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专题十九现代生物科技专题 限制酶 载体 基因表达载体的构建 目的基因的检测与鉴定 转基因动物 基因治疗 基因 可产生自然界没有的蛋白质 细胞的全能性 细胞膜的流动性 植物体细胞杂交 培育作物新品种 细胞增殖 动物细胞核的全能性 获得克隆动物个体 细胞膜流动性 给小鼠注射抗原 产生专一抗体的杂交瘤细胞 考点一有关基因工程中的几个问题归纳 1 限制性核酸内切酶和dna连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键 不是氢键 只是一个切开 一个连接 2 限制性核酸内切酶在第一步和第二步操作中都用到 且要求同一种酶 目的是产生相同的黏性末端 第二步中两种工具酶都用到 3 dna酶即dna水解酶 是将dna水解的酶 dna聚合酶是在dna复制过程中 催化形成新dna分子的酶 是将单个游离的脱氧核苷酸加到dna片段上 需要模板 但dna连接酶是将两个dna片段的两个缺口同时连接 不需要模板 dna聚合酶和dna连接酶作用的化学键相同 都是磷酸二酯键 4 质粒是最常用的运载体 不要把质粒同运载体等同 除此之外 噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 运载体的化学本质为dna 其基本单位为脱氧核苷酸 5 原核生物基因 如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌 可为真核生物 如棉花 提供目的基因 6 基因工程可按照人们的意愿定向培育新品种 且可突破生殖隔离 实现不同物种间的基因重组 典型示例1 2010 全国 5 下列叙述符合基因工程概念的是 a b淋巴细胞与肿瘤细胞融合 杂交瘤细胞中含有b淋巴细胞中的抗体基因b 将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌 获得能产生人干扰素的菌株c 用紫外线照射青霉菌 使其dna发生改变 通过筛选获得青霉素高产菌株d 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 解析基因工程是在生物体外 通过对dna分子进行人工 剪切 和 拼接 对生物的基因进行改造和重新组合 然后导入受体细胞内进行无性繁殖 使重组基因在受体细胞内表达 产生出人类所需要的基因产物 所以b为基因工程 而a为动物细胞工程 c为诱变育种 d无人为因素不属于基因工程 答案b 变式训练 2009 浙江卷 下列关于基因工程的叙述 错误的是 a 目的基因和受体细胞均可来自动 植物或微生物b 限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶c 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性d 载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞和促进目的基因的表达解析载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞 但由于它和目的基因是相互独立的 并不能促进目的基因的表达 答案d 考点二dna重组技术的基本工具 典型示例2 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 请据图回答下列问题 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 相同 会出现自身环化的情况 而用两种限制酶切割 因为两端形成的黏性末端不同 不会出现自身环化 5 dna连接酶可以连接具有相同黏性末端的dna片段 答案 1 0 2 2 高 3 sma 会破坏质粒的抗性基因 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 解析 1 切割前质粒为环状 不含游离的磷酸基团 切割后质粒成了一个链状的双链dna分子 含两个游离的磷酸基团 2 因为sma 识别序列中均为g c碱基对 g c之间含三个氢键 热稳定性高 3 据图可知 sma 既会破坏标记基因 也会破坏目的基因 4 若用同种限制酶切割质粒和外源dna中的目的基因 因为两端的黏性末端 考点三与dna分子相关的酶 1 几种酶的比较 2 限制酶与dna连接酶的关系 限制酶不切割自身dna的原因是 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 dna连接酶起作用时不需要模板 特别提醒 1 切割质粒需使用限制酶1次 切割目的基因则需要使用相同的限制酶2次 因为质粒是环状dna 而目的基因在dna分子链上 2 质粒dna分子上限制酶切割位点的选择必须保证至少有一个标记基因是完整的 如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与选择 3 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 典型示例3 2011 浙江卷 将ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒pet28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 a 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒b 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad 每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 解析将重组质粒导入大肠杆菌中并成功表达 说明大肠杆菌内至少含有一个重组质粒 每个重组质粒都含有目的基因ada 则该重组质粒至少含一个能被该限制性核酸内切酶切割的位点 限制性核酸内切酶具有特异性 种类不同 识别的位点不同 切割出的黏性末端也就不同 因此并不是每个位点都能插入ada 根据题干信息 导入重组质粒的大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶 说明插入的ada至少表达出一个腺苷酸脱氨酶分子 答案c 变式训练 如图是利用基因工程技术培育转基因植物 生产可食用疫苗的部分过程示意图 其中pst sma ecor apa 为四种限制性核酸内切酶 下列说法错误的是 a 图示过程是基因工程的核心步骤b 表达载体构建时需要用到限制酶sma c 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来d 除图示组成外 表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构解析图示过程为基因表达载体的构建过程 是基因工程中的核心步骤 构建过程中需要将目的基因完整切割下来 此时要用到限制酶pst ecor 抗卡那霉素基因是标记基因 目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子和标记基因等 答案b 考点四基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 从基因文库中获取目的基因 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 利用pcr技术扩增目的基因 利用dna复制的原理在体外特异性的复制某dna片段以获得呈指数方式增加的目的基因 3 人工合成法 通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体组成 启动子 终止子 是基因转录的起点和终点 在转录过程中起调控作用 标记基因 作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 如抗生素抗性基因 目的基因 能控制特定性状的外源基因 2 基因表达载体的构建步骤 载体 质粒 dna分子 含目的基因 同一种限制酶切割 带有黏性末端切口 带有相同黏性末端的目的基因片段 重组dna 环状重组质粒 dna连接酶 3 将目的基因导入受体细胞 转化 4 目的基因的检测与鉴定 特别提醒 1 目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 2 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象第一步存在逆转录法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子水平杂交方法 典例示例4 2011 山东高考改编 人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示 1 图中的高血压相关基因作为 质粒作为 二者需用 切割后连接成重组载体 该过程与质粒上含有 有关 2 重组dna导入的受体细胞是大鼠的 细胞 常用的方法是 在dna重组过程中核心的操作是 3 子代大鼠如果 和 即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达 然后可用其建立高血压转基因动物模型 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和 解题指南 1 考查实质 本题主要考查基因工程的操作程序 涉及到胚胎工程技术 2 解题关键 高血压相关基因与质粒形成重组dna后导入到受精卵细胞中 是dna重组技术 解析 1 根据题干中 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠 推出 目的基因为与高血压相关的基因 为使目的基因与载体结合需用同一种限制性核酸内切酶切割 2 重组dna分子导入受体细胞中 植物细胞 动物细胞和微生物细胞导入目的基因的方式不同 动物细胞主要用显微注射技术将重组dna分子导入细胞中 基因工程操作的第二步 即基因表达载体的构建是整个过程中的关键 3 如果检测到相应蛋白质 即可在分子水平说明目的基因已经表达 如果检测子代大鼠已患高血压 即可在个体水平说明目的基因已经表达 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是体外受精 早期胚胎培养和胚胎移植 早期胚胎需要移植入体内 以提供一个稳定的环境和充足的营养供应 答案 1 目的基因载体同一种限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶的切割位点 2 受精卵显微注射技术基因表达载体的构建 3 检测到相应蛋白质已患高血压 4 胚胎移植 典型示例5 2011 安徽 家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力 将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养 可提取干扰素用于制药 1 进行转基因操作前 需用 酶短时处理幼蚕组织 以便获得单个细胞 2 为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达 需要把来自cdna文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的 和 之间 3 采用pcr技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞 该pcr反应体系的主要成分应包含 扩增缓冲液 含mg2 水 4种脱氧核糖核苷酸 模板dna 和 4 利用生物反应器培养家蚕细胞时 贴壁生长的细胞会产生接触抑制 通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中 这样可以 增加培养的细胞数量 也有利于空气交换 解析本题综合考查基因工程 细胞工程和pcr技术 意在考查考生对基础知识的理解 胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理可以将动物组织分解成单个细胞 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子 标记基因等 其中启动子和终止子有利于目的基因的表达 标记基因有利于目的基因的检测 pcr技术中需要原料 4种脱氧核苷酸 缓冲液 模板dna 引物和耐热dna聚合酶等 在生物反应器中放入多孔的中空薄壁小玻璃珠的目的 一方面有利于细胞的贴壁生长 避免接触抑制 另一方面有利于气体交换 答案 1 胰蛋白 或胶原蛋白 2 启动子终止子 3 对干扰素基因特异的dna引物对taqdna聚合酶 4 扩大细胞贴壁生长的附着面积 变式训练 2012 南京二模 下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程 请据图回答下列有关问题 1 若限制酶 的识别序列和切点是 gatc 限制酶 识别序列和切点是 g gatcc 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 将通过 过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上 若能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒 反之则说明没有导入 3 要确定抗虫基因导入后 是否能稳定遗传并表达 需进行检测和鉴定工作 则在个体水平上的鉴定过程可简述为 经筛选分析 该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的dna片段 因此可以把它看作是杂合子 理论上 该转基因植株自交产生的f1代中 仍具有抗虫特性的植株占总数的 4 过程所用的现代生物技术称为 从遗传学角度来看 据细胞通过 过程 能形成棉植株的根本原因是细胞具有 解析本题极易出错的部分有 在第 1 小题中没有看清目的基因插入的位置 从而不能确定用限制酶 还是 来切割质粒还是切割抗虫基因 第 3 小题检测抗虫性状在个体水平上是否表达 应该让害虫吞食转基因棉花的叶片 观察害虫的存活情况 这个地方也有出错的 主要没有看清是在哪个水平上进行检测的 考点五基因工程的应用成果 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 1 概念 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 2 两者的区别 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网 高尔基体等细胞器 产生的药物蛋白可能没有活性 动物的受精卵 微生物细胞 显微注射法 感受态细胞法 不需严格灭菌 温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌 严格控制工程菌所需的温度 ph 营养物质浓度等外界条件 从动物乳汁中提取 从微生物细胞中提取 畜牧业生产 加提取设备 工业生产 设备精良 2 基因治疗与基因诊断 基因表达 碱基互补配对 利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中 以表达出正常性状来治疗 临床实验 制作特定dna探针与病人样品dna混合分析杂交带情况 临床应用 高考警示钟 1 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较高 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 2 基因治疗后 缺陷基因没有改变基因治疗是把正常基因导入受体细胞中 以表达正常产物从而治疗疾病 对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变 典型示例6 乳腺生物反应器是基于转基因技术平台 将外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺 利用动物乳腺能够天然 高效合成分泌蛋白 如图为利用生物工程技术让羊生产治疗心脏病药物tpa的大致过程 请据图分析回答 1 图中 表示基因表达载体的构建 该载体的组成通常有外源基因 等 2 图中 过程选择受精卵作为tpa基因受体细胞的主要原因是 3 图中 表示检测与筛选过程 通常采用的方法是 4 除利用乳腺 膀胱等生物反应器外 人们还可以利用 等方法来生产上述物质 而传统生产上述药品是 中提取 存在的缺点是 解题指南 1 考查实质 借转基因动物生产药物的相关知识来考查基因工程的工具和操作过程 2 解题关键 1 载体的组成必须具备表达的调控序列和筛选标记 2 受精卵细胞与体细胞的细胞核相同但细胞质不同 3 目的基因的检测与鉴定应包含分子水平和个体水平 4 工程菌与动物细胞代谢的环境必须是无菌条件 解析 1 重组dna分子除应该含有标记基因方便筛选外 还应该含有外源目的基因表达所必需的启动子和终止子等调控序列 2 受精卵细胞质基质中含有很多个体发育所需的营养物质 容易产生完整的个体 全能性最高 3 考查目的基因的检测和表达 用dna分子杂交技术检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因 用分子杂交技术检测目的基因是否转录出了mrna 即用标记的目的基因作探针与mrna杂交 用抗原 抗体杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质 即从转基因生物中提取蛋白质 用相应的抗体进行抗原 抗体杂交 有时还需进行个体生物学水平的鉴定 通过生物性状表达与否来检测基因工程的成功与否 4 乳腺生物反应器和膀胱生物反应器是转基因动物生产药物的新方法 传统生产多以微生物发酵工程或动物细胞工程为主要方法 但由于受操作条件相对较苛刻等的限制 所以价格较高 答案 1 启动子标记基因终止子 2 受精卵发育的全能性最容易表达 3 分子杂交个体生物学水平鉴定dna分子杂交抗原 抗体杂交 答对任意两种即可 4 工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织 细胞或血液由于受操作条件相对较苛刻等的限制 价格十分昂贵 考点六蛋白质工程与基因工程的比较 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 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 图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么 5 下列关于蛋白质工程的说法 错误的是 填字母 a 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更加符合人类需要 b 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子的结构 c 蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 d 蛋白质工程与基因工程密不可分 又称为第二代基因工程 2 通过dna合成形成的新基因应与结合后转移到 解析 1 蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质结构进行分子设计 因此 题图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能 2 合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达 3 利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质 需对原有的胰岛素进行改造 根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列 人工合成新的胰岛素基因 形成目的基因 改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物 并且在生产过程中要借助工程菌 所以还需要进行发酵 因此该过程涉及蛋白质工程 基因工程和发酵工程 4 由新的蛋白质模型到构建新的基因 其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的 序列 推测出基因中的脱氧核苷酸序列 然后用dna合成仪直接合成出新的基因 5 由于基因决定蛋白质 因此 要对蛋白质的结构进行设计改造 最终还必须通过改造基因来完成 而不是直接对蛋白质分子进行操作 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 推测出其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 b 典型示例7 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质 可以用于治疗病毒感染和癌症 但体外保存相当困难 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可在 70 条件下保存半年 给广大患者带来福音 1 蛋白质的合成是受基因控制的 因此获得能够控制合成 可以保存的干扰素 的基因是生产的关键 依据蛋白质工程原理 设计实验流程 让动物生产 可以保存的干扰素 2 基因工程和蛋白质工程相比较 基因工程在原则上只能生产 的蛋白质 不一定符合 需要 而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础 通过 或 对现有蛋白质进行 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活需要 3 蛋白质工程实施的难度很大 原因是蛋白质具有十分复杂的 结构 4 对天然蛋白质进行改造 应该直接对蛋白质分子进行操作 还是通过对基因的操作来实现 原因是 解题指南 1 考查实质 对蛋白质工程的实验流程的理解 2 解题关键 1 明确蛋白质工程的实质是根据蛋白质预期功能推测出相对应的脱氧核苷酸序列 2 明确蛋白质工程是通过改造基因来改造蛋白质 答案 1 预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造 3 空间 或高级 4 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造首先 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造了基因也就是对蛋白质进行了改造 而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造过的蛋白质分子也无法遗传 其次 对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作 难度要小得多 解析 1 蛋白质工程的基本流程为根据预期的蛋白质功能推测出蛋白质结构及控制该蛋白质的基因的脱氧核苷酸序列 2 蛋白质工程的实质是通过对基因改造或修饰制造自然界不存在的符合人们生产和生活需要的蛋白质 3 蛋白质的空间结构十分复杂 很难根据预期功能来预测出空间结构 4 基因控制蛋白质的合成 对基因的改造相当于间接改造了蛋白质 考点七植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 选取根尖 茎尖 形成层部位最容易诱导脱分化 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞 脱分化 再分化等 除脱分化 再分化外 还要用酶解法去除细胞壁 用一定的方法诱导细胞融合 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础 植物体细胞杂交所用的技术更复杂 特别提醒 1 不同细胞的全能性不同 具体表现为 受精卵 生殖细胞 体细胞 离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关 但生殖细胞特殊 2 脱分化形成愈伤组织的过程不需要光 再分化过程需要光 因为愈伤组织利用有机营养成分 而试管苗需要进行光合作用以自养 3 植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同 因为培养的目的不同 生根或生芽 典型示例8 通过细胞工程技术 利用甲 乙两种植物的各自优势 甲耐盐 乙高产 培育高产耐盐的杂种植株 请完善下列实验流程并回答问题 1 a是 酶 b是 d是具有 优良性状的幼芽 d长成的幼苗需要选择的原因是 2 由c形成植株的过程利用了 技术 形成愈伤组织需要经过 过程 愈伤组织形成d需要经过 过程 整个培养过程要在 条件下进行 3 植物体细胞融合成功的标志是 目前植物体细胞杂交还存在许多问题没有解决 如 尽管如此 这项新技术在 等方面取得的重大突破还是震撼人心的 解题指南 1 知识储备 植物体细胞杂交过程和植物组织培养过程 2 解题关键 1 明确诱导原生质体融合后产生的杂种细胞有多种 需经筛选 2 注意流程图中关键字眼 用钠盐浓度为0 6 的固体培养基培养 即筛选掉了不耐盐的愈伤组织 解析 1 由植物细胞变成原生质体 主要原因是去掉了细胞壁 其主要成分是纤维素和果胶 酶有专一性 所以应用纤维素酶和果胶酶处理 两个原生质体经peg诱导后融合 再生出细胞壁后变成杂种细胞 利用植物组织培养技术可得到愈伤组织 丛芽结构和试管苗 并非每个细胞都能表达出耐盐性状 需要利用含盐培养基进行选择 2 c细胞是杂种细胞 形成植株需要植物组织培养过程 经历了细胞的脱分化过程和再分化过程 过程中涉及到培养基培养过程 所以无菌操作非常重要 3 植物细胞融合时 核质应该都进行融合 当细胞壁再生时 说明融合后的细胞核与细胞质进行正常的新陈代谢了 即融合成功 植物体细胞杂交虽然克服了远缘杂交不亲和的障碍 但让杂合子表达出两种植物的优良性状有时还比较困难 答案 1 纤维素酶和果胶融合的原生质体耐盐有耐盐高产和耐盐不高产两种 2 植物组织培养脱分化再分化无菌 3 再生出新的细胞壁不能按照人的意愿表达两个亲本的性状克服远缘杂交不亲和的障碍 考点八植物细胞工程的实际应用1 植物繁殖的新途径 1 微型繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 微型繁殖两个优点 2 作物脱毒 解决的问题 无性繁殖的作物 感染的病毒在体内逐年积累 产量降低 品质变差 解决方法 切取一定大小的茎尖进行组织培养 再生的植株就有可能不带病毒 从而获得脱毒苗 保持优良品种的遗传特性 高效快速地实现种苗的大量繁殖 理论基础 植物分生区附近病毒极少 甚至无病毒 成果 采用茎尖组织培养技术 已获得脱毒的马铃薯 草莓 甘蔗 菠萝和香蕉等 3 人工种子 获取方法 以植物组织培养得到的胚状体 不定芽 顶芽和腋芽等为材料 用人工薄膜包装 解决的问题 a 一些植物繁殖周期长 数年后才能结出种子 b 有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性 c 常规种子的生产受季节 气候和地域的限制 并且占用大量的土地 2 单倍体育种和突变体利用的比较 3 细胞产物的工厂化生产 1 细胞产物的种类 蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 2 成功的实例 人参 三七 紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产 特别提醒 1 利用植物组织培养生产细胞产物时 有时只需将外植体培养到愈伤组织 从愈伤组织中获取产物 2 人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供 典型示例9 如图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图 请据图回答 1 图中单倍体植株通常的获取方式是 若图中单倍体细胞含2个染色体组 a有4个染色体组 则 过程所用化学试剂的作用是 2 图中b和c过程的不同点是 这种不同主要的决定因素是 3 若想在c过程中获得突变体 进而培育成新品种植株 应用物理诱变或化学诱变的方法处理 4 若要获得水稻的人工种子 则应选用图中 的结构 该结构与正常受精卵形成的 有类似的结构和发育过程 5 若d为胡萝卜 羊角芹 过程常用的物理方法有 等 经融合处理后 含有的细胞类型有 种 若融合的细胞只考虑两两融合 解题指南 1 考查实质 植物细胞工程的原理和应用 2 解题关键 1 明确植物组织培养的过程 2 明确愈伤组织和胚状体的重要应用 解析 1 图中a过程表示单倍体育种 获取单倍体时常用花药离体培养的方法 若要使单倍体的染色体加倍 变成a植株 则需要在 过程中用秋水仙素处理幼苗 以抑制纺锤体的形成过程 2 图中b和c过程都是体细胞的组织培养 其不同点是b过程中形成的是胚状体 而c过程形成的是丛芽 这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值 3 在组织培养过程中获得突变体 一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织 再由愈伤组织经再分化形成突变植株 4 若要获得水稻的人工种子 则应选用图中的胚状体结构 该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程 5 若d为植物细胞融合的过程 过程常用的物理方法有离心 振动 电激等 经融合处理后 不一定所有细胞都参与融合过程 所以含有的细胞类型有5种 正常的胡萝卜细胞 正常 的羊角芹细胞 胡萝卜 胡萝卜融合细胞 羊角芹 羊角芹融合细胞和胡萝卜 羊角芹融合细胞 而两两融合的为3种 答案 1 花药离体培养抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成 2 b过程中形成的是胚状体 而c过程形成的是丛芽细胞分裂素与生长素的比值 3 愈伤组织 4 胚状体胚 5 离心 振动 电激3 考点九植物组织培养与动物细胞培养的主要区别 特别提醒 1 植物组织培养和动物细胞培养过程都存在细胞的培养过程 但植物细胞可以先分裂再分化 而动物细胞不分化只分裂 2 区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养 贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理 然后再分瓶培养 原代培养结束 开始了传代培养 3 植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同 而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同 也有部分性状与受体相同 典型示例10 人的血清白蛋白 has 在临床上需求量很大 通常从血液中提取 但由于艾滋病病毒等的威胁与日俱增 使人们对血液制品的使用顾虑重重 如果应用现代生物科学技术 将人的血清白蛋白基因导入奶牛细胞中 那么利用牛的乳汁生产血清白蛋白就会安全 高效地满足人类需求 如图是利用奶牛乳汁生产人类血清白蛋白的图解 根据图示回答 4 用 细胞进行培养发育成胚胎时 一般不超过 代 原因是 此培养过程与植物细胞培养所用的培养基有何不同 5 将 送入 的最佳时期是 期 解题指南 1 考查实质 动物细胞核移植过程 基因工程操作过程 2 解题关键 1 明确 过程是将目的基因导入受体细胞 的形成过程为核移植 2 明确细胞培养在10代以内 细胞核型不会发生变化 解析 1 图中形成 的过程为核移植 由重组细胞发育成 的过程需经动物细胞培养 2 获取目的基因的方法主要有pcr扩增技术 人工合成法和从基因文库中提取法 获取的目的基因导入动物细胞常用显微注射法 3 动物组织分散成单个细胞常用胰蛋白酶处理 对卵母细胞的去核处理一般选择在m 时期 4 动物细胞培养时 一般不超过10代 超过10代后细胞的核型可能会发生变化 5 胚胎移植的最佳时期是桑椹胚或囊胚期 答案 1 核移植技术 动物细胞培养 2 基因文库中提取 pcr技术扩增 人工化学合成 两种即可 启动子 终止子 标记基因显微注射法 3 胰蛋白酶或胶原蛋白酶m 或减数第二次分裂中 4 1010代以内的细胞 细胞核型不发生变化此培养基中加入动物血清 血浆等 5 桑椹胚或囊胚 考点十植物体细胞杂交与动物细胞融合比较 2 细胞融合两次筛选的目的及方法 1 在特定的选择性培养基上 未融合的亲本细胞 b淋巴细胞和骨髓瘤细胞 和融合的具有同种核的细胞 bb融合细胞 瘤瘤融合细胞 都会死亡 只有融合的杂种细胞 杂交瘤细胞 才能生长 这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖 又能产生单一的特异性抗体 2 经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞 很多种杂交瘤细胞 需经克隆化培养和抗体检测 经多次筛选后可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞 特别提醒 抗体是由b淋巴细胞分泌的 每一种b淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体 要想得到大量的单一抗体 必须将同一种b淋巴细胞大量克隆 但在体外培养的条件下 一个b淋巴细胞不能无限增殖 而骨髓瘤细胞可以在体外无限增殖 因此 通过细胞融合可得到既能分泌特异性抗体 又能无限增殖的杂交瘤细胞 典型示例11 对下面制备单克隆抗体过程示意图的叙述不正确的是 a 表示b淋巴细胞和骨髓瘤细胞均是从小鼠的脾脏中提取的b 中的筛选是通过抗原 抗体反应进行的c 促进细胞融合的过程可以利用聚乙二醇作介导d 可以无限增殖 解析 表示提取过程 指的是从小鼠的脾脏内提取b淋巴细胞 从骨髓中提取骨髓瘤细胞 答案 a 考点十一动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 过程 2 原理 动物细胞的细胞核具有全能性 3 应用 加速家畜遗传改良进程 促进优良畜群家畜 保护涉危物种 增加存活数量 作为生物反应器 生产珍贵的医用蛋白 作为异种移植的供体 用于组织器官的移植等 4 体细胞核移植技术存在的问题 克隆动物存在着健康问题 表现出遗传和生理缺陷等 2 单克隆抗体的制备 1 取相应b淋巴细胞前必须先注射相应抗原 否则不能获得单克隆抗体 2 细胞融合后需经二次筛选 第一次 在特定的选择性培养基上 未融合的亲本细胞 b淋巴细胞和骨髓瘤细胞 和融合的具有同种核的细胞 bb融合细胞 瘤瘤融合细胞 都会死亡 只有融合的杂种细胞 杂交瘤细胞 才能生长 这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖 又能产生单一的特异性抗体 第二次 经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞 很多种杂交瘤细胞 需经克隆化培养和抗体检测 经筛选后才可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞 特别提醒 1 植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对象不同 纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁 而胰蛋白酶等作用于细胞间质 2 灭活的病毒保持了其抗原性 但毒性消失 3 植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性 但动物杂交细胞的全能性不能表达 典型示例12 有性生殖的生物产生后代需进行受精作用 植物体细胞杂交要进行原生质体的融合 单克隆抗体的制备需进行动物细胞融合 可见细胞的融合技术有着广泛的应用 下列为细胞融合的简略过程 据图回答相关问题 1 若a b分别是基因型为hhrr hhrr两个烟草品种的花粉 且这两对基因分别位于两对同源染色体上 由于受一对隐性纯合基因 rr或hh 的作用 在光照强度大于800lx时都不能生长 要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为hhrr的杂种细胞 较为简便的筛选方法是 2 若a b表示两种植物体细胞 则由d细胞形成杂种植株的原理是 这种育种方法的优点是 3 若a b分别为骨髓瘤细胞和b淋巴细胞 则d细胞特点是 由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较 具有 的特点 生产上一般不能通过直接培养b淋巴细胞的方法生产单克隆抗体的主要原因是 4 下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解 请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来 解题指南 1 考查实质 植物体细胞杂交与单克隆抗体的制备 2 解题关键 1 hr是a b产生配子中相同的配子 另外两种配子分别是hr hr 2 两个不同的细胞形成的杂种细胞发育成植株 3 瘤细胞特点 b淋巴细胞特点与融合后的细胞具备的特点之间的关系 4 单克隆抗体产生的过程由细胞融合和杂交细胞的培养两部分组成 解析 1 a的花粉基因型为hr和hr b的花粉基因型为hr和hr 只有hhrr的基因组合方式没有隐性纯合基因 所以杂种细胞hhrr能在光照强度大于800lx时生长 2 植物体细胞杂交形成植株 是植物细胞全能性的表现 克服了自然条件下物种之间的生殖隔离 3 在单克隆抗体产生过程中细胞d是杂交瘤细胞 具备了融合前两种细胞的优点 能无限增殖且产生特定抗体 而且反复筛选的细胞d产生的抗体品质优良 b淋巴细胞能产生特定抗体 但不能无限增殖 无法得到大量的抗体 4 只能注射特定抗原后才能得到特定的b淋巴细胞 再与瘤细胞融合 经筛选后可体内培养也可体外培养以得到大量单克隆抗体 答案 1 给予大于800lx的光照 2 植物细胞的全能性克服了远缘杂交不亲和的障碍 3 既能无限增殖 又能产生特定抗体特异性强 灵敏度高 化学性质单一b淋巴细胞不能无限增殖 4 考点十二胚胎工程1 早期胚胎发育 1 过程 受精卵 卵裂期 桑椹胚 囊胚 原肠胚 2 各时期的特点 个体发育的起点是受精卵 卵裂期 细胞分裂使细胞数目增加 但胚胎总体积并不增加或略有缩小 因此每个细胞的体积随着分裂的进行不断缩小 但核内遗传物质并未减少 桑椹胚期 细胞均未分化 是胚胎分割的最佳时期 囊胚期 出现囊胚腔 细胞开始分化 个体较大的细胞称为内细胞团 将来发育成胎儿的各种组织 个体较小的细胞称为滋养层细胞 将来发育成胎膜和胎盘 细胞全能性仍很高 也可用于胚胎分割 原肠胚期 出现原肠腔 分化出了三个胚层 2 体外受精和早期胚胎培养 3 胚胎移植过程 4 胚胎干细胞 1 来源 由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞 2 特点 形态方面 体积小 细胞核大 核仁明显 功能方面 具有全能性 体外培养 可以增殖而不发生分化 可以冷冻保存 也可以进行遗传改造 3 应用前景 es细胞可用于治疗人类的某些顽症 利用es细胞可被诱导分化形成新的组织细胞的特性 移植es细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能 培育成人造组织器官 用于器官移植 对es细胞的培养和诱导 为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段 es细胞可用于对哺乳动物个体生长和发育规律的研究 典型示例13 2010 山东理综 胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术 可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用 下图是通过胚胎工程培养试管牛的过程 1 从良种母牛采集的卵母细胞 都需要进行体外培养 其目的是 从良种公牛采集的精子需 后才能进行受精作用 2 在体外培养受精卵时 除了给予一定量的o2以维持细胞呼吸外 还需要提供 气体以维持 3 图中过程a称为 它在胚胎工程中的意义在于 4 研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器 需将目的基因导入牛受精卵 最常用的导入方法是 获得转基因母牛后 如果 即说明目的基因已经表达 解析 考查点 本题考查了胚胎工程和基因工程的过程与应用 刚获取的卵母细胞还没有发育成熟 不能与精子受精 需要在人工模拟环境 如温度 营养 ph等 条件下 使获取的卵母细胞成熟 采集的精子要进行获能处理 获能方法有培养法和化学诱导法 在培养受精卵时 需要提供一定的co2 溶于水呈弱酸性 从而维持培养的ph的稳定 胚胎移植是胚胎工程实施过程的重要一环 可以充分发挥优良个体的繁殖潜力 大大推动畜牧业的发展 动物受精卵导入目的基因大多采用显微注射法 转基因成功与否 标志就是看是否有目的基因控制的产物合成 答案 1 使卵母细胞成熟 或 使卵母细胞获得受精能力 获能 2 co2培养液 基 的ph 3 胚胎移植提高优良母畜的繁殖率 4 显微注射法牛奶中含有人类白细胞介素 或 牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素 变式训练 野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病 抗虫 抗盐碱 抗寒能力 但块茎不能食用 俄 德 芬兰专家共同做实验研究 用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交 培育出了生活能力强的杂交系马铃薯 据图分析回答问题 1 过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解 其中 酶解 所用的酶应该包括 2 过程需要用到聚乙二醇 peg 其目的是 3 请用文字和箭头表示出 技术过程的实验流程 由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可能