专题八第1讲基因工程和细胞工程

专题八现代生物科技专题第1讲基因工程和细胞工程专题八现代生物科技专题2015高考导航专题八现代生物科技专题考纲考频考情分析1.基因工程(1)基因工程的诞生(Ⅰ)(3年2考)(2)基因工程的原理及技术(Ⅱ)(3年10考)(3)基因工程的应用(Ⅱ)(3年8考)(4)蛋白质工程(Ⅰ)(3年8考)(5)DNA的粗提取与鉴定(实验)(3年2考)1.趋势分析：(1)多以最新基因工程研究成果为载体，考查基因工程的工具与操作程序。(2)以工农业生产、畜牧业生产和医学实践中的具体事例为命题背景，考查植物组织培养相关知识。专题八现代生物科技专题考纲考频考情分析2．克隆技术(1)植物的组织培养(Ⅱ)(3年6考)(2)动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)(3年6考)(3)细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)(3年5考)2．备考指南：(1)表解比较法理解限制酶、DNA连接酶和载体的作用。(2)实例分析法理解基因工程的原理与过程。(3)列表比较法理解两个不同：植物组织培养和动物细胞培养的不同、植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同。(4)图解法理解单克隆抗体的制备过程。载体基因表达载体的构建目的基因的检测和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植物细胞的全能性植物体细胞杂交作物新品种的培育细胞增殖动物细胞核的全能性细胞膜的流动性给小鼠注射特定抗原产生专一抗体的杂交瘤细胞[链接思考]1．基因工程和克隆技术涉及哪些工具酶？提示：基因工程的工具酶是限制酶和DNA连接酶；克隆技术的工具酶是纤维素酶、果胶酶和胰蛋白酶。2．转基因动物的培育涉及到哪些生物工程？提示：基因工程、动物细胞工程和胚胎移植。[真题自测]判一判(1)为达到相应目的，携带链霉素抗性基因受体菌的筛选必须通过分子检测(2014天津，4A)(

)(2)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不可能同时进行ATP的合成与分解(2013四川，1C)(

)(3)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)(

)×××(4)将目的基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞(2012浙江，6D改编)(

)(5)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养(2012广东，2A)(

)(6)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)(

)(7)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(2011江苏，14B)(

)(8)动物的生长激素基因转入植物体后不能表达(2010江苏，18C)(

)×√×××提示：(1)

可通过向普通培养基中添加链霉素来检测受体菌是否表现抗链霉素，从而达到筛选携带链霉素抗性基因受体菌的目的，不必通过分子检测。(2)在诱导离体的组织或器官形成幼苗的过程中，伴随细胞的增殖与分化等需要能量的生理过程，一定会进行ATP的合成与分解。(3)DNA分子杂交是通过碱基互补配对原则形成的。(4)目的基因必须经构建形成基因表达载体，才能导入受体细胞，否则不能正常表达。(5)植物的茎尖一般没有病毒感染，因此可以通过组织培养技术培养茎尖细胞以获得脱毒苗。(6)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是否转录，但不能检测其是否表达。(7)克隆动物通过核移植技术获得，不能通过体细胞杂交技术获得。(8)不同生物的基因具有相同的化学成分和空间结构,合成蛋白质时共用一套密码子,因此动物基因可以在植物体内表达。命题点1基因工程及转基因技术的安全性

某质粒上有Sal

Ⅰ、Hind

Ⅲ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题。(1)将抗盐基因导入烟草细胞内，使烟草植株产生抗盐性状，这种新性状(变异性状)的来源属于_____________。(2)如果将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能________，也不能__________________________________。(3)在构建重组质粒时，应选用________和____________两种酶对_________和_______________________进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。基因重组复制表达(合成抗盐基因的mRNA)SalⅠ

Hind

Ⅲ

质粒含抗盐基因的DNA(4)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，如图表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)检测基因表达载体是否导入了农杆菌。培养基除了含有细菌生长繁殖必需的成分外,培养基A和培养基B分别还含有___________、________________________。从检测筛选的结果分析，含有目的基因的是________菌落中的细菌。为了确定抗盐烟草是否培育成功，既要用放射性同位素标记的____________作探针进行分子杂交检测，又要用____________________________________________________的方法从个体水平鉴定烟草植株的耐盐性。(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用________________技术,愈伤组织经_________________进而形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加_______________________________________________。氨苄青霉素四环素(氨苄青霉素和四环素)

4和6抗盐基因一定浓度的盐水浇灌烟草植株(将烟草植株移栽到盐碱地中)植物组织培养细胞增殖和分化植物激素(生长素和细胞分裂素)(6)近几年转基因生物进入我们的生活。下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是(

)A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上B[解析]

(1)基因工程的原理是基因重组。(2)将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能复制，也不能表达，即不能转录和翻译成相应的蛋白质。(3)质粒和含有目的基因的外源DNA分子上都含有Sal

Ⅰ、Hind

Ⅲ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，其中BamHⅠ的切割位点位于目的基因上，用该酶切割会破坏目的基因；若只用Sal

Ⅰ一种限制酶切割可能会导致目的基因与运载体反向连接；因此在构建重组质粒时，应选用SalI和Hind

Ⅲ两种限制酶对质粒和抗盐基因进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。(4)用SalI和Hind

Ⅲ两种限制酶对质粒进行切割时，会破坏四环素抗性基因，但不会破坏氨苄青霉素抗性基因，因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青霉素的培养基上生存，但不能在含有四环素的培养基上生存，所以培养基A和培养基B分别还含有氨苄青霉素、四环素，含目的基因的是4和6菌落中的细菌。探针是指用放射性同位素标记的目的基因(抗盐基因)。除了从分子水平上进行检测，还可以从个体水平上进行鉴定，即用一定浓度的盐水浇灌烟草植株来鉴定烟草的耐盐性。(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要采用植物组织培养技术，先经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再经过增殖和分化形成完整的植株。此过程除营养物质外还必须向培养基中添加植物激素(生长素和细胞分裂素)。(6)我国农业部颁布了《农业转基因生物标识管理办法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，以方便消费者自主选择。但国际上并非大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，A项正确、B项错误；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在转基因食物的安全性和转基因生物对环境安全的影响上，但这些通过风险评估、预警跟踪和风险管理等都是可以解决的，C、D两项正确。[技法点拨]1．理解限制酶及其切点(1)一个至多个限制酶切点：作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接。(2)每种酶一个切点：每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则重组载体进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。2．目的基因的获取(1)从基因文库中获取。(2)利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。(3)用化学方法人工合成①对于核苷酸序列已知的直接人工合成。3．从“基因表达”层面理解基因表达载体的必需元件(1)基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因＋复制原点。(2)启动子和终止子：启动子是RNA聚合酶结合位点，启动转录；终止子是终止转录的位点。插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列。4．将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法受体细胞农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术感受态细胞法(Ca2＋处理法)体细胞受精卵原核细胞5.目的基因的检测和鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测第一步目的基因是否整合到受体细胞染色体的DNA上DNA分子杂交(DNA和DNA之间)第二步目的基因是否转录出mRNA分子杂交技术(DNA和mRNA之间)目的基因是否翻译成蛋白质抗原—抗体杂交是否成功显示出杂交带第三步类型步骤检测内容方法结果显示个体水平鉴定根据目的基因表达出的性状判断，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，以确定功能是否相同6.转基因生物可能引起的安全性问题(1)食物安全问题①出现滞后效应；②出现新的过敏原；③营养成分改变；④侵犯宗教信仰者或素食者的权益。(2)生物安全问题①转基因植物成为杂草；②成为“入侵的外来物种”，威胁其他生物生存；③重组出对人类或其他生物有害的病原体；④通过基因重组产生“超级杂草”。(3)环境安全问题①打破自然物种的原有界限，破坏生态系统稳定性。②重组微生物降解某些化合物过程中可能产生污染环境的中间产物。③重组DNA与微生物杂交，可能产生有害的病原微生物。④转基因植物的花粉中含有的有毒蛋白或过敏蛋白可通过蜜蜂进入蜂蜜中，最后进入其他动物和人体内。猜想1输卵管生物反应器是继哺乳动物乳腺生物反应器后最具发展前景的动物生物反应器。如图是用鸡的输卵管生物反应器生产猪β干扰素的有关过程，据图回答：

携带猪β干扰素基因的鸡输卵管生物反应器逆转录病毒载体的构建(1)图中获取猪β干扰素基因(INF­β)用到的工具酶是__________________,用_______技术扩增猪β干扰素基因。(2)构建基因表达载体是转基因技术的核心，该过程用到的酶是______________________，载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动目的基因转录，该部位称为________。(3)将猪β干扰素基因导入鸡的受体细胞常用的方法是________________，通常采用_______________________技术检测外源基因是否插入了鸡的基因组。MluⅠ和BamHⅠPCRDNA连接酶和限制酶启动子显微注射法DNA杂交(核酸探针)(4)在研制输卵管生物反应器时，应使外源基因在鸡的______________细胞中特异性表达，写出猪β干扰素基因表达的过程：________________________________________。(5)与噬菌体不同，逆转录病毒的复制是在________酶的作用下合成DNA，然后表达出相应的蛋白质。这些过程是在________细胞中完成的。输卵管上皮逆转录宿主命题点2克隆技术及伦理道德问题如图可表示细胞融合技术的一些过程，请据图回答：(1)若A、B细胞为动物细胞，A、B融合为C的过程说明了细胞膜具有___________的特点。若A、B到C的过程是体外受精过程，则精子必须进行______________处理，卵子必须发育到_______________________(时期),用____________处理，可以获得较多的卵子。流动性获能减数第二次分裂中期促性腺激素(2)若A、B细胞为植物细胞，那么这样的细胞已经用酶降解掉了__________，这种酶可能是________________酶。A、B细胞到C细胞的过程中，常用的物理方法是__________________________；融合完成的标志是__________________________；形成的D细胞还要应用___________________技术把D培养成植株。培养过程中，所用的固体培养基除了添加水、无机盐、糖等营养物质，还必须加入________和细胞分裂素等调节物质。(3)若A细胞为骨髓瘤细胞,B细胞为能产生抗体的B淋巴细胞,那么D细胞称为________细胞，这种细胞既能无限增殖，又能产生____________________。细胞壁纤维素酶和果胶离心、振动、电刺激形成了新的细胞壁植物组织培养生长素杂交瘤特异性抗体(4)若该过程是制备单克隆抗体的过程，在A、B到C的过程中，所形成的C有________种(仅限于两个细胞的融合)，用来培养的D细胞应该是____________________。从中选择出它的方法是在特定的______________培养基中培养。(5)(2014·高考重庆卷)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述，错误的是(

)A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力3融合的杂交瘤细胞选择D[解析]

(1)动物细胞融合体现了细胞膜的结构特点具有一定的流动性；若表示体外受精过程，则精子进行获能处理，卵子必须发育到减数第二次分裂中期，另外用促性腺激素可进行超数排卵处理。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，可以用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁得到原生质体；原生质体融合常用物理方法如离心、振动和电刺激，化学方法如聚乙二醇；细胞融合完成的标志是杂种细胞形成新的细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关。杂种细胞还要经过植物组织培养过程中的脱分化和再分化形成杂种植株，而培养液中加入生长素和细胞分裂素。(3)A细胞为骨髓瘤细胞，B细胞为B淋巴细胞，经过动物细胞融合形成杂交瘤细胞，特点是既能无限繁殖又能产生特异性抗体。(4)制备单克隆抗体的过程中融合后的细胞有三种情况(B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞及B细胞和骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞)，需要用特定的选择培养基进行筛选，以获得杂交瘤细胞。(5)A项，培育转基因植物时，要根据目的基因的产物是否对人类有害来确定该目的基因能否用于转基因植物的培育。B项，克隆人会给社会带来伦理上的问题，所以当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验；治疗性克隆对于一些重大疾病的治疗具有积极的意义,所以并不反对治疗性克隆。C项，科学地设计试管婴儿对于治疗不育不孕及一些难治之症具有积极的意义,但有人却滥用此技术选择性设计婴儿,所以设计试管婴儿遭到反对。D项干扰素并不能用于制造生物武器，多用于治疗一些病毒性疾病。[技法点拨]1．细胞工程的几个过程流程图比较细胞工程技术技术过程图示细胞工程技术技术过程图示植物组织培养动物细胞培养细胞工程技术技术过程图示细胞工程技术技术过程图示植物体细胞杂交动物细胞的融合核移植单克隆抗体的制备(1)区分容易混淆的三种细胞——杂种细胞、重组细胞和杂交细胞①杂种细胞：植物体细胞杂交过程中，两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体出现细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。②重组细胞：体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。③杂交细胞：动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。(2)从结果来分析原理①植物体细胞杂交：植物体细胞杂交包含两个过程，一是植物细胞融合，二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株，产生了一个生物体，因此其原理是：细胞膜的流动性和细胞的全能性。②动物细胞融合：动物细胞融合形成杂交细胞，杂交细胞进行细胞培养，获得大量的克隆细胞，但没有形成生物体，因此动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性，不包含细胞全能性。(3)明确单克隆抗体制备过程中的两次筛选第一次筛选：利用特定选择培养基筛选，获得杂交瘤细胞，即AB型细胞(A为浆细胞，B为骨髓瘤细胞)，不需要A、B、AA、BB型细胞。第二次筛选：利用多孔板法和抗原—抗体杂交法筛选，获得产生特定抗体的杂交瘤细胞。2．动物细胞培养的特殊条件归纳(1)胰蛋白酶的使用: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；培养过程中发生接触抑制时，同样需要用胰蛋白酶使细胞分散开。(2)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