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專題十五　現代生物科技專題 第1講　基因工程和細胞工程 全國卷5年考情導向 考 點 考 題 考 情 1.基因工程的誕生(Ⅰ) 1.近五年的全國卷高考試題中對于基因工程的考查頻度較高，側重考查操作工具的種類、功能以及操作基本程序的應用等。動物細胞工程技術中的核移植技術及單克隆抗體的制備也有所考查。 2．題目常借助簡潔的文字材料或模式圖等考查有關基因工程、動物細胞工程的原理、技術手段等，尤為注重對教材中一些關鍵詞的填充及對結論性語句的準確表述等。 3．備考時，應從以下四個方面入手復習： (1)列表比較法掌握限制酶、DNA連接酶和載體的作用。 (2)實例分析法理解基因工程的原理和過程。 (3)列表比較法理解兩個不同，即植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的不同、植物體細胞雜交與動物細胞融合的不同。 (4)圖解法分析并掌握單克隆抗體制備過程。 2.基因工程的原理及技術(含PCR)(Ⅱ) 2016丙卷T40：限制酶的識別序列特點、DNA連接酶的種類及功能、基因表達載體的組成 2016乙卷T40：質粒載體具備的基本條件及目的基因的篩選 2015卷ⅠT40：目的基因的獲取方法 2014卷ⅡT40：基因組文庫和cDNA文庫的概念及基因工程的操作程序 2013卷IT40：基因工程的操作工具及農桿菌轉化法中農桿菌的作用 2012課標卷T40：基因工程的三種操作工具及應用 3.基因工程的應用(Ⅱ) 2014卷ⅡT40：利用轉基因技術培養(yǎng)耐旱植物 4.蛋白質工程(Ⅰ) 2015卷ⅡT40：蛋白質工程的基本途徑 2013卷ⅠT40：蛋白質工程的概念 5.植物的組織培養(yǎng)(Ⅱ) 2013卷ⅡT40：植物體細胞雜交的過程 6.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆(Ⅰ) 2016甲卷T40：核移植技術的操作過程、原理及結果，動物細胞培養(yǎng)中遺傳物質的變化 7.細胞融合與單克隆抗體(Ⅱ) 2014卷ⅠT40：雜交瘤細胞的制備 考點串講1| 基因工程與蛋白質工程 1．(2016全國乙卷)某一質粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質粒載體用BamH Ⅰ酶切后，與用BamH Ⅰ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應，用得到的混合物直接轉化大腸桿菌。結果大腸桿菌有的未被轉化，有的被轉化。被轉化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質粒載體、含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌。回答下列問題： (1)質粒載體作為基因工程的工具，應具備的基本條件有________(答出兩點即可)，而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的，其原因是____________；并且________________和________________的細胞也是不能區(qū)分的，其原因是________。在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自于________。 【解析】　(1)質粒作為載體，應具備的基本條件有：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；在受體細胞中能自我復制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制；有特殊的標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇；等等。(2)在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素進行篩選，其中未被轉化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨芐青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活，二者不能區(qū)分。含有質粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因，都能在此培養(yǎng)基上存活，二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌進一步篩選出來，還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。(3)某些噬菌體經改造后作為載體，導入受體細胞后，其DNA復制所需的原料來自于受體細胞。 【答案】　(1)能自我復制、具有標記基因(答出兩點即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長　含有質粒載體　含有插入了目的基因的重組質粒(或答含有重組質粒)　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長　四環(huán)素　(3)受體細胞 2．(2016全國丙卷)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ三種限制性內切酶的識別序列與切割位點，圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點是唯一的)。 圖(a) 圖(b) 根據基因工程的有關知識，回答下列問題： (1)經BamH Ⅰ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被________酶切后的產物連接，理由是__________________________________________________ ___________________________________________________________。 (2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產物的有________，不能表達的原因是______________________________________ __________________________________________________________。 圖(c) (3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常見的有________和________，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是____________________ _______________________________________。 【解析】　(1)由題圖可知，BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ兩種限制性內切酶的共同識別序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此經BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達載體被Sau3A Ⅰ酶切后的產物連接。(2)在基因表達載體中，啟動子應位于目的基因的首端，終止子應位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉錄，再完成翻譯過程，即順利表達。圖中甲所示的目的基因插入在啟動子的上游，丙所示目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉錄，因此目的基因不能表達。(3)常見的DNA連接酶有E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。 【答案】　(1)Sau3A Ⅰ　兩種酶切割后產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啟動子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉錄(其他合理答案可酌情給分) (3)E.coliDNA連接酶　T4DNA連接酶　T4DNA連接酶(其他合理答案可酌情給分) 3．(2015全國卷Ⅱ)已知生物體內有一種蛋白質(P)，該蛋白質是一種轉運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的________進行改造。 (2)以P基因序列為基礎，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內容包括________的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：________________________________________________________________ ___________________________________________________________。 (3)蛋白質工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質功能出發(fā)，通過________和________，進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物________進行鑒定。 【解析】　(1)從題中所述資料可知，將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構成蛋白質的氨基酸的排列順序進行改造，進而改變了蛋白質的結構，從而改變了蛋白質的功能。 (2)在蛋白質工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎，對生物體內原有P基因進行修飾，也可以通過人工合成法合成新的P1基因。 中心法則的內容如下圖所示： 由圖可知，中心法則的全部內容包括：DNA以自身為模板進行的復制，DNA通過轉錄將遺傳信息傳遞給RNA，最后RNA通過翻譯將遺傳信息表達成蛋白質；在某些病毒中RNA可自我復制(如煙草花葉病毒等)，某些病毒能以RNA為模板逆轉錄合成DNA(如HIV)，這是對中心法則的補充。 (3)蛋白質工程的基本途徑是預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→合成DNA→表達出蛋白質，經過該過程得到的蛋白質，需要對其生物功能進行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。 【答案】　(1)氨基酸序列(或結構) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(或轉錄、逆轉錄、翻譯) (3)設計蛋白質的結構　推測氨基酸序列　功能 1．理清基因工程3種操作工具的作用及特點 限制酶 DNA連接酶 載體 作用 切割目的基因和載體 拼接DNA片段，形成重組DNA 攜帶目的基因進入受體細胞 作用 部位 兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 － 作用 特點 (或條 件) ①識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列 ②在特定位點上切割　 ①Ecoli DNA連接酶只能連接黏性末端 ②T4DNA連接酶能連接黏性末端和平末端 ①能在宿主細胞內穩(wěn)定存在并大量復制 ②有多個限制酶切割位點 ③具有特殊的標記基因 常用 類型 EcoRⅠ限制酶 SmaⅠ限制酶 Ecoli DNA連接酶、T4DNA連接酶 質粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等 2.掌握基因工程的四個操作步驟 (1)牢記獲取目的基因的兩種途徑 ①直接分離：從自然界已有的物種中分離，如從基因文庫中獲取。 ②人工合成目的基因(常用方法如下) a、化學合成法：已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學方法合成，不需要模板。 b、人工合成法：以RNA為模板，在逆轉錄酶作用下人工合成。 c、利用PCR技術擴增。 (2)明確基因工程的核心是基因表達載體的構建 ①組成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標記基因。啟動子≠起始密碼，終止子≠終止密碼。 a、啟動子是RNA聚合酶識別和結合的部位，啟動轉錄；終止子是終止轉錄的位點。 b、插入的目的基因只是結構基因部分，其表達需要調控序列，因而用作載體的質粒的插入部位前需要有啟動子，后需要有終止子。 ②構建過程： (3)將目的基因導入受體細胞的方法辯析 ①受體細胞種類不同，導入方法不同 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農桿菌轉化法 顯微注射法 轉化法 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 轉化 過程 將目的基因插入到Ti質粒的T－DNA上→導入農桿菌→侵染植物細胞→整合到受體細胞的染色體DNA上→表達 將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物 Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子　 ②基因工程產物不同、選擇的受體細胞類型也不相同 a、培育轉基因植物：受體細胞可以是受精卵、體細胞(需經植物組織培養(yǎng)成為完整植株)。 b、培育轉基因動物：受體細胞為受精卵，若用體細胞作為受體細胞，則需經核移植技術培養(yǎng)成轉基因動物。 c、生產蛋白質產品：一般選用大腸桿菌等原核生物作為受體細胞，因原核生物具有一些其他生物沒有的特點，如繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少等。 (4)目的基因的檢測與鑒定： 3．填寫蛋白質工程流程圖中字母代表的含義 A．轉錄，B.翻譯，C.分子設計，D.氨基酸序列，E.預期功能。 考向1 考查基因工程的操作及PCR技術 1．中美研究人員發(fā)現了PYL9蛋白(一種提高植物抗旱性的蛋白)，利用轉基因技術讓水稻自身產生大量PYL9蛋白，可顯著提高其抗旱性。請回答下列問題： (1)已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育轉基因抗旱水稻可用________的方法來獲得目的基因。構建基因表達載體用到的工具酶是________________。 (2)導入目的基因的重組細胞可通過________________技術培育成完整植株，這一過程體現了______________。 (3)目的基因若在水稻細胞中表達，遺傳信息流向是__________________；檢測水稻細胞中是否存在PYL9蛋白，在分子水平上采用的方法是____________。 (4)經研究發(fā)現PYL9蛋白是位于細胞膜上的一種脫落酸受體。干旱環(huán)境中水稻老葉內脫落酸的含量增加，能加速________________，將節(jié)省的水分和養(yǎng)料轉移到幼葉和芽中，增強了幼葉和芽的存活率。PYL9蛋白的作用能體現細胞膜____________________的功能。 【解析】　(1)已知氨基酸序列，所以可以用人工合成的方法來獲得目的基因。構建基因表達載體用到限制酶和DNA連接酶，限制酶用來切割目的基因和運載體，DNA連接酶將其連接。 (2)導入目的基因后，重組細胞是通過植物組織培養(yǎng)技術經過脫分化和再分化培育成完整植株，這一過程體現了植物細胞的全能性。 (3)目的基因在水稻細胞中表達時，遺傳信息流向是：從目的基因轉錄形成 mRNA，再經過翻譯流向蛋白質。要檢測蛋白質是否表達應采用抗原—抗體雜交，如果出現雜交帶，說明表達成功。 (4)脫落酸含量增加能促進衰老葉片的衰老與脫落，將節(jié)省的水分和養(yǎng)料轉移到幼葉和芽中，增強了幼葉和芽的存活率。該蛋白是受體，能識別信息，所以體現了細胞膜進行細胞間信息交流的功能。 【答案】　(1)人工合成　限制性核酸內切酶(限制酶)和DNA連接酶　(2)植物組織培養(yǎng)　植物細胞的全能性　(3)目的基因→mRNA→蛋白質　抗原—抗體雜交　(4)老葉的衰老與脫落　進行細胞間的信息交流 2．苦蕎是一種有名的經濟植物，其含有的黃酮類化合物具有降血糖、血脂等功效。CHS是合成黃酮類化合物的關鍵酶。有人把經修飾的CHS基因導入苦蕎細胞中，培育高產黃酮苦蕎品系。按圖示回答： 【導學號：15482075】 (1)過程①中將修飾后的CHS基因與Ti質粒連接成重組Ti質粒的酶稱為________。這種酶主要有兩類，一類是從T4噬菌體中分離得到的，另一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為________。這兩類酶都能恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的________鍵。 (2)圖中將修飾后的CHS基因導入苦蕎體細胞的方法稱為________，除此外還可以利用的方法有____________________。對過程②操作前，需先用Ca2＋處理農桿菌，使其成為________細胞。 (3)檢測轉基因苦蕎培育是否成功，不能用抗原—抗體雜交技術進行檢測的原因是________________________________________________， 可以比較轉基因苦蕎與普通苦蕎的________含量或測定細胞中CHS含量進行鑒定。 【解析】　(1)連接重組質粒需要DNA連接酶，該酶的來源有直接從T4噬菌體中分離的T4DNA連接酶，還有從大腸桿菌中分離出的EcoliDNA連接酶，DNA連接酶作用的對象為磷酸二酯鍵。 (2)細菌的質粒一般用農桿菌轉化法導入苦蕎體細胞，其它方法還有基因槍法、花粉管通道法。Ca2＋處理農桿菌，使其成為感受態(tài)細胞。 (3)轉基因苦蕎與普通苦蕎植株中均含有黃酮類化合物，用抗原—抗體雜交，無法檢測轉基因苦蕎是否培育成功?？梢员容^轉基因苦蕎與普通苦蕎的黃酮類化合物的含量或細胞中CHS的含量進行判斷。 【答案】　(1)DNA 連接酶　E．coliDNA連接酶　磷酸二酯　(2)農桿菌轉化法　基因槍法、花粉管通道法　感受態(tài)　(3)轉基因苦蕎植株與普通苦蕎植株都含有黃酮類化合物　黃酮類化合物 3．RT－PCR是將RNA逆轉錄(RT)和cDNA的聚合酶鏈式擴增反應相結合的技術，具體過程如圖所示： (1)過程Ⅰ需要加入緩沖液、原料、________、________和引物A等。 (2)過程Ⅱ首先要將反應體系的溫度升高到95 ℃，其目的是__________________________，該反應體系中所用的Taq酶至少應能耐受________ ℃。 (3)過程Ⅱ擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)的擴增，理論上至少需要________個引物B。 (4)利用RT－PCR技術獲取的目的基因________(填“能”或“不能”)在物種之間交流；該技術還可用于對某些微量RNA病毒的檢測，可提高檢測的靈敏度，原因是_________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (5)RT－PCR過程中主要借助對________的控制，影響酶的活性，從而使得化學反應有序高效地進行。 【解析】　本題考查PCR技術的相關內容。(1)過程Ⅰ是由mRNA形成cDNA的過程，表示逆轉錄，需要加入緩沖液、原料、RNA提取物、逆轉錄酶和引物A等。(2)過程Ⅱ首先要將反應體系的溫度升高到95 ℃，其目的是讓逆轉錄酶變性失活、使mRNA－cDNA雜合雙鏈解開，該反應體系中所用的Taq酶至少應能耐受95 ℃。(3)過程Ⅱ擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)的擴增，理論上至少需要2n－1個引物B。因為PCR擴增DNA片段過程最高經過n次擴增，形成的DNA分子數是2n個，其中只有2條單鏈不含有引物。 (4)利用RT－PCR技術獲取的目的基因能在物種之間交流；該技術還可用于對某些微量RNA病毒的檢測，可提高檢測的靈敏度，原因是增加了待測RNA逆轉錄產生的DNA的數量(或濃度)，便于檢測。(5)RT－PCR過程中主要借助對溫度的控制，影響酶的活性，從而使得化學反應有序高效地進行。 【答案】　(1)RNA提取物　逆轉錄酶　(2)讓逆轉錄酶變性失活、使mRNA－cDNA雜合雙鏈解開　95　(3)2n－1　(4)能　增加了待測RNA逆轉錄產生的DNA的數量(或濃度)，便于檢測　(5)溫度 有關基因工程的4個易錯點 1．將目的基因導入受體細胞沒有堿基互補配對現象。 2．原核生物作為受體細胞的優(yōu)點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少。 3．一般情況下，用同一種限制酶切割質粒和含有目的基因的片段，但有時可用兩種限制酶分別切割質粒和目的基因，以避免質粒和質粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。 4．有關標記基因的易錯點 (1)一般將一些抗性基因作為標記基因； (2)標記基因的主要作用是鑒定和篩選含有目的基因的受體細胞； (3)標記基因表達產物對什么物質有抗體，在篩選培養(yǎng)時則在培養(yǎng)基中加入什么物質； (4)標記基因若被插入了外源DNA片段，則該標記基因會被破壞。 考向2 基因工程、蛋白質工程與胚胎工程的綜合考查 4．鐮刀型細胞貧血癥是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子β肽鏈第6位的谷氨酸被纈氨酸代替，導致功能異常?；卮鹣铝袉栴}： (1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血紅蛋白基因的________序列發(fā)生改變。 (2)將正常的血紅蛋白基因導入患者的骨髓造血干細胞中，可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作________(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質工程，理由是該操作____________________。 (3)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細胞中的________，以其作為模板，在________酶的作用下反轉錄合成cDNA。cDNA與載體需在______________酶的作用下，拼接構建基因表達載體，導入受體菌后進行表達。 (4)檢測受體菌是否已合成血紅蛋白，可從受體菌中提取________，用相應的抗體進行________雜交，若出現雜交帶，則表明該受體菌已合成血紅蛋白。 【解析】　(1)基因是具有遺傳效應的DNA片段，遺傳信息儲存在基因堿基對的排列順序中。(2)蛋白質工程是指通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求，故題中所述不屬于蛋白質工程。(3)利用反轉錄法獲取目的基因時，需先提取mRNA，在逆轉錄酶的作用下反轉錄合成cDNA。cDNA與載體需要在限制酶和DNA連接酶的作用下拼接構建成基因表達載體，才可導入受體菌。(4)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，需要從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交。 【答案】　(1)堿基對 (2)不屬于　沒有對現有的蛋白質進行改造 (3)mRNA　逆轉錄　限制酶和DNA連接 (4)蛋白質　抗原—抗體 5．治療性克隆對解決供體器官缺乏和器官移植后免疫排斥反應具有重要意義。流程如下： (1)過程①采用的是細胞工程中的________________技術，過程②采用的是胚胎工程中的________________技術。 (2)體細胞進行體外培養(yǎng)時，所需氣體主要有O2和CO2，其中CO2的作用是維持培養(yǎng)液(基)的________________。 (3)如果克隆過程中需進行基因改造，在構建基因表達載體(重組載體)時必須使用________和________兩種工具酶?；虮磉_載體上除目的基因外，還需有________________基因，以便選出成功導入基因表達載體的細胞。 (4)胚胎干細胞可以來自于囊胚中的________________。在一定條件下，胚胎干細胞可以分化形成不同的組織器官。若將圖中獲得的組織器官移植給個體________________(填“A”或“B”)，則不會發(fā)生免疫排斥反應。 【解析】　(1)過程①表示細胞核與去核卵母細胞結合，即核移植技術；過程②表示早期胚胎培養(yǎng)技術。 (2)體細胞進行體外培養(yǎng)時，CO2氣體的主要作用是維持培養(yǎng)液(基)的pH(或酸堿度)。 (3)構建基因表達載體時需要限制酶和DNA連接酶兩種工具酶；基因表達載體上的標記基因的作用是便于篩選出成功導入基因表達載體的細胞。 (4)囊胚的內細胞團細胞具有發(fā)育的全能性，屬于胚胎干細胞。在圖示過程中，B個體提供的是細胞核，分化形成的組織器官的性狀主要是由來自B的遺傳物質決定的，因此體外培養(yǎng)獲得的組織器官移入個體B不會發(fā)生免疫排斥反應。 【答案】　(1)(體細胞)核移植　(早期)胚胎培養(yǎng)　(2)pH(或：酸堿度)　(3)限制性(核酸)內切酶(或：限制酶)　DNA連接酶(注：兩空可顛倒)　標記　(4)內細胞團　B [歸納總結]　　基因工程與蛋白質工程的關系 項目 蛋白質工程 基因工程 區(qū)　 別 過程 預期的蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質 獲取目的基因→構建基因表達載體→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定 實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品 結果 生產自然界中沒有的蛋白質 生產自然界中已有的蛋白質 聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程，因為對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現 考點串講2| 細胞工程 1．(2016全國甲卷)下圖表示通過核移植等技術獲得某種克隆哺乳動物(二倍體)的流程。 回答下列問題： (1)圖中A表示正常細胞核，染色體數為2n，則其性染色體的組成可為________。過程①表示去除細胞核，該過程一般要在卵母細胞培養(yǎng)至適當時期再進行，去核時常采用________的方法。②代表的過程是________。 (2)經過多次傳代后，供體細胞中________的穩(wěn)定性會降低。因此，選材時必須關注傳代次數。 (3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同，從遺傳物質的角度分析其原因是____________________________________________________________ ___________________________________________________________。 (4)與克隆羊“多莉(利)”培育成功一樣，其他克隆動物的成功獲得也證明了________________________________________________________________ ___________________________________________________________。 【解析】　(1)哺乳動物的正常細胞核中性染色體的組成為XX(雌性)或XY(雄性)。卵母細胞在培養(yǎng)至減數第二次分裂的中期時，常采用顯微操作法去除細胞核。②過程是將早期胚胎移植到代孕個體的子宮中，即代表的是胚胎移植。(2)一般來說，動物細胞在傳代培養(yǎng)到10～50代時，部分細胞的細胞核型可能會發(fā)生變化，即遺傳物質的穩(wěn)定性會降低。因此，選材時一般選10代以內的細胞，以保證細胞正常的二倍體核型。(3)獲得的克隆動物性狀與供體動物基本相同，但不完全相同，從遺傳物質的角度分析，性狀不完全相同的原因是：克隆動物細胞質中的遺傳物質來自去核卵母細胞的細胞質，細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響。(4)高度分化的動物體細胞的全能性受到限制，但其細胞核的全能性在卵母細胞細胞質中的物質的作用下仍能得以表達。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆動物的培育成功，證明了高度分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性。 【答案】　(1)XX或XY　顯微操作　胚胎移植　(2)遺傳物質　(3)卵母細胞的細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響　(4)動物已分化體細胞的細胞核具有全能性 2．(2013全國卷Ⅱ)甲、乙是染色體數目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物。 回答下列問題： (1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先用________酶和________酶去除細胞壁，獲得具有活力的 ________，再用化學誘導劑誘導二者融合。形成的融合細胞進一步培養(yǎng)形成 ________組織，然后經過________形成完整的雜種植株。這種培育技術稱為____________________。 (2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指________________________ ___________________________________________________________________。 假設甲與乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成這種差異的原因是_____________________________________________________ ___________________________________________________________。 (3)這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖。經植物組織培養(yǎng)得到的______________________等材料用人工薄膜包裝后可得到人工種子。 【解析】　(1)植物體細胞雜交的過程包括植物細胞融合和植物組織培養(yǎng)，其過程依次為酶解法去除植物細胞的細胞壁、用物理或化學法誘導原生質體融合、雜種細胞再生出細胞壁、雜種細胞經植物組織培養(yǎng)(脫分化形成愈傷組織，再分化形成幼根和芽進而形成完整植株)培育成完整植株。其中，酶解法去除植物細胞的細胞壁利用了酶的專一性，選擇纖維素酶和果膠酶，水解植物細胞的細胞壁的主要成分——纖維素和果膠，暴露出有活力的原生質體。 (2)多倍體是指體細胞中含有三個或三個以上的染色體組的個體。甲和乙均為二倍體植物，假設二者有性雜交的后代不可育，其原因是該后代在進行減數第一次分裂過程中，由于沒有同源染色體，聯會出現紊亂，不能產生可育的配子。而植物體細胞雜交產生的雜種植株，細胞內含有原物種體細胞內的染色體，在減數第一次分裂過程中能夠進行同源染色體配對，產生可育的配子。(3)經植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等，用人工薄膜包裝后可得到人工種子。 【答案】　(1)纖維素　果膠　原生質體　愈傷　再分化(或分化)　植物體細胞雜交技術　(2)體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體(其他合理答案也給分)　在減數分裂過程中，前者染色體聯會異常，而后者染色體聯會正常(其他合理答案也給分)　(3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽(答對其中一個即給分) 1．列表比較動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng) 項目 動物細胞培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng) 前處理 無菌；用胰蛋白酶處理，使組織細胞相互分散開 無菌、離體 培養(yǎng) 基成分 葡萄糖、氨基酸、無機鹽、促生長因子、微量元素、動物血清等 礦質元素、蔗糖、維生素、植物激素等 培養(yǎng) 基狀態(tài) 液體培養(yǎng)基 固體培養(yǎng)基 過程 動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織→原代培養(yǎng)→傳代培養(yǎng)→細胞群 離體的植物器官、組織或細胞→愈傷組織→根、芽→植物體 能否培 養(yǎng)成個體 不能 能 應用 舉例 大規(guī)模生產有重要價值的生物制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等；皮膚移植；檢測有毒物質的毒性等 快速繁殖、培育無病毒植株；生產藥物；制造人工種子；培育轉基因作物等 2.關注動物細胞培養(yǎng)的特殊條件 (1)避免雜菌污染的措施：培養(yǎng)液及培養(yǎng)用具滅菌處理，加入一定量的抗生素，定期更換培養(yǎng)液。 (2)特殊的營養(yǎng)條件： ①液體培養(yǎng)基。 ②加入動物血清、血漿等。 ③通入氧氣以滿足代謝的需要。 ④通入二氧化碳以維持培養(yǎng)液的pH。 3．把握動物細胞融合的原理、方法及應用 (1)原理：細胞膜的流動性。 (2)促融方法：滅活的病毒、物理法、化學法。 (3)應用：制備單克隆抗體。 4．完善克隆動物的培育過程 (1)①～⑤的過程名稱為：①去核；②取核；③核移植；④卵裂；⑤胚胎移植。 (2)D新個體的性別與B動物相同。 (3)D新個體的絕大多數性狀與B動物相同。 5．辨析3種細胞——雜種細胞、重組細胞和雜交細胞 (1)雜種細胞：植物體細胞雜交過程中，兩種細胞去掉細胞壁之后形成的原生質體融合，融合的原生質體出現細胞壁之后形成的細胞叫雜種細胞。 (2)重組細胞：體細胞的細胞核移植到去核卵母細胞之后形成的細胞叫重組細胞。 (3)雜交細胞：動物細胞融合形成的細胞常稱為雜交細胞。 6．理清單克隆抗體制備的過程 考向1 植物細胞工程及應用 1．根據下面植物體細胞雜交技術流程圖，回答相關問題： (1)運用傳統(tǒng)有性雜交(即用番茄、馬鈴薯雜交)自然狀態(tài)下不能得到雜種植株，原因是_____________________________________________________。 (2)在利用雜種細胞培育雜種植株的過程中，依據的原理是______________，其中過程②稱為____________，植物體細胞融合完成的標志是______________。 (3)已知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，則“番茄—馬鈴薯”屬于________倍體植株。 (4)已知柴油樹種子含有的柴油是植物細胞的代謝產物，可用植物組織培養(yǎng)來實現柴油的工業(yè)化生產。若利用此技術，將柴油樹細胞培養(yǎng)到________階段即可(填字母編號)。 (5)若培育抗蟲棉，將抗蟲基因通過適當的途徑導入棉花受精卵，然后進行組織培養(yǎng)，該過程相當于________(填字母編號)。 (6)人工種子是由發(fā)育到________過程(填字母編號)的結構包裹上人工種皮制備的。 【解析】　(1)番茄和馬鈴薯屬于兩個物種，存在生殖隔離，不能通過有性雜交產生后代。(2)在利用雜種細胞培育雜種植株的過程中，依據的原理是細胞的全能性，其中過程②稱為原生質體融合，植物體細胞融合完成的標志是產生新的細胞壁。(3)由于番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，因此“番茄—馬鈴薯”屬異源六倍體。(4)柴油是植物細胞的代謝產物，將柴油樹細胞培養(yǎng)到愈傷組織階段即可提取，愈傷組織階段為圖中的e階段。(5)若培育抗蟲棉，將抗蟲基因通過適當的途徑導入棉花受精卵，然后進行組織培養(yǎng)，包括脫分化和再分化兩個階段，即圖中的④⑤。(6)人工種子是用胚狀體包上人工種皮制成的。 【答案】　(1)不同種的植物存在生殖隔離　(2)細胞的全能性　原生質體融合　產生新的細胞壁　(3)六　(4)e　(5)④⑤　(6)f 有關植物細胞工程的幾個關鍵問題 1．植物細胞A和植物細胞B雜交獲得的雜種細胞的類型有三種：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要進行篩選。 2．雜種細胞形成的標志：新的細胞壁的生成。 3．雜種植株遺傳物質的變化：雜種植株的變異類型屬于染色體變異，雜種植株的染色體數通常是兩親本細胞染色體數目之和，雜種植株屬于異源多倍體。 4．植物組織培養(yǎng)時植物激素和光照的使用 (1)植物激素的使用 脫分化階段細胞分裂素與生長素的比例適中，以促進細胞的分裂和脫分化；再分化階段細胞分裂素與生長素比例較高，以促進芽形成，比例較低，促進根的形成。 (2)光照的使用 脫分化階段不需要給予光照，再分化階段需要給予光照，以利于葉綠素的形成。 5．利用植物組織培養(yǎng)生產細胞產物時，有時只需將外植體培養(yǎng)到愈傷組織，從愈傷組織中獲取產物。 考向2 動物細胞工程及應用 2．下圖為培育“三親嬰兒”的過程示意圖，回答下列問題： (1)①表示______________技術，捐獻卵母細胞時通常給捐獻者注射激素使其________。 (2)②過程需在培養(yǎng)液中添加抗生素，目的是________；進行③過程前需對精子進行體外培養(yǎng)，目的是________；⑤過程表示________；培育“三親嬰兒”的過程屬于________(填“有性”或“無性”)生殖。 (3)已知母親(甲)患有線粒體肌病(一種線粒體基因缺陷造成的疾病)，若母親(甲)自然受孕，其子女患該病的情況是________，“三親嬰兒”技術能有效避免上述情況發(fā)生，原因是_____________________________________________ ___________________________________________________________。 【解析】　(1)對雌性供體注射促性腺激素，使其超數排卵，獲得更多的卵細胞。①表示動物細胞核移植技術。 (2)②過程為動物細胞培養(yǎng)過程，為了防止雜菌污染，需在培養(yǎng)液中添加抗生素；③過程為體外受精，精子只有獲能后，才可以受精，因此③過程前需對精子進行體外獲能培養(yǎng)；⑤過程表示胚胎移植；培育“三親嬰兒”的過程需要經過體外受精過程，屬于有性生殖。 (3)線粒體肌病是一種線粒體基因缺陷造成的疾病，屬于細胞質遺傳，具有母患子女必患的特點。根據圖中所示，三親嬰兒的線粒體基因來自捐獻者的卵母細胞，因此“三親嬰兒”技術能有效避免上述情況發(fā)生。 【答案】　(1)動物細胞核移植　超數排卵　(2)防止雜菌污染　使精子獲能　胚胎移植　有性　(3)子女均患病　三親嬰兒的線粒體基因來自捐獻者的卵母細胞 考向3 動物細胞工程與基因工程的綜合 3．下列是生物學技術制備抗體的兩個途徑模式簡圖。 (1)在獲取抗體之前，需要向健康人體注射特定抗原(如乙肝疫苗)，并且每隔一周重復注射一次。免疫學細胞A在人體主要介導(參與)________免疫。 (2)過程①和②得到的Y細胞稱為________。得到的單克隆抗體最主要的優(yōu)點是________________________________________________________________ ___________________________________________________________。 (3)④過程需要________酶，⑤過程則需要特定的限制性核酸內切酶和DNA連接酶。 (4)抗體1與抗體2的氨基酸排列順序相同，兩者的空間結構是否相同？________為什么？ ________________________________________________________________ ___________________________________________________________。 (5)如果想用棉花產生該種抗體，則⑥過程的受體細胞通常選用________，經過篩選后再侵染棉花體細胞，轉化成功后通過________技術獲得能產抗體的轉基因棉花植株。 【解析】　(1)向健康人體注射特定抗原，提取出A漿細胞(效應B淋巴細胞)，在人體中參與體液免疫。 (2)過程①至②獲取的Y細胞稱為雜交瘤細胞，得到的單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高、并可大量制備的優(yōu)點。 (3)④逆轉錄過程需要逆轉錄酶，⑤基因表達載體的構建過程需要特定的限制性核酸內切酶和DNA連接酶。 (4)抗體1與抗體2的氨基酸的排列順序相同，由于抗體2形成過程沒有經過內質網和高爾基體的加工，抗體1形成過程經過內質網和高爾基體的加工，因此形成的空間結構不同。 (5)如果想用棉花產生該種抗體，常用農桿菌轉化法將目的基因導入棉花細胞中，則⑥導入的受體細胞通常選用土壤農桿菌，經過篩選后再侵染棉花體細胞，轉化成功后通過組織培養(yǎng)技術獲得能產抗體的轉基因棉花植株。 【答案】　(1)體液　(2)雜交瘤細胞　特異性強、靈敏度高、并可能大量制備　(3)逆轉錄　(4)不同　抗體2形成過程沒有經過內質網和高爾基體的加工，抗體1形成過程經過內質網和高爾基體的加工　(5)農桿菌　植物組織培養(yǎng) 有關動物細胞工程的答題要素 1．動物細胞培養(yǎng)： (1)培養(yǎng)基的特有成分：動物血清。 (2)培養(yǎng)過程：原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)。 (3)制備懸液的酶：胰蛋白酶或膠原蛋白酶。 2．未受精卵細胞作細胞核移植受體細胞的理由： (1)營養(yǎng)豐富。 (2)體積大，易操作。 (3)含有刺激已分化的細胞核恢復分裂能力的物質。 3．單克隆抗體制備中2次篩選目的不同： (1)第1次：得到既能分泌抗體又能大量增殖的雜交瘤細胞。 (2)第2次：篩選出能產生特異性抗體的雜交瘤細胞。 4．克隆動物的4種技術手段： 動物細胞培養(yǎng)、核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。 5．相比植物體細胞雜交，動物細胞融合特有的誘導方法是用滅活的病毒處理，其他物理、化學誘導融合的手段與植物體細胞雜交過程中原生質體誘導融合的方法相同。