選擇性必修三生物技術及工程

第1章發酵工程

第1節傳統發酵技術的應用

從社會中來

葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄發酵而來，但是一個經酵母菌無氧呼吸產生了酒精，另一個經醋酸菌有氧呼吸

產生了醋酸,因此口感不同。(P4)

探究?實踐

.1用水密封泡菜壇的目的是給泡菜壇內制造無氧環境，這說明泡菜制作需要在無氧條件下進展。(P6)

2在泡菜發酵初期，由蔬菜外表帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活潑，它們可進展發酵，發酵產物中

有較多的CO2,假設泡菜壇裝得太滿，發酵液可能會溢出壇外。

另外，泡菜壇裝得太滿，會使鹽水不太簡潔完全漂浮菜料，從而導致壇內菜料變質腐爛。泡菜

壇留有肯定的空間，也更便利拿取泡菜。(P6)

.3提示：依據實際狀況答復。(P6)

探究?實踐

1,在葡萄酒的制作過程中，發酵液中會產生氣泡，這是由于酵母菌發酵產生co2?

假設是用紫色葡萄制作葡萄酒，隨著發酵時間的延長，由果皮進入發酵液的花青素會越來凝多，因而發酵液的

顏色會漸漸加深變成深紅色。果醋發酵過程中一般不會消滅氣泡，發酵完成時，在發酵液的液面上會消滅一層

菌膜，這是醋酸菌膜。(P7)

2.果酒中除了酵母菌，還有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，

從而使果酒變質。可以通過調整發酵的溫度、果酒的pH等來把握乳酸菌的含量。果汁中的糖也是

醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的狀況下，醋酸菌能把糖分解成醋酸：在缺少糖源的狀況下，乙醇便

是醋酸菌的碳源和能源，它將乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為醋酸。由于醋酸菌在有氧的條件下才能進

行旺盛的代謝活動，因此在制作果酒的過程中盡量削減。2含量，可以抑制醋酸菌的生長生殖。此外，通過

調整發酵的溫度、果酒的pH等同樣可以把握醋酸菌的含量。

3.隨著醋酸發酵的進展，發酵液的pH、發酵溫度等均不利于酵母菌的生長生殖，因此酵母菌活性

很低。在我們的試驗條件下，當翻開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發酵液中大量生殖，其他的菌因不

適應環境條件而不能生殖。在工業上，后期醋的發酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買

一瓶醋，將其翻開暴露于空氣中，一段時間后在醋的外表會有一層薄膜(實際上是醋酸菌),用這層薄膜進

展接種可以明顯縮短制作果醋的時間。(P7)

4.提示：依據實際狀況答復。(P7)

到社會中去

從少量制作轉向大規模生產時，會遇到很多問題。例如，少量制作果醋時，不需要特地的攪拌裝置，而大規

模生產果醋時，由于發酵罐容積很大，就需要安裝攪拌器，以保障醋酸菌對02的需求。可見在大規模生產發酵產

品時，需要進展更為全面周詳的考慮，如考慮原料的來源與選擇、菌種的選育與培育、發酵設備的選擇、發酵條

件的自動化把握、發酵產品的質量把握、本錢價格等。自己制作的果酒和果醋并非商品意義上的產品。在

實際生產中還需要經過沉淀、過濾、滅菌、裝瓶等過程才能獲得成品酒或醋。果酒還需要在肯定條件下進展后續

發酵，以獲得特定的風味和色澤。通過深入思考，可以感悟到工程、技術與科學的不同，科學以“覺察”為核心，

技術以“制造”為核心，工程以“建筑”和"產品”為核心。技術要通過工程設計等環節，將一系列相關技術體系化地

組合起來，才能轉化應用在工程中，大規模生產人們需要的產品。(P8)

練習與應用

-'概念檢測

1.(l)x(2)x(3)<(P8)

2.D(P8)

二'拓展應用

1.提示：腐乳、泡菜、醬、豆豉等都是生活中常見的傳統發酵食品。(P8)

2.(1)應當在發酵10天后食用比較適宜，由于這時亞硝酸鹽含量已經降到較低的水平。(P8)

(2)可能是食鹽濃度過高、發酵溫度過低等緣由導致泡菜未能正常發酵。(P8)

(1)“陳泡菜水''中含有純度較高的乳酸菌，參加“陳泡菜水”相當于接種乳酸菌。(P8)

3.C同學的裝置更適合制作果醋。出料口可以用來取樣；充氣口可以在發酵時連接充氣泵進展充氣，從而

有利于醋酸菌更好地進展有氧呼吸，提高發酵效率；排氣口可以用來排出在發酵過程中產生的氣體，它通過一個

長而彎曲的膠管與瓶身連接，其目的是防止空氣中微生物的污染。

進一步改進：可以在充氣口填充棉花或者安裝其他過濾裝置，以防止充入的氣體攜帶外來雜菌污染發酵液等。

(P8)

第2節微生物的培育技術及應用

01微生物的根本培育技術

從社會中來

應領先對制作用具和原料進展滅菌處理，再接種純的菌種，并把握發酵條件，避開雜菌進入。(P9)

旁欄思考題

培育基中的氮元素是微生物合成蛋白質、核酸等物質所必需的。(P10)

旁欄思考題

無菌技術還能有效避開操作者被微生物感染。(P1O)探

究?實踐

1.在未接種的培育基外表應當沒有菌落生長，假設有，說明培育基被雜菌污染。(P13)

2.略。(P13)

3.提示：依據實際狀況答復。(P13)

思維訓練

所謂“酵素”，就是“酶”的另一種說法。"酵素”制作就是利用微生物進展無氧呼吸的原理，進展像制作泡菜一

樣的發酵。這樣制作的“酵素”中可能有糖類(包括一些簡潔的糖和膳食纖維等)、蛋白質(包括多種酶)、有機酸等

成分，不存在它獨有的、特別的養分物質，其中甚至可能含有微生物發酵產生的有毒物質，食用后可能會危害

人體安康。因此，“吃水果，酵素，可以美容、減肥、促進消化和提高免疫力”的論點值得疑心。可以通過查閱專業

學術期刊上發表的有關爭辯論文，或親自檢測水果“酵素”中的成分，獵取科學牢靠的證據進展全面論證。

(P14)

練習與應用

-、概念檢測

1.(1)X(2)Y(3)X(P14)

2.日常生活中保存食品的方法有干制、腌制、低溫儲存等。干制可以降低食品的水分含量；腌制可以通

過食鹽、糖等制造高滲環境，從而抑制微生物的生長和生殖；低溫則是通過降卑微生物的代謝速率來抑制微生

物的生長和生殖。(P14)

二'拓展應用

1.(1)培育皿和培育基。(P14)(2)

接種(P14)

(3)通過試驗結果可以看到，洗手后手上還有一些微生物，不能直接進展無菌操作。可以通過用酒精棉球擦

拭雙手，或戴消過毒的手套等方法來避開手上微生物的污染。(P14)

2.(1)意味著培育液中GJ2含量不同。(P14)

(2)培育液中。2含量越高，酵母菌種群密度越大。(P14)

(3)這時候已經乳達了環境容納量。(P14)

02微生物的選擇培育和計數

思考?爭辯

1,設計一種選擇培育基，用尿素作為唯一氮源，可以將分解尿素的細菌分別出來。(P16)

2.這種培育基與一般培育基相比，只是用尿素作為唯一氮源，培育基的其他養分成分根本一樣。（P16）探

究?實踐

1.假設沒有接種的培育基上沒有菌落生長，說明培育基沒有被雜菌污染。假設接種后的完全培育基

上的菌落數明顯多于選擇培育基上的菌落數，說明選擇培育基篩選出了一些尿素分解菌。（P19）

2.假設得到了兩個或多個菌落數為30?300的平板，說明稀釋度適宜，操作比較成功，能夠進展菌落

的計數。（P19）

3,假設是用同一土樣進展的操作，數據應當比較接近。假設差異很大，就需要從操作是否標準、培育

基配制是否合理等方面查找緣由。（P19）

練習與應用

-、概念檢測

1.（l）x（2）“3W（P20）

2.D?（P20）

二'拓展應用

1.反芻動物的瘤胃中有大量的微生物，其中就有分解尿素的微生物。由于瘤胃中的微生物多為厭氧菌，

接觸空氣后會死亡，因此分別其中能分解尿素的微生物除了需要預備選擇培育基，還應當參照厭氧菌的培育方

法進展試驗設計。（P20）

2.（1）提示：可以參考本節“探究?實踐”中的設計思路進展設計。（P20）

⑵纖維素分解菌大多分布在富含纖維素的環境中，采集土樣時，可以選擇纖維素豐富的環境，如樹林

中多年落葉形成的腐殖土等。（P20）

（3）這是人工設置適合纖維素分解菌生存的環境，腐爛的濾紙上很可能有纖維素分解菌。（P20）

第3節發酵工程及其應用

從社會中來

提示：問題僅作為引入本節學習的提示，本節將就此問題開放具體表達。（P22）

旁欄思考題

我國幅員寬廣，地理生態環境多樣，為各種微生物的生長生殖供給了條件，這有利于發酵工程選育菌種。

優良的菌種不僅具有強健，不易退化，其發酵產品的產量高、質量穩定等優點，它往往還會賜予發酵產品獨特

的風味，因此菌種選育環節很大程度上打算了生產發酵產品的成敗。（P22）

思考?爭辯

1.需要考慮的因素包括：在低本錢的培育基上能快速生長生殖；生產所需代謝物的產量高；發酵條

件簡潔把握；菌種不易變異、退化等。（P23）

2.要對溫度、pH、溶解氧等發酵條件進展嚴格把握，使其最適合微生物的生長生殖，同時準時添

加必要的養分組分。（P23）

3.傳統發酵技術獲得的產物一般不是單一的組分，而是成分簡單的混合物，很多時候不會再對產物進

展分別和提純處理，或者僅承受簡潔的沉淀、過濾等方法來分別和提純產物。在發酵工程中使用的分別和

提純產物的方法較多。在產物的初分別階段，常承受沉淀、萃取、膜分別、吸附和離子交換等方法；在進

一步純化階段，會承受液相層析法、結晶法等方法。發酵工程產物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進

行質量檢查，合格后才能成為正式產品。（P23）

4.不能。由于在進展發酵生產時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環境的物質。為了削減或避開污

染物的產生和排放，實現清潔生產，應當對排出的氣體和廢棄培育液進展二次清潔或滅菌處理JP23）思考?爭

辯

1.菌種的選育、對原材料的處理、發酵過程的把握、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。

（P25）

2.應當辯證地對待這一產品。一方面，這類產品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需

求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產品是手工作坊式生產的，存在啤酒品質不穩定、價

格昂貴的問題。（P25）

旁欄思考題

提示：淀粉酶、過氧化氫酶等。(P26)

到社會中去

提示：依據實際狀況答復。(P28)練習與應用

-'概念檢測

1.x2.“3.44.x(P28)

二'拓展應用

1.(1)可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉入青霉素生產菌來提高菌體對氧的吸取和利用率。

(P28)

(2)可以對兩種酶的基因進展改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產菌只生產一種產物。

(P28)

2.提示：學生通過查找資料可以知道，這一風險是存在的。在生產燃料乙醇時，為了躲避這一風險，應當

使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來生產燃料乙醇，還有利于防止

問題糧食流入市場。(P28)

第一章：復習與提高

1.(1)篩選出可以降解化合物A的微生物；選擇。(P30)

⑵顯著降低；擴增。(P30)

(3)細菌計數板計數；S型增長。(P30)

(4)目的菌能否在自然環境中大量生長生殖、是否會產生對環境有害的代謝物、降解化合物A后是否會

產生二次污染等問題都需要爭辯清楚后，才能進展實踐。(P30)

(5)目的菌能否在自然環境中大量生長生殖、是否會產生對環境有害的代謝物、降解化合物A后是否會

產生二次污染等問題都需要爭辯清楚后，才能進展實踐。(P30)

2.(1)①不同意。提示：只檢測一個冰激凌數據太少，不能排解偶然因素的影響。

②沒有必要。提示：依據國家的標準，自來水中的大腸桿菌數目應當是格外少的。即使冰激凌中大腸桿菌

數目超標了，也不行能很離譜，假設進展梯度稀釋，最終培育出來的菌落數可能不在計數要求的范圍內，從而

導致結果誤差大。解答這個問題的時候，應當讓學生明白并不是全部的細菌檢測培育都需要進展梯度稀釋，而

是要依據實際狀況來確定培育方案。

③需要設置比照組。嚴格來說，應當設置兩組比照組。一組為陰性比照組，不進展涂布或者用無菌水涂布

平板：另一組為陽性比照組，涂布大腸桿菌。前者可以說明培育基是否被污染，后者可以說明該培育基能否培

養出大腸桿菌。(P30)

(2)Bo(P30)

(3)說明冰激凌中不僅有大腸桿菌，還有其他細菌或真菌等。統計結果比實際值偏少。由于有些菌落可

能會重疊，統計時簡潔將其誤認為是一個菌落，并且這種計數方法統計的是活菌的數目。(P30)

(4)提示：應當馬上去小店告知店主這批冰激凌不能再賣了；還要告知食品衛生治理部門，以對這批

冰激凌的來源進展追蹤調查。其他合理答案也可。(P30)

第2章細胞工程

第1節植物細胞工程

01植物細胞工程的根本技術

探究?實踐

1,用于植物組織培育的培育基同樣適合某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。培育物一旦

受到微生物的污染，就會導致試驗前功盡棄，因此，要進展嚴格的無菌操作。導致外植體被污染的原因可

能有：培育基、接種工具滅菌不徹底；外植體消毒不徹底；操作過程不符合無菌操作要求等。(P36)

2.提示：觀看試驗結果，看看是否培育出了愈傷組織，記錄多長時間長出了愈傷組織。從剛接種的外

植體到長出愈傷組織一般需要2周左右的時間。統計更換培育基后愈傷組織進一步分化成芽和根的比例

和時間。(P36)

3.提示：做好統計和比照，填好結果記錄表，培育嚴謹的科學態度。從試驗的第一步開頭就要做好試

驗記錄，可以分組配制不同的培育基，如誘導愈傷組織的培育基、誘導生芽的培育基等，還可以進展不

同配方的比較。(P37)

4.生根苗移栽技術的關鍵是既要充分清洗根系外表的培育基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培的

方法。培育基質要提前消毒，可以向培育基質噴灑質量分數為5%的高鐳酸鉀，并用塑料薄膜掩蓋12ho掀開

塑料薄膜24h后才能移栽。移栽的組培苗要在溫室過渡幾天，待其長壯后再移植到大田或盆中。可以在

課后統計移栽的成活率，看看移栽是否合格。(P37)

練習與應用

-、概念檢測

1.Ao(P38)

2.纖維素酶和果膠酶。(P38)

二'拓展應用

1978年，梅爾徹斯(G.Melchers)等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的體細胞雜種植株。他們將培育的二

倍體馬鈴薯和番茄的葉片細胞原生質體進展融合，產生了雜種植株一一“番茄-馬鈴薯“，它同時具有馬鈴

薯和番茄的形態特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是并沒有產生可結實的花、果實以及

真正意義上的塊莖。到目前為止，“番茄-馬鈴薯”一類的體細胞雜交植物還不能產生經濟效益，但是其爭辯

價值不行無視。“番茄-馬鈴薯''沒有像人們預想的那樣地上結番茄、地下長馬鈴薯，主要緣由是：生物體內

基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以“番茄-馬鈴薯”雜種植株的細胞

中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達相互干擾，它們不能再像馬鈴薯或番茄植株中

的遺傳物質一樣有序表達，雜種植株自然就不能地上結番茄、地下長馬鈴薯了。近年來，有報道稱利用

嫁接技術培育出了地上結番茄、地下長馬鈴薯的植株。(P38)

02植物細胞工程的應用

到社會中去

提示：手指植物的制作方法用到了植物組織培育技術。在制作過程中，肯定要留意做好滅菌和消毒工作，

為了防止污染可在培育基中參加肯定量的抑菌劑。

另外，還可以依據個人喜好，在培育基中參加適量的色素或者熒光劑，使“手指植物''更具有欣賞價值。

(P42)

練習與應用

-、概念檢測

1.⑴4(2)x(P42)

2.Do(P42)

~、拓展應用

—1.F中的紫色甜玉米的基因型可能為Aasusu或Aasusu。假設運用常規育種方法，將F中的紫色甜

22

玉米與白色甜玉米(aasusu)進展測交，可以選擇出基因型為AASUSU的純種紫色甜玉米。但這種方法比較

煩瑣，耗時也較長，需要至少三年的選種和育種時間。其實在F1產生的花粉中就可能有Asu的組合，假設利

用花藥培育的技術獲得單倍體植株，再經過誘導染色體加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的純合體。這種

方法可以大大縮短育種周期。(P42)

2.樂觀探究其他的繁育途徑。例如，爭辯如何利用植物組織培育技術繁育甜葉菊，爭辯內容涉及植物

組織培育材料的選擇，培育基配方的優化，提高試管苗移栽成活率的方法等，最終目的是建立一套利用

植物組織培育技術繁育甜葉菊的標準技術體系，實現甜葉菊種苗的產業化生產。(P42)

第2節動物細胞工程

01動物細胞培育

從社會中來

1.提示：可以從病人身上取少量正常、安康的皮膚在體外進展培育、擴增。目前，科學家還在爭辯對皮

膚干細胞進展培育，以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。(P43)

旁欄思考題

用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是蛋白質。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2,當pH大于6

時，胃蛋白酶就會失去活性。多數動物細胞培育的適宜pH為7.2-7.4,胃蛋白酶在此環境中沒有活性，所

以用胃蛋白酶不行。(P44)

思考?爭辯

1.細胞的增殖力量與供體的年齡有關，幼齡動物的細胞增殖力量強，有絲分裂旺盛，老齡動物的細胞

則相反。所以，一般來說，幼齡動物的細胞比老齡動物的細胞易于培育。同樣，分化程度越低的細胞，增殖

力量越強，所以更簡潔培育。(P45)

2.提示：可以從培育的原理，所需的養分條件、環境條件以及培育的過程等方面進展分析比較6P45)

練習與應用

一'概念檢測

1.(l)x(2)x(3)4(4)x(P47)

2.A?(P47)

二'拓展應用

(1)像建立骨髓庫一樣，有爭辯團隊正在嘗試建立HA(HumanLeukocyteAntigen,人類白細胞抗原)多

態性豐富的iPS細胞庫，可以為需要的人找到HLA匹配度較高的iPS細胞，這樣不僅可以節約時間、本錢，

還能減輕異體干細胞移植后發生的免疫排斥反響。(P47)

⑵該技術可能被用于治療不孕癥；獲得足夠量的生殖細胞來進展瀕危物種的克隆爭辯；獲得生殖細

胞進展轉基因操作，再經過受精、胚胎發育等過程來獲得轉基因動物。該技術可能帶來一系列的倫理問

題。例如，假設用同一個人的iPS細胞分別誘導形成精子和卵子，兩者受精可能培育出“單親”嬰兒；有

的人還可能有目的地選擇iPS細胞，從而“設計?”嬰兒。(P47)

02動物細胞融合技術與單克隆抗體

旁欄思考題

病人體內的病毒等誘導多個體細胞融合形成了多核細胞。(P49)思

考?爭辯

1抗體主要發揮靶向運輸作用，即通過特異性結合靶細胞外表的抗原，將連接的藥物輸送到靶細胞；

藥物發揮治療效應，如殺傷靶細胞。(P50)

2可以用放射性同位素標記單克隆抗體進展靶向放療。一些作用于細胞信號轉導通路的藥物可以通過

阻斷腫瘤細胞的信號通路來抑制其生長，理論上也可以將這些藥物與單克隆抗體結合進展治療。(P50)

3單克隆抗體診斷試劑盒中的單克隆抗體只與特定的抗原反響，因此檢測的特異性和靈敏度大大提

高；生產單克隆抗體的雜交瘤細胞可以傳代培育、冷凍保存和復蘇利用，有利于把握產品的質量和標準化

生產診斷試劑盒。ADC能夠協同發揮抗體特異性識別的靶向作用和細胞毒素對腫瘤細胞的殺傷作用，因

此它在臨床上具有靶點清楚、毒副作用小等優點。(P50)

4單克隆抗體在臨床上的應用涉及治療、診斷等方面。單克隆抗體藥物已被廣泛用于腫瘤、自身免疫

病等疾病的治療，如利妥昔單抗被用于治療復發難治的低分化B細胞淋巴瘤；曲妥珠單抗被用于治療乳腺

癌等。在臨床診斷方面，單克隆抗體被廣泛用于一些感染性疾病的檢測、腫瘤的診斷、激素和細胞因子的

測定等。以單克隆抗體在診斷腫瘤方面的應用為例，用放射性同位素或熒光標記抗腫瘤外表抗原的單克隆

抗體，可以用這些抗體來對體內的腫瘤進展定位關心診斷并確定腫瘤的復發與轉移等。(P50)

練習與應用

-,概念檢測

1.C(P51)

2.A(P51)

二'拓展應用

1.可以利用動物細胞融合技術培育多倍體胚胎，爭辯其發育機制，甚至可能培育出的物種。但是，日前

相關技術還不成熟，存在融合率低、胚胎死亡率高等問題，并且還可能帶來些倫理方面的問題4P51)

03動物體細胞核移植技術和克隆動物

思考?爭辯

1.為了使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物供給的體細胞。（P54）

2.克隆動物絕大局部DNA來自體細胞供體（核供體）動物的細胞核，但其細胞核外的DNA,即線粒

體中的DNA同時來自核供體細胞和受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆動物不是對核供體動物進

展完全一樣的復制。此外，即便動物的遺傳根底完全一樣，但由于動物的發育及一些行為、習性的形成

與所處環境有很大關系，克隆動物所生活的環境與核供體動物生活的環境不會完全一樣。所以從這一角

度看，克隆動物也不是對核供體動物進展100%的復制。（P54）

3.利用體細胞核移植技術和誘導iPS細胞都能生成干細胞，但它們的過程是完全不同的。通過體細

胞核移植技術可以生成帶有核供體細胞遺傳物質的胚胎干細胞；誘導iPS細胞需要在細胞中表達幾個關鍵

基因，將細胞逆轉到類似胚胎干細胞的狀態。體細胞核移植技術對核供體細胞有較高要求，一般狀況下

體細胞的分化程度越高，它重編程為干細胞的成功率就越低：可誘導成為iPS細胞的細胞來源相對廣一

些。爭辯說明，成纖維細胞、B淋巴細胞、脂肪干細胞等都可以誘導成為iPS細胞。體細胞核移植技術涉

及采集卵母細胞、去核、融合等簡單的操作；誘導iPS細胞的技術流程相對簡潔，可能更適合用于生產

實踐。日前科學家還在爭辯由這兩種技術生成的干細胞在基因表達、DNA甲基化等方面的差異，這些爭辯

成果也將直接影響它們今后的應用。（P54）

到社會中去

提示：依據查閱資料了解的信息，分析答復以下問題。（P55）

練習與應用

-、概念檢測

1.D（P55）

2.C（P55）

二、拓展應用

1.提示：是否贊成克隆大熊貓，學生的答復只要言之有理，就應當予以支持，并且還應當讓他們生疏

到無論贊成還是反對克隆大熊貓的爭辯，都應當保護好大熊貓的生存環境，否則即使成功克隆了大熊貓,

它們沒有適宜的生存環境，也可能走向滅亡。（P55）

2,提示：在學生搜集證據的過程中，要提示他們留意證據的來源及其真實性和牢靠性，進一步引導學

生生疏到雖然目前對克隆動物的早衰問題存在爭辯，但這樣的爭辯有利于人類進一步了解生命現象，也

有利于克隆技術更好地應用于醫療、農牧業等領域。（P55）

第3節胚胎工程

01胚胎工程的理論根底

從社會中來

提示：可以通過體外受精、胚胎分割等技術獲得多個良種奶牛的胚胎，然后移植給代孕母牛生下后代。

（P56）

思考?爭辯

1.比較而言，馬的胚胎進入子宮時，發育程度最高，它處于囊胚階段。（P59）

2.小鼠應選擇至少發育到桑甚胚階段的胚胎進展移植。牛在自然狀況下，胚胎雖然最早可在8~16

細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發育率和妊娠率，在實踐中通常用發育到囊胚階段的胚胎

進展移植。（P59）

3.胚胎工程的很多技術都是在了解了哺乳動物在自然條件下受精和胚胎早期發育規律的根底上實

現的。人們正是在生疏了這些自然規律的根底上，在體外進展有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟，

精子能在體外完成獲能，獲能的精子和培育成熟的卵子能在試管內完成受精，獲得的受精卵能在人工培育

條件下連續發育等。（P59）

練習與應用

-'概念檢測

1.（l）x（2）x（3）S59）

2.A（P59）

二'拓展應用

1.細胞核和線粒體都是精子的重要構造。其中，細胞核是遺傳物質儲存的場所，打算后代的遺傳特性，

它參與受精過程。線粒體是精子進展有氧呼吸的主要場所，為精子的生存和運動供給能量。(P59)

2.提示：出題的目的不是讓學生準確地答出精子獲能的機制和防止多精入卵的具體機制，而是鼓舞有

興趣的學生去查閱資料或請教專家，并引導他們去查閱相對專業的書籍，這是學習的深入過程。

這里涉及的問題，在一般生物學或者一般的細胞工程專著中可能找不到答案，需要查閱生殖生物學相關書籍。通

過查閱專業資料，學生能了解到，精子獲能的機制很奇特，防止多精入卵的機制同樣奇特而且格外簡單，這都是

機體在長期進化的過程中形成的、用來保障本物種連續的機制。精液由精子和精漿兩局部組成。精漿中含有一種

能抑制精子獲能的物質，因此在一般狀況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道

時，由生殖道分泌產生些物質解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。不同動物的精子在雌性動物生殖道內

獲能的部位可能會全部差異，但主要是在子宮和輸卵管中。精子的獲能涉及以下變化：雌性動物生殖道分泌的一

些物質使精子外表的物質發生變化(如某些酶將頂體外表的糖蛋白降解)；精子外表膜構造一些物質的比例發生變

化；膜的通透性發生變化等。這些變化可以暴露出精子外表與卵細胞相識別的受體，轉變精子的活力，為后續受

精做預備。關于防止多精入卵的機制，教材只進展了簡潔介紹，內容主要涉及防止多精入卵的兩道重要屏障：透

明帶反響和卵細胞膜反響。它們分別發生在精子穿越透亮帶觸及卵細胞膜的瞬間及精子入卵之后。假設學生查閱

專業書籍，還會覺察，生殖道對精子具有初步的篩選作用，在經過雌性動物生殖道的一些屏障后，只有少數活動

力強的精子能到達受精部位。在精子和卵細胞識別后會發生一些反響，如卵細胞外表的精子識別受體很快發生分

子修飾，使后來的精子外表的卵細胞結合蛋白不能識別受體等。

具體的生理、生化機制，請參閱有關專著。(P59)

02胚胎工程技術及其應用

思考.爭辯

1不肯定能正常發育。一般狀況下檢驗合格的胚胎需要移植到同種的、生理狀態一樣的受體子宮內，

胚胎才能連續發育。在胚胎移植前要對受體進展同期發情處現，使供體和受體生殖器官的生理變化同步，這樣

才能為供體的胚胎移入受體供給一樣的生理環境。(P62)

2受體對來自供體的胚胎根本上不會發生免疫排斥反響。(P62)

3胚胎移植后，經受體孕育的后代的遺傳特性與供體保持全都。由于供體胚胎與受體子宮建立的僅是

生理和組織上的聯系，其遺傳物質在孕育過程中不會發生任何變化。(P62)

4正確。由于胚胎移植的成功率與供體、受體生理環境條件的全都性親熱相關。

只有供體、受體生理環境條件高度全都，移人受體的胚胎才能被承受，并連續發育。

所以，我們可以把胚胎移植簡潔概括為早期胚胎在一樣生理環境條件下空間位置的轉移。(P62)到社

會中去

提示：學生可以向胚胎工程專家提出的問題有：公司繁育成功的良種奶牛是將胚胎兒等分得到的后代？采

用胚胎分割技術，理論上一頭純種荷斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少頭小牛？實際得到了多少頭？假設理

論值與實際值存在差異，產生差異的緣由是什么？胚胎分割后經移植獲得的同卵雙胎或多胎，是否保持了良種

奶牛全部的優良性狀？是否有生理缺陷？等等。(P64)

練習與應用

-、概念檢測

1.(l)x(2)x(3)x(P64)

2.(1)體外胚胎培育、胚胎移植。(P64)

(2)可以對雌性杜泊羊進展超數排卵處理。(P64)

(3)要對采集到的卵母細胞進展成熟培育，對采集到的精子進展獲能處理。(P64)

二'拓展應用

⑴可以使用人工授精、體外受精、胚胎移植、體細胞核移植等技術來人工繁育北方白犀牛。運用這

些技術不肯定能成功繁育北方白犀牛，由于任何一項技術都不能保證百分之百的成功率，何況現存的北

方白犀牛數量極少。(P64)

⑵這樣人工繁育的種群與野生種群相比，遺傳多樣性會降低，野外生存力量也會下降。(P64)

⑶多種多樣的生物是生態系統的重要成員，是一個個獨特的基因庫。任何一個物種的滅亡都可能產

生多米諾效應，使其他相關物種受到影響，進而威逼到生態系統的平衡與穩定。

保護瀕危的野生動物，保護生物多樣性刻不容緩。(P64)

其次章復習與提高

1.(1)植物組織培育技術；白菜和甘藍雜交產生的子代沒有同源染色體，進展減數分裂時聯會發生紊亂，

不能形成正常的配子，所以該子代一般不行育。(P66)

(2)B淋巴細胞；能大量增殖并能產生抗丙肝病毒的抗體。(P66)

(3)減數分裂I［中期(MH期)；獲能處理。(P66)

2.提示：此題看似是從幾個選項中選擇一個即可，其實并不是如此簡潔。出題的目的是考察批判性思維

最終階段的技能，即作出決策。有爭辯者認為，批判性思維的目標在于作出明智的打算、得出正確的結論。在

作出決策時，決策者把握的資料應當正確、完整，應當能提出替代方案。所以，在解答類似的習題時，需要引

導學生思考：這些信息夠你作打算用嗎？假設不夠用，你認為還需要補充什么信息？哪些信息是你作打算時參考

的關鍵信息？你作打算時，考慮備選方案了嗎?題干中列出的五條信息指明的方向，都有爭辯者在爭辯，也都有

提高青蒿素類藥物產量的可能性。每個學生都有自己的思考和見解，應當讓他們結合自己的理解或者假設的其他

條件來進展推斷和選擇。(P66)

3.(1)誘導細胞融合。(P66)

⑵這兩種物質都是通過轉變組蛋白的表觀遺傳修飾來調控基因表達。組蛋白去甲基化酶K,加4"的

mRNA可以表達組蛋白去甲基化酶，該酶能降低組蛋白的甲基化水平；組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA可以抑

制組蛋白脫乙酰酶的作用，提高組蛋白的乙酰化水平。(P66)

(3)“聰明的化學方法”是指對重構胚的處理用了TSA以及將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注人了

重構胚，這可以促進囊胚的發育和提高代孕母猴的妊娠率。“操作技巧”是指科學家經過大量的訓練，能

在10s內完成對卵母細胞的去核操作，能在15s內將體細胞注入去核的卵母細胞，這樣快速的操作大大減

少了對卵母細胞的損傷。(P66)

(4)在醫學爭辯中通常需要用到遺傳背景相像或一樣的試驗動物，這樣試驗組和比照組的比較才更具

有說服力。小鼠因其能快速地進展近親生殖，產生大量遺傳背景相像的后代，而被廣泛用作試驗動物。

但是小鼠與人的親緣關系太遠，很多在小鼠體內有效的候選藥物，用在人身上不肯定有效，或有很大的

副作用；在小鼠體內存在的致病機制也不肯定存在于人體內。由于猴與人的親緣關系極近，培育大批具

有一樣遺傳背景的克隆猴，對人類疾病致病機制的爭辯和藥的研發等具有重要意義。特別是在腦爭辯

方面，克隆猴的培育將大大促進人類腦疾病的爭辯和治療。例如，我們可以培育一批“模型猴”，標記它

們的某一類神經元，追蹤其神經連接，由于這些猴的遺傳背景全都，所以在爭辯中可以最大限度排解由

基因差異造成的大腦構造外形不一的問題。克隆猴的成功培育標志著我國在非人靈長類疾病動物模型研

究方面處于國際領先水平。(其他合理答案均可)(P66)

第3章基因工程

第1節重組DNA技術的根本工具

從社會中來

科學家用到了限制酶、DNA連接酶、載體等“分子工具”。限制酶能識別雙鏈DNA分子的特定核甘酸

序列，并將DNA雙鏈切斷，形成具有黏性末端或平末端的片段。DNA連接酶催化磷酸二酯鍵的形成，即

催化一個DNA片段3”端的羥基與另一個DNA片段5“端的磷酸基團上的羥基連接起來形成酯鍵。載體上可

以插入外源基因，它能攜帶該基因進入受體細胞，并在受體細胞中進展自我復制，或者整合到受體DNA上,

隨著受體DNA同步復制。載體一般還帶有標記基因，以便進展重組DNA分子的篩選。(P70)旁欄思考題

原核生物簡潔受到自然界外源DNA的入侵，所以它在長期的進化過程中形成了套完善的防范機制。限制酶

就是它的一種防范性工具。當外源DNA入侵時，它會利用限制酶來切割外源DNA,使之失效，以保證自身的

安全。(P71)

旁欄思考題

不是一回事。雖然DNA連接酶和DNA聚合酶都是催化磷酸二酯鍵形成的酶，但兩者存在顯著的區

別。

(l)DNA聚合酶只能催化單個核甘酸加到己有的核酸片段3”末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA

連接酶是催化兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是催化單個核甘酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。

⑵DNA聚合酶以一條DNA鏈為模板，催化形成與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶催化具有互

補黏性末端或平末端的DNA片段連接起來，它不需要模板。此外，兩者雖然都是蛋白質，但它們的組成和

性質各不一樣。(P72)

思考?爭辯

1,剪刀代表限制酶；透亮膠條代表DNA連接酶。(P73)

2.提示：依據學生實際操作的狀況進展指導。假設制作的黏性末端的堿基不能互補配對可能是剪切位

點或連接位點選得不對，也可能是其他緣由。(P73)

3.不能，由于基因的長度一般在100個堿基對以上。(P73)

到社會中去

提示：在調查中需要了解企業的生產技術、產品的種類和產量、銷售渠道和銷售狀況等，這樣才有可能對

企業的經營狀況進展正確的推斷。(P73)

練習與應用

-、概念檢測

1.C(P74)

2.A(P74)

二'拓展應用

1.迄今為止，在基因工程操作中使用的限制酶絕大局部都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們可以識別

DNA上特定的堿基序列并使特定部位的磷酸二酯鍵斷開。微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防范機

制，可以將外源入侵的DNA降解。細菌中限制酶之所以不切割自身的DNA,是由于含有某種限制酶的細胞的

DNA分子或者不具備這種限制酶的識別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到了限制酶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入侵。(P74)

2.(l)XbaIo由于Xbal與SpeI切割產生了一樣的黏性末端。(P75)

(2)識別DNA分子中不同核甘酸序列，但能切割產生一樣黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。同尾酶使構建載

體時，切割位點的選擇范圍擴大。例如，我們選擇了用某種限制酶切割載體，假設目的基因的核甘酸序列中恰好

含有該限制酶的識別序列，那么用該限制酶切割含有目的基因的DNA片段時，目的基因就很可能被切斷；這時

可以考慮用適宜的同尾酶(目的基因的核甘酸序列中不能有它的識別序列)來獵取目的基因。(P75)

第2節基因工程的根本操作程序

從社會中來

提示：參見本節正文中的內容。(P76)

旁欄思考題

mRNA不行以直接擴增，需要將它逆轉錄成cDNA再進展擴增。由

mRNA逆轉錄形成cDNA的過程是：

第一步，逆轉錄酶以RNA為模板合成一條與DNA鏈，形成RNA-DNA雜交分子。其

次步，核酸酶H降解RNA-DNA雜交分子中的使之變成單鏈DNA。

第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(圖3-1)。

RNAfeJDNA隹

逆轉錄的核酸廨HDNA聚合疑

--------?--------?----------->

(RNaseH)

電鏈RNA雜交雙鏈WDNA雙能DNA

圖3-1由mRNA逆轉錄形成cDNA的過程示意圖

(P79)

旁欄思考題

有人承受總DNA注射法進展遺傳轉化，馬上一個生物的總DNA提取出來，花粉管通道法導入受體植物，

沒有進展基因表達載體的構建。這種方法針對性差，完全靠運氣也無法確定哪些基因導入了受體植物。(P80)

到社會中去

L提示：這是一個開放性的問題，需要學生查找資料來答復。隨著田間監測數據的更科研論文發表，每

年學生獲得的證據是不一樣的。例如，科研人員對長江流域種植的抗蟲棉進展了監測，2022年的數據

顯示，大局部轉基因抗蟲棉品種的抗蟲性屬于中抗及高抗水平；2022年的數據說明，假設棉田四周存在大量自

然庇護所，靶標害蟲棉鈴蟲、紅鈴蟲等基因的抗蟲棉產生明顯抗性。在我國、澳大利亞、印度等國的多個試驗

室中，通過毒抗性篩選，已經培育出多個高抗水平的轉基因抗蟲棉品種。教師要留意引導學生搜集的證據，如

科研論文、權威的官方報道等。(P83)

2科研人員想出的延緩棉鈴蟲對Bt抗蟲蛋白產生抗性的措施有很多，主要可以分為幾個方面。

⑴基因策略。該策略是在分子水平上提高轉基因抗蟲棉的抗蟲性和抗蟲長久性，包括在棉花中轉入

多個殺蟲基因、構建組織特異性表達的啟動子、提高殺蟲基因的表達量等。例如，最早種植的抗蟲棉中

只轉入了一種Bt基因，抗性比較單一；現在經常將兩種或兩種以上的Bt基因(如CrylAa和CrylAc基因)

同時轉入棉花細胞，這樣既可以提高殺蟲活性，又可以延緩害蟲抗性的產生和進展，還可以通過不同基因

間的互補作用擴大抗蟲范圍。

⑵田間策略。這是在種植時實行的措施，如供給庇護所、與其他作物輪作或套種等。

例如，在澳大利亞和美國等地普遍實行的措施是在轉基因棉田中，總面積的4%種植不使用任何殺蟲劑的非轉基

因棉花，或在轉基因棉田四周種植20%~30%面積的可使用化學殺蟲劑的非轉基因棉花；在印度，一些地區要求，

在轉基因棉田四周至少種植5行或者20%面積的非轉基因棉花。我國除疆棉區及大型農場需設計特地的

庇護所外，其他棉區如長江、黃河流域棉區多承受多種作物混作的耕作制度(如將轉基因抗蟲棉與番茄、向日葵、

高粱、玉米、辣椒等棉鈴蟲寄主作物混作)，這些作物可以構成自然的庇護所，一般無須種植非轉基因棉花作為庇

護所。這樣做的原理是為少局部害蟲供給一個正常的取食環境，始終保持肯定的敏感目標害蟲種群。這樣，即使目

標害蟲對轉基因抗蟲棉產生了抗性，但是由于其與敏感目標害蟲交配，后代抗性基因會發生分別，所以抗性目標害

蟲的種群也不至于快速增加。

⑶國家宏觀調控策略。該策略包括實施分區種植治理、加強抗性監測、進展嚴格的安全性評價等。

(P83)

練習與應用

-'概念檢測

1.(1)A/(2)X(3)x(P83)

2.D(P83)

二'拓展應用

1.外源基因插入基因組中可能為單位點插入，或者同一染色體多位點插入，或者不同染色體多位點插入。

大多數狀況下，插入的位點難以做到定點插入；插入的拷貝數也是隨機的。因此，外源基因在轉基因植物中的遺

傳是很簡單的。例如，科研人員在對轉GUS基因(。-葡糖醛酸糖甘酶基因)的煙草進展基因表達分析時，覺察局部

轉基因植株的染色體DNA中整合了多個拷貝的基因，從而導致GUS基因失活。除此之外，外源基因喪失、基

因重排等也都可能影響外源基因的穩定性。(P83)

2.（l）ctrl基因和psy基因；Pmi基因：將目的基因送入水稻細胞。（P83）

⑵不能。假設目的基因序列中含有用到的限制酶的識別序列，限制酶可能將它切斷。（P83）

（3）提示：維生素A在人體內具有格外重要的生理功能，對視力、骨骼生長、免疫功能等都有調整作用。

但是，人體不能合成維生素A,需要從食物中攝取。維生素A缺乏癥是南亞地區常見的由養分不良導致的疾

病，該地區的居民一般以釉稻作為主食。供胡蘿卜素是維生素A的前體，在人體內它可以轉化為維生素A。

因此，科學家將兩個參與胡蘿卜素合成的酶的基因轉入了粒稻中，使其胚乳中富含B-胡蘿卜素，期

望讓人們通過日常食用主食就能補充分夠量的維生素A,從而降低維生素A缺乏癥的患病率。關于“是否要

推廣“黃金大米””的爭辯主要圍繞其安全性、有效性等方面開放。在學生溝通爭辯的過程中，教師要留意

引導他們理性地說明觀點和參與爭辯。（P83）

探究?實踐

I,可以通過在紫外燈下直接觀看DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結果。（P85）

2.假設擴增不成功，可能的緣由有：漏加了PCR的反響成分，各反響成分的用量不當，PCR程序設

置不當等。假設擴增結果不止一條條帶,可能的緣由有：引物設計不合理，它們與非目的序列有同源性

或簡潔聚合形成二聚體；退火溫度過低；DNA聚合酶的質量不好等。（P85）

第3節基因工程的應用

從社會中來

提示