《创新设计》2017届高考生物二轮复习（江苏专用）课件：第九单元 现代生物科技专题 专题一 基因工程与细胞工程

专题一基因工程与细胞工程,考纲要求1.基因工程的诞生(A)。2.基因工程的原理及技术(A)。3.基因工程的应用(B)。4.蛋白质工程(A)。5.植物的组织培养(B)。6.动物的细胞培养与体细胞克隆(A)。7.细胞融合与单克隆抗体(A)。,DNA连接酶,基因表达载体的构建,将目的基因导入受体细胞,药物,基因,自然界中没有,全能性,体细胞杂交,细胞增殖,动物细胞核,化学法,抗原,考点一基因工程,1(2014江苏卷高考)下列关于基因工程技术的叙述，错误的是(多选)(),A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列BPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达,解析限制酶大多是特异性识别6个核苷酸序列，也有的识别4、5或8个核苷酸组成的序列，A错误；DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，B错误；质粒上一般带有的抗生素抗性基因可作为标记基因，供鉴定和选择，不是抗生素合成基因，C错误；目的基因导入受体细胞后不一定都能正常表达，D正确。答案ABC,2(2015江苏单科，32)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：,图1,图2,(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。,(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。(4)半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为_。,(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_，理由是_。解析基因表达载体包含启动子、终止子、目的基因和标记基因等。启动子是RNA聚合酶的识别和结合位点。氨苄青霉素抗性基因可作为标记基因。基因工程使用的工具酶包括限制酶和DNA连接酶。胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏起来，将无法被蛋白酶所识别，防止被水解。溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，若经溴化氰处理相应融合蛋白能获得完整的A链和B链，表明胰岛素A链、B链上并无溴化氰作用位点，不能将其切断；同理，半乳糖苷酶能被切成“多个肽段”，表明其具有多个切点(即“甲硫氨酸”)。胰岛素分子含有两条链，至少有2个游离氨基分别位于2条肽链的一端，并且R基团中可能也含有游离的氨基。,答案(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基,从近五年高考统计看，对基因工程考查明显多于其他工程技术，考查角度侧重于基因工程工具及特点，基因工程操作程序尤其是基因表达载体的构建与目的基因检测、鉴定。,提分必记的关键点1.基因工程常考的3种基本工具,(1)限制性内切酶：识别特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。(2)DNA连接酶：EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端；T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。(3)运载体：能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；有一个至多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因以便对含目的基因的受体细胞筛选。,2.基因工程的4大操作程序,(1)目的基因的获取(三种方法)：从基因文库中获取。利用_技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。用化学方法人工合成。(2)基因表达载体的构建(此为“核心步骤”)：基因表达载体的组成：目的基因启动子终止子_复制原点。,PCR,标记基因,基因表达载体的构建过程,(3)将目的基因导入受体细胞的“3大方法”：导入植物细胞农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法)。导入动物细胞显微注射法(导入受精卵)。导入微生物细胞使用Ca2处理细胞。,同一种限制酶切割,DNA连接酶,(4)理清目的基因的检测与鉴定：导入检测：_杂交技术(使用DNA探针)。个体生物学水平鉴定：如对转基因作物进行抗虫或抗病等的接种实验。,DNA分子,分子杂交,抗原抗体,(1)基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得(2015重庆卷，6A)()(2)基因表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点(2015重庆卷，6B)()(3)借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来(2015重庆卷，6C)()(4)启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用(2015重庆卷，6D)()(5)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测(2014天津卷，4C)(),(6)重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接(2013安徽，6C)()(7)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(2011四川，5D)()(8)每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点(2011浙江，6B)()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8),提示(1)人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过反转录获得人胰岛素基因；(2)表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子；(4)启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用；(5)抗虫效果需个体生物学水平的鉴定；(6)核酸分子之间能进行分子杂交的原理是“碱基互补配对原则”；(7)欲检测目的基因的完全表达，还必须进行抗原抗体杂交实验。,命题角度1基因工程的工具及操作程序,1(2013江苏单科，22)小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是(多选)(),A设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列B用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列CPCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶D一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞,解析本题主要考查PCR技术的有关知识。利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列设计引物，但不需知道目的基因的全部序列，需要考虑载体的序列；因PCR反应在高温条件下进行，故反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶；因某些目的基因编码的产物需经特殊的加工修饰过程，故一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞。答案BD,2.(2016江苏卷，33)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：,(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用_两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过_酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于_态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加_，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中_。,(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为_，对于该部位，这两种酶_(填“都能”、“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3A切图1质粒最多可能获得_种大小不同的DNA片段。,与两种酶的酶切位点均不同。(4)根据BamH、Bcl和Sau3A的酶切位点，Sau3A在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，所以用Sau3A切图1质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。,1.使用限制酶的注意点(1)一般用同种限制酶切割载体和目的基因。(2)不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。2.DNA连接酶DNA聚合酶DNA连接酶连接两个DNA片段，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。3.限制酶DNA酶解旋酶限制酶是切割某种特定的脱氧核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开；DNA酶是将DNA水解为组成单位；解旋酶是将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。,4.启动子、终止子(1)启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)。(2)终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。5.根据受体种类确定基因工程的受体细胞(1)植物：植物体细胞或受精卵导入方法常用农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法(本法针对单子叶植物)(2)动物：受精卵或体细胞导入方法为“显微注射法”(3)微生物：细菌导入方法为“感受态法”(4)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。,命题角度2基因工程的应用及蛋白质工程,1(2016江苏卷，22)为在酵母中高效表达丝状真菌编码的植酸酶，通过基因改造，将原来的精氨酸密码子CGG改变为酵母偏爱的密码子AGA，由此发生的变化有(多选)(),A植酸酶氨基酸序列改变B植酸酶mRNA序列改变C编码植酸酶的DNA热稳定性降低D配对的反密码子为UCU解析改变后的密码子仍然对应精氨酸，氨基酸的种类和序列没有改变，A错误；由于密码子改变，植酸酶mRNA序列改变，B正确；由于密码子改变后C(G)比例下降，DNA热稳定性降低，C正确；反密码子与密码子互补配对，为UCU，D正确。,BCD,2.(2016天津卷，7)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。,(1)为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取_合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。,(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是_(填写字母，单选)。A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是_。,(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径相比，选择途径获取rHSA的优势是_。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_的生物学功能一致。解析(1)总cDNA是由细胞内mRNA经逆转录获得。DNA两条链是反向平行的，另一条引物扩增方向应向左。(2)据题意，启动子具有物种特异性，它应与受体细胞启动子一致，应选B。(3)在农杆菌转化时，加入某物质，其目的应为“促进”或“有利于”转化，推测酚类物质可吸引农杆菌侵染水稻受体细胞。(4)水稻是真核细胞，具有对分泌蛋白加工的内质网和高尔基体。途径受体为大肠杆菌，没有上述细胞器。(5)制备的rHSA应具有与HSA相同的生物学功能才具有医用价值。,答案(1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化(4)水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA,1.界定基因治疗与基因诊断(1)基因治疗将正常基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，以达到治疗的目的其原理为“基因重组”及“基因表达”。(2)基因诊断制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况其原理为“DNA分子杂交”,2.界定基因工程与蛋白质工程,注：对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现,考点二细胞工程,1(2016江苏卷，9)下列有关细胞工程的叙述，正确的是(),APEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合B用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂C骨髓瘤细胞经免疫处理，可直接获得单克隆抗体D核移植克隆的动物，其线粒体DNA来自供卵母体,解析PEG是促细胞融合剂，但植物细胞不能直接融合，需先去壁形成原生质体才能融合，A错误；制备人工种子应用完整的植物细胞，不需制备原生质体，B错误；骨髓瘤细胞不能产生抗体，C错误；核移植克隆的动物，其线粒体只来自卵细胞即线粒体DNA来自供卵母体，D正确。答案D,2(2012江苏单科，22)下列事实能体现细胞全能性的是(多选)(),A棉花根尖细胞经诱导形成幼苗B单细胞的DNA在体外大量扩增C动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体D小鼠体细胞经诱导培育成小鼠解析本题考查细胞全能性的知识。棉花根尖细胞经诱导形成幼苗，小鼠体细胞经诱导培育成小鼠，这均是细胞发育成完整个体，体现了细胞的全能性，故A、D符合题意；DNA在体外大量扩增属于DNA克隆，故B不符合题意；单克隆抗体的制备属于动物细胞融合的应用，故C不符合题意。答案AD,3(2014江苏卷，29)为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题：,(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为_。(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。细胞干重在12d后下降的原因有_；培养液中蔗糖的作用是_、_。,(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经_处理，会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和_酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2n)经诱导处理后，观察到染色体数为8n的细胞，合理的解释是_、_。(4)为了更好地获得次生代谢产物，生产中采用植物细胞的固定化技术，其原理与酵母细胞固定化类似。下列说法正确的有_(填序号)。选取旺盛生长的愈伤组织细胞包埋必须在光照条件下培养培养过程中需通空气固定化后植物细胞生长会变慢,解析(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为脱分化。(2)蔗糖在细胞培养的过程中不断被消耗，细胞干重在12d后下降的原因有蔗糖浓度下降，pH降低。蔗糖的作用是提供能源和调节渗透压。(3)秋水仙素(低温)可诱导染色体数目加倍。一般采用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁；2n的细胞经染色体加倍后变成4n，处于有丝分裂后期时，染色体数目再加倍，变成8n；或者经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期。(4)植物细胞的固定化过程不需要光的参与，一般选旺盛生长的愈伤组织细胞包埋，正确；培养过程中需通空气，使细胞进行有氧呼吸，正确；固定化后植物细胞与外界培养液的物质交换会受一定的影响，生长会变慢，正确。,答案(1)脱分化(2)蔗糖浓度下降，pH降低提供能源调节渗透压(3)秋水仙素(低温)果胶经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期(4),对细胞工程的考查仅次于基因工程，考查内容多涉及动物细胞培养与融合技术，体细胞核移植技术(常渗透考查胚胎工程技术)及植物组织培养和体细胞杂交技术，答题关键语句均源自教材，故精准记忆教材相关内容是解题关键。,1.高考必记关键点,(1)植物组织培养的2个关键,(2)植物激素的使用_比例较高，促进芽分化，抑制根形成；_比例较高，促进根分化，抑制芽形成。(3)光照的使用_阶段不需要给予光照，_阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。,细胞分裂素,固体,细胞分裂素,生长素,脱分化,再分化,2.植物体细胞杂交的关键,(1)酶解法用酶和果胶酶去除细胞壁。(2)促融剂_。(3)杂种细胞的形成标志_的形成。(4)培养杂种植株的技术植物组织培养。,纤维素,聚乙二醇,新细胞壁,3.动物细胞培养的特殊条件,(1)营养条件：加入动物血清、血浆等。通入氧气以满足代谢的需要。通入二氧化碳以。(2)胰蛋白酶的两次使用：首先用胰蛋白酶处理动物的器官或组织，以制备单细胞悬液；培养过程中发生时，同样要用胰蛋白酶使细胞分散开。(3)避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理，加入一定量的，定期更换培养液。,维持培养液的pH,接触抑制,抗生素,4.动物体细胞核移植技术,减中,胚胎移植,(1)细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行(2015江苏，3B)()(2)产生抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞的筛选必须通过分子检测(2014天津，4B)()(3)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养(2012广东，2A)()(4)去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理(全国，5B)()(5)乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养(2015江苏，3A)(),(6)动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体体现了细胞的全能性(2012江苏，22C)()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)提示(1)细胞核移植是将体细胞核移入同种生物去核卵母细胞(M中期)中；(5)分裂能力越强的细胞，越易进行离体培养；(6)杂交瘤细胞并未发育成“完整个体”，故未体现细胞全能性。,1(2013江苏单科，11)某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(),命题角度1植物细胞工程及其应用,A利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗B采用花粉粒组织培养获得单倍体苗C采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上D采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养解析通过花粉粒组织培养获得的是单倍体，不能保持原植株的优良特性，故B错误。,B,2(2012江苏单科，31)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，-4D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”)2，4D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_。,解析本题主要考查植物组织培养的相关知识。(1)因2，4D能抑制形态的发生，所以在促进愈伤组织再分化时，分化培养基中应降低2，4D的浓度。(2)添加适量的生长素利于愈伤组织再分化出芽，促进幼苗的形成。(3)有分生能力的绿色芽点细胞排列紧密；刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还没有再生细胞壁，不能发生质壁分离；愈伤组织由无定形状态的薄壁细胞构成，其内的细胞形态大小不一致；因胚状体细胞中有具有分生能力的绿色芽点，用显微镜可观察到胚状体细胞中有叶绿体。(4)因籼稻叶绿素突变体中叶绿素a与叶绿素b的比值增大而叶绿素总量不变，所以突变体中叶绿素a增加，叶绿素b减少，则自上而下第4条色素带变窄；因叶绿素a、b主要吸收红光和蓝紫光，对绿光和黄光吸收较,少，所以用绿光和黄光照射突变体和对照叶片，检测到两者放氧速率差别不大。(5)胚由二倍体细胞组成，在培育三倍体时，需要剔除种子中的胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的增殖与分化，还可避免出现二倍体幼苗。,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,植物体细胞杂交的原理、方法及目的(1)原理：细胞膜的流动性及细胞的全能性。(2)促融方法：物理法：离心、振动、电激等；化学法：聚乙二醇(PEG)。(3)意义：克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了杂交的亲本组合范围。注：体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞再发育成完整植株的过程，不管是染色体数、基因型还是染色体组数都采用直接相加的方法。,1. 下图是克隆羊的培育流程图，根据所学知识回答下列问题。,命题角度2动物细胞工程及其应用,(1)培育克隆羊时用到的