2014生物《高考专题辅导与训练》配套课件专题九第1讲基因工程细胞工程

专题九现代生物科技专题第1讲基因工程、细胞工程一、基因工程1.基本工具：(1)工具酶。①限制性核酸内切酶(又称_______)：切割目的基因和载体(断开磷酸二酯键)。②DNA连接酶：缝合DNA片段断口处外侧链(形成磷酸二酯键)。限制酶(2)载体应具备的条件。①能在宿主细胞内稳定存在并复制：便于目的基因的表达。②有一至多个_______________：便于外源DNA分子的插入。③具有_________：鉴定与选择重组DNA分子。2.基本操作程序：(1)目的基因的获取。①_____________,②PCR技术扩增,③化学方法直接人工合成。限制酶切割位点标记基因基因文库获取(2)基因表达载体的构建。①启动子：_________。②_________：控制需要的特定性状。③终止子：终止转录。④标记基因：_____________。(3)将目的基因导入受体细胞。①导入植物细胞：最常用方法是_____________,另外还有_____________和基因枪法。②导入动物细胞：最常用方法是___________。③导入微生物细胞：常用____处理使受体细胞处于感受态。启动转录目的基因筛选重组细胞农杆菌转化法花粉管通道法显微注射法Ca2+(4)目的基因的检测与鉴定。①分子水平检测：以_____________作探针,进行分子杂交;抗原—抗体杂交。②个体水平鉴定：抗虫、抗病的接种实验。3.应用：(1)植物基因工程。①_________________转基因植物;②利用转基因改良植物的品质。目的基因单链抗虫、抗病、抗逆(2)动物基因工程。①提高_____________;②改善畜产品的品质;③用转基因动物生产药物;④用转基因动物_________________。(3)基因工程药物。(4)基因治疗。①体外基因治疗;②_____________。动物生长速度作器官移植的供体体内基因治疗二、植物组织培养与动物细胞培养的比较植物组织培养动物细胞培养原理______________________培养基的物理性质固体液体(合成培养基)培养基的成分水、无机盐、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂等___、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、_____等细胞的全能性细胞增殖血清糖植物组织培养动物细胞培养过程_______、再分化_________、传代培养条件无菌、无毒,植物激素如_______、___________①用_________制备单细胞悬液;②培养液中加入_______防止杂菌感染;通入一定浓度___维持pH脱分化原代培养生长素细胞分裂素胰蛋白酶抗生素CO2植物组织培养动物细胞培养应用①微型繁殖②_________③生产人工种子④___________⑤突变体的利用⑥细胞产物的工厂化生产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、药理学研究作物脱毒单倍体育种三、植物体细胞杂交、动物细胞融合与细胞核移植1.若该图为植物体细胞杂交示意图：(1)原生质体的制备。用_________________除去植物细胞的细胞壁,得到原生质体A和B。(2)促融方法。①过程中,常用的化学试剂是_________。(3)新细胞壁的形成。②过程形成的D细胞具有一定的形状,该过程与细胞中的__________密切相关。纤维素酶和果胶酶聚乙二醇高尔基体(4)杂种植株的培育。③过程为_____________,依据的原理是_____________,所得杂种植株_____(“可育”或“不可育”)。2.若该图为动物细胞融合示意图：(1)促融方法。与植物体细胞杂交相比,①过程中特有的方法是_________处理。(2)原理：①过程的完成依赖于_______________。植物组织培养细胞的全能性可育灭活病毒细胞膜的流动性(3)应用。若A细胞为骨髓瘤细胞,B细胞为B淋巴细胞,那么D细胞称为_______细胞,由D细胞连续分裂产生大量细胞的过程,称为_____。这种细胞既能无限繁殖,又能产生_________。杂交瘤克隆专一抗体3.若该图为体细胞核移植过程示意图,假设C细胞的细胞核来自于A细胞：(1)受体细胞(B细胞)的选择理由。第一：营养物质丰富,能满足早期胚胎发育的需要。第二：体积较大,易于操作。第三：含有_____________________________的物质。(2)克隆动物的性状。通过该过程克隆的动物主要性状由______决定。使已分化的细胞核恢复分裂能力A细胞1.(2013四川高考·T1C)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,不可能同时进行ATP的合成与分解。()分析：在诱导离体的组织或器官形成幼苗的过程中,伴随细胞的增殖与分化等需要能量的生理过程,一定会进行ATP的合成与分解。2.(2013安徽高考·T6C)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。()分析：DNA分子杂交是通过碱基互补配对原则形成的。××3.(2012浙江高考·T6D)将目的基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞。()分析：目的基因必须经构建形成基因表达载体,才能导入受体细胞,否则不能正常表达。4.(2012广东高考·T2A)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养。()分析：植物的茎尖一般没有病毒感染,因此可以通过组织培养技术培养茎尖细胞以获得脱毒苗。×√5.(2011四川高考·T5D)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。()分析：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是否转录,但不能检测其是否表达。6.(2011江苏高考·T14B)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。()分析：克隆动物通过核移植技术获得,不能通过体细胞杂交技术获得。××7.(2010江苏高考·T18C)动物的生长激素基因转入植物体后不能表达。()分析：不同生物的基因具有相同的化学成分和空间结构,合成蛋白质时共用一套密码子,因此动物基因可以在植物体内表达。8.(2010江苏高考·T17C)单克隆抗体技术可以用于治疗老年痴呆症。()分析：单克隆抗体特异性强,可以定向清除抗原,达到治疗疾病的目的。×√热点考向1基因工程的基本工具【典例1】(2012·新课标全国卷)根据基因工程的有关知识,回答下列问题：(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有和。(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：AATTC……GG……CTTAA为使运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)反转录作用的模板是,产物是。若要在体外获得大量反转录产物,常采用技术。(5)基因工程中除质粒外,和也可作为运载体。(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。【解题探究】(1)基因工程常用的工具包括哪些?分别起什么作用?提示：限制酶——分子手术刀,DNA连接酶——分子缝合针,运载体——分子运输车。(2)限制酶的特异性及其作用：①特异性：;②作用部位：;③末端分析：同种限制酶切出的末端(填“一定”或“可能”)相同;不同种限制酶切出的末端(填“一定”或“可能”)相同。提示：①识别并切割特定的脱氧核苷酸序列②DNA单链中两个相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键③一定可能【解析】(1)当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是黏性末端,而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时,产生的是平末端。(2)为使运载体与目的基因相连,不同的限制酶应该切出相同的黏性末端。(3)DNA连接酶根据其来源的不同分为两类,一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E·coliDNA连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4DNA连接酶。(4)反转录是指以RNA为模板在反转录酶的作用下合成DNA的过程,可以在体外短时间内大量扩增DNA的技术叫PCR(多聚酶链式反应)。(5)基因工程中可以作为运载体的除质粒外,还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(6)大肠杆菌细胞有细胞壁和细胞膜,能阻止质粒(外源DNA)等物质的进入,只能通过Ca2+处理细胞,使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(感受态细胞),才能作为受体细胞。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(3)E·coliT4(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【总结提升】与核酸有关的酶的辨析名称作用参与的生理过程及应用DNA连接酶连接DNA片段基因工程限制性核酸内切酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列名称作用参与的生理过程及应用DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸DNA复制RNA聚合酶在核糖核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录解旋酶使碱基间氢键断裂形成脱氧核苷酸链DNA复制逆(反)转录酶以RNA为模板合成DNA逆(反)转录、基因工程【变式训练】(2013·南通模拟)普通棉花中含β-甘露糖苷酶基因(GhMnaA2),能在纤维细胞中特异性表达,产生的β-甘露糖苷酶催化半纤维素降解,棉纤维长度变短。为了培育新的棉花品种,科研人员构建了反义GhMnaA2基因表达载体,利用农杆菌转化法导入棉花细胞,成功获得转基因棉花品种,具体过程如下。请分析回答：(1)①和②过程中所用的限制酶分别是、。(2)基因表达载体除了图示组成部分外,至少还有等(至少答两个)。(3)③过程中用酶切法可鉴定正、反义表达载体。用SmaⅠ酶和NotⅠ酶切正义基因表达载体获得0.05kb、3.25kb、5.95kb、9.45kb四种长度的DNA片段,则用NotⅠ酶切反义基因表达载体获得DNA片段的长度应是和。(4)④利用农杆菌介导转化棉花细胞的过程中,整合到棉花细胞染色体DNA的区段是,转化后的细胞再通过形成植物体。(5)导入细胞内的反义GhMnaA2转录的mRNA能与细胞内的GhMnaA2转录的mRNA互补配对,从而抑制基因的表达,其意义是。【解析】(1)①过程是用纤维细胞E6启动子替换质粒中花椰菜病毒启动子,二者的两端分别存在限制酶HindⅢ和BamHⅠ的酶切位点,因此①过程应使用这两种酶进行酶切;②过程中GhMnaA2基因两端和质粒中均存在SmaⅠ酶切位点,因此可用SmaⅠ进行切割。(2)基因表达载体除了含有目的基因和启动子外,还应有终止子、标记基因和复制原点等。(3)SmaⅠ酶和NotⅠ酶切正义基因表达载体的位点如图所示,则用NotⅠ酶切反义基因表达载体可得到6.0kb和12.7kb两种长度的DNA片段。(4)④利用农杆菌介导转化棉花细胞的过程中,整合到棉花细胞染色体DNA的区段是含有E6启动子和GhMnaA2基因的T-DNA,转化后的细胞再通过植物组织培养形成植物体。(5)导入细胞内的反义GhMnaA2转录的mRNA能与细胞内的GhMnaA2转录的mRNA互补配对,抑制基因的表达,使β-甘露糖苷酶不能产生,半纤维素不会降解,使棉纤维较长。答案：(1)HindⅢ、BamHⅠSmaⅠ(2)复制原点、终止子、标记基因等(3)6.0kb12.7kb(4)(含有E6启动子和GhMnaA2基因的)T-DNA植物组织培养(5)阻止β-甘露糖苷酶合成,使棉纤维更长热点考向2基因工程的操作步骤【典例2】肺细胞中的let-7基因表达减弱,癌基因RAS表达增强,会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let-7基因导入肺癌细胞实现表达增强后,发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图1。(1)进行过程①时,需要用到酶。(2)研究发现,let-7基因能影响癌基因RAS的表达,其影响机理如图2。据图分析,可从细胞中提取进行分子杂交,以直接检测1et-7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制,可能是由细胞中(填“RASmRNA”或“RAS蛋白”