1、1专题强化训练(十六) 基因工程与细胞工程1(2018安徽江南十校检测)某蛋白质 A 为某真核生物中的一种糖蛋白，在医学临床上有重要的药用价值，现欲用基因工程技术，将控制该蛋白质合成的基因 A 转入到大肠杆菌中进行工厂化生产。请回答下列问题。(1)获取基因 A 时，一般以基因 A 的 mRNA 为模板，在_酶作用下合成单链DNA，形成 RNADNA 杂交分子，然后在酶作用下得到单链 DNA，最后在 DNA 聚合酶作用下得到双链 DNA。(2)构建基因表达载体时，要用到“分子缝合针”是_，其与 DNA 聚合酶在功能上的区别是_。(3)基因在 A 细菌中表达出的蛋白质一般不具备天然状态下的活性，原
2、因是_。若要检测大肠杆菌是否表达出蛋白质 A 可以通过_检测。(4)利用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要在反应体系中添加的有机物质有 4 种脱氧核糖核苷酸、耐热性的 DNA 聚合酶、_(填两种)。解析：(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：以基因 A 的 mRNA 为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链 DNA，形成 RNADNA 杂交分子，然后在酶作用下得到单链 DNA，最后在 DNA 聚合酶作用下得到双链 DNA。(2)在基因工程中， “分子缝合针”指的是 DNA 连接酶，其与 DNA 聚合酶在功能上的区别是 DNA 聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到已有核苷酸链的末端，DNA 连接酶是
3、连接两个DNA 片段；DNA 聚合酶是以 DNA 的一条链为模板，DNA 连接酶不需要模板。(3)蛋白质 A 为糖蛋白，其上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而大肠杆菌无这些细胞器，因此基因在 A 细菌中表达出的蛋白质一般不具备天然状态下的活性。可用抗原抗体杂交法检测大肠杆菌是否表达出蛋白质 A。(4)PCR 全称为聚合酶链式反应，是一项在生物体外复制特定 DNA 的核酸合成技术，利用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要添加的有机物有 4 种脱氧核糖核苷酸、耐热性的 DNA 聚合酶、引物和(基因 A 的)双链模板。答案：(1)逆转录 (2)DNA 连接酶 DNA 聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接
4、到已有核苷酸链的末端，DNA 连接酶是连接两个 DNA 片段；DNA 聚合酶是以 DNA 的一条链为模板，DNA 连2接酶不需要模板 (3)蛋白质 A 为糖蛋白，其上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而大肠杆菌无这些细胞器 抗原抗体杂交法 (4)引物和(基因 A 的)双链模板2(2018福建福州检测)莴苣易受软腐病菌的感染，野生甘蓝具软腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理窝苣原生质体可使其染色体片段化，并丧失增殖能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的野生甘蓝原生质体融合，以获得抗软腐病杂种植株。流程如下图：据图回答下列问题： (1)过程所需的酶是_。(2)过程后，在显微镜下观
5、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。进一步对杂种植株进行_接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。(3)为研究甘蓝的 A 基因与抗性是否有关，科研人员提取野生甘蓝的 DNA，将氨苄青霉素的抗性基因(N 基因)插入 A 基因中，替换 A 基因的中间片段，如图。为达到上述目的，用限制酶处理后，在 A1片段与 N 基因、N 基因与 A3片段间要有_。要使改造后的 A 基因能表达出 N 基因所编码的蛋白质，插入的 N 基因前端应包含_。PCR 扩增改造后的 A 基因，转入野生甘蓝细胞中，并用加入_的培养基筛选，获得的甘蓝细胞，其愈伤组织培育后发现也非常容易感染软腐病，
6、表明 A 基因是_。解析：(1)过程表示原生质体的制备，要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁。3(2)用于融合的两个细胞，一个是莴苣的叶肉细胞，一个是抗性甘蓝的根部细胞，其中供体细胞特有的结构是叶绿体，可通过观察叶绿体的有无作为初步筛选杂种细胞的标志。进一步对杂种植株进行软腐病菌接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。(3)将氨苄青霉素的抗性基因(N 基因)插入 A 基因中，需要用限制酶分别处理获得氨苄青霉素的抗性基因和 A1、A 3片段，且在 A1片段与 N 基因、N 基因与 A3片段间要有互补的黏性末端，才能达到目的。要使改造后的 A 基因能表达出 N 基因所编码的蛋白质，插入的 N基
7、因前端应包含启动子。PCR 扩增改造后的 A 基因，转入野生甘蓝细胞中，并用加入氨苄青霉素的培养基筛选，获得的甘蓝细胞，其愈伤组织培育后发现也非常容易感染软腐病，表明 A 基因是抗性基因。答案：(1)纤维素酶和果胶酶 (2)叶绿体 软腐病菌 (3)互补的黏性末端 启动子 氨苄青霉素 抗性基因3(2018福建南平一质检)请根据资料回答问题：资料 1：人体器官移植最大的难题是免疫排斥。猪细胞表面有一些人体没有的抗原，如 l,3 半乳糖苷转移酶就是其中的一种，因此人体会对移植的猪器官产生免疫排斥反应。资料 2：可利用基因打靶技术对猪细胞 l,3 半乳糖苷转移酶基因细胞进行改造，去除 l, 3 半乳糖
8、苷转移酶引起的免疫排斥，主要过程如下：第一步：从猪囊胚中分离出胚胎干细胞(野生 ES)。需要改造的基因称为“靶基因” 。第二步：在含有一段与靶基因同源的序列上，插入新霉素抗性基因(neo)完成打靶载体的构建。第三步：打靶载体导入胚胎干细胞，与含有同源序列的 DNA 分子重新组合，发生置换，形成突变 ES 细胞基因。4第四步：突变 ES 细胞筛选、增殖。(1)除了经济易获取因素外，请写出科学家选择猪器官作为人体器官移植供体的生物学依据(写出其中一条即可)_。(2)资料 2 基因改造过程中， “靶基因”是_，打靶载体的构建过程相当于基因工程基本操作步骤中的_。插入新霉素抗性基因后， “靶基因”不能
9、表达的原因是_，插入的新霉素抗性基因作为标记基因起到_作用。(3)利用_技术，使突变 ES 细胞增殖、分化，培育出不合成 1,3半乳糖苷转移酶的猪器官，但得到的器官还不能直接移植入人体，原因是_。(4)基因打靶技术给人体移植器官短缺难题的解决带来了可能，该项技术能精准定位进行基因改造是由于_。解析：(1)无论从解剖学还是生理学指标上，猪的器官在结构、大小都与人类极为接近。因此，选择猪作为异种器官移植供体成为国际共识。(2)据题干分析，资料 2 基因改造过程中“靶基因”是猪细胞的 1,3 半乳糖苷转移酶基因；打靶载体的构建过程相当于基因工程基本操作步骤中的“目的基因的获取” ；插入新霉素抗性基因
10、后，因为基因结构被破坏， “靶基因” 将不能表达；新霉素抗性基因作为标记基因起到筛选作用。(3)利用克隆技术，使突变 ES 细胞增殖、分化，培育出不合成 1,3 半乳糖苷转移酶的猪器官，但由于人体对猪细胞还存在其他抗原引起的排斥反应，得到的器官还不能直接移植入人体。 5(4)据题干信息分析可知，该项技术能精准定位进行基因改造是因为“打靶载体导入胚胎干细胞，与含有同源序列的 DNA 分子重新组合，发生置换”即同源重组。答案：(1)结构、大小与人体相似(或猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物) (2)(猪细胞的)1,3 半乳糖苷转移酶基因 目的基因的获取 基因结构被破坏 筛选 (
11、3)克隆 人体对猪细胞还存在其他抗原引起的排斥反应 (4)同源重组4(2018福建宁德期末)中国女科学家屠呦呦因青蒿素研发所做的重大贡献，荣获2015 年诺贝尔生理医学奖。下图是青蒿细胞产生青蒿素，以及酵母细胞产生固醇的合成途径。请回答：(1)基因工程的核心步骤是_。采用基因工程培育能生产青蒿素的酵母细胞，应将控制合成_的基因导入酵母细胞，从酵母细胞中提取蛋白质，采用_方法检测，若有_出现，表明目的基因已表达。(2)转基因酵母细胞合成的青蒿素很少，可通过抑制_的活性，以减少_合成，提高青蒿素产量。(3)生产上大量培养转基因的酵母细胞，应提供的条件是_。(至少写三点)解析：(1)基因工程的核心步
12、骤是基因表达载体的构建。据图可知，青蒿细胞和酵母细胞均可以形成 FPP，青蒿细胞含有特有的 ADS 酶和 CYP71AV1 酶，采用基因工程培育能生产青蒿素的酵母细胞，应将控制合成 ADS 酶的基因和 CYP71AV1 酶的基因导入酵母细胞。分子水平上检测转基因是否成功，可从酵母细胞中提取蛋白质，采用抗原抗体杂交方法检测，若出现抗原抗体杂交带，表明目的基因已成功表达。(2)转基因酵母细胞可把 FPP 转化为固醇，导致转基因酵母细胞合成的青蒿素很少，可通过抑制合成固醇所需的 FRG9 酶的活性，以减少固醇合成，提高青蒿素产量。(3)酵母菌属于兼性厌氧型细胞，在有氧条件下可快速繁殖，大量培养转基因
13、的酵母细胞，应提供充足的氧气、充足的营养、适宜的温度和 pH、无菌无毒等环境。6答案：(1)基因表达载体的构建 ADS 酶的基因和 CYP71AV1 酶 抗原抗体杂交 杂交带 (2)FRG9 酶 固醇 (3)充足的氧气、充足的营养、适宜的温度和 pH、无菌无毒5(2018安徽六校联考)白血病是由于造血干细胞增殖分化异常而引起的恶性增殖性疾病，目前治疗白血病的主要方法是骨髓移植，但骨髓配型的成功率较低，大大限制了白血病的治疗。新生婴儿的脐带血中含有丰富的干细胞，将其采集以后在特定条件下保存，既可以用于自体的细胞移植，也可用于异体干细胞移植。请据此回答下列有关问题：(1)骨髓移植必须进行骨髓配型实
14、验，原因是防止移植后发生强烈的_ ；目前临床上通常通过使用免疫抑制剂抑制_的增殖来提高移植细胞的成活率。使用脐带血干细胞进行异体移植也会发生这样的问题，但程度会明显减轻，原因是脐带血干细胞相对于成体的骨髓干细胞的_程度低，某些_没有表达。(2)造血干细胞移植之前先要进行培养，培养时除需要适宜的温度、无菌无毒等环境条件以外，营养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和_等，还要向培养液中通入 O2和 CO2。通入 O2的目的是_，通入 CO2的目的是_。(3)在进行细胞移植前，若对移植的细胞进行基因改造，基因改造是否成功，需要对受体细胞进行检测，在分子水平上检测是否翻译出相应蛋白质的方法是_。
15、解析：(1)因为移植的骨髓相当于抗原，机体会发生免疫排斥反应，所以骨髓移植必须进行骨髓配型实验；目前临床上通常通过使用免疫抑制剂抑制 T 细胞(或 T 细胞和 B 细胞)的增殖来提高移植的成活率。脐带血干细胞相对于成体的骨髓干细胞的分化程度低，某些抗原基因没有表达，因此使用脐带血干细胞进行异体移植也会发生这样的问题，但程度会明显减轻。(2)动物细胞培养时除需要适宜的温度、无菌无毒等环境条件以外，营养液通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清或血浆等，还要向培养液中通入氧气和二氧化碳；通入氧气可以保证细胞能够进行有氧呼吸，通入二氧化碳可以维持培养液的 pH。(3)对受体细胞进行检测包括分
16、子水平上的检测和个体水平上的检测，在分子水平上检测目的基因是否翻译成了相应蛋白质的方法是抗体抗原杂交。答案：(1)免疫排斥反应 T 细胞(或“T 细胞和 B 细胞”) 分化 抗原基因 (2)动物血清(或血浆) 保证细胞能够进行有氧呼吸(或保证细胞代谢正常进行) 维持培养液的 pH (3)抗原抗体杂交法76(2018湖南郴州二模)女性怀孕后会分泌一种糖蛋白绒毛膜促性腺激素(HCG)，尿液中会检出 HCG 的存在。用抗 HCG 单克隆抗体制备的试纸可以测试女性是否怀孕。下图是抗 HCG 单克隆抗体制备流程示意图，请分析回答：乙 丙 丁HCG 注 射 小 鼠 B淋 巴 细 胞 骨 髓 瘤 细 胞 融
17、 合 选 择 培 养 检 测 大 规 模 培 养 抗 HCG单克 隆 抗 体(1)制备单克隆抗体利用的生物学技术有_和_。(2)促进动物细胞融合得到乙，常采用的方法有_。(答 2 个)(3)用特定的选择培养基对乙筛选，得到的细胞丙的特点是_。(4)对丙检测筛选得到丁，采用的方法是_。生产的单克隆抗体可以与_特异性结合，从而诊断早孕。(5)将验孕试纸标有 MAX 标志线的一端插入待测尿液中(尿液不能没过该线)，片刻后取出平放，若尿液中含有 HCG，会随尿液向右扩散，与包埋在标志线右侧区域的被显色剂标记的抗 HCG 抗体 1 发生特异性结合，形成的复合体继续随尿液向右扩散至检测线处，又可以与固定在
18、该区域的抗体 2 结合形成新的复合体，并不断积累，从而在此处显示出颜色。对照线区域固定着另外一种抗体 3，可以捕获被显色剂标记的抗体 1。因而当尿液继续扩散到对照线时，也会显示出颜色。据此判断：若检测线和对照线均显示颜色，表示_；若仅有对照线显示颜色，表示_；若检测线和对照线均不显示颜色，表示_。解析：(1)制备单克隆抗体需要将骨髓瘤细胞和浆细胞融合，然后培养杂交瘤细胞，8利用的生物学技术有动物细胞培养、动物细胞融合。(2)促进动物细胞融合，物理方法可用离心、振动或电刺激，化学方法可用聚乙二醇处理，也可用灭活病毒处理。(3)用特定的选择培养基对乙融合细胞进行筛选，得到的细胞丙为杂交瘤细胞，特点
19、是既能无限增殖又能产生专一抗体。 (4)检测丙杂交瘤细胞是否能产生单一抗体，可用人绒毛膜促性腺激素(或 HCG)作为抗原，利用抗原抗体杂交方法进行检测。生产的单克隆抗体可以与人绒毛膜促性腺激素(或 HCG)特异性结合，从而诊断早孕。 (5)标志线右侧区域一定含有被显色剂标记的抗 HCG 抗体 1，则对照线一定会显色。若检测线和对照线均显示颜色，表示尿液中含有 HCG，说明待测女性已怀孕。若仅有对照线显示颜色，表示尿液中不含有 HCG，说明待测女性未怀孕。若检测线和对照线均不显示颜色，可能是尿液没过 MAX 标志线，使被显色剂标记的抗 HCG 抗体 1 溶解在尿液中，而不会向右扩散至对照线处，或
20、者试纸条已失效。答案：(1)动物细胞培养 动物细胞融合 (2)PEG、电刺激、灭活的病毒 (3)既能无限增殖又能产生专一抗体 (4)抗原抗体杂交 人绒毛膜促性腺激素(或 HCG) (5)待测女性已怀孕 未怀孕 操作不正确或试纸条已失效7草莓是人们经常食用的一种水果，有较高的营养价值。草莓是无性繁殖的作物，长期种植会使病毒积累在体内，产量降低，品质下降。下图是利用植物组织培养技术培育草莓脱毒苗的过程，请据图回答： 外 植 体 愈 伤 组 织 胚 状 体 脱 毒 苗 草 莓 植 株(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是_。培育脱毒苗时，一般选取_作为外植体，其依据是_。(2)是脱分化过程，细胞脱分
21、化是指已经分化的细胞，经过诱导后，失去其_而转变为未分化细胞的过程。是_过程。(3)研究表明，多倍体草莓产量高于二倍体，利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种：一是使用_(药剂)处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；二是利用_(药剂)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，9这种育种技术被称为_技术。解析：(1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能，称为植物细胞的全能性。外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性。培育脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒。(2)已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化。是再分化过程，再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出胚状体，形成完整植株。(3)秋水仙素可以诱导产生多倍体，使用秋水仙素处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；也可以利用聚乙二醇(PEG)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，这种育种技术被称为植物体细胞杂交。答案：(1)植物细胞的全能性 茎尖(或芽尖或根尖) 植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒 (2)特有的结构和功能 再分化 (3)秋水仙素 聚乙二醇(PEG) 植物体细胞杂交
