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生物学最新技术 东方曹杨中学 朱远 整理近几年来，以基因工程、细胞工程和胚胎工程为代表的现代生物技术发展迅猛，并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。而在越来越突显对学生现场获得知识能力为考核目标的现今高考中，材料题往往是最好的形式，生物学最新技术也成为最佳内容之一，成为高考一个新的热点。这不仅要求学生熟练掌握考纲知识，更要求学生对生物学有一定的拓展了解以及能运用生物学思维来分析问题。 知识整理1 基因工程（1） 基本内容：基因工程，确切地讲就是重组DNA技术，指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合的DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，进行大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。人类实现对基因进行自如地操作、转移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、连接酶和其他修饰酶被陆续发现以后。在此基础上，核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、DNA的人工合成等，则使基因工程逐渐成熟和发展。（2） 基本程序： 获得目的基因 将目的基因连接到载体上，得到环状的DNA 将环状的DNA引入宿主细胞，使目的基因及载体上其他基因得以转录和翻译（3） 主要技术：基因拼接 DNA重组技术（4） 基本原理：应用分子遗传学原理在分子水平上定向改变生物遗传特性（5） 应用：转基因生物；超级细菌；基因治疗2 细胞工程（1） 基本内容：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某中工程学方法，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。（2） 主要技术：细胞培育 细胞融合 细胞重组 单克隆抗体制备（3） 基本原理：在细胞或细胞器水平上改造细胞遗传物质，从而改变生物遗传特性（4） 在细胞工程中的几个比较： 植物组织培养和动物组织培养的比较比较项目植物组织培养动物组织培养培养基的物理性质固体液体原理细胞全能性细胞增殖培养基成分水，矿质元素，维生素，蔗糖，氨基酸，琼脂等葡萄糖，氨基酸，无机盐，维生素，动物血清等结果新的植株或组织新的细胞系或细胞株其他条件均为无菌操作，需要适宜的温度和pH等条件 植物体细胞杂交和动物体细胞融合的比较比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合（单克隆抗体制备）理论基础细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖细胞融合前处理酶解法去除细胞壁注射特定抗原免疫小鼠诱导手段物理法：离心、电刺激、振动；化学法：PEG物理和化学法：同植物细胞融合；生物法：灭活的病毒 近三年本专题内容所占分值本知识点内容多出现在分叉题中，多使用在对生命科学教材的考核。年份题型分值2005选择题42006简答题122007选择题2 近三年高考典型题目【2005年上海高考生物卷】26将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是A具有完整细胞核的细胞 B一定的营养物质和植物激素C离体状态 D导入指定基因参考答案：D27现有黑色短毛兔和白色长毛兔，要育出黑色长毛兔。理论上可采用的技术是杂交育种 基因工程 诱变育种 克隆技术A B C D参考答案：D【2006年上海高考生物卷】39(12分)本题为分叉题。A适用于生命科学教材，B适用于生物教材。A和B中任选一题，两题都做以A给分。A农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)要获得该抗病基因，可采用_、_等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是_。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用_进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为 ，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是( )(3)切割完成后，采用_酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为_。(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去_棉花细胞，利用植物细胞具有的_性进行组织培养，从培养出的植株中_出抗病的棉花。(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是( )A淀粉B脂类C蛋白质D核酸(6)转基因棉花获得的_是由该表达产物来体现的。参考答案： (1)从细胞中分离 化学方法人工合成 Ti质粒 (2)限制性内切酶(限制酶) A (3)DNA连接酶 (4)感染 全能 筛选(选择) (5)C (6)抗病性状【2007年上海高考生物卷】13下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是A花药、胚不能作为组织培养的材料B植物细胞具有全能性C外植体是指用于培养的植物组织或器官D外植体可诱导出愈伤组织解析：花药离体培养也是组织培养，是有性生殖。参考答案：A 专题冲刺练习一、选择题1下列关于细胞工程的叙述中，错误的是（ ）A植物细胞融合必须先制备原生质体B试管婴儿技术包括人工受精和胚胎移植C用于培养的植物器官或组织属于外植体D核移植产生的个体只表现一个亲本的遗传性状2某生物的基因型为AaBB，通过某些技术可分别将它转变为以下基因型的生物AABB；aB；AaBBC；AAaaBBBB。则以下排列正确的是（ ）A诱变育种、转基因技术、花药离体培养、细胞融合B杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种C花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术D细胞融合、杂交育种、诱变育种、多倍体育种3目前，由我国科学家领衔实施的“人类肝蛋白质组计划”，属于生物科学发展的哪个阶段( )A分子生物学阶段 B. 描述生物学阶段 C实验生物学阶段 D纳米生物学阶段4用以下四种细胞工程技术培育出的新个体中，遗传物质全部来自一个亲本的方法是（ ）A细胞组织培养 B细胞融合 C动物胚胎移植 D细胞核移植5科技大观园杂志曾报导：美国哈佛大学医学院的科学家们研制了一项化学干扰技术，有望使人体的致病基因“沉默下来”。这项干扰技术很有可能是干扰了细胞的什么过程（ ）AATP分解过程B某些信使RNA的合成C许多DNA的复制过程 D蛋白质代谢过程中的转氨基作用6要研究基因控制蛋白质合成过程，最好选择下列哪一项为实验材料（ ）A成熟的红细胞 B受精卵 C卵细胞 D成熟的白细胞7下列不属于动物细胞工程应用的是（ ）A大规模生产干扰素。用于抵抗病毒引起的感染B为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞C大规模生产食品添加剂、香料等 D利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖8关于植物体细胞杂交的叙述中错误的是（ ） A把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B获取的植物细胞不经处理在促融剂的作用下，将其融合。C克服远源杂交不亲和的障碍D融合的植物体细胞须经组织培养才能获得杂种植株9我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导人棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是（ ）A基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少B重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C抗虫棉的抗虫基因可避过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染D转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的10李振声培育的小偃6号得到广泛推广，农民说“要吃面，种小偃”。袁隆平培育的杂交水稻具有水稻的一般特性，但其单株产量却大大提高；这说明生物体具有（ ） A适应性和应激性 B生长和发育的特性C遗传性和变异性 D可变性和恒定性11下列关于克隆的叙述，正确的是（ ）A将某肿瘤细胞在体外培养成一个细胞系B将抗药性的基因引入草履虫的细胞中C将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞D将鸡的某个DNA片段整合到小鼠DNA分子中12单克隆抗体是指（ ） A单个骨髓瘤细胞增殖产生的抗体B单个B淋巴细胞增殖产生的抗体 C单个杂交瘤细胞增殖产生的抗体 D单个抗体通过克隆化产生大量抗体二、简答题1单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞正常个体的基因型为BB、Bb，镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者，为了能生下健康的孩子，每次妊娠早期都进行产前诊断。下图为其产前核酸分子杂交诊断和结果示意图。 (1)从图中可见，该基因突变是由于_引起的。巧合的是，这个位点的突变使得原来正常基因的限制酶切割位点丢失。正常基因该区域上有3个酶切位点，突变基因上只有2个酶切位点，经限制酶切割后，凝胶电泳分离酶切片段，与探针杂交后可显示出不同的带谱，正常基因显示_条，突变基因显示_条。 (2)DNA或RNA分子探针要用_等标记。利用核酸分子杂交原理，根据图中突变基因的核苷酸序列(ACGTGTT)，写出作为探针的核糖核苷酸序列_。 (3)根据凝胶电泳带谱分析可以确定胎儿是否会患有镰刀型细胞贫血症。这对夫妇4次妊娠的胎儿14中基因型BB的个体是_，Bb的个体是_。bb的个体是_。2很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因(抗虫基因)转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。(1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以_。将目的基因与运载体结合时必须用_酶和DNA连接酶。在基因工程中，常用的运载体有_等，而作为运载体必须具备相应的条件，例如，应具有_以便进行筛选。(2)由转基因玉米细胞经过_形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的_再包裹合适的_等。3下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。(1)_技术是单克隆抗体技术的基础。(2)根据培养基的用途分类，图中培养基属于_培养基。(3)单克隆抗体与常规的血清抗体相比。最大的优越性是_。(4)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用诱导剂外，还可以采用_。(5)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的_特点，又具备淋巴细胞的_的特点。(6)淋巴细胞是由动物体_中的_细胞分化、发育而来。(7)杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是_。4基因工程又叫基因拼接技术。(1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一是：以目的基因转录的 为堡板， 成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成 。(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌 。若将真核基因在原核细胞中表达，对该目的基因的基本要求是 。(3)假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有 种环状DNA分子，它们分别是 。(4)种植转基因作物时，非常容易将其所携带的目的基因通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是_。5肺癌的发病率居肿瘤之首，小细胞肺癌是恶性程度最高的一种肿瘤，上海肿瘤研究所细胞与分子免疫研究室在国内率先研制出一种名叫“2F7”的靶向生物导弹。这种生物导弹是一种专门对小细胞肺癌产生特定靶向性的特异性单克隆抗体。注入静脉后，会“直扑”小细胞肺癌病灶，使其携带的肿瘤化疗药物能“集中火力”抑制杀灭肿瘤细胞。这预示着化疗药物有望弥补敌我不分以致损害全身免疫力的缺陷。(1) 制备单克隆抗体的原理是_。(2) 制备单克隆抗体用到的动物细胞工程技术手段有_。(3) 单克隆抗体是由_细胞产生的。(4) 静脉注射而不是口服单克隆抗体的原因是_。6圆褐固氮菌是自生固氮菌，为经济有效地提高农作物产量，人们一直在努力研究、寻找固氮基因。对基因的研究常常因研究样品中DNA含量太低而难以进行，PCR技术有效地解决了这个问题。如今对基因的深入研究使人类跨入了蛋白组研究时代，从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质是该研究要做的基本工作之一。（1）某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌样品和酵母菌样品混在一起，已知青霉素会影响固氮菌的生长繁殖，但不影响真菌的生长繁殖。请填空完成分离这两种菌的主要实验步骤：分别配置 的培养基和 的培养基，分别分成两份，依次标上A、a、B、b备用；分别向A、B培养基接种 ；把接种后的培养基放在恒温箱中3d4d；从A、B培养基上生长的 中挑取生长良好的菌株，分别接种到 中； 。（2）在对固氮基因产物的生产研究中，需要从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质。下图表示蛋白质提取和分离实验涉及的相关原理。图甲表示相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶色谱法分离的过程。试管中收集到的液体最先出现的是相对分子质量较大的蛋白质，原因是 。图乙所示实验模拟电泳现象，U型管左侧的颜色逐渐变深，原因是 。7阅读下列材料，回答有关问题： 材料一 2005年组织工程学杂志发表了食用人造肉的有关最新研究成果。据称可以从牛、猪、家禽或者鱼的肌肉组织中提取细胞在薄膜上培育，细胞逐渐生长、扩展，然后从薄膜上脱落，许多细胞堆积就形成了“人造肉”。研究人员称：“培育的人造肉能减少饲养家禽带来的污染，避免各种动物用药的污染，还可以节约水土资源。” 材料二 在20世纪60年代，一些科学家就尝试将番茄和马铃薯杂交，试图培育出一种地上长番茄，地下结马铃薯的“超级作物”。科学家经过长期的实验，利用体细胞杂交技术获得了“番茄马铃薯”杂种植株，实验过程如下图所示，遗憾的是该杂种植株并非是想像中的那种“超级作物”。(1)材料一中“人造肉”的生产主要应用了_技术。之所以称之为新的科研成果是因为选用的试验材料为_细胞，它克服了以往只能用_细胞为材料的局限。(2)材料二所用到的植物体细胞杂交技术应用到原生质体融合和_技术，该技术的理论基础是_。(3)图中步骤所示植物细胞用_法除去细胞壁，分离出有活力的原生质体。(4)由杂种细胞培育成试管苗，需要经过细胞的_和_过程。 (5)马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株为异源_倍体，从理论上讲，杂种植株的育性为_。8菲尔和梅洛因发现了RNA干扰现象（RNAi），获得了2006年诺贝尔生理学或医学奖。RNA干扰的机制如下：双链RNA一旦进入细胞内就会被一个称为Dicer的特定的酶切割成2123个核苷酸长的小分子干涉RNA（SiRNA）。Dicer酶能特异识别双链RNA，以ATP依赖方式切割由外源导入或者由转基因、病毒感染等各种方式引入的双链RNA，切割产生的SiRNA片断与一系列酶结合组成诱导沉默复合体（RISC）。激活的RISC通过碱基配对结合到与SiRNA同源的mRNA上，并切割该mRNA，造成蛋白质无法合成（如下图所示）。回答下列问题：双链RNA mRNA RNA链的一股位 通过碱基配对把复合 mRNA被切断毁掉， 于RISC复合体上 体连接到mRNA链上 蛋白质不能合成RNAi机理 Dicer RISC RISC 核酸内切酶只与双链RNA结合,把双链RNA切割成较小的片段（1）组成双链RNA的基本单位是 。（2）根据RNAi机理，RNAi能使相关基因“沉默”，其实质是遗传信息传递中的 _过程受阻。（3）通过Dicer切割形成的SiRNA要使基因“沉默”，条件是SiRNA上有 。（4）有科学家将能引起RNA干扰的双链RNA的两条单链分别注入细胞，结果却没有引起RNA干扰现象，请据图分析最可能的原因是 。 （5）研究发现，某基因上碱基的改变也有可能导致生物性状的变异。若有一亲代DNA上某个碱基对发生改变，则其子代的性状不一定发生改变。请作出3种合理的解释： 。9生物技术在农业生产、优良畜群繁育、疾病征服等方面，展现出诱人的前景。请根据以下材料回答相关问题：材料一：经过一个世纪的发展，植物细胞工程技术解决了人类生存的关键问题（粮食问题），为人类创造了巨大的财富。（1）植物细胞工程最基本的技术是植物组织培养，它所依据的生物学原理是 。（2）目前，兰花、香蕉等植物的生产都是通过微型繁殖技术来提供试管苗，其优点是 。（3）植物体细胞杂交技术的关键是 和 。材料二：为大力发展我国奶牛养殖业，科学家们对育种途径进行了大胆探索，下图为相关构思过程：重组细胞早期胚胎细胞核去核卵细胞优质奶牛供体细胞受体卵母细胞胚胎2牛2犊牛2胚胎1牛1犊牛1（4）该过程所涉及的现代生物技术有_ 、 、 和 。（5）目前使用的供体细胞一般都选择传代10代以内的细胞，原因是_ _。（6）在供体细胞与受体卵母细胞结合之前，先要去掉受体卵母细胞的核的原因是： 。早期胚胎内细胞团胚胎干细胞材料三：运用细胞培养技术可以从哺乳动物的早期胚胎中获得胚胎干细胞（ES细胞），如右图。（7）在培养过程中，必须用 处理内细胞团，使之分散成单个细胞。（8）体外培养胚胎干细胞能否获得动物器官？ 为什么？_ 。10.金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病 。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：获得抗病基因的茶花叶片细胞(1)将连接到上并形成，常用的酶有 和 。(2)是从某植物中分离得到的抗枯萎病基因，除了这一方法外，还可以用的方法是 。(3)是 ，经检测，导入了的金茶花叶片细胞具备了抗病性，欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是 ，转基因“抗枯萎病金茶花”具有抗枯萎病的能力，这表明金茶花体内产生了抗枯萎病的物质，这种物质的化学成分是 。（4）该项科技成果在环境保护上的作用是 。通过转基因方法获得的抗枯萎病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因? 。为什么? 。11研究者用体外合成技术合成肽链。做法：取四支试管，在每支试管中分别加入一种氨基酸（丝氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和半胱氨酸），再加去除了DNA和信使RNA的细胞提取液、人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。结果加入苯丙氨酸的管中出现由苯丙氨酸构成的肽链。细胞提取液中去除DNA的原因是 ；人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸在实验所起的作用是 。从实验结果得知，合成苯丙氨酸的密码子是 ；实验模拟了基因控制蛋白质合成中的 过程。12下图示利用细菌质粒生产转基因植物的主要过程。请据图回答：（1）质粒多存在于细菌中，它是能自我复制的 。（2）获取外源基因（目的基因）需要限制酶的参与，而目的基因在重组过程中需要 酶的参与，并依据碱基 原则进行重组。（3）杆菌中的重组质粒进入植物细胞的相应位置，至少穿过 层膜结构；此时的植物细胞可被称为 细胞。（4）首先必须经过组织培养，人工合成的培养基一般包括 、 、维生素等。由植物体细胞发育成植株过程说明植物细胞具有 。（5）细菌细胞和植物细胞结构上的主要区别有 。 参考答案1(1)碱基对改变(或A变成T) 2 1 (2)放射性同位素(或荧光分子等) UGCACAA (3)1和4 3 22(1)人工合成 同种限制 质粒(或动植物病毒或噬菌体等) 标记基因 (2)脱分化(或去分化) 胚状体 人造种皮 3(1)动物细胞培养(微生物培养)(2)选择(3)特异性强，灵敏度高 (4)灭活的病毒(5)在体外大量增殖 分泌特异性抗体(6)骨髓 造血干(7)主动运输(主动吸收)4(1) 信使RNA(mRNA)逆转录(反转录) 双链DNA(目的基因)(2) 动植物细胞 除去内含子(3) 3 运载体自连的、目的基因片段自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子(4) 叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递5(1) 每种效应B细胞只能产生一种特异性抗体 (2) 动物细胞融合，动物细胞培养 （3）杂交瘤细胞 （4）抗体是蛋白质，若口服会被消化，使抗体失去其功能6（1）无氮（或不含氮和青霉素） 加青霉素（或加青霉素和氮） 混有两种菌的样品 菌落；a、b培养基 把接种后的培养基放在恒温箱中3d4d （2）蛋白质相对分子量较大，被排阻在凝胶