（通用版）2019版高考生物二輪復(fù)習(xí) 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(xué)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(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ)。3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ)。4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)。5.植物的組織培養(yǎng)(Ⅱ)。6.動物細胞培養(yǎng)與體細胞克隆(Ⅱ)。7.細胞融合與單克隆抗體(Ⅱ)。8.動物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎(chǔ)(Ⅰ)。9.胚胎干細胞的移植(Ⅰ)。10.胚胎工程的應(yīng)用(Ⅱ)。11.轉(zhuǎn)基因生物的安全性(Ⅰ)。12.生物武器對人類的威脅(Ⅰ)。13.生物技術(shù)中的倫理問題(Ⅰ)。14.簡述生態(tài)工程的原理(Ⅱ)。15.生態(tài)工程的實例(Ⅰ)。 1．基因工程?？嫉?種基本工具

2、 (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(fù)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(biāo)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)目的基因的獲取 ①從基因文庫中獲取。 ②利用PCR技術(shù)擴增 a．原理：DNA雙鏈復(fù)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)入動物細胞：顯微注射技術(shù)。 ③導(dǎo)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(xué)法) 動物細胞融合(物理、化學(xué)、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(dǎo)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(dǎo)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?、僬T導(dǎo)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(dǎo)劑。 ②動物細胞融合常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇(PEG)、滅活的病毒(誘導(dǎo)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能

6、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·保定一模)α1-抗胰蛋白酶是肝臟產(chǎn)生的一種糖蛋白，缺乏會引起肺氣腫，某公司成功研制出轉(zhuǎn)基因羊，進入泌乳期后，其乳汁中含有人類的α1-抗胰蛋白酶，用于治療肺氣腫，回答下列問題： (1)為獲取目的基因，需要在肝細胞中提取__________，通過反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生cDNA，再通過________技術(shù)進行快速擴增。 (2)將α1-抗胰蛋白酶基因與乳腺蛋白基因的________________________等調(diào)控組件重組在一起，構(gòu)建基因表達載體

7、，然后通過__________技術(shù)，導(dǎo)入羊的受精卵中。 (3)受精卵通過早期胚胎培養(yǎng)，一般發(fā)育到__________________階段，通過胚胎移植到受體子宮中孕育，為選育出能泌乳的雌羊，移植前須從胚胎的__________部位取樣，做DNA分析鑒定性別。 (4)α1-抗胰蛋白酶是一種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的糖蛋白，因此用上述方法生產(chǎn)，相對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)，優(yōu)勢在于_______________________________________________________ __________________________________________________________

8、______________。 答案　(1)mRNA　PCR (2)啟動子(或啟動子、終止子)　顯微注射 (3)桑椹胚或囊胚　滋養(yǎng)層 (4)羊細胞有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，具備蛋白質(zhì)加工的能力 解析　(1)α1-抗胰蛋白酶基因在肝細胞中表達，所以可以在肝細胞中提取mRNA，反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生相應(yīng)cDNA，再通過PCR技術(shù)擴增。 (2)為了使α1-抗胰蛋白酶基因在乳腺細胞中表達，需要將其與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組，構(gòu)建基因表達載體，然后通過顯微注射技術(shù)，導(dǎo)入羊的受精卵中。 (3)牛和羊的胚胎一般發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段，再進行胚胎移植；DNA分析鑒定性別須從胚胎的滋養(yǎng)層取樣，這樣既保證了

9、遺傳信息一致，又不影響內(nèi)細胞團的進一步發(fā)育。 (4)糖蛋白的形成需要進行蛋白質(zhì)的加工，相對于原核細胞而言，羊細胞有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，具備蛋白質(zhì)加工的能力。 2．人乳鐵蛋白是一種重要的藥用保健蛋白。下圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人乳鐵蛋白的過程，圖中Tetr表示四環(huán)素抗性基因，Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，五種限制酶的識別序列及切割位點如表所示，請回答以下問題： (1)要將人乳鐵蛋白基因插入質(zhì)粒，若只允許使用一種限制酶，應(yīng)選擇的限制酶是________，酶能起催化作用的原理是____________________________________________________。

10、 (2)據(jù)圖分析，篩選含有重組質(zhì)粒的受體細胞首先需要在含______________(填“四環(huán)素”“氨芐青霉素”或“四環(huán)素或氨芐青霉素”)的培養(yǎng)基上進行，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

11、_。 (3)若BamHⅠ酶切的DNA末端與BclⅠ酶切的DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為______________________，對于該部位，這兩種酶________(填“都不能”或“只有一種能”)切開。 (4)培養(yǎng)出早期胚胎后，科學(xué)家欲進行胚胎分割移植，則應(yīng)該選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的________________，將其移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中，然后用分割針進行分割。 答案　(1)Sau3AⅠ　可以顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 (2)氨芐青霉素　用限制酶切割后破壞了Tetr基因，但不會破壞Ampr基因，導(dǎo)入重組質(zhì)粒的受體細胞(對氨芐青霉素具有抗性)，能在含氨芐青霉素的培

12、養(yǎng)基上生存下來 (3)或　都不能　(4)桑椹胚或囊胚 解析　分析題圖：題圖是培育表達人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的過程，該過程采用了基因工程技術(shù)(目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與表達)、動物細胞培養(yǎng)技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植技術(shù)。圖中①表示將目的基因?qū)胧荏w細胞；②表示早期胚胎培養(yǎng)；③表示胚胎移植；④表示轉(zhuǎn)基因牛的產(chǎn)生；⑤表示從轉(zhuǎn)基因牛中獲取目的基因產(chǎn)物。 (1)根據(jù)表中五種酶的識別序列及切割位點可知，限制酶Sau3AⅠ還可以切割限制酶BclⅠ和限制酶BamHⅠ的識別序列，因此要將人乳蛋白基因插入載體，在只允許用一種限制酶切割載體和人乳鐵蛋白基

13、因的情況下，應(yīng)選擇限制酶Sau3AⅠ。酶能起催化作用的原理是可以顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。 (2)用限制酶Sau3AⅠ切割后會破壞四環(huán)素抗性基因(Tetr)，但不會破壞氨芐青霉素抗性基因(Ampr)，導(dǎo)入重組質(zhì)粒的受體細胞能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存下來。因此篩選含有重組質(zhì)粒的受體細胞首先需要在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上進行。 (3)根據(jù)表格中各種限制酶的識別序列和切割位點可知，若BamHⅠ酶切的DNA末端與BclⅠ酶切的DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為或，對于該部位，這兩種酶都不能切開。 (4)桑椹胚或囊胚期細胞分化程度低，分割后易成活，因此胚胎分割移植，則應(yīng)該選擇發(fā)育良

14、好、形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚，將其移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中，然后用分割針進行分割。用分割針或分割刀對囊胚進行分割時，要注意將內(nèi)細胞團均等分割，否則會影響胚胎的恢復(fù)和進一步發(fā)育。 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。回答下列問題： (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，也可直接對干擾素基因進行改造，其原因是___

15、________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)③過程將B導(dǎo)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(dǎo)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)基上，在前者培養(yǎng)基上能生長而在后者培養(yǎng)基上

16、不能生長的是導(dǎo)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)出的干擾素的抗病毒性是原來的100倍，且可在－

17、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(dǎo)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(dǎo)入任何質(zhì)粒，二是導(dǎo)入普通質(zhì)粒，三是導(dǎo)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(dǎo)入任何質(zhì)粒的大腸桿菌，不含上述兩種抗性基因，在含有氨芐青霉素或四

18、環(huán)素的培養(yǎng)基中都不能生長；導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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)基上能生長的是含普通質(zhì)粒的大腸桿菌，將兩個培養(yǎng)基

19、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(dǎo)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．利用現(xiàn)代生物技術(shù)，科研人員對馬鈴薯的培育進行了研究，請回答相關(guān)問題： (1)培育馬鈴薯脫毒苗所依據(jù)的原理是___________________________________，該培育過程涉及__________和________兩個階段。 (2)研究

20、馬鈴薯莖尖外植體大小對幼苗的成苗率和脫毒率的影響，結(jié)果如圖。據(jù)圖可知：莖尖越小，脫毒率________，成苗率________，培養(yǎng)脫毒苗莖尖的適宜大小為________。 (3)若想培育出“番茄－馬鈴薯”植株，運用傳統(tǒng)有性雜交能否得到可育的雜種植株？為什么？ ________________________________________________________________________。 (4)若馬鈴薯細胞中含m條染色體，番茄細胞中有n條染色體，則“番茄－馬鈴薯”細胞在有絲分裂后期含__________條染色體。 答案　(1)植物細胞全能性　脫分化　再分化　(2)越高

21、　越低　0.27 mm　(3)否(或不能)，不同種的植物存在生殖隔離　(4)2(m＋n) 解析　(1)培育馬鈴薯脫毒苗是對植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，所依據(jù)的原理是植物細胞全能性；該培育過程涉及脫分化和再分化兩個階段。 (2)據(jù)圖可知：莖尖越小，脫毒率越高，成苗率越低；培養(yǎng)脫毒苗莖尖的適宜大小為0.27 mm。 (3)由于番茄和馬鈴薯屬于兩個不同物種，而不同種的植物存在生殖隔離，所以若想培育出“番茄－馬鈴薯”植株，運用傳統(tǒng)有性雜交不能得到可育的雜種植株。 (4)若馬鈴薯細胞中含m條染色體，番茄細胞中有n條染色體，則“番茄－馬鈴薯”細胞中含有(m＋n)條染色體，在有絲分裂后期著絲點分裂，染色

22、體數(shù)目加倍，因此細胞中含2(m＋n)條染色體。 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(xué)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過程所利用的技術(shù)是________________________，其原理是____________。

23、 (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)(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

24、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(xué)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

25、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(dāng)于________，使小鼠產(chǎn)生分泌相應(yīng)________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) 10