2020年高考生物二轮复习专题七现代生物科技专题第1讲基因工程和细胞工程

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(含PCR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.动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)。7.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。8.实验：DNA的粗提取与鉴定。1．基因工程(1)基因工程的3种基本工具①限制性核酸内切酶：识别特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。②DNA连接酶：a.E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端；b.T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。③载体：需具备的条件包括：a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；b.有一个至多个限制酶切割位点；c.具有特殊的标记基因，以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。(2)获取目的基因的途径：①从基因文库中获取；②利用PCR技术扩增；③化学方法直接人工合成。(3)基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子及标记基因等。(4)将目的基因导入受体细胞①植物：体细胞或受精卵——常用农杆菌转化法(双子叶植物和裸子植物)、花粉管通道法、基因枪法(单子叶植物)。②动物：受精卵——显微注射技术。③微生物：细菌(常用大肠杆菌)——感受态细胞法(钙离子处理法)。(5)目的基因的检测与鉴定方法①检测目的基因是否插入转基因生物的DNA上：DNA分子杂交技术。②检测目的基因是否转录出mRNA：分子杂交技术。③检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原—抗体杂交技术。④个体生物学水平鉴定：根据表达性状判断。易混辨析①限制酶≠DNA酶≠解旋酶限制酶的作用是识别双链DNA分子上某种特定的核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开；DNA酶的作用是将DNA水解为基本组成单位；解旋酶的作用是将DNA两条链间的氢键打开形成两条单链。②DNA连接酶≠DNA聚合酶DNA连接酶能连接两个DNA片段，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。③启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA上)。2．细胞工程(1)植物组织培养①培养基的组成：大量元素、微量元素、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。②若生产人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则一般培养到愈伤组织阶段；若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。(2)植物体细胞杂交的关键①酶解法——用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。②促融剂——常用聚乙二醇。③杂种细胞的形成标志——新细胞壁的形成。④培养杂种植株的技术——植物组织培养。⑤杂种植株培育成功的原理——离体的植物细胞具有全能性。(3)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同第一次：处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞；第二次：使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。(4)原代培养与传代培养的区别区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。细胞贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理，然后再分瓶培养，让细胞继续增殖，这样的培养过程通常称为传代培养。(5)克隆动物时选择受体细胞为去核卵母细胞的原因①营养丰富；②体积大，易操作；③含有激发细胞核全能性表达的物质。1．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来()2．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用()3．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测()4．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()5．细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行()6．乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养()7．PEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合()8．用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂()答案1.√2.×3.×4.×5.×6.×7.×8×1．基因表达载体的构建过程中，使用两种识别序列不同的限制酶切割目的基因和质粒的目的是避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接。2．核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因：卵母细胞的细胞质中含有少量的遗传物质；发育过程中可能发生基因突变或染色体变异；外界环境可能引起不遗传的变异。考点一基因工程1．真核生物的cDNA文库与基因组文库文库类型cDNA文库基因组文库基因中启动子和内含子无有文库大小小大基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以2.PCR技术扩增(1)原理：DNA双链复制。(2)条件：模板DNA、引物、游离的dNTP(dCTP、dATP、dGTP、dTTP)、热稳定DNA聚合酶。(3)过程变性：90～95℃，DNA解链↓复性：55～60℃，引物与单链DNA结合↓延伸：70～75℃，在热稳定DNA聚合酶Taq酶作用下合成子链3．限制酶的选择方法(1)选择的限制酶的切点不能位于目的基因内部，也不能位于标记基因内部，否则会破坏目的基因或标记基因，上图中不能选择SmaⅠ。(2)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，同时质粒上也有其切点，如上图中可选择PstⅠ。(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如上图也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。4.蛋白质工程5．DNA的粗提取与鉴定考向一基因工程的基本流程分析1．(2019·甘肃张掖质检)请回答下列有关基因工程及其应用的问题：(1)多种限制酶、__________________及逆转录酶的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。(2)基因工程的核心步骤是________________________________________________________；重组Ti质粒载体结构中T－DNA的作用是__________________________________________________________________________________________________________________________。(3)科学家设法使烟草细胞形成微创伤，受伤部位细胞产生的乙酰丁香酮可吸引农杆菌向受伤部位集中，这时农杆菌可携带某种目的基因进入烟草细胞。获得的转基因烟草细胞通过__________________________技术最终获得转基因烟草，检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因的方法是__________________________。(4)利用__________________处理植物体细胞可得到原生质体，将目的基因导入原生质体的方法中，除题(3)所述方法外，还可采用______________________。答案(1)DNA连接酶(2)构建基因表达载体携带目的基因进入植物细胞并整合到植物细胞中染色体的DNA上(3)植物组织培养DNA分子杂交技术(4)纤维素酶和果胶酶基因枪法解析(1)切割目的基因需要用限制酶，利用反转录法获得目的基因需要用到逆转录酶，而将目的基因与载体相连需要用到DNA连接酶。(2)基因工程的核心步骤是构建基因表达载体；重组Ti质粒载体结构中T－DNA为可转移DNA，可以携带目的基因进入植物细胞并整合到植物细胞中染色体的DNA上。(3)将获得的转基因烟草细胞最终培养成转基因烟草需要用到植物组织培养技术；检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，可以采用DNA分子杂交技术。(4)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此利用纤维素酶和果胶酶处理植物体细胞可得到原生质体；将目的基因导入原生质体的方法中，除了农杆菌转化法，还有基因枪法。2．(2019·全国Ⅰ，38)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题：(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括____________________和______________。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是____________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是________________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)基因组文库cDNA文库(2)解旋酶加热至90～95℃氢键(3)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活解析(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是通过加热至90～95℃进行解旋的，二者都破坏了DNA双链分子中的氢键。(3)在PCR反应中，要加热至90～95℃，所以使用热稳定性高的Taq酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。考向二基因工程的实践应用分析3．(2019·广东珠海一模)α－抗胰蛋白酶可以治疗肺气肿等疾病。下图是科学家培育含人α－抗胰蛋白酶基因(mAAT)的转基因山羊的流程图，请据图回答下列相关问题：获取mAAT基因→构建基因表达载体→显微注射导入山羊受精卵→形成胚胎→将胚胎移入受体母羊→发育成转基因山羊(1)利用PCR技术对mAAT基因进行扩增，前提是要有一段以mAAT基因的核苷酸序列为模板合成的____________________。扩增过程中，该物质与DNA模板链的3′端结合，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)目的基因可以直接从生物体分离得到，也可以通过人工合成获取。请推测由mRNA反转录合成mAAT基因的大致过程：__________________________________________________________________________________________________________________(用文字和箭头表述)。(3)构建基因表达载体的目的是____________________________________________________________________________________________________________________________________。为了使mAAT基因只在山羊乳腺细胞中表达，需要在构建表达载体时在mAAT基因前端加上在乳腺细胞中特异性表达的__________，同时还需要有标记基因，其作用是____________________________________。(4)胚胎移植中，应选择有________________________的个体作为受体母羊，并对受体母羊进行同期发情处理。答案(1)引物DNA合成只能从3′端延伸(2)mRNA―――→逆转录酶DNA、RNA杂交双链→单链DNA――――→DNA聚合酶mAAT基因(3)使目的基因在受体细胞中稳定存在并可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用启动子为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来(4)健康体质和正常繁殖能力解析(1)利用PCR技术对mAAT基因进行扩增，前提是要有一段以mAAT基因的核苷酸序列为模板合成的引物。由于DNA合成时只能从3′端延伸，因此扩增过程中，该物质应与DNA模板链的3′端结合。(2)由mRNA反转录合成mAAT基因的大致过程：mR