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 a 2 基因工程的原理及技术 a 3 基因工程的应用 b 4 蛋白质工程 a 5 植物的组织培养 b 6 动物的细胞培养与体细胞克隆 a 7 细胞融合与单克隆抗体 a 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 江苏卷 2t 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点 图1 图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点 请回答下列问题 考点一基因工程 典例引领 1 一个图1所示的质粒分子经sma 切割前后 分别含有 个游离的磷酸基团 2 若对图中质粒进行改造 插入的sma 酶切位点越多 质粒的热稳定性越 3 用图中的质粒和外源dna构建重组质粒 不能使用sma 切割 原因是 4 与只使用ecor 相比较 使用bamh 和hind 两种限制酶同时处理质粒 外源dna的优点在于可以防止 5 为了获取重组质粒 将切割后的质粒与目的基因片段混合 并加入 酶 6 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 7 为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 然后在 的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 解析本题综合考查基因工程的过程及应用 1 质粒是双链环状dna分子 在sma 切割前没有游离的磷酸基团 sma 作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 切割产生的dna片段末端是平末端 因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团 2 质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定 氢键数量越多 质粒的热稳定性越高 反之则低 dna双链中a与t之间存在2个氢键 c与g之间存在3个氢键 因此dna分子中g c碱基对越多 热稳定性就越高 sma 识别cccggg序列 并在c和g之间将这段序列切开 也就是质粒中sma 酶切位点越多 g c碱基对越多 热稳定性越高 3 据图1可知 sma 切割的位点在抗生素抗性基因之中 抗生素抗性基因是标记基因 应尽量避免破坏 据图2可知sma 切割的位点在目的基因之中 破坏了目的基因 所以不能使用sma 切割 4 用同种限制酶切割后的质粒和目的基因 在基因表达载体构建时 常形成三种连接方式 其中目的基因与目的基因的连接 质粒与质粒的连接是无效的连接 用两种限制酶可避免此类现象 5 基因表达载体的构建过程中需加dna连接酶 连接脱氧核糖和磷酸 6 抗生素抗性基因属于标记基因 供重组dna的鉴定和选择 7 目的基因是蔗糖转运蛋白基因 将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后 应进行目的基因的检测与鉴定 可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白 即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功 因而可在含有蔗糖 唯一碳源 的培养基中培养 答案 1 0 2 2 高 3 sma 会破坏质粒的抗性基因和外源dna中的目的基因 4 质粒和含目的基因的外源dna片段自身环化 5 dna连接 6 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 7 蔗糖为唯一含碳营养物质 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 2014 江苏卷 23 下列关于基因工程技术的叙述 错误的是 多选 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b pcr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 解析限制酶大多是特异性识别6个核苷酸序列 也有的识别4 5或8个核苷酸组成的序列 a错误 dna聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用 b错误 质粒上一般带有的抗生素抗性基因可作为标记基因 供鉴定和选择 不是抗生素合成基因 c错误 目的基因导入受体细胞后不一定都能正常表达 d正确 答案abc 2 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 2013 江苏单科 22 小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应 为了克服这个缺陷 可选择性扩增抗体的可变区基因 目的基因 后再重组表达 下列相关叙述正确的是 多选 a 设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列b 用pcr方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列c pcr体系中一定要添加从受体细胞中提取的dna聚合酶d 一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞 解析利用pcr技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列 以便根据这一序列设计引物 但不需知道目的基因的全部序列 需要考虑载体的序列 因pcr反应在高温条件下进行 故反应体系中需加入耐高温的dna聚合酶 因某些目的基因编码的产物需经特殊的加工修饰过程 故一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞 答案bd 2 2012 江苏 32 图1表示含有目的基因d的dna片段长度 bp即碱基对 和部分碱基序列 图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列 现有msp bamh mbo sma 4种限制性核酸内切酶 它们识别的碱基序列和酶切位点分别为c cgg g gatcc gatc ccc ggg 请回答下列问题 1 图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接 2 若用限制酶sma 完全切割图1中dna片段 产生的末端是 末端 其产物长度为 3 若图1中虚线方框内的碱基对被t a碱基对替换 那么基因d就突变为基因d 从杂合子中分离出图1及其对应的dna片段 用限制酶sma 完全切割 产物中共有 种不同长度的dna片段 4 若将图2中质粒和目的基因d通过同种限制酶处理后进行连接 形成重组质粒 那么应选用的限制酶是 在导入重组质粒后 为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌 一般需要用添加 的培养基进行培养 经检测 部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因d不能正确表达 其最可能的原因是 解析 1 dna单链中相邻两个碱基之间通过 脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖 连接 2 sma 识别的序列为gggccc 切割后会产生平末端 图1所示的dna分子中含有两个sma 的识别位点 第一个识别位点在左端534bp序列向右三个碱基对的位置 第二个识别位点在右端658bp序列向左三个碱基对的位置 从这两个位点切割后产生的dna片段长度分别为534 3 796 3 3 658 3 即得到的dna片段长度分别为537bp 790bp和661bp 3 在杂合子体内含有基因d和基因d 基因d的序列中含有两个识别位点 经过sma 完全切割会产生537bp 790bp和661bp三种不同长度的片段 基因d的序列中含有一个识别位点 经过切割后会产生1327bp和661bp两种长度的片段 综上 杂合子中分离到该基因的dna片段经过切割后会产生4种不同长度的片段 4 能够获取目的基因并切开质粒的限制酶有识别序列为ggatcc的bamh 和识别序列为gatc的mbo 若使用mbo 会同时破坏质粒中的抗生素a抗性基因和抗生素b抗性基因 所以要用bamh 来切割目的基因和质粒 切割后保留了完整的抗生素b抗性基因 便于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌 因为目的基因和运载体是用同种限制酶切割的 目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补 可能出现目的基因反向连接在运载体上的情况 导致基因d不能正确表达 答案 1 脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖 2 平537bp 790bp 661bp 3 4 4 bamh 抗生素b同种限制酶切割形成的末端相同 部分目的基因d与质粒反向连接 1 2013 江苏卷 11 某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子 为尽快推广种植 可应用多种技术获得大量优质苗 下列技术中不能选用的是 a 利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗b 采用花粉粒组织培养获得单倍体苗c 采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上d 采用幼叶 茎尖等部位的组织进行组织培养 考点二细胞工程 典例引领 解析通过花粉粒组织培养获得的是单倍体 不能保持原植株的优良特性 故b错误 答案b 2 2014 江苏卷 29 为了获得植物次生代谢产物 先用植物外植体获得愈伤组织 然后在液体培养基中悬浮培养 请回答下列问题 1 外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为 2 在愈伤组织悬浮培养时 细胞干重 蔗糖浓度和ph的变化如图所示 细胞干重在12d后下降的原因有 培养液中蔗糖的作用是 3 多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体 二倍体愈伤组织细胞经 处理 会产生染色体加倍的细胞 为检测愈伤组织细胞染色体数目 压片前常用纤维素酶和 酶解离愈伤组织 若愈伤组织细胞 2n 经诱导处理后 观察到染色体数为8n的细胞 合理的解释是 4 为了更好地获得次生代谢产物 生产中采用植物细胞的固定化技术 其原理与酵母细胞固定化类似 下列说法正确的有 填序号 选取旺盛生长的愈伤组织细胞包埋 必须在光照条件下培养 培养过程中需通空气 固定化后植物细胞生长会变慢 解析 1 外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为脱分化 2 蔗糖在细胞培养的过程中不断被消耗 细胞干重在12d后下降的原因有蔗糖浓度下降 ph降低 蔗糖的作用是提供能源和调节渗透压 3 秋水仙素 低温 可诱导染色体数目加倍 一般采用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁 2n的细胞经染色体加倍后变成4n 处于有丝分裂后期时 染色体数目再加倍 变成8n 或者经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期 4 植物细胞的固定化过程不需要光的参与 一般选旺盛生长的愈伤组织细胞包埋 正确 培养过程中需通空气 使细胞进行有氧呼吸 正确 固定化后植物细胞与外界培养液的物质交换会受一定的影响 生长会变慢 正确 答案 1 脱分化 2 蔗糖浓度下降 ph降低提供能源调节渗透压 3 秋水仙素 低温 果胶经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期 4 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 2010 江苏单科 24 明党参是我国珍稀药用植物 对其进行保护性开发利用的方法有 多选 a 设计细胞培养反应器 实现药用成分的工厂化生产b 大量培养愈伤组织 直接提取药用成分c 大规模栽培组织培养苗 获取药用成分d 利用组织培养获得胚状体 制成人工种子 解析保护珍稀药用植物 可利用植物组织培养技术 获取试管苗或人工种子 通过栽培或种植 获得药用成分 也可以培养到愈伤组织阶段后 直接提取药用成分 或通过处理得到细胞悬液 利用细胞培养反应器进行药用成分工厂化生产 故四个选项都正确 答案abcd 2 2011 江苏单科 16 下列有关植物组织培养的叙述 正确的是 a 愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞b 二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株c 用人工薄膜将胚状体 愈伤组织等分别包装可制成人工种子d 植物耐盐突变体可通过添加适量nacl的培养基培养筛选而获得 解析在普通培养基中添加适量的nacl 制成选择培养基 可用来筛选植物耐盐突变体 故选项d正确 愈伤组织的细胞排列疏松而无规则 是一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞 二倍体植株的花粉经离体培养后得到单倍体植株 该单倍体高度不育 不能稳定遗传 用人工薄膜将胚状体等进行包装可制成人工种子 愈伤组织不能作为制作人工种子的材料 故选项a b c错误 答案d 3 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 1 2013 重庆卷 2 如图是单克隆抗体制备流程的简明示意图 下列有关叙述正确的是 a 是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应t淋巴细胞b 中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成c 同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性d 是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群 解析 是获得的已经免疫的b淋巴细胞 a项错误 胰蛋白酶使得组织块分散为单个细胞 b项错误 同时具有b淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特性 c项错误 是经筛选后获得的能够分泌特异性抗体的杂交瘤细胞 d项正确 答案d 2 2012 江苏单科 22 下列事实能体现细胞全能性的是 多选 a 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗b 单细胞的dna在体外大量扩增c 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体d 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠解析本题考查细胞全能性的知识 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠 这均是细胞发育成完整个体 体现了细胞的全能性 故a d符合题意 dna在体外大量扩增属于dna克隆 故b不符合题意 单克隆抗体的制备属于动物细胞融合的应用 故c不符合题意 ad 3 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