高三生物测试题18

生物科学与工业撰稿教师：李文强责编：陈莉高考预测生物科学技术在工业生产中有着广泛的应用，其应用的基础是生物工程，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程。这些工程是现代生物学的焦点和热点，是生命科学中发展最快、最前沿的学科。有关生物工程的基础理论知识和应用，已成为近几年生物高考的高频考点。特别是针对生物科学技术在食品、轻工、化工、医药、农林中的具体应用，即本讲的主要内容，将成为未来高考的命题点。内容概述工业是国民经济的命脉，生物科学技术在现代工业生产中占据着重要的地位。生物技术产业与传统工业相比，一般为低能耗、高效益、少污染，而且能生产出许多传统工业无法生产的产品，如新型的酶制剂、基因工程药物和生物技术疫苗等。本章选取在工业中广泛应用、科技含量高，与人类的生活和健康紧密关联的“微生物发酵及其应用”，“酶在工业生产中的应用”、“生物技术药物和疫苗”等内容，有助于学生了解生物科学与工业生产之间的关系，有助于激发学生学习生物科学技术的兴趣重点难点知识体系疑难问题辨析发酵工程的一般过程⑴选育菌种：从自然界分离菌种：用固体选择性培养基进行筛选；如果这样的菌种不能满足生产需要，可经过诱变育种，基因工程、细胞工程定向改变菌种，获得优良菌种。⑵配制培养基：依据培养基的配制原则进行。⑶灭菌：一般用高压蒸汽灭菌。杀死所有存在于培养基、培养设备上的微生物的细胞、孢子、芽孢。⑷扩大培养：增加接种时菌种的量，以缩短调整期，进而缩短生产周期。⑸接种：在保证不被杂菌污染的条件下进行。⑹发酵过程：随时检测培养情况，使培养保持在稳定期。发酵过程中严格控制温度、pH、溶解氧、搅拌速度等。⑺分离、提纯产物：菌种：过滤、沉淀；代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换。中国古代的实用发酵技术与近代发酵工业（１）中国古代的实用发酵技术可以追溯到夏禹时期，远远领先于同时期的欧美。当时制酒技术已非常成熟，并且延伸到了食品制作的许多方面，如：酱：米曲霉菌有氧发酵；酱油：米曲霉菌有氧发酵；醋：醋酸杆菌需氧发酵；泡菜：乳酸菌厌氧发酵；奶酒：主要为酵母菌无氧发酵；干酪：乳酸菌厌氧发酵；面团发酵：主要为酵母菌需氧发酵。（２）近代发酵工业①传统发酵工业（19世纪末到20世纪30年代）传统发酵工业的产品为两类，一类为发酵过程中的代谢产物，一类为发酵生物本身（如获取面包酵母的发酵）。常见的代谢产物有：酒精、乳酸、柠檬酸、丙酮（厌氧发酵）、甘油（厌氧发酵）等，多采用液体深层发酵、固体发酵等方法。注意：酵母菌是单细胞真菌。无性生殖主要是出芽生殖。有性生殖以形成孢子囊进行繁殖。酵母菌通常分布在含糖量较高和偏酸性的环境中，如蔬菜、水果的表面和菜园、果园的土壤中。酵母菌是兼性厌氧型微生物，在有氧的条件下，将糖类分解成二氧化碳和水，释放能量；在无氧的条件下，将糖类分解成二氧化碳和酒精，释放少量能量。酵母菌在生产中的应用十分广泛，除了熟知的酿造、发面外，还能用于生产有机酸、提取多种酶等。②现代发酵工业（始于20世纪40年代初）青霉素的产业化生产——现代发酵工业开始的标志青霉素是人类发现的第一种抗生素，是由青霉中的产黄青霉和点青霉产生的。它的主要作用是破坏细菌细胞壁中重要的组成物质——肽聚糖的合成。因此它对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌均有抑制生长的作用，尤其对革兰氏阳性菌的作用更强，因为革兰氏阳性菌的细胞壁的主要成分为肽聚糖。青霉素培养液中主要有五种青霉素，其中以青霉素G较稳定。对青霉素G最敏感的致病菌有链球菌、肺炎球菌等多种球菌，以及破伤风杆菌等。20世纪40年代，弗洛里和钱恩与许多科学家合作，研究出了大规模生产青霉素的方法，使青霉素的产生实现产业化，由此也拉开了现代发酵工业生产的序幕。青霉素于1943年用于临床治疗，二次世界大战中挽救了成千上万的伤病员的生命。在青霉素用于临床不久，链霉素、金霉索、土霉素等相继问世，从而兴起一个新的工业－一一抗生素工业。从40年代到现在，研究发现的抗生素已达几千种，有临床上常用的也有几百种。常见抗生素及分类如下：a.β内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有β内酰胺环。近年来又有较大发展，如硫酶素类、单内酰环类，β内酰酶抑制剂、甲氧青霉素等。b.氨基糖甙类：包括链霉素、庆大霉索、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小诺霉素、阿斯霉素等c.四环素类：包括四环素、土霉素、金霉素及多西环素等d.氯霉素类：包括氯霉素等。e.大环内酯类：临床常用的有红霉素类、麦白霉素、无味红霉素、虎乙红霉素、阿奇霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素等。f.作用于革兰氏阳性菌的其他抗生素：如林可霉素、氯林可霉素、万古霉素等。g.抗真菌抗生素：如灰黄霉素h.抗肿瘤抗生素：如丝裂毒素、放线菌素D、博莱霉素、阿霉素等。微生物类群和代谢产物微生物所包含的类群十分庞杂，既包括没有细胞结构的病毒等，又包括原核生物界、真菌界以及原生生物界的生物。参与发酵的微生物主要是真菌与细菌,如酵母菌（真菌）、谷氨酸棒状菌和黄色短杆菌等。生物在其生命活动过程中会产生种类繁多的小分子代谢产物，这些代谢产物一般可以分为两类：初级代谢产物和次级代谢产物。初级代谢产物一般属于能量代谢或分解代谢的产物。次级代谢产物是在微生物细胞分化过程中产生的，往往不是细胞生长所必需的代谢产物，对细胞生长并不具有明显的作用。：次级代谢产物虽然对细胞的生长影响不大，但是具有重要的工业应用价值。抗生素、色素、蛋白质抑制剂及毒素等都是次级代谢产物，近年来还发现具有特殊生理活性的次级代谢产物，如免疫调节剂，具有临床药理活性的物质以及农用和动物饲料业用的生物活性物质。在次级代谢产物中，最重要的是抗生素。酶与无机催化剂的比较：催化条件污染状况生产效益酶和酶制剂常温、常压和中性条件下进行，节省能源、设备不会造成严重污染，符合环保要求生产过程简单，效率高，产品质量好，生产成本低无机催化剂大多需要高温、高压，有时需酸或碱的条件某些生产过程污染严重，如金属污染等生产过程复杂、催化效率低，易污染产品，成本高生物技术药物与疫苗（１）基因工程与药物：基因工程药物的生产是个复杂的系统工程，其大致过程如下：获得目的基因→构建基因工程菌→工程菌大规模培养→产物分离纯化→除菌过滤→半成品检测→成品加工→成品检测在基因工程药物的生产过程中，最主要的环节是构建工程菌，即通过转基因技术将目的基因转人细菌（如大肠杆菌）中，形成基因重组工程细菌。利用工程菌可以高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。（２）植物细胞培养制取药物的流程如下：植物细胞株→固体培养→液体悬浮培养→收集细胞→提取纯化产物→药物制剂目前，许多药用植物，如人参、甘草、红豆杉、黄连、银杏、紫草和长春花等的细胞培养均获得成功。（３）动物细胞培养制取药物的流程如下：在动物细胞培养中，培养的细胞通常取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物。将细胞取出来后，需要用胰蛋白酶处理，使组织分散成单个细胞，再进行培养。流程：幼龄动物→剪碎组织→胰蛋白酶处理→大规模细胞培养→提取人们需要的产物（或与基因工程、细胞融合等技术结合成具有特殊生产能力的细胞→再进行大规模培养→提取人们需要的产物）。其优点：动物细胞比大肠杆菌细胞具有更加优良的产物加工性能，更适合于来自人和高等动物的基因表达，可用于生产各种重要的生物制品。如：乙肝疫苗、狂犬疫苗、脊髓灰质炎疫苗等，以及干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等药物。知识链接酶与新陈代谢酶是由活细胞产生具有催化能力的有机物。主要是蛋白质，少量为RNA。酶具有高效性、专一性以及温度、pH等因素影响的特性。酶与新陈代谢的关系：新陈代谢是生物体内全部有序的化学反应总称。这些化学反应能顺利而迅速地进行，是因为生物体内有酶，酶若缺乏或不足就会引起代谢紊乱。酶催化活性的表示方法：酶催化活性的强弱以单位时间内（每分钟）底物减少量或产物生产量来表示。①酶活力的大小可以用一定条件下，它所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶反应速度可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。②酶活力的高低可用酶活力单位表示。酶制剂是指含有酶的制品，目的是为了在实际应用中保持酶的活性以及使用、储存和运输的方便。目前常用的酶制剂有：蛋白酶制剂、脂肪酶制剂、淀粉酶制剂、纤维素酶制剂、胃蛋白酶制剂、糖化酶制剂、木瓜蛋白酶制剂、氨基酰化酶制剂等。酶制剂的形态及例子：①液体：如治疗某些胃病的胃蛋白酶液；用于水解淀粉生产葡萄糖的糖化酶制剂。②粉末：如生产葡萄糖的淀粉酶。③颗粒：如加酶洗衣粉中的蛋白酶、脂肪酶等。复习本部分知识时注意新陈代谢和酶（概念、特性）、ATP，细胞结构（真核细胞结构、原核细胞结构），病毒结构等知识．生物技术药物与疫苗生物技术疫苗：主要指基因工程疫苗。⑴传统疫苗的特点：传统的疫苗，有些是通过化学或物理方法，使病原微生物灭活制成的，但灭活的适宜程度不好把握；有些是让病毒先感染一种动物，使病毒的毒力减弱而制成的，但这样制备的疫苗，可能会因病毒的回复突变、毒力增强而引起感染。传统疫苗包括：灭活疫苗、减毒疫苗、亚单位疫苗。⑵基因工程疫苗利用基因工程可以删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片段，获得减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、安全性强的疫苗。例如，用去除毒力基因的腺病毒作为减毒活疫苗。新型疫苗有：基因工程疫苗（基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗、抗独特型抗体疫苗）；核酸疫苗（DNA疫苗、RNA疫苗）。传统疫苗、基因工程疫苗、核酸疫苗的比较名称来源原理优点不足传统疫苗生物体或其血液免疫反应①人类认识很早，利用较早②培养过程简单①必须大量培养病原体②易泄漏③易回复毒性突变④灭活、减毒程度难控制⑤制剂组成复杂，需进行抗原纯化基因工程疫苗抗原基因在宿主细胞内转录、翻译的产物基因工程基因的表达①可以制取任何具有免疫原性的蛋白质和多肽，用来制疫苗②可以将免疫原性的多肽与载体耦联，以增加其免疫原性③对人体危害作用小①生产成本高②单次接种后很难产生长期免疫③不易保存核酸疫苗病原体抗原的基因片段和载体构建而成基因工程免疫反应①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制后致病的问题，也不存在回复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面③单次接种可诱导长期或终身免疫④生产迅速简便，成本低⑤易于保存运输⑥有利于制成联合疫苗⑦能够完善婴儿的机体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导抑制DNA疫苗存在许多问题：①刺激机体免疫反应能力较弱②目的基因往往表达水平不高③在体内，抗原蛋白的表达能够保持多久还不清楚④导入人体的外源DNA有整合的危险，易引起许多弊端复习本部分知识时，注意结合传染病的知识，免疫应答知识，生物工程（基因工程、细胞工程、发酵工程）流程，微生物的生长曲线及各个时期的特点等知识。这些是都是理解好这部分知识的基础，注意和必修教材中的相应部分知识结合复习，形成整体认识有助于对知识的掌握。例题解析1．某同学在学习“细胞工程”时，列表比较了动植物细胞工程有关内容，你认为错误的是（）比较内容植物细胞工程动物细胞工程A特殊处理酶解法去除细胞壁用胰蛋白酶处理后制成细胞悬浮液B融合方式物理方法、化学方法、生物方法物理方法、化学方法C典型应用人工种子、种间杂种植物单克隆抗体的制备D培养基区别蔗糖是离体组织赖以生长的成分动物血清不可缺少考点定位本题主要考查动植物细胞工程区别指点迷津植物细胞工程与动物细胞工程既有相同之处（原理是细胞膜流动性和细胞全能性），又有许多不同之处。动物细胞融合常用灭活的病毒，即生物方法。参考答案：B2．1976年，美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转人大肠杆菌，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物。上述的“表达”是指该基因在大肠杆菌内（）A．能进行DNA复制B．能进行转录C．能合成人的生长激素D．能控制合成人的生长抑制素释放因子考点定位本题是对基因工程中目的基因表达含义的考察指点迷津转基因技术能否成功的标志就是看是否有产物产生。将目的基因人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌，如有人的生长抑制素释放因子合成，则表明转基因成功，即基因得到了表达。参考答案：D