高中生物选修部分复习资料

洪江市芙蓉中学高2010届生物选修备考材料整理：洪江市芙蓉中学高三生物备课组 杨 忠 2010-3-29选修一 生物技术实践专题一 传统发酵技术的应用【基础知识】：1、 果酒和果醋制作中接种的生物分别是：酵母菌和醋酸菌；二者结构上的共同特征是均为单细胞生物，主要差别是前者有成形的细胞核（有核膜）；二者代谢的主要差别是前者为兼性厌氧型，后者是需氧型。2、 检验果酒制作中是否产生了酒精的试剂和现象是：重铬酸钾 绿色3、 果酒、果醋制作的原理A、果酒的制作原理（1）所需菌种为酵母菌，其代谢类型异养兼性厌氧型。（2）菌种的生活特点在有氧气条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖在无氧条件下，进行无氧呼吸。葡萄酒呈现深红色是要是发酵是红葡萄皮的色素进入发酵液，葡萄酒制作是，菌种来源于野生酵母菌，发酵中，温度是酵母菌生长和发酵的生要条件，前者最适温度是：20，后者最适温度是：1825B、果醋制作的原理（1）所需菌种：醋酸菌，其代谢类型为异养需氧型，最适生长温度为3035。（2）菌种的生活特点 当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。酶 当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变成乙醛，再变为醋酸。 反应简式：C2H5OH + O2 CH3COCOOH + H2O + 能量C、果酒、果醋的制作流程挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 醋酸发酵 果酒 果醋4、腐乳的制作A、所需菌种：多种微生物参与了豆腐的发酵，如青霉、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉，其代谢类型是：异养需氧型。豆腐块上的毛霉来自于空气中的毛霉孢子，现代生产中是将优良的毛霉菌种接种到培养基上，培养中的的温度一般控制在1518。B、菌种的作用特点（1）产生蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。（2）产生的脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。腐乳制作的实验流程让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制。影响腐乳品质的条件（1）卤汤直接关系到腐乳的色、香、味。卤汤中的酒可以选用料酒、黄酒、米酒、高粱酒等，含量一般控制在12%左右。加酒可以抑制微生物的生长，同时能使腐乳具有独特的香味。香辛料种类很多，如：胡椒、花椒、八角、桂皮、姜、辣椒等，香辛料可以调制腐乳的风味，也具有防腐杀菌的作用。（2）控制好材料的用量 用盐腌制时，若盐的浓度过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败变质；若盐的浓度过高，会影响腐乳的口味。卤汤中酒的含量应控制在12%左右。酒精含量过高，腐乳成熟的时间会延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。5、泡菜的制作： 与泡菜制作关系密切的生物是乳酸菌，它是单细胞原核生物，代谢类型为异养厌氧型。膳食中的绝大部分亚硝酸盐在人体内以“过客”的形式随尿排出，只在特定的条件下才会转变成致癌物质亚硝胺。制作泡菜配制盐水时，清水与盐的质量比一般为4：1，泡菜坛加坛沿水的目的是形成无氧环境。腌制过程中，细菌的大量繁殖会导致亚硝酸盐含量增加，一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量开始下降。【高考母题】：下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题：（1）完成图1中的实验流程。（2）冲洗的主要目的是 ，冲洗应特别注意不能 ，以防止菌种的流失。（3）图2装置中的充气口在 时关闭，在 时连接充气泵，并连续不断地向内 。（4）排气口在果酒发酵时排出的气体是由 产生的 ，在果醋发酵时排出的是 。（5）写出与（4）题有关的反应方程式： 。（6）若在果汁中就含有醋酸菌，在果酒发酵旺盛时，醋酸菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？说明原因。 。（7）在酒精发酵时瓶内温度一般应控制为 。醋酸发酵时温度一般应控制为 。（8）家庭酿造米酒过程中，总会发现坛内总是先“来水”后“来酒”。先“来水”的原因是 ；后“来酒”的原因是 ,“来酒”过程的生化反应式可表示为 。（9）制作过程并未对用具专门进行灭菌，坛口也未严格密封，但一般情况下，坛内的米饭不会被杂菌污染，试简要阐明理由：发酵前期（初始阶段）： 。发酵过程中： 。（10）根据推测，在此酿制过程中，坛内物质的重量会 ，原因是 。答案（1）醋酸发酵 （2）洗去浮尘 反复冲洗 （3）果酒发酵 果醋发酵 泵入空气（氧）（4）酵母菌 CO2 剩余（含氧量少）的空气、CO2（5）C6H12O62C2H5OH+2CO2 C2H5OH+O2CH3COOH+H2O（6）不能。因为果酒发酵时的缺氧能抑制醋酸菌生长，且醋酸菌发酵条件是氧气充足（7）1825 3035（8）开始有氧呼吸，进行有氧呼吸产生水 后期造成无氧环境，进行无氧呼吸产生酒精 C6H12O62C2H5OH+2CO2（9）煮熟杀死了一些其他微生物，1825不适于其他微生物繁殖，而酵母菌的大量繁殖占据了生存空间在缺氧、呈酸性的发酵液中，大多数其他微生物无法适应而受抑制（10）减轻 在有氧、无氧条件下，均有CO2产生，生产过程中不断排出CO2专题二 微生物的培养与应用【基础知识】：（一）培养基（1）培养基可分为液体培养基和固体培养基（按照物理性质）。在液体培养基中加入凝固剂琼脂后，制成琼脂固体培养基。微生物在固体培养基表面生长，可以形成肉眼可见的菌落。根据菌落的特征可以判断是哪一种菌。（2）各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐及生长因子五种营养物质。碳源：能为微生物的代谢提供碳元素的物质。如CO2、NaHCO3等无机碳源；糖类、蛋白质、脂肪等有机碳源。异养微生物只能利用有机碳源。单质碳不能作为碳源。氮源：能为微生物的代谢提供氮元素的物质。如N2、NH3、NO3-、NH4+、蛋白质、氨基酸等。只有固氮微生物才能利用N2。（二）无菌技术高考资源网（1）获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵，要注意以下几个方面：对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行灭菌。为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品相接触。（2）消毒与灭菌的区别消毒指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物（不包括芽孢和孢子）。消毒方法常用煮沸消毒法，还有化学药剂（如酒精、氯气、石炭酸等）消毒、紫外线消毒。灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌。（三）制作牛肉膏蛋白胨固体培养基（1）方法步骤：计算、称量、溶化、灭菌、倒平板。（2）倒平板操作的步骤：将灭过菌的培养皿放在火焰旁的桌面上，右手拿装有培养基的锥形瓶，左手拔出棉塞。右手拿锥形瓶，将瓶口迅速通过火焰。用左手的拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，右手将锥形瓶中的培养基（约1020mL）倒入培养皿，左手立即盖上培养皿的皿盖。等待平板冷却凝固，大约需510min。然后，将平板倒过来放置，使培养皿盖在下、皿底在上。（四）纯化大肠杆菌（1）微生物接种的方法最常用的是平板划线法和稀释涂布平板法。（2）平板划线法是通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作。（3）稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。分为系列稀释操作和涂布平板操作两步。（4）用平板划线法和稀释涂布平板法接种的目的是：使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落，以便于纯化菌种。（5）平板划线法操作步骤：略（6）涂布平板操作的步骤：略（五）统计菌落数目（1）测定微生物数量的常用方法有稀释涂布平板法和显微镜直接计数。（2）稀释涂布平板法统计样品中活菌的数目的原理当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活细菌。为了保证结果准确，一般设置35个平板，选择菌落数在30300的平板进行计数，并取平均值。统计的菌落数往往比活菌的实际数目低，因此，统计结果一般用菌落数而不是活菌数来表示。 微生物的分离 选择培养基 选择培养基的含义是：在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进需要的微生物的生长。目的是从众多微生物中分离所需要的微生物。在培养基中加入某种化学物质可以做到这一点，如加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。这里的加入是在培养的培养成分的基础上加入的。培养基中的营养成分的改变也可达到分离微生物的目的。如培养基中缺乏氮源时，可以分离固氮微生物，因为非固氮微生物不能在此培养基上生存。当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。如石油是唯一碳源时，可以抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，达到分离能消除石油污染的微生物的目的。改变微生物的培养条件， 也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物。小结如下表：分离的微生物类型培养基的要求分离的微生物类型培养基的要求自生固氮菌无氮培养基金黄色葡萄球菌加入过量的NaCl酵母菌和霉菌加入青霉素硝化细菌用NH3作为氮源自养型微生物CO2等无机物作为碳源异养型微生物糖类等有机物作为碳源工程菌在培养基中加入与标记基因相关的物质，如标记基因为抗四环素基因，则培养基中加入四环素。微生物的鉴别 运用鉴别培养基鉴别某类微生物。鉴别培养基是根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品配制而成的，用来鉴别不同种类的微生物。如鉴定大肠杆菌应在培养基中加入伊红、美蓝试剂；依固体培养基中菌落的特征对菌种进行鉴定。【高考母题】：尿素是一种重要的农业肥料，但若不经细菌的分解，就不能更好地被植物利用。生活在土壤中的微生物种类和数量繁多，同学们试图探究土壤中微生物对尿素是否有分解作用，设计了以下实验，并成功筛选到能高效降解尿素的细菌（目的菌）。培养基成分如表所示，实验步骤如图所示。请分析回答问题：KH2PO41.4 gNa2HPO42.1 gMgSO47H2O0.2 g葡萄糖10 g尿素1 g琼脂15 g将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到100 mL（1）此培养基能否用于植物组织培养？ ，理由是 。（2）培养基中加入尿素的目的是筛选 ，这种培养基属于 培养基。在选择培养过程中的所有生物的关系包括_。（3）“目的菌”生长所需的氮源和碳源分别来自培养基中的 和 ，实验需要振荡培养，原因是 。由此推测“目的菌”的代谢类型是_。（4）转为固体培养基时，常采用 的方法接种，获得单菌落后继续筛选。从一支试管向另一支试管接种时注意，接种环要用酒精灯 （“内”或“外”）焰灭菌，并且待接种环 后蘸取菌种，试管口不能离开酒精灯火焰附近，将接种的试管放入 冰箱中保藏。土壤中高效尿素降解细菌的产生的主要原因是_。（5）下列材料或用具：培养细菌用的培养基与培养皿，玻棒、试管、锥形瓶和吸管，实验操作者的双手。其中需要灭菌的是： ；需要消毒的是： 。（填序号）（6）在进行分离分解尿素的细菌实验时，A同学从培养基上筛选出大约150个菌落，而其他同学只选择出大约50个菌落。A同学的实验结果产生的原因可能有 （填序号）由于土样不同 由于培养基污染 由于操作失误 没有设置对照（7）若研究“目的菌”的生长规律，将单个菌落进行液体培养，可采用_的方法进行计数，以时间为横坐标，以_为纵坐标，绘制生长曲线。（8）实验结束后，使用过的培养基应该进行 处理后，才能倒掉。答案 （1）不能 缺少植物激素（或缺少植物需要的各种营养） （2）目的菌 选择 种内关系和种间关系 （3）尿素 葡萄糖 为目的菌提供氧气 异养需氧型 （4）涂布平板（划线） 外 冷却 4 基因突变 （5）和 （6）（答出两个给1分，全对给2分） （7）定期取样“目的菌”数目的对数（8）灭菌专题三 植物组织培养下图是利用基因型为AaBb的某二倍体植物作为实验材料所做的一些实验示意图，请分析回答：（1）在途径1、2、3中过程所采用的生物学技术是 ，其中是_，是_。（2）由途径1形成的植物B的可能基因型为 ，植株B成熟时不可育的原因是 。（3）从到到的培育过程，需要调控的植物激素至少有 （4）一般情况下，相同发育程度的植株C与植株E的性状 。（填“相同”、“不相同”或“不一定相同”）（5）从植株A到植株C的过程属于 ，从植株A到植株D的过程属于 。（均填生殖方式）（6）在相同条件和相同发育程度的情况下，植株D的表现型与植株A相同的可能性为 。（7）若要提取紫草素，则需培养到_时期，若要制作人工种子，需培养到_ 时期。（8）途径1中得到的幼苗经_ 处理可得到用于生产的Aabb植株，这种植株占总数的_。途径2和途径3培养得到的植株的基因型_（填“相同”或“不同”）；果实G的种皮细胞基因型与植株A细胞的基因型_（填“相同”或“不同”）。若此植物的体细胞有20对染色体，则进行此植物的基因组研究时，需研究一个细胞是的_条染色体。答案 （1）植物组织培养 脱分化 再分化（2）AB、Ab、aB、ab 减数分裂时因无同源染色体，因而无法进行正常联会，故不能形成正常的生殖细胞 （3）细胞分裂素与生长素 （4）相同（5）营养生殖（无性生殖） 有性生殖 （6）9/16（7）愈伤组织 胚状体 相同 相同 20专题四 酶的研究与应用【基础知识】：一、果胶酶在果汁生产中的作用1果胶酶的组成及作用：果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶，能使果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。2酶的活性及影响酶活性的因素（1）酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力，可用反应速度来表示。（2）影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等条件都会影响酶的活性。二、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。2常用的酶制剂包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶四类。三、酶母细胞的固定化 1.酶和细胞固定化的基础知识 固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗粒不能通过，反应溶液自由通过，若反应物颗粒过大则不能用此法。 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。其中细胞多采用包埋法固定化。2.实验操作（1）活化就是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。（2）配制海藻酸钠溶液时要用酒精灯加热，加热时要用小火，或者间断，反复几次，直以海藻酸钠溶化为止。（3）制作成功的凝胶珠应为球形，颜色为乳白_但又不能过浅。（4）将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后发现有气泡产生，同时有酒味散发。（5）固定化酶的步骤酵母细胞的活化配制0.05 mol/L的CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞。（6）配制过程中，一定要等海藻酸钠溶液冷却后，才能加入酵母细胞。 【高考母题】：某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。（1）酵母细胞的固定化采用的方法是 ，原因是 （2）在 状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复 状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时 。（3）请你说一说，该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞的过程中应注意的事项：（至少写出4点） 、 、 、 。（4）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵：请指出标号为a、b、c的名称：a. 、b. 、c. 。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是： 。为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在 条件下进行。加入反应液后的操作是 。装置的长导管起到什么作用？ 。（5）该实验中CaCl2溶液的作用是 。（6）实验过程中，可能得到的现象： ，实验过程中，装置内可能会发生的反应式为： 。若各种发酵条件适宜，但酒精产量很少，则进行酵母固定化操作中可能存在的问题主要是：_ 和 _ 。答案 （1）包埋法 细胞个体大，不易从包埋材料中漏出 （2）缺水 正常的生活 体积会增大 （3）配制氯化钙溶液时应用蒸馏水 海藻酸钠溶液应用小火或间断加热 海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞 注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入氯化钙溶液（4）固定化酵母 反应柱 多孔筛板 浓度过高酵母细胞因失水过多而死亡无菌 关闭活塞1和活塞2 释放CO2，防止空气进入反应柱 （5）使胶体聚沉 （6）有气泡产生、有酒味散发C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O；C6H12O62C2H5OH+2CO2接种的菌种量太少 未等海藻酸钠冷却就进行接种专题五 DNA和蛋白质技术A、DNA的粗提取与鉴定一、实验原理提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。对于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。1DNA的溶解性 DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同（在0.14mol/L时DNA的溶解度最小），利用这一特点，选择适当的盐浓度就能使DNA充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的。此外，DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步的分离。2DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性 蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响。大多数蛋白质不能忍受6080oC的高温，而DNA在80oC以上才会变性。洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。3DNA的鉴定 在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，因此二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。二、实验设计1 实验材料的选取 凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但是使用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大，如鸡血的红细胞。2 破碎细胞，获取含DNA的滤液 动物细胞的破碎比较容易，以鸡血细胞为例，在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。如果实验材料是植物细胞，需要先用洗涤剂溶解细胞膜。例如，提取洋葱的DNA时，在切碎的洋葱中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。3 去除滤液中的杂质 方案一的原理是DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同；方案二的原理是蛋白酶分解蛋白质，不分解DNA；方案三的原理是蛋白质和DNA的变性温度不同。4 DNA的析出与鉴定 将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等、冷却的酒精溶液，静置23min，溶液中会出现白色丝状物，这就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸取上面的水分。取两支20ml的试管，各加入物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液5ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4ml的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min，待试管冷却后，比较两支试管溶液颜色的变化，看看溶解有DNA的溶液是否变蓝。B、血红蛋白的提取和分离一、实验原理1凝胶色谱法（分配色谱法）：原理：分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢。分离过程： 混合物上柱洗脱大分子流动快、小分子流动慢收集大分子收集小分子 洗脱：从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。2缓冲溶液（1）原理：由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如H2CO3NaHCO3， NaH2PO4/Na2HPO4等），调节酸和盐的用量，可配制不同pH的缓冲液。（2）缓冲液作用：抵制外界酸、碱对溶液pH的干扰而保持pH稳定。3凝胶电泳法：（1）原理：不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速度不同。（2）分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。（3）分离过程：在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。三、所用材料哺乳动物及人的成熟的红细胞是双面凹圆饼状，没有细胞核和细胞器。其含有的血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集脱液。这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。专题六 植物组织有效成份的提取【高考母题】：生物组织中有机物的提取方法有很多种。例如，凝胶色谱法、电泳法、蒸馏法、压榨法和萃取法等，不同的有机物提取的方法各有不同。（1）玫瑰精油称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料，提取出的玫瑰精油要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是 。（2）杏仁油富含矿物质和维生素，是一种质地轻柔、高渗透性的保湿剂，主要通过 法提取。（3）胡萝卜素易溶于有机溶剂中，据此可用_ 的方法提取。提取的胡萝卜素粗品可通过_进行鉴定。萃取胡萝卜素前，要将胡萝卜彻底粉碎的主要目的是 _ ，萃取的效率主要取决于 。最后用蒸馏装置，对萃取的样品进行 。（4） 血红蛋白的提取方法可以采用 ，该方法主要是利用血红蛋白的哪一特性将它与其他物质分开的？ 。（5）DNA提取时，可以利用DNA在 而析出，为了纯化提取的DNA，向DNA滤液中加入嫩肉粉，目的是 ，DNA鉴定时，可以使用 试剂并在沸水中加热产生蓝色反应。（6）在提取玫瑰精油的实验流程中，向乳化液中加入NaCl的目的是 。答案 （1）水蒸气蒸馏法 （2）压榨（3） 有机溶剂萃取（或萃取） 纸层析 使原料颗粒变小，可以增加与萃取剂的接触面积，加大萃取效率 萃取剂的性质和使用量 浓缩（4）凝胶色谱法 相对分子质量的大小（5）浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度小 分解蛋白质 二苯胺（6）使油水分层选修三 现代生物科技专题专题七 基因工程与蛋白质工程【基础知识】：1、（a）基因工程的诞生（一）基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。2、（a）基因工程的原理及技术原理：基因重组技术：（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。区别：EcoliDNA连接酶来源于T4噬菌体，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连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.“分子运输车”载体（1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：变性，加热至9095DNA解链；第二步：复性，冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：延伸，加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因启动子终止子标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞_1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。将目的基因导入微生物细胞：用Ca2+处理获得感受态细胞3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。第四步：目的基因的检测和表达1.首先要检测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。基因探针：用放射性同位素标记的含目的基因的DNA单链。3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行 抗原抗体杂交。4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（三）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。4了解“乳腺生物反应器”、“膀胱生物反应器”（四）蛋白质工程的概念 直接改造对象是基因！ 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）（1）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质（2）蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。基本途径：从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）；以下按照基因工程的一般步骤进行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列【高考母题】：萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。一直以来荧光素酶的惟一来源是从萤光虫腹部提取。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。请你根据已有的知识回答下列有关问题：（1）在此转基因工程中，目的基因是 ，具体操作过程中下图所示的黏性末端是由 种限制性核酸内切酶作用产生的。（2）在上述过程中需要多种酶的参与，其中包括限制性核酸内切酶、DNA聚合酶和 等。（3）将此目的基因导入到大肠杆菌体内需要载体的帮助。下列各项是选取载体时必须考虑的是 （多选）。A.能够在宿主细胞内复制并稳定保存 B.具有特定的限制酶切割位点C.具有与目的基因相同的碱基片段 D.具有某些标记基因（4）本实验中将目的基因导入大肠杆菌的载体可以是 （多选）。A.质粒 B.动物病毒 C.噬菌体 D.植物病毒（5）在此转基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为 。最常用的方法是首先用 处理大肠杆菌，目的是 。（6）目的基因是否导入受体细胞，用 技术来检测。目的基因是否表达出相应的蛋白质，除了通过大肠杆菌是否发光来确定外，还可以通过 特异性反应来判断。答案 （1）荧光素酶基因 2（2）DNA连接酶 （3）A、B、D （4）A、C（5）转化 Ca2+ 使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围DNA分子的状态（处于感受态细胞状态）（6）DNA分子杂交 抗原抗体专题八 细胞工程【基础知识】（一）植物细胞工程 1.理论基础（原理）：细胞全能性2.植物组织培养技术（b）脱分化 再分化（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞(外植体) 愈伤组织 胚状体（或丛芽）试管苗 植物体（2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。A 植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输B 作物新品种培育单倍体育种：a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。b 优点：明显缩短育种年限C 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）D 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。（3）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。3.植物体细胞杂交技术纤维素酶和果胶酶去细胞（1）过程：原生质体（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（二）动物细胞工程 1. 动物细胞培养（a）（1）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。（2）动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）剪碎用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞制成细胞悬液转入培养瓶中进行原代培养贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。（4）动物细胞培养需要满足以下条件无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。温度：适宜温度：哺乳动物多是36.50.5；pH：7.27.4。气体环境：95%空气5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。会用CO2气体培养箱。（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。2.动物体细胞核移植技术和克隆动物（1）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。（2）选用去核卵(母)细胞的原因：、卵(母)细胞比较大，容易操作；、卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。、比较容易激发细胞核全能性的表达。（3）体细胞核移植的大致过程是：高产奶牛（提供体细胞）进行细胞培养；同时采集卵母细胞，在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞，去核（显微操作）注：为什么要用卵细胞？它可以提供充足的营养；操作简便；细胞质不会抑制细胞核全能性的表达；将供体细胞注入去核卵母细胞；通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎；将胚胎移入受体（代孕）母牛体内；生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛（4）体细胞核移植技术的应用：加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育；保护濒危物种，增大存活数量；生产珍贵的医用蛋白；作为异种移植的供体；用于组织器官的移植等。（5）体细胞核移植技术存在的问题：克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。3.动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等。（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物生物新品种培育的重要手段。（4）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：细胞工程植物体细胞杂交动物细胞融合理论基础细胞的全能性、细胞膜的流动性细胞增殖、细胞膜的流动性融合前处理酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）注射特定抗原，免疫处理正常小鼠诱导手段物理法:离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG）物理法:离心、振动、电激化学法：聚乙二醇生物法：灭活的病毒（灭活的仙台病毒）诱导过程第一步：原生质体的制备（酶解法）第二步：原生质体融合 （物、化