專題十現代生物科技專題,考綱要求1.簡述基因工程的誕生。2.簡述基因工程的原理及技術(含PCR技術)。3.舉例說明基因工程的應用。4.DNA的粗提取。5.簡述蛋白質工程。6.簡述植物的組織培養。7.簡述動物的細胞培養與體細胞克隆。8.舉例說明細胞融合與單克隆抗體。9.簡述動物胚胎發育的基本過程與胚胎工程基本技術。10.關注轉基因生物的安全性問題。11.舉例說出生物武器對人類的威脅。12.討論生物技術中的倫理問題。,知識主線思維串聯,DNA連接酶,基因表達載體的構建,基因,細胞的全能性、細胞膜的流動性,細胞增殖,動物細胞核的全能性,給小鼠注射抗原,產生專一抗體的雜交瘤細胞,輸卵管和子宮,桑椹胚、囊胚,培養法和化學誘導法,早期胚胎或原始性腺,具有發育的全能性,環境,1.基因工程的3種基本工具,微專題1基因工程,2.基因工程的操作流程(1)獲取目的基因的3種途徑,提醒：從cDNA文庫獲取的目的基因不含啟動子和終止子。利用乳腺生物反應器生產藥物時，應將目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子連接到一起。,(2)基因表達載體的構建重組質粒的構建,提醒：基因工程中的載體與細胞膜上的載體不同。啟動子、終止子a.啟動子(DNA片段)起始密碼子(位于mRNA上)。b.終止子(DNA片段)終止密碼子(位于mRNA上)。目的基因插入位置：啟動子與終止子之間。,(3)將目的基因導入受體細胞,(4)目的基因的檢測與鑒定,3.轉基因生物的三大安全性問題(1)_安全：滯后效應、過敏原、營養成分改變等。(2)_安全：對生物_的影響等。(3)環境安全：對生態系統_的影響等。,食物,生物,多樣性,穩定性,4.蛋白質工程,基因合成,新的,蛋白質,蛋白質結構,脫氧核,苷酸序列,題型一工具酶的應用1.下圖是表達新基因用的質粒的示意圖，若要將目的基因插入到質粒上的A處，則切割基因時可用的是(),A.HindB.EcoRC.EcoBD.Pst解析A處有3處(BamH、EcoB、Cla)限制酶的切點，結合題中選項可知，只有使用EcoB限制酶切割時，才能讓目的基因插入到A處。答案C,2.嗜熱土壤芽胞桿菌產生的葡萄糖苷酶(BglB)是一種耐熱纖維素酶。為使其在工業生產中更好地應用，開展了以下試驗。如圖為質粒限制酶酶切圖譜，下表為幾種限制酶的識別序列及酶切位點。請回答下列問題：,(1)通常情況下，獲得的目的基因需要進行擴增，最簡便的方法是_技術。(2)分析上圖，可選擇_和_兩種不同的限制酶切割質粒，以防止質粒自身環化。質粒被切割后，可用_將其與目的基因連接。在動物基因工程中將目的基因導入受體細胞時通常的方法是_。(3)大腸桿菌不能降解纖維素，但轉入上述建構好的表達載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因為_。,(4)蛋白質工程是第二代基因工程，它的基本途徑是：從預期的蛋白質功能出發_找到相對應的脫氧核苷酸序列。答案(1)PCR(2)NdeBamHDNA連接酶顯微注射法(3)轉基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶(4)設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列,題型二基因工程的應用及蛋白質工程3.(2020無錫模擬)（多選）下列關于基因工程的敘述，錯誤的是()A.構建表達載體時需要在目的基因前加上起始密碼子B.農桿菌轉化法可以將目的基因隨機插入受體細胞的染色體DNA上C.標記基因中不能有限制酶的識別位點以防止其被破壞而失去作用D.導入人胰島素基因的大腸桿菌可直接生產出有活性的人胰島素,解析構建基因表達載體時需要在目的基因前加上啟動子；農桿菌的Ti質粒的TDNA可轉移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體DNA上，依據農桿菌的這一特點，采用農桿菌轉化法，將目的基因插入Ti質粒的TDNA上，可以將目的基因隨機插入受體細胞的染色體DNA上；標記基因中可以有限制酶的識別位點，為了防止標記基因被破壞而失去作用，在構建基因表達載體時，使用的限制酶應該不具有識別標記基因中的限制酶的識別位點的能力；導入人胰島素基因的大腸桿菌，因沒有內質網和高爾基體，不能對胰島素進行加工，所以不能直接生產出有活性的人胰島素。答案ACD,4.(2020山東省等級考試模擬，25)基因定點整合可替換特定基因，該技術可用于單基因遺傳病的治療。苯丙酮尿癥是由PKU基因突變引起的，將正常PKU基因定點整合到PKU基因突變的小鼠胚胎干細胞的染色體DNA上，替換突變基因，可用來研究該病的基因治療過程。定點整合的過程是：從染色體DNA上突變PKU基因兩側各選擇一段DNA序列HB1和HB2，根據其堿基序列分別合成HB1和HB2，再將兩者分別與基因HSVtk1、HSVtk2連接，中間插入正常PKU基因和標記基因neor，構建出如圖所示的重組載體。重組載體和染色體DNA中的HB1和HB2序列發生交換，導致兩者之間區域發生互換，如圖所示。,(1)構建重組載體時，常用的工具酶有_。該實驗用小鼠胚胎干細胞作為PKU基因的受體細胞以培育出轉基因小鼠，除了胚胎干細胞能大量增殖外，還因為胚胎干細胞_。(2)為獲得小鼠的胚胎干細胞，可將小鼠囊胚中的_取出，并用_處理使其分散成單個細胞進行培養，培養過程中大部分細胞會貼附在培養瓶的表面生長，這種現象稱為_。,(3)用圖中重組載體轉化胚胎干細胞時，會出現PKU基因錯誤整合。錯誤整合時，載體的兩個HSVtk中至少會有一個與neor一起整合到染色體DNA上。已知含有neor的細胞具有G418的抗性，HSVtk1、HSVtk2的產物都能把DHPG轉化成有毒物質而使細胞死亡。轉化后的胚胎干細胞依次在含有G418及同時含有G418和DHPG的培養液中進行培養，在雙重選擇下存活下來的是_的胚胎干細胞，理由是_。(4)將篩選得到的胚胎干細胞培育成小鼠，從個體生物學水平檢測，若小鼠_，說明PKU基因成功表達。,解析(1)重組載體的構建，需要用到限制酶切出相同的黏性末端，然后用DNA連接酶進行連接；選用小鼠胚胎干細胞作為PKU基因的受體細胞以培育出轉基因小鼠，因為胚胎干細胞的增殖分化能力強，全能性高。(2)小鼠囊胚的內細胞團細胞可以經培養獲得胚胎干細胞，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶能夠分解細胞之間的蛋白質，將細胞分散開，培養過程中細胞貼附在培養瓶的表面生長的現象成為貼壁生長。(3)由題干可知，含有neor的細胞具有G418的抗性，HSVtk1、HSVtk2的產物都能把DHPG轉化成有毒物質而使細胞死亡，因此不含neor的細胞在含有G418溶液中不能存活，含有HSVtk1、HSVtk2的細胞在DHPG的培養液中培養時，會把DNPG轉化為有毒物質使胚胎干細胞死亡。(4)篩選得到的胚胎干細胞培育成小鼠將不會患苯丙酮尿癥，從個體水平上看是否患苯丙酮尿癥即可檢測。,答案(1)限制酶和DNA連接酶全能性強(2)內細胞團胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)貼壁生長(3)PKU基因正確整合(或PKU基因定點整合)在含有G418的培養液中培養時，不含neor的細胞全部死亡，含有PKU基因的細胞可以存活下來；在含有G418和DHPG的培養液中培養時，錯誤整合的細胞因含HSVtk而死亡(4)不患苯丙酮尿癥,1.PCR相關技術原理與條件,微專題2PCR技術及DNA的粗提取與鑒定,2.PCR的反應過程及結果,3.DNA的粗提取與鑒定,0.14mol/L,酒精,二苯胺,藍色,1.(2019常州一模)利用PCR技術擴增目的基因，其原理與細胞內DNA復制類似(如圖所示)。圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎。下列敘述錯誤的有(),A.用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列B.設計引物時需要避免引物之間形成堿基互補配對而造成引物自連C.退火溫度過高可能導致PCR反應得不到任何擴增產物D.第四輪循環產物中同時含有引物A和引物B的DNA片段所占的比例為15/16,解析PCR是一項在生物體外復制特定的DNA分子片段的技術，其前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，不需要知道其全部序列就可擴增；PCR過程中需要兩種引物分子，不同引物能靠堿基互補配對而形成(部分)雙鏈的話會造成引物不能同模板DNA結合，也就不能發生進一步的鏈式反應，這一點需要避免；若退火溫度過高，則引物與模板DNA無法形成部分雙鏈，PCR也就不能發生；由圖可知，由原來的每條母鏈為模板合成的兩個新DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子鏈為模板合成新DNA分子時，兩種引物都含有，故第四輪循環共產生16個DNA分子，其中2分子DNA只含有1種引物，因此同時含有A和B引物的DNA分子是14個，占14/16。答案D,2.(2019全國卷，38)基因工程中可以通過PCR技術擴增目的基因。回答下列問題。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫中獲得。基因文庫包括_和_。(2)生物體細胞內的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是_。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是_。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的_。(3)目前在PCR反應中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是_。,解析(1)基因文庫包括基因組文庫和cDNA文庫。(2)生物體細胞內DNA復制開始時是利用解旋酶進行解旋的，而在體外利用PCR技術擴增目的基因時，則是通過加熱至9095進行解旋的，二者都破壞了堿基對之間的氫鍵。(3)在PCR過程中，要加熱至9095，所以使用熱穩定性高的Taq酶，而不使用在高溫下會失活的大腸桿菌DNA聚合酶。答案(1)基因組文庫cDNA文庫(2)解旋酶加熱至9095氫鍵(3)Taq酶熱穩定性高，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活,1.把握細胞工程六大技術原理,微專題3細胞工程,細胞的全能性,動物細胞核的全能性,流動性,2.植物組織培養過程(1)植物組織培養的2個關鍵,提醒：固體培養基組成：無機營養、有機營養、激素、瓊脂。植物組織培養中添加蔗糖的目的是提供營養和調節滲透壓。,細胞分裂素,固體,(2)針對三類目標(試管苗、人工種子、細胞產物)的培養流程,3.植物體細胞雜交技術(1)細胞壁酶解方法：用_處理。(2)促融方法：物理法：離心、振動、電激等；化學法：聚乙二醇(PEG)。,(3)概念：植物體細胞雜交就是將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成,雜種細胞,，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。,不管是染色體數、基因型還是染色體組數都采用直接相加的方法。,(4)雜種細胞的形成標志新細胞壁的形成。(5)培養雜種植株的技術植物組織培養。,纖維素酶和果膠酶,4.動物細胞培養,提醒：動物細胞培養中兩次使用胰蛋白酶：第一次：處理剪碎的組織，使其分散成單個細胞。第二次：使貼壁生長的細胞從瓶壁上脫落下來。,傳代細胞的特點傳代培養到10代以內的細胞核型穩定，1050代時部分細胞核型可能發生變化，50代以后遺傳物質可能發生變化。避免雜菌污染的措施：培養液及培養用具滅菌處理，加入一定量的抗生素，定期更換培養液。區分原代培養和傳代培養的關鍵是是否分瓶培養。,5.理清動物體細胞核移植,提醒：(1)選擇受體細胞為去核卵母細胞的原因營養豐富；體積大，易操作；含有激發細胞核全能性表達的物質。(2)核移植獲得的克隆動物與提供細胞核的親本性狀可能不同的三個原因：克隆動物遺傳物質來自兩個親本。發育過程中可能發生基因突變或染色體變異。外界環境可能引起不可遺傳的變異。,6.單克隆抗體的制備,題型一植物細胞工程1.(2020山東省等級考試模擬，14)下列關于單克隆抗體制備的說法，正確的是()A.將特定抗原注射到小鼠體內，可以從小鼠血清中獲得單克隆抗體B.經特定抗原免疫過的B淋巴細胞在體外培養時可分泌單克隆抗體C.誘導B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合后，發生融合的細胞均為雜交瘤細胞D.篩選出雜交瘤細胞后，需利用特定抗原再次篩選分泌單克隆抗體的細胞,解析將特定抗原注射到小鼠體內，小鼠的漿細胞會針對該抗原合成特異性抗體，但血清中存在多種抗體，A錯誤；經特定抗原免疫過的B淋巴細胞不能無限增殖，在體外培養不能得到大量的單一抗體，B錯誤；誘導B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合，會產生BB融合細胞，B骨髓瘤融合細胞和骨髓瘤骨髓瘤融合細胞，C錯誤；由于提取的B淋巴細胞有多種，因此篩選岀雜交瘤細胞后，需利用特定抗原再次篩選分泌特定單克隆抗體的細胞，D正確。答案D,2.(2019全國卷，38)植物組織培養技術在科學研究和生產實踐中得到了廣泛的應用?；卮鹣铝袉栴}。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一種途徑。與常規的種子繁殖方法相比，這種微型繁殖技術的特點有_(答出2點即可)。,(2)通過組織培養技術，可把植物組織細胞培養成胚狀體，再通過人工種皮(人工薄膜)包裝得到人工種子(如圖所示)，這種人工種子在適宜條件下可萌發生長。人工種皮具備透氣性的作用是_。人工胚乳能夠為胚狀體生長提供所需的物質，因此應含有植物激素、_和_等幾類物質。,(3)用脫毒苗進行繁殖，可以減少作物感染病毒。為了獲得脫毒苗，可以選取植物的_進行組織培養。(4)植物組織培養技術可與基因工程技術相結合獲得轉基因植株。將含有目的基因的細胞培養成一個完整植株的基本程序是_(用流程圖表示)。,解析(1)與常規的種子繁殖方法相比，植物微型繁殖技術具有能保持植物原有的遺傳特性、繁殖速度快等特點。(2)人工種皮具有透氣性，有利于胚狀體進行呼吸作用；人工胚乳能夠為胚狀體生長提供植物激素、礦質元素和糖等物質。(3)植物分生區附近的病毒極少，甚至無病毒。為獲得脫毒苗，可以選取植物的莖尖進行組織培養。(4)將含有目的基因的細胞培養成一個完整植株的基本程序是含目的基因的細胞愈傷組織小植株。答案(1)能保持植物原有的遺傳特性，繁殖速度快(2)有利于胚狀體進行呼吸作用礦質元素糖(3)莖尖,題型二動物細胞工程3.(2019泰州一模)單克隆抗體可抑制病毒對宿主細胞的侵染。下列關于單抗制備的相關敘述中，錯誤的是()A.為提高單抗制備成功率，往往需要多次給實驗動物注射同一種抗原B.給實驗動物注射抗原后，相應抗體檢測呈陽性說明發生了體液免疫C.單抗的制備過程中需用到DNA分子雜交技術和抗原抗體雜交技術D.動物體內存在很多種漿細胞，每種漿細胞只能產生一種抗體,解析為提高單抗制備成功率，往往需要多次給實驗動物注射同一種抗原；抗體是體液免疫產生，給實驗動物注射抗原后，相應抗體檢測呈陽性，說明發生了體液免疫；基因工程中需用到DNA分子雜交技術和抗原抗體雜交技術而單抗的制備過程中，用不到DNA分子雜交。答案C,4.(2019豫南九校聯考)如圖分別是單克隆抗體制備過程和克隆羊培育過程示意圖，請據圖回答下列問題：,(1)圖甲和圖乙所示的過程中，均用到的動物細胞工程技術是_。(2)圖甲中過程動物細胞融合技術是指_，該過程中常用的誘導因素有聚乙二醇、_。(3)克隆羊的性狀與白面綿羊不完全相同，其主要原因是(不考慮環境因素影響)：_。,(4)圖乙過程的技術具有多方面的用途。在畜牧生產中，利用體細胞克隆技術可以加速家畜遺傳改良的進程，促進優良畜群繁育；在保護瀕危物種方面，可望利用體細胞核移植技術增加這些動物的存活數量。請你列舉一例說明該技術在醫藥衛生領域的應用：_。(5)在制備單克隆抗體的過程中，進行了兩次篩選，其目的分別是_。,解析(1)圖甲和圖乙所示的過程中，都會用到的動物細胞工程技術是動物細胞培養技術。(2)圖甲中過程稱為動物細胞融合技術(或細胞雜交)，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。此過程中常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒和電激等。(3)克隆羊的性狀并不完全像白面綿羊，因為卵母細胞細胞質的遺傳物質也能控制某些性狀。(4)體細胞核移植技術的應用：在畜牧生產中，利用體細胞克隆技術可以加速家畜遺傳改良的進程，促進優良畜群繁育；在保護瀕危物種方面，可望利用體細胞核移植技術增加這些動物的存活數量。在醫藥衛生領域，轉基因克隆動物可以作為生物反應器，生產許多珍貴的醫用蛋白；在治療人類疾,病時，轉基因克隆動物細胞、組織和器官可以作為異種移植的供體；人的核移植胚胎干細胞經過誘導分化，形成相應的組織、器官后，可以用于組織、器官的移植。理論方面：研究克隆動物和克隆細胞可使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程；用克隆動物做疾病模型，能使人們更好的追蹤研究疾病的發展過程和治療疾病。(5)在制備單克隆抗體的過程中，進行了兩次篩選，其目的不同，第一次篩選是為了獲得雜交瘤細胞；第二次篩選是為了獲得能產生所需抗體的雜交瘤細胞。,答案(1)動物細胞培養技術(2)兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程滅活的病毒、電激(3)卵母細胞細胞質的遺傳物質也能控制某些性狀(4)轉基因克隆動物可以作為生物反應器，生產許多珍貴的醫用蛋白；在治療人類疾病時，轉基因克隆動物細胞、組織和器官可以作為異種移植的供體；人的核移植胚胎干細胞經過誘導分化，形成相應的組織、器官后，可以用于組織器官的移植。(回答出其中一項即可)(5)第一次篩選出的是雜交瘤細胞，第二次篩選出的是能產生所需抗體的雜交瘤細胞(合理即可),1.理清胚胎移植、胚胎分割和胚胎干細胞的內在聯系,微專題4胚胎工程,超數排卵,桑椹胚或囊胚,內細胞團,巧記胚胎工程操作的“4個兩”精子的兩種獲能處理：培養法和化學誘導法。,2.試管嬰兒和設計試管嬰兒的異同點,設計試管嬰兒比試管嬰兒多出的是過程，兩種技術均屬于有性生殖，其中屬于解決不孕夫婦生育問題的是試管嬰兒技術。,1.(2015江蘇單科，3)下列關于動物細胞工程和胚胎工程的敘述，正確的是()A.乳腺細胞比乳腺癌細胞更容易進行離體培養B.細胞核移植主要在同種動物、同種組織的細胞之間進行C.采用胚胎分割技術產生同卵多胚的數量是有限的D.培養早期胚胎的培養液中含維生素、激素等多種能源物質,解析癌細胞比成熟動物細胞更易進行離體培養，體外培養的癌細胞對生長因子的需要量顯著低于正常細胞，A錯誤；細胞核移植不一定是在同種動物、同種組織之間進行，如可以將一種生物體細胞的細胞核移植到另一種生物去核的卵母細胞中，B錯誤；隨著胚胎分割次數的增多，分割胚的發育能力明顯降低，獲取同卵多胚的數量有限，C正確；維生素和激素都不能提供能量，D錯誤。答案C,2.(2019天一大聯考)日本明治大學和京都府立大學的科學家團隊通過轉基因技術，開發出一種在豬體內生長的可為人類提供移植器官的方法。研究人員首先從胰腺病患者身上提取誘導性多能干細胞(iPSC)，然后將干細胞注入豬胚胎中。這種胚胎經過基因改造，不具備長出胰腺的能力，因而在豬身上騰出了一個空間，可供人體器官在豬胚胎內生長。在母豬分娩之前，研究人員將子宮移走，帶到無病原體房間將豬仔取出，并用無菌人造牛奶飼養1個月，之后這些豬仔就可以進行器官移植了。請回答下列問題：,(1)誘導性多能干細胞(iPSC)具有與胚胎干細胞類似的功能，可以發育成人體的各種組織和器官。人體內有許多的多能干細胞，如乳腺中的多能干細胞、胰腺中的多能干細胞及骨髓、外周血、臍帶血中的造血干細胞等，最容易獲取的多能干細胞是_。多能干細胞的獲得，不使用胚胎細胞或卵細胞，也不誘導發育成個體，因此，不會像生殖性克隆那樣引發_問題。,(2)該類用于器官移植的豬的培養過程中，必須要經歷_、早期胚胎培養和_。之所以能培養出長有人體器官的豬，可見豬與人的_反應較??；將從該豬身上摘下的胰腺移植到患者體內，_(填“一定有”“一定沒有”或“幾乎沒有”)免疫排斥現象。(3)這種豬的后代是否也會產生人體器官？_。(4)為了多獲得這種基因改造過的胚胎，可以采用_的方法，當處理對象為囊胚時操作要點是_。,解析(1)人體內的干細胞有全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞；多能干細胞的子細胞可以分化成多種細胞，全能干細胞具有全能性。人體內最容易獲得的干細胞是造血干細胞，可以直接從血液中分離。多能干細胞的獲得和使用，不會像生殖性克隆那樣引發倫理學問題。(2)胚胎工程包括體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植等過程。曾經有科學家發現豬與人的免疫排斥反應較小，曾希望“以豬心換人心”；該技術培養出的器官完全是患者自己的細胞