优化探究高考生物二轮复习第一部分专题八现代生物科技专题第二讲胚胎工程与生态工程新人教版

第一部分 专题八 现代生物科技专题 第二讲 胚胎工程与生态工程

1．胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术,可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。

(1）从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是______________;

从良种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。

(2）在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供________气体以维持________。

(3)图中过程A称为________,它在胚胎工程中的意义在于____________________。

（4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是__________________________________________________________

_____________________；获得转基因母牛后，如果________________________________即说明目的基因已经表达.

解析:本题综合考查胚胎工程和基因工程的知识。(1）人工采集的卵母细胞要在体外培养成熟后才能与获能的精子完成受精，同理，在体外受精前，要对精子进行获能处理。(2）体外培养受精卵所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH值稳定。（3)把早期胚胎移入受体母牛子宫的过程称为胚胎移植,意义在于可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。（4）基因工程中把目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法；获得基因表达产物即母牛的乳汁中含有人类白细胞介

素说明目的基因已经表达.

答案:(1)使卵母细胞成熟(或：使卵母细胞获得受精能力) 获能

（2）CO2 培养液(基）的pH

（3)胚胎移植 提高优良母畜的繁殖率

(4)显微注射法 牛奶中含有人类白细胞介素（或:牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素）

2．毛角蛋白Ⅱ型中间丝(KIFⅡ）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图.

（1）过程①中最常用的运载工具是________，所需要的酶是酶和________。

(2)在过程②中，用________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5％CO2的气体环境中,CO2的作用是____________________________。

（3）在过程③中,用________处理以获取更多的卵（母)细胞。成熟卵（母)细胞在核移植前需要进行________处理。

(4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是________.在胚胎移植前，通过________技术可获得较多胚胎.

解析:此题综合考查基因工程、细胞工程、胚胎工程等知识。（1）构建基因表达载体时,一般需用同一种酶切割目的基因和载体，以产生相同黏性末端，并用DNA连接酶连接成重组表达载体。常用的载体是质粒.(2)利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶可将动物组织分散成单个细胞。动物细胞培养时，需将细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是维持培养液的pH值。(3)运用超数排卵法可获得更多的卵母细胞，常用的激素是促性腺激素。成熟卵细胞在核移植前要进行去核处理。（4)核移植时获得的重组细胞经过早期胚胎培养,可以获得早期胚胎.为获得更多胚胎，可以使用胚胎分割法.

答案：(1)质粒 DNA连接酶

（2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 维持培养基（液）的pH值

（3)促性腺激素 去核

（4)（早期）胚胎培养 胚胎分割

3．如图是通过胚胎工程培育试管牛的过程.据图回答以下关于细胞工程和胚胎工程的问题：

（1）在牛体细胞培养过程中，当贴壁细胞生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止增殖，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________。

(2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞停止；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不死的细胞，该种细胞的黏着性降低，这是由细胞膜表面________的量减少造成的。

（3)如暂时不进行A过程，通常在________条件下保存受精卵。因为在这种条件下，细胞中________的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低。

解析：(1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞生长到细胞表面相互接触时,细胞会停止增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。此时，瓶壁上会形成单层（或一层)细胞.要使贴壁细胞从瓶壁上分离下来，需要用胰蛋白酶处理。(2)细胞发生癌变后，细胞间的黏着性降低，与细胞膜表面糖蛋白含量减少有关。（3）题图中过程A为胚胎移植，如暂时不进行A过程，通常在冷冻（或超低温、液氮)条件下保存受精卵，此时细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低.

答案:（1)接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶（或胶原蛋白酶) (2）糖蛋白 (3)冷冻(或超低温、液氮） 酶

4．转基因动物可以作为生物反应器来生产某些营养物质、珍贵药物等。请根据所学知识，将下面培育转基因牛的操作程序补充完整。

（1）构建基因表达载体:在构建基因表达载体时常要用到________两种工具酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有________以及标记基因等,其中标记基因的作用是____________________________________________________________________。

(2)体外受精获得受精卵：将采集的精子经________处理后与处于________期的卵子结合形成受精卵.判断卵子是否受精的重要标志是_____________________________________。

(3）将目的基因导入受精卵：通常采用________技术将目的基因导入受精卵。

（4）早期胚胎培养：哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________等物质.当胚胎发育到________阶段时，可进行胚胎移植。

（5)胚胎移植：在胚胎移植前要对接受胚胎的受体母牛进行________处理.移植后，还要对受体母牛进行妊娠检查。

解析:（1）基因工程中常用的两种工具酶是酶和DNA连接酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等.(2）采集的精子经获能处理后才能与处于减数第二次中期的卵子结合形成受精卵。(3)常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞。（4)哺乳动物胚胎培养需要“两盐\"(无机盐和有机盐）、“两素\"(激素和维生素）、“两酸\"(核苷酸和氨基酸）和动物血清等。牛的胚胎一般要发育到桑椹胚或囊胚阶段才可以进行移植.(5）胚胎移植时要对受体动物进行同期发情处理。

答案：(1）酶、DNA连接酶 启动子、终止子 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 （2）获能 减数第二次中 在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体

(3)显微注射 （4）动物血清 桑椹胚或囊胚 (5)同期发情

5．以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，请据图回答下列有关问题：

（1）过程①所用的酶能够识别双链DNA分子的____________,并在特定切点切割DNA分子。通过过程②获得的目的基因________(填“能”或“不能”）在物种间进行基因交流，③表示________技术扩增目的基因片段。

(2）为提高良种奶牛的繁殖能力,在获取卵细胞之前需用________（激素）促使其超数排卵。

（3）图中采用的生物工程技术A和B分别是指____________和________.移植后胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是______________________________________________。

(4）为实现人血清白蛋白基因在转基因母牛E的乳腺细胞中表达,应让该血清白蛋白基因和________________的启动子等组件结合在一起。如果转基因母牛E的牛奶中含有________________，则说明血清白蛋白基因在个体水平已成功表达.

解析：(1）酶能够识别双链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。过程②是采用逆转录法合成目的基因的过程，得到的目的基因能在物种间进行基因交流；过程③为目的基因的扩增过程,需要采用PCR技术.（2)用促性腺激素对良种奶牛进行处理,可促使其超数排卵。（3）图中A表示早期胚胎培养过程;B表示胚胎移植过程。受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。（4）为实现人血清白蛋白基因在转基因母牛E的乳腺细胞中表达，应让该血清白蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等组件结合在一起。如果转基因母牛E的牛奶中含有人血清白蛋白，则说明血清白蛋白基因已成功表达。

答案:（1）某种特定核苷酸序列 能 PCR （2)促性腺激素 （3)早期胚胎培养 胚胎移植 受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应 （4)乳腺蛋白基因 人血清白蛋白

6．现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→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：

（1)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.

(2)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________(填“生态系统”“群落”或“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________.

（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:(1)生活污水流经厌氧沉淀池时,厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧微生物通过有氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。（2)水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群；不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3）生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑,需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性,故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。（4)生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。

答案:（1）无氧和有氧（或细胞） （2)群落 一 生产者 太阳能 （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）

7．某小组对市郊一农业生态系统进行调查后，经过交流绘制出了如图所示的生态工程示意图.据图回答有关问题：

(1)该生态系统中的主要成分是________，图中的食用菌属于生态系统成分中的________，该生态系统中,属于第二营养级的生物有________________。

（2)建立这一生态系统的目的是使农作物固定的太阳能持续、高效地________________ ；该生态系统的能量利用率较高与物质的________利用密不可分.

(3）请画出该农业生态系统的食物网。

(4）该生态系统的建设主要根据生态工程建设的________原理.

解析：（1)生态系统的主要成分是生产者,即图中的农作物。食用菌属于腐生真菌，在生态系统中属于分解者。以农作物为食的生物属于第二营养级，包括人和家禽、家畜。（2）建立生态农业的目的是调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，由于实现了能量的多级利用,所以该生态系统的能量利用率较高。（3)该农业生态系统中的食物网有两条食物链：农作物→家禽、家畜→人;农作物→人。（4)该生态系统实现了物质的循环利用、分级利用，并且减少了环境污染，所以该生态农业的设计遵循物质循环再生原理。

答案：(1)农作物（生产者或植物） 分解者 人和家禽、家畜

(2）流向对人类最有益的部分 多级(重复)

(3）

(4)物质循环再生

8．池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象,研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如下图).请回答下列问题：

(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性____________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化;藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡,进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为____________。

(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有____________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施,起到对水体的____________，有效减少水体中的N、P等含量。

（3）该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有__________、__________。

(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多,因为_________________________________

________________________________________________________________________。

(5）保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过____________、____________进行。

解析：(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统中的组分较少,营养结构简单，抵抗力稳定性较低，恢复力稳定性较高。生态系统稳定性的维持是正反馈调节和负反馈调节共同作用的结果，正反馈调节使生态系统远离平衡状态，负反馈调节使生态系统维持在相对稳定的状态。（2）该生态系统属于人工设计的生态工程，与传统养殖池塘相比,增加了生态塘和潜流湿地等设施.生态塘和潜流湿地中的水生植物和滤食动物能够有效减少水体中N、P等的含量，起到净化水体的作用。(3)通过设备将前一池塘上层水导入下一个池塘的底部，可以实现上、下水层的交换，增加水中溶氧量和提高饵料利用率。(4）随着养殖塘中生物体排放的有机污水的积累，越靠后的养殖塘中微生物分解有机物产生的N、P含量会越高，从而造成水体富营养化，故该养殖系统中串联的池塘不宜过多。（5)为保持池塘水体中适当的N、P含量，可以通过不间断地补水和排水来实现,或者是通过水泵控制水的流量来实现。

答案：（1)高 正反馈

(2)生态塘和潜流湿地 净化作用

（3)增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率

(4）后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高 (5)补水和排水 水泵控制水的流量(循环频次）

9．长江的水体污染主要是由于流入长江的次级河流在流经城镇时，城市中的生活污水、工业废水大量排入河流，造成河流污染。某小组利用人工浮床技术对次级河流中水质净化分析，实验装置如下图.

(1)图中植物的作用是________。该植物采收后，可以直接用做________,也可干燥处理后用来提取________等金属.

(2)此案例属于________生态工程的实例，它遵循的生态工程原理是________________________________________________________________________（写其中一个)。

(3）该小组利用人工浮床开展了“菰(茭白)和菖蒲对生活污水净化效果的研究\你认为该实验装置应该准备________组，应采取的处理措施是___________________________

________________________________________________________________________。

（4)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度,其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)该小组实验结果如上表，从此表中看出，该小组研究的因变量为________，你能从表中得出的结论是_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析:(1)人工浮床的原理就是利用浮床植物发达的根系吸收水中的氮、磷等大量化学元素，吸附大量悬浮物，利用其中的微生物降解净化水中的污染物。浮床植物采收后，可以直接用做家畜饲料，也可干燥处理后用来提取铜、锌、汞等金属。(2）由于该工程是对流经城镇造成污染的河流进行净化，因而该工程属于城市环境生态工程；由于浮床植物采收后,可以直接用做饲料，也可干燥处理后用来提取铜、锌、汞等金属,获得了很高的经济效益，因而该工程采用了物质循环再生原理、整体性原理、协调与平衡原理等.（3)由于要研究菰（茭白)和菖蒲两种不同植物对生活污水的净化效果,因而要设置对照实验,既要相互对照,又要设置空白对照，根据题中实验结果表可知需设置4组实验，一组只栽茭白，一组只栽菖蒲，一组混栽等量的茭白和菖蒲，一组空白对照（不栽植物).（4）浮床植物在生长过程中既能利用水中的氮、磷污染物，又能通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖，因而可有效防止“水华”发生，提高水体的透明度.（5）由表可以看出：自变量为是否有植物及植物的种类，因变量为污水中N、P含量的变化（去除率)。由表中数据看出两种植物不论单独种植还是等量混合种植净化效果均明显高于对照组；还可以看出菖蒲对总磷的去除效果明显高于菰和菖蒲混合种植的。

答案：(1)吸收水中的化学元素 饲料 铜、锌、汞 (2)城市环境 协调与平衡原理、整体性原理、物质循环再生原理等(写出一个即可） （3)4 一组只栽茭白,一组只栽菖蒲，一组混栽等量的茭白和菖蒲，一组空白对照(不栽植物） (4）一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖 (5）污水中N、P含量的变化 两种植物不论单独种植还是等量混合种植净化效果均明显高于对照组(菖蒲对总磷的去除效果明显高于菰和菖蒲混合种植的)

10．我国是受荒漠化危害最为严重的国家之一。近年来,京津冀地区频受沙尘暴之苦，故保护生态环境，大力开展植树种草活动，治理水土流失，防止土地沙漠化等是当前的紧要任务。

（1)据研究，形成京津冀沙尘暴的沙主要来自黄土高原和内蒙古高原，西部生态环境的改变首先要解决的非生物因素是________.

（2）在退耕还林、还草过程中，要注意树种、草种不要过于单一。这种做法所依据的主要生态工程

原理是________________，其目的是提高生态系统的抵抗力稳定性。

（3)近年来大力推广的生态农业是一个自我维持的生态系统，其特点是保持和完善系统内的生态平衡，其设计的原则是能量的________和物质的________，以求得最大的生产力和可持续发展.我国农民收集一切可能的有机物质，使其转变为有机肥料，保持土壤肥力的做法称为________农业。

(4）某科研小组想利用基因工程技术培育抗旱植物用于治理水土流失.将抗旱基因导入植物细胞时采用最多的方法是________。要检测抗旱基因是否插入到受体细胞的DNA中，采用的是________技术。若检测结果表明抗旱基因已经插入到受体细胞的DNA中，则培育的植株________（填“一定”或“不一定\")具有抗旱性状。

解析：（1）西部生态环境的改变首先要解决的非生物因素是水。

（2）在退耕还林、还草过程中，要注意树种、草种不要过于单一.这种做法所依据的主要生态工程原理是物种多样性原理，其目的是提高生态系统的抵抗力稳定性.

（3)生态农业设计的原则是能量的多级利用和物质的循环再生，以求得最大的生产力和可持续发展。我国农民收集一切可能的有机物质,使其转变为有机肥料，保持土壤肥力的做法称为无废弃物农业。

（4）将抗旱基因导入植物细胞时采用最多的方法是农杆菌转化法,要检测抗旱基因是否插入到受体细胞的DNA中，采用的是DNA分子杂交技术；若检测结果表明抗旱基因已经插入到受体细胞的DNA中,但培育的植株不一定具有抗旱性状.

答案:（1）水

(2)物种多样性原理

(3）多级利用 循环再生 无废弃物

(4）农杆菌转化法 DNA分子杂交 不一定

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