（江蘇專用）2019高考生物二輪復習 專題十 現(xiàn)代生物科技專題 考點29 基因工程、蛋白質(zhì)工程和細胞工程學案

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1、 考點29　基因工程、蛋白質(zhì)工程和細胞工程 [直擊考綱]　1.基因工程的誕生(A)。2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(B)。3.基因工程的應用(B)。4.蛋白質(zhì)工程(A)。5.植物的組織培養(yǎng)(B)。6.動物細胞培養(yǎng)與體細胞克隆(A)。7.細胞融合與單克隆抗體(B)。8.動物胚胎發(fā)育的基本過程(A)。9.胚胎工程的理論基礎(chǔ)(A)。10.胚胎干細胞的移植(A)。11.胚胎工程的應用(B)。12.轉(zhuǎn)基因生物的安全性(A)。13.生物武器對人類的威脅(A)。14.生物技術(shù)中的倫理問題(A)。15.生態(tài)工程的原理(A)。16.生態(tài)工程的實例及應用(B)。 1．基因工程?？嫉?

2、種基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶：識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。 (2)DNA連接酶：①E·coli DNA連接酶只能連接黏性末端；②T4 DNA連接酶能連接黏性末端和平末端。 (3)載體：①能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定存在并大量復制。②有一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段(基因)插入其中。③具有特殊的標記基因——以便對含目的基因的受體細胞進行鑒定和選擇。 2．基因工程的4大操作程序 (1)目的基因的獲?。孩購幕蛭膸熘蝎@取。 ②利用PCR技術(shù)擴增：a.原理：DNA雙鏈復制。b.條件：模板DNA、引物、游離的脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定的DNA聚合酶

3、。 ③用化學方法直接人工合成。 (2)基因表達載體的構(gòu)建 ①基因表達載體模式圖 ②基因表達載體的構(gòu)建過程 (3)將目的基因?qū)胧荏w細胞 ①導入植物細胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法。 ②導入動物細胞：顯微注射技術(shù)。 ③導入微生物細胞：感受態(tài)細胞法(用Ca2＋處理)。 (4)目的基因的檢測與鑒定 ①插入檢測：DNA分子雜交技術(shù)。 ②轉(zhuǎn)錄檢測：DNA—RNA分子雜交技術(shù)。 ③翻譯檢測：抗原—抗體雜交。 ④個體水平檢測：抗性接種實驗。 3．圖解記憶蛋白質(zhì)工程 4．比較記憶植物組織培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng) 項目 植物組織培養(yǎng) 動物細胞培養(yǎng) 取材

4、 植物幼嫩部位 動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織 過程 結(jié)果 獲得植株個體，可以體現(xiàn)全能性 新的細胞，不形成個體，不體現(xiàn)全能性 條件 ①無菌；②營養(yǎng)；③適宜條件 ①無菌、無毒；②營養(yǎng)、血清等；③溫度和pH；④氣體環(huán)境：O2、CO2 5.植物體細胞雜交與單克隆抗體制備過程比較 步驟 植物體細胞雜交過程 單克隆抗體制備過程 第一步 原生質(zhì)體的制備(酶解法) 正常小鼠免疫處理 第二步 原生質(zhì)體融合(物理、化學法) 動物細胞融合(物理、化學、生物方法) 第三步 雜種植株的篩選與培養(yǎng) 雜交瘤細胞的篩選與培養(yǎng) 第四步 雜種植株的誘導與鑒定

5、 單克隆抗體的提純 相同點 ①兩種技術(shù)手段的培養(yǎng)過程中都進行有絲分裂，都是無性繁殖，都可稱為克隆，都不涉及減數(shù)分裂；②均為無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件 (1)誘導融合的方法分別有哪些？融合的細胞類型有哪幾種(僅考慮兩兩融合的細胞)? 提示　①誘導植物體細胞的原生質(zhì)體融合的方法主要有離心、振動、電激或用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。 ②動物細胞融合常用的誘導因素有聚乙二醇(PEG)、滅活的病毒(誘導動物細胞融合的特有因素)、電激等。 融合的細胞類型：前者—AA、BB、AB。后者—瘤瘤、B瘤、BB。 (2)各自的原理分別有哪些？ 提示　前者有細胞膜的流動性和植物細胞的全

6、能性，后者有細胞膜的流動性和細胞增殖。 6．掌握克隆動物培育的流程 7．理清單克隆抗體制備的過程 題組一　基因工程和蛋白質(zhì)工程 1．(2018·南通、泰州聯(lián)考)乙型腦炎和偽狂犬病是豬的兩種常見傳染病。如圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)能同時預防這兩種病疫苗的流程圖，其中PrM為乙型腦炎的特異性抗原基因，PK、gG、gD為偽狂犬病的主要抗原基因，TK為偽狂犬病的毒性基因，pgG為啟動子，BamHⅠ和EcoRⅠ為兩種限制酶，其識別序列及切割位點分別是G↓GATCC、G↓AATTC。請回答下列問題： (1)過程①所需的酶有____________和____________。下列四種

7、引物中適用于過程①的一對引物是________。 P1：5′TTGGATCCATGGAAGGCTCAATCATGTG 3′ P2：5′CACAAGCTTAGATGACGTATCCAAGGAG 3′ P3：5′TACGGTACCTTAGGGGTTAAGTGGG 3′ P4：5′GCGAATTCTAACTGTAAGCCGGAGCG 3′ (2)過程②所需的酶有__________________________。過程③中要用Ca2＋處理大腸桿菌，其目的是________________________________________。 (3)重組偽狂犬病毒中不帶TK基因的優(yōu)點是____

8、____________________________。 (4)將獲得的病毒疫苗注射到豬體內(nèi)，一方面病毒中抗原基因在豬細胞中大量表達，誘導豬獲得______________免疫；另一方面__________________________________使得病毒疫苗具有用量小、作用更持久等優(yōu)點。 答案　(1)反(逆)轉(zhuǎn)錄酶　耐高溫的DNA聚合酶(或Taq酶)　P1和P4　(2)限制酶和DNA連接酶　使大腸桿菌成為感受態(tài)細胞，有利于外源DNA的導入　(3)不具毒性，注射后不會引發(fā)豬患病　(4)體液免疫和細胞(或特異性)　病毒在動物體內(nèi)可增殖并長期保留 解析　(1)圖中過程①表示乙腦病毒的

9、RNA經(jīng)反(逆)轉(zhuǎn)錄形成相應的目的基因，并通過PCR技術(shù)擴增該目的基因的過程，該過程涉及逆轉(zhuǎn)錄和PCR技術(shù)，因此需要逆轉(zhuǎn)錄酶和耐高溫的DNA聚合酶(Taq酶)的催化。圖中目的基因兩側(cè)是限制酶(BamHⅠ和EcoRⅠ)的識別序列，故應該選擇的引物是P1和P4。(2)圖中過程②表示構(gòu)建基因表達載體，需要的工具酶有限制酶和DNA連接酶。過程③表示將重組DNA導入受體細胞(大腸桿菌)的過程，用Ca2＋處理大腸桿菌使其成為感受態(tài)細胞，有利于外源DNA的導入。(3)TK為偽狂犬病的毒性基因，因此重組偽狂犬病毒中不帶TK基因的優(yōu)點是不具毒性，注射后不會引發(fā)豬患病。(4)將獲得的病毒疫苗注射到豬體內(nèi)，一方面病

10、毒中抗原基因在豬細胞中大量表達，誘導豬獲得特異性免疫(體液免疫和細胞免疫)；另一方面由于病毒在動物體內(nèi)可增殖并長期保留，使得病毒疫苗具有用量小、作用更持久等優(yōu)點。 2．(2018·揚州模擬)為研究肝癌致病機理，科研工作者利用如圖所示的差異雜交法和基因工程獲取相關(guān)癌基因以作進一步研究。請據(jù)圖回答問題： (1)圖1中，A過程需要用________酶，D過程需要回收________(填“未雜交”或“雜交分子”)的含32P的cDNA單鏈，繼而通過人工合成，獲得____________，并用其構(gòu)建基因文庫。 (2)從圖1構(gòu)建的基因文庫中獲取的目的基因，一般還需進行人工改造后才能用于基因

11、表達載體的構(gòu)建，改造內(nèi)容除了在基因兩端添加限制酶的識別序列外，還需添加____________________，以便其隨載體導入受體細胞后，能正常調(diào)控表達過程。 (3)圖2為改造后的目的基因。圖3為兩種質(zhì)粒，其中Ampr為氨芐青霉素抗性基因，Tetr為四環(huán)素抗性基因，lacZ為藍色顯色基因，其表達產(chǎn)物可使底物X-Gal呈藍色。EcoRⅠ(0.7 kb)、NotⅠ(1.2 kb)等為限制酶及其切割位點與復制原點之間的距離(1 kb＝1 000個堿基對)。 ①圖3中能作為載體的最理想的質(zhì)粒是________(填“X”或“Y”)，用選定的質(zhì)粒與圖2的目的基因構(gòu)建基因表達載體時，應選用的限制酶是_

12、_____________。為篩選出成功導入目的基因的受體細胞，培養(yǎng)基中應適量添加________________。 ②若用EcoRⅠ完全酶切上述①中獲得的重組質(zhì)粒，并進行電泳觀察，可出現(xiàn)四種長度不同的片段，其長度分別為1.7 kb、5.3 kb、________________。 答案　(1)逆轉(zhuǎn)錄　未雜交　雙鏈cDNA　(2)啟動子和終止子　(3)①X　NotⅠ　四環(huán)素和X-Gal?、?.1 kb和3.9 kb 解析　(1)圖1中，A過程是以mRNA為模板通過逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA單鏈的過程，該過程需要用到的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶。由于正常肝細胞總mRNA群中不含癌基因mRNA，不能與以癌基因mR

13、NA為模板合成的cDNA單鏈完成分子雜交，因此，要獲取癌基因應回收未雜交的cDNA單鏈，繼而通過人工合成，獲得雙鏈cDNA(癌基因)，并用其構(gòu)建基因文庫。(2)基因正常表達需要啟動子和終止子的調(diào)控，而人工合成的目的基因(癌基因)中不含啟動子和終止子，因此在對獲得的目的基因進行人工改造時需添加啟動子和終止子。(3)①根據(jù)圖2可知，目的基因中間含有EcoRⅠ酶切割位點，兩端具有NotⅠ酶切割位點，因此只能用NotⅠ酶切割目的基因而不能用EcoRⅠ酶切割，否則會破壞目的基因。分析質(zhì)粒X和質(zhì)粒Y的結(jié)構(gòu)可知，質(zhì)粒Y的復制原點中含有NotⅠ酶切割位點，因此不能用質(zhì)粒Y作為載體。因此，圖3中能作為載體的最理

14、想的質(zhì)粒是X，應選用的限制酶是NotⅠ。由于質(zhì)粒X中含有四環(huán)素抗性基因Tetr，因此，用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基可篩選出導入了普通質(zhì)粒(不含目的基因)和重組質(zhì)粒(含目的基因)的受體細胞；由于NotⅠ酶切會破壞質(zhì)粒X中的藍色顯色基因lacZ，因此，用含有X-Gal的培養(yǎng)基可鑒別導入的是普通質(zhì)粒還是重組質(zhì)粒：培養(yǎng)結(jié)果呈藍色說明導入的是普通質(zhì)粒，培養(yǎng)結(jié)果不呈藍色說明導入的是重組質(zhì)粒。綜上所述，為篩選出成功導入目的基因的受體細胞，培養(yǎng)基中應適量添加四環(huán)素和X-Gal。②構(gòu)建重組質(zhì)粒時，只使用一種限制酶，則目的基因可以以兩種不同方向連接到質(zhì)粒X被切開的切口中。由于目的基因和質(zhì)粒中均含有1個EcoRⅠ酶切割位點

15、，因此每種重組質(zhì)粒中含有2個EcoRⅠ酶切割位點，若用EcoRⅠ完全酶切獲得的每個重組質(zhì)粒，都將得到2種不同長度的DNA片段，最終可出現(xiàn)四種長度的DNA片段，長度分別為1.7 kb、5.3 kb、3.1 kb和3.9 kb。 3．干擾素是用于治療病毒感染和癌癥的免疫活性蛋白質(zhì)，若人的干擾素基因在大腸桿菌內(nèi)表達，產(chǎn)生的抗病毒性較低且保存困難，若將第17位的半胱氨酸改造為絲氨酸，則生產(chǎn)出的干擾素的抗病毒性是原來的100倍，且可在－70 ℃條件下保存半年，下圖是構(gòu)建干擾素工程菌的過程示意圖?；卮鹣铝袉栴}： (1)要改變干擾素的功能，可以考慮對干擾素的________進行改造。對干擾素進行改造

16、，也可直接對干擾素基因進行改造，其原因是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)③過程將B導入大腸桿菌，需用________對大腸桿菌進行處理，使其處于能________________________的生理狀態(tài)。 (3)要檢測B是否導入大腸桿菌，將③過程后的大腸桿菌先接種于含________________的培養(yǎng)基上，然后將在該培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌接種在含______________的培養(yǎng)

17、基上，在前者培養(yǎng)基上能生長而在后者培養(yǎng)基上不能生長的是導入B的工程菌。 (4)利用圖中工程菌不能生產(chǎn)有活性的干擾素，這是因為 ________________________________________________________________________。 答案　(1)氨基酸序列　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)由基因決定，基因可以直接遺傳；對基因進行改造比對蛋白質(zhì)改造容易　(2)Ca2＋　吸收周圍環(huán)境中的DNA分子　(3)氨芐青霉素　四環(huán)素　(4)大腸桿菌為原核生物，無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，不具備加工干擾素的能力 解析　(1)根據(jù)題干信息，若將第17位的半胱氨酸改造為絲氨酸，則生產(chǎn)出的干擾素

18、的抗病毒性是原來的100倍，且可在－70 ℃條件下保存半年，因此可以對干擾素的氨基酸序列進行改造。對干擾素進行改造，也可直接對干擾素基因進行改造，原因是：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)由基因決定，基因可以直接遺傳；對基因進行改造比對蛋白質(zhì)改造容易。 (2)將重組質(zhì)粒導入大腸桿菌，需用Ca2＋處理，使大腸桿菌處于一種能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子的生理狀態(tài)，成為感受態(tài)細胞。 (3)將目的基因?qū)胧荏w細胞時，大腸桿菌有三種狀態(tài)，一是沒有導入任何質(zhì)粒，二是導入普通質(zhì)粒，三是導入重組質(zhì)粒。分析圖示可知：在構(gòu)建基因表達載體時，抗四環(huán)素基因的結(jié)構(gòu)遭到破壞，而抗氨芐青霉素基因結(jié)構(gòu)完好，因此沒有導入任何質(zhì)粒的大腸桿菌，不含上

19、述兩種抗性基因，在含有氨芐青霉素或四環(huán)素的培養(yǎng)基中都不能生長；導入普通質(zhì)粒的大腸桿菌含有的上述兩種抗性基因的結(jié)構(gòu)均完好，在含有氨芐青霉素或四環(huán)素的培養(yǎng)基中都能生長；導入重組質(zhì)粒的大腸桿菌含有的抗四環(huán)素基因的結(jié)構(gòu)遭到破壞，而含有的抗氨芐青霉素基因結(jié)構(gòu)完好，因此在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基中能生長，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中不能生長。可見，將③過程后的大腸桿菌進行篩選時，先用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，淘汰沒有導入任何質(zhì)粒的大腸桿菌，能生長的則是含有普通質(zhì)粒和重組質(zhì)粒(二者都含抗氨芐青霉素基因)的大腸桿菌；然后將該培養(yǎng)基上生長的菌落用“蓋章”的方法接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上，在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上能生長的

20、是含普通質(zhì)粒的大腸桿菌，將兩個培養(yǎng)基進行位置對照，在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能生長，而在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上該位置沒有菌落出現(xiàn)，則屬于導入重組質(zhì)粒的工程菌。 (4)干擾素是分泌蛋白，在核糖體中合成后需要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工才具有生物活性，而大腸桿菌是原核生物，無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，不具備加工干擾素的能力，所以利用圖中工程菌不能生產(chǎn)有活性的干擾素。 題組二　細胞工程 4．(2018·無錫期末)多年生禾本科堿茅屬草本植物小花堿茅種子細小，外包被穎殼，研究人員以小花堿茅成熟種子為外植體，對種子脫穎處理，用不同濃度激素配比誘導愈傷組織形成及分化，成功建立了完整的小花堿茅組織培養(yǎng)植株再生體系。以下是

21、部分研究數(shù)據(jù)，請分析回答： 處理 激素濃度(mg/L) 愈傷組織誘導率(%) 2,4-D 6-BA 1 3 0 52.1±2.2 2 5 0 55.2±2.1 3 3 0.1 42.4±1.9 4 5 0.1 46.9±2.0 5 7 0.1 38.6＋1.4 6 3 0.3 43.7±2.8 (1)誘導小花堿茅愈傷組織最佳的激素配比濃度為________________________________。 (2)誘導形成愈傷組織的過程稱為____________，該過程在以MS＋3%蔗糖＋0.7%瓊脂(pH 7～8)為基本培養(yǎng)基

22、、25 ℃左右的________條件下無菌培養(yǎng)，基本培養(yǎng)基中加入蔗糖的目的是____________________________。 (3)從下圖分析可知，種子脫穎后，發(fā)芽率、污染率的變化是_____________________，種子穎殼影響發(fā)芽率可能的原因有很多，其中之一是因為穎殼妨礙了種子和____________的接觸，從而影響了種子細胞的有氧呼吸。 (4)對脫穎種子無菌處理的方法有(多選)________。 ①用70%的酒精處理?、?0%的次氯酸鈉處理?、蹮o菌水沖洗?、芨邏赫羝麥缇? 答案　(1)5.0 mg/L 2,4-D、不添加6-BA　(2)脫分化　避光　提供營養(yǎng)

23、物質(zhì)，調(diào)節(jié)滲透壓　(3)種子發(fā)芽率顯著提高，污染率降低　培養(yǎng)基、O2　(4)①②③ 解析　(1)分析題表可知，處理2的愈傷組織誘導率最高，因此誘導小花堿茅愈傷組織最佳的激素配比濃度為5.0 mg/L的2,4-D和不添加6-BA。(2)誘導形成愈傷組織的過程稱為脫分化，該過程在以MS＋3%蔗糖＋0.7%瓊脂(pH 7～8)為基本培養(yǎng)基、25 ℃左右的避光條件下無菌培養(yǎng)，基本培養(yǎng)基中加入蔗糖的目的是提供營養(yǎng)物質(zhì)并調(diào)節(jié)滲透壓。(3)分析柱狀圖可知，種子脫穎后，發(fā)芽率顯著提高、污染率降低。種子穎殼影響發(fā)芽率可能的原因之一是穎殼妨礙了種子和培養(yǎng)基、O2的接觸，從而影響了種子細胞的有氧呼吸。(4)用70

24、%的酒精或20%的次氯酸鈉處理脫穎種子以及用無菌水沖洗脫穎種子，都能達到對脫穎種子進行消毒的目的，①②③正確；高壓蒸汽滅菌會導致脫穎種子死亡，④錯誤。 5．美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭奶牛，年產(chǎn)奶量達30.8 t，我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4 t。某人用該高產(chǎn)奶牛的耳朵細胞，采用核移植技術(shù)獲得高產(chǎn)奶牛(如圖)，請據(jù)圖回答下列問題： (1)目前完成①的方法有__________________________、梯度離心、紫外光短時間照射及化學物質(zhì)處理等。 (2)③過程中選擇去核卵母細胞作為受體細胞的原因是______________________。 (3)④過程所利用的技

25、術(shù)是________________________，其原理是____________。 (4)該實驗的成功說明已分化的耳朵細胞的細胞核中含有與____________一樣的全套基因，這種繁殖方式屬于__________。 (5)若研究發(fā)現(xiàn)該高產(chǎn)奶牛線粒體發(fā)達，故它的產(chǎn)奶量高，則小牛d成年后具有這一優(yōu)良性狀嗎？________。 你的依據(jù)是_________________________________________________________。 答案　(1)顯微操作去核法　(2)卵母細胞體積大，易操作，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，且細胞質(zhì)中含有激發(fā)細胞核全能性表達的物質(zhì)　(3)動物細胞培養(yǎng)

26、(早期胚胎培養(yǎng))　細胞增殖　(4)受精卵　無性繁殖　(5)不具有　線粒體中的基因一般通過細胞質(zhì)傳遞給后代，而小牛d的細胞質(zhì)主要來自于奶牛a 解析　(1)去核的方法有顯微操作去核法、梯度離心、紫外光短時間照射及化學物質(zhì)處理等方法。(2)在核移植中常用去核卵母細胞作為受體細胞，是因為卵母細胞內(nèi)含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)；體積比較大，容易操作。(3)④過程屬于動物細胞培養(yǎng)，其原理是細胞增殖。(4)該實驗的成功證明了動物細胞核具有全能性，因為細胞核中含有和受精卵一樣的全套基因。(5)線粒體位于細胞質(zhì)中，主要來源于受體細胞，因此小牛d沒有產(chǎn)奶量高的優(yōu)良性狀。 6．人絨毛膜促性腺激素(HCG)是女性懷孕后胎盤

27、滋養(yǎng)層細胞分泌的一種糖蛋白，制備抗HCG單克隆抗體可用于早孕的診斷。下圖是抗HCG單克隆抗體制備流程示意圖，請分析回答下列問題： (1)制備單克隆抗體過程中要用到________________和________________技術(shù)。 (2)制備單克隆抗體過程中，給小鼠注射的HCG相當于________，使小鼠產(chǎn)生分泌相應________的淋巴細胞，此過程屬于特異性免疫中的________免疫。 (3)在細胞內(nèi)DNA的合成一般有兩條途徑，主途徑是在細胞內(nèi)由糖和氨基酸合成核苷酸，進而合成DNA，而氨基喋呤可以阻斷此途徑。另一輔助途徑是在次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情況下，經(jīng)酶的催化作用合成DNA，而骨髓瘤細胞的DNA合成沒有此輔助途徑。①利用DNA合成途徑不同的特點配制的HAT培養(yǎng)基含有多種成分，其中添加的______________成分具有篩選雜交瘤細胞的作用。 ②最終篩選獲得的雜交瘤細胞的特點是____________________________________________。 (4)此過程生產(chǎn)的單克隆抗體可以與________________特異性結(jié)合，從而診斷早孕。 答案　(1)動物細胞培養(yǎng)　動物細胞融合　(2)抗原　抗體　體液　(3)①氨基喋呤?、谀軣o限增殖并分泌特異性抗體　(4)人絨毛膜促性腺激素(或HCG) 11