浙科版选修3释疑

浙科版选修3

《现代生物科技专题》

问题释疑基因工程1．限制酶和质粒都是只存在与细菌中吗？不是。不但细菌中存在限制酶和质粒，在酵母菌中也有限制酶和质粒。基因工程微生物中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。微生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列(类似于人体的凝集原于抗凝集素的关系)，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基〔A、C〕上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管微生物中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。2．为什么微生物中的限制酶不剪切自身的DNA？基因工程GAATTCCTTAAG3．限制酶所识别的序列有什么特点？限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列(回文结构)的。EcoRI基因工程4.限制酶的组合使用〔双酶切〕问题(2023海南生物卷)图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRI〔G↓AATTC〕、BamHI〔G↓GATCC〕的酶切位点，ampR为青霉素抗性基因，tctR为四环素抗性基因，P为启动因子，T为终止子，ori为复制原点。目的基因的两端分别有包括EcoRI、BamHI在内的多种酶的酶切位点。〔1〕将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有、、三种。假设要从这些连接产物中别离出重组质粒，需要对这些连接产物进行别离纯化。〔2〕在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶时。基因工程同一种限制酶→相同限制酶〔P6〕目的基因AATTCGCTTAAG目的基因AATTCGCTTAAG目的基因AATTCGCCTAGG目的基因AATTCGCCTAGG仅用限制酶EcoRI〔G↓AATTC〕切割：限制酶EcoRI〔G↓AATTC〕和BamHI〔G↓GATCC〕联合切割：GCTTAAGATCCG质粒目的基因AATTCGCCTAGG5．PCR过程中退火〔复性〕温度确实定依据PCR过程中退火〔复性〕温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？____。PCR过程包括变性→退火→延伸三个步骤，退火温度一般低于引物本身变性温度5℃，一般退火温度40～60℃之间。而变性所需的加热温度取决于引物本身双链DNA中的G+C含量。双链DNA中的G+C的比率越高，那么双链DNA别离变性的温度也就越高。对表1的引物对A和B比较可知，引物对A的两条链中A、T两种碱基的比例高，引物对B的两条链中G、C两种碱基的比例高，所以退火时引物对B的温度要求较高。基因工程6.双标记基因问题以下图a示基因工程中经常选用的载体——pBR322质粒，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中，将使该基因失活，而不再具有相应的抗性。为了检查载体是否导入原本没有Ampr和Tetr的大肠杆菌，将大肠杆菌培养在含氨苄青霉素的培养基上，得到如图b的结果〔黑点表示菌落〕。再将灭菌绒布按到图b的培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布平移按到含四环素的培养基上培养，得到如图c的结果〔空圈表示与b对照无菌落的位置〕。abAmprTetrc基因工程7.目的基因表达的检测方法怎样？①检测目的基因是否转录出了mRNA②检测目的基因是否翻译成蛋白质〔2〕常用的技术：①利用DNA-RNA分子杂交看否生成了相应mRNA;②用抗原－抗体发生特异性结合看是否合成了相应的蛋白质;③从个体水平看是否表现出特定的性状，如用棉花叶喂虫，看虫食用后是否死亡判断抗虫基因在棉花植株上的表达。目的基因相应的蛋白质mRNA翻译转录基因工程插入哪一条染色体、插入某一染色体的位置都是随机的，还有可能破坏正常基因的结构和功能，使受体细胞不能完成某项生命活动甚至死亡。8．目的基因插入动植物细胞基因组的随机性问题基因工程糖蛋白是蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网上加工完成的。内质网存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这种细胞器，因此，由大肠杆菌中生产糖蛋白是不可能的。9．基因工程中为生产糖蛋白，为什么不选大肠杆菌选酵母菌为受体细胞？这就可以解释基因工程中为何用大肠杆菌生产人胰岛素原、而用酵母菌生产干扰素。基因工程教材基因治疗的例子中，以T淋巴细胞为目标细胞导入正常功能的基因，经筛选和细胞培养后输入患者的骨髓组织中，以纠正或补偿基因的缺陷，到达治疗疾病的目的。这里有同学疑问：“T淋巴细胞能在细胞培养中会增殖吗？〞答案是肯定的，T淋巴细胞能在细胞培养中会通过有丝分裂增殖。如在细胞免疫时，当T淋巴细胞接受抗原刺激后，能增殖分化为效应T淋巴细胞〔大多数〕和记忆细胞〔少量〕。10.T细胞能增殖吗？克隆技术1．有性生殖与无性生殖的区别依据类型种类实例无性生殖断裂生殖海星、水绵、蚯蚓、涡虫等分裂生殖细菌、变形虫等孢子生殖霉菌、苔藓、蕨类等出芽生殖酵母菌、水螅营养生殖生姜、马铃薯、大蒜、甘蔗等有性生殖接合生殖草履虫单性生殖蜜蜂、蚜虫等配子生殖生物界中普遍的生殖方式，如卵式生殖克隆技术①有无生殖细胞的问题：有性生殖不一定产生生殖细胞，如接合生殖；无性生殖不一定无生殖细胞，如孢子生殖中的孢子是无性生殖细胞。②有无两性生殖细胞的结合：配子生殖必然经历两性生殖细胞的结合成合子，并由合子发育成新个体；单性生殖中雌雄配子不经结合直接发育成新个体。③区别有性生殖与无性生殖的根本依据是生殖过程中有无经历细胞的减数分裂。1．有性生殖与无性生殖的区别依据克隆技术2．原生质体与原生质层的比较出处结构原生质层验证成熟的植物细胞具有渗透作用－－质壁分离和质壁分离复原实验细胞膜、液泡膜和夹在两膜间的细胞质原生质体植物组织培养和植物细胞工程细胞膜、细胞核和细胞质克隆技术植物组织培养是将离体的植物器官(根、茎、叶、花、果实、种子等)、组织(形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞(体细胞、生殖细胞等)、胚(成熟和未成熟的胚)、胚乳、原生质体等，在无菌条件下培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱发产生愈伤组织、胚状体或不定芽等，再长成完整的植株，统称为植物组织培养。根据外植体来源和培养对象的不同，又分为器官培养、组织培养、胚培养、胚乳培养、原生质体培养等。植物细胞工程是指借助基因工程的方法，将外DNA导入受体细胞中，或通过细胞融合等方法将不同来源的遗传物质重新组合，再将这些转基因细胞或重组细胞通过细胞培养获得具有特定性状的新植株。植物细胞工程意义在于克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，为植物育种开辟了新的前景。所以，植物组织培养是植物细胞工程中的一项根本技术。3．植物组织培养与植物细胞工程的比较克隆技术很多作物都带有病毒，尤其是无性繁殖植物，如马铃薯、甘薯、草莓、大蒜等。长期的病毒感染并在植物体内的积累，使植物的产量和品质不断下降，比方草莓越来越小。植物茎尖或根尖的很少受病毒感染甚至无病毒。利用组织培养方法，取一定大小的茎尖进行培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，再用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少发生病毒。目前利用茎尖脱毒技术组织培养在甘蔗、菠萝、香蕉、草莓、甘薯、马铃薯等主要经济作物上已成功应用。脱去病毒的植物不仅恢复了原来的优良种性，而且产量一般比原来提高30％以上。从根本上解决了植物的退化问题。4．植物组织培养在植物脱毒上的应用克隆技术培养细胞均处在不断分生状态，容易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生诱变，筛选出已诱发植物的突变体，然后分化成植株。目前用诱发细胞突变培育方法已筛选到抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白、矮秆高产的突变体，有些已用于生产。5．诱发细胞突变育种问题克隆技术一种筛选甘薯耐盐突变体的方法１〕将传代培养的甘薯胚性悬浮细胞，进行70－100Ｇｙ的60Ｃｏγ－射线辐照处理，剂量率为1－1.2Ｇｙ／分钟；２〕将处理后的胚性悬浮细胞用液体ＭＳ＋1.5－2.5mg/L2，4－D＋2.0－3.5％NaCl培养３－５周，转至液体ＭＳ＋1.5－2.5mg/L2，4－D＋1.0－2.0％NaCl中培养１－３周，再转至液体ＭＳ＋1.5－2.5mg/L2，4－D中培养；３〕将获得的细胞团转移到固体ＭＳ＋1.5－2.5mg/L2，4－D中培养；４〕将具有体细胞胚的胚性愈伤组织在固体ＭＳ＋０.５－２．０ｍｇ／ＬＡＢＡ＋２.０－３．５％ＮａＣｌ上培养３－５周，转至固体ＭＳ＋０．５－２．０ｍｇ／ＬＡＢＡ＋１．０－２．０％ＮａＣｌ上培养１－３周，再转至固体ＭＳ＋０．５－２．０ｍｇ／ＬＡＢＡ上培养；５〕将再生的小植株培养在ＭＳ根本培养基上，使其形成完整的再生植株；６〕将再生植株培养在ＭＳ＋１．０％－２．０％ＮａＣｌ上；７〕将成活的植株用含有０．５－１．０％ＮａＣｌ的霍格兰溶液水培３－５周，得到甘薯耐盐突变体。克隆技术分散成单个细胞后容易培养，细胞所需的营养容易供给，其代谢废物容易排出；而用大块组织培养时，内部细胞的营养供给和代谢废物的排出都较困难，因此，这些细胞在体外长时间的生存和生长就较困难。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。用酶消化的是细胞间基质，细胞间基质主要成分有胶原蛋白、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹性蛋白等成分。用胰蛋白酶可使其消化，从而使细胞相互别离。6．为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？用酶消化的是什么物质？克隆技术细胞培养过程添加的血清中会含有促进细胞贴壁的因子，细胞在这些贴壁因子的作用下，出现贴壁生长的现象；在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂分裂生长到细胞外表相互接触时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。此时器皿壁上形成单层细胞。但是经过无血清驯化后的细胞，会从贴壁生长转到悬浮生长，目前在生物工程制药领域，趋势是使用无血清的悬浮培养法为主。细胞不贴壁一样可以生长。6．细胞的贴壁生长、悬浮生长与接触抑制克隆技术原代培养：将组织从机体取出后，先用胰蛋白酶处理使组织分散为单个细胞，然后在用细胞悬浮液进行培养的过程。当原代培养到一定时期，细胞会因为密度过大和代谢消耗引起营养枯竭，有害代谢产物积累，导致细胞不能正常生长；贴壁生长的话还会出现接触抑制现象，所以需要进行传代培养。传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。所以，分瓶前的培养是原代培养，分瓶后的培养为传代培养。7．原代培养和传代培养的比较克隆技术细胞系：原代培养物开始第一次传代培养后的细胞称之为细胞系。其中，能够连续传代的细胞叫做连续细胞系或无限细胞系，不能连续培养的细胞称为有限细胞系。大多数二倍体细胞为有限细胞系。无限细胞本质上已是发生转化〔遗传物质改变〕的细胞系，如肿瘤细胞。细胞株：用单细胞别离法或通过筛选的方法，由单细胞增殖形成的细胞群，称细胞株。细胞株的特殊性质或标志必须在整个培养期间始终存在。8．细胞系和细胞株克隆技术不能。因为：①细胞质中线粒体DNA对机体某些重要的遗传特性起重要作用；②个体的性状受环境条件的影响；③在胚胎发育过程中发生了基因突变。9．克隆技术能克隆出完全一样的动物吗？为什么？克隆技术不会。因为：①克隆前要选择优良的供体和受体，可以推动濒危动物向更有利的方向变异；②克隆出来的动物同样也可以进行有性繁殖，这样克隆和有性繁殖交替进行，并不会阻碍遗传多样性的开展。10．用克隆来拯救和保护濒危动物会不会影响遗传多样性？胚胎工程胚胎工程是将雌性动物的早期胚胎,或者通过其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之发育为新个体的技术。胚胎工程中需要用到的技术手段有体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植等。1．胚胎工程和相应的技术手段胚胎工程刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成减数分裂。所以在胚胎工程的体外受精中有卵细胞的采集和培养环节。2．刚排出的卵是成熟的卵子吗？胚胎工程体内受精过程中精子是在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才获得受精能力。胚胎工程的体外受精中精子获能的方法有培养法和化学诱导法，牛、羊的精子常用化学药物诱导获能，诱导获能的药物常用肝素和钙离子载体。3．精子获能问题胚胎工程受精卵→卵裂球→(桑椹胚)→囊胚→原肠胚→三胚层分化为各种组织和器官→从卵膜孵出的幼体或从母体产出的幼体。4．胚胎发育的过程？胚胎工程供体母本要选择具有优良遗传性状的个体；受体母本要选择健康和正常繁殖能力的个体；受体母本与供体母本需要同一物种是为了使移植的胚胎在受体子宫中不发生免疫排斥。处理供体母本是为了超数排卵，采集卵细胞；对受体母畜进行注射促性腺激素的同期发情处理，是为了使受体和供体的生理状态相同，这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，能够正常发育。

5．供体母本、受体母本的选择和处理问题促性腺激素可以促进雌性激素的分泌和卵细胞的生成。如果大量注射雌性激素，就会通过负反响调节影响到下丘脑、垂体和卵巢的分泌功能，对身体健康造成了严重的危害。胚胎工程6．为什么对供体母牛和受体母牛同期发情处理的方法是注射促性腺激素而不是雌性激素？胚胎工程内细胞团是囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的根底细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。假设分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的局部正常发育的能力强，少的局部发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。7．对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？生物技术的平安性a.外源基因插入宿主基因组的局部往往是随机的，可能破坏正常基因的结构。如：(2023江苏卷)如果将外源基因导入小鼠受精卵，那么外源基因可能随机插入到小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能原因是。b.基因间存在相互作用的关系，外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因，甚至会激活原癌基因？c.转基因生物可能威胁生态系统中其他生物的生存，使生态系统的稳定性发生改变。d.转基因技术广泛应用是可能产生“超级生物〞，导致难以消灭的新病原体出现、产生生物入侵等造成生态学灾难。e.人类摄食大量转基因食品可能对有些人产生转基因食品过敏。1．对转基因生物平安性的担忧生物技术的平安性〔1〕反对进行克隆人的理由：①克隆人严重违反了人类伦理道德；②克隆人冲击了现有的婚姻家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；③克隆人是制造在心理上和社会地位上都不健全的人；④克隆技术尚不成熟。〔2〕赞成进行克隆人的理由：①技术问题可以通过胚胎分割,基因诊断和染色体检查等方法得到解决；②克隆人是一项科学研究，既然是科学，就应该允许研究克隆人。〔3〕中国政府的态度：禁止生殖性克隆人，支持治疗性克隆。2．克隆技术引发的伦理问题生物技术的平安性基因检测是从血液或从其他体液和细胞检测一个人的DNA的技术。通过基因检测能有效检测遗传病；早期诊断可使患者得到及时治疗；也可以用于疾病风险的预测。目前已经有20多种疾病可以用基因检测的方法预测。具体的方法有：特殊标记物的突变基因探针方法、酶切方法和基因序列检测的方法等。基因检测引发的问题有:①目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识，要想通过基因检测到达预防疾病的目的是困难的；②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的心理压力；③个人基因资讯的泄露会造成基因歧视。3．基因检测及其引发的问题生态工程间作：在一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物，这种栽培方式叫间种。间种的两种生物共同生长期长。间种往往是高棵作物与矮棵作物间种，其中高作物行数越少，矮作物的行数越多，间种效果越好。套作：在前季作物生长后期的株

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行或畦间播种或栽植后季作物的种植方式。套作的两种或两种以上作物的共同生长期只占生育期的一小局部时间，是一种解决前后季作物间季节矛盾的复种方式

。套作的主要作用是争取时间以提高光能和土地的利用率；提高单位面积产量；有利后季作物适时播种；缓和用工矛盾和防止旱涝或低温灾害。轮作：在同一块田地上有顺序地在季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。有利于均衡利用土壤养分和防治病、虫、草害；能有效地改善土壤的理化性状，调节土壤肥力。从总体上看，间作、套种和轮作的核心区别是同一块土地上不同作物有无共同生长期及其共同生长期的长短，间作、套种和轮作是充分利用光照和土地资源等的措施。1．间作、套种和轮作的比较生态工程2．物质的良性循环使流向分解者的能量，有一局部可以食物中化学能的形式被人类再度利用，充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的多级利用。作物蚯蚓食用菌家畜太阳辐射秸秆发酵饲料粪、屑菌床絮屑产品输出排泄物杂屑产品输出产品输出种子果实作物秸秆的多层分级利用接种接