2012版高考生物 3-2-1精品系列专题21 现代生物科技专题（学生版）

1 20122012 版高考生物版高考生物 3 2 13 2 1 精品系列专题精品系列专题 题知识框架题知识框架 考纲解读考纲解读 考点考纲要 求 考察角度 基因工程的诞 生 基因工程的理论基础及技术支持 基因工程的三大基本工具 的特点及作用 基因工程原理 及技术 基因工程的操作步骤及原理 有关概念的考查 设计某一转 基因生物的培育过程 具体到目的基因的获取方式 表达载 体的构建方法 基因检测鉴定的方法 基因工程的应 用 基因工程的成果及应用实例 农业 畜牧业以及生物制药 蛋白质工程 蛋白质工程的原理 思路 途径 意义 生物技术的安 全性和伦理问 题 生物安全性的概念及三方面内容 正确对待生物工程技术带 来的生物安全隐患 2 三年高考命题分析与命题趋势三年高考命题分析与命题趋势 三年高考命题分析 三年高考命题分析 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题基因工程与生物技术的安全性和伦理问题 本专题在内容上和必修 2 教材中的基因工程相似 必修 2 的基因工程主要侧重于基本 原理的阐述 而本专题则是侧重于基因工程基本技术及应用前景的介绍 5 个考点中 2 个 要求为 是选修 3 教材中的一个重要的命题领域 复习中 要特别注意基因工程中采用 的生物技术的原理 例如 PCR 的基本原理 基因表达载体中各个部分的功能等 同时也需 要加强关键的生物学术语的记忆 譬如 显微注射技术 基因表达载体 花粉管通道法 等 一避免在回答问题时出现非专业术语而导致失分 生物技术的安全性和伦理问题是新 课标增加的章节 该部分联系社会生活实际较多 生态安全 饮食安全 疾病治疗 基因 植物的组织培 养 植物组织培养的原理 过程 应用以及植物体细胞杂交的原 理 过程 意义 动物的细胞培 养与体细胞克 隆 动物细胞培养的原理 条件 培养过程及意义 体细胞核移 植的概念 体细胞核移植与克隆的关系 细胞融合与单 克隆抗体 细胞融合的原理 方法以及单克隆抗体制备的原理 过程 方法 单克隆抗体的特点 应用 动物胚胎发育 的基本过程与 简述胚胎工程 理论基础 精子 卵子的产生 体内受精与体外受惊的原理 早期胚胎 发育的过程特点及胚胎培养的方法 胚胎移植的生理基础与 意义 胚胎分割技术 胚胎干细胞的 移植 胚胎干细胞的概念 来源 应用 胚胎工程的应 用 胚胎移植实例的分析 应用 简述生态工程 的原理 生态工程组训的基本原理及原理在实践中的应用 生态工程的实 例 结合实际分析生态工程实例及在其中应用的基本原理 3 检测 克隆人 试管婴儿等 是社会关注讨论的焦点 根本目的在于形成正确的认识 避 免答题中因主观臆断造成失分 命题角度主要侧重于基因工程的原理 技术与应用 基因工程的应用成为高考考查的 热点 具体表现在对以材料为背景的信息题进行分析解答与过程设计 命题形式上 新课标区的山东 宁夏 广东和海南都是以选做简答题的形式出现 而 上海在考查中形式最为多样 兼具了单选 多选以及简答的多种形式 生物工程伦理与安 全性考查相对较弱 主要为观点性题目 考查方式难以设计 细胞工程细胞工程 胚胎工程胚胎工程 胚胎工程中的卵母细胞及受精卵的培养 胚胎分割及胚胎干细胞培养等技术与基因工 程 细胞工程等现代生物科技专题有着密切联系 可以说动物基因工程 动物细胞工程等 是胚胎工程的上游技术 胚胎移植是胚胎工程的最后环节 已包含了转基因胚胎 克隆动 物胚胎 特别是胚胎干细胞的培养应用 随着新课标高考的深入 本专题内容的考查会逐 步增多 命题角度上讲 本考点主要注重畜牧生产和医学实践的应用及与科技发展联系在一起 考查 高起点 低落点 是苯专题命题的最大特点 但本专题命题更侧重基础知识与基础 理论的 落点 主要涉及动物精子获能 卵子培养的方法 早期胚胎发育的特点 胚胎移 植的各种胚胎来源类型 胚胎移植的生理基础 胚胎分割技术的注意事项 胚胎分割技术 的注意事项 胚胎干细胞的培养与应用 命题形式新课标区的山东 宁夏 广东和海南都是以选做简答题的形式出现 而上海 在考查中形式最为多样 兼具了单选 多选以及简答的多种形式 4 生态工程生态工程 生态工程为 2009 年考纲新增加内容 该部分内容和生态系统密不可分 所以应该引起 今后高考复习的充分重视 命题趋势 命题趋势 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题基因工程与生物技术的安全性和伦理问题 基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一 基因诊断 基因治疗 基因产品在 生活中的出现日渐频繁 对人们的影响也日渐增大 是社会关注的焦点和热点 预计 2013 年高考还是主要以简答题的形式出现 难度系数在 0 75 左右 易得分 在今后的考察中 单纯的基因工程的题目越来越少 而与胚胎工程 微生物的培养 克隆技术 组织培养等 知识综合考查学生解决实际问题的能力的概率越来越高 特别是理综试题 预计 2013 年高 考这种命题趋势还会存在 生物技术的安全性和伦理问题 是高科技与人们生活的思想道 德的碰撞 它涉及了人们生活的方方面面 与环境生态 疾病的防治 生育 社会家庭的 稳定性等密切联系 同时又时时冲击着人们的道德 伦理 是全社会关注的焦点 在近几 年的高考试题中屡有出现 预计 2013 年高考中可能涉及 难度系数在 0 80 以上 易得分 细胞工程细胞工程 植物组织培养 动物细胞的培养与植物组织培养一直是高考的热点 以识图简答题为 主 试题难度系数在 0 75 左右 较易得分 2013 年还会延续相应考查形式 对于近几年 相对较冷的单克隆抗体的制备与应用 在 2013 年卡考查的概率较高 形式多为识图简答 难度系数在 0 65 0 70 之间 胚胎工程胚胎工程 胚胎工程是生物技术的重要组成部分 它越来越成为各国研究的重点和科技竞争的热 点之一 随着新课标高考的开展 预计胚胎工程的考查热潮会很快到来 试题难度系数一 般在 0 75 左右 以简答题为主 生态工程生态工程 本专题命题可与生态系统 生态农业 可持续发展相结合以简答题为主 综合性较强 一般不单独考查生态工程 但涉及生态工程部分的命题点难度不会太大 多以记忆与理解 为主 一般难度系数在 0 75 左右 预计这种题型在 2013 年命题还会继续 核心考点要点归纳核心考点要点归纳 5 考点一 基因工程的概念理解 理论基础及基本操作工具 1 基因工程的概念理解 1 操作环境 体外 关键步骤 表达载体的构建 的环境 2 优点 与杂交育种相比 克服远缘杂交不亲和障碍 与诱变育种相比 定向改造生物性状 3 操作水平 分子水平 4 原理 基因重组 5 本质 甲 供体提供目的基因 导入乙 受体表达目的基因 即基因未变 合成蛋白质 未变 只是合成场所的转移 2 基因工程的基本原理和理论基础概括如下图 注意 若题目强调 目的基因 的表达过程 则只包括 转录和翻译 两个过程 不包 括目的基因的复制 3 基因工程的操作工具 a 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 来源 主要是从原核生物中分离纯化出来的 2 化学本质 蛋白质 3 作用 催化作用 所以可重复利用 可用于 DNA 的切割获取目的基因和载体的 切割 4 作用特点 特异性 即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列 切割特定位点 5 切割方式 错位切 产生两个相同的黏性末端 平切 形成平末端 6 注意 切割的化学键为磷酸二酯键 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶 目的是产生相同的黏性末端 将一个基因从 DNA 分子上切割下来 需要 2 个限制酶 同时产生 4 个黏性末端 不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同 同一个 DNA 分子用不同的 限制酶产生的黏性末端不相同 b DNA 连接酶 分子缝合针 常用类型E coli DNA 连接酶T4 DNA 连接酶 来源大肠杆菌T4 噬菌体 功能连接黏性末端连接黏性末端或平末端 结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 拓展 DNA 连接酶与 DNA 聚合酶的比较 DNA 连接酶DNA 聚合酶 作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 是否需模板不需要需要 连接 DNA 链双链单链 作用过程在两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸加到已存在的核酸片段 的 3 端的羟基上 形成磷酸二酯键 作用结果将两个 DNA 片段连接成重组 DNA 分子 合成新的 DNA 分子 c 基因进入受体细胞的载体 分子运输车 1 类型 最常用载体 质粒 其他载体 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 注意 质粒本质是 DNA 不是细胞器 特点 小型环状 2 功能 将目的基因导入受体细胞 3 应具备条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有一个至多个限制酶的切 割位点 以便于与外源基因连接 有特殊的遗传标记基因 供重组 DNA 的检测和鉴定 注意 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的 和需要 对某些天然的载体进行人工改造 常见的标记基因有抗生素基因 产生特定颜色的表达产物基因 发光基因等 作为载体必须具有多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 因为某种限制 酶只能识别单一切点 若载体上有一个以上的酶切点 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢 7 失的片段含复制起点区 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的 一个切点 则酶切后既能把环打开接纳外源 DNA 片段 又不会丢失自己的片段 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都不相同 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞也可在体外复制 考点二 基因工程部分易混点分析 易混点 1 基因工程中易错点辨析不清 1 基因工程中有 3 种工具 但工具酶只有 2 种 2 工具酶本质为蛋白质 载体本质为小型 DNA 分子 但不一定是环状 3 标记基因的作用 筛选 检测目的基因是否导入受体细胞 常见的有抗生素抗性 基因 发光基因 表达产物为带颜色物质等 易混点 2 对乳腺 膀胱 反应器与微生物生产基因产品混肴不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较 乳腺生物反应器微生物生产 原核生物 基因结构 动物基因结构与人类基因结构相同与人类基因结构不同 基因表达 与天然蛋白质活 性没有区别 由于缺少内质网 高尔基体等细胞器 产 物可能不具有生物活性 产物提取 从乳汁中较易分离提取从细胞中提取 较为复杂 生产设备 畜牧业生产 提取设备工业生产 设备精良 注 乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限制 若从动物尿液中提取目的基因产物则不 受性别和年龄限制 易混点 3 对 基因诊断 和 基因治疗 概念及应用辩析不清 1 基因诊断 基因诊断是用放射性同位素 如 32P 荧光分子等标记的 DNA 分子做探针 利用 DNA 分 子杂交原理 鉴定被检测标本上的遗传信息 达到检测疾病的目的 8 2 基因治疗的原理及实例 原理 把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中 存在基因缺陷的病人 细胞中既含有缺陷基因 又含有通过基因工程导入的正常基因 在病人体内两种基因都能表 达 正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物 从而治愈了有基因缺陷的疾病 镰刀型细胞贫血症基因治疗过程 步骤过程 获取正常的血红蛋白基因 用限制酶从人的 DNA 分子中切取血红蛋白基因 形成重组载体 用同一种限制酶切取目的基因和切割载体 DNA 再用 DNA 连 接酶将正常血红蛋白基因连接在载体 DNA 上 形成 重组载体 重组载体的导入与筛选 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细 胞中 并将重组载体插入到染色体 DNA 上 用选择培养基 筛选出含重组质粒的造血干细胞 将含正常血红蛋白基因的 造血干细胞回输给患者骨 髓 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中 此造血干细胞产生正常血红蛋白 以根治镰刀型细胞贫血 症 考点三 基因操作的基本过程 1 基因组文库和 cDNA 文库比较 文库类型cDNA 文库基因组文库 文库大小小大 基因中启动子无有 基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因 物种之间的基因交流可以部分基因可以 说明 基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤 从基 因文库中获取目的基因的优点是操作简便 缺点是工作量大 具有 一定的盲目性 2 将目的基因导入受体细胞 细胞类型常用方法受体细胞转化过程 9 植物细胞农杆菌转化体细胞将目的基因插入 Ti 质粒的 T DNA 上 转入农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的 DNA 上 动物细胞显微注射受精卵将含有目的基因的表达载体提纯 取卵 获得受 精卵 显微注射 早期胚胎培养 胚胎移植 发 育成为 具有新性状的动物 微生物细 胞 Ca2 处理原核细胞 或酵母菌 用 Ca2 处理细胞 感受态细胞 重组表达载体 DNA 分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收 3 目的基因的检测和表达 4 几个应注意的问题 基因表达载体中 启动子 DNA 片段 起始密码子 RNA 终止子 DNA 片段 终止密 码子 RNA 基因表达载体的构建方法 该过程把三种工具 只有两种工具酶 全用上了 是最核心 最关键的一步 在体外进行 考点四 基因工程的应用 一 植物基因工程的应用 植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力 如抗除草剂 抗虫 抗病 抗干 旱和抗盐碱等 以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面 1 提高抗逆性 1 常用抗虫基因 用于抗虫 杀虫 的基因主要是 Bt 毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂 基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 10 2 常用抗病基因 a 抗病毒基因有 病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 b 抗 真菌基因有 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 3 其他抗逆基因 环境条件对农作物的生产会造成很大影响 并且这些影响是多方 面的 因此 抗逆性基因也有多种多样 如 抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因 抗冻 基因 抗除草剂基因等等 2 改良植物品质 由于人们的食品含有的营养不平衡 不能满足人们对食品的要求 这样 可以通过转 基因技术 使植物能够合成某些本来不能合成的物质 如科学家将必需氨基酸含量多的蛋 白质编码基因导入植物中 或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性 以提高氨 基酸的含量 二 动物基因工程的应用 1 用于提高动物生长速度 由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更 快 将这类基因导入动物体内 以提高动物的生长速率 如 转基因绵羊和转基因鲤鱼 2 用于改善畜产品的品质 基因工程可用于改善畜产品的品质 如 有些人对牛奶中 的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏 腹泻 恶心等不适症状 科学家将肠乳糖酶基 因导入奶牛基因组 这样所获得的牛奶其成分不受影响 但乳糖的含量大大减低 3 用转基因动物做器官移植的供体 目前 人体移植器官短缺是一个世界性的难题 用其它动物的器官替代 又会出现免疫排斥现象 现在 科学家正试图利用基因工程方法 对一些动物的器官进行改造 培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官 三 基因治疗 1 概念 基因治疗是把正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而 达到治疗疾病的目的 这是治疗遗传病的最有效的手段 2 方法 体外基因治疗和体内基因治疗 11 体外基因治疗 先从病人体内获得某种相关细胞 进行培养 然后在体外完成基因转 移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 这种方法叫做体外基因治 疗 体内基因治疗 直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗 说明 对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复 基因治疗的最佳时期 理论上是受精卵时期 这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因 但在现实生活中是不 可能的 因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查 其次是对患者进行相关细胞的基因 替换 如 对于遗传性糖尿病患者 只对胰腺的 B 细胞进行基因替换 该个体就能正常分 泌胰岛素 糖尿病得以治疗 但这种局部细胞的基因替换 并没有改变其它部位细胞的基 因 如精原细胞 其后代很大可能还会患遗传性糖尿病 3 基因治疗的过程 以镰刀形细胞贫血症的治疗为例 步骤过程 获取正常的血红蛋白 基因 用限制性核酸内切酶从人的 DNA 分子中切取血红蛋白基因 形成重组载体用同一种限制性核酸内切酶在载体 DNA 上切开一个切口 用 DNA 连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体 DNA 上 形成重组 载体 重组载体的转化与筛 选 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中 并将重组载体插入到染色体 用选择培养基筛选出含重组质粒 的造血干细胞 将含正常血红蛋白基 因的造血干细胞回输 给患者骨髓 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中 此造 血干细胞产生含正常血红蛋白的红细胞 以根治镰刀形细胞贫 血症 四 利用微生物生产药物的优越性 所谓利用微生物生产蛋白质类药物 是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因 构建 成表达载体后导入微生物 然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物 与传统的制药相比 有以下优越性 12 1 利用活细胞作为表达系统 表达效率高 无需大型装置和大面积厂房就可以生产出 大量药品 2 可以解决传统制药中原料来源的不足 例如 胰岛素是治疗糖尿病患者的药物 一 名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从 40 头牛或 50 头猪的胰脏中才能提取到 1978 年科 学家用 2 000 L 大肠杆菌发酵液得到 100 g 胰岛素 相当于从 1 000 kg 猪胰脏中提取的量 又如 生长素是治疗侏儒症患者的药物 治疗一名侏儒症患者每年需要从 80 具尸体的脑下 垂体中提取生长素 利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料 3 降低生产成本 减少生产人员和管理人员 随着转基因技术向农业 食品和医药领域的不断渗透和迅速发展 转基因食品安全性现成 为全球关注的热点问题之一 考点五 基因工程与蛋白质工程的比较 项目蛋白质工程基因工程 过程预期蛋白质功能 设计预期的 蛋白质结构 推测应有的氨基 酸序列 推测相对应的脱氧核 苷酸序列 合成 DNA 表达出 蛋白质 来源 学 空气中 O2 作用 细胞有氧呼吸 所用 装置 CO2 培养箱 2 原理 细胞增殖 3 动物细胞培养时 一般选取幼龄动物的组织 器官 其细胞的分化程序较低 增殖能 力强 有丝分裂旺盛 容易培养 4 在动物细胞培养过程中 一般情况下 10 代以前的细胞核型不变 10 代以后有些细胞 核型发生改变 50 代以后的细胞可能发生癌变 16 5 胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细胞 以及将贴壁细 胞从瓶壁上分离下来 这样做的目的是避免动物细胞的接触抑制现象 3 应用 1 生产细胞产品 干扰素 疫苗 单克隆抗体 2 检测并判断某毒性物质毒性的大小 3 临床医学研究 二 动物细胞融合与单克隆抗体 1 单克隆抗体的操作流程 2 考点解读 1 诱导融合的 2 种细胞名称及作用 免疫过的 B 淋巴细胞 浆细胞 产生抗体 骨髓瘤细胞 无限增殖 2 诱导融合与原生质融合的不同方法 动物细胞诱导融合的特有方法 灭活病毒诱导 3 2 次筛选的目的及方法 4 2 个培养提取场所 17 体外培养 培养液提取 体内小鼠腹腔中培养 小鼠腹水中提取 特别注意 取相应 B 细胞前必需先注射相应抗原 形象地说先 打针 否则失败 5 原理 细胞膜的流动性和细胞增殖 三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 1 动物体细胞核移植技术操作流程 2 考点解读 1 原理 动物细胞核的全能性 不能说动物细胞全能性 2 卵母细胞选择时期及原因 减 中期的卵母细胞 此时具备受精能力 细胞质中合成 与分裂分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化 形成重组胚胎 3 选卵细胞做受体细胞原因 大 易于操作 卵黄多 营养丰富 为发育提供充足的营养 激发重组细胞分裂分 化 4 供体细胞 取供体动物的体细胞培养 一般选用传代 10 代以内的细胞 因为 10 代以 内的细胞一般能保持正常的二倍体核型 保证了供体细胞正常的遗传基础 5 动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体 原因是动物体细胞的全能性受到限制 用体细胞核移植技术能够得到克隆动物 说明动物体细胞的细胞核具有全能性 6 该过程用到的技术手段 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养和胚胎移植 7 核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同原因 克隆动物细胞质基因来源 于另一个亲本 所以与植物组织培养不同 只来自于一个亲本 克隆动物遗传物质来自 2 个 亲本 在发育过程中可能发生基因突变 染色体变异导致性状改变 外界环境条件的影 响引起不可遗传的变异 3 应用及存在问题 1 应用 加速家畜遗传改良进程 促进优良畜群繁育 保护濒危物种 克隆器官用于 移植等 2 存在问题 成活率低 克隆动物的健康问题 克隆动物食品的安全性问题 考点十 胚胎工程 18 一 精子和卵子的发生过程的几个重点问题分析 1 哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备 是在出生前 即胎儿时期 完成的 这是精 子和卵子在发生上的重要区别 但不是唯一的区别 如发生场所 过程及结果也不相同 2 精子的发生中两次减数分裂是连续的 是在睾丸的曲细精管内进行的 卵子的发生 中两次减数分裂是不连续的 减数第一次分裂在卵巢内完成 产生一个次级卵母细胞和第 一极体 进入输卵管 在与精子的结合过程中完成减数第二次分裂 产生一个成熟的卵子 和第二极体 当原核融合时 第一极体完成分裂 形成 2 个第二极体 有的哺乳动物的第 一极体不再分裂 3 不同种动物精子的形态相似 大小略有不同 但与动物的体型大小无关 4 哺乳动物卵巢 卵泡和卵子的关系 卵巢是卵子形成 卵泡存在的场所 内部包含许许多多不同发育阶段的卵泡 而成熟的 卵泡中可释放出卵子 其中卵子的外面有辅助结构 透明带 由卵丘细胞 卵泡细胞 形 成放射冠 而卵子外面的胞膜即卵黄膜 排卵指卵子从卵泡中排出 而非卵泡从卵巢中排 出 二 试题中出现的与 胚胎工程 高频知识点总结 易错指导 1 误认为胚胎移植过程中的冲卵冲出的是卵子 应该是早期胚胎 而不是冲 出卵子 体外受精过程中的冲卵冲出的是卵子 2 误认为高等哺乳动物的卵子就是成熟 的 已经完成减数分裂的卵细胞 实际上能和精子结合的卵子的主要部分是处于减数第二 次分裂中期的次级卵母细胞 在与精子的结合过程中完成减数第二次分裂 3 因为胚胎 干细胞的分裂能力强 分化程度低 误认为胚胎干细胞的体积也较大 实际上胚胎干细胞 的特征是体积小 核大 核仁明显 考点十一 生物技术的安全性和伦理问题 一 重难点探究 19 1 何为转基因生物 转基因生物是指运用基因工程操作程序 即获取目的基因 构建基因表达载体 将目 的基因导入受体细胞 对目的基因的维持和表达进行检测和鉴定等获得的转基因生物 包 括转基因植物 转基因动物和转基因微生物 例如抗虫转基因棉花 转基因鲤鱼 转基因生物与食物安全 1 转基因食物引起食物安全的理由 反对 实质性等同 因为对食物安全性检测不仅要检测其 主要成分 是否发生改变 还应包括其他方面的测试结果 担心出现 滞后效应 因为转基因植物的 DNA 经过重组后 有可能合成出对人体有 直接毒性或潜在毒性的蛋白质 食者在过了若干年或者一两代之后 问题才显现出现 担心出现 新的过敏源 担心改变 营养成分 因为尽管转基因农作物只是部分 DNA 发生重组 但是有些基 因足以使植物体内某些 代谢途径 发生改变 从而导致转基因农作物营养成分的改变 把动物蛋白基因转入农作物 是否侵犯了宗教信仰者或 素食者 的权益 2 不必担心的转基因食物的安全性理由 所谓 实质性等同 概念是对转基因农作物安全性评价的起点 而不是终点 多环节 严谨的 安全性评价 可以保证转基因食物的安全 在研究转基因农作物过程中 确实在极少数品种中出现了能导致人体过敏的蛋白质 但是科学家的 负责态度 可以防止此类事件的发生 若干年来尚未发现一例因食用转基因食物而影响人体健康的实例 对待转基因食物是否可以放心食用的问题上 应采取 举证排除 法 否则可能因无 休无止的 没有结果的争论而贻误生物技术发展的大好时机 2 何为实质性等同 2000 年 FAO WGHO 联合国粮农组织和世界卫生组织 对 实质性等同原则 做这样的 定义 实质性等同是指转基因生物与自然存在的传统生物在相同条件下进行性状表现的比 较 比较的内容包括生理性状 分子特征 营养成分 毒素含量和过敏原等是否具有等同 性 如果实质上是相同的 就应该将转基因生物与传统生物同样对待 视为安全 4 理性看待转基因生物 1 转基因生物的优缺点分析 20 优点缺点 1 解决粮食短缺问题 2 减少农药使用 减 少 环境污染 3 增加食物营养 提 高 附加值 4 增加食物种类 提 升 食物品质 5 提高生产效率 带 动 相关产业发展 1 可能产生新病毒或 新 过敏源 2 可能产生抗除草剂 的 杂草 3 可能使疾病的传播 跨 越物种障碍 4 可能会损害生物多样 性 5 可能干扰生态系统 的 多样性 5 克隆人与被克隆者是否是真正意义上的复制呢 伦理学家和科学家看待克隆人的角 度有何不同 克隆人和被克隆者 虽然核遗传物质是一样的 但还存在以下几方面的不同 1 其 细胞质的来源不同 被克隆者的细胞质是来源于他的母亲 而克隆人的细胞质则来源于供 者去核卵细胞 2 在胚胎时期所处环境不同 3 出生后 所处的生活环境 营养 所受到的教育等等方面 与被克隆者是不同的 所以说克隆人与被克隆者在相貌特征上有 相同之处 但在思想 行为等方面也有不同之处 故不是真正意义上的复制 伦理学家是从伦理学 社会学和心理学角度看问题 而科学家更多的是从科学的可行 性和科学意义的角度看问题 6 何谓 设计试管婴儿 所谓设计试管婴儿 是在试管婴儿培育的技术上 在早期胚胎移入母体子宫之前 对 胚胎进行遗传学论断 如论断血型 论断性别 论断 HLA 的类型等 有选择性地把胚胎植 入母体子宫 以达到生出所需类型婴儿的一种技术手段 7 什么是基因身份证 基因检测存在哪两种不同的观点 21 8 什么是生物武器 为什么要禁止生物武器 生物武器是利用致病菌 病毒 生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等制成的武器 在战争中使用者通过直接散布或通过食物 生活必需品等散布到敌方 会造成军队和平民 百姓的大规模伤亡 生物武器的研制和作用严重违背了人道主义原则 对人类健康和人类 和平有极大的危害 为了禁止生物武器 国际上许多国家都签署和加入了相关公约 生物武器是一种大规划杀伤性武器 它与常规武器相比有许多特点 1 传染性强 2 污染面广 直接喷洒的生物气溶胶 可随风飘到较运的地区 杀伤范围可达数 百至数千平方千米 在适当条件下 生物战剂存活时间较长 不易被发现 3 难以防治 4 具有一定的潜伏期 5 受自然条件影响大 二 误区警示 1 理性对待生物技术的伦理问题 对于生物技术带来的伦理问题 要切实联系学过的生物学原理来分析 根据所掌握的 生物学知识分析其可能性 不要盲目地下结论 涉及本专题大部分内容的试题均有一定的 开放性 答案不唯一 要学会采用辩证的观点看待问题 培养自己的辩证思维能力 2 实质性等同原则 只是对转基因生物安全性评价的起点 而不是终点 是一种动 态的比较过程 此后还要进行转基因植物安全性评价 3 生殖性克隆和治疗性克隆的区别 生殖性克隆是指将克隆技术用于生育目的 即用于产生人类个体 治疗性克隆和干细胞研究密切相关 所谓治疗性克隆 是指先从需要救治的病人身上 提取细胞 然后将该细胞的遗传物质置于一个去除了细胞核的卵细胞之中 该卵细胞开始 22 自行分裂 直至形成一个早期胚胎 若该早期胚胎被置入代孕妇女子宫中 便能发育成克 隆人 从早期胚胎中即可提取对生命成长发育起主干作用的细胞 胚胎干细胞 胚胎干 细胞经过相应的技术处理 便可发展成该病人所需要的各种组织 由于再造的细胞及组织 的基因与病人的基因相同 可以解决以前器官移植治疗方法中的免疫排斥难题 通过这项 技术 因疾病引起的器官功能衰竭 意外事故引起的伤残等 都能得到有效的治疗和治愈 4 生物武器 生物战剂和生物战的区别与联系 生物武器是生物战剂及其施放装置的总称 生物战剂是军事行动中用以杀死人 畜和 破坏农作物的微生物 毒素和其他生物活性物质的统称 用生物战剂进行的战争叫生物战 5 全面理解生物技术的伦理及其原则问题 死危害 必须坚决禁止 考点十二 生态工程 一 生态学原理 1 单一人工林比天然混和林稳定性低 易爆发虫害 物种多样 性原理 2 草原确定合理载畜量 不能过度放牧 协调平衡原理 3 引种考虑适应环境 协调平衡原理 4 林业生态工程建设 既考虑种树又考虑生活问题 整体性原理 5 整体性原理 6 整体性原理和系统整体性原理的比较 整体性原理指社会 经济 自然三方面协调统一 保障整个系统的稳定与平衡 例如 林业建设中自然系统 社会系统与经济系统的关系问题 即种树的同时考虑经济收入 粮 食 燃料等问题 系统整体性原理指整体大于部分之和 即 1 1 2 目的是保持系统有很高的生产力 具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理 如藻类和珊瑚虫 大豆和根瘤菌 地衣植 23 物中藻类和真菌等 二 农业生态系统的设计方案应当符合以下原则 应当能够体现生态学原理与现 代农业技术相结合的原则 应当能够构成一个合理的生产结构 应当体现充分利用自 然界的物质和能量资源 应当体现减少环境污染的原则 应当充分考虑经济 社会和 生态的综合效益 所设计的农业生态系统 从理论上看应当能够实现良性循环 20122012 高考真题之 现代生物科技专题高考真题之 现代生物科技专题 3 2012 天津 1 下列关于细胞的叙述 错误的是 A 自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应 B 胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化 C 组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程 D 造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力 可用于治疗白血病 5 2012 江苏 22 下列事实能体现细胞全能性的是 A 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B 单细胞的 DNA 在体外大量扩增 C 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 24 D 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠 6 2012 江苏 13 下列关于转基因生物安全性的叙述 错误的是 A 种植转基因作物应与传统农业种植区隔离 B 转基因作物被动物食用后 目的基因会转入动物体细胞中 C 种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性 D 转基因植物的目的基因可能转入根际微生物 7 2012 浙江 6 天然的玫瑰没有蓝色花 这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因 B 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因 B 现用基因工程技术培育蓝玫瑰 下列操 作正确的是 A 提取矮牵牛蓝色花的 mRNA 经逆转录获得互补的 DNA 再扩增基因 B B 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因 B C 利用 DNA 聚合酶将基因 B 与质粒连接后导入玫瑰细胞 D 将基因 B 直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 8 2012 上海卷 13 以绵羊红细胞刺激小鼠脾脏 B 淋巴细胞 再将后者与小鼠骨髓 瘤细胞融合形成杂交瘤细胞克隆群 由此筛选出的单克隆杂交瘤细胞所产生的抗体 A 能识别绵羊整个红细胞 B 只识别绵羊红细胞表面的特定分子 C 能识别绵羊所有体细胞 D 只识别绵羊所有体细胞表面的特定分子 9 2012 福建 32 生物一现代生物科技专题 必答题 10 分 肺细胞中的 let7 基因表 达减弱 癌基因 RAS 表达增强 会引发肺癌 研究人员利用基因工程技术将 let 7 基因导 人肺癌细胞实现表达 发现肺癌细胞的增殖受到抑制 该基因工程技术基本流程如图 1 请回答 1 进行过程 时 需用 酶切开载体以插入 let 7 基因 载体应有 RNA 聚合酶 识别和结合的部位 以驱动 let 7 基因转录 该部位称为 25 2 进行过程 e 委时 需用 酶处理贴附在培养皿壁上的细胞 以利于传代培养 3 研究发现 如 let 7 基因能影响癌基因 RAS 的表达 其影响机理如图 2 据图分析 可从细胞中提取 进行分子杂交 以直接检测 let 7 基因是否转录 肺癌细胞增 殖受到抑制 可能是由于细胞中 RASmRNA RAS 蛋白质 含最减少引起的 10 2012 海南卷 31 生物 选修 3 现代生物科技专题 15 分 已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产 乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种 蛋白质后死亡 因此 可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内 使甲种农作物获得抗 乙种昆虫危害的能力 回答下列问题 1 为了获得丙中蛋白质的基因 在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上 推测出丙 中蛋白质的 序列 据此可利用 方法合成目的基因 获得丙中蛋白质的基 因还可用 方法 2 在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中 常需使用 酶和 3 将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养 筛选出含有丙种蛋白 质的愈伤组织 由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗 的危害 4 若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口 则该植株的种 子 填 含有 或 不含 丙种蛋白质基因 11 2012 安徽卷 31 24 分 甲型血友病是由 X 染色体上的隐性基因导致的遗传病 H 对 h 为显性 图 1 中两个家系都有血友病发病史 2和 3婚后生下一个性染色体组 成是 XXY 的非血友病儿子 2 家系中的其他成员性染色体组成均正常 1 根据图 1 填 能 或 不能 确定 2两条 X 染色体的来源 4与正常女子结婚 推断其女儿患血友病的概率是 26 4 补给 F8 可治疗甲型血友病 采用凝胶色谱法从血液中分离纯化 F8 时 在凝胶装填色 谱柱后 需要用缓冲液处理较长时间 其目的是 若 F8 比某些杂蛋白 先收集到 说明 F8 的相对分子质量较这些杂蛋白 5 利用转基因猪乳腺生物反应器可生产 F8 要使乳腺细胞合成 F8 构成表达载体 时 必须将 F8 基因 cDNA 与猪乳腺蛋白基因的 等调控组件重组在一 起 F8 基因 cDNA 可通过克隆筛选获得 该 cDNA 比染色体上的 F8 基因短 原因是该 cDNA 没有 6 为获得更多的转基因母猪 可以采用体细胞克隆技术 将纯合转基因母猪的体 细胞核注入 构建重组胚胎进行繁殖 12 2012 全国新课程 40 15 分 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 限制性内切酶切割 分子后产生的片段 其末端类型有 和 质粒运载体用 EcoR 切割后产生的片段如下 为使运载体与目的基因相连 含有目的基因的 DNA 除可用 EcoR 切割外 还可用另一 种限制性内切酶切割 该酶必须具有的特点是 按其来源不同 基因工程中所使用的 DNA 连接酶有两类 即 DNA 连接 酶和 DNA 连接酶 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反 27 转录产物 常采用 技术 基因工程中除质粒外 和 也可作为运载体 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受 体细胞 原因是 13 2012 天津 8 20 分 黄曲霉毒素 B1 AFB1 存在于被黄曲霉菌污染的饲料 中 它可以通过食物链进入动物体内并蓄积 引起瘤变 某些微生物能表达 AFB1 解毒 酶 将该酶添加在饲料中可以降解 AFB1 清除其毒性 1 AFB1 属于 类致癌因子 2 AFB1 能结合在 DNA 的 G 上 使该位点受损伤变为 G 在 DNA 复制中 G 会 与 A 配对 现有受损伤部位的序列为 经两次复制后 该序列突变为 3 下图为采用基因工程技术生产 AFB1 解毒酶的流程图 据图回答问题 在甲 乙条件下培养含 AFB1 解毒酶基因的菌株 经测定 甲菌液细胞密度小 细 胞含解毒酶 乙菌液细胞密度大 细胞不含解毒酶 过程 l 应选择 菌液的细胞提 取总 RNA 理由是 过程 中 根据图示 可以看出与引物结合的模版是 检测酵母菌工程菌是否合成了 AFB1 解毒酶 应采用 方法 4 选取不含 AFB1 的饲料和某种实验动物为材料 探究该 AFB1 解毒酶在饲料中的 解毒效果 实验设计及测定结果间下表 28 据表回答问题 14 2012 浙江 31 12 分 请根据以下提供的实验材料 完善生物制剂 W 对动物不同细 胞的分裂具有促进作用的实验思路 并预测实验结果 实验材料 培养液 正常体细胞 癌细胞 W 胰蛋白酶 要求与说明 答题时不考虑加入 W 后的体积变化等误差 提供的细胞均具有分裂能 力 只进行原代培养且培养条件适宜 1 实验思路 取培养瓶若干个 分组如下 每组设置若干个重复样品 各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后 各取其中的几个样品 加入 摇匀 在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数 重复 若干次 2 预测实验结果 用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示 15 2012 全国新课程 39 15 分 为了探究 6 BA 和 IAA 对某菊花品种茎尖外植体 再生丛芽的影响 某研究小组在 培养基中加入 6 BA 和 IAA 配制成四种培养基 见下 表 灭菌后分别接种数量相同 生长状态一致 消毒后的茎尖外植体 在适宜条件下培养 一段时间后 统计再生丛芽外植体的比率 m 以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数 n 结果如下表 29 回答下列问题 按照植物的需求量 培养基中无机盐的元素可分为 和 两类 上述培 养基中 6 BA 属于 类生长调节剂 在该实验中 自变量是 因变量是 自 变量的取值范围是 从实验结果可知 诱导丛芽总数最少的培养基是 号培养基 为了诱导该菊花试管苗生根 培养基中一般不加入 填 6 BA 或 IAA 16 2012 山东 34 8 分 生物 生物技术实践 辣椒素作为一种生物碱广泛用 于食品保健 医药工业等领域 辣椒素的获得途径如图 细胞分离 提取 1 图中 和 分别表示辣椒组织培养中细胞的 和 过程 2 图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是 培养基中的生长素和细胞 分裂素用量的比值 填 高 或 低 时 有利于芽的分化 对培养基彻底灭菌 时 应采取的灭菌方法是 3 图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是 用酶解法将愈伤组织分离成 单细胞时 常用的酶是 和纤维素酶 4 提取辣椒素过程中 萃取加热时需安装冷凝回流装置 其目的是 17 2012 山东 35 8 分 生物 现代生物科技专题 毛角蛋白 型中间丝 KIF 基因与绒山羊的羊绒质量密切相关 获得转 KIF 基因的高绒质绒山羊的简单流 程如图 外植体愈伤组织脱毒苗果实 辣椒素 单细胞 根 芽 高产细胞系 细胞培养物 30 1 过程 中最常用的运载工具是 所需要的酶是限制酶和 2 在过程 中 用 处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞 在培养过程 中 将成纤维细胞置于 5 CO2的气体环境中 CO2的作用是 3 在过程 中 用 处理以获取更多的卵 母 细胞 成熟卵 母 细胞在 核移植前需要进行 处理 4 从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是 在胚胎移植前 通过 技术可获得较多胚胎 18 2012 上海卷 六 回答下列有关遗传信息传递和表达的问题 10 分 55 如图 18 所示 若用两种识别切割序列完全不同的限制酶 E 和 F 从基因组 DNA 上切 下目的基因 并将之取代质粒 pZHZ1 3 7kb 1kb 1000 对碱基 上相应的 E F 区域 0 2kb 那么所形成的重组质粒 pZHZ2 A 既能被 E 也能被 F 切开 B 能被 E 但不能被 F 切开 C 既不能被 E 也不能被 F 切开 D 能被 F 但不能被 E 切开 56 已知在质粒 pZHZl 中 限制酶 G 切割位点距限制酶 E 切割位点 0 8kb 限制酶 H 切割位点距限制酶 F 切割位点 O 5kb 若分别用限制酶 G 和 H 酶切两份重组质粒 pZHZ2 样 品 据表 4 所列酶切结果判断目的基因的大小为 kb 并将目的基因内部的限制酶 G KIF 基因 羊胎儿皮 肤组织块 成年母绒山羊 导入目的基 因的细胞 卵 母 细胞 成纤维细胞 重组表 达载体 转基因 绒山羊 代孕 母羊 早期 胚胎 重组 细胞 31 和 H 切割位点标注在图 19 中 57 若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物 则需将重组质粒 pZHZ2 导入 至山羊的 细胞中 若 pZHZ2 进入细胞后插入在一条染色体 DNA 上 那么获得转基因 纯合子山羊的方式是 58 上述目的基因模板链中的 TGA 序列对应一个密码子 翻译时识别该密码子的 tRNA 上相应的碱基序列是 一般而言 一个核糖体可同时容纳 分子的 tRNA 20112011 高考真题之 现代生物科技专题高考真题之 现代生物科技专题 1 2011 广东卷 华南虎是国家一级保护动物 可采用试管动物技术进行人工繁殖 该技术包括的环节有 转基因 核移植 体外受精 体细胞克隆 胚胎移植 A B C D 2 2011 浙江卷 将 ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒 pET28b 导入大肠杆菌并成功 表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 A 每个大肠杆菌细胞至少含一个重细胞质粒 B 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 C 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个 ada D 每个插入的 ada 至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 32 4 2011 江苏卷 下列关于胚胎工程的叙述 错误的是 A 体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精 B 受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植 C 早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需要加入血清 D 试管婴儿技术主要包括体外受精 早期胚胎培养和胚胎移植技术 5 2011 天津卷 下列叙述正确的是 A 胚胎发育过程中不存在细胞衰老或凋亡现象 B 用小鼠不同器官和组织构建的 cDNA 文库相同 C 垂体功能受损的幼犬会出现抗寒能力减弱等现象 D 刺激支配肌肉的神经 引起该肌肉收缩的过程属于反射 6 2011 浙江卷 培育 试管山羊 的基本过程如下图所示 若要培育成功 下列叙 述正确的是 A 甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使用其超数排卵 B 乙过程的目的之 是促进卵母细胞和精子的成熟 C 丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D 丁过程中早期胚胎须移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内 7 2011 安徽卷 9 分 家蚕细胞具有高效表达外源基因能力 将人干扰素基因 导入家蚕细胞并大规模培养 可以提取干扰素用于制药 1 进行转基因操作前 需用 酶短时处理幼蚕组织 以便获得单个细胞 2 为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达 需要把来自 cDNA 文库的干扰素基因片段 正确插入表达载体的 和 之间 3 采用 PCR 技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞 改 PCR 反应体系的主要成 分应该包含 扩增缓冲液 含 Mg2 水 4 种脱氧核糖苷酸 模板 DNA 和 4 利用生物反应器培养家蚕细胞时 的细胞会产生接触抑制 通常将多孔的中空薄壁 小玻璃珠放入反应器中 这样可以 增加培养的细胞数量 也有利于空气 交换 33 8 2011 江苏卷 请回答基因工程方面的问题 1 利用 PCR 技术扩增目的基因 其原理与细胞同 DNA 复制类似 如下图所示 图中引物为单链 DNA 片段 它是子链合 成延伸的基础 从理论上推测 第四轮循环产物中含有引物 A 的 DNA 片 段所占的比例为 在第 轮循环产物中开始出现两 条脱氧核苷酸链等长的 DNA 片段 2