適用于老高考舊教材廣西專版2023屆高考生物二輪總復(fù)習(xí)第二部分專題8現(xiàn)代生物科技專題第16講基因工程細(xì)胞工程課件

第16講基因工程、細(xì)胞工程專題八內(nèi)容索引0102命題直擊?題型突破失分誤區(qū)?輕松防范命題直擊?題型突破命題點(diǎn)一PCR、基因工程及轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性整合提升1.PCR技術(shù)(1)PCR的過程過程溫度控制目的預(yù)變性90℃以上增加大分子模板DNA徹底變性的概率循環(huán)變性↓復(fù)性↓延伸90~95℃使雙鏈DNA解鏈為單鏈55~60℃兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合70~75℃在DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈(2)PCR與DNA復(fù)制的比較

比較項(xiàng)目PCRDNA復(fù)制不同點(diǎn)場(chǎng)所體外細(xì)胞內(nèi)能量不需ATP提供能量需ATP提供能量酶耐高溫的DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)解旋酶、DNA聚合酶等特點(diǎn)體外迅速擴(kuò)增邊解旋邊復(fù)制,半保留復(fù)制循環(huán)次數(shù)三十多次受生物體自身控制緩沖液需要不需要設(shè)備嚴(yán)格控制溫度變化的溫控設(shè)備無(wú)比較項(xiàng)目PCRDNA復(fù)制相同點(diǎn)原料四種脫氧核苷酸復(fù)制原理嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則模板DNA引物都需要與模板相結(jié)合的引物2.基因工程的主干知識(shí)圖解

3.基因工程的基本工具

工具限制酶DNA連接酶載體作用提取目的基因和切割載體拼接DNA片段,形成重組DNA攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞作用部位兩核苷酸的脫氧核糖與磷酸間形成的磷酸二酯鍵—作用特點(diǎn)(條件)①識(shí)別特定的核苷酸序列②在特定位點(diǎn)上切割①E·coliDNA連接酶只能連接具有黏性末端的DNA片段②T4DNA連接酶能連接具有黏性末端和具有平末端的DNA片段①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在并大量復(fù)制②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)③具有特殊的標(biāo)記基因4.基因工程的操作程序(1)目的基因的獲?、?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取。②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增:其實(shí)質(zhì)是在體外對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。③用化學(xué)方法人工合成a.對(duì)于核苷酸序列已知的直接人工合成。b.可通過反轉(zhuǎn)錄法獲取,即mRNA 單鏈DNA 雙鏈DNA。(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建①基因表達(dá)載體的組成:目的基因+啟動(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因。②基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

細(xì)胞類型植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細(xì)胞法(用Ca2+處理)受體細(xì)胞受精卵、體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定

類型步驟檢測(cè)內(nèi)容方法結(jié)果顯示分子檢測(cè)第一步目的基因是否整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上DNA分子雜交技術(shù)(DNA和DNA之間)是否成功顯示出雜交帶第二步目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA分子雜交技術(shù)(DNA和mRNA之間)第三步目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗原—抗體雜交個(gè)體水平鑒定根據(jù)目的基因表達(dá)出的性狀判斷,包括做抗蟲、抗病的接種實(shí)驗(yàn),以確定是否有抗性以及抗性的強(qiáng)弱;對(duì)基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行活性比較,以確定功能是否相同思維拓展從“基因表達(dá)”層面理解啟動(dòng)子和終止子啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn),啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄;終止子是終止轉(zhuǎn)錄的位點(diǎn)。插入的目的基因是結(jié)構(gòu)基因,其表達(dá)需要調(diào)控序列,因而目的基因需要插入到啟動(dòng)子和終止子之間。題型突破題型

1透徹理解基因工程的原理,解答相關(guān)題目大豆花葉病是世界性大豆病害,是造成大豆減產(chǎn)的重要原因。某科研小組制備了大豆花葉病毒(RNA病毒)的空衣殼蛋白(CP蛋白),生產(chǎn)過程大致如下圖所示,請(qǐng)回答問題。(1)圖中的①是指

。

(2)過程Ⅱ中應(yīng)用的酶是

。在此過程前,先要在大豆花葉病毒的基因文庫(kù)中查找

的核苷酸序列,以便合成特異性引物。

(3)在上述生產(chǎn)流程中,

(填序號(hào))是基因工程生產(chǎn)CP衣殼蛋白的核心步驟。為檢測(cè)樣液中是否含有有效成分,在Ⅶ可使用

進(jìn)行檢測(cè)。

答案:(1)RNA

(2)TaqDNA聚合酶CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段)

(3)Ⅲ

CP蛋白的抗體題組訓(xùn)練(2022全國(guó)乙理綜)新冠疫情出現(xiàn)后,病毒核酸檢測(cè)和疫苗接種在疫情防控中發(fā)揮了重要作用。回答下列問題。(1)新冠病毒是一種RNA病毒,檢測(cè)新冠病毒RNA(核酸檢測(cè))可以采取RT-PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA,這一過程需要的酶是

,再通過PCR技術(shù)擴(kuò)增相應(yīng)的DNA片段。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷被檢測(cè)者是否感染新冠病毒。

(2)為了確保新冠病毒核酸檢測(cè)的準(zhǔn)確性,在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)必須依據(jù)新冠病毒RNA中的

來(lái)進(jìn)行。PCR過程每次循環(huán)分為3步,其中溫度最低的一步是

。

(3)某人同時(shí)進(jìn)行了新冠病毒核酸檢測(cè)和抗體檢測(cè)(檢測(cè)體內(nèi)是否有新冠病毒抗體),若核酸檢測(cè)結(jié)果為陰性而抗體檢測(cè)結(jié)果為陽(yáng)性,說明

(答出一種情況即可);若核酸檢測(cè)和抗體檢測(cè)結(jié)果均為陽(yáng)性,說明

。

(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因),為了制備蛋白疫苗,可以通過基因工程技術(shù)獲得大量蛋白S?；蚬こ痰幕静僮髁鞒淌?/p>

。

答案:(1)逆轉(zhuǎn)錄酶(或反轉(zhuǎn)錄酶)(2)特異性核苷酸序列復(fù)性(或退火)(3)曾感染新冠病毒,已康復(fù)(或已接種新冠疫苗)已感染新冠病毒(4)人工合成法獲取蛋白S基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定解析:(1)以病毒RNA為模板合成cDNA,需要的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶(或反轉(zhuǎn)錄酶)。(2)PCR技術(shù)的前體是有一段已知目的基因的核苷酸序列,在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)必須依據(jù)新冠病毒RNA中的特異性核苷酸序列來(lái)進(jìn)行,才能特異性地?cái)U(kuò)增新冠病毒的遺傳物質(zhì)。PCR過程每次循環(huán)分為3步,高溫(90~95

℃)變性→低溫(55~60

℃)復(fù)性(或退火)→中溫(70~75

℃)延伸,其中溫度最低的一步是復(fù)性(或退火)。(3)某人同時(shí)進(jìn)行了新冠病毒核酸檢測(cè)和抗體檢測(cè),若核酸檢測(cè)結(jié)果為陰性而抗體檢測(cè)結(jié)果為陽(yáng)性,核酸檢測(cè)結(jié)果為陰性說明體內(nèi)可能無(wú)新冠病毒,抗體檢測(cè)結(jié)果為陽(yáng)性說明感染過新冠病毒,所以說明曾感染新冠病毒,已康復(fù),或已接種新冠疫苗;若核酸檢測(cè)和抗體檢測(cè)結(jié)果均為陽(yáng)性,說明已感染新冠病毒。(4)基因工程的基本操作流程是人工合成法獲取蛋白S基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定。命題點(diǎn)二克隆技術(shù)及其倫理道德問題整合提升1.容易混淆的三種細(xì)胞——雜種細(xì)胞、重組細(xì)胞和雜交細(xì)胞(1)雜種細(xì)胞:植物體細(xì)胞雜交過程中,兩種細(xì)胞去掉細(xì)胞壁之后形成的原生質(zhì)體融合,融合的原生質(zhì)體出現(xiàn)細(xì)胞壁之后形成的細(xì)胞叫雜種細(xì)胞。(2)重組細(xì)胞:體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核卵母細(xì)胞之后形成的細(xì)胞叫重組細(xì)胞。(3)雜交細(xì)胞:動(dòng)物細(xì)胞融合形成的細(xì)胞常稱為雜交細(xì)胞。2.從結(jié)果分析克隆技術(shù)的原理(1)植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交包含兩個(gè)過程:一是植物細(xì)胞融合;二是雜種細(xì)胞的植物組織培養(yǎng)。其最終結(jié)果是形成雜種植株。因此,植物體細(xì)胞雜交的原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性。(2)動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合形成雜交細(xì)胞,培養(yǎng)雜交細(xì)胞,獲得大量的克隆細(xì)胞,但沒有形成生物體。因此,動(dòng)物細(xì)胞融合的原理是細(xì)胞增殖和細(xì)胞膜的流動(dòng)性,不包括細(xì)胞的全能性。3.細(xì)胞工程的幾個(gè)流程圖的比較(見下圖)(1)植物組織培養(yǎng)(2)植物體細(xì)胞雜交

(3)核移植

(4)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

(5)動(dòng)物細(xì)胞融合

(6)單克隆抗體的制備

題型突破題型

2把握實(shí)驗(yàn)流程,解答與動(dòng)物細(xì)胞融合和單克隆抗體相關(guān)的題(2022遼寧東北育才學(xué)校模擬)新型冠狀病毒可通過表面的S蛋白與人呼吸道黏膜上皮細(xì)胞的ACE2受體結(jié)合,侵入人體,引起肺炎。單克隆抗體可阻斷病毒的粘附或入侵,故抗體藥物的研發(fā)已成為治療新冠肺炎的研究熱點(diǎn)之一。研究人員利用S蛋白嘗試用多種方法制備單克隆抗體,下圖為其中的一種制備方法?；卮鹣铝袉栴}。(1)為判斷疑似患者是否為新型冠狀病毒感染者,采集鼻咽拭子主要用于病原學(xué)檢查,檢測(cè)病毒的

;采集血液樣本主要用于血清學(xué)檢查,檢測(cè)

。

(2)新型冠狀病毒中含有RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種物質(zhì),進(jìn)行步驟①時(shí),利用的是這些物質(zhì)在

方面存在的差異性進(jìn)行RNA的提取。檢測(cè)步驟④是否獲得成功的方法是

。

(3)研制抗S蛋白單克隆抗體,可以先向小鼠注射S蛋白以激活小鼠的免疫細(xì)胞,再提取激活的B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合,用

培養(yǎng)基篩選獲得雜交瘤細(xì)胞。再經(jīng)

,篩選獲得分泌抗體的雜交瘤細(xì)胞。

(4)科研人員也嘗試?yán)脠D中⑤⑥所示基因工程技術(shù)制備可以無(wú)限增殖的細(xì)胞,⑥常采用

法。細(xì)胞Y的特點(diǎn)是

。

為確保細(xì)胞Y在無(wú)菌的環(huán)境中培養(yǎng),除了對(duì)培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理外,還需要定期更換培養(yǎng)液,防止對(duì)細(xì)胞造成危害。在體外進(jìn)行懸浮培養(yǎng)時(shí)需要用

法來(lái)收集細(xì)胞Y,再進(jìn)行分瓶培養(yǎng)。

答案:(1)核酸抗新型冠狀病毒抗體(2)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)抗原—抗體雜交技術(shù)(3)特定的選擇性克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè)(4)顯微注射既能快速大量繁殖又能產(chǎn)生特異性的抗體離心題組訓(xùn)練1.(2018全國(guó)Ⅲ理綜)2018年《細(xì)胞》期刊報(bào)道,中國(guó)科學(xué)家率先成功地應(yīng)用體細(xì)胞對(duì)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)行克隆,獲得兩只克隆猴——“中中”和“華華”?；卮鹣铝袉栴}。(1)“中中”和“華華”的獲得涉及核移植過程,核移植是指

。通過核移植方法獲得的克隆猴,與核供體相比,克隆猴體細(xì)胞的染色體數(shù)目

(填“減半”“加倍”或“不變”)。(2)哺乳動(dòng)物的核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植,胚胎細(xì)胞核移植獲得克隆動(dòng)物的難度

(填“大于”或“小于”)體細(xì)胞核移植,其原因是

。

(3)在哺乳動(dòng)物核移植的過程中,若分別以雌性個(gè)體和雄性個(gè)體的體細(xì)胞作為核供體,通常,所得到的兩個(gè)克隆動(dòng)物體細(xì)胞的常染色體數(shù)目

(填“相同”或“不同”),性染色體組合

(填“相同”或“不同”)。

答案:(1)將動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核,移入一個(gè)已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中,使其重組并發(fā)育成一個(gè)新的胚胎,這個(gè)新的胚胎最終發(fā)育為動(dòng)物個(gè)體不變(2)小于胚胎細(xì)胞分化程度低,恢復(fù)全能性相對(duì)容易,而動(dòng)物體細(xì)胞分化程度高,恢復(fù)其全能性十分困難(3)相同不同解析:(1)克隆動(dòng)物過程中涉及的動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)有核移植技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等,其中核移植技術(shù)是指將供體細(xì)胞的細(xì)胞核移入一個(gè)去核的卵母細(xì)胞中,構(gòu)建重組細(xì)胞,使其發(fā)育成一個(gè)胚胎,將來(lái)發(fā)育成一個(gè)動(dòng)物個(gè)體。在整個(gè)過程中,細(xì)胞只進(jìn)行有絲分裂,細(xì)胞中染色體數(shù)目不變。(2)胚胎細(xì)胞比體細(xì)胞分化程度低,恢復(fù)全能性比體細(xì)胞更容易,故胚胎細(xì)胞核移植比體細(xì)胞核移植成功的難度小。(3)通過核移植獲得克隆動(dòng)物的過程中,細(xì)胞中染色體數(shù)目不變。雌、雄動(dòng)物的常染色體數(shù)目相同,而性染色體組合不同。2.鳳梨草莓是一種外形酷似草莓,口感酷似鳳梨的水果。下圖表示利用現(xiàn)代生物技術(shù)改良野生草莓品系的過程。請(qǐng)回答下列問題。(1)將野生綠色草莓的葉片離體組織培養(yǎng)成四倍體試管苗的過程,應(yīng)用了植物細(xì)胞工程中的

技術(shù),此技術(shù)的原理是

。

(2)①過程中欲將目的基因?qū)胨谋扼w試管苗以獲得抗蟲草莓,通常要用到農(nóng)桿菌,該過程中,首先要將目的基因插入到

上,這是因?yàn)?/p>

。除了該方法外,將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法還有

。

(3)要想通過上述過程獲得具有鳳梨風(fēng)味和抗蟲特性的草莓新品系,

(填“能”或“不能”)利用抗蟲草莓和鳳梨草莓進(jìn)行雜交的方法,原因是

。從細(xì)胞工程技術(shù)角度考慮,可行的方法是

。

答案:(1)植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞的全能性(2)農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒的T-DNA農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞,并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上基因槍法和花粉管通道法(3)不能抗蟲草莓和鳳梨草莓之間存在生殖隔離先經(jīng)花藥離體培養(yǎng)分別獲得單倍體幼苗,再利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得同時(shí)具有鳳梨風(fēng)味和抗蟲特性的六倍體草莓失分誤區(qū)?輕松防范失分誤區(qū)對(duì)基因工程操作過程辨析不清防范策略(1)基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應(yīng)插到啟動(dòng)子與終止子之間的部位。(2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程,稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。(3)標(biāo)記基因的作用——篩選、檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,常見的有抗生素抗性基因、熒光蛋白基因(表達(dá)產(chǎn)物為可發(fā)熒光的蛋白質(zhì))等。(4)受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動(dòng)物受精卵(一般不用體細(xì)胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素,則必須用真核生物酵母菌作受體細(xì)胞(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)。一般不用支原體作受體細(xì)胞,因?yàn)樗鼱I(yíng)寄生生活。一定不能用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞作受體細(xì)胞,因?yàn)樗鼰o(wú)細(xì)胞核,不能合成蛋白質(zhì)。防范演練(2022廣東)“綠水逶迤去,青山相向開”,大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為全社會(huì)的共識(shí)?；谀承┧缶奶厥獯x能力,有研究者以某些工業(yè)廢氣(含CO2等一碳溫室氣體,多來(lái)自高污染排放企業(yè))為原料,通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮,構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)?；卮鹣铝袉栴}。(1)研究者針對(duì)每個(gè)需要擴(kuò)增的酶基因(如圖)設(shè)計(jì)一對(duì)

,利用PCR技術(shù),在優(yōu)化反應(yīng)條件后擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。

(2)研究者構(gòu)建了一種表達(dá)載體pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因組合表達(dá)庫(kù),經(jīng)篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動(dòng)子、終止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是

,終止子的作用是

。

(3)培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達(dá)上述酶蛋白時(shí),出現(xiàn)了生長(zhǎng)遲緩的現(xiàn)象,推測(cè)其原因可能是