届 二轮复习 现代生物科技专题 学案全国通用.docx
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届二轮复习现代生物科技专题学案全国通用
专题十六 现代生物科技专题
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.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ） 9.胚胎干细胞的移植（Ⅰ） 10.胚胎工程的应用（Ⅱ） 11.转基因生物的安全性（Ⅰ） 12.生物武器对人类的威胁（Ⅰ） 13.生物技术中的伦理问题（Ⅰ） 14.简述生态工程的原理（Ⅱ） 15.生态工程的实例（Ⅰ） 16.DNA的粗提取与鉴定
基因工程
1．（2017·高考全国卷Ⅰ）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是遗传物质做出了重要贡献，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]
（1）人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。
大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。
（2）噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。
题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体；噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。
（3）大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。
（4）常用抗原—抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。
（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。
[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
2．（2017·高考全国卷Ⅱ）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。
通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。
回答下列问题：
（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________________。
提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是____________________________。
（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_________________________________________________________（答出两点即可）。
（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是________________________________________________________________________。
（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）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_________________________________________。
[解析]
（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩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RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。
（2）以mRNA为材料获得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合成cDNA。
（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需启动子。
（4）DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。
（5）若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。
[答案]
（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解
（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 （3）目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子 （4）磷酸二酯键
（5）目的基因的转录或翻译异常
从近五年高考统计看，对基因工程考查明显多于其他工程技术，考查角度侧重于基因工程工具及特点，基因工程操作程序尤其是基因表达载体的构建与目的基因检测、鉴定。
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。
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或DNA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。
角度一 基因工程操作的基本工具及PCR技术
1．（2017·高考江苏卷）金属硫蛋白（MT）是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应（PCR）扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。
PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：
（1）从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过________获得________用于PCR扩增。
（2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物2），为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的________________________位点。
设计引物时需要避免引物之间形成________，而造成引物自连。
（3）图中步骤1代表________，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。
（4）PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。
退火温度过高会破坏________的碱基配对。
退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但________的引物需要设定更高的退火温度。
（5）如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有________（填序号：
①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物）。
解析：
（1）PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。
（2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物2）时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。
为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。
（3）根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火（复性），步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。
（4）退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。
因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。
（5）如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。
答案：
（1）逆转录 cDNA
（2）限制性核酸内切酶 碱基互补配对 （3）变性 （4）引物与模板 GC含量高
（5）②③
2．（2016·高考全国卷Ⅲ）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
角度二 基因工程操作的基本程序
3．如图表示抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：
（1）图中所示的目的基因是________，构建重组Ti质粒时应将该基因插入质粒中的T DNA上，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）构建重组Ti质粒需要的酶有__________________，重组质粒除了目的基因和标记基因外，还有____________________。
（3）图中显示将目的基因导入棉花细胞的方法是____________________法，可以将该重组质粒导入棉花细胞，而一般不能导入小麦或玉米等单子叶作物的细胞中，原因是________________________________________________________________________。
（4）图中过程③是__________，过程④的实质是____________________。
解析：
（1）图中的目的基因是Bt基因，构建重组Ti质粒时要将目的基因插入Ti质粒的T DNA中，因为农杆菌中的Ti质粒上的T DNA（可转移的DNA）可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞中的染色体DNA上。
（2）构建重组质粒要用限制酶切割目的基因和质粒，然后再用DNA连接酶将二者连接起来。
重组质粒中除了有目的基因和标记基因外，还需要有启动子和终止子等。
（3）图中显示将目的基因导入棉花细胞的方法是农杆菌转化法。
农杆菌因对大多数单子叶植物没有感染能力，所以一般不用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物细胞中。
（4）图中过程③是将导入重组质粒的棉花细胞培养成愈伤组织的过程，该过程的名称是脱分化。
过程④是再分化，再分化也是细胞分化，所以该过程的实质是基因的选择性表达。
答案：
（1）Bt基因 T DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上（合理即可）
（2）限制酶和DNA连接酶 启动子和终止子 （3）农杆菌转化 农杆菌对大多数单子叶植物没有感染能力 （4）脱分化 基因的选择性表达
角度三 蛋白质工程
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________________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。
中心法则的内容如下图所示：
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）（其他合理答案也可）
（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
细胞工程
1．（2017·高考全国卷Ⅲ节选）编码蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段组成，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。
回答下列问题：
现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：
将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，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加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是________________。
细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是________________。
②仅根据图1、图2可知：
上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少________________（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。
[解析] 当细胞达到一定浓度时，会出现接触抑制，此时应该进行传代培养。
据图分析，丙与对照接近，甲和乙都有较大影响，在甲、乙中存在但在丙中不存在的片段是C，所以缺少C片段会降低效果。
[答案] ①进行细胞传代培养 维持培养液的pH ②C
2．（2016·高考全国卷Ⅱ）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
3．（2014·高考新课标全国卷Ⅰ）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________________________________________________________________________。
[解析]
（1）据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16000以上，小鼠Y的血清抗体的效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。
（2）融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细胞。
细胞的融合是随机的，并且不可能所有细胞都融合，故体系中会出现多种类型的细胞。
（3）动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。
杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数目为40＋60＝100条。
（4）正常细胞的分裂次数是有限的，且经过免疫的B淋巴细胞高度分化，不能无限
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