2020大二轮高考总复习生物课件：第01部分专题07现代生物科技专题整合考点21基因工程和细胞工程[文字可编辑]

1、第,一,部,分,整合考点，点点全突破,谋定高考,专题七,现代生物科技专题,1,基因工程的诞生,2,基因工程的原理及技术,含,PCR,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,8,动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础,9,胚胎干细胞的移植,10,胚胎工程的应用,简述生态工程的原理,11,12,生态工程的实例,考纲,要求,考频,全国卷,5,年,0,考,5,年,7,考,5,年,4,考,5,年,1,考,5,年,4,考,5,年,6,考,5,年,5,考,5,年,4,考,5,年,3,考,5,年,4,考,5,年,1,考,5,年,0,

2、考,整合考点,21,基因工程和细胞工程,栏,目,导,航,02,01,整,合,提,升,题,组,集,训,03,模,拟,演,练,01,整,合,提,升,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,切割目的基因和,拼接,DNA,片段形成重,作用,携带目的基因进入受体细胞,载体,组,DNA,分子,作用,两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷,部位,酸二酯键,作用,特点,条,件,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,1,识别特定的核,苷酸序列,2,在特定位点上,切割,DNA,分子,1,E,coli,DNA,连接酶,只能连接

3、黏性末端,2)T,4,DNA,连接酶能连,接黏性末端和平末端,2,掌握基因工程的操作步骤,1,目的基因的获取途径,方法,具体操作,基因文库,中获取,从自然界已有的物种中分离，如从,_,直接分离,化学,合成,反转,录法,PCR,技术,扩增,人,工,合,成,已知核苷酸序列的,_,直接利用,DNA,合成仪用化学方法,较小基因,合成，不需要模板,以,RNA,为模板，在,_,逆转录酶,作用下人工合成,目的基因,DNA,受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列,结合，然后在,_,作用下延伸,DNA,聚合酶,2,基因表达载体的构建,重组质粒的构建,终止子,启动子,表达载体的组成：目的基因,_,_,标记基

4、因复制原点,RNA,聚合酶,结合位点，启动转录；终止子,启动子和终止子：启动子是,_,终止转录,的位点,是,_,基因表达载体的构建过程,3,将目的基因导入受体细胞,常用方法,受体细胞,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,农杆菌转化,法、基因,_,显微注射,_,花粉管通道,法,技术,枪法,_,受精卵、体细胞,受精卵,法,用,Ca,处,_,理,原核细胞,2,感受态细胞,_,4,目的基因的检测与鉴定,类型,步骤,第一步,方法,目的基因是否,DNA,分子杂交,DNA,进入受体细胞,和,DNA,之间,目的基因是否,分子杂交技术,DNA,转录出,mRNA,和,mRNA,之间,目的基因是否,翻译出蛋白质,抗原,

5、抗体杂交,检测内容,结果显示,是否成功显,示出杂交带,是否成功显,示出杂交带,是否成功显,示出杂交带,分子,检测,第二步,第三步,个体,水平,鉴定,做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；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,3,理清植物细胞工程两大技术,4,比较并把握细胞工程的几个流程图,细胞工程技术,技术过程图示,植物组织培养,细胞工程技术,动物细胞培养,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,细胞工程技术,技术过程图示,动物细胞的融合,细胞工程技术,技术过程图示,单克,隆抗,体的,制备,细胞工程技术,技术过程图示,单克,隆抗,体

6、的,制备,细胞工程技术,技术过程图示,核移植,5,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；加入一定量的抗生素,定期更换培养液,3,特殊的营养条件,液体培养基。加入动物血清、血浆等。通入氧气以满足代谢的需要,通入二氧化碳以维持培养液的,pH,6,澄清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,

7、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,02,题,组,集,训,聚焦基因工程,1,2016,全国卷,图,a,中的三个,DNA,片段上,依次表示出了,Eco,R I,Bam,H I,和,Sau,3A I,三种限制性,内切酶的识别序列与切割位点，图,b,为某种表达载,体的示意图,载体上的,Eco,R,I,Sau,3A,I,的切点是唯一,的,图,b,图,a,根据基因工程的有关知识，回答下列问题,Sau,3A I,1,经,Bam,H,I,酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被,_,酶切后,两种酶切割后产生的片段具有相

8、同的黏性末端,的产物连接，理由是,_,2,若某人利用图,b,所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重,组子，如图,c,所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有,甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基,甲和丙,不能表达的原因是,_,_,因插入在终止子的下游，两者目的基因均不能转录,_,E,coli,DNA,连接酶,3)DNA,连接酶是将两个,DNA,片段连接起来的酶，常见的有,_,T,4,DNA,连接酶,T,4,DNA,连接酶,和,_,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是,_,解析,1,由于限制酶,Sau,3AI,与,Bam,HI,切割后形成的黏性末端相同，所以

9、经,Bam,HI,酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被,Sau,3A,酶切后的产物连接,2,在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾,端，这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产,物,3,常见,DNA,连接酶的有,E,coli,DNA,连接酶和,T,4,DNA,连接酶，其中既能连接黏,性末端又能连接平末端的是,T,4,DNA,连接酶,2,2015,全国卷,HIV,属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体，回答下列问,题,1,用,基,因,工,程,方,法,制,备,HIV,的,某,蛋,白,目,的,蛋,白,时,可,先,提,取,HIV,中,的,逆转录酶

10、,的作用下合成,RNA,cDNA,或,DNA,获取,_,以其作为模板，在,_,_,该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞,2,从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体,抗体,该分泌蛋白可用于检测受试者,产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是,_,抗原抗体特异性结合,血清中的,HIV,检测的原理是,_,3,已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引,T,或,T,淋巴,细胞,起这种现象的根本原因是,HIV,主要感染和破坏了患者的部分,_,降低了患者免疫系统的防卫功能,监控和清除,癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能,4,人的免疫系统有,

11、_,缺陷，易发生恶性肿瘤,解析,1)HIV,属于逆转录病毒，其遗传物质是,RNA,若用基因工程方法制备,HIV,的某蛋白时，需要在逆转录酶作用下形成,DNA,然后再通过转录和翻译获得目,的蛋白,2,抗原注入机体后，刺激机体产生的可与之结合的相应分泌蛋白被称为抗,体，抗体能识别抗原上的抗原决定簇，所以抗原抗体发生特异性结合,3)HIV,进入,人体后，最终进入,T,淋巴细胞大量繁殖，破坏,T,淋巴细胞，最终使免疫细胞遭到完,全破坏，体液免疫减弱,4,人体免疫系统除了保护机体不受损害，帮助机体消灭外,来的细菌、病毒以及避免发生疾病的防御功能，还具有监控和清除功能：监控并清,除体内已经衰老或因其他因素

12、而被破坏的细胞、以及癌变细胞,3,2015,全国卷,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,P,1,不但保留,P,的功能，而且具有酶的催化活,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,氨基酸序列,或结构,进行改造,_,P,基,因,或,合,成,2,以,P,基,因,序,列,为,基,础,获,得,P,1,基,因,的,途,径,有,修,饰,_,P,1,基因,_,3,所,获,得,的,

13、基,因,表,达,时,是,遵,循,中,心,法,则,的,中,心,法,则,的,全,部,内,容,包,括,DNA,和,RNA,或遗传物质,的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即,_,DNARNA,RNADNA,RNA,蛋白质,或转录、逆转录、翻译,_,4,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,设计蛋白质的结构,和,_,推测氨基酸序列,进而确定相对应的脱氧核,发，通过,_,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,功能,进行鉴定,物,_,解析,1,对蛋白质的氨基酸序列,或结构,进行改造，可达到改变蛋白质的功能,的目的,2,以,P,基因序列为

14、基础，获得,P,1,基因，可以对,P,基因进行修饰改造，也可,以用人工方法合成,P,1,基因,3,中心法则的全部内容包括,DNA,的复制,DNA,RNA,RNA,DNA,RNA,蛋白质,或转录、逆转录、翻译,4,蛋白质工程的基,本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相,应的核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定,4,2014,全国卷,植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若,从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者,的耐旱性,回答下列问题,全部,基因；而,cDNA,文库中含有生物的,1,理论上，基

15、因组文库含有生物的,_,部分,基因,_,2,若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中,筛选,出所需的耐旱基因,_,乙,的体细,3,将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物,_,胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确,表达产物,如果检测结果呈阳性，再在,表达，应检测此再生植株中该基因的,_,耐旱性,是否得到提高,田间试验中检测植株的,_,4,假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量,同源染色体的一条上,填“同源染色,比为,3,1,时，则可推测该耐旱基因整合到了,_,体的一条上”或“同源染色体的两条上,

16、解析,1,基因文库包括基因组文库和,cDNA,文库，基因组文库包含生物基因组,的全部基因,cDNA,文库是以,mRNA,反转录后构建的，只含有已经表达的基因,并不,是所有基因都会表达,即部分基因,2,从基因文库中获取目的基因需要进行筛,选,3,要提高植物乙的耐旱性，需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体,细胞中。要检测目的基因,耐旱基因,是否表达应该用抗原抗体杂交检测目的基因,耐,旱基因,的表达产物,即耐旱的相关蛋白质,个体水平检测可以通过田间实验，观察,检测其耐旱性情况,4,如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上，则子代将全部表,现耐旱，不会出现性状分离,或如果耐旱基因整合到同源染色体的

17、一条上，则转,基因植株的基因型可以用,A,表示,A,表示耐旱基因,表示另一条染色体上没有相应,的基因,A,自交后代基因型为,AA,A,1,2,1,所以耐旱,不耐旱,3,1,与题意相符,5,图,1,表示含有目的基因,D,的,DNA,片段长度,bp,即碱基对,和部分碱基序列，图,2,表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有,Msp,Bam,H,Mbo,Sma,4,种,限,制,性,核,酸,内,切,酶,它,们,识,别,的,碱,基,序,列,和,酶,切,位,点,分,别,为,C,CGG,G,GATCC,GATC,CCC,GGG,请回答下列问题,脱氧核糖、磷酸,1,图,1,的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依

18、次由,_,脱氧核糖,连接,_,平,2,若用限制酶,Sma,完全切割图,1,中,DNA,片段，产生的末端是,_,末,537 bp,790 bp,661 bp,端，其产物长度为,_,3,若图,1,中虚线方框内的碱基对被,T,A,碱基对替换，那么基因,D,就突变为基因,d,从杂合子中分离出图,1,及其对应的,DNA,片段，用限制酶,Sma,完全切割，产物中,4,共有,_,种不同长度的,DNA,片段,4,若将图,2,中质粒和目的基因,D,通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质,Bam,H,在导入重组质粒后，为了筛选出含重组,粒，那么应选用的限制酶是,_,抗生素,B,的培养基进行培养。经检测，部分,质

19、粒的大肠杆菌，一般需要用添加,_,含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因,D,不能正确表达，其最可能的原因是,同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因,D,与质粒反向连接,_,解析,1,一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过,脱氧核糖,磷酸,脱氧核糖,相连的，要注意与两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进,行区分,2,从,Sma,的识别序列和酶切点可见，其切割后产生的是平末端，图,1,中,DNA,片段有两个,Sma,的识别序列，故切割后产生的产物长度为,537,534,3)bp,790,796,3,3)bp,和,661,658,3)bp,三种,3,图示方框内发生碱基对的替换后,形成的

20、,d,基因失去了,1,个,Sma,的识别序列，故,D,基因,d,基因用,Sma,完全切割后产,物中除原有的,3,种长度的,DNA,片段外，还增加一种长度为,1,327,bp,的,DNA,片段,4,目的基因的两端都有,Bam,H,的识别序列，质粒的启动子后的抗生素,A,抗性基因上,也有,Bam,H,的识别序列，故应选用的限制酶是,Bam,H,此时将抗生素,B,抗性基因,作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素,B,若重组质粒已导入了受体细胞,却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方,式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的,1,使用限制酶的注意点,

21、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置断开,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,2,终止子,DNA,片段,终止密码子,RNA,聚焦细胞工程,1,2014,全国卷,某研究者用抗原,A,分别免疫,3,只同种

22、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,16,000,四,次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的,以上，则小鼠最少需要经过,_,Y,小鼠，理由是,X,Y,Z,这,

23、3,只免疫小鼠中，最适合用于制备,B,淋巴细胞的是,_,Y,小鼠的抗体效价最高,_,2,细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可,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,能,还,有,B,_,细胞融合是随机的，且融合率达不到,100,体系中出现多种类型细胞的原因是,_,1,个细胞核，染色体数目最多是,_,100,条,3,杂交瘤细胞中有,_,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,不能无限增殖,_,解析,1,据图分析，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,B,淋巴细胞产生抗体效价最

24、高，最适用于制备单克隆抗体,2,融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞和,B,淋巴细胞的,自身融合产物，由于细胞膜具有流动性，且诱导之后的细胞融合不具有特异性，故,体系中会出现多种类型的细胞,3,杂交瘤细胞形成后，小鼠的免疫,B,淋巴细胞核与,其骨髓瘤细胞核会融合形成一个细胞核。小鼠的,B,淋巴细胞,染色体数目,40,条,和骨,髓瘤细胞,染色体数目,60,条,融合后，染色体可达,100,条,4,未融合的,B,淋巴细胞经多,次传代培养后，仍然不是能恶性增殖的细胞，同时正常细胞的分裂次数是有限的,2,2013,全国卷,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,

25、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,纤维素,酶和,_,果胶,酶,1,为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用,_,原生质体,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成,去除细胞壁，获得具有活力的,_,愈伤,分化,形成完整的杂,的融合细胞进一步培养形成,_,组织，然后经过,再分化,_,植物体细胞杂交技术,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,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体,_,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,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

26、,异的原因是,_,3,这种杂交植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到,胚状芽、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,的,_,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整合。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,2,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

27、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,3,人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制，而且可以避免后代不发生性状,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,3,科学家从某无限增殖的细胞中分离出无限增殖调控基因,prG,该基因

28、能激,发细胞分裂，这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的前景。请回答下列问题,动物细胞融合,灭活的病毒,1,利用,_,技术制备单克隆抗体，常用聚乙二醇,_,电激等诱导因素诱导细胞融合。再经多次筛选和细胞培养获得足够数量的能分泌所,杂交瘤,需抗体的,_,细胞,2,有人提出用核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体，请完成设计方案,特定抗原刺激的,B,淋巴,无限增殖,取,_,细胞的细胞核，移植到去核的能够,_,的细胞中，构成重组细胞,假定移植后细胞核中基因的表达状态不受影响,体外,条件下做大规模培养或注射到小鼠,_,腹腔,内增殖,将重组细胞在,_,以获得大量单克隆抗体,3,也有人提出，可以直接通过基因

29、工程导入该调控基因,prG,来制备单克隆抗,体，其思路如图所示,限制性核酸内切酶,酶,B,是指,_,DNA,连接酶,酶,A,是指,_,目的基因,无限增殖调控基因或,prG,对,进行检测与鉴定,图中,表示,_,的目的是,检测目的基因是否导入和表达,_,既能无限增殖，又能产生特定抗体,所指细胞具有的特点是,_,解析,1,在利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程中，常用聚乙二醇,灭活的病毒、电激等方法诱导细胞融合，融合后的细胞经多次筛选和细胞培养，最,终获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞,2,产生单克隆抗体的细胞应具有,两个特点：能无限增殖和产生特定抗体。若用核移植技术构建重组细胞首先取特定,抗原刺激的,B,淋巴细胞的细胞核，移植到去核的能够无限