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1、专题九 现代生物科技专题核心考点整合考点整合一：基因工程1基因工程的基本操作程序（1）目的基因的获取从基因文库中获取基因组文库：包含一种生物所有基因的基因文库。部分基因文库：包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。利用PCR（多聚酶链式反应）技术扩增目的基因目的获取大量的目的基因；原理双链DNA的复制；条件需要DNA模板、引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶和酶促反应所需的离子，同时还要控制温度；过程变性、复性和延伸。人工合成如果基因比较小、核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。（2）基因表达载体的构建（基因工程的核心）一个基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子
2、和标记基因等。（3）将目的基因导入受体细胞导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法等；导入动物细胞：显微注射技术，即采用显微注射仪将目的基因注入受精卵；导入微生物细胞：转化法。早期用原核生物作为受体细胞，以大肠杆菌应用最广。一般是将细菌用氯化钙处理制成感受态细胞，再与重组表达载体DNA分子混合，在一定温度下完成转化过程。（4）目的基因的检测与鉴定类型 步骤 检测内容 方法 分 测第一步 转基因生物染色体的DNA是否插入了目的基因DNA分子杂交技术（DNA和DNA之间） 第二步 目的基因是否转录出mRNA 分子杂交技术（DNA和mRNA之间） 第三步 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原抗体
3、杂交技术（抗原和抗体之间） 个体水 平鉴定 包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；基因工程产品与天然产品活性比较，以确定功能活性是否相同等 2.基因工程中的工具（1）运载体作为运载体必须具备三个条件：能在宿主细胞中保存下来并大量复制；有一个至多个限制酶切位点；有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌割质粒携带的氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。常用的运载体主要有质粒（双链环状DNA分子）、噬菌体或某些病毒。（2）相关酶酶的名称 酶的作用 限制性内切酶 能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断
4、开，形成黏性末端或平末端 DNA连接酶 将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶断开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 【例1】 （2009天津理综）为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。据图回答：图中基因组文库_（小于/等于/大于）cDNA文库。B过程需要的酶是_；AC过程中_（可以/不可以）使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。目的基因I和除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中_和_为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是_。大于 逆转录酶 可以 DNA DNA 耐高温解析 解答第小问的关键是要搞清基因组文
5、库和cDNA文库两个概念之间的区别。基因组文库为全部基因文库，cDNA文库为部分基因文库，二者的来源不同，前者为DNA用限制酶切割所获得的一定大小范围的DNA，后者为mRNA经反转录得到的互补DNA，基因组文库所包含的信息大于cDNA文库。由mRNA形成DNA是一个逆转录过程，需要用到的酶是逆转录酶。因为AC两过程的目的都是筛选出含相同目的基因的菌株，可以使用同一种探针进行筛选。解答第小问的依据是目的基因的获取途径。目的基因除从文库中获取外，还可以通过PCR扩增，其做法就是通过利用图中DNA和cDNA为模板进行扩增。答最后一空时要想到PCR过程的特点及酶与温度的关系，因该过程解链时的温度较高，
6、9095，故用的酶必须是耐高温的，否则酶就会变性失活。【互动探究1】 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶 BamH Hind EcoR Sma 识别序列 及切割位点 GGATCC CCTAGG AAGCTT TTCGAA GAATTC CTTAAG CCCGGG GGGCCC （1）一个图1所示的质粒分子经Sma 切割前后，分别含有_个游离的磷酸基团。（2）若对图中质粒进行改造，插入的Sma 酶切位点越多，质粒的热稳定性越_。（3）用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma 切割，原因是_。（4）与只使用Eco
7、R 相比较，使用BamH 和Hind 两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_。0、2 高 会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 （5）为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入_酶。（6）重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。（7）为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在_的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。DNA连接 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 蔗糖为唯一含碳营养物质 解析 本题综合考查基因工程的工具与操作过程，意在考查考生的识图分析与应
8、用知识的能力。（1）质粒为小型环状的DNA分子，环状DNA分子中没有游离的磷酸基团；经Sma 切割后在切口处每端各含1个游离的磷酸基团。（2）因Sma 酶的识别序列中全部是CG碱基对，而GC碱基对间氢键数目比AT碱基对间多，故插入的Sma 酶切位点越多，质粒的热稳定性越强。（3）若用Sma 切割质粒和外源DNA，则质粒中作为标记基因的抗性基因的结构被破坏，外源DNA中目的基因的结构也会被破坏。（4）若只使用EcoR 切割目的基因和外源DNA，则除了含目的基因的片段和质粒连接外，质粒和含目的基因的片段可能会自身连接而环化。 （5）含目的基因的片段与质粒连接形成重组质粒，需DNA连接酶将两个DNA
9、片段的末端“缝隙”连接起来。（6）重组质粒中的抗性基因是作为标记基因便于鉴别和筛选含有目的基因的细胞。（7）目的基因为蔗糖转运蛋白基因，所用的受体细胞为丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，若将重组质粒导入了受体细胞，则受体细胞应能从培养基中吸收蔗糖，故应在以蔗糖为唯一碳源的培养基上进行培养。考点整合二：细胞工程1动物细胞培养与植物组织培养的比较项目 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
10、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 2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 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、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，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞 促融 （1）物理
11、法：离心、振动、电激等；（2）化学法：聚乙二醇（PEG） （1）物化法：与植物细胞融合相同；（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 （1）克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交亲本的组合范围；（2）克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传 （1）制备单克隆抗体；（2）诊断、治疗疾病，如生物导弹 【例2】 （2010东城区抽样测试）细胞工程是按照人们的意愿通过某
12、种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质紫杉醇。由于全世界每年紫杉醇的需求量是4000 kg，但全世界紫杉醇的产量是250 kg，供求严重失衡，导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。（1）植物组织培养依据的原理是_。（2）在得到红豆杉的_后，经过消毒就可以在培养基上进行培养。人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外，_是其生长必需的，_是植物细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。从该生产的目的看，得到_就可以提取紫杉醇。植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞 矿质元素或无
13、机盐 植物激素 愈伤组织 解析 植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。要解答第（2）小题，解题思路就是联系植物组织培养的过程图，围绕培养的各个环节。植物细胞的全能性得以表达的前提条件是离体培养，所以操作的对象是离体的植物器官、组织或细胞，生长条件同时需要适宜的营养成分、温度和pH等，其中营养物质矿质元素或无机盐是必需的。按照培养的目的，可培养到愈伤组织阶段，利用愈伤组织就可提取紫杉醇。 【互动探究2】 （2010南宁调研）有性生殖的生物产生后代需要进行受精作用，植物体细胞杂交要进行原生质体的融合，单克隆抗体的制备需要进行动物细胞融合，可见细胞的融合技术有着广泛的应用。下列为细胞融合的简略过程，据图回答相关问题：（1）若a、b分别是基因型为Hhrr、hhRr两个烟草品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。由于一对隐性纯合基因（rr或hh）的作用，在光照强度大于800 lx时两种烟草都不能生长。要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为HhRr的杂种细胞，较为简便的筛选方法是_。（2）若a、b表示两种植物体细胞，则由d细胞形成杂种植株的原理是_，这种育种方法的优点是_
