专题12基因工程和细胞工程Word格式.docx
《专题12基因工程和细胞工程Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题12基因工程和细胞工程Word格式.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。
蛋白质工程则更进一步。
它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造。
因此，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质。
天然蛋白质都是通过漫长的进化过程而形成的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了进化的过程。
有关细胞工程，高考中可能涉及到的考点有如下几个方面：
4．理解细胞全能性的概念，把握细胞全能性的特点：
细胞全能性是指生物体的细胞具有形成完整个体的潜能的特性。
受精卵、生殖细胞和已分化的体细胞均具有全能性。
生物体的细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有形成完整个体所需的全套基因。
同一个体的每一个已分化的体细胞都由受精卵经有丝分裂而来，体细胞核内基因与受精卵一样，因此都具有全能性。
分化的体细胞之所以没有表达出全能性，是因为基因选择性表达。
在离体和适当的条件下，分化的体细胞也能表达其全能性。
全能性表达的难易程度：
受精卵＞生殖细胞＞体细胞；
植物细胞＞动物细胞。
5．植物组织培养操作的特点：
（1）选择外植体时，由于外植体的脱分化难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异。
花和幼嫩的组织脱分化较为容易，而植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。
另外制备外植体时应选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。
（2）消毒。
植物组织培养要想取得成功，必须有效防止细菌等的污染。
因为如果培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。
因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。
（3）光照。
离体的植物细胞、组织和器官脱分化形成愈伤组织时，需避光处理。
愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需光照处理。
（4）激素调控：
生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；
当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。
6．植物体细胞杂交杂种细胞的筛选和培养：
以烟草与大豆细胞融合为例。
烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。
这时，在细胞混合物中，不仅有烟草-大豆细胞，还有烟草细胞、大豆细胞、烟草-烟草细胞、大豆-大豆细胞，因此需要对杂种细胞进行筛选。
得到烟草-大豆细胞后，再通过植物组织培养技术，培育杂种植株。
7．微型繁殖与无性生殖：
微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。
在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。
利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。
8．微型繁殖与作物脱毒、人工种子、单倍体育种：
作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均有采用微型繁殖的技术。
作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒（的如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。
人工种子采用的还是微型繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。
人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。
单倍体育种的优点是后代无性状分离，后代都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短育种年限。
单倍体育种从本质上说属于有性生殖，这一点与微型繁殖有所区别。
但单倍体育种首先要进行花药离体培养，采用还是微型繁殖的技术，然后用秋水仙素处理，获得纯合子。
9．动物细胞培养的过程
10代细胞
10．动物细胞培养与植物组织培养的区别：
动物细胞培养与植物组织培养有许多相似之处，也有许多不同点。
一是它们用的培养基不同，植物组织培养用的一般是固体培养基，而动物细胞培养用的一般是液体培养基。
第二是它们的培养基的成分不同。
动物细胞培养的培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐和维生素，另外还有动物血清。
植物组织培养所需要的培养基包含植物生长和发育的全部营养成分，如矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加物，没有动物血清。
第三是植物组织培养最后一般得到新的植物个体，而动物细胞培养因为动物体细胞一般不能表达其全能性，因此得到的是同一种的细胞。
11．把握动物体细胞移植的特点：
动物体细胞移植依据的原理还是细胞的全能性，与植物组织培养一样属于无性生殖。
虽然细胞核内具有发展成为一个完整个体所需的全套基因，但动物体细胞分化程度较高，因此很难表达全能性。
卵细胞体积大，易于操作，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。
将体细胞核移植入去核卵细胞内，既保证了重组细胞的完整性，又能刺激体细胞核表达其全能性，发展成为一个新的个体。
动物体细胞移植产生的新个体的亲本有三个：
体细胞核供体、卵细胞细胞质供体、代孕母体。
新个体细胞核基因型与体细胞核供体完全一样，因此新个体性状与体细胞核供体基本相同。
卵细胞细胞质中也有少量的DNA，新个体性状与卵细胞细胞质供体有一些地方相同。
代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体性状与代孕母体基本没有联系。
12．动物细胞融合与植物体细胞杂交的异同：
比较项目
细胞融合的原理
细胞融合的方法
诱导手段
用途
植物体细胞杂交
细胞膜的流动性
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合
离心、电刺激、振动、聚乙二醇（PEG）诱导
克服远源杂交不亲和，获得杂种植株
动物细胞融合
用胰蛋白酶使细胞分散后诱导细胞融合
除应用植物细胞杂交手段外，还有用灭活病毒诱导
制备单克隆抗体
13．单克隆抗体的应用：
单克隆抗体可以作为诊断试剂，准确识别各种抗原物质，与抗原的特异性结合具有准确、高效、简易、快速的特点。
单克隆抗体还可以用于治疗疾病和运载药物：
主要用于治疗癌症。
单克隆抗体作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹”，准确杀伤癌变细胞。
四、典例解析
例1．科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为
A、基因工程
B、蛋白质工程C、基因突变
D、细胞工程
解析:
基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，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，以满足人类的生产或或生活需要。
本题中合成的β干扰素不是天然的，因此，属于蛋白质工程。
答案B
例2．（07•江苏）很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因（抗虫基因）转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。
20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。
下图为这一转基因玉米的主要培育过程。
（1）获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以。
将目的基因与运载体结合时必须用酶和DNA连接酶。
在基因工中，常用的运载体有等，而作为运载体必须具备相应条件，例如，应具有以便进行筛选。
（2）由转基因玉米细胞经过形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。
若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上图实验过程中的再包裹合适的等。
本题考查基因工程的工具和操作过程。
（1）提取目的基因除可采用直接分离法外，还可进行人工合成。
目的基因与运载体结合时需先用同种限制酶切割目的基因和运载体，以产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接DNA分子的缺口形成重组DNA分子。
该问的最后一空注意不能写“抗性基因”，而应是标记基因，因为除抗性基因外还可以是颜色反应的基因等。
（2）问回顾教材内容即可作答。
答案:
（1）人工合成同种限制质粒（或动植物病毒或噬菌体等）标记基因
（2）脱分化（或去分化）胚状体人造种皮
例3．（07•广东）香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。
广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。
由香蕉束顶病毒（BBTV，单链环状DNA病毒）引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。
当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平，具有重要意义。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。
（2）脱毒香蕉苗的获得，可采用的方法，此方法的依据是和。
（3）建立可靠的BBTV检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量，请问可用哪些方法检测病毒的存在？
（列举两种方法）
（4）在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值，该基因可以从这些鱼的DNA中扩增得到。
试述在提取和纯化DNA时影响提纯效果的因素及其依据。
（列举两点）
（5）如何利用afp基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？
在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？
（6）从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。
另外，抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期，请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。
脱毒植物就是培育无病毒的植物，采用植物的茎尖、芽等进行植物组织培养，可快速繁殖无病毒的植物。
检测病毒的存在可利用基因检测、抗原—抗体反应等技术。
利用植物体细胞杂交技术可将不同香蕉的优良性状集中到杂种植株中
（1）选取香蕉外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后通过调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗（或通过诱导大量形成胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发长成幼苗）。
（2）茎尖（分生组织）组织培养；
茎尖不带病毒（或病毒在植物体内分布不均匀）；
植物细胞全能性。
（3）①BBTV病毒基因的检测（DNA分子杂交技术）；
②BBTV病毒蛋白的检测（获得抗血清，利用抗原一抗体的杂交反应，判断病毒是否存在）。
（4）①选择NaCl溶液的合适浓度，利用DNA和其它杂质在不同NaCl溶液中溶解度不同的特性，达到分离目的；
②加人一定量酒精，使部分蛋白质杂质溶解于酒精，与DNA分离；
③加人蛋白酶，除去蛋白质杂质的干扰；
④控制DNA提取的温度，使大多数蛋白质杂质变性。
（5）将afp基因插人土壤农杆菌的质粒，构建表达载体，通过农杆菌的转化导人香蕉受体细胞，成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株。
生态安全问题包括：
①外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）；
②转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；
③转基因植株扩散对生物多样性的影响；
④转基因植物残体或分泌物对环境的影响。
（6）体细胞杂交育种，其依据是将不同品种的香蕉体细胞利用细胞融合技术融合成杂种细胞后培育出抗寒香蕉品种（或体细胞诱变育种，其依据是利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，然后筛选培育出抗寒品种）。
蛋白质工程方法的步骤为：
①果胶裂解酶蛋白的功能分析，②果胶裂解酶蛋白的结构预测和设计，③果胶裂解酶基因的改造。
五、随堂练习
一．选择题：
１.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是（）。
A.将目的基因从染色体上切割出来B.识别并切割特定的DNA核苷酸序列
C.将目的基因与运载体结合D.将目的基因导入受体细胞
２.下图所示限制酶切割基因分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列和切点是（）。
A．CTTAAG，切点在C和T之间B．CTTAAG，切点在G和A之间
C．GAATTC，切点在G和A之间D．GAATTC，切点在C和T之间
３.人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是（）。
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性B.有利于对目的基因是否导入进行检测
C.增加质粒分子的分子量D.便于与外源基因连接
４.PCR技术扩增DNA,需要的条件是（）。
①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA⑥核糖体
A.①②③④ B.②③④⑤ C.①③④⑤ D.①②③⑥
５.下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（）。
A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒
D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良（）。
６.单子叶植物中常用的一种基因转化方法是
A．农杆菌转化法 B．基因枪法 C．花粉管通道法 D．显微注射法
7.下列属于组织培养的是（）。
A.．花粉培养成单倍体植株B．芽发育成枝条
C．根尖分生区发育成成熟区D．蜜蜂中未受精的卵发育成雄蜂
8.运用下列各种细胞工程技术培育生物新品种，操作过程中能形成愈伤组织的是（）。
①植物细胞培养②植物体细胞杂交③动物细胞培养④转基因植物的培养
A．①②③B．①②④
C．①③④D．①②③④
9.科学家用小鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的Ｂ淋巴细胞融合，对得到的杂种细胞不正确的叙述是（）。
A.有双亲细胞的遗传物质B.无增殖的本领
C.可分泌特异性抗体D.有大量增殖的本领
10.下列有关动物细胞培养的叙述，不正确的是（）。
A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液
D．动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞就会衰老死亡
11.目前常被使用的基因载体有（多选）（）。
A．质粒 B．噬菌体
C．染色体 D．动、植物病毒
12.下列有关限制性内切酶的说法中正确的是（多选）（）。
A.限制性内切酶是从高等生物的细胞中发现的B.限制性内切酶具有专一性
C.限制性内切酶切割DNA后都能形成黏性末端D.限制性内切酶是一种蛋白质分子
13.与植物体细胞杂交密切相关的下列叙述中,正确的是（多选）（）。
A.利用离心、振动、电刺激等诱导B.利用聚乙二醇（PEG）等试剂诱导
C.克服远缘杂交不亲和的障碍D.快速繁殖、培育无病毒植物
14．在下列选项中，用到植物组织培养技术的是（多选）（）。
A.利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株
B.利用花药离体培养得到单倍体植株
C.利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株
D.利用细胞工程培育“番茄－马铃薯”杂种植株
二．非选择题：
15．以下是与基因工程、细胞工程、胚胎工程有关的内容
（1）下表是有关酶名称与作用的对应关系，请完成下表内容
酶名称
作用
“缝合”双链DNA片段的平末端
胶原蛋白酶
获得植物细胞的原生质体
利用PCR技术扩增目的基因
（2）采用基因工程技术改良玉米的品质时，选用大豆种子贮藏蛋白基因为目的基因。
该目的基因与作为的质粒组装成为重组DNA分子时，需要用限制性内切酶和连接酶。
为便于筛选获得了目的基因的受体细胞，所用的质粒通常具有。
将目的基因导入离体的玉米体细胞后，需要采用技术才能获得具有目的基因的玉米植株。
（3）动物细胞工程常用的技术手段有、、动物细胞融合、等，其中是其他动物细胞工程的基础。
16．基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：
（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_____________等营养物质。
（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_____________和________________两类激素。
（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。
这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。
（4）试管苗的细胞核中含_________条脱氧核糖核苷酸链。
17.右图为细胞融合的简略过程，请据图回答：
（1）若A、B是植物细胞，则形成的D细胞还要应用______________技术把D培养成植株。
（2）若A、B是动物细胞，一般取自______________,然后用____________________使其分散开来，A、B到C的过程中，常用的不同于植物细胞的手段是_______________________，所形成的D称为____________________
（3）若该过程是制备单克隆抗体，A为小鼠B淋巴细胞，那么，在获得此细胞之前，小鼠已被注射了___________，注射后小鼠身体产生了相应的____________生成了___________。
图中B为_________________。
（4）若该过程仍是制备单克隆抗体，在A、B到C的过程中，所形成的C有______种，用来培养的D的细胞应该是_____________。
从中选择出它的方法是_______________培养，获得D后，常用的培养方法是______________和________________。
六．能力拓展
一．选择题
１.下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是（）。
A.DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接
B.RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录
Ｃ.一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因
D.胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞
２.现有一长度为1000碱基对（by）的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000by，用Kpn1酶单独切得到400by和600by两种长度的DNA分用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200by和600by两种长度的DNA分子。
该DNA分子的酶切图谱正确的是（）。
３.有关基因工程的成果及应用的说法不正确的是（）。
①用基因工程方法培育抗虫植物和能抗病毒的植物②基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体型巨大、品质优良的动物③任何一种假单孢杆菌都能分解四种石油成分，所以假单孢杆菌是“超级菌”④基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
A.①②B.③④C.②③D.②④
４.不是基因工程方法生产的药物是（）。
Ａ.干扰素 Ｂ.白细胞介素Ｃ.青霉素 Ｄ.乙肝疫苗
５.下列既可以用于基因工程又可以用于细胞工程的是（）。
Ａ.病毒Ｂ.氯化钙C.质粒D.聚乙二醇
６.植物体细胞杂交与动物细胞工程中所用技术与原理不相符的是（）。
A．纤维素酶、果胶酶处理和胰蛋白酶处理——酶的专一性
B．植物组织培养和动物细胞培养——细胞的全能性
C．原生质体融合和动物细胞融合——生物膜的流动性
D．紫草细胞培养和杂交瘤细胞的培养——细胞增殖
7.蛋白质工程的基本流程是（）。
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④推测应有的氨基酸序列
A.①②③④B.④②①③C.③①④②D.③④①②
８.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（）。
A．消毒灭菌B．适宜的温度 C．充足的光照 D．适宜的养料和激素
９．某同学在学习“细胞工程”时，列表比较了动植物细胞工程的有关内容，你认为错误的是（）。
比较内容
植物细胞工程
动物细胞工程
A
特殊处理
酶解法去除细胞壁
用胰蛋白酶处理后制成细胞悬浮液
B
融合方法
物理方法、化学方法、生物方法
物理方法、化学方法
C
典型应用
人工种子、种间杂种植物
单克隆抗体的制备
D
培养基区别
蔗糖是离体组织赖以生长的成分
动物血清不可缺少
10.通过细胞工程生产单克隆抗体时，要涉及到以下三个筛选过程：
①在特定培养基中筛选出杂交瘤细胞
选出能产生抗体的效应B细胞
选出能产生特定抗体并能大量增殖的细胞群。
这三个过程的先后次序是（）。
A.
① B.
①
C.
D.①
11.下列有关生物工程方面的叙述中，不正确的是（多选）（）。
A．叶肉细胞离体培养时，经再分化过程可形成愈伤组织
B．培养流感病毒时应选用无菌的牛肉汤
C．在青霉菌体内获取青霉素属于基因工程的实例
D．基因工程、细胞工程都能克服远缘物种杂交障碍
12.下列属于单克隆抗体在实践上应用的实例是（多选）（）。
A．将抗药菌的某基因引入小鼠细胞内
B．利用同位素标记的单克隆抗体，定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病
C．可用于遗传病的治疗
D．制成“生物导弹”，将药物定向地带到癌细胞所在部位
13.下列转基因生物与所运用的目的基因正确是（多选）（）。
A．抗虫棉——Bt毒蛋白基因B．抗真菌立枯丝核菌的烟草——抗毒素合成基因
C．耐寒的番茄——抗冻蛋白基因D．抗盐碱和干旱植物——调节细胞渗透压的基因
二．简答题
14.酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用等，是提取核苷酸、三磷酸腺苷等多种生化产品的原料，还可用于生产维生素、氨基酸等。
科学家将使啤酒产生丰富泡沫的LTPl基因植入啤酒酵母菌中，使其产生LTPl蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒，具体的操作过程如下：
请据图回答问题：
（1）若图中LTPl基因与B结合产生的C是_____________。
（2）检测LTPl基因在啤酒酵母菌中是否表达可以通过_________________________。
（3）假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性核酸内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。
连接产物至少有种
升级会员 