2017年高考生物考前專題復習10-現(xiàn)代生物科技考點31　基因工程、蛋白質(zhì)工程和細胞工程.doc

直擊考綱1.基因工程的誕生()。2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR)()。3.基因工程的應用()。4.蛋白質(zhì)工程()。5.植物的組織培養(yǎng)()。6.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆()。7.細胞融合與單克隆抗體()。8.動物胚胎發(fā)育的基本過程與胚胎工程的理論基礎()。9.胚胎干細胞的移植()。10.胚胎工程的應用()。11.轉(zhuǎn)基因生物的安全性()。12.生物武器對人類的威脅()。13.生物技術(shù)中的倫理問題()。14.簡述生態(tài)工程的原理()。15.生態(tài)工程的實例()?？键c31基因工程、蛋白質(zhì)工程和細胞工程題組一基因工程和蛋白質(zhì)工程1(2016全國乙，40)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH酶切后，與用BamH酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌，結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題：(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應具備的基本條件有_(答出兩點即可)，而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。(2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的，其原因是_；并且_和_的細胞也是不能區(qū)分的，其原因是_。在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有_的固體培養(yǎng)基。(3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自于_。答案(1)能自我復制、具有標記基因(2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長含有質(zhì)粒載體含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長四環(huán)素(3)受體細胞解析(1)作為載體必須具備如下特點：能自我復制，從而在受體細胞中穩(wěn)定保存；含標記基因，以供重組DNA的鑒定和選擇；具有一個至多個限制性核酸內(nèi)切酶酶切位點以便外源DNA插入。(2)在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，只有具有Ampr的大腸桿菌才能夠生長。而Ampr位于質(zhì)粒上，故未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌細胞中無Ampr，故不能在培養(yǎng)基中生長，而僅含有質(zhì)粒載體的和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌均具有Ampr因而能在培養(yǎng)基中生長。目的基因的插入破壞了質(zhì)粒載體的Tetr，故含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌不能在含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基上生長，從而與僅含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌得以區(qū)分。(3)噬菌體是病毒，無細胞結(jié)構(gòu)，無法自主合成DNA，需要借助受體細胞完成DNA復制。2(2016全國丙，40)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三種限制性核酸內(nèi)切酶的識別序列與切割位點，圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoR、Sau3A的切點是唯一的)。根據(jù)基因工程的有關知識，回答下列問題：(1)經(jīng)BamH酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被_酶切后的產(chǎn)物連接，理由是_。(2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組DNA，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物的有_，不能表達的原因是_。(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常見的有_和_，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是_。答案(1)Sau3A兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端(2)甲、丙甲中目的基因插入在啟動子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄(3)EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶解析(1)由于限制性核酸內(nèi)切酶Sau3A與BamH切割后形成的黏性末端相同，所以經(jīng)BamH酶切割得到的目的基因可以與上述表達載體被Sau3A酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達載體中，啟動子應位于目的基因的首端，終止子應位于目的基因的尾端，這樣目的基因才能表達。圖中甲、丙均不符合，所以不能表達目的基因的產(chǎn)物。(3)常見的DNA連接酶有EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是T4DNA連接酶。3(2015全國，40)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}：(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的_進行改造。(2)以P基因序列為基礎，獲得P1基因的途徑有修飾_基因或合成_基因，所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括_的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：_。(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過_和_，進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物_進行鑒定。答案(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他答案合理也可)(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNARNA、RNADNA、RNA蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3)設計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列功能解析(1)對蛋白質(zhì)的氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))進行改造，可達到改變蛋白質(zhì)的功能的目的。(2)以P基因序列為基礎，獲得P1基因，可以對P基因進行修飾改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法則的全部內(nèi)容包括，即：DNA、RNA的復制、DNARNA、RNADNA、RNA蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過設計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和推測氨基酸序列，推測相對應的脫氧核苷酸序列，并獲取基因。經(jīng)表達的蛋白質(zhì)，要對其進行生物功能鑒定。題組二細胞工程4(2016全國甲，40)下圖表示通過核移植等技術(shù)獲得某種克隆哺乳動物(二倍體)的流程?；卮鹣铝袉栴}：(1)圖中A表示正常細胞核，染色體數(shù)為2n，則其性染色體的組成可為_。過程表示去除細胞核，該過程一般要在卵母細胞培養(yǎng)至適當時期再進行，去核時常采用_的方法。代表的過程是_。(2)經(jīng)過多次傳代后，供體細胞中_的穩(wěn)定性會降低。因此，選材時必須關注傳代次數(shù)。(3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同，從遺傳物質(zhì)的角度分析其原因是_。(4)與克隆羊“多利”培養(yǎng)成功一樣，其他克隆動物的成功獲得也證明了_。答案(1)XX或XY顯微操作(去核法)胚胎移植(2)遺傳物質(zhì)(3)卵母細胞的細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響(4)已經(jīng)分化的動物體細胞的細胞核具有全能性解析(1)提供體細胞的供體可能為雌性，也可能為雄性，因此圖中A(正常細胞核)的性染色體組成為XX或XY。常采用顯微操作去核法來去除卵母細胞的細胞核。過程表示將早期胚胎移入受體，其過程為胚胎移植。(2)取供體動物的體細胞培養(yǎng)，一般選用傳代10代以內(nèi)的細胞，因為10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。超過10代繼續(xù)培養(yǎng)，則其遺傳物質(zhì)(或核型)的穩(wěn)定性會降低。(3)克隆動物的細胞核基因來自供體，因此大部分性狀與供體相同，但細胞質(zhì)基因來源于受體(或提供卵母細胞的個體)，即卵母細胞的細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響，這就決定了克隆動物的性狀與供體不完全相同。(4)克隆動物的培育采用的是核移植技術(shù)，核移植技術(shù)的原理是已經(jīng)分化的動物體細胞的細胞核具有全能性。5(2014新課標全國，40)某研究者用抗原(A)分別免疫3只同種小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后測定各小鼠血清抗體的效價(能檢測出抗原抗體反應的血清最大稀釋倍數(shù))，結(jié)果如下圖所示。若要制備雜交瘤細胞，需取免疫后小鼠的B淋巴細胞(染色體數(shù)目為40條)，并將該細胞與體外培養(yǎng)的小鼠骨髓瘤細胞(染色體數(shù)目為60條)按一定比例加入試管中，再加入聚乙二醇誘導細胞融合，經(jīng)篩選培養(yǎng)及抗體檢測，得到不斷分泌抗A抗體的雜交瘤細胞?；卮鹣铝袉栴}：(1)制備融合所需的B淋巴細胞時，所用免疫小鼠的血清抗體效價需達到16 000以上，則小鼠最少需要經(jīng)過_次免疫后才能有符合要求的。達到要求后的X、Y、Z這3只免疫小鼠中，最適合用于制備B淋巴細胞的是_小鼠，理由是_。(2)細胞融合實驗完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，還含有_，體系中出現(xiàn)多種類型細胞的原因是_。(3)雜交瘤細胞中有_個細胞核，染色體數(shù)目最多是_條。(4)未融合的B淋巴細胞經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后都不能存活，原因是_。答案(1)4YY小鼠的血清抗體效價最高(2)B淋巴細胞相互融合形成的細胞、骨髓瘤細胞相互融合形成的細胞細胞融合是隨機的，且融合率達不到100%(3)1100(4)不能無限增殖解析(1)據(jù)圖分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗體效價幾乎都達到16 000以上，小鼠Y的血清抗體的效價最高，最適合用于制備單克隆抗體。(2)融合體系中除了未融合的細胞和雜交瘤細胞之外，還有骨髓瘤細胞的自身融合細胞和B淋巴細胞的自身融合細胞。細胞的融合是隨機的，并且不可能所有細胞都融合，故體系中會出現(xiàn)多種類型的細胞。(3)動物細胞融合后形成的是具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞。雜交瘤細胞的細胞核中的染色體數(shù)目最多為4060100(條)。(4)正常細胞的分裂次數(shù)是有限的，且經(jīng)過免疫的B淋巴細胞高度分化，不能無限增殖，故經(jīng)多次傳代培養(yǎng)后逐漸衰老死亡。1掌握基因工程的主干知識(1)目的基因的獲取(2)基因表達載體的構(gòu)建(目的基因啟動子終止子標記基因)。(3)將目的基因?qū)胧荏w細胞導入植物：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法；導入動物：顯微注射技術(shù)；導入微生物細胞：感受態(tài)細胞法(用Ca2處理)。(4)目的基因的檢測與鑒定插入檢測：DNA分子雜交；轉(zhuǎn)錄檢測：DNARNA分子雜交；翻譯檢測：抗原抗體雜交；個體水平檢測：抗性接種實驗。2基因表達載體的構(gòu)建過程3植物體細胞雜交與單克隆抗體制備過程比較步驟植物體細胞雜交過程單克隆抗體制備過程第一步原生質(zhì)體的制備(酶解法)正常小鼠免疫處理第二步原生質(zhì)體融合(物理、化學法)動物細胞融合(物理、化學、生物方法)第三步雜種植株的篩選與培養(yǎng)雜交瘤細胞的篩選與培養(yǎng)第四步雜種植株的誘導與鑒定單克隆抗體的提純相同點兩種技術(shù)手段的培養(yǎng)過程中都進行有絲分裂，都是無性繁殖，都可稱為克隆，都不涉及減數(shù)分裂；均為無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件(1)誘導融合的方法分別有哪些？融合的細胞類型有哪幾種？提示誘導植物體細胞的原生質(zhì)體融合的方法主要有離心、振動、電激或用聚乙二醇作為誘導劑。動物細胞融合常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒(誘導動物細胞融合的特有因素)、電激等。融合的細胞類型：前者AA、BB、AB。后者瘤瘤、B瘤、BB。(2)各自的原理分別有哪些？提示前者有細胞膜的流動性和植物細胞的全能性，后者有細胞膜的流動性和細胞增殖。4掌握克隆動物培育流程圖D個體的性別、性狀與哪個個體相同？提示根據(jù)發(fā)育成新個體D的重組細胞核由動物B提供，而性別及大多數(shù)遺傳性狀是由核內(nèi)遺傳物質(zhì)決定的，故B、D兩者的性別及大多數(shù)遺傳性狀相同。考向一基因工程和蛋白質(zhì)工程1(2016海南，31)基因工程又稱為DNA重組技術(shù)，回答相關問題：(1)在基因工程中，獲取目的基因主要有兩大途徑，即_和從_中分離。(2)利用某植物的成熟葉片為材料，同時構(gòu)建cDNA文庫和基因組文庫，兩個文庫相比，cDNA文庫中含有的基因數(shù)目比基因組文庫中的少，其原因是_。(3)在基因表達載體中，啟動子是_聚合酶識別并結(jié)合的部位。若采用原核生物作為基因表達載體的受體細胞，最常用的原核生物是_。(4)將目的基因通過基因槍法導入植物細胞時，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有_和_顆粒。答案(1)人工合成生物材料(2)cDNA文庫中只含有葉細胞已轉(zhuǎn)錄(或已表達)的基因，而基因組文庫中含有該植物的全部基因(3)RNA大腸桿菌(或細菌)(4)金粉鎢粉解析(1)獲取目的基因主要有兩大途徑，即人工合成和從自然界已有的物種中分離。(2)在植物的成熟葉片中基因選擇性表達，因此由所有RNA逆轉(zhuǎn)錄形成的cDNA文庫中只含有葉細胞已轉(zhuǎn)錄(或已表達)的基因，而基因組文庫中含有該植物的全部基因。(3)在基因表達載體中，啟動子是RNA聚合酶識別并結(jié)合的部位。采用原核生物作為基因表達載體的受體細胞，由于易于培養(yǎng)，最常選用大腸桿菌(或細菌)。(4)將目的基因通過基因槍法導入植物細胞時，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有金粉和鎢粉。2中美研究人員發(fā)現(xiàn)了PYL9蛋白(一種提高植物抗旱性的蛋白)，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)讓水稻自身產(chǎn)生大量PYL9蛋白，可顯著提高其抗旱性。請回答下列問題：(1)已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育轉(zhuǎn)基因抗旱水稻可用_方法來獲得目的基因。構(gòu)建基因表達載體用到的工具酶是_。(2)導入目的基因的重組細胞可通過_技術(shù)培育成完整植株，這一過程體現(xiàn)了_。(3)目的基因若在水稻細胞中表達，遺傳信息流向是_；檢測水稻細胞中是否存在PYL9蛋白，在分子水平上采用的方法是_。(4)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)PYL9蛋白是位于細胞膜上的一種脫落酸受體。干旱環(huán)境中水稻老葉內(nèi)脫落酸的含量增加，能加速_，將節(jié)省的水分和養(yǎng)料轉(zhuǎn)移到幼葉和芽中，增強了幼葉和芽的存活率。PYL9蛋白的作用能體現(xiàn)細胞膜_的功能。答案(1)人工合成限制酶和DNA連接酶(2)植物組織培養(yǎng)植物細胞的全能性(3)目的基因mRNA蛋白質(zhì)抗原抗體雜交(4)老葉的衰老與脫落進行細胞間信息交流3內(nèi)皮素(ET)是一種含21個氨基酸的多肽，它有強烈的血管收縮和促進平滑肌細胞增殖等作用。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮素功能異常與高血壓、糖尿病、癌癥等有著密切聯(lián)系。內(nèi)皮素主要通過與靶細胞膜上的內(nèi)皮素受體結(jié)合而發(fā)揮生物學效應。ETA是內(nèi)皮素的主要受體，科研人員試圖通過構(gòu)建基因表達載體，實現(xiàn)ETA基因在細胞中高效表達，為后期ETA的體外研究以及拮抗劑的篩選、活性評價等奠定基礎。其過程如下(圖中SNAP基因是一種熒光蛋白基因，限制酶Apa的識別序列為CCCGGG，限制酶Xho的識別序列為CTCGAG)。請分析回答：(1)完成過程需要的酶是_；與過程相比，過程特有的堿基配對方式是_。(2)過程中，限制酶Xho切割DNA，使_ 鍵斷開，形成的黏性末端是_。用兩種限制酶切割，獲得不同的黏性末端，其主要目的是_。(3)過程中，要用_預先處理大腸桿菌，使其處于容易吸收外界DNA的感受態(tài)。(4)利用SNAP基因與ETA基因結(jié)合構(gòu)成融合基因，目的是_。(5)人皮膚黑色素細胞上有內(nèi)皮素的特異受體，內(nèi)皮素與黑色素細胞膜上的受體結(jié)合后，會刺激黑色素細胞的分化、增殖并激活酪氨酸酶的活性，從而使黑色素急劇增加。美容時可以利用注射ETA達到美白祛斑效果，試解釋：_。答案(1)逆轉(zhuǎn)錄酶UA(2)磷酸二酯AGCT(或)使目的基因定向連接到載體上(或防止目的基因環(huán)化)(3)Ca2(或CaCl2)(4)檢測ETA基因能否表達及表達量(5)ETA能與內(nèi)皮素結(jié)合，減少了內(nèi)皮素與黑色素細胞膜上內(nèi)皮素受體的結(jié)合，抑制了黑色素細胞的分化、增殖和黑色素的形成解析(1)圖中是逆轉(zhuǎn)錄過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶的催化；逆轉(zhuǎn)錄過程的堿基互補配對方式是：AT、UA、CG、GC，過程的堿基配對方式為AT、TA、CG、GC，因此與過程相比，過程特有的堿基配對方式是UA。(2)是利用限制酶Xho切割DNA獲得目的基因的過程，由于限制酶Xho的識別序列為CTCGAG，因此其切割形成的黏性末端是AGCT(或)。圖中顯示利用了兩種限制酶切割目的基因和載體，從而獲得了不同的黏性末端，這樣可以防止目的基因與運載體反向連接，即可以使目的基因定向連接到載體上。(3)將目的基因?qū)胛⑸锛毎Ｓ酶惺軕B(tài)轉(zhuǎn)化法，即用Ca2(或CaCl2)預先處理大腸桿菌，使其處于容易吸收外界DNA的感受態(tài)。(4)利用SNAP基因與ETA基因結(jié)合構(gòu)成融合基因，可以檢測ETA基因能否表達及表達量。(5)ETA能與內(nèi)皮素結(jié)合，減少了內(nèi)皮素與黑色素細胞膜上內(nèi)皮素受體的結(jié)合，抑制了黑色素細胞的分化、增殖和黑色素的形成，從而達到美容的目的。考向二細胞工程4約翰伯特蘭戈登和山中伸彌因在“體細胞重編程技術(shù)”領域做出革命性貢獻而獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。請回答下列問題：(1)1962年約翰伯特蘭戈登通過實驗把蝌蚪腸上皮細胞的細胞核移植進入去核的卵細胞中，成功培育出“克隆青蛙”。因動物細胞的全能性會隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸_，但此實驗說明已高度分化的動物體細胞的_仍具有發(fā)育的全能性。更多的實驗證明，到目前還不能用類似_的方法(克隆植物的方法)獲得克隆動物。(2)所謂“體細胞重編程技術(shù)”是將體細胞重新誘導回早期干細胞狀態(tài)，即獲得誘導性多能干(iPS)細胞。山中伸彌把4個關鍵基因轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細胞，并整合到染色體的_上，使其轉(zhuǎn)變成iPS細胞。為確定基因是否進入成纖維細胞可用_技術(shù)檢測。(3)在研究中可通過_技術(shù)獲取大量iPS細胞，該過程一般需先加入_處理一段時間，分散成單個細胞，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)；另外，iPS細胞還需置于二氧化碳培養(yǎng)箱中培養(yǎng)的目的是_。答案(1)降低細胞核植物組織培養(yǎng)(2)DNADNA分子雜交(3)動物細胞培養(yǎng)胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)維持培養(yǎng)液的pH(相對穩(wěn)定)解析(1)動物細胞培養(yǎng)就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。根據(jù)題意分析可知，由于動物細胞的全能性會隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸受到限制，所以不能用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動物個體；培育的“克隆青蛙”，實際是通過核移植來實現(xiàn)的，表明動物細胞的細胞核具有全能性。(2)在基因工程中常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動植物病毒。逆轉(zhuǎn)錄病毒是基因進入成纖維細胞的載體，并整合到其染色體DNA上。為確定基因是否進入成纖維細胞可用DNA分子雜交技術(shù)檢測。(3)獲取大量iPS細胞可通過動物細胞培養(yǎng)技術(shù)，該過程一般需先加入胰蛋白酶