高考生物考点解读命题热点突破专题16基因工程和细胞工程.docx

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高考生物考点解读命题热点突破专题16基因工程和细胞工程

专题16基因工程和细胞工程

【考向解读】

1.基因工程的诞生（Ⅰ）

2.基因工程的原理及技术（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.动物的细胞培养与体细胞克隆（Ⅰ）

7.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）

高频考点：

基因工程的原理、操作步骤及操作工具；动物的细胞培养与体细胞克隆

中频考点：

植物组织培养与植物体细胞杂交的原理及应用

低频考点：

蛋白质工程及应用

【命题热点突破一】综合考查基因工程的原理及应用

1．目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。

2．将目的基因导入受体细胞没有碱基互补配对现象。

3．原核生物作为受体细胞的优点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

4．一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，以避免质粒和

质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

5．标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否

导入受体细胞。

6．受体细胞常用植物受精卵或体细胞（经组织培养）、动物受精卵（一般不用体细胞）、微生物（大肠杆菌、酵母菌）等。

7．启动子（DNA片段）≠起始密码子（RNA）；终止子（DNA片段）≠终止密码子（RNA）。

例1．（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

（2）启动子是一段有特殊序列的DNA片段，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。

终止子也是一段有特殊结构的DNA短片段，相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停止下来。

在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达。

而图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，所以都不能表达目的基因的产物。

（3）常见DNA连接酶的有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。

【变式探究】（2015·广东高考）下图为培育转基因山羊生产人β酪蛋白的流程图。

下列叙述正确的是（　　）

A．过程①所用的人β酪蛋白基因可从人cDNA文库中获得

B．过程②可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植

C．过程③可使用胚胎分割技术扩大转基因山羊群体

D．过程④人β酪蛋白基因只能在细胞核内进行转录、翻译

【答案】　A

【变式探究】

（2015·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。

【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

【命题热点突破二】综合考查蛋白质工程的原理及应用

基因工程和蛋白质工程的比较

比较项目

基因工程

蛋白质工程

原理

基因重组

中心法则的逆转

区别

过程

获取目的基因―→构建表达载体―→导入受体细胞―→目的基因的检测与鉴定

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→找到相对应的脱氧核苷酸序列―→合成DNA―→表达出蛋白质

区别

实质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的生物类型或生物产品（基因的异体表达）

定向改造或生产人类所需要的蛋白质

结果

生产自然界中已经有的蛋白质

生产自然界中没有的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过基因修饰或基因合成来实现

例2、（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

（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。

【变式探究】（2015·全国卷Ⅱ）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。

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

【命题热点突破三】植物细胞工程及应用

有关植物细胞工程的几个关键问题

1．植物细胞A和植物细胞B杂交获得的杂种细胞的类型有三种：

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，杂种植株的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

脱分化阶段细胞分裂素比例较高，以促进细胞的分裂；再分化阶段生长素比例较高，以促进芽与根的形成。

（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。

例3．（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）

（4）金粉钨粉（每空1分，共2分）

【变式探究】

植物细胞工程包括植物组织培养和植物细胞杂交等技术。

植物组织培养是克隆植物的一种方法，回答相关问题：

（1）植物组织培养依据的生物学原理是植物细胞的全能性，在一定的________等条件下，植物细胞可以脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织转接到含有________成分的培养基上，就可以诱导其________生成胚状体或丛芽。

（2）植物组织培养过程需要植物生长和繁殖的最适条件，否则在光学显微镜下可观察到发生________异常，进而使植株出现遗传不稳定或不育。

（3）在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导至关重要，科学家研究了植物生长调节剂对某药用植株愈伤组织的影响，实验结果如下表：

培养基代号

2，4D/mg·L－1

6BA/mg·L－1

愈伤组织诱导率/%

L1

1.0

0

65.41

L2

2.0

0

68.76

L3

3.0

0

91.01

L4

3.0

0.2

54.48

L5

3.0

0.5

57.35

L6

3.0

1.0

51.71

注：

愈伤组织诱导率（%）＝产生愈伤组织的外植体数/接种外植体总数×100%

①诱导形成愈伤组织________（填“需要”或“不需要”）光照的条件。

②从上表可以得出的结论是______________________________________

______________________________________________________________。

（4）植物体细胞杂交技术的关键环节有____________________________、__________________和植物组织培养。

【解析】　

（1）植物组织培养的培养基主要成份有无机营养物、碳源、有机营养成份、生长调节剂等。

在植物组织培养中生长素和细胞分裂素的不同配比会影响组织分化。

愈伤组织由不同激素的诱导经过再分化可生成胚状体或丛芽。

（2）三种可遗传变异中，只有染色体变异能通过显微镜观察到，基因突变和基因重组观察不到。

【答案】　

（1）营养和激素　不同激素　再分化　

（2）染色体（数目或结构）　（3）①不需要　②在基本培养基中添加较高浓度的2，4D有利于形成愈伤组织，而添加6BA则不利于形成愈伤组织　（4）用酶解法（纤维素酶和果胶酶）去除细胞壁，获得有活力的原生质体　（诱导）原生质体间的融合

【命题热点突破四】动物细胞工程及应用

有关动物细胞工程的答题要素

1．动物细胞培养：

（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）制备悬液的酶：

胰蛋白酶或胶原蛋白酶。

2．未受精卵细胞作细胞核移植受体细胞的理由：

（1）营养丰富。

（2）体积大，易操作。

（3）含有刺激已分化的细胞核恢复分裂能力的物质。

3．单克隆抗体制备中2次筛选目的不同：

（1）第1次：

得到既能分泌抗体又能大量增殖的杂交瘤细胞。

（2）第2次：

筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。

4．克隆动物的4种技术手段：

动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养和胚胎移植。

5．相比植物体细胞杂交，动物细胞融合特有的诱导方法是用灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体诱导融合的方法相同。

例4．（2016新课标2卷.40）（15分）下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）”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了__________。

【答案】（15分）

（1）XX或XY显微操作（去核法）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形状产生影响

（4）已经分化的动物体细胞核具有全能性。

（3）克隆动物的细胞核基因来自供体，因此大部分性状与供体相同，但细胞质基因来源于受体（或提供卵母细胞的个体），即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，这就决定了克隆动物的性状与供体不完全相同。

（4）克隆动物的培育采用的是核移植技术，核移植技术的原理是：

已经分化的动物体细胞核具有全能性。

【变式探究】（2015·天津高考）2015年2月3日，英国议会下院通过一项历史性法案，允许以医学手段培育“三亲婴儿”。

三亲婴儿的培育过程可选用如下技术路线。

据图分析，下列叙述错误的是（　　）

A．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代

B．捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿

C．三亲婴儿的染色体全部来自母亲提供的细胞核

D．三亲婴儿的培育还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术

【答案】　C

【变式探究】

单克隆抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可以大量制备，已被广泛应用于疾病的诊断和治疗。

用H7N9病毒制备单克隆抗体的流程如下图所示：

（1）过程③常用的方法是___________________________________________。

（2）向小鼠体内注射抗原蛋白，使小鼠产生________免疫。

从小鼠体内分离的细胞Ⅰ是___________，细胞Ⅱ应具有的特点是______________________。

（3）体外培养细胞Ⅱ，首先应保证其处于________的环境，其次需要提供充足的营养和适宜的温度。

培养箱充入二氧化碳的作用是_________________。

（4）对于转基因成功的细胞Ⅱ还要进行克隆化培养和________检测。

（5）若要预防H7N9禽流感，可用图中的______________作为疫苗。

【解析】　

（1）基因工程中将目的基因导入动物细胞，常用显微注射法。

（2）向小鼠体内注射了抗原后，刺激小鼠将发生特异性免疫中的体液免疫。

从小鼠体内分离出能产生抗体的细胞，即已免疫的B细胞，也称浆细胞。

通过基因工程技术导入了无限增殖调控基因后，再经过检测，得到的该细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。

（3）动物细胞培养需要满足无菌无毒的环境，充足营养和适宜的pH，其中二氧化碳的作用就是维持培养液的pH。

【答案】　

（1）显微注射法　

（2）体液（只答特异性不得分）　B细胞（浆细胞或已免疫B细胞）　既能无限增殖，又能产生特异性抗体　（3）无菌、无毒（缺一不得分）　维持培养液的pH　（4）（专一）抗体　（5）抗原蛋白

【高考真题解读】

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

【解析】

（1）选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点，但BamHI可能使质粒中启动子丢失，因此只能选BclI和HindⅢ。

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。

为了扩增重组质粒，需将其转入处于感受态的大肠杆菌。

（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。

【考点定位】基因工程，限制酶，连接酶，重组质粒

2.（2

016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

【解析】

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有：

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等。

（3）噬菌体是专门寄生在细菌细胞中的病毒，在侵染细菌时，噬菌体的DNA进入到细菌细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外；在噬菌体的DNA的指导下，利用细菌细胞中的物质来合成噬菌体的组成成分，据此可推知：

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受体细胞。

【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

【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