1、专题14 现代生物科技专题,答案速填: DNA连接酶 目的基因的获取 检测与鉴定 基因 作物脱毒 细胞增殖 动物细胞融合和动物细胞培养 骨髓瘤细胞 囊胚 获能 动物血清 桑椹胚 早期胚胎 全能性 物质循环再生原理,考纲要求: 1.基因工程的诞生 2.基因工程的原理及技术(含PCR技术) 3.基因工程的应用 4.蛋白质工程 5.植物的组织培养 6.动物细胞培养与体细胞克隆 7.细胞融合与单克隆抗体,8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础 9.核移植 10.胚胎工程的应用 11.简述生态工程的原理 12.生态工程的实例,热点一 基因工程与细胞工程 【示范题1】(2017全国卷T38)几丁质
2、是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:,(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁 质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料, 原因是_。提 取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是_。,(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是_ _。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒 载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是 _ _(答出两点即可)。,(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化 形成的化学键是_。 (5)若获得的转基因植株(几丁质
3、酶基因已经整合到植 物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法 则分析,其可能的原因是_。,【考题追问】若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经 整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,可 通过_技术和_技术来确定其原 因。,分子杂交,抗原抗体杂交,【热点纵横联】 1.蛋白质工程与基因工程的关系:,2.植物体细胞杂交与动物单克隆抗体比较:,3.植物组织培养和动物细胞培养比较:,【对点聚焦练】 1.(2016全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表 示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性核酸内切 酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示 意图(载体上的EcoR、Sau
4、3A的切点是唯一的)。,根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载 体被_酶切后的产物连接,理由是_ _。,(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、 丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种 重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 _,不能表达的原因是_ _。,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的 有_和_,其中既 能连接黏性末端又能连接平末端的是_。,【解题指导】(1)图示信息:图(a)中三种酶的识别序列,图(b)中终止子、启动子、图(c)中目的基因的插入位置。 (2)关键知识:只有两种限制性
5、核酸内切酶剪切时识别的序列相同时,才能被DNA连接酶连接;启动子是启动目的基因转录的,终止子终止转录过程,插入二者之间的目的基因才能正常表达。,【解析】本题主要考查限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用及基因表达载体的构建。 (1)BamH和Sau3A的共同识别序列是GATC,二者切割形成的黏性末端相同,可以被DNA连接酶连接。 (2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的前端,终止子应位于目的基因的后端,这样目的基因才能顺利地转录并完成翻译过程,即顺利表达,图中所示甲、丙均不符。,(3)常见的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和Ecoli DNA连接酶,T4 DNA连接酶既能连接黏性末端,又能
6、连接平末端。,答案:(1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案亦可) (3)Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 DNA连接酶,【易错提醒】 (1)不能正确分析启动子和终止子的作用,对目的基因能否顺利表达判断不清。 (2)书写有误,如误将“连接酶”写成“连结酶”。,2.(2018石家庄一模)人的血清白蛋白(HAS)在临床上需求量很大,目前通常将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白,基本步骤如下: .采集良种供体奶牛的卵
7、母细胞和精子,通过体外受精,形成受精卵;,.将人的血清白蛋白基因导入奶牛受精卵,形成重组细胞; .电脉冲刺激重组细胞,促使其形成早期胚胎并培养; .将胚胎移植到受体母牛的子宫中,最终发育成转基因小牛。,请回答下列问题: (1)步骤中,卵母细胞与精子结合过程中防止多精入卵的生理反应包括_。自然条件下,受精卵是在雌性动物的_内形成的。,(2)步骤中,将人的血清白蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方法是_。导入基因前,需要将血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,这一步骤称为_。,(3)步骤中,进行动物早期胚胎的体外培养时,培养液 中除了含有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、
8、核苷酸等营养成分外,还需要添加_和 动物血清。一般情况下,通常在合成培养基中加入一定 量的抗生素,其目的是_。 (4)步骤中,应选择性别为_的奶牛 胚胎进行移植。,【解析】(1)防止多精入卵的两道屏障为透明带反应、 卵细胞膜反应。自然条件下,受精作用的场所为输卵管。 (2)将目的基因导入动物细胞的方法为显微注射法。将 血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控 组件重组在一起,称为构建基因表达载体。(3)早期胚 胎培养过程中,培养液中除了含有各种无机盐和有机盐、,维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还需要添加激素和动物血清。为了防止污染,在合成培养基中还需要加入抗生素。(4)血清白蛋白要从
9、乳汁中提取,只有雌性奶牛才能产生乳汁,因此胚胎移植时,必须选取雌性奶牛的胚胎进行移植。,答案:(1)透明带反应、卵细胞膜反应 输卵管 (2)显微注射法 构建基因表达载体 (3)激素 防止污染 (4)雌性,3.(2017江苏高考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:,(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过_ 获得_用于PCR扩增。 (2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需
10、要增加适当的_位点。设计引物时需要避免引物之间形成_ ,而造成引物自连。,(3)图中步骤1代表_,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。 (4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但_ _的引物需要设定更高的退火温度。,(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有_(填序号:升高退火温度 降低退火温度 重新设计引物)。,【解析】(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA, mRNA在逆转录酶的催化下,通过逆转录过程形成 cDNA, 然后用于PCR扩增。(2)目的基因与质
11、粒形成重组质粒 时需要用限制性核酸内切酶切出相同的黏性末端,因此 在设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1 和引物2)时,要在引物中增加适当的限制性核酸内切酶,位点。设计引物时,两种引物之间不能有互补性,否则 引物之间会配对形成双链DNA。(3)图中步骤1代表高温 变性,目的是使DNA分子解旋。(4)PCR扩增时,退火步骤 中引物与模板结合,因此退火温度过高会破坏引物与模 板的碱基配对。由于A和T之间有2个氢键,而C和G之间 有3个氢键,因此C和G的含量越高,DNA分子越稳定,所以,引物中含C与G的碱基对较多时,需要采用较高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,一是引物
12、没有和模板结合,二是退火步骤中退火温度过高破坏了引物与模板的碱基配对,所以采取的改进措施应该选和。,答案:(1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 GC含量高 (5),4.(新题预测)据悉,艾滋病是中国法定传染病报告死亡数据最高的病种,截至2017年9月30日我国累计报告艾滋病病例264 302例,防艾迫在眉睫。早期获得艾滋病病毒抗体的具体过程见图1:,(1)通过培养杂交瘤细胞收集到的抗体最广泛的用途是 _,图1中过程表示_, 与HIV自愈者体内提取的抗体相比,培养杂交瘤细胞所 获得抗体的优点是_。,(2)转基因技术在HIV疫苗的研制工作中得到
13、广泛应用,科学工作者利用该技术研制HIV疫苗的简要操作路径见图2:,图2中过程所需的酶是_,目的基因的载体有_(至少两例),表示_。目的基因进入受体细胞并维持稳定和表达的过程称为_。,(3)大肠杆菌质粒常作为基因工程目的基因的载体,将 重组质粒导入大肠杆菌,一般情况下,需要制备感受态 细胞,原因是_ _。,【解析】(1)通过培养杂交瘤细胞收集到的抗体为单克隆抗体,其最广泛的用途是用作体外诊断试剂。图1中表示筛选杂交瘤细胞的过程,与HIV自愈者体内提取的抗体相比,培养杂交瘤细胞获得的单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、可大量制备等优点。,(2)根据题图可知,图2中过程表示逆转录,需要逆转录酶的催化
14、;常用的目的基因的载体有质粒、动植物病毒等;表示构建基因表达载体;目的基因进入受体细胞并维持稳定和表达的过程称为转化。 (3)由于未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱,所以将重组质粒导入大肠杆菌,一般情况下,需要制备感受态细胞。,答案:(1)用作体外诊断试剂 筛选 特异性强、灵敏度高、可大量制备 (2)逆转录酶 质粒、动植物病毒、噬菌体衍生物等 基因表达载体的构建 转化 (3)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱,热点二 胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、 生态工程 【示范题2】(2016全国卷T40)如图表示通过核 移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。
15、,回答下列问题: (1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为_。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用_的方法。代表的过程是_。,(2)经过多次传代后,供体细胞中_的稳定性 会降低。因此,选材时必须关注传代次数。 (3)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_ _。,(4)与克隆羊“多利”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了_。,【考题追问】去核时应选择处于_的卵母细胞进 行操作,用于胚胎移植的早期胚胎处于_或_ 阶段。,M中期,桑椹胚,囊胚,【热点纵横联】 1.胚胎工程操作流程分析:,2.
16、生物技术的安全性和伦理问题: (1)关于转基因生物安全性的争论: 食物安全:毒性蛋白、过敏原、营养成分改变。 生物安全:对生物多样性的影响。 环境安全:对生态系统稳定性的影响。,(2)治疗性克隆和生殖性克隆的区别:注:中国政府的态度是禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆。,3.生态工程的五大原理及实例:,【对点聚焦练】 1.(新题预测)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得 诱导性多能干细胞(iPS),继而利用iPS细胞培育出与黑 鼠遗传特性相同的克隆鼠,流程如图,请据图回答:,(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称 为_,培养的细胞在贴壁生长至铺满培 养皿底时停止分裂,这种现象称为_。
17、 (2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得, 该过程称为_,也可从灰鼠体内取出卵 子,通过_后进行早期胚胎培养获得。,(3)图中重组囊胚通过_技术移入白鼠 子宫内继续发育,暂不移入的胚胎可使用_ 方法保存。 (4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的_ 分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性,有 望在对人类iPS细胞进行定向_后用于 疾病的细胞治疗。,【解析】(1)动物组织分散为单个细胞后的初次培养称 为原代培养;培养的细胞铺满培养皿底时停止分裂的现 象为接触抑制。(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰 鼠输卵管内获得,该过程称为冲卵,也可从灰鼠体内取 出卵子,通过体外受精后
18、进行早期胚胎培养获得。 (3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继,续发育,暂不移入的胚胎可使用冷冻(或低温)方法保存。(4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的内细胞团细胞分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性,即可发育为成体动物的任何一种组织细胞,可利用这一特点,在培养液中添加分化诱导因子,诱导其向不同类型组织细胞分化,故有望在对人类iPS细胞进行定向诱导分化后用于疾病的细胞治疗。,答案:(1)原代培养 接触抑制 (2)冲卵 体外受精 (3)胚胎移植 冷冻(或低温) (4)内细胞团细胞 诱导分化,2.某课题组为解决本地奶牛产奶量低的问题,引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯
19、种公牛。 (1)拟进行如下杂交: A(具高产奶基因的纯种)B(具适宜本地生长基因的纯种)C,选择B作为母本,原因之一是胚胎能在母体内正常 _。若C中的母牛表现为适宜本地生长, 但产奶量并未提高,说明高产奶是_性状。 为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛,根据现有类型, 最佳杂交组合是_,后代中出现这种母 牛的概率是_(假设两对基因分别位于不 同对常染色体上)。,(2)用以上最佳组合,按以下流程可加速获得优良个体。,精子要具有受精能力,需对其进行_处理;卵 子的成熟在过程_中完成。在过程的培养基 中含有葡萄糖,其作用是_。 为筛选出具有优良性状的母牛,过程前应鉴定胚胎的 _。子代母 牛的优良性状与
20、过程_的基因重组有关。,(3)为了提高已有胚胎的利用率,可采用_技术。 【解题指导】(1)隐含信息:胚胎移植条件、体外受精的条件。 (2)关键知识:杂交育种原理与应用、体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术。,【解析】本题考查基因的自由组合定律和胚胎工程。 (1)选择B作为母本,原因之一是胚胎能在母体内正常生 长发育或胚胎发育,即不发生免疫排斥且能发生生理组 织联系;由交配结果可知,高产奶和不适宜本地生长是 隐性性状;假设M/m控制产奶性状,N/n控制适宜不适宜 本地生长性状,则牛A、B、C的基因型分别是:mmnn、,MMNN、MmNn,因两对基因分别位于不同对常染色体上,利用基因重组的原理
21、,要获得产奶量高且适宜本地生长的母牛,应选择 A与C杂交,即mmnnMmNn,后代中出现产奶量高且适宜本地生长的母牛的概率为1/2(mm)1/2(Nn)1/2(雌性)=1/8。,(2)精子在受精前需进行获能处理,卵子的减数第二次分裂在受精作用即过程中才得以完成;体外培养胚胎时,需在培养液中提供葡萄糖等物质以保证充足的能量供应。为筛选出具有优良性状的母牛,过程前应鉴定胚胎的性别,以及是否具有高产奶和适宜本地生长等优良基因,子代母牛的优良性状与过程(产生mN卵子的减数分裂过程)的基因重组有关。,(3)利用胚胎分割,可同时获得多个基因型相同的后代,提高了已有胚胎的利用率。 答案:(1)生长发育或胚胎
22、发育 隐性 AC 1/8 (2)获能或增强活力 供能 性别、高产奶和适宜本地生长的基因 (3)胚胎分割,3.(新题预测)克隆猴“中中”和“华华”在中国诞生,它们的“故事”登上2018年细胞封面,这意味着中国科学家成功突破了现有技术无法克隆灵长类动物的世界难题。,(1)图中单细胞的获取通常需要用_ 进行处理,在培养过程中,应定期更换培养液,其目的是 _。,(2)过程需要用到_技术,在畜 牧生产中采用这种技术的优势是_。 要得到一模一样的猴子,过程前要对囊胚进行分 割,分割时要注意_。胚胎发育过程中 胚胎从透明带中伸展出来的过程叫做_。 (3)中国政府不反对治疗性克隆,但禁止_。,【解析】(1)将
23、动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理, 可获得如题图中所示的单细胞。在培养过程中,为了 防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成的伤害,应定期 更换培养液。(2)过程是将克隆胚胎移入受体, 需要用到胚胎移植技术。在畜牧生产中采用胚胎移植 技术的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。,对囊胚时期的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团进行均等分割。胚胎发育过程中胚胎从透明带中伸展出来的过程叫做孵化。(3)中国政府禁止生殖性克隆,但不反对治疗性克隆。,答案:(1)胰蛋白酶或胶原蛋白酶 防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害 (2)胚胎移植 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 将内细胞团均等分割 孵化 (3)
24、生殖性克隆,4.如图是我国南方开始尝试的农业生态系统的结构模式图,它利用雏鸭旺盛的杂食性,吃掉稻田里的杂草和害虫,用作物养猪、养鸭,用秸秆培育蘑菇、生产沼气,用鸭粪、沼渣肥田,生产出无公害的大米与蛋肉类。请据图回答下列问题:,(1)该生态系统建设过程中利用的主要生态工程原理是_;该地区在投入建设时考虑到了养鸭场和养猪场的所建规模问题,这利用了生态工程建设的_原理。与传统的工程相比,生态工程的优点是_。,(2)实现可持续发展,要改变人类能征服自然的错误观念,走_之路,主要通过实行_的原则,使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或者另一个系统的生产原料,从而实现_。该农业生态系统的经济模式就符合上
25、述要求,通过对_,从而大大提高能量利用率,获得更高收益。,(3)我国人口较多,人均土地、水资源和能源占有量少,所以在进行生态工程时,一定要注重_效益、_效益和经济效益的统一。,【解析】(1)该生态工程遵循自然界物质循环规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。建设该生态系统分别利用了生态工程中物质循环再生原理和物种多样性原理。生态系统的生物数量不能超过环境承载力(环境容纳量)的限度。因此,在进行生态工程建设时,需要考虑环境的承载力,考虑养鸭场和养猪场的规模,这遵循的是协调与平衡原理。,(2)实现可持续发展,要改变人类能征服自然的错误观 念,走生态经济之路,主
26、要通过实行“循环经济”的原 则,使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或者另 一个系统的生产原料,从而实现废弃物的资源化。该农 业生态系统利用雏鸭旺盛的杂食性,吃掉稻田里的杂草 和害虫,用作物养猪、养鸭,用秸秆培育蘑菇、生产沼,气,用鸭粪、沼渣肥田,生产出无公害的大米与蛋肉类,实现了对能量的多级利用,从而大大提高能量利用率,获得更高收益。 (3)我国人口较多,人均土地、水资源和能源占有量少,所以在进行生态工程时,一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。,答案:(1)物质循环再生原理 协调与平衡 少消耗、多效益、可持续 (2)生态经济 循环经济 废弃物的资源化 能量的多级利用 (3)生态 社会,交汇命题点:“现代生物科技专题”跨专题考查,
