选修1高三生物第9讲_现代生物技术.pdf

现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术 生物 第九讲第1页 共 4 页 第九讲第九讲第九讲第九讲现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术 考点归纳突破考点归纳突破 1 1 基因工程的基本技术 基因工程的基本技术 第一步 获得符合人类意愿的基因 即获得目的基因 目的基因是依 据基因工程设计中所需要的某些 DNA 分子片段 含有所需要的完整的遗传 信息 获得目的基因的方法很多 目前采用的分离 合成目的基因的方法 主要有 超速离心法 根据不同基因的组成不同 即其内的碱基对的比例不同 其浮力 密度等理化性质也不同的原理 应用密度梯度超速离心机 直接 将特殊的目的基因分离出来 分子杂交法 采用加碱或加热的方法使 DNA 变成单链 而后加入有放 射性标记的 RNA 让 DNA 在特定的条件下 结合成 DNA 和 RNA 的杂交分子 再用多聚酶制备出足够数量的双链 DNA 分子 进而获得 DNA 目的基因 反转录酶法 先分离出特定的 mRNA 再用反转录酶做催化剂 以 RNA 为模板合成所需要的 DNA 目的基因 合成法 如果已知目的基因的碱基排列顺序 可用酶法或化学法 直 接合成目的基因 目前此法已很少采用 第二步 把目的基因接到某种运载体上 常用的运载体有能够和细菌共生 的质粒 温和噬菌体 病毒 等 DNA 重组技术 重组 DNA 就是让 DNA 片段和载体连接 外源 DNA 是很 难直接透过细胞膜进入受体细胞的 即使进入受体细胞之中 也会受到细 胞内限制性内切酶的作用而分解 目的基因结合到经过改造的细菌中的质 粒 细菌细胞中的小环状 DNA 分子 或温和噬菌体 病毒 上后形成的组 合体称为重组体 DNA 在这一技术中 限制性内切酶是一种常用的工具酶 它能 切开 质粒的环形 DNA 也能切取目的基因 然后把目的基因 DNA 片段与质粒 DNA 分子的两端 在连接酶的作用互补连接形成重组体 DNA 第三步 通过运载体把目的基因带入某生物体内 并使它得到表达 目的基因的表达是指目的基因进入受体细胞后能准确地转录和翻译 目的 基因能否表达是基因工程是否成功的关键 目前 人类已经利用外源基因 如人的生长激素基因 人胸腺激素基 因 人干扰素基因 牛生长激素基因等 导入细菌中 生产出相应的产品 在临床上得到了广泛的应用 取得了可观的经济效益和社会效益 2 2 细胞工程技术细胞工程技术 1 细胞融合技术 细胞融合技术是指把两个细胞 可以是同种细胞 也可以是异种细胞 在融合剂的作用下 融合成一个细胞的技术 如图所示 应用细胞融合技术 进行细胞杂交 能够克服远缘杂交不育的缺陷 对培育新品种具有广阔的应用前景 2 细胞拆合技术 细胞拆合技术也称为细胞核 包括细胞器 移植技术 是将细胞核和细胞质用某种方法拆开 然 后再把分离的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞 把从细胞中分离出来的染色体或基因转入另一 个细胞中 赋予重建的细胞以某种新的功能 这属于染色体导入或基因转移的技术范畴 3 细胞培养技术 细胞培养技术是将生物体内的某一组织分散成单个细胞 接种在人工配制的适于细胞生长发育的 培养基上 然后在适当的无菌的生长条件下 如一定的光照 温度或 pH 值等 进行培养 使细胞能够生 长和不断增殖的技术 由于从组织中分离单细胞并分化成生物体的技术难度较大 目前多采用组织培养技术 如通过植物胚胎 成熟或未成熟胚 或器官 根尖 茎尖 叶原基 花药等 的离体培养 再生成新植株 试管苗 这种方法能快速 大量繁殖一些有价值的苗林 花卉 药材和濒危植物等 3 3 试管动物与克隆动物试管动物与克隆动物 试管动物 婴儿 通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿 在这一技术过程中 精子和卵子从动物 人 体内取出来 在人工提供的 生活条件下 通常是在试管中 进行受精 并让体外受精的受精卵在试管中发育 再把发育到一定阶段的胚胎移植到 代理母亲 动物 人 的子宫内继 续发育直到诞生 试管婴儿主要是在夫妻间进行的 其目的是解决不育问题 克隆动物 一般是指通过无性繁殖形成动物后代 1997 年 英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆了一只小母羊 即多利绵羊 克隆是指无性 繁殖系 具体地说 是指从一个共同的祖先 通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的 DNA 分子 细胞或个体 克隆也可指无性繁殖的过程 多利绵羊的培育过程是 将一只母羊 A 羊 卵细胞的细胞核中所有的染色体吸出 得到不含遗传物质的卵细胞 然后将实验室里培养的另一只母羊 B 羊 的乳腺上皮细胞的细胞核注入到无细胞核的卵细胞中 并进行电激融合 这样就形成了一个含有新的遗传物质的卵细胞 融合后的卵细胞开始卵 裂 形成早期的胚胎 然后 把这个胚胎移植到第三只母 C 羊 的子宫内 让它继续发育 胚胎发育成熟后 C 羊就产下了小母羊多利 如图 14 2 所示 这只小母羊的遗传性状与 B 羊的完全相同 简直就是 B 羊的复制品 在这之前 我国生物学家曾用胚胎细胞作为供核细胞 培育出了克隆牛和克隆兔 但 是 多利羊在技术上的突破之处在于供核细胞是体细胞 这说明高度分化的动物体细胞的细胞核 仍然具有全能性 在合适的条件下 就可能发育成新的 个体 克隆技术在繁育优良部 治疗人类遗传病 抢救濒危物种和保护生物多样性等方面有广阔的应用前景 4 4 动物细胞融合与植物细胞杂交的比较 动物细胞融合与植物细胞杂交的比较动物细胞融合与植物体细胞杂交之间既有共性又有差异 如下表所示 项目细胞融合原理融合方法诱导手段用途 植物体细胞杂交细胞膜的流动性去除细胞壁后诱导原生质体融合离心 电刺激 振动 聚乙二醇诱导克服远缘杂交不亲和的障碍 获得杂种植株 动物细胞融合细胞膜的流动性使细胞分散后诱导细胞融合同上 再加上灭活的病毒诱导制备单克隆抗体的技术之一 5 5 花药离体培养与植物组织培养 花药离体培养与植物组织培养 花药离体培养主要在无菌条件下 取出花药或从花药中取出花粉粒 置于人工培养基上进行培养 形成花粉胚或花粉愈伤组织 通过再分化长出根茎 叶 最后长成花粉植株 由于这种植株所含的染色体数目只有正常植株的一半 故又称为单倍体植株 因此花药离体培养属于植物组织培养 只不过是利 用成熟的生殖细胞进行离体培养 因此这个过程应该属于特殊的有性生殖过程 实验实验 探究探究 讨论讨论 1944 年 O Avery 从光滑型 S 型 肺炎双球菌中分别提取 DNA 蛋白质和多糖等物质 并将上述每一种物质单独放入粗糙型 R 型 肺炎双球菌的培养 基中 结果发现只有 DNA 能使一部分粗糙型肺炎双球菌转化为光滑型 那么这种转化作用的原因是什么呢 请你设计实验证明之 实验材料 粗糙型 R 型 肺炎双球菌的培养基 小鼠 注射器等 你的假设 设计实验步骤 观察 记录 实验结果预测 参考答案 转化作用的实质是外源 S 型 DNA 与受体细胞 R 型 DNA 之间的重组 使受体细胞获得了新的遗传信息 提取 S 型 DNA 添加到接种有 R 型肺炎双球菌的培养基中培养 用 DNA 酶降解提取的 S 型 DNA 添加到接种有 R 型肺炎双球菌的培养基中培养作对照 将两种培养基中获得肺炎双球菌分别注入到小鼠体内 实验组中培养的肺炎双球菌能使小鼠患病以致死亡 对照组中培养的肺炎双球菌不能使小鼠患病死亡 现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术 生物 第九讲第2页 共 4 页 高考真题体验高考真题体验 例例 1 1 0505 全国卷全国卷 科学家通过基因工程的方法 能使马铃薯块茎含 有人奶主要蛋白 以下有关基因工程的叙述 错误的是 A 采用反转录的方法得到的目的基因有内含子 B 基因非编码区对于目的基因在块茎中的表壳是不可缺少的 C 马铃薯的叶肉细胞可用为受体细胞 D 用同一种限制酶 分别处理质粒和含目的基因的 DNA 可产生粘 性末端而形成重组 DNA 分子 考点考点 基因结构 基因工程的有关知识 指点迷津指点迷津真核生物的基因结构包括非编码区和编码区 其中编码区包括 外显子和内含子 非编码区对基因的表达起调控作用 对基因的表达是不 可缺少的 只有外显子能编码蛋白质 因此通过反转录的方法只能得到的 目的基因的外显子的脱氧核苷酸序列 因植物细胞具有全能性 故马铃薯 的叶肉细胞可用为受体细胞 必须用用同一种限制酶 分别处理质粒和含 目的基因的 DNA 这样才能产生 2 对互补的粘性末端而形成重组 DNA 分子 参考答案参考答案A 例例 2 2 0303 江苏江苏 将小鼠骨髓瘤细胞与一种 B 淋巴细胞融合 可使融合 的细胞经培养产生单克隆抗体 其依据是 A B 淋巴细胞可以产生抗体 但不能无限增殖 B B 淋巴细胞只有与骨髓瘤细胞融合后才能产生抗体 C 骨随瘤细胞可以无限增殖 但不能产生抗体 D 骨髓瘤细胞可以产生抗体 但不能无限增殖 考点考点 单克隆抗体的制备 指点迷津指点迷津在体外培养条件下 B 淋巴细胞不能无限繁殖 可产生抗体 骨髓瘤细胞则能在体外大量繁殖 却不能产生抗体 将二者融合后 形成 杂交瘤细胞同时具备了双亲的遗传特性 既可产生抗体 又能大量繁殖 参考答案参考答案AC 例例 3 3 05 江苏 能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是 A 单倍体育种B 杂交育种C 基因工程育种D 多倍体育种 考点考点 是对基因工程育种的理解 指点迷津指点迷津要让动物蛋白在植物体内表达 必须将控制动物蛋白合成的基 因导入植物细胞中并让其表达 因此需要通过基因工程技术才能实现 参考答案参考答案C 例例 4 4 20012001 年上海卷 年上海卷 现有甲 乙两个烟草品种 2n 48 其基因型分别为 aaBB 和 AAbb 这两对基因位于非同源染色体上 且在光照强度大于 800 勒克司时 都不 能生长 这是由于它们中的一对隐性纯合基因 aa 或 bb 作用的结果 取甲乙两品种的花粉分别培养成植株 将它们的叶肉细胞制成原生质 体 并将两者相混 使之融合 诱导产生细胞团 然后 放到大于 800 勒克司光照下培养 结果有的细胞团不能分化 有的能分化发育成植株 请回答下列问题 1 甲 乙两烟草品种花粉的基因型分别为和 2 将叶肉细胞制成原生质体时 使用破除细胞壁 3 在细胞融合技术中 常用的促融剂是 4 细胞融合后诱导产生的细胞团叫 5 在大于 800 勒克司光照下培养 有种细胞团不能分化 能分化的细胞团是由的原生质体融合来的 这里只考虑 2 个原 生质体的相互融合 由该细胞团分化发育成的植株 其染色体数 是 基因型是 该植株自交后代中 在大于 800 勒克司光照下 出现不能生长的植株的概率是 考点考点 综合考查有关植物细胞杂交 减数分裂 遗传规律和单倍体育种的 掌握情况和应用能力 指点迷津指点迷津在只考虑两个原生质体相互融合的情况下 任意两个原生 质体 aB 与 aB Ab 与 Ab aB 与 Ab 融合后细胞的基因型为 aaBB AAbb 和 AaBb 其中基因型 aaBB 和 AAbb 的细胞团在大于 800 勒克司的光照下培 养 不能分化 基因型为 AaBb 的细胞团则能分化发育成植株 该植株为二倍体 2n 48 AaBb 的植株自交后代中 在大于 800 勒克司的光照下不能生长的植物 即含有一对以上隐性基因 aaB A bb 和 aabb 的植株出现概率为 1 4 3 4 3 4 1 4 1 4 1 4 7 16 参考答案参考答案 1 aBAb 2 纤维素酶和果胶酶 3 聚乙二醇 4 愈伤组织 5 2甲乙两品种48AaBb7 16 例例 5 5 20052005 天津理综 天津理综 限制性内切酶 的识别序列和切点是 G GATCC 限制性内切酶 的识别序列和切点是 GATC 在质粒上有酶 的一个 切点 在目的基因的两侧各有 1 个酶 的切点 请画出质粒被限制酶 切割后所形成的黏性末端 请画出目的基因两侧被限制酶 切割后所形成的黏性末端 在 DNA 连接酶的作用下 上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来 为什么 考点考点 是限制性内切酶的作用和特点以及黏性末端的特点与连接 指点迷津指点迷津限制性内切酶能识别 DNA 分子上特定的序列和切点并进行切割 限制性内切酶具有专一性 即一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序 列 被限制内切酶切开的 DNA 两条单链切口 各含有几个伸出的 可互补配对的核苷酸 这种切口就是黏性末端 黏性末端之间 只要切口处伸出的核苷 酸间存在互补 就能在 DNA 连接酶的作用下连接起来 虽然限制性内切酶 I 和限制性内切酶 II 识别的序列和切点是不同的 但是形成的黏性末端是相同 的 存在着互补关系 因此在 DNA 连接酶的作用下是可以连接起来的 参考答案参考答案 可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的 或是可以互补的 GATC GATC CTAG CTAG 用酶 切割 目的基因 GATC GATC CTAG CTAG 目的基因 G GATC C C CTAG G 用酶 切割 G GATCC CCTAG G 现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术 生物 第九讲第3页 共 4 页 综合能力检测综合能力检测 选择题选择题 1 科学家用小鼠骨髓癌细胞与某种细胞融合 得到杂交细胞 经培养可 产生大量的单克隆抗体 与骨髓癌细胞融合的是 A 经过免疫的 B 淋巴细胞B 不经过免疫的 T 淋巴细胞 C 经过免疫的 T 淋巴细胞D 不经过免疫的 B 淋巴细胞 2 用植物组织培养技术不能培育或生产出 A 食品添加剂B 无病毒植物C 人工种子D 杂交水稻 3 动物如牛 羊等是人类生活中重要的肉制品 毛皮制品的原料来源 但哺乳动物妊娠时间长 每胎产子数少 繁殖速度比较慢 要加快良种畜 的繁殖速度 目前可行的方法是 A 动物细胞培养的方法B 胚胎移植方法 C 动物细胞融合方法D 核移植方法 4 人类基因组计划 中的基因测序工作是指测定 A DNA 的碱基对排列顺序B mRNA 的碱基排列顺序 C 蛋白质的氨基酸排列顺序D DNA 的基因排列顺序 5 一个 DNA 分子用限制酶切割 获得一个目的基因 有几个磷酸二酯键 被水解 A 1B 2C 3D 4 6 下列常用作运载体的是 A 大肠杆菌质粒 B 苏云金芽孢杆菌的 DNA 分子 C 土壤农杆菌环状 RNA 分子 D 动物细胞的染色体 7 下列关于限制酶的说法不正确的是 A 限制酶广泛存在于各种生物中 微生物中很少分布 B 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C 不同的限制酶切割 DNA 的切点不同 D 限制酶的作用之一可用来提取目的基因 8 下列不属于利用基因工程技术制取的药物是 A 从大肠杆菌体内制取的白细胞介素 B 在酵母菌体内获得的干扰素 C 在青霉菌体内获取的青霉素 D 在大肠杆菌体内获得的胰岛素 9 用 DNA 探针检测饮用水中病毒的具体方法是 A 与被检测病毒的 DNA 碱基序列进和比较 B 与被检测病毒的 DNA 碱基序列进行组合 C 与被检测病毒的 DNA 碱基序列进行杂交 D A B C 三种方法均可 10 马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖 种植的世代多了以后往往会感染 病毒而减产 为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植 获得无病毒幼 苗的最佳办法是 A 选择优良品种进行杂交 B 进行远缘植物体细胞杂交 C 利有芽尖进行组织培养 D 人工诱导基因突变 11 动物细胞培养液和植物组织培养液的共有成分是 A 葡萄糖B 蔗糖C 动物血清D 维生素 12 单克隆抗体制备过程中 骨髓瘤细胞和 B 淋巴细胞诱导融合后 要用 特定培养基筛选出杂交瘤细胞 在这种培养基上不能存活 增殖的细胞是 B 淋巴细胞 小鼠骨髓瘤细胞 B 淋巴细胞自身融合细胞 小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞 杂交瘤细胞 A B C D 13 动物细胞培养的细胞来自于 A 任何个体的细胞 B 只能取自动物胚胎细胞 C 只能取自幼龄动物的组织细胞 D 胚胎或幼龄动物的器官和组织细胞 14 科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来 将单个细胞放入培养基 中培养 获得了许多完整的植株 这些植株的特点是 A 彼经性状相似B 变异频率较高C 单倍体D 都是纯合子 15 植物体细胞杂交要先除支细胞壁的原因是 A 植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁 B 组织壁使原生质体失去活力 C 细胞壁阻碍了原生质体的融合D 细胞壁不是原生质的组成部分 16 植物组织培养过程的顺序是 离体的植物器官 组织或细胞 根 芽 愈伤组织 胶分化 再分化 植物体 A B C D 17 将重组 DNA 导入细菌生产激素或蛋白质的过程一般称为 A 基因工程B 细菌工程C 酶工程D 微生物工程 18 切取动物控制合成生长激素的基因 注入鲇鱼受精卵中 与其 DNA 整 合后产生生长激素 从而使鲇鱼比同种正常鱼增大 3 4 倍 此项研究遵 循的原理和这项技术分别是 A DNA RNA 蛋白质和转基因技术 B RNA DNA 蛋白质和 DNA 重组技术 C DNA 蛋白质 RNA 和转基因技术 D RNA 蛋白质 RNA 和细胞核移植技术 19 将甲绵羊体细胞的细胞核移入乙绵羊的去核卵细胞中 再将此卵细胞 植入丙绵羊的子宫内发育 出生的小绵羊即 克隆绵羊 此小绵羊 A 基因型与甲相同 性别一定与甲不同 B 基因型与乙相同 性别一定与乙相同 C 基因型与丙相同 性别一定与丙不同 D 基因型与甲相同 性别一定与甲相同 20 在植物细胞工程中 当原生质体融合成一个细胞后 需要诱导产生出 细胞壁 参与这一过程的细胞器是 A 叶绿体 高尔基体B 线粒体 高尔基体 C 叶绿体 线粒体D 线粒体 内质网 1 5ADBAD6 10AACCC11 15DADAC16 20AAADB 现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术 生物 第九讲第4页 共 4 页 二二 简答题简答题 1 已知细胞合成 DNA 有 D 和 S 两条途径 其中 D 途径能被氨基嘌呤阻断 人淋巴细胞中有这两种 DNA 的合成途径 但一般不分裂增殖 鼠骨髓瘤细胞中 尽管没有 S 途径 但不能不断分裂增殖 将这两种细胞在试管中混合 加聚乙二醇促融 获得杂种细胞 请回答 1 试管中除融合的杂种细胞外 还有种融合细胞 2 设计一方法 不考虑机械方法 从培养液中分离出杂种细胞 并说原理 方法 原理 2 右图是用萝卜根组织培养的某些过程示意图 请据图回答 1 请把组织培养的过程按正常顺序排列 以字母表示 2 图 D 上的细胞团是 它的特点是 3 图 C 和图 D 的培养基 4 图 C 的培养物的变化是 5 从原理上讲 植物细胞有形成再生植株的可能性 这是 的表现 3 右图示为细胞融合技术的一些过程 请据图回答 1 从 A 细胞和 B 细胞到 C 细胞的过程中 必须用 处理 2 若 A B 细胞为植物细胞 那么这样的细胞已经用酶降解脱掉 这种酶可能是 酶 由此 生成的 A 和 B 细胞称为 3 若 A 细胞为骨髓瘤细胞 B 细胞为淋巴细胞 那么 D 细胞称为 细胞 由 D 细胞连续分裂产生大量 细胞的过程 称为 过程 这种细胞既能无限繁殖 又能产生 4 若 A 为人细胞 B 为鼠细胞 并分别用荧光染料标记细胞膜上的蛋白质 在 C 细胞时 细胞一半发红色荧 光 一半发绿色荧光 到 D 细胞阶段 两种颜色的荧光均匀分布 其原因是 4 现有甲 乙两个烟草品种 2N 48 其基因型分别为 aaBB 和 AAbb 这两对基因位于非同源染色体上 且在光照强度大于 800 勒克斯时 都不能生长 这是由于它们中的一对隐性纯合基因 aa 或 bb 作用的结果 取甲乙两品种的花粉分别按图示操作培养成植株 将它们的叶肉细胞制成原生质体 并将两者相混 使之融合 诱导产生细胞团 然后 放到大于 800 勒克斯光照下培养 结果有的细胞团不能分化 有的能分化发育成植株 请回答下列问题 1 要促进花粉细胞分裂生长 培养基中应有 和小分子有机物等营养物质 以及细胞分裂素和 两类植物激素 2 愈伤组织分化是指愈伤组成芽和根 再由芽发育成茎和叶 这一过程必须给予光照 其原因是 利用光能制造有机物 供试管苗生长发育 而此时培养基中除了氮 磷 钾外 必不可少的矿质元素是 3 将叶肉细胞制成原生质体时 使用 破除细胞壁 在细胞融合技术中 常用的促融剂是 4 在大于 800 勒克斯光照下培养 有 种细胞团不能分化 能分化的细胞团是由 的原生质体融合来的 这里只考虑 2 个原生质体的 相互融合 由该细胞团分化发育成的植株 其染色体数是 基因型是 该植株自交后代中 在大于 800 勒克斯光照下 出现不能生长 的植株的概率是 5 世界上第一种基因移植作物是一种含有抗生素药类抗体的烟草 1983 年得以培植出来 又过了十年 第一种市场化的基因食物才在美国出现 它就是 可以延迟成熟的番茄作物 一直到 1996 年 由这种番茄食品制造的番茄饼 才得以允许在