精编高考生物二轮复习第1部分专题十六 基因工程和细胞工程.docx

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精编高考生物二轮复习第1部分专题十六基因工程和细胞工程

　1.基因工程的诞生（Ⅰ）　2.基因工程的原理及技术（含PCR）（Ⅱ）　3.基因工程的应用（Ⅱ）　4.蛋白质工程（Ⅰ）　

5．植物的组织培养（Ⅱ）　6.动物的细胞培养与体细胞克隆（Ⅱ）　7.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）

1．关于基因工程的3个误区

（1）误认为只能用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段。

其实可以用不同限制酶切割，只要二者切割后产生相同黏性末端即可。

（2）误将目的基因导入受体细胞当作基因工程成功的标志。

基因工程是否成功表现在目的基因是否成功表达。

（3）误认为启动子就是起始密码子，终止子就是终止密码子。

启动子和终止子位于DNA分子上，其作用和转录有关，起始密码子和终止密码子位于RNA上，其作用与翻译有关。

2．关于细胞工程的2个误区

（1）误认为原生质体的制备是原生质体融合。

原生质体的制备是用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞，使植物细胞壁去掉，而获得原生质体；而原生质体融合是指去壁的植物细胞融合。

（2）不能正确区分杂种细胞、重组细胞和杂交细胞。

①杂种细胞：

植物体细胞杂交过程中，两种细胞去除细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体形成细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。

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。

考点一　基因工程

　（2016·高考全国卷乙，40）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。

有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。

结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。

被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

回答下列问题：

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有____________________________（答出两点即可），而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是__________________________________________________；并且____________和______________的细胞也是不能区分的，其原因是______________________________________________。

在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经过改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自________。

【解析】　

（1）作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，且含有特殊的标记基因。

（2）未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。

含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。

根据题图，用BamHⅠ切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

（3）噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。

【答案】　

（1）能自我复制、具有标记基因　

（2）二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒（或答含有重组质粒）　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素　（3）受体细胞

1．获取目的基因的3种途径

（1）从基因文库中获取。

（2）PCR技术扩增

①PCR原理：

DNA复制原理。

②需要条件：

模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）。

③过程：

DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。

（3）化学方法人工合成。

2．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．使用限制酶的注意点

（1）一般用同一种限制酶切割载体和获取目的基因。

（2）不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。

4．目的基因导入受体细胞的方法

（1）导入植物细胞

①农杆菌转化法；②基因枪法；③花粉管通道法。

（2）导入动物细胞：

显微注射法。

（3）导入微生物细胞：

Ca2＋处理法（感受态细胞法）。

5．目的基因的检测与鉴定的方法

（1）检测目的基因是否导入受体细胞：

DNA分子杂交法。

（2）检测目的基因是否转录出mRNA：

分子杂交技术。

（3）检测目的基因是否翻译出蛋白质：

抗原—抗体杂交技术。

（4）个体生物学水平鉴定：

根据表达性状判断。

6．基因工程的常考点

（1）目的基因插入位置：

启动子与终止子之间。

（2）将目的基因导入受体细胞没有碱基互补配对现象。

（3）常用的受体细胞

①植物：

受精卵、体细胞。

②动物：

受精卵。

③微生物：

大肠杆菌、酵母菌等。

（4）原核生物作为受体细胞的优点：

多为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少。

　考查基因工程操作的基本工具和流程

1．（2016·高考全国卷丙改编）图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸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EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的）。

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被____________酶切后的产物连接，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____________，不能表达的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有____________和____________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是____________。

[解析]

（1）由图（a）可知，尽管BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶的识别位点不相同，但两种酶切割后产生的DNA片段具有相同的黏性末端，故被BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与图（b）中表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。

（2）运载体上的启动子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。

（3）常见的DNA连接酶是E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，但作用有所差别，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端，而E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端。

[答案]

（1）Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（2）甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录

（3）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

2．（2016·高考江苏卷改编）如表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。

请回答下列问题：

限制酶

BamHⅠ

BclⅠ

Sau3AⅠ

HindⅢ

识别序列及

切割位点

G↓GATCC

CCTAG↑G

T↓GATCA

ACTAG↑T

↓GATC　CTAG↑

A↓AGCTT

TTCGA↑A

（1）用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用________________两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过________酶作用后获得重组质粒。

为了扩增重组质粒，需将其转入处于________态的大肠杆菌。

（2）为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________________________________________________________________________。

（3）若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为__________，对于该部位，这两种酶________（填“都能”“都不能”或“只有一种能”）切开。

（4）若用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得________种大小不同的DNA片段。

[解析]

（1）由题图可知，质粒的两个标记基因中都含有BamHⅠ的切点，因此不能用BamHⅠ进行切割，结合题干及表中信息可知也不能用Sau3AⅠ进行切割，所以只能用质粒和目的基因中都含有切点的BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶来切割目的基因和质粒。

酶切后的载体和目的基因片段，通过DNA连接酶作用后获得重组质粒。

要将重组质粒转入大肠杆菌，要先用CaCl2处理大肠杆菌，使其处于感受态。

（2）重组质粒中只含有四环素抗性基因这一个标记基因，所以为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加四环素，含有重组质粒的大肠杆菌能在平板上长出菌落。

要用PCR扩增目的基因，所用的引物组成为图2中引物甲和引物丙，因为从图2中可以看出，引物甲与引物丙与模板链结合后能完成目的基因的复制。

（3）BamHⅠ酶切的DNA末端是

，BclⅠ酶切的DNA末端是

，那么这两个末端连接后的连接部位的6个碱基对序列为

，由于连接以后的6个碱基对序列中没有BamHⅠ和BclⅠ能识别的酶切位点，故对于该部位，BamHⅠ和BclⅠ都不能切开。

（4）因为质粒的BamHⅠ和BclⅠ识别序列中都有Sau3AⅠ的识别序列和切割位点，所以用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。

Sau3AⅠ切点及得到的7种大小不同的DNA片段情况如图所示：

①切点在1的位置可以得到1种DNA分子；②切点在1和2的位置可以得到2种DNA分子；③切点在1和3的位置可以得到2种DNA分子；④切点在2和3的位置可以得到2种DNA分子，故最多可能获得7种大小不同的DNA片段。

[答案]

（1）BclⅠ和HindⅢ　DNA连接　感受

（2）四环素　引物甲和引物丙

（3）

　都不能

（4）7

3．（2016·怀化二模）我国科学家张道远先生通过从耐旱灌木白花柽柳中克隆得到TSOD基因，利用转基因技术转化到棉花中，获得了具备更强抗旱性的T4代转基因棉花株系。

如图为转基因抗旱棉花的培育过程示意图，请据图回答下列问题：

（1）①过程表示用________________扩增目的基因的方法。

②过程用到的工具酶有________________________________。

步骤③一般用________处理农杆菌，使其易吸收周围环境中的DNA分子。

（2）将重组质粒导入棉花细胞除步骤③所示的方法外，还可采用__________________。

如果受体细胞是动物的受精卵，则一般采用的方法是____________________。

（3）外植体培养成为试管苗的过程采用了____________________技术，利用了__________________的原理，步骤⑤⑥表示______________________。

（4）为了确定抗旱转基因棉花是否培育成功，可先用放射性同位素标记的____________________作探针进行分子水平鉴定，再____________________进行个体水平鉴定棉花植株的抗旱性。

[答案]

（1）PCR技术　限制酶（限制性核酸内切酶）、DNA连接酶　Ca2＋（或CaCl2）　

（2）花粉管通道法（基因枪法）　显微注射法　（3）植物组织培养　植物细胞的全能性　脱分化、再分化　（4）抗旱基因（TSOD基因、目的基因）　移栽到干旱土地中

　考查蛋白质工程

4．（2015·高考全国卷Ⅱ改编）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。

[解析]

（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，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。

[答案]

（1）氨基酸序列（或结构）

（2）P　P1　DNA和RNA（或遗传物质）　DNA→RNA、RNA→DNA、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

5．阅读如下资料：

资料甲：

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。

资料乙：

T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。

科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的T4溶菌酶第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）资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________法。

构建基因表达载体常用的工具酶是________和________。

在培育有些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是__________________________________________。

（2）资料乙中的技术属于________工程的范畴，该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对________进行改造，或制造一种________的技术。

在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的________序列发生了改变。

[解析]

（1）小鼠细胞为动物细胞，将基因表达载体导入动物细胞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酶和DNA连接酶；将基因表达载体导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，农杆菌的作用是作为载体，将目的基因导入受体细胞。

（2）从资料乙中可以得出是对基因进行改造，结果是得到耐热性提高的蛋白质，因此属于蛋白质工程的范畴，该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。

对基因进行改造后，第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成二硫键，引起了空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构的改变。

[答案]

（1）显微注射　限制酶　DNA连接酶　感染植物，将目的基因转移到受体细胞中

（2）蛋白质　现有的蛋白质　新蛋白质　氨基酸

考点二　细胞工程

　（2016·高考全国卷甲，40）如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物（二倍体）的流程。

回答下列问题：

（1）图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为____________。

过程①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________的方法。

②代表的过程是__________。

（2）经过多次传代后，供体细胞中__________________的稳定性会降低。

因此，选材时必须关注传代次数。

（3）若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）与克隆羊“多莉（利）”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________________。

【解析】　

（1）核移植过程中，供体的体细胞中性染色体组成可为XX或XY；去核时常采用显微操作的方法；图示②过程表示胚胎移植。

（2）细胞培养过程中，经过多次传代培养，细胞中遗传物质的稳定性会降低。

（3）由于卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响，所以克隆动物与供体性状不完全相同。

（4）克隆动物的成功获得证明了已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。

【答案】　

（1）XX或XY　显微操作　胚胎移植

（2）遗传物质　（3）卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　（4）动物已分化体细胞的细胞核具有全能性

1．细胞工程概念的常考点

（1）定向性：

按照人的意愿。

（2）目的：

改变细胞内的遗传物质和获得细胞产品。

2．植物组织培养易错点

（1）条件：

无菌、离体。

（2）培养基组成：

无机营养、有机营养、激素、琼脂。

3．植物体细胞杂交常考点

（1）制备原生质体：

用纤维素酶和果胶酶处理。

（2）原生质体融合：

离心、振动、电激、聚乙二醇。

（3）杂种细胞形成的标志：

新细胞壁的形成。

4．动物细胞培养常考点

（1）条件

①无菌、无毒；②特殊营养：

血清、血浆；③适宜的温度和pH；④气体环境：

含95%的空气加5%CO2的混合气体。

（2）两大阶段：

原代培养→细胞株；传代培养→细胞系。

5．动物细胞核移植易错点

（1）受体细胞：

去核的卵母细胞。

（2）原因：

①营养丰富；②体积大，易操作；③含有刺激细胞核恢复分裂能力的物质。

6．核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同

（1）克隆动物遗传物质来自两个亲本。

（2）发育过程中可能发生基因突变或染色体变异。

（3）外界环境条件可能引起不遗传的变异。

7．制备单克隆抗体常考点

（1）3种细胞特点不同

①B淋巴细胞：

能分泌抗体，不能大量增殖。

②骨髓瘤细胞：

能大量增殖，不能分泌抗体。

③杂交瘤细胞：

既能分泌抗体，又能大量增殖。

（2）2次筛选目的不同

①第1次：

获得能分泌抗体的杂种细胞。

②第2次：

获得能分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞。

　考查植物细胞工程

1．植物组织培养技术被广泛应用于培育无病毒植株、育种及获得植物次生代谢产物等生产生活实际。

如图为番茄植株的培育过程。

分析回答下列问题：

（1）①过程中使用了____________________酶，获得植物细胞原生质体，此处使用的溶液浓度不宜过小，以防止细胞原生质体____________。

（2）铺平板类似于微生物接种，该过程必须在____________旁进行操作。

平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外，还有____________的作用。

（3）同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因________________（填“相同”“不相同”或“不一定相同”）；图中属于再分化的过程是________（填序号）。

（4）多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高，若想培育多倍体番茄，可选择在图中的过程③中添加________________进行处理，也可以选择在过程⑥中添加________________进行处理。

[解析]

（1）①过程中使用了纤维素酶和果胶酶，破坏植物细胞的细胞壁，而不损伤细胞内部结构，以获得具有活力的单个的原生质体，因为失去了细胞壁的支撑作用，因此此处使用的溶液浓度不宜过小，以防止细胞原生质体吸水涨破。

（2）铺平板类似于微生物接种，该过程必须在酒精灯火焰旁进行无菌操作。

平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外，还有调节渗透压的作用，保持细胞正常的形态和功能。

（3）同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因不一定相同。

如体细胞培养得到的细胞中含两个染色体组，而花粉离体培养得到的细胞内染色体数目减半，因此基因不一定相同；图中①②③表示获得外植体，④⑤⑥⑦⑧表示已分化的细胞在一定因素作用下恢复细胞分裂能力，失去原有分化状态的过程，叫做脱分化，⑨⑩表示已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出胚状体，形成完整植株，这一过程叫做再分化。

（4）若想培育多倍体番茄，可选择在图中的过程③中添加聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞的融合，使融合细胞内染色体数目加倍。

也可以选择在过程⑥中添加秋水仙素，抑制细胞分裂时纺锤体的形成，从而使染色体数目加倍。

[答案]

（1）纤维素酶和果胶　吸水涨破　

（2）酒精灯火焰　调节渗透压　（3）不一定相同　⑨⑩　（4）聚乙二醇　秋水仙素

2．（2016·郑州模拟）为培育出含β胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。

请分析回答下列问题：

甲方案：

β胡萝卜素基因

“黄金大米”

乙方案：

（1）甲方案中，β胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是________________________________________________________________________。

若研