基因工程和细胞工程

1、专题七专题七 现代生物科技专题现代生物科技专题第第1讲讲 基因工程与细胞工程基因工程与细胞工程考纲点击考纲点击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2.复习策略：(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1.基因工程的诞生()2.蛋白质工程()3.动物的细胞培养与体细胞克隆()

2、4.基因工程的原理及技术()5.基因工程的应用()6.植物的组织培养()7.细胞融合与单克隆抗体()备考指南备考指南考纲要求考纲要求网络构建网络构建知识自填知识自填必考点一必考点一 基因工程基因工程夯实基础夯实基础查漏补缺查漏补缺1.判断下列有关基因工程的叙述。(1)生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶。(2012四川，2D)( )(2)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)( )(3)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成表达。(2011四川，5D)( )(4)蛋白质工程的第一步应是合成编码目的肽的DNA片段。(2013广

3、东，3A)( )(5)限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶。(2009浙江，3B)( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)2.(2014广东)(多选)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是( )A.过程需使用逆转录酶B.过程需使用解旋酶和PCR获取目的基因C.过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备D.过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞答案 AD解析 过程是以RNA为模板合成DNA的过程，即逆转录过程，需要逆转录酶的催化，故A项正确；过程表示利用PCR扩增目的基因，在PCR过程中，不需要解旋酶，是通过控制温度来达到

4、解旋的目的，故B项错；利用氯化钙处理大肠杆菌，使之成为感受态细胞，故C项错；检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体DNA中，可以采用DNA分子杂交技术，故D项正确。考点整合考点整合融会贯通融会贯通 1.基因工程的基本工具质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等Ecoli DNA连接酶、T4DNA连接酶EcoR限制酶Sma限制酶常用类型能在宿主细胞内稳定存在并大量复制有多个限制酶切割位点具有特殊的标记基因EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列在特定位点上切割作用特点(条件)两个核苷酸之间的磷酸二酯键作用部位携带目的基因进入受

5、体细胞拼接DNA片段，形成重组DNA切割目的基因和载体作用载体DNA连接酶限制酶2.基因工程的操作步骤 从基因文库中获取(1)目的基因的获取 利用PCR技术扩增 用化学方法人工合成(2)基因表达载体的构建：组成：目的基因启动子终止子标记基因。 构建过程： (3)将目的基因导入受体细胞：细胞体受精卵受精卵、体细胞受体细胞感受态细胞法(用Ca2处理)显微注射技术农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法常用方法微生物细胞动物细胞植物细胞 (4)目的基因的检测与鉴定：【典例示范1】 (2014新课标)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

6、，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_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_出所需的耐旱基因。(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_的体细胞中，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，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(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比为3 1时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条

7、上”)。 【思维流程】【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)从基因组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。如果耐旱基因整合

8、到同源染色体的一条上，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。【答案】 (1)全部 部分(2)筛选(3)乙 表达产物 耐旱性(4)同源染色体的一条上必考点二必考点二 克隆技术克隆技术(细胞工程细胞工程)夯实基础夯实基础查漏补缺查漏补缺1.判断下列有关细胞工程的叙述。(1)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，5B)( )(2)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)( )(3)克隆培养法培养过

9、程中多数细胞的基因型会发生改变。(2010浙江，4B)( )(4)实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程中，对皮肤组织可用胰蛋白酶消化。(2013浙江，6B)( )(5)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养。(2012广东，2A)( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)2.(2014浙江)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是( )A.连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型B.某些癌细胞在合适条件下能逆转为正常细胞C.由多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状答案 B解析 连续细胞系的细胞其核型已发生改变；一个祖细胞培养形成的细胞群才为一个克隆；未经克隆

10、化培养的细胞系细胞可能是不同细胞分裂形成的，其性状可能不同。考点整合考点整合融会贯通融会贯通 1.植物体细胞杂交与单克隆抗体的制备过程比较单克隆抗体的提纯杂种植株诱导与鉴定第四步杂交瘤细胞筛选与培养杂种植株的筛选与培养第三步融合(物、化、生法)原生质体融合(物、化法)第二步正常小鼠免疫处理动物细胞原生质体的制备(酶解法)第一步单克隆抗体制备过程植物体细胞杂交过程步骤 2.植物组织培养与动物细胞培养的比较过程植物幼嫩部位取材动物细胞培养植物组织培养项目结果获得植株个体，可以体现全能性新的细胞，不形成个体，未体现全能性条件无菌 营养 适宜条件无菌、无毒 营养：血清等 温度和pH 气体环境：O2、C

11、O2目的植株快速繁殖；脱毒植株的培养；人工种子；生产药物、杀虫剂等；转基因植物的培育蛋白质生物制品的生产；皮肤移植材料的培育；检测有毒物质；生理、病理、药理学的研究【典例示范2】 (新课标)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抗体的杂交瘤细胞。回答下列

12、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_。【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均达到16 000以上，小鼠Y的B淋巴细胞产生抗体效价最高，最适合于制备单克

13、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。【答案】 (1)四 Y Y小鼠的抗体效价最高(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

14、率达不到100%(3)1 100(4)不能无限增殖课堂课堂10分钟落实巩固分钟落实巩固1.(2013广东)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )A.合成编码目的肽的DNA片段B.构建含目的肽DNA片段的表达载体C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽答案 C解析 该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均很强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。2.(2014天津)为达到相应目的，必须通过分

15、子检测的是( )A.携带链霉素抗性基因受体菌的筛选B.产生抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞的筛选C.转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定D.21三体综合征的诊断答案 B解析 可通过将受体菌接种在含链霉素的培养基中筛选携带链霉素抗性基因的受体菌，A项错误；抗人白细胞介素的杂交瘤细胞应通过抗原-抗体杂交技术筛选产生，B项正确；在棉花田中人工放入害虫可检验转基因抗虫棉的抗虫效果，C项错误；可利用显微镜检测21三体综合征，D项错误。3.(2013重庆)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述，错误的是( )A.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，

16、又减少消毒剂对细胞的伤害B.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C.出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D.生根时，培养基通常应含-萘乙酸等生长素类调节剂答案 B解析 植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂。4.(2014天津)嗜热土壤芽胞杆菌产生的-葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶，为使其在工业生产中更好地应用，开展了以下实验

17、：.利用大肠杆菌表达BglB(1)PCR扩增BglB基因时，选用_基因组DNA作模板。(2)图中为质粒限制酶酶切图谱。BglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的BglB基因重组进该质粒，扩增的BglB基因两端需分别引入_和_不同限制酶的识别序列。(3)大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为_ _。.温度对BglB活性的影响(4)(单选)据图1、2可知，80 保温30分钟后，BglB会_；为高效利用BglB降解纤维素，反应温度最好控制在_。A.50 B.60 C.70 D.80 .利用分子育种技术提高BglB的热稳定性在PCR扩增BglB

18、基因的过程中，加入诱变剂可提高BglB基因的突变率。经过筛选，可获得能表达出热稳定性高的BglB的基因。(5)(多选)与用诱变剂直接处理嗜热土壤芽胞杆菌相比，上述育种技术获得热稳定性高的BglB基因的效率更高，其原因是在PCR过程中_。A.仅针对BglB基因进行诱变B.BglB基因产生了定向突变C.BglB基因可快速累积突变D.BglB基因突变不会导致酶的氨基酸数目改变答案 (1)嗜热土壤芽孢杆菌(2)Nde BamH(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB(4)失活 B(5)A、C解析 (1)BglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中，故应以该菌的基因组DNA为模板进行基因扩增。(2)目

19、的基因与质粒进行重组时，需将目的基因插入到启动子和终止子之间，且应靠近启动子和终止子，结合示意图可知，应在扩增的BglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制酶的识别序列。(3)该基因表达载体中含有BglB基因，其可表达产生-葡萄糖苷酶，其可分解纤维素，这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。(4)由图2可知，BglB在80 保温30分钟后，该酶就会失活；由图1可知，当温度为60 -70 时，酶活性较高，而由图2可知70 时保温30分钟，酶活性开始减弱，而60 保温30分钟后酶活性基本不发生变化，由此可知为高效利用BglB降解纤维素，反应温度最好应控制在60 ，故选B。(5)在BglB基因扩增

20、过程中加入诱变剂进行诱变处理，相比于诱变剂直接处理嗜热土壤芽孢杆菌，针对性更强；基因突变是不定向的；由于PCR过程基因扩增即DNA复制快速进行，发生突变后可进行快速积累，进而便于筛选；基因突变可能导致氨基酸数目的改变，如突变后的密码子变为终止密码子，可导致蛋白质合成提前终止，进而导致氨基酸数目变少。5.(2014江苏)为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题：(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为_。(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。细胞干重在12 d后下降的原因有_；培养液中蔗糖的作用是_、_。(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经_处理，会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常采用纤维素酶和_酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2n)经诱导处理后，观察到染色体数为8n的细胞，合理的解释是_、_。(4)为了更好地获得次生代谢产物，生产中采用植物细胞的固定化技术，其原理与酵母细胞固定化类似。下列说法正确的有