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1、高考生物总复习专题十 微生 物与工程 微生物主要包括细菌 ( 属于原核生物界 ) 、真菌 ( 属于真菌界 ) 、微小的原生生物 ( 属于原生生物界 ) 和病毒。病毒没有细胞结构 , 通常只有由蛋白质组成的外壳和核酸组成的核心 , 它必须寄生在宿主细胞内才能繁殖。病毒可分为 3大类 : 动物病毒、植物病毒和噬菌体。细菌细胞比较简单 , 只有拟核和简单的细胞器 ( 如核糖体 ), 繁殖方式主要为无性繁殖。抗生素能够干扰细菌的生长和繁殖从而起抗感染的作用 , 但随着抗生素的大量使用 , 细菌很快产生了耐药性。真菌是异养生物, 缺少叶绿素, 大部分营腐生生 活。只有少数真菌对动物致病, 但许多真菌是植
2、物的 致病菌。通过平板划线法和稀释涂布平板法可以对某种细 菌或真菌进行分离, 获得单个细胞形成的菌落以进行 纯培养。微生物广泛应用于生产生活的许多方面, 如生产 发酵食品、新型燃料和酶, 用于污水处理等。基因工程的发展进一步拓宽了微生物的应用范围 。酶可制成全细胞制剂和无细胞的酶提取物, 还可 固定在载体上制成固定化酶以提高酶的使用效率。细菌细胞的结构糖被糖被是细胞壁外的一层黏液状的多糖类物质。与细胞壁结合 紧密的糖被称为荚膜, 与细胞壁结合松散的糖被称为黏液层。荚 膜可能与致病菌的致病毒力有关。 细胞壁比较坚固,起支持、保护细胞的作用，还可作为鞭毛 的锚定点。细胞壁主要由肽聚糖组成,还含有一
3、些脂多糖和脂蛋 白。很多细菌的细胞壁与细菌的致病能力有关。拟核 DNA 拟核 DNA 中的基因大部分是单拷贝。有些基因可能同时存 在于质粒和拟核DNA上。细胞中只有拟核,没有以核膜为界限的细 胞核。 细胞膜与真核生物细胞膜组成成分相似，但不够坚固。质粒质粒是环状DNA小分子，能独立复制。通过结合作用，质粒 可以在不同细胞之间迁移。这种特性使得质粒上的耐药性基因 可在细菌之间传播。质粒可用做基因工程的载体。细菌通常以二分裂的方式进行繁殖。由一个细菌分裂生成两 个细菌需要的时间称为代时, 它与细菌种类和环境条件 ( 如温 度 ) 有关。将一些细菌接种到液体培养基中进行培养, 间隔一 定的时间取样,
4、计算细菌的数目,就能绘出细菌数目随时间变化 的曲线,即细菌生长曲线。这里的生长指的是细菌群体繁殖生长 。本文假设细菌的代时为20min,来模拟细菌群体生长的过程。 在不补充营养物质或移去培养物,保持整个培养液体积不变的条 件下, 细菌的生长曲线可以分为四个特征时期, 分别是调整期 、对数期、细菌生长逐渐缓慢的稳定期，以及细菌数目急剧下 降的衰亡期。抗菌药物的作用机理损伤细胞壁 可在细胞分裂时抑制新细胞壁的合成。实例: 青霉素、万古霉素、头孢霉素、杆菌肽。抑制蛋白质的合成干扰翻译过程。实例: 红霉素、四环素、氯霉素、链霉素。损伤细胞膜破坏细胞膜的结构。实例: 制霉菌素、霉康唑、多黏菌素B。抑制酶
5、活性抑制基础代谢物的合成。实例: 磺胺、三甲氧苄二胺嘧啶 ( 都是磺胺类药物。磺胺类药物 是应用非常广泛 , 仅次于抗生素的一类抗菌药 )。遗传修饰生物可通过插入外源基因、改变现有的基因、删除 或关闭基因三种方法获得, 遗传修饰技术具有很好的应用前景, 但也存在着伦理和安全方面的问题。限制酶和 DNA 连接酶是基因工程的常用工具: 限制酶可识别 特定的 DNA 序列并切割 DNA 分子,DNA 连接酶可以将由同一种限 制酶切割而来的、不同来源的片段连接起来, 形成重组DNA分子。在基因工程的具体操作过程中, 可利用多聚酶链式反应对微 量 DNA 进行快速扩增,产生大量与模板 DNA 相同的拷贝
6、;可利用 凝胶电泳技术对 DNA 等大分子物质进行分离;可以通过载体将目 的基因导入受体细胞；通过基因克隆产生大量目的基因。DNA重组技术如果两个DNA分子被同一种限制酶酶切，将会产生具有匹配黏性末端的片段。将这样两个具有匹配黏性末端的片段混合，它们会通过碱基配对作用结合在一起，这个过程称作退火。这可以使不同来源的DNA片段连接起来。连接而成的片段通常呈线状或环状。DNA片段通过DNA连接酶连接在一起，形成重组DNA分子。多聚酶链式反应（简称PCR ）延伸：升温到 72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DNA 互补链变性: 将获得 的 DN
7、A 样品( 也称为目的 DNA) 加热至 90以上 , 使 DNA 变性经过一次 循环，形 成两个与 样本DNA完 全一样的 拷贝复性：将样品冷 却至50左右， 使引物与DNA单链 进行碱基互补配 对。PCR中的引物 是单链DNA，用作 DNA延伸的起始序 列重复该过程，进行约30次循环重复加热、冷却的循环过程，直至产生足够数量的目的DNA分子转基因将纯化的 DNA 导入细胞的过程称为转化。由转入了外 源基因的细胞发育而来的生物称为转基因生物。转基因技术 已应用于植物、动物和微生物中。该技术可以直接修改生物 的基因组 , 甚至可以使生物表现出在自然界并不存在的新 性状。转基因技术的应用非常广泛
8、。脂质体脂质体是由单层膜形成的磷脂小球。膜上嵌入适宜的表 面分子后，可聚集到体内特定类型的细胞周围。脂质体携带 的DNA可以通过胞吞作用或细胞融合进入细胞。因此可用于 导入基因到细胞中。病毒载体病毒很适合用于基因治疗。病毒的蛋白质外壳内能容纳多达 7500个碱基的DNA片段。当病毒侵染宿主细胞并在细胞内繁殖时， 也将重组DNA带入到细胞中。病毒已经用于多次基因治疗的临床实 验。这种方法存在的问题是宿主对病毒的免疫反应。显微注射DNA可以通过显微注射转入动物细胞中。转基因小鼠和家畜都是 利用这种方法产生的，但是成功率很低：只有2%3%的受精卵发育 成转基因动物，在这些动物中只有一小部分表达了转入
9、的基因。许多植物，包括农作物现在都已经利用重组 DNA 技术进行了 遗传修饰。对植物进行基因工程操作 , 使许多重要农作物获得了 新的优良性状如产量增加、抗病虫害的能力增强 , 减少了农业化 肥的使用。细胞工程和胚胎工程植物组织培养能应用于植物的快速繁殖,也能用于提高 植物的品质,增强植物的抗逆能力。植物微型繁殖是植物 组织培养技术的一种应用, 原理是植物细胞具有全能性 。 运用细胞核移植技术,可由分化了的动物细胞产生克隆。 干细胞是人或其他动物体内仍然保留着分裂和分化能力 的细胞,胚胎干细胞是能够分化发育形成人或其他动物体 内多种组织的细胞。 异种移植是将一个物种的细胞、组织、器官移植给另
10、一个物种,目前这一技术正处于探索和争议中。 胚胎分割技术是产生高等动物体克隆的最简单的方法,但 这项技术目前也存在一些问题。克隆在生产干细胞方面有着诱人的应用前景,但围绕 这项技术的应用也存在很多道德和伦理方面的问题。 将克隆技术应用于动物繁育,有助于促进基因优良家 畜的快速繁殖。克隆技术与转基因技术相结合, 可以提 供一种经济可行的方式, 以快速繁育导入了优良基因的 转基因动物。 人胰岛素等人源蛋白现在可以通过基因工程技术进行制 备, 这极大地提高了生产效率和产品质量, 并降低了生 产成本。 单克隆抗体是一种人工制备的抗体, 它来自某单一的 B 淋巴细胞。小鼠 B 淋巴细胞与肿瘤细胞融合形成
11、的 杂种细胞能够产生大量的单克隆抗体。单克隆抗体可以 作为诊断试剂或用于癌症治疗等方面。植物组织培养（微型繁殖）的优点能够由一粒种子或外植体产生大量的克隆。 能够直接在体外培养设备中选择所需的性状，减少了 田间试验需要占据的大量空间。 无需等待结子即可进行植物的繁殖。 可实现某些物种的快速繁殖，例如世代时间长的物种 ，以及种子不易发芽的物种等。 能保存花粉和细胞以用于植物繁殖（与种子银行类似 ）。 可实现无菌植物材料的国际交流。 有助于消除植物疾病通过仔细挑选母株、进行无 菌消毒等措施即可实现。 克服季节限制。能在较小的空间里低温保存大量有活力的植物。 疫苗可分为整剂疫苗和亚基疫苗两大类。新型
12、疫苗的生产与生物技术有着密切的关系。例如 , 用农杆菌将 病毒或细菌抗原基因转入某些特定植物细胞 , 再经栽 培获得的农产品有的就可以作为可食用疫苗。可食用疫 苗能克服常规疫苗面临的多种问题。基因治疗是指用正常基因取代或修补病人细胞中有缺 陷的基因 , 从而达到治疗疾病的目的。基因治疗需要 一定的载体 ( 如用逆转录病毒为载体导入 DNA) 。基 因治疗已经取得了令人瞩目的进展 , 有着广阔的应用 前景 , 但目前也面临着许多技术方面的难题。确定 DNA 的核苷酸排列顺序需要用到 DNA测序技术 。 DNA 测序技术包括人工测序 ( 桑格测序法是一种常用 的方法 ) 和自动测序技术。 DNA
13、测序的自动化,极大地 提高了测定速率,使基因组测序成为可能。基因组分析包括测定生物体基因组的序列,定位基因, 找到控制 DNA 活性的区域。DNA 图谱分析技术是法医鉴定的一种有力工具,该技 术的核心思路是分析对比不同人基因组中微卫星或小卫星 的差异。应用基因芯片能够快速、高效地确定未知样本中含有 哪些基因,基因芯片也能用于测定未知 DNA 的序列,研究 基因的表达水平。人类基因组计划的研究机构在 2000 年公布了人类基 因组草图,2004 年公布了高质量 （金标准）的人类基因 组序列。这一计划的完成能给人类带来很多好处,但也可 能会产生一些伦理问题。例1 下列关于病毒的叙述，正确的是（ ）
14、 A.烟草花叶病毒可以不依赖宿主细胞而增殖 B.流感病毒的核酸位于衣壳外面的囊膜上 C.肠道病毒可在经高温灭菌的培养基上生长增 殖 D.人类免疫缺陷病毒感染可导致获得性免疫缺 陷综合症D例2 下列关于病毒的描述，正确的是（ ）A.噬菌体通常在植物细胞中增殖B.病毒可作为基因工程的运载体C.青霉素可有效抑制流感病毒增殖D.癌症的发生与病毒感染完全无关B例3 下列叙述正确的是（ ） A当病毒侵入人体后，只有细胞免疫发挥防御 作用 B大肠杆菌在葡萄糖和乳糖作为碳源的培养基 上，只有葡萄糖耗尽时才能利用乳糖 C在水分供应充足的大田中，只有通风透光才 能提高光能利用率 D当甲状腺激素含量偏高时，只有反馈抑制下 丘脑活动才能使激素含量恢复正常例4 在细菌的连续培养过程中，要以一定速度不断添加新的培 养基，同时以同样速度放出老的培养基。下图表示培养基的稀释 率（培养基的更新速率）与培养容器中营养物质浓度、细菌代时 （细菌数目增加一倍所需的时间）、细菌密度的关系。下列相关 叙述不正确的是（ ）A在稀释率很低的情况下，稀释率的增加会导致细菌密度增加B稀释率从a到b的变化过程中，细菌生长速率不断提高C稀释率超过b点后，营养物质浓度过高导致细菌死亡率增大， 细菌密度降低D为持续高效地获得发酵产品，应将稀释率控制在b点附近
