高考生物二轮复习专题突破十四 现代生物科技 新人教版.docx

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高考生物二轮复习专题突破十四现代生物科技新人教版

专题十四现代生物科技

摘要：

本专题知识是历年高考的必考内容，其中基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一，基因诊断、基因治疗、基因产品在人们生活中的出现日渐频繁。

基因工程的原理、技术与应用是选修三的重要考点，且经常与胚胎工程、微生物的培养、克隆技术、组织培养等知识进行综合考查。

动物细胞培养及应用、植物组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用也是重要的考点。

一、专题知识突破

1．考纲要求

基因工程

（1）基因工程的诞生I

（2）基因工程的原理及技术Ⅱ

（3）基因工程的应用Ⅱ

（4）蛋白质工程I

克隆技术

（1）植物的组织培养Ⅱ

（2）动物的细胞培养与体细胞克隆I

（3）细胞融合与单克隆抗体Ⅱ

胚胎工程

（1）动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础I

（2）胚胎干细胞的移植I

（3）胚胎工程的应用

Ⅱ

生物技术的安全性和伦理问题

（

1）转基因生物的安全性I

（2）生物武器对人类的威胁

I

（3）生物技术中的伦理问题I

生态工程（山东考纲不要求）

（1）简述生态工程的原理Ⅱ

（2）生态工程的实例I

实验

DNA的粗提取与鉴定

2．考点剖析

考点1：

基因工程和蛋白质工程

【体验真题】

1.（2012浙江高考6）天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。

现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（）

A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B

B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B

C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞

D.将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞

【解析】提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。

【答案】A

2.（2011安徽卷）家蚕细胞具有高效表达外源基因能力。

将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可以提取干扰素用于制药。

（1）进行转基因操作前，需用___________酶短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。

（2）为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要

把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的_________和___________之间。

（3）采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。

改PCR反应体系的主要成分应该包含：

扩增缓冲液（含Mg2+）、水，4种脱氧核糖苷酸、模板DNA、_____________和_________________。

（4）利用生物反应器培养家蚕细胞时，的细胞会产生接触抑制。

通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以_________________增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。

解析:

（1）将动物组织利用胰蛋白酶处

理可获得单个细胞。

（2）基因表达载体上目的基因的首端要有启动子，尾端要有终止子。

（3）PCR反应体系的主要成分包括：

扩增缓冲液、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、对干扰素基因特异的引物对、TaqDNA聚合酶。

（4）此种做法还可扩大细胞贴壁生长的附着面积。

答案：

（1）胰蛋白（或胶原蛋白）

（2）启动子终止子（3）对干扰素基因特异的DNA引物对TaqDNA聚合酶（4）扩大细胞贴壁生长的附着面积

【考题切点】从考查内容上看：

该部分内容主要考查基因工程所用到的工具、基因工程的操作过程、及基因工程的应用分析；从考查形式上看，这部分因为是选考，所以一般以非选择题形式出现，从命题趋势上看，可以与基因诊断、基因治疗、基因产品等生命科学的热点和研究前沿结合，还可以与胚胎工程、微生物培养、克隆技术、组织培养等知识综合考查。

【考点透析】

1．基因操作的工具

限制酶

DNA连接酶

载体

作用

切割目的基因和载体

拼接DNA片段，形成重组DNA

携带目的基因进入受体细胞

作用部位

两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键

作用特点（条件）

①识别特定的核苷酸序列②在特定位点上切割

①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端②T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端

①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制②有多个限制酶切割位点③具有特殊的标记基因

常用类型

EcoRⅠ限制酶SmaⅠ限制酶

E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒

2．基因工程的基本操作程序

（1）获取目的基因的方法

①从基因文库中获取；

②

利用PCR（聚合酶链式反应）技术扩增目的基因；

③人工合成。

（2）基因表达载体的构建（基因工程的核心）

①构建目的：

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用；

②一个基因表达载体的组成：

目的基因、启动子、终止子、标记基因等。

（3）将目的基因导入受体细胞——转化

②受体种类不同，所用的受体细胞种类也不相同。

植物——一般为体细胞（可经组织培养成为完整个体）。

动物——受精卵（因为体细胞的全能性受到严格限制）。

③转化实质：

目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

（4）目的基因的检测与鉴定

类型

步骤

检测内容

方法

分子检测

第一步

转基因生物染色体的DNA是否插入了目的基因

DNA分子杂交技（DNA和DNA之间）

第二步

目的基因是否转录出mRNA

分子杂交技术（DNA和mRNA之间）

第三步

目的基因是否翻译成蛋白质

抗原—抗体杂交技术（抗原和抗体之间）

个体水

平鉴定

包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；基因工程产品与天然产品活性比较，以确定功能活性是否相同等

　3.蛋白质工程及与基因工程的区别和联系

项目

蛋白质工程

基因工程

区别

过程

预期蛋白质功能→设计预

期的蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质

获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

实质

定向改造或生产人类所需的蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品

结果

生产自然界没有的蛋白质

生产自然界中已有的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的

第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现

【考题预测】

1．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是（　　）

A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸

B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体

C．将重组DNA分子导入烟草原生质体

D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

考点2：

细胞工程及其应用

【体验真题】

3.（2013浙江卷，6）实验小鼠皮肤细胞培养

（非克隆培养）的基本过程如图所示。

下列叙述错误的是

A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒

B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化

C.丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型

D.丁过程得到的细胞具有异质性

【解析】动物细胞培养需要无毒无菌的环境，甲过程指从实验小鼠身上取下皮肤组织，该过程需要对小鼠进行消毒处理，A项正确；乙过程表示将得到的皮肤组织分散成单个细胞制备成细胞悬液，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，B项正确；丙过程表示原代培养，此时的细胞仍能保持正常的二倍体核型，C项错误；丁过程表示传代培养，克隆培养法培养出来的是纯系，非克隆培养得到的是不纯的细胞群，D项正确。

【答案】C

【考题切点】从考查内容看，主要集中在植物细胞的全能性、植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体的制备及应用等内容上。

从考查形式上看，多以非选择题形式出现，注重与工农业生产和医学实践的应用及科技发展联系在一起考查。

【考点透析】

1．动、植物细胞全能性

（1）原因：

生物体的每个细胞都含有发育成完整个体所必需的全部基因。

（2）全能性表现的大小：

受精卵的全能性最大，其次是生殖细胞，体细胞相对较小。

（3）全能性表现与细胞种类有关：

离体的植物体细胞的全能性在一定条件下可充分体现。

离体的动物体细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性，需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。

未离体细胞的全能性不能表达，只能在机体调控下定向分化。

2．动物细胞培养与植物组织培养的比较

项目

动物细胞培养

植物组织培养

前处理

无菌、用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开

无菌、离体

培养基成分

葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等

培养基状态

液体培养基

固体培养基

过程

动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织→原代培养→传代培养→细胞群

离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽→植物体

能否培养成个体

不能

能

应用举例

大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；皮肤移植；检测有毒物质的毒性等

快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物；制造人工种子；培育转基因作物等

3.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较

项目

植物体细胞杂交

动物细胞融合

（单克隆抗体的制备）

理论基础（原理）

细胞膜的流动性、细胞的全能性

细胞膜的流动性、细胞增殖

融合前处理

酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶等）

注射特定抗原，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞

促融

①物理法：

离心、振动、电激等；

②化学法：

聚乙二醇（PEG）

①物化法：

与植物细胞融合相同；

②生物法：

灭活的仙台病毒

过程

第一步：

原生质体的制备；

第二步：

原生质体的融合；

第三步：

杂种细胞的筛选与培养；

第四步：

杂种植株的诱导与鉴定

第一步：

正常小鼠免疫处理；

第二步：

动物细胞融合；

第三步：

杂交瘤细胞筛选与培养；第四步：

单克隆抗体的提纯

用途

①克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交亲本的组合范围；

②克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传

①制备单克隆抗体；

②诊断、治疗疾病，如生物导弹

4.单克隆抗体

（1）．制备过程

（2）．生产单克隆抗体的方法有三种

①利用动物细胞融合技术形成的杂交瘤细胞生产单克隆抗体；

②将目的基因导入浆细胞，利用基因工程生产单克隆抗体；

③利用动物细胞核移植技术生产单克隆抗体。

（3）．特点：

化学性质单一、特异性强、灵敏度高、可大量生产。

（4）．应用：

①作为诊断试剂。

②用于治疗疾病和运载药物，如生物导弹。

【考题预测】

2．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．恶性细胞系的细胞可进行传代培养

考点3：

胚胎工程及其应用

【体验真题】

5.（2013山东卷）【生物-现代生物科技专题】

科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞（iPS），继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。

流程如下：

（1）从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停

止分裂，这种现象称为。

（2）图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为；也可从灰鼠体内取出卵子，通过后进行早期胚胎培养获得。

（3）图中重组囊胚通过技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用方法保存。

（4）小鼠胚胎干细胞（ES）可由囊胚的分离培养获得。

iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向后用于疾病的细胞治疗。

【解析】

（1）原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。

接触抑制指贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。

（2）将早期胚胎从母牛子宫中冲洗出来的方法叫冲卵。

（3）暂不进行胚胎移植的胚胎可放入—1

96℃的液氮中冷冻保存。

（4）胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类细胞。

iPS与ES细胞一样，可通过定向诱导

分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。

【答案】

（1）原代培养接触抑制

（2）冲卵体外受精

（3）胚胎移植冷冻（或：

低温）

（4）内细胞团细胞诱导分化

【考题切点】从考查内容上看，克隆技术、细胞工程、胚胎干细胞在生产、生活及医疗上的应用等问题频频出现在近年的高考试题中。

从考查形式看经常以流程图为载体，考查队各种生物技术及过程中想干概念的表达，试题考查内容较浅，记忆性知识点较多。

【考点透析】

1．受精过程

（1）精子和卵子的发生

①精子的发生：

精原细胞先通过有丝分裂增殖，部分精原细胞发育成初级精母细胞后进行减数分裂。

变形过程中，细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，为精子运动提供能量，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。

②卵子的发生：

在胎儿时期，卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞，被卵泡细胞包围；减Ⅰ分裂在排卵前后完成，形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精；减Ⅱ分裂是在受精过程中完成的。

（2）受精过程

①准备阶段：

包括精子获能及卵子达到减数第二次分裂中期。

②受精阶段：

包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，雌、雄原核形成及其融合。

③防止多个精子入卵受精的屏障

a.透明带反应。

b.卵黄膜封闭作用。

（3）受精的标志和受精完成的标志

①卵子受精的标志：

在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。

②受精完成的标志：

雌、雄原核的融合。

2.胚胎移植：

（1）操作对象：

雌性动物的早期胚胎，或通过体外受精及其他方式得到的胚胎；

（2）受体：

同种的、生理状态相同的其他雌性动物；

（3）本质：

生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程；

（4）地位：

是胚胎工程技术的终端环节，即任何胚胎只有移植给受体才能获得后代。

（5）流程:

3．胚胎分割

（1）材料选择：

发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。

（2）囊胚期分割要求：

内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。

（3）意义：

加快繁殖速度，是动物无性繁殖或克隆的方法之一，其他克隆方法还有核移植。

4.胚胎干细胞

（1）．哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。

（2）．具有胚胎细胞的特性：

在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。

另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。

【考题预测】

3.下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。

下列有关叙述，正确的是

A．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞

B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成

C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性

D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群

考点4：

生态工程

【体验真题】

6.（2011年新课标卷）现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池

曝光池

兼氧池

植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。

污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。

回答问题：

⑴污水流经厌氧沉淀池。

曝气池和兼氧池后得到初步净化。

在这个过程中，微生物通过呼吸将有机物分解。

⑵植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了（生态系统、菌落、种群）。

在植物池的食物网中，植物位于第营养级。

植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于所固定的能。

（3）生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、和等原理。

（4）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。

解析：

本题综合考查群落和生态系统的结构、生态工程的基本原理等相关知识。

属于对识记层次的考查。

（1）在厌氧沉淀池，微生物进行无氧呼吸；在曝气池，微生物主要进行有氧呼吸；在兼氧池，微生物既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。

（2）群落是栖息于一定地域或生境中各种生物种群通过相互作用而有机结合的集合体，包括给定区域的所有生物。

（3）生态工程的基本原理包括物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理。

（4）见答案

答案:

⑴有氧和无氧（或细胞）。

⑵群落一生产者太阳（3）物质循环再生物种多样性（4）已被破坏的生态环境（或受损的生态系统）

【考题切点】本考点内容相对较少，在高考中很少涉及。

但由于该部分内容在当今气候变化、环境保护和经济发展中的重要作用，预计考查的

可能性越来越大，但分值不一定很多。

在考查形式上，因为是选考内容，会以非选择题形式出现。

【考点透析】生态工程遵循原理归纳与举例

理论基础

内容

意义

举例

物质循环再生原理

物质循环

物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭

避免环境污染及对其他系统稳定性和发展的影响

无废弃物农业

物种多样性原理

生态系统的抵抗力稳定性

物种多，营养关系复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，生物多样性程度高，可以为各类生物提供多种机会和条件。

营养关系越复杂，有限资源下就可以容纳更多的生物量

避免生态系统结构和功能失衡

单纯林引起的“绿色荒漠”问题

协调与平衡原理

生物与环境的协调与平衡

指生物与环境平衡，需要考虑环境承载力，即指某种环境所能养活的生物种群的数量

避免生态系统的失衡和破坏

赤潮和水华等水体富营养化问题

整体性原理

社会、自然、经济复合系统

生态工程的建设，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑社会和经济等系统的影响力

统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定

林业建设中自然生态系统与社会、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

生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的

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：

整体大于部分

系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果

保持系统较高的生产力

藻类和珊瑚虫的关系

【考题预测】

4.下列有关生态工程的描述错误的是

A．生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系

B．中国农民实施的“无废弃物农业”所包含的生态学原理是物质的循环再生

C．在林业工程建设时要考虑系统的整体性原理，防止“前面造林，后面砍林”

D．我国南方水网地区的桑基鱼塘模式体现了系统的结构决定功能的原理

3.方法指导

本专题在能力要求上以了解为主，在复习过程中应注重基础知识的培养，通过画网络图的形式将每一个小专题中的知识进行总结，记住概念性的问题，另外，本专题的过程图非常多，这也是识记的一个重点，注意把知识和过程图有机的结合。

考题预测参考答案

1．解析:

本题考查基因工程的工具和基本操作步骤，意在考查对基因工程技术基本过程的理解及应用于实际生产、生活的能力。

限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA，所以A错误；目的基因与载体的连接由DNA连接酶催化连接，B正确；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体，C正确；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，D正确。

答案:

A

2．解析:

动物细胞在培养过程中有接触抑制现象，细胞在培养瓶中会贴壁生长，形成一层细胞，相互接触后停止生长。

克隆培养法培养过程中，仅有极少数细胞的基因型会发生改变。

二倍体细胞的传代培养一般传至10代后就不易传下去了。

恶性细胞系的细胞具有不死性，可以进行传代培养。

答案：

D

3．解析：

①是获得已经免疫的B细胞，A项错误；胰蛋白酶使得组

织块分散为单个细胞，B项错误；③同时具有B淋巴细胞和

骨髓瘤细胞的特性，C项错误；④经筛选后获得能够获得分泌特异性抗体的杂交瘤细胞，D项正确。

答案：

D

4．解析:

与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系；“无废弃物农业”是物质循环再生的原理在农业上应用的实例；整体性原理要求，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，避免出现“前面造林，后面砍林”的现象；我国南方水网地区的桑基鱼塘模式，就是把很多单个生产系统通过优化组合，有机地整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了系统的生产力，充分体现了系统学和工程学的原理。

答案:

D