2014年高考生物一轮复习课件：选修3 现代生物科技专题.ppt

选修3现代生物科技专题第一讲基因工程第二讲细胞工程第三讲胚胎工程第四讲生物技术的安全性和伦理问题第五讲生态工程 目录 一 基因工程的基本工具 判断正误 1 限制酶只能用于切割目的基因 2 限制酶切割DNA分子具有特异性 3 限制酶切割DNA后可产生黏性末端和平末端两种类型 4 DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 5 E coliDNA连接酶既可连接平末端 又可连接黏性末端 6 质粒是小型环状DNA分子 是基因工程常用的载体 7 载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中 使之稳定存在并表达 二 基因工程的操作程序 基因文库 PCR技术 启动子 标记基因 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射 DNA分子杂交 分子杂交 抗原 抗体杂交 个体生物学水平 三 蛋白质工程 判断正误 1 蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质 2 人类主要通过直接改造蛋白质的结构来生产新的蛋白质 3 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 知识体系构建 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 基因进入受体细胞的载体 从基因文库中获取 目的基因的获取 基因表达载体的构建 农杆菌转化法 目的基因的导入 目的基因检测 目的基因的检测与鉴定 提高农作物抗逆能力 生产基因工程药物 设计蛋白质结构 找到对应的基因 DNA重组技术的基本工具 1 2012 四川卷T2B 将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后 大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 2 2012 浙江卷T6C 利用DNA聚合酶将控制蓝色色素合成的基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 3 2010 大纲全国卷 T5B 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 4 2011 浙江卷T6B 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 5 2010 浙江卷T2A 用限制性核酸内切酶可以切割烟草花叶病毒的核酸 6 2009 浙江卷T3B 限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶 1 与DNA分子相关的酶 1 几种酶的比较 种类项目 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用底物 DNA分子 DNA分子片段 脱氧核苷酸 DNA分子 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对间的氢键 种类项目 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用特点 切割目的基因及载体 能专一性识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 将双链DNA片段 缝合 起来 恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上 将DNA两条链之间的氢键打开 作用结果 形成黏性末端或平末端 形成重组DNA分子 形成新的DNA分子 形成单链DNA分子 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 2 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 3 种类 质粒 一种祼露的 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 能够自我复制的很小的双链环状DNA分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 关键一点 1 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 2 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 3 为使目的基因与载体形成相同的DNA片段末端以便连接 通常使用同一种限制酶将二者切割 但如果不同限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在互补关系时 则两末端也可连接 高考地位 三种基本工具的作用涉及基因工程操作程序的关键步骤 是近几年高考考查的频率考点 命题角度 结合图解分析限制酶的切割位点和目的基因 质粒的结构 分析构建基因表达载体的实例 如典例1 典例1 2010 江苏高考 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 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 本题考查基因工程的限制性内切酶的作用特点 1 质粒切割前是双链环状DNA分子 所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键 故不含游离的磷酸基团 从图1可以看出 质粒上只含有一个Sma 的切点 因此被该酶切割后 质粒变为线性双链DNA分子 因每条链上含有一个游离的磷酸基团 因此切割后含有两个游离的磷酸基团 2 由题目可知 Sma 识别的DNA序列只有G和C 而G和C之间可以形成三个氢键 所以Sma 酶切位点越多 热稳定性就越高 3 质粒抗生素抗性基因为标记基因 由图2可知 标记基因和外源DNA目的基因中均含有Sma 酶切位点 都可以被Sma 破坏 故不能使用该酶剪切质粒和含有目的基因的DNA 4 只使用EcoR 则质粒和目的基因两端的黏性末端相同 用连接酶连接时 会产生质粒和目的基因自身连接物 而利用BamH 和Hind 剪切时 质粒和目的基因两端的黏性末端不同 用DNA连接酶连接时 不会产生自身连接产物 5 质粒和目的基因连接后获得重组质粒 该过程需要连接酶作用 故混合后加入DNA连接酶 6 质粒上的抗性基因为标记基因 用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞 7 目的基因为蔗糖转运蛋白基因 所用的受体细胞为丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 若将重组质粒导入了受体细胞 则受体细胞应能从培养基中吸收蔗糖 故应在以蔗糖为唯一碳源的培养基上进行培养 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 6 鉴别和筛选含有目的基因的受体细胞 7 蔗糖为唯一含碳源 1 2011 四川卷T5D 应用DNA探针技术可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 2 2010 大纲全国卷 T5D 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 属于基因工程 基因工程的基本操作程序及与蛋白质工程的比较 3 2010 江苏卷T18B 转抗虫基因的植物 不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 4 2010 江苏卷T18C 动物的生长激素基因转入植物后不能表达 5 2011 江苏卷T14A 蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质 1 基因工程的操作程序分析 1 目的基因的获取途径 从自然界中已有的物种中分离出来 如从基因文库或cDNA文库中获取 人工合成目的基因 常用的方法有反转录法和化学合成法 利用PCR技术扩增目的基因 通过PCR技术可对已获取的目的基因进行扩增 以获取大量的目的基因 2 基因表达载体的构建 关键一点 1 插入的目的基因的表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子 之后需有终止子 2 两次使用的限制酶为同一种酶 这样形成的黏性末端碱基之间互补 便于连接 3 将目的基因导入受体细胞 转化 生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 Ca2 处理法 受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入Ti质粒的T DNA上 农杆菌 导入植物细胞 整合到受体细胞的DNA上 表达 将含有目的基因的表达载体提纯 取卵 受精卵 显微注射 受精卵发育 获得具有新性状的动物 Ca2 处理细胞 感受态细胞 重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收DNA分子 4 目的基因的检测与鉴定 类型 检测内容 方法 结果显示 分子检测 导入检测 目的基因是否进入受体细胞 DNA分子杂交 DNA和DNA之间 杂交带 转录检测 目的基因是否转录出mRNA 分子杂交 DNA和mRNA之间 杂交带 翻译检测 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原 抗体杂交 杂交带 个体水平检测 包括做抗虫 抗病的接种实验 以确定是否有抗性以及抗性的程度 对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较 以确定功能活性是否相同等 2 基因工程与蛋白质工程的比较 项目区别与联系 蛋白质工程 基因工程 区别 过程 预期蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性 以获得人类所需的生物类型或生物产品 蛋白质工程是在基因工程基础上 延伸出来的第二代基因工程 基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰 改造 联系 只能生产自然界已有的蛋白质 可生产自然界没有的蛋白质 结果 区别 基因工程 蛋白质工程 项目区别与联系 高考地位 基因工程的基本操作程序是近几年高考的高频考点 分值比重较大 对基因工程和蛋白质工程的基本原理和应用的考查也逐渐增多 与其他工程结合考查的情况较常见 考查形式既有非选择题又有选择题 命题角度 1 考查将目的基因导入受体细胞的方法 基因工程过程中的筛选及目的基因的检测与鉴定方法的相关知识 如典例2 2 通过与其他工程技术综合考查学生解决实际问题的能力 如典例3 典例2 下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 而限制酶Sma 的切割位点在目的基因上 使Sma 会破坏目的基因 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 典例3 2013 淮安调研 下面是将乙肝病毒控制合成病毒表面主蛋白的基因HBsAg导入巴斯德毕赤酵母菌生产乙肝疫苗的过程及有关资料 请分析回答下列问题 资料1 巴斯德毕赤酵母菌是一种甲基营养型酵母菌 能将甲醇作为其唯一碳源 此时AOX1基因受到诱导而表达 5 AOX1和3 AOX1 TT 分别是基因AOX1的启动子和终止子 资料2 巴斯德毕赤酵母菌体内无天然质粒 所以科学家改造出了图1所示的pPIC9K质粒用作载体 其与目的基因形成的重组质粒经酶切后可以与酵母菌染色体发生同源重组 将目的基因整合于染色体中以实现表达 资料3 限制酶酶切位点 1 如果要将HBsAg基因和pPIC9K质粒重组 应该在HBsAg基因两侧的A和B位置接上 限制酶识别序列 这样设计的优点是避免质粒和目的基因自身环化 2 酶切获取HBsAg基因后 需用 将其连接到pPIC9K质粒上 形成重组质粒 并将其导入大肠杆菌以获取 3 步骤3中应选用限制酶 来切割重组质粒获得重组DNA 然后将其导入巴斯德毕赤酵母菌细胞 4 为了确认巴斯德毕赤酵母菌转化是否成功 在培养基中应该加入卡拉霉素以便筛选 转化后的细胞中是否含有HBsAg基因 可以用 方法进行检测 5 转化的酵母菌在培养基上培养一段时间后 需要向其中加入 以维持其生活 同时诱导HBsAg基因表达 6 与大肠杆菌等细菌相比 用巴斯德毕赤酵母菌细胞作为基因工程的受体细胞 其优点是在蛋白质合成后 细胞可以对其进行 并分泌到细胞外 便于提取 解析 1 重组质粒上的目的基因若要表达 需目的基因的首尾含有启动子和终止子 而SnaB Avr 识别的序列在启动子与终止子之间 所以只有在目的基因两侧A和B位置分别接上这两种序列 并用SnaB Avr 这两种内切酶对质粒和目的基因同时切割 才会既各自出现相同的黏性末端 便于重组与表达 又可防止环化 2 用DNA连接酶将切割后的HBsAg基因和pPIC9K质粒连接成重组质粒 导入大肠杆菌体内 目的是利用大肠杆菌无性繁殖速度 短时间内可获取大量的重组质粒 3 重组DNA的两侧分别是启动子和终止子 除Bgl 外 其它限制酶会破坏含有启动子 终止子的目的基因 4 用DNA分子杂交技术检测是否导入目的基因 5 资料1显示 甲醇为该酵母菌的唯一碳源 同时诱导HBsAg基因表达 6 酵母菌为真核生物 细胞内具有对分泌蛋白加工的内质网和高尔基体等细胞器 细菌等原核生物 不具有内质网和高尔基体等细胞器 答案 1 SnaBAvr 2 DNA连接酶大量重组质粒 3 Bgl 4 DNA分子杂交 5 甲醇 6 加工 修饰 高考随堂体验 1 2012 新课标全国卷 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段 其末端类型有 和 2 质粒运载体用EcoR 切割后产生的片段如下 AATTC GG CTTAA 为使运载体与目的基因相连 含有目的基因的DNA除可用EcoR 切割外 还可用另一种限制性内切酶切割 该酶必须具有的特点是 3 按其来源不同 基因工程中所使用的DNA连接酶有两类 即 DNA连接酶和 DNA连接酶 4 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反转录产物 常采用 技术 5 基因工程中除质粒外 和 也可作为运载体 6 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞 原因是 解析 1 DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种 黏性末端和平末端 2 为了保证目的基因与运载体相连 用另一种限制酶切割后形成的黏性末端必须与EcoR 切割形成的黏性末端相同 3 DNA连接酶有大肠杆菌DNA连接酶和T4DNA连接酶两类 4 反转录的模板是mRNA 产物是DNA 大量扩增反转录产物常采用PCR技术 5 在基因工程中使用的载体除质粒外 还有噬菌体 动植物病毒等 6 经Ca2 处理后处于感受态的大肠杆菌才易吸收周围环境中的DNA分子 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的DNA片段末端与EcoR 切割产生的相同 3 大肠杆菌T4 4 mRNA 或RNA cDNA 或DNA PCR 5 噬菌体动植物病毒 6 未处理的大肠杆菌吸收质粒 外源DNA 的能力极弱 2 2012 海南高考 已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产 乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡 因此 可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内 使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力 回答下列问题 1 为了获得丙种蛋白质的基因 在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上 推测出丙种蛋白质的 序列 据此可利用 方法合成目的基因 获得丙中蛋白质的基因还可用 方法 2 在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中 常需使用 酶和 酶 3 将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养 筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织 由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗 的危害 4 若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口 则该植株的种子 填 含有 或 不含 丙种蛋白质基因 解析 1 在已知蛋白质的氨基酸序列的情况下 可根据氨基酸和碱基的对应关系 推出合成该蛋白质的基因序列 然后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因 此外也可以通过从基因文库中和PCR这两种方法获取目的基因 2 构建重组质粒时 需要用限制酶将运载体切开 并用DNA连接酶将目的基因连接到运载体上 从而构建基因表达载体 3 愈伤组织中含有丙蛋白 说明丙蛋白的基因在甲种农作物体内得到了表达 而乙昆虫食用丙蛋白后会死亡 故该植株可抵抗乙昆虫的危害 4 用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口 仅仅在该叶片内部分细胞中能合成丙蛋白 该植株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒 也就不含有丙种蛋白质的基因 答案 1 基因化学基因文库PCR 其他合理答案也可 2 限制DNA连接 3 乙种昆虫 4 不含 3 2012 江苏高考 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 一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过 脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖 相连的 2 从Sma 的识别序列和酶切位点可知 其切割后产生的是平末端 图1中DNA片段有两个Sma 的识别序列 故切割后产生的产物长度为534 3 537 bp 796 3 3 790 bp 和658 3 661 bp 的3个片段 3 图示方框内发生碱基对的替换后 形成的d基因失去了1个Sma 的识别序列 故D基因 d基因用Sma 完全切割所得产物中除原有D基因切割后的3种长度的DNA片段外 还增加一种d基因被切割后出现的长度为537 790 1327 bp 的 DNA片段 4 目的基因的两端都有BamH 的识别序列 质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamH 的识别序列 故应选用的限制酶是BamH 此时将抗生素B抗性基因作为标记基因 故筛选时培养基中要添加抗生素B 经过同种限制酶切割后会产生相同的末端 可能发生部分目的基因与质粒的反向连接 导致基因无法正常表达 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 4 2012 天津高考 生物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究 以下实例为体外处理 蛋白质 DNA复合体 获得DNA片段信息的过程图 据图回答 1 过程 酶作用的部位是 键 此过程只发生在非结合区DNA 过程 酶作用的部位是 键 2 两过程利用了酶的 特性 3 若将得到的DNA片段用于构建重组质粒 需要将过程 的测序结果与 酶的识别序列进行比对 以确定选用何种酶 4 如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶 则其识别 结合的DNA序列区为基因的 5 以下研究利用了生物分子间特异性结合性质的有 多选 A 分离得到核糖体 用蛋白酶酶解后提取rRNAB 用无水乙醇处理菠菜叶片 提取叶绿体基粒膜上的光合色素C 通过分子杂交手段 用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位D 将抑制成熟基因导入番茄 其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合 终止后者翻译 延迟果实成熟 解析 1 连接DNA片段的化学键是磷酸二酯键 氨基酸通过肽键连接形成肽链 2 DNA酶催化DNA的水解 蛋白酶催化蛋白质的水解 这体现了酶的专一性 3 目的基因上应该具有限制性核酸内切酶的识别序列 4 RNA聚合酶和基因上的启动子发生特异性结合 启动并进行转录过程 5 A选项体现了蛋白酶和蛋白质间的特异性结合 C选项体现了DNA链之间的A与T C与G间的特异性结合 D选项体现了RNA链之间的A与U C与G间的特异性结合 答案 1 磷酸二酯肽 2 专一性 3 限制性核酸内切 4 启动子 或转录起始区 5 A C D 5 2012 福建高考 肺细胞中的let 7基因表达减弱 癌基因RAS表达增强 会引发肺癌 研究人员利用基因工程技术将let 7基因导入肺癌细胞实现表达 发现肺癌细胞的增殖受到抑制 该基因工程技术基本流程如图1 请回答 1 进行过程 时 需用 酶切开载体以插入let 7基因 载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位 以驱动let 7基因转录 该部位称为 2 进行过程 时 需用 酶处理贴附在培养皿壁上的细胞 以利于传代培养 3 研究发现 let 7基因能影响癌基因RAS的表达 其影响机理如图2 据图分析 可从细胞中提取 进行分子杂交 以直接检测let 7基因是否转录 肺癌细胞增殖受到抑制 可能是由于细胞中 RASmRNA RAS蛋白 含量减少引起的 解析 1 过程 为基因表达载体的构建 该过程涉及的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶 需用限制酶切开载体以插入let 7基因 完整的基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子和标记基因等 而启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点 2 进行过程 时 用胰蛋白酶处理贴附在培养皿壁上的细胞 以利于细胞的传代培养 3 从图中可以看出 RASmRNA和let 7基因转录的miRNA配对形成杂交分子 从而抑制了癌基因RAS的表达 导致RNS蛋白减少 故可以提取RNA进行分子杂交 以直接检测let 7基因是否转录 答案 1 限制性核酸内切 或限制 启动子 2 胰蛋白 3 RNARAS蛋白 课时达标检测 见 限时集训 三十七 一 植物细胞工程1 植物组织培养技术 判断正误 1 理论上 每个正常活细胞都具有全能性 2 植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性 3 愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的 2 植物体细胞杂交技术 据图填空 1 过程 为去除获得具有活力的原生质体 常用方法是酶解法 所用到的酶是 2 过程 是原生质体的融合 人工诱导的物理法包括等 化学法一般用作诱导剂 3 过程 是原生质体融合后再生出 这是原生质体融合成功的标志 细胞壁 纤维素酶和果胶酶 离心 震动 电刺激 聚乙二醇 细胞壁 二 动物细胞培养1 培养过程 填图 2 培养条件 1 的环境 2 营养 除糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素之外还通常需加入等天然成分 3 适宜的温度和pH 温度为36 5 0 5 pH为7 2 7 4 4 气体环境 CO2和O2 O2是细胞代谢所必需的 CO2的主要作用是 无菌 无毒 血清 维持培养液的pH 三 体细胞核移植和克隆动物 判断正误 1 动物细胞核移植的受体细胞是卵细胞 2 克隆动物的性状与供体动物完全相同 3 体细胞核移植的成功说明了动物细胞也具有全能性 4 体细胞核移植技术可通过克隆组织器官用于人类某些疾病的治疗 四 单克隆抗体 1 制备过程 2 单克隆抗体的特点 特异性强 灵敏度高 知识体系构建 植物细胞的全能性 植物组织培养 膜的流动性 人工种子 单倍体育种 动物细胞培养 动物细胞融合 单克隆抗体 植物的组织培养与植物体细胞杂交 1 2012 江苏卷T22A 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性 2 2011 江苏卷T16B 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 3 2011 江苏卷T16B 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 4 2009 全国大纲卷T4B 不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程 5 2009 全国大纲卷T4A 利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制 培育远缘杂种 1 植物细胞工程的基本技术 1 植物组织培养技术 原理 植物细胞的全能性 即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞 都具有发育成完整个体的潜能 过程 高度分化的组织脱分化 形成愈伤组织再分化 幼根和芽分裂和分化 完整植株 2 植物体细胞杂交技术 概念 将不同植物的体细胞 在一定条件下融合成杂种细胞 培育成新的植物体的技术 过程如图所示 人工诱导的方法 a 物理法 离心 振动 电刺激等 b 化学法 一般用聚乙二醇 PEG 作为诱导剂诱导原生质体融合 c 融合成功的标志 杂种细胞再生出细胞壁 意义 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 2 植物细胞工程的应用 1 植物繁殖的新途径 微型繁殖 a 概念 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养法 作物脱毒 选取作物无毒组织 如茎尖 进行组织培养 获得脱毒苗 人工种子 以植物组织培养得到的胚状体等为材料 经过人工薄膜包装得到的种子 2 培育作物新品种 用植物的花药进行离体培养形成单倍体 再经人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种 利用组织培养过程中出现的突变体 培育新的品种 3 细胞产物的工厂化生产 用人工培养的愈伤组织提取细胞中的某种成分 关键一点 植物组织培养需要生长素和细胞分裂素 其中生长素可诱导愈伤组织生根 细胞分裂素可促进愈伤组织生芽 高考地位 植物的组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用极为广泛 成为新课标高考的热点 近几年在高考试题中的比重逐渐提升 命题角度 与植物育种等知识结合 以图解的形式呈现 以考查基本概念和获取信息的能力为主 如典例1 典例1 下面为 番茄 马铃薯 的培育过程示意图 请据图回答 1 若运用传统有性杂交 即用番茄 马铃薯杂交 能否得到可育的杂种植株 为什么 2 在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中 运用的技术手段是 依据的原理是 其中过程 称为 技术 与过程 密切相关的具有单层膜结构的细胞器为 过程 相当于 过程 涉及的细胞分裂方式为 3 已知番茄 马铃薯分别为四倍体 二倍体 则 番茄 马铃薯 属于 倍体植株 4 柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物 可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产 若利用此技术 将柴油树细胞培养进行到过程 填字母编号 即可 解析 1 番茄和马铃薯属于两种植物 存在生殖隔离 不能通过有性杂交产生后代 2 过程 是把a b两个原生质体融合在一起 所以称为原生质体融合 过程 是在融合的原生质体外再生一层细胞壁 而细胞壁的形成与高尔基体有关 过程 的结果是形成了愈伤组织 所以 为脱分化 3 番茄 马铃薯 属于异源多倍体里面的异源六倍体 4 柴油是植物细胞的代谢产物 要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养进行到愈伤组织 然后进行提取 答案 1 不能 不同种的植物存在生殖隔离 2 植物组织培养植物细胞全能性原生质体融合高尔基体脱分化有丝分裂 3 六 4 e 1 2011 江苏卷T14D 动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育 2 2010 浙江卷T4A 培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞 动物细胞培养与核移植技术 3 2010 浙江卷T4B 克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变 4 2010 浙江卷T4C 二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 5 2010 浙江卷T4D 恶性细胞系的细胞可进行传代培养 1 动物细胞培养和动物体细胞核移植的比较 项目 动物细胞培养 动物体细胞核移植 原理 细胞增殖 动物细胞核的全能性 过程 结果 获得细胞群 获得与供体遗传物质基本相同的个体 联系 动物细胞培养是体细胞克隆的基础 2 动物细胞培养需要满足的条件 1 无菌 无毒的环境 培养液应进行无菌处理 通常还要在培养液中添加一定量的抗生素 以防培养过程中的污染 此外 应定期更换培养液 防止代谢产物积累对细胞自身造成危害 2 营养 合成培养基成分 糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素等 通常还需加入血清 血浆等天然成分 3 温度 哺乳动物最适温度多是36 5 0 5 最适pH是7 2 7 4 4 气体环境 95 空气 5 CO2 其中O2是细胞代谢所必需的 CO2的主要作用是维持培养液的pH 关键一点 1 动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶 第一次的目的是处理剪碎的组织使之分散成单个细胞 第二次的目的是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来 2 核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不完全相同的原因 克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本的卵细胞 与植物组织培养不同 只来自于一个亲本 即克隆动物遗传物质来自两个亲本 在发育过程中可能发生基因突变 染色体变异导致其性状改变 外界环境条件的影响引起不可遗传的变异 高考地位 本考点内容在近几年的高考中考查不多 但这也给今后在此考点上的命题留下了空间 复习时也应给以足够的重视 命题角度 以选择题的形式考查动物细胞培养的特点和应用 如典例2 典例2 2012 余杭高中一检 下列有关动物细胞克隆的叙述 错误的是 A 细胞克隆可以从普通细胞系中分离出缺乏特殊基因的突变细胞系B 原代培养物在首次传代时就成为细胞系 都有异倍体核型 遗传物质有所改变C 应用克隆培养法建立的单克隆细胞群可称为细胞株D 提高动物细胞克隆形成率需要以滋养细胞支持生长及激素刺激等条件 解析 原代培养物在首次传代时就成为细胞系 但遗传物质不一定有所改变 答案 B 动物细胞融合与单克隆抗体的制备 1 2012 江苏卷T22C 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞全能性 2 2011 江苏卷T14 体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体 3 2010 全国卷 T5A 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 4 2010 广东卷T24B 杂交瘤技术可用于制备单克隆抗体 1 植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 植物体细胞杂交 动物细胞融合 细胞融合原理 细胞膜的流动性 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 细胞融合方法 用纤维素酶 果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后 诱导细胞融合 植物体细胞杂交 动物细胞融合 诱导手段 离心 电刺激 振动 显微操作 聚乙二醇等诱导 与植物体细胞杂交相比 还可用灭活的病毒诱导 结果 获得杂种植株 获得杂种细胞 以生产细胞产品 用途 克服远缘杂交不亲和的障碍 扩展杂交亲本范围 培育新品种 制备单克隆抗体 病毒疫苗 干扰素等 相同点 两者在融合过程中都会发生多种融合方式 如A A B B A B 因此要进行筛选 两者都要用到细胞融合和细胞培养两种技术手段 2 单克隆抗体制备过程中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 高考地位 单克隆抗体的制备在近几年新课标高考中所占分值不大 但每年都有所涉及 一般起点较高 而落点较低 命题角度 1 侧重于考查单克隆抗体在制备过程中的技术 方法 如典例3 2 以简答题的形式呈现 与其他工程技术相结合综合考查 如典例4 典例3 2012 黄山七校联考 下列有关制备单克隆抗体的叙述中 错误的是 A 采用的细胞工程技术包括细胞培养和细胞融合B 两次筛选的目的分别是筛选出杂交瘤细胞和筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞C 要先用胃蛋白酶处理得到单个细胞 然后用诱导剂处理得到杂交瘤细胞D 运用的生物学原理包括细胞分裂和细胞膜具有一定的流动性 解析 单克隆抗体的制备采用了动物细胞融合和细胞培养技术 第一次筛选是筛选出杂交瘤细胞 第二次筛选是筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞 用胰蛋白酶处理得到单个细胞 制备过程中依据的原理有细胞分裂和细胞膜的流动性 答案 C 典例4 下图1表示利用生物技术制备抗X的单克隆抗体的过程 图2表示体外受精培育优质奶牛的过程 图3表示番茄和马铃薯植物细胞融合和再生植株的过程 请据图回答下面的问题 1 在图1中注射到小鼠体内的物质是 融合后的细胞经过多次筛选才能获得理想的细胞 此类细胞的特点是 该过程所用的生物技术有 2 图2中参与体外受精的精子需要经过成熟和 的过程 才能使卵细胞受精 若要获得多头与此优质奶牛相同的小牛 可对图2中囊胚中的 均等分割后进行胚胎移植 以上技术是在 填 体内 或 体外 完成的 3 图3中过程 是植物细胞形成 的阶段 该阶段所用的酶是 在形成再生植株的过程中与组织培养有相似之处的步骤是 解析 1 图1所示为单克隆抗体的制备过程 小鼠的B细胞经过免疫 再与能无限增殖的骨髓瘤细胞融合 形成的杂交瘤细胞同时具备了分泌抗体和无限增殖的能力 2 图2所示为胚胎工程中的体外受精和胚胎移植技术 精子只有经过获能处理后才具备使卵细胞受精的能力 将内细胞团进行均等切割后 每个部分都可以再发育成一个个体 以上操作过程都在体外进行 3 图3所示为植物体细胞杂交和植物组织培养过程 体细胞杂交的第一步就是制备原生质体 可以利用纤维素酶和果胶酶将植物细胞壁分解掉 将杂种细胞培养成植株要经过脱分化和再分化等组织培养过程 答案 1 抗原X既能无限增殖又能产生抗X的抗体动物细胞融合技术和动物细胞培养技术 2 获能内细胞团体外 3 原生质体纤维素酶和果胶酶 高考随堂体验 1 2012 江苏高考 某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究 请回答下列问题 1 2 4 D常用于籼稻愈伤组织的诱导 对形态的发生有一定的抑制作用 为促进愈伤组织再分化 在配制分化培养基时需 填 升高 保持 或 降低 2 4 D的浓度 2 当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时 出现具有分生能力的绿色芽点 但不能继续出芽 通常在培养基中添加 以促进幼苗形成 3 研究中用显微镜可以观察到的现象是 填下列序号 绿色芽点细胞排列松散 刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离 胚状体细胞中有叶绿体 分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致 4 经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体 其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照 叶绿素总量不变 某同学用 填序号 绿色 红色 蓝紫色 黄色 光照射突变体和对照叶片 检测到两者光合放氧速率差异不大 若取等量色素提取液进行层析 会发现突变体第 条色素带 自上而下 窄于对照组 5 胚乳 3n 由一个精子与两个极核受精发育而成 若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织 培育三倍体 需适时剔除胚 以免胚的存在影响愈伤组织细胞的 还可避免再生苗中混有 解析 1 由题干信息知2 4 D对形态的发生有一定的抑制作用 故在愈伤组织的再分化培养基中要降低2 4 D的浓度 2 愈伤组织分化形成幼苗需要细胞分裂素和生长素的共同作用 3 绿色芽点的细胞是具有分生能力的细胞 排列紧密 刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还未形成新的细胞壁和大液泡 不会发生质壁分离 胚状体细胞含有叶绿体 分化后的细胞形态 结构发生稳定性的差异 4 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 故用绿光和黄光照射突变体和对照叶片 光合作用无明显差异 突变体的叶绿素a与叶绿素b的比值大于对照 而叶绿素 的总量不变 分析可知突变体叶绿素a的含量增多 叶绿素b的含量减少 故色素分离的结果是滤纸条自上而下的第4条色素带叶绿素b窄于对照组 5 胚乳细胞中含三个染色体组 胚细胞中含两个染色体组 胚具有分裂与分化的能力 它的存在可能会影响胚乳细胞诱导形成的愈伤组织细胞的增殖与分化 故需剔除 这样还可避免愈伤组织再分化形成的三倍体幼苗中混有二倍体幼苗 答案 1 降低 2 适量的生长素 3 4 4 5 增殖与分化二倍体幼苗 2 2012 浙江高考 请根据以下提供的实验材料 完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路 并预测实验结果 实验材料 培养液 正常体细胞 癌细胞 W 胰蛋白酶 要求与说明 答题时不考虑加入W后的体积变化等误差 提供的细胞均具有分裂能力 只进行原代培养且培养条件适宜 1 实验思路 取培养瓶若干个分组如下 每组设置若干个重复样品 各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后 各取其中的几个样品 加入 摇匀 在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数 重复 若干次 2 预测实验结果 用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示 解析 本实验中 自变量是培养液中是否有生物制剂W以及细胞的种类 观察指标是培养液中的细胞数目 所给实验材料涉及的不同细胞是正常细胞和癌细胞 为达到实验目的 需要设置四组实验 可标记出A B C D四组 其中A组培养液中加入正常体细胞 不加入生物制剂W B组培养液中加入正常体细胞和生物制剂W 对照A B两组实验结果可知 生物制剂W能促进正常细胞的分裂 同理 C组培养液中加入癌细胞 不加入生物制剂W D组培养液中 加入癌细胞和生物制剂W 对照C D两组实验结果可知 生物制剂W能促进癌细胞的分裂 由于此实验是验证实验 所以实验结果是加入生物制剂W的实验组比对照组细胞数多 同时癌细胞分裂能力比正常细胞高 D组细胞数比B组多 绘制坐标系时应注意以下几点 一是将坐标名称写准确 二是四条曲线的起点要相同 体现单一变量原则 三是曲线趋势要绘制准确 答案 1 A组 培养液中加入体细胞 B组 培养液中加入体细胞 加入W C组 培养液中加入癌细胞 D组 培养液中加入癌细胞 加入W 胰蛋白酶 统计并分析所得数据 2 如图 其他合理答案均可 3 2010 新课标全国卷 请回答 1 植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴 该技术可以保持品种的 繁殖种苗的速度 离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养 最终能够形成完整的植株 说明该叶肉细胞具有该植物的全部 2 把试管苗转接到新的培养基上时 需要在超净工作台上进行 其原因是避免 的污染 3 微型繁殖过程中 适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗 而与 配比适宜时可促进芽的增殖 若要抑制试管苗的生长 促使愈伤组织产生和生长 需要使用的生长调节剂是 脱落酸 2 4 D 4 将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后 单株鲜重和光合作用强度的变化如下图 据图分析 随着培养基中蔗糖浓度的增加 光合作用强度的变化趋势是 单株鲜重的变化趋势是 据图判断 培养基中不含蔗糖时 试管苗光合作用产生的有机物的量 能 不能 满足自身最佳生长的需要 5 据图推测 若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力 应 降低 增加 培养基中蔗糖浓度 以便提高试管苗的自养能力 解析 1 植物组织培养中的微型繁殖技术属于无性生殖 具有可以保持亲代的遗传特性 繁殖速度快等特点 离体的叶肉细胞具有全能性 是因为其含有控制该植物生长发育所需的全部遗传信息 2 植物组织培养过程中要保持无菌条件 以避免微生物的污染 3 生长素能促进生根 植物组织培养中当细胞分裂素浓度大于生长素浓度时可诱导芽的分化 若要抑制试管苗的生长 可用高浓度的生长素或生长素类似物如2 4 D 4 分析图示可知 随着培养基中蔗糖浓度的增加 光合作用逐渐减弱 而单株鲜重则是先增加后减少 因蔗糖浓度为0时 虽然光合作用强度 较大 但单株鲜重比较低 此时试管苗光合作用产生的有机物量不能满足自身最佳生长的需要 蔗糖浓度为1 左右时才能满足自身最佳生长的需要 5 随着蔗糖浓度的增加 光合作用强度逐渐减小 故要提高光合作用能力 应适当降低培养基中的蔗糖浓度 答案 1 遗传特性快遗传信息 2 微生物 3 生根细胞分裂素2 4 D 4 逐渐减小先增加后下降不能 5 降低 4 2011 天津高考 絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物 能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀 起到净化污水的作用 为进一步提高对石油污水的净化效果 将絮凝性细菌和石油降解菌融合 构建目的菌株 其流程图如下 据图回答 1 溶菌酶的作用是 2 PEG的作用是 3 经处理后 在再生培养基上 未融合的A B难以生长 图中AB融合菌能生长和繁殖的原因是 4 目的菌株的筛选 筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物 又能在含有 的培养基上生长的AB融合菌 选择效果最好的为目的菌株 5 为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果 将目的菌株进行发酵培养 定时取发酵液 加入石油污水中 同时设置 为对照组 经搅拌 静置各3分钟后 分别测定上层水样的石油浓度和COD值 COD值越高表示有机物污染程度越高 计算石油去除率和COD去除率 结果如下图 6 目的菌的种群增长曲线呈 型 在40 44小时 发酵液对石油污水的净化效果最好 其原因是 解析 细菌含有细胞壁 溶菌酶的作用是去除其细胞壁 便于原生质体的融合 PEG的作用是诱导原生质体整合 未整合的A B活性部位不同 不能在培养基上生存 而整合后细菌的活性部位互补因而能够存活 目的菌株是由絮凝性细菌和石油降解菌整合形成的 因此同时具有两者的特性 实验探究的是目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果 应设置不加发酵液的石油污水作为对照 由图示曲线可以看出目的菌的种群增长曲线呈 S 型 答案 1 分解细胞壁 2 诱导原生质体融合 3 两亲本失活部位不同 融合后活性部位互补 4 石油 5 不加发酵液的石油污水 6 S此期间 目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合物的含量高 课时达标检测 见 限时集训 三十八 一 体内受精和早期胚胎发育1 精子和卵子的发生 判断正误 1 精子和卵子的发生都是从初情期开始的 2 卵子形成过程中 M 和M 是不连续的 3 判断卵子是否受精的标志是在卵黄膜和透明带的间隙观察到两个极体 2 受精 雌性生殖道 减数第二次分裂中期 顶体 卵丘细胞 透明带 卵黄膜封闭 雌原核和雄原核 合子 3 早期胚胎发育 有丝分裂 增多 不增加或略有缩小 32 全能性 胎儿的各种组织 胎膜和胎盘 表层 下方 二 体外受精和早期胚胎培养 判断正误 1 哺乳动物的体外受精主要包括卵母细胞的采集 精子的获取和受精等步骤 2 收集精子的方法有假阴道法 手握法和电刺激法等 3 采集的卵母细胞可直接与精子受精 4 精子体外获能方法有培养法和化学诱导法两种 5 培养哺乳动物胚胎的培养液 其成分较简单 一般只需一些无机盐和有机盐类即可 三 胚胎移植1 胚胎移植的生理学基础 生殖器官 相同的 游离 免疫排斥 受体子宫 生理和组织联系 不受影响 2 胚胎移植的基本程序 3 胚胎分割 判断正误 1 胚胎分割可看作是无性繁殖 2 进行胚胎分割时 应选取发育良好的囊胚或原肠胚 3 在对囊胚进行分割时 要将滋养层细胞均等分割 4 胚胎干细胞 1 来源 或中分离 早期胚胎 原始性腺 小 大 全能性 知识体系构建 桑椹胚 囊胚 早期胚胎培养 胚胎分割 胚胎移植 胚胎干细胞 1 2012 浙江卷T2A 绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性 2 2011 山东卷T35 1 卵母细胞除从活体输卵管中采集外 还可以从处死的雌鼠卵巢中获取 受精作用 体外受精及早期胚胎的发育和培养 3 2011 江苏卷T18A 体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精 4 2012 浙江卷T2B 2009 江苏卷T8A 卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加 细胞的体积随分裂次数增加而不断增大 5 2011