劉江洲　舒洲　田奇林

現(xiàn)代生物科技專題主要介紹一些生物重要領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景，考生往往因缺乏親身感受和體驗(yàn)而有“高不可攀”的感覺(jué)?，F(xiàn)就該模塊考點(diǎn)做一盤點(diǎn)，以幫助大家把握主要考點(diǎn)和考向，提升解題能力。

一、基因工程

【應(yīng)考必備】

1.基本工具

2.基本步驟

（1）目的基因的獲取：從基因文庫(kù)中獲取、PCR技術(shù)擴(kuò)增、用化學(xué)方法人工合成。

（2）基因表達(dá)載體的構(gòu)建（目的基因+啟動(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因等）。

（3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：

導(dǎo)入植物：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法（導(dǎo)入體細(xì)胞）及花粉管通道法（導(dǎo)入受精卵）。

導(dǎo)入動(dòng)物：顯微注射法導(dǎo)入受精卵或體細(xì)胞（基因治療）。

導(dǎo)入微生物細(xì)胞：感受態(tài)細(xì)胞法（用Ca2+處理，增加細(xì)胞膜的通透性）。

（4）目的基因的檢測(cè)與鑒定：插入檢測(cè)（DNA分子雜交）→轉(zhuǎn)錄檢測(cè)（DNA-RNA分子雜交）→翻譯檢測(cè)（抗原-抗體雜交）→個(gè)體水平檢測(cè)（抗性接種實(shí)驗(yàn)）。

【考題精析】（2014·海南）下面是將某細(xì)菌的基因A導(dǎo)入大腸桿菌內(nèi)，制備“工程菌”的示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）獲得A有兩條途徑：一是以A的mRNA為模板，在_____________的催化下，合成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在_____________作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需基因；二是根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的 序列，推測(cè)出相應(yīng)的mRNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測(cè)其DNA的_____________序列，再通過(guò)化學(xué)方法合成所需基因。

（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA時(shí)，需要在反應(yīng)體系中添加的有機(jī)物質(zhì)有_____________、_____________、4種脫氧核苷酸和耐熱性的DNA聚合酶，擴(kuò)增過(guò)程可以在PCR擴(kuò)增儀中完成。

（3）由A和載體B拼接形成的C通常稱為 。

（4）在基因工程中，常用Ca2+處理D，其目的是

__________________________ 。

精析：（1）利用逆轉(zhuǎn)錄法合成目的基因的過(guò)程是：以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下合成單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成雙鏈DNA分子。根據(jù)蛋白質(zhì)工程合成目的基因的過(guò)程是：根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測(cè)相應(yīng)的mRNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推測(cè)DNA中脫氧核苷酸的排列順序，再通過(guò)化學(xué)方法合成。（2）PCR過(guò)程中需要酶、底物、模板、引物和能量等條件。（3）目的基因和載體結(jié)合，形成基因表達(dá)載體。（4）在利用大腸桿菌作受體細(xì)胞時(shí)，需要先用Ca2+處理，使之成為感受態(tài)細(xì)胞，有利于其吸收重組DNA分子。

答案：（1）逆轉(zhuǎn)錄酶 DNA聚合酶 氨基酸 脫氧核苷酸 （2）引物 模板（目的基因或A基因） （3）基因表達(dá)載體 （4）使其成為感受態(tài)細(xì)胞，使大腸桿菌更容易吸收重組DNA分子

引申拓展：作為載體必須具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接；載體上每種酶的切點(diǎn)最好只有一個(gè)，防止切割重組后可能會(huì)丟失某些片段（若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制）；目的基因的兩端最好用不同限制酶切，可以防止自身的黏性末端連接以及目的基因與載體反向連接。

【考題預(yù)測(cè)】從牛胃液中分離到的凝乳酶以催化能力強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用，研究人員運(yùn)用基因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細(xì)胞中。

（1） 從牛胃細(xì)胞中提取 ，再逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA。以此cDNA為模板PCR擴(kuò)增目的基因，有時(shí)需要在引物的5，端設(shè)計(jì) （限制酶，DNA連接酶，RNA 聚合酶）識(shí)別序列，以便構(gòu)建重組DNA分子。

（2）構(gòu)建重組DNA分子（如圖所示）最好選用________限制酶，理由是 。

（3）工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，最初多采用重組大腸桿菌或芽孢桿菌生產(chǎn)凝乳酶，現(xiàn)多采用重組毛霉生產(chǎn)，毛霉作為受體細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)是 。

（4） 研究發(fā)現(xiàn)，如果將該凝乳酶20位和24位氨基酸改變?yōu)榘腚装彼?，其催化能力將提?倍。通過(guò)蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)高效凝乳酶，所需步驟有 。

a.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

b.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能分析

c.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的定向改造

d.凝乳酶基因的定向改造

e.將改造后的凝乳酶基因?qū)胧荏w細(xì)胞

f.將定向改造的凝乳酶導(dǎo)入受體細(xì)胞

答案：（1）mRNA 限制酶 （2）BamH I和Pst I 提高重組DNA分子的比例（防止自身的黏性末端連接，防止目的基因與載體反向連接） （3）含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行加工和修飾 （4）b、a、d、e（選擇對(duì)即可得分，不要求排序）

二、細(xì)胞工程

【應(yīng)考必備】1.兩種細(xì)胞工程過(guò)程比較

2. 克隆動(dòng)物培育流程圖

【考題精析】（2014·新課標(biāo)Ⅰ）某研究者用抗原（A）分別免疫3只同種小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后測(cè)定各小鼠血清抗體的效價(jià)（能檢測(cè)出抗原抗體反應(yīng)的血清最大稀釋倍數(shù)），結(jié)果如圖所示。

若要制備雜交瘤細(xì)胞，需取免疫后小鼠的B淋巴細(xì)胞（染色體數(shù)目40條），并將該細(xì)胞與體外培養(yǎng)的小鼠骨髓瘤細(xì)胞（染色體數(shù)目60條）按一定比例加入試管中，再加入聚乙二醇誘導(dǎo)細(xì)胞融合，經(jīng)篩選培養(yǎng)及抗體檢測(cè)，得到不斷分泌抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞。回答下列問(wèn)題：

（1）制備融合所需的B淋巴細(xì)胞時(shí)，所用免疫小鼠的血清抗體效價(jià)需達(dá)到16 000以上，則小鼠最少需要經(jīng)過(guò) 次免疫后才能有符合要求的。達(dá)到要求后的X、Y、Z這3只免疫小鼠中，最適合用于制備B淋巴細(xì)胞的是 小鼠，理由是_____________。

（2）細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)完成后，融合體系中除含有未融合的細(xì)胞和雜交瘤細(xì)胞外，可能還有_____________，體系中出現(xiàn)多種類型細(xì)胞的原因是__________________________ 。

（3）雜交瘤細(xì)胞中有 個(gè)細(xì)胞核，染色體數(shù)目最多是 條。

（4）未融合的B淋巴細(xì)胞經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后都不能存活，原因是_______________________________________ 。

精析：（1）據(jù)圖分析，第4次免疫后小鼠Y的血清抗體效價(jià)達(dá)到 16 000 以上。達(dá)到要求后的 X、Y、Z 這3只小鼠中，小鼠 Y 的 B 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體效價(jià)最高，最適合用于制備單克隆抗體。（2）融合體系中除了未融合的細(xì)胞和雜交瘤細(xì)胞之外，還有骨髓瘤細(xì)胞和 B 淋巴細(xì)胞的自身融合產(chǎn)物，由于細(xì)胞融合是隨機(jī)的，且融合率達(dá)不到100%，故體系中會(huì)出現(xiàn)多種類型的細(xì)胞。（3）雜交瘤細(xì)胞形成后，由于核膜具有流動(dòng)性，故小鼠的免疫B淋巴細(xì)胞細(xì)胞核與其骨髓瘤細(xì)胞細(xì)胞核會(huì)融合形成一個(gè)雜交的細(xì)胞核，因此染色體數(shù)目最多是100條。（4）未融合的 B 淋巴細(xì)胞經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后，仍然是不能無(wú)限增殖的細(xì)胞，同時(shí) B淋巴細(xì)胞不可能渡過(guò)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)過(guò)程中的兩次“危機(jī)”而達(dá)到細(xì)胞系水平。

答案：（1）4 Y Y小鼠的血清抗體效價(jià)最高 （2）B淋巴細(xì)胞相互融合形成的細(xì)胞、骨髓瘤細(xì)胞相互融合形成的細(xì)胞 細(xì)胞融合是隨機(jī)的，且融合率達(dá)不到100% （3）1 100 （4）不能無(wú)限增殖

引申拓展：動(dòng)物細(xì)胞融合形成雜交細(xì)胞，雜交細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，獲得大量的克隆細(xì)胞，但沒(méi)有形成生物體，因此動(dòng)物細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞增殖和細(xì)胞膜的流動(dòng)性，不包含細(xì)胞全能性；動(dòng)物細(xì)胞融合常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒（誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合的特有因素）、電激等。

【考題預(yù)測(cè)】科學(xué)家利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)成功獲得了番茄-馬鈴薯雜種植株，為了便于雜種細(xì)胞的篩選和鑒定，科學(xué)家利用紅色熒光和綠色熒光分別標(biāo)記番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體膜上的蛋白質(zhì)，其培育過(guò)程如圖所示：

（1）植物體細(xì)胞雜交依據(jù)的生物學(xué)原理有 。

（2）過(guò)程①常用的酶是_____________，細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是_____________。

（3）植物原生質(zhì)體融合過(guò)程常利用化學(xué)試劑 誘導(dǎo)融合，在鑒定雜種原生質(zhì)體時(shí)可用顯微鏡觀察，根據(jù)細(xì)胞膜表面的熒光的不同可觀察到_____________種不同的原生質(zhì)體，當(dāng)觀察到_____________時(shí)可判斷該原生質(zhì)體是由番茄和馬鈴薯融合而成的。

（4）過(guò)程③和過(guò)程④依次為_(kāi)____________，過(guò)程④中的培養(yǎng)基常添加的植物激素是_____________。

（5）若番茄細(xì)胞內(nèi)有m條染色體，馬鈴薯細(xì)胞中含n條染色體，則“番茄-馬鈴薯”細(xì)胞在有絲分裂后期含_____________條染色體。若雜種細(xì)胞培育成的“番茄-馬鈴薯”植株為四倍體，則此雜種植株的花粉經(jīng)離體培育得到的植株屬于_____________植株。

答案：（1）細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性 （2）纖維素酶和果膠酶 形成新的細(xì)胞壁 （3）聚乙二醇 3 融合的細(xì)胞膜表面既有紅色熒光又有綠色熒光 （4）脫分化和再分化 生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素 （5）2（m+n） 單倍體

三、胚胎工程

【應(yīng)考必備】1.早期胚胎的發(fā)育過(guò)程

2.胚胎工程的操作流程分析

【考題精析】（2014·江蘇）杜泊羊以其生長(zhǎng)速度快、肉質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，被稱為“鉆石級(jí)”肉用綿羊。科研工作者通過(guò)胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如圖所示，相關(guān)敘述正確的是（ ）

A.為了獲得更多的卵母細(xì)胞，需用雌激素對(duì)雌性杜泊羊進(jìn)行處理

B.從卵巢中采集的卵母細(xì)胞可直接與獲能的精子進(jìn)行體外受精

C.為避免代孕綿羊?qū)χ踩肱咛ギa(chǎn)生排斥反應(yīng)，應(yīng)注射免疫抑制劑

D.為了進(jìn)一步擴(kuò)大繁殖規(guī)模，可通過(guò)胚胎分割技術(shù)獲得同卵雙胎

精析：超數(shù)排卵應(yīng)使用促性腺激素而不是雌激素；從卵巢中采集的卵母細(xì)胞需培養(yǎng)至成熟后才能與獲能的精子進(jìn)行體外受精；受體對(duì)移入子宮的外來(lái)胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，故不需注射免疫抑制劑；為了進(jìn)一步擴(kuò)大繁殖規(guī)模，可通過(guò)胚胎分割技術(shù)獲得同卵雙胎或多胎。

答案：D

引申拓展：胚胎移植過(guò)程中兩次使用激素，第一次常用孕激素對(duì)受、供體進(jìn)行同期發(fā)情處理；第二次用促性腺激素對(duì)供體做超數(shù)排卵處理。胚胎移植過(guò)程中的兩次檢查：第一次對(duì)收集的胚胎進(jìn)行檢查；第二次對(duì)受體母畜是否妊娠進(jìn)行檢查。胚胎移植是有性生殖還是無(wú)性生殖，取決于胚胎是由受精卵形成的，還是由核移植技術(shù)形成重組細(xì)胞發(fā)育而成或胚胎分割形成的。

【考題預(yù)測(cè)】在治療人類某些疾病時(shí)，人的體細(xì)胞核移植技術(shù)得到的胚胎干細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化，形成相應(yīng)的組織器官后，可用于組織器官的移植，操作流程如圖所示。請(qǐng)回答：

（1）進(jìn)行圖中過(guò)程①時(shí)，需將體內(nèi)取出的卵母細(xì)胞在體外培養(yǎng)至_____________期，該期卵母細(xì)胞核的位置靠近_____________，可用微型吸管將之與細(xì)胞核一并吸出。

（2）圖中過(guò)程②表示將用物理或化學(xué)方法激活重組細(xì)胞，使其在發(fā)育培養(yǎng)液中完成_____________，最終形成囊胚的過(guò)程。

（3）圖中過(guò)程③④表示從囊胚中取出 細(xì)胞，將其培養(yǎng)在_____________細(xì)胞上，形成大量胚胎干細(xì)胞的過(guò)程。胚胎干胞在形態(tài)上的特性表現(xiàn)為_(kāi)____________。

（4）圖中過(guò)程⑤表示在培養(yǎng)液中加入 ，就可以誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞向不同類型的組織細(xì)胞分化，用于患者的組織器官移植。

答案：（1）M II中 第一極體（或極體） （2）分裂和分化 （3）內(nèi)細(xì)胞團(tuán) 飼養(yǎng)層 細(xì)胞體積小，細(xì)胞核大，核仁明顯 （4）分化誘導(dǎo)因子

四、生態(tài)工程

【應(yīng)考必備】生態(tài)工程的原理比較

【考題精析】（2014·重慶）為治理某廢棄采石場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境，對(duì)其進(jìn)行了公園化建設(shè)。

（1）對(duì)其進(jìn)行整理和覆土，并選擇適生植物進(jìn)行人工造林，不同恢復(fù)時(shí)期的植物物種數(shù)如圖所示。t0→t1，植物殘?bào)w及凋落物中的有機(jī)物被生態(tài)系統(tǒng)中的 轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，使土壤條件得到改善；同時(shí)由于人工林土壤中存在 ，導(dǎo)致群落中植物物種數(shù)增加；t1→t3，人工林抵抗力穩(wěn)定性的變化是 ；群落中植物物種數(shù)逐漸增加，物種之間 加劇。

（2）通過(guò)人工林建設(shè)的園林景觀構(gòu)建，既改善了生態(tài)環(huán)境，又可提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，這主要體現(xiàn)了生態(tài)工程的 原理。

精析：（1）生態(tài)系統(tǒng)的組成成分中分解者的功能是將動(dòng)植物遺體殘骸中的有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物；從廢棄采石場(chǎng)開(kāi)始進(jìn)行的演替為次生演替，由于保留了植物的種子或其他繁殖體，能使群落中植物物種數(shù)迅速增加；t1→t3，植物物種數(shù)變多，一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)中的組分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，其抵抗力穩(wěn)定性越強(qiáng)；群落中的植物物種數(shù)增加，相互爭(zhēng)奪資源（如陽(yáng)光、水）和空間越激烈，競(jìng)爭(zhēng)加劇。（2）生態(tài)系統(tǒng)改善后，考慮到社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，體現(xiàn)了整體性原理。

答案：（1）分解者 種子或繁殖體 增強(qiáng) 競(jìng)爭(zhēng) （2）整體性（系統(tǒng)論）

【考題預(yù)測(cè)】如圖為我國(guó)南方比較常見(jiàn)的桑基魚(yú)塘農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：

（1）在不考慮人工投入的情況下，流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量（總初級(jí)生產(chǎn)量）是________________。人們將蠶沙（蠶的糞便）投入魚(yú)塘，被魚(yú)等水生生物食用，蠶沙中所含的能量主要屬于第________營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

（2）魚(yú)等水生生物的排泄物及未被利用的有機(jī)物和底泥，其中一部分經(jīng)過(guò)________________作用后可作為肥料，返回?；嘤?shù)。

（3）建立該人工生態(tài)系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的________，提高能量的利用率。與種植單一作物的農(nóng)田相比，該生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力________。

（4）建立該生態(tài)系統(tǒng)遵循的原理主要是______________、________________。

答案：（1）生產(chǎn)者（或桑樹(shù)）通過(guò)光合作用固定的太陽(yáng)能總量 一 （2）分解者（或微生物）的分解 （3）多級(jí)（或充分）利用 較強(qiáng) （4）物質(zhì)循環(huán)再生原理 生物多樣性原理