文档文本内容
微生物培养与应用（一）
Part 1
培养基
3
Part 2
无菌技术
5
Part 3
微生物的实验操作
7
微生物培养与应用（二）
Part 1
果酒和果醋的制作
17
Part 2
腐乳的制作
20
Part 3
泡菜的制作
23
多聚酶链式反应（PCR）扩
增DNA 片段
Part 1
PCR 的原理
31
Part 2
PCR 的反应条件、过程及应用
33
基因工程（一）
Part 1
基因工程的定义
43
Part 2
基因工程的原理
44
Part 3
DNA 重组技术的基本工具
46
目录
Contents
基因工程（二）
Part 1
基因工程的基本操作步骤（一）55
Part 2
基因工程的基本操作步骤（二）58
Part 3
基因工程的应用
60
植物细胞工程
Part 1
植物组织培养
69
Part 2
植物体细胞杂交技术
72
Part 3
植物细胞工程的应用
74
动物细胞工程
Part 1
动物细胞培养
83
Part 2
动物细胞核移植
86
第1 讲
微生物培养与应
用（一）
知识引航
新鲜的水果、蔬菜、馒头、面包等，如果不采取保鲜措施，
在潮湿环境中很快就会发霉；木头、纸张、布料等，如果长时
间放在潮湿环境中也会长出霉斑；而塑料、陶瓷等材料，不论
放置多久都不会发霉。同样的环境中，为什么食物比无机物
更容易发霉？为了避免发霉或变质，我们可以具体采取哪些
措施呢？
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3
1
1
Part
1
培养基
知识点睛
1
定义：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。
2
培养基中的营养物质：培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
碳源：为微生物提供碳元素，可分为有机碳源和无机碳源。如CO2、NaHCO3 等无机碳源；糖类、石油、花生
粉饼等有机碳源。
氮源：为微生物提供氮元素，可分为有机氮源和无机氮源。有机氮源包括牛肉膏、蛋白胨等，无机氮源包括
N2、NH3、NH+
4、NO-
3 等。
生长因子：指那些微生物生长所必需而且需求量很小，但是自身不能合成或合成量不足的有机化合物。生
长因子也可不单独添加，由培养基中的天然成分牛肉膏、蛋白胨等提供。
3
培养基的类型
(1) 按物理状态分类
①液体培养基：不加凝固剂。
②固体培养基：加入较多凝固剂，目的是获取单个菌落。
③半固体培养基：加入较少凝固剂。
(2) 按化学成分分类
①天然培养基：含有化学成分还不清楚或化学成分不稳定的天然有机物，也称非化学限定培养基。例如：
牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基。
②合成培养基：是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基。
(3) 按用途分类
①基础培养基：含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质。
②鉴别培养基：用于微生物的鉴别。
③选择培养基：可用于培养、分离出特定微生物。
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4
1
精讲精练
例1
★★★
正确率：98%
下列有关培养基配制原则叙述，正确的是( )
A. 任何培养基都必须含有碳源、氮源、矿质元素、水及生长因子
B. 固体培养基一定要加入琼脂
C. 微生物的生长除受营养因素影响外，还受到pH、氧、渗透压的影响
D. 营养物质的浓度越高越好
达标检测1
★★
正确率：91%
下列有关培养基的叙述正确的是( )
A. 培养基是为微生物的生长繁殖提供营养的基质
B. 培养基只有两类：液体培养基和固体培养基
C. 固体培养基中加入少量水即可制成液体培养基
D. 微生物在固体培养基上生长时，可以形成肉眼可见的单个细菌
例2
★★★★
下表所示为某微生物培养基的配方，有关叙述错误的是( )
A. 依物理性质划分，该培养基属于固体培养基；依用途划分，该培养基属于选择培养基
B. 由培养基的原料可知，所培养微生物的营养类型是异养型
C. 本培养基中青霉素的添加满足了微生物生长对特殊营养物质的要求
D. 若用该培养基分离能分解尿素的细菌，应除去青霉素和NaNO3，并应加入尿素
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5
1
2
Part
2
无菌技术
知识点睛
获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。无菌技术主要包括无菌环境设施、无菌实验器材及无菌操
作方法等方面。
1
无菌操作的目的
①保证培养物质不被环境中的微生物所污染。
②防止被检微生物污染环境和感染操作人员。
2
消毒和灭菌
(1) 消毒：采用相对较为温和的理化手段，消除一部分微生物(不包括芽孢和孢子)。
常见的消毒方法如下：
①煮沸消毒法：适用于耐高温的液体或物品。
②巴氏消毒法：适用于牛奶等不耐高温的液体。
③紫外线消毒：常用于接种室、接种箱、超净工作台。
④化学药物消毒。
(2) 灭菌：杀死所有微生物的方法称为灭菌，灭菌主要是为了消除孢子和芽孢。一般的灭菌方法有：高压蒸
汽灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌。
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6
1
精讲精练
例3
★★
正确率：81%
牛奶、吸管、接种环、培养基、空气灭菌的方式依次是( )
①灼烧灭菌
②巴氏消毒
③干热灭菌
④紫外线消毒
⑤高压蒸汽灭菌
A. ②③①⑤④
B. ②⑤③①④
C. ②①③⑤④
D. ⑤①③②④
达标检测2
★★★
下列关于无菌技术的理解，错误的是( )
A. 无菌技术能对实验操作的空间进行消毒
B. 无菌技术能将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基进行灭菌
C. 无菌技术不能防止操作者自身携带微生物污染实验
D. 无菌技术包括避免已经灭菌处理的材料用具与周围物品的接触
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7
1
3
Part
3
微生物的实验操作
知识点睛
流程(以“纯化大肠杆菌”为例)：可分成制备培养基和纯化大肠杆菌两个阶段进行。
一、制备牛肉膏蛋白胨固体培养基
培养基制备流程：计算→称量→溶(熔) 化→调pH→灭菌→倒平板
二、接种
1
接种的定义
接种是将微生物的培养物或含有微生物及可能含有微生物的样品移植到培养基上的操作技术。
2
接种操作的关键：严格的无菌操作。
3
常用的接种方法：平板划线法与稀释涂布平板法。
(1) 平板划线法：通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养
基的表面。在数次划线后培养，可以分离得到单个菌落。
(2) 稀释涂布平板法：将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养
基的表面，进行培养。在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而能在培
养基表面形成单个的菌落，可以用于计数。
三、培养
将接种后的培养基和一个未接种的或接种等量无菌水的培养基(作对照) 都放入37oC 恒温箱中，倒置培养
12h 和24h，分别观察并记录结果。
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1
精讲精练
达标检测3
★★
正确率：94%
制备牛肉膏蛋白胨固体培养基的步骤是( )
A. 计算、称量、倒平板、溶化、调pH、灭菌
B. 计算、称量、溶化、倒平板、调pH、灭菌
C. 计算、称量、溶化、调pH、灭菌、倒平板
D. 计算、称量、调pH、灭菌、溶化、倒平板
例4
★★★★正确率：69%
下列关于平板划线的操作，不正确的是( )
A. 每次划线前都要灼烧接种环
B. 灼烧接种环后，要立即用接种环接种
C. 要在酒精灯火焰旁进行
D. 接种前，要将菌种试管口通过火焰
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9
1
达标检测4
★★★
正确率：77%
平板划线法和稀释涂布平板法是纯化微生物的两种常用方法，下列描述正确的是( )
A. 都要将菌液进行一系列的梯度稀释
B. 平板划线法是将不同稀释度的菌液通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作
C. 稀释涂布平板法是将不同稀释度的菌液倒入液体培养基进行培养
D. 都会在培养基表面形成单个菌落
例5
★★★★正确率：81%
下图为分离和纯化分解甲醛细菌的实验过程，其中LB 培养基能使菌种成倍扩增。以下说法正确的是
( )
A. 需要对活性污泥做灭菌处理
B. ②中LB 培养基应以甲醛为唯一碳源
C. 目的菌种的异化作用类型为厌氧型
D. 经⑤处理后，应选择瓶中甲醛浓度最低的一组进一步纯化培养
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1
直击高考
考题
【2013 年 全国Ⅱ】
临床使用抗生素前，有时需要做细菌耐药实验。实验时，首先要从病人身上获取少量样本，然后按照一
定的实验步骤操作，以确定某致病菌对不同抗生素的敏感性。
回答下列问题：
（1）为了从样本中获取致病菌菌落，可用
法或
法将样本接种于固
体培养基表面，经过选择培养、鉴别等步骤获得。
（2）取该单菌落适当稀释，用
法接种于固体培养基表面，在37◦C 培养箱中培养24h，使其均匀
生长，布满平板。
（3）为了检测该致病菌对抗生素的敏感性，将分别含有A，B，C，D 四种抗生素的滤纸片均匀置于该平
板上的不同位置，培养一段时间后，含A 的滤纸片周围出现透明圈，说明该致病菌对抗生素A
；含B 的滤纸片周围没有出现透明圈，说明该致病菌对抗生素B
；含C 的滤纸片周
围的透明圈比含A 的小，说明
；含D 的滤纸片周围的透明圈
也比含A 的小，且透明圈中出现了一个菌落，在排除杂菌污染的情况下，此菌落很可能是抗生素D
的
。
（4）根据上述实验结果，为达到抗菌目的，最好应选择抗生素
。
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11
1
答案
(1) 平板划线
稀释涂布平板
解析
分离菌落常用平板划线法或稀释涂布平板法。
答案
(2) 涂布
解析
分离菌落常用稀释涂布平板法或划线涂布法。取该单菌落适当稀释，使其“均匀生长”的方法是用涂布
法接种于固体培养基表面，置于适宜的温度下培养。
答案
(3) 敏感
不敏感
该致病菌对C 的敏感性较A 的弱
耐药菌
解析
在抗药性检验过程中，如果在菌落周围出现透明的圆圈，说明此种抗生素可抑制该细菌；透明圈的大小
表示着此种抗生素抗菌的强弱。据此可判断，抗菌强弱顺序依次是A、C、B；含D 的滤纸片周围的透明
圈中出现了一个菌落，说明该菌落对此种抗生素具有耐药性。
答案
(4) A
解析
抗生素是指由真菌产生的，可以抑制细菌的生长、繁殖或杀死细菌等致病菌的一类物质。本题中透明圈
的形成原因是：培养基上本来长有细菌，加上可以抑制这种细菌的抗生素后，就会使这一块的细菌生长
受到抑制，从而在这些细菌周围形成透明圈，细菌对这种抗生素越敏感，抗生素的抑制作用越强，那么
透明圈就越大。所以，含A 的滤纸周围出现透明圈，说明有抗生素A 的地方该致病菌受到抑制，细菌对
抗生素A 敏感；含B 的滤纸周围没有透明圈，说明致病菌对抗生素B 不敏感；含C 的滤纸周围，透明
圈要比含A 的小，说明该致病菌对抗生素C 的敏感性比对抗生素A 的弱；含D 的滤纸片周围出现了
透明圈，说明该致病菌对抗生素D 敏感，但是在透明圈上出现一个菌落，又排除杂菌污染，故可判断此
菌落的微生物对抗生素D 产生了耐药性。综上所述，为达到抗菌的目的，最好选择抗生素A。
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1
春季你会遇见
羧甲基纤维素钠(CMC) 是常用的食品添加剂，不能被人体消化吸收，因此通常被认为是安全的食品
添加剂。研究者用含1.0%CMC 的无菌水作为饮用水，连续饲喂实验小鼠12 周，测定小鼠体重，结果
如图1、图2 所示。
（1）图1 所示实验中的对照处理是
。图1 结果显示，食用CMC
能够
。综合图1、图2 结果，通过比较
，
可说明CMC 的这种作用依赖于小鼠消化道内的各种微生物。
（2）有人提出：小鼠摄入的CMC 改变了其肠道内各种微生物的比例。为检验上述推测，研究者设计
了如下实验：
①搜集
(填图中分组编号) 小鼠粪便制成悬浮液涂布于
上(填下列选项前的序
号)。
a. 以CMC 为碳源的液体培养基
b. 全营养液体培养基
c. 以CMC 为碳源的固体培养基
d. 全营养固体培养基
②接种后置于
(填“无氧”或“有氧”) 条件下培养，通过观察
以初步鉴定小鼠消
化道中的微生物类群。
③统计比较
，以确定推测是否成立。
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13
1
春季你会遇见
答案
(1) 饲喂不含CMC 的无菌水
使小鼠体重增加
A、B 组体重差值与C、D 组体重差值
解析
该实验的自变量为饮用水中是否含有CMC，实验组饲喂含有CMC 的无菌水，则对照处理是
饲喂不含CMC 的无菌水。图1 结果显示，食用CMC 能够使小鼠体重增加。综合图1、图2
结果，通过比较A、B 组体重差值与C、D 组体重差值，可以看出在普通环境中差值较大，在
无菌环境中几乎无差值，这说明CMC 的这种作用依赖于小鼠消化道内的各种微生物。
答案
(2) A、B
d
无氧
菌落
不同类群微生物的数量及比例
解析
①该实验的目的是探究小鼠摄入的CMC 是否改变了其肠道内各种微生物的比例。因此应
该搜集生存在普通环境中的A、B 小鼠粪便制成悬浮液涂布于全营养固体培养基上。
②小鼠消化道中缺氧，因此接种后应该置于无氧条件下培养，通过观察菌落以初步鉴定小
鼠消化道中的微生物类群。
③统计比较不同类群微生物的数量及比例，以确定推测是否成立。
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1
随堂测试
测试1
正确率：82%
下列关于微生物营养的说法正确的是( )
A. 同一种物质不可能既作碳源又作氮源
B. 凡是碳源都能提供能量
C. 除水以外的无机物仅提供无机盐
D. 无机氮源也能提供能量
测试2 消毒和灭菌是两个不同的概念，下列哪些事物适用于消毒处理( )
①皮肤
②饮用水
③牛奶
④接种台
⑤培养皿
⑥接种环
⑦培养基
⑧果汁
A. ②⑤⑥⑦⑧
B. ①②③④⑧
C. ①②③⑥⑧
D. ①③④⑥⑧
测试3 下列有关微生物培养与应用的说法正确的是( )
A. 固体培养基中不含水，液体培养基中含水
B. 接种前需对培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手等进行严格的灭菌处理
C. 大肠杆菌的纯化培养过程包括培养基的配制和纯化大肠杆菌两个阶段
D. 分离分解尿素的细菌时，尿素是培养基中唯一的氮源和碳源
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1
课堂总结
第2 讲
微生物培养与应
用（二）
知识引航
我们平常吃腐乳时，会发现腐乳外部有一层“皮”，这层
“皮”是怎样形成的？
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2
1
Part
1
果酒和果醋的制作
知识点睛
发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动生产各种有用代谢产物或微生物菌体的生产过程。
一、果酒的制作原理
1
菌种：酵母菌
在葡萄酒自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
2
条件
①温度：一般控制在18−25◦C，20◦C 左右最适合酵母菌繁殖。
②pH：酸性。
3
原理：酵母菌的呼吸作用
①在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖
②在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。
二、果醋的制作原理
1
菌种：醋酸菌
2
条件
①温度：醋酸菌的最适生长温度是30−35◦C。
②氧气充足。
3
原理：醋酸菌的有氧呼吸
①当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
②当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变成乙醛，再变为醋酸。
三、实验流程
准备→挑选葡萄→冲洗→榨汁→装瓶→酒精发酵→醋酸发酵
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2
精讲精练
例1
★★
正确率：76%
利用果汁制作果醋的原理是( )
A. 醋酸菌将乙醇还原为醋酸
B. 醋酸菌将乙醇氧化为醋酸
C. 醋酸菌将乙醇分解为CO2、水和醋酸
D. 醋酸菌直接将乙醇氧化为醋酸，不需要其他中间转化过程
例2
★★★
正确率：62%
如图是草莓酒制作的步骤，下列分析中正确的是( )
A. 步骤②是对草莓进行灭菌处理
B. 步骤⑤为加入酵母菌液
C. 发酵过程中CO2 产生速率持续增加
D. 其他杂菌不能利用草莓汁作碳源
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2
达标检测1
★★★
正确率：85%
下列有关果酒制作过程的叙述，错误的是( )
A. 发酵瓶可用70% 的酒精消毒
B. 葡萄汁不装满发酵瓶，留有1
3 空间
C. 发酵瓶及葡萄汁进行煮沸处理
D. 25◦C 左右密闭发酵并适时排气
例3
★★★★正确率：85%
图示果酒和果醋制作流程的发酵装置简图，与此有关描述不正确的是( )
A. 选取新鲜葡萄去除枝梗，再反复冲洗干净后备用
B. 葡萄汁装瓶发酵时，要留出约1
3 的空间，以保证发酵前期氧气供应
C. 果酒接种醋酸菌后，需适当提高温度，并不断通入无菌空气
D. 排气口采用长而弯曲的胶管，其目的是防止杂菌污染
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2
2
Part
2
腐乳的制作
知识点睛
一、制作原理
1
菌种：起主要作用的是毛霉(多种微生物参与豆腐的发酵，如青霉、酵母、曲霉、毛霉等)。
2
条件
①温度：在15-18◦C 下让豆腐长出毛霉。
②保持一定的湿度。
3
原理
毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，脂肪酶可将脂肪水解为甘
油和脂肪酸。
二、实验流程
让豆腐长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制
精讲精练
例4
★★★★
下列关于“腐乳的制作”实验，叙述正确的是( )
A. 控制发酵温度的主要目的是腐乳调味
B. 腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用
C. 毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉
D. 成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生
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21
2
达标检测2
★★★
正确率：98%
下列有关腐乳制作过程的叙述中，错误的是( )
A. 笼屉的温度控制在15 ∼18◦C，并保持一定的湿度，使毛霉形成生长优势
B. 豆腐块装瓶时，为了避免影响口味，逐层加盐量应大致相等
C. 装瓶时，将瓶口通过酒精灯火焰，迅速用胶条密封保存
D. 加入胡椒、花椒、八角、桂皮、姜、辣椒等香辛料，可调节腐乳的口味
例5
★★★
正确率：75%
在腐乳的制作中，豆腐坯用食盐腌制，其作用有( )
①渗透盐分，析出水分
②给腐乳以必要的盐味
③防止毛霉继续生长和污染杂菌的繁殖
④浸提毛霉菌丝上的蛋白酶
A. ①②③
B. ②③④
C. ①③④
D. ①②③④
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2
例6
★★
腐乳，又称乳腐或豆腐乳，是我国著名的民族特色发酵食品之一。其滋味鲜美，酱香宜人，制作历史悠久，
品种多样，主要有红方腐乳、酱腐乳和白腐乳等，而红曲酱腐乳既具有红方腐乳的天然红曲色泽，又具有
酱腐乳特有的浓郁的酱香味，深受人们的喜爱，具有广阔的市场前景。某兴趣小组按照以下工艺流程制
作红曲酱腐乳，请据图回答：
（1）传统的制作过程中，豆腐块上生长的毛霉来自
。而现代的腐乳生产是在
严格的无菌条件下，将优良的毛霉菌种接种在豆腐上，这样可以
。
（2）在腐乳制作时，要加盐腌制，其目的是
。
在逐层加盐腌坯的过程中，随着层数的加高而
盐量，接近瓶口要铺厚一些。
例7
★★★★正确率：95%
关于果酒、果醋、腐乳制作的叙述，正确的是( )
A. 制作果酒、果醋和腐乳时使用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌
B. 为了提高发酵产出量，果汁或豆腐应尽量装满发酵瓶
C. 制作过程均需先通入无菌空气，短时间后将发酵瓶密闭
D. 发酵过程中控制好温度、pH，既有利于目的菌的生长，也可抑制杂菌的生长
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23
2
3
Part
3
泡菜的制作
知识点睛
一、制作原理
1
菌种：乳酸菌。
2
原理
乳酸菌在无氧的情况下将葡萄糖分解成乳酸。
二、实验流程
选择原料→切分成条状或片状→装坛（加泡菜盐水和调味料）→发酵
精讲精练
例8
★★★
下列有关泡菜制作过程的叙述，不正确的是( )
A. 按照清水与盐的质量比为4 : 1 的比例配制盐水
B. 放入蒜瓣，生姜等香辛料的作用是杀灭杂菌
C. 盐水入坛前要煮沸、冷却，以防止污染
D. 在坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内的无氧环境
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2
达标检测3
★★
下列操作不会引起泡菜污染的是( )
A. 坛盖边沿的水槽注满水，并且时常补充水槽中的水
B. 腌制时食盐量过低
C. 腌制的时间过短
D. 盐水入坛前不煮沸，直接入坛
例9
★★★★正确率：69%
在制作果酒、果醋、腐乳和泡菜时，下列关于发酵过程对氧气的需求的叙述正确的是( )
A. 四个过程中均需氧气参与，无氧时不能完成这四个过程
B. 四个发酵过程中只有果酒制作是在完全无氧的条件下完成的
C. 泡菜发酵和果酒制作是应用微生物的无氧发酵，而醋酸菌和毛霉则需在有氧条件下才能正常繁殖
D. 腐乳制作时密封进行的是无氧发酵
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2
直击高考
考题
【2017 年 全国Ⅱ】
豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌
种分别接入等量的A、B 两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h 内定期
取样观测发酵效果。回答下列问题：
（1）该实验的自变量是
、
。
（2）如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是
。
（3）如果在实验后，发现32h 内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵
的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是
。
（4）从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为
，脂肪转变
为
。
答案
(1) 菌种
发酵时间
解析
根据题干信息可知，该实验的自变量是菌种和发酵时间。
答案
(2) 好氧菌
解析
容器内上层为有氧环境，底层为无氧环境，若发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，则说明该发
酵菌是好氧菌。
答案
(3) 延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间
解析
如果在实验后，发现32h 内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最
佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即
为最佳发酵时间。
答案
(4) 小分子肽和氨基酸
甘油和脂肪酸
解析
大豆到豆豉的过程中，蛋白质被蛋白酶分解成小分子肽和氨基酸，脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。
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2
春季你会遇见
天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如图1。
（1）在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶
。
（2）在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高
的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。
（3）在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30 天。工艺如图2。
①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图3。据图3 分析，与颠倒前相比，B 层
醋酸杆菌密度
，影响该变化的主要环境因素是
。
②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中
层醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的变化，
加剧了不同种类乳酸菌的
，淘汰了部分乳酸菌种类。
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27
2
春季你会遇见
答案
(1) 在最适温度条件下催化能力最强
解析
分析流程图可知，糖化阶段就是淀粉在淀粉酶以及麦芽糖酶的作用下水解产生葡萄糖，由于
在最适温度条件下酶的活性最强，因此在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度。
答案
(2) 酵母菌
解析
酵母菌属于兼性厌氧型微生物，即在有氧的条件下能够大量繁殖，在密闭条件下无氧呼吸产
生酒精。因此在酒精发酵阶段，发酵罐先通气，后密闭。通气的目的是提高酵母菌的数量，有
利于密闭时获得更多的酒精产物。
答案
(3) ①先快速增长后趋于稳定
氧气、营养物质、pH
②颠倒前的B 层和颠倒后的A(或不翻动，或下)
③种间竞争(或竞争)
解析
①醋酸菌属于需氧型细菌，只有在氧气充足的时候能够大量繁殖并能产生醋酸。据图3 分
析，与颠倒前相比，B 层醋酸杆菌密度先快速增长后趋于稳定，影响该变化的主要环境因素
是氧气、营养物质、pH。
②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。乳酸发酵利用的是乳酸菌的无氧呼吸，因
此发酵过程中，发酵缸中颠倒前的B 层和颠倒后的A(或不翻动，或下) 层醋醅有利于乳酸菌
繁殖，积累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的变
化，加剧了不同种类乳酸菌的种间竞争(或竞争)，淘汰了部分乳酸菌种类。
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28
2
随堂测试
测试1 如图表示工业上利用苹果制备果酒、果醋的流程图。下列叙述不正确的是( )
A. 过程①②所需的最适温度不相同
B. 过程②需要在有氧气的条件下进行
C. 过程①人工接种酵母菌可以缩短苹果酒的酿制时间
D. 整个发酵过程都必须在严格无菌条件下才能正常进行
测试2 在泡菜的制作过程中，下列有关叙述中，不正确的是( )
A. 按照清水与盐的质量比为5 : 1 的比例配制盐水
B. 乳酸菌的代谢类型为异养厌氧型
C. 盐水入坛前要煮沸冷却，以防污染
D. 在坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内的无氧环境
测试3
正确率：69%
下列有关传统果酒、果醋发酵和腐乳制作的比较，错误的是( )
A. 参与果酒、腐乳发酵的主要微生物属于真核生物，参与果醋发酵的菌种属于原核生物
B. 三种发酵过程中都可以通过控制发酵温度实现对微生物类型的控制
C. 果酒发酵在无氧环境下进行，果醋、腐乳发酵在有氧条件下进行
D. 参与果酒、果醋和腐乳发酵的微生物都是由线粒体提供能量的
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29
2
课堂总结
第3 讲
多聚酶链式反应
（PCR）扩增
DNA 片段
知识引航
大肠杆菌的拟核含有约470 万个碱基对，如果要从大肠
杆菌基因组中得到一个长度为1000 个碱基对的基因，你能
想到什么方法？
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31
3
1
Part
1
PCR 的原理
知识点睛
PCR 即多聚酶链式反应。在用PCR 技术扩增DNA 时，DNA 的复制过程与细胞内的DNA 复制类似。
1
DNA 的结构
DNA 的两条链是反向平行的，通常将DNA 的羟基(-OH) 末端称为3′ 端，而磷酸基团的末端称为5′ 端。
2
细胞内参与DNA 复制的成分有：解旋酶、DNA 母链、4 种脱氧核苷酸、DNA 聚合酶和引物。
DNA 复制需要引物。当引物与DNA 母链通过碱基互补配对结合后，DNA 聚合酶就能从引物的3′ 端开始
延伸DNA 链，因此DNA 的合成方向总是从子链的5′ 端向3′ 端延伸。
3
双链的解开是进行DNA 复制的前提。PCR 利用了DNA 的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解旋
与结合。
4
Taq 酶
Taq 酶是耐高温的DNA 聚合酶，不仅能在高温条件下参与DNA 复制，还大大提升了PCR 的效率，使PCR
技术趋于自动化。
精讲精练
达标检测1
★★★
正确率：79%
关于DNA 的复制，下列叙述正确的是( )
A. DNA 复制不需要引物
B. 引物与DNA 母链通过碱基互补配对进行结合
C. DNA 聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从5′ 端延伸DNA 链
D. DNA 的合成方向总是从子链的右端向左端延伸
高二生物·目标清北班（全国）·寒
32
3
例1
★★★
如图为真核细胞DNA 复制过程的模式图，下列相关叙述错误的是( )
A. 由图示得知，DNA 分子复制的方式是半保留复制
B. DNA 解旋酶能使双链DNA 解开，且需要消耗ATP
C. 从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D. DNA 在复制过程中先全部解旋，后半保留复制
达标检测2
★★★
正确率：94%
关于PCR 技术的叙述正确的是( )
A. 是在体内复制DNA 片段
B. 需要Taq 酶和一个引物
C. DNA 双链解开时控制温度为常温
D. 原理是DNA 双链复制
例2
★★★★正确率：73%
PCR (多聚酶链式反应) 技术是一项在生物体外复制特定的DNA 片段的核酸合成技术，如图表示合成过
程。下列说法错误的是( )
A. 甲过程高温使DNA 变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用
B. 丙过程用到的酶在高温下失活，因此在PCR 扩增时需要再添加
C. 如果把模板DNA 的两条链用15N 标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，循环3 次后，在形成的子代
DNA 中含有15N 标记的DNA 占25%
D. PCR 中由碱基错配引起的变异属于基因突变
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33
3
2
Part
2
PCR 的反应条件、过程及应用
知识点睛
一、PCR 反应条件
PCR 反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供：DNA 模板、分别与两条模板链相结合的两种引物、
四种脱氧核苷酸、耐热的DNA 聚合酶，同时通过控制温度使DNA 复制在体外反复进行。
二、PCR 的反应过程
变性：当温度上升到90◦C 以上时，双链DNA 解旋为单链。
复性（退火）：温度下降到50◦C 左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合。
延伸：温度上升到72◦C 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则
合成新的DNA 链。
PCR 一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。从第二轮循环开始，上一次循
环的产物也作为模板参与反应，并且由引物Ⅰ延伸而成的DNA 单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA 的延
伸。这样，DNA 聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的DNA 序列，使这段固定长度的序列呈指数扩
增。
三、PCR 技术的应用
1
科技考古
20 世纪80 年代，随着分子生物学技术飞速发展，尤其是PCR 扩增技术的出现以及对古DNA 研究的深
入，考古学家和分子生物学家将以古DNA 研究为主导的现代分子生物学引入传统考古学研究领域，并逐
渐形成了新兴的边缘交叉学科——分子考古学。
2
疾病检测
PCR 技术可应用于肿瘤的基因分析和诊断。肿瘤的发生是一个多阶段的过程，其中包括多个原癌基因和
抑癌基因的突变以及染色体变异，PCR 技术为检测异常基因提供了敏感、快速和特异的方法。
3
法医鉴定
从犯罪现场采集的标本中很难得到足量、完整的DNA，利用PCR 扩增DNA 样品，对制作DNA 指纹图谱
起到关键的作用。同理，PCR 也应用于个体鉴定、亲子认定等方面。
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34
3
精讲精练
例3
★★
标准的PCR 过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大步需要的温度依次是( )
A. 92
◦C、50
◦C、72
◦C
B. 72
◦C、50
◦C、92
◦C
C. 50
◦C、92
◦C、72
◦C
D. 80
◦C、50
◦C、72
◦C
例4
★★★
实验室常用PCR 技术对DNA 进行体外扩增，下列相关叙述正确的是( )
A. 需要解旋酶和耐高温DNA 聚合酶
B. 反应过程包括变性→复性→延伸
C. 95◦C 时DNA 的磷酸二酯键断开
D. 引物与模板结合后向5′ 方向延伸
达标检测3
★★★
正确率：82%
利用PCR 技术扩增目的基因需要的条件是( )
①含目的基因的DNA
②DNA 引物
③四种脱氧核苷酸
④DNA 聚合酶
⑤mRNA
⑥核糖体
A. ①②③④
B. ②③④⑤
C. ①③④⑤
D. ①②③⑥
例5
★★★
正确率：86%
现有一滴血液样品中约含有6000 个某特定DNA 片段的拷贝，以聚合酶链式反应(PCR) 进行扩增。经
过20 个循环反应后，可得此DNA 片段拷贝的个数为( )
A. 6000×202
B. 6000×2×20
C. 6000×220
D. 600020
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35
3
例6
★★★★正确率：67%
下图表示利用PCR 技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内DNA 复制类似。下列叙述错误的
是( )
A. 从理论上推测，第二轮循环产物中含有引物A 的DNA 片段占3
4
B. PCR 过程中只需要两个引物分子
C. 引物之间或引物自身发生碱基互补配对则不能扩增目的基因
D. 耐热的DNA 聚合酶总是将游离的脱氧核苷酸连接到3′ 端
达标检测4
★★★
下列对PCR 过程的叙述中，不正确的是( )
A. PCR 过程中DNA 解旋所需的温度最高
B. 一次循环可使目的基因的量增加一倍
C. 需要耐高温的DNA 聚合酶
D. 需要耐高温的解旋酶
例7
★★
聚合酶链式反应(PCR) 在法医学中得到普遍应用，以下不属于其原因的是该技术( )
A. 灵敏度高
B. 需要的目标DNA 量少
C. 反应时间短
D. 不需要合成特定序列的引物
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36
3
直击高考
考题
【2017 年 江苏】
金属硫蛋白(MT) 是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR) 扩增
获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR 扩增过程示意图如图，请回答下
列问题：
（1）从高表达MT 蛋白的生物组织中提取mRNA，通过
获得
用于PCR 扩增。
（2）设计一对与MT 基因两端序列互补配对的引物(引物1 和引物2)，为方便构建重组质粒，在引物中
需要增加适当的
位点。设计引物时需要避免引物之间形成
，而造成引物自连。
（3）图中步骤1 代表
，步骤2 代表退火，步骤3 代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。
（4）PCR 扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏
的碱基配对。
退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但
的引物需要设定更高的
退火温度。
（5）如果PCR 反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有
(填序号：①升高退火温
度；②降低退火温度；③重新设计引物)。
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37
3
答案
(1) 逆转录
cDNA
解析
PCR 扩增目的基因，首先要有目的基因作为模板，所以从高表达MT 蛋白的生物组织中提取mRNA，通
过逆转录获得cDNA，从而用于PCR 扩增。
答案
(2) 限制性核酸内切酶
碱基互补配对
解析
构建重组质粒时，首先要用限制性核酸内切酶切割含目的基因的DNA 片段和质粒，所以位于目的基因
两端的引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计的引物之间不能有碱基互补配对，否则引
物自连，而不能与模板相连。
答案
(3) 变性
解析
图中步骤1、2、3 分别代表变性、退火、延伸，这三个步骤组成一轮循环。
答案
(4) 引物与模板
GC 含量高
解析
退火表示引物与模板相连，若退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于G −C 之间有三个氢
键，A−T 之间有两个氢键，所以GC 含量越高的引物，退火温度越高。
答案
(5) ②③
解析
PCR 反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高，导致引物与模板不能相连；或引物间相互配对，
引物自连，不能与模板相连。因此，可通过降低退火温度或重新设计引物进行改进。
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38
3
春季你会遇见
PCR 技术现在已经应用到临床诊断、法医鉴定、分子生物学、农牧业等领域。凡是涉及到DNA 分子
操作的研究工作，几乎都需要用到PCR 技术。下图为某同学实验中，所用引物与模板配对情况。回
答相关问题：
（1）在DNA 复制中引物所起的作用是
。
若所用引物为I 和II 进行扩增可以获得
种序列不同的产物；若用引物II 和III 可以获
得
种序列不同的产物。
（2）PCR 技术中，复性是指引物结合到互补DNA 链。复性温度过高会引起碱基之间的氢键断裂，导
致
牢固结合，DNA 扩增效率下降；复性温度过低会造成引
物与模板的结合位点
(填“增加”或“减少”)，非特异性产物增加。
（3）利用DNA 的哪一特点进行DNA 含量的测定？
。
答案
(1) 使DNA 聚合酶能够从引物的3′ 端开始连接脱氧核苷酸
2
5
解析
DNA 聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从DNA 的3′ 端延伸DNA 链，因此在DNA 复
制中引物所起的作用是DNA 聚合酶能够从引物的3′ 端开始连接脱氧核苷酸；DNA 的合成
方向总是从子链的5′ 端向3′ 端延伸。若用引物I 和II 进行扩增，可以获得2 种序列不同
的产物；若用引物II 和III 进行扩增，可以获得5 种序列不同的产物。
答案
(2) 引物不能与互补DNA 链(模板)
增加
解析
PCR 技术中，复性是指引物结合到互补DNA 链。复性温度过高会引起碱基之间的氢键断裂，
导致引物不能与互补DNA 链(模板) 牢固结合，DNA 扩增效率下降；复性温度过低会造成引
物与模板的结合位点增加，非特异性产物增加。
答案
(3) DNA 在260nm 的紫外线波段有一强烈的吸收峰
解析
利用DNA 在260nm 的紫外线波段有一强烈的吸收峰这一特点进行DNA 含量的测定。
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39
3
随堂测试
测试1
正确率：88%
利用PCR 技术，把一个双链DNA 分子当作第一代，经过3 次循环，在第四代DNA 分子中，有几条第
一代脱氧核苷酸的长链( )
A. 2
B. 4
C. 8
D. 16
测试2
正确率：67%
PCR 一般要经过三十多次循环，从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，由引物I
延伸而成的DNA 单链作模板时将( )
A. 仍与引物I 结合进行DNA 子链的延伸
B. 与引物II 结合进行DNA 子链的延伸
C. 同时与引物I 和引物II 结合进行子链延伸
D. 无需与引物II 结合，在酶的作用下从头合成子链
测试3 关于PCR 技术的叙述，正确的是( )
A. 设计扩增目的基因的引物时要考虑基因的全部序列
B. 用PCR 方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列
C. PCR 体系中一定要添加从含有目的基因的细胞中提取的DNA 聚合酶
D. PCR 反应中温度的周期性改变是为了DNA 聚合酶催化不同的反应
高二生物·目标清北班（全国）·寒
40
3
课堂总结
第4 讲
基因工程（一）
知识引航
我们知道自然界的所有生物共用一套遗传密码，那么，
如果把人的胰岛素基因转入大肠杆菌，能正常产生胰岛素
吗？
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43
4
1
Part
1
基因工程的定义
知识点睛
基因工程：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA 重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗
传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
由于基因工程是在DNA 分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做基因拼接技术或DNA 重组技术。
1
操作环境：体外。
2
操作水平：分子水平。
3
原理：基因重组。
4
优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
精讲精练
例1
★★★★正确率：91%
下列符合基因工程概念的是( )
A. 将某生物的所有DNA 直接导入受体细胞
B. 用紫外线照射青霉菌，使其DNA 发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
C. 将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
D. 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA 整合到细菌DNA 上
例2
★★
科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A. 定向地改造生物的遗传性状
B. 定向地提取生物体的DNA 分子
C. 在生物体外对DNA 分子进行改造
D. 定向地对DNA 分子进行人工“剪切”
高二生物·目标清北班（全国）·寒
44
4
2
Part
2
基因工程的原理
知识点睛
1
基因拼接的理论基础
①DNA 是生物的主要遗传物质。
②DNA 的基本组成单位都是4 种脱氧核苷酸。
③双链DNA 分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
2
外源基因在受体内表达的理论基础
①基因是控制生物性状的独立遗传单位。
②遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。
③生物界共用一套遗传密码。
精讲精练
例3
★★
基因工程又叫基因拼接技术或DNA 重组技术，基因工程的主要原理是( )
A. 基因重组
B. 自然突变
C. 染色体变异
D. 诱发突变
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45
4
例4
★★★
基因工程是将目的基因通过一定过程，转入受体细胞，经过受体细胞的分裂，使目的基因的遗传信息扩
大，再进行表达，从而培养成工程生物或生产基因产品的技术。你认为不支持基因工程技术的理论有
( )
A. 遗传密码的通用性
B. 不同基因可独立表达
C. 不同基因表达互相影响
D. DNA 作为遗传物质能够严格地自我复制
达标检测1
★★★
正确率：66%
科学家把苏云金杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中，在棉花细胞中抗虫基因经过修饰后得以表达。下列
哪一项不是这一技术的理论依据( )
A. 生物界共用一套遗传密码子
B. 基因能控制蛋白质的合成
C. 苏云金杆菌的抗虫基因与棉花细胞的DNA 都是由四种脱氧核苷酸构成的
D. 苏云金杆菌与棉花有共同的遗传信息
高二生物·目标清北班（全国）·寒
46
4
3
Part
3
DNA 重组技术的基本工具
知识点睛
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
1
来源：主要从原核细胞中分离纯化而来。
2
作用：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的
磷酸二酯键断开。
3
结果：产生黏性末端或平末端。
二、DNA 连接酶——“分子缝合针”
1
作用：将双链DNA 片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
2
分类：按来源分为E·coli DNA 连接酶和T4 DNA 连接酶。
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1
对载体的要求：
①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。
②能在受体细胞中复制并稳定保存，否则可能会使重组DNA 丢失。
③具有标记基因，供重组DNA 进行筛选和鉴别。
④具有一个或多个限制酶切点，供外源基因插入其中。
⑤大小适合，便于操作。
2
常用载体分类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
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47
4
精讲精练
达标检测2
★★★
正确率：71%
下列关于DNA 连接酶的叙述中，正确的是( )
①催化相同黏性末端的DNA 片段之间的连接
②催化不同黏性末端的DNA 片段之间的连接
③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成
④催化DNA 分子两条链的脱氧核糖与磷酸间磷酸二酯键的形成
A. ①③
B. ②④
C. ②③
D. ①④
例5
★★
正确率：65%
限制酶的作用实际上就是把DNA 上某些化学键打断，一种能对GAATTC 专一识别的限制酶，打断的化
学键是( )
A. G 与A 之间的键
B. G 与C 之间的键
C. A 与T 之间的键
D. 磷酸与脱氧核糖之间的键
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48
4
例6
★★★
质粒是基因工程最常用的载体，下列有关质粒的说法正确的是( )
A. 质粒不仅存在于细菌中，而且存在于某些病毒中
B. 细菌的基因只存在于质粒上
C. 质粒为小型环状DNA 分子，存在于拟核外的细胞质中
D. 质粒是基因工程中的重要工具酶之一
达标检测3
★★★
质粒是基因工程最常用的运载体，它的主要特点是( )
①能自主复制
②不能自主复制
③结构很小
④化学本质是蛋白质
⑤环状RNA
⑥环状DNA
⑦能“友好”地“借居”
A. ①②③④⑤⑥⑦
B. ②④⑥
C. ①③⑥⑦
D. ②③⑥⑦
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49
4
直击高考
考题
【2018 年 北京】
用Xho I 和Sal I 两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA 片段，酶切位点及酶切产物分离结果分别
如图1、图2 所示。以下叙述不正确的是( )
A. 图1 中两种酶识别的核苷酸序列不同
B. 图2 中酶切产物可用于构建重组DNA
C. 泳道①中是用Sal I 处理得到的酶切产物
D. 图中被酶切的DNA 片段是单链DNA
答案
D
解析
A、由图1 可知，两种酶酶切位点的数量和位置不同，且根据图2 可知，两种限制酶的切割产物的电泳
结果不同，所以这两种酶识别的核苷酸序列不同，A 正确；
B、基因工程中构建重组DNA 时，限制酶切割的DNA 分子与载体可构建成重组DNA，B 正确；
C、由图2 可知，泳道①中的酶切产物有四个不同条带。结合图1，Sal I 有三个酶切位点，可以得到四
个片段，符合图2 泳道①中的结果，C 正确；
D、限制酶只能识别双链DNA 分子中特定的核苷酸序列并切割，D 错误。
故选：D。
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50
4
春季你会遇见
基因组编辑技术是研究生物基因功能的重要手段，下图是对某生物B 基因进行定点编辑的过程，该
过程中用sgRNA 可指引核酸内切酶Cas9 结合到特定的切割位点。下列相关说法不正确的是( )
A. 靶基因部分序列与sgRNA 通过碱基互补配对原则进行配对
B. 核酸内切酶Cas9 可断裂脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键
C. 被编辑后的B 基因与编辑前的B 基因互称为非等位基因
D. 通过破坏B 基因后生物体的功能变化可推测B 基因原有的功能
答案
C
解析
A、用sgRNA 可指引核酸内切酶Cas9 结合到特定的切割位点并进行切割，进而将基因II 切
除，连接基因I 和III，形成新的B 基因。sgRNA 可指引核酸内切酶Cas9 结合到特定的切割
位点，因此基因定点编辑前需要设计与被切割基因两端碱基序列配对的sgRNA，A 正确；
B、核酸内切酶Cas9 可断裂脱氧核糖核苷酸之间的化学键，即磷酸二酯键，B 正确；
C、被编辑后的B 基因与编辑前的B 基因由于位于同源染色体的相同位置，所以它们互称为
等位基因，C 错误；
D、通过破坏B 基因后生物体的功能变化可推测B 基因原有的功能，D 正确。
故选：C。
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51
4
随堂测试
测试1
正确率：84%
有关基因工程概念的理解正确的是( )
A. 操作对象是脱氧核苷酸
B. 对DNA 进行改造和重组只能在细胞内完成
C. 不能定向改造生物的遗传性状
D. 打破远缘杂交不亲和的障碍
测试2
正确率：91%
下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是( )
A. DNA 连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接
B. RNA 聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录
C. 一种DNA 限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因
D. DNA 解旋酶能打开互补碱基间的氢键
测试3 作为基因的运输工具–运载体，必须具备的条件之一及理由是( )
A. 能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B. 具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C. 具有某些标记基因，以使目的基因能够与其结合
D. 对宿主细胞无伤害，以便于重组DNA 的鉴定和选择
高二生物·目标清北班（全国）·寒
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4
课堂总结
第5 讲
基因工程（二）
知识引航
基因工程在当今生活中应用广泛，你能举出几个实例吗？
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55
5
1
Part
1
基因工程的基本操作步骤（一）
知识点睛
一、目的基因的获取
1
目的基因的种类：与生物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因等。
2
目的基因的获取方法
简单地说就是，根据目的基因的相关信息来获取目的基因。
方法一：从基因文库中获取目的基因
基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA 片段，导入到受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有
这种生物的不同的基因，称为基因文库。分为部分基因文库(如cDNA 文库) 和基因组文库。在构建cDNA
文库时，通常将对应生物的RNA 反转录得到相应的DNA。
方法二：利用PCR 技术扩增目的基因
①前提：DNA 片段序列已知，或至少其两端20bp 左右序列已知，以便合成引物。
②原理：DNA 复制。
③过程：从细胞内分离出含目的基因的DNA 分子，根据目的基因两端的序列设计引物，利用PCR 技术扩
增出目的基因；也可以将RNA 反转录得到互补DNA 单链，再以此为模板进行DNA 扩增。
其他方法：化学合成法(目的基因序列完全已知) 等。
二、基因表达载体的构建(基因工程的核心)
1
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
基因表达载体的组成：复制原点、启动子、目的基因、终止子、标记基因等。
①启动子：一段特殊的DNA 片段，位于基因的首端，是RNA 聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出
mRNA，最终获得所需的蛋白质。
②终止子：位于基因的尾端，也是一段特殊的DNA 片段，使转录在所需要的地方停止下来。
③标记基因：为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
高二生物·目标清北班（全国）·寒
56
5
3
过程：
精讲精练
达标检测1
★★
正确率：64%
下列不属于获取目的基因方法的是( )
A. 从基因文库中获取目的基因
B. 转录法
C. 反转录法
D. 根据已知氨基酸序列合成法
例1
★★★★正确率：53%
如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。下列相关叙述中正确的是( )
A. 这三种方法都用到酶，都需要体外操作
B. ①②③碱基对的排列顺序均相同
C. 图示a、b、c 三种方法均属于人工合成法
D. 方法a 不遵循中心法则
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57
5
例2
★★★
下图是基因工程中基因表达载体的模式图，若结构X 是表达载体所必需的，则X 最可能是( )
A. 目的基因插入位点
B. 启动子
C. 标记基因
D. DNA 聚合酶识别位点
达标检测2
★★★
在基因表达载体的构建中，下列说法错误的是( )
①一个表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子
②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA
③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止
④所有基因表达载体的构建是完全相同的
A. ②③
B. ①④
C. ①②
D. ③④
高二生物·目标清北班（全国）·寒
58
5
2
Part
2
基因工程的基本操作步骤（二）
知识点睛
三、将目的基因导入受体细胞
1
将目的基因导入植物细胞
(1) 农杆菌转化法
(2) 基因枪法
利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA 打入受体细胞中，使目的基因与其整
合并表达。
(3) 花粉管通道法
2
将目的基因导入动物细胞：显微注射法
3
将目的基因导入微生物细胞：Ca2+ 处理法
四、目的基因的检测与鉴定
1
分子水平的鉴定
(1) 目的基因是否导入受体细胞：DNA 分子杂交技术
将转基因生物的基因组提取出来，在含目的基因的DNA 片段上用放射性同位素(或荧光分子) 标记，以此
作为探针，使探针与基因组DNA 杂交，若显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞。
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59
5
(2) 目的基因是否表达
①转录的检测方法：DNA-RNA 分子杂交技术
从转基因生物中提取出mRNA，同样用标记的目的基因作探针与mRNA 杂交，若显示出杂交带，则表明目
的基因转录出了mRNA。
②翻译的检测方法：抗原-抗体杂交
从转基因生物中提取出蛋白质，用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。若有杂交带出现，表明目的基因已表
达合成出蛋白质。
2
个体生物学水平的鉴定
例如，一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需做抗虫或抗病的
接种实验。
精讲精练
达标检测3
★★
正确率：98%
下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法( )
A. 基因枪法
B. 显微注射法
C. 农杆菌转化法
D. 花粉管通道法
例3
★★★★正确率：72%
在基因工程中，可依据受体细胞的类型及其生理特性来选择合适的载体，既能高效地携带目的基因进入
受体细胞，又能方便地进行检测。已知有以下几类含有不同标记基因的质粒，不可作为侵入大肠杆菌的
载体的是(已知青霉素可杀死大肠杆菌，四环素不能杀死大肠杆菌)( )
达标检测4
★★★★
运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的
方法是检测棉花植株是否有( )
A. 抗虫基因
B. 抗虫基因产物
C. 新的细胞核
D. 相应性状
高二生物·目标清北班（全国）·寒
60
5
3
Part
3
基因工程的应用
知识点睛
1
植物基因工程
(1) 抗虫转基因植物
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性，成为目前防治作物虫害的
发展趋势。
(2) 抗病转基因植物
基因工程为培育抗病毒植物品种开辟了新的途径。
(3) 利用转基因改良植物的品质
科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶
的活性，以提高氨基酸的含量。
2
动物基因工程
(1) 用于提高动物的生长速度
由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快，因此，科学家们将这类基因导入动物体内，以
提高动物的生长速度。
(2) 用于改善畜产品的品质
例如科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其
他营养成分不受影响。
(3) 用转基因动物生产药物
体内具有药用蛋白基因的转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品。
(4) 用转基因动物作器官移植的供体
动物基因工程技术有可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。目前科学家正试图利用基因工程方法对
猪的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
3
基因工程药物
自第一种基因工程药物——重组人胰岛素投放市场以来，利用转基因的工程菌生产的药物已有60 多种。
这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
4
基因治疗
通过基因治疗把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是
治疗遗传病最有效的手段。但无论是哪一种基因治疗，目前都处于初期的临床试验阶段。
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61
5
精讲精练
例4
★★★★
我国上海研究所合成了一种具有镇痛作用而又不会使病人上瘾的药物——脑啡呔多糖(类似人体中的
糖蛋白)。如要采用基因工程和发酵技术让微生物来生产有生物活性的脑啡呔多糖，应选哪种微生物为
受体细胞( )
A. 大肠杆菌
B. 大肠杆菌质粒
C. T4 噬菌体
D. 酵母菌
达标检测5
★★★
正确率：79%
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，下列操作最合理的是( )
A. 将基因B 直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
B. 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花的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 与质粒重组后导入玫瑰细胞
D. 提取蓝色花矮牵牛的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
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62
5
直击高考
考题
【2016 年 全国Ⅰ】
某一质粒载体如图所示，外源DNA 插入Ampr 或Tetr 中会导致相应的基因失活(Ampr 表示氨苄青霉
素抗性基因，Tetr 表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHI 酶切后，与用BamHI 酶切获得
的目的基因混合，加入DNA 连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌
有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有
插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：
（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有
(答出两点即可)。而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状
目的基因的细胞是不能区分的，其原因是
；
并且
和
的细胞也是不能区分的，其原因是
。在上述筛选的基础上，若要
筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有
的固体培养基。
（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA 复制所需的原料来自
。
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63
5
答案
(1) 能自我复制、具有标记基因
解析
质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有具有标记基因、具有一个或多个限制酶切点、能在
受体细胞中复制并稳定保存。
答案
(2) 二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长
含有质粒载体
含有插入了目的基因
的重组质粒(或答含有重组质粒)
二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长
四环素
解析
由于未被转化的和仅含有环状目的基因的大肠杆菌中不含有氨苄青霉素抗性基因，因此如果用含有氨
苄青霉素的培养基进行筛选，未被转化的和仅含有环状目的基因的大肠杆菌均不能存活，因此两者是
不能区分的；含有质粒的大肠杆菌和含重组质粒的大肠杆菌的细胞由于均含有氨苄青霉素抗性基因，
在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长，因此两者也是不能区分的。在上述筛选的基础上，若要筛选含
有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有四环素的固体培养基，即含有重组
质粒的大肠杆菌在其中不能生长，而含有普通质粒的大肠杆菌能生长。
答案
(3) 受体细胞
解析
噬菌体属于病毒，病毒没有细胞结构，其DNA 复制所需的原料来自受体细胞。
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64
5
春季你会遇见
正确率：95%
许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ 基因，其编码的产物β−半乳糖苷酶在X−gal 和IPTG 存在时，可
以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受
体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A. 基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并
表达和发挥作用
B. 转化过程中，大肠杆菌应先用Ca2+ 处理，使其处于能吸收周围DNA 的状态
C. 菌落颜色为白色的是菌落②
D. 为检测菌落③中的目的基因是否表达，可采用的办法是抗原—抗体杂交
答案
C
解析
导入菌落①②中大肠杆菌的质粒中都具有完整的lacZ 基因，所以菌落①②都为蓝色，导
入菌落③大肠杆菌中的质粒中lacZ 基因已经被破坏，所以菌落③为白色。
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65
5
随堂测试
测试1
正确率：90%
关于目的基因获取过程的叙述中，不正确的是( )
A. 人工合成法可合成未知序列的任意大小的DNA 片段
B. 真核生物与原核生物的目的基因均可从基因文库中提取
C. 原核生物的目的基因一般不需要从cDNA 文库中提取
D. 若可设计出特定引物，PCR 方法也可获取目的基因
测试2
正确率：86%
下列关于目的基因导入受体细胞的描述不正确的是( )
A. 基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济有效
B. 显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法
C. 大肠杆菌最常用的转化方法是：使细胞的生理状态发生改变
D. 农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
测试3
正确率：71%
转基因食品已大量进入我们的日常生活，如转基因西红柿、转基因草莓等，涉及的问题甚至关系到国家
之间的贸易竞争。下列关于转基因大豆的叙述，不正确的是( )
A. 培育过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因
B. 转基因大豆产生的新性状是由基因重组引起的
C. 转基因大豆的种植过程中减少了农药等的使用量，生产成本更低
D. 固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一
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66
5
课堂总结
第6 讲
植物细胞工程
知识引航
我们知道植物的体细胞具有全能性，这是否意味着我们
可以取一株植物的体细胞，培育出成千上万完整的植物体？
你认为这种技术可以应用在哪些方面？
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69
6
1
Part
1
植物组织培养
知识点睛
植物组织培养：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给
予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
一、理论基础：植物细胞的全能性
1
细胞全能性：是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
2
植物细胞具有全能性的原因：植物体的每一个细胞都含有该生物全部遗传信息。
3
已分化的细胞表达全能性的过程：
二、过程
操作流程：制备MS 固体培养基→灭菌→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培
三、条件
1
离体
2
无菌环境
3
适宜的培养基
①营养物质：水、无机盐、蔗糖、维生素等
②外源植物激素
4
其他因素：
除上述因素外，pH、温度、光照等也十分重要。不同的植物对各种条件的要求往往不同。
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70
6
精讲精练
例1
★★★
植物组织培养是指( )
A. 离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织
B. 愈伤组织培育成植株
C. 离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体
D. 愈伤组织形成高度液泡化组织
例2
★★★
正确率：88%
下列有关植物组织培养的叙述，正确的是( )
A. 在植物组织培养过程中，细胞的遗传物质一般都发生改变
B. 植物细胞只要在离体状态下即可表现出全能性
C. 植物组织培养的目的是获得愈伤组织
D. 植物组织培养过程中培养基的成分有水、无机盐、糖、维生素、有机添加物和相关激素
达标检测1
★★
正确率：64%
下列对植物组织培养中脱分化的叙述，正确的是( )
A. 植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程
B. 体内分化的细胞形态、结构和功能发生改变的过程
C. 高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程
D. 愈伤组织分裂产生大量相同细胞的过程
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71
6
例3
★★★
正确率：83%
下列关于植物组织培养的表述，错误的是( )
A. 外植体可以来自于植物的任何细胞
B. 培养应在无菌条件下进行
C. 以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D. 不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
例4
★★★
正确率：71%
在工业化大量培养植物试管苗的过程中，一般进行如下操作，则正确的操作顺序是( )
①诱导形成芽
②取合适外植体
③诱导形成愈伤组织
④诱导形成未分化状态的细胞
⑤诱导形成根
A. ②①③④⑤
B. ②④③①⑤
C. ②③④①⑤
D. ②⑤①④③
高二生物·目标清北班（全国）·寒
72
6
2
Part
2
植物体细胞杂交技术
知识点睛
植物体细胞杂交：就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的
植物体的技术。
一、原理
1
植物细胞融合所依据的生物学原理：细胞膜的流动性。
2
植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性。
二、过程
除去两种植物细胞的细胞壁→原生质体间的融合→杂种细胞再生出细胞壁
→通过组织培养得到杂种植株
1
在进行植物体细胞杂交之前，必须先去除细胞壁，目前常用的方法是酶解法。
2
不同细胞原生质体间的融合，必须通过人工诱导的方法。
物理法：包括离心、振动、电刺激等；
化学法：一般是用聚乙二醇(PEG) 作为诱导剂来诱导细胞融合。
3
植物体细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁。
三、意义和实质
1
植物体细胞杂交成功的克服了生物远缘杂交的不亲和性，大大扩展了亲本杂交组合的范围，可以得到种
间杂种、属间杂种等。
2
实质：通过植物体细胞杂交技术培育的杂种植株属于染色体数目变异形成的异源多倍体。
3
未解决的问题
①往往没有良好的筛选杂种细胞的方法。
②非同源的染色体相互排斥、丢失。
③目前还不能让杂种细胞完全按人们的需要去表达亲代的优良性状，如番茄—马铃薯未成功。
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73
6
精讲精练
例5
★★★
正确率：57%
下列关于植物体细胞杂交的叙述中，不正确的是( )
A. 为了实现原生质体的融合，需要利用离心、振动、电刺激等方法诱导
B. 常用于快速繁殖、培育无病毒植物
C. 克服远缘杂交不亲和的障碍
D. 使两个亲本的优良性状组合到一起
达标检测2
★★★
正确率：96%
下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是( )
A. 用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B. 诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞
C. 植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物
D. 植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍
例6
★★★★
科研人员通过人工授粉实现白菜(2n = 20) 和紫甘蓝(2n = 18) 的种间杂交，将获得的幼胚经离体培养
得到幼苗甲，用秋水仙素处理幼苗甲的顶芽获得幼苗乙。下列叙述正确的是( )
A. 本育种方法的理论基础是染色体结构变异
B. 白菜和紫甘蓝间存在生殖隔离，属于不同物种
C. 幼苗甲细胞中含有19 条染色体，属于单倍体
D. 幼苗乙所有体细胞中的染色体数目和种类相同
高二生物·目标清北班（全国）·寒
74
6
3
Part
3
植物细胞工程的应用
知识点睛
1
植物繁殖的新途径
(1) 微型繁殖
植物组织培养不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
(2) 作物脱毒
植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植
株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
(3) 人工种子
人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。
2
作物新品种的培育
(1) 单倍体育种
单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种。单倍体育种
极大地缩短了育种的年限。
(2) 突变体的利用
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断分生的状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如
射线、化学物质等）的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而
培育出新品种。
3
细胞产物的工厂化生产
通过植物组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参快100 倍以上，其药用成分和药理活性与栽培人
参相似，甚至更加优良。这项技术目前已经投入规模化生产。
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75
6
精讲精练
例7
★★★★正确率：75%
下列各项植物培养，属于组织细胞培养技术的是( )
A. 无籽番茄的培育
B. 无籽西瓜的培育
C. 桃树枝条嫁接到梨树干
D. 胡萝卜块根培养成胡萝卜植株
例8
★★★★正确率：41%
金丝楸是珍贵的古老树种，在多个方面具有重要的应用价值。金丝楸在自然状态下很难通过种子繁殖。
为尽快推广种植，可以通过相关技术获得优质苗种，下列技术应用不合理的是( )
A. 采用根段扦插诱导其生根发芽快速育苗
B. 采集幼芽嫁接到其它适宜的植物体上
C. 采用幼叶或茎尖部位的组织生产人工种子
D. 采用花朵中的花粉粒经组织培养获得试管苗
达标检测3
★★★
下图是人工种子的结构图，下列有关胚状体和人工种子的叙述正确的是( )
A. 胚状体的培育运用了植物体细胞杂交技术
B. 同一批次培育的胚状体具有相同的基因型
C. 利用人工种子繁殖子代的生殖方式属于有性生殖
D. 人工种子能够克服远缘杂交不亲和障碍等问题
高二生物·目标清北班（全国）·寒
76
6
直击高考
考题
【2013 年
全国II】
甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培
育同时含有A 和B 的新型药用植物。回答下列问题：
（1）为了培养该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用
酶和
酶去除细胞壁，获得具
有活力的
，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成
组
织，然后经过
形成完整的杂种植株。这种培养技术称为
。
（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指
。
假设甲和乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是
。
（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的
等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
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77
6
答案
(1) 纤维素
果胶
原生质体
愈伤
再分化（或分化）
植物体细胞杂交
解析
该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的，要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交。
细胞壁的成分为纤维素和果胶，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用PEG 化学诱
导剂(物理方法：离心、振动等) 诱导二者的原生质体融合。然后采用植物组织培养技术获得杂种植株，
植物组织培养的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能
性。
答案
(2) 由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体
在减数分裂过程中，前者染色
体联会异常，而后者染色体联会正常
解析
解：植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体，多倍体是指由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三
个以上染色体组的个体。如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、
乙有性杂交所产生的后代没有同源染色体，在减数分裂过程中同源染色体联会异常，也就是存在着生
殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染
色体能完成正常的联会，产生正常的配子。
答案
(3) 胚状体、顶芽、不定芽、腋芽
解析
人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制，而且具有可以避免后代发生性状分离等优点，因此，
植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子，用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培
养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
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78
6
春季你会遇见
正确率：43%
以金丝小枣的茎段进行组织培养，形成2 种愈伤组织，对其镜检，染色体数目如下表。进一步培育出
再生植株后，对30 个再生植株根尖细胞染色体数目检查，发现其中有1 个为四倍体植株(4n=48)。
以下叙述正确的是( )
A. 上述变异的四倍体再生植株和原品种仍是同一个物种
B. 除染色体变异外，愈伤组织产生的可遗传变异还有基因突变和基因重组
C. II 型愈伤组织发生染色体数目变异的细胞频率为56.6%，远高于I 型愈伤组织
D. 再生植株变异频率较愈伤组织低，表明多数变异的愈伤组织细胞已失去再分化能力
答案
D
解析
分析表格可知，表中数据是对2 种愈伤组织中染色体数目进行镜检的结果，其中I 型愈伤组
织发生染色体数目变异的细胞频率为13.6%+24.7%=38.3%；II 型愈伤组织发生染色体数目
变异的细胞频率为56.6%+13.3%=69.9%。
A、上述变异的四倍体再生植株与原品种(二倍体) 杂交形成的三倍体不育，说明两者之间存
在生殖隔离，不是同一个物种，A 错误；
B、愈伤组织细胞不能进行减数分裂，因此不能产生基因重组，但可以发生染色体变异和基因
突变，B 错误；
C、由表中的数据可知，II 型愈伤组织发生染色体数目变异的细胞频率为69.9%，C 错误；
D、再生植株变异频率较愈伤组织低，表明多数变异的愈伤组织细胞已失去再分化能力，不能
形成再生植株，D 正确。
故选：D。
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79
6
随堂测试
测试1
正确率：98%
植物组织培养的原理是( )
A. 植物体细胞的全能性
B. 植物细胞高度分化的能力
C. 植物细胞的完整性
D. 植物细胞质壁分离和复原能力
测试2
正确率：61%
如图所示为农作物新品种的育种方式，相关叙述错误的是( )
A. ②过程称为脱分化
B. 植物体细胞杂交技术是指的①过程
C. ⑤过程中常用的基因表达载体是质粒
D. 图中育种方式突出优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍
测试3 下列过程中，需要采用植物组织培养技术的是( )
①利用花药离体培养得到单倍体植株
②利用秋水仙素处理单倍体试管苗，获得正常纯合植株
③利用基因工程培育抗棉铃虫的植株
④利用细胞工程培育“白菜—甘蓝”杂种植株
⑤马铃薯的脱毒
A. ①②③
B. ③④⑤
C. ①②④⑤
D. ①③④⑤
高二生物·目标清北班（全国）·寒
80
6
课堂总结
第7 讲
动物细胞工程
知识引航
“克隆”是我们非常熟悉的名词，你对这个词是如何理解的？
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83
7
1
Part
1
动物细胞培养
知识点睛
动物细胞培养：从动物机体中取出相关的组织分散成单个细胞，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和
繁殖。
一、原理：细胞增殖
二、过程
取动物组织块→剪碎组织→胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→原代培
养→传代培养
传代培养的细胞一般传至10 代后就不易传下去了。一般来说，细胞在传至10-50 代左右时，增殖会逐渐
缓慢，以至于完全停止，这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。当继续传代培养时，少部分细胞会克
服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。
三、条件
1
无菌、无毒的环境
①培养液和所有培养用具应进行无菌处理。
②通常在培养液中添加一定量的抗生素。
③定期更换培养液。
2
营养
将细胞所需的营养物质，如糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，按照其种类和所需数量严格配制
而成的培养基，称为合成培养基。由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此，在使用合成
培养基时，通常需要加入血清、血浆等一些天然成分。
3
适宜的温度和pH
4
气体环境
细胞培养所需的气体主要有O2 和CO2。
四、应用
1
生产有重要价值的生物制品。
2
应用于基因工程。
3
用于检测有毒物质。
4
培育正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究。
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精讲精练
例1
★★★★
下图为小鼠胚胎成纤维细胞(MEF) 培养的过程图，下列叙述不正确的是( )
A. 可用胶原蛋白酶分散组织块中的细胞
B. MEF 细胞可能产生某种物质抑制胚胎干细胞的分化
C. 加入培养液中的MEF 细胞最好是来自传代培养10 代以上的细胞
D. 细胞培养过程中可能出现细胞贴壁和接触抑制的现象
达标检测1
★★★
动物细胞培养的特点是( )
①细胞贴壁
②有丝分裂
③分散生长
④接触抑制
⑤减数分裂
⑥原代培养一般传代1 ∼10 代
A. ①②④⑥
B. ②③④⑤
C. ①③④⑥
D. ③④⑤⑥
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例2
★★★
下列有关动物细胞培养的叙述，正确的是( )
A. 原代培养和传代培养都需要使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶
B. 贴附性细胞可置于锥形瓶、培养瓶或培养皿中进行培养
C. 培养人的肝脏细胞通常在培养瓶壁上可形成多层细胞
D. 培养液中添加适量的抗生素可为细胞提供无菌、无毒的培养环境
例3
★★★★正确率：86%
动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞
培养影响的实验结果。根据该图提供的信息，以下结论不正确的是( )
A. 血清中可能存在某些促进细胞增殖的因子
B. 正常细胞与癌细胞的增殖速率相同
C. 培养基中补充血清有助于正常细胞的培养
D. 培养基中是否补充血清对癌细胞培养影响不大
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2
Part
2
动物细胞核移植
知识点睛
动物细胞核移植：将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育
成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育成动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
一、原理：动物细胞核的全能性。
二、种类
哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。其中动物体细胞核移植的难度明显更高。
三、条件
1
细胞核中含有该生物的全套遗传物质。
2
具备能够激活核基因的细胞质物质。
3
满足胚胎发育必要的环境条件。
四、过程
五、应用前景
1
在畜牧生产中，利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良的过程，促进优良畜群繁殖.
2
在保护濒危物种方面，可望利用体细胞核移植技术增加这些动物的存活数量。
3
在医药卫生领域，转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。
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4
在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异种移植的供体；人的核移植胚胎干细胞
经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织器官的移植。
5
研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老的过程；用克隆动物作疾病模型，能使人
们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。
精讲精练
例4
★★★
据报道，英国科学家从人皮肤细胞中提取出细胞核，植入剔除了细胞核的牛卵细胞中，从而培育出人兽
混合胚胎。从遗传学角度来看，这种混合胚胎中有99.9% 的遗传物质来自人，只有0.1% 来自牛。你认
为这0.1% 的遗传物质最可能存在于牛卵细胞的( )
A. 细胞核
B. 线粒体
C. 叶绿体
D. 核糖体
达标检测2
★★★
正确率：86%
下列对哺乳动物体细胞核移植技术的描述不正确的是( )
A. 该技术的难度明显高于胚胎细胞核移植
B. 常采用去核的减数第二次分裂卵母细胞作为受体细胞
C. 可通过显微操作法除去卵母细胞核
D. 克隆动物是对提供体细胞的动物进行了完全的复制
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例5
★★★★正确率：72%
治疗性克隆有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应。如图表示治疗性克隆的过程，下
列有关叙述错误的是( )
A. 上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞培养等技术
B. 上述过程充分说明动物细胞具有全能性
C. 胚胎干细胞具有发育的全能性，可从早期胚胎中分离获取
D. ①、②过程都发生DNA 复制、转录和翻译
例6
★★★
研究人员将猴胚胎细胞(a) 中的细胞核取出，移植入一雌猴的去核卵母细胞(b) 中，得到重组细胞(c)，
经培养获得胚胎并移植到另一雌猴(d) 体内进一步发育，获得克隆猴(e)。下列叙述正确的是( )
A. e 的细胞内的全部基因都来自a，b 不提供基因
B. c 经一系列增殖和分化形成e 的过程中，细胞核起控制作用
C. d 为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件
D. e 的形成过程中没经过受精作用，其体细胞中无同源染色体
达标检测3
★★★
下列有关核移植的说法不正确的是( )
A. 用核移植得到的动物称为克隆动物
B. 核移植的受体细胞最好是受精卵
C. 核移植可以充分发挥优良种畜的生殖潜力
D. 核移植得到的克隆动物多数存在健康问题
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直击高考
考题
【2018 年
全国III】
2018 年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只
克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题：
（1）“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指
。
通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目
(填“减半”、
“加倍”或“不变”)。
（2）哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难
度
(填“大于”或“小于”) 体细胞核移植，其原因是
。
（3）在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常，所得到的
两个克隆动物体细胞的常染色体数目
(填“相同”或“不相同”)，性染色体组成
（填
“相同”或“不相同”)。
答案
(1) 将供体细胞核移入除去核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育
为动物个体
不变
解析
核移植是指将供体细胞核移入除去核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎
最终发育为动物个体。通过核移植方法获得的克隆猴的细胞核由供体提供，所以与核供体相比，克隆猴
体细胞的染色体数目不变。
答案
(2) 小于
胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易
解析
哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度小
于体细胞核移植，因为胚胎细胞的分化程度相对较低，恢复其全能性更加容易一些。
答案
(3) 相同
不相同
解析
哺乳动物核移植的过程中，分别以同种生物的雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，所得的两个
克隆动物体细胞核中除了性染色体组成不同外，常染色体的组成是相同的。
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春季你会遇见
如图是一种“生物导弹”的作用原理示意图，没有与肿瘤细胞结合的“生物导弹”一段时间后被机体清
除。阿霉素是一种抗肿瘤药，可抑制DNA 和RNA 的合成，对正常细胞也有一定毒性。下列说法不
正确的是( )
A. 单克隆抗体是由杂交瘤细胞合成和分泌的
B. 活化阿霉素能抑制细胞中的DNA 复制和转录过程
C. 在治疗中，应先注射非活化磷酸阿霉素再注射生物导弹
D. 单克隆抗体特异性强，能减轻阿霉素对正常细胞的伤害
答案
C
解析
A、单克隆抗体是由杂交瘤细胞合成和分泌的，A 正确；
B、根据题意可知，
“阿霉素可抑制DNA 和RNA 的合成”，因此活化阿霉素能抑制细胞中的
DNA 复制和转录过程，B 正确；
C、在治疗中，应将非活化磷酸阿霉素和生物导弹同时注射，C 错误；
D、单克隆抗体特异性强，能减轻阿霉素对正常细胞的伤害，D 正确。
故选：C。
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随堂测试
测试1 下列与动物细胞培养有关的表述中，不正确的是( )
A. 培养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清
B. 传代培养的细胞一般传到10 代左右便会出现生长停滞
C. 动物细胞培养一般能够传到40 ∼50 代，但其遗传物质发生了改变
D. 动物细胞培养可用于检测有毒物质和获得大量自身健康细胞
测试2“三亲婴儿”是将患病女性卵细胞中的细胞核放入除去细胞核的女性捐赠者的卵细胞中，再按照标准的
试管婴儿技术培育而成的胎儿。下列相关叙述错误的是( )
A. 培育过程用到了细胞核移植技术
B. 该技术可降低色盲患者的发病率
C. 该婴儿同时带有三个人的遗传物质
D. 患线粒体疾病的女性可生育健康孩子
测试3 下列对动物核移植技术的描述不正确的是( )
A. 动物核移植技术反映了动物细胞核也具有全能性
B. 体细胞核移植过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核
C. 体细胞核移植过程中通常采用减数第二次分裂中期卵母细胞作为受体细胞
D. 通过体细胞核移植方法生产的克隆动物对供体细胞动物进行了100% 的复制
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课堂总结
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