2015届人教版生物高考二轮复习专题八第1讲基因工程和细胞工程(精品解析)

第1讲基因工程和细胞工程[考纲要求]1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(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)。[构建网络]考点一基因工程1．基因工程的基本工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体拼接DNA片段，形成重组DNA分子携带目的基因进入受体细胞作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键作用特点(条件)(1)识别特定的核苷酸序列；(2)在特定位点上切割DNA分子(1)E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端；(2)T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端(1)能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；(2)有一个至多个限制酶切割位点；(3)具有特殊的标记基因2．基因工程的操作程序(1)目的基因的获取①从基因文库中获取。②利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。③用化学方法人工合成a．对于核苷酸序列已知的直接人工合成。b．可通过反转录法获取，即mRNA逆转录酶,单链DNADNA聚合酶,双链DNA。(2)基因表达载体的构建①基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因＋复制原点。②基因表达载体的构建方法(3)将目的基因导入受体细胞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、基因枪法、花粉管通道法等显微注射技术感受态细胞法(Ca2＋处理法)受体细胞体细胞受精卵原核细胞(4)目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测第一步目的基因是否进入受体细胞DNA分子杂交(DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带第二步目的基因是否转录出mRNA分子杂交技术(DNA和mRNA之间)是否成功显示出杂交带第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原—抗体杂交是否成功显示出杂交带个体水平鉴定做抗虫或抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；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[错混诊断]1．携带链霉素抗性基因受体菌的筛选必须通过分子检测(2014·天津，4A)(×)2．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测(2014·天津，4C)(×)3．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列(2007·全国Ⅱ，4A)(√)4．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸(2010·浙江，2A)(×)5．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点(2011·浙江，6B)(√)6．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上，属于基因工程(2010·大纲全国Ⅱ，5D)(×)7．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加(2010·江苏，18B)(×)8．重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接(2013·安徽，6C)(×)9．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达(2011·四川，5D)(×)10．动物的生长激素基因转入植物后不能表达(2010·江苏，18C)(×)题组对基因工程的操作工具与操作步骤综合考查1．(2014·重庆，4)下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是()A．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异答案D解析A项，②为重组Ti质粒，其构建需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。B项，含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的目的基因整合到受体细胞(④)的染色体上，而并非整个重组Ti质粒整合到④的染色体上。C项，目的基因导入受体细胞后不一定能进行表达，所以抗虫基因导入植物细胞后，培育成的植株也不一定具有抗虫性状。D项，转基因抗虫植株是否培育成功，可以从个体水平上进行检测，即观察植株是否具有抗虫性状，如果具有抗虫性状则说明发生了可遗传变异(基因重组)。2．(2014·海南，31)下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。请据图回答：(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在____________的催化下，合成互补的单链DNA，然后在______________作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的__________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的______________序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有________、________、4种脱氧核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由A和载体B拼接形成的C通常称为__________________________。(4)在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是________________________________________________________________________。答案(1)逆转录酶DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)引物模板(A基因)(3)基因表达载体(4)使其成为感受态细胞，有利于吸收重组DNA分子解析(1)利用反转录法合成目的基因的过程是：以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和载体结合，形成基因表达载体。(4)在利用大肠杆菌做受体细胞时，需要先用Ca2＋处理，使之成为感受态细胞，有利于其吸收重组DNA分子。比较限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子考点二细胞工程1．细胞工程的几个流程图比较细胞工程技术技术过程图示植物组织培养动物细胞培养植物体细胞杂交动物细胞的融合核移植单克隆抗体的制备2．容易混淆的三种细胞——杂种细胞、重组细胞和杂交细胞(1)杂种细胞：植物体细胞杂交过程中，两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体出现细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。(2)重组细胞：体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。(3)杂交细胞：动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。3．从结果来分析原理(1)植物体细胞杂交：植物体细胞杂交包含两个过程，一是植物细胞融合，二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株，产生了一个生物体，因此其原理是：细胞膜的流动性和细胞的全能性。(2)动物细胞融合：动物细胞融合形成杂交细胞，杂交细胞进行细胞培养，获得大量的克隆细胞，但没有形成生物体，因此动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性，不包含细胞全能性。4．对细胞核移植技术的分析(1)细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。(2)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。(3)核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因：①克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其线粒体中的DNA来自于去核卵细胞。②性状受基因与环境共同影响。③在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。[错混诊断]1．产生抗人白细胞介素­8抗体的杂交瘤细胞的筛选必须通过分子检测(2014·天津，4B)(√)2．21三体综合征的诊断必须通过分子检测(2014·天津，4D)(×)3．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养(2012·广东，2A)(√)4．去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理(2008·全国Ⅰ，5B)(√)5．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(2010·浙江，4A)(×)6．动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体体现了细胞的全能性(2012·江苏，22C)(×)7．体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(2011·江苏，14B)(×)8．单克隆抗体技术可以用于治疗老年痴呆症(2010·江苏，17C)(√)题组一从植物细胞工程进行命题1．植物叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可用下图所示图解简单表示：(1)培育胚状体利用了__________________这一项生物技术，胚状体再继续培养，则可培育出完整的植株，这体现了________________。培养基中除了含有一定的营养外，还必须含有________________等植物激素，还需要对培养基进行严格的________________。(2)如果愈伤组织是三七叶肉细胞培养产生的，若为了获得三七的细胞产物，则只需要培养到________________；若为了获得三七的人工种子，则需要培养到________________。如果愈伤组织是棉花叶肉细胞培养产生的，通过基因工程要获取抗虫棉，目的基因导入棉花愈伤组织细胞常用的方法是________________法。(3)从叶片的叶肉细胞到获得胚状体的过程中，必须要经过________________。①无丝分裂②有丝分裂③减数分裂④原代培养⑤传代培养⑥植物体细胞杂交⑦细胞融合⑧脱分化⑨再分化答案(1)植物组织培养植物细胞的全能性细胞分裂素、生长素灭菌(2)愈伤组织胚状体农杆菌转化(3)②⑧⑨解析(1)离体植物细胞通过脱分化形成愈伤组织，通过再分化形成具有根和芽的胚状体，再通过细胞分裂、分化发育成一个完整的植株。该技术称为植物组织培养，其原理为植物细胞的全能性。培养基的成分为水、无机盐、维生素、氨基酸、蔗糖、植物激素(生长素和细胞分裂素等)等；培养基要求进行严格的灭菌。(2)三七的细胞产物为细胞的代谢产物，将三七叶肉细胞培养到愈伤组织即可；获得人工种子需培养至胚状体；棉花为双子叶植物，导入抗虫基因常用农杆菌转化法。(3)离体叶肉细胞培养到胚状体的过程中必须经过脱分化和有丝分裂形成愈伤组织，再分化和有丝分裂形成具有根和芽的胚状体。2．下图是细胞融合示意图，请据图回答下列问题：(1)过程①②应使用________________________处理细胞，以去除植物细胞壁。(2)如果将已去除细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞呈现什么形状？_______________。(3)过程③的诱导方法有__________和__________两大类。(4)过程④是细胞壁的再生过程，与此过程密切相关的细胞器是____________。(5)⑤过程中进行的细胞分裂方式是________，该过程先诱导细胞分裂形成________，再由它分化形成杂种植物幼苗。(6)融合的细胞需要在培养基上进行培养。人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物、无机物质外，______________是植物细胞培养成杂种植物幼苗不能缺少的调节物质。答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)球形(3)物理法化学法(4)高尔基体(5)有丝分裂愈伤组织(6)植物激素(或生长调节物质)解析(1)过程①②应使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体。(2)去除细胞壁的原生质体是球形的，在等渗溶液中，细胞形态不变。(3)用物理法和化学法可诱导过程③完成原生质体融合。(4)高尔基体与植物细胞壁的形成有关。(5)杂种植株形成杂种幼苗的过程中进行的是有丝分裂，该过程先经过脱分化形成愈伤组织，再由它分化形成杂种植物幼苗。(6)植物组织培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物、无机物质外，还需要加入植物激素(或生长调节物质)，诱导愈伤组织完成再分化过程，形成杂种植物幼苗。1