2020版创新设计二轮专题生物复习山东专用：专题十　现代生物科技专题

专题十现代生物科技专题,考纲要求1.简述基因工程的诞生。2.简述基因工程的原理及技术(含PCR技术)。3.举例说明基因工程的应用。4.DNA的粗提取。5.简述蛋白质工程。6.简述植物的组织培养。7.简述动物的细胞培养与体细胞克隆。8.举例说明细胞融合与单克隆抗体。9.简述动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程基本技术。10.关注转基因生物的安全性问题。11.举例说出生物武器对人类的威胁。12.讨论生物技术中的伦理问题。,知识主线思维串联,DNA连接酶,基因表达载体的构建,基因,细胞的全能性、细胞膜的流动性,细胞增殖,动物细胞核的全能性,给小鼠注射抗原,产生专一抗体的杂交瘤细胞,输卵管和子宫,桑椹胚、囊胚,培养法和化学诱导法,早期胚胎或原始性腺,具有发育的全能性,环境,1.基因工程的3种基本工具,微专题1基因工程,2.基因工程的操作流程(1)获取目的基因的3种途径,提醒：从cDNA文库获取的目的基因不含启动子和终止子。利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子连接到一起。,(2)基因表达载体的构建重组质粒的构建,提醒：基因工程中的载体与细胞膜上的载体不同。启动子、终止子a.启动子(DNA片段)起始密码子(位于mRNA上)。b.终止子(DNA片段)终止密码子(位于mRNA上)。目的基因插入位置：启动子与终止子之间。,(3)将目的基因导入受体细胞,(4)目的基因的检测与鉴定,3.转基因生物的三大安全性问题(1)_安全：滞后效应、过敏原、营养成分改变等。(2)_安全：对生物_的影响等。(3)环境安全：对生态系统_的影响等。,食物,生物,多样性,稳定性,4.蛋白质工程,基因合成,新的,蛋白质,蛋白质结构,脱氧核,苷酸序列,题型一工具酶的应用1.下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是(),A.HindB.EcoRC.EcoBD.Pst解析A处有3处(BamH、EcoB、Cla)限制酶的切点，结合题中选项可知，只有使用EcoB限制酶切割时，才能让目的基因插入到A处。答案C,2.嗜热土壤芽胞杆菌产生的葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶。为使其在工业生产中更好地应用，开展了以下试验。如图为质粒限制酶酶切图谱，下表为几种限制酶的识别序列及酶切位点。请回答下列问题：,(1)通常情况下，获得的目的基因需要进行扩增，最简便的方法是_技术。(2)分析上图，可选择_和_两种不同的限制酶切割质粒，以防止质粒自身环化。质粒被切割后，可用_将其与目的基因连接。在动物基因工程中将目的基因导入受体细胞时通常的方法是_。(3)大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为_。,(4)蛋白质工程是第二代基因工程，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发_找到相对应的脱氧核苷酸序列。答案(1)PCR(2)NdeBamHDNA连接酶显微注射法(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶(4)设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列,题型二基因工程的应用及蛋白质工程3.(2020无锡模拟)（多选）下列关于基因工程的叙述，错误的是()A.构建表达载体时需要在目的基因前加上起始密码子B.农杆菌转化法可以将目的基因随机插入受体细胞的染色体DNA上C.标记基因中不能有限制酶的识别位点以防止其被破坏而失去作用D.导入人胰岛素基因的大肠杆菌可直接生产出有活性的人胰岛素,解析构建基因表达载体时需要在目的基因前加上启动子；农杆菌的Ti质粒的TDNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，依据农杆菌的这一特点，采用农杆菌转化法，将目的基因插入Ti质粒的TDNA上，可以将目的基因随机插入受体细胞的染色体DNA上；标记基因中可以有限制酶的识别位点，为了防止标记基因被破坏而失去作用，在构建基因表达载体时，使用的限制酶应该不具有识别标记基因中的限制酶的识别位点的能力；导入人胰岛素基因的大肠杆菌，因没有内质网和高尔基体，不能对胰岛素进行加工，所以不能直接生产出有活性的人胰岛素。答案ACD,4.(2020山东省等级考试模拟，25)基因定点整合可替换特定基因，该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的，将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上，替换突变基因，可用来研究该病的基因治疗过程。定点整合的过程是：从染色体DNA上突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2，根据其碱基序列分别合成HB1和HB2，再将两者分别与基因HSVtk1、HSVtk2连接，中间插入正常PKU基因和标记基因neor，构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换，导致两者之间区域发生互换，如图所示。,(1)构建重组载体时，常用的工具酶有_。该实验用小鼠胚胎干细胞作为PKU基因的受体细胞以培育出转基因小鼠，除了胚胎干细胞能大量增殖外，还因为胚胎干细胞_。(2)为获得小鼠的胚胎干细胞，可将小鼠囊胚中的_取出，并用_处理使其分散成单个细胞进行培养，培养过程中大部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长，这种现象称为_。,(3)用图中重组载体转化胚胎干细胞时，会出现PKU基因错误整合。错误整合时，载体的两个HSVtk中至少会有一个与neor一起整合到染色体DNA上。已知含有neor的细胞具有G418的抗性，HSVtk1、HSVtk2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G418及同时含有G418和DHPG的培养液中进行培养，在双重选择下存活下来的是_的胚胎干细胞，理由是_。(4)将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠，从个体生物学水平检测，若小鼠_，说明PKU基因成功表达。,解析(1)重组载体的构建，需要用到限制酶切出相同的黏性末端，然后用DNA连接酶进行连接；选用小鼠胚胎干细胞作为PKU基因的受体细胞以培育出转基因小鼠，因为胚胎干细胞的增殖分化能力强，全能性高。(2)小鼠囊胚的内细胞团细胞可以经培养获得胚胎干细胞，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶能够分解细胞之间的蛋白质，将细胞分散开，培养过程中细胞贴附在培养瓶的表面生长的现象成为贴壁生长。(3)由题干可知，含有neor的细胞具有G418的抗性，HSVtk1、HSVtk2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡，因此不含neor的细胞在含有G418溶液中不能存活，含有HSVtk1、HSVtk2的细胞在DHPG的培养液中培养时，会把DNPG转化为有毒物质使胚胎干细胞死亡。(4)筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠将不会患苯丙酮尿症，从个体水平上看是否患苯丙酮尿症即可检测。,答案(1)限制酶和DNA连接酶全能性强(2)内细胞团胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)贴壁生长(3)PKU基因正确整合(或PKU基因定点整合)在含有G418的培养液中培养时，不含neor的细胞全部死亡，含有PKU基因的细胞可以存活下来；在含有G418和DHPG的培养液中培养时，错误整合的细胞因含HSVtk而死亡(4)不患苯丙酮尿症,1.PCR相关技术原理与条件,微专题2PCR技术及DNA的粗提取与鉴定,2.PCR的反应过程及结果,3.DNA的粗提取与鉴定,0.14mol/L,酒精,二苯胺,蓝色,1.(2019常州一模)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如图所示)。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。下列叙述错误的有(),A.用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列B.设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对而造成引物自连C.退火温度过高可能导致PCR反应得不到任何扩增产物D.第四轮循环产物中同时含有引物A和引物B的DNA片段所占的比例为15/16,解析PCR是一项在生物体外复制特定的DNA分子片段的技术，其前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，不需要知道其全部序列就可扩增；PCR过程中需要两种引物分子，不同引物能靠碱基互补配对而形成(部分)双链的话会造成引物不能同模板DNA结合，也就不能发生进一步的链式反应，这一点需要避免；若退火温度过高，则引物与模板DNA无法形成部分双链，PCR也就不能发生；由图可知，由原来的每条母链为模板合成的两个新DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时，两种引物都含有，故第四轮循环共产生16个DNA分子，其中2分子DNA只含有1种引物，因此同时含有A和B引物的DNA分子是14个，占14/16。答案D,2.(2019全国卷，38)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括_和_。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是_。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是_。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的_。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_。,解析(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是通过加热至9095进行解旋的，二者都破坏了碱基对之间的氢键。(3)在PCR过程中，要加热至9095，所以使用热稳定性高的Taq酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。答案(1)基因组文库cDNA文库(2)解旋酶加热至9095氢键(3)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活,1.把握细胞工程六大技术原理,微专题3细胞工程,细胞的全能性,动物细胞核的全能性,流动性,2.植物组织培养过程(1)植物组织培养的2个关键,提醒：固体培养基组成：无机营养、有机营养、激素、琼脂。植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。,细胞分裂素,固体,(2)针对三类目标(试管苗、人工种子、细胞产物)的培养流程,3.植物体细胞杂交技术(1)细胞壁酶解方法：用_处理。(2)促融方法：物理法：离心、振动、电激等；化学法：聚乙二醇(PEG)。,(3)概念：植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成,杂种细胞,，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。,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。,(4)杂种细胞的形成标志新细胞壁的形成。(5)培养杂种植株的技术植物组织培养。,纤维素酶和果胶酶,4.动物细胞培养,提醒：动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶：第一次：处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞。第二次：使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。,传代细胞的特点传代培养到10代以内的细胞核型稳定，1050代时部分细胞核型可能发生变化，50代以后遗传物质可能发生变化。避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理，加入一定量的抗生素，定期更换培养液。区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。,5.理清动物体细胞核移植,提醒：(1)选择受体细胞为去核卵母细胞的原因营养丰富；体积大，易操作；含有激发细胞核全能性表达的物质。(2)核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因：克隆动物遗传物质来自两个亲本。发育过程中可能发生基因突变或染色体变异。外界环境可能引起不可遗传的变异。,6.单克隆抗体的制备,题型一植物细胞工程1.(2020山东省等级考试模拟，14)下列关于单克隆抗体制备的说法，正确的是()A.将特定抗原注射到小鼠体内，可以从小鼠血清中获得单克隆抗体B.经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外培养时可分泌单克隆抗体C.诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后，发生融合的细胞均为杂交瘤细胞D.筛选出杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选分泌单克隆抗体的细胞,解析将特定抗原注射到小鼠体内，小鼠的浆细胞会针对该抗原合成特异性抗体，但血清中存在多种抗体，A错误；经特定抗原免疫过的B淋巴细胞不能无限增殖，在体外培养不能得到大量的单一抗体，B错误；诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，会产生BB融合细胞，B骨髓瘤融合细胞和骨髓瘤骨髓瘤融合细胞，C错误；由于提取的B淋巴细胞有多种，因此筛选岀杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选分泌特定单克隆抗体的细胞，D正确。答案D,2.(2019全国卷，38)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有_(答出2点即可)。,(2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是_。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、_和_等几类物质。,(3)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的_进行组织培养。(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_(用流程图表示)。,解析(1)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)人工种皮具有透气性，有利于胚状体进行呼吸作用；人工胚乳能够为胚状体生长提供植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞愈伤组织小植株。答案(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快(2)有利于胚状体进行呼吸作用矿质元素糖(3)茎尖,题型二动物细胞工程3.(2019泰州一模)单克隆抗体可抑制病毒对宿主细胞的侵染。下列关于单抗制备的相关叙述中，错误的是()A.为提高单抗制备成功率，往往需要多次给实验动物注射同一种抗原B.给实验动物注射抗原后，相应抗体检测呈阳性说明发生了体液免疫C.单抗的制备过程中需用到DNA分子杂交技术和抗原抗体杂交技术D.动物体内存在很多种浆细胞，每种浆细胞只能产生一种抗体,解析为提高单抗制备成功率，往往需要多次给实验动物注射同一种抗原；抗体是体液免疫产生，给实验动物注射抗原后，相应抗体检测呈阳性，说明发生了体液免疫；基因工程中需用到DNA分子杂交技术和抗原抗体杂交技术而单抗的制备过程中，用不到DNA分子杂交。答案C,4.(2019豫南九校联考)如图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图，请据图回答下列问题：,(1)图甲和图乙所示的过程中，均用到的动物细胞工程技术是_。(2)图甲中过程动物细胞融合技术是指_，该过程中常用的诱导因素有聚乙二醇、_。(3)克隆羊的性状与白面绵羊不完全相同，其主要原因是(不考虑环境因素影响)：_。,(4)图乙过程的技术具有多方面的用途。在畜牧生产中，利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良的进程，促进优良畜群繁育；在保护濒危物种方面，可望利用体细胞核移植技术增加这些动物的存活数量。请你列举一例说明该技术在医药卫生领域的应用：_。(5)在制备单克隆抗体的过程中，进行了两次筛选，其目的分别是_。,解析(1)图甲和图乙所示的过程中，都会用到的动物细胞工程技术是动物细胞培养技术。(2)图甲中过程称为动物细胞融合技术(或细胞杂交)，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。此过程中常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒和电激等。(3)克隆羊的性状并不完全像白面绵羊，因为卵母细胞细胞质的遗传物质也能控制某些性状。(4)体细胞核移植技术的应用：在畜牧生产中，利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良的进程，促进优良畜群繁育；在保护濒危物种方面，可望利用体细胞核移植技术增加这些动物的存活数量。在医药卫生领域，转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗人类疾,病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异种移植的供体；人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织、器官的移植。理论方面：研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；用克隆动物做疾病模型，能使人们更好的追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。(5)在制备单克隆抗体的过程中，进行了两次筛选，其目的不同，第一次筛选是为了获得杂交瘤细胞；第二次筛选是为了获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。,答案(1)动物细胞培养技术(2)两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程灭活的病毒、电激(3)卵母细胞细胞质的遗传物质也能控制某些性状(4)转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异种移植的供体；人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织器官的移植。(回答出其中一项即可)(5)第一次筛选出的是杂交瘤细胞，第二次筛选出的是能产生所需抗体的杂交瘤细胞(合理即可),1.理清胚胎移植、胚胎分割和胚胎干细胞的内在联系,微专题4胚胎工程,超数排卵,桑椹胚或囊胚,内细胞团,巧记胚胎工程操作的“4个两”精子的两种获能处理：培养法和化学诱导法。,2.试管婴儿和设计试管婴儿的异同点,设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程，两种技术均属于有性生殖，其中属于解决不孕夫妇生育问题的是试管婴儿技术。,1.(2015江苏单科，3)下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述，正确的是()A.乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养B.细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行C.采用胚胎分割技术产生同卵多胚的数量是有限的D.培养早期胚胎的培养液中含维生素、激素等多种能源物质,解析癌细胞比成熟动物细胞更易进行离体培养，体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著低于正常细胞，A错误；细胞核移植不一定是在同种动物、同种组织之间进行，如可以将一种生物体细胞的细胞核移植到另一种生物去核的卵母细胞中，B错误；随着胚胎分割次数的增多，分割胚的发育能力明显降低，获取同卵多胚的数量有限，C正确；维生素和激素都不能提供能量，D错误。答案C,2.(2019天一大联考)日本明治大学和京都府立大学的科学家团队通过转基因技术，开发出一种在猪体内生长的可为人类提供移植器官的方法。研究人员首先从胰腺病患者身上提取诱导性多能干细胞(iPSC)，然后将干细胞注入猪胚胎中。这种胚胎经过基因改造，不具备长出胰腺的能力，因而在猪身上腾出了一个空间，可供人体器官在猪胚胎内生长。在母猪分娩之前，研究人员将子宫移走，带到无病原体房间将猪仔取出，并用无菌人造牛奶饲养1个月，之后这些猪仔就可以进行器官移植了。请回答下列问题：,(1)诱导性多能干细胞(iPSC)具有与胚胎干细胞类似的功能，可以发育成人体的各种组织和器官。人体内有许多的多能干细胞，如乳腺中的多能干细胞、胰腺中的多能干细胞及骨髓、外周血、脐带血中的造血干细胞等，最容易获取的多能干细胞是_。多能干细胞的获得，不使用胚胎细胞或卵细胞，也不诱导发育成个体，因此，不会像生殖性克隆那样引发_问题。,(2)该类用于器官移植的猪的培养过程中，必须要经历_、早期胚胎培养和_。之所以能培养出长有人体器官的猪，可见猪与人的_反应较小；将从该猪身上摘下的胰腺移植到患者体内，_(填“一定有”“一定没有”或“几乎没有”)免疫排斥现象。(3)这种猪的后代是否也会产生人体器官？_。(4)为了多获得这种基因改造过的胚胎，可以采用_的方法，当处理对象为囊胚时操作要点是_。,解析(1)人体内的干细胞有全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞；多能干细胞的子细胞可以分化成多种细胞，全能干细胞具有全能性。人体内最容易获得的干细胞是造血干细胞，可以直接从血液中分离。多能干细胞的获得和使用，不会像生殖性克隆那样引发伦理学问题。(2)胚胎工程包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等过程。曾经有科学家发现猪与人的免疫排斥反应较小，曾希望“以猪心换人心”；该技术培养出的器官完全是患者自己的细胞