高中生物总复习基因工程和细胞工程

专题八现代生物科技专题第一讲基因工程和细胞工程高频考点整合考点一基因工程的操作步骤和应用1．基因工程的操作步骤(1)目的基因的获取①目的基因：编码蛋白质的结构基因。②目的基因的获取途径a．从自然界中已有的物种中分离出来，如可从基因组文库或cDNA文库中获取。b．人工合成目的基因：根据已知的核苷酸序列，利用原料以化学方法合成。常用的方法有反转录法和化学合成法。c．利用PCR技术扩增目的基因通过PCR技术可对已获取的目的基因进行扩增，以获取大量的目的基因。(2)基因表达载体的构建(基因工程的核心)①目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可遗传给下一代，并能够表达和发挥作用。目的基因启动子：为RNA聚合酶识别和结合部位，驱动转录mRNA终止子：使转录终止的特殊结构的DNA片段标记基因：可鉴别受体细胞是否含有目的基因基因表达载体组成②③过程(3)将目的基因导入受体细胞①导入原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。②导入过程生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法(主要)、基因枪法和花粉管通道法显微注射技术Ca2＋处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T－DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子(4)目的基因的检测与鉴定①导入检测：DNA分子杂交技术(即使用放射性同位素或荧光分子标记的DNA作探针进行检测)。DNA和DNA之间，看是否出现杂交带。③个体生物学水平鉴定。例如：抗虫或抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能是否相同。转录检测：分子杂交技术，DNA和mRNA之间，看是否出现杂交带翻译检测：抗原—抗体杂交，看是否出现杂交带②表达检测2．基因工程的应用(1)植物基因工程抗虫转基因植物——减轻农药对环境的污染抗病转基因植物抗逆转基因植物改良植物品质(2)动物基因工程提高动物生长速度改善畜产品的品质用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体基因工程药品的生产(3)基因治疗把正常基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用方法体外基因治疗体内基因治疗训练1(2010·福建卷，32)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如右图。请回答：(1)图中①所指的是技术。(2)图中②所指的物质是，③所指的物质是。(3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换。(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。解析基因工程中获得大量目的基因的技术为PCR技术。cDNA是以mRNA为模板通过反转录获得的。本基因工程目的基因的表达产物为红细胞生成素，即EPO。由于天然EPO来源极为有限，一般情况下，基因工程产生的是重组人红细胞生成素(rhEPO)。培养重组CHO细胞时，为了提供适宜的培养条件，需要不断更换培养液，以防止有害代谢产物的积累对细胞自身造成的危害。单克隆抗体是通过培养杂交瘤细胞获得的。答案(1)PCR(2)mRNArhEPO(3)培养液(4)杂交瘤训练2(2010·天津卷，7Ⅰ)Ⅰ.下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是(填字母代号)。A．启动子B．tetRC．复制原点D．ampR(3)过程①可采用的操作方法是________(填字母代号)。A．农杆菌转化B．大肠杆菌转化C．显微注射D．细胞整合(4)过程②采用的生物技术是________。(5)对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的________性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用___(填字母代号)技术。A．核酸分子杂交B．基因序列分析C．抗原－抗体杂交D．PCR解析(1)基因表达载体的构建过程中，将目的基因导入受体细胞之前，要用同一种限制酶切割目的基因和载体。从图中可以看出，在目的基因和载体中都有HindⅢ和BamHⅠ限制酶的切割位点，因此要用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时切割载体和人乳铁蛋白基因；载体切割后四环素抗性基因被破坏，因此筛选时要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子是一段有特殊序列的DNA片段，位于目的基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，在启动子存在时才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。(3)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术。(4)过程②是将早期胚胎移入受体母牛体内，用到的技术是胚胎移植技术。(5)胚胎分割是利用机械方法将早期胚胎等分，经移植后获得同卵双胎或多胎的技术，可以看做动物无性繁殖或克隆的方法，利用了细胞的全能性。(6)检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要用相应的抗体进行抗原－抗体杂交，其他三项技术检测的对象都是核酸。答案(1)HindⅢ和BamHⅠ氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C考点二DNA分子的提取与鉴定1．DNA与蛋白质理化性质的区别(1)溶解度的区别NaCl酒精(体积分数为95%的冷酒精)DNA不溶蛋白质NaCl从2mol/L逐渐稀释的过程中溶解度逐渐增大某些蛋白质可溶(2)对酶、高温、洗涤剂的耐受性的区别DNA蛋白质蛋白酶没影响水解高温80℃以上才会变性60～80℃会变性洗涤剂没影响瓦解细胞膜(破坏膜中的蛋白质分子)2.DNA的鉴定实验试管序号AB1加2mol/LNaCl溶液5mL加2mol/LNaCl溶液5mL2不加加粗提取DNA丝状物并搅拌溶解3加4mL二苯胺混匀加4mL二苯胺混匀4沸水浴5min沸水浴5min实验现象不变色变蓝实验结论DNA在沸水浴情况下，遇二苯胺会变蓝色训练3某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动，具体步骤如下：材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10g。剪碎后分成两组，一组置于20℃、另一组置于－20℃条件下保存24h。DNA粗提取：第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入15mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。第二步：先向6只小烧杯中分别注入10mL滤液，再加入20mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。第三步：取6支试管，分别加入等量的2mol/LNaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加入4mL二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热5min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：材料保存温度花菜辣椒蒜黄20℃＋＋＋＋＋＋－20℃＋＋＋＋＋＋＋＋＋(注：“＋”越多表示蓝色越深)分析上述实验过程，回答下列问题：(1)该探究性实验课题名称是________。(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为减少_______。(3)根据实验结果，得出结论并分析。①结论1：与20℃相比，相同实验材料在－20℃条件下保存，DNA的提取量较多。结论2：________。②针对结论1，请提出合理的解释：________。(4)氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。为了进一步提高粗提取时DNA的纯度，在第三步的基础上继续操作的步骤是：________，然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。解析根据步骤中选择了不同的材料，在不同温度下的处理，可判断出本实验的目的是探究不同材料和不同温度对DNA提取量的影响，是DNA粗提取与鉴定实验的应用；缓缓搅拌能够有效防止因DNA断裂而影响实验结果；结论可以从表格中颜色深浅得出，低温下获得的DNA含量较多是因为低温抑制了相关酶的活性，使DNA降解速度减慢；依据氯仿的特性，可以在第三步获得的溶液中加入等量氯仿，静置并吸取蛋白质含量较少的DNA上清液，获得纯度更高的DNA。答案(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响(2)DNA断裂(3)①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液考点三细胞工程的原理和应用1．动、植物细胞全能性(1)原因：生物体的每个细胞都含有发育成完整个体所必需的全部基因。(2)全能性表现的大小：受精卵的全能性最大，其次是生殖细胞，体细胞相对较小。(3)全能性表现与细胞种类有关：离体的植物体细胞的全能性在一定条件下可充分体现。离体的动物体细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性，需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。未离体细胞的全能性不能表达，只能在机体调控下定向分化。(4)细胞的全能性是植物细胞工程技术的理论基础。2．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合细胞融合原理细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞融合方法用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后，诱导原生质体融合用胰蛋白酶使细胞分散后，诱导细胞融合诱导手段离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导用途克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等3.动物细胞培养与植物组织培养的比较项目植物组织培养动物细胞培养培养基的物理性质固体液体培养基的成分水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、激素、琼脂等葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等结果新的植株或组织新的细胞系或细胞株目的①植株快速繁殖②脱毒植株的培③人工种子③生产药物、杀虫剂等⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产②皮肤移植材料的培育③检测有毒物质④生理、病理、药理学研究取材植物幼嫩的部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织其他条件均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件训练4(2010·课标全国卷，38)请回答：(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度________。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促进愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________(脱落酸、2,4－D)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是，单株鲜重的变化趋势是。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量(能、不能)满足自身最佳生长的需要。(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应(降低，增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。解析(1)植物组织培养为无性繁殖过程，其优点是繁殖速度快，能保持亲本的遗传特性。离体的叶肉细胞在适宜条件下发育为完整植株体现了植物细胞的全能性，植物细胞具有全能性的原因是细胞内