1、增分策略 2016年高考 生物 8.现代生物科技专题 （1）基因工程和细胞工程 1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5植物的组织培养()。6.动物的细胞培养与体细胞克隆()。7.细胞融合与单克隆抗体()。一 基因工程1基因工程的基本工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体拼接DNA片段，形成重组DNA分子携带目的基因进入受体细胞作用特点(条件)(1)识别特定的核苷酸序列；(2)在特定位点上切割DNA分子(1)EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端；(2)T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端(1)能在宿主细胞内稳定存在并大量
2、复制；(2)有一个至多个限制酶切割位点；(3)具有特殊的标记基因2.基因工程的操作程序(1)目的基因的获取从基因文库中获取。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。用化学方法人工合成a对于核苷酸序列已知的直接人工合成。b可通过反转录法获取，即mRNA逆转录酶单链DNADNA聚合酶,双链DNA。(2)基因表达载体的构建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。(3)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)受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞基因表达载体的构建方法(
3、4)目的基因的检测与鉴定：导入检测：DNA分子杂交技术(使用DNA探针)表达检测转录检测：分子杂交技术检测mRNA翻译检测：用相应的抗体进行抗原抗体杂交个体生物学水平鉴定：如对转基因作物进行抗虫或抗病等接种实验。基因工程的操作、原理与应用1下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得B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C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D启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用A项，胰岛素基因只能在胰岛B细胞中表达，不能在肝细胞中表达，因而不能通过人体肝细胞mRNA反转录获
4、得。B项，复制原点是表达载体复制的起点，胰岛素基因表达的起点是启动子。C项，基因表达载体中一般以抗生素抗性基因为标记基因，因此可借助抗生素抗性基因将含有胰岛素基因的受体细胞筛选出来。D项，终止密码子是翻译终止的信号，不是转录终止的信号。C 2下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是()A的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到的染色体上C的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状D只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异的构建需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶参与，A错误；侵染植物细胞后，通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物
5、细胞并整合到的染色体上，B错误；的染色体上含有目的基因(抗虫基因)但不一定表达，C错误；基因工程依据的原理是基因重组，基因重组属于可遗传变异，D正确。D 3已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以
6、及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。(1)氨基酸序列(或结构)(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能(1)从题中所述资料可知，将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋
7、白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如下图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列合成DNA表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物
8、功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。二 细胞工程1植物组织培养与植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性过程应用繁殖微型繁殖作物脱毒人工种子 培育新品种生产细胞产品克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种名称动物细胞培养动物体细胞核移植原理细胞增殖动物细胞核的全能性过程2.动物细胞培养与动物体细胞核移植结果获得细胞群获得克隆动物应用生产生物制品用于基因工程检测有毒物质加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育保护濒危物种生产医用蛋白提供克隆器官、组织等3.单克隆抗体的制备植物细胞工程1在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中，
9、不需要的是()A用携带目的基因的农杆菌侵染植物细胞B用选择培养基筛选导入目的基因的细胞C用聚乙二醇诱导转基因细胞的原生质体融合D用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽首先明确培育转基因植株的主要步骤：a.目的基因的获取b.构建基因表达载体c.将目的基因导入受体细胞d.目的基因的检测与鉴定。A项，将目的基因导入植物细胞常采用农杆菌转化法，属于c步骤。B项，目的基因导入受体细胞后，需要检测其是否可以稳定维持和表达，属于d步骤。C项，用聚乙二醇诱导原生质体融合是细胞融合技术的必要手段，但不是基因工程的常规步骤。D项，获得导入了目的基因的受体细胞后，需要经植物组织培养才能发育成植株，植物组织培
10、养过程中需要用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织分化生成根和芽，属于必需步骤。C 2甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用_酶和_酶去除细胞壁，获得具有活力的_，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成_组织，然后经过_形成完整的杂种植株。这种培育技术称为_。(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_。(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法
11、来大量繁殖，经植物组织培养得到的_等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。要培育同时含有A和B的新型药用植物，可采用植物体细胞杂交技术。(1)植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁，获得具有活力的原生质体。诱导融合成功后获得的杂种细胞，经脱分化培养成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。(2)多倍体的概念：体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。由于甲与乙有性杂交的后代中分别含有甲植物和乙植物的一个染色体组，两个染色体组中的染色体互不相同，杂交后代细胞中无同源染色体，减数分裂过程中会发生联会异常，不能产生正常的生殖细胞，故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂
12、种植株分别含有甲植物和乙植物的两个染色体组，含有同源染色体，减数分裂过程中联会正常，能产生正常的生殖细胞，故该杂种植株可育。(3)制备人工种子的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(或分化)植物体细胞杂交技术(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽动物细胞工程3动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养的影响实验结果。据图回答下列问题：(1)与体细胞的增殖相比，癌细胞的细胞周期_(填“较
13、长”“较短”或“不变”)。(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是_。(3)细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是_。(4)在两种细胞生长过程中，正常细胞铺满瓶壁时，其生长_。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，癌细胞比正常细胞可以传代的次数更_。(5)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的_。(1)与体细胞相比较，癌细胞分裂速度更快，细胞周期较短。(2)动物细胞培养时通常要在培养基中加入血清等物质，血清含有多种未知的促细胞生长因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖。(3)向培养基中通入一定浓度的CO2以维持培养液的pH。(
14、4)正常细胞铺满瓶壁时，会出现接触抑制现象，使其生长停止；因为癌细胞的遗传物质发生改变，能无限增殖，因此传代次数更多。(5)动物细胞培养过程中，应向培养液中加入适量的抗生素以防止细胞培养过程中细菌的污染。(1)较短(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质(3)维持培养液的pH(4)停止 多(5)抗生素4GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示)，并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是_。(2)构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的
15、_限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有3种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式，选择Hpa 酶和BamH 酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第_泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的_与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行_培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。(1)在动物细胞培养中，胰蛋白酶的作用是
16、使细胞分散开。(2)由图可知，在GDNF基因两侧各有一个Xho 酶切位点，在载体上有一个Xho 酶切位点，使用该酶既可以将GDNF基因切割下来，又可以将其插入到载体中。(3)用Hpa酶和BamH酶对3种载体进行双酶切，然后对得到的DNA分子片段进行电泳分析。对于载体自连的DNA分子来说，只有Hpa酶切位点，切割后只有一种片段，长度为6 000 bp；对于正向连接的载体来说，切割后产生两种片段6 000 bp和700(600100)bp；对于反向连接的载体来说，切割后产生两种片段6 500 bp和200(100100)bp。所以第泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。(4)鉴定目的基因是否成功表达，
17、可用抗原抗体杂交法。用相应的抗体与提取的蛋白质杂交，若有杂交带，说明目的基因成功表达。当培养的细胞达到一定数量时，需进行传代培养以获得更多数量的细胞。(1)使细胞分散开(2)Xho(3)(4)抗体 传代5某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，结果如下图所示。若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤
18、细胞。回答下列问题：(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16 000以上，则小鼠最少需要经过_次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是_小鼠，理由是_。(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有_，体系中出现多种类型细胞的原因是_。(3)杂交瘤细胞中有_个细胞核，染色体数目最多是_条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是_。(1)分析题图可知，经4次免疫后，小鼠Y的血清抗体效价就可达到16 000以上。由于4次免疫后的Y小鼠的血清抗体效价最高，故最适合用于制备B淋巴细胞。(2)细胞融合实验中，由于细胞融合是随机的，而且诱导融合率不可能达到100%，所以会有未融合的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞、融合的具有同种核的细胞和杂交瘤细胞三种类型。(3)杂交瘤细胞同时具有B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的核物质，但细胞核只有一个。由于杂交瘤细胞在分裂过程中染色体会丢失，故细胞核中染色体数目最多是4060100(条)。(4)B淋巴细胞已经分化，没有无限增殖的潜能。(1)4 Y Y小鼠的血清抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 细胞融合是随机的，且融合率达不到100%(3)1 100(4)不能无限增殖