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【步步高】2016版高考生物(全国专用)大二轮总复习与增分策略 专题十二 必考点29


专题十二 现代生物科技专题

必考点29 基因工程和细胞工程

依纲排查

1.基因工程的诞生(Ⅰ) 基因工程的理论基础是什么? 2.基因工程的原理、技术及应用(Ⅱ)

(1)基因工程的操作工具是什么?有哪些特点?
(2)基因工程操作的“四步曲”分别是什么?

(3)基

因工程在农业、医学等方面有哪些应用?

3.蛋白质工程(Ⅰ) (1)蛋白质工程操作的基本原理和设计思路是什么? (2)蛋白质工程和基因工程的关系是什么? 4.植物组织培养(Ⅱ)

(1)植物组织培养的基本原理和一般操作流程是怎样的?
(2)植物组织培养有哪些应用?

5.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)
(1)动物细胞培养的基本操作过程和条件分别是什么?

(2)体细胞克隆的操作流程及应用是什么?

6.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)

(1)单克隆抗体制备的操作流程是怎样的?
(2)单克隆抗体的特点是什么?有哪些应用?

栏目索引

核心提炼 题组突破 考点整合

夯实基础

突破要点

剖析题型

提炼方法

体系重建

核心提炼

1.理清基因工程3种操作工具的作用与特点 限制酶 DNA连接酶 载体

拼接DNA片段, 切割目的基因和 携带目的基因进 作用 形成重组DNA 载体 入受体细胞 分子 作用 两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间 部位 形成的磷酸二酯键

(1)E· coliDNA连 作用 (1)识别特定的核 接酶只能连接 特 件) 苷酸序列; 切割DNA分子 黏性末端; 酶能连接黏性 末端和平末端 点(条 (2)在特定位点上 (2)T4DNA连接

(1)能在宿主细胞

内稳定存在并大
量复制;

(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.掌握获取目的基因的3种途径 基因文库 (1)直接分离:从自然界已有的物种中分离,如从________ 中获取。 (2)人工合成目的基因(常用方法如下) ①化学合成法:已知核苷酸序列的 较小 基因,直接利用 DNA合成仪 用化学方法合成,不需要模板。 逆转录酶 作用下人工合成。 RNA为模板,在__________ ②人工合成法:以_____ ③利用 PCR 技术扩增。

3.牢记基因表达载体的构建 (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 的 位点,启动转录;终止子是终止转录 的位点。

(3)基因表达载体的构建过程
同一种限制酶切割

DNA连接酶

4.将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物细胞 农杆菌转化法、 常用方法 基因枪法、花粉 管通道法等 动物细胞 显微注射 ________ 技术 微生物细胞 感受态细胞 法 (Ca2+处理法)

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

5.理清目的基因的检测与鉴定 (1)导入检测: DNA分子 杂交技术(使用DNA探针)
?转录检测: 分子杂交 技术检测mRNA ? (2)表达检测 ?翻译检测:用相应的抗体进行 抗原—抗体 ? ? 杂交

(3)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。

6.理清植物细胞工程两大技术

全能性

膜的流动性和 植物细胞全能性

伤 分化 组 织

再 愈

杂 种 细 胞

7.理清动物细胞培养的成分、过程及相关酶 (1)培养基的特有成分:动物血清 。

(2)培养过程:原代培养、传代培养。 (3)制备悬液的酶: 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 。

8.完善下面克隆动物培育流程图

细胞质 细胞核

核移植

胚胎移植

9.把握动物细胞融合的原理、方法及应用 (1)原理: 细胞膜的流动性 。 (2)促融方法:灭活的病毒、物理法、化学法。 (3)应用:制备单克隆抗体。

10.理清单克隆抗体制备的过程

题组突破 题组一 聚焦基因工程

1.基因工程的相关判断 (1)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)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,4C)( × ) (3)一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核 苷酸序列(2007· 全国Ⅱ,4A)( √ )

(4)用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸(2010· 浙 江,2A)( × ) (5)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)( √ )

(6)自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其 DNA整
合 到 细 菌 DNA 上 , 属 于 基 因 工 程 (2010· 大纲全国Ⅱ, 5D)( × ) (7)转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率

增加(2010· 江苏,18B)( × )

(8)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)( × )
(9)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)( × ) (10)动物的生长激素基因转入植物后不能表达(2010· 江苏,
18C)( × )

2.(2015· 重庆, 6) 下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述,
正确的是( 录获得 )

A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转 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

解析

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,A错误; 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,B错误; 抗生素抗性基因是标记基因,可用于筛选含胰岛素基因的 受体细胞,C正确; 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,D错误。 答案 C

3.(2015· 全国Ⅱ,40)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 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 氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可) 进行改造。 白质的____________________________________ 解析 对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造,可达到改 变蛋白质功能的目的。

158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,

P 基因或 (2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰____ P1 基因,所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心 合成___ DNA和RNA(或遗传物质) 的复制,以 法则的全部内容包括_________________________ DNA→RNA、 及遗传信息在不同分子之间的流动,即____________________ RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) 。 ___________________________________________________
解析 括 以P基因序列为基础,获得P1基因,可以对P基因进行修饰改 ,即:DNA、RNA的复制、

造,也可以用人工方法合成 P1 基因;中心法则的全部内容包

DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)。

(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从 设计预期的蛋白质结构 和 预 期 蛋 白 质 功 能 出 发 , 通 过 _____________________ 推测应有的氨基酸序列,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 功能 进行鉴定。 需要对蛋白质的生物_____ 解析 蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通 过设计预期的蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列,推测 相对应的脱氧核苷酸序列,并获取基因。经表达的蛋白质,

要对其进行生物功能鉴定。

4.(2013· 新课标Ⅰ,40节选)阅读如下资料:
材料甲 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得 到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法 培育出转基因烟草。 材料乙 T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编 码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3 位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半 胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。 回答下列问题:

(1)材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠 的受精卵中常用显微注射 ________法。构建基因表达载体常用的工 DNA连接酶 。在培育有些转基因植物时, 具酶有限制酶 ______和___________ 常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是农杆菌可感染植物, ___________________ 将目的基因转移到受体细胞中 __________________________。

解析

将基因表达载体导入动物受精卵常用的方法是显微注

射法。构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶

和DNA连接酶。在培育转基因植物时常用农杆菌转化法,因
为农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。

蛋白质 工程范畴。该工程是指以分子生 (2)材料乙中的技术属于_______

物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 新蛋白质 的技术。在该实 现有的蛋白质进行改造,或制造一种_________ ____________
例中,引起 T4 溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 氨基酸 序列发生了改变。 _______ 解析 蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能 的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进 行改造,或制造一种新的蛋白质的技术。该实例中, T4 溶菌酶

空间结构改变的原因是组成该酶肽链的氨基酸序列发生了改变。

5. 为探究 SHH 基因与角化囊肿发生的相关性,科研人员利用

SHH基因的非模板链转录合成的RNA作为探针,进行分子杂交
实验,以检测SHH基因在角化囊肿中的表达情况。其基本流程

如下图:(Amp表示氨苄青霉素抗性基因;LacZ基因被SHH基因
插入后不表达)

请回答问题:

需要 填 (1)重组载体中SHH基因转录合成RNA探针时,_____(
“需要”或“不需要”)启动子。

解析 重组载体中SHH基因表达需要启动子。

感受态 细 (2)步骤②中,用Ca2+处理大肠杆菌,使之成为_______ 胞,然后导入重组载体。实验中,用添加氨苄青霉素的培
养基培养大肠杆菌,未导入质粒的细菌将会死亡,原因是 Amp(或氨苄青霉素抗性或抗性) 基因。 这些细菌不含有_____________________________ 解析 大肠杆菌细胞用Ca2+处理后就成为感受态细胞;能 在添加氨苄青霉素的培养基上生存的细菌含有氨苄青霉素 抗性基因,没有氨苄青霉素抗性基因的细菌将会死亡。

(3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有 IPTG 和X-gal的培 养基上会形成蓝色菌落,易于识别。根据上述原理可以初

白色 (填“蓝色”或“白色”)菌落中的大肠杆菌 步判断_____
为重组菌。

解析

能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和X-gal

的培养基上会形成蓝色菌落,而重组菌中LacZ基因被SHH

基因插入后不表达,故重组菌在含有 IPTG 和 X - gal 的培
养基上会形成白色菌落。

(4) 将 制 备 的 探 针 加 入 角 化 囊 肿 切 片 中 , 探 针 将 与 SHH基因转录的mRNA 形成杂交带,进而判断SHH基 ______________________ 因的转录情况。
解析 判断SHH基因的转录情况,也就是判断SHH基因

是否转录出mRNA。

失分警示

盐酸在实验中的应用

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 在特定的位臵断开; 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)。 (1)终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。

题组二 聚焦细胞工程

6.细胞工程的相关判断

(1)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)( √ )

(2)21三体综合征的诊断必须通过分子检测(2014· 天津, 4D)( × ) (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(2008· 全国Ⅰ,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)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细 胞(2010· 浙江,4A)( × ) (7)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)( × )

(8)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)( × )

(9) 单克隆抗体技术可以用于治疗老年痴呆症 (2010· 江
苏,17C)( √ )

(10)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)( × )

7. 植物叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可用 下图所示图解简单表示:

叶片

a ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― → 洗净、灭菌、切条、酶解 纯净的原生质体

原生质体悬液 c ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― → 培养基中培养

b ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― → 过滤、离心

d e 愈伤组织 ― → 胚状体 ― → 植株

植物组织培养 这一项生物技术,胚状体 (1)培育胚状体利用了_____________ 植物细胞的全 再继续培养,则可培育出完整的植株,这体现了____________ 细胞分裂 能性。培养基中除了含有一定的营养外,还必须含有________ ____ 素、生长素 等植物激素,还需要对培养基进行严格的_____ 灭菌 。 ___________ 解析 离体植物细胞通过脱分化形成愈伤组织,通过再分化形

成具有根和芽的胚状体,再通过细胞分裂、分化发育成一个完
整的植株。该技术称为植物组织培养,其原理为植物细胞的全 能性。培养基的成分包括水、无机盐、维生素、氨基酸、蔗糖、 植物激素 ( 生长素和细胞分裂素等 ) 等;培养基要求进行严格的 灭菌。

(2)如果愈伤组织是三七叶肉细胞培养产生的,若为了获得三 愈伤组织 ;若为了获得三七 七的细胞产物,则只需要培养到_________
胚状体 。如果愈伤组织是棉花叶 的人工种子,则需要培养到_______ 肉细胞培养产生的,通过基因工程要获取抗虫棉,目的基因 农杆菌转化法。 导入棉花愈伤组织细胞常用的方法是__________ 解析 三七的细胞产物为细胞的代谢产物,将三七叶肉细胞 培养到愈伤组织即可;获得人工种子需培养至胚状体;棉花

为双子叶植物,导入抗虫基因常用农杆菌转化法。

(3)从叶片的叶肉细胞到获得胚状体的过程中,必须要经 ②⑧⑨ 。 过________ ①无丝分裂 ②有丝分裂 ③减数分裂 ④原代培养 ⑤传代培养 ⑥植物体细胞杂交 ⑦细胞融合 ⑧脱分 化 ⑨再分化 解析 离体叶肉细胞培养到胚状体的过程中必须经过脱 分化和有丝分裂形成愈伤组织,再分化和有丝分裂形成 具有根和芽的胚状体。

8.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__________________

____________。

解析

该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。

要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交,因此首先 用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁,然后用PEG化学 诱导剂 ( 物理方法:离心、振动等 ) 诱导二者的原生质体融

合。然后采用植物组织培养技术获得杂种植株,植物组织
培养的主要过程是:先脱分化形成愈伤组织,然后再分化

形成植物体,利用了植物细胞的全能性。
答案 纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化 ( 分化 )

植物体细胞杂交技术

(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__________________________________。 解析 如果植物甲、乙是两个物种,二者不能通过有性杂 交产生可育后代,原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在 减数分裂过程中同源染色体联会异常,也就是存在着生殖 隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代

却是可育的,因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正

常的联会,产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体,

因此,植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。
答案 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)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。 胚状体、不定芽、顶芽、腋芽 等 经植物组织培养得到的___________________________ 材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。 解析 人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制, 而且可以避免后代发生性状分离等优点,因此,植物细胞

工程重要的应用之一是制备人工种子,用到的核心技术是
植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定

芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

9.美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱,并顺利移 植到7名患者体内。培育过程如图所示,据图回答下列问题:

动物细胞培养 ,其培养基与植 (1)a过程属于细胞工程中的_____________ 物组织培养的培养基含有的营养成分的主要不同点是前者 动物血清 。 含有_________ 解析 图中a过程为动物细胞培养过程,动物细胞培养基 成分与植物组织培养的培养基含有的营养成分的主要不同 点是前者含动物血清。

(细胞 (2)b过程由数万个细胞繁殖到15亿个细胞是有丝分裂 _____________ 分裂) 的结果,上述过程中不但需要无菌、无毒的环境, _____ pH ,气体 适宜的营养,还需要适宜的温度和 _________ ____环境。 解析 动物细胞培养时,不但需要无菌、无毒的环境,适 宜的营养,还需要适宜的温度、pH及气体环境。

(3)新器官与老器官的“重组”不是 ____(选填“是”或“不 遗传物质 相同。 是”)基因重组,因为新器官与老器官的_________ 解析 由于新器官与老器官的遗传物质相同,新器官与老 器官的“重组”不是基因重组。

不会 (选填“会”或“不会”)成 (4)“新膀胱”移植后,_____ 相同的 蛋白质等物质。 为抗原,因为新老器官具有_______
解析 因为新老器官细胞具有相同的表面抗原等物质, “新膀胱”移植后不会成为抗原。

(5)除上述方法外,还可将患者的体细胞核移入去核的 卵母细胞 中,这是利用体细胞_______ 核移植 技术,形成相 _________ 应的组织、器官。

解析 利用体细胞核移植技术将患者的体细胞核移入
去核的卵母细胞中,重组细胞经培养也可形成相应的

组织、器官。

10.(2014· 新课标Ⅰ,40)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

为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
为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____________。

解析 据图分析可知,第四次注射后X、Y、Z小鼠的血 清抗体效价几乎都达到16 000以上,小鼠Y的血清抗体效 价最高,最适合用于制备单克隆抗体。 答案 4 Y Y小鼠的血清抗体效价最高

(2)细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞 淋巴细胞相互融合形成的细 和杂交瘤细胞外,可能还有B __________________________

胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 ,体系中出现多种类 _________________________________ 细胞融合是随机的,且融合率达不到100% 。 型细胞的原因是____________________________________
解析 融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外, 还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细 胞。细胞的融合是随机的,并且不可能所有细胞都融合, 故体系中会出现多种类型的细胞。

100 条。 (3)杂交瘤细胞中有__ 1 个细胞核,染色体数目最多是____ 解析 动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞

遗传信息的单核细胞。杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数
目最多为40+60=100(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 不能无限增殖 。 因是______________ 解析 正常细胞的分裂次数是有限的,且经过免疫的B淋

巴细胞高度分化,不能无限增殖,而是经多次传代培养
后逐渐衰老死亡。

易错警示

1.杂种细胞≠杂交细胞
(1)杂种细胞:植物体细胞杂交过程中,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)杂交细胞:动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。 2.动物细胞培养的特殊的营养条件 (1)液体培养基。 (2)加入动物血清、血浆等。

(3)通入氧气以满足代谢的需要。 (4)通入二氧化碳以维持培养液的pH。

3.单克隆抗体制备中2次筛选的目的不同 (1)第1次:得到既能分泌抗体又能大量增殖的杂交 瘤细胞。 (2)第2次:筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。

考点整合 体系重建
细胞的全能性、细胞膜的流动性
DNA连接酶

基因表达载体的构建 细胞增殖 动物细胞核的全能性

基因

给小鼠注射抗原 产生专一抗体的杂交瘤细胞


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