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专题十四 现代生物技术


学科: 生物 版本:冲刺版 本周教学内容:专题十四
【知识联系框架】

年级:高三 期数:2342 现代生物技术

?细胞工程 ? ?发酵工程 现代生物技术? ?酶工程 ?基因工程 ?
生物技术 (也称生物工程) 是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技 术。它是以生物科学为基础,运用先进的科学原理和工程技术手段加工或改造生物材料,如 DNA、蛋白质、染色体、细胞及至整个生物体,从而生产出人类所需要的生物或生物制品, 甚至于改造我们人类自身等。 【重点知识联系与剖析】 一、细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法, 通过某种工程学手段, 在细胞整体 水平或细胞器水平上, 按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合 技术科学。 细胞工程涉及的领域相当广泛,就其技术范围而言,大致有细胞融合技术、细胞拆合技 术、染色体导入技术、基因转移技术、胚胎移植技术和细胞组织培养技术等。 1.细胞融合技术 细胞融合技术是指把两个细胞(可以是同种细胞,也可以是异种细胞)在融合剂的作用 下,融合成一个细胞的技术。如图 14-1 所示。应用细胞融合技术进行细胞杂交,能够克服 远缘杂交不育的缺陷,对培育新品种具有广阔的应用前景。

图 14-1 2.细胞拆合技术 细胞拆合技术也称为细胞核(包括细胞器)移植技术,是将细胞核和细胞质用某种方法 拆开, 然后再把分离的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞。 把从细胞中分离出来的染色 体或基因转入另一个细胞中, 赋予重建的细胞以某种新的功能, 这属于染色体导入或基因转 移的技术范畴。 3.细胞培养技术 细胞培养技术是将生物体内的某一组织分散成单个细胞, 接种在人工配制的适于细胞生 长发育的培养基上,然后在适当的无菌的生长条件下(如一定的光照、温度或 pH 值等)进行
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培养, 使细胞能够生长和不断增殖的技术。 由于从组织中分离单细胞并分化成生物体的技术 难度较大,目前多采用组织培养技术。如通过植物胚胎(成熟或未成熟胚)或器官(根尖、 茎尖、叶原基、花药等)的离体培养,再生成新植株(试管苗) 。这种方法能快速、大量繁 殖一些有价值的苗林、花卉、药材和濒危植物等。 4.细胞工程的应用 单克隆抗体:将免疫 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合在一起,形成杂交瘤细胞。这种细胞 既能像肿瘤细胞那样长期进行无性繁殖, 又能像 B 淋巴细胞那样分泌抗体。 而且由于这种抗 体可以是由单一的无性繁殖细胞系的细胞产生的, 故又称为单克隆抗体。 这种技术在临床上 得到了广泛的应用。 植物组织培养:在人工操作下,将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出,在一定的 容器里供给适当的营养物质,使它们得到分化、发育和生长的培养技术。用于组织培养中的 植物细胞或器官称为外植体。外植体在人工培养基上恢复分裂后,形成一群形态、结构相同 或相似的还未分化的细胞群称为愈伤组织, 愈伤组织细胞在一定的外界因素的诱导下开始分 化,最后发育成一个完整的植物体。该技术的基本原理是植物细胞的全能性。这一技术目前 主要用于作物的改良和有用生理物质的生产方面。 采用植物组织培养技术, 用一小块植物组 织在一年内就能培养出成千上万甚至几十万株小苗, 这对引入优良品种或难以繁殖的名贵品 种更具优越性。 由相物的茎尖通常不受病毒感染, 利用茎地行组织培养就可以获得无病毒植 株。 试管动物(婴儿):通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这一技术过 程中,精子和卵子从动物(人)体内取出来,在人工提供的生活条件下(通常是在试管中) 进行受精,并让体外受精的受精卵在试管中发育,再把发育到一定阶段的胚胎移植到“代理 母亲”动物(人)的子宫内继续发育直到诞生。试管婴儿主要是在夫妻间进行的,其目的是 解决不育问题。 克隆动物:一般是指通过无性繁殖形成动物后代。1997 年,英国生物学家首次用羊的 体细胞成功地克隆了一只小母羊,即多利绵羊。克隆是指无性繁殖系,具体地说,是指从一 个共同的祖先, 通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的 DNA 分子、 细胞或个体。 克隆也可指无性繁殖的过程。 多利绵羊的培育过程是:将一只母羊(A 羊)卵细胞的细胞核中所有的染色体吸出,得到 不含遗传物质的卵细胞。然后将实验室里培养的另一只母羊(B 羊)的乳腺上皮细胞的细胞 核注入到无细胞核的卵细胞中, 并进行电激融合, 这样就形成了一个含有新的遗传物质的卵 细胞。融合后的卵细胞开始卵裂,形成早期的胚胎。然后,把这个胚胎移植到第三只母(C 羊)的子宫内,让它继续发育。胚胎发育成熟后,C 羊就产下了小母羊多利。如图 14-2 所 示。这只小母羊的遗传性状与 B 羊的完全相同,简直就是 B 羊的复制品。在这之前,我国生 物学家曾用胚胎细胞作为供核细胞,培育出了克隆牛和克隆兔。但是,多利羊在技术上的突 破之处在于供核细胞是体细胞。这说明高度分化的动物体细胞的细胞核,仍然具有全能性, 在合适的条件下,就可能发育成新的个体。克隆技术在繁育优良部、治疗人类遗传病、抢救 濒危物种和保护生物多样性等方面有广阔的应用前景。 二、发酵工程 发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物,主要是微生物的某些功能,为人类生产有 用的生物产品, 或直接用微生物参与控制某些地生产过程的一种技术。 人们熟知的利用酵菌 发酵制造啤酒、果酒、工业酒精、利用乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶、利用真菌大规模生产 青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步,发酵技术精了很大的朋,并且已经进入 能以为控制和改造微生物, 使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。 现代发酵工
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程作为现代生物技术的一个重要组成部分,具有广阔的前景。例如,利用 DNA 重组技术有目 的地改造原有的菌种并且提高其产量;利用微生物发酵生产药品,如人的胰岛素、干扰素和 生长激素等。 三、酶工程 酶工程是指在一定的生物反应器中, 利用酶的生物催化作用, 生产出人类所需产品的一 门科学技术。作为生物技术重要支柱之一的酶工程真可以说是造福人类,成果喜人。 蔗糖几乎全部是通过加工甘蔗或甜莱得到的。 但是, 甘蔗和甜菜的种植范围都比较有限, 因此, 蔗糖的产量也就受到了影响。 能不能利用淀粉来生产类似蔗糖的物质呢?科学家通过 ? -淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构化酶,将淀粉转化成和蔗糖具有同样甜度的甜味剂 ——高果糖浆。现在,一些发达国家高果糖浆的年产量已达到几百万吨,高果糖浆在许多饮 料的制造中已经逐渐替代了蔗糖。 胰岛素是胰脏中胰岛细胞分泌的一种激素,是由两条肽链组成的一种蛋白质:一条由 21 个氨基酸组成,称为 A 链;另一条由 30 个氨基酸组成,称为 B 链。胰岛素是治疗糖尿病 的一种常用药物。由于糖尿病患者很多,胰岛素的需要量很大,所以许多糖尿病患者使用的 曾是猪的胰岛素。但是,猪胰岛素与人胰岛素在化学结构上有一处差别:猪胰岛素 B 链上最 后一个氨基酸是丙氨酸,人胰岛素 B 链上最后一个氨基酸是苏氨酸。因此,用猪胰岛素治疗 人的糖尿病,容易使一些患者产生免疫反应。近些年来,科学家们采用酶工程的方法,利用 一种专一性极高的酶,切下并移去猪胰岛素 B 链上的那个丙氨酸,然后接上一个苏氨酸。这 样猪的胰岛素就魔术般地变成人的胰岛素了。 现在,科学家正在研究如何修饰酶的化学结构,以便改善酶的性能;用 DNA 重组技术大 量地生产酶,甚至设计酶的基因,以便人工合成出自然界中没有的酶来。 四、基因工程 基因工程也称为遗传工程,是生物技术的主体技术。基因工程是指按照人类的愿望,将 不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增, 并表达产生所需 蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的界限,在基因水平上改变生物遗传性,并通过工程 化为人类提供有用产品及服务。 1.基因工程的基本步骤 第一步:获得符合人类意愿的基因,即获得目的基因。目的基因是依据基因工程设计中 所需要的某些 DNA 分子片段,含有所需要的完整的遗传信息。获得目的基因的方法很多,目 前采用的分离、合成目的基因的方法主要有: 超速离心法:根据不同基因的组成不同,即其内的碱基对的比例不同,其浮力、密度等 理化性质也不同的原理,应用密度梯度超速离心机,直接将特殊的目的基因分离出来。 分子杂交法:采用加碱或加热的方法使 DNA 变成单链,而后加入有放射性标记的 RNA, 让 DNA 在特定的条件下, 结合成 DNA 和 RNA 的杂交分子, 再用多聚酶制备出足够数量的双链 DNA 分子,进而获得 DNA 目的基因。 反转录酶法:先分离出特定的 mRNA,再用反转录酶做催化剂,以 RNA 为模板合成所需 要的 DNA 目的基因。 合成法:如果已知目的基因的碱基排列顺序,可用酶法或化学法,直接合成目的基因。 目前此法已很少采用。 第二步:把目的基因接到某种运载体上,常用的运载体有能够和细菌共生的质粒、温和 噬菌体(病毒)等。 DNA 重组技术:重组 DNA 就是让 DNA 片段和载体连接。外源 DNA 是很难直接透过细胞膜 进入受体细胞的。即使进入受体细胞之中,也会受到细胞内限制性内切酶的作用而分解。目
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的基因结合到经过改造的细菌中的质粒(细菌细胞中的小环状 DNA 分子)或温和噬菌体(病 毒) 上后形成的组合体称为重组体 DNA。 在这一技术中, 限制性内切酶是一种常用的工具酶, 它能“切开”质粒的环形 DNA,也能切取目的基因,然后把目的基因 DNA 片段与质粒 DNA 分 子的两端,在连接酶的作用互补连接形成重组体 DNA。 第三步:通过运载体把目的基因带入某生物体内,并使它得到表达。目的基因的表达是 指目的基因进入受体细胞后能准确地转录和翻译。 目的基因能否表达是基因工程是否成功的 关键。 目前, 人类已经利用外源基因, 如人的生长激素基因、 人胸腺激素基因、 人干扰素基因、 牛生长激素基因等,导入细菌中,生产出相应的产品,在临床上得到了广泛的应用,取得了 可观的经济效益和社会效益。 2.转基因技术 1982 年,美国科学家采用基因工程把从大鼠细胞分离出来的大鼠生长素基因通过处 理,用显微注射法注射入小鼠受精卵内,妊娠结果分娩出 21 只小鼠,其中 7 只带有大鼠生 长激素基因,6 只小鼠的生长速度非常快,超出同窝其他小鼠的 1.8 倍,成为“巨型小鼠” 。 “巨型小鼠”没有什么经济价值,但是,这证明了外源基因可以直接导入高等动植物的细胞 或受精卵中去,并能在这些细胞中得到表达,这种技术称为转基因技术。 导入外源基因的动、植物称为转基因动、植物。转基因植物已经在培养抗虫植物、抗病 毒作物、抗除草剂作物、抗衰老作物等方面取得重要成果。如利用苏云菌杆菌毒蛋白基因转 入烟草、番茄等植物体内,已经产生很好的抗虫效果。在转基因动物研究方面,转基因牛、 转基因绵羊和山羊、转基因猪及转基因禽类和转基因鱼等方面也取得了许多重大的成果。 【经典例题解析】 例题 1 在细胞工程——原生质体融合育种技术中,其技术的重要一环,就是要将营 养细胞的细胞壁除去,通常采用的方法是酶解破壁法。 (1)你认为普通的植物细胞应选用哪两种酶将细胞壁去掉? (2)如果将去除细胞壁的植物细胞放在等渗溶液中,细胞呈现什么形状?理由是什么? 解析 植物细胞的细胞壁对植物细胞具有支持和保护作用,完成植物细胞的细胞融合, 首先必须除去细胞壁。 细胞壁的成分主要是纤维素和果胶, 所以选用的酶应是纤维素酶和果 胶酶。去除细胞壁的植物细胞称为原生质体。由于酶具有专一性,所以用酶法去除植物细胞 的细胞壁一般不会破坏原生质体的细胞, 使植物细胞仍然保持活力。 去除掉细胞壁的植物细 胞已经没有细胞壁的保护,在其等渗溶液中,细胞的形状由于其表面张力的作用而成圆球。 如果将其放入清水中,就会吸水膨胀,甚至破裂。 答案 (1)应选用纤维素酶和果胶酶 (2)呈圆球形 失去了细胞壁保护的细胞, 在等渗 溶液中由于其细胞表面张力的作用形成的 例题 2 单克隆抗体是指( ) A.单个骨髓瘤细胞增殖产生的抗体 B.单个 B 淋巴细胞增殖产生的抗体 C.单个杂交瘤细胞增殖产生的抗体 D.单个抗体通过克隆化,产生大量抗体 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答案 C 例题 3 能克服远缘杂交的不亲和性技术是( ) A.组织培养 B.细胞融合 C.动物胚胎移植 D.单倍体育种 解析 植物组织培养的优势能够提高自然繁殖率比较低的名贵花卉、 濒危物种等的无性
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繁殖率。动物胚胎移植能够提高动物的繁殖率。单倍体育种可以加快育种的进程。细胞融合 能够克服远缘杂交的不亲和性。 答案 B 例题 4 下列哪项技术与“试管婴儿”无关( ) A.体外受精 B.动物胚胎移植 C.细胞培养 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答案 D

D.细胞拆合技术

例题 5 [2001 年全国高考理科综合(江苏、 浙江)卷]在啤酒生产过程中, 发酵是重要环 节。生产过程大致如下:将经过灭菌的麦芽汁充氧,接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初 期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,产生白色泡沫,溶解氧渐渐耗尽。随后,酵母菌繁殖速度 迅速下降,糖度加速降低,酒精浓度渐渐上升,泡沫不断增多。当糖浓度下降一定程度后, 结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。 根据上述过程回答以下问题: (1)该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是__________。 (2)初期酵母菌迅速繁殖的主要方式是______________。 (3)经测定酵母菌消耗的糖中,98.5%形成了酒精和其他发酵产物,其余 1.5%则是 用于_______________。 (4)请写出由麦芽糖→葡萄糖→酒精的反应方程式。 (5)如果酵母菌消耗的糖(设为麦芽糖,其分子量为 342)有 98.5%(质量分数)形成 了酒精 (分子量为 46. 和其他发酵产物。 0) 设有 500t 麦芽汁, 其中麦芽糖的质量分数为 8. 0%, 发酵后最多能生产酒精浓度为 3.2%(质量分数)的啤酒多少吨? 解析 这是一道以发酵为主线, 联系代谢的类型及基本的化学计算的综合性测试题, 对 考生的能力要求较高,要求考生能运用所学的知识,解决生产实际中的问题。酵母菌是一种 真菌,在生态系统中属于分解者。代谢类型同化作用方式为异养型,异化作用方式在有氧条 件下可进行有氧呼吸, 在无氧条件下可进行无氧呼吸。 在有氧条件下酵母菌通过有氧呼吸获 得的能量多,能够进行繁殖,繁殖的主要方式是出芽生殖。在无氧条件下酵母菌通过无氧呼 吸获得的能量少,不能够进行繁殖,只能维持基本的生命活动。酵母菌在有氧条件下通过无 氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能获得足够的能量用于生长、 发育和繁殖。 但在无氧条件下, 通过无氧呼吸获得的能量很少, 只有通过分解大量的葡萄糖指才能获得生命活动所需的最低 能量需求。第(4)小题酵母菌以麦芽糖为基质进行发酵的化学反应方程式为:

?? 2C6H12O6; 第一步将麦芽糖分解为葡萄糖:C12H22H11+H2O ?


?? 2C2H5OH+2CO2。 第二步将葡萄糖分解为乳酸:C6H12O6 ?


第(5)小题的计算是在生产实际中的一种知识的应用。由于题目中提供的数量都是质量 分数,所以计算时均以质量为标准进行计算。计算的思路是:先计算 500t 麦芽汁中含有的 麦芽精的实际质量为:500t×8.0%=40t;其中用于发酵的麦芽糖的质量为:40t×98.5% =39.4t;按 1 个麦芽糖分子经酵母菌的发酵产生 4 分子酒精计算,39.4t 麦芽糖经酵母完 全发酵最多可产生的酒精质量为:设产生的酒精为对 xt 1 C12H22H11→4C2H5OH 342 4×46 39.4t x
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x=39.4t×4×46/342=21.197661t 由于啤酒的酒精浓度为 3. 2%, 所以可生产啤酒的量为: 197661t÷3. 21. 2%≈662. 43t。 计算的总算式为:500t×8.0%×98.5%×

46 .0 ? 4 1 × ≈662.43t 342 3.2%

答案 (1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼呼 (2)出芽生殖 (3)酵母菌自身的生长和繁殖 (4)C12H22O11+H2O

?催化剂 ? 2C H ??

6 12 6

O ;C6H12O6

?催化剂 ? 2C H OH+2CO ??
2 5

2

(5)C2H5OH 的分子量为 46.0 500t×8.0%×98.5%×

46 .0 ? 4 1 × ≈662t 342 3.2%

例题 6 在现代发酵工程中,利用下列哪一项技术,有目的地改造原有的菌种并且提 高其产量( ) A.细胞融合 B.诱变育种 C.克隆 D.DNA 重组技术 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答案 D 例题 7 将猪的胰岛素转变成人的胰岛素所使用的技术是( ) A.细胞融合技术 B.酶工程技术 C.基因转移技术 D.组织细胞培养技术 解析 细胞融合技术是指两个细胞(可以是同种细胞,也可以是异种细胞)在融合因子 的作用下,融合成一个细胞,这一技术在育种过程中有着重要的意义,它可以克服远缘杂交 的不育性,从而可以培育出新的品种。基因转移技术是指将一个目的基因(所需要的基因) 通过一定的途径转移到另一个细胞, 赋予重建细胞以某种新的功能。 组织细胞培养技术是指 通过细胞分裂来繁殖大量细胞的技术, 从繁殖的大量细胞中可以提取某物质, 从而转化成生 产力,如人生长素的制造、试管苗的大量生产等。酶工程技术是利用酶的催化作用在适宜的 条件将一种物质转变成另一种物质,从而达到为人类生物某种产品的目的。 答案 B 例题 8 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆,高果糖浆是淀 粉通过一系列酶的催化作用转化而来的,下列哪一种酶在这一过程中是不需要的( ) A. ? -淀粉酶 B.糖化酶 C.葡萄糖异构酶 D.纤维素酶 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答案 D 例题 9 已获得了某种蛋白质的 mRNA,通过利用这个 mRNA 分子获得目的基因,在下列 获得目的基因的方法中,哪一种最可取( ) A.超速离心法 B.分子杂交法 C.逆转录酶法 D.合成法 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答案 C 例题 10 基因工程的正确操作步骤是( ) ①目的基因与运载体相结合 ②将目的基因导入受体细胞

③检测目的基因的表达④
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提取目的基因 A.③④②① B.②④①③ C.④①②③ D.③④①② 解析 详见“重点知识联系与剖析”中的相关知识。 答条 C 本周强化练习:

【能力训练】 一、选择题 1.把胡萝卜的单个韧皮部的细胞放入配制的培养基上培养,获得了许多完整的植株。 这种繁殖方式和细胞工程技术分别属于( ) A.抱子生殖和细胞拆合技术 B.无性生殖和组织培养 C.配子生殖和细胞融合技术 D.卵式生殖和细胞培养 2.将重组 DNA 导入细菌生产激素或蛋白质的过程一般称为( ) A 基因工程 B.细菌工程 C.酶工程 D.微生物工程 3.切取动物控制合成生长激素的基因, 注入鲇鱼受精卵中, 与其 DNA 整合后产生生长激 素,从而使鲇鱼比同种正常鱼增大 3~4 倍。此项研究遵循的原理和这项技术分别是( ) A.DNA→RNA→蛋白质和转基因技术 B.RNA→DNA→蛋白质和 DNA 重组技术 C.DNA→蛋白质→RNA 和转基因技术 D.RNA→蛋白质→RNA 和细胞核移植技术 4.将甲绵羊体细胞的细胞核移入乙绵羊的去核卵细胞中,再将此卵细胞植入丙绵羊的 子宫内发育,出生的小绵羊即“克隆绵羊” ,此“克隆绵羊” ( ) A.基因型与甲相同,性别一定与甲不同 B.基因型与乙相同,性别一定与乙相同 C.基因型与丙相同,性别一定与丙不同 D.基因型与甲相同,性别一定与甲相同 5.在植物细胞工程中,当原生质体融合成一个细胞后,需要诱导产生出细胞壁,参与 这一过程的细胞器是( ) A 叶绿体、高尔基体 B.线粒体、高尔基体 C.叶绿体、线粒体 D.线粒体、内质网 6.将人的胰岛素基因,通过基因工程的方法转入大肠杆菌细胞内,结果在大肠杆菌细 胞内表达而产生胰岛素,说明:不同种生物共用一套( ) A.遗传信息 B.遗传密码 C.DNA D.RNA 7.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( ) ①体细胞全能性 ②离体植物器官、 组织或细胞 ③根、 芽 ④生长素和细胞分裂素⑤ 生长素和乙烯 ⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体 A.①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B.①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤ C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D.①、②⑨⑧⑥⑦③、④
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8.能提高良种家畜繁殖能力的生物工程技术是( ) A 组织培养 B.细胞融合 C.胚胎移植 D.细胞核移植 9.用于组织培养中的植物器官或组织,称为( ) A.组织切片 B.原生质体 C.外植体 D.愈伤组织 10.下列有关动物胚胎移植的叙述中,不正确的一项是( A.从受孕母畜体内取出的受精卵或胚胎均能移植 B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情状态 C.超数排卵技术要使用一定的激素 D.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管内进行 )

11.英国科学家应用哪一种关键的细胞工程技术,培育出著名的“克隆绵羊”——多利 ( ) A.细胞和组织培养 B.细胞融合 C.动物胚胎移植 D.细胞核移植 12. 在运用下列各种细胞工程技术培育生物新产品, 操作过程中不可能形成愈伤组织的 技术是( ) A.细胞和组织培养 B.植物细胞融合 C.动物胚胎移植 D.细胞核移植 13.在以下 4 种细胞工程技术中,培育出的新个体中,体内遗传物质均来自一个亲本的 是( ) A.细胞和组织培养 B.细胞融合 C.动物胚胎移植 D.细胞核移植 14. 当前生物化学的研究方法和技术在工农业生产上被广泛应用的一项新技术是 ( A.酶工程 B.遗传工程 C.发酵工程 D.细胞工程 )

15.英国克隆羊“多利”的产生、 “抗虫棉”的培育、 “番茄马铃薯”的创造、单克隆抗 体的制备、抗生素的生产依次是下列哪项生物技术取得的成果( ) ①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程 A.①②②③④ B.②①③②②③ C.①②④③③ D.①②①③② 16.(1998 年上海高考试题)表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这 一结果最可能的原因是( ) A.试管动物培养 B.胚胎移植 C.胚胎分割移植 D.受精卵移植 17.(1999 年广东高考试题)下列哪一项属于克隆( ) A.将鸡的某个 DNA 分子片段整合到小鼠的 DNA 分子中 B.将抗药菌的某基因引入草履虫的细胞内 C.将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞 D.将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系 二、非选择题
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1.生物学家做了下列实验(如图 14-3):①用红色荧光染料标记人细胞膜上的蛋白质; ②用绿色荧光染料标记鼠细胞膜上的抗原; ③把人和鼠的细胞融合为一, 此细胞一半发红色 荧光,另一半发绿色荧光,然后把此细胞在 37 ℃下培养 40 分钟,再检查,两种颜色的荧 光均匀分布在整个细胞表面。根据上述实验现象回答下列问题:

图 14-3 (1)细胞融合时常用的病毒促融剂是_____________。 (2)上述细胞表面的两类荧光染料最终呈均匀分布状态,这是由于细胞具有_____的结 果。 (3)这个实验证明构成细胞膜的_______分子和________分子大都是可以_________的, 不是静止固定的。 (4)人和鼠细胞膜表面的抗原属于构成膜结构的____________。 2.用一根玻璃针将一个变形虫切成两半,有核的一半能继续生活,无核的一半死亡。 如果将一个变形虫的核取出, 无核部分能短期生存但不能繁殖后代, 单独的细胞核则无法生 存。如果在去核后 3 天,再植回一个细胞核,这个变形虫生活正常,如图 14-4 所示。根据 上述结果回答下列问题:

图 14-4 (1)正常细胞中核与质的关系是_________________________________。 (2)去核后的变形虫仍能生活一段时间,其原因是__________________。 (3)单独的细胞核不能生存的原因是_______________________________。 3.1978 年,美国科学家利用生物工程技术,将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的 DNA 分子中,然后通过大肠杆菌的繁殖,生产出了人类胰岛素。请回答: (1)上述人类胰岛素的合成是在_________处进行的,其决定氨基酸排列顺序的 mRNA 的 模板是由___________基因转录而成的。 (2)合成的该胰岛素含有 51 个氨基酸, 2 条多肽链组成, 由 那么决定它合成的基因中至 少应含有碱基________个,若核苷酸的平均分子量为 300,则与胰岛素分子对应的 mRNA 的 分子量应为________;若氨基酸的平均分子量为 90,该胰岛素的分子量约为_________。 (3)不同种生物之间的基因移植成功,说明了生物共用的是同一套____________。 (4)从进化的角度分析,它能说明____________________。
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4.我国青年科学家陈炬成功地把人的干扰素基因嫁接到烟草的 DNA 分子上,使烟草获 得了抗病毒的能力,试分析:烟草有了抗病毒的能力,这表明,烟草体内产生了_______。 这说明人和烟草共用一套_______,蛋白质合成的方法_______,也说明了 DNA 是_______。 5.某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因 a,通过基因工程的方法将基因 a 转移到马铃薯植物中,经检测,Amy 在成熟块茎细胞的细胞间隙中发现。若将图 14-5 比作 块茎细胞,请据图回答(题内如有括号,请在其中写出结构的标号,根线上写有关内容):

图 14-5 (1)a 已整合到图中[ ]________结构中。 (2)在细胞核是以 a 为模板合成 Amy 的_________。 (3)Amy 合成后,经[ ]______加工分泌到细胞外,定位在细胞间隙中。 (4)以本图比作块茎细胞的缺陷是该图中多画了[ ]_____________。 (5)如将该细胞置于 30%蔗糖溶液中,细胞内的水势将比细胞外的水势____________。 6.图 14-6 是用萝卜根组织培养的某些过程示意图,请据图回答: (1)请把组织培养的过程按正常顺序排列(以字母表示)_____________。 (2)图 D 上的细胞团是___________,它的特点是____________。 (3)图 C 和图 D 的培养基______________。 (4)图 C 的培养物的变化是____________。 (5)从原理上讲,植物细胞有形成再生植株的可能性,这是________的表现。

图 14-6

图 14-7

7.图 14-7 可示为细胞融合技术的一些过程,请据图回答: (1)从 A 细胞和 B 细胞到 C 细胞的过程中,必须用_________处理。 (2)若 A、B 细胞为植物细胞,那么这样的细胞已经用酶降解脱掉________。这种酶可能
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是_________酶,由此生成的 A 和 B 细胞称为____________。 (3)若 A 细胞为骨髓瘤细胞,B 细胞为淋巴细胞,那么 D 细胞称为________细胞,由 D 细胞连续分裂产生大量细胞的过程,称为________过程。这种细胞既能无限繁殖,又能产生 ___________。 (4)若 A 为人细胞,B 为鼠细胞,并分别用荧光染料标记细胞膜上的蛋白质,在 C 细胞 时,细胞一半发红色荧光,一半发绿色荧光。到 D 细胞阶段,两种颜色的荧光均匀分布,其 原因是_____________________________。 8.(1999 年上海高考试题)世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如图 14-8 所示。 请仔细看图后回答下列问题:

(1)写出图中 a、b 所指的细胞工程名称:a.__________;b.____________。 (2)实施细胞工程 a 时,所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是___________。 (3)“多利”面部的毛色是________,请根据遗传学原理说明判断根据:_________。 (4)继植物组织培养成功之后,克隆绵羊培育成功,证明动物细胞也具有_________。 (5)请举一例,说明克隆绵羊培育成功的实际意义:__________________。 9.(2000 年广东高考试题)目前有关国家正在联合实施一项“人类基因组计划” 。这项 计划的目标是绘制 4 张图, 每张图均涉及人类一个染色体组的常染色体和性染色体, 具体情 况如下:两张图上的染色体上都标明人类全部的大约 10 万个基因的位置(其中一张图用遗 传单位表示基因间的距离,另一张图用核苷酸数目表示基因间的距离) ;一张图显示染色体 上全部 DNA 约 30 亿个碱基对的排列顺序; 还有一张图是基因转录图。 参加这项计划的有美、 英、日、法、德和中国的科学家,他们在 2000 年 5 月完成计划的 90%,2003 年将该计划 全部完成。 参加这项计划的英国科学家不久前宣布,已在人类第 22 号染色体上定位 679 个基因, 其中 55%是新发现的,这些基因主要与人类的先天性心脏病、免疫功能低下和多种恶性肿 瘤等有关。此外还发现第 22 号染色体上约有 160 个基因与鼠的基因具有相似的碱基顺序。 参加这项计划的中国科学家宣布,在完成基因组计划之后,将重点转向研究中国人的基因, 特别是与疾病相关的基因; 同时还将应用人类基因组大规模测定碱基顺序的技术, 测定出猪、 牛等哺乳动物基因组的全部碱基顺序。 试根据以上材料回答下列问题: (1)“人类基因组计划”需要测定人类的 24 条染色体的基因和碱基顺序。试指出是哪 24 条件染色体?为什么不是测定 23 条染色体? (2) 在上述 24 条染色体中,估计基因的碱基对数目不超过全部碱基对的 10%。试问平 均每个基因最多含多少个碱基对?
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(3)你认为完成“人类基因组计划”有哪些意义?

参考答案 能力训练 一、选择题 1.B 2.A 3.A 4.D 5.B 6.B 7.A 8.C 9.C 10.A 11.D 12.C 13.A 14.A 15.B 16.C 17.D 二、非选择题 1.(1)仙台病毒 (2)一定的流动性 (3)磷脂分子 蛋白质分子 运动 (4) 蛋白质 2.(1)相互依赖,生物体(变形虫)生长发育过程是细胞质和细胞核共同作用的结 果 (2)细胞质中原有的 mRNA 和酶系仍存在,在但过了一定的时间被代谢分解后, 无核的细胞也就死亡了。 (3)无酶系统 3. 1) ( 大肠杆菌核糖体 人类胰岛素 (2) 306 45900 3708 (3) 遗传密码 (4) 地球上的一切生物都是由共同的祖行进化而来的 4.有抗病毒能力的干扰素 遗传密码 基本相同 遗传物质 5.(1)[8] 染色体(DNA) (2)mRNA (3)[5]高尔基体 (4)[4]叶绿体 (5)高 6.(1)BDCA (2)愈伤组织未分化且较均一 (3)不同 (4)细胞分化导致器官形成 (5) 细胞全能性 7.(1)促融剂(如仙台病毒) (2)细胞壁 原生质体裸细胞 (3)杂交瘤细胞 克隆 单一抗体 (4)细胞膜中的磷脂分子和蛋白质分子是可以作相对运动的(细胞膜 具有流协性) 8.(1)细胞核移植 胚胎移植 (2)卵细胞体积大、易操作、通过发育可直接表 现出状性来 (3)白色“多利”的全部细胞核基因来自白母绵羊 (4)全能性 (5) 保存濒危物种, 繁殖优良品种, 医学上克隆器官?? (以上答案中答出任何一项都给分) 9.(1)是 22 条常染色体和 X、Y 两条性染色体,因为 X、Y 染色体之间具有不相 同的基因和碱基顺序,所以一共测定 24 条染色体 (2)3000 (3)有利于疾病的诊 断和治疗;有利于研究生物进化;有利于培育优良的高等动物品种;有利于研究基因表 达的调控机制

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