2024年高中生物选择性必修3的12个疑难问题

2024年高中生物选择性必修3的12个疑难问题

选择性必修3的12个疑难问题

【问题1】大肠杆菌能生产糖蛋白吗？

【解答】干扰素有两种类型，一种是天然干扰素；另一种是重组干

扰素，是通过基因工程技术生产的。研究表明，以基因工程和发酵

工程为手段，用大肠杆菌生产出来的干扰素是没有糖链的，化学本

质虽不是糖蛋白，但同样能够抑制病毒在细胞内的增殖，增强T、B

淋巴细胞的功能，加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作

用，也是干扰素。

真核细胞给蛋白加上糖链后，能够帮助蛋白折叠成正确的构

像，同时糖链有助于蛋白质的溶解，防止蛋白聚集沉淀，从而能

使糖蛋白分泌到细胞外。而在大肠杆菌表达的非糖基化蛋白常常

会聚集成不溶性的包涵体。一方面，包涵体中的蛋白是没有生物活

性的，需要通过后续的溶解、纯化、复性等使其变成有生物活性的

蛋白⑴；另一方面，一些糖蛋白在去除糖链后尽管仍具有一定的生

物活性，但是易被蛋白酶降解。因此，真核细胞表达的干扰素需要

糖链来稳定结构、帮助溶解，并通过转运系统分泌到细胞外，以

达到抗病毒、抗肿瘤的功效。

目前科学家发现某细菌里存在生产糖蛋白的基因簇，科学家用基

因工程方法将这套基因簇克隆至大肠杆菌内进行表达，使得大肠

杆菌也能够生产出相应的糖蛋白⑵。

【主要参考文献】

[1]夏启玉，肖苏生等，邓柳红.2008.包涵体蛋白的复性研究进展

[J].安徽农业科学，36(14)：5801-5803

[2]王宏华，凌红丽.2008.乳糖诱导重组鸡Y干扰素基因在大肠

杆菌中的表达[J].中国动物检疫，25(6)：25〜27

【问题2】蛋白质的分离纯化有哪些方法？

【解答】蛋白质的分离方法除了教材介绍的凝胶色谱法之外，还

有以下几种方法：

1、粗提取方法有盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法⑴；

2、离心法有差速离心法、密度梯度离心法⑴；

3、精提取方法有离子交换层析、疏水相互作用层析、置换层析、

亲和层析、高效液相色谱、聚丙烯酥胺电泳、等电聚焦电泳⑵、

毛细管电泳；

4、此外，还有双水相萃取技术、浊点萃取法、反胶团萃取等方法

tn

迄今为止，我国还没有研究单一的蛋白质分离方式，不能利用合

理的措施提升其纯度与分离效果。还需要利用物理与化学方式对

其分离处理，在多种方法联合的情况下，确保蛋白质的分离纯化

符合规定。

【主要参考文献】

[1]张向阳主编.医学分子生物学[M].南京，江苏凤凰科学技术

出版社，2018.02：272-274.

⑵HeyJ,PoschA,CohenA,etal.Fractionofcomplexprotein

mixturesbyliquid—phaseisoelectricfocusing[J].Methodsin

MolecularBiology,2008,424：225—239.

【问题3】动物细胞培养的代数是细胞分裂次数吗

【解答】原代培养是指从机体组织分离后立即在体外进行首次培养，

使其在合适的条件下增殖到第一次传代阶段的培养阶段。这样培养的

细胞称为原代细胞。原代细胞与机体组织在形态结构和功能上很相似,

细胞移动活跃，细胞分裂不旺盛⑴。

传代培养是指当培养容器内培养的体外动物细胞增殖达到一定密度

后，因为生存空间和营养有限，细胞会停止分裂增殖，这时需要分离

到多个容器中继续培养，使细胞继续生存增殖，进行一次分离再培养

称之为传一代，这样培养的细胞称为传代细胞⑵。

综上所述，动物细胞培养的代数是指分瓶的次数，而不是分裂次数。

【主要参考文献】

［1］金征宇［等］主编.基因与纳米探针医学分子成像理论与实践

M.天津科学技术出版社，2017：807.

［2］刘斌.细胞培养［M］.北京/西安：世界图书出版公司，

2018.01：62.

【问题4】高压蒸汽灭菌前为什么要将锅内冷空气排尽？

【解答】高压蒸汽灭菌锅内蒸汽的温度不仅与压力有关，而且与

蒸汽的饱和度有关。灭菌锅内冷空气未排尽时，即使蒸汽压力达

到要求，气压针所指的压强不是饱和蒸汽产生的压强。相同的压

强，混有空气的蒸汽其温度低于饱和蒸汽所产生的温度，温度上

不到相应的高度⑴，而且还影响高压蒸汽穿透被灭菌物品的能力，

因此完全排除锅内空气使锅内全部是水蒸气，灭菌才能彻底。故

首先要打开进气阀门，引导外源蒸汽进人夹层，冷空气与冷凝水

由夹层的阻气器排出，大约需要lOmin后，再打开进气阀，蒸汽

即进入锅内，如此充分的时间即可排除冷空气。如何判断冷空气

是否排尽，可观察排气口的气体，若排气口气体呈白色雾状；或

在排气口出口处连接一橡皮管，将另一端插入冷水盆中，若管内

排出气体在冷水中产生气泡，表示锅内空气尚未排尽，需要继续

排气。若不产生气泡，表示锅内空气已基本排尽°当压力表显示

锅内达到所需温度时，应尽量关小排气阀以防蒸汽损失，造成锅

内缺水，但注意关闭不能太紧，应稍有气体排出，保持温度压力

相匹配⑵。

【主要参考文献】

［1］许晓风主编；周学，袁学智，夏文静，张亮，吴金龙，姜海建

副主编.大学实验室基础训练教程［M］.南京：东南大学出版社,

2018.06:78.

［2］王芳，李滨，郭恒俊，郭兴启,高压蒸汽灭菌锅的使用［J］.实

验室科学，2008,(6):155.

【问题5］何为基因融合技术

【解答】人教版选择性必修3第92页，对基因融合技术只介绍一

句话，那么该技术具体怎样融合基因，获得的蛋白质活性怎样，

具有哪些实际意义呢？

基因融合技术是将不同的基因连接起来从而表达具有复合功能的

融合蛋白，构建融合蛋白的基本原则是：将第一个蛋白基因的终

止子删除，再接上带有终止子的第二个蛋白基因，即可实现2个

基因的融合表达⑴。融合蛋白除了具有衍生因子的双重活性外，

其各自的活性可能发生如下变化。

(1)一些融合蛋白的活性较各自野生型低;

（2）活性与野生型因子活性的相加作用一致；

（3）融合蛋白的活性高于衍生因子的相加活性；

（4）人工构建的新蛋白可能具有与衍生因子无关的新活性。

构建融合蛋白技术具有以下实际意义：

（1）有利于回收目的蛋白质；（2）产生新的多功能蛋白；（3）

利于检查和产物定位；（4）避免产物的快速溶解；（5）外源蛋

白定位在宿主的不同区段；（6）融合蛋白在体外切割提高产量稳

定性；（7）研究蛋白质结构⑵。

【主要参考文献】

[1]张德华.蛋白质与酶工程[M].合肥：合肥工业大学出版社.

2015：68

[2]刘岩等.基因融合技术及其应用[J].农业生物技术学

报.2006,02:273-278

【问题6】基因的定点突变技术是怎样操作的

【解答】一般来说，基因突变是不定向的，是随机的，且突变频

率非常低。而通过定点突变技术，可以对某个已知基因的特定碱

基进行定点增删或转换，最终改变对应的氨基酸序列和蛋白质结

构。目前常用的基因定点突变技术有三种：

1、寡核甘酸介导的定点突变

该方法以M13噬菌体的单链环状DNA为载体。首先将目的基因

插入到M13噬菌体的正链DNA上，制备含有目的基因的单链

DNAo再使用含有突变碱基的寡核甘酸片段作引物，启动单链DNA

分子复制，这段寡核甘酸引物便成为新合成的DNA的一部分，将

其转入细胞后，经过不断复制，可获得突变的DNA分子（如下

图），再经表达即可获得改造后的蛋白质⑴。

2、盒式定点突变

该方法是利用一段人工合成的含有突变序列的寡核昔酸片段，取

代野生型基因中相应序列。这种突变的寡核甘酸是由两条寡核普

酸组成的，当其退火时，按设计要求产生克隆需要的黏性末端。

由于不存在异源双链的中间体，因此重组质粒全部是突变体（如

下图）⑴。

3、PCR介导的定点突变

PCR介导的定点突变一般需要4种引物，进行3次PCR反

应。前两次PCR反应扩增形成两条双链DNA片段，这两条双

链DNA片段经过变性和退火形成具有3'凹末端的异源双链分子,

在Taq酶的作用下，产生含有重叠序列的双链DNA分子，再用

两个外侧引物进行第三次PCR扩增，便产生突变体DNA,然后

再构建表达载体进行表达⑵。

目的DNA

|DNA聚合酶

4水（用引物B和引物C）

【主要参考文献】

[l]ZollerMJ,SmithM.1982.Oligonucleotide—directed

mutagenesisu-singM13—derivedvectors：anefficinetand

generalprocedurefortheproductionofpointmutationsin

anyfragmentofDNA.NucleicAcidsReserch,10(20)

6487〜6500

［2］张浩.2000.定点突变技术的研究进展.免疫学杂志，2000

(4)：108-110

【问题7］聚乙二醇为什么能促使植物原生质体及动物细胞融

合？

【解答】聚乙二醇(PEG)是一种用于细胞融合中的优良化学促

融剂。它具有强烈的吸水性以及凝聚和沉淀蛋白质的作用，能够

有效地促进植物原生质体以及动物细胞的融合。具体原因如下：

一、聚乙二醇分子能改变各类细胞的生物膜结构，使两细胞接触

点处质膜的脂类分子发生疏散和重组，由于两细胞接口处双分子

层质膜的相互亲和以及彼此的表面张力作用，从而使细胞发生融

合，从而形成杂种细胞⑴；

二、聚乙二醇的水溶性强，在液相介质中，其分子表面的酸键带

有微弱的负电荷，在C1+离子的参与下，可将带正电的表面蛋白

或带负电荷的糖蛋白通过Ca2+桥相连，从而使细胞发生聚集、融

合。在50%PEG中自由水消失，可导致细胞脱水而引起质膜结构

变化和细胞融合。

PEG用于细胞融合中的优点为：通用性强，可用于动、植物和微

生物各种细胞；比仙台病毒等易制备和控制；活性稳定，使用方

便⑵。

【主要参考文献】

［1］蒋雪薇，王军，朱双，孙英杰，朱晓芹，刘江东.斑马鱼胚胎细胞

和中国仓鼠卵巢细胞远缘杂交融合条件的优化［J］.氨基酸和刍物

资源，2016,（第3期）.

［2］郭伟.聚乙二醇水溶液性质及小分子的影响［D］.贵阳：贵州大

学，2018.

【问题8］柠檬酸钠的抗凝机制是什么？

【解答】血液凝固分为三个主要阶段：第一，凝血酶原激活物形

成；第二，凝血酶原激活物催化凝血酶原转变为凝血酶；第三，

凝血酶催化纤维蛋白原转变为纤维蛋白。这三个阶段中，都需要

钙离子的参与，所以为防止血液凝固，必须除去钙离子。而柠檬

酸钠中的柠檬酸根离子能和钙离子结合，可以形成比较难解离的

可溶性络合物，使血液中的钙离子减少，缓解钙离子促进血液凝

固的目的⑴。

【主要参考文献】

［1］封飞虎，王松主编.运动解剖生理学［M}.武汉：华中科技大

学出版社，2018.03:104

【问题9】培养乳酸杆菌为什么要添加维生素？

【解答】维生素是参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量有

机物质，在物质的代谢中有重要作用。

首先，由于乳酸杆菌缺乏一些生物代谢途径，不能合成生长必需

的氨基酸、维生素等物质，营养要求十分苛刻，必需依赖生长环

境提供必需氨基酸、维生素等生长因子才能获得高密度生长；其

次，乳酸菌的蛋白分解能力很弱，必需依赖生长环境提供必需氨

基酸、维生素等生长因子才能获得高密度细胞培养⑴；另外，在

培养基中添加维生素，能促进乳酸杆菌生长，降低菌体的死亡率；

在菌体生长、细胞活性、产酸，以及乳酸生物合成中需要乳酸脱

氢酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶和丙酮酸竣化酶，维生素能

提高这些酶的活性，至少提高50%以上；能促进糖代谢途径中与

乳酸合成相关途径的通量，使乳酸产量提高40%以上⑵。

【主要参考文献】

[1]白凤翎，张柏林，赵宏飞.大豆蛋白水解物促酸奶乳酸

菌增殖及生长动力学[J].食品与发酵工业，2012,1：51-56.

[2]邱伙琴，徐国谦，庄英萍，储炬，张嗣良.维生素对乳酸菌细

胞活性和代谢途径相关酶活性的影响[J].华东理工大学学

报，2007,33(3)：330-335.

【问题10］平板划线的操作只有一种方法吗？

【解答】平板划线法在实际的操作中分为两种：交叉划线法和连

续划线法。

交叉划线法适用于含菌量多或含有不同细菌的培养物。操作方法

见人教版选修一教材第18页；连续划线法适用于细菌数不太多的

培养物，用接种环先沾取培养物，涂布于平板表面一角，然后连

续作紧密的波浪式划线，直至平板中央。转动培养皿180,再从

平板另一边（不烧接种环）同样划至平板中央后培养，实质上属

于一种“由点到线”的划法⑴。教材第14页的右图即可认为是运

用的这种方法。

【主要参考文献】

［1］洪坚平，谢英荷等编著.农业微生物资源的开发与利用M.北

京：中国林业出版社，2000.08:43.

【问题11】乳酸杆菌必须无氧培养么？

【解答】厌氧菌通常是指一类只能在低氧分压的条件下生长，而

不能在空气（18%氧气）和（或）10%二氧化碳浓度下的固体培

养基表面生长的细菌。大多数乳酸杆菌属于耐氧性厌氧

菌。分子氧对它们无害，无论在有氧或无氧条件下都生长良好，

好氧生长速率甚至可能高于厌氧生长速率；其产物有乳酸、乙酸

和少量丙酮⑴。在制作泡菜和酸菜的过程中就是利用乳

酸菌的这一生理特点。由于乳酸杆菌生长旺盛产生大量乳酸，使

环境的pH下降，从而抑制不耐酸的腐败细菌的生长。而乳酸杆

菌具有高度耐酸性，它的生长不受酸抑制。在制作过程中需要密

封，隔绝空