高考生物艺考生大二轮总复习 上篇 专题九 生物技.docx

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高考生物艺考生大二轮总复习上篇专题九生物技

第15讲　基因工程和细胞工程

★[最新考纲]

1．基因工程的诞生（Ⅰ）；2.基因工程的原理及技术（含PCR技术）（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.动物细胞培养与体细胞克隆（Ⅱ）；7.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）；8.DNA的粗提取与鉴定。

精读教材——记一记

1．与目的基因相关的两类“检测”

（1）标记基因：

检测受体细胞中是否含“重组DNA”或运载体。

——在依据标记基因（如四环素抗性基因）制备的特定选择培养基（如加入了四环素的培养基）中能够生存下来的受体细胞才可能含重组DNA（目的基因＋运载体）或运载体。

（2）DNA分子杂交技术（基因探针）检测转基因生物中是否含目的基因、在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作标记，制作探针，以此与已提取到的转基因生物基因组DNA杂交，若显示出杂交带，则表明目的基因已插入到受体细胞基因组中。

（P14正文）

2．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不发生碱基互补配对。

（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。

3．动物细胞培养关键点

（1）培养基的特有成分：

动物血清。

（2）培养过程：

原代培养、传代培养。

（3）两次使用胰蛋白酶：

第一次用于制备细胞悬液，开始原代培养，第二次用于处理瓶（壁）上的细胞。

4．关注植物细胞工程的几个问题

（1）植物细胞A和植物细胞B杂交获得的杂种细胞有三种类型：

AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。

（2）杂种细胞形成的标志：

新的细胞壁的生成。

（3）杂种植株遗传物质的变化：

杂种植株的变异类型属于染色体变异，其染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。

（4）植物组织培养时植物激素和光照的使用

①植物激素的使用：

脱分化阶段先使用生长素，后使用细胞分裂素，以促进细胞的分裂；再分化阶段生长素比例较高，以促进根的形成。

②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照，以利于叶绿素的形成。

（5）利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。

5．关注制备单克隆抗体的两个常考点

（1）三种细胞的特点

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）两次筛选目的不同

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。

自我诊断——判一判

（1）携带链霉素抗性基因受体菌的筛选必须通过分子检测。

（×）

（2）转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测。

（×）

（3）一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列。

（√）

（4）用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸。

（×）

（5）每个重组质粒至少含有一个限制性核酸内切酶识别位点。

（√）

（6）自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上，属于基因工程。

（×）

（7）重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接。

（×）

（8）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全表达。

（×）

（9）动物的生长激素基因转入植物后不能表达。

（×）

（10）培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养。

（√）

（11）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。

（√）

（12）产生抗人白细胞介素—8抗体的杂交瘤细胞的筛选必须通过分子检测。

（√）

（13）21三体综合征的诊断必须通过分子检测。

（×）

（14）乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养。

（×）

（15）培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。

（×）

（16）动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体体现了细胞的全能性。

（×）

（17）细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行。

（×）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）×　（7）×　（8）×　（9）×　（10）√　（11）√　（12）√　（13）×　（14）×　（15）×　（16）×　（17）×

高频命题点1　基因工程

真题领航——目标方向导入高考

1．（2019·全国Ⅰ卷，38）基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。

回答下列问题。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。

基因文库包括________和________。

（2）生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是________。

在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是________________________。

上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。

（3）目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是________________________。

解析：

本题借助基因工程的相关知识，考查考生对生物学问题进行解释的能力；通过PCR与体内DNA复制的比较，体现了科学思维中分析与推断要素。

（1）基因文库包括基因组文库和cDNA文库；

（2）体内DNA复制时，需用解旋酶打开氢键使双链DNA解旋，而PCR扩增目的基因时，是借助高温加热至90～95℃使DNA变性解旋；（3）PCR反应体系中进行互补链的合成时，温度需控制在70～75℃，则应使用耐高温的DNA聚合酶，即Taq酶，而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶（高温下会失活）。

答案：

（1）基因组文库　cDNA文库

（2）解旋酶　加热至90～95℃　氢键

（3）Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活

2．（2018·全国Ⅰ卷，38）回答下列问题：

（1）博耶（H.Boyer）和科恩（S.Cohen）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达，该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了________________________________________________（答出两点即可）。

（2）体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与____________________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体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）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。

为防止蛋白质被降解，在实验中应选用________________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。

解析：

（1）非洲爪蟾是真核生物，大肠杆菌是原核生物，将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞后能进行表达，说明该基因工程操作实验能够成功，实验成功的前提是体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达；不同物种间可以进行基因交流；

（2）当受体细胞是大肠杆菌等微生物时，可以用Ca2＋处理后转化的方法进行导入；噬菌体是由噬菌体DNA和外壳蛋白组成专一性侵染细菌的病毒，不能将心肌细胞或者叶肉细胞作为宿主细胞；（3）真核生物目的基因表达时，蛋白质会被降解，所以应选择缺少蛋白酶基因的大肠杆菌作为受体细胞，因为大肠杆菌没有缺少蛋白酶，属于蛋白酶缺陷型细胞，在纯化蛋白质时也要添加蛋白酶抑制剂来避免蛋白质被降解。

答案：

（1）体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达

（2）转化　外壳蛋白（或噬菌体蛋白）　细菌

（3）蛋白酶缺陷型　蛋白酶

3．（2018·全国Ⅱ卷，38）某种荧光蛋白（GFP）在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。

某科研团队将某种病毒的外壳蛋白（L1）基因连接在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P0，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～E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。

回答下列问题：

（1）据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶是________。

使用这两种酶进行酶切是为了保证________，也是为了保证________。

（2）将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和________过程。

（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________移入牛的________中、体外培养、胚胎移植等。

（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方法进行鉴定。

在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的________（填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”）作为PCR模板。

解析：

（1）为了保证L1基因和GFP基因的完整性，应用酶E1和E4切割甲和质粒P0。

（2）细胞中观察到了绿色荧光，说明L1基因完成了表达过程。

（3）动物细胞核移植，应将目标细胞核移植到去核的卵母细胞中。

（4）L1基因存在于核DNA上，鉴定时应取不同组织细胞中的核DNA。

答案：

（1）E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接

（2）转录　翻译　（3）细胞核　去核卵母细胞

（4）核DNA

知识拓展——培养学生文字表达能力

1．

（1）基因工程诞生的理论前提是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

①DNA是遗传物质的证明；

②DNA双螺旋结构和中心法则的确立；

③遗传密码的破译。

（2）哪些技术发明使基因工程的实现成为可能？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

①转移载体的发现　②工具酶的发现　③DNA合成和测序技术的应用　④DNA体外重组的实现　⑤重组DNA表达实验的成功　⑥PCR技术的发明　⑦第一例转基因物体的问世。

2．

（1）为了防止目的基因自身环化，一般应如何操作？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

用两种不同的限制酶去切割含目的基因的DNA。

（2）为了防止目的基因在质粒上反接，应怎样操作？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

对质粒和目的基因用两种限制酶切割。

3．

（1）将真核生物的基因直接导入原核细胞，基因能表达吗？

如何才能表达？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

不能表达，只有将cDNA导入原核细胞才可能表达。

（2）病毒对受体有特别要求吗？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

有。

病毒为专一性侵染宿主的生物。

（即病毒必须有对应的宿主细胞）

核心整合——掌握必备生物知识

1．基因工程常考的3种基本工具（填空）

（1）限制性核酸内切酶：

识别特定①核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。

（2）DNA连接酶：

a.E·coliDNA连接酶只能连接②黏性末端；b.T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。

（3）载体：

a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；

b．有一个至多个限制酶切割位点，便于外源DNA片段（基因）插入其中；

c．具有特殊的标记基因——以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。

2．理清基因工程的操作流程（填空）

（1）获取目的基因的三种方法

a．从③基因文库中获取；

c．化学法人工合成：

通过DNA合成仪利用化学方法直接合成。

（2）基因表达载体的构建——重组质粒的构建

a．基因表达载体的组成

b.构建过程

（3）将目的基因导入受体细胞的“三种类型”

a．导入植物细胞——农杆菌转化法、花粉管通道法、⑩基因枪法（本法针对单子叶植物）

b．导入动物细胞——⑪显微注射法

c．导入微生物（细菌）——转化法

（4）目的基因的检测与鉴定的方法

a．检测目的基因是否导入受体细胞：

DNA分子杂交技术。

b．检测目的基因是否转录出mRNA：

分子杂交技术。

c．检测目的基因是否翻译成蛋白质：

⑫抗原—抗体杂交技术

d．个体生物学水平鉴定：

根据表达性状判断。

3．理清蛋白质工程（填空）

4．DNA粗提取与鉴定的“五个步骤”

考向立意——突显科学思维和科学探究能力

[考向一]　以基因工程的操作工具或操作程序为载体，考查学生对基因工程的理解能力

1．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）分析图（a）可知，限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。

（2）构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能被转录。

（3）常见的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。

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（其他合理答案均可）　（3）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶（其他合理答案均可）

2．真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。

已知在人体中，基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。

回答下列问题：

（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________作为载体。

其原因是______________________________________________________________。

（3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。

因为与家蚕相比，大肠杆菌具有________________________________________（答出两点即可）等优点。

（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“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质作出了重要贡献，也可以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提供了启示，那么，这一启示是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

本题主要考查基因工程的相关知识。

（1）从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子，而大肠杆菌属于原核生物，故大肠杆菌不能切除基因A初始转录产物中与内含子对应的RNA序列，故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。

（2）由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性，噬菌体只能寄生在细菌细胞中，不能感染家蚕细胞，故应选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。

（3）与真核生物相比，大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。

（4）检测基因A是否翻译出蛋白A，一般用抗原—抗体杂交的方法，即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交，观察是否出现杂交带。

（5）肺炎双球菌转化实验的实质是S型菌的DNA进入R型菌体内，并可在R型菌体内完成表达，这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，为基因工程奠定了基础。

答案：

（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A　

（2）噬菌体　噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕　（3）繁殖快、容易培养　（4）蛋白A的抗体　（5）DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

[考向二]　以基因工程的应用和蛋白质工程为载体，考查学生对基因工程与蛋白质工程的理解能力和解决实际问题的能力

3．（2019·广东深圳实验等六校第一次联考，38）MAP30蛋白是一种能使Ⅰ型核酸核糖体失活的蛋白质，存在于苦瓜果实和种子中。

MAP30蛋白具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗艾滋病的功能，近年来引起人们的广泛关注。

（1）人们已经清楚MAP30蛋白的氨基酸序列，可以用________方法获得MAP30蛋白的基因。

再利用PCR技术扩增该基因，PCR反应体系的主要成分应该包含：

________、________、________、________、扩增缓冲液（含Mg2＋）和水等。

（2）科学家将MAP30蛋白的基因与某种病毒的DNA构建基因表达载体，导入南瓜细胞中，在这个过程中，需要使用到的酶是________。

为了避免出现“目的基因自我环化”“目的基因在运载体上反向连接”的问题，请提出一种解决该问题的思路：

________________________________________________________________________

　________________________________________________________________________。

（3）可用________技术得到愈伤组织大规模生产MAP30蛋白，用__________________技术检测MAP30的基因是否在南瓜果实中成功表达。

（4）弧菌是克氏原鳌虾养殖中重要的致病菌，大规模暴发会给水产养殖带来巨大的经济损失。

科研人员为了研究MAP30蛋白抗弧菌的效果，用含不同浓度MAP30蛋白培养液培养弧菌，绘制弧菌生长曲线如图：

由图可以得出的结论是_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）已知MAP30蛋白的氨基酸序列，可以用化学合成方法获得MAP30蛋白的基因。

利用PCR技术扩增该基因。

PCR反应体系的主要成分应该包含4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、引物、热稳定DNA聚合酶、扩增缓冲液（含Mg2＋）和水等。

（2）构建基因表达载体需要使用到的酶是限制酶和DNA连接酶；为了避免出现“目的基因自我环化”“目的基因在运载体上反向连接”的问题，可分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体。

（3）可用植物组织培养技术得到愈伤组织大规模生产MAP30蛋白，可通过抗原—抗体杂交技术检测MAP30的基因是否在南瓜果实中成功表达。

（4）用含不同浓度MAP30蛋白培养液培养弧菌，根据图中曲线显示，随着MAP30蛋白浓度的升高，MAP30蛋白对弧菌生长的抑制作用增强；当MAP30蛋白浓度达到或高于500g/mL时，弧菌生长完全被抑制。

答案：

（1）化学合成　4种脱氧（核糖）核苷酸　模板DNA　引物（对）　热稳定DNA聚合酶（Taq酶）　

（2）限制酶和DNA连接酶　分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体　（3）植物组织培养　抗原—抗体杂交　（4）随着MAP30蛋白浓度的升高，MAP30蛋白对弧菌生长的抑制作用增强；当MAP30蛋白浓度达到或高于500g/mL时，弧菌生长完全被抑制

4．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_