备课素材：“兔毛棉花”的培育和加工过程-高二下学期生物人教版选择性必修3

“兔毛棉花”的培育和加工过程高中生物学选择性必修三基因工程的应用，介绍了抗虫棉的培育。实际上，我国还还成功应用基因工程技术培育出了兔毛棉花。把从兔子身上分离到角蛋白基因转入棉花，使棉花纤维首次具有了兔毛的品质。“兔毛棉花”诞生于中科院上海植物生理生态研究所。1998年，以陈晓亚研究员为首的课题组应用独创转基因技术路线，在该所人工气候室培育出第一化棉株。4年来，转基因棉远赴江苏、河北进行筛选、育种，目前已至第六代，且遗传性稳定。如今，在江苏试种的“兔毛棉花”获得丰收，部分棉朵被美国棉花博物馆收藏。其棉花经过加工后，被制成500件T恤和套衫，用于测试纤维品质。该棉花原料做成的T恤，穿在身上感觉十分滑爽，比普通棉织品更具有弹性。它标志着纺织品已由天然纤维时代、化学纤维时代进入转基因时代，对我国面偶合、服装行业具有重大意义。1.“兔毛棉花”的简单培育过程把兔毛角蛋白基因和棉花结合在一起，产生出一种带有兔毛品质的新型棉纤维。2000年1月，研究人员将上海植物生理研究所人工构建、合成的兔毛角蛋白基因，利用我国独创的花粉管通道法，导入到SGK321双价转基因抗虫棉的基因中去。经过精心选育，当年6月至7月间，有15株棉花被确定含有兔毛角蛋白基因。利用动物角质蛋白基因改良棉花品种的纤维品质，是培育优良纤维棉花品种的一种快速高效的现代生物技术方法，为我国的棉花纤维品质改良和育种提供了理论依据和方法。2.“兔毛棉花”的简单加工过程棉纤维由表皮层、初生胞壁、次生胞壁和胞腔组成。其中，次生胞壁的成分是纤维素，它是构成棉纤维的主体。表皮层是棉纤维的最外层，主要由果胶质、油蜡和蛋白质等组成。初生胞壁紧连表皮层，处于次生胞壁和表皮层之间，主要是纤维素的网状组织，也含有一定数量的油蜡和果胶质等杂质。胞腔位于棉纤维中心，含有蛋白质、矿物盐及一些色素等。棉纤维中的天然杂质主要集中于初生胞壁和表皮层中。（1）烧碱对棉织物处理棉织物上的天然杂质和棉籽壳在高温（90℃以上）条件下会被烧碱溶胀、皂化和溶解，从棉织物上脱落下来，达到去除的目的。在烧碱的作用下，棉织物上的淀粉浆料在一定温度（50℃以上）下会被烧碱溶胀，然后经过水洗会从棉织物上脱落下来。这是长期以来我们用烧碱对棉织物进行前处理的主要依据。（2）用酶进行处理酶是一种生物催化剂，具有高效、专一、处理条件温和等特点。近年来，纺织印染工业用酶制剂层出不穷，解决了许多以前解决不了的问题。利用果胶酶、纤维素酶和淀粉酶等不同的酶制剂进行组合，可以有效去除棉纤维表皮层和初生胞壁中的果胶质、蛋白质、纤维素和半纤维素，还可以去除织物上的淀粉浆料。但是，对于色素、蜡、棉籽壳等目前还无法用生物助剂彻底清除。这些杂质的去除，还需要使用化学助剂。（3）化学助剂处理用双氧水对棉织物进行前处理已经有很多年的应用历史，俗称“碱氧工艺”，一般使用浓度较高的烧碱和双氧水，并添加双氧水稳定剂和精炼剂，以获得较好的除杂效果。但是，处理时需要高温，长时间高温处理，很容易使纤维素被氧化，造成织物的“潜在损伤”或“针孔”破洞。生物助剂与化学助剂相结合具有很强的适应性和灵活性。这些产品可以采用连续汽蒸工艺、冷堆短蒸工艺和浸渍法处理工艺，能够缩短前处理时间，减少能源消耗，由于配套了生物助剂，省去了烧碱，所以废水的化学需氧量（COD）大大降低，具有很好的环保效果。棉织物上存在的天然伴生杂质、棉籽壳和浆料等决定着前处理工艺的研究与开发方向。用生物助剂与化学助剂相结合，替代传统的烧碱处理工艺，生产实践表明，不仅可以实现前处理工艺的高效短流程，而且具有显著的节能环保效益。例、回答与棉花培育及应用有关的问题：（1）用代替热碱来处理棉织物，可在比较温和的pH及温度条件下使处理后的织物手感柔软且强度增大。若用某些微生物来处理棉织物，发现产品质量明显变差，很可能是织物中的部分被降解。（2）为了培育出“兔毛棉花”，科研人员将兔角蛋白基因转入棉花受伤部位的细胞中，再将这些细胞进行植物组织培养，为鉴定最终是否成功培育出“兔毛棉花”，在分子水平上可采用的检测方法是。（3）棉酚是有毒性的化学性质，主要存在于棉花的根、叶和棉籽等器官中。棉籽含有高质量的蛋白质，科研人员希望棉籽能成为人类的食物来源，除了对棉籽作脱酚处理之外，也可采用技术对细胞中的特定基因进行定点改造，此项操作（填“改变”或“不改变”）特定基因的核苷酸序列。考虑到改造后的棉花要在自然环境中广泛种植，棉花叶中应（填“含有”或“不含有”）棉酚，理由是

。答案:（1）果胶酶纤维素（2）基因组（染色体DNA）抗原－抗体杂交（3）基因敲除改变含有让棉花具有抗虫能力解析:（1）用果胶酶在比较温和的pH及温度条件下可使处理后的织物手感柔软且强度增大。若用某些微生物来处理棉织物，由于某些微生物能产生纤维素酶，导致织物中的纤维素被分解，故织物质量明显变差。（2）为了培育出“兔毛棉花”，科研人员将兔角蛋白基因转入棉花愈伤组织细胞的基因组（染色体DNA）中，然后利用这些细胞进行植物组织培养，获得转基因植株，为鉴定最终是否成功培育出“兔毛棉花”，在分子水平上可采用抗原－抗体杂交的方法来检测目的基因是否成功表达。（3）棉酚是有毒性的化学物质，科研人员希望棉籽能成为人类的食物来源，除了对棉籽作脱酚处理之外，也可采用基因敲除技术