专题15现代生物科技之基因工程和细胞工程教学案高考二轮复习生物附解析.docx

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专题15现代生物科技之基因工程和细胞工程教学案高考二轮复习生物附解析

专题15现代生物科技之基因工程和细胞工程（教学案）-2017年

高考二轮复习生物

1．从考查内容上看，主要考查基因工程的原理、技术操作和应用，对生物技术的安全性考查相对较少。

2．从考查角度上看，以最新基因工程的研究成果为背景，联系其他生物技术工程，综合命题考查基因工程应用和解决问题的能力。

3．从命题趋势上看，预计2016年高考仍然主要对基因工程的应用、技术操作、原理等知识点进行命题，可能更趋向于联系当今基因工程研究成果和基因工程在农业、医疗卫生方面的应用实例进行命制试题。

4．从考查内容上看，植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞融合及应用、胚胎工程操作及胚胎干细胞应用等是高频考点。

5．从考查角度上看，联系生活生产实际，以现代生物科学研究成果为背景，综合命题考查现代生物技术的原理、操作及应用。

6．从考查内容上看，主要考查微生物的纯化培养操作与应用、传统发酵技术。

7．从考查角度上看，联系生产生活实际考查微生物的计数、分离和纯化培养；结合发酵食品制作过程考查传统发酵技术原理及基本操作。

8．从命题趋势上看，预计2017年高考命题仍以对微生物培养与应用考查为热点，主要是和生产生活实际相联系或与实验结合对实验原理、实验操作进行综合命题考查。

结合现代生物技术成果在医学实践、农业生产应用方面进行命题，考查现代生物工程技术的原理、操作及应用。

一、基因工程

1．基因工程的基本工具

限制酶

DNA连接酶

（运）载体

作用

切割目的基因和载体

拼接DNA片段形成重组DNA

携带目的基因进入受体细胞

作用部位

两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键

------------------

作用特点（条件）

①识别特定的核苷酸序列

②在特定位点上切割

①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端

②T4DNA连接酶能连接黏性末端和平（口）末端

①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制

②有一个或多个限制酶切割位点

③具有特殊的标记基因

2．基因工程的操作步骤

（1）目的基因的获取：

①从基因文库中获取。

②利用PCR技术扩增。

③用化学方法直接人工合成。

（2）基因表达载体的构建：

①基因表达载体的组成：

目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。

②基因表达载体的构建方法：

（3）将目的基因导入受体细胞：

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用

方法

农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法

显微注射技术

感受态细胞法（用Ca2＋处理）

受体

细胞

受精卵、体细胞

受精卵

原核细胞

（4）目的基因的检测与鉴定：

①目的基因插入检测：

DNA分子杂交。

②目的基因转录检测：

（核酸）分子杂交。

③目的基因翻译检测：

抗原—抗体杂交。

④个体生物学水平检测：

根据目的基因表达出的性状判断。

二、细胞工程

1．动物细胞培养与植物组织培养的比较

项目

动物细胞培养

植物组织培养

培养前处理

无菌、用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开

无菌、离体

培养基成分

葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等

培养基状态

液体培养基

固体培养基

项目

动物细胞培养

植物组织培养

过程

动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织→原代培养→传代培养→细胞群

离体的植物器官、组织或细胞

愈伤组织

根、芽―→植物体

能否培养成个体

不能

能

应用

举例

大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；皮肤移植；检测有毒物质的毒性等

快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物；制造人工种子；培育转基因作物等

2．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较

项目

植物体细胞杂交

动物细胞融合（单克隆抗体的制备）

理论基础（原理）

细胞膜的流动性、细胞的全能性

细胞膜的流动性、细胞增殖

融合前处理

酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶等）

注射特定抗原，免疫小鼠，获取（效应）B淋巴细胞

促融

①物理法：

离心、振动、电激等；②化学法：

聚乙二醇（PEG）

①物化法：

与植物细胞融合相同；②生物法：

灭活的仙台病毒

过程

第一步：

原生质体的制备；第二步：

原生质体的融合；第三步：

杂种细胞的筛选与培养；第四步：

杂种植株的诱导与鉴定

第一步：

正常小鼠免疫处理；第二步：

动物细胞融合；第三步：

杂交瘤细胞筛选与培养；第四步：

单克隆抗体的提纯

用途

①克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交亲本的组合范围；②克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传

①制备单克隆抗体；②诊断、治疗疾病，如生物导弹

3．动物细胞核移植和单克隆抗体

（1）动物细胞核移植：

供体体细胞→细胞培养→体细胞（核）

　　　　　　　　　　↓注入

卵母细胞→减Ⅱ中期去核→无核卵母细胞→重组细胞→

重组胚胎→代孕母牛→生出与供体遗传性状相同的个体。

（2）单克隆抗体：

①单克隆抗体的制备过程：

多种杂交细胞→在具有筛选作用的培养基上培养→克隆筛选出的杂交细胞→将不同种杂交细胞分开，并克隆专一抗体，检验阳性细胞→注射到小鼠体内或体外培养→获得单克隆抗体。

②杂交瘤细胞的特点：

既能迅速大量繁殖，又能产生专一性抗体。

③单克隆抗体的优点：

特异性强、灵敏度高、产量大。

考点一　基因工程

例1．（2016·高考全国乙卷）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，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于________。

【答案】

（1）能自我复制、具有标记基因（答出两点即可）　

（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

【变式探究】（2016·高考全国丙卷）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________。

【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

【举一反三】（2015·高考全国卷Ⅰ）HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。

回答下列问题：

（1）用基因工程方法制备HIV的某蛋白（目的蛋白）时，可先提取HIV中的________，以其作为模板，在______的作用下合成________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。

（2）从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是________________________。

（3）已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。

引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分________细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。

（4）人的免疫系统有________癌细胞的功能。

艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。

【解析】

（1）HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA（或DNA）。

（2）目的蛋白注入机体后相当于抗原。

在抗原的刺激下，机体进行体液免疫，由浆细胞产生相应抗体（分泌蛋白），由于该抗体能与目的蛋白（抗原）发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。

（3）HIV主要攻击人体的T（或T淋巴）细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。

（4）癌细胞在机体中属于抗原，人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。

【答案】

（1）RNA　逆转录酶　cDNA（或DNA）　

（2）抗体　抗原抗体特异性结合　（3）T（或T淋巴）　（4）监控和清除

考点二　克隆技术

例2、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16000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__________________。

【答案】

（1）4　Y　Y小鼠的血清抗体效价最高

（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，且融合率达不到100%

（3）1　100

（4）不能无限增殖

【变式探究】科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示：

（1）植物体细胞杂交依据的生物学原理有______________________________。

（2）过程①常用的酶是____________，细胞融合完成的标志是________________。

（3）植物原生质体融合过程常利用化学试剂________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面荧光的不同可观察到________种不同的原生质体，当观察到______________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。

（4）过程③和过程④依次为______________________，过程④中的培养基常添加的植物激素是________________。

（5）若番茄细胞内含m条染色体，马铃薯细胞中含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含________条染色体。

若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________植株。

【答案】

（1）细胞膜的流动性、植物细胞的全能性

（2）纤维素酶和果胶酶　形成了新的细胞壁

（3）聚乙二醇（或PEG）　3　融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光

（4）脱分化和再分化　生长素和细胞分裂素

（5）2（m＋n）　单倍体

1.（2016江苏卷.33）（9分）下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：

（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。

【答案】

（1）BclI和HindⅢ连接感受

（2）四环素引物甲和引物丙

（3）

都不能（4）7

（2）为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，根据质粒上的抗性基因，应在筛选平板培养基中添加四环素。

PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合，沿相反的方向合成子链。

（3）根据BamHI和BclI的酶切位点，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

，与两种酶的酶切位点均不同。

（4）根据BamH、BclI和Sau3AI的酶切位点，Sau3AI在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，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。

【考点定位】基因工程，限制酶，连接酶，重组质粒

2.（2016课标1卷.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，未被转化的和仅含有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的单菌落，还需使用含有是_____________的固体培养基。

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

【答案】

（1）能够自我复制、具有标记基因、具有一个至多个限制酶切割位点（答出两点即可）

（2）二者均不含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都不能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）二者都含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

（2）依题意可知，目的基因插入后，导致四环素抗性基因（Tetr）失活，而氨苄青霉素抗性基因（Ampr）仍能行使正常功能。

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，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞，因二者均不含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都不能生长，所以是不能区分的；含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞，因二者都含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都能生长，因此也是不能区分的。

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的单菌落，还需使用含有四环素的固体培养基；因目的基因插入后，导致四环素抗性基因（Tetr）失活，含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌在该培养基中不能生长，而含有质粒载体的则能正常生长。

【考点定位】基因工程

3.（2016新课标Ⅲ卷.40）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酶切割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____________。

【答案】

（1）Sau3AⅠ两种梅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，两者目的基因均不能转录

（3）E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶

【解析】

（1）由于限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后产生的片段具有相同的黏性末端，所以经BamHI酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。

【考点定位】基因工程的原理及技术

4.（2016天津卷.7）（12分）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值，只能从血浆中制备。

下图是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

（1）获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取_____________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。

下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出标出另一条引物的位置及扩增方向。

（2）启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是_____________（填写字母，单选）。

A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子D.农杆菌启动子

（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是__________________________。

（4）人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。

与途径II相比，选择途径I获取rHSA的优势是_______________________________________。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_________________的生物学功能一致。

【答案】（12分）

（1）总RNA（或mRNA）

（2）B

（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工

（5）HAS

【解析】

（1）合成总cDNA需提取细胞中所有的mRNA，然后通过反转录过程进行合成。

采用PCR技术扩增HSA基因时，两条引物分别与模板链的5’端结合，扩增方向相反。

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工，而大肠杆菌是原核生物，细胞中不具有生物膜系统。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。

【考点定位】基因工程

6.（2016海南卷.31）基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：

（1）在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即______和从_______中分离。

（2）利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是______。

（3）在基因表达载体中，启动子是______聚合酶识别并结合的部位。

若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是______。

（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_____和______颗粒。

【答案】（15分）

（1）人工合成生物材料（每空2分，共4分，其他合理答案可酌情给分）

（2）cDNA文库中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因（5分，其他合理答案可酌情给分）

（3）RNA（2分）大肠杆菌（或答细菌）（2分）

（