【高考生物】二轮讲义：专题七 第一讲　基因工程和细胞工程（含答案）

专题七现代生物科技专题用(Ⅱ)4.蛋白质工程(I)知识主干·系统联网]理基础建网络回扣关键知识授课提示：对应学生用书第97页EQ\*jc3\*hps17\o\al(\s\up3(单克隆抗),体的制备)①限制酶—③载体—转基因植物←转基因动物植物细胞工程动物细胞工程细胞工程基因工程蛋白质工程实验发展(1)要求用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段。其实也可以用不同限制酶切(2)基因工程是否成功表现在目的基因是否成功表达，不能将目的基因导入受体细胞当其作用和转录有关，起始密码子和终止密码子位于mRNA上，其作用与翻译有关。(4)界定基因治疗与基因诊断2.转基因植物的培育涉及的生物工程有基因工程、植物组织培养(植物细胞工程);转授课提示：对应学生用书第98页 DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是(3)为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“A的基因”或“蛋白A的抗体”)。说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立 肠杆菌是原核生物，原核生物基因中没有内含子，相应的糖英膜产生的基因整合到了R型细菌的DNA分子中并成功得以表达。也就是说(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种抑制剂，其目的是 r(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗叶而不选用老叶作为实验材料，原因是相对于老叶而言嫩叶组织细胞更容易被破碎。提取获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为,加入了作为合成DNA的巴细胞浓度，结果如图2。①由图2可知：当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增培养。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO₂浓度，以维持培养液的pH。据图T淋巴细胞的增殖都有较大影响，甲、乙两种蛋白中共同的片段是C,所以缺少C片段会降限制酶作用拼接DNA片段，形成作用特点(条件)①识别双链DNA分序列②在特定位点切割①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端②T₄DNA连接酶能连①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制切割位点③具有特殊的标记基因基因目的基因启动子：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录标记基因：鉴别受体细胞中是否导入含有目的基因的基因表达载体—同一种限制酶切割———DNA连接酶(3)将目的基因导入受体细胞显微注射技术感受态细胞法(Ca²-处理法)受精卵原核细胞(4)目的基因的检测与鉴定的“两个水平”(2)PCR反应过程说明图解当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链引物I引物Ⅱ延伸72℃左右时，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA3s引物I引物Ⅱ数的增多，DNA分子就以2"的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。4.图解记忆蛋白质工程设计[方法技巧·会应用]1.限制酶及其切点的分析(1)一个至多个限制酶切点：作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基(2)每种酶一个切点：每种酶的切点最好只有一个。因为每种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的该酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制原点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。2.DNA的粗提取与鉴定的方法步骤▶题组一基因工程的工具及操作程序的考查5.(2018.广东深圳调研)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。请回答下列问题： (2)将植物体细胞处理得到原生质体，再通过或法，将目的基因导入原生质体，使原生质体再生细胞壁之后，通过技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，据此分析，原因是(4)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔分离定律，不会随(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了(填“父本”或“母本”)的遗传特性。解析：(1)转基因技术的操作分四步：获取目的基因，构建基因表达载体，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测和鉴定，其中构建基因表达载体是核心步骤，需要用到限制酶和DNA连接酶。(2)将目的基因导入原生质体，可以用农杆菌转化法、基因枪法。原生质体再生细胞壁之后，通过植物组织培养技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)外源基因无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，原因是叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似。(4)叶绿体转基因属于细胞质基因，不遵循孟德尔分离定律，受精卵的细胞质几乎全部来自于卵细胞，所以叶绿体转基因不会随花粉传给后代，从而保持了母本的遗传特性。答案：(1)构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶在GFP基因的5’末端，获得了L1-GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒PO,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1～E使用这两种酶进行酶切是为了保证,也是为了保证(3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的 (4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行中显示了四个酶切位点，当将L1-GFP融合基因插入质粒PO时，可用E1和E4限制酶进行7.近年兴起的CRISPR-Cas技术被用于预防和治疗多种人类遗传病。该技术的核心是一段具有特定序列的RNA(CRISPRRN(1)治疗人类遗传病最有效的手段是基因治疗，通常又分为和 (2)用该技术治疗遗传病的基本过程是：根据遗传病致病基因的序列源基因导入人体细胞相似，可采用法 (3)对于患遗传病的个体来说，不可能对每个细胞都注射该复合体，因此，研究人员选物细胞最有效的方法是显微注射法；进入细胞后的复合体在RNA的指应该是一种限制性核酸内切酶。(3)利用动物病毒侵染动物细胞的特性，可选Rubisco酶对CO₂的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题：(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其 解析：(1)PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或(2)RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA共用一套密码子蛋白质1.2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚 (通常，所得到的两个克降动物体细胞的常染色体数目(填“相同”或“不同”),性(2)由于动物的胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相(3)哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合AA②①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用 动物细胞传代培养至10～50代时，部分细胞的遗传物质(核型)可能会发生变化，因此，核移植技术中的供体细胞应为传代培养10代以内的细胞。(3)克隆动物的个体，其核基因来自于供体，细胞质基因来自于受体(卵母细胞),细胞质基因3.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。(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1600 ,体系中出现多种类型细胞的原因是 。 (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)由图可知，要想获得血清抗体效价达到1过4次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z3只小鼠中，由于Y小鼠的血清合是随机的，且融合率达不到100%,不同种类的细胞膜均可以相互融合，因此可出现B淋小鼠的免疫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，染色体数量是两者之和，即为100(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%植物体细胞杂交植物细胞工程植物组织培养程体杂种B作用效果比值高时比值低时比值适中③光照的使用：脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。3.辨析3种细胞——杂种细胞、重组细胞和杂交细胞(1)营养条件：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(3)避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理，加入一定量的抗克隆动物的技术手段有动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养和胚胎移植。动物体细胞核移植技术的关键点：(1)受体细胞：去核的卵母细胞。(2)用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因：营养丰富；体积大，易操作；含有刺激细胞核恢复分裂能力的物质。(3)应用：制备单克隆抗体。4.理清单克隆抗体制备的过程EQ\*jc3\*hps18\o\al(\s\up4(灭活病毒),诱导融合)筛选(1)3种细胞特点不同(2)2次筛选目的不后1.植物体细胞杂交分析(1)植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。(2)该技术在育种上应用时最大的优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍。(3)目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状。2.单克隆抗体制备过程中两次筛选分析第一次筛选：利用特定选择培养基筛选，获得杂交瘤细胞，即AB型细胞(A为B细胞，试管动物试管动物B为骨髓瘤细胞),不需要A、B、AA、BB型细胞。第二次筛选：利用多孔板法和抗原—抗体杂交法筛选，获得产生特定抗体的杂交瘤细胞。3.界定“克隆”动物与“试管”动物(主要与B动物遗传性状相同)克隆动物良种雌性动物的卵母细胞良种雄性动物精子▶题组一植物细胞工程及应用的考查4.下图为A、B两种二倍体植物体细胞杂交过程示意图，请据图回答：植物细胞A②原生质体细胞原生质体B植物细胞B⑤愈伤组织杂种植物(1)步骤①的方法是。步骤②常用的化学试剂是,之后(填“是”或“否”)需要筛选。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植物的过程中，运用的技术手段是 ,其中步骤④是_。植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植物，与A、B两种植物相比，该杂种植物是新物种的原因是(3)培育该杂种植物的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律?为什么?解析：(1)图为植物体细胞杂交过程示意图，其中①表示去壁获取原生质体的过程，常用酶解法，即用纤维素酶和果胶酶处理；②表示人工诱导原生质体融合，常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG),诱导后形成的两两融合的原生质体有三种，所以需要进行筛选。(2)图中③表示再生出新细胞壁的过程，杂种细胞通过植物组织培养技术培育成为杂种植物，过程④表示脱分化，⑤表示再分化过程。图中获得的杂种植物与A、B两种植物间均存在生殖隔离，所以是新物种。(3)图示为植物体细胞杂交过程，没有经过不同配子的结合，所以不属于有5.细胞工程是一门新兴的生物工程技术。在动、植物的育种，药物提取，药物生产等幼苗，与天然种子培育相比，人工种子的培 (2)已知西湖龙井含有的茶碱是植物细胞的代谢产物，具有提神、抗衰老功效。可用植①若利用植物组织培养技术，可将龙井茶叶细胞培养到阶段，然后从 经物理或者化学方法诱导融合，得到杂种细胞(新生细胞壁形成为标志),再经过程，得到杂种植株。(1)①以胚状体为材料，经过人工薄膜包装得到的人工种子品种的遗传特性②形成新的细胞壁脱分化再分化隆抗体来诊断癌症。回答下列问题：(1)制备CEA的单克隆抗体时，首先将注入小鼠体内，使小鼠产生免疫反应。然后从产生免疫反应小鼠的脾脏中获取细胞，将其与骨髓瘤细胞融合，该融合过程所利用的基本原理是。因为融合率不是100%,且融合过程具有性，所以要对融合后的细胞进行筛选。筛选出的杂交瘤细胞还要经过多次筛选，最终获得 (答两个特点)的杂交瘤细胞。(2)获得杂交瘤细胞后，将其注射到小鼠腹腔内增殖或_,之后从中提取大量CEA抗体。CEA单克降抗体的主要优点有(答三(3)CEA单克隆抗体与抗癌药物偶联后，可以使抗癌药物定向作用于癌细胞，该过程所利用的免疫学原理为解析：(1)制备CEA的单克隆抗体时，首先将癌胚抗原注入小鼠体内，使小鼠产生免疫反应。然后从产生免疫反应小鼠的脾脏中获取B淋巴细胞，细胞融合的原理为细胞膜具有一定的流动性。细胞融合过程具有随机性，因此需要筛选出杂交瘤细胞。筛选出的杂交瘤细胞还要经过多次筛选最终获得既能产生CEA(特异性)抗体，又能无限增殖的杂交瘤细胞。(2)单克隆抗体最主要的优点为特异性强、灵敏度高并可大量制备。(3)“生物导弹”是单抗上连接抗癌药物，通过抗体和相应抗原(癌细胞)特异性结合，利用抗癌药物或毒素杀伤和破坏答案：(1)癌胚抗原(CEA)B淋巴(或浆)细胞膜具一定的流动性随机既能产生CEA(特异性)抗体，又能无限增殖(2)在体外培养特异性强、灵敏度高、可大量生产(3)抗原和抗体的特异性结合7.如图是某实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验研究。据图回答(1)过程①实施前需将诱导基因与相连接构建,在导入小鼠成纤维细胞时一般采用法导入，此步骤中用到的工具酶有(2)过程②的实质是。甲细胞是细胞，乙细胞是细胞。(3)过程③一般用诱导，丙细胞的特点是 解析：(1)基因工程操作过程中需要将目的基因与运载体连接构建基因表达载体，将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。基因工病毒或PEG,丙细胞是杂交瘤细胞，其特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。授课提示：对应学生用书第103页1.利用基因工程技术培育马铃薯新品种，目前已经取得丰硕成果。请根据教材所学知(1)马铃薯易患多种疾病，导致其产量不高。通过导入抗病基因并使其表达可以提高马使其对除草剂(填“敏感”或“不敏感”),或使靶靶蛋白过量表达，使植物吸收除草剂后仍能正常代谢。(4)将目的基因导入受体2.大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的运载体，某限制酶在此质位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β半乳糖苷酶，当人体人体DNA目的基因LacZ基因氮苄青霉素抗性基因“pUC18质粒试管I试管Ⅱ选择培养基(3)将试管I中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是_;大肠杆菌需事先用Ca2+进行处理，目的是 c(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上培养，培养基中应含有其中加入氨苄青霉素的作用是筛选出如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是(2)融合的细胞形成愈伤组织，在愈伤组织的培养过程中，当生长素和细胞分裂素的比 c(3)在制备单克隆抗体的过程中，融合的结果是出现多种不同的杂交细胞，需要在特定溶液中，会发生渗透作用。(2)在愈伤组织的植物细胞具有全能性。(3)用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞，该杂交细胞(3)杂交瘤特异性强、灵敏度高、可大量制备④(1)经过程①和过程②,细胞全能性的变化情况分别是(填“变大”“变小”或素相结合制成“生物导弹”,注入体内，借助单克降抗体的(4)图中单克隆抗体的制备和克隆羊“多利”产生的过力强；②过程是定向诱导分化过程，形成特定的组织细胞上有5种细胞，为获得杂交瘤细胞，应将③过程获得的细胞放在选技术手段是动物细胞培养；在克隆技术伦理方面，我国政府的态度是禁止生殖性克隆人，不反对治疗性克隆单独成册对应学生用书第155页 (3)是基因工程的核心步骤。启动子是识别和结合的部位，它能驱动基因转录出mRNA。分为E.coliDNA连接酶和T₄DNA连接酶。(2)利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一2.油菜中油酸为不饱和脂肪酸，能降低人体血液的胆固醇含量，减少人体患心血管病(2)构建反义F基因表达载体时，需要用到的工具酶有;农杆菌可用来将反义F基因表达载体导入油菜细胞，从分子角度分析，其具有的特点是构建反义F基因表达载体时没有设计标记基因，其可能的原因是 基因。检测转反义F基因油菜细胞内F基因转录的mRNA含量，结果表明，因杂交形成双链RNA,细胞内F基因的mRNA水平下降。由此推测，反义F基因的转录抑制了F基因的 为转录的模板链，则反义F基因转录时的模板链为。能在短时间内获得大量目的基因，在扩增目的基因之前要利用一段F基因转录的mRNA含量下降，可见反义F基因的转录抑制了F基因的翻译过程。F基因转录形成的RNA能与反义F基因转录形成的RNA互补配对，若F基因转录时，两条单链3.克隆猪成功率较低，与早期胚胎细胞异常凋亡有关。Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因，用PCR技术可以检测该基因转录水平，进而了解该基因与不同胚胎时期(1)图中重组细胞的细胞核来自细胞，早期胚胎移入受体子宫继续发育，经桑(3)该过程所涉及的现代生物技术有早期胚胎培养、胚胎移植、和_。(4)目前使用的供体细胞一般都选择传代10代以内的细胞，原因为解析：(1)图中卵母细胞是受体细胞，良种猪的体细胞是供体细胞提供细胞核，形成重组细胞；早期胚胎发育经桑椹胚、囊胚和原肠胚，最终形成克隆猪。(2)①mRNA→cDNA的过程表示反转录过程。②在PCR过程中利用DNA分子杂交技术可检测出cDNA中Bcl2cDNA的分子数。(3)据图分析，该过程利用的技术有早期胚胎培养、胚胎移植、动物细胞培养和核移植技术。(4)供体细胞一般都选择传代10代以内的细胞，原因是传代10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型。(2)①反转录②DNA分子杂交(3)动物细胞培养核移植技术(4)传代10代以内的细胞保持正常的二倍体核型4.为增加油菜种子的含油量，科研人员将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。(1)研究人员采用PCR技术获取酶D基因和转运肽基因，该技术是利用_的原理，使相应基因呈指数增加。所含三种限制酶(XbaI、ClaI、SacI)的切点如图所示，则用 和处理两个基因后，可得到酶D基因和转运肽基因的融合基因。(2)将上述融合基因插入上图所示Ti质粒的_中，构建基因表达载体并导入农杆菌中。为了获得含融合基因的单菌落，应进行的操作是随后再利用液体培养基将该单菌落菌株振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。进一步筛选后获得转基因油菜细胞，提取上述转基因油菜的mRNA,在逆转录酶的作用下获得cDNA,再依据_的DNA片段设计引物进行扩增，对扩增结果进行检测，可判断融合基因是否完成_。最后采用抗原—抗体杂交法可检测转基因油菜植株中的融合基因是否成功表达。解析：(1)采用PCR技术扩增目的基因，利用的是DNA双链复制的原理。转运肽基因、酶D基因具有相同的酶切位点ClaI,故用ClaI和DNA连接酶处理两个基因后可得到两基因相连的融合基因。(2)利用农杆菌转化法导入目的基因，需要将目的基因插入农杆菌Ti种在含有四环素的固体培养基上培养，再利用液体培养基将筛选得到的单菌落菌株振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。(3)受体细完成转录，则提取转基因油菜的mRNA,再逆转录获得cDNA,cDNA可以在融合基因的引(2)T-DNA将获得的农杆菌接种在含四环素的固体培养基上培养5.人外周血单核细胞能合成白细胞介素2(IL2)。该蛋白可增强机体免疫功能，但在体内易被降解。研究人员将IL2基因与人血清白蛋白(HSA)基因拼接成一个融合基因，在酵母菌中表达出具有IL2生理功能且不易降解的L2HSA融合蛋白，技术流程如图。人外周血单核细胞人外周血单核细胞mRNA④-IL2HSA融合基因③|PCR终止子a(1)图中③过程的模板是,表达载体1中的位点立为限制酶BglⅡ的识(2)表达载体2导入酵母菌后，融合基因转录出的mRNA中，与L2蛋白对应的碱基序列不能含有,才能成功表达出IL2HSA融合蛋白。启动子是识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA。(3)培养人外周血单核细胞时，需要将温度控制在℃,此外还需要通入 (5)如果基因表达载体2导入的是优质奶牛的受精卵细胞，经胚胎培养后移入受体母牛(3)37无菌的95%空气和5%CO₂“今又生”的载体采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主细胞的基科学家选择性地放弃了一般载体都应具有的特点 或胎儿的原始性腺；在培养时，细胞充满培养皿底部(2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)一定的缓冲溶液温度7.应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植株，也可加快 (2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3