高三生物复习教案2014-7_1 基因工程与细胞工程

高三生物复习教案2014-7_1 基因工程与细胞工程

‎ 2014届高考生物二轮复习专题（经典导学案）讲义：7.1 基因工程与细胞工程 第1讲基因工程与细胞工程 ‎[把握高考之“命脉”]‎ 考点扫描 考情播报 ‎1.基因工程的诞生 Ⅱ ‎1.基因工程操作工具的作用及特点 ‎2．基因工程的操作流程分析 ‎3．植物组织培养的原理、过程及应用 ‎4．动物细胞培养的原理、过程及应用 ‎5．单克隆抗体制备的过程 ‎2.基因工程的原理、技术及应用 Ⅱ ‎3.蛋白质工程 Ⅰ ‎4.植物的组织培养 Ⅱ ‎5.动物细胞培养与体细胞克隆 Ⅰ ‎6.细胞融合与单克隆抗体 Ⅱ ‎7.转基因生物的安全性 Ⅰ ‎　　　　　　　　　　　　　　基因工程及转基因技术的安全性 ‎[学前拾遗查漏]‎ ‎1．下列有关转基因技术及其安全性的叙述，不正确的是(　　)‎ A．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全和环境安全上(2013·江苏高考，15－D)‎ B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点(2011·浙江高考，6－B)‎ C．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(2011·四川高考，5－D)‎ D．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株(2010·全国卷Ⅱ， 5－B)‎ 解析：选C　DNA探针只能检测目的基因的存在与否，不能检测是否表达。‎ ‎2．(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EcoR I 切割后产生的片段如下：‎ AATTC……G ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　G……CTTAA 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA 除可用 EcoR I 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_____________________________________________________________。‎ 解析：(1)DNA 分子经限制酶切割产生的DNA 片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。(2)为使载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制酶切割产生的末端必须与EcoR Ⅰ 切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，DNA 连接酶分为 E·coli DNA 连接酶和T4 DNA 连接酶。(4)以RNA 为模板，合成 DNA ‎ 的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA 分子，可以使用PCR 技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2＋处理，使之成为能吸收周围环境中DNA 分子的感受态细胞。‎ 答案：(1)黏性末端　平末端 ‎(2)切割产生的DNA 片段末端与EcoR Ⅰ 切割产生的相同(其他合理答案也可)‎ ‎(3)大肠杆菌(E·coli)　T4‎ ‎(4)mRNA (或 RNA)　cDNA(或 DNA)　PCR ‎(5)噬菌体　动植物病毒(其他合理答案也可)‎ ‎(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的能力极弱(其他合理答案也可)‎ ‎[考点融会贯通]‎ ‎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 携带目的基因进入受体细胞 作用部位 两个核苷酸之间的磷酸二酯键 作用特点(条件)‎ ‎①识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列 ‎②在特定位点上切割 ‎①E·coli DNA 连接酶只能连接黏性末端 ‎②T4 DNA 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有多个限制酶切割位点 ‎③具有特殊的标记基因 常用类型 EcoR Ⅰ 限制酶 Sma Ⅰ 限制酶 E·coli DNA 连接酶、T4 DNA 连接酶 质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等 ‎2.基因工程的操作步骤 ‎(1)目的基因的获取途径：‎ 方法 具体操作 直接分离 从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取 人工合成 化学合成 已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板 反转录法 以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成 PCR技术扩增 目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸 ‎(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建：‎ ‎①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启动子和终止子：启动子是RNA聚合酶结合位点，启动转录；终止子是终止转录的位点。‎ ‎(3)将目的基因导入受体细胞：‎ 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 显微注射技术 感受态细胞法(用Ca2＋处理)‎ 受体细胞 受精卵、体细胞 受精卵 原核细胞 ‎(4)目的基因的检测与鉴定：‎ ‎①导入检测：DNA分子杂交技术(使用DNA探针)‎ ‎②表达检测 ‎③个体生物学水平鉴定：如对转基因作物进行抗虫或抗病等接种实验。‎ ‎[考情前沿洞察]‎ 基因工程是历年高考选修的必考内容。但考查难度较小，主要角度如下：‎ ‎(1)‎ 以示意图、流程图为载体考查基因工程的操作工具和流程 典例1‎ ‎(2)‎ 以基因工程的应用为背景，考查转基因技术的安全性问题 课堂体验T2‎ ‎[典例1]　(2013·马鞍山质检)绞股蓝细胞中含有抗烟草花叶病毒(TMV)基因，可以合成一种抗TMV蛋白，叶片对TMV具有抗感染性。烟草是重要的经济作物，由于TMV的感染会导致大幅度减产。研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV的烟草，主要流程如下图所示：‎ ‎(1)科学家首先从绞股蓝细胞中提取抗TMV基因转录的RNA，然后合成目的基因。图中①过程表示________________________________________________________________。‎ ‎(2)由图分析，在过程③构建的重组Ti质粒上应该含有的标记基因是________基因，重组Ti质粒导入烟草体细胞的常用方法是________。‎ ‎(3)在过程⑤培养基中除含有卡那霉素及植物必需的各种营养成分外，还必须添加________，以保证受体细胞能培养成再生植株。‎ ‎(4)过程⑥可采取________的方法，检测植株是否合成了抗TMV蛋白。在个体水平的鉴定过程中，可通过________的方法来确定植株是否具有抗性。‎ ‎[解题模板]‎ ‎—— ‎—— ‎——联系基因工程的操作工具和操作流程，以及植物组织培养的知识，逐小 题分析，回答问题 ‎[解析]　(1)由图可知，①表示逆转录(或反转录)。(2)由图示⑤培养基中含有卡那霉素可知Ti质粒的标记基因是卡那霉素抗性基因，将基因表达载体(重组Ti质粒)导入植物细胞中常用的方法是农杆菌转化法。(3)将受体细胞培养成再生植株需要进行植物组织培养，培养基中除含有卡那霉素及植物必需的各种营养成分外，还必须添加植物激素。(4)通过抗原—抗体杂交的方法，检测植株是否合成了抗TMV蛋白，在个体水平上，通过接种烟草花叶病毒的方法可以确定植株是否具有抗性。‎ ‎[答案]　(1)逆转录　(2)卡那霉素抗性　农杆菌转化法　(3)植物激素　(4)抗原—抗体杂交　接种烟草花叶病毒 ‎　　　　　　　　　　　　　　 克隆技术及其伦理道德问题 ‎[学前拾遗查漏]‎ ‎1．(2013·重庆高考)下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞 B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成 C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性 D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群 解析：‎ 选D　本题考查选修3细胞工程中单克隆抗体的制备，意在考查信息获取能力和知识理解应用能力。①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应B细胞(浆细胞)，A项错误；胰蛋白酶常用在动物细胞培养过程中，其作用是使组织分散成单个细胞，图示②中应使用促融剂如聚乙二醇(PEG)，B项错误；图示③为杂交瘤细胞，其同时具有浆细胞产生抗体的特性和骨髓瘤细胞无限增殖的特性，C项错误；图示④是经筛选获得的能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞，D项正确。‎ ‎2．(2013·新课标卷Ⅱ)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：‎ ‎(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，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________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为__________________________。‎ ‎(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_________________________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_____‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖，经植物组织培养得到的________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。‎ 解析：本题主要考查了植物体细胞杂交技术，意在考查识记能力和理解能力。要培育同时含有A和B的新型药用植物，可采用植物体细胞杂交技术。(1)植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁，获得具有活力的原生质体。诱导融合成功后获得的杂种细胞，经脱分化培养成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。(2)多倍体的概念：体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。由于甲与乙有性杂交的后代中分别含有甲植物和乙植物的一个染色体组，两个染色体组中的染色体互不相同，杂交后代细胞中无同源染色体，减数分裂过程中会发生联会异常，不能产生正常的生殖细胞，故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂种植物分别含有甲植物和乙植物的两个染色体组，含有同源染色体，减数分裂过程中联会正常，能产生正常的生殖细胞，故该杂种植株可育。(3)制备人工种子的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。‎ 答案：(1)纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化(或分化)　植物体细胞杂交技术　(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体(其他合理答案也可)　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(其他合理答案也可)　(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽(答对其中一个即可)‎ ‎[考点融会贯通]‎ ‎1．植物体细胞杂交与单克隆抗体的制备过程比较 步骤 植物体细胞杂交过程 单克隆抗体制备过程 第一步 原生质体的制备(酶解法)‎ 正常小鼠免疫处理 第二步 原生质体融合(物、化法)‎ 动物细胞融合(物、化、生法)‎ 第三步 杂种植株的筛选与培养 杂交瘤细胞筛选与培养 第四步 杂种植株诱导与鉴定 单克隆抗体的提纯 ‎2．植物组织培养与动物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 动物细胞培养 取材 植物幼嫩部位 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 过程 结果 获得植株个体，可以体现全能性 新的细胞，不形成个体，不体现全能性 条件 ‎①无菌 ‎②营养 ‎③适宜条件 ‎①无菌、无毒 ‎②营养，血清等 ‎③温度和pH ‎④气体环境：O2、CO2‎ 应用 ‎①植株快速繁殖 ‎②脱毒植株的培养 ‎③人工种子 ‎④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、药理学的研究 ‎[考情前沿洞察]‎ 细胞工程主要以医学实践和农业生产应用为背景材料，起点高，落点低，主要考查基本知识。考查角度主要如下：‎ ‎(1)‎ 以流程图形式考查动物细胞培养、植物组织培养的过程 典例2‎ ‎(2)‎ 借助流程图或文字描述，结合免疫等有关知识，考查单克隆抗体的制备及应用 课堂体验T6‎ ‎[典例2]　(2013·天津高考)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。‎ 据图回答下列问题：‎ ‎(1)过程①所需的酶是_____________________________________________________。‎ ‎(2)过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的________存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。‎ ‎(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是______________________。原生质体经过________再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。‎ ‎(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和________植株的根尖，通过________、________、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。‎ ‎(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有____________________。‎ ‎(6)对杂种植株进行________接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。‎ ‎[解题模板]‎ ‎——培育抗黑腐病杂种植株的方法是植物体细胞杂交 ‎——图中过程①是去除细胞壁，②是诱导原生质体融合 ‎——联系植物体细胞杂交的过程、PCR技术及观察有丝分裂的知识，综合分 析得出答案 ‎[解析]‎ ‎　本题考查植物细胞工程，染色体变异的实验鉴定以及高抗性的杂种植株的筛选等相关知识。(1)去除细胞壁获得原生质体需要用纤维素酶和果胶酶处理。(2)叶肉细胞含有叶绿体，因此通过PEG诱导融合的杂种细胞应含有叶绿体，以此作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原生质体失去了细胞壁的保护作用，因此原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇，使原生质体处于等渗溶液中，以维持原生质体正常形态。原生质体经过细胞壁再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)要判断染色体变异的类型，应剪取再生植株、花椰菜和黑芥植株的根尖，通过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片，然后进行显微观察比较染色体的形态和数目。(5)根据两亲本的差异性条带，可知再生植株1、2和4既有花椰菜的条带，又有黑芥的条带，因此再生植株1、2和4一定为杂种植株。(6)要筛选出高抗性的杂种植株，应进行相应的病原体接种实验，即接种黑腐病菌。‎ ‎[答案]　(1)纤维素酶和果胶酶　(2)叶绿体　(3)保持原生质体完整性　细胞壁　(4)双亲(或花椰菜和黑芥)　解离　漂洗　(5)1、2、4　(6)黑腐病菌 ‎1．(2013·广东高考)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)‎ A．合成编码目的肽的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体 C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 解析：选C　该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均很强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。‎ ‎2．(2013·江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是(　　)‎ A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度 B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害 C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提 D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上 解析：选B　我国农业部颁布了《农业转基因生物标识管理办法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，以方便消费者自主选择。但并非国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，A项正确、B项错误；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在转基因食物的安全性和转基因生物对环境安全的影响上，这些可以通过风险评估、预警跟踪和风险管理等措施得以解决的，C、D项正确。‎ ‎3．(2013·江苏高考)某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(　　)‎ A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 解析：‎ 选B　利用扦插、嫁接的方法也能快速繁殖，且保持亲代的优良性状，A、C项正确；花粉粒为雄配子，其离体培养可获得单倍体幼苗，但获得的单倍体植株是高度不育的，由于在减数分裂过程中等位基因分离，因此其单倍体植株不一定能保持亲代的优良性状，B项错误；用植物的体细胞进行植物组织培养，可快速繁殖且保持亲本优良性状，D项正确。‎ ‎4．(2013·重庆高考)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述，错误的是(　　)‎ A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害 B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞 C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控 D．生根时，培养基通常应含α萘乙酸等生长素类调节剂 解析：选B　植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害，A项正确；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞，B项错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，C项正确；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂，D项正确。‎ ‎5．(2013·浙江高考)实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　)‎ A．甲过程需要对实验小鼠进行消毒 ‎ B．乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化 ‎ C．丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型 ‎ D．丁过程得到的细胞具有异质性 解析：选C　图示甲过程是进行动物细胞培养的第一步——获取动物组织，为了避免杂菌的污染，应进行消毒处理，选项A正确；乙过程为获取单个动物细胞，可用胰蛋白酶消化，选项B正确；丙过程得到的细胞系通常为有限细胞系，遗传物质和染色体数未发生变化，大多数不具有异倍体核型，故选项C错误；未经克隆化的细胞系具有异质性，选项D正确。‎ ‎6．(2013·海南高考)单纯疱疹病毒I 型(HSVI)可引起水泡性口唇炎。利用杂交瘤技术制备出抗HSV1 的单克隆抗体可快速检测HSVI。回答下列问题：‎ ‎(1)在制备抗HSV1 的单克隆抗体的过程中，先给小鼠注射一种纯化的HSV1 蛋白，一段时间后，若小鼠血清中抗________的抗体检测呈阳性，说明小鼠体内产生了________反应，再从小鼠的________中获取B 淋巴细胞。将该B 淋巴细胞与小鼠的________细胞融合，再经过筛选、检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞，该细胞具有的特点是___________________。‎ ‎(2)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体，可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的________中使其增殖，再从______中提取、纯化获得。‎ ‎(3)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种HSVI 蛋白，其原因是该抗体具有________和________等特性。‎ 解析：(1)单克隆抗体制备的第一步是免疫处理；先给小鼠注射一种纯化的HSV1 蛋白，一段时间后，若小鼠血清中抗HSV1 蛋白的抗体检测呈阳性，说明小鼠体内产生了体液免疫反应。第二步制备杂交瘤细胞：从小鼠的淋巴器官中(如脾、骨髓、扁桃体、胸腺等)获取B 淋巴细胞，与小鼠的骨髓瘤细胞融合，再经过筛选检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生专一性抗体。‎ ‎(2)若想获得大量单克隆抗体，通常有两种方法：一是将杂交瘤细胞培养在动物细胞培养液中，然后从动物细胞培养液中分离出单克隆抗体；二则是将杂交瘤细胞注射到小鼠的腹腔中使其增殖，然后从小鼠的腹水中提取纯化获得。‎ ‎(3)单克隆抗体具有特异性强，灵敏度高的特点。‎ 答案：(1)HSV1蛋白　体液免疫　脾脏　骨髓瘤　能无限增殖且可产生专一抗体 ‎(2)腹腔　腹水 ‎(3)灵敏度高　特异性强