基因工程与克隆技术.ppt

学案基因工程与克隆技术 核心术语 记准 写准 理解透 把握内涵和外延 1 基因工程 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体 目的基因 基因表达载体 农杆菌转化法 显微注射法 感受态细胞 2 蛋白质工程 预期功能 分子设计 DNA合成 3 植物细胞工程 植物组织培养 脱分化 再分化 愈伤组织 丛芽 植物体细胞杂交 原生体融合 杂种细胞 杂种植株 4 动物细胞工程 动物细胞培养 原代培养 传代培养 细胞株 细胞系 动物细胞核移植 动物细胞融合 杂种细胞 单克隆抗体 基因工程相关知识整合 概述基因工程和蛋白质工程基本操作过程 并思考下列问题 答案基因工程基本操作过程 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 蛋白质工程基本操作过程 蛋白质预期功能 蛋白质的三维结构氨基酸序列的多肽链基因 DNA 分子设计 DNA合成 1 基因工程诞生的理论基础和技术支持分别是什么 答案 理论基础 DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译 技术支持 基因转移载体的发现 工具酶的发明 DNA体外重组的实现 重组DNA表达实验的成功 2 基因工程的基本操作步骤中哪几处用到了限制酶 其特性和来源是什么 又有哪几处涉及碱基互补配对 答案限制酶在第1 2步中用到而且要求同一种 目的是产生相同的黏性末端 限制酶主要从原核生物中分离纯化而来 它能识别DNA分子的某种特定的核苷酸序列 并且切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键 产生的末端有黏性末端和平末端 只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对 其余三个步骤都涉及碱基互补配对 3 基因表达载体如何构建 答案 4 将目的基因导入受体细胞的常用方法 答案植物细胞 农杆菌转化法 动物细胞 显微注射法 微生物 Ca2 处理法 5 目的基因的导入与表达如何进行检测与鉴定 答案 分子水平检测a 导入检测 DNA分子杂交技术 即使用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针检测 b 表达检测 个体生物学水平鉴定 对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验 转录检测 分子杂交法 即目的基因作探针与mRNA杂交翻译检测 抗原 抗体杂交法 09 沈阳质检 转基因植物油是由转基因植物通过压榨或浸出法加工制得的 因其出油率高而被广泛采用 我国是植物油消费大国 每年都从国外进口大量的转基因植物油 1 在培育转基因油料植物的过程中 基因操作需要的工具酶是 在基因表达载体中 目的基因的首端必须含有 它是识别和结合位点 2 请写出一种将目的基因导入油料植物细胞可以采用的方法 若受体细胞为植物体细胞 可采用技术获得转基因植物体 该技术所依据的原理是 限制性核酸内切酶和DNA连接酶 启动子 RNA聚合酶 农杆菌转化 或基因枪 花粉管通 道 法 植物组 织培养 植物细胞全能性 3 若要检测 2 中获得的植物细胞染色体上是否含有目的基因 可采用技术 而想要得知上述植物是否真的出油率高 应如何做 4 若利用蛋白质工程继续提高油料植物的出油率 其设计流程应从预期的出发 设计预期的结构 推测出应有的序列 然后找到相对应的序列 再用转基因技术改变其现有性状 DNA分子杂交 将该植物制出植物油与同等质量的非转基因植物制出的植物油称重比较 蛋白质功能 蛋白质 氨基酸 脱氧核苷酸 关键信息 工具酶 植物细胞 原理 染色体上 预期 知识依据基因工程和蛋白质工程完整分析 1 转基因植物的培育过程中 基因工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶 目的基因只有含有启动子 才能被RNA聚合酶识别并与之结合进行转录 2 接受目的基因的受体细胞若为植物体细胞 可采用植物组织培养技术获得转基因植物 3 通过对比转基因植物与普通的非转基因植物的出油率 可得知转基因植物是否真的出油率高 4 蛋白质工程设计流程是 预期蛋白质的功能 设计预期的蛋白质结构 推出应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列 植物组织培养和植物体细胞杂交 图示植物组织培养和植物体细胞杂交过程 并思考下列问题 1 上述两过程依据的原理是什么 答案植物组织培养 细胞全能性 植物体细胞杂交 细胞膜的流动性和细胞的全能性 2 在植物体细胞杂交过程中 原生质体经诱导剂处理后 会有几种细胞类型 答案5种 甲 乙 甲甲 乙乙 甲乙 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 过程可用聚乙二醇 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完整个体的可能性 这是 4 在培养基上培养一段时间后 原生质体会再生出细胞壁 可以取样 通过实验来鉴别细胞壁是否已经再生 纤维素酶 果胶酶 诱导原 生质体融合 融合细胞愈伤组织幼苗 脱分化 再分化 植物 细胞具有全能性的表现 植物细胞的质壁分离与复原 5 请说明运用植物体细胞杂交法的最大好处 可以 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 关键信息 酶 聚乙二醇 文字和箭头 细胞壁 知识依据植物体细胞杂交完整分析 1 若去掉细胞壁而获得原生质体 需用纤维素酶和果胶酶来处理 2 用聚乙二醇处理原生质体 可以诱导原生质体融合 3 分别为脱分化和再分化过程 能够形成一个完整植株 体现出植物细胞的全能性 4 可以通过质壁分离与复原实验来鉴别原生质体是否再生出细胞壁 5 植物体细胞杂交最大好处在于可以克服远缘杂交不亲和的障碍 图示动物细胞培养 细胞核移植和单克隆抗体制备过程 并思考以下问题 动物组织工程技术的相关知识整合 1 上述过程的原理是什么 答案 动物细胞培养 细胞增殖 细胞核移植 细胞核全能性 单克隆抗体的制备原理 a 免疫原理 经免疫的B淋巴细胞产生特异性抗体 b 增殖原理 骨髓瘤细胞能在体外培养的条件下大量增殖 c 融合原理 细胞膜的流动性以及病毒对宿主细胞的穿透性 2 区分原代培养和传代培养 细胞株和细胞系 答案原代培养 可有两种表述 a 细胞悬浮液第一次在瓶中培养 没有分瓶培养之前的细胞培养 b 第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养 两种表述没有本质区别 传代培养 同样有两种表述 a 细胞悬浮液培养一段时间后 分瓶再进行的细胞培养 b 传10代以后的细胞培养 统称为传代培养 细胞株 原代培养的细胞一般传至10代左右会出现生长停滞 衰老死亡 少数度过 危机 的细胞能传40 50代 形成细胞株 细胞株的遗传物质并没有发生改变 细胞系 细胞株传至50代以后 会出现第二次危机 少数度过第二次危机的细胞能够无限制地传下去 形成细胞系 细胞系的遗传物质发生了改变 有癌细胞的特点 3 单克隆抗体制备过程中有哪两次筛选 答案第一次筛选是将未融合的B细胞 骨髓瘤细胞以及BB融合 瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰 筛选出B瘤融合的细胞 第二次筛选是将产生特定抗体的杂交瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来 因为从体内获取的免疫过的B淋巴细胞有很多种 形成的杂交瘤细胞有很多种 所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞 09 潍坊质检 人CD20单克隆抗体是治疗一些恶性肿瘤的特效药物 目前主要是通过培养哺乳动物细胞的方式生产 我国科学家已经培育出世界上第一头转入了CD20抗体基因的转基因牛 可以从它产的牛奶中直接提取CD20抗体 这项技术成熟后 有望使这一特效药的生产成本降至现在的1 10 请回答 1 单克隆抗体的制备过程需先将融合 这一过程的诱导方法与植物体细胞杂交不同的是 2 动物细胞培养需要在含混合气体的培养箱中进行 培养液中通常需加入等一些天然成分 经过免疫的B淋 巴细胞和骨髓瘤细胞 用灭活病毒诱导 血清 血浆 95 空气加5 CO2 3 转基因技术的核心是 该过程用到的工具酶有和 基因表达载体的构建 限制性核酸内切酶 限制酶 DNA连接酶 关键信息 单克隆抗体 植物体细胞杂交 混合气体 天然成分 核心 工具酶 知识依据单克隆抗体 植物体细胞杂交 动物细胞培养 转基因完整分析单克隆抗体的制备首先是将经过免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合 其诱导方法与植物体细胞杂交不同的是用灭活的病毒诱导 动物体细胞培养需要满足以下条件 无菌无毒的环境 营养 温度和 pH以及气体环境 气体环境必须是含95 的空气加5 的CO2 O2是细胞代谢所必需的 CO2是维持培养液的pH 在使用合成培养基培养动物细胞时 由于人们对一些细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚 因此通常需加入血清 血浆等一些天然成分 转基因技术的核心是基因表达载体的构建 用到的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶 1 将目的基因导入受体细胞 2 动物细胞融合与植物体细胞杂交的不同 一 选择题1 由于乙肝病毒不能用动物细胞培养 因此无法用细胞培养的方法生产疫苗 自1979年乙肝病毒基因组的DNA测序完成后 已知病毒的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列 如图所示是应用生物工程技术生产乙肝疫苗的示意图 下列相关叙述中不正确的是 A 生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的B 用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因C 在 过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶D 用于生产疫苗的目的基因为编码表面抗原蛋白的基因解析基因工程能定向地改造生物的遗传性状 题中将乙肝病毒的有关基因引入细菌 从而达到定向改造细菌的目的 乙肝病毒起抗原作用的是其表面抗原蛋白 所以生产乙肝疫苗的目的基因是编码表面抗原蛋白的基因 而不是编码核心蛋白的基因 图中 是将目的基因与载体连接 并将重组DNA导入细菌细胞中的过程 此过程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶 答案B 2 09 浙江金华十校期末 为扩大可耕地面积 增加粮食产量 黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注 我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系 以下说法不正确的是 A 获得耐盐基因后 构建重组DNA分子需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶B 将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和显微注射法C 由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用植物组织培养技术D 为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功 既要用放射性同位素标记的耐盐基因作探针进行分子杂交检测 又要用一定浓度的盐水浇灌方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性 解析用限制性核酸内切酶剪切耐盐基因后 还需要用同种限制性核酸内切酶将载体切开 同时还需要用DNA连接酶连接目的基因和载体 将重组DNA导入水稻细胞常用农杆菌转化法 将重组DNA导入动物细胞常用显微注射法 检测目的基因表达与否 可以用分子水平的检测方法 如用耐盐基因做成探针检测受体细胞是否有目的基因 或检测受体细胞是否有目的基因表达产生的mRNA或蛋白质 还可以检测个体是否具有抵抗盐碱溶液的能力 答案B 3 09 南通调研 蛋白质工程中 要对蛋白质结构进行设计改造 必须通过基因修饰或基因合成来完成 而不直接改造蛋白质的原因是 A 缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B 改造基因易于操作且改造后能够遗传C 人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D 蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化 操作难度大解析因蛋白质是由基因控制合成的 按照人类的意愿对控制蛋白质合成的基因进行修饰 既易于操作又能遗传 B 4 09 宜昌调研 关于植物组织培养的叙述中 错误的是 A 培养基中添加蔗糖是因为愈伤组织分化形成幼苗之前进行异养代谢B 培养基中添加不同比例的生长素和细胞分裂素可以影响愈伤组织的再分化C 离体器官或组织细胞必须通过脱分化才能形成愈伤组织D 离体的胚珠经过脱分化获得愈伤组织 所有细胞的基因型相同 解析愈伤组织分化形成幼苗之前其同化类型为异养型 培养基中细胞分裂素含量与生长素含量之间的不同比例 可以调控植物组织培养过程中芽和根的形成 胚珠由珠被 胚囊 受精卵 受精极核组成 其中珠被与胚囊的基因型相同 而与受精卵 受精极核的基因型不一定相同 答案D 5 09 江西重点中学联考 植物组织培养的过程可以归纳为 下列叙述错误的是 A 的再分化过程中 当细胞分裂素与生长素的浓度比较低时 有利于根的生长B 植物组织培养所依据的原理是植物细胞的全能性C 过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D 包裹上人造种皮可获得人工种子解析 过程为分化形成的试管苗移栽到地里 发育成完整植物体的过程 C 6 09 浙江十二校联考 如图是 白菜 甘蓝 杂种植株的培育过程 下列说法正确的是 A 图示 白菜 甘蓝 植株不能结籽B 愈伤组织的代谢类型是自养需氧型C 上述过程中包含着有丝分裂 细胞分化和减数分裂等过程D 白菜 甘蓝 杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果 解析白菜和甘蓝都是二倍体 它们的体细胞杂交后培育的 白菜 甘蓝 杂种植株中有2个染色体组来自白菜 2个染色体组来自甘蓝 因此 白菜 甘蓝 属于异源四倍体 是可育的 能产籽 愈伤组织是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞 不能进行光合作用制造有机物 因此愈伤组织的代谢类型是异养需氧型 上述过程包括去壁 原生质体融合 植物组织培养等过程 其结果是形成 白菜 甘蓝 幼苗 并未发育到性成熟个体 因此整个过程中有有丝分裂和细胞分化 没有减数分裂过程 任何性状都是基因选择性表达的结果 因此选项D正确 答案D 7 09 北京东城期末 下面关于植物细胞工程的叙述 正确的是 不同种植物叶肉细胞融合时 应先去掉细胞膜 叶肉细胞脱分化后 可形成无定形状态的薄壁细胞 叶肉细胞经过再分化过程 可形成愈伤组织 叶肉细胞离体培养时 可以表现出细胞全能性A B C D 解析因细胞壁阻碍原生质体的融合 故植物细胞融合时 应先去掉细胞壁 叶肉细胞经过脱分化过程形成的愈伤组织细胞是高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞 离体的叶肉细胞通过植物组织培养可得到完整的植物个体 表现出细胞的全能性 B 8 09 南通调研 下列有关植物细胞工程应用的叙述 不正确的是 A 利用组织培养技术培育脱毒苗 获得具有抗病毒的新品种B 利用组织培养技术获得人工种子 能保持亲本的优良性状C 利用细胞培养技术获得紫草素 实现了细胞产物的工厂化生产D 利用植物体细胞杂交技术获得 萝卜 甘蓝 克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍解析考查植物细胞工程的应用 利用组织培养技术获得的脱毒苗 具有无病毒的特征 但不能抗病毒 A 9 关于动物细胞培养的叙述 正确的是 A 培养基往往需要添加细胞分裂素和动物血清B 动物细胞培养的目的就是获得大量的分泌蛋白C 先用胰蛋白酶处理使离体组织分散成单个细胞 培养至细胞系时遗传物质已发生改变D 将杂交瘤细胞培养在小鼠体内无法产生相应的抗体解析细胞分裂素是植物激素 动物细胞培养时不需要添加 动物细胞培养的目的除了获得大量蛋白质外 还可用于皮肤移植 有毒物质的检测等 杂交瘤细胞可在小鼠体内培养也可在体外培养 均可产生单克隆抗体 细胞系遗传物质已发生改变 带有癌细胞的特点 可无限增殖 C 10 下图为克隆羊 多利 的培育过程示意图 下列各项有关表述错误的是 A 克隆羊 多利 的主要性状与甲羊一致 因为其细胞核基因来自甲羊B 克隆羊 多利 的培育过程中采用的生物技术有核移植和胚胎移植C 乙羊的去核卵细胞为重组细胞的基因表达提供了细胞内的环境条件D 此过程说明高度分化的动物细胞的具有全能性 解析A正确 生物的性状主要由细胞核中的遗传物质控制 克隆羊的主要性状与提供细胞核的个体基本一致 B正确 甲羊的体细胞核移植到去核的卵细胞中形成重组胚胎后 在体外适宜条件下培养至早期胚胎再移植到第三只羊的子宫内完成妊娠 分娩等过程 C正确 选择去核卵细胞的原因是因为其细胞质中含有使体细胞核表达全能性的物质 D错误 此实验只能说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性 答案D 11 09 杭州质检 利用细胞工程方法 以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体 下列相关叙述正确的是 A 用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内 产生的血清抗体为单克隆抗体B 体外培养单个效应B细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体C 将等量效应B细胞和骨髓瘤细胞混合 经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞D 利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者 解析经过特异抗原刺激后的效应B细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合后 产生杂交瘤细胞 杂交瘤细胞所产生的特异性抗体叫做单克隆抗体 在细胞融合过程中 可产生三种类型的杂交细胞 要进行筛选 利用抗原 抗体反应可用来诊断出病毒感染者 是一种常用的诊断方法 答案D 12 09 江西重点中学联考 下列关于生物工程相关知识的叙述 正确的是 在人工合成目的基因时 蛋白质中氨基酸的顺序可为合成目的基因提供资料 若想通过植物细胞培养的方法来培养人工种子 其胚状体应具有胚芽 胚根 子叶 胚乳等结构 用放射性同位素 荧光分子等标记的DNA分子作为探针可进行基因诊断 限制酶基因只存在于微生物体内 通常用鸟枪法来获得 它能识别多种核苷酸序列并在一定位点进行切割 质粒的复制既能在自身细胞中完成 也能在宿主细胞内完成A B C D 解析通过植物组织培养获得人工种子时 胚状体中不包括胚乳 限制酶主要存在于微生物体内 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列并在特定位点进行切割 答案C 二 非选择题13 09 泰安模拟 科学家通过基因工程成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株 抗虫棉 其过程大致如下图所示 1 进行基因工程操作的工具酶有 将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入棉花细胞内 使棉花植株产生抗虫性状 引起这种新性状产生依赖于 2 含有Bt基因的Ti质粒导入棉花细胞是否可以稳定维持和表达其遗传特性 必须进行检测与鉴定 检测目的基因是否导入成功可以检测Bt基因是否转录出了mRNA 这是检测目的基因是否发挥功能作用的 检测方法是 限制酶 DNA连 接酶 基因重组或重组DNA 第一步 从转基因棉花细胞内提取mRNA 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交 如果显示出杂交带 则表明目的基因转录出了mRNA 3 由获得Bt基因的植株细胞培养成抗虫棉植株的过程是 植株细胞首先要通过细胞的过程 培养出 再在一定的培养条件下 再分化出幼根和芽 形成完整的植株 为了克服季节限制快速制种 便于大面积推广种植 可将植株细胞培养得到 4 有人担心种植上述抗虫棉 它所携带的Bt基因可以通过花粉传递给近亲物种 造成 基因污染 请提出你的解决方法 脱分化 愈伤组织 胚状体 不定芽 顶芽和腋芽等 将目的基因导入叶绿体基因 组或线粒体基因组中 解析该题考查现代生物技术中的基因工程和组织培养的相关内容 1 该小题考查基因工程的工具 限制酶 DNA连接酶及载体 2 该小题考查基因工程的步骤 第一步先提取目的基因 第二步目的基因的整合 形成重组质粒或重组DNA 第三步导入宿主细胞 第四步检测与表达 3 该小题考查植物组织培养 如果受体细胞是受精卵则直接发育成目的植株 如果是体细胞则需要 进行组织培养 组织培养过程为 脱分化形成愈伤组织或胚状体 再进行再分化 分化出根和芽 最后培养形成植株 或在胚状体时包裹上人工膜 制成人工种子 提高发芽率 4 该小题考查细胞质遗传 受精卵中的细胞质来自于卵细胞 所以将目的基因导入到线粒体或叶绿体的基因组中能避免基因污染 14 下图表示用基因工程技术培育转人生长激素基因牛 制备单克隆抗体 培育抗虫棉的示意图 请根据图示回答下列问题 1 过程 表示 要用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体 原因是 受体细胞可以是牛的一般体细胞吗 为什么 2 制备单克隆抗体的常规方法是将分泌抗体的浆细胞与能无限增殖的骨髓瘤细胞融合 而图中单克隆抗体的制备过程则运用了基因工程技术与动物细胞培养技术 请你说出目的基因的名称 单克隆抗体主要具有的特性 基因表达载体的构建 同一种限制酶处理目的基因和载体 可以产生相 同的黏性末端 不能 因为分化的动物细胞没有 全能性 无限增殖 调控基因 特异性强 灵 敏度高 3 抗虫棉的培育过程中 抗虫基因的受体细胞可以是棉花的一般体细胞 原因是 最后检验培育的棉花是否抗虫 常用的方法是 分化的植物细胞 具有全能性 用培育的棉花的叶等器官喂食害虫 观 察害虫的生活情况 解析本题考查基因工程的应用 构建基因表达载体时 需要目的基因与载体具有相同的黏性末端 所以要用同一种限制酶处理二者 分化的动物细胞没有全能性 而分化的植物细胞具有全能性 单克隆抗体的制备关键就是让浆细胞获得无限增殖的能力 图示中的方法 是将能调控细胞增殖的基因导入浆细胞 受体细胞 使其获得了无限增殖的能力 所以无限增殖调控基因为目的基因 15 某二倍体植物是杂合子 下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程 据图回答 1 图中 表示的是该花粉培养过程中的过程 表示的是过程 X代表的是 表示的是过程 表示的是诱导过程 脱分化 再分化 胚状体 分化 或发育 生根 2 图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条 具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中的种类及其浓度配比 最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为植株 甲 未成熟花粉经培养能形成完整植株 说明未成熟花粉具有细胞的全能性 3 对植株甲进行 才能使其结实产生后代 乙 否则植株甲只有通过的方式才能产生后代 丙 乙 丙两种植株中 能产生可育花粉的是植株 该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为种 该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为种 花药培养在育种上的特殊意义是 从而开辟育种新途径 激素 单倍