2024年高中生物選擇性必修3的12個疑難問題

2024年高中生物選擇性必修3的12個疑難問題

選擇性必修3的12個疑難問題

【問題1】大腸桿菌能生產(chǎn)糖蛋白嗎？

【解答】干擾素有兩種類型，一種是天然干擾素；另一種是重組干

擾素，是通過基因工程技術(shù)生產(chǎn)的。研究表明，以基因工程和發(fā)酵

工程為手段，用大腸桿菌生產(chǎn)出來的干擾素是沒有糖鏈的，化學(xué)本

質(zhì)雖不是糖蛋白，但同樣能夠抑制病毒在細胞內(nèi)的增殖，增強T、B

淋巴細胞的功能，加強巨噬細胞的吞噬作用和對癌細胞的殺傷作

用，也是干擾素。

真核細胞給蛋白加上糖鏈后，能夠幫助蛋白折疊成正確的構(gòu)

像，同時糖鏈有助于蛋白質(zhì)的溶解，防止蛋白聚集沉淀，從而能

使糖蛋白分泌到細胞外。而在大腸桿菌表達的非糖基化蛋白常常

會聚集成不溶性的包涵體。一方面，包涵體中的蛋白是沒有生物活

性的，需要通過后續(xù)的溶解、純化、復(fù)性等使其變成有生物活性的

蛋白⑴；另一方面，一些糖蛋白在去除糖鏈后盡管仍具有一定的生

物活性，但是易被蛋白酶降解。因此，真核細胞表達的干擾素需要

糖鏈來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、幫助溶解，并通過轉(zhuǎn)運系統(tǒng)分泌到細胞外，以

達到抗病毒、抗腫瘤的功效。

目前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某細菌里存在生產(chǎn)糖蛋白的基因簇，科學(xué)家用基

因工程方法將這套基因簇克隆至大腸桿菌內(nèi)進行表達，使得大腸

桿菌也能夠生產(chǎn)出相應(yīng)的糖蛋白⑵。

【主要參考文獻】

[1]夏啟玉，肖蘇生等，鄧柳紅.2008.包涵體蛋白的復(fù)性研究進展

[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，36(14)：5801-5803

[2]王宏華，凌紅麗.2008.乳糖誘導(dǎo)重組雞Y干擾素基因在大腸

桿菌中的表達[J].中國動物檢疫，25(6)：25?27

【問題2】蛋白質(zhì)的分離純化有哪些方法？

【解答】蛋白質(zhì)的分離方法除了教材介紹的凝膠色譜法之外，還

有以下幾種方法：

1、粗提取方法有鹽析沉淀法、等電點沉淀法、有機溶劑沉淀法⑴；

2、離心法有差速離心法、密度梯度離心法⑴；

3、精提取方法有離子交換層析、疏水相互作用層析、置換層析、

親和層析、高效液相色譜、聚丙烯酥胺電泳、等電聚焦電泳⑵、

毛細管電泳；

4、此外，還有雙水相萃取技術(shù)、濁點萃取法、反膠團萃取等方法

tn

迄今為止，我國還沒有研究單一的蛋白質(zhì)分離方式，不能利用合

理的措施提升其純度與分離效果。還需要利用物理與化學(xué)方式對

其分離處理，在多種方法聯(lián)合的情況下，確保蛋白質(zhì)的分離純化

符合規(guī)定。

【主要參考文獻】

[1]張向陽主編.醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)[M].南京，江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)

出版社，2018.02：272-274.

⑵HeyJ,PoschA,CohenA,etal.Fractionofcomplexprotein

mixturesbyliquid—phaseisoelectricfocusing[J].Methodsin

MolecularBiology,2008,424：225—239.

【問題3】動物細胞培養(yǎng)的代數(shù)是細胞分裂次數(shù)嗎

【解答】原代培養(yǎng)是指從機體組織分離后立即在體外進行首次培養(yǎng)，

使其在合適的條件下增殖到第一次傳代階段的培養(yǎng)階段。這樣培養(yǎng)的

細胞稱為原代細胞。原代細胞與機體組織在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上很相似,

細胞移動活躍，細胞分裂不旺盛⑴。

傳代培養(yǎng)是指當(dāng)培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)的體外動物細胞增殖達到一定密度

后，因為生存空間和營養(yǎng)有限，細胞會停止分裂增殖，這時需要分離

到多個容器中繼續(xù)培養(yǎng)，使細胞繼續(xù)生存增殖，進行一次分離再培養(yǎng)

稱之為傳一代，這樣培養(yǎng)的細胞稱為傳代細胞⑵。

綜上所述，動物細胞培養(yǎng)的代數(shù)是指分瓶的次數(shù)，而不是分裂次數(shù)。

【主要參考文獻】

［1］金征宇［等］主編.基因與納米探針醫(yī)學(xué)分子成像理論與實踐

M.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2017：807.

［2］劉斌.細胞培養(yǎng)［M］.北京/西安：世界圖書出版公司，

2018.01：62.

【問題4】高壓蒸汽滅菌前為什么要將鍋內(nèi)冷空氣排盡？

【解答】高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)蒸汽的溫度不僅與壓力有關(guān)，而且與

蒸汽的飽和度有關(guān)。滅菌鍋內(nèi)冷空氣未排盡時，即使蒸汽壓力達

到要求，氣壓針?biāo)傅膲簭姴皇秋柡驼羝a(chǎn)生的壓強。相同的壓

強，混有空氣的蒸汽其溫度低于飽和蒸汽所產(chǎn)生的溫度，溫度上

不到相應(yīng)的高度⑴，而且還影響高壓蒸汽穿透被滅菌物品的能力，

因此完全排除鍋內(nèi)空氣使鍋內(nèi)全部是水蒸氣，滅菌才能徹底。故

首先要打開進氣閥門，引導(dǎo)外源蒸汽進人夾層，冷空氣與冷凝水

由夾層的阻氣器排出，大約需要lOmin后，再打開進氣閥，蒸汽

即進入鍋內(nèi)，如此充分的時間即可排除冷空氣。如何判斷冷空氣

是否排盡，可觀察排氣口的氣體，若排氣口氣體呈白色霧狀；或

在排氣口出口處連接一橡皮管，將另一端插入冷水盆中，若管內(nèi)

排出氣體在冷水中產(chǎn)生氣泡，表示鍋內(nèi)空氣尚未排盡，需要繼續(xù)

排氣。若不產(chǎn)生氣泡，表示鍋內(nèi)空氣已基本排盡°當(dāng)壓力表顯示

鍋內(nèi)達到所需溫度時，應(yīng)盡量關(guān)小排氣閥以防蒸汽損失，造成鍋

內(nèi)缺水，但注意關(guān)閉不能太緊，應(yīng)稍有氣體排出，保持溫度壓力

相匹配⑵。

【主要參考文獻】

［1］許曉風(fēng)主編；周學(xué)，袁學(xué)智，夏文靜，張亮，吳金龍，姜海建

副主編.大學(xué)實驗室基礎(chǔ)訓(xùn)練教程［M］.南京：東南大學(xué)出版社,

2018.06:78.

［2］王芳，李濱，郭恒俊，郭興啟,高壓蒸汽滅菌鍋的使用［J］.實

驗室科學(xué)，2008,(6):155.

【問題5］何為基因融合技術(shù)

【解答】人教版選擇性必修3第92頁，對基因融合技術(shù)只介紹一

句話，那么該技術(shù)具體怎樣融合基因，獲得的蛋白質(zhì)活性怎樣，

具有哪些實際意義呢？

基因融合技術(shù)是將不同的基因連接起來從而表達具有復(fù)合功能的

融合蛋白，構(gòu)建融合蛋白的基本原則是：將第一個蛋白基因的終

止子刪除，再接上帶有終止子的第二個蛋白基因，即可實現(xiàn)2個

基因的融合表達⑴。融合蛋白除了具有衍生因子的雙重活性外，

其各自的活性可能發(fā)生如下變化。

(1)一些融合蛋白的活性較各自野生型低;

（2）活性與野生型因子活性的相加作用一致；

（3）融合蛋白的活性高于衍生因子的相加活性；

（4）人工構(gòu)建的新蛋白可能具有與衍生因子無關(guān)的新活性。

構(gòu)建融合蛋白技術(shù)具有以下實際意義：

（1）有利于回收目的蛋白質(zhì)；（2）產(chǎn)生新的多功能蛋白；（3）

利于檢查和產(chǎn)物定位；（4）避免產(chǎn)物的快速溶解；（5）外源蛋

白定位在宿主的不同區(qū)段；（6）融合蛋白在體外切割提高產(chǎn)量穩(wěn)

定性；（7）研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)⑵。

【主要參考文獻】

[1]張德華.蛋白質(zhì)與酶工程[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社.

2015：68

[2]劉巖等.基因融合技術(shù)及其應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)

報.2006,02:273-278

【問題6】基因的定點突變技術(shù)是怎樣操作的

【解答】一般來說，基因突變是不定向的，是隨機的，且突變頻

率非常低。而通過定點突變技術(shù)，可以對某個已知基因的特定堿

基進行定點增刪或轉(zhuǎn)換，最終改變對應(yīng)的氨基酸序列和蛋白質(zhì)結(jié)

構(gòu)。目前常用的基因定點突變技術(shù)有三種：

1、寡核甘酸介導(dǎo)的定點突變

該方法以M13噬菌體的單鏈環(huán)狀DNA為載體。首先將目的基因

插入到M13噬菌體的正鏈DNA上，制備含有目的基因的單鏈

DNAo再使用含有突變堿基的寡核甘酸片段作引物，啟動單鏈DNA

分子復(fù)制，這段寡核甘酸引物便成為新合成的DNA的一部分，將

其轉(zhuǎn)入細胞后，經(jīng)過不斷復(fù)制，可獲得突變的DNA分子（如下

圖），再經(jīng)表達即可獲得改造后的蛋白質(zhì)⑴。

2、盒式定點突變

該方法是利用一段人工合成的含有突變序列的寡核昔酸片段，取

代野生型基因中相應(yīng)序列。這種突變的寡核甘酸是由兩條寡核普

酸組成的，當(dāng)其退火時，按設(shè)計要求產(chǎn)生克隆需要的黏性末端。

由于不存在異源雙鏈的中間體，因此重組質(zhì)粒全部是突變體（如

下圖）⑴。

3、PCR介導(dǎo)的定點突變

PCR介導(dǎo)的定點突變一般需要4種引物，進行3次PCR反

應(yīng)。前兩次PCR反應(yīng)擴增形成兩條雙鏈DNA片段，這兩條雙

鏈DNA片段經(jīng)過變性和退火形成具有3'凹末端的異源雙鏈分子,

在Taq酶的作用下，產(chǎn)生含有重疊序列的雙鏈DNA分子，再用

兩個外側(cè)引物進行第三次PCR擴增，便產(chǎn)生突變體DNA,然后

再構(gòu)建表達載體進行表達⑵。

目的DNA

|DNA聚合酶

4水（用引物B和引物C）

【主要參考文獻】

[l]ZollerMJ,SmithM.1982.Oligonucleotide—directed

mutagenesisu-singM13—derivedvectors：anefficinetand

generalprocedurefortheproductionofpointmutationsin

anyfragmentofDNA.NucleicAcidsReserch,10(20)

6487?6500

［2］張浩.2000.定點突變技術(shù)的研究進展.免疫學(xué)雜志，2000

(4)：108-110

【問題7］聚乙二醇為什么能促使植物原生質(zhì)體及動物細胞融

合？

【解答】聚乙二醇(PEG)是一種用于細胞融合中的優(yōu)良化學(xué)促

融劑。它具有強烈的吸水性以及凝聚和沉淀蛋白質(zhì)的作用，能夠

有效地促進植物原生質(zhì)體以及動物細胞的融合。具體原因如下：

一、聚乙二醇分子能改變各類細胞的生物膜結(jié)構(gòu)，使兩細胞接觸

點處質(zhì)膜的脂類分子發(fā)生疏散和重組，由于兩細胞接口處雙分子

層質(zhì)膜的相互親和以及彼此的表面張力作用，從而使細胞發(fā)生融

合，從而形成雜種細胞⑴；

二、聚乙二醇的水溶性強，在液相介質(zhì)中，其分子表面的酸鍵帶

有微弱的負電荷，在C1+離子的參與下，可將帶正電的表面蛋白

或帶負電荷的糖蛋白通過Ca2+橋相連，從而使細胞發(fā)生聚集、融

合。在50%PEG中自由水消失，可導(dǎo)致細胞脫水而引起質(zhì)膜結(jié)構(gòu)

變化和細胞融合。

PEG用于細胞融合中的優(yōu)點為：通用性強，可用于動、植物和微

生物各種細胞；比仙臺病毒等易制備和控制；活性穩(wěn)定，使用方

便⑵。

【主要參考文獻】

［1］蔣雪薇，王軍，朱雙，孫英杰，朱曉芹，劉江東.斑馬魚胚胎細胞

和中國倉鼠卵巢細胞遠緣雜交融合條件的優(yōu)化［J］.氨基酸和芻物

資源，2016,（第3期）.

［2］郭偉.聚乙二醇水溶液性質(zhì)及小分子的影響［D］.貴陽：貴州大

學(xué)，2018.

【問題8］檸檬酸鈉的抗凝機制是什么？

【解答】血液凝固分為三個主要階段：第一，凝血酶原激活物形

成；第二，凝血酶原激活物催化凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟?；第三?/p>

凝血酶催化纖維蛋白原轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白。這三個階段中，都需要

鈣離子的參與，所以為防止血液凝固，必須除去鈣離子。而檸檬

酸鈉中的檸檬酸根離子能和鈣離子結(jié)合，可以形成比較難解離的

可溶性絡(luò)合物，使血液中的鈣離子減少，緩解鈣離子促進血液凝

固的目的⑴。

【主要參考文獻】

［1］封飛虎，王松主編.運動解剖生理學(xué)［M}.武漢：華中科技大

學(xué)出版社，2018.03:104

【問題9】培養(yǎng)乳酸桿菌為什么要添加維生素？

【解答】維生素是參與生物生長發(fā)育和代謝所必需的一類微量有

機物質(zhì)，在物質(zhì)的代謝中有重要作用。

首先，由于乳酸桿菌缺乏一些生物代謝途徑，不能合成生長必需

的氨基酸、維生素等物質(zhì)，營養(yǎng)要求十分苛刻，必需依賴生長環(huán)

境提供必需氨基酸、維生素等生長因子才能獲得高密度生長；其

次，乳酸菌的蛋白分解能力很弱，必需依賴生長環(huán)境提供必需氨

基酸、維生素等生長因子才能獲得高密度細胞培養(yǎng)⑴；另外，在

培養(yǎng)基中添加維生素，能促進乳酸桿菌生長，降低菌體的死亡率；

在菌體生長、細胞活性、產(chǎn)酸，以及乳酸生物合成中需要乳酸脫

氫酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸脫氫酶和丙酮酸竣化酶，維生素能

提高這些酶的活性，至少提高50%以上；能促進糖代謝途徑中與

乳酸合成相關(guān)途徑的通量，使乳酸產(chǎn)量提高40%以上⑵。

【主要參考文獻】

[1]白鳳翎，張柏林，趙宏飛.大豆蛋白水解物促酸奶乳酸

菌增殖及生長動力學(xué)[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2012,1：51-56.

[2]邱伙琴，徐國謙，莊英萍，儲炬，張嗣良.維生素對乳酸菌細

胞活性和代謝途徑相關(guān)酶活性的影響[J].華東理工大學(xué)學(xué)

報，2007,33(3)：330-335.

【問題10］平板劃線的操作只有一種方法嗎？

【解答】平板劃線法在實際的操作中分為兩種：交叉劃線法和連

續(xù)劃線法。

交叉劃線法適用于含菌量多或含有不同細菌的培養(yǎng)物。操作方法

見人教版選修一教材第18頁；連續(xù)劃線法適用于細菌數(shù)不太多的

培養(yǎng)物，用接種環(huán)先沾取培養(yǎng)物，涂布于平板表面一角，然后連

續(xù)作緊密的波浪式劃線，直至平板中央。轉(zhuǎn)動培養(yǎng)皿180,再從

平板另一邊（不燒接種環(huán)）同樣劃至平板中央后培養(yǎng)，實質(zhì)上屬

于一種“由點到線”的劃法⑴。教材第14頁的右圖即可認為是運

用的這種方法。

【主要參考文獻】

［1］洪堅平，謝英荷等編著.農(nóng)業(yè)微生物資源的開發(fā)與利用M.北

京：中國林業(yè)出版社，2000.08:43.

【問題11】乳酸桿菌必須無氧培養(yǎng)么？

【解答】厭氧菌通常是指一類只能在低氧分壓的條件下生長，而

不能在空氣（18%氧氣）和（或）10%二氧化碳濃度下的固體培

養(yǎng)基表面生長的細菌。大多數(shù)乳酸桿菌屬于耐氧性厭氧

菌。分子氧對它們無害，無論在有氧或無氧條件下都生長良好，

好氧生長速率甚至可能高于厭氧生長速率；其產(chǎn)物有乳酸、乙酸

和少量丙酮⑴。在制作泡菜和酸菜的過程中就是利用乳

酸菌的這一生理特點。由于乳酸桿菌生長旺盛產(chǎn)生大量乳酸，使

環(huán)境的pH下降，從而抑制不耐酸的腐敗細菌的生長。而乳酸桿

菌具有高度耐酸性，它的生長不受酸抑制。在制作過程中需要密

封，隔絕空