高考生物二轮专题复习创新讲义专题九 现代生物科技专题 含答案 精品.docx
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第1讲 基因工程和细胞工程
[基础知识要打牢]
一、基因工程
1.基因工程的基本工具(填空)
2.基因工程的基本操作程序(填空)
(1)目的基因的获取途径:
方法
具体操作
直接分离
从自然界已有的物种中分离,如从基因文库中获取
人工合成
化学合成
已知核苷酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板
逆转录法
以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成
PCR技术扩增
①原理:
DNA复制_;②条件:
模板DNA、引物、脱氧核苷酸、热稳定的DNA聚合酶
(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建:
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。
其中,启动子是RNA聚合酶结合位点,启动转录;终止子是终止转录的位点。
(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导入检测:
DNA分子杂交技术(使用DNA探针)
②表达检测
③个体生物学水平鉴定:
如对转基因作物进行抗虫或抗病等接种实验。
3.蛋白质工程(填空)
二、细胞工程
1.植物细胞工程的基本技术(填空)
2.动物细胞核移植技术(填空)
3.动物细胞培养(填空)
4.动物细胞融合与单克隆抗体(填空)
[命题热点要知晓]
考点
(一)
聚焦基因工程的原理及应用
1.(2018届高三·潍坊模拟)根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有________和________。
(2)质粒载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下:
AATTC……G
G……CTTAA
为使载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是__________________________________。
(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)逆转录作用的模板是________,产物是________。
若要在体外获得大量逆转录产物,常采用________技术。
(5)基因工程中除质粒外,____________和____________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是_____________________________________________________________。
解析:
(1)DNA分子经限制性核酸内切酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。
(2)为使载体与目的基因相连,应使二者被切割后产生的末端相同,故用另一种限制性核酸内切酶切割产生的末端必须与EcoRⅠ切割产生的末端相同。
(3)根据酶的来源不同,DNA连接酶分为从大肠杆菌中分离得到的E·coli连接酶和T4DNA连接酶。
(4)以RNA为模板,合成DNA的过程称为逆转录,若要体外获得大量DNA分子,可以使用PCR技术。
(5)在基因工程中,通常利用质粒作为载体,另外λ噬菌体的衍生物和动植物病毒也可作为载体。
(6)大肠杆菌作为受体细胞时,常用Ca2+处理,使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。
答案:
(1)黏性末端 平末端
(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同(合理即可) (3)E·coli T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)λ噬菌体的衍生物 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(合理即可)
基因工程的常考点
(1)目的基因插入位置:
启动子与终止子之间。
(2)将目的基因导入受体细胞不发生碱基互补配对。
(3)常用的受体细胞:
①植物:
受精卵、体细胞。
②动物:
受精卵。
③微生物:
大肠杆菌、酵母菌等。
(4)原核生物作为受体细胞的优点:
多为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少。
考点
(二)
综合考查基因工程与蛋白质工程
2.(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。
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)(合理即可)
(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
考点(三)
植物细胞工程及应用
3.(2018届高三·长春七校联考)紫杉醇是从红豆杉属植物中提取的最有效的抗癌制剂之一。
目前,生产紫杉醇的主要原料是天然生长的红豆杉树皮,而大量剥取树皮会造成树木的死亡和资源的破坏。
请回答下列问题:
(1)科研人员尝试从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇,可采用________________技术来获得红豆杉的愈伤组织。
由红豆杉叶肉细胞得到愈伤组织的过程叫做________。
(2)在林业生产上,若连年种植红豆杉单一品种,往往会造成病虫害增加,这违反了生态工程的______________原理。
科研人员欲利用基因工程技术培育具有抗虫特性的红豆杉,该过程的核心步骤是_____________________________________________________。
(3)红豆杉生长速度比其他本土树木缓慢。
科研人员尝试采用植物体细胞杂交技术培育能产生紫杉醇的速生“桉树—红豆杉”杂种植株。
①上述育种方法与传统杂交育种方法相比,优点在于________________________。
②在进行体细胞杂交之前,必须先利用____________酶去除细胞壁,获得具有活力的原生质体。
进行原生质体间的融合时,常使用的诱导剂是________________。
由杂种细胞发育成一个完整的杂种植株体现了植物细胞具有____________________的特点。
解析:
(1)通过植物组织培养技术可获得植物的愈伤组织。
让已分化的细胞经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程称为脱分化。
(2)连年种植单一品种造成病虫害增加,这违反了生态工程的物种多样性原理。
基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。
(3)欲得到所需的原生质体,要利用纤维素酶和果胶酶去除正常植物细胞的细胞壁。
诱导原生质体间的融合常使用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)。
由单个植物细胞得到完整生物体体现了植物细胞具有全能性的特点。
答案:
(1)植物组织培养 脱分化
(2)物种多样性 基因表达载体的构建 (3)①克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍 ②纤维素酶和果胶 聚乙二醇(PEG) 全能性
关注植物细胞工程的几个问题
(1)植物细胞A和植物细胞B杂交获得的杂种细胞有三种类型:
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,其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:
脱分化阶段先使用生长素,后使用细胞分裂素,以促进细胞的分裂;再分化阶段生长素比例较高,以促进根的形成。
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。
(5)利用植物组织培养生产细胞产物时,有时只需将外植体培养到愈伤组织,从愈伤组织中获取产物。
考点(四)
动物细胞工程及应用
4.如图为单克隆抗体生产过程示意图,请据图回答问题:
(1)要获得已免疫的小鼠,需要向小鼠体内反复注射某种抗原,目的是使________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
然后从动物________中分离所需B细胞(浆细胞)。
(2)与诱导植物原生质体融合不同的是,②过程还可以使用__________________进行诱导融合。
②过程诱导后,用选择性培养基筛选出杂交瘤细胞,杂交瘤细胞的特点是________________________________________________________________________。
(3)在体外培养杂交瘤细胞时,防止杂菌污染的措施除了无菌操作,还需________________________________________________________________________。
(4)给某患者连续隔周注射某种鼠源性单抗治疗一种病毒感染性疾病,开始时病毒量明显减少,一段时间后,病毒量又开始上升,上升的原因可能是病毒发生了______,也可能是人体产生了能与鼠源性单抗特异性结合的________,使鼠源性单抗不能发挥抗病毒作用。
(5)研究人员可应用________技术,改造鼠源性单抗分子的结构,降低人体对鼠源性单抗的免疫反应。
解析:
(1)要获得已免疫的动物,需要向动物体内反复注射抗原,引起二次免疫反应,促进B细胞和记忆细胞增殖、分化为浆细胞,获得大量能产生特定抗体的浆细胞,然后从动物血清中分离所需B细胞(浆细胞)。
(2)动物细胞融合特有的诱导融合方式是使用灭活的病毒。
用选择性培养基筛选出的杂交瘤细胞的特点是既可大量增殖,又能产生特异性抗体。
(3)动物细胞培养过程中防止杂菌污染的措施除了无菌操作,还应加入抗生素。
(4)一段时间后,病毒量又开始上升的原因可能是病毒发生了变异,因单抗具有特异性,所以不能起作用;也可能是人体产生了能与鼠源性单抗特异性结合的抗体,使鼠源性单抗不能发挥抗病毒作用。
(5)若要实现对鼠源性单抗分子结构的改造,需要借助蛋白质工程。
答案:
(1)B细胞和记忆细胞增殖、分化为浆细胞,获得大量能产生特定抗体的浆细胞 血清
(2)灭活的病毒 既可大量增殖,又能产生特异性抗体 (3)加入抗生素 (4)变异 抗体 (5)蛋白质工程
关注制备单克隆抗体的两个常考点
(1)三种细胞的特点:
①B淋巴细胞:
能分泌抗体,不能大量增殖。
②骨髓瘤细胞:
能大量增殖,不能分泌抗体。
③杂交瘤细胞:
既能分泌抗体,又能大量增殖。
(2)两次筛选目的不同:
①第1次:
获得能分泌抗体的杂种细胞。
②第2次:
获得能分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞。
[高考典题领悟好]
1.(2017·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·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)与老叶相比,嫩叶组织细胞易破碎,容易提取到几丁质酶的mRNA。
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无表达所需的启动子。
(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的启动子 (4)磷酸二酯键
(5)目的基因的转录或翻译异常
3.(2017·全国卷Ⅲ)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:
(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是________________________________。
(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为______,加入了________作为合成DNA的原料。
(3)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:
(1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),则转录出的mRNA上缺少起始密码子,故不能翻译出蛋白乙。
(2)使用PCR技术获取DNA片段时,应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、dNTP作为原料。
(3)T淋巴细胞浓度之所以不再增加,是因为细胞间出现接触抑制,因此若要使T淋巴细胞继续增殖,需要对贴满瓶壁的细胞使用胰蛋白酶处理,然后分瓶培养,即细胞传代培养。
细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,以维持培养液的pH。
据图分析,蛋白丙与对照接近说明B、D片段对于T淋巴细胞增殖不是非常重要,蛋白甲和乙对T淋巴细胞的增殖都有较大影响,甲、乙两种蛋白中共同的片段且丙没有的片段是C,所以缺少C片段会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。
答案:
(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG(TAC),转录出的mRNA无起始密码子
(2)模板 dNTP(脱氧核苷酸) (3)①进行细胞传代培养 维持培养液的pH ②C
4.(2016·全国卷Ⅰ)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________________。
解析:
(1)质粒作为载体,应具备的基本条件有:
有一个至多个限制酶切割位点,供外源DNA片段(基因)插入其中;在受体细胞中能自我复制,或能整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制;有特殊的标记基因,供重组DNA鉴定和选择等。
(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选,其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌,因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活,二者不能区分。
含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因,都能在此培养基上存活,二者也不能区分。
若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来,还需要使用含有四环素的固体培养基。
(3)某些噬菌体经改造后作为载体,导入受体细胞后,其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。
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
5.(201
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