二轮复习专题19现代生物科技专题(2)课件（58张）

专题十九

现代生物科技专题（2）考点诠释梳理考点锁定重点

一、基因工程1．基因工程的工具

限制性核酸内切酶：能识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上断开磷酸二酯键(特异性识别、切断DNA)。

DNA连接酶：连接被限制酶切开的磷酸二酯键，对脱氧核苷酸序列没有专一性。

载体必须具备的条件有：①能在宿主细胞中保存并大量复制；②有一个至多个限制酶切割位点；③有一定的标记基因，便于筛选；④载体DNA必须是安全的；⑤载体DNA大小适中。2．基因工程的基本操作程序程序说明目的基因的获取①从自然界中已有的物种中分离出来②用人工的方法合成③从基因文库中获得④通过PCR技术获得基因表达载体的构建要点：同种限制酶切割目的基因与质粒；双酶切；载体的要求；基因表达载体的组成将目的基因导入受体细胞①受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞；②导入方法：显微注射法、农杆菌转化法、Ca2＋处理细胞使细胞处于感受态等目的基因的检测与鉴定检测对象：①检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因；②检测目的基因是否转录出了mRNA；③检测目的基因是否翻译成了蛋白质检测方法：分子检测法——①和②都是核酸分子杂交技术，③是抗原—抗体杂交法；形态检测——可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达【例1】(2021·河北卷)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内，进行后续处理(例如，收集植物组织器官异地妥善储存)，可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物，并检测了相关指标。回答下列问题：(1)为获取YCF1基因，将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接，导入受体菌的群体中储存，这个群体称为____________。(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需要的两种酶是____________________。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因，其作用是____________________。(3)进行前期研究时，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，采用最多的方法是__________________。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是_____________________________________。(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中，半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知，与野生型比，转基因植株对Cd具有更强的______(填“耐性”或“富集能力”)；据图2可知，对转基因植株的____________进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是_______________________________________________。相较于草本植物，采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤___________________________________________(写出两点即可)。

解析：基因文库包括基因组文库和cDNA文库，基因组文库包含该物种的全部基因，cDNA文库是部分基因文库。(1)为获取YCF1基因，将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接，导入受体菌的群体中储存，这个群体含有酵母菌的全部基因，称为基因组文库。(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，需要用限制酶切割供体DNA和质粒，以产生相同的黏性末端，然后用DNA连接酶进行连接。基因表达载体中的标记基因可用于目的基因的筛选和鉴定。

解析：(3)农杆菌容易侵染双子叶植物，其质粒中的T­DNA可转移并插入受体细胞DNA中，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，采用最多的方法是农杆菌转化法。考虑转基因技术的安全性，采用不育株系作为实验材料，可避免目的基因在自然界中的扩散。(4)据图1可知，与野生型比，转基因植株地上部分、地下部分和整株干重均增加，说明转基因植株在Cd污染的土壤中生长较好，即对Cd具有更强的耐性；据图2分析，转基因植株的茎、叶中Cd含量明显高于野生型，因此对转基因植株的茎、叶进行后续处理，可使转基因植株持续发挥富集Cd的作用，对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。

解析：(5)YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上，可通过主动运输将Cd离子运到液泡中，提高了细胞液的浓度，有利于植株吸水，所以转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境。相较于草本植物，杨树具有发达的根系和高大的树冠，更适应污染矿区等不良环境，同时可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便运输、利用，作为Cd污染土壤修复植物更具有优势。答案：(1)基因组文库(2)限制酶和DNA连接酶便于目的基因的筛选和鉴定(3)农杆菌转化法避免目的基因在自然界中的扩散(4)耐性茎、叶(5)YCF1可通过主动运输将Cd离子运到液泡中，提高了细胞液的浓度，有利于植株吸水杨树具有发达的根系和高大的树冠，更适应污染矿区等不良环境，同时可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便运输、利用【变式训练1】(2019·天津理综卷)B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达，但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，设计了如下实验。据图回答：(1)B基因在水稻卵细胞中不转录，推测其可能的原因是卵细胞中()A．含B基因的染色体缺失B．DNA聚合酶失活C．B基因发生基因突变D．B基因的启动子无法启动转录D(2)从水稻体细胞或______中提取总RNA，构建____文库，进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能)，然后构建重组表达载体。(3)在过程①②转化筛选时，过程____中T­DNA整合到受体细胞染色体DNA上，过程____在培养基中应加入卡那霉素。精子cDNA②①(4)获得转基因植株过程中，以下鉴定筛选方式不正确的是()A．将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交B．以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交C．以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交D．检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚，观察到细胞内仅含一个染色体组，判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的，而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育，由此表明___________________________________________________。A

B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚解析：(1)含B基因的染色体缺失具有随机性，不会只在卵细胞中缺失，A错误；基因表达包括转录和翻译，需要RNA聚合酶，不需要DNA聚合酶，B错误；B基因发生基因突变具有随机性，不会只在卵细胞中发生，C错误；B基因只在卵细胞中不能转录，可能是基因选择性表达，该基因的启动子在卵细胞中无法启动转录，D正确。(2)水稻体细胞和精子中可以以B基因为模板形成RNA，因此，能够在水稻体细胞或精子中提取RNA。经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过程①需将基因表达载体导入农杆菌，在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达载体的农杆菌。过程②农杆菌感染水稻愈伤组织，农杆菌Ti质粒的T­DNA可整合到受体细胞染色体DNA上。解析：(4)以B基因为模板设计探针检测是否导入了目的基因，制作探针的模板不能随意选择，A错误；以Luc基因为模板设计探针检测是否导入了目的基因，B正确；以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA进行分子杂交，检测目的基因是否转录出mRNA，C正确；通过检测Luc基因是否表达(检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光)，可以检测是否成功翻译出蛋白质，D正确。(5)一般情况下，水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚，而转基因植株未受精的卵细胞能发育成胚，说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。二、细胞工程(高频考点，易错考点)1．植物组织培养和动物细胞培养的比较2.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较例2(2021·湖北竞赛改编)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是()A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的D．癌细胞可进行传代培养

解析：由于接触抑制，动物细胞培养时细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞，A错误；克隆培养法在培养细胞时由于所有子代细胞都来自一个亲代细胞，所以基因型一般都相同，B错误；二倍体细胞的传代培养在培养10代左右多数会死亡，少数生存下来的细胞在50代左右会大量死亡，只有少数遗传物质改变的细胞才能无限增殖，C错误；癌细胞具有无限增殖的特点，可进行传代培养，D正确。答案：D【变式训练2】(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题：(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培育成完整的植株，这是因为植物细胞有________________________________________。(2)步骤c切取的组织块中要带有形成层，原因是___________________________。全能性(或形成完整植株所需的全部基因)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)从步骤e到步骤f需要更换新的培养基，其原因是_______________________________________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的___________________过程，最终可形成试管苗。(4)步骤f要进行光照培养，其作用是________________________________________。(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的___________，这种繁殖方式属于______繁殖。诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或再分化)

诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用

遗传特性无性解析：(1)植物细胞具有全能性，利用已分化的植物细胞通过植物组织培养可以培养成完整植株。(2)形成层细胞分化程度低，全能性较高，更容易诱导形成愈伤组织，进而获得完整植株。(3)愈伤组织的形成和分化形成试管苗需要的生长素与细胞分裂素的比例不同，因此诱导愈伤组织的形成阶段到分化阶段需要不同的培养基。愈伤组织通过再分化过程，最终可形成试管苗。(4)叶绿素的形成需要光，试管苗的生长发育也需要光，因此诱导愈伤组织形成试管苗的阶段需要光照。(5)通过植物组织培养获得植株，属于无性繁殖的一种，可以保持原品种的遗传特性。三、胚胎工程(易错考点)1．精子与卵子的发生(详见图示)

2．受精作用

(1)条件：精子获能、卵子发育到减数第二次分裂中期。

(2)卵子完成受精的标志：卵细胞膜和透明带的间隙可见到两个极体；受精完成的标志：雌、雄原核融合。

(3)受精过程的三大反应：顶体反应、透明带反应、卵细胞膜反应。

3．早期胚胎发育

(1)过程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。

（2）图示：4．胚胎移植的基本程序【例3】(2020·江苏卷改编)小鼠胚胎干细胞经定向诱导可获得多种功能细胞，其制备流程如图所示。下列叙述正确的是()A．为获得更多的囊胚，采用激素注射促进雄鼠产生更多的精子B．细胞a和细胞b内含有的核基因不同，所以全能性高低不同C．用胰蛋白酶将细胞a的膜蛋白消化后可获得分散的胚胎干细胞D．胚胎干细胞和诱导出的各种细胞都需在CO2培养箱中进行培养

解析：为了获得更多的囊胚，可以采用激素促进成熟雌性个体超数排卵，然后将卵细胞从母体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，A错误；细胞a和细胞b是由同一个受精卵经过有丝分裂形成的，故核基因相同，B错误；运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞，首先必须用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理内细胞团，分解细胞间的胶原蛋白等，使之分散成单个细胞，C错误；动物细胞培养时需要在含5%CO2的培养箱中进行培养，以维持培养液的pH，D正确。

答案：D【变式训练3】(2019·山西晋中模拟卷改编)人乳铁蛋白是一种具有免疫作用的含铁的糖蛋白，由乳腺上皮细胞表达和分泌，是母乳与普通婴儿配方奶粉的主要区别之一。应用基因工程和胚胎工程技术，将人的乳铁蛋白基因转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产出人乳铁蛋白已成为可能。其过程大致如下：

Ⅰ.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精子，通过体外受精形成受精卵；Ⅱ.将人乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵，形成重组细胞；Ⅲ.电脉冲刺激重组细胞，促使其形成早期胚胎；Ⅳ.将胚胎移植到受体母牛的子宫中最终发育成转基因牛，从乳汁中获得大量人乳铁蛋白。请回答下列问题：(1)过程Ⅰ在获取卵母细胞之前需用_____________对奶牛进行处理，目的是促使其超数排卵。在体外受精前，需要对奶牛的精子进行______处理。受精时，往往一个卵母细胞只能和一个精子结合，受精过程中防止多精入卵的生理反应包括_______________________________。(2)过程Ⅱ将人的乳铁蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方法是_____________。促性腺激素获能透明带反应和卵细胞膜反应显微注射法(3)进行动物早期胚胎体外培养时，培养液中除了含有各种无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、氨基酸、______、核苷酸等营养成分和动物血清。如果想同时获得更多相同的子代，可采用________技术，若对囊胚进行操作，应注意___________________。(4)早期胚胎移植到代孕奶牛体内时，代孕奶牛对移入子宫的__________基本上不发生__________反应，为其在代孕奶牛体内的存活提供了可能。激素胚胎分割将内细胞团均等分割重组胚胎免疫排斥解析：(1)注射促性腺激素，能够促使雌性动物排卵。体外受精之前，需要对奶牛的精子进行获能处理。受精时，通过透明带反应和卵细胞膜反应防止多精入卵。(2)将目的基因导入动物细胞，通常采用显微注射法。(3)动物早期胚胎体外培养，需要添加各种无机盐和有机盐类、维生素、氨基酸、激素、核苷酸和动物血清等。采用胚胎分割技术，将内细胞团均等分割，可以同时获得多个后代。(4)代孕奶牛对移入子宫的重组胚胎基本不发生免疫排斥反应，为重组胚胎的存活提供了可能。四、生态工程与生态农业(高频考点)1．生态工程的基本原理基本原理理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环再生可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北防护林”建设中的问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题整体性原理社会—经济—自然复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业工程建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理分布式优于集中式和环式改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理总体功能大于部分之和(1＋1>2)保持很高的系统生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系2.生态农业

(1)原理：运用生态学原理(即生态系统的物质循环再生、能量多级利用或生态系统的物质循环与能量流动)，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系。(2)优点：实现物质的循环再生和能量的多级利用，减少环境污染，减少了化肥用量，降低了农业投入。(3)生态农业常见类型①桑基鱼塘模式人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。②沼气农田立体养殖模式

通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。(4)建立生态农业系统的最终目的是实现对能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量尽可能多地流向对人类有益的部分。【例4】(2019·辽宁大连模拟卷改编)为实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，走生态经济之路。某城市政府提出要打造“海绵城市”的理念，所谓“海绵城市”，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称为“水弹性城市”。请回答下列问题：(1)人类要实现可持续发展，必须走____________之路，生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是____________和____________。(2)建设“海绵城市”的一个通常做法是做到雨水回收利用，城市蓄水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统，还种植了许多水生植被辅助净化，这些植物的引种需遵循____________原理；建设“海绵城市”的目的之一是“扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展”，体现了________原理。(3)在进行生态工程建设时，应当根据当地的实际条件、因地制宜进行。如小流域存在的主要问题是________________________，针对这种问题我国甘肃陇南地区总结出了“九子登科”的治理模式。(4)在生态工程的设计和建设中都要遵循________________________，包括________________________和系统整体性原理两个方面。解析：

(1)生态经济主要是通过遵循“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，而实现“循环经济”最重要的手段之一就是生态工程。(2)引种植物时需考虑其与当地气候等条件相适应，应遵循协调与平衡原理；促进经济、社会、生态协调发展，体现了整体性原理。(3)小流域是河流各级支流的集水区域，这些区域存在的主要问题是水土流失比较严重。(4)系统的结构决定功能原理和系统整体性原理构成系统学和工程学原理。

答案：(1)生态经济循环经济生态工程(2)协调与平衡整体性(3)水土流失比较严重(4)系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理【变式训练4】(2019·湖南师大附中二模)下图是某综合发展生态工程示意图。请据图回答下列问题：(1)生态工程所遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、_______________、系统学和工程学原理等。该工程主要运用了________________、________________和整体性原理。(2)蓝绿萍的代谢类型是______________，在生态系统中的地位是________。

物种多样性原理

物质循环再生原理物种多样性原理自养需氧型生产者(3)一般来说，生态工程的主要任务是对________________________________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。(4)在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法依据的生态工程原理是__________。单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的__________原理。

已被破坏的生态环境(或受损的生态环境)整体性原理物种多样性解析：(1)生态工程遵循的基本原理包括整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、物种多样性原理、系统学和工程学原理等。题图以沼气工程为中心实现物质多级循环利用，运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理。(2)蓝绿萍能进行光合作用和有氧呼吸，代谢类型是自养需氧型，属于生态系统中的生产者。(3)一般来说，生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境(或受损的生态环境)进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。(4)在进行林业工程建设时，既要号召农民种树，又要考虑贫困地区农民的生产、生活问题，这种设计生态系统的工程涉及整体性原理。单一的人工林物种丰富度较低，抵抗力稳定性差，容易遭受害虫危害，这与生态工程的物种多样性原理有关。典例精析方法点拨举一反三【典型例题】图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：（1）经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被

酶切后的产物连接，理由是

。（2）若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有

，不能表达的原因是

。Sau3AI两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端甲和丙

甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案亦可）

（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有

和

，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是

。E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶解题指导：(1)由题图可知，BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制性内切酶的共同识别序列是

，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamHⅠ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。

选择题的解题方法——推理法：解题