二轮专题生物工程

第五讲生物工程

考情分析

一、本讲考点：

1.基因

(1)基因的概念

(2)原核细胞和真核细胞日勺基因构造

(3)基因捽制蛋白质口勺合成

(4)基因对性状的控制

(5)人类基因组研究

2.基因工程简介

(1)基因操作的工具

(2)基因操作的基本环节

(3)基因工程的成果与发展前景

3.细胞口勺构造和功能

(1)细胞膜的分子构造和重要功能

(2)细胞质基质

(3)细胞器(线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体和中心体)的构造和功能

(4)细胞核的J构造和功能

(5)生物膜(生物膜系统日勺概念、多种生物膜在构造和功能上的联系、研究生物膜欧I重要意义)

(6)原核细胞的基本构造

4.细胞H勺分化、衰老和癌变

5.植物细胞工程

(1)植物细胞的全能性

(2)植物组织培养

(3)植物体细胞杂交

6.动物细胞工程

(1)动物细胞培养

(2)动物细胞融合

⑶单克隆抗体

7.微生物的类群

⑴细菌的构造和繁殖

(2)病毒的构造和繁殖

8.微生物日勺营养

(1)微生物需要的营养物质及功能

(2)培养基的配制

(3)培养基的种类

9.微生物的代谢

(1)微生物时代谢产物

(2)微生物代谢的调节

(3)微生物代谢的人工控制

10.微生物的生长

(1)微生物群体的生长规律

⑵影响微生物牛.长II勺环境因素

II.发酵工程简介

(1)应用发酵工程口勺生产实例

(2)发酵工程的概念和内容

(3)发酵工程的应用

二、考点解读：

本讲知识属于现代生物科技及可以联系并应用于生产、生活实际中的技术。近几年的上海、广东各地

H勺高考题中多次波及本章知识点的考题。概念题的题型一般多为选择题，与生产紧密有关口勺题及实验设计

题多以非选择题形式浮现。

生物工程也叫生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。涉及基因工

程、细胞工程、微生物发酵工程和酶工程等一系列的现代生物技术，有关基因工程、细胞工程、微生物发

酵工程的材料题是近年来高考的热门知识点。通过对近几年高考题的分析可以看出，本部分属于高考的重

点内容之一。

考向走势

复习时要注重生物新技术在生产生活实践中的应用，注重发酵工程与基因工程和细胞工程的互相关

系，这既是科技发展热点课题之一，也是考试命题热点之一。运用已学过的基因工程、细胞工程、发酵工

程知识，对的结识生产酶制剂所需日勺酶大都来自微生物的可行性与优越性。充足运用教材最后对生物工程

四个方面的小结，对四大生物工程的联系加以融会贯穿，提高分析综合与解决实际问题的能力。

考训指南

本部分考点内容最常用的能力测试规定是：①能使用恰当的生物学术语，精确结识和论述己学细胞生

物学现象、措施、概念和原理。②能理解有关细胞、细胞分裂图表含义、微生物群体生长的规律，会用文

字、数据、图形等多种形式描述与之有关H勺生物学现象。③能通过度析和综合，理解细胞的构造与功能、

分裂与分化、癌变与衰老日勺关系c④能运用细胞工程技术，分析和解决科学、生产、生活和人体健康等有

关现实问题。⑤通过度析综合，形成“元素一一化合物一一功能一一生理活动”完整的知识体系。⑥可以

将多种工程技术融汇到一起,综合分析解决生产、生活中II勺某些生物学热点问题。

第二十课细胞工程与膜生物工程

主干知识整合

1.生物膜

⑴概念:细胞膜、以及、(质体)、、、

液泡、溶悔体等细胞器都由膜构成，而它们的I化学构成，基本构造大体相似，统称为生物膜。

(2)生物膜分类：

①按照分布"勺位置可分为质膜和内膜：质膜就是指,内膜则是由核膜和细胞器膜

H勺总称。

②按照生物膜的构造分为单层膜和双层膜：单层膜的涉及、、、、

溶酶体膜；双层膜的涉及、、o

(3)生物膜在构造的联系：

①生物膜之间的直接联系：内质网膜向内延伸与直接相连，向外延伸与细胞膜直

接相连。在合成旺盛H勺细胞中，内质网膜尚有时直接与直接相连。这样使细胞质、

细胞核、线粒体等之间的联系更快峦。如右图的双向箭头。

②生物膜之间的间接联系：可以通过“出芽”形成,再由小泡与高尔基

体膜融合转变成高尔基体膜，高尔基体膜也可以通过“出芽”形成小泡，再通过小泡与融

合转变成细胞膜。如图5-20-1中的单向箭头。

图5-20-1

(4)生物膜在功能上的联系：生物膜在功能上既有明确分工，又有紧密联系。如有附着在内质网上口勺核

糖体合成日勺(如消化酶、溶菌酶、抗体、蛋白质类激素等)就需要有的初

步加工(折叠、组装、加上糖基团等)、运送，再由进一步加工浓缩，最后通过的外排

作用排出细胞。这一过程中还需要线粒体提供能量。也就是说，线粒体、内质网、高尔基体、细胞膜等生

物膜在这一过程中是分工合作、紧密联系的。

2.生物膜系统

(1)生物膜系统H勺概念：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜困绕形成的细胞器，在构

造和功能上紧密联系，它们形成的构造体系就是细胞的生物膜系统。

(2)生物膜系统口勺作用：

①细胞膜口勺存在使细胞具有一种相对稳定口勺内环境，在细胞与外界环境之间进行、

和起着决定性作用；

②细胞内面积广阔的生物膜为的附着提供场合，有助于许多重要化学反映在生物膜上

进行；

③细胞内的生物膜将细胞分隔成一种个小的区室，使细胞内可以同步进行多种化学反映，而不互相干

扰，保证了细胞日勺生命活动地进行。

3.膜生物工程

膜生物工程又叫,是生物工程的一种新H勺分支。实质上就是把磷脂制成

.包裹着酹、抗体、核酸等生物大分子或小分子的药物，运送到患者患病部位的细胞，通过脂质微球体

H勺觥与细胞膜的I互相作用，即膜互相融合、被吞噬等，将这些物质送入细胞中，从而达成、

或变化、等目的。

4.细胞工程的概念

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和措施，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或

细胞器水平上，按照人们的意愿来变化细胞内的遗传物质或获得细胞产品日勺一门综合科学技术。细胞工程

波及的领域相称广泛，就其技术范畴而言，大体有技术、细胞拆合技术、染色体导入技

术、基因转移技术、技术和技术等。

5.植物细胞工程

(1)植物细胞工程日勺原理一一细胞的I性：一种体细胞具有该种生物全套的完整基因组

(遗传信息)，因此具有使发育成完整生物的潜在能力。在生物体内，细胞的全能性

并不体现出来，而是分化成不同的组织、器官。当植物细胞在离体状态时，在一定的条件下，就可体现出

全能性。

(2)植物细胞工程H勺重要技术手段：

①植物组织培养：是指在人工操作下，将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里

供应合适的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。用于组织培养中的植物细胞或器官称为

。外植体在合适口勺营养和外界条件下，细胞一方面发生,然后恢复细胞

分裂形成(一群形态、构造相似或相似的)尚未分化的细胞群)，再在一定的诱导因素作用

下发生分化，最后形成具有根、茎、叶的完整植株。

②植物体细胞杂交：植物体细胞杂交是在原生质培养技术的基本上，借用动物细胞融合措施发展起来

的一门新型生物技术。植物体细胞杂交的过程涉及原生质体的制备、的诱导，杂种

细胞的筛选和培养，以及杂种植株的)再生与鉴定等环节。

6.动物细胞工程

(1)动物细胞工程H勺原理一一动物细胞H勺分裂增殖能力。

(2)动物细胞培养：

①取材_一选用的器官或组织。

②制作细胞悬浮液一一用剪刀将组织或器官剪碎，再用等使组织分散开来，成为

单个细胞，并配制成一定浓度的细胞悬浮液。

③用培养基培养一一将细胞悬浮液放入培养瓶中，在培养瓶内加入适合H勺培养基，在培养箱中

培养。

(3)动物细胞融合：即在体外潜养时，让2个细胞的细胞膜密切接触，在一定理化条件下促使细胞膜变

化，导致细胞合并。所得的杂种细胞兼有两个亲本的遗传物质，可通过有丝分裂形成杂种全体或杂种细胞

群，有性生殖中的受精作用就是细胞融合日勺实例。动物细胞融合口勺措施有：①物理措

施：:②化学措施：等化学诱导剂；③生物措施：，

如仙台病毒。i般只有前面两种措施。仙台病毒细胞融合图解如图5-20-2所示：

仙台病毒或

化学融合剂o—0

图5-20-2

1.植物体细胞杂交操作技术

植物体细胞杂交是在原生质体培养技术的基本上，借用动物细胞融合措施发展起来的一门新型生物技

术，植物细胞杂交的过程涉及原生质体的制备、诱导原生质体融合、杂种细胞FI勺筛选和培养以及杂种植株

日勺再生与鉴定等环节。下面以烟草和大豆的体细胞杂交为例，简要简介植物体细胞杂交日勺过程(简朴表述如

图5-20-3)：

亲木植物A亲木植物B

卜一一••一——纤维索柢--•——I

从原£质体---------1---------B原/质体

［聚乙二醉等促融剂

融合细胞

!

组织培养

I

杂种植林

图5-20-3

(I)原生质体制备：选用烟草植株上的幼嫩叶片细胞和培养好的大豆根尖细胞，用酶解法制备原生质体。

烟草的原生质体呈绿色，大豆的无色，在显微镜下很容易区别开来。

(2)原生质体融合：取等量烟草和大豆口勺原生质体混合后，加入聚乙二醇溶液。在显微镜下观测，可以

看到原生质体互相黏集在一起。隔一段时间后，加入高钙、高pH的溶液，这时原生质体才开始融合。原

生质体融合涉及膜融合和核融合两个过程。诱导融合只能诱导细胞膜的融合，两个核的融合是在杂种细胞

第一次有丝分裂时进行口勺。

(3)杂种细胞日勺筛选和培养：烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到合适的培养基上培养，

使其再生出细胞壁。这时，在细庖混合物中，不仅有烟草一大豆杂种细胞，尚有烟草细胞、大豆细胞、烟

草一烟草细胞、大豆一大豆细胞c杂种细胞的筛选，可以用机械措施，也可以用生理学或遗传学措施。以

机械措施为例，根据两种亲本细庖在形态、色泽上的差别，将细胞分别接种在带有小格日勺培养皿中，每小

格中约放1〜3个细胞。在显微镜下找出杂种细胞，并且标定位置。等杂种细胞分裂成细胞团时，转移到

培养皿中，培养成愈伤组织。

(4)杂种植株及|再生与鉴定：杂种植株的再生是指以愈伤组织培养出杂种植株的过程。由于烟草和大豆

分别属于笳科和豆科植物，两者的原生质体融合后，至今只能长成杂种愈伤组织，还不能分化，因此谈不

上杂种植株的再生与鉴定。对于可以再生出杂种植株的烟草一海岛烟草、白菜一甘蓝、胡萝卜一羊角芹等，

长出的植株究竟是不是杂种，还需要通过鉴定才干拟定下来。杂种植株的鉴定措施有形态学措施、生化措

施(如电泳)、细胞学措施(如染色体组型分析)、分子生物学措施］如分子杂交)等。

2.原代培养、传代培养、细胞株、细胞系及其关系

(1)原代培养：可用有两种表述：①细胞悬浮液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养；②

第1代细胞的培养与传10代以店的细胞培养统称为原代培养。两种表述没有本质区别。

(2)传代培养：同样有两种表述：①细胞悬浮液培养一段时间后，分瓶再进行H勺细胞培养；②传10代

后来欧J细胞培养，统称为传代培养。

(3)细胞株：原代培养的细胞一般传至10代左右会浮现生长停滞，衰老死亡，少数度过“危机”的细

胞能传40〜50代，形成细胞株。细胞株I为遗传物质并没有发生变化。

(4)细胞系：细胞株传至50代后来，会浮现第二次危机，少数度过第二次危机的细胞可以无限制传下

去，形成细胞系。细胞系的遗传物质发生了变化，带有癌变细胞的特点。

这四个概念U勺关系表达如下：

细胞椎细解系

/-----------------S/--------------x

细胞悬浮液-----10代细胞——-50代细胞

-y---------，

原代培养传代培养

3.单克隆抗体

(I)单克隆抗体H勺概念：单克里抗体是相对血清抗体而言的I。血清抗体是将抗原反复注射到动物体内，

然后从血清中获得抗体，其特点为：产量低，特异性差，纯度低，不灵敏。而单克隆抗体则是由效应B淋

巴细胞产生的化学性质单•、特异性强日勺抗体。

(2)操作过程:

①取材：反复将特定抗原注入小鼠体内，取出小鼠的脾脏，制成B淋巴细胞悬浮液，同样将取出的骨

髓瘤细胞也制作成细胞悬浮液。

②细胞融合：将两种悬浮液混合，加入灭活的仙台病毒或聚乙二醇诱导融合。

③选出杂交瘤细胞：在特定的选择性培养基中进行筛选，筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成的

杂交瘤细胞。

④选出可以产生所需抗体的细胞群：对杂交瘤细胞进行培养，在从中挑选出可以产生所需抗体的细胞

群，

⑤生产单克隆抗体：培养上述选出的细胞群，在获得足够数量的细胞后，将细胞在体外条件卜.大规模

培养或注射到小鼠腹腔内增殖，再从培养液或小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。

(3)抗克隆抗体制备实质：就是将免疫B淋巴细胞与骨腐瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。事实上

就是运用动物细胞融合技术，是动物细胞融合技术的具体运用。

(4)制备单克隆抗体口勺选材理由：由于效应B淋巴细胞具有分泌特异性抗体口勺能力，而骨髓瘤细胞具有

在体外条件下大量增殖的本领，因此由某种效应B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成口勺杂交瘤细胞，既有效

应B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，又具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖II勺本领，可以在体外

培养条件下大量增殖，并且产生特定的抗体。

4.动物细胞融合与植物细胞杂交的比较

动物细胞融合与植物体细胞杂交之间既有共性又有差别，如下表所示:

项目融合原理融合措施诱导手段用途

克服远獴杂不亲和

植物体细清除细胞壁后诱导离心、电剌激、振

细胞膜口勺流动性的障碍，获得杂剧

胞杂交原生质体融合动、聚乙二醉诱导

种植株

动物细胞使细胞分散后诱导同上，再加上灭活制备单克隆抗体口勺

细胞膜口勺流动

融合细胞融合日勺病毒诱导技术之一

5.细胞工程日勺应用

(1)单克隆抗体在疾病U勺诊断、治疗和避免方面优势很明显。

(2)采用植物组织培养技术，用一小块植物组织在1年内就能培养出成千上万甚至几十万株小苗，这对

引入优良品种或难以繁殖的名贵品种更具优越性。由于植物H勺茎尖一般不受病毒感染，运用茎尖进行组织

培养就可以获得无病毒植株。此外花药离体培养即运用植物的花粉进行离体培养形成单倍体也属于组织培

养,

(3)试管动物(婴儿)：“试管动物或婴儿”是指通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这

一技术过程中，精子和卵子从动物(人)体内取出来，在人工提供的生活条件下(一般是在试管中)进行受精，

并让体外受精的受精卵在试管中发育，再把发育到一定阶段H勺坯胎移植到“代理妈妈”动物(人)的了•宫内

继续发育直到诞生。试管婴儿重要是在夫妻间进行的，其目的是解决不育问题。

(4)克隆动物：克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后裔。1997年，英国生物学家初次用羊H勺体

细胞成功地克隆了1只小母羊，即多莉绵羊。克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一种共同日勺祖先，

通过无性繁殖欧I措施产生出来的•群遗传特性相似的DNA分子、细胞或个体。克隆也可指无性繁殖的过

程，

真题预测新题探究

・广东

A.可以制成诊断盒，用于疾病日勺诊断

B.可用与药物结合，用于病变细胞的定向治疗

C.可以运用基因工程技术生产

D.可以在生物体内生产，不能体外生产

【命题意图】本题重要考察考生对某些基本的生物学知识、事实的理解，以及规定考生对生物工程

多种手段技术之间的联系可以融会贯穿。

【解析】运用单克隆抗体比常规抗体特异性强，灵敏度高，优越性非常明显等特点，可以将单克隆

抗体制成单抗诊断盒，用于诊断疾病；可以在单抗上连接抗癌药物，制成“生物导弹”，将药物定向带到

癌细胞所在部位，进行定向治疗C但单克隆抗体既可以将杂交瘤细胞在体外培养液内培养，也可以置于小

鼠等动物的腹腔内培养。

变式题科学家用小鼠骨髓癖细胞与某种细胞融合，得到杂交瘤细胞，经培养可产生.大量H勺单克隆抗

体，与骨髓瘤细胞融合的是（）

A.通过免疫的B淋巴细胞B.不通过免疫的T淋巴细胞

C.通过免疫的T淋巴细胞D.不通过免疫的B淋巴细胞

【例2】•上海将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（D）

A.具有完整细胞核的细胞B.一定口勺营养物质和植物激素

C.离体状态D.导入批示基因

【命题意图】本题重要考察考生对某些基本的生物学原理、事实的理解掌握，并可以在实际操作过

程中自如的运用，解决某些操作技术中实际问题。

【解析】植物组织培养日勺条件为离体状态下，提供一定的营养物质和植物激素。固然，进行植物组

织培养的外植体需要的是植物的组织或细胞，因而细胞必须是完整的。但不需要导入批示基因。

变式题在一种生物体内，加胞没有体现出全能性，因素是（）

A.细胞失去了全能性B.细胞中H勺基因部分丢失

C.细胞中日勺基因选择体现D.细胞中日勺基因变异不同

【例3】•天津下列有关细胞构造和功能的I论述，对的的是（C）

A.人的肾小管上皮细胞中没有胰岛素基因

B.人体内不再分裂丛J体细胞中共有46个DNA分子

C.性激素的J合成与内质网有关

D.内质网与细胞膜相连，不与核膜相连

【命题意图】本题的综合性比较大，牵涉到生物膜系统、有丝分裂、体细胞，各细胞器的功能等问

题，重要考察考生对与细胞有关日勺生物学事实、原理可以综合理解。并可以用对的的生物语言论述、体现。

【解析】个体发育的起点是受精卵，经有丝分裂和分化发育成一种完整的个体，因此多种类型的体

细抱的核DNA应当完全相似；内质网膜向外与细胞膜直接相连，向内与细胞核外膜直接相连，有时还与

线粒体外膜直接相连；性激素属于固醇类物质，不是蛋白质，但内质网与蛋白质、脂类和糖类的合成均有

关，真核细胞除了核DNA外，在细胞质内日勺线粒体中也存在DNA分子。因此人的体细胞中不只有46个

DNA分子。

变式题下列有关生物膜的论述不对日勺的是（）

A.多种生物膜的化学构成和构造完全相似

B.不同细胞器或细胞构造的生物膜之间是可以q相转变的

c.生物膜已研究到分子水平

D.细胞内日勺生物膜既各司其职，又互相协作，共同完毕细胞的生理功能

・广东用品有35s标记氨基酸的培养基培养动物细胞，该细胞合成并分泌一种含35s蛋白质。

（I）请写出35s在细胞各构造间移动口勺先后顺序（用“一”表达先后顺序）。

【答案】核糖体T内质网T小泡T高尔基体T小泡T细胞膜T细胞外

（2）写出上述蛋白质合成和分泌过程中有关细胞器的功能。

【答案】核糖体是蛋白质合成口勺场合；内质网与蛋白质合成有关，对分泌蛋白进行加工（螺旋、折

叠、加糖基等）和提供运送通道；高尔基体与细胞日勺分泌物形成有关，对分泌蛋白进行进一步加工浓缩和

转运。

［命题意图】本题重要考察考生对生物膜在构造和功能上的联系日勺掌握状况。规定考生可以对生物

学的J基本原理、事实理解和掌握，并可以用恰当的方式论述清楚有关的生物问题，用来解决生物学实际问

题，

【解析】核糖体是合成蛋白质的场合，经内质网加工后运送到高尔基体，在高尔基体内进一步加工

浓缩后，形成小泡通过细胞膜日勺外排作用分泌到细胞外。此外在分泌蛋白日勺合成、加工、运送和分泌的过

程还需要线粒体提供能量。

变式题下列对细胞内生物膜在构造上具有一定连续性打勺论述，错误的是（）

A.内质网通过“出芽”形成小泡与高尔基体膜融合

B.细胞质中小泡与核糖体膜融合

C.细胞膜向内凹陷形成小泡离开细胞膜回到细胞质中

D.高尔基体膜突出形成小泡，离开高尔基体膜与细胞膜融合

【例5】既有甲、乙两个烟草品种（2n=48）,其基因型分别为aaBB和AAbb,这两对基因位于非同

源染色体上，且在光照强度不小于800勒克斯时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因（aa

或bb）作用的成果。

取甲乙两品种H勺花粉分别培养植株，将它们H勺叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱

导生生细胞团。然后，放到不小于800勒克斯光照下培养，成果有H勺细胞团不能分化，有的能分化发育成

植株。请回答问题：

（1）甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为晅—和型_。

（2）将叶肉细胞制成原生质体时，使用纤维素酶和果胶酶（仅答纤维素酶也可以）破除细胞壁。

（3）在细胞融合技术中，常用的促融剂是一聚乙二醇。

（4）细胞融合后诱导产牛.I白细抱团叫愈伤组织。

（5）在不小于800勒克斯光照下培养，有生种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由甲、乙两品种日勺花

粉_的原生质体融合来口勺（这里只考虑2个原生质体的互相融合）。由该细胞团分化发育成的植株，其染色

体数是魅_。基因型是一AaBb。该植株自交后裔中，在不小于800勒克斯关照下，浮现不能生长的

植株的概率是7/16.

【命题意图】本题重要考察考生对植物体细胞杂交的原理、遗传的基因分离规律、基因日勺自由组合

规律、减数分裂、染色体变异、单倍体育种等基本的生物学原理、规律的理解掌握。并规定考生对的地运

用这些知识解决生产实际中碰到的问题。

【解析】⑴基因型为aaBB和AAbb日勺个体，经减数分裂形成日勺生殖细胞（花粉）的基因型分别为aB

和Ab。（2）植物细胞的细胞壁由纤维素和果胶构成，因此在破坏植物的细胞壁最佳用纤维素酚和果胶酶解

决，使之裸露形成原生质体。（3）在增进植物细胞的原生质体融合时，常用的措施有物理法（振动、离心、

电刺激等)和化学法(使用聚乙二醇等诱导剂)。常用的促融剂是聚乙二醇。(4)在植物细胞融合成杂种细胞

后，将细胞哺育成新个体，事实上是植物组织培养，涉及融合细胞脱分化分裂形成愈伤组织和愈伤组织再

分化形成新个体。本题中应当属于脱分化分裂形成愈伤组织。(5)在不小于800勒克斯光照下培养，凡基

因型中含aa或bb的细胞团都不能生长分化，可以分化的一定具有A、B基因。若基因型为AaBb的植株

自交，根据自由组合规律，两对等位基因的个体自交，后裔中同步浮现A和B基因的占总数的9/16,其

他占7/16。

变式题图5-20-4(1勺图解为两个不同物种间体细胞杂交示意图，请回答问题：

膏D亲本植物A亲本植物研1

0组织培养目i

fft

杂种植株亲本类型植株

图5-20-4

(I)只有去壁的植物细胞在促融剂协助下才干融合，欲清除细胞壁而不损伤细胞可用

等措施；

(2)杂种细胞的遗传物质构成是,由这种细胞经人工诱导培养，

经分裂增长细胞数目并不断分化，逐渐发育成植株。该植株的性状是.

(3)上图整个培养过程应用了细胞工程曰勺和两大技术，这种哺育杂种植株日勺意义是

能力思维冲浪

一、选择题部分：

1.下图为植物组织培养H勺基本过程，则制作人工种子，及生产治疗烫伤、割伤H勺药物一一紫草素,

应分别选用编号是口勺（）

脱分化再分化

①-------------------->@

A.④②B.③②C.③④D.④③

2.下列哪一项属于克隆（）

A.将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中

B.将抗药菌的某基因引入草履虫的细胞内

C.将鼠骨髓瘤细胞与通过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞

D.将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一种细胞系

3.按操作目的，使用下列试剂生物解决组织细胞恰当的是（）

A.观测植物细胞的有丝分裂：果胶酶B.解决用于细胞融合的动物细胞：胰蛋白酶

C.解决用于细胞融合的动物细胞：CaCI2D.解决用于细胞融合H勺植物细胞：盐酸

4.有关全能性的论述，不对的的是（）

A.受精卵在自然条件下能使后裔细胞形成完整个体，因此全能性最高

B.生物体内细胞由于分化全能性不能体现

C.卵细胞与受精卵同样，细胞未分化，全能性很高

D.植物细胞离体培养在一定条件卜.能体现出全能性

5.用高度分化的I植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列论述错误的是

A.该愈伤组织是细胞通过脱分化和分裂形成的IB.该愈伤组织的细胞没有全能性

C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞构成

D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状构造

6.动物细胞培养的细胞来自于()

A.任何个体的细胞B.只能取自动物胚胎细胞

C.只能取自幼龄动物的组织细胞D.胚胎或幼龄动物口勺器官和组织细胞

7.一只羊口勺卵细胞的核被另一只羊口勺体细胞核置换后，这个卵细胞通过多次分裂，再植入第三只羊

的子宫内发育，成果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能()

A.有选择地繁殖某一性别的家畜B.繁殖家畜中日勺优秀个体

C.用于保存物种D.变化动物的基因型

二、非选择题部分：

8.研究表白，工程细菌A是一种某新型抗生素口勺高产菌，但A细菌为4-羟脯氨酸(一种罕见氨基酸)

缺陷型，这种氨基酸是合成该新型抗生素日勺酶所必需日勺。科学家发现另一种异亮氨酸缺陷型细菌B可以合

成4-羟施氨酸。进行工业化生产这种新型抗生素成为公司家的梦想，某生物学爱好小组提出了如下二种设

计方案：

方案一：将细菌A、细菌B混合培养

方案二：将B细菌中控制4-羟脯氨酸合成的基因转入细菌A

方案三：将细菌A、细菌B融合，形成杂种细胞

回答：

(1)方案一重要运用了细菌A、细菌B在生态学上称之为的关系。

(2)从微生物的营养角度看，4-羟脯氨酸是细菌A的o

(3)在方案三中，某同窗提出筛选杂种细胞的措施是：将通过细胞融合解决的细胞培养在缺4-羟脯氨酸

和缺异亮氨酸的完全培养基中培养，收集增殖的细胞。该措施合理吗？阐明理由或改正。

(4)比较上述三种方案，你觉得最佳日勺方案是那一种？为什么？

9.图5-20-5为细胞融合的简略过程(只考虑两个细胞口勺融合)，请据图回答:

图5-20-5

I.若A、B是基因型分别为rrHH、RRhh两个烟草品种细胞I肉花粉，且这两对基因位于非同源染色

体上，由于一对隐性纯合基因(rr或hh州勺作用，在光照强度不小于800勒克斯时，都不能生长。

(1)实验开始时必须用除去不利于原生质体融合的物质。

(2)实验中除获得杂种细胞外，尚有基因型为的融合细胞。

(3)设计一措施(不考虑机械措施)，从培养液中分离出杂种细胞，措施：o

H.若该过程是制备治疗“SARS”病毒的单克隆抗体，A为人B淋巴细胞(染色体构成为2A+XX=46),

B为鼠骨髓瘤细胞(染色体构成为2B+XX=40)

(4)用单克隆抗体制成“生物导弹”重要运用了抗体的特性。

(5)A细胞来自于,

(6)杂种细胞C共有个染色体组，一种染色体组可表达为。

第二十一课基因工程与微生物发酵工程

主干知识整合

1.基因的构造

(1)原核基因的构造：

一非编码区•编码区琲编码区+

0RNA聚合

旃结合位点

(2)真核基因的构造:

一非编码区一，V------编码区---------►♦非编码区A

DRNA聚合

懦结合位点

■外显了日内含子

图5-21-1

特别提醒：“非编码区”、“非编码序列”的区别，事实上，在编码区中也存在,

如真核基因R勺内显子。

(3)真、原核细胞日勺基因构造的比较：

①相似点：均有和起调控作用的o

②不同点：原核细胞的基因中编码区是,无外显子和内含子之分；真核细胞H勺基因中

编码区是,分为能编码蛋白质的和不能编码蛋白质曰勺。

③在真核生物中，DNA、mRNA的碱基数及蛋白质的氨基酸数之间6：3：1的数量关系中，DNA片

段的碱基数其实是该基因片段中外显子所含碱基数Flo

2.基因工程的概念

基因工程也祢为技术或技术，是生物技术的主体技术。基因工程是指

按.照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和_______________重组后转入细胞内进行扩

增，并体现产生所需蛋白质的技术。基因工程可以打破种属的界线，在基因水平上变化生物遗传性，并通

过工程化为人类提供有用产品及服务。

3.基因工程的工具

(1)基因剪刀一一限制性内切酶：限制性内切酶(简称限制酶)是生物体内的一类酶，它们能将外来的

DNA切断，即可以限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保

护细胞原有的遗传信息，重要存在于中，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行口勺，

故名限制性内切酶。限制性内切酶是基因工程中所用日勺重要切割工具，一种限制的只能辨认一种特定的核

昔竣序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。被切割的DNA分子在切口处形成。

(2)基因针线一一DNA连接酶：被限制性内切酶切割开来的目日勺基因和运载体，具有相似的黏性末端,

将它们的黏性末端连接起来，就可以形成重组的DNA分子。这个将目日勺基因和运载体连接起来的过程就

需要用到DNA连接酶。其功能是把两个DNA片段末端之间的“缝隙”连接起来。注意：DNA连接酶连

接的是之间的磷酸二酯键，而不是两条链之间互补配对碱基之间的氢键，碱基之间的

氢健形成是不要能催化的。

(3)运载工具一一运载体：将目的基因直接送入,一般是很难的，一般要用到运载体。

一般使用的运载体是存在于许多细菌以及酵母菌等生物体内口勺某些质粒，或者动植物病毒及噬菌体。由于

质粒可以在不同生物细胞间穿梭，而病毒(涉及噬菌体)具有性，都可以自主地将目口勺基因

送入受体细胞。固然，并不是所有质粒和病毒都可以担当运载体，而应当满足一定日勺条件。

4.基因工程的操作环节

(1)目的基因的制备：目的基因即基因工程所要转移的基因，分离目H勺基因一方面要拟定目的基因在组

织中的DNA分子上的位置，然后运用切割DNA分子而获得。

(2)重组DNA：外源DNA是很难直接透过细胞膜进入受体细胞的，虽然进入受体细胞之中，也会受到

细抱内口勺作用而分解。重组DNA就是让DNA片段和运载体连接，即在体外条

件下，把目口勺基因接到某种运载体上，常用的运载体有可以和细菌共生的质粒、温和噬菌体(病毒)等。目

的基因结合到通过改造的细菌中的质粒(细菌细胞中的小环状DNA分子)或温和噬菌体(病毒)上后形成的组

合体称为重组体DNA。在这一技术中，限制性内切酶是一种常用的工具酣，它能“切开”质粒的环形DNA,

也能切取H的基因，然后把目的基因DNA片段与质粒DNA分子的两端，在连接酶的作用下互补连接形成

重组体DNA。

(3)重组DNA的扩增体现：重组得到的DNA杂种分子，在合适条件下复制增殖并使目的基因在载体

组织中通过控制蛋白质口勺合成而得以体现，从而体现目的基因本来控制的性状。目的基因的体现是

指。目的基因能否体现是基因工程与否成功的核心。目前，人类已

经运用外源基因，如人口勺生长激素基因，人胸腺激素基因、人干扰素基因、牛生长激素基因笔，导入细菌

中，生产出相应日勺产品，在临床上得到了广泛的应用，获得了可观的经济效益和社会效益。

5.微生物的营养

(1)培养基五大营养素

种类功能举例

为微生物提供碳素营养、能源物质,形成无机化合物，C0\NaHCO+有机化合物:

碳源代谢产物，构成细胞成分糖类、脂类、糖类、脂肪酸、花生粉饼、

石油

为微生物提供氮室直养、合成蛋白质、核无机化合物：氮、氨、镂盐、硝酸盐；有

氮源

酸、含氮代谢产物机化合物：尿素、牛肉膏、蛋白陈等

酶和核酸构成分，微生物生长不可缺少的维生素、氨基酸、碱基等

生长因子

微量有机物

除上表所述种类外还涉及无机盐和水。

(2)培养基的配备原则及其种类

①配备原则：根据选择原料；注意多种营养物质的浓度和比例；pH要合适。

②培养基日勺种类：

标准种类特点及用途

液体培养基工业生产

半固体培养基保藏茵种，观测微生物运动和鉴定菌种

物理性质

固体培养基微生物的分离、计数

天然培养基营养丰富、来源广，用于工业生产

化学成分

合成培养基成分明确稳定，用于分离、鉴定

加入某种化学物质以克制不需要日勺微生物的生长，增进所

选择培养基需要微生物口勺生长，增进所需要微生物的生长，用于分离

工培养目的菌

用途

根据微生物日勺代谢特点，加入某种批示剂化学物质，用于

鉴别培养基

微生物的鉴别

6.微生物的代谢

(1)代谢产物：微生物日勺代谢产物分为产物和产物。

是微生物的生长全过程都会产生的，如氨基酸、核甘酸、多糖、脂类、维生素等，是微生物的生长、繁殖

所必需的。是微生物生长一定阶段后来才产生的，如抗生素、毒素、激素、色素等，一

般对•自身无明显生理作用。

(2)代谢调节：微生物的)代谢调节涉及和两种。酶合成的调节是指某些酷

的女生是在某些诱导物的诱导下才合成的，假如没有这种诱导物存在，则不会形成这种酶。构成酶的合成

不受诱导物影响，而诱导酶只有在诱导物的存在时才合成，如乳糖操纵子模型中有关酶的合成。酶合成调

节的意义是保证代谢需要、避免物质和能量口勺挥霍、增强对环境的I适应。是指产物与

酶结合而使酶B勺构造变化使活性变化：酶活性调节的特点是调节。

(3)人工控制：通过人工控制某些条件来控制代谢产物，加快反映速度，提高产率。一般有两条措施：

①变化菌种：运用酶合成H勺调节、酶活性H勺调节原理用诱变、基因工程、细胞工程技

术变化解的特性、删除某种酶或变化细胞膜对某种代谢产物打勺通透性；

②控制：重要通过温度、pH值、氧浓度影响酶的I活性。

7.微生物的生长

(1)微生物生长分期：微生物的生长一般分为四个时期，各时期的特点见下表:

时期成因特点应用与其她

不立即或繁殖，菌体增长，代时间长短与菌种和培养

调节期适应新环境

谢活跃，为细胞分裂作准备条件有关

对数期条件合适，迅速繁殖个体形态和生理特性檄定生产用菌种，科研材料

活菌数量最大，代谢产物大量改善和控制条件延长稳

稳定期生存条件恶化

积累，浮现芽胞定期

衰亡期生存条件极度恶化死亡超过繁殖，浮现畸变裂解、释放产物

时间

图5-21-2

8.发酵工程

(I)发酵工程的)概念：发酵工程是采用现代工程技术手段，运用生物(重要是微生物)的某些生理功能，

为人类生产有用的I生物产品，或直接用微生物参与和控制某些二.业生产过程的一种新的技术。也有人称它

为“微生物工程二

(2)发酵工程的环节：发酵_L程一般可分为发酵原料的预解决、发酵的准备、发酵过程和产品H勺分离与

纯化等四个阶段。但在生产运用中，发酵过程往往是与其她生物技术相联系H勺。因此，实际生产某种生物

制品时，常分为如下三个环节：

①运用基因工程和细胞工程技术及诱变育种等生产出工程菌或细胞株。如通过的

措施获得能大量积累赖氨酸的黄色短杆菌H勺高产菌株。

②大展培养工程菌或进行细菌发酵。这一步H勺核心是控制发酵的条件，如运用酵母菌生产酒精时，先

要住有氧的条件下，让其大量繁殖，再在无氧的条件下生产酒精。许多产品及某些微生物对发醉工程的温

度、pH等都十分敏感，需要严格H勺检测控制。

③将工程菌与产品从发酵液(培养液)中分离出来，进行纯化和后解决。由于发酵液中产物的浓度很低,

经常只有0.001%〜0.01%,为了获得纯净的生物制品，必须进行分离纯化。常用重要分离纯化措施有

1.人类基因组筹划日勺四图

(I)遗传图：遗传图是指基因或DNA标记(如多肽性遗传标记)在染色体上以遗传距离表达相对位置的

图，又称连锁图。遗传距离一般以基因或DNA片段在染色体互换过程中分离的频率厘摩(cM)来表达。cM

值越高，表白两点间距离越远；cM值越低，表白两点间距离越近。

(2)物理图：物理图是指表达DNA序列上DNA标记之间实际距离H勺图。一般由DNA的限制酶片段或

克隆的DNA片段有序排列而成。标记之间H勺物理距离以DNA上核甘酸数目H勺多少来表达。物理图是进行

DNA序列分析和基因组织构造研究的基本。限制酶物理图是基因组构造的重要特性。

(3)序列图：序列图是指整个人类基因组的核甘酸序列图，也是最详尽的物理图。

(4)转录图：在整个人类基因殂中，只有1%〜5%小JDNA序列为编码序列，在人体某一特定组织的细

胞中，一般只有10%的基因是体现欧I。假如把某段DNA序列相应的mRNA拟定下来，就抓住了基因的重

要部分，即可转录部分。因此。一张人类基因组的转录图(也称cDNA图或体现序列图)才是人类基因图的

雏形。

2.获取目的基因的一般措施

(1)直接分离法：直接分离法又称“鸟枪法”或“霰弹法”。就是从供体细胞中取出DNA分子，用限制

性内切酶进行解决得到DNA片段，然后分别用运载体转入到不同的受体细胞内进行DNA片段扩增，再从

受体细胞中找出具有相应目的基因H勺细胞，得到目H勺基因。这种措施的长处是操作简便。存在H勺缺陷则是

工作量大，有盲目性；对于真核细胞H勺基因来说，目的基因中还具有不体现的内含子，无法将这样H勺基因

在原核细胞内体现。

(2)人工合成法；就足按照自然基因的本来遗传信息，人工合成相应的DNA片段。目前有两种措施，

分别为反转录法和根据蛋白质氨基酸序列推断合成法。

①反转录法：从供体细胞内找出由目日勺基因转录出来的信使RNA,以该信使RNA为模板，反转录成

互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需要的J基因。

②根据蛋白质氨基酸序列推断合成法：根据已知的蛋白质向氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序

列，然后按照碱基互补配对原则，推测出其构造基因口勺核甘酸序列，再通过化学合成的措施，以单核甘酸

为原料合成目日勺基因。

3.将目的基因转入受体细胞的常用措施

将基因转入受体细胞，除了常用口勺运载体转运措施外，在一定的条件下还常使用如下某些措施：

(I)显微注射法：一方面将植物细胞游离出原生质体，然后在显微镜下用微注射器将目的基因注射入受

体细胞;

(2)电穿孔法:在短时间H勺高压电流电脉冲日勺冲击下，可以使原生质腴分子疏松形成临时性的直径为3〜

4nm的小孔，从而使存在于原生质体周边溶液中口勺外源DNA通过小孔进入原生质体。

(3)微束激光打孔法：与电穿孔法类似，是运用微束激光照射形成小孔。

(4)基因枪法：基因枪是一种专门用于基因转移的高压枪。该种措施是一方面将目的基因的DNA附着

于直径约为4urn日勺鹤等金属粒子表面，然后用基因枪将其射入受体细胞。

(5)精子介导法：将精子作合适解决后，使其具有携带外源基因的能力，然后用携带有外源基因的精子

给发情母畜授精。这种措施相对于显微注射法有成本低、成功率高、操作简便等长处。

4.有关运载体

(1)运载体在基因工程中的作用：使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿

主细胞中去；二是运用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

(2)作为运载体必需满足的条件：作为运载体必须具有三个条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复

制,即运载体在宿主细胞内既不会影响宿主细胞自身的生存，干扰宿主细胞自身日勺基本新陈代谢，也不会

被宿主细胞破坏分解：②有多种限制酶切点，以便与外源基因连接；③具有某些标记基因，以夔进行筛选。

(3)运载体的种类：目前，基因工程经常使用的运载体重要有两类：①细菌的质粒，它足细菌染色体

DNA以外的小型环状DNA(一般有1〜200kb,kb为千碱基对)，有的细菌只有一种，有的J细菌有多种；②

噬菌体和某些病毒的)DNAo一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有规定，因此人们根据不同时

目H勺和需要，对某些天然日勺运载体进行人工改建。PBR322是人工改造口勺大肠杆菌质粒，它可以独立复制，

也可整合到细菌DN