2019高考生物二輪復習 專題七 現(xiàn)代生物科技專題 第一講 基因工程和細胞工程學案.docx

《2019高考生物二輪復習 專題七 現(xiàn)代生物科技專題 第一講 基因工程和細胞工程學案.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019高考生物二輪復習 專題七 現(xiàn)代生物科技專題 第一講 基因工程和細胞工程學案.docx（31頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第一講　基因工程和細胞工程 [考綱要求]　 1．基因工程的誕生(Ⅰ)　2.基因工程的原理及技術(含PCR技術)(Ⅱ)　3.基因工程的應用(Ⅱ)　4.蛋白質工程(Ⅰ) 5．植物的組織培養(yǎng)(Ⅱ)　6.動物細胞培養(yǎng)與體細胞克隆(Ⅱ)　7.細胞融合與單克隆抗體(Ⅱ) [知識主干系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)]　　　　　　　　　　　　　　　理基礎　建網(wǎng)絡　回扣關鍵知識 授課提示：對應學生用書第97頁 ■高考必背——記一記 1．基因工程的核心知識點 (1)要求用同一種限制酶切割質粒和含有目的基因的片段。其實也可以用不同限制酶切割，只要二者切割后產(chǎn)生相同黏性末端即可。 (2)基因工程是否成功表現(xiàn)在目的基因是否成功表達，不能將目的基因導入受體細胞當作基因工程成功的標志。 (3)啟動子不是起始密碼子，終止子不是終止密碼子。啟動子和終止子位于DNA分子上，其作用和轉錄有關，起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，其作用與翻譯有關。 (4)界定基因治療與基因診斷 ①基因治療：將正常基因導入有基因缺陷的細胞中，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，以達到治療的目的——其原理為“基因重組”及“基因表達”。 ②基因診斷：制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合，分析雜交帶情況——其原理為“DNA分子雜交”。 2．轉基因植物的培育涉及的生物工程有基因工程、植物組織培養(yǎng)(植物細胞工程)；轉基因動物的培育涉及的生物工程有基因工程、動物細胞工程、胚胎移植。 ■易混易錯——判一判 1．判斷下列有關基因工程敘述的正誤 (1)借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細胞篩選出來。(2015重慶卷)(√) (2)啟動子和終止密碼子均在胰島素基因的轉錄中起作用。(2015重慶卷)() (3)轉基因抗蟲棉植株抗蟲效果的鑒定必須通過分子檢測。() (4)重組質粒與探針能進行分子雜交是因為DNA分子脫氧核糖和磷酸交替連接。() 2．判斷下列關于細胞工程敘述的正誤 (1)細胞核移植主要在同種動物、同種組織的細胞之間進行。(2015江蘇卷)() (2)乳腺細胞比乳腺癌細胞更容易進行離體培養(yǎng)。(2015江蘇卷)() (3)PEG是促細胞融合劑，可直接誘導植物細胞融合。(2016江蘇卷)() (4)用原生質體制備人工種子，要防止細胞破裂。(2016江蘇卷)() [高頻考點融會貫通]　　　　　　　　　　　　　　析考點　做題組　攻破熱點難點 授課提示：對應學生用書第98頁 考點一　基因工程 [真題試做明考向] 1．(2018高考全國卷Ⅰ)回答下列問題： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質粒可以作為載體外，還證明了 _____________________________________________________________(答出兩點即可)。 (2)體外重組的質?？赏ㄟ^Ca2＋參與的________方法導入大腸桿菌細胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是________。 (3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內表達時，表達出的蛋白質可能會被降解。為防止蛋白質被降解，在實驗中應選用________的大腸桿菌作為受體細胞，在蛋白質純化的過程中應添加________的抑制劑。 解析：(1)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌中，該過程利用的技術是基因工程。該研究除了證明質?？勺鳛檩d體外，還證明了體外重組的質粒可以進入受體細胞，真核生物基因可在原核細胞中表達等。 (2)重組質粒導入大腸桿菌細胞可采用Ca2＋參與的轉化方法；體外重組噬菌體要通過將體外重組的噬菌體DNA和外殼蛋白(或噬菌體蛋白)進行組裝獲得；因為噬菌體是專門寄生在細菌中的病毒，所以宿主細胞選用細菌。 (3)為防止蛋白質被降解，在實驗中應選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞；在蛋白質純化過程中，為防止目的蛋白質被降解，需要添加蛋白酶的抑制劑。 答案：(1)體外重組的質?？梢赃M入受體細胞；真核生物基因可在原核細胞中表達　(2)轉化　外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)　細菌　(3)蛋白酶缺陷型　蛋白酶 2．(2017高考全國卷Ⅰ)真核生物基因中通常有內含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}： (1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若用家蠶作為表達基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用________作為載體，其原因是______________________________________________________________。 (3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比，大腸桿菌具有______________(答出兩點即可)等優(yōu)點。 (4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質是________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)人是真核生物，從人的基因組文庫中獲得的基因A有內含子，而受體細胞大腸桿菌是原核生物，原核生物基因中沒有內含子，相應的就沒有切除內含子對應的RNA序列的機制，故無法表達出蛋白A。(2)噬菌體是專一性侵染細菌的病毒，以細菌為宿主細胞，而昆蟲病毒侵染的是昆蟲，以昆蟲為宿主細胞。家蠶屬于昆蟲，故應選用昆蟲病毒作為載體。(3)與家蠶相比，大腸桿菌具有繁殖快、容易培養(yǎng)等優(yōu)點，故要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。(4)檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用抗原—抗體雜交法。(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗中，S型細菌的DNA可以使R型細菌發(fā)生轉化，說明可調控多糖莢膜產(chǎn)生的基因整合到了R型細菌的DNA分子中并成功得以表達。也就是說DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體并進行表達，這為基因工程理論的建立提供了啟示。 答案：(1)基因A有內含子，在大腸桿菌中，其初始轉錄產(chǎn)物中與內含子對應的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A (2)噬菌體　噬菌體的宿主是細菌，而不是家蠶 (3)繁殖快、容易培養(yǎng) (4)蛋白A的抗體 (5)DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體 3.(2017高考全國卷Ⅱ)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內，可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}： (1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是______________。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是____________________________________________________________________。 (2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是____________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是____________________________________________________(答出兩點即可)。 (4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學鍵是 ________________________________________________________________________。 (5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是___________________________________________。 解析：(1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是相對于老葉而言嫩葉組織細胞更容易被破碎。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA為材料獲得cDNA的原理是在逆轉錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是目的基因無復制原點且目的基因無表達所需啟動子。(4)DNA連接酶催化形成的化學鍵是磷酸二酯鍵。(5)若獲得的轉基因植株不具備所期望的性狀表現(xiàn)，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是目的基因的轉錄或翻譯異常。 答案：(1)嫩葉組織細胞易破碎　防止RNA降解 (2)在逆轉錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA (3)目的基因無復制原點；目的基因無表達所需啟動子 (4)磷酸二酯鍵 (5)目的基因的轉錄或翻譯異常 4．(2017高考全國卷Ⅲ)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成，編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成，如圖1所示。 回答下列問題： (1)現(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙，若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，則所構建的表達載體轉入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙，原因是_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)某同學在用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中，在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等，還加入了序列甲作為________，加入了________作為合成DNA的原料。 (3)現(xiàn)通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白，要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用，某同學做了如下實驗：將一定量的含T淋巴細胞的培養(yǎng)液平均分成四組，其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一組作為對照，培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度，結果如圖2。 ①由圖2可知：當細胞濃度達到a時，添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細胞濃度不再增加，此時若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖，可采用的方法是________。細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，CO2的作用是____________________________________________。 ②僅根據(jù)圖1、圖2可知，上述甲、乙、丙三種蛋白中，若缺少________(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段，則會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。 解析：(1)若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGA AGGA)，則轉錄出的mRNA上缺少起始密碼子，故不能翻譯出蛋白乙。(2)使用PCR技術獲取DNA片段時，應在PCR反應體系中添加引物、耐高溫的DNA聚合酶、模板、dNTP作為原料。(3)T淋巴細胞濃度之所以不再增加，是因為細胞間出現(xiàn)接觸抑制，因此若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖，需要對貼滿瓶壁的細胞使用胰蛋白酶處理，然后分瓶培養(yǎng)，即細胞傳代培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，以維持培養(yǎng)液的pH。據(jù)圖分析，蛋白丙與對照接近說明B、D片段對于T淋巴細胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙對T淋巴細胞的增殖都有較大影響，甲、乙兩種蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。 答案：(1)編碼乙的DNA序列起始端無ATG，轉錄出的mRNA無起始密碼子 (2)模板　dNTP (3)①進行細胞傳代培養(yǎng)　維持培養(yǎng)液的pH　②C [融會貫通析考點] 1．比較記憶基因工程的三種工具 限制酶 DNA連接酶 載體 作用 切割目的基因和載體 拼接DNA片段，形成重組DNA 攜帶目的基因進入受體細胞 作用部位 兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 － 作用特點(條件) ①識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列 ②在特定位點切割 ①EcoliDNA連接酶只能連接黏性末端 ②T4DNA連接酶能連接黏性末端和平末端 ①能在宿主細胞內穩(wěn)定存在并大量復制 ②有一個至多個限制酶切割位點 ③具有特殊的標記基因 2.熟記基因工程的四個操作步驟 (1)目的基因“三種獲取方法” ①從基因文庫中獲取(基因組文庫、cDNA文庫)； ②利用PCR技術擴增：其實質是在體外對目的基因進行大量復制。用PCR儀控制溫度：變性(90～95℃)→復性(55～60℃)→延伸(70～75℃)； ③通過DNA合成儀用化學方法人工合成(用于核苷酸序列已知，且核苷酸數(shù)目較少的基因)、利用mRNA反轉錄法合成。 (2)基因表達載體的構建——基因工程操作的核心 ①基因表達載體的組成 ②構建過程 (3)將目的基因導入受體細胞 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法等 顯微注射技術 感受態(tài)細胞法(Ca2＋處理法) 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 (4)目的基因的檢測與鑒定的“兩個水平” 3．PCR技術 (1)原理：DNA復制，即： (2)PCR反應過程 過程 說明 圖解 變性 當溫度上升到90℃以上時，雙鏈DNA解聚為單鏈 復性 溫度下降到50℃左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結合 延伸 72℃左右時，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新鏈由5′端向3′端延伸 (3)結果：上述三步反應完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。 4．圖解記憶蛋白質工程 [方法技巧會應用] 1．限制酶及其切點的分析 (1)一個至多個限制酶切點：作為載體必須具有一個至多個限制酶切點，以便與外源基因連接。 (2)每種酶一個切點：每種酶的切點最好只有一個。因為每種限制酶只能識別單一切點，若載體上有一個以上的該酶切點，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復制原點區(qū)，則進入受體細胞后便不能自主復制。一個載體若只有某種限制酶的一個切點，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會丟失自己的片段。 2．DNA的粗提取與鑒定的方法步驟 [鞏固提升練題組] ?題組一　基因工程的工具及操作程序的考查 5．(2018廣東深圳調研)葉綠體轉基因技術是將外源基因整合到葉綠體基因組中，該技術能有效改良植物的品質。請回答下列問題： (1)轉基因技術的核心步驟是________________，完成該步驟所需要的酶有___________。 (2)將植物體細胞處理得到原生質體，再通過________或________法，將目的基因導入原生質體，使原生質體再生細胞壁之后，通過________技術培養(yǎng)可得到相應的轉基因幼苗。 (3)來自原核生物中有重要價值的外源基因，無需改造和修飾就可在葉綠體中高效表達，據(jù)此分析，原因是________________________________________________________________。 (4)對大多數(shù)高等植物而言，與傳統(tǒng)的細胞核轉基因相比，葉綠體轉基因更穩(wěn)定，其遺傳方式________(填“遵循”或“不遵循”)孟德爾分離定律，不會隨________(填“花粉”或“卵細胞”)傳給后代，從而保持了________(填“父本”或“母本”)的遺傳特性。 解析：(1)轉基因技術的操作分四步：獲取目的基因，構建基因表達載體，將目的基因導入受體細胞，目的基因的檢測和鑒定，其中構建基因表達載體是核心步驟，需要用到限制酶和DNA連接酶。(2)將目的基因導入原生質體，可以用農桿菌轉化法、基因槍法。原生質體再生細胞壁之后，通過植物組織培養(yǎng)技術培養(yǎng)可得到相應的轉基因幼苗。(3)外源基因無需改造和修飾就可在葉綠體中高效表達，原因是葉綠體DNA與原核生物DNA結構類似。(4)葉綠體轉基因屬于細胞質基因，不遵循孟德爾分離定律，受精卵的細胞質幾乎全部來自于卵細胞，所以葉綠體轉基因不會隨花粉傳給后代，從而保持了母本的遺傳特性。 答案：(1)構建基因表達載體　限制酶和DNA連接酶 (2)農桿菌轉化法　基因槍　植物組織培養(yǎng) (3)葉綠體DNA與原核生物DNA結構類似 (4)不遵循　花粉　母本 6．(2018高考全國卷Ⅱ)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光，這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達。某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端，獲得了L1GFP融合基因(簡稱為甲)，并將其插入質粒P0，構建了真核表達載體P1，其部分結構和酶切位點的示意圖如下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。 回答下列問題： (1)據(jù)圖推斷，該團隊在將甲插入質粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是________。使用這兩種酶進行酶切是為了保證________，也是為了保證____________________________。 (2)將P1轉入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后，若在該細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了________和________過程。 (3)為了獲得含有甲的牛，該團隊需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的________移入牛的________________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中，某同學用PCR方法進行鑒定，在鑒定時應分別以該牛不同組織細胞中的________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。 解析：(1)由題意可知，L1基因和GFP基因合成了L1GFP融合基因(簡稱為甲)，題圖中顯示了四個酶切位點，當將L1GFP融合基因插入質粒P0時，可用E1和E4限制酶進行酶切，用這兩種酶進行酶切不會破壞甲的完整性，同時能保證甲按照正確的方向與載體連接。 (2)若在牛皮膚細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1GFP融合基因得到表達，即目的基因在受體細胞中通過轉錄和翻譯合成了熒光蛋白。 (3)為了獲得含有甲的牛，可將含有目的基因的細胞的細胞核移入牛的去核卵母細胞中，然后進行體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)利用PCR技術擴增目的基因，可以檢測目的基因是否存在。PCR擴增的模板是DNA。 答案：(1)E1和E4　甲的完整　甲與載體正確連接　(2)轉錄　翻譯　(3)細胞核　去核卵母細胞 (4)核DNA ?題組二　基因工程的應用及蛋白質工程的考查 7．近年興起的CRISPRCas技術被用于預防和治療多種人類遺傳病。該技術的核心是一段具有特定序列的RNA(CRISPRRNA)及與該RNA結合在一起的Cas蛋白?；卮鹣铝袉栴}： (1)治療人類遺傳病最有效的手段是基因治療，通常又分為____________和____________兩種類型。 (2)用該技術治療遺傳病的基本過程是：根據(jù)遺傳病致病基因的序列設計一段RNA(即CRISPRRNA)，將該RNA與Cas蛋白結合形成復合體，并導入患者細胞中，導入方法與外源基因導入人體細胞相似，可采用________法；進入細胞后的復合體在RNA的指引下按照________原則準確地結合在致病基因部位，而Cas蛋白則對致病基因進行切割。由此可見，Cas蛋白應該是一種____________酶。 (3)對于患遺傳病的個體來說，不可能對每個細胞都注射該復合體，因此，研究人員選用____________為運載體，從而使復合體在運載體的協(xié)助下能夠大量主動進入人體細胞，但在使用前需要對運載體進行________處理，以保證其安全性。該運載體進入人體細胞的方式通常是____________。 解析：(1)基因治療分為體內基因治療和體外基因治療兩種類型。(2)將目的基因導入動物細胞最有效的方法是顯微注射法；進入細胞后的復合體在RNA的指引下按照堿基互補配對原則準確地結合在致病基因部位；Cas蛋白可對致病基因進行切割，由此可見，Cas蛋白應該是一種限制性核酸內切酶。(3)利用動物病毒侵染動物細胞的特性，可選用動物病毒作為運載體，從而使復合體在運載體的協(xié)助下能夠大量主動進入人體細胞，但在使用前需要對運載體進行滅毒(或減毒)處理，以保證其安全性。該運載體進入人體細胞的方式通常是胞吞。 答案：(1)體內基因治療　體外基因治療 (2)顯微注射　堿基互補配對　限制性核酸內切 (3)動物病毒　滅毒(或減毒)　胞吞 8．科學家通過利用PCR定點突變技術改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題： (1)PCR過程所依據(jù)的原理是____________________，利用PCR技術擴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，以便根據(jù)這一序列合成________；擴增過程需要加入________________________酶。 (2)啟動子是一段有特殊結構的DNA片段，其作用是_______________________________ ____________________________________________________________________。目的基因能在不同生物體內正常表達原來的蛋白質，說明整個生物界________________________。PCR定點突變技術屬于________________的范疇。 (3)可利用定點突變的DNA構建基因表達載體。常用________________將基因表達載體導入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的________________________技術，來最終獲得轉基因植物。 解析：(1)PCR依據(jù)的原理是DNA雙鏈復制，在用PCR技術擴增目的基因前要依據(jù)一段已知目的基因的脫氧核苷酸序列合成引物；擴增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結合部位，可驅動基因轉錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細胞內表達合成相同蛋白質。(3)常用農桿菌轉化法將基因表達載體導入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術，獲得轉基因植物。 答案：(1)DNA雙鏈復制　引物　耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合) (2)RNA聚合酶識別和結合部位，可驅動基因轉錄出mRNA　共用一套密碼子　蛋白質工程 (3)農桿菌轉化法　植物組織培養(yǎng) 考點二　細胞工程 [真題試做明考向] 1．(2018高考全國卷Ⅲ)2018年《細胞》期刊報道，中國科學家率先成功地應用體細胞對非人靈長類動物進行克隆，獲得兩只克隆猴——“中中”和“華華”?；卮鹣铝袉栴}： (1)“中中”和“華華”的獲得涉及核移植過程，核移植是指____________________。通過核移植方法獲得的克隆猴，與核供體相比，克隆猴體細胞的染色體數(shù)目________(填“減半”“加倍”或“不變”)。 (2)哺乳動物的核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植，胚胎細胞核移植獲得克隆動物的難度________(填“大于”或“小于”)體細胞核移植，其原因是 ________________________________________________________________________。 (3)在哺乳動物核移植的過程中，若分別以雌性個體和雄性個體的體細胞作為核供體，通常，所得到的兩個克隆動物體細胞的常染色體數(shù)目________(填“相同”或“不同”)，性染色體組合________(填“相同”或“不同”)。 解析：(1)核移植是指將動物的一個細胞核，移入一個已去掉細胞核的卵母細胞中，形成重組細胞。重組細胞形成的早期胚胎可移植到受體子宮內進一步發(fā)育，最終分娩得到克隆動物。因為染色體在細胞核中，所以克隆動物體細胞的染色體數(shù)目與提供細胞核的個體的體細胞相同。 (2)由于動物的胚胎細胞分化程度低，恢復全能性相對容易，而動物的體細胞分化程度高，恢復全能性十分困難，因此，動物體細胞核移植的難度明顯高于胚胎細胞核移植。 (3)哺乳動物雌雄個體的體細胞中，細胞核內常染色體的數(shù)目是相同的，性染色體組合是不同的。若分別以雌性個體和雄性個體的體細胞作為核供體，則得到的克隆動物的體細胞中常染色體的數(shù)目相同，性染色體組合不同。 答案：(1)將動物的一個細胞核，移入一個已去掉細胞核的卵母細胞中　不變　(2)小于　胚胎細胞分化程度低，恢復全能性相對容易　(3)相同　不同 2．(2016高考全國卷Ⅱ)如圖表示通過核移植等技術獲得某種克隆哺乳動物(二倍體)的流程。 回答下列問題： (1)圖中A表示正常細胞核，染色體數(shù)為2n，則其性染色體的組成可為________。過程①表示去除細胞核，該過程一般要在卵母細胞培養(yǎng)至適當時期再進行，去核時常采用________的方法。②代表的過程是__________。 (2)經(jīng)過多次傳代后，供體細胞中________的穩(wěn)定性會降低。因此，選材時必須關注傳代次數(shù)。 (3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同，從遺傳物質的角度分析其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)與克隆羊“多莉(利)”培育成功一樣，其他克隆動物的成功獲得也證明了 ________________________________________________________________________。 解析：(1)核移植技術中，供體可以是雌性也可以是雄性，因此，A的性染色體組成可為XX或XY；去核的方法是顯微操作，將早期胚胎移入代孕個體的技術是胚胎移植。(2)動物細胞傳代培養(yǎng)至10～50代時，部分細胞的遺傳物質(核型)可能會發(fā)生變化，因此，核移植技術中的供體細胞應為傳代培養(yǎng)10代以內的細胞。(3)克隆動物的遺傳物質來源于兩個個體，其核基因來自于供體，細胞質基因來自于受體(卵母細胞)，細胞質基因也會影響克隆動物的性狀。(4)克隆動物的成功獲得證明了動物已分化的體細胞的細胞核具有全能性。 答案：(1)XX或XY　顯微操作　胚胎移植 (2)遺傳物質 (3)卵母細胞的細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響 (4)動物已分化體細胞的細胞核具有全能性 3．(2014高考新課標全國卷Ⅰ)某研究者用抗原(A)分別免疫3只同種小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后測定各小鼠血清抗體的效價(能檢測出抗原抗體反應的血清最大稀釋倍數(shù))，結果如圖所示。 若要制備雜交瘤細胞，需取免疫后小鼠的B淋巴細胞(染色體數(shù)目40條)，并將該細胞與體外培養(yǎng)的小鼠骨髓瘤細胞(染色體數(shù)目60條)按一定比例加入試管中，再加入聚乙二醇誘導細胞融合，經(jīng)篩選培養(yǎng)及抗體檢測，得到不斷分泌抗A抗體的雜交瘤細胞。 回答下列問題： (1)制備融合所需的B淋巴細胞時，所用免疫小鼠的血清抗體效價需達到16000以上，則小鼠最少需要經(jīng)過________次免疫后才能有符合要求的。達到要求后的X、Y、Z這3只免疫小鼠中，最適合用于制備B淋巴細胞的是________小鼠，理由是______________________ ________________________________________________________________________。 (2)細胞融合實驗完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，可能還有 ____________________________，體系中出現(xiàn)多種類型細胞的原因是_________________ ________________________________________________________________________。 (3)雜交瘤細胞中有________個細胞核，染色體數(shù)目最多是________條。 (4)未融合的B淋巴細胞經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后都不能存活，原因是_____________________。 解析：(1)由圖可知，要想獲得血清抗體效價達到16000以上的小鼠，小鼠至少需要經(jīng)過4次免疫后才能有符合要求的。達到要求后的X、Y、Z3只小鼠中，由于Y小鼠的血清抗體效價最高，顯著高于其他兩只小鼠，因此最適合用于制備B淋巴細胞。(2)由于細胞融合是隨機的，且融合率達不到100%，不同種類的細胞膜均可以相互融合，因此可出現(xiàn)B淋巴細胞與B淋巴細胞融合、骨髓瘤細胞與骨髓瘤細胞融合的情況。(3)雜交瘤細胞形成后，小鼠的免疫B淋巴細胞核與其骨髓瘤細胞核會融合形成一個細胞核。小鼠的B淋巴細胞(染色體數(shù)目40條)和骨髓瘤細胞(染色體數(shù)目60條)融合后，染色體數(shù)量是兩者之和，即為100條。(4)由于B淋巴細胞不能無限增殖，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后，不可能達到無限細胞系水平，因而都不能存活。 答案：(1)4　Y　Y小鼠的血清抗體效價最高 (2)B淋巴細胞相互融合形成的細胞、骨髓瘤細胞相互融合形成的細胞　細胞融合是隨機的，且融合率達不到100% (3)1　100 (4)細胞不能無限增殖 [融會貫通析考點] 一、植物細胞工程 1．理清植物細胞工程兩大技術 (1)植物組織培養(yǎng)的條件 ①植物組織培養(yǎng)的關鍵 ②植物激素的使用 生長素/細胞分裂素的比值 作用效果 比值高時 促進根分化、抑制芽形成 比值低時 促進芽分化、抑制根形成 比值適中 促進愈傷組織形成 ③光照的使用：脫分化階段不需要給予光照，再分化階段需要給予光照，以利于葉綠素的形成。 (2)植物體細胞雜交的關鍵 ①酶解法——用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。 ②促融劑——聚乙二醇。 ③雜種細胞的形成標志——新細胞壁的形成。 ④培養(yǎng)雜種植株的技術——植物組織培養(yǎng)。 ⑤雜種植株培育成功的原理——細胞具全能性。 2．有關植物細胞工程的關鍵問題 (1)植物細胞A和植物細胞B雜交獲得的雜種細胞的類型有三種：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要進行篩選。 (2)雜種植株遺傳物質的變化：雜種植株的變異類型屬于染色體變異，雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細胞染色體數(shù)目之和，雜種植株屬于異源多倍體。 3．辨析3種細胞——雜種細胞、重組細胞和雜交細胞 (1)雜種細胞：植物體細胞雜交過程中，兩種細胞去掉細胞壁之后形成的原生質體融合，融合的原生質體出現(xiàn)細胞壁之后形成的細胞叫雜種細胞。 (2)重組細胞：體細胞的細胞核移植到去核卵母細胞之后形成的細胞叫重組細胞。 (3)雜交細胞：動物細胞融合形成的細胞常稱為雜交細胞。 二、動物細胞工程 1．動物細胞工程條件、酶及措施 (1)營養(yǎng)條件：加入動物血清、血漿等；通入氧氣以滿足代謝的需要；通入二氧化碳以維持培養(yǎng)液的pH。 (2)胰蛋白酶的兩次使用：首先用胰蛋白酶處理動物的器官或組織，以制備單細胞懸液；培養(yǎng)過程中發(fā)生接觸抑制時，同樣要用胰蛋白酶使細胞分散開。 (3)避免雜菌污染的措施：培養(yǎng)液及培養(yǎng)用具滅菌處理，加入一定量的抗生素，定期更換培養(yǎng)液。 2．克隆動物培育流程圖 克隆動物的技術手段有動物細胞培養(yǎng)、核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。 動物體細胞核移植技術的關鍵點： (1)受體細胞：去核的卵母細胞。 (2)用去核的卵母細胞作為受體細胞的原因：營養(yǎng)豐富；體積大，易操作；含有刺激細胞核恢復分裂能力的物質。 3．動物細胞融合的原理、方法及應用 (1)原理：細胞膜的流動性。 (2)促融方法：滅活的病毒、物理法、化學法。 (3)應用：制備單克隆抗體。 4．理清單克隆抗體制備的過程 (1)3種細胞特點不同 ①B淋巴細胞：能分泌抗體，不能大量增殖。 ②骨髓瘤細胞：能大量增殖，不能分泌抗體。 ③雜交瘤細胞：既能分泌抗體，又能大量增殖。 (2)2次篩選目的不同 ①第1次：獲得能分泌抗體的雜交細胞。 ②第2次：獲得能分泌所需特異性抗體的雜交瘤細胞。 [方法技巧會應用] 1．植物體細胞雜交分析 (1)植物體細胞雜交的終點是培育成雜種植株，而不是形成雜種細胞就結束。雜種植株具備兩種植物的遺傳特征，原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質。 (2)該技術在育種上應用時最大的優(yōu)點是能克服遠緣雜交不親和的障礙。 (3)目前還不能讓雜種植物完全按人們的需要去表達親代的優(yōu)良性狀。 2．單克隆抗體制備過程中兩次篩選分析 第一次篩選：利用特定選擇培養(yǎng)基篩選，獲得雜交瘤細胞，即AB型細胞(A為B細胞，B為骨髓瘤細胞)，不需要A、B、AA、BB型細胞。第二次篩選：利用多孔板法和抗原—抗體雜交法篩選，獲得產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞。 3．界定“克隆”動物與“試管”動物 [鞏固提升練題組] ?題組一　植物細胞工程及應用的考查 4．(2018安徽蕪湖質檢)下圖為A、B兩種二倍體植物體細胞雜交過程示意圖，請據(jù)圖回答： (1)步驟①的方法是________。步驟②常用的化學試劑是________，之后________(填“是”或“否”)需要篩選。 (2)在利用雜種細胞培育成為雜種植物的過程中，運用的技術手段是 ________________________，其中步驟④是________。植物體細胞雜交的目的是獲得新 的雜種植物，與A、B兩種植物相比，該雜種植物是新物種的原因是__________________。 (3)培育該雜種植物的過程中，遺傳物質的傳遞是否遵循孟德爾遺傳規(guī)律？為什么？ ________________________________________________________________________。 解析：(1)圖為植物體細胞雜交過程示意圖，其中①表示去壁獲取原生質體的過程，常用酶解法，即用纖維素酶和果膠酶處理；②表示人工誘導原生質體融合，常用的化學試劑是聚乙二醇(PEG)，誘導后形成的兩兩融合的原生質體有三種，所以需要進行篩選。(2)圖中③表示再生出新細胞壁的過程，雜種細胞通過植物組織培養(yǎng)技術培育成為雜種植物，過程④表示脫分化，⑤表示再分化過程。圖中獲得的雜種植物與A、B兩種植物間均存在生殖隔離，所以是新物種。(3)圖示為植物體細胞雜交過程，沒有經(jīng)過不同配子的結合，所以不屬于有性生殖，因此該過程中遺傳物質的傳遞不遵循孟德爾遺傳規(guī)律。 答案：(1)酶解法　聚乙二醇　是 (2)植物組織培養(yǎng)技術　脫分化　該雜種植株與A、B兩種植物間均存在生殖隔離 (3)不遵循，該過程不屬于有性生殖 5．(2018福建廈門模擬)細胞工程是一門新興的生物工程技術。在動、植物的育種，藥物提取，藥物生產(chǎn)等領域的應用十分廣泛。利用所學知識回答以下關于細胞工程的相關問題。 (1)采用植物細胞工程育種的方法如下： 雜種細胞→愈傷組織胚狀體目的植株 ①以胚狀體為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的人工種子，在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)成幼苗，與天然種子培育相比，人工種子的培育具有哪些顯著的優(yōu)點？ ________________________________________________________________(答出兩點)。 ②甲、乙原生質體經(jīng)誘導融合完成的標志是________________。利用雜種細胞采用植物組織培養(yǎng)技術可以培育成雜種植株，該技術的核心步驟是_______________和____________。 (2)已知西湖龍井含有的茶堿是植物細胞的代謝產(chǎn)物，具有提神、抗衰老功效?？捎弥参锝M織培養(yǎng)來實現(xiàn)茶堿的工業(yè)化生產(chǎn)。 ①若利用植物組織培養(yǎng)技術，可將龍井茶葉細胞培養(yǎng)到________階段，然后從________(填細胞器)中提取茶堿。 ②如果想獲得脫毒的龍井茶苗，可以切取一定大小的________等進行組織培養(yǎng)。 解析：圖中不同物種的甲、乙細胞首先經(jīng)過酶解法去壁處理，得到甲、乙兩種原生質體，經(jīng)物理或者化學方法誘導融合，得到雜種細胞(新生細胞壁形成為標志)，再經(jīng)過組織培養(yǎng)過程，得到雜種植株。(1)①以胚狀體為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的人工種子，在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)成幼苗，與天然種子相比，人工種子具有的優(yōu)點有：生產(chǎn)不受季節(jié)限制、不會出現(xiàn)性狀分離、能保持優(yōu)良品種的遺傳特性、方便貯存和運輸?shù)?。②甲、乙原生質體經(jīng)誘導融合完成的標志是形成新的細胞壁。植物組織培養(yǎng)技術包括脫分化和再分化兩個核心步驟。(2)①若利用植物組織培養(yǎng)技術，可將龍井茶葉細胞培養(yǎng)到愈傷組織階段，愈傷組織呈高度液泡化，然后從其液泡中提取茶堿。②莖尖、根尖和芽尖等分生區(qū)部位含有少量的病毒或不含病毒，因此如想獲得脫毒的龍井茶苗，可以切取一定大小的莖尖(根尖和芽尖也可)等進行組織培養(yǎng)。 答案：(1)①生產(chǎn)不受季節(jié)、氣候和地域的限制；一般不會出現(xiàn)性狀分離、能保持優(yōu)良品種的遺傳特性?、谛纬尚碌募毎凇∶摲只≡俜只? (2)①愈傷組織　液泡?、谇o尖(或根尖、芽尖) ?題組二　動物細胞工程及其應用的考查 6．(2018廣東佛山質檢)癌胚抗原(CEA)是某些癌細胞表面產(chǎn)生的一種糖蛋白，臨床上通過制備CEA的單克隆抗體來診斷癌癥?；卮鹣铝袉栴}： (1)制備CEA的單克隆抗體時，首先將________注入小鼠體內，使小鼠產(chǎn)生免疫反應。然后從產(chǎn)生免疫反應小鼠的脾臟中獲取________細胞，將其與骨髓瘤細胞融合，該融合過程所利用的基本原理是________________。因為融合率不是100%，且融合過程具有________性，所以要對融合后的細胞進行篩選。篩選出的雜交瘤細胞還要經(jīng)過多次篩選，最終獲得__________________________(答兩個特點)的雜交瘤細胞。 (2)獲得雜交瘤細胞后，將其注射到小鼠腹腔內增殖或________，之后從中提取大量CEA抗體。CEA單克隆抗體的主要優(yōu)點有________________________________________(答三個)。 (3)CEA單克隆抗體與抗癌藥物偶聯(lián)后，可以使抗癌藥物定向作用于癌細胞，該過程所利用的免疫學原理為_______________________________________________________________。 解析：(1)制備CEA的單克隆抗體時，首先將癌胚抗原注入小鼠體內，使小鼠產(chǎn)生免疫反應。然后從產(chǎn)生免疫反應小鼠的脾臟中獲取B淋巴細胞，細胞融合的原理為細胞膜具有一定的流動性。細胞融合過程具有隨機性，因此需要篩選出雜交瘤細胞。篩選出的雜交瘤細胞還要經(jīng)過多次篩選最終獲得既能產(chǎn)生CEA(特異性)抗體，又能無限增殖的雜交瘤細胞。(2)單克隆抗體最主要的優(yōu)點為特異性強、靈敏度高并可大量制備。(3)“生物導彈”是單抗上連接抗癌藥物，通過抗體和相應抗原(癌細胞)特異性結合，利用抗癌藥物或毒素殺傷和破壞癌細胞。 答案：(1)癌胚抗原(CEA)　B淋巴(或漿)　細胞膜具一定的流動性　隨機　既能產(chǎn)生CEA(特異性)抗體，又能無限增殖 (2)在體外培養(yǎng)　特異性強、靈敏度高、可大量生產(chǎn) (3)抗原和抗體的特異性結合 7．如圖是某實驗室做的通過動物纖維母細胞等獲得單克隆抗體的實驗研究。據(jù)圖回答相關問題： (1)過程①實施前需將誘導基因與________相連接構建________，在導入小鼠成纖維細胞時一般采用________法導入，此步驟中用到的工具酶有________________________________。 (2)過程②的實質是________。甲細胞是________細胞，乙細胞是________細胞。 (3)過程③一般用________誘導，丙細胞的特點是__________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)基因工程操作過程中需要將目的基因與運載體連接構建基因表達載體，將目的基因導入動物細胞常用顯微注射法。基因工程中的工具酶是限制酶和DNA連接酶。(2)過程②是干細胞的分化過程，實質是基因的選擇性表達。由圖可知，病毒注入小鼠體內獲得的乙細胞是漿細胞(已免疫的B細胞)，所以甲是骨髓瘤細胞。(3)誘導動物細胞融合用滅活的病毒或PEG，丙細胞是雜交瘤細胞，其特點是既能迅速大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。 答案：(1)載體　基因表達載體　顯微注射　限制酶、DNA連接酶 (2)基因的選擇性表達　骨髓瘤　B(淋巴) (3)滅活的病毒(或聚乙二醇)　既能迅速大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體 [課堂加固訓練]　　　　　　　　　　　　　　　　　練模擬　做典題　提高解題能力 授課提示：對應學生用書第103頁 1．(2018湖南郴州質檢)利用基因工程技術培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請根據(jù)教材所學知識回答下列問題： (1)馬鈴薯易患多種疾病，導致其產(chǎn)量不高。通過導入抗病基因并使其表達可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中使用最多的抗病基因是______________________________和病毒的復制酶基因。 (2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用________________(方法)將目的基因導入馬鈴薯受體細胞中。構建好的基因表達載體基本結構包括目的基因、標記基因、________、________、________等五部分。 (3)科學家還培育出抗除草劑的轉基因馬鈴薯，其設計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達，植物吸收除草劑后仍能________。 (4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基因植物進行________________。 解析：(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。(2)常用農桿菌轉化法將目的基因導入馬鈴薯等雙子葉植物的受體細胞中。構建好的基因表達載體的基本結構包括目的基因、標記基因、終止子、啟動子和復制原點等五部分。(3)培育抗除草劑的轉基因馬鈴薯，需通過修飾，使除草劑作用的靶蛋白對除草劑不敏感，或使靶蛋白過量表達，使植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基因植物進行目的基因的檢測與鑒定。 答案：(1)病毒外殼蛋白基因 (2)農桿菌轉化法　啟動子　終止子　復制原點 (3)不敏感　正常代謝 (4)目的基因的檢測與鑒定 2．大腸桿菌pUC18質粒是基因工程中常用的運載體，某限制酶在此質粒上的唯一酶切位點位于LacZ基因中，如果沒有插入外源基因，LacZ基因便可表達出β半乳糖苷酶，當培養(yǎng)基中含有IPTG和Xgal時，Xgal便會被β半乳糖苷酶水解成藍色，大腸桿菌將形成藍色菌落，反之，則形成白色菌落。如圖表示利用此質粒實施基因工程的主要流程。 (1)已獲得的目的基因可利用________技術進行擴增。 (2)目的基因插入質粒構建重組質粒的過程中，需要DNA連接酶恢復____________鍵。 (3)將試管Ⅰ中的物質和大腸桿菌共同置于試管Ⅱ的目的是________；大腸桿菌需事先用Ca2＋進行處理，目的是____________________________________________________________。 (4)將試管Ⅱ中的菌液接種于選擇培養(yǎng)基上培養(yǎng)，培養(yǎng)基中應含有大腸桿菌必需的營養(yǎng)物質，如________________________和生長因子，還應加入IPTG、Xgal以及氨芐青霉素，其中加入氨芐青霉素的作用是篩選出__________。 (5)若觀察到培養(yǎng)基上出現(xiàn)________色菌落，則說明大腸桿菌中已成功導入了重組質粒。如果作為受體細胞的大腸桿菌也含有LacZ基因，則不利于重組質粒的篩選，原因是 ________________________________________________________________________。 答案：(1)PCR (2)磷酸二酯 (3)進行轉化　使大腸桿菌細胞處于感受態(tài) (4)碳源、氮源、無機鹽、水　導入pUC18質粒的大腸桿菌 (5)白　無論大腸桿菌是否導入重組質粒，均會呈現(xiàn)藍色菌落 3．動植物細胞工程在農業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域有著廣泛的用途?；卮鹣铝袉栴}： (1)在將兩種植物細胞進行雜交之前，需要用________________酶進行處理，若將處理后的細胞放入較高濃度的蔗糖溶液中，會發(fā)生________________。誘導兩種植物細胞融合可以采用物理或化學的方法進行，常用的物理方法有________________(寫2種即可)。 (2)融合的細胞形成愈傷組織，在愈傷組織的培養(yǎng)過程中，當生長素和細胞分裂素的比值________(填“高”或“低”)時，有利于叢芽的分化；通過上述過程獲得雜種植株依據(jù)的原理是________________________________________________________________________。 (3)在制備單克隆抗體的過程中，融合的結果是出現(xiàn)多種不同的雜交細胞，需要在特定的培養(yǎng)基上進行篩選，從而得到________細胞。單克隆抗體與傳統(tǒng)方法獲得的抗體相比，具有________________________________________________________________________的特點， 因此廣泛用于疾病的診斷等方面。 解析：(1)植物體細胞雜交過程有兩個關鍵，一個是在將植物細胞進行雜交之前，必須去除細胞壁，該過程需要用到纖維素酶和果膠酶；另外一個是誘導原生質體的融合，方法包括物理法(離心、振動、電刺激)和化學法(聚乙二醇)。將處理后的細胞放入較高濃度的蔗糖溶液中，會發(fā)生滲透作用。(2)在愈傷組織的培養(yǎng)過程