【生物】2019届一轮复习人教版基因工程、细胞工程、胚胎工程的解题策略教案

【生物】2019届一轮复习人教版基因工程、细胞工程、胚胎工程的解题策略教案

第47讲　高考必考题突破讲座(十)‎ 基因工程、细胞工程、胚胎工程的解题策略 考纲要求 考情分析 命题趋势 基因工程的题目多与胚胎工程、微生物的培养、克隆技术、植物组织培养等内容联系起来，综合考查学生解决实际问题的能力 细胞工程的题目多是结合过程图来考查植物组织培养的过程、植物体细胞杂交的过程特点，也有些只是简单的填空 胚胎工程题目多与基因工程、克隆技术联系起来，综合考查学生解决实际问题的能力，主要是流程图，要求考生识记填空 ‎2017，全国卷Ⅱ，38T ‎2016，江苏卷，33T ‎2016，全国卷Ⅰ，40T ‎2016，全国卷Ⅱ，40T ‎2016，全国卷Ⅲ，40T ‎2016，天津卷，7T 选修3的前三个专题是高考命题的重点 基因工程多以最新基因工程研究成果为载体考查基因工程的工具与操作程序 细胞工程一般以工农业生产、畜牧业生产和医学实践中的具体事例为背景，考查植物组织培养与动物细胞培养的不同、植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同以及单克隆抗体的制备过程 胚胎工程可能在胚胎干细胞的应用、胚胎分割和胚胎移植技术的应用、生物技术中的伦理问题等方面进行综合性命题 分值：9～15分 ‎1．技术流程示意图 ‎(1)基因工程 ‎(2)植物组织培养 ‎(3)植物体细胞杂交 ‎(4)基因工程与克隆技术综合(含细胞工程与胚胎工程)‎ ‎(5)胚胎工程的操作流程 解题方法 ‎1．实例识记法：对于以上每一项技术可结合一个实例，如基因工程可结合抗虫棉的培育作实例理解并建立知识联系，将基因工程的操作工具、特点、流程步骤及各步骤的目的等联系在一起。‎ ‎2．归纳总结法：将常考点归纳整理在一起，将这些流程图一般化，使其可以应对不同材料背景的变化。‎ ‎3．比较分析法：将有联系、有相似性的知识进行比较、总结在一起，例如植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较整理。‎ 解题步骤 ‎1．阅读题干，读懂图形，初步判断是单一的基因工程、细胞工程还是胚胎工程，或者是几种技术的综合。‎ ‎2．如果是基因工程的内容，基本辨别出目的基因的获取，基因表达载体的构建，‎ 将目的基因送入受体细胞，目的基因的检测与鉴定等。如果是细胞工程或胚胎工程，需大致了解考查的是什么。‎ ‎3．分析流程中的每一步骤及示意图的含义及其文字说明。‎ ‎4．从问题中获取信息，帮助解题。‎ 规范解答 ‎1．文字叙述的题目要规范答题，防止表述不准确。选修3的本讲内容一般考查的都是一些生物学术语和名词。例如：‎ 基因工程：限制酶、DNA连接酶、运载体、黏性末端、目的基因、构建基因表达载体、启动子、终止子、标记基因、抗原—抗体杂交等。‎ ‎2．还有一些题目是要求填写原因的，有的已在许多高考题中形成了固定格式语言，有的在教材中有“因为……所以……”的总结。例如：‎ ‎(1)用两种不同的限制酶处理目的基因的优点是：防止目的基因自身环化，使目的基因按顺序接入质粒切口处。‎ ‎(2)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？这样的问题教材中都有原文回答。‎ 答：若不均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。‎ 角度一►　基因工程的基本概念和操作步骤的考查 ‎1．目的基因的获取 ‎(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。‎ ‎(2)方法 ‎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，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。‎ ‎(2)基因表达载体的组成 ‎3．将目的基因导入受体细胞 ‎(1)导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法。‎ ‎(2)导入动物细胞：显微注射法。‎ ‎(3)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 ‎(1)插入检测：DNA分子杂交。‎ ‎(2)转录检测：DNA—RNA分子杂交。‎ ‎(3)翻译检测：抗原—抗体杂交。‎ ‎(4)个体水平检测：抗性接种实验。‎ 角度二►　细胞工程中各流程比较 一、植物组织培养 ‎1．理论基础：植物细胞的全能性。‎ ‎2．操作流程：‎ ‎(1)离体的器官、组织或细胞常称为外植体。‎ ‎(2)a过程为脱分化，b过程为再分化，A表示愈伤组织，B表示丛芽或胚状体。‎ 二、植物体细胞杂交的过程 植物细胞A、B ‎↓纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁 原生质体A、B ‎↓‎ 融合的原生质体 ‎↓再生出细胞壁(融合成功的标志)‎ 杂种细胞愈伤组织胚状体或丛芽杂种植株 三、动物细胞培养 取动物组织块 ‎↓ 配制细胞悬液 ‎↓‎ 原代培养：具有贴壁生长和接触抑制的特点 ‎↓‎ 传代培养 四、核移植及相关问题 ‎1．核移植过程(以克隆高产奶牛为例)‎ ‎2．选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富，并且含有促进核全能性表达的物质。‎ 五、单克隆抗体的制备 ‎1．过程 　‎ 单克隆抗体 ‎2．制备单克隆抗体过程中的两次筛选 筛选的对象 方法 第一次筛选 杂交瘤细胞 利用特定的选择培养基：在该培养基中只有杂交瘤细胞存活、其他细胞(未融合的B细胞和瘤细胞、融合后的B—B细胞和瘤—瘤细胞)均不能存活 第二次筛选 能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 利用特定抗原通过抗原—抗体杂交技术确认抗体性质 ‎[例1] (2015·江苏卷)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：‎ ‎(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是__终止子__。‎ ‎(2)图1中启动子是__RNA聚合__酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是__作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来__。‎ ‎(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有__限制酶和DNA连接酶__。‎ ‎(4)β半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于__防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解__。‎ ‎(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且β半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为__β半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸__。‎ ‎(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是__至少2个__，理由是__两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸的R基中可能还含有游离的氨基__。‎ 解析　(1)基因表达载体包括复制原点、启动子、终止子、标记基因和目的基因，图1基因表达载体缺少终止子。(2)由图1可知，氨苄青霉素抗性基因是标记基因，能够将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(4)将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，可防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解。(5)由于β半乳糖苷酶中含有多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸，所以用溴化氰处理相应的融合蛋白，可获得完整的A链或B链，β半乳糖苷酶被切成多个肽段。(6)由于胰岛素共有两条肽链，每条肽链的一端各有一个游离的氨基和羧基，而肽链中氨基酸的R基可能还含有游离的氨基，因此每个胰岛素分子至少含有2个游离的氨基。‎ ‎1．(2017·北京卷)为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。‎ 下列操作与实验目的不符的是(　C　)‎ A．用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒 B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上 解析　目的基因C和质粒都有可被EcoRⅠ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A项正确；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B项正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C项错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D项正确。‎ 课时达标　第47讲 ‎1．[高考题汇编]基因工程的操作工具和基本程序。判断下列说法的正误。‎ ‎(1)(重庆卷·6)启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。(　×　)‎ ‎(2)(重庆卷·6)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。(　×　)‎ ‎(3)(重庆卷·6)表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。(　×　)‎ ‎(4)(广东卷·25)培育转基因山羊生产人β酪蛋白时，可从人cDNA文库中获得人β酪蛋白基因。(　√　)‎ ‎(5)(重庆卷·4)转基因植株只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异。(　√　)‎ ‎(6)(重庆卷·4)含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒就整合到受体植物细胞的染色体上。(　×　)‎ ‎(7)(安徽卷·6)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(　×　)‎ ‎(8)(安徽卷·6)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。(　×　)‎ ‎2．[试题节选]基因工程的操作工具。‎ ‎(1)(全国卷Ⅱ·40题节选)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有__能够自我复制、具有标记基因、具有一个或多个限制酶切割位点__(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)(全国卷Ⅱ·40题节选)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__受体细胞__。‎ ‎(3)(全国卷Ⅲ·40题节选)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有__E·coli_DNA_连接酶__和__T4_DNA_连接酶__，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是__T4_DNA连接酶__。‎ ‎(4)形成重组质粒需要的工具酶是__限制酶和DNA连接酶__，这两种酶作用的化学键均为__磷酸二酯键__。‎ ‎(5)运载体质粒可以是来自大肠杆菌细胞内的质粒，它的化学本质是__小型环状DNA__，标记基因的作用是__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受体细胞筛选出来__。‎ ‎(6)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生__平__末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生__相同__(填“相同”或“不同”)黏性末端的限制酶。‎ ‎3．[试题节选]基因工程的基本程序。‎ ‎(1)(海南卷·31题节选)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即__人工合成__和从__生物材料__中分离。‎ ‎(2)(海南卷·31题节选)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__cDNA文库中只含有该叶片细胞已转录(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)(海南卷·31题节选)在基因表达载体中，启动子是__RNA__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__大肠杆菌(或细菌)__。‎ ‎(4)(全国卷Ⅰ·40题节选)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的__RNA__，以其作为模板，在__逆转录酶__的作用下合成__cDNA(或DNA)__，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。‎ ‎(5)(海南卷·31题节选)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__引物__、__模板DNA__、4种脱氧核苷酸和耐热的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。‎ ‎(6)(海南卷·31题节选改编)由目的基因和运载体质粒拼接形成的环状质粒通常称为__重组DNA(其他合理答案也给分)__。‎ ‎(7)基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括启动子、__目的基因__、__标记基因__、__终止子(顺序可颠倒)__。启动子位于基因的__首端__，有了它才可以驱动基因转录。‎ ‎(8)制备基因疫苗的基因可以从基因文库中获取，基因文库实际上是含有某种生物不同基因的许多DNA片段的__受体菌__群体。‎ ‎(9)检测转基因高产奶牛体内是否出现口蹄疫病毒的抗原蛋白，在分子水平上的检测方法是__抗原—抗体杂交__。‎ ‎(10)若要大量获得目的基因，可使用__PCR技术__扩增白蛋白基因，最终构建的重组表达载体包括目的基因、启动子、终止子和__标记基因__、复制原点等部分。‎ ‎(11)我国拥有自主知识产权的抗虫棉，是将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因导入到棉花的叶肉细胞中培育而成。在该基因工程中，Bt毒蛋白基因属于__目的基因__，离体棉花叶肉细胞属于__受体细胞__。Bt毒蛋白基因可从基因组文库中获取，也可从cDNA文库中获取，含有基因中启动子的文库是__基因组__文库。获取的Bt 毒蛋白基因需要与载体结合构建基因表达载体。在基因工程中使用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、__动植物病毒__等，其中质粒的化学成分是__DNA__。科学家最初做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉铃虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明Bt毒蛋白基因__没有成功表达__。‎ ‎(12)在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有使其能在牛的乳腺细胞中特异性表达的__乳腺蛋白基因的启动子__，人生长激素基因在人体和牛体内出现相同表达结果的原因是__所有生物共用一套遗传密码__。从分子水平检测转基因牛是否培育成功的方法是__抗原—抗体杂交法__。‎ ‎(13)基因工程的核心是__基因表达载体的构建__。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是__农杆菌转化法__，将目的基因导入动物细胞最有效的方法是__显微注射法__。‎ ‎(14)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是__驱动胰岛素基因转录出mRNA__。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用__CaCl2溶液(或Ca2＋)__处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为__分子杂交技术__。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成__蛋白质__，常用抗原—抗体杂交技术。‎ ‎(15)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的__TDNA__中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的__染色体DNA__上。‎ ‎(16)通过逆转录获取目的基因时，不同于翻译过程的碱基配对方式是__A—T__(请将模板碱基写在前)；利用PCR技术扩增目的基因，需要用的DNA聚合酶应具备的特点是__耐高温__。‎ ‎4．[试题节选]细胞工程。‎ ‎(1)(全国卷Ⅱ·40题节选)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__卵母细胞细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响__。与克隆羊“多莉(利)”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了__已经分化的动物体细胞核具有全能性__。‎ ‎(2)(天津卷·7题节选)诱导植物细胞融合前需用纤维素酶处理，其目的是获得__原生质体__。‎ ‎(3)为了培育某新型药用植物，可取植物甲和乙的叶片，先用__纤维素__酶和__果胶__酶去除细胞壁，获得具有活力的__原生质体__，再用化学诱导剂诱导二者融合，形成的融合细胞进一步培养形成__愈伤__组织，然后经过__再分化(或分化)__形成完整的杂种植株。这种培育技术称为__植物体细胞杂交技术__。‎ ‎(4)在体外大量扩增T细胞时，为了防止悬浮液中的细胞之间出现接触抑制现象，常用__‎ 胰蛋白酶__进行处理。进行细胞培养时，通入的空气通常要加5%的二氧化碳，其目的是__维持培养液的pH__，为防止污染，培养液中应添加一定量的__抗生素__。‎ ‎(5)动物体细胞核移植一般利用去核后的卵细胞作为受体，而不用去核的体细胞，主要原因是__卵细胞大易操作，且体细胞核在卵细胞的细胞质中才能表达出全能性__。‎ ‎(6)由A细胞与B细胞得到C杂交细胞的过程中，常用的物理方法是__离心、振动、电激__，融合完成的标志是__产生新细胞壁__。‎ ‎5．[试题节选] 胚胎工程。‎ ‎(1)采集卵母细胞时，一般用__促性腺激素__对供体做超数排卵处理。若从已屠宰母羊的卵巢中采集卵母细胞，应将其置于与母体__输卵管__相似的环境中进行培养，待卵母细胞发育至__减数第二次分裂中期__时，才具备与精子受精的能力。为了获得更多的转基因羊，通常选择发育良好、形态正常的__桑椹胚或囊胚__进行分割移植。‎ ‎(2)冲卵实质上是用特定装置，将供体母牛子宫内的__胚胎__冲洗出来。动物的早期胚胎移植到同种且__生理状态__与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜功能特性具有__选择透过性__。‎ ‎(3)胚胎干细胞在功能上具有__全能性__。ES细胞在__饲养层细胞__或__添加抑制因子培养液__中能维持不分化状态。老年痴呆是由于某些神经细胞功能退化，则可通过__诱导ES细胞定向分化__来及时修补进行防治。‎ ‎(4)移植人兽胚胎，应选择__桑椹胚或囊胚阶段__的胚胎，子宫对外来胚胎不会发生__免疫排斥反应__，这为胚胎在受体内存活提供可能，同时他们之间还可以建立正常的生理和组织联系。培养早期胚胎的培养液成分一般比较复杂，除无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以外，还要添加__动物血清__等天然成分，培养箱中二氧化碳的主要作用是__维持培养液的pH__。‎ ‎(5)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至囊胚期的__内细胞团__或胎儿的__原始性腺细胞__中分离得到的一类细胞。‎ ‎(6)哺乳动物体内受精卵的发育规律是实现胚胎工程的理论基础。获能后的精子进入卵子过程中，防止多精入卵发生的生理反应先后为__透明带反应__、__卵细胞膜反应__。‎