二轮复习现代生物科技专题学案2

专题十一现代生物科技专题网络构建考纲导向·明目标KAOGANGDAOXIANGMINGMUBIAO考纲要求素养定位1．基因工程的诞生。(Ⅰ)2．基因工程的原理及技术(含PCR技术)。(Ⅱ)3．基因工程的应用(Ⅱ)。4．蛋白质工程(Ⅰ)。5．植物的组织培养。(Ⅱ)6．动物细胞培养与核移植技术。(Ⅱ)7．细胞融合与单克隆抗体。(Ⅱ)8．动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础。(Ⅰ)9．胚胎干细胞的移植。(Ⅰ)10．胚胎工程的应用。(Ⅱ)11．转基因生物的安全性。(Ⅰ)12．生物武器对人类的威胁。(Ⅰ)13．生物技术中的伦理问题。(Ⅰ)14．简述生态工程的原理。(Ⅱ)15．生态工程的实例。(Ⅰ)1．深化对生命观念的理解和应用，突出生命伦理观。(生命观念)2．综合培养科学思维、技术思维、工程思维和伦理思维。(科学思维)3．发展学生探究与实践能力，理解科学的过程和本质。(科学探究)4．引导关注科学技术的应用，增强社会责任感。(社会责任)核心考点一基因工程与蛋白质工程核心知识·精解读HEXINZHISHIJINGJIEDU1．图解基因工程的三种工具、四步操作(1)三种工具(2)四步操作2．图解PCR相关知识3．图解蛋白质工程考题解密1．(2022·湖南高考，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是___氨基酸序列多肽链__，物质b是__mRNA__。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是__密码子的简并性__。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有__从基因文库中获取目的基因__、__通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成__和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__DNA双链复制__。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的__种类__(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是__提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏__。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：__取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间__。【解析】(1)据分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。2．(2021·全国乙类卷，38)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。回答下列问题：(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中__EcoRⅠ、PstⅠ__酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。上图中__EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ__酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是__磷酸二酯键__。(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能__自我复制__；质粒DNA分子上有__一至多个限制酶切位点__，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是__用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞__。(4)表达载体含有启动子，启动子是指__位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程__。【解析】(1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端，E.coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.coliDNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接时形成磷酸二酯键。(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因的载体，首先质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性核酸内切酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，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，最终获得需要的蛋白质。变式突破1．(2021·广东高考)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。回答下列问题：(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有__从基因文库中获取、人工合成__(答出两种即可)。(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，方法有__酶解法(使用蛋白酶进行水解)、高温处理__(答出两种即可)。(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备__感受态__细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有__抗原—抗体杂交技术__。(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是__可溶性淀粉的分解效率降低__。在分子水平上，可以通过改变__酶相应基因的碱基序列__，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。【解析】(1)获得目的基因的方法除PCR技术外，还有从基因文库中获取、人工合成等方法。(2)蛋白酶可分解蛋白质，但不会分解DNA；蛋白质在高温条件下会变性失活，而DNA虽然在高温时会变性，但在低温时又会复性，因此在制备高质量的DNA模板时，去除蛋白可采用酶解法或高温处理。(3)将大肠杆菌作为基因工程的受体细胞时，首先应用Ca2+处理，使其成为能吸收外界DNA的感受态细胞。检测目的基因是否成功表达出酶蛋白可采用抗原—抗体杂交技术。(4)酶的作用条件有适宜的温度、pH等，温度过低，酶的活性会降低，温度过高、强酸或强碱的情况下，酶的活性会降低甚至失活，依据题图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系，这4种酶的最适反应条件不同，会导致可溶性淀粉的分解效率降低。可通过蛋白质工程实现对酶特性的改造和优化，在分子水平上，改变酶相应基因的碱基序列，从而改变酶蛋白的结构，最终实现优化酶特性的目的。2．(2022·景德镇模拟)研究人员利用小鼠的单倍体ES细胞(只有一个染色体组)，成功培育出转基因小鼠。其主要技术流程如图所示，请分析回答下列问题：(1)利用PCR技术可以扩增目的基因，PCR反应体系中除含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)引物外，还应含有__耐高温的DNA聚合酶__；引物应选用图乙中的__A和D__(填图中字母)。(2)在基因工程操作步骤中，过程①②称为__基因表达载体的构建__。已知氨苄青霉素不能有效杀死小鼠细胞，而一定浓度的G418能有效杀死不具有Neor的小鼠细胞。结合图甲推测，过程①选用的两种限制酶是__Ⅰ和Ⅱ__(填图中的编号)，③处的培养液应添加__G418__(填“氨苄青霉素”或“G418”)。(3)图中桑椹胚需通过__胚胎移植__技术移入代孕小鼠子宫内继续发育，进行该操作前需对受体小鼠进行__同期发情__处理。【解析】(1)利用PCR技术可以扩增目的基因，PCR反应体系中除含缓冲液、模板DNA、四种脱氧核苷酸和引物以外，还应含有耐高温的DNA聚合酶；根据引物的延伸方向可知，应该选择引物A和D，可以扩增两种引物之间的序列。(2)过程①②即构建基因表达载体的过程。已知氨苄青霉素不能有效杀死小鼠细胞，而一定浓度的G418能有效杀死不具有Neor的小鼠细胞。故应保留G418抗性基因，过程1应该选用Ⅰ、Ⅱ进行切割，③处的培养液应添加G418，对目的基因进行筛选。(3)图中桑椹胚需通过胚胎移植移入代孕小鼠子宫内继续发育，进行胚胎移植前需对受体小鼠进行同期发情处理，让供受体处于相同的生理状态。核心考点二细胞工程核心知识·精解读HEXINZHISHIJINGJIEDU1．比较记忆植物组织培养与动物细胞培养项目植物组织培养动物细胞培养取材植物幼嫩部位动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织过程结果获得植株个体，可以体现全能性获得新的细胞(组织)，不形成个体，不体现全能性条件①无菌②营养物质③适宜条件④植物激素①无菌、无毒②营养物质，血清等③适宜的温度和pH④气体环境：O2、CO2应用①植株快速繁殖②脱毒植株的培养③人工种子④生产药物、杀虫剂等⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产②皮肤移植材料的培育③检测有毒物质④生理、病理、药理学的研究2．理清克隆动物培育流程3．比较记忆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、细胞的全能性细胞膜的流动性过程相关酶纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶或胶原蛋白酶融合方法物理法：离心、电激、振动；化学法：聚乙二醇等试剂诱导除物理法和化学法外，还可以用灭活的病毒诱导(生物法)结果杂种植株杂交细胞意义克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能4．准确记忆单克隆抗体的“一过程两特点”(1)制备过程：(2)单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高可大量生产。考题解密3．(2022·浙江6月，29节选)回答与植物转基因和植物克隆有关的问题：(1)在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因操作过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制__农杆菌__生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度__过低__时，通常会出现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的__敏感性__检测。(2)为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的__再生__能力和遗传稳定性。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内__细胞核__形态是否改变进行判断，也可通过观察分裂期染色体的__形态特征和数量__，分析染色体组型是否改变进行判断。(3)植物转基因受体全能性表达程度的高低主要与受体的基因型、培养环境、继代次数和__培养时间__长短等有关。同时也与受体的取材有关，其中受体为__受精卵__时全能性表达能力最高。【解析】(1)野生的农杆菌没有抗性基因，用于转化植物细胞的农杆菌一般在其T-DNA中插入一种抗生素抗性基因。抗生素的作用是抑制细菌生长，农杆菌属于细菌，在其侵染植物过程中，可以用另一种抗生素抑制农杆菌的生长，从而达到在后续实验中消除转化植物细胞中农杆菌的作用。具有T-DNA中抗性基因的细胞能在含有相应抗生素的培养基上存活。当培养基中抗生素浓度过低时，很多没有抗性的细胞也存活下来，因此出现假阳性，故在转基因前要对受体进行抗生素的敏感性检测。(2)转基因植株要经过植物组织培育，要提高培育转基因植株的成功率，应该选再生能力和遗传稳定性较强的受体，这种受体全能性较高，能保持生物的性状。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞核形态是否改变进行判断，也可以直接在光学显微镜下观察分裂期染色体的形态特征和数量，分析染色体组型是否改变。(3)植物转基因受体全能性表达程度高低除了与受体基因型、培养环境、继代次数有关外，还与培养时间长短和受体的取材有关，受精卵是没分化的细胞，分裂和分化能力都很强，故受体为受精卵时全能性表达能力最高。4．(2021·湖南高考)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是__限制性核酸内切酶(限制酶)__，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的__磷酸二酯键__断开。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是__清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害__。(3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是__动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难__。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为__细胞体积小，细胞核大，核仁明显(任选两点作答)__(答出两点即可)，功能上具有__发育的全能性__。(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的__B__淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路__用特定抗原刺激小鼠，然后取出已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，看筛选出杂交瘤细胞能否产生M蛋白的单克隆抗体，如果不能产生，说明M基因在克隆动物A中已失活__。【解析】(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是限制性核酸内切酶(限制酶)。限制性核酸内切酶是作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率低。胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，制备M蛋白的单克隆抗体；若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，如果M基因已经失活，则克隆动物A中无法产生M蛋白的单克隆抗体，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故设计思路为：用特定抗原刺激小鼠，然后取出已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，看筛选出杂交瘤细胞能否产生M蛋白的单克隆抗体，如果不能产生，说明M基因在克隆动物A中已失活。变式突破3．(2022·海南文昌二模)凤梨草莓是一种外形酷似草莓，口感酷似凤梨的水果，被誉为“果中皇后”。如图表示利用现代生物技术改良野生草莓品系的过程。请回答下列问题：(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程，应用了植物细胞工程中的__植物组织培养__技术，此技术的原理是__植物细胞的全能性__。(2)①过程中欲将目的基因导入四倍体草莓试管苗，获得抗虫草莓，通常要用到农杆菌，该过程中，首先要将目的基因插入__农杆菌中Ti质粒的T-DNA__上，这是因为__农杆菌中Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体DNA上__。除了该方法之外，将目的基因导入植物细胞的方法还有__花粉管通道法__。(3)要想通过上述过程获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种，__不能__(填“能”或“不能”)利用抗虫草莓和凤梨草莓进行杂交的方法获得可以稳定遗传的新品种，原因是__抗虫草莓和凤梨草莓之间存在生殖隔离__。从细胞工程技术角度考虑，可行的方法是__先用花药离体培养分别获得单倍体幼苗，再利用植物体细胞杂交技术获得同时具有凤梨口味和抗虫特性的六倍体草莓__。【解析】(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程，应用了植物细胞工程中的植物组织培养技术。此技术的原理是植物细胞的全能性。(2)①过程中欲将目的基因导入四倍体草莓试管苗，获得抗虫草莓，通常要用到农杆菌，该过程中，首先要将目的基因插入农杆菌中Ti质粒的T-DNA上，这是因为农杆菌中Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。除了该方法之外，将目的基因导入植物细胞的方法还有花粉管通道法。(3)要想通过②过程获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种。不能利用抗虫草莓和凤梨草莓进行杂交的方法获得可以稳定遗传的新品种，原因是抗虫草莓和凤梨草莓之间存在生殖隔离。从细胞工程技术角度考虑，可行的方法是先用花药离体培养分别获得单倍体，再利用植物体细胞杂交技术获得同时具有凤梨口味和抗虫特性的六倍体草莓。4．现代生物科技不断发展，在治疗癌症等重大疾病方面发挥着越来越重要的作用。如图是能同时识别抗原A、B的双特异性单克隆抗体的结构图解和部分制备过程，请回答下列问题。(1)抗体的结构类似Y字形，由两条重链和两条轻链组成，Y字形结构的顶端为抗原结合部位(可变)。这些肽链在核糖体合成后，经__内质网、高尔基体__等细胞器加工、连接形成有活性的抗体。(2)单克隆杂交瘤细胞能够迅速大量增殖，原因是__单克隆杂交瘤细胞是由已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成，骨髓瘤细胞具有无限增殖(体外大量增殖)的能力__。(3)图中的单克隆杂交瘤细胞与脾脏细胞的融合细胞需要经过多次的检测和筛选才能得到少量的能产生双特异性单克隆抗体的单克隆杂交—杂交瘤细胞。根据题中信息，简述可能的原因：__部分融合细胞丢失了与抗体合成有关的染色体、不同的多肽链组合可以形成的抗体类型较多__(答出2种即可)。(4)人体内T细胞可以识别、杀伤癌细胞。以癌细胞细胞膜外表面的特异性蛋白为抗原A，T细胞细胞膜外表面的受体蛋白(能激活其免疫能力)为抗原B，科学家设计了1种双特异性单克隆抗体。这种双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果优于抗体1、2联合使用，原因是__这种双特异性单克隆抗体使T细胞更容易(更精准或更高概率)接触到癌细胞(合理即可)__。【解析】(1)抗体等分泌蛋白的合成与分泌过程：附着在内质网上的核糖体合成蛋白质→内质网进行粗加工→内质网“出芽”形成囊泡→高尔基体进行再加工形成成熟的蛋白质→高尔基体“出芽”形成囊泡→细胞膜，整个过程还需要线粒体提供能量。所以，抗体等这些肽链在核糖体合成后，经内质网、高尔基体等细胞器加工、连接形成有活性的抗体。(2)骨髓瘤细胞内原癌基因和抑癌基因发生了突变，从而具有在体外培养条件下无限增殖的能力。而单克隆杂交瘤细胞由已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成，骨髓瘤细胞具有无限增殖(体外大量增殖)的能力，因此单克隆杂交瘤细胞能够迅速大量增殖。(3)根据题中信息可知，部分融合细胞丢失了与抗体合成有关的染色体或不同的多肽链组合可以形成的抗体类型较多等原因，导致图中的单克隆杂交瘤细胞与脾脏细胞的融合细胞需要经过多次的检测和筛选才能得到少量的能产生双特异性单克隆抗体的单克隆杂交—杂交瘤细胞。(4)人体内T细胞可以识别、杀伤癌细胞。以癌细胞细胞膜外表面的特异性蛋白为抗原A，T细胞细胞膜外表面的受体蛋白(能激活其免疫能力)为抗原B。双特异性单克隆抗体能将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。因为双特异性单克隆抗体使T细胞更容易(更精准或更高概率)接触到癌细胞，所以，双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果优于抗体1、2联合使用。核心考点三胚胎工程核心知识·精解读HEXINZHISHIJINGJIEDU1．准确记忆早期胚胎发育过程2．熟知胚胎工程的操作流程(1)胚胎移植过程中两次使用激素，第一次常用孕激素对供、受体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素对供体做超数排卵处理。(2)胚胎移植过程中的两次检查：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。(3)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖，取决于胚胎是由受精卵形成的(有性生殖)，还是由核移植技术形成重组细胞发育而成或胚胎分割形成的(无性生殖)。3．试管婴儿和设计试管婴儿(1)设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程④。(2)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。(3)两者都需体外受精，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。考题解密5．(2022·全国甲卷，38)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是__冷冻保存__。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是__刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精__；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是__肝素或钙离子载体A23187__(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__MⅡ中期__时才具备与精子受精的能力。(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有__维生素、氨基酸、核苷酸__(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是__对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代__。【解析】(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精，故在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期(MⅡ中期)才能具备与精子受精的能力。(2)进行早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸、有机盐等。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术，即对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代。变式突破5．胚胎干细胞必须从胚胎中获取，但这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。科学家通过体外诱导成纤维细胞，获得了类似于胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。因为诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可来源于病人自身的体细胞，因此iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。如图为iPS细胞的获得及用其培育不同种细胞的示意图(c-Myc、KIf4、Sox2和Oct-3/4等基因与细胞的脱分化有关)。回答下列问题：(1)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__胃蛋白酶的最适pH为酸性，适合成纤维细胞生活的适宜pH近中性，在适合细胞生存的环境中胃蛋白酶不能发挥作用__。(2)在培养iPS细胞的过程中，培养基中应含有细胞所需的各种营养物质，并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是__为细胞提供充足的营养物质，并清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身的伤害__。为了给培养物提供无菌环境，可进行的操作是__对培养液、培养皿进行灭菌处理，向培养液中添加抗生素__。(3)过程③④为iPS细胞提供的条件不同，分化得到的细胞不同，可知细胞分化是__外界条件不同诱发基因选择性表达__的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内的优势是__能避免发生免疫排斥反应__。(4)如果诱导iPS细胞定向分化为原始生殖细胞，该技术可能的应用是__优良动物的大量繁殖、濒危动物的繁育、治疗不孕不育症等__。【解析】(1)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。胃蛋白酶的最适pH为酸性，适合成纤维细胞生活的适宜pH近中性，在适合细胞生存的环境中胃蛋白酶不能发挥作用。因此不能用胃蛋白酶处理成纤维细胞。(2)定期更换培养液的目的是为细胞提供充足的营养物质，并清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身的伤害。为了给培养物提供无菌环境，可进行的操作是对培养液、培养皿进行灭菌处理，向培养液中添加抗生素。(3)过程③④为iPS细胞提供的条件不同，分化得到的细胞不同，可知细胞分化是外界条件不同诱发基因选择性表达的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内的优势是能避免发生免疫排斥反应。(4)如果诱导iPS细胞定向分化为原始生殖细胞，该技术可能的应用是优良动物的大量繁殖、濒危动物的繁育、治疗不孕不育症等。6．(2022·白银市会宁模拟)如图是运用生物工程技术培育“转基因试管牛”的图解。请回答下列相关问题：(1)图中①过程之前通常采用__化学诱导__法对采集的良种公牛精子进行获能处理。精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在__出生前(或胎儿时期)__完成的。(2)图中③过程通常选择发育到__桑椹胚或囊胚__阶段的胚胎进行移植，移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是__受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应__。(3)构建药用蛋白基因表达载体需要将药用蛋白基因与__乳腺蛋白基因__的启动子等调控组件重组在一起，通过__显微注射__方法导入到性染色体组成为__XX__的受精卵中。(4)若得到的药用蛋白不稳定，在体外保存期短。为解决这一问题，可通过对药用蛋白基因进行__基因修饰__来实现对现有药用蛋白的改造。【解析】(1)对精子进行获能处理时，对于牛、羊等家畜的精子常采用化学诱导法。精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前(或胎儿时期)完成的。(2)图中③为胚胎移植过程，该过程通常选择发育到桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行移植；移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。(3)要使目的基因只在乳腺中表达，在构建药用蛋白基因表达载体时需要将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；由于只有雌性个体能产生乳汁，因此要导入到性染色体组成为XX的受精卵中。(4)为了解决药用蛋白在体外保存期短的问题，可通过对药用蛋白基因进行基因修饰来实现对现有药用蛋白的改造，属于蛋白质工程的范畴。核心考点四生态工程核心知识·精解读HEXINZHISHIJINGJIEDU1．熟记生态工程的原理和实例2．准确判断生态工程实例中的主要原理生态工程实例生态工程原理无废弃物农业遵循物质循环再生原理在人工林中增加植被层次遵循物种多样性原理太湖水体富营养化引起大面积水华违反协调与平衡原理前面造林，后面砍树违反整体性原理3．整体性原理和系统整体性原理的对比分析(1)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，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。(2)系统整体性原理指总体功能大于各部分之和，即“1＋1>2”，目的是保持系统有很高的生产力，如藻类和珊瑚虫组成的高效的植物——动物营养循环使珊瑚礁能够保持很高的系统生产力，体现了系统整体性原理。考题解密6．(2022·广东高考，22)“绿水逶迤去，青山相向开”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。回答下列问题：(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对__引物__，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是__作为标记基因，筛选含有目的基因表达载体的受体细胞__，终止子的作用是__终止转录，使转录在需要的地方停下来__。(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是__二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长__，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。(4)这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了__废物的资源化__，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于__不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳__，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。【解析】(1)利用PCR技术扩增目标酶基因，首先需要根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物，引物与模板链结合后，Taq酶才能从引物的3′端延伸子链。(2)基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于筛选含有目的基因表达载体的受体细胞，终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。(3)重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体大量用于合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以会导致生长迟缓。(4)根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，以高污染企业排放的二氧化碳等一碳温室气体为原料，实现了废物的资源化，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术生产丙酮的过程不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，所以具有广泛的应用前景和良好的社会效益。变式突破7．(2022·南昌二模)立体农业是对农业概念的一种新的概括，利用各种农作物在生长发育过程中的时间差和空间差进行合理配置实现高产优质生产系统，来获得最大经济效益。某农场在百香果树下试种了木耳、草菇等食用菌；桉树下种植菠萝；柑橘林下养鸡等等。根据资料，回答下列问题：(1)立体农业是运用了群落的__空间结构__原理，为充分利用__空间和资源__而发展起来的一种农业生产模式。(2)草菇在生态系统中的成分属于__分解者__。柑橘林下养鸡成了该农场一道独特的风景线，成为了当地的旅游特色，体现了生物多样性的__直接__价值。(3)桉树是根深性物种，菠萝根系大部分在地表。两种植物根系深浅搭配的意义是__合理地利用了不同层次土壤内的水分和养分__。(4)结合所学知识说说立体农业的优点：__能提高能量利用率、能充分利用空间和资源、能提高农产品的产量、有利于环境保护__(答出2点)。【解析】(1)由题干信息“某农场在百香果树下试种了木耳、草菇等食用菌；桉树下种植菠萝；柑橘林下养鸡等等”可知，该生态系统利用了群落的垂直结构，因此立体农业是运用了群落的空间结构原理，为充分利用空间和资源而发展起来的一种农业生产模式。(2)草菇是真菌，在生态系统成分中属于分解者，柑橘林下养鸡成了该农场一道独特的风景线，成为了当地的旅游特色，这体现生物多样性的直接价值。(3)桉树是根深性物种，菠萝根系大部分在地表，两种植物的根系深浅搭配可以合理