高中生物一轮复习专题篇

专题八 现代生物科技专题 第1讲基因工程和细胞工程考纲要求1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5.植物的组织培养()。6.动物的细胞培养与体细胞克隆()。7.细胞融合与单克隆抗体()。构建网络考点一基因工程1基因工程的基本工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体拼接DNA片段，形成重组DNA分子携带目的基因进入受体细胞作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键作用特点(条件)(1)识别特定的核苷酸序列；(2)在特定位点上切割DNA分子(1)EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端；(2)T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端(1)能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；(2)有一个至多个限制酶切割位点；(3)具有特殊的标记基因2基因工程的操作程序(1)目的基因的获取从基因文库中获取。利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。用化学方法人工合成a对于核苷酸序列已知的直接人工合成。b可通过反转录法获取，即mRNA逆转录酶,单链DNADNA聚合酶,双链DNA。(2)基因表达载体的构建基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因复制原点。基因表达载体的构建方法(3)将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等显微注射技术感受态细胞法(Ca2处理法)受体细胞体细胞受精卵原核细胞(4)目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测第一步目的基因是否进入受体细胞DNA分子杂交(DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带第二步目的基因是否转录出mRNA分子杂交技术(DNA和mRNA之间)是否成功显示出杂交带第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原抗体杂交是否成功显示出杂交带个体水平鉴定做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能是否相同错混诊断1携带链霉素抗性基因受体菌的筛选必须通过分子检测(2014天津，4A)()2转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测(2014天津，4C)()3一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列(2007全国，4A)()4用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸(2010浙江，2A)()5每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点(2011浙江，6B)()6自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上，属于基因工程(2010大纲全国，5D)()7转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加(2010江苏，18B)()8重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接(2013安徽，6C)()9应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达(2011四川，5D)()10动物的生长激素基因转入植物后不能表达(2010江苏，18C)()题组对基因工程的操作工具与操作步骤综合考查总结提升比较限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子考点二细胞工程1细胞工程的几个流程图比较细胞工程技术技术过程图示植物组织培养动物细胞培养植物体细胞杂交动物细胞的融合核移植单克隆抗体的制备2容易混淆的三种细胞杂种细胞、重组细胞和杂交细胞(1)杂种细胞：植物体细胞杂交过程中，两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体出现细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。(2)重组细胞：体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。(3)杂交细胞：动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。3从结果来分析原理(1)植物体细胞杂交：植物体细胞杂交包含两个过程，一是植物细胞融合，二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株，产生了一个生物体，因此其原理是：细胞膜的流动性和细胞的全能性。(2)动物细胞融合：动物细胞融合形成杂交细胞，杂交细胞进行细胞培养，获得大量的克隆细胞，但没有形成生物体，因此动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性，不包含细胞全能性。4对细胞核移植技术的分析(1)细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。(2)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。(3)核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因：克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其线粒体中的DNA来自于去核卵细胞。性状受基因与环境共同影响。在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。错混诊断1产生抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞的筛选必须通过分子检测(2014天津，4B)()221三体综合征的诊断必须通过分子检测(2014天津，4D)()3培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养(2012广东，2A)()4去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理(2008全国，5B)()5培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(2010浙江，4A)()6动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体体现了细胞的全能性(2012江苏，22C)()7体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(2011江苏，14B)()8单克隆抗体技术可以用于治疗老年痴呆症(2010江苏，17C)()题组一从植物细胞工程进行命题易错警示1.杂种细胞形成的标志：新的细胞壁的生成。2杂种植株遗传物质的变化：杂种植株的变异类型属于染色体变异，杂种植株的染色体数目通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。题组二从动物细胞工程展开命题总结提升1.动物细胞培养的特殊条件归纳(1)胰蛋白酶的使用：首先用胰蛋白酶处理动物的器官或组织，以制备单细胞悬液；培养过程中发生接触抑制时，同样需要用胰蛋白酶使细胞分散开。(2)避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理；加入一定量的抗生素；定期更换培养液。(3)特殊的营养条件液体培养基。加入动物血清、血浆等。通入氧气以满足代谢的需要。通入二氧化碳以维持培养液的pH。2动物细胞融合与单克隆抗体制备的归纳(1)制备单克隆抗体时选用一种抗原处理的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，杂交瘤细胞兼有两个亲本细胞的特性在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。(2)进行动物细胞的诱导融合，形成的杂种细胞有三种：AA型、BB型、AB型。只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要用选择性培养基进行筛选。(3)相比植物体细胞杂交，动物细胞融合特有的诱导方法是用灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体诱导融合的方法相同。专题突破练1(2014江苏，23改编)下列关于基因工程技术的叙述，正确的是()A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列BPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达答案D解析A项，限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列，但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。B项，PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。另外，耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，变性和复性过程不需要酶的催化。C项，载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，而不是抗生素合成基因。D项，目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。2某实验室做了如图所示的实验研究，下列与实验相关的叙述，正确的是()A过程导入的诱导基因使成纤维母细胞发生基因突变B过程属于动物细胞培养过程中的原代培养C丙细胞既能持续分裂，又能分泌单一的抗体D过程所用的培养基中都含有聚乙二醇答案C解析过程是将高度分化的成纤维母细胞诱导形成干细胞，属于基因重组；过程的实质是基因的选择性表达，属于细胞分化；丙细胞是由B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后形成的，它同时具备了B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特点：既能无限增殖，又能分泌特异性抗体；过程是动物细胞融合，可使用聚乙二醇作为诱导剂，过程是动物细胞培养产生单克隆抗体，不需要聚乙二醇。3肺细胞中的let7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图1。请回答：(1)进行过程时，需用_酶切开载体以插入let7基因。载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let7基因转录，该部位称为_。(2)进行过程时，需用_酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。(3)研究发现，let7基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理如图2。据图分析，可从细胞中提取_进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中_(填RASmRNA或RAS蛋白)含量减少引起的。答案(1)限制性核酸内切(或限制)启动子(2)胰蛋白(3)RNARAS蛋白解析(1)过程表示基因工程操作步骤中基因表达载体的构建，在该过程中需要用限制性核酸内切酶对载体进行切割，以便于目的基因的插入；启动子是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶识别和结合的位点，RNA聚合酶结合到该位点，可驱动转录过程。(2)过程表示动物细胞培养，培养过程中出现接触抑制现象后，可以用胰蛋白酶处理，使之分散成单个细胞，随后分装到新的培养瓶中进行传代培养。(3)判断目的基因是否在受体细胞中转录，可用分子杂交技术来检测，从细胞中提取mRNA和用放射性同位素或者荧光标记的目的基因单链DNA片段进行分子杂交。根据题中信息“肺细胞中的let7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌”知，导入let7基因后，肺癌细胞的增殖受到抑制；据图2可知，let7基因影响RAS基因表达的机理是：let7基因转录产物miRNA与RAS基因转录产物RASmRNA结合，使RAS基因翻译受到抑制，引起细胞中的RAS蛋白含量减少，进而导致癌细胞增殖受到抑制。4胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)通过DNA合成形成的新基因应与_结合后转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么？_。答案(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因解析(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。5如图是某实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单抗的实验研究。据图回答下列问题：(1)X、Y、Z细胞的名称分别是_、_、_。(2)过程类似于植物组织培养技术中的_过程。与纤维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较_。过程的实质是_。(3)生产单克隆抗体一般不直接培养B淋巴细胞，主要原因是_。(4)处需要筛选，从而得到_细胞，且培养该细胞的气体环境为_。答案(1)骨髓瘤细胞抗原刺激过的B淋巴细胞杂交瘤细胞(2)脱分化高基因的选择性表达(3)B淋巴细胞高度分化，不能无限(或大量)增殖(4)能产生特异性抗体的杂交瘤95%的空气5%的CO2解析(1)图示过程为利用动物细胞工程获得单克隆抗体的过程，其中X细胞为骨髓瘤细胞，Y细胞为抗原刺激过的B淋巴细胞，Z细胞为X、Y两细胞杂交形成的杂交瘤细胞。(2)过程是把小鼠的纤维母细胞诱导成为干细胞的过程，该过程类似于植物组织培养技术中的脱分化过程；纤维母细胞为分化的体细胞，其全能性低于诱导干细胞；过程表示由诱导干细胞分化成为体细胞的过程，其实质是基因的选择性表达。(3)因为B淋巴细胞高度分化，不能无限(或大量)增殖，故一般不选用B淋巴细胞直接进行单克隆抗体的制备。(4)因过程为细胞杂交，可以形成骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞，B淋巴细胞B淋巴细胞，B淋巴细胞骨髓瘤细胞三种杂交细胞，故需要经过筛选以获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞，培养该细胞的气体环境为95%的空气5%的CO2。6植物组织培养是克隆植物的一种方法，其过程如图所示，据图回答下列问题。(1)为了获得脱毒植株，外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织，其原因是_。(2)培养皿中的培养基中除需添加营养物质外，还需要添加植物激素，其目的是诱导外植体_。(3)在生产实践中为获得大量的细胞产物，如紫杉醇，可将_放入液体培养基中，经机械作用分散成单个细胞，制备成细胞悬浮液，再经过_即可获得大量细胞。(4)植物组织培养过程需要在植物生长和繁殖的最适条件下进行，否则在光学显微镜下可能观察到细胞的_发生了异常，进而导致植物性状遗传不稳定甚至出现不育。(5)植物组织培养技术不仅应用于花卉和果树的快速大量繁殖以及脱毒植株的获取，还广泛应用于_、_、_等育种过程。答案(1)这些部位很少受到病毒等的侵害(2)脱分化和再分化(3)愈伤组织细胞分裂(4)染色体结构或数目(5)植物体细胞杂交育种基因工程育种单倍体育种解析(1)刚长出的茎尖或芽尖还没有受到病毒的侵染，因此用这些部位的细胞作植物组织培养的材料，可以获得脱毒植株。(2)在植物组织培养时，常用生长素和细胞分裂素来诱导外植体形成愈伤组织，生根发芽，从而形成新的植物体。(3)紫杉醇是细胞代谢产物，可通过对愈伤组织进行机械处理获得大量的单细胞，再经过细胞有丝分裂获得大量细胞，以形成大量的细胞代谢产物。(4)在植物形成愈伤组织时，很容易发生细胞融合，从而使植物发生染色体结构或数目的变异。(5)植物组织培养技术除了用于微型繁殖、脱毒植株的培育，还可以用于植物体细胞杂交育种、基因工程育种和单倍体育种等多个方面。7(2014新课标，40)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。答案(1)全部部分(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上解析(1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为31，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。8转基因草莓中有能表达乙肝病毒表面抗原的基因，由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗，其培育过程如图所示(代表过程，AC代表结构或细胞)：(1)图中过程用到的酶是_，所形成的B叫做_。(2)过程常用_处理农杆菌，使之成为_细胞，利于完成转化过程。(3)图中过程叫做_，过程叫做_，将叶盘培养成草莓幼苗的技术是_。(4)在分子水平上，可采用_的方法来检测转基因草莓果实提取液中有无相应的抗原。答案(1)DNA连接酶基因表达载体(重组质粒)(2)CaCl2溶液(或Ca2)感受态(3)脱分化(去分化)再分化组织培养(4)抗原抗体杂交9运用动物体细胞融合技术可实现基因定位。研究发现：用人体细胞与小鼠