专题17 基因工程和细胞工程-2014年高考生物考纲解读及热点难点试题演练 Word版含解析

1.基因工程：
(1)基因工程的诞生(Ⅰ)。
(2)基因工程的原理及技术(Ⅱ)。
(3)基因工程的应用(Ⅱ)。
(4)蛋白质工程(Ⅰ)。
2.克隆技术：
(1)植物的组织培养(Ⅱ)。
(2)动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。
(3)细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。
一、基因工程与蛋白质工程
(一)基因工程的基本工具
限制酶 DNA连接酶 载体
作用 切割目的基因和载体 拼接DNA片段，形成重组DNA 携带目的基因进入受体细胞
作用部位 两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间的磷酸二酯键
作用特点(条件) 识别特定的核苷酸序列；在特定位点上切割 E·coli DNA连接酶只能连接黏性末端；T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端 能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；有多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因
【特别提醒】
①DNA连接酶连接两个DNA片段，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。
②限制酶是切割某种特定的脱氧核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开，而解旋酶是将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。
(二)对基因工程基本操作程序的思考
1．目的基因的获取途径
(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。
(2)人工合成目的基因(常用方法如下)：
①化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。
②人工合成法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。
③利用PCR技术扩增。
2．基因表达载体的构建——重组质粒的构建
(1)表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因＋复制原点。
(2)启动子和终止子：启动子是RNA聚合酶结合位点，启动转录；终止子是终止转录的位点。
(3)基因表达载体的构建过程：
3．将目的基因导入受体细胞——转化
(1)导入方法因受体细胞的种类不同而异
植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞(用Ca2＋处理)
受体细胞 受精卵、体细胞 受精卵 原核细胞
(2)转化的实质：目的基因导入受体细胞染色体基因组中并表达和发挥作用。
二、克隆技术(细胞工程)
1．比较下表中的动物细胞培养和植物组织培养
项目 动物细胞培养 植物组织培养
前处理 无菌；用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开 无菌、离体
培养基成分 葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等 矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等
培养基状态 液体培养基 固体培养基
过程 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织―→原代培养―→传代培养―→细胞群 离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽―→植物体
能否培养成个体 不能 能
应用举例 大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；皮肤移植；检测有毒物质的毒性等 快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物；制造人工种子；培育转基因作物等
【特别提醒】
(1)两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂；
(2)均为无菌操作，都需要适宜的温度、pH等条件。
2．比较下表中的植物体细胞杂交和动物细胞融合
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合(单克隆抗体的制备)
理论基础(原理) 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖
融合前处理 酶解法去除细胞壁(纤维素酶、果胶酶等) 注射特定抗原的免疫小鼠，获取B淋巴细胞
促融 ①物理法：离心、振动、电激等；②化学法：聚乙二醇(PEG) ①物化法：与促进植物原生质体融合的方法相同；②生物法：灭活的仙台病毒
过程 第一步：原生质体的制备；第二步：原生质体的融合；第三步：杂种细胞的筛选与培养；第四步：杂种植株的诱导与鉴定 第一步：正常小鼠免疫处理；第二步：动物细胞融合；第三步：杂交瘤细胞筛选与培养；第四步：单克隆抗体的提纯
用途 克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了杂交亲本的组合范围 ①作为诊断试剂；②用于治疗疾病和运载药物，如“生物导弹”
3.用流程图的形式写出动物体细胞核移植的过程
【特别提醒】　(1)容易混淆的三种细胞辨析——杂种细胞、重组细胞和杂交细胞
①杂种细胞：植物体细胞杂交过程中，两种细胞去除细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体形成细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。
②重组细胞：体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。
③杂交细胞：动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。
(2)从结果来分析原理
①植物体细胞杂交：植物体细胞杂交包含两个过程，一是植物原生质体融合，二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株，产生了一个生物体，因此其原理是：细胞膜的流动性和细胞的全能性。
②动物细胞融合：动物细胞融合形成杂交细胞，杂交细胞进行细胞培养，获得大量的克隆细胞，但没高了T4溶菌酶的耐热性。
材料丙　兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。
回答下列问题：
(1)材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用__________法。构建基因表达载体常用的工具酶有__________和____________。在培育转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是______________________________________。
(2)材料乙属于______________工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对____________进行改造，或制造一种____________的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的______________序列发生了改变。
(3)材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到__________种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中，兔甲称为__________体，兔乙称为__________体。
【变式探究】基因工程打破了物种之间交流的界限，为花卉育种提供了新的技术保障。下图为花卉育种的过程(字母代表相应的物质或结构，数字代表过程或方法)。
(1)花卉基因工程可细分为花色基因工程，花形基因工程、香味基因工程等，不同的基因工程所需要获取的________不同，①过程需要的酶有________。
(2)②所常用的方法是________，检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，需要采用________技术。
(3)除a外基因表达载体中还必须包含的部分是________。
(4)由外植体培养为转基因植株的③、④过程为________，图中b代表________。该过程的理论依据是________。
【例2】 科学家用植物体细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株(如图所示)，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。请据图回答下列问题。
(1)在实验过程②的技术之前使用________酶处理细胞以去除细胞壁。
(2)在将杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是________，其中过程④相当于________过程，过程⑤涉及的分裂方式为________。
(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含________条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________倍体植株。
(4)若将该方案用在单克隆抗体制备过程中，请用箭头把下列各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来：________________。
【变式探究】 科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造(如图所示)，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。请回答相关问题。
(1)利用蛋白质工程技术对鼠源杂交瘤抗体进行改造时，首先必须根据预期________________，设计________________，最终通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，然后导入鼠淋巴细胞中使其表达。
(2)与图中启动子相结合的酶是________，终止子是________的特殊结构的DNA短片段；嵌合载体中还应含有________，以便重组DNA的鉴定和筛选。
(3)图中“转染细胞”常用的方法是________；图中的“抗体分泌细胞”是________，检测目的基因在淋巴细胞中的表达可用________技术。
(4)在制备单克隆嵌合抗体过程中要进行两次筛选，第一次筛选的目的是________________；第二次筛选的目的是________________。
1．(2013·广东理综，3)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)。
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
2．(2013·重庆，2)下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。下列有关叙述，正确的是(　　)。
A．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞
B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成
C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性
D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群
3．(2013·全国课标卷Ⅱ，40)【生物—选修3：现代生物科技专题】
甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。
回答下列问题：
(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为______________。
(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指______________________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是____________________________________________________________。
(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的______________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
4．下面是将乙肝病毒控制合成病毒表面主蛋白的基因HBsAg导入巴斯德毕赤酵母菌生产乙肝疫苗的过程及有关资料，请分析回答下列问题。
资料1：巴斯德毕赤酵母菌是一种甲基营养型酵母菌，能将甲醇作为其唯一碳源，同时AOX1基因也会因受到诱导而表达[5’AOX1和3’AOX1(TT)分别是基因AOX1的启动子和终止子]。
资料2：巴斯德毕赤酵母菌体内无天然质粒，所以科学家改造出了图1所示的pPIC9K质粒用作载体，其与目的基因形成的重组质粒经酶切后可以与酵母菌染色体发生同源重组，将目的基因整合于染色体中以实现表达。
(1)如果要将HBsAg基因和pPIC9K质粒重组，应该在HBsAg基因两侧的A和B位置接上________、________限制酶识别序列，这样设计的优点是避免质粒和目的基因自身环化。
(2)酶切获取HBsAg基因后，需用________将其连接到pPIC9K质粒上，形成重组质粒，并将其导入大肠杆菌以获取________。
(3)步骤3中应选用限制酶________来切割重组质粒获得重组DNA，然后将其导入巴斯德毕赤酵母菌细胞。
(4)为了确认巴斯德毕赤酵母菌转化是否成功，在培养基中应该加入卡拉霉素以便筛选，转化后的细胞中是否含有HBsAg基因，可以用________方法进行检测。
(5)转化的酵母菌在培养基上培养一段时间后，需要向其中加入________以维持其生活，同时诱导HBsAg基因表达。
5．如图是利用现代生物技术改良草莓品系的过程。
(1)图中涉及的现代生物技术有________、________、________。
(2)研究人员根据已知的胰岛素基因序列，采用________方法获得了胰岛素基因。Ⅰ 过程中通常用________法将胰岛素基因转入草莓细胞中，使其随草莓细胞基因组进行表达。
(3)图中A是________，获得该细胞需要用________酶处理凤梨草莓和绿色草莓的细胞。A培育至具有凤梨风味的绿草莓幼苗需经过________过程，在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加________。
6．在电影中，蜘蛛侠能产生高强度的蜘蛛丝，其实在现实中，基因工程创造出了“蜘蛛羊”，该羊的乳汁中也含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域。请回答相关问题。
(1)为保证实验成功，产生蛛丝蛋白的基因需要从________(填“基因组”、“部分基因”或“cDNA”)文库中获取，并与________等调控组件重组在一起，与载体相连构建成为表达载体，再通过________等方法，将表达载体导入羊的________，获得重组细胞。
(2)将获得的重组细胞培养成早期胚胎后，移植到经过________处理的受体母羊子宫内。因为我们对细胞所需的营养条件还没有完全搞清楚，所以在早期胚胎的培养中，往往还需要添加________。若需要一次产生两头转基因“蜘蛛羊”，可将早期胚胎进行________处理。
(3)若所得到的“蜘蛛羊”(已知表达载体已进入细胞)乳汁中没有检测到蛛丝蛋白，科学家为判断问题所在，应该用________的方法，先检测________，若已确认此步成功，则应该继续检测________________________________________________________________________。
1．下图是绿色荧光蛋白转基因克隆猪的培育过程图，请据图回答下列问题。
(1)②过程用到的工具有_________________________________________________________。
(2)③过程常用的具体方法是____________________________________________________。
(3)重组质粒中除含有目的基因外还要含着________、标记基因。
(4)图示过程中涉及的具体技术手段有__________、__________、__________。
(5)该重组细胞培养至一定阶段可通过________方法，从而一次获得多个转基因猪。
2．杂交瘤技术是利用动物细胞融合和细胞培养发展起来的一项技术，请回答下列相关问题。
(1)动物组织块需用________酶处理分散成单个细胞，将组织消化后的初次培养称为________培养。
(2)动物细胞培养需要提供无菌、无毒环境，除对培养液和用具进行灭菌外，通常要在培养液中添加一定量的________，以防止杂菌污染；采用______________的方法防止代谢产物的积累对细胞造成危害。
(3)利用杂交瘤技术制备某种单克隆抗体时，首先需向小鼠注射________，以产生相应的效应B细胞，让该细胞与骨髓瘤细胞融合，后者具有________________的特点。
(4)融合后经选择培养得到的杂交瘤细胞还需进行__________和________，经多次筛选可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
3．大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的运载体。某限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β半乳糖苷酶。当培养基中含有IPTG和Xgal时，Xgal便会被β半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。反之，则形成白色菌落。下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。请分析并回答问题。
(1)对已获得的目的基因可利用________技术进行扩增。
(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复________键。
(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是________；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，目的是________________。
(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上培养，培养基中应含有大肠杆菌必需的营养物质________和生长因子，还应加入IPTG、Xgal以及氨苄青霉素，其中加入氨苄青霉素的作用是筛选出________。
(5)若观察到培养基上出现________色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是__________________________。
4．家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可以提取干扰素用于制药。
(1)进行转基因操作前，需用________酶短时间处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。
(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的________和________之间；若要检测干扰素基因在家蚕细胞中是否表达，可以采用的方法是______________。
(3)通过PCR技术可大量获取目的基因。PCR反应体系主要包括：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、________________和与干扰素基因特异性配对的DNA引物。
(4)培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以________________，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。
(5)“桑基鱼塘”生态系统能充分利用废弃物中的能量，形成“无废弃物农业”，这主要是遵循生态工程的____________原理。同时，通过饲养家禽、家畜，栽培食用菌，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，这又体现了生态工程的________原理。
5．下图是将酪蛋白基因转移到烟草细胞内的示意图，请据图回答下列问题。
(1)图中Ti质粒是来自土壤农杆菌体内的小型环状DNA，其特点是Ti质粒上的TDNA(可转移的DNA)可以转移到________，并且整合到_____________________________________________________。
(2)酪蛋白基因与Ti质粒相结合形成________，该过程用到的工具酶有________。
(3)将酪蛋白基因导入植物细胞后，需要进行基因的检测与鉴定，首先要检测________________，其次要检测________________，最后需要检测酪蛋白基因是否翻译成酪蛋白，检测酪蛋白是否合成的方法是________。
6．下图是单克隆抗体制备的过程，请据图回答下列问题。
(1)单克隆抗体制备的技术原理有________和________。
(2)从小鼠体内提取B淋巴细胞之前，需对小鼠_______________________________________。
(3)与原生质体诱导融合相比，诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的特有方法是________。
(4)①细胞是________细胞。欲想筛选出①细胞，需向培养基中加入一定的物质以抑制骨髓瘤细胞的________，从而抑制骨髓瘤细胞的分裂。
(5)杂交瘤细胞具有既能________，又能________的特点。
7．某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题。
(1)将抗盐基因导入烟草细胞内，使烟草植株产生抗盐性状，这种新性状(变异性状)的来源属于________。
(2)如果将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能________，也不能________。
(3)在构建重组质粒时，应选用________和________两种酶对________和________进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。
(4)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，下图表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)检测基因表达载体是否导入了农杆菌。
培养基除了含有细菌生长繁殖必需的成分外，培养基A和培养基B分别还含有________、________。从检测筛选的结果分析，含有目的基因的是________菌落中的细菌。为了确定抗盐烟草是否培育成功，既要用放射性同位素标记的________作探针进行分子杂交检测，又要用________的方法从个体水平鉴定烟草植株的耐盐性。
(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用________技术，愈伤组织经________进而形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加________。
8．某生物兴趣小组对一种抗癌新药进行实验时，以动物肝癌细胞为材料，测定抗癌药物对体外培养细胞增殖的影响。请回答下列有关动物细胞培养的问题。
(1)在动物细胞培养时，将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基称为________培养基。通常在培养基中还需要加入适量________等一些天然成分。细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是________________。另外，还应该保证被培养的细胞处于________、________的环境。
(2)若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用________处理。
(3)在细胞生长过程中，当细胞贴壁生长到一定程度时，其生长会受到抑制，这种现象称为________。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的________。
(5)请你帮助兴趣小组的同学分析本实验，实验的自变量是________，实验组和对照组除了自变量不同外，其他处理均应该相同，这是为了遵循实验设计的________原则。