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1、专题八 现代生物科技专题第一讲 基因工程和细胞工程 一、基因工程1.基本工具 （1）限制性核酸内切酶“分子手术刀”来源：主要在 生物中作用：一种限制酶只能识别一种特定的 ，并在特定的位点切割原核核苷酸序列（2）DNA连接酶“分子缝合针”：把两条DNA 之间的缝隙“缝合”起来 末端（3）载体“分子运输车”常用载体： 载体条件质粒在宿主细胞内 并能 有多个限制酶切点有 ，便于 对宿主细胞无害稳定存在复制标记基因筛选2.基本操作程序 获取目的基因：常用方法从基因文库中获取利用 技术扩增人工合成法 PCR导入受体细胞：常用方法农杆菌转化法基因枪法 花粉管通道法 显微注射法 的检测与鉴定 目的基因检测鉴
2、定：有些需要进行 水平的鉴定受体细胞是否具有某些 目的基因是否翻译成 个体生物学标记基因蛋白质表达载体构建 转基因植物转基因动物基因药物基因治疗3.应用抗虫、抗病、抗逆改良植物品质提高动物生长速度改善畜产品质量、作 移植的供体器官二、细胞工程 1.细胞全能性（1）概念：具有某种生物 遗传信息的细胞，都具有发育成完整生物体的潜能（2）潜能大小：受精卵生殖细胞体细胞全部2.植物组织培养（1）过程：（2）应用快速繁殖脱毒植株人工种子3.4.细胞核移植 过程： 应用：快速培育优良家畜生产医用蛋白提供 移植的供体器官异种考点一 基因工程的具体操作流程和应用1.理解基因工程的工具 （1）工具酶 限制性核酸
3、内切酶：只能在特定的部位进行切割，切割位点一般具有反向重复序列。作用结果：形成黏性末端或平末端。作用实质：使特定部位的两核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 DNA连接酶作用实质：两类DNA连接酶都是将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 （2）载体 种类：常用的载体是质粒，大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒。 作为载体应具备的条件 a.对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。 b.具有标记基因，以便于鉴定目的基因是否进入受体细胞。 c.能自我复制，通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失。 d.具有一个至多个酶切位点， 以便于目的基因
4、的插入。 e.载体DNA分子大小适合，以方便操作。2.基因工程的一般步骤 （1）获取目的基因 获取途径：基因文库、利用PCR技术扩增目的基因等。（2）基因表达载体的构建用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端或平末端的切口。用同种限制酶切割目的基因，产生相同的黏性末端或平末端。用DNA连接酶将质粒与目的基因重新连接形成重组质粒。（3）将目的基因导入受体细胞受体种类受体种类 植物植物 动物动物 微生物微生物 导入方法导入方法 农杆菌转化法、基因枪法、农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法花粉管通道法 显微显微注射法注射法 感受态感受态细胞法细胞法 （4）目的基因的检测与鉴定 类型类型 步骤步
5、骤 检测内容检测内容 方法方法 结果显示结果显示 分子分子水平水平检测检测 第一第一步步 转基因生物染色体的转基因生物染色体的DNA上是否插入目的上是否插入目的基因基因 DNA分子杂交分子杂交（DNA和和DNA之间）之间） 是否成功显是否成功显示出杂交带示出杂交带 第二第二步步 目的基因是否转录出目的基因是否转录出mRNA 分子杂交分子杂交（mRNA和和DNA之间）之间） 是否成功显是否成功显示出杂交带示出杂交带 第三第三步步 目的基因是否翻译出目的基因是否翻译出蛋白质蛋白质 抗原抗原抗体杂抗体杂交交 是否成功显是否成功显示出杂交带示出杂交带 个体个体水平水平检测检测 包括抗虫、抗病的接种实验
6、，以确定是否具有抗性以及抗性的包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度；基因工程产品需要与天然产品的活性比较，以确定功能程度；基因工程产品需要与天然产品的活性比较，以确定功能活性是否相同等活性是否相同等 特别提醒 目的基因的检测也可利用质粒中的标记基因，如大肠杆菌质粒中含抗青霉素基因，把某种转基因生物放入带有青霉素的培养基中培养。若有抗性，说明导入成功；若无抗性，说明导入失败。 我国科研人员发现，弯曲的蚕丝由于弯折处易断裂，其强度低于由蜘蛛纺绩器拖牵丝的直丝，并首次在世界上通过了转基因方法将“绿色荧光蛋白基因”与“蜘蛛拖牵丝基因”拼接后成功插入蚕丝基因组中，并在受体细胞中成功
7、表达。（1）在这项“基因工程”的操作中，目的基因是 ，采用绿色荧光蛋白基因的主要目的是 。（2）两基因组合在导入受体细胞前必须进行的步骤是：将其与由细菌体内取得的 进行切割处理，以保证有相同的 ，并拼接成 。如果引入的受体细胞是细菌，还要对细菌作 处理。（3）在基因工程中受体常用微生物，为什么？ 。（4）“蜘蛛拖牵丝基因”成功表达的标志是 。（5）带有“绿色荧光蛋白基因”的转基因蚕，是否能引起生态安全性问题？请分析原因。 。解析 从题目提供的信息不难看出，蜘蛛纺绩器拖牵丝的直丝强度比蚕丝要大，所以拖牵丝基因是目的基因，绿色荧光蛋白基因是作为标记基因。在形成重组DNA时，首先要用同一种限制性内切
8、酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶形成重组质粒，如果要将重组质粒导入细菌体内，必须对细菌细胞壁用氯化钙处理，增加其通透性，便于重组质粒进入细菌体内。蜘蛛拖牵丝基因成功表达时，能产生高强度的丝，转基因生物的安全性问题正在探索中。答案 （1）拖牵丝基因 作为标记（基因） （2）质粒 黏性末端 重组质粒（或重组DNA） CaCl2（或提高膜的通透性） （3）微生物的繁殖速度快 （4）产生高强度的丝 （5）可能。转基因蚕扩散进入自然生态系统，与同种的野生蚕杂交后，使野生蚕也含有转基因，可能会威胁到原有物种，引起生态危机 （08广东卷）天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发
9、酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转入酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：（1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是 ，用 将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子 ，以完成工程菌的构建。（2）若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌，可采用的检测方法是 ；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用 检测；将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，该现象发生的原因是 。（3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小？ 。（4）微生物在基
10、因工程领域中有哪些重要作用？ 。解析 限制酶可以识别并切割DNA分子的特定部位；用DNA连接酶来连接两段DNA分子；用DNA分子杂交技术来检测DNA分子或RNA分子；用抗原抗体杂交法来检测特定的蛋白质。淀粉酶可以使淀粉水解，所以加入碘液后培养基中淀粉被水解的区域不会变蓝。答案 （1）限制酶（限制性核酸内切酶） DNA连接酶 导入受体细胞 （2）DNA分子杂交技术 抗原抗体杂交或淀粉酶活性 该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基，水解淀粉后的区域，遇碘不再变蓝色，产生透明圈 （3）测定相同培养条件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产量 （4）工具酶主要来自微生物；最重要的目的基因供体库之一；目的基因
11、的载体之一；作为受体细胞；提供用于发酵的工程菌考点二 细胞工程的原理和应用1.动、植物细胞工程技术手段的原理和工具酶比较比较 植物细胞工程植物细胞工程 动物细胞工程动物细胞工程 原理原理 植物组织培养植物组织培养细胞全能性细胞全能性植物体细胞杂交植物体细胞杂交细胞的全能性、细细胞的全能性、细胞膜流动性胞膜流动性 动物细胞培养动物细胞培养细胞增殖细胞增殖体细胞核移植体细胞核移植动物细胞核的动物细胞核的全能性全能性单克隆抗体的制备单克隆抗体的制备细胞膜的细胞膜的流动性、细胞增殖流动性、细胞增殖动物细胞融合动物细胞融合细胞膜流动性细胞膜流动性 工工具具酶酶 纤维素酶、果胶酶纤维素酶、果胶酶 胰蛋白酶
12、、胶原蛋白酶胰蛋白酶、胶原蛋白酶 2.动、植物细胞全能性（1）原因：生物体的每个细胞都有发育成完整个体所必需的全部基因。（2）全能性表现的大小：受精卵的全能性最大，其次是生殖细胞，体细胞相对较小。（3）全能性表现与细胞种类有关：离体的植物体细胞的全能性在一定条件下可充分体现。离体的动物体细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性，需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。未离体细胞的全能性不能表达，只能在机体调控下定向分化。（4）细胞的全能性是植物细胞工程的理论基础。3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较项目项目 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 动物细胞融合动物细胞融合 细胞融细胞融合原理合原理 细
13、胞膜的流动性细胞膜的流动性 细胞膜的流动性细胞膜的流动性 细胞融细胞融合方法合方法 用纤维素酶、果胶酶用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后，诱导原去除细胞壁后，诱导原生质体融合生质体融合 用胰蛋白酶使细用胰蛋白酶使细胞分散后，诱导胞分散后，诱导细胞融合细胞融合 诱导诱导手段手段 离心、电刺激、振动、显离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导微操作、聚乙二醇等诱导 与植物体细胞杂交与植物体细胞杂交相比，还可用灭活相比，还可用灭活的病毒诱导的病毒诱导 用途用途 克服远缘杂交不亲和的克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种围，培育新品种 制备单克隆抗体、制备单克隆抗体
14、、病毒疫苗、干扰病毒疫苗、干扰素等素等 4.动物细胞培养与植物组织培养的比较项目项目 植物组织培养植物组织培养 动物细胞培养动物细胞培养 培养基的培养基的物理性质物理性质 固体固体 液体液体 培养基培养基的成分的成分 水、矿质元素、维生素、水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、激素、蔗糖、氨基酸、激素、琼脂等琼脂等 葡萄糖、氨基酸、无机葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清盐、维生素、动物血清等等 结果结果 新的植株或组织新的植株或组织 新的细胞系或细胞株新的细胞系或细胞株 目的目的 植株快速繁殖植株快速繁殖脱毒植株的培育脱毒植株的培育人工种子人工种子生产药物、杀虫剂等生产药物、杀虫剂等转基因
15、植物的培育转基因植物的培育 蛋白质生物制品的生产蛋白质生物制品的生产皮肤移植材料的培育皮肤移植材料的培育检测有毒物质检测有毒物质生理、病理、药理学研生理、病理、药理学研究究 取材取材 植物幼嫩的部位或花植物幼嫩的部位或花药等药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织物的器官或组织 其他条件其他条件 均为无菌操作，需要适宜的温度、均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件等条件 （09江苏卷）动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题： （1）肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞 。（2）
16、气室中充入5CO2：气体的主要作用是 。（3）培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的 ，以保证抗生素对肝脏无害。（4）有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具：肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素（刺激淋巴细胞分裂）；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液（使染色体着色），有机物X溶液等。实验过程：在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作（“”表示已完成的步骤）。 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁 步骤一：加
17、入肝脏培养液步骤一：加入肝脏培养液 步骤二：加入有机物步骤二：加入有机物X溶液溶液 步骤三：放置肝脏小块步骤三：放置肝脏小块 上表中还需进行的操作是 。培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察 ，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明 。解析 肝脏是动物体内最大的消化腺，还有造血和解毒功能。将肝脏切成小薄片，可使肝细胞直接接触培养液，有利于肝细胞吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。向培养液中充入5% CO2，有利于维持培养液的pH。添加抗生素可抑制细菌生长，但不能用错、用多
18、，否则会伤害甚至杀死肝细胞。 答案 （1）吸收氧气和营养物质、排出代谢废物（2）维持培养液适宜的pH（3）种类和剂量（4）向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块染色体形态和数量肝脏小块对有机物X具有解毒作用 （09威海二模）日本研究人员依靠体细胞克隆技术进行反复“拷贝”，成功培育出第四代克隆猪。这个研究小组培育的第一代克隆猪于2004年4月诞生，此后，他们又从长大的克隆猪唾液腺中提取细胞，将细胞核植入未受精的卵子中，依次培育出第二代和第三代克隆猪。研究人员发现，猪与人类身体构造相似，克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。根据材料回答下列问题：（1）第四代克隆猪利用了动物细胞核的 性。（2）在细胞核植入
19、受体卵母细胞之前，要用显微针去除卵母细胞的 ，再将唾液腺细胞核注入。获得的重组胚胎需要体外培养，培养时不仅要有无机盐类和有机盐类，而且还要有 等营养成分及 等物质。当发育到囊胚期时，将其移植到受体雌动物体内。（3）研究显示，利用克隆技术根本无法培育出完全相同的个体，究其原因，除了发育过程中的环境因素的影响外，还可能有 等原因。（4）如果希望克隆猪都能生产人体胰岛素，那么需要利用 技术，把 拼接到猪的核基因中。转基因是否成功都可以用 检测。解析 体细胞核移植技术利用了动物细胞核的全能性；在供体细胞的细胞核移入受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较
20、复杂，除一些无机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及血清等物质。克隆技术根本无法培育出完全相同的个体，原因可能是在细胞分裂中发生基因突变或个体发育中受细胞质基因及环境的影响。基因探针技术的原理是DNA分子杂交，可用于疾病诊断、生物检测等。 （3）细胞分裂中可能发生基因突变或卵母细胞的细胞质内也有遗传物质DNA，也控制后代的性状表达（4）基因工程 人的胰岛素基因 基因探针答案 （1）全能（2）细胞核 维生素、激素、氨基酸、核苷酸 动物血清例1 英国科学家维尔莫特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功地培育出一只小母羊，取名为“多利”，这一方法被称为“克隆”，以下四项中与此方法在本
21、质上最相近的是（） A.将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫 内，并最终发育成两只一样的兔 B.将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培 育出具有抗病能力的烟草新品种 C.将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的腺细胞融合成杂交 瘤细胞D.将人的精子与卵细胞在体外受精，待受精卵在试管内发育到囊胚期时，再植入女性子宫内发育成“试管婴儿”解析 “克隆”是采用细胞核移植技术，属于无性生殖。将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫内，并最终发育成两只一样的兔属于胚胎分割移植，属无性生殖。将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培育出具有抗病能力的烟草新品种，这属于基因工程技术。“试管婴儿”是胚胎移植技
22、术，属于有性生殖。答案 A方法点拨 做好本题的关键是要准确区分胚胎移植、胚胎分割移植和细胞核移植技术。 例2 如图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性EcoR、BamH的酶切位点， ampR为青霉素抗性基因，terR为四环素 抗性基因，P为启动子，T为终止子，ori 为复制原点。已知目的基因的两端分别有 包括EcoR、BamH在内的多种酶的酶切位点。 据图回答下列问题： （1）将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoR酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有 、 、 三种。若要从这些连接产物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行 。（
23、2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接物是 ；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 。（3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是 ，其合成的产物是 。（4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是 。解析 （1）用EcoR酶切出的目的基因和质粒具有相同的黏性末端，如果放在一起加入DNA连接酶，则可出现三种连接结果，即会出现目的基因自身形成的连接物，载体自身形成的连接物和重组质粒，要通过筛选、纯化才能选
24、出符合要求的DNA。（2）载体自身形成的连接物能重新形成完整的tetR基因，具有抗四环素的特点，其他连接物中tetR基因被限制酶破坏，不再具有抗四环素的特点；在整个操作过程中，ampR基因保持完整，质粒自身形成的连接物和重组质粒都具有抗青霉素的特性。（3）RNA聚合酶与相关基因的启动子结合，完成的是转录过程。（4）将含有目的基因的靶DNA片段和载体分别用两个不同的限制酶切割，使两种DNA片段自身的5和3黏性末端不同，但二者相同末端又互补，这明显减少靶DNA片段和载体自身环化与串连，使外源DNA片段能正确插入载体启动子下游。在本题中目的基因两端有EcoR酶切点和Bam H酶切点，在质粒载体上也有
25、这两种酶的切点，所以可以用这两种酶切出非同源性互补末端来阻止其他连接。 答案 （1）目的基因载体连接物 载体载体连接物 目的基因目的基因连接物 分离纯化（2）载体载体连接物 目的基因载体连接物、载体载体连接物（3）启动子 mRNA（4）Eco R和Bam H错因分析 由于对基因工程工具酶的应用理解不到位，特别是两种工具酶与获取目的基因和表达载体之间的联系与拓展掌握不好，造成错误。第（1）小题中，由于含有目的基因的DNA片段和质粒上均含有EcoR酶的切割位点，所以用此酶切割后产生相同的黏性末端。这样，具有相同的黏性末端的片段用DNA连接酶均可连接，从而产生3类连接产物，这是教材知识的一种拓展，也
26、是最易出错的地方。1.（09浙江理综）下列关于基因工程的叙述，错误的是() A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物 B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工 具酶 C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无 生物活性 D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞 和促进目的基因的表达解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才有生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。所以D错误。答案
27、 D2.（09广东理基）钱永健先生因在研究绿色荧光蛋白方面的杰出成就而获2008年诺贝尔奖。在某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光。由此可知 （ ） A.该生物的基因型是杂合的 B.该生物与水母有很近的亲缘关系 C.绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达 D.改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对，就不能 检测到绿色荧光 解析 某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光，说明绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达。 答案 C3.（09浙江理综）用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是
28、( ) A.都需用CO2培养箱 B.都须用液体培养基 C.都要在无菌条件下进行 D.都可体现细胞的全能性 解析 动、植物成体的体细胞进行离体培养都要在无菌条件下进行；动物成体的体细胞离体培养用液体培养基，不能体现细胞的全能性；植物成体的体细胞离体培养不一定用液体培养基，能体现细胞的全能性。C4.（08宁夏理综）回答下列有关动物细胞培养的问题： （1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成的细胞层数是 。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 。 （2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而
29、出现 的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 细胞，该种细胞的黏着性 ，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量 。（3）现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是 。（4）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。（5）在细胞培养过程中，通常在 条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中 的活性降低，细胞的 速率降低。（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 进行攻击。解析 细胞增殖过程中存在接触抑制现象，即正常细胞在体外培养时表现为贴壁
30、生长和汇合成单层后停止生长，需用胰蛋白酶处理后再分瓶培养；在细胞培养过程中，部分细胞的遗传物质会发生改变，会增加细胞分裂的次数；活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料无法进入细胞内部，因此不能着色；进行器官移植时，会发生免疫排斥，移植的器官会被机体当作抗原。答案 （1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少（3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色）（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢（6）抗原5.（09山东理综）人类在预防与诊
31、疗传染性疾病过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原，其疾苗生产和抗体制备的流程之一如下图： 请回答：（1）过程代表的是 。（2）过程构建A基因表达载体时，必须使用 和 两种工具酶。（3）过程采用的实验技术是 ，获得的X是 。（4）对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的 所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可从疑似患者体内分离病毒，与已知病毒进行 比较；或用图中的 进行特异性结合检测。解析 （1）中心法则中，对于少数的以RNA为遗传物质的病毒，其遗传信息的传递过程需要补充的过程有RNA的逆转录和RNA的复制过程，图中过
32、程正代表的是逆转录的过程。（2）基因工程的步骤是：目的基因的提取构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测和表达，其中构建基因表达载体中需要限制酶来切割以获取目的基因，同时需要相同的限制酶切割载体以获取与目的基因相同的黏性末端，再通过 DNA连接酶连接目的基因和载体。（3）过程是将瘤细胞与B淋巴细胞融合的过程，获得的叫杂交瘤细胞，其具备了瘤细胞的无限增殖的特性和B淋巴细胞的产生抗体的特性，从而制备单克隆抗体。（4）本题考查了免疫预防的操作过程，以及欲确诊疑似患者而采取的方法。本题中提示该RNA病毒表面的A蛋白为主要的抗原，故而可选用通过基因工程生产的A蛋白制备疫苗；确诊时为判断该病毒是否为题目
33、中的RNA病毒，可以进行核酸序列的比对，也可以利用单克隆抗体具备的特异性，利用抗A蛋白的特异性单克隆抗体与患者体内分离的病毒能否特异性结合判断病毒表面是否有A蛋白的存在进一步进行检测是否为目的RNA病毒。答案 （1）逆（反）转录（2）限制性核酸内切酶（限制酶） DNA连接酶（两空可以互换）（3）细胞融合 杂交瘤细胞 （4） A蛋白 核酸（基因）序列抗 A蛋白的单克隆抗体6.（09广东生物）（1）饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的 ，然后改变植酸酶的 ，从而得到新的植酸酶。 （2）培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料原
34、料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 。请简述获得转基因植株的完整过程。 。（3）为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过 方法，从而一次得到多个转基因猪个体。（4）若这些转基因动、植物进入生态环境中，对生态环境有何影响？ 。解析 （1）蛋白质工程首先要根据已有蛋白质，从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列，合成目的基因，再通过基因工程产生转基因生物。（2）将目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，其中有80%的转基因植物都
35、是通过农杆菌转化法产生的。（3）动物细胞核的全能性受细胞质的抑制，故目的基因需注入到受精卵中，再将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成具有新性状的动物。（4）转基因生物可造成基因污染等不良影响。答案 （1）分子结构及预期功能 基因（2）农杆菌浸染法 首先将目的基因质粒组合，构建基因表达载体，将含目的基因的表达载体导入植物细胞，通过植物组织培养获得表现新性状的植物（3）显微注射法 胚胎分割（4）转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境可能产生的影响主要表现在以下几方面：转基因生物打破了物种的原有界限，改变了物质循环和能量流动，对生态系统的稳定性造成破坏；重组DNA与微
36、生物杂交，可能出现对动、植物和人类有害的病原微生物；增加目标害虫的抗性和进化速度；转基因植物通过传粉进行基因转移，导致超级杂草出现；转基因植物的花粉如含有有毒蛋白或过敏蛋白，通过蜜蜂的采集，很可能进入蜜蜂中，再经过食物链的传递，最后有可能进入其他动物和人体内7.（09南通、扬州、泰州3月联考）降钙素是一种多肽类激素，临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低，半衰期较短。某科学机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素，从预期新型降钙素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了两条72个碱基的DNA单链，两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段，再利用Klenow酶补平，获得
37、双链DNA，过程如图。在此过程中发现，合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象。分析回答下列问题：（1）Klenow酶是一种 酶，合成的双链DNA有个 碱基对。（2）获得的双链DNA经EcoR（识别序列和切割位点GAATTC）BamH（识别序列和切割位点GGATCC）双酶切后插入到大肠杆菌质粒中，筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA测序验证。大肠杆菌是理想的受体细胞，这是因为它 。设计EcoR和BamH双酶切的目的是 。要进行重组质粒的鉴定和选择，需要大肠杆菌质粒中含有 。（3）经DNA测序表明，最初获得的多个重组质粒，均未发现完全正确的基因序列，最可能的原因是 。（4）上述制备该新型降钙素，
38、运用的现代生物工程技术是 。解析 每种限制酶特异识别专一DNA序列，并在切割位点将其准确切割。例如，EcoR切割GAATTC序列，切割位点在G与A之间。细菌将自身的DNA甲基化修饰，防止了被自身核酸内切酶降解。这些甲基化基团被装到DNA的腺嘌呤或胞嘧啶上（依细菌种类而定），使限制酶不能与DNA序列结合，但又不影响这些DNA序列上遗传信息的正常识别与表达。噬菌体DNA没有这些保护性的甲基化基团，所以会被降解，还有与限制酶配对的甲基转移酶，用来防止限制酶降解细菌基因中的相应序列。 答案 （1）DNA聚合 126（2）繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 保证目的基因和载体定向连接（或防止目的基因和载体
39、在酶切后产生的末端发生任意连接） 标记基因（3）合成的核苷酸单链仍较长，产生缺失碱基的现象（4）蛋白质工程8.（09济宁质检）应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题： （1）在培育转人生长激素基因牛的过程中，过程需要的工具酶是 ，过程常用的方法是 。（2）转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，则说明基因工程能够突破自然界的 。在基因表达载体中，人生长激素基因的前端必须有 。过程培养到一定阶段，可以采用 技术，培育出多头完全相同的转基因牛犊。（3）prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，最可能是 细胞，代表的细胞具有的特点。（4）
40、在抗虫棉培育过程中，进行过程最常用的方法是 。解析 基因工程中用到的工具有限制酶、DNA连接酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的基因；第二步为目的基因的整合，形成重组质粒或重组DNA；第三步导入宿主细胞；第四步检测与表达。在将目的基因导入受体细胞时，在细胞工程中常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞时，常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可进一步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多个个体。在动物细胞工程中，细胞融合是获得单克隆抗体的前提，得到的细胞既能无限增殖又能产生特异性抗体。基因工程能否成功的标志是基因能否成功表达，即能否进行转录和翻译。所以基因要表达必须要有启动子的启动。 答
41、案 （1）限制酶、DNA连接酶 显微注射法（2）生殖隔离 启动子 胚胎分割移植（胚胎分割和胚胎移植）（3）效应B 既能无限增殖又能产生特异性抗体（4）农杆菌转化法返回（2）DNA连接酶“分子缝合针”：把两条DNA 之间的缝隙“缝合”起来 末端（3）载体“分子运输车”常用载体： 载体条件质粒在宿主细胞内 并能 有多个限制酶切点有 ，便于 对宿主细胞无害稳定存在复制标记基因筛选2.基本操作程序 获取目的基因：常用方法从基因文库中获取利用 技术扩增人工合成法 PCR4.细胞核移植 过程： 应用：快速培育优良家畜生产医用蛋白提供 移植的供体器官异种 我国科研人员发现，弯曲的蚕丝由于弯折处易断裂，其强度
42、低于由蜘蛛纺绩器拖牵丝的直丝，并首次在世界上通过了转基因方法将“绿色荧光蛋白基因”与“蜘蛛拖牵丝基因”拼接后成功插入蚕丝基因组中，并在受体细胞中成功表达。考点二 细胞工程的原理和应用1.动、植物细胞工程技术手段的原理和工具酶比较比较 植物细胞工程植物细胞工程 动物细胞工程动物细胞工程 原理原理 植物组织培养植物组织培养细胞全能性细胞全能性植物体细胞杂交植物体细胞杂交细胞的全能性、细细胞的全能性、细胞膜流动性胞膜流动性 动物细胞培养动物细胞培养细胞增殖细胞增殖体细胞核移植体细胞核移植动物细胞核的动物细胞核的全能性全能性单克隆抗体的制备单克隆抗体的制备细胞膜的细胞膜的流动性、细胞增殖流动性、细胞增
43、殖动物细胞融合动物细胞融合细胞膜流动性细胞膜流动性 工工具具酶酶 纤维素酶、果胶酶纤维素酶、果胶酶 胰蛋白酶、胶原蛋白酶胰蛋白酶、胶原蛋白酶 一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察 ，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明 。解析 肝脏是动物体内最大的消化腺，还有造血和解毒功能。将肝脏切成小薄片，可使肝细胞直接接触培养液，有利于肝细胞吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。向培养液中充入5% CO2，有利于维持培养液的pH。添加抗生素可抑制细菌生长，但不能用错、用多，否则会伤害甚至杀死肝细胞。 答案 （1）吸收氧气和营养物质、排出代谢废物（2）维持培养液适宜的p
44、H（3）种类和剂量（4）向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块染色体形态和数量肝脏小块对有机物X具有解毒作用D.将人的精子与卵细胞在体外受精，待受精卵在试管内发育到囊胚期时，再植入女性子宫内发育成“试管婴儿”解析 “克隆”是采用细胞核移植技术，属于无性生殖。将兔的早期胚胎分割后，分别植入两只母兔子宫内，并最终发育成两只一样的兔属于胚胎分割移植，属无性生殖。将人的抗病毒基因嫁接到烟草的DNA分子上，培育出具有抗病能力的烟草新品种，这属于基因工程技术。“试管婴儿”是胚胎移植技术，属于有性生殖。答案 A方法点拨 做好本题的关键是要准确区分胚胎移植、胚胎分割移植和细胞核移植技术。 胞分裂的次数；活细胞的细胞
45、膜具有选择透过性，大分子染料无法进入细胞内部，因此不能着色；进行器官移植时，会发生免疫排斥，移植的器官会被机体当作抗原。答案 （1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少（3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色）（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢（6）抗原解析 （1）蛋白质工程首先要根据已有蛋白质，从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列，合成目的基因，再通过基因工程产生转基因生物。（2）将目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，其中有80%的转基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。（3）动物细胞核的全能性受细胞质的抑制，故目的基因需注入到受精卵中，再将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成具有新性状的动物。（4）转基因生物可造成基因污染等不良影响。