高中生物選修3 答案與提示

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流高中生物選修3 答案與提示.精品文檔.高中生物選修3 答案與提示專題1 基因工程1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具一、學習目標1.簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。2.認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。二、學習重點和難點1.學習重點：DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具的作用。2.學習難點：基因工程載體需要具備的條件。三、答案與提示（一）思考與探究2.聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？提示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特

2、定的堿基序列。細菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因為微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵（本題不要求學生回答的完全，教師可參考教師用書中的提示，根據(jù)學生的具體情況，給予指導。上述原則也應適用于其他章節(jié)中有關(guān)問題的回答。）。3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載

3、體使用的DNA分子很多都是質(zhì)粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。（1） 載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。（2） 載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。（3） 載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。（4） 載

4、體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。（5） 載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。 實際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。4.網(wǎng)上查詢：DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？提示：迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。（二）尋根問底1.根據(jù)你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成

5、了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。2. DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？答：不是一回事。基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原

6、子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現(xiàn)在什么地方呢？（1）DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不相同。（三）模擬制作討論題1. 你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？提示：不能。因

7、為一般基因有上千個堿基對。2. 如果你操作失誤，堿基不能配對。可能是什么原因造成的？提示：可能是剪切位點或連接位點選得不對（也可能是其他原因）。（四）旁欄思考題想一想，具備什么條件才能充當“分子運輸車”？提示：能自我復制、有一個或多個切割位點、有標記基因位點及對受體細胞無害等。四、知識拓展1.限制酶所識別的序列有什么特點？限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線（圖1-1），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復排列的。圖1-1 限制酶識別序列的中心軸線2.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？任何一種限制酶都只識別和切斷特定的核苷酸序列，這是由限制酶

8、的性質(zhì)所決定的。3.DNA連接酶連接的是什么部位？DNA連接酶是將一段DNA片段3端的羥基與另一DNA片段5端磷酸基團上的羥基連接起來形成酯鍵，而不是連接互補堿基之間的氫鍵。1.2 基因工程的基本操作程序一、學習目標1.簡述基因工程原理及基本操作程序。2.嘗試設計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。二、 學習重點和難點1. 學習重點：基因工程基本操作程序的四個步驟。2. 學習難點：（1）從基因文庫中獲取目的基因。（2）利用PCR技術(shù)擴增目的基因。三、 答案和提示（一）思考與探究1.作為基因工程表達載體，只需含有目的基因即可完成任務嗎？為什么？答：不可以。因為目的基因在表達載體中得到表達并發(fā)揮作用，還需要

9、有其他控制元件，如啟動子、終止子和標記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：（1） 生物之間進行基因交流，只有使用受體生物自身基因的啟動子才能比較有利于基因的表達；（2） 通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄；（3） 目的基因是否導入受體生物中需要有篩選標記；（4） 為了增強目的基因的表達水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強子等；（5） 有時需要確定目的基因表達的產(chǎn)物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標識存在部位的基因（或做成目的基因與標識基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。2.根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機理，你能分析出農(nóng)桿菌不能

10、將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個抗病基因?qū)雴巫尤~植物，如小麥，從理論上說，你應該如何做？提示：農(nóng)桿菌可分為根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌，在植物基因工程中以根瘤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒介導的遺傳轉(zhuǎn)化最多。根瘤農(nóng)桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據(jù)不完全統(tǒng)計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當這些植物被該菌侵染后會誘發(fā)腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個非常復雜的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質(zhì)主要在雙

11、子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。近年來還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質(zhì)和糖類物質(zhì)既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上Vir區(qū)（毒性區(qū)）基因的誘導物，使Vir區(qū)基因活化，導致T-DNA的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細胞。需要注意的是農(nóng)桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉(zhuǎn)化時，是需要加上述酚類物質(zhì)的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。如果想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點：

12、要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因為不是所有的農(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；要加趨化和誘導的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)（誘導）的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體DNA上。3.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復合體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。4.-珠蛋白是動物

13、血紅蛋白的重要組成成分。當它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的-珠蛋白，想一想，應如何進行設計？提示：基本操作如下：（1）從小鼠中克隆出-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。（2）將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個表達載體。（3）將表達載體導入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果表達載體未進入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長出大腸桿菌菌落，則表明-珠蛋白基因已進入其中。（4）培養(yǎng)進入了-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，

14、破碎后從中提取-珠蛋白。（二）求異思維你能推測出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？提示：1970年，特明（H.M. Temin）和巴爾的摩（D. Baltimore）證實了RNA病毒中含有一種能將RNA轉(zhuǎn)錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以53方向合成DNA（圖1-3）。圖1-3 由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程cDNA合成過程是：第一

15、步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。（三）尋根問底1.為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？提示：構(gòu)建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，即可通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過反轉(zhuǎn)錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知

16、，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內(nèi)獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發(fā)育的不同階段表達的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構(gòu)建基因文庫。2.將目的基因直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？提示：有人采用總DNA注射法進行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導入受體植物，沒有進行表達載體的構(gòu)建，這種方法針對性差，完全靠運氣，也無法確定什么基因?qū)肓耸荏w植物。此法目前爭議頗多，嚴格來講不算基因工程。四、 知識拓展1.PCR的擴增過程是怎樣的？PCR擴增是獲取目

17、的基因的一種非常有用的方法，也是進行分子鑒定和檢測的一種很靈敏的方法。PCR的擴增反應過程包括以下幾個主要過程。第一步：將反應體系（包括雙鏈模板、引物、耐高溫的DNA聚合酶、四種脫氧核糖核苷酸以及酶促反應所需的離子等）加熱至9095 ，使雙鏈DNA模板兩條鏈之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為互補鏈聚合反應的模板。第二步：將反應體系降溫至5560 ，使兩種引物分別與模板DNA鏈3端的互補序列互補配對，這個過程稱為復性。第三步：將反應體系升溫至7075 ，在耐高溫的DNA聚合酶催化作用下，將與模板互補的單個核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA鏈延伸，產(chǎn)生一條與模板鏈互補的DNA鏈。上述三步

18、反應完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。2.如何從基因文庫中找到所需要的基因？從基因文庫中找到目的基因是一件比較復雜的事情，要根據(jù)目的基因已有的某些信息來進行。下面介紹一種根據(jù)基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。第一步，通過PCR方法將目的基因已知的部分核苷酸序列擴增出來，進行放射性同位素標記（也可以用別的標記方法進行，如生物素、熒光素等），即用標記了放射性同位素的目的DNA片段作為探針，與擴增出來的DNA雜交。第二步，將基因文庫中的所有菌落轉(zhuǎn)移至硝酸纖維膜上（也可以用其他類型的膜），然

19、后，通過處理溶解消化掉細菌中的蛋白質(zhì)，并使DNA固定在膜上。第三步，按Southern雜交的方法進行雜交。第四步，在X光底片上出現(xiàn)黑斑的菌落，這表明這個菌落中含有所需要的目的基因（若選用別的標記方法，有陽性信號的菌落則含有所需要的目的基因）。第五步，從該菌落中再提取目的基因。3.基因工程載體的構(gòu)建需要考慮哪些方面的因素？道理何在？主要考慮以下幾方面的因素。（1）基因的特點：如果一個來自動物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因植物，因為動物中內(nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA。基因的產(chǎn)物如果是一個糖蛋白，那么該基因在原核生物細菌中表達出來的5

20、8高中生物選修3 答案與提示_高中生物選修三蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因為糖蛋白上的糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細菌無這些細胞器。（2）要選擇強啟動子或組織特異性啟動子。啟動子有強有弱，選擇強啟動子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個組織表達，如只在植物種子中表達，就要選擇種子中特異表達的啟動子。（3）要有選擇標記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。4.什么是分子雜交技術(shù)的顯示帶？分子雜交技術(shù)是基因工程中使用頻率很高的一項技術(shù)，主要用于檢測和鑒定，可以分為核酸分子之間的雜交和蛋白質(zhì)分子之間的雜交。常用的技術(shù)有：Southern雜交DNA和DN

21、A分子之間的雜交。目的基因是否整合到受體生物的染色體DNA中，這在真核生物中是目的基因可否穩(wěn)定存在和遺傳的關(guān)鍵。如何證明這一點，就需要通過Southern雜交技術(shù)。基本做法是：第一步，將受體生物DNA提取出來，經(jīng)過適當?shù)拿盖泻?，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小的片段分開；第二步，將凝膠上的DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標記了放射性同位素（或生物素）的目的DNA片段作為探針與硝酸纖維素膜上的DNA進行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖維素膜上，在暗處使底片感光；第五步，將X光底片沖洗，如果在底片上出現(xiàn)黑色條帶，則表明受體植物染色體DNA上有目的基因。Northern雜交DNA和RNA分子

22、之間的雜交。它是檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的方法，具體做法與Southern雜交相同，只是第一步從受體植物中提取的是mRNA而不是DNA，雜交帶的顯現(xiàn)也與Southern雜交相同。Western雜交蛋白質(zhì)分子（抗原抗體）之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達出蛋白質(zhì)的一種方法。具體做法是：第一步，將目的基因在大腸桿菌中表達出蛋白質(zhì)；第二步，將表達出的蛋白質(zhì)注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應的抗體，并提取出抗體（一抗）；第三步，從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，走凝膠電泳；第四步，將凝膠中的蛋白轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第五步，將抗體（一抗）與硝酸纖維素膜上的蛋白雜交，這時抗體（一抗）與目的基因表達的蛋白（抗原）

23、會特異結(jié)合。由于這種抗原抗體的結(jié)合顯示不出條帶，所以加入一種稱為二抗的抗體，它可以與一抗結(jié)合，二抗抗體上帶有特殊的標記。如果目的基因表達出了蛋白質(zhì)，則結(jié)果為陽性。1.3 基因工程的應用一、學習目標1.舉例說出基因工程應用及取得的豐碩成果。2.關(guān)注基因工程的進展。3.認同基因工程的應用促進生產(chǎn)力的提高。二、學習重點和難點1. 學習重點：基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應用。2. 學習難點：基因治療。三、小資料蛋白、抗凝血酶等）比工廠化生產(chǎn)的優(yōu)越之處有哪些？（2）用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？第一個問題，既可以解決乳腺生物反應器的優(yōu)越性問題，而且顯示了社會需求是乳腺生物反應器

24、這一創(chuàng)新成果產(chǎn)生的動力。乳腺生物反應器的優(yōu)點：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。第二個問題，用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程與轉(zhuǎn)基因動物操作過程相同。而不同之處是：為了將目標產(chǎn)品在奶中形成，需要使用乳腺組織中特異表達的啟動子，要在編碼目的蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達的啟動子構(gòu)建成表達載體。操作過程大致歸納為：獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子）顯微注射導入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達）。四、 答案和提示思考與探究根據(jù)所學內(nèi)容，試概括寫出基因工程

25、解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。提示：基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。五、 知識拓展1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房即可生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的

26、不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭牛或50頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到100 g胰島素，相當于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。2.在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白（coat protein，CP）基因?qū)胫参锖蟮目共《緳C理，目前有幾種假說。一種假說認為：C

27、P基因在植物細胞內(nèi)表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。利用CP介導的抗病毒性還存在一些問題：轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒（被使用

28、CP基因的病毒）或密切相關(guān)的病毒；轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)只是發(fā)病延緩，一般為兩周，并非根治；潛在著植物表達的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險。1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起一、學習目標1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡述蛋白質(zhì)工程的原理。3.嘗試運用逆向思維分析和解決問題。二、 學習重點和難點1學習重點（1）為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究？（2）蛋白質(zhì)工程的原理。2. 學習難點：蛋白質(zhì)工程的原理。三、答案和提示（一）思考與探究1.蛋白質(zhì)工程是應怎樣的需求而崛起的？提示（供教師在教學中參考）：蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎理論研究的需要。而結(jié)構(gòu)生物學對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其

29、復雜的生物功能的分析結(jié)果，為設計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。下面舉一個如何通過蛋白質(zhì)工程

30、來提高重組-干擾素專一活性和穩(wěn)定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。在基礎理論研究方

31、面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動的規(guī)律。2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？答：基因工程是遵循中心法則，從DNAmRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應有的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應具備的折疊狀態(tài)應有的氨基酸序列應有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。3.你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？提示：酶工程就是指將酶所具有的

32、生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個酶連續(xù)作用于淀粉，即可代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降募用赶匆路?、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工

33、程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。（二）正文中討論題某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸 討論：（1） 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。（2） 確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？答：（1）每種氨基酸都有對應的三聯(lián)密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，即可將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較

34、復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據(jù)學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）確定目的基因的堿基序列后，即可根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。（三）異想天開能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存

35、在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。（四）旁欄思考題1.你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學家承擔了什么任務？提示：人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學家

36、牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕?！叭祟惛闻K蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，目前有16個國家和地區(qū)的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎。人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。2.對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何

37、一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。專題2 細胞工程2.1 植物細胞工程一、學習目標1. 簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交技術(shù)。2. 列舉植物細胞工程的實際應用。3. 嘗試進行植物組織培養(yǎng)。二、學習重點和難點1學習重點：（1） 植物組織培養(yǎng)的原理和過程。（2） 植物體細胞雜交的原理。（3） 植物細胞工程應用的實例。2. 學習難點： 植物組織培養(yǎng)的實驗。58高中生物選修3 答案與提示_高中生物選修三三、

38、答案和提示2.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)（一） 思考與探究1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數(shù)雜種一樣，雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產(chǎn)生可結(jié)實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但是其研究價值不可忽視。至于馬鈴薯番茄沒有像人們預想的那樣地上長

39、番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。提示：根據(jù)眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞之間在理論上是可以實現(xiàn)雜交的。具體的實驗方案可以設計如下：（二） 正文中討論題【實驗 胡蘿卜的組織培養(yǎng)

40、】1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調(diào)所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導致培養(yǎng)物迅速死亡。造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調(diào)要切取

41、含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難?？梢宰寣W生參考利用胡蘿卜根進行組織培養(yǎng)的實驗，嘗試設計出利用胡蘿卜的莖、葉、花進行組織培養(yǎng)的實驗流程。3.請根據(jù)上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。提示：2.1.2植物細胞工程的實際應用（一） 思考與探究1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應用。 提示：a. 拯救瀕危植物；b. 提供食品制作的原料；c. 利用愈傷組織進

42、行轉(zhuǎn)基因操作。2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的詳細過程，設計出制備技術(shù)的主要流程圖。提示：誘導植物愈傷組織體細胞胚的誘導體細胞胚的成熟體細胞胚的機械化包裹貯藏或種植3.請查閱相關(guān)文獻，設計出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實驗流程。提示：花藥花粉細胞培養(yǎng)正常植株（二） 正文中討論題1.人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項技術(shù)的哪些特點？提示：植物“微型”繁殖技術(shù)具有高效性和可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢。工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢。利用植物“微型”繁殖技術(shù)我們可以在短時間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。2.人工種子之所以神奇，是由于它具

43、有天然種子不可比擬的特點，想一想它們具有哪些優(yōu)點？提示：人工種子的優(yōu)點：（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。3.人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分，請?zhí)接懭斯しN皮中應該具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發(fā)育，我們還可以向人

44、工種皮中加入哪些物質(zhì)？提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。4.高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學展開討論，說出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在節(jié)約資源、保護環(huán)境方面的重要意義。提示：可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇?，F(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在研究利用植物細胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)愈傷組織分化出小

45、植物單倍體植株外許多實驗室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現(xiàn)都在進行組織培養(yǎng)。ESC Agenetics公司宣布他們用細胞培養(yǎng)法所得紫杉醇的含量是樹皮的25倍。國內(nèi)外在分化細胞株系和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養(yǎng)基組成等因素對細胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響。現(xiàn)在工藝條件已基本摸清，正研究反應的放大技術(shù)等，有望實現(xiàn)通過細胞培養(yǎng)進行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標。四、知識拓展1.什么是細胞全能性?細胞全能性（cell totipotency）比較權(quán)威的定義是1984年國際組織培養(yǎng)協(xié)會做出的：“細胞全能性為細胞的某種特征，有這種能力的細胞保留形成有機體所有細胞類型的能

46、力”。這個定義比一般所說的概念“一個細胞中包含著這種生物的全部遺傳信息（基因），在適當?shù)臈l件下可以發(fā)育成一個完整的生物體”更基本和全面。它不但包含了培養(yǎng)細胞再生成植株的情況（分化成各種類型的細胞，并以一定形式構(gòu)建成植物），同時也包含了培養(yǎng)細胞生產(chǎn)次生代謝物的情況（不分化或只分化成某種類型細胞，但仍留著分化為其他細胞類型的能力）。前者成為組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)基因植物需要進行植株再生的理論基礎，后者成為像微生物發(fā)酵一樣培養(yǎng)細胞，生產(chǎn)人們所需要的次生代謝產(chǎn)物的理論基礎，如通過紅豆杉的細胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇。2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)是如何發(fā)展起來的？技術(shù)和理論是一對孿生兄弟，相輔相成，技術(shù)手段的發(fā)明會促進理論的創(chuàng)新，

47、理論的創(chuàng)新又會指導技術(shù)的實踐活動。植物組織培養(yǎng)也是如此。早在1902年，哈伯蘭特（Haberlandt）提出高等植物的器官和組織可以不斷地分割，直至單個細胞的觀點，預言植物體細胞在適宜的條件下，有發(fā)育成完整植株的潛力，提出了植物細胞全能性的設想，并且用植物細胞組織進行了培養(yǎng)實驗。他雖然未能獲得再生植株，卻是植物組織培養(yǎng)的開創(chuàng)者。1902年他發(fā)表了著名論文植物細胞離體培養(yǎng)實驗，論文中提出的植物細胞全能性的理論是植物組織培養(yǎng)的理論基礎。從哈伯蘭特提出植物細胞全能性的理論，到1958年斯圖爾德（F.C.Steward）等人第一次用胡蘿卜根的韌皮部細胞證實了植物細胞的全能性，用了整整56年。56年中許

48、多科學家做的事情歸納起來都是在探索哈伯蘭特提出的“植物細胞在適宜條件下，有發(fā)育成完整植株的潛力”中的適宜條件。20世紀60年代以后，植物組織培養(yǎng)進入了迅速發(fā)展階段，并逐步走向生產(chǎn)應用，如快繁脫毒、單倍體育種、種質(zhì)資源保存、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物等，也為人工種子、細胞融合、轉(zhuǎn)基因植物等奠定了基礎。3.怎樣制備胡蘿卜培養(yǎng)基（供參考）？（1）誘導胡蘿卜愈傷組織在MS培養(yǎng)基注中加入質(zhì)量分數(shù)為0.5 mg/L的6-BA和質(zhì)量分數(shù)為0.5 mg/L的NAA（2）誘導胡蘿卜叢芽在MS培養(yǎng)基中加入質(zhì)量分數(shù)為2 mg/L的KT和質(zhì)量分數(shù)為0.2 mg/L的NAA（3）誘導胡蘿卜生根在1/2MS培養(yǎng)基中加入質(zhì)量分數(shù)為0

49、.1 mg/L的NAA注：MS培養(yǎng)基的配制方法見選修1附錄3中八。4.植物組織培養(yǎng)中的愈傷組織是如何形成及再分化的？植物組織培養(yǎng)中使用的外植體一般是高度分化了的細胞，在植物體中是不會再分裂繁殖的，只是執(zhí)行某種功能直至死亡。這些細胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時會由原來的分化狀態(tài)，變成分生狀態(tài)的細胞，分裂產(chǎn)生愈傷組織，這個過程稱為脫分化（dedifferentiation）過程。這種轉(zhuǎn)變在細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上都會產(chǎn)生一系列變化。組織培養(yǎng)的研究結(jié)果表明分化細胞的脫分化需要兩個條件，即創(chuàng)傷和外源激素。當細胞脫分化形成愈傷細胞后，經(jīng)過一段時期的分裂，細胞群體變成不是一種細胞類型的均一群，又會產(chǎn)生分化，形成分生

50、細胞或分生細胞團，由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細胞胚（功能類似于受精過程產(chǎn)生的胚），通過體細胞胚形成再生植株。二是走器官發(fā)生的途徑再生植株，分生細胞在一定的誘導條件下重建芽的分生組織，分化出芽后再生根，成為完整的植株。5.為什么要在避光條件下培養(yǎng)愈傷組織？對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要，包括光照強度、時間和波長。但在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導階段的暗培養(yǎng)有利于細胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織，如果在光照條件下容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。6.什么是人工種子？人工種子（artificial seed）是指通過植物組織

51、培養(yǎng)的方法獲得的具有正常發(fā)育能力的材料，外面包被著特定的物質(zhì)，在適宜的條件下可以發(fā)芽成苗的植物幼體。人工種子的概念中包含的“具有正常發(fā)育能力的材料”通常是指胚狀體（目前國外有使用不定芽、頂芽和腋芽的），它可以由三種途徑產(chǎn)生：（1）由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生；（2）由愈傷組織產(chǎn)生；（3）由懸浮細胞培養(yǎng)產(chǎn)生。對胚狀體的基本要求是：播種后能快速出苗；根和芽幾乎同時生長，不產(chǎn)生愈傷組織；同步化程度高；活力強；形成的幼苗的形態(tài)與生長要正常?！巴饷姘恢囟ǖ奈镔|(zhì)”是指人工種皮，制作人工種皮的材料有海藻酸鈉、明膠、樹脂、瓊脂糖、淀粉等。對人工種皮的要求是：能保持胚狀體的活力，有利于貯藏運輸和萌發(fā)。選取的材

52、料要有韌性，耐壓，對胚狀體無毒害，含有胚狀體發(fā)芽所需要的營養(yǎng)成分或植物激素，還應含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害。人工種子目前還存在不少問題。例如，現(xiàn)有重要經(jīng)濟價值的植物產(chǎn)生胚狀體能力弱，難以形成同步化的有強活力的胚狀體；成本較高；運輸貯藏以及機械化播種問題也未解決。因此，現(xiàn)在很少有人以生產(chǎn)為目的進行人工種子的研制。7.植物微型繁殖技術(shù)高效快速的實例有哪些？植物脫毒（virus-free）和離體快繁（in vitro propagation）是目前植物組織培養(yǎng)應用最多、最有效的方面。生產(chǎn)上許多無性繁殖作物均受到病毒的侵染，從而導致品種的嚴重退化、減產(chǎn)和降低品質(zhì)。利用植物分生組織進行培養(yǎng)可以使

53、新長成的植株脫去病毒。利用這種方法生產(chǎn)無病毒苗的農(nóng)作物有馬鈴薯、甘薯、大蒜、草莓、蘋果、香蕉等，并已大規(guī)模應用于生產(chǎn)。離體快繁技術(shù)可以使一些植物的擴增速度比常規(guī)方法快數(shù)萬倍乃至百萬倍，而且產(chǎn)生的幼苗遺傳背景均一，重復性好，不受季節(jié)和地區(qū)限制。目前世界上已建成很多年產(chǎn)百萬苗木的組培工廠，成為一種新興產(chǎn)業(yè)。離體快繁技術(shù)在觀賞植物、園藝植物、經(jīng)濟林木和無性繁殖作物上已得到廣泛應用。58高中生物選修3 答案與提示_高中生物選修三2.2 動物細胞工程一、學習目標1.簡述動物細胞培養(yǎng)的過程、條件及應用。2.簡述通過動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物的過程和應用前景。3.舉例說出動物細胞融合與單克隆抗體的原理和應

54、用。二、學習重點和難點1學習重點（1）動物細胞培養(yǎng)的過程及條件。（2）用動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。（3）單克隆抗體的制備和應用。2學習難點（1） 用動物體細胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。（2） 單克隆抗體的制備過程。三、答案和提示2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)（一）思考與探究1.幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關(guān)系，細胞的增殖能力與供體的年紀有關(guān)，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養(yǎng)。

55、同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養(yǎng)。2.動物細胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只毎匦缘倪^程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養(yǎng)主要用于農(nóng)林生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養(yǎng)有各種用途，一般而言，動物細胞培養(yǎng)不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力，

56、所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養(yǎng)時的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8 t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為34 t。（1）能利用體細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達嗎？請說明理由。提示：可以用體細胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達。盧辛達的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質(zhì)基本上全部來自該奶牛，

57、其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣，克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖，可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不適合過多，尤其是在小范圍內(nèi)不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質(zhì)衰退。（2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克?。刻崾荆菏紫葟谋R辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易?。┥霞羧∫恍K組織，在體外培養(yǎng)獲得該組織（如軟骨組織）的細胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細胞體外培養(yǎng)成熟。用顯微針去除卵母細胞的核，再將耳細胞注入卵母細胞，用電刺激方法使卵母細胞與體細胞融合，這時供體核就進入了受體卵母細胞，再用電刺激或化學物質(zhì)激活注入了體細胞核的卵母細胞，使其完成減數(shù)分裂和發(fā)育過程。核移植胚胎在體外短時間培養(yǎng)后，挑選正常卵裂的胚胎植入經(jīng)同期發(fā)情處理的受體母牛體內(nèi)。4.體細胞核移植技術(shù)在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態(tài)。提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術(shù)效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現(xiàn)早衰等問題。這些問題尚在研