高考生物考前3个月专题复习 专题10 现代生物科技专题 考点31 基因工程蛋白质工程和细胞工程.docx

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高考生物考前3个月专题复习专题10现代生物科技专题考点31基因工程蛋白质工程和细胞工程

专题10现代生物科技专题

[直击考纲]　1.基因工程的诞生（Ⅰ）。

2.基因工程的原理及技术（含PCR）（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）。

8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ）。

9.胚胎干细胞的移植（Ⅰ）。

10.胚胎工程的应用（Ⅱ）。

11.转基因生物的安全性（Ⅰ）。

12.生物武器对人类的威胁（Ⅰ）。

13.生物技术中的伦理问题（Ⅰ）。

14.简述生态工程的原理（Ⅱ）。

15.生态工程的实例（Ⅰ）。

考点31　基因工程、蛋白质工程和细胞工程

题组一　基因工程和蛋白质工程

1．（2016·全国乙，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________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）能自我复制、具有标记基因

（2）二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，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）　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素

（3）受体细胞

解析　

（1）作为载体必须具备如下特点：

①能自我复制，从而在受体细胞中稳定保存；②含标记基因，以供重组DNA的鉴定和选择；③具有一个至多个限制性核酸内切酶酶切位点以便外源DNA插入。

（2）在含有氨苄青霉素的培养基上，只有具有Ampr的大肠杆菌才能够生长。

而Ampr位于质粒上，故未被转化的和仅含环状目的基因的大肠杆菌细胞中无Ampr，故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载体的和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有Ampr因而能在培养基中生长。

目的基因的插入破坏了质粒载体的Tetr，故含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌不能在含有四环素的固体培养基上生长，从而与仅含有质粒载体的大肠杆菌得以区分。

（3）噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成DNA，需要借助受体细胞完成DNA复制。

2．（2016·全国丙，40）图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图（b）为某种表达载体的示意图（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酶切后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DNA，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　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端　

（2）甲、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，二者的目的基因均不能被转录　（3）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

解析　

（1）由于限制性核酸内切酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末端相同，所以经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。

（2）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。

图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产物。

（3）常见的DNA连接酶有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。

3．（2015·全国Ⅱ，40）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。

答案　

（1）氨基酸序列（或结构）（其他答案合理也可）

（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

解析　

（1）对蛋白质的氨基酸序列（或结构）进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。

（2）以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括

，即：

DNA、RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质（或转录、逆转录、翻译）。

（3）蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。

经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。

题组二　细胞工程

4．（2016·全国甲，40）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“多利”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了___________

________________________________________________________________________。

答案　

（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性状产生影响　（4）已经分化的动物体细胞的细胞核具有全能性

解析　

（1）提供体细胞的供体可能为雌性，也可能为雄性，因此图中A（正常细胞核）的性染色体组成为XX或XY。

常采用显微操作去核法来去除卵母细胞的细胞核。

②过程表示将早期胚胎移入受体，其过程为胚胎移植。

（2）取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。

超过10代继续培养，则其遗传物质（或核型）的稳定性会降低。

（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的细胞核具有全能性。

5．（2014·新课标全国Ⅰ，40）某研究者用抗原（A）分别免疫3只同种小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价（能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数），结果如下图所示。

若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞（染色体数目为40条），并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（染色体数目为60条）按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。

回答下列问题：

（1）制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上，则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。

达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是________小鼠，理由是________________________。

（2）细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，还含有________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

体系中出现多种类型细胞的原因是__________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）杂交瘤细胞中有________个细胞核，染色体数目最多是________条。

（4）未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是____________________。

答案　

（1）4　Y　Y小鼠的血清抗体效价最高　

（2）B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞　细胞融合是随机的，且融合率达不到100%

（3）1　100　（4）不能无限增殖

解析　

（1）据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16000以上，小鼠Y的血清抗体的效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。

（2）融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细胞。

细胞的融合是随机的，并且不可能所有细胞都融合，故体系中会出现多种类型的细胞。

（3）动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。

杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数目最多为40＋60＝100（条）。

（4）正常细胞的分裂次数是有限的，且经过免疫的B淋巴细胞高度分化，不能无限增殖，故经多次传代培养后逐渐衰老死亡。

1．掌握基因工程的主干知识

（1）目的基因的获取

（2）基因表达载体的构建（目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因）。

（3）将目的基因导入受体细胞

导入植物：

农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法；

导入动物：

显微注射技术；

导入微生物细胞：

感受态细胞法（用Ca2＋处理）。

（4）目的基因的检测与鉴定

插入检测：

DNA分子杂交；

转录检测：

DNA—RNA分子杂交；

翻译检测：

抗原—抗体杂交；

个体水平检测：

抗性接种实验。

2．基因表达载体的构建过程

3．植物体细胞杂交与单克隆抗体制备过程比较

步骤

植物体细胞杂交过程

单克隆抗体制备过程

第一步

原生质体的制备（酶解法）

正常小鼠免疫处理

第二步

原生质体融合（物理、化学法）

动物细胞融合（物理、化学、生物方法）

第三步

杂种植株的筛选与培养

杂交瘤细胞的筛选与培养

第四步

杂种植株的诱导与鉴定

单克隆抗体的提纯

相同点

①两种技术手段的培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂；

②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件

（1）诱导融合的方法分别有哪些？

融合的细胞类型有哪几种？

提示　①诱导植物体细胞的原生质体融合的方法主要有离心、振动、电激或用聚乙二醇作为诱导剂。

②动物细胞融合常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒（诱导动物细胞融合的特有因素）、电激等。

融合的细胞类型：

前者—AA、BB、AB。

后者—瘤瘤、B瘤、BB。

（2）各自的原理分别有哪些？

提示　前者有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，后者有细胞膜的流动性和细胞增殖。

4．掌握克隆动物培育流程图

D个体的性别、性状与哪个个体相同？

提示　根据发育成新个体D的重组细胞核由动物B提供，而性别及大多数遗传性状是由核内遗传物质决定的，故B、D两者的性别及大多数遗传性状相同。

考向一　基因工程和蛋白质工程

1．（2016·海南，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　

（1）人工合成　生物材料

（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

（3）RNA　大肠杆菌（或细菌）

（4）金粉　钨粉

解析　

（1）获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从自然界已有的物种中分离。

（2）在植物的成熟叶片中基因选择性表达，因此由所有RNA逆转录形成的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。

（3）在基因表达载体中，启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。

采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，由于易于培养，最常选用大肠杆菌（或细菌）。

（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金粉和钨粉。

2．中美研究人员发现了PYL9蛋白（一种提高植物抗旱性的蛋白），利用转基因技术让水稻自身产生大量PYL9蛋白，可显著提高其抗旱性。

请回答下列问题：

（1）已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育转基因抗旱水稻可用____________方法来获得目的基因。

构建基因表达载体用到的工具酶是____________________________。

（2）导入目的基因的重组细胞可通过________________技术培育成完整植株，这一过程体现了________________________。

（3）目的基因若在水稻细胞中表达，遗传信息流向是____________________________；检测水稻细胞中是否存在PYL9蛋白，在分子水平上采用的方法是____________________。

（4）经研究发现PYL9蛋白是位于细胞膜上的一种脱落酸受体。

干旱环境中水稻老叶内脱落酸的含量增加，能加速____________________________，将节省的水分和养料转移到幼叶和芽中，增强了幼叶和芽的存活率。

PYL9蛋白的作用能体现细胞膜__________________________的功能。

答案　

（1）人工合成　限制酶和DNA连接酶

（2）植物组织培养　植物细胞的全能性

（3）目的基因→mRNA→蛋白质　抗原—抗体杂交

（4）老叶的衰老与脱落　进行细胞间信息交流

3．内皮素（ET）是一种含21个氨基酸的多肽，它有强烈的血管收缩和促进平滑肌细胞增殖等作用。

研究发现内皮素功能异常与高血压、糖尿病、癌症等有着密切联系。

内皮素主要通过与靶细胞膜上的内皮素受体结合而发挥生物学效应。

ETA是内皮素的主要受体，科研人员试图通过构建基因表达载体，实现ETA基因在细胞中高效表达，为后期ETA的体外研究以及拮抗剂的筛选、活性评价等奠定基础。

其过程如下（图中SNAP基因是一种荧光蛋白基因，限制酶ApaⅠ的识别序列为CCC↓GGG，限制酶XhoⅠ的识别序列为C↓TCGAG）。

请分析回答：

（1）完成过程①需要的酶是____________；与过程②相比，过程①特有的碱基配对方式是__________。

（2）过程③中，限制酶XhoⅠ切割DNA，使____________键断开，形成的黏性末端是_______________。

用两种限制酶切割，获得不同的黏性末端，其主要目的是______________。

（3）过程⑥中，要用__________预先处理大肠杆菌，使其处于容易吸收外界DNA的感受态。

（4）利用SNAP基因与ETA基因结合构成融合基因，目的是______________________。

（5）人皮肤黑色素细胞上有内皮素的特异受体，内皮素与黑色素细胞膜上的受体结合后，会刺激黑色素细胞的分化、增殖并激活酪氨酸酶的活性，从而使黑色素急剧增加。

美容时可以利用注射ETA达到美白祛斑效果，试解释：

____________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）逆转录酶　U—A

（2）磷酸二酯　—AGCT（或

）　使目的基因定向连接到载体上（或防止目的基因环化）

（3）Ca2＋（或CaCl2）

（4）检测ETA基因能否表达及表达量

（5）ETA能与内皮素结合，减少了内皮素与黑色素细胞膜上内皮素受体的结合，抑制了黑色素细胞的分化、增殖和黑色素的形成

解析　

（1）图中①是逆转录过程，需要逆转录酶的催化；①逆转录过程的碱基互补配对方式是：

A—T、U—A、C—G、G—C，②过程的碱基配对方式为A—T、T—A、C—G、G—C，因此与过程②相比，①过程特有的碱基配对方式是U—A。

（2）③是利用限制酶XhoⅠ切割DNA获得目的基因的过程，由于限制酶XhoⅠ的识别序列为C↓TCGAG，因此其切割形成的黏性末端是—AGCT（或

）。

图中显示利用了两种限制酶切割目的基因和载体，从而获得了不同的黏性末端，这样可以防止目的基因与运载体反向连接，即可以使目的基因定向连接到载体上。

（3）将目的基因导入微生物细胞常用感受态转化法，即用Ca2＋（或CaCl2）预先处理大肠杆菌，使其处于容易吸收外界DNA的感受态。

（4）利用SNAP基因与ETA基因结合构成融合基因，可以检测ETA基因能否表达及表达量。

（5）ETA能与内皮素结合，减少了内皮素与黑色素细胞膜上内皮素受体的结合，抑制了黑色素细胞的分化、增殖和黑色素的形成，从而达到美容的目的。

考向二　细胞工程

4．约翰·伯特兰·戈登和山中伸弥因在“体细胞重编程技术”领域做出革命性贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。

请回答下列问题：

（1）1962年约翰·伯特兰·戈登通过实验把蝌蚪肠上皮细胞的细胞核移植进入去核的卵细胞中，成功培育出“克隆青蛙”。

因动物细胞的全能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐________，但此实验说明已高度分化的动物体细胞的____________仍具有发育的全能性。

更多的实验证明，到目前还不能用类似______________的方法（克隆植物的方法）获得克隆动物。

（2）所谓“体细胞重编程技术”是将体细胞重新诱导回早期干细胞状态，即获得诱导性多能干（iPS）细胞。

山中伸弥把4个关键基因转入小鼠的成纤维细胞，并整合到染色体的________上，使其转变成iPS细胞。

为确定基因是否进入成纤维细胞可用________________技术检测。

（3）在研究中可通过________________技术获取大量iPS细胞，该过程一般需先加入____________处理一段时间，分散成单个细胞，然后分瓶继续培养；另外，iPS细胞还需置于二氧化碳培养箱中培养