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1、专题九 生物科技与技术实践 课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望4.生物技术的安全性和伦理问题转基因生物的安全性生物武器对人类的威胁生物技术中的伦理问题5.生态工程阐述生态工程的原理生态工程的实例6.酶的应用酶的存在与简单的制作方法酶活力测定的一般原理和方法酶在食品制造和洗涤等方面的应用制备和应用固相化酶（1）能独立完成“生物知识内容表”所列实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验的方法和技能进行综合运用（
2、2）具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理（3）能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订7.生物技术在食品加工及其他方面的应用（1）从生物材料中提取某些特定的成分（2）运用发酵加工食品的基本方法（3）测定食品加工中可能产生的有害物质（4）植物的组织培养（5）蛋白质的提取和分离（6）PCR 技术的基本操作和应用合成合成逆转录逆转录 基因工程基因工程目的基因的获取: 分为直接分离基因、人工合成基因。人工合成法反转录法mRNA 单链DNA 双链DNA 专一性强，目的基因不含内含子操作麻烦，mRNA存在的时间短，技术要求高根据已知氨基酸序列合成通过测出的核苷酸序列，利
3、用化学方法合成专一性最强，目的基因不含内含子，可以合成自然界中不存在的基因目前，复杂的、尚不知核苷酸序列的基因不能合成基因表达载体的构建方法 重组DNA（环状重组质粒） 同一种限制酶切割同一种限制酶切割 带有黏性 带有相同黏性末端的 末端切口 目的基因片段 载体（质粒） DNA分子（含目的基因） DNADNA连接酶连接酶 将目的基因导入受体细胞植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术感受态细胞法(用Ca2+处理)受体细胞受精卵体细胞 (需经组织 培养)受精卵原核细胞目的基因的检测与鉴定 导入检测:DNA 分子杂交技术 , 即使用放射性同位素标记的含目
4、的基因的 DNA 片段作探针检测。 转录检测 : 分子杂交法 , 即目的基因表达检测 作探针与 mRNA 杂交 翻译检测 : 抗原抗体杂交法个体生物学水平鉴定: 转基因生物是否具有抗性或转基因产品的功能活性。 细胞工程细胞工程包括动物细胞工程和植物细胞工程。植物组织培养植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。植物组织培养可培育繁殖速度快而且无病毒的植株,还可以通过大规模的植物、细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等,另外，还可用植物组织培养方法形成的胚状体,包裹上人工种皮,制成人工种子。过程名称过程形成体特点条件脱分化 由外植体形成愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团离体提供营
5、养物质(有机物、无机物)提供激素(生长素和细胞分裂素)提供其他适宜条件再分化由愈伤组织成为幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽的能力植物组织培养与动物细胞培养项目原理培养基结果培养目的植物组织培养细胞的全能性固体：营养物质、激素培养成植株快速繁殖,培育无病毒植株等动物细胞培养细胞的增殖液体:营养物质、动物血清等培育成细胞系或细胞株获得细胞的产物或细胞等植物体细胞杂交和动物细胞融合项目细胞融合原理细胞融合方法诱导手段用途植物体细胞杂交细胞膜的流动性去除细胞壁后诱导原生质体融合离心、电刺激、聚乙二醇等试剂诱导克服远缘杂交不亲和,获得杂种植株动物细胞融合细胞膜的流动性使细胞分散后,诱导细胞融合离心、电
6、刺激、聚乙二醇、灭活病毒等试剂诱导制备单克隆抗体的技术单克隆抗体制备过程中的两个核心问题 为何制备单克隆抗体要将单个 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合? 体内的 B 淋巴细胞数目很多 , 可以产生多达百万种以上的特异性抗体 , 这些抗体主要存在于动物体血清中, 也存在于组织液及外分泌液中。如果从动物血清中分离出所需要的抗体 , 不仅获得的抗体产量低 , 而且抗体的特异性差 , 纯度低 , 反应不灵敏。如果利用单个 B 淋巴细胞通过无性繁殖 , 就可产生大量单一抗体,但 B 淋巴细胞在体外不能无限增殖(从动物细胞培养的过程可以理解, 单个细胞要度过两次“危机”几乎是不可能的 ), 这就需要利用肿瘤细
7、胞无限增殖的特点, 将单个 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合, 可以使杂种细胞具有两个亲本的遗传特性 , 也就是既具有无限增殖的特点, 又能产生单一抗体。制备过程中为何须经两次筛选 ? 第一次筛选是在 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后 , 因为有三种融合情况:B 淋巴细胞与 B 淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。而只有 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。第二次筛选是在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。胚胎移植胚胎移植的供体和受体必须是同种生物,同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种,
8、供体则为优良的品种。胚胎移植的意义: 大大缩短了供体本身的繁殖周期 , 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。“生物技术实践”知识网络建构微生物的培养生物技术在食品加工等方面的应用生物技术在食品加工等方面的应用生物技术在食品加工等方面的应用成分 类型消毒灭菌配制培养基倒平板接种培养 临时保藏 永久保藏灭菌培养基无菌技术基本技术菌种保藏固定化酶生物技术实践酶的研究应用酶的制备酶活力的测定果胶酶的应用加酶洗衣粉固定化细胞技术制作果酒制作果醋制作腐乳制作泡菜测定亚硝酸盐的含量 方法方法优点应用原理反应式发酵条件制作流程配制溶液制备标准显色液 制备样品处理液 比色微生物的利用土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
9、纤维素分解菌的筛选流程菌株筛选统计菌落数目设置对照土壤取样选择培养梯度稀释涂布平板挑选菌落微生物的培养生物技术在食品加工等方面的应用制作原理果酒和果醋制作腐乳的制作制作泡菜并检测亚硝酸盐含量果酒:无氧呼吸果醋:有氧呼吸多种微生物发酵泡菜制作:乳酸菌无氧呼吸亚硝酸盐检测：在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料实验流程图让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制操作提示材料的选择与处理;防止发酵被污染;控制好发酵条件控制好材料的用量;防止杂菌污染泡菜坛的选择;腌制的条件;测定亚硝酸盐含量的操作切分成条状或片状原料加工修整、洗涤、晾晒
10、加盐、盐水冷却、加入调味料、装坛发酵 成品 亚硝酸盐的含量果醋冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵果酒挑选葡萄植物芳香油三种提取方法提取方法实验原理方法步骤适用范围水蒸气蒸馏利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来水蒸气蒸馏分离油层除水过滤适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油压榨法通过机械加压,压榨出果皮中的芳香油石灰水浸泡、漂洗压榨、过滤、静置再次过滤适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料中芳香油的提取有机溶剂萃取使芳香油溶解在有机溶剂中,蒸发溶剂后就可获得芳香油粉碎、干燥萃取、过滤浓缩适用范围广,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分溶解在有机溶剂中直接使用酶与固定化酶类型优点不足直接使用酶催化效率高,低耗
11、能,低污染对环境非常敏感,易失活;难回收,不能再次利用,与产物混在一起,可能影响产品质量固定化酶酶与产物分开,可反复利用一种酶只能催化一种化学反应,生产实践中,很多产物的形成是通过一系列的酶促反应得到的例1 制备单克隆抗体所采用的细胞工程技术包括（ ）细胞培养 细胞融合 胚胎移植 细胞核移植 B. C. D. A例2 下列关于细胞工程的叙述，错误的是（ ）A.电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合B.去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理C.小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体D.某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同
12、D例3 下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是（ ）A.花药、胚不能作为组织培养的材料B.植物细胞具有全能性C.外植体是指用于培养的植物组织或器官D.外植体可诱导出愈伤组织A例4 不同的微生物对营养物质的需要各不相同。下列有关一种以CO2为唯一碳源的自养生物营养的描述中，不正确的是（ ）A.氮源物质为该微生物提供必要的氮素B.碳源物质也是该微生物的能源物质C.无机盐是该微生物不可缺少的营养物质D.水是该微生物的营养要素之一B例5 利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。下列相关叙述正确的是（ ）A.用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体
13、B.体外培养单个效应B细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体C.将等量效应B细胞和骨髓瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞D.利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者D例6 下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是（ ）A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶的活性受温度影响C.限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶可从原核生物中提取C例7 利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是（ ）A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B.大肠杆
14、菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D.酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白D例8 单克隆抗体技术在疾病诊断和治疗以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列关于单克隆抗体的叙述，错误的是（ ）A.特异性强，灵敏度高B.与抗癌药物结合可制成“生物导弹”C.体外培养B淋巴细胞可大量分泌单克隆抗体D.由效应B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞分泌C例9 下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（ ）A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒D.原核基因不能用来进行真核生物的基因改良B例10 在已知
15、某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是（ ）A.用mRNA为模板逆转录合成DNAB.以4种脱氧核苷酸为原料人工合成C.将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选D.由蛋白质的氨基酸序列推测mRNAB例11 【现代生物科技专题】 天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转入酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：（1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是_，用_将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分_，以完成工程菌的构建。解析：基因工程的步骤是：
16、获取目的基因、目的基因与运载体结合、目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定。用限制酶将目的基因切割下来，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，将重组DNA分子导入酿酒酵母菌细胞中。限制性核酸内切酶DNA连接酶导入酿酒酵母菌（2）若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌，可采用的检测方法是_；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用_检测；将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。 解析：目的基因的检测过程包括三个步骤：用基因探针检测受体细胞中是否有目的基因、用基因探针检测目的基因是否转录出mRNA、用抗原抗体杂交技术检
17、测是否有相应蛋白质的合成。该工程菌可分解淀粉，因此，在固体平板培养基上接种细菌的部位不具有淀粉，滴加碘液后没有蓝色反应出现，产生透明圈。DNA分子杂交技术分子杂交技术抗原抗体杂交或淀粉酶活性答案：该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基，水解淀粉后的区域，遇碘不再变蓝色，产生透明圈。（3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小？解析：该实验自变量为不同转基因工程菌，因变量为淀粉酶活性或酒精产量。在相同条件下培养不同工程菌菌株，酒精产量较高的菌株利用淀粉的能力较强。答案：测定相同培养条件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产量。（4）微生物在基因工程领域中有哪些重要作用？ 解析：微生物具
18、有繁殖周期短、多为单细胞、易培养、遗传物质相对较少等特点，因此，一般用微生物作为受体细胞和用于发酵的工程菌。基因工程的工具酶有限制酶和DNA连接酶，其中限制酶主要来自微生物。基因工程的常用运载体有：质粒、动植物病毒、噬菌体的衍生物，其中质粒是微生物细胞染色体外能够自主复制的小型环状DNA分子。 答案：工具酶主要来自微生物；最重要的目的基因供体库之一；目的基因的载体之一；作为受体细胞；提供用于发酵的工程菌。例12 【生物技术实践】科学家发现家蝇体内存在一种抗菌活性蛋白。这种蛋白质具有极强的抗菌能力，受到研究者重视。（1）分离该抗菌蛋白可用电泳法，其原理是根据蛋白质分子的_、大小及形状不同，在电场
19、中的_不同而实现分离。（2）可用金黄色葡萄球菌来检验该蛋白的体外抗菌特性。抗菌实验所用培养基中的牛肉膏和蛋白胨主要为细菌生长提供_和_。（3）分别在加入和未加入该抗菌蛋白的培养基中接种等量菌液。培养一定时间后，比较两种培养基中菌落的_，确定该蛋白质的抗菌效果。（4）细菌培养常用的接种方法有_和_。实验结束后，对使用过的培养基应进行_处理。 解析：本题考查生物技术实践中的基础知识，知识点覆盖面大，答案容易组织。有关物质的分离与提取方法，设计分离蛋白质的电泳法电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。有关
20、微生物培养基的成分、种类与作用，涉及牛肉膏蛋白胨培养基中的牛肉膏与蛋白胨分别为微生物提供碳源、氮源和维生素。有关微生物的接种和培养方法，常采用平板画线法和稀释涂布平板法对细菌进行接种。为防止细菌的污染，实验结束后要对用过的培养基作灭菌处理。电荷（带电情况）迁移速率碳源氮源数量平板划线法稀释涂布平板法灭菌例13 【现代生物科技专题】为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的_处，DNA连接酶作用于_。（填“a” 或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受体
21、细胞的常用方法有农杆菌转化法和_法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用_技术，该技术的核心是_和_。（4 ）为了确定耐盐基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_作探针进行分子杂交检测，又要用_方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。3553C T G C A G G A C G T C- b b a a 解析：本题以“科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系”为背景，考查了现代生物技术专题中的有关基因工程和植物细胞工程的基本内容。基因工程中的工具酶限制酶和DNA连接酶的作用是断开或连接两核苷酸间的磷酸二酯键。将目的基因导入植物受体细胞常用的方法是农杆菌转化法、基因枪法和花粉管
22、通道法。目的基因的检测和鉴定，常利用DNA分子杂交技术（探针）等作分子水平的检测和个体生物学水平的鉴定。植物组织培养的基本过程是植物在离体状态下，进行脱分化与再分化。 答案答案：（：（1 1）a a (2)a a (2)基因枪、花粉管通道 (3)植物组织培养 脱分化（去分化） 再分化 (4)耐盐基因（目的基因）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）例14 【现代生物科技专题】回答下列有关动物细胞培养的问题：（1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面_时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的_。此时，瓶壁上形成的细胞层数是_。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是_
23、。（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现_的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成_细胞，该种细胞的黏着性_，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量_。（3）现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是_。（4 ）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到_期的细胞用显微镜进行观察。（5）在细胞培养过程中，通常在_条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中_的活性降低，细胞_的速率降低。（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作_进行攻击。 解析：本
24、题考查现代生物科技专题中的有关动物细胞培养的基础知识。在动物细胞的培养过程中，细胞因相互接触而出现接触抑制并具有贴壁现象，可用胰蛋白酶将贴壁细胞分离下来。随着细胞培养传代次数的增多，大多数细胞失去了分裂能力而衰老死亡，只有少数细胞仍具有分裂能力，这少数的细胞具有癌细胞的特征，其细胞膜上的糖蛋白减少，细胞的黏着性下降。细胞膜具有选择透过性，故染料分子不能使活细胞着色。温度能影响细胞内酶的活性而影响细胞的新陈代谢，故可低温保存培养的细胞。 答案答案：（：（1 1）相互接触 接触抑制 单层（或一层）胰蛋白酶 （2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少 （3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进
25、入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色） （4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮）酶 新陈代谢 （6）抗原例15 以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括_和_。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是_和_。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或_，后者的形状呈_。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率_，所以在转化后通常需要进行_操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和_序列上是相同的。 解析：考查基因工程的相关
26、内容。基因工程的基本步骤是：目的基因的获得、将目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。目的基因的获得主要有两种：直接从供体DNA中分离和根据已知蛋白质的氨基酸序列推测出DNA的序列，人工合成目的基因。第二步用同种限制酶来切割目的基因和小型环状DNA分子质粒，产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶将DNA片段连接形成重组DNA分子。重组DNA分子导入完成后根据质粒中的标记基因进行检测，以确定导入是否成功。同一目的基因导入不同的受体细胞，由目的基因控制合成的蛋白质在功能和构成蛋白质的氨基酸序列上是相同的。 答案：（1）化学合成（人工合成） 酶切获取（从染色体DNA分离/从生物细胞分离) （2）限制性核酸内切酶（限制酶） DNA连接酶（连接酶）（3）质粒 小型环状（双链环状、环状） （4）低 筛选 （5）氨基酸