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高中三年级生物

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    利用植物修复技术治理重金属污染的实质是将某种特定的植物种植在被重金属污染的土壤上,植物收获后进行妥善处理,就可将重金属移出土体。目前科学家正尝试应用生物工程技术培育符合植物修复技术要求的转基因植物。
    (1)在应用植物修复技术治理被重金属污染的土壤时,需选择符合要求的植物,这遵循了生态工程的____原理。
    (2)获得目的基因后可采用____技术进行扩增。大部分物种的基因能拼接在一起,是因为它们的分子结构都是_______结构。检测目的基因是否成功导入植物细胞,可采用的生物技术是________。
    (3)将含有目的基因的植物细胞培养成植株需要应用_______技术,该技术的理论依据是__________。
    本题信息:2011年海南省模拟题生物填空题难度较难 来源:姚瑶
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本试题 “利用植物修复技术治理重金属污染的实质是将某种特定的植物种植在被重金属污染的土壤上,植物收获后进行妥善处理,就可将重金属移出土体。目前科学家正尝试应...” 主要考查您对

多聚酶链式反应扩增DNA片段

植物的组织培养技术

生态工程的基本原理

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多聚酶链式反应扩增DNA片段:

1、PCR原理:在解旋酶作用下,打开DNA双链,每条DNA单链作为母链,以4中游离脱氧核苷酸为原料,合成子链,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5'端自3'端延伸的。实际上就是在体外模拟细胞内DNA的复制过程。DNA的复制需要引物,其主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链。
2、PCR反应过程是:变性→复性→延伸
过程 说明 图解
变性 当温度上升到90℃以上时,双链DNA解聚为单链
复性 温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合
延伸 72℃左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5'端向3'端延伸

3、结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。


细胞被DNA复制与PCR技术的比较:

细胞内DNA复制 体外DNA扩增(PCR)
不同点 解旋 在解旋酶作用下边解旋边复制 80~100℃高温解旋,双链完全分开
DNA解旋酶、DNA聚合酶 TaqDNA聚合酶
引物 RNA DNA、RNA
温度 体内温和条件 高温
相同点 ①需提供DNA模板
②四种脱氧核苷酸为原料
③子链延伸的方向都是从5'端到3'端

知识点拨:

1、DNA分子复制的人工控制
解开螺旋:在80~100℃时,DNA双螺旋打开,形成两条DNA单链,称为变性。
恢复螺旋:在50~60℃左右时,两条DNA单链重新形成双螺旋结构,称为复性。
复制条件:缓冲液,DNA模板、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶、两种引物。
控制仪器:PCR仪(温度周期性自动调节仪)。
2、PCR的含义是多聚酶链式反应。
3、PCR技术反应的条件:①稳定的缓冲溶液环境;②DNA模板;③合成引物;④四种脱氧核甘酸;⑤DNA聚合酶;⑥温控设备
4、PCR技术最突出的优点是快速、高效、灵活、易于操作。
5、TaqDNA聚合酶的特点是:耐高温。
知识拓展:

1、DNA含量的测定——分光光度法
项目 说明
原理 DNA在260nm的紫外线波段有一强烈吸收峰,峰值大小与DNA的含量是正相关
过程 稀释 2μLPCR反应液,加入98μL蒸馏水,即将样品进行50倍稀释
对照调零 以蒸馏水作为空白对照,在波长260nm处,将紫外分光光度计的赌注调节至零
测量 取DNA稀释液100μL至比色杯中,测定260nm处的光吸收值
计算 DNA含量(μg/mL)=50×(260nm的读数)×稀释倍数
2、DNA聚合酶不恩能够从头合成DNA,只能从DNA的3'端开始延伸DNA链,因此DNA复制需要引物。
植物组织培养技术:

1、植物组织培养过程:
(1)原理:植物细胞具有全能性。
(2)过程:

2、用途:
(1)微型繁殖
微型繁殖就是用于快速繁殖优良品神的植物组织培养技术,也叫快速繁殖技术。繁殖过程中的分裂方式是有丝分裂,亲、子代细胞内DNA不变,所以能够保证亲、子代遗传特性不变。
(2)作物脱毒
作物脱毒是利用茎尖、根尖等无毒组织,进行微型繁殖,所获幼苗是无毒的。
(3)人工种子:通过组织培养技术,可把植物组织的细胞培养成在形态及生理上与天然种子胚相似的胚状体,也叫作体细胞胚。这种体细胞胚有于叶、根、茎分生组织的结构。科学家把体细胞胚包埋在胶囊内形成球状结构,使其具备种子机能。所以,人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体,可以直接播种于田间。
①制作方法:人工种子是利用植物组织培养获得胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等,然后包上人丁种皮就形成了人工种子,如图:

②优点:可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖;保持亲本的优良性状,因该过程为无性繁殖;节约粮食,减少种子的使用;可以控制添加一些物质,如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等。 周期短,易储存和运输,不受气候和地域的限制。
(4)细胞产物的工厂化生产:从人工培养的愈伤组织细胞中提取某种成分,如紫草素、香料等。

 知识点拨:

1、植物组织培养的注意事项:
(1)接种时应注意的事项:①接种室要消毒;②无菌操作;③接种时要防止交叉污染;④接种完立刻盖好瓶口。
(2)外植体接种前,需要将接种室、接种箱灭菌和对外植体消毒的操作:
①接种前一天,将接种室的四个角落用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。
②接种前1小时,在接种室内用喷雾器喷洒来苏水;桌椅也用来苏水擦拭;接种箱内用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。
③将灭菌室和接种箱内用紫外灯灭菌。
④接种前,操作者用肥皂清洗双手,擦干,再用酒精棉球擦拭双手。
⑤用次氯酸钠溶液将外植体消毒。
2、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,需要的条件:①消毒灭菌;②一定浓度的植物激素;③适宜的温度;④充足的养料。
3、影响植物组织培养的因素:①培养基配制;②外植体选取;③激素的运用;④消毒;⑤温度、pH、光照。
4、植物组织培养中植物激素使用:物组织培养中关键性激素是生长素和细胞分裂素;同时使用生长素和细胞分裂素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向;先使用细胞分裂素,后使用生长素,细胞既分裂5、植物组织培养过程中分化成的幼苗需要移栽,移栽时,应先将培养瓶的封口膜打开一段时间,让试管苗在培养间生长几日;移栽时需用流水清洗根部的培养基;最后幼苗需移植到消过毒的新环境下生活一段时间,等幼苗长壮后再移栽到土壤中。


知识拓展:

1、植物细胞的全能性
(1)概念:具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。
(2)原理:细胞内含有本物种的全部遗传信息。
(3)全能性表达条件:具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
2、作物新品种培育
(1)单倍体育种:
①过程:植株(AaBb)通过减数分裂得到花粉(AB、Ab、aB、ab四种类型);对花粉进行花药离体培养(技术是植物组织培养);得到单倍体植株;对其幼苗时期进行秋水仙素处理;得到了正常的纯合二倍体植株(AABB、Aabb、aaBB、aabb四种类型)。
②优点:明显缩短育种年限
(2)突变体利用:在组织培养中会出现突变体,通过从有用的突变体中选育出新品种(如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体)
3、细胞产物的生产:通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养,从而让它们能够产生大量的细胞产物。地位:是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
4、植物组织培养的优点:
①不受生长季节限制地繁殖植物。
②不携带病毒。
③培养周期短。
④可用组培中的愈伤组织制取特殊的生化制品。
⑤可短时间大量繁殖,用于拯救濒危植物。
⑥可诱导之分化成需要的器官,如根和芽。
⑦解决有些植物产种子少或无的难题。如将香蕉进行组培得到人工种以方便移种。
5、培养基的制作:制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培。肉汤培养基以有机营养为主,MS培养基则需提供大量无机营养。制备MS固体培养基操作过程:配制母液时,无机物中大量元素浓缩10倍,微量元素浓缩100倍;激素类、维生索类以及用量较小的有机物一般可按1mg/mL的质量浓度单独配制成母液;将分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌。
6、消毒和灭菌:外植体可以用酒精消毒;操作前手需用酒精消毒;培养基需用高压蒸汽灭菌。

 
生态工程的基本原理:

1、生态工程与生态经济
(1)生态工程建设的目的:遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。
(2)生态工程的特点:少消耗、多效益、可持续。
(3)生态经济:通过实行“循环经济”的原则,使一个系统产出的污染物能够成为本系统或另一个系统的生产原料,从而实现废弃物的资源化。[实现手段:生态工程]
2、基本原理:
项目 理论基础 意义 实例
物质循环再生原理 物质循环 可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响 无废弃物农业
物种多样性原理 生态系统的稳定性 生物多样性程度高,可提高系统的抵抗力稳定性,提高系统的生产力 “三北”防护林建设中的问题、珊瑚礁生态系统的生物多样性非常规
协调与平衡原理 生物与环境的协调与平衡 生物数量不超过环境承载力,可避免系统的失衡和破坏 太湖富营养化问题、过度放牧等
整体性原理 社会、经济、自然构成复合系统 统一协调各种关系,保障系统的平衡与稳定 林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题
体统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理:分布式优于集中式和环式 改善和优化系统的结构以改善功能 桑基鱼塘
系统整体性原理:整体大于部分 保持系统很高的生产力 珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系

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