维素酶和果胶　离心法(或电融合法)、PEG融合法(或高Ca2＋—高pH融合法)　(2)使中间偃麦草的染色体断裂　(3)植物激素　维持原生质体正常的形态和结构(或维持渗透压平衡)；提供能量来源　(4)1、2、4　它们同时含有普通小麦和中间偃麦草的DNA片段 第二课时　动物细胞工程 主题研习(一)　动物细胞培养和细胞核移植(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　　 (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．动物细胞培养的条件 营养 ①无机物：无机盐等 ②有机物：糖类、氨基酸、维生素、血清等 无菌、无毒的环境　 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 ②在无菌环境下进行操作 ③定期更换培养液，以便清除代谢物 温度、pH和渗透压 ①温度：哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5)℃为宜 ②pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4 气体环境 3．动物细胞培养的过程 (1)体外培养的动物细胞的类型 ①能够悬浮在培养液中生长增殖； ②需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，而且还会发生接触抑制现象，从而使细胞停止分裂增殖。 (2)培养过程示意图 4．干细胞培养及其应用 种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞 来源 早期胚胎 成体的骨髓、外周血和脐带血等 体细胞(如成纤维细胞等) 特点 具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能 具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力 是类似胚胎干细胞的一种细胞 应用 分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病，神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 (二)动物体细胞核移植技术和克隆动物 1．动物细胞核移植技术的概念、原理及类型 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。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物 原理 动物细胞核的全能性 类型 胚胎细胞核移植；体细胞核移植 2．体细胞核移植的过程 3．应用前景和存在的问题 前景 畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 生物多样性保护：保护濒危物种 医药卫生 ①培育转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白； ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异种移植的供体； 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，将它们移植给患者可避免免疫排斥反应 问题 ①克隆动物成功率非常低；②克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷 [微点判断] (1)(2023·江苏卷)我国科学家利用猴胚胎干细胞首次创造了人工“猴胚胎”，移植前细胞和囊胚的培养都要放在充满CO2的培养箱中进行。(×) (2)(2023·海南卷)营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制。(×) (3)(2022·江苏卷)航天员在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌。(×) (4)(2022·湖北卷)微生物、动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染。(×) (5)(2021·江苏卷)细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质。(√) (6)(2023·天津卷)生产克隆动物可以大幅改良动物性状。(×) 题点(一)　动物细胞培养与干细胞 1．下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是(　 ) A．步骤①操作不需要在无菌环境中进行 B．步骤②用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离 C．步骤③到④常用胰蛋白酶处理 D．步骤④传代培养中，细胞之间相互接触能促进细胞的分裂 解析：选C　动物细胞培养过程需要无菌操作，故步骤①的操作需要在无菌环境中进行，A错误；动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织，使之分散成单个细胞，制成细胞悬液，盐酸会杀死细胞，B错误；传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使之分散成单个细胞，再分瓶培养，故步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理，C正确；步骤④为传代培养过程，在该过程中，贴壁细胞会发生接触抑制细胞分裂的现象，D错误。 2．干细胞具有自我更新能力，与组织或器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有广泛的应用。科研人员利用帕金森病模型小鼠进行如图实验，相关叙述错误的是(　 ) A．过程①应选择MⅡ期的卵母细胞，且利用了细胞膜的流动性 B．从早期胚胎中获得的胚胎干细胞具有分化为各种组织细胞的潜能 C．过程②得到的神经元与鼠皮肤细胞中的遗传物质相同 D．克隆特定疾病模型的动物，可以为相应药物的开发提供帮助 解析：选C　过程①为核移植，核移植过程应选择MⅡ期的卵母细胞，该过程依赖细胞膜的流动性，A正确；从早期胚胎，如桑葚胚和囊胚中获得的胚胎干细胞具有分化为各种组织细胞的潜能，即具有全能性，B正确；过程②得到的神经元细胞核中含有的遗传物质主要与鼠皮肤细胞中的遗传物质相同，但细胞质的遗传物质主要与卵母细胞相同，C错误；克隆特定疾病模型的动物，便于进行药物实验，因而可以为相应药物的开发提供帮助，D正确。 3．科学家在不需要精子或卵子的情况下，利用干细胞制造出人造小鼠胚胎，并使用一种创新的生物反应器培育该胚胎，使其成功在子宫外生长了11天(一般小鼠的妊娠期为20天)。下列叙述错误的是(　 ) A．若要得到发育成熟的新生小鼠，可在生物反应器中继续培养该小鼠胚胎 B．在该过程中，对特定时期的人造胚胎进行胚胎分割能得到基因型相同的小鼠 C．干细胞制造出人造小鼠胚胎的过程中，干细胞进行了“脱分化” D．在人造小鼠胚胎的培养过程中，生物反应器中的培养液必须定期进行更换 解析：选A　目前无法完成实验动物的全程体外培养，A错误；胚胎分割得到的胚胎具有相同的遗传物质，由这些胚胎发育而来的小鼠基因型相同，B正确；干细胞“脱分化”后才能使其分裂形成小鼠胚胎，C正确；胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同，因此需要定期更换培养液，同时也能满足胚胎培养过程中对营养的需求，D正确。 题点(二)　动物体细胞核移植技术和克隆动物 4．Ca2＋水平升高可直接或通过激活重构胚使处于MⅡ期的卵母细胞恢复分裂周期。由于持续高水平的成熟促进因子(MPF，一种蛋白激酶)存在，MⅡ期的卵母细胞不能进入末期。下列相关分析错误的是(　 ) A．自然受精过程中，精子入卵可能促进了卵母细胞细胞质基质中Ca2＋水平升高 B．在核移植过程中，通过电融合法可使供体细胞与去核卵母细胞融合形成重构胚 C．Ca2＋载体法可激活重构胚是因为载体促进了Ca2＋从膜外向膜内转运 D．蛋白酶合成抑制剂可通过抑制MPF的合成使重构胚保持休眠 解析：选D　Ca2＋水平升高可使处于MⅡ期的卵母细胞恢复分裂周期，由此推测，自然受精过程中，精子入卵可能促进了卵母细胞细胞质基质中Ca2＋水平升高，A正确；因为供体细胞直接注入去核卵母细胞后细胞质并没有与卵母细胞融合，而是被细胞膜分割开来，并不能使体细胞核表现出全能性，所以需要通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚，B正确；Ca2＋载体法可激活重构胚是因为载体促进了Ca2＋从膜外向膜内转运，使细胞内Ca2＋水平升高，C正确；持续高水平的MPF存在，导致MⅡ期的卵母细胞不能进入末期，因此蛋白酶合成抑制剂可通过抑制MPF的合成激活重构胚，D错误。 5．继世界上首只体细胞克隆哺乳动物多莉羊之后。中国科学家利用同样的技术克隆出了两只具有相同核基因的长尾猕猴“中中”和“华华”，标志着中国体细胞克隆技术走向成熟，实验用疾病模型猴批量克隆成为现实。下图表示体细胞克隆猴的技术流程，以下叙述正确的是(　 ) A．图中的①是指去核，即去除MⅠ期卵母细胞中的纺锤体—染色体复合物 B．体细胞克隆技术得到的猕猴的性状与提供胚胎成纤维细胞的个体的性状完全相同 C．利用猕猴胚胎成纤维细胞进行体细胞核移植的难度高于胚胎细胞 D．体细胞克隆技术依据的原理是动物细胞具有全能性 解析：选C　图中的①是指去核，即去除MⅡ期卵母细胞中的纺锤体—染色体复合物，A错误；体细胞克隆技术得到的猕猴的大多数性状与提供胚胎成纤维细胞的个体的性状相同，而不是完全相同，B错误；猕猴胚胎成纤维细胞属于体细胞，动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，而胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，故成纤维细胞进行体细胞核移植的难度要明显高于胚胎细胞，C正确；体细胞克隆技术依据的原理是动物细胞的细胞核具有全能性，D错误。 1．动物细胞培养时需要注意的问题 (1)动物细胞培养的原理是细胞增殖。动物细胞培养时，一般选取幼龄动物的组织、器官，其细胞的分化程度较低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。 (2)将动物细胞分散成单个细胞后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。 (3)在分散细胞时，需用胰蛋白酶分散细胞，不能用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5，胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～7.8，而多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4。 2．辨析动物细胞培养和植物组织培养的易混点 (1)原理和培养结果不同 动物细胞培养利用细胞增殖的原理获得大量细胞，植物组织培养利用植物细胞的全能性获得新个体。 (2)培养材料处理的异同 二者都要保持材料无菌。动物细胞培养需要用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞；植物组织培养一般是离体的组织或器官(如幼嫩的茎段)。 (3)培养基的性质和成分不同 动物细胞培养利用液体培养基，并且在使用合成培养基时通常要加入血清等一些天然成分；植物组织培养利用的是固体培养基。 3．细胞核移植技术中的四个注意点 (1)动物细胞核移植技术，体现了动物细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (2)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 (3)①核移植的供体一般选用原代培养的细胞，以保证供体细胞正常的遗传基础。 ②核移植的受体选择MⅡ期的卵母细胞。其原因是卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；卵母细胞体积大，便于操作；卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。 (4)核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因 ①克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞； ②性状受环境的影响； ③在个体发育过程中有可能发生基因突变等。 主题研习(二)　动物细胞融合和单克隆抗体的制备(深化·提能型) 一动物细胞融合技术 1．列表分析动物细胞融合技术 概念 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术 方法 PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等 原理 细胞膜具有一定的流动性 结果 形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的细胞 意义 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 2.列表比较植物体细胞杂交与动物细胞融合 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开 相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 诱导方法 物理法：电融合法、离心法； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法 物理法：电融合法； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法； 生物法：灭活病毒诱导法 结果 杂种植株 杂交细胞 应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体 意义 突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合 相同点 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导动物细胞融合与植物原生质体融合时均可用电融合法、PEG融合法 [例1]　(2022·江苏高考改编)下图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程，在人－鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失，通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性，只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，只有Ⅲ具有胸苷激酶活性，Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述错误的是(　 ) A．加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合 B．细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人－人、人－鼠、鼠－鼠融合细胞 C．芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上 D．胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上 [解析]　动物细胞融合过程中，可以利用灭活的仙台病毒或聚乙二醇作诱导剂促进细胞融合，A正确；细胞Ⅲ中保留了人的X、11、17号染色体，故不会是鼠－鼠融合细胞，B错误；由三种杂种细胞中，只有Ⅱ中保留了2号染色体，且只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，可知芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，同理分析可知，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上，胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上，C、D正确。 [答案]　B [例2]　下列关于植物体细胞杂交与动物细胞融合比较的叙述，正确的是(　 ) A．过程中都涉及细胞膜流动性，都需要用酶将细胞分散成单个细胞 B．都可以用PEG融合法或灭活病毒诱导法诱导融合 C．两种杂交细胞都能获得杂交前2个细胞的全部优势 D．前者主要是为了获得杂种植株，后者主要是为了获得杂交细胞 [解析]　动物细胞融合前需用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理使细胞分散开，而植物体细胞杂交前需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，无需分散为单个细胞，A错误；二者都可以用PEG融合法诱导融合，灭活病毒诱导法只能用于动物细胞融合，B错误；由于不同来源的遗传物质融合后会相互影响，则两种杂交细胞不一定获得杂交前2个细胞的全部优势，C错误；动物细胞融合技术主要是为了获得细胞产品，即为了获得杂交细胞，而植物体细胞杂交技术主要是为了获得杂种植株，D正确。 [答案]　D 二探究单克隆抗体的制备及其应用 [例3]　(2023·湖北高考，节选)某病毒对动物养殖业危害十分严重。我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原来制备单克隆抗体，以期快速检测该病毒，其主要技术路线如图所示。 回答下列问题： (1)与小鼠骨髓瘤细胞融合前，已免疫的脾细胞(含浆细胞)____________(填“需要”或“不需要”)通过原代培养扩大细胞数量；添加脂溶性物质PEG可促进细胞融合，该过程中PEG对细胞膜的作用是__________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (2)在杂交瘤细胞筛选过程中，常使用特定的选择培养基(如HAT培养基)，该培养基对____________和________________生长具有抑制作用。 (3)单克隆抗体筛选中，将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交，其目的是________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 [解析]　(1)一般认为，已免疫的脾细胞(含浆细胞)中已含足够数量的能产生特异性抗体的浆细胞，不需要通过原代培养扩大细胞数量。聚乙二醇(PEG)分子能改变细胞膜结构，使两细胞接触点处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组，由于两细胞接触点处细胞膜的相互亲和以及彼此的表面张力作用，使细胞融合。(2)淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合后，有的细胞未融合，有的是具有同种核的融合细胞，有的是具有不同种核的融合细胞(杂交瘤细胞)。使用选择培养基的目的是筛选出杂交瘤细胞，在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞的生长受到抑制，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。(3)将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交的目的是从杂交瘤细胞中筛选出能分泌特定抗体的杂交瘤细胞。 [答案]　(1)不需要　改变细胞膜结构，使两细胞接触点处细胞膜的脂类分子发生疏散和重组　(2)未融合的(亲本)细胞　融合的具有同种核的细胞　(3)筛选能分泌与该病毒外壳蛋白A特异性结合的抗体的杂交瘤细胞 |认|知|生|成| 1．单克隆抗体制备过程 2．单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的 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，只有融合的杂交瘤细胞才能生长 用96孔板培养，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，经多次筛选得到能分泌所需抗体的细胞群 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 3.单克隆抗体的特点和应用 特点 能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备 应用 作为诊断试剂，用于疾病诊断和病原体鉴定；作为运载药物的载体；用于治疗疾病等 题点(一)　动物细胞融合技术 1．下列关于动物细胞融合技术及其意义的叙述，错误的是(　 ) A．常用胃蛋白酶处理新鲜取材的动物组织，以获得待融合的单个细胞 B．灭活病毒可以诱导动物细胞融合与病毒表面的糖蛋白有关 C．动物细胞融合后的杂交细胞在体外培养时可加入CO2以维持培养液pH的稳定 D．细胞融合技术突破了有性杂交的局限，动、植物细胞也可以融合 解析：选A　常用胰蛋白酶分散细胞，A错误；灭活病毒可以促进细胞融合，与病毒表面的糖蛋白能够与细胞膜上的特异性受体相互识别有关，B正确；动物细胞培养常用5% CO2和95%空气的气体环境，以维持培养液的pH稳定，C正确；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，动、植物细胞也可以融合，D正确。 2．某同学列表比较了植物体细胞杂交和动物细胞融合的相关差异，其中错误的是(　 ) 选项 比较内容 植物体细胞杂交 动物细胞融合 A 培养基区别 液体培养基，含蔗糖和植物激素等 固体培养基，含葡萄糖和动物血清等 B 原理 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 C 融合方法 物理方法、化学方法 物理方法、化学方法、生物方法 D 成功标志 得到杂种植株 得到杂交细胞 解析：选A　植物体细胞杂交所用的是固体培养基，含蔗糖和植物激素等；动物细胞融合所用的是液体培养基，含葡萄糖和动物血清等，A错误。植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性(原生质体的融合)和植物细胞的全能性(从杂种细胞得到杂种植株)；动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，B正确。诱导原生质体融合的方法包括物理方法和化学方法，诱导动物细胞融合的方法包括物理方法、化学方法和生物方法，C正确。植物体细胞杂交成功的标志是得到杂种植株；动物细胞融合成功的标志是得到杂交细胞，D正确。 题点(二)　单克隆抗体及其应用 3.如图为用细胞毒素类药物生产的抗体—药物偶联物(ADC)，以下叙述错误的是(　 ) A．ADC中的抗体能特异性识别并杀伤肿瘤细胞 B．接头的结构不稳定会导致药物分子脱落，造成正常细胞被破坏 C．一些作用于细胞信号转导通路的药物也可以作为ADC偶联的药物 D．利用放射性同位素或荧光标记的单克隆抗体可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病 解析：选A　ADC中的抗体能特异性识别肿瘤细胞的抗原，而杀伤肿瘤细胞是靠ADC上的细胞毒素类药物，A错误；ADC通常由抗体、接头和药物三部分组成，如果接头的结构不稳定会导致药物分子脱落，药物失去靶向性，则会造成正常细胞被破坏，B正确；一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号转导来抑制其生长，理论上也可将这些药物与单克隆抗体进行结合，C正确；利用放射性同位素或荧光标记的单克隆抗体可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病，该过程是利用抗原—抗体特异性结合原理实现的，D正确。 4．(2022·福建高考，节选)抗CD14单克隆抗体的制备流程如图所示： (1)步骤①和步骤⑤分别向小鼠注射__________和________。 (2)步骤②所用的SP2/0细胞的生长特点是________________。 (3)吸取③中的上清液到④的培养孔中，根据抗原—抗体杂交原理，需加入__________进行专一抗体检测，检测过程发现有些杂交瘤细胞不能分泌抗CD14抗体，原因是________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (4)步骤⑥从__________中提取到大量的抗CD14抗体，用于检测巨噬细胞。 解析：(1)步骤①是注射特定抗原，针对本实验目的可知，要获得抗CD14单克隆抗体，故应该注射CD14蛋白(或CD14抗原)；步骤⑤是将分泌抗CD14抗体的杂交瘤细胞注入小鼠腹腔内培养，以获得大量单克隆抗体。(2)步骤②所用的SP2/0细胞是骨髓瘤细胞，特点是能在体外大量增殖。(3)根据抗原—抗体杂交原理，应该用CD14蛋白检测是否含抗CD14蛋白的抗体。因为形成杂交瘤细胞的B淋巴细胞种类很多，因此有些杂交瘤细胞不能分泌抗CD14抗体。(4)从制备单克隆抗体的流程可知，将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔后，最终要从小鼠的腹水中提取抗CD14抗体。 答案：(1)CD14蛋白(或CD14抗原)　分泌抗CD14抗体的杂交瘤细胞　(2)能在体外大量增殖　(3)CD14蛋白　参与形成杂交瘤细胞的B淋巴细胞种类多，有的不能分泌抗CD14抗体　(4)小鼠腹水 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P43“从社会中来”素材应用)科学家对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。下列叙述错误的是(　 ) A．贴壁的原代细胞经胰蛋白酶处理后可分装到多个培养瓶中进行传代培养 B．培养液需要定期更换的主要目的是防止培养过程中细胞被杂菌污染 C．需将培养皿置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养 D．培养时除需控制培养液适宜的温度和pH，还需考虑渗透压 解析：选B　原代培养前用胰蛋白酶可使组织分散成单个细胞，传代培养前需要用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来并分散，A正确；培养过程中需定期更换培养液的主要目的是防止代谢产物积累对细胞自身造成危害，B错误；动物细胞培养的气体环境为95%空气(细胞代谢必需的)和5% CO2(维持培养液的pH)的混合气体的CO2培养箱，C正确；培养时除需控制培养液适宜的温度和pH，还需考虑渗透压，以维持细胞正常的形态和生理功能，D正确。 2．(选择性必修3 P46“相关信息”拓展分析)诱导多能干细胞(iPS细胞)在形态、基因表达、分裂能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似，这为某些疾病的基础研究及其临床应用提供了一种新的途径。下列说法正确的是(　 ) A．iPS细胞与胚胎干细胞都必须从胚胎中获取 B．iPS细胞的制备必须通过激素诱导细胞实现 C．来自同一机体的造血干细胞与胚胎干细胞遗传物质相同 D．可利用镰状细胞贫血患者自身体细胞培养的iPS细胞治疗该疾病 解析：选C　iPS细胞可以由体细胞诱导形成，A错误；iPS细胞的制备可通过将特定基因或特定蛋白导入细胞实现，或者通过小分子化合物诱导细胞实现，B错误；来自同一机体的造血干细胞与胚胎干细胞都是由受精卵发育形成的，遗传物质相同，C正确；镰状细胞贫血的发病原因为基因突变，因此不能利用患者自身体细胞培养的iPS细胞进行治疗，D错误。 3．(选择性必修3 P54“相关信息”拓展分析)我国科研工作者通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵母细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫早期胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列叙述错误的是(　 ) A．卵母细胞去核唯一的方法是显微操作法去核 B．兔子卵母细胞的细胞质中有使大熊猫细胞核表达全能性的物质 C．重构胚需要用物理或化学方法激活，使之完成细胞分裂和发育进程 D．在大熊猫早期胚胎卵裂期，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加 解析：选A　卵母细胞去核普遍使用的方法是显微操作法，也可采用紫外线短时间照射、化学物质处理等手段，A错误；兔子卵母细胞的细胞质中有使大熊猫细胞核表达全能性的物质，故用去核后的兔子卵母细胞作为受体细胞，B正确；融合后的重组胚胎(重构胚)，需要用物理或化学的方法进行激活，使其完成细胞分裂和发育进程，C正确；在大熊猫早期胚胎卵裂期，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，D正确。 (二)科学思维“融会通” 4．(选择性必修3 P44“旁栏思考”原理探究)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，这说明细胞间的物质为蛋白质。 不能用胃蛋白酶处理成纤维细胞，原因是多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5，当pH>6时，其失活变性。 5．(选择性必修3 P49“图2­15”拓展分析)用96孔板培养和筛选杂交瘤细胞，具体方法是每一个孔中只接种一个杂交瘤细胞，筛选的原理是抗原—抗体杂交，筛选的结果是得到既能产生特异性抗体，又能大量增殖的杂交瘤细胞。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．中国首块100%鸡细胞肉在杭州一家生物公司研制成功，这是一块完全不含植物支架的动物细胞培养肉产品。培养细胞取自杭州的一种本土鸡，培养肉经多种烹饪方式后的口感与传统鸡肉几乎无差别。下列关于该技术的叙述正确的是(　 ) A．该细胞肉的生产原理是细胞的全能性 B．培养需要无毒、无菌的环境和合适配比的营养和气体条件 C．培养的材料可取分化程度较高的肌肉干细胞，经酶解分散后培养 D．所需的成本低，且细胞肉的质量可控，很有发展前景 解析：选B　题干所述过程并未得到完整个体或各种细胞，故不能体现细胞的全能性，其原理是细胞增殖，A错误；题干所述过程主要是动物细胞培养技术，培养需要无毒、无菌的环境和合适配比的营养和气体条件，B正确；培养的材料应取分化程度较低的细胞，C错误；“细胞培养肉”制造过程中，细胞的培养需要借助合适的支架体系来防止细胞的接触抑制，成本较高，D错误。 2．传统鼠源单抗可被人体免疫系统识别而产生免疫反应，导致单抗的治疗效果下降。科研人员对小鼠的相关基因进行改造，制备了人源化的Her2(人表皮生长因子受体2)单克隆抗体，该单克隆抗体可特异性结合乳腺癌细胞。下列叙述错误的是(　 ) A．乳腺癌细胞细胞膜表面的Her2的表达量要低于正常细胞 B．鼠源化Her2单抗进入人体后可能会诱导人体产生抗单抗抗体 C．人源化Her2单抗制备利用了重组DNA技术、动物细胞融合等技术 D．荧光标记的人源化Her2单克隆抗体可用于乳腺癌的定位诊断 解析：选A　制备的人源化的Her2单克隆抗体可特异性结合乳腺癌细胞，说明乳腺癌细胞细胞膜表面的Her2的表达量要高于正常细胞，A错误；传统鼠源单抗对人体来说是抗原，可能会引起人体产生相应抗体，B正确；人源化Her2单抗制备利用了重组DNA技术(要对小鼠的相关基因进行改造)、动物细胞融合(骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合)等技术，C正确；荧光标记的人源化Her2单克隆抗体可用于乳腺癌的定位诊断，因为该单克隆抗体可特异性结合乳腺癌细胞，D正确。 3．将诱导多能干细胞(iPS细胞)移植给急性心肌梗死小鼠，检测发现小鼠心肌电生理指标逐渐恢复正常。下列说法合理的是(　 ) A．该实验中仅需正常小鼠作为对照组 B．与高度分化的细胞相比，iPS细胞的分化潜能较弱 C．选择病鼠自身细胞获得iPS细胞再移植可避免免疫排斥 D．此结果说明可将iPS细胞移植用于治疗人类缺血性心肌病 解析：选C　为了说明iPS细胞移植给急性心肌梗死小鼠的影响，该实验需正常小鼠作为对照组，也需要急性心肌梗死小鼠不移植iPS细胞为对照，A错误；iPS细胞可分化形成多种组织细胞，与高度分化的细胞相比，iPS细胞的分化潜能较强，B错误；iPS细胞来源于病鼠自身的体细胞的诱导，再移植回病鼠体内可避免免疫排斥，C正确；缺血性心肌病和急性心肌梗死的病因不同，且实验在小鼠体内进行，因此检测结果不能说明iPS细胞可治疗人类缺血性心肌病，D错误。 4．(2024·江门统考)骨髓间充质干细胞(BMSC)在某些诱导剂作用下可分化成心肌细胞，在心脏类疾病的治疗中拥有广阔的应用前景。在细胞培养的过程中，通过检测细胞中基因的表达产物可以判断细胞的分化方向。科研人员研究丹酚酸B(丹参提取物)对BMSC分化的影响，从大鼠体内分离BMSC并进行多代培养，用一定浓度的丹酚酸B处理一段时间后，与对照组相比，实验组中与分化为心肌细胞相关的关键基因的mRNA含量明显增加。下列叙述错误的是(　 ) A．在使用丹酚酸B和生理盐水处理细胞前，需对两种试剂进行灭菌处理 B．原代培养的BMSC出现接触抑制时，需要用胃蛋白酶处理并进行分瓶培养 C．BMSC与诱导多能干细胞都是具有分裂能力的细胞，且具有一定的分化潜能 D．推测丹酚酸B可通过促进相关基因的转录来促进BMSC分化为心肌细胞 解析：选B　动物细胞工程中，应注意无菌操作，在使用丹酚酸B和生理盐水处理细胞前，需对两种试剂进行灭菌处理，A正确；动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此条件下会变性失活，原代培养的BMSC出现接触抑制时，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理并进行分瓶培养，B错误；BMSC与诱导多能干细胞都是具有分裂能力的细胞，且具有一定的分化潜能，C正确；分析题意可知，用一定浓度的丹酚酸B处理一段时间后，与对照组相比，实验组中与分化为心肌细胞相关的关键基因的mRNA含量明显增加，故据此推测丹酚酸B是通过促进相关基因的转录来促进BMSC分化为心肌细胞的，D正确。、 一、选择题 1．动物细胞工程常用的技术手段中，最基础的是(　 ) A．动物细胞培养 B．动物细胞融合 C．单克隆抗体 D．胚胎核移植 解析：选A　动物细胞工程常用的技术手段包括动物细胞培养、动物细胞融合、生产单克隆抗体、动物细胞核移植。其中，动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2．下列有关动物细胞工程操作的叙述，正确的是(　 ) A．在进行动物细胞培养时培养基中除了加入细胞所需的各种营养物质外，还需要加入琼脂 B．单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是获得足够数量的能产生所需抗体的杂交瘤细胞 C．干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等 D．克隆动物的获得说明了高度分化的动物体细胞具有发育的全能性 解析：选C　动物细胞培养一般用液体培养基，不需要加入琼脂，A错误；单克隆抗体制备过程中，第一次筛选是为了获得杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞，B错误；干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等，胚胎干细胞具有发育的全能性，C正确；克隆动物的获得说明高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性，D错误。 3．动物体细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能性。下列说法正确的是(　 ) A．为提高成功率，将卵母细胞培养到MⅡ期，在尽可能短的时间内去除纺锤体—染色体复合物并注入体细胞 B．需用电刺激、Ca2＋载体和聚乙二醇等激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 C．胚胎发育到桑葚胚阶段，胚胎内部开始出现含有液体的腔 D．早期胚胎培养需要置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中，O2是细胞代谢所必需，CO2的主要作用是调节培养液的pH 解析：选A　卵母细胞培养到MⅡ期，此时细胞内具有促进细胞核全能性表达的物质，在尽可能短的时间内去除纺锤体—染色体复合物，即除去受体细胞的遗传物质，再注入体细胞，形成融合细胞，A正确；聚乙二醇不能激活重构胚，B错误；胚胎发育到囊胚阶段，胚胎内部开始出现含有液体的腔，C错误；早期胚胎培养需要无菌的95%空气和5% CO2，O2是细胞代谢所必需，CO2的主要作用是调节培养液的pH，D错误。 4．单克隆抗体在临床上的应用较广泛，下列关于单克隆抗体的制备过程的叙述，错误的是(　 ) A．杂交瘤细胞不能大量增殖，但能产生特异性抗体 B．杂交瘤细胞的培养液所处的气体环境应含CO2，以维持pH的稳定 C．选择培养基筛选出的杂交瘤细胞还需要进行克隆化培养和抗体检测 D．克隆化培养过程中杂交瘤细胞可能不会出现接触抑制的现象 解析：选A　杂交瘤细胞既能大量增殖，也能产生特异性抗体，A错误；杂交瘤细胞的培养液所处的气体环境应含CO2，以维持pH的稳定，保证细胞的正常生理活性，B正确；选择培养基筛选出的杂交瘤细胞还需要进行克隆化培养和抗体检测，才能选出产生特定抗体的杂交瘤细胞，C正确；杂交瘤细胞具有癌细胞无限增殖的特点，不会出现接触抑制的现象，D正确。 5．绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘细胞分泌的一种糖蛋白。研究人员利用HCG免疫健康小鼠，制备了用于早孕诊断的HCG单克隆抗体。下列有关叙述错误的是(　 ) A．早孕诊断的原理是单克隆抗体与HCG特异性结合 B．与一般的血清抗体相比，单克隆抗体的优点有能准确识别抗原的特异性差异等 C．制备单克隆抗体的过程中有两次筛选，第二次筛选的目的是获得杂交瘤细胞 D．单克隆抗体制备过程中主要运用的细胞工程技术包括动物细胞培养和动物细胞融合 解析：选C　单克隆抗体可以与HCG特异性结合，依据该原理，可用作早孕诊断，A正确；一般的血清抗体针对性不强，与一般的血清抗体相比，单克隆抗体的优点是能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备，B正确；对杂交细胞一般要进行两次筛选，第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞，C错误；动物细胞培养技术是动物细胞工程技术的基础，动物细胞融合技术可用于制备单克隆抗体，D正确。 6．下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛简易流程图，有关叙述正确的是(　 ) A．后代丁牛的遗传性状由甲牛和丙牛的遗传物质共同决定 B．过程①需要提供95%空气和5% CO2的混合气体 C．过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理 D．克隆牛的繁殖方式属于有性生殖 解析：选B　后代丁牛的细胞核遗传物质来自甲牛，细胞质遗传物质主要来自乙牛，则丁牛的遗传性状由甲牛和乙牛的遗传物质共同决定，A错误；动物细胞培养中需要提供95%空气和5% CO2(维持培养液的pH)的混合气体，B正确；过程②常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理，C错误；克隆牛的繁殖方式不涉及精卵结合过程，不是由受精卵发育而来，属于无性生殖，D错误。 7．治疗性克隆有希望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的免疫排斥反应。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法错误的是(　 ) A．上述过程属于体细胞核移植技术的应用之一 B．上述过程实现了动物细胞的全能性 C．胚胎干细胞的分化潜能保证①过程的进行 D．②过程有进行DNA复制和蛋白质的合成 解析：选B　图示过程中，形成重组细胞利用了动物细胞核移植技术，属于体细胞核移植技术的应用之一，A正确；图示过程最终未产生完整有机体或分化成各种细胞，没有实现动物细胞的全能性，B错误；①过程就是胚胎干细胞的增殖分化过程，C正确；②过程有细胞的增殖、分化，因此会发生DNA的复制和蛋白质的合成，D正确。 8．生物技术与工程实践中常利用特殊的化学试剂或一定的物理刺激进行“激活”操作。下列叙述错误的是(　 ) A．将果酒用于果醋发酵时，降低温度是“激活”醋酸菌的重要条件之一 B．在PCR反应过程中，耐高温的DNA聚合酶需要Mg2＋“激活” C．克隆高产奶牛时，获得的重构胚需要在胚胎移植前用电刺激等方法“激活” D．制备单克隆抗体时，应先利用抗原“激活”小鼠相应的B淋巴细胞 解析：选A　果醋发酵的温度为30～35 ℃，高于果酒的发酵温度，A错误；PCR的缓冲液中一般存在Mg2＋，其可“激活”耐高温的DNA聚合酶的活性，B正确；电刺激等方法可以激活重构胚，使其正常发育，C正确；B淋巴细胞接受抗原刺激后可进行增殖分化，才可用于单克隆抗体的制备，D正确。 9．6­磷酸葡萄糖脱氢酶(G­6PD)有F和S两种类型，分别由一对等位基因XF和XS编码。基因型为XFXS的女性，体细胞中的两个X染色体会有一个随机失活，且这个细胞的后代相应的X染色体均会发生同样的变化。将基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理后先进行细胞的原代培养，再对不同的单细胞分别进行单克隆培养。分别对原代培养和单克隆培养的细胞进行G­6PD蛋白电泳检测，结果如图所示。有关叙述错误的是(　 ) A．原代培养的细胞中都含有XF和XS基因 B．用胰蛋白酶处理皮肤组织可使其分散成单个细胞 C．原代培养细胞电泳图有2个条带是因为同时检测了多个细胞 D．单克隆培养的细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因不同 解析：选D　原代培养细胞是基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理得到的，都含有XF和XS基因，A正确；皮肤组织细胞之间的蛋白质被胰蛋白酶或胶原蛋白酶分解，可分散成单个细胞，B正确；结合题干，基因型为XFXS的女性体细胞中的两个X染色体会有一个随机失活，故一个细胞中只含有一种G­6PD，电泳后只显示一个条带，原代培养的细胞电泳有2个条带，故同时检测了多个细胞，C正确；单克隆培养的细胞，是通过有丝分裂得到的增殖的细胞，故单克隆培养的细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因相同，表达的基因不同，D错误。 10．为解决杂交瘤细胞在传代培养中出现来自B淋巴细胞的染色体丢失问题，研究者将抗原刺激后的B淋巴细胞用EBV(一种病毒颗粒)感染，获得染色体核型稳定的EBV转化细胞。EBV转化细胞能够在HAT培养基中存活，但对Oua敏感。骨髓瘤细胞在HAT培养基中不能存活，但对Oua不敏感。下图表示操作过程。下列分析错误的是(　 ) A．B淋巴细胞可从多次间歇注射某种抗原的动物脾脏中获得 B．HAT培养基和Oua筛选去除的是未融合的EBV转化细胞 C．杂交瘤细胞染色体丢失可能会导致抗体的产生能力下降 D．图中获得的杂交瘤细胞需经抗体检测筛选后才可用于生产 解析：选B　对动物进行间歇注射抗原处理，以刺激动物机体产生相应的B淋巴细胞；B淋巴细胞在骨髓中发育成熟，分布于淋巴结和脾脏等处，故B淋巴细胞可从多次间歇注射某种抗原的动物脾脏中获得，A正确。据题意“EBV转化细胞能够在HAT培养基中存活，但对Oua敏感；骨髓瘤细胞在HAT培养基中不能存活，但对Oua不敏感”可知，HAT培养基去除的是未与EBV转化细胞融合的骨髓瘤细胞和自身融合的骨髓瘤细胞，Oua筛选去除的是未与骨髓瘤细胞融合的EBV转化细胞和自身融合的EBV转化细胞，B错误。抗体是由浆细胞分泌的，杂交瘤细胞若丢失来自B淋巴细胞的染色体，可能会导致抗体产生能力下降，C正确。图示获得的杂交瘤细胞还需要经过进一步的筛选，用专一抗体检测呈现阳性的杂交瘤细胞才能直接用于生产单克隆抗体，D正确。 二、非选择题 11．如图是科学家对小鼠进行核移植实验的示意图，回答下列问题： (1)采集到的卵母细胞需在体外培养至________期。 (2)图中从“内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中，可用________________酶处理内细胞团，使之分散成单个细胞。干细胞形成组织、器官的过程中要经历____________(填细胞生命历程)。 (3)培养胚胎干细胞时，为保证无毒无菌环境，除对__________________进行无菌处理外，通常还需________________保证培养液无毒，同时对气体条件的要求是______________。 (4)克隆胚胎一般发育至____________期时进行胚胎移植，此时还需对代孕母鼠进行同期发情处理，其生理学意义是_________________________________________________。 解析：(1)采集到卵母细胞后，需在体外培养到减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)，使其成熟。(2)图中“从内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中，需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理内细胞团，使之分散成单个细胞。干细胞形成组织、器官必须进行细胞的分裂和分化。(3)动物细胞培养时，为保证无菌、无毒的培养环境，除了对培养液和所有培养用具进行无菌处理外，通常还要进行的操作是定期更换培养液，动物细胞培养的气体条件为95%空气和5%CO2，O2是细胞代谢所必需的， CO2的主要作用是维持培养液的pH。(4)胚胎一般发育至桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植，为使供体和受体的生理状态相同，为胚胎移入受体提供相同的生理环境，确保胚胎移植后能正常发育，需对代孕母鼠进行同期发情处理。 答案：(1)减数分裂Ⅱ中(或MⅡ)　(2)胰蛋白酶、胶原蛋白　细胞的分裂和分化　(3)培养液和所有的培养用具　定期更换培养液　95%空气和5% CO2　(4)桑葚胚或囊胚　为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境，以确保胚胎移植后能正常发育 12．在肿瘤患者的治疗中，被动免疫治疗是指被动地将具有抗肿瘤活性的免疫制剂或细胞回输给肿瘤患者机体进行治疗，该治疗方案适用于肿瘤晚期患者，主要分为单克隆抗体治疗和过继性细胞治疗两类，其中过继性细胞治疗相关过程如图所示。回答下列问题： (1)在单克隆抗体治疗中，为了获取能产生抗肿瘤细胞的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。筛选所用的培养基属于____________(按功能)。筛选出来的杂交瘤细胞进行________________和______________，才可以获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 (2)科学家将细胞毒素与单克隆抗体结合，制成了抗体—药物偶联物(ADC)，ADC通常由____________________三部分组成。 (3)过继性细胞治疗中，从肿瘤患者体内获取的免疫细胞置于适宜环境下培养，培养过程中会出现分裂受阻，其原因主要有____________________________________(答出2点)，培养过程中出现接触抑制现象时，可用__________________酶处理贴壁细胞使之分散成单个细胞进行传代培养。 (4)过继性细胞治疗能有效避免免疫排斥，其原因是_________________________。 解析：(1)单克隆抗体制备过程中对杂交细胞有两次筛选，第一次用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞，未融合的亲本细胞、融合的具有同种核的细胞都死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长；第二次筛选出能合成特定抗体的杂交瘤细胞，对经选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。(2)ADC为抗体—药物偶联物，由抗体、接头和药物(如细胞毒素)三部分组成，抗体具有特异性，可以实现对肿瘤细胞的选择性杀伤，减少了用药量，也降低了副作用。(3)在细胞培养的过程中，由于细胞密度过大、有害代谢物积累、培养液中营养物质缺乏和接触抑制，细胞分裂受阻；培养过程中出现接触抑制现象时，可用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理贴壁细胞使之分散成单个细胞进行传代培养。(4)过继性细胞治疗能有效避免免疫排斥，原因是自体免疫细胞进行诱导培养得到的肿瘤特异杀伤细胞与人体正常细胞的组织相容性抗原相同。 答案：(1)选择培养基　克隆化培养　抗体检测　(2)抗体、接头、药物(细胞毒素)　(3)细胞密度过大、有害代谢物积累、培养液中营养物质缺乏(合理即可)　胰蛋白酶、胶原蛋白　(4)以自体免疫细胞进行诱导培养得到的肿瘤特异杀伤细胞与人体正常细胞的组织相容性抗原相同 第三课时　胚胎工程 主题研习(一)　受精和早期胚胎发育(基础·自学型)　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．胚胎工程的概念 操作对象 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 技术种类 体外受精、胚胎移植、胚胎分割、早期胚胎培养等 操作水平 主要集中在细胞水平上 理论基础 哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律 目的 将获得的胚胎移植到雌性动物体内产生后代，满足人类的需求 2．受精 概念 精子与卵子结合形成合子(受精卵)的过程 场所 在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成 过程 3.胚胎早期发育 [微点判断] (1)胚胎工程的操作对象只能是早期胚胎。(×) (2)透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。(√) (3)受精卵形成后便开始在输卵管内进行有丝分裂，开始发育。(√) (4)卵裂阶段细胞中有机物、DNA的含量增多，细胞体积增大。(×) (5)雄性动物刚刚排出的精子并不具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。(√) 题点(一)　受精作用 1．受精是精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。下列关于哺乳动物受精的叙述，正确的是(　 ) A．精子和卵子结合形成合子与细胞膜的选择透过性密切相关 B．初级卵母细胞与获能的精子在输卵管内完成受精 C．透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障 D．判断受精完成的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核 解析：选C　精子和卵子结合形成合子与细胞膜的流动性密切相关，A错误；MⅡ期次级卵母细胞与获能的精子在输卵管内完成受精，B错误；透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障，C正确；判断受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核，受精完成的标志是观察到雌、雄原核融合成一个细胞核，D错误。 2．澳大利亚布里斯班一对小姐弟被确认为全球第二对半同卵双胞胎，发育成该对半同卵双胞胎的受精卵形成过程如下图所示，图3中染色单体分离后分别移向细胞的三个不同方向，从而分裂成A、B、C三个细胞，其中两个细胞发育成姐弟二人。下列说法错误的是(　 ) A．图1表示卵子的异常受精过程，此时卵子已完成减数分裂Ⅱ B．该卵子与2个精子受精，表明透明带反应未能阻止多精入卵 C．这对小姐弟来源于母亲的染色体一般相同，来源于父亲的染色体一定不同 D．若图4细胞A包含父系和母系染色体组各1个，则细胞C可能含2个父系染色体组 解析：选A　图1两个精子进入同一个卵细胞，是异常受精过程，发生在卵细胞的减数分裂Ⅱ时期，此时卵子还没完成减数分裂Ⅱ，A错误；阻止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜的生理反应，该卵子与2个精子受精，表明透明带反应和卵细胞膜反应未能阻止多精入卵，B正确；该姐弟来源于母亲的染色体是由同一条含有姐妹染色单体的染色体分裂而来，一般是相同的，来源于父亲的染色体由两个不同的精子提供，一个精子中含有X染色体，另一个精子中含有Y染色体，因此染色体组成一定不同，C正确；若图4细胞A包含父系和母系染色体组各1个，C应该包含父系和母系染色体组各1个或包含两个父系染色体组，D正确。 题点(二)　早期胚胎发育的过程和特点 3．下列关于哺乳动物胚胎发育的叙述，错误的是(　 ) A．胚胎发育过程有细胞分化，细胞分化是基因选择性表达的结果 B．胚胎发育至桑葚胚时期开始细胞分化 C．滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘 D．内细胞团细胞能发育成胎儿的各种组织 解析：选B　在胚胎发育过程中，桑葚胚时期细胞没有分化，囊胚时期细胞开始出现分化，细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确，B错误；囊胚时期中的内细胞团的细胞将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘，C、D正确。 4．下图表示某哺乳动物的受精卵在卵裂期的几项指标的变化趋势，其中正确的是(　 ) A．①② B．①③ C．②④ D．①④ 解析：选D　受精卵发育至囊胚过程中，卵裂(方式是有丝分裂)会导致细胞总数增加，细胞每分裂一次DNA就会复制一次，每个分裂形成的细胞都有一份DNA，因此DNA总量随时间的推移而增多，①正确；卵裂过程中，细胞不断分裂，导致细胞数目增加，但胚胎的总体积并不增加，所以每个细胞的体积随时间的推移而减小，即所有细胞的核质比逐渐增大，②③错误；在发育过程中有机物总量呈现减少的趋势，④正确。故选D。 1．辨明受精的标志和受精完成的标志 在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志；而受精完成的标志是雌、雄原核融合成一个细胞核。 2．受精卵中遗传物质的来源 受精卵的遗传物质中，核遗传物质(染色体中的DNA)一半来自精子，一半来自卵子，细胞质中的遗传物质(线粒体中的DNA)几乎全部来自卵子。 3．明确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，不能从母体获取有机物，而呼吸消耗一直进行，因此有机物总量减少。 (2)细胞数目和体积：胚胎总体积不变，但细胞数目增多，每个细胞的体积减小。 (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。 主题研习(二)　胚胎工程技术及其应用(深化·提能型) (一)体外受精 1．过程 2．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。 (二)胚胎移植 1．概念：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．操作过程(以家畜的胚胎移植为例) 3．胚胎移植的生理学基础 (三)胚胎分割 材料 应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚 实质 胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是动物的无性繁殖(或克隆) 操作要求 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割 用途 ①促进优良动物品种的繁殖；②为遗传学研究提供遗传性状相同的个体；③胚胎移植前的性别鉴定、遗传病筛查 一“试管动物”技术和“克隆动物”技术 |情|境|探|究| 请根据培育试管牛和克隆牛过程示意图完成下列问题： (1)过程①表示__________，进行该过程之前精子需进行________处理，卵母细胞需培养至______期。为获得更多的卵母细胞，可对牛B用__________进行处理。 (2)过程②表示______________，通常将胚胎培养至______________期后进行过程③；过程③表示______________。进行过程③时需对母牛D进行____________处理。 (3)过程④可通过__________去核，去核的原因是_______________________________。 (4)将体细胞注入去核的卵母细胞后采用________法使两细胞融合形成重构胚，克隆牛培育表明了____________具有全能性。 (5)试管牛和克隆牛培育的繁殖方式分别为__________和__________。 答案：(1)体外受精　获能　MⅡ　促性腺激素　(2)体外胚胎培养　桑葚胚或囊胚　胚胎移植　同期发情　(3)显微操作　保证动物核遗传物质全部来自良种母牛C　(4)电融合　动物细胞核　(5)有性生殖　无性生殖 |认|知|生|成|　试管动物与克隆动物的比较 比较项目 试管动物 克隆动物 涉及技术 体外受精、体外胚胎培养、胚胎(分割)移植 核移植技术、体外胚胎培养、胚胎(分割)移植 实例 试管牛 克隆羊“多莉” 过程 生殖方式 有性生殖 无性生殖 遗传物质 遗传物质来自两个个体 遗传物质大部分来自供核生物体 二胚胎移植的关键点分析 [典例]　(2024·泉州模拟)胚胎移植是指将通过体外受精或其他方式获得的动物胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之发育成新个体的技术。下列关于胚胎移植的叙述，正确的是(　 ) A．胚胎移植的受体要有优良遗传性状和生产性能 B．进行胚胎移植可发挥雄性优良个体的繁殖潜力 C．克隆牛的成功培育离不开胚胎移植 D．对马进行胚胎移植时应对受体进行免疫排斥检查 [解析]　胚胎移植时供体要有优良遗传性状和生产性能，受体要有健康的体质和正常的繁殖能力，A错误；进行胚胎移植可发挥雌性优良个体的繁殖潜力，B错误；克隆牛的成功培育需要进行胚胎移植，C正确；对马进行胚胎移植时受体基本不会对外来胚胎产生免疫排斥反应，D错误。 [答案]　C |认|知|生|成|　胚胎移植的关键点分析 (1)胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序，一般情况下，移植的胚胎必须在原肠胚之前，不能直接移植受精卵。 (2)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，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。 (3)胚胎移植成功的两个条件：同种动物之间、供受体生理状态要相同。 (4)冲卵含义：冲出早期胚胎，不是冲出卵子。 (5)两次处理：①用激素对供体(雌性个体)和受体进行同期发情处理；②用促性腺激素对供体(雌性个体)进行超数排卵处理。 (6)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。 题点(一)　体外受精与胚胎移植 1．研究人员制备了一种膀胱生物反应器，用其制备获得人体特殊功能蛋白A的基本过程如图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、体外受精 B．诱导雌性动物超数排卵所饲喂的激素能作用于特定细胞 C．从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后与获能的精子进行体外受精 D．经步骤③产生的后代，其遗传特性与受体保持一致 解析：选C　图中①表示将目的基因导入动物受精卵，常用显微注射法，而②表示体外胚胎培养，A错误；诱导雌性动物超数排卵的激素是促性腺激素，该激素属于蛋白质类激素，饲喂会被分解而失去作用，B错误；从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后才可与获能的精子进行体外受精，C正确；经③(胚胎移植)产生的后代，其遗传特性与供体保持一致，D错误。 2．下列说法符合胚胎移植生理学基础的是(　 ) A．供、受体的发情时间要一致，才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致 B．供体胚胎形成后一直不会和母体建立组织上的联系，使胚胎收集成为可能 C．受体子宫对外来胚胎发生免疫排斥反应，是胚胎移植过程需要重点克服的难题 D．胚胎移植产下的个体在质基因控制的性状上与受体相似 解析：选A　供、受体的发情时间要一致，即同期发情，这样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，使胚胎移植更容易成功，A正确；哺乳动物的早期胚胎形成后，在一段时间内处于游离状态，不与母体子宫建立组织上的联系，使胚胎收集成为可能，B错误；受体子宫与外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，为胚胎移植的成功提供理论基础，C错误；胚胎的遗传物质来自供体，因此胚胎移植产下的个体在质基因控制的性状上与供体母亲相似，D错误。 题点(二)　胚胎分割移植及其应用 3．(2024年1月·吉林适应性演练)胚胎工程等生物技术促进了具有优良性状和经济价值的动物快速繁育与应用。下列叙述错误的是(　 ) A．克隆珍稀野生动物，可使用体细胞核移植结合胚胎工程技术 B．胚胎分割技术可增加移植胚胎数目，还可产生遗传性状相同的后代 C．为提高体外受精成功率，新采集的精子应直接用于体外受精 D．动物胚胎移植前，控制胚胎性别比例可降低后代的伴性遗传病发病率 解析：选C　克隆珍稀野生动物，可使用体细胞核移植结合胚胎工程技术，A正确；胚胎分割技术属于无性繁殖技术，因而可增加移植胚胎数目并产生遗传性状相同的后代，B正确；新采集的精子需要经过获能培养才能受精，C错误；伴性遗传往往表现与性别有关，因此可根据患病动物的特征，在动物胚胎移植前，控制胚胎性别比例可降低后代的伴性遗传病发病率，D正确。 4．科学家通过诱导黑鼠体细胞获得多能干细胞，继而利用多能干细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠，培育流程如图所示。下列分析错误的是(　 ) A．多能干细胞发育成了克隆鼠X的各种组织 B．对克隆鼠X进行性别鉴定时不能从滋养层处取样 C．本实验使用了体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术 D．将克隆鼠的肝脏移植给黑鼠可避免免疫排斥反应 解析：选C　据图可知，将多能干细胞注入发育成各种组织的内细胞团内，最终发育形成克隆鼠，说明多能干细胞发育成了克隆鼠X的各种组织，A正确；克隆鼠X是由多能干细胞发育形成的，与滋养层细胞中遗传物质并不相同，因此对克隆鼠X进行性别鉴定时不能从滋养层处取样，B正确；本实验没有涉及体外受精和胚胎分割，C错误；克隆鼠是由黑鼠体细胞诱导形成的多能干细胞发育形成的，与黑鼠遗传特性相同，因此将克隆鼠的肝脏移植给黑鼠可避免免疫排斥反应，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P59“拓展应用 T1”变式训练)精母细胞在变成精子的过程中，精子的头部几乎只保留了细胞核，部分细胞质变成了精子的颈部和尾部，其中全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。受精时，精子和卵细胞相互识别后，精子的头部进入卵细胞，而尾部留在卵细胞外。据此分析，下列有关推断错误的是(　 ) A．线粒体被全部保留可为精子提供充足能量 B．受精时，精子和卵细胞的相互识别与糖被有关 C．精子、卵细胞为受精卵提供了相同数量的DNA D．卵细胞为受精卵的早期发育提供营养物质 解析：选C　精子要靠尾部摆动游到卵细胞所在位置，才能与卵细胞结合，这一过程需要大量的能量，这些能量主要来自线粒体内进行的有氧呼吸，因此全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部，A正确；细胞膜上的糖被具有识别作用，精子和卵细胞的相互识别与细胞膜上的糖被有关，B正确；受精卵形成过程中，精子、卵细胞为受精卵提供了相同数量的核DNA，而受精卵细胞质中的DNA主要来自卵细胞，故卵细胞为受精卵提供的DNA数大于精子，C错误；卵细胞体积较大有利于储存较多的营养物质，为受精卵的早期发育提供营养物质，D正确。 2．(选择性必修3 P66“复习与提高 T3”变式训练)为了提高重组胚胎的发育率和妊娠率，我国科研人员将组蛋白去甲基化酶(Kdm4d)的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂(TSA)进行处理，成功培育出了克隆猴，流程如图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．灭活的仙台病毒能够与细胞膜上的转运蛋白发生作用，使细胞相互凝聚 B．卵母细胞的体外培养除需加入血清等营养物质，还需加入干扰素 C．重构胚组蛋白的乙酰化水平低有利于提高胚胎发育率 D．可用Ca2＋载体、蛋白酶合成抑制剂等激活重构胚 解析：选D　灭活的仙台病毒能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，A错误；干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的物质，动物细胞体外培养时不需要添加，B错误；用TSA处理重构胚，说明组蛋白的乙酰化水平高有利于提高胚胎发育率，C错误；可用物理或化学方法(电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3．(选择性必修3 P57“图2­20”关键点发掘)在实际胚胎工程操作中，观察到两个极体常作为受精的标志之一，原因是哺乳动物的第一极体一般不分裂，卵子受精后完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体。 4．(选择性必修3 P61“图2­23”应用分析)牛胚胎移植时，对供、受体母牛要进行同期发情处理的目的是使供、受体牛的生理变化相同，为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。对供体母牛进行超数排卵处理的目的是诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．乌珠穆沁白山羊为绒肉兼用型品种，因种群缩小、近亲繁殖而出现品种资源危机。科研人员已采用现代生物技术手段开展种质资源保护工作，其中通过胚胎分割技术，可加快乌珠穆沁白山羊的扩群繁育。下列叙述错误的是(　 ) A．进行胚胎移植时，需对受体母羊注射免疫抑制剂以避免发生免疫排斥反应 B．胚胎分割技术能提高良种胚胎的利用率 C．同一胚胎分割后获得的后代，遗传性状不一定完全一致 D．胚胎分割和胚胎移植都可以在囊胚阶段进行 解析：选A　胚胎移植时，受体对植入胚胎基本不会产生免疫排斥反应，因此不需要注射免疫抑制剂，A错误；胚胎分割可以将早期胚胎切割成双份或多份，从而获得同卵双胎或多胎，提高了良种胚胎的利用率，B正确；表型与基因和环境都有关，同一胚胎分割后获得的后代，基因型一般是相同的，但可能受到环境影响，遗传性状不一定完全一致，C正确；一般受精卵发育到桑葚胚或囊胚阶段均可以进行胚胎移植和胚胎分割，D正确。 2．大鼠早期胚胎可以利用细胞竞争机制“杀死”外来的人类干细胞，从而导致人—鼠嵌合胚胎的嵌合率低下。科学家拟通过以下途径获得具有人类胰腺的幼鼠，下列分析错误的是(　 ) A．iPS细胞的分裂、分化能力可能与图中b区域的细胞相当 B．为获得更多的受精卵，可对雌鼠注射适量的促性腺激素 C．步骤①基因编辑的目的可能是破坏受精卵中与胰腺形成有关的基因 D．图中过程涉及转基因技术、动物细胞培养及核移植、胚胎移植等 解析：选D　分析题图可知，b表示囊胚的内细胞，该区域的细胞将来发育成各种组织且具有全能性，iPS细胞是类似胚胎干细胞的一种细胞，所以iPS细胞的分裂、分化能力可能与图中b区域的细胞相当，A正确；对雌鼠注射适量的促性腺激素可以促进雌鼠超数排卵，进而获得更多的受精卵，B正确；该实验目的是获得具有人类胰腺的幼鼠，所以步骤①基因编辑的目的可能是破坏受精卵中与胰腺形成有关的基因，C正确；图中过程涉及转基因技术、动物细胞培养及胚胎移植等，但并未涉及动物细胞核移植技术，D错误。 一、选择题 1．下列关于胚胎工程的叙述，错误的是(　 ) A．体内受精、体外受精的共同点是受精前精子均需获能 B．囊胚期的内细胞团将来可发育为胎儿的各种组织 C．对桑葚胚或囊胚进行分割处理，可培育出基因型相同的两个或多个新个体 D．供体母牛胚胎移植前需进行发情处理，受体母牛胚胎移植前需进行超数排卵处理 解析：选D　体内受精、体外受精的共同点是受精前精子均需获能，A正确；囊胚期的内细胞团将来可发育为胎儿的各种组织，B正确；对桑葚胚或囊胚进行分割处理，桑葚胚或囊胚的细胞都由同一个受精卵分裂而来，所以可培育出基因型相同的两个或多个新个体，C正确；胚胎移植时，需对供体和受体使用激素进行同期发情处理，以保证胚胎移植入相同的生理环境。同时为了获得大量卵细胞，可对供体母牛注射促性腺激素进行超数排卵处理，D错误。 2．如图表示某哺乳动物胚胎的早期发育过程，a～c表示相关过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示相关时期。下列相关叙述正确的是(　 ) A．过程a表示卵裂，该时期细胞数量和体积不断增加 B．过程b细胞逐渐分化，Ⅱ时期细胞存在内胚层、中胚层和外胚层 C．过程c表示孵化，孵化后胚胎继续发育形成Ⅲ时期的原肠胚 D．进行胚胎分割时应使胚胎发育至Ⅲ时期 解析：选C　过程a表示卵裂，该时期细胞数目不断增加，但胚胎总体积并不增加，细胞体积变小，A错误；过程b细胞逐渐分化，Ⅱ时期表示囊胚期，内胚层、中胚层和外胚层存在于原肠胚时期，B错误；据图可知，Ⅲ时期的胚胎是原肠胚，过程c表示孵化，孵化后胚胎继续发育形成Ⅲ时期的原肠胚，C正确；在进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，D错误。 3．胚胎工程理论的发展和技术的应用提高了良种奶牛的繁育速度，保证了我国高品质牛奶的充足供应。如图表示繁殖良种奶牛以及获取胚胎干细胞的流程，下列叙述正确的是(　 ) A．体外受精与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能 B．进行①胚胎分割后获得的2个健康胚胎的遗传信息不同 C．可从早期囊胚(b)中的滋养层细胞获得胚胎干细胞(e) D．进行②胚胎移植时能否成功，与供体和受体的生理状态有关 解析：选D　无论体内受精还是体外受精，精子均需要获能后才能完成受精，A错误；来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，进行①胚胎分割后获得的2个健康胚胎的遗传信息相同，B错误；可从早期囊胚(b)中的内细胞团细胞获得胚胎干细胞，C错误；进行②胚胎移植时通常需要用激素对供体和受体进行同期发情处理，使二者处于相同的生理状态，增加胚胎移植的成功率，D正确。 4．精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是(　 ) A．①过程需要将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理 B．②采用体外受精技术，通过基因重组获得双亲遗传物质 C．④过程操作前需对代孕母鼠注射促性腺激素进行超数排卵 D．精子载体法与显微注射法相比，对受精卵中核的影响更小 解析：选D　①过程需将成熟的精子放在一定浓度的肝素或钙离子溶液中诱导精子获能，A错误；②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方和外源基因，基因重组发生在减数分裂Ⅰ，B错误；④胚胎移植时，需对供体和受体使用激素(通常是孕激素)进行同期发情处理，以保证胚胎移植时生理环境相同，C错误；与显微注射法相比，精子载体法对受精卵中核的影响会更小，D正确。 5．羊奶的脂肪颗粒体积为牛奶的三分之一，更利于人体吸收，并且羊奶中的维生素及微量元素含量明显高于牛奶。如图表示研究人员利用胚胎工程培育产奶量高的优质奶羊的过程，下列相关说法正确的是(　 ) A．检验合格的胚胎可以移植到任何生理状态的受体羊子宫内 B．不同生物进行⑤过程的时间不同，但通常都不能晚于原肠胚 C．移植前用滋养层细胞进行性别鉴定，选择雄性胚胎进行移植 D．图示胚胎分割时注意要将内细胞团均等分割 解析：选D　受体需要经过同期发情处理，而不是任何一个生理状态的个体都可以作为受体，A错误；不同生物进行⑤胚胎移植过程的时间不同，但通常都不能晚于囊胚期，B错误；由于只有雌性个体能产奶，因此移植前进行性别鉴定，应该选择雌性胚胎进行移植，C错误；进行胚胎分割用于胚胎移植时，应注意要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，D正确。 6．为解决肾供体不足的问题，科研人员进行相应的前期研究。利用“异源囊胚补全法”在大鼠体内培育出了小鼠肾脏(过程如下图)，其中Sall1基因是肾脏发育的必需基因。下列相关叙述正确的是(　 ) A．过程①细胞分化程度越低，胚胎移植后的免疫排斥反应越低 B．过程②的目的是让大鼠ES细胞与小鼠ES细胞发生融合 C．过程③操作之前需对代孕大鼠进行超数排卵和同期发情处理 D．大鼠体内的小鼠肾脏是否全由小鼠ES细胞发育而来还需进一步鉴定 解析：选D　受体对外来的胚胎基本上不发生免疫排斥反应，即胚胎移植后不会出现免疫排斥反应，A错误；过程②的目的是将荧光蛋白标记的小鼠的ES细胞导入大鼠囊胚，并且使小鼠的Sall1基因表达，B错误；过程③操作之前只需对代孕大鼠进行同期发情处理，C错误；大鼠体内的小鼠肾脏是否全由小鼠ES细胞发育而来还需进一步鉴定，不能凭带有荧光标记就确定，D正确。 7．tPA是一种临床上用于治疗心脑血栓类疾病的药物，科研人员计划用动物乳腺生物反应器生产tPA，但tPA并不是乳腺蛋白，因此在动物乳腺中的表达水平较低。生长激素(GH)可促进动物细胞增殖和乳腺生长发育及维持泌乳。研究人员通过构建具有GH基因和tPA基因的双转基因小鼠(过程如图)，探究GH基因是否能促进外源目的基因tPA表达水平的提高。下列叙述错误的是(　 ) A．为了获取大量受精卵作为受体细胞，应在交配前对供体正常雌鼠注射促性腺激素 B．可让供体正常雌鼠和tPA单转基因雄鼠通过自然交配或人工授精的方式获得受精卵 C．在Ⅰ操作前，不仅要对早期胚胎做质量检查，还要取滋养层细胞做性别鉴定 D．代孕母鼠不会对供体胚胎产生免疫排斥反应，但会影响它的遗传特性 解析：选D　为了获取大量受精卵作为受体细胞，应在交配前对供体正常雌鼠注射促性腺激素做超数排卵处理，A正确；获得受精卵可以通过自然交配，也可以人工授精，B正确；因为要构建乳腺生物反应器，早期胚胎必须是雌性，Ⅰ代表胚胎移植，因此在胚胎移植前，不仅要对早期胚胎做质量检查，还要取滋养层细胞做性别鉴定，C正确；代孕母鼠只为早期胚胎提供发育所需环境及营养，既不会对供体胚胎产生免疫排斥反应，也不会影响它的遗传特性，D错误。 二、非选择题 8．如图表示畜牧业生产中培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题。 (1)用方法Ⅰ和方法Ⅱ培育优良种牛，从繁殖方式上比较，前者是__________，后者是__________。 (2)②过程常用______________激素处理B牛，目的是使其排出比自然情况下多几倍到几十倍的卵子。从B牛体内获得的卵母细胞需要培养到______________(填时期)。 (3)A牛的精子必须在B牛的生殖道中经过相应的生理变化后，才能与 B 牛的卵子结合，完成受精作用，这一生理现象称为______________。卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到____________。 (4)方法Ⅰ中供体牛的主要职能是__________________________，为使移植后的胚胎具有相同的发育环境，需要对供受体母牛做__________处理。 (5)为了提高胚胎的利用率，可以对形态正常、发育良好的____________进行__________处理。 解析：(1)采用方法Ⅰ培育试管牛时采用了体外受精技术，因此属于有性生殖；采用方法Ⅱ培育克隆动物时采用了核移植技术，因此属于无性生殖。(2)过程②用促性腺激素处理可使B牛超数排卵；从B牛体内获得的卵母细胞不能直接与精子结合，需要培养到MⅡ期才具备与精子受精的能力。(3)A牛的精子必须在B牛的生殖道中经过相应的生理变化后，才能与 B 牛的卵子结合，完成受精作用，这一生理现象称为精子获能，因此体外受精过程中需要对精子进行获能处理。 卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到两个极体或雌、雄原核。(4)方法Ⅰ中供体牛的主要职能是产生具有优良遗传特性的胚胎，为使移植后的胚胎具有相同的发育环境，需要对供受体母牛做同期发情处理，这样可以很好的实现供体胚胎在相同生理状态下进行空间位置的转移，提高胚胎移植的成功率。(5)为了提高胚胎的利用率，可以对形态正常、发育良好的桑葚胚或囊胚进行胚胎分割处理。 答案：(1)有性生殖　无性生殖　(2)促性腺　MⅡ期　(3)精子获能　两个极体(或雌、雄原核)　(4)产生具有优良遗传特性的胚胎　同期发情　(5)桑葚胚或囊胚　胚胎分割 9．我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如图所示，①～⑥表示过程，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。请分析回答： (1)获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是____________________，恢复其全能性较难。 (2)进行过程①时，培养细胞的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有_____。在进行细胞原代培养时会出现____________和细胞接触抑制现象。 (3)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是__________。 (4)图中过程⑤用到胚胎移植技术，其实质是早期胚胎在______________条件下空间位置的转移。 (5)研究人员在确定去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如下图所示。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是______________________ ______________________________________________________________________。 解析：(1)与胚胎细胞相比，动物体细胞分化程度更高，恢复其全能性较难，故动物体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植。(2)图中①是培养成纤维细胞的过程，该过程采用的是动物细胞培养技术，在培养动物细胞时，培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有血清。体外培养的动物细胞往往具有细胞贴壁和接触抑制等特点，故细胞原代培养时会出现细胞贴壁和接触抑制现象。(3)核移植去核方法有显微操作去核法、梯度离心、紫外光短时间照射、化学物质处理等，动物细胞核移植技术中普遍利用显微操作去核法。(4)过程⑤为胚胎移植，实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。(5)分析图中数据，将正常培养的A组与向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的融合细胞B组数据进行对照分析，后者的融合细胞发育成囊胚的成功率、囊胚中内细胞团的形成率都高于前者，说明Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。 答案：(1)体细胞分化程度高　(2)血清　细胞贴壁　(3)显微操作去核法　(4)相同生理环境 (5)提高融合细胞发育成囊胚的成功率和囊胚中内细胞团的形成率 第3讲　基因工程及生物技术的安全性与伦理问题 【学习目标】　 1.理解基因工程的概念；　 2.阐明重组DNA技术三种基本工具的作用；　3.阐明基因工程的基本操作程序及各步骤的作用；　 4.掌握DNA粗提取和鉴定的方法，尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR产物；　5.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生等行业的广泛应用；　 6.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质；　 7.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程；　 8.认同生物技术在造福人类社会的同时也可能会带来安全性与伦理问题。 建构知识体系 第一课时　系统主干知识，夯实备考基础 主题研习(一)　重组DNA技术的基本工具(基础·自学型) (一)基因工程的概念分析 (二)基因工程的基本工具 1．限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 存在 主要存在于原核生物中 作用 识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开 特征 一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA分子 结果 产生黏性末端和平末端 2．DNA连接酶——“分子缝合针” 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 特点 只连接黏性末端 连接黏性末端和平末端 作用 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，连接两个DNA片段 3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 类型 常用：质粒；其他：噬菌体、动植物病毒等 条件 ①能自我复制或整合到受体 DNA 上，使目的基因稳定存在且数量可扩增；②具有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入；③具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选 作用 携带外源DNA片段进入受体细胞 (三)DNA的粗提取与鉴定 1．实验原理 DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。 (1)DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精。 (2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。 (3)在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 2．实验步骤 3．DNA的粗提取与鉴定实验的四点注意事项 (1)该实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。 (2)加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA的断裂，导致DNA不能形成丝状物。 (3)二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。 (4)在DNA进一步提纯时，选用预冷的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。 [微点判断] (1)重组DNA技术所需要的三种基本工具为限制酶、DNA连接酶和载体。(√) (2)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(×) (3)E.coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。(×) (4)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体。(√) (5)DNA连接酶和DNA聚合酶作用方式相同。(×) (6)(2023·江苏卷)粗提取的DNA溶于2 mol/L NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后显蓝色。(×) (7)(2022·湖北卷)动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行。(×) (8)(2022·山东卷)“DNA的粗提取与鉴定”实验，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。(√) 题点(一)　基因工程的操作工具 1．下列有关基因工程的理论基础和技术发展的叙述，错误的是(　 ) A．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据 B．基因载体的发现为基因跨物种转移找到了运载工具 C．限制酶和DNA连接酶的发现为DNA的切割和连接创造了条件 D．PCR技术扩增目的基因的前提是已知目的基因的碱基序列 解析：选D　遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据，A正确；细菌的质粒有自我复制能力，并可以在细胞间转移，质粒作为基因工程的常用载体，为基因跨物种转移的运载工具，B正确；基因工程诞生的过程中，限制酶和DNA连接酶的发现为DNA的切割和连接创造了条件，C正确；在基因工程中，利用PCR技术扩增目的基因的前提需要有一段已知该基因的碱基序列，便于合成引物，并不是已知目的基因的碱基序列，D错误。 2．基因工程操作过程中需要特殊工具和合适的受体细胞。下列有关叙述错误的是(　 ) A．DNA连接酶与DNA聚合酶催化合成的化学键相同，但催化反应的底物不同 B．质粒作为载体必须具有特殊的标记基因，以便于重组DNA分子的筛选 C．原核生物中限制酶不切割自身的DNA一定与其DNA中不存在该酶识别序列有关 D．培育转基因高产抗病植物时的受体细胞可以为受精卵或体细胞 解析：选C　DNA连接酶使DNA片段间形成磷酸二酯键，DNA聚合酶在DNA复制时发挥作用，使单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键，两种酶催化合成的化学键相同，但催化反应的底物不同，A正确；作为载体必须具备的条件之一是具有某些特殊的标记基因，以便重组DNA分子的筛选，B正确；限制酶不切割自身DNA的原因可能是自身的识别序列已经被修饰，C错误；可以用受精卵作为受体细胞，也可以用体细胞作为受体细胞，再采用植物组织培养技术将受体细胞培育成转基因植株，D正确。 3．(2023·全国新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、 DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　 ) A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coli DNA连接酶连接 解析：选C　只用一种限制酶切割质粒和目的基因，会使质粒和目的基因发生自身环化或者使目的基因在质粒中反向连接，且E.coli DNA连接酶无法连接酶3切出的平末端，A不符合题意；用酶1切割目的基因，产生的是黏性末端，用酶3切割质粒，产生的是平末端，两者切割后无法相互连接，B不符合题意；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后，可使用T4 DNA连接酶连接，使目的基因定向插到质粒中，C符合题意；酶2和酶4切割后产生的黏性末端相同，易导致目的基因和质粒自身环化或者使目的基因在质粒中反向连接，并且用酶4切割会破坏标记基因，D不符合题意。 　[反思·收获] 归纳比较与DNA有关的几种酶 (1)从作用底物上分析 限制酶、DNA水解酶、解旋酶、DNA连接酶的作用底物都是DNA分子；DNA聚合酶的作用底物是脱氧核苷酸。 (2)从作用部位上分析 限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、DNA水解酶的作用部位都是磷酸二酯键，而解旋酶的作用部位是碱基对间的氢键。 (3)从作用结果上分析 限制酶是将DNA分子切成一个或多个片段，而DNA连接酶是将两个DNA片段连接为一个DNA分子；DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸依次连接成一条单链，而DNA水解酶是将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸；解旋酶是将双链DNA分子解旋为单链。　　　 题点(二)　DNA的粗提取与鉴定 4．(2023·广东高考)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(　 ) A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质 B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等 C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度 D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色 解析：选D　DNA主要存在于细胞核内，而裂解的目的是使细胞破裂，释放出DNA等物质，A正确；DNA、RNA、蛋白质和多糖等物质在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，通过适当的分离方法去除混合物中的多糖、蛋白质等，B正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度使DNA溶解或析出，可反复多次以提高DNA的纯度，C正确；进行DNA鉴定时可以使用二苯胺试剂，但要进行沸水浴加热后才能观察到颜色变化，D错误。 5．(2024·梅州一模)以菜花为材料提取DNA时，需将材料进行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白质变性剂)、EDTA(DNA酶抑制剂，稳定DNA活性)、Tris(缓冲剂)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．若选择鸡血细胞为材料，则省去了研磨过程 B．SDS可以使蛋白质变性，便于DNA与蛋白质分离 C．EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸 D．Tris可以调节溶液中的pH 解析：选C　鸡血细胞悬浮液作为实验材料，利用细胞吸水涨破的原理，省去了研磨过程，A正确；SDS是蛋白质变性剂，可使蛋白质结构变得松散，使染色体中DNA和蛋白质分离，B正确；DNA的基本单位是脱氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制剂，可以防止DNA水解成脱氧核苷酸，C错误；Tris是缓冲剂，可调节溶液中的pH，D正确。 主题研习(二)　基因工程的操作程序与应用(深化·提能型) (一)基因工程的操作程序　 1．目的基因的筛选与获取 (1)筛选合适的目的基因 目的 基因 在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。主要是指编码蛋白质的基因 筛选 方法 从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一 (2)利用PCR获取和扩增目的基因 ①原理：DNA半保留复制。 ②条件：DNA模板、2种引物、耐高温的DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸。 ③扩增过程 过程 说明 图解 变性 温度超过90 ℃，双链DNA解聚为单链 复性 温度下降到50 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合 延伸 温度上升到72 ℃左右，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链 2．基因表达载体的构建 (1)构建基因表达载体的目的 ①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代。 ②使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)基因表达载体的组成 3．将目的基因导入受体细胞 项目 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 农杆菌转化法、花粉管通道法 显微注射技术 Ca2＋处理法 受体细胞 受精卵、体细胞 受精卵 原核细胞 4.目的基因的检测与鉴定 检测水平 检测目的 检测方法 分子水平 目的基因是否插入到转基因生物染色体DNA上 PCR 目的基因是否转录出了mRNA 目的基因是否翻译出蛋白质 抗原—抗体杂交 个体水平 转基因生物是否表现出相应的特性 如抗虫、抗病的接种实验 (二)基因工程的应用　 1．基因工程在农牧业方面的应用 (1)转基因抗虫植物； (2)转基因抗病植物； (3)转基因抗除草剂植物； (4)改良植物的品质； (5)提高动物的生长速率； (6)改善畜产品的品质。 2．基因工程在医药卫生领域的应用 (1)对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们生产药物。 (2)让哺乳动物批量生产药物。 (3)可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。 3．基因工程在食品工业方面的应用 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 一基因工程的操作步骤 [例1]　(2023·全国乙卷，节选)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白。丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。 (1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。 (2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为______；②为________，其作用是____________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是___________________________________________。 (3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是_____________________________________________(答出1点即可)。 (4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是__________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 [解析]　(2)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来(便于重组DNA分子的筛选)。(3)结合题中信息可知，出现题述现象的原因可能是密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同。(4)欲通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可通过基因工程的方法将目的基因导入酵母菌，之后检测酵母菌是否发黄色荧光，如果发黄色荧光，则可证明YFP基因能在真核细胞中表达，实验思路见答案。 [答案]　(2)终止子　启动子　被RNA聚合酶识别并结合，驱动GFP突变基因的转录　鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来(便于重组DNA分子的筛选)　(3)密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同　(4)选择合适的载体，利用合适的限制酶和DNA连接酶将YFP基因和载体连接起来，构建基因表达载体，之后将基因表达载体导入酵母菌，检测其是否会发黄色荧光 |认|知|生|成| 1．目的基因的获取方法 (1)利用PCR获取和扩增目的基因。 (2)人工合成目的基因 逆转录法 主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下： 化学合成法 依据某一蛋白质的氨基酸序列，推测出其基因序列，然后直接合成目的基因，其过程如下： (3)从基因文库中获取目的基因 根据目的基因的有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。 2．基因表达载体的构建过程 3．目的基因的检测与鉴定方法 (1)载体上标记基因的标记原理：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相应抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体并已表达的受体细胞，原理如图所示： (2)目的基因的检测 ①使用PCR等技术，检测目的基因是否插入转基因生物染色体DNA上及目的基因是否转录出特定mRNA。 ②采用抗原—抗体杂交技术，从转基因生物中提取蛋白质(作抗原)，与相应抗体杂交，依据是否出现杂交带确认目的基因是否“指导”特定蛋白质的合成。 ③采用抗虫、抗病毒等接种实验，进行目的基因成功表达的“个体生物学”水平的检测。 二PCR技术的操作原理和过程分析 [例2]　PCR 技术的原理类似于细胞内DNA 的复制，短时间内就可以在体外将目的基因扩增几百万倍。下列关于 PCR 技术的说法，错误的是(　 ) A．PCR 技术在短时间内将目的基因扩增几百万倍，因而对基因工程的操作有极大帮助 B．用 PCR 技术扩增目的基因，需要模板、原料、酶和能量等条件 C．用 PCR技术扩增目的基因，也遵循碱基互补配对原则 D．如果一个目的基因(双链DNA片段)在 PCR仪中经 n次循环可得到目的基因(2n－1)个 [解析]　PCR技术在短时间内将目的基因扩增几百万倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于活的生物体。因而对基因工程的操作有极大帮助，A正确；PCR技术的原理是DNA半保留复制，也需要模板、原料、能量、酶等条件，同时也遵循碱基互补配对原则，B、C正确；如果一个目的基因(双链DNA片段)在 PCR仪中经n次循环可得到的目的基因为2n个，D错误。 [答案]　D |认|知|生|成| 1．PCR技术和DNA复制的比较 项目 PCR技术 DNA复制 场所 体外(PCR扩增仪中) 细胞内(主要是细胞核内) 解旋方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 酶 耐高温的DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 温度条件 在较高温度下进行，需控制温度 细胞内温和条件 合成对象 DNA片段 DNA分子 相同点 均需要模板(DNA双链)、原料(四种脱氧核苷酸)、能量 2．PCR技术中的三个注意点 (1)在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。 (2)引物既可以是DNA单链，也可以为RNA单链。细胞内的DNA进行复制时，也需要引物，一般为RNA片段。 (3)真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2＋。 3．PCR扩增过程中的循环图示与规律 三利用不同方式生产药物的区别 生产方式 乳腺生物反应器 工程菌 含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 受体与人类基因结构的差异 动物与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌与人类的基因结构有较大差异 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 [例3]　运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生产，目前常用的生物反应器有“乳腺生物反应器”和“膀胱生物反应器”，其构建过程如下：构建药用蛋白基因的表达载体，并将表达载体导入动物的受精卵中，然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁或者尿液中提取药用蛋白。下列相关说法错误的是(　 ) A．构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起 B．在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因 C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制 D．将表达载体导入哺乳动物的受精卵时，常采用显微注射技术 [解析]　启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，可用于驱动基因的转录，构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证目的基因在乳腺细胞中表达，A正确；受体细胞是动物的受精卵，所以在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的其他细胞中也含有药用蛋白基因，只是没有表达，B错误；“乳腺生物反应器”只能从哺乳期雌性个体的乳汁中获取产物，与“乳腺生物反应器”相比，“膀胱生物反应器”的优点是雌雄个体的尿液中都可提取到产物，且不受年龄的限制，因而受体来源更广泛，C正确；将表达载体导入哺乳动物的受精卵(全能性最高)时，常采用显微注射技术，D正确。 [答案]　B 题点(一)　基因工程的操作步骤与PCR技术 1．有关基因工程的操作步骤如下：①目的基因与载体相结合；②将目的基因导入受体细胞；③检测目的基因的表达是否符合特定的性状要求；④获得目的基因；⑤筛选含有目的基因的受体细胞。正确的操作顺序是(　 ) A．③②④⑤① B．②④①⑤③ C．④①②⑤③ D．③⑤④①② 解析：选C　基因工程的基本操作步骤主要包括：目的基因的筛选与获取，即④获得目的基因；基因表达载体的构建，即①目的基因与载体相结合；将目的基因导入受体细胞，即②；筛选含有目的基因的受体细胞，即⑤；目的基因的检测与鉴定，即③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求，C符合题意。 2．如图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段，下列有关说法正确的是(　 ) A．片段a、b、c的长度均相同 B．片段a、b只是第一次循环的产物 C．片段c最早出现在第二次循环的产物中 D．经过30次循环后，片段c的数量为230 解析：选C　图中片段a、b只有一种引物，是以原始DNA链为模板复制而来，其长度可能比片段c长，A错误。由于原始模板在每次循环中均可作为模板，则每次循环都能产生图中片段a、b，B错误。由于第一次循环的产物只有一种引物，而图中片段c有两种引物，则片段c最早出现在第二次循环的产物中，C正确。经过30次循环后，得到的DNA片段总数为230，其中包括图中的片段a、b，D错误。 3．研究人员将PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S(箭头表示转录方向)插入图中载体P区，构建表达载体，转入大肠杆菌，获得能够检测水中毒物的大肠杆菌。下列叙述不正确的是(　 ) A．PCR扩增启动子S时，图中引物Ⅰ、Ⅱ分别加入BamHⅠ、XhoⅠ识别序列 B．用Ca2＋处理大肠杆菌以便于转入构建好的表达载体 C．使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株 D．可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物 解析：选A　根据启动子的方向，以及终止子的位置，PCR扩增启动子S时，图中引物Ⅰ、Ⅱ分别加入XhoⅠ、BamHⅠ识别序列，A错误；用Ca2＋处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于感受态，便于转入构建好的表达载体，B正确；氨苄青霉素抗性基因为标记基因，可使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株，C正确；PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S(箭头表示转录方向)插入图中载体P区，若水中有毒物，绿色荧光蛋白能表达，可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物，D正确。 题点(二)　基因工程的应用 4．科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称之为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的是(　 ) A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物 B．含M的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上 C．即使M在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定 D．番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存 解析：选B　用PCR技术对M基因扩增时，需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；含M的T­DNA插入到番茄染色体DNA上才能稳定存在和表达，而不是将整个Ti质粒插入到番茄染色体上，B错误；即使M在番茄中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确；番茄种植容易，成本低且易储存，D正确。 5．研究者将含有乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因的DNA片段分别制成探针，与从转基因奶牛的乳腺细胞、口腔上皮细胞、蹄部细胞中提取的mRNA分别进行杂交，结果如表所示。下列叙述正确的是(　 ) 探针 乳腺细胞 口腔上皮细胞 蹄部细胞 乳铁蛋白肽基因探针 出现杂交带 未现杂交带 未现杂交带 人干扰素基因探针 出现杂交带 出现杂交带 出现杂交带 A.乳铁蛋白肽基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 B．人干扰素基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 C．表中两种基因探针所含的脱氧核苷酸的序列相同 D．乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是mRNA片段 解析：选B　分析表格数据，乳铁蛋白肽基因探针只在乳腺细胞中出现杂交带，说明乳铁蛋白肽基因只在转基因奶牛的乳腺细胞中表达，A错误；人干扰素基因探针在多种细胞中出现杂交带，说明其可在转基因奶牛的多种体细胞中表达，B正确；两种基因探针所含的脱氧核苷酸的种类可能相同，但核苷酸的数量和排列顺序不一定相同，C错误；乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是有遗传效应的DNA片段，D错误。 主题研习(三)　蛋白质工程与DNA片段的扩增及电泳鉴定(基础·自学型) (一)蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程的概念 2．蛋白质工程的基本原理 3．蛋白质工程的应用 医药工业 研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度 其他工业 改进酶的性能或开发新的工业用酶 农业 通过改造某些参与调控光合作用的酶，增加粮食产量；改造微生物蛋白质的结构，设计优良微生物农药，增强防治病虫害的效果 4．蛋白质工程与基因工程的区别和联系 (1)二者的实质不同：蛋白质工程是定向改造或生产人类所需的蛋白质；基因工程是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。 (2)二者的过程不同(参见前面的知识梳理内容)。 (3)二者的结果不同：蛋白质工程可生产自然界没有的蛋白质；基因工程只能生产自然界已有的蛋白质。 (4)二者的联系 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。 (二)DNA片段的扩增及电泳鉴定 1．实验基础 PCR 原理 利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合 电泳 DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳 产物 鉴定 PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。 2．PCR实验操作步骤和电泳鉴定 3．DNA片段琼脂糖凝胶电泳图谱分析 (1)线状双链DNA分子在一定浓度琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子大小呈反比，分子越大则所受阻力越大，也越难在凝胶孔隙中移动，因而迁移得越慢，随着时间的推移，不同大小的DNA分子就会在凝胶中呈现出一个一个的条带。 (2)将待测样品电泳条带与Marker(已知长度的DNA片段)进行对比，即可知道待测样品中DNA片段的长度，其中条带的宽度反映了DNA含量的多少。如下图所示：几个待测样品中DNA片段长度基本一致，约为750 bp，其中F2样品中DNA含量最少。 [微点判断] (1)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。该胰岛素可通过蛋白质工程方法生产。(√) (2)利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。加入连接肽需要通过改造基因实现。(√) (3)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。提高复性的温度可减少反应非特异条带的产生。(√) (4)PCR反应延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制。(×) (5)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件下储存。(×) (6)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关。(×) 题点(一)　蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　 ) A．通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不可以遗传 B．蛋白质工程和基因工程都需要构建基因表达载体 C．蛋白质工程需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具 D．蛋白质工程经常要建立蛋白质高级结构的三维模型 解析：选A　蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，从而改造蛋白质进而改造性状，其本质是通过基因控制性状，故可遗传，A错误；蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，同基因工程一样，都需要构建基因表达载体，且构建基因表达载体时需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具，B、C正确；蛋白质工程先要根据预期蛋白质功能设计建立蛋白质高级结构的三维模型，D正确。 2．天然人白细胞介素­2(IL­2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cvs125)残基以游离方式存在，另两个(Cys58和Cys105)缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cvs125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cvs125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对发生，而且产生的新IL­2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是(　 ) A．天然的IL­2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B．人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程 C．可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2从而改善其稳定性 D．利用定位诱变后的基因表达新IL-2的过程不遵循中心法则 解析：选B　白细胞介素属于免疫活性物质，不是抗体，A错误；蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题可知，利用定位诱变技术这一过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 题点(二)　DNA片段的扩增及电泳鉴定 3．下列关于凝胶电泳实验操作，叙述错误的是(　 ) A．加样孔应靠近负极端，以便带负电的DNA分子向正极移动 B．接通电源后电泳一段时间，离加样孔越近的DNA分子越小 C．紫外灯照射下，凝胶上条带的荧光强度与DNA含量呈正相关 D．通过观察指示剂在凝胶中迁移的位置来判断何时停止电泳 解析：选B　若DNA分子带负电，则靠近加样孔的一端为负极，接通电源，带负电的DNA分子向正极移动而使不同DNA逐渐分离，A正确；相对分子质量大小会影响物质在电泳时的迁移速率，DNA片段相对分子质量越大，迁移就越慢，分子量越小，迁移速度越快，电泳一段时间，离加样孔越近的DNA分子迁移越慢，分子量越大，B错误；为了便于对分离后的DNA片段进行检测，在凝胶制备中加入核酸染料，能够与DNA分子结合发荧光，DNA含量越多，荧光强度越强，即凝胶上条带的荧光强度与DNA含量呈正相关，C正确；点样时应在样品中加入指示剂，根据指示剂泳动的位置判断是否停止电泳，D正确。 4．镰状细胞贫血是一种单基因遗传病，由正常血红蛋白基因(HbA)突变为镰状细胞贫血症基因(Hbs)引起，HbA和Hbs的某片段如图甲。对胎儿基因检测的主要原理是：MstⅡ限制酶处理扩增后的DNA；加热使酶切片段解旋，用荧光标记的CTGACTCCT序列与其杂交；凝胶电泳分离。图乙是凝胶电泳后荧光出现的三种可能情况。下列叙述错误的是(　 ) A．提取胎儿DNA样品后，扩增DNA需要添加dNTP和特定的引物 B．用MstⅡ限制酶处理DNA不充分，可能把正常人误判为携带者 C．若某胎儿检测结果为图乙b，则该胎儿为镰状细胞贫血症患者 D．荧光标记序列越长，图乙c中两个DNA条带间的距离越大 解析：选D　提取胎儿DNA样品后，进行PCR扩增DNA需要添加dNTP为原料，同时需要特定的引物，A正确。据图甲分析可知，由于致病基因Hbs片段中碱基发生了替换，与正常基因相比MstⅡ限制酶的切割位点减少了一个，因此用MstⅡ限制酶处理DNA不充分，可能把正常人误判为携带者，B正确。分析图乙可知，b中的DNA分子较大，并且只有一种类型，因此可以确定为镰状细胞贫血症基因的一条链与荧光标记的序列进行了杂交，即只含有致病基因，若某胎儿检测结果为图乙b，则该胎儿为镰状细胞贫血症患者，C正确。图乙c中同时具有正常基因和致病基因，为该病致病基因的携带者。若荧光标记序列越长，则与正常基因片段配对区域越多，不会使图乙c中两个DNA条带间的距离变大，D错误。 主题研习(四)　生物技术的安全性与伦理问题(基础·自学型) 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．转基因产品的安全性 2．关注生殖性克隆人 (1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较 项目 治疗性克隆 生殖性克隆 概念 利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的 通过克隆技术产生独立生存的新个体 目的 用于医学研究或治疗疾病 用于生育，产生新个体 水平 细胞水平 个体水平 联系 都属于无性生殖，产生的新个体或新组织的核遗传物质均不发生变化 (2)生殖性克隆人面临的伦理问题 ①生殖性克隆人“有违人类尊严”。 ②生殖性克隆人是人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。 ③克隆技术还不成熟，生殖性克隆人会面临流产、死胎和畸形儿等问题。 (3)生殖性克隆与治疗性克隆的主要过程 3．试管婴儿与设计试管婴儿的异同点 不同点 技术手段 设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断(如诊断血型、诊断性别、诊断HLA的类型等)，试管婴儿不需进行遗传学诊断。 如下图，设计试管婴儿比试管婴儿多了d过程： 应用 试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗 相同点 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 4．生物武器 种类 ①致病菌类：炭疽杆菌、霍乱弧菌等 ②病毒类：天花病毒，某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等 ③生化毒剂类：肉毒杆菌毒素等 特点 致病能力，攻击范围 散布 途径 可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成大规模伤亡，也能大量损害植物 [微点判断] (1)(2020·北京卷)收集我国公民及生物资源的遗传信息不会给我国带来生物安全风险。(×) (2)(2021·北京卷)转基因抗虫棉能杀死害虫就一定对人有毒。(×) (3)(2022·辽宁卷)转基因品种经检测含有目的基因后即可上市。(×) (4)(2021·天津卷)提高Bt毒蛋白基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度。(√) (5)生殖性克隆和治疗性克隆两者有着本质的区别。(√) (6)“设计试管婴儿”与“试管婴儿”相比，前者在胚胎移植前需要对胚胎进行遗传学诊断。(√) (7)我国反对生物武器，但在特殊情况下可以生产生物武器。(×) 1．(2023·北京高考)抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。以下措施不能实现上述目标的是(　 ) A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子 B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂 C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植 D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带 解析：选B　大面积种植转基因作物并使用杀虫剂会导致不含抗性基因的害虫大量死亡，抗性基因频率会越来越高，B符合题意。在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子；转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植；转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带等措施均会减少对害虫的杀伤力，会使一部分害虫体内的非抗性基因保留下来，有利于保持抗性基因与非抗性基因的基因频率相对稳定，使转基因抗虫棉保持抗虫效果，A、C、D不符合题意。 2．(2023·浙江1月选考)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是(　 ) A．试管婴儿技术应全面禁止 B．治疗性克隆不需要监控和审查 C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险 D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 解析：选D　试管婴儿属于有性生殖，合理范围内，试管婴儿技术是可以使用的，A错误；治疗性克隆要在严格监管下进行，B错误；生殖性克隆会引起严重的道德、伦理、社会和法律问题，C错误。 3．生物技术的发展给人类带来诸多好处的同时，也引发了许多关于生物技术安全性与伦理问题的担忧。下列观点合理的是(　 ) A．转基因生物的研究和应用均需要进行安全性评价后才能进行 B．通过试管婴儿无性生殖技术，可用于解决不孕不育问题 C．应反对一切形式的针对人类细胞的克隆研究 D．可以通过微生物改造研究生物武器，提高国防实力 解析：选A　转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市，A符合题意；试管婴儿是通过体外受精开展的有性生殖技术，B不符合题意；一定程度内，可以对人类细胞进行克隆研究，以研究相关疾病的发生原因和治疗方法，C不符合题意；生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制，D不符合题意。 　　　　　　　　　　　　　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P72“旁栏思考”深化理解)下列关于DNA连接酶的理解正确的是(　 ) A．DNA连接酶的化学本质是蛋白质 B．DNA连接酶识别DNA分子上的特定碱基序列 C．DNA连接酶不能被反复使用 D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 解析：选A　DNA连接酶的化学本质是蛋白质，A正确；能识别DNA分子上的特定碱基序列，将DNA分子长链切开的是限制酶，而DNA连接酶不能识别DNA分子上的特定碱基序列，但可以连接DNA分子中的磷酸二酯键，B错误；酶只改变反应速率，反应前后自身的物质的量不发生改变，能被反复使用，C错误；DNA连接酶是同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此在基因工程操作中不可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶，D错误。 2．(选择性必修3 P77“相关信息”拓展分析)循环阈值(Ct值)是指通过PCR等技术手段，使病毒的核酸扩增产物达到可检测水平所需的循环次数。下列说法错误的是(　 ) A．Ct值为40和Ct值为35的核酸扩增产物的量可能相等 B．Ct值越高，则表示所检测的样本中病毒浓度越高，检测所需的时间越长 C．PCR反应过程中每次循环都要消耗两种引物 D．PCR反应缓冲液中添加的Mg2＋可以激活耐高温的DNA聚合酶 解析：选B　由于样品中的核酸含量不同，则Ct值为40和Ct值为35的核酸扩增产物的量可能相等，A正确；Ct值越高，则表示所检测的样本中病毒浓度越低，检测所需的时间越长，B错误；PCR产生的DNA分子是双链的，每条链扩增都需要一种引物，则PCR反应过程中每次循环都要消耗两种引物，C正确；用PCR扩增目的基因时，反应缓冲液中一般要添加Mg2＋来激活耐高温的DNA聚合酶，D正确。 3．(选择性必修3 P96“拓展应用”变式训练)T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家通过相关研究，最终使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。下列叙述正确的是(　 ) A．T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变 B．T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴，可利用抗原—抗体杂交的方法对该酶进行检测 C．蛋白质工程与中心法则中遗传信息的流动方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 D．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列 解析：选B　根据题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和排列顺序发生了改变，而氨基酸的数量没变，A错误；该实例将蛋白质进行了改造，属于蛋白质工程的范畴，T4溶菌酶的化学本质为蛋白质，可利用抗原—抗体特异性结合的特点对该酶进行检测，B正确；蛋白质工程与中心法则中遗传信息的流动方向相反，C错误；由于密码子的简并性，一种氨基酸可能对应多种密码子，因此根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列可能推测出多种脱氧核苷酸序列，D错误。 (二)科学思维“融会通” 4．(选择性必修3 P78、79“图3-5”建模解读)根据PCR反应过程示意图分析下列问题： (1)PCR技术的原理是DNA半保留复制(体外DNA双链复制)。 (2)由图分析可知，在PCR反应过程中需要两种引物，原因是DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链。 5．(选择性必修3 P81“资料卡”原理分析)在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，需要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上，原因是Ti质粒上的T-DNA也称为可转移的DNA，可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶，将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解，从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。科学家对其进行改造，增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是(　 ) A．改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现 B．改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体 C．需根据t-PA氨基酸序列改造或合成目的基因 D．利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在 解析：选B　改造蛋白质可通过改造相关基因或合成相关基因来实现，A正确；通过蛋白质工程改造t-PA的过程仍需要构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可以稳定的遗传给后代，B错误；根据蛋白质工程的基本思路可知，需要根据目的蛋白的氨基酸序列改造或合成相应DNA，C正确；利用蛋白质工程生产的蛋白质是自然界中不存在的蛋白质，D正确。 2．如图是碱裂解法提取大肠杆菌质粒DNA的简要步骤。下列说法错误的是(　 ) A．碱性试剂2可破坏大肠杆菌的细胞膜，从而释放细胞内容物 B．试剂3利用了拟核DNA与质粒DNA的长度差异，仅使前者沉淀 C．①步骤结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤 D．可用任意浓度的NaCl溶液替换②步骤所用的水，以溶解质粒DNA 解析：选D　细胞膜主要由脂质和蛋白质构成，碱性试剂可导致蛋白质变性而破坏细胞膜，A正确；拟核中的DNA分子较长，试剂3处理后使其沉淀在底部，B正确；①步骤利用了DNA不溶解于酒精中的原理，结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤，可提取到质粒DNA，C正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，可利用2 mol/L的NaCl溶液溶解质粒DNA，D错误。 3．某科研团队将小麦抗锈病基因Tr导入高产但不抗锈病的玉米品种的细胞中培育出了高产抗锈病的品种。该玉米高产基因型为GGCC，G和C同时存在才高产，g和c不高产，两对基因独立遗传；导入基因Tr随机插入染色体上，但G、C基因内插入了基因Tr后G、C就失去功能，其他基因不考虑插入后的影响，下列选项正确的是(　 ) A．一般用花粉管通道法、显微注射法、农杆菌转化法将含基因Tr的表达载体导入玉米细胞 B．若只导入一个基因Tr，就能组织培育出高产抗锈病玉米纯种 C．若一个Tr基因插入到G基因内，则该玉米组织培养苗自交F1中，高产植株中抗锈病植株占2/3 D．该育种原理为染色体变异，转基因苗再自交可培育出纯种 解析：选C　将目的基因导入动物细胞一般用显微注射法，A错误。若只导入一个Tr基因且插在G基因内，G基因失去功能，而另一个G基因不受影响，该转基因玉米的基因型可看作TrGCC，无法培育出高产抗锈的纯种，B错误。该转基因玉米基因型为TrGCC，自交后代基因型为GGCC∶GTrCC∶TrTrCC＝1∶2∶1，子代高产必须同时要有G和C，因此高产植株中抗锈病玉米占2/3，C正确。该育种方法为基因工程育种，育种原理为基因重组；若Tr基因没有插入G/g基因和C/c基因内，则通过自交和筛选可能获得高产又抗锈病纯种，D错误。 一、选择题 1．下列关于“DNA 的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(　 ) A．选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高 B．研磨时需加入缓冲液，防止 DNA 在pH发生变化时降解或变性 C．在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关 D．PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低复性温度 解析：选D　新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高，A正确；研磨时需加入缓冲液，稳定溶液pH，防止 DNA 在pH发生变化时降解或变性，B正确；电泳鉴定DNA利用了DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小、构象等有关，C正确；复性温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况增多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当提高复性温度，D错误。 2．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是(　 ) A．DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端 B．若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则说明基因工程项目获得成功 C．蛋白质工程需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代 D．将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，可通过花粉传播，从而引起基因污染 解析：选C　DNA连接酶没有特异性，可以将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，而有些DNA连接酶还可连接平末端，A错误；基因工程成功与否通常需要检测目的基因是否成功表达所需的产物，通常通过蛋白质检测和个体生物学水平检测等进行鉴定，在植物细胞中检测到相应的目的基因，不能说明基因工程项目获得成功，B错误；蛋白质工程是第二代基因工程，也需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代，C正确；受精时只有精子的头部进入卵细胞，将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，不会通过花粉传播而引起基因污染，D错误。 3．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)胰岛素可用于治疗糖尿病，我国科学家打破国外技术垄断，研发了拥有自主知识产权的重组人胰岛素药物，下列叙述错误的是(　 ) A．用PCR技术扩增人胰岛素基因时，每次循环包括变性、复性、延伸三步 B．构建人胰岛素基因表达载体时，需使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶 C．大肠杆菌细胞经Ca2＋处理后，更容易吸收重组的人胰岛素基因表达载体 D．抗原—抗体杂交法不能检测人胰岛素基因表达载体是否导入大肠杆菌细胞 解析：选D　用PCR技术扩增人胰岛素基因时，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步，A正确；在构建人胰岛素基因表达载体时，需使用限制性内切核酸酶切割含有目的基因的DNA片段和载体，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成重组DNA分子，B正确；大肠杆菌细胞经Ca2＋处理后，细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，更容易吸收重组的人胰岛素基因表达载体，C正确；抗原—抗体杂交法可以检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌中翻译成人胰岛素，若抗原—抗体杂交结果为阳性，说明人胰岛素基因在大肠杆菌中成功表达，则可以说明人胰岛素基因表达载体导入了大肠杆菌细胞中，D错误。 4．转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。下列有关说法错误的是(　 ) A．大肠杆菌转化实验中可使用Ca2＋处理以提高转化效率 B．目的基因导入受体细胞前必须构建基因表达载体以便稳定存在 C．将DNA溶液滴加在受粉后的花柱切面上，可以使目的基因进入胚囊 D．农杆菌转化法中需要进行两次体外拼接和两次导入 解析：选D　可以用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其能吸收周围环境中的DNA分子(使大肠杆菌处于感受态细胞状态)，有利于重组的基因表达载体导入其中，提高转化效率，A正确。将目的基因导入受体细胞前必须构建基因表达载体，这是基因工程的核心步骤，B正确。花粉管通道法：可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注射到子房中，也可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊，C正确。农杆菌转化法总体上有两次的拼接过程，发生在Ti质粒与目的基因之间(体外拼接)、携带目的基因的T-DNA与植物细胞的染色体DNA之间(体内拼接)；基因表达载体两次的导入过程，即基因表达载体导入农杆菌、农杆菌导入植物细胞，D错误。 5．红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO。下列说法错误的是(　 ) A．用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的乳腺细胞中，可得到乳腺生物反应器 B．构建基因表达载体时，需将EPO基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起 C．该转基因羊中的EPO基因可在羊的乳腺细胞中表达 D．可通过PCR技术检测EPO基因是否插入山羊基因组 解析：选A　用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中，可得到乳腺生物反应器，A错误；在构建基因表达载体时，需要将EPO基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，这样才能使目的基因只在乳腺细胞中表达，B、C正确；可通过PCR技术检测EPO基因是否插入山羊基因组，D正确。 6．生物技术是把双刃剑，造福人类的同时也带来了安全性和伦理问题，人们必须高度重视。下列相关叙述错误的是(　 ) A．利用核移植技术获得胚胎，分离出ES细胞治疗白血病会产生伦理问题 B．若有国家研制出新型鼠痘病毒，用其制造生物武器会威胁人类安全 C．干细胞的研究可治疗很多疾病，不会带来伦理问题，不需要监管 D．研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播 解析：选C　利用核移植技术获得胚胎，分离出ES细胞治疗白血病会产生伦理问题，A正确；新型鼠痘病毒属于生物武器，会威胁人类的安全，B正确；干细胞的研究可治疗很多疾病，但同时会带来伦理问题，需要严格监管，C错误；研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播，避免基因污染，D正确。 7．(2024·重庆联考)如图为用鸡血细胞粗提取和鉴定DNA实验过程中的部分操作示意图。请据图分析，下列相关叙述正确的是(　 ) A．该实验的正确操作顺序是③→①→②→④→⑤ B．用同样方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量相近 C．⑤表示要鉴定步骤①中所得到的白色丝状物主要成分为DNA，可使用二苯胺试剂来鉴定，沸水浴冷却后，出现蓝色的试管组别是对照组 D．步骤①的目的是初步分离DNA与蛋白质，析出并获得DNA；步骤④中在2 mol·L－1的NaCl溶液中，DNA的溶解度较大 解析：选D　DNA的粗提取和鉴定步骤：加入蒸馏水，破碎细胞→过滤，获取含DNA的滤液→去除滤液中杂质→DNA的析出→鉴定，因此图中表示正确的实验操作顺序是③→②→①→④→⑤，A错误。猪血红细胞中没有细胞核和众多细胞器，提取不到DNA，B错误。⑤表示要鉴定步骤①中所得到的白色丝状物主要成分为DNA，可使用二苯胺试剂来鉴定，沸水浴冷却后，出现蓝色的试管组别是实验组，C错误。DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，则步骤①的目的是析出并获得DNA；步骤④中在2 mol·L－1的NaCl溶液中，DNA的溶解度较大，D正确。 8．目前已发现的限制酶超过了四千种，极大地推动了对DNA分子的研究和操作。下表中列出了几种限制酶的识别序列和切割位点。下列叙述正确的是(　 ) 限制酶 识别序列和切割位点 BamH Ⅰ Sau3A Ⅰ Acc65 Ⅰ Bgl Ⅱ Kpn Ⅰ A.表中的5种限制酶切割形成的末端中，既有黏性末端又有平末端 B．BamHⅠ和Sau3AⅠ切割形成的末端相互连接后，不能再被Sau3AⅠ切割 C．Acc65Ⅰ和KpnⅠ切割形成的末端相互连接后，可以重新被Acc65Ⅰ或KpnⅠ切割 D．分别用Sau3AⅠ和BglⅡ切割随机序列DNA，前者得到的片段长度明显短于后者 解析：选D　分析题表可知，表中的5种限制酶切割形成的末端均为黏性末端，A错误；BamHⅠ和Sau3AⅠ切割形成的末端，可以相互连接，连接形成的DNA序列中还存在Sau3AⅠ的识别序列和切割位点，故能再被Sau3AⅠ切割，B错误；Acc65Ⅰ和KpnⅠ切割形成的黏性末端序列无法配对，不能相互连接，C错误；Sau3AⅠ识别序列为4个碱基，而BglⅡ识别序列为6个碱基，因此分别用Sau3AⅠ和BglⅡ切割随机序列DNA，前者得到的片段长度明显短于后者，D正确。 9．(2024·广州四校联考)一种天然蛋白t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发颅内出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。(注：下$$