高考生物二轮复习 第七单元 专题一 基因工程与细胞工程课件.ppt

专题一基因工程与细胞工程,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()。,DNA连接酶,基因表达载体的构建,将目的基因导入受体细胞,药物,基因,自然界中没有,全能性,体细胞杂交,细胞增殖,动物细胞核,化学法,抗原,1.(2015课标卷，40)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：,考点一基因工程,典例引领,(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。,解析对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括，即：DNA、RNA的复制、DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相应的核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。,答案(1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也给分)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能,2.(2014全国课标，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”)。,解析(1)基因文库有两种：基因组文库和部分基因文库，基因组文库含有生物的全部基因；cDNA是以mRNA为模板逆转录得到的，而细胞中只有部分基因表达，所以cDNA文库含有生物的部分基因。(2)建立基因文库后要根据目的基因的特性从中筛选出目的基因。(3)目的基因与载体构建基因表达载体后，导入乙植物细胞(受体细胞)，需要进行表达产物(蛋白质)和生物个体水平(耐旱性)等的检测。(4)若是整合到同源染色体的两条上，则此耐旱二倍体植株为纯合子，自交后代不会发生性状分离，所以根据实验结果可推测：该耐旱基因整合到了同源染色体的一条上。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,提分必记的关键点1.基因工程常考的3种基本工具限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体。2.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等。3.基因工程的四大操作程序(1)目的基因的获取(三大方法)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,(2)基因表达载体的构建(此为“核心步骤”)。(3)将目的基因导入受体细胞的“三大方法”：导入植物细胞农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法)。导入动物细胞显微注射法(导入受精卵)。导入微生物细胞使用Ca2处理细胞。(4)目的基因的检测与鉴定,DNA分子杂交,分子杂交,抗原抗体杂交,抗性实验,是否出现了杂交带,抗性是否存在,题组1基因工程的操作工具与操作步骤,1.(2015江苏卷，32)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：图1,图2(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。,(4)半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为_。(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_，理由是_。,答案(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基,2.(2015福建卷，33)GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示)，并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：,(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是_。(2)构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的_限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有3种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式，选择HpaI酶和BamHI酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第_泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。,(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的_与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行_培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。解析(1)动物细胞间的物质主要成分是蛋白质，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，目的是使组织中的细胞分散成单个细胞。(2)据图1可知，GDNF基因两端和载体上都有XhoI限制酶的酶切位点。,(3)据图1可知，用HpaI和BamHI限制酶对三种载体进行酶切，单个载体自连只有HpaI限制酶的酶切位点，得到6000bpDNA的片段；正向连接重组载体有HpaI和BamHI限制酶的酶切位点，得到700bpDNA的片段和6000bpDNA的片段；反向连接重组载体有HpaI和BamHI限制酶的酶切位点，得到200bpDNA的片段和6500bpDNA的片段。(4)检测目的基因是否成功表达，可采用抗原抗体杂交法。培养的原代细胞贴满瓶壁重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这样的培养过程通常称为传代培养。传代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去，科研上使用的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。答案(1)使细胞分散开(2)XhoI(3)(4)抗体传代,1.区分DNA连接酶和DNA聚合酶、限制性核酸内切酶和解旋酶(1)DNA连接酶连接两个DNA片段，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。(2)限制性核酸内切酶是切割某种特定的脱氧核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开，而解旋酶是将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。2.启动子起始密码；终止子终止密码,3.根据受体种类确定基因工程的受体细胞：(1)植物：植物体细胞或受精卵(2)动物：受精卵或体细胞(3)微生物：细菌。注：目的基因导入受体细胞不是基因工程成功的标志，基因工程是否成功在于目的基因是否成功表达。,题组2综合考查基因工程的应用及蛋白质工程,1.(2015课标卷，40)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：,(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_的作用下合成_，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。,(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。,解析(1)HIV是RNA病毒，其核酸是单链RNA，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，载体一般用的是质粒，为双链DNA，故先用逆转录酶催化HIV的RNA逆转录为DNA分子再进行基因工程操作。(2)本题涉及到了免疫学方面知识，抗原进入机体后可以产生特异性免疫反应，产生相应的抗体，抗体与抗原特异性结合。(3)HIV病毒主要破坏人体T细胞。(4)免疫系统除了具有防卫功能外，还有监控和清除功能：监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞，以及癌变的细胞。答案(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除,2.(2015山东日照模拟)转基因育种是利用遗传转化方法将有价值的外源基因导入受体物种获得转化体，再将转化体植株经过常规育种程序加以选择和培育，最后选育出具有优良性状的新品种，对于作物育种具有重大的意义。图甲表示我国自主研发的转基因抗虫玉米的主要培育流程，图乙表示天然土壤农杆菌Ti质粒结构(部分基因及限制性内切酶作用位点如图所示)。请回答：,(1)若限制酶的识别序列和切割位点是GATC，限制酶的识别序列和切割位点是GGATCC，那么在过程中，应用限制酶_切割质粒，用限制酶_切割抗虫基因。(2)为了保证改造后的质粒进入玉米细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长，必须用限制酶去除质粒上_和_(基因)。(3)将构建的重组Ti质粒，导入土壤农杆菌，在选择培养基上进行培养，观察农杆菌在含_的培养基中能够生长、在含_的培养基中不能生长。(4)过程应用的生物技术主要是_，从个体水平检测玉米具有抗虫性状的方法是_。答案(1)(或和)(2)tmstmr(3)卡那霉素四环素(4)植物组织培养害虫抗性接种实验法,(2014全国课标，40)某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，结果如下图所示。,考点二细胞工程,典例引领,若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。,回答下列问题。(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上，则小鼠最少需要经过_次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是_小鼠，理由是_。(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有_，体系中出现多种类型细胞的原因是_。,(3)杂交瘤细胞中有_个细胞核，染色体数目最多是_条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是_。解析(1)据图分析，第4次免疫后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价均达到16000以上，小鼠Y的B淋巴细胞产生抗体效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。(2)融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞和B淋巴细胞的自身融合产物，由于细胞膜具有流动性，且诱导之后的细胞融合不具有特异性，故体系中会出现多种类型的细胞。,(3)杂交瘤细胞形成后，小鼠的B淋巴细胞核与其骨髓瘤细胞核会融合形成一个细胞核。小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)和骨髓瘤细胞(染色体数目60条)融合后，染色体数目为100条，有丝分裂后期染色体数目最多为200条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后，仍然不是能无限增殖的细胞，同时正常细胞的分裂次数是有限的。答案(1)4YY小鼠的抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞，骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞细胞融合是随机的，且融合率达不到100%(3)1200(4)B淋巴细胞高度分化，不能无限增殖,1.高考必记关键点(1)植物组织培养的关键条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。培养基状态：固体培养基(需脱分化生根培养基及生芽培养基)。体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。(2)植物激素的使用脱分化阶段细胞分裂素比例较高，以促进细胞的分裂；再分化阶段生长素比例较高，以促进芽与根的形成。(3)光照的使用脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。,2.植物体细胞杂交的关键(1)酶解法用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)促融剂聚乙二醇。(3)杂种细胞的形成标志新细胞壁的形成。(4)培养杂种植株的技术植物组织培养。(5)培养成功的原理细胞全能性。3.动物细胞培养的特殊条件(1)胰蛋白酶的两次使用：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。4.克隆动物的技术手段动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养和胚胎移植。,题组1植物细胞工程,1.(2015天津卷，7)DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本，利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。,据表回答：(1)选育的融合藻应具有A藻_与B藻_的优点。(2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻，其目的是获得_。(3)通过以下三步筛选融合藻，步骤_可淘汰B藻，步骤_可淘汰生长速率较慢的藻落，再通过步骤_生产所需的融合藻。步骤a：观察藻落的大小步骤b：用不含有机碳源(碳源生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养步骤c：测定DHA含量,(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组试验，结果如下图。,甲组条件下，融合藻产生H的细胞器是_；丙组条件下产生ATP的细胞器是_。与甲、丙两组相比，乙组融合藻生长速率较快，原因是在该培养条件下_。甲、乙两组DHA产量均较高，但实际生产中往往采用甲组的培养条件，其原因是_。,解析(1)根据表中两种藻的特性可知，A藻具有产生DHA、自养特性的优点，B藻具有快速增长的优点，选育的融合藻应该具有两种藻的优点。(2)由于植物细胞具有细胞壁，影响了原生质体的融合，所以在融合前，需用纤维素酶和果胶酶处理，以获得原生质体。(3)从题中信息可以看出，融合藻是通过培养过程的观察和测定DHA进行筛选的。在培养过程中，在无机物选择培养基中不能生长的是B藻，淘汰B藻，生长比较慢的是A藻，最后再通过测定DHA含量获得所需的融合藻。,(4)甲组条件是光照下，培养基中含有无机物，该条件下融合藻既可以进行呼吸作用也可以进行光合作用，产生H的细胞器有线粒体和叶绿体；而在丙组黑暗条件下，培养基中含有葡萄糖，该条件下融合藻只进行呼吸作用，产生ATP的细胞器只有线粒体。乙组条件有光照，培养基中又含有有机物葡萄糖，融合藻既能光能自养又能异养，所以融合藻生长速度较快；与乙组相比，甲组不需要添加葡萄糖，可降低成本，同时甲组的培养基中不含有机物，杂菌无法生长，所以在实际生产中往往采用甲组的培养条件。,答案(1)产生DHA、自养特性快速增长(2)原生质体(3)bac(4)线粒体、叶绿体线粒体融合藻既能光能自养又能异养融合藻利用光能和简单的无机物能较快生长，不需要添加葡萄糖，既可降低成本，也可防止杂菌生长,2.根据图示回答相关问题：,(1)过程中使用了_酶，以使植物原生质体相互分离，此处使用的溶液浓度较大，保证植物细胞会发生_，以保护细胞原生质体不被破坏；在动物细胞培养技术中，使细胞分离开来的酶是_。(2)处的细胞与处的细胞相比，最大的区别是不具有_；动物细胞与处的细胞相比，在功能上的特点是不具有_。(3)过程_属于再分化；动植物细胞发生分化的根本原因都是_。(4)处的细胞在化学药剂_的作用下，会发生细胞融合；动物细胞融合方法与植物细胞不相同的是_。,解析从题中图示可知，过程是使用含有纤维素酶和果胶酶的高浓度溶液处理植物叶片的细胞，使植物叶片的细胞发生质壁分离且原生质体相互分离，处植物细胞的部分细胞壁已经被水解，处是去除了细胞壁的植物细胞原生质体，处是再生出细胞壁的植物细胞，处是再生出细胞壁的细胞进行了第一次分裂，处是再生出细胞壁的细胞进行了第二次分裂，处是再生出细胞壁的细胞经多次细胞分裂形成了集群的细胞团，处是形成的愈伤组织，是发生再分化的过程，是胚状体继续分化的过程。答案(1)纤维素酶和果胶质壁分离胰蛋白酶(2)细胞壁分化的全能性(3)基因的选择性表达(4)聚乙二醇可以使用灭活的病毒,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体细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。3.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。,题组2动物细胞工程,科学家从某无限增殖的细胞中分离出无限增殖调控基因(prG)，该基因能激发细胞分裂，这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的前景。请回答下列问题。(1)利用_技术制备单克隆抗体，常用聚乙二醇、_、电激等诱导因素诱导细胞融合。再经多次筛选和细胞培养获得足够数量的能分泌所需抗体的_细胞。(2)有人提出用核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体，请完