2017版高考生物一轮复习 专题1-4（课件+试题）（打包15套）新人教版选修3.zip

选修 3 专题 1 基因工程考点一 基因工程的工具【 核心知 识 通关 】1.限制性核酸内切 酶 (限制 酶 )：(1)来源：主要从 _____生物中分离 纯 化而来。(2)功能： _____双 链 DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条 链 中特定部位的两个核苷酸之 间 的 ____________断开。原核识别磷酸二 酯键(3)识别 序列的特点：呈 现 碱基互 补对 称，无 论 是奇数个碱基 还 是偶数个碱基，都可以找到一条 _________，如 ，以 _______为轴 ，两 侧 碱基互 补对 称，如以 为轴 ，两 侧 碱基互 补对 称。中心 轴线中心 线(4)切割后末端的种 类 。2.DNA连 接 酶 ：常用 类 型 ___________连 接 酶 _____连 接 酶来源 大 肠 杆菌 T4噬菌体功能 连 接 _________ 连 接 __________________结 果 恢复被限制 酶 切开的两个核苷酸之 间 的 ___________E·coliDNA T4DNA黏性末端 黏性末端和平末端磷酸二 酯键3.载 体：双 链环 状限制 酶标记 基因(2)其他 载 体： λ 噬菌体衍生物、 ___________等。(3)具 备 的条件。① 能在宿主 细 胞内 _________并大量复制。② 有 _________________切割位点，以便与外源基因连 接。③ 具有特殊的 _________，以便 进 行 筛选 。动 植物病毒稳 定保存一个至多个限制 酶标记 基因(4)作用。① 作 为 _________，将目的基因 转 移到宿主 细 胞内。② 利用它在宿主 细 胞内 对 目的基因 进 行大量 _____。运 载 工具复制【 特 别 提醒 】限制 酶 和 DNA连 接 酶 的关系(1)限制 酶 和 DNA连 接 酶 的作用部位都是磷酸二 酯键 。(2)限制 酶 不切割自身 DNA的原因是原核生物中不存在该 酶 的 识别 序列或 识别 序列已 经 被修 饰 。(3)DNA连 接 酶 起作用 时 ，不需要模板。【 思 维 拓展 】 与 DNA有关的四种 酶比 较项 目 限制 酶DNA连 接 酶DNA聚合 酶 解旋 酶作用底物 DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸 DNA分子作用部位 磷酸二 酯键磷酸二 酯键磷酸二 酯键碱基 对间 的 氢键形成产 物黏性末端或平末端形成重 组DNA分子新的DNA分子形成 单链 DNA【 高考模 拟 精 练 】1.(2012· 全国卷 )根据基因工程的有关知 识 ，回答下列 问题 ：(1)限制性内切 酶 切割 DNA分子后 产 生的片段，其末端类 型有 __________和 __________。(2)质 粒运 载 体用 EcoRⅠ 切割后 产 生的片段如下：AATTC……GG……CTTAA为 使运 载 体与目的基因相 连 ，含有目的基因的 DNA除可用 EcoRⅠ 切割外， 还 可用另一种限制性内切 酶 切割， 该 酶 必 须 具有的特点是 ___________________。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的 DNA连 接 酶 有两 类 ，即 ________DNA连 接 酶 和 ________DNA连 接 酶 。(4)反 转录 作用的模板是 ________， 产 物是 ________。若要在体外 获 得大量反 转录产 物，常采用_________技 术 。(5)基因工程中除 质 粒外， _________和 _________也可作 为 运 载 体。(6)若用重 组质 粒 转 化大 肠 杆菌，一般情况下，不能直接用未 处 理的大 肠 杆菌作 为 受体 细 胞，原因是_____________________________________________。【 解题指南 】 解答本题需明确四点：(1)限制性内切酶的作用和特点。(2)DNA连接酶的种类。(3)运载体的类型。(4)受体细胞的选择原理。【 解析 】 (1)当限制性内切酶在它识别序列的中心轴线两侧将 DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制性内切酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。(2)为使运载体与目的基因相连，不同的限制性内切酶应该切出相同的黏性末端。(3)DNA连接酶根据其来源的不同分为两类，一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为 E·coliDNA 连接酶，另一类是从 T4噬菌体中分离出来的，称为 T4DNA连接酶。(4)反转录是指以 RNA为模板在逆转录酶的作用下合成DNA的过程，可以在体外短时间内大量扩增 DNA的技术叫 PCR(多聚酶链式反应 )。 (5)基因工程中可以作为运载体的除质粒外，还有 λ 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(6)大肠杆菌细胞有细胞壁和细胞膜，能阻止质粒 (外源 DNA)等物质的进入，只能通过 Ca2+处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中 DNA分子的生理状态 (这种细胞称为感受态细胞 )才能作为受体细胞。答案： (1)黏性末端 平末端(2)切割产生的 DNA片段末端与 EcoRⅠ 切割产生的相同(3)E·coli T4(4)mRNA(或 RNA) cDNA(或 DNA) PCR(5)λ 噬菌体的衍生物 动植物病毒(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒 (外源 DNA)的能力极弱【 延伸探究 】(1)若把平末端 连 接起来， 应该选 用什么 酶 ？提示： T4DNA连接酶。(2)切割 载 体和目的基因的 酶 是否必 须选择 同一种 酶，原因是什么？提示： 不必。只要两种酶切割产生的末端相同即可。2.(2016· 西安模 拟 )正常 细 胞中含有抑癌的 P53基因，若它失活而不能表达， 则 基因突 变 的 细 胞易形成 肿 瘤。基因治 疗肿 瘤是根本的方法，腺病毒以其嗜好增殖细 胞和 对 人体基本无害而成 为 良好的基因 载 体。野生型腺病毒含有抑制 P53基因活性的 55Kda基因，以及病毒复制基因 E1，因此需要重新构建有 疗 效的、安全的腺病毒。 图 甲、乙中箭 头 所指 为 相 应 限制 酶 切点。(1)构建重 组 腺病毒 时 ，限制 酶 最好 选择 __________________， 这样 既可以去除 ________基因以防止病毒复制后 损伤 健康 细 胞，同 时还 能破坏 ____________基因以防止其 _____________________________。(2)将目的基因与腺病毒重 组时 ，重 组 的成功率 较 低，依然 还 有大量非重 组 的野生型病毒的 DNA， 这 是因为 ________________________________________。(3)某 DNA分子片段含有 1 000个碱基 对 (即 bp)。 经扩增后，通 过 只用限制 酶 EcoRⅠ 与同 时 用 EcoRⅠ 和 HalⅢ两种方法切割，其 电 泳 结 果如 图 丙所示，可推断限制酶 HalⅢ 在 该 DNA片段上的切割点有 ________个。【 解析 】 (1)根据题干信息 “ 野生型腺病毒含有抑制P53基因活性的 55Kda基因，以及病毒复制基因 E1” ，构建基因表达载体时，应选用 EcoRⅠ 和 BamHⅠ 切割载体和含有目的基因的 DNA，这样既可以去除 E1基因以防止病毒复制后损伤健康细胞，同时还能破坏 55Kda基因以防止其抑制 P53基因的活性。 (2)由于切下的片段有可能与原基因重新结合，因此将目的基因与腺病毒重组时，重组的成功率较低，依然还有大量非重组的野生型病毒的 DNA。 (3)只用限制酶 EcoRⅠ 切割能产生700 bp、 200 bp和 100 bp三种长度的 DNA片段，同时用 EcoRⅠ 和 HalⅢ 两种酶切割可产生 420 bp、 280 bp和100 bp三种长度的 DNA片段，可见，限制酶 HalⅢ 又将长度为 700 bp的 DNA片段切成 420 bp和 280 bp两段，将长度为 200 bp的 DNA片段切成 100 bp的两段，由此可推断限制酶 HalⅢ 在该 DNA片段上的切割位点有 2个。答案： (1)EcoRⅠ 和 BamHⅠ E1 55Kda 抑制 P53基因的活性(2)切下片段有可能与原基因重新结合(3)2【 方法技巧 】 限制 酶 的 选择 技巧(1)根据目的基因两端的限制 酶 切割位点确定限制 酶 的种 类 。- 1 -基因工程(40 分钟 100 分)1.(12 分)(2014·海南高考)下图是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内，制备“工 程菌”的示意图。据图回答：(1)获得 A 有两条途径：一是以 A 的 mRNA 为模板，在____________酶的催化下，合成互补的单链 DNA，然后在__________的作用下合成双链 DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的____________序列，推测出相应的 mRNA 序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其 DNA 的________序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)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 种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的 DNA 聚合酶，扩增过程可以在 PCR 扩增仪中完成。(3)由 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为_____________________。(4)在基因工程中，常用 Ca2+处理 D，其目的是__________________________。【解题指南】(1)题干关键词：“将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内” 。(2)关键知识：基因工程的原理和技术、蛋白质工程和 PCR 技术的应用。【解析】本题主要考查基因工程及 PCR 技术应用的相关知识。(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：以 mRNA 为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链 DNA，然后在 DNA 聚合酶的作用下，合成双链 DNA 分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的 mRNA 序列，然后按照碱基互补配对原则，推测 DNA 中脱氧核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR 过程中需要酶、底物、模板、引物等条件。(3)目的基因和载体结合，形成基因表达载体。(4)在利用大肠杆菌做受体细胞时，需要先用 Ca2+处理，使之成为感受态细胞，有利于其吸收重组 DNA 分子。答案：(1)逆转录 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸(2)引物 模板(A 基因) (3)基因表达载体(4)使其成为感受态细胞，有利于吸收重组 DNA 分子- 2 -2.(12 分)请回答下列关于转基因抗虫棉的相关问题：(1)从苏云金芽孢杆菌的 DNA 上获取抗虫基因，需要用到的工具酶是__________，它能够识别双链 DNA 分子的某种____________________，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的____________键断开。(2)若检测目的基因是否插入受体细胞的 DNA 上，方法是采用_________________________；若检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质，方法是采用____________________。【解析】(1)获取目的基因需要用限制酶，它能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)用 DNA 分子杂交技术检测目的基因是否插入到受体细胞的 DNA 上，用抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质。答案：(1)限制酶 特定核苷酸序列 磷酸二酯(2)DNA 分子杂交技术 抗原—抗体杂交技术3.(15 分)(2016·石家庄模拟)转基因草莓中有能表达乙肝病毒表面抗原的基因，由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗，其培育过程如下图所示(①至④代表过程，A 至 C 代表结构或细胞)：(1)在图中①基因表达载体的构建过程中，为了使目的基因正常表达，目的基因的首端必须有____________识别和结合的部位。若选择的限制酶切出的 DNA 片段是平末端，应选择______________进行连接。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是__________________，之所以要把目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 中，这是利用 T-DNA__________________________________的特点。(3)过程②的具体操作是：先用____________处理农杆菌，使其处于感受态；再将含乙肝病毒表面抗原基因的重组 Ti 质粒溶于缓冲液中与经处理的农杆菌混合，完成转化过程。(4)图中③和④过程分别叫做__________ ____，将叶盘培养成草莓幼苗所依据的原理是__________________________。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是______________________，通常采用____________的方法进行检测。【解析】本题考查基因工程及转基因生物的安全性的相关知识，意在考查对基因工程的理解及运用所学- 3 -知识解决实际问题和识图的能力。(1)基因表达载体由启动子、目的基因、终止子和标记基因等组成，其中启动子是 RNA 聚合酶识别和结合位点；根据酶的来源不同，DNA 连接酶分为两类：E·coliDNA 连接酶和 T4DNA 连接酶，这二者都能连接黏性末端，但是 T4DNA 连接酶还可以连接平末端。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是农杆菌转化法。农杆菌中的 Ti 质粒上的 T-DNA 可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的 DNA 上。(3)图中②过程是将重组质粒导入农杆菌，由于受体细胞是细菌，常用 Ca2+处理使其处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态，称为感受态细胞，以完成转化过程。(4)图中③过程是让叶盘细胞脱分化形成愈伤组织，进而再经④再分化形成幼苗，此过程叫做植物组织培养；原理是植物细胞的全能性。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是目的基因是否插入了受体细胞的染色体 DNA 上，通常采用 DNA 分子杂交的方法进行检测。在分子水平上，还可采用抗原-抗体杂交的方法来检测转基因草莓果实提取液中有无相应的抗原。答案：(1)RNA 聚合酶 T 4DNA 连接酶(2)农杆菌转化法 可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体 DNA 上 (3)Ca 2+(4)脱分化和再分化 植物细胞的全能性(5)目的基因是否插入了受体细胞的染色体 DNA 上 DNA 分子杂交4.(12 分)(2016·郑州模拟)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因 afp 对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示的是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和__________________。(2)如果受体细胞 C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的________，使目的基因进入受体细胞 C2，并将其插入受体细胞 C2中的__________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。(3)经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用____________法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。【解析】(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。(2)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体 DNA 上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。- 4 -(3)检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。答案：(1)人工合成(2)转化作用 染色体 DNA(3)抗原—抗体杂交5.(15 分)(2016·大庆模拟)应用转基因技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题。(1)要获得抗虫基因，可采用_______________________________________________________________________________等方法，基因工程的核心是______________________。(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是____________，原因是________________________。若用大肠杆菌储存目的基因，则需先将其处理为__________细胞。(3)在培育转人生长激素基因牛的过程中，②过程常用的方法是______________。(4)转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有__________。【解析】(1)获得目的基因的方法有从基因文库中获取目的基因、PCR 技术扩增目的 基因、人工合成目的基因等，基因工程的核心是基因表达载体的构建。(2)动物受精卵全能性最高，发育成完整个体最容易，要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是受精卵。(3)②是重组质粒导入动物细胞的过程，常用的方法是显微注射法。(4)基因表达载体的首端必须有启动子。答案：(1)从基因文库中获得目的基因、PCR 技术扩增 目的基因、人工合成 基因表达载体的构建(2)受精卵 动物受精卵全能性最高(动物不能像植物那样，利用一个除受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体) 感受态(3)显微注射法 (4)启动子6.(15 分)(2016·佛山模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，- 5 -要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________________。(2)图中从新的胰岛 素模型到新的胰岛素基因的基本思路是______________________________________。(3)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的方法是________________________。(4)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用 到的生物工程有__________、__________和发酵工程等。【解析】(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上，通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞。(4)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需要用到蛋白质工程、基因工程和发酵工程等。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用 DNA 合成仪来合成新的胰岛素基因(3)农杆菌转化法(4)蛋白质工程 基因工程7.(10 分)基因工程目前成为生物科学核心技术，在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面展示出美好的前景。据相关资料回答下列有关问题：- 6 -(1)上图是转基因抗冻番茄培育过程的部分示意图，amp r为抗氨苄青霉素基因，甲、乙表示相关结构或细胞。PstⅠ酶和 SmaⅠ酶切割基因后将产生不同的黏性末端。图中甲代表的是____________________，乙可代表______________，可用____________ 和____________提取鱼的抗冻蛋白基因以避免目的基因末端发生任意连接，用此二酶切割质粒产生的 DNA 片段有________种。(2)重症联合免疫缺陷病(简称 SCID)是代表一组体液和细胞免疫严重缺陷的综合征。患者先天腺苷酸脱氨酶(ada)基因缺乏，运用现代生物技术进行治疗，可以使患者的免疫功能得到很大的修复。下图表示治疗SCID 的过程，在这个实例中，携带人正常 ada 基因的细菌相 当于________________，充当“分子运输车”的是__________，目的基因是____________________，受体细胞是__________________________________，这种治疗方法称为______________。【解析】(1)由图可知，甲是基因表达载体，将其导入番茄细胞进行培养；目的基因的右端只能用 PstⅠ切割，左端可用 PstⅠ和 SmaⅠ切割，若用 PstⅠ切割，则目的基因两端的末端相同，目的基因会发生自己相连接的情况，用 PstⅠ酶和 SmaⅠ酶提取鱼的抗冻蛋白基因可避免目的基因末端发生任意连接，用这两种酶切割质粒，能得到 2 种 DNA 片段(目的基因和左边 PstⅠ和 SmaⅠ之间的片段)。(2)由图示信息可知，携带人正常 ada 基因的细菌相当于基因文库，病毒相当于分子运输车，目的基因是正常 ada 基因，- 7 -受体细胞是患者体内分离的 T 淋巴细胞，该种治疗方法称为体外基因治疗。答案：(1)基因表达载体(或重组质粒) 番茄细胞 PstⅠ酶 SmaⅠ酶 2 (2)基因文库 病毒 腺苷酸脱氨酶(ada)基因 患者体 内分离的 T 淋巴细胞体外基因治疗8.(9 分)(能力挑战题)(2013·全国卷Ⅰ节选)阅读如下资料：资料：T 4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码 T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的 T4溶菌酶第 3 位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第 97 位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了 T4溶菌酶的耐热性。回答下列问题：(1)该资料属于________工 程的范畴。(2)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。(3)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。【解析】资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，因此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质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，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第 3 位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第 97 位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构的改变。答案：(1)蛋白质 (2)现有的蛋白质 新蛋白质 (3)氨基酸- 1 -基因工程预测点 1.基因工程的基本操作程序1.下图是基因工程的基本操作流程，请据图回答：(1)图中 A 是__________；在基因工程的基本操作过程中，②是______________________。(2)在①②③④中，只有一个步骤无碱基互补配对，该 步骤是________。(3)受体细胞若是植物细胞，可选用____________，还可选用__________，然后用____________方法培养新个体。(4)若受体细胞是工程菌，则合成“表达产物” ，必须经过的两个过程是__________________。【解析】(1)获取目的基因后，与载体结合，进行基因表达载体的 构建。(2)①获取目的基因可用逆转录法，存在碱基互补配对，②基因表达载体的构建存在黏性末端连接现象，④DNA 的扩增存在 DNA 复制现象。(3)受体细胞若是植物细胞可选用受精卵，还可选用体细胞，然后用植物组织培养的方法培养新个体。(4)蛋白质的表达必须经过转录和翻译。答案：(1)载体 基因表达载体的构建 (2)③(3)受精卵 体细胞 植物组织培养 (4)转录和翻译预测点 2.基因工程的应用2.有一种单基因遗传病——α 1-抗胰蛋白缺乏症，患者会出现肺气肿及其他疾病。注射 α 1-抗胰蛋白酶可治疗该病。图甲表示获取人 α 1-抗胰蛋白酶基因的两种方法，图乙表示获取 α 1-抗胰蛋白酶的方法。据图回答：- 2 -(1)图甲表示的是基因工程中的________________步骤。完成 a 过程的酶的作用特点是______________________________________________________。(2)c 过程需 要 的原料是____________________，遗传 信息的传 递方向是______________。(3)图乙中的 d 表示__________________。(4)GEP(绿色荧光蛋白)基因的作 用是________________________________。【解析】(1)图甲中方法 1 是用限制酶切割目的基因，方法 2 是用逆转录法获取目的基因 。限制酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割 DNA 分子。(2)逆转录是以 mRNA 为模板合成 DNA，所以原料是四种脱氧核苷酸，遗传信息是从 RNA 到 DNA。(3)d 表示基因表达载体。(4)标记基因的作用是筛选含有目的基因的受体细胞。答案：( 1)目的基因的获取 识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割 DNA 分子(2)四种脱氧核苷酸 RNA→DNA(3)基因表达载体(4)筛选含有目的基因的受体细胞专题 2 细胞工程2.1 植物细胞工程考点一 植物 细 胞工程的基本技 术【 核心知 识 通关 】1.细 胞工程的概念理解： 项 目 内 容原理、方法 ___________和 ___________操作水平 _________或 细 胞器水平细 胞生物学 分子生物学细 胞水平项 目 内 容工程目的 改 变细 胞内的 _________或 获 得 细 胞 产 品工程特点 定向性：按照人的意愿广泛性：克服了 _______________的障碍类 型 _____________和 动 物 细 胞工程遗传 物 质远缘杂 交不 亲 和植物 细 胞工程2.植物 细 胞的全能性：(1)概念：具有某种生物全部 遗传 信息的任何一个 细胞，都具有 _______________________。(2)物 质 基 础 ： 细 胞内含有本物种全部的 _________。(3)体内 细 胞全能性不表达的原因：在特定的 时间 和空间 条件下 细 胞内的基因 ___________出各种蛋白 质 ，从而形成不同的 组织 和器官。发 育成完整生物体的潜能遗传 信息选择 性表达3.植物 组织 培养与植物体 细 胞 杂 交的比 较 ：名 称 植物 组织 培养 植物体 细 胞 杂 交原 理 _____________ 细 胞膜具有一定的流 动性和 _____________细 胞的全能性细 胞的全能性名 称 植物 组织 培养 植物体 细 胞 杂 交过 程 愈 伤组织愈 伤组织名 称 植物 组织 培养 植物体 细 胞 杂 交选 材根尖、茎尖、形成层 等最容易 诱导 脱分化的部位不同的植物 细 胞技 术操作 脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还 要用 酶 解法去除 ________，用一定的方法 诱导_________关 系 _____________是 _______________的基 础 ，植物体 细 胞 杂 交所用的技 术 更复 杂细 胞壁细 胞融合植物 组织 培养 植物体 细 胞 杂 交4.脱分化和再分化的比 较 ：内 容 脱分化 再分化过 程 外植体 → 愈 伤组织 愈 伤组织 →胚状体形成体特点排列疏松、无 规则 、高度液泡化的薄壁 细 胞 有根、芽内 容 脱分化 再分化条 件a.离体b.适宜的 营 养c.生 长 素 /细 胞分裂素的比例适中d.不需要光照a.离体b.适宜的 营 养c.生 长 素和 细 胞分裂素d.光照5.杂 种植株分析：(1)特征：由于含有两种植物的 遗传 物 质 ，所以具 备两种植物的 遗传 特征。(2)染色体 组 成和基因型。① 分析方法：体 细 胞 杂 交即两个 细 胞融合成一个 细 胞，不管染色体、基因 组还 是染色体 组 都采用直接相加的方法。② 实 例：若一植物 细 胞含有 2X条染色体， 2个染色体组 ，基因型 为 Aabb，另一植物 细 胞含有 2Y条染色体，2个染色体 组 ，基因型 为 ccDd， 则 新植株 应为 4个染色体 组 ，是四倍体，其体 细 胞中染色体数 为 (2X+2Y)，基因型 为 AabbccDd。【 特 别 提醒 】激素比例与分化的关系适当提高生 长 素与 细 胞分裂素的比例容易生根，适当提高 细 胞分裂素与生 长 素的比例容易生芽，比例适中诱导产 生愈 伤组织 。 (图 示如下 )：【 思 维 拓展 】 植物 组织 培养 过 程分析(1)取材： 选 取有形成 层 的部位最容易 诱导 形成愈 伤组织 。(2)繁殖方式和增殖方式： 该过 程从繁殖方式上 应为无性繁殖， 细 胞分裂方式 为 有 丝 分裂，包含脱分化和再分化两个 阶 段。(3)利用 时 期： 获 取 细 胞 产 品的 时 期 应为 脱分化之后再分化之前的愈 伤组织 ；制作人工种子使用再分化后形成的胚状体 阶 段。【 高考模 拟 精 练 】1.(2016· 广州模 拟 )如 图 表示胡 萝 卜的 韧 皮部 细 胞通过 无菌操作接入 试 管后，在一定的条件下，形成 试 管苗的培育 过 程。 请 据 图 回答下列 问题 ：(1)要促 进细 胞分裂生 长 ，培养基中 应 有 营 养物 质 和激素。 营 养物 质 包括 __________________和小分子有机物，激素包括 细 胞分裂素和 __________________两类 植物激素。(2)此 过 程依据的原理是 _________________________________。 A和 B阶 段主要 进 行的分裂方式是 _________________， B阶 段除了 细 胞分裂外， 还进 行 细 胞______________等。(3)此 过 程要无菌操作，主要是指 对 ____________进行 灭 菌消毒。 B阶 段需要光照，原因是 ____________________________________________________。(4)试 管苗的根 细 胞没有叶 绿 素，而叶肉 细 胞具有叶绿 素， 这 是基因 __________________的 结 果。【 解题指南 】 解答本题时特别关注以下两点：(1)植物组织培养的培养基成分中营养成分和激素的种类。(2)植物组织培养的过程中需要无菌操作，脱分化过程中不需要光照，但再分化过程中需要光照。【 解析 】 (1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括无机物和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和生长素两类植物激素。(2)植物组织培养过程依据的原理是植物细胞的全能性。 A是脱分化过程， B是再分化过程，两者均进行有丝分裂， B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞分化等。(3)植物组织培养过程需要无菌操作，主要是指对培养基进行灭菌消毒。再分化阶段需要光照，原因是在此过程中芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶肉细胞具有叶绿素，这是基因选择性表达的结果。答案： (1)无机物 生长素(2)植物细胞的全能性 有丝分裂 分化(3)培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达2.(2016· 九江模 拟 )下面 为 “ 番茄 — 马铃 薯 ” 的培育过 程示意 图 ， 请 据 图 回答 问题 ：(1)运用 传统 的有性 杂 交方法 (即用番茄、 马铃 薯 杂 交)自然状 态 下不能得到 杂 种植株，原因是 ____________________。(2)在利用 杂 种 细 胞培育 杂 种植株的 过 程中，依据的原理是 ____________，其中 过 程 ② 称 为 ____________，植物体 细 胞融合完成的 标 志是 ____________。(3)已知番茄、 马铃 薯分 别为 四倍体、二倍体， 则 “番茄 — 马铃 薯 ” 属于 ________倍体植株。(4)已知柴油 树 种子含有的柴油是植物 细 胞的代 谢产物，可用植物 组织 培养来 实现 柴油的工 业 化生 产 。若利用此技 术 ，将柴油 树细 胞培养 进 行到 ________(填字母 编 号 )时 期即可。(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通 过 适当的途径 导 入棉花受精卵中，然后 进 行 组织 培养，相当于 过 程____________(填数字 编 号 )。【 解析 】 (1)番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是细胞的全能性，其中过程 ② 称为原生质体融合，植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。(3)由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，因此植物体细胞杂交得到的 “ 番茄 — 马铃薯 ” 属于异源多倍体里面的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养进行到愈伤组织即可提取，愈伤组织为图中的 e时期。(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵中，然后进行组织培养，包括脱分化和再分化两个阶段，即图中的 ④⑤ 过程。答案： (1)不同种的植物之间存在生殖隔离(2)细胞的全能性 原生质体融合 产生新的细胞壁(3)六 (4)e (5)④⑤【 知 识总结 】 细 胞全能性的比 较(1)细 胞的分化程度越高，其分裂能力越弱，其全能性越不容易表 现 出来。(2)受精卵 生殖 细 胞 体 细 胞。(3)体 细 胞中：植物 细 胞 动 物 细 胞 (只有 细 胞核才有全能性，分化程度低的 分化程度高的； 细 胞分裂能力强 的 细 胞分裂能力弱的；幼嫩的 细 胞 衰老的 细 胞 )。- 1 -植物细胞工程(40 分钟 100 分)1.(15 分)(2016·芜湖模拟)下图表示植物组织培养过程，请据图回答下列问题：(1)图中①过程获得的细胞是正常植物体经______________形成的，在这一过程中染色体的变化是________________________________________________。(2)要顺利完成③过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入____________、____________(两类不同功能的物质)。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有__________________________________的特点。(3)从过程④的结果看，它的实质是____________________________________________________________________________________________________。(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得到了如下结果：①只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织②细胞分裂素=生长素时，愈伤组织不分化③细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出芽④细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出根由实验结果，你能得出什么结论？_______________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)单倍体性细胞是减数分裂的结果，该过程中染色体复制一次，细胞分裂两次，从而导致染色体数目减半。(2)愈伤组织培养基成分除无机物、有机物外还需加入植物激素。(3)过程④为再分化，其实质是基因的选择性表达。(4)该实验结果显示，植物激素的种类及浓度配比对愈伤组织的形成和分化具有重要影响。答案：( 1)减数分裂 染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞中的一半(2)有机营养物质 植物激素 排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果(4)植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同2.(14 分)如图为 A、B 不同物种间体细胞杂 交示意图，请回答下列问题：- 2 -(1)在用促融剂处理时，使用的促融剂主要有________。(2)融合细胞中可能包括________种类型，其中杂种细胞的遗传物质组成是________________________________。(3)由杂种细胞经人工诱导培养，经________分裂增加细胞数目并不断分化，逐渐发育成 C 植株。该植株的性状与 D 亲本植株的性状区别是___________________________。(4)整个培养过程应用了细胞工程的______________和__________________两大技术。【解析】(1)诱导原生质体融合的化学试剂是 PEG(聚乙二醇)。(2)原生质体融合时，有 AA、BB、AB 3 种类型；杂种细胞具有融合前两种植物的遗传物质。(3)在植物组织培养过程中，涉及有丝分裂。(4)上述培养过程应用了细胞工程的植物体细胞杂交和植物组织培养两大技术。答案：(1)PEG(聚乙二醇)(2)3 植物 A 和 B 的遗传物质之和(3)有丝 具有 A 和 B 两种植物的性状(4)植物体细胞杂交 植物组织培养3.(15 分)(2016·厦门模拟)植物细胞工程包括植物组织培养和植物体细胞杂交技术等。植物组织培养是克隆植物的一种方法，回答相关问题。- 3 -(1)植物组织培养依据的生物学原理是植物细胞的全能性，在一定的__________等条件下，植物细胞可以脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织转接到含有________成分的培养基上，就可以诱导其________生成胚状体或丛芽。(2)植物组织培养过程需要植物生长和繁殖的最适条件，否则在光学显微镜下可观察到发生________异常，进而使植株出现遗传不稳定或不育。(3)在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导至关重要，科学家研究了植物生长调节剂对某药用植株愈伤组织的影响，实验结果如下表：①诱导形成愈伤组织________(填“需要”或“不需要”)光照的条件。②从上表可以得出的结论是________________。(4)植物体细胞杂交技术的关键环节有______________________、____________________________________和植物组织培养。【解析】(1)植物组织培养需要在一定的营养和激素等条件下，植物细胞先脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽。(2)植物组织培养过程需要植物生长和繁殖的最适条件，否则在光学显微镜下可观察到发生染色体数目或结构异常。(3)在形成愈伤组织的过程中，植物细胞是利用现成的有机物，所以该过程不需要光照。分析表中数据可得，在基本培养基中添加较高浓度的 2，4-D 有利于形成愈伤组织，而添加 6-BA 则不利于形成愈伤组织。(4)植物体细胞杂交技术的关键环节有用酶解法去除细胞壁，获得有活力的原生质体；诱导原生质体间的融合和植物组织培养。答案：(1)营养和激素 不同激素 再分化(2)染色体(数目或结构)- 4 -(3)①不需要 ②在基本培养基中添加较高浓度的 2，4-D 有利于形成愈伤组织，而添加 6-BA 则不利于形成愈伤组织(4)用酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁，获得有活力的原生质体 (诱导)原生质体间的融合4.(14 分)(2016·濮阳模拟)将苏云金杆菌 Bt 蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，其过程如下图所 示(注：农杆菌中 Ti 质粒上只有 T-DNA 片段能转移到植物细胞中)。(1)过程①需用同种限制酶对____________________进行酶切，过程②应使用选择培养基的目的是_________________________________________________________________________________。(2)过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，目的是让____________进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还必须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是____________________________________。(3)若过程④仅获得大量的芽，则应在培养基中增加____________以获得根；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是________________________________________________________________。(4)过程③ ④⑤运用了细胞工程中的____________________________技术，该技术的理论依据是________________________________；在该技术应用的过程中，关键步骤是利用含有一定营养和激素的培养基诱导植物细胞进行____________和____________。(5)检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是________________________。种植转基因抗虫棉能减少____________的使用，以减轻环境污染。【解析】(1)过程①表示基因表达载体的构建，该过程需用同种限制酶对含 Bt 基因的 DNA 和 Ti 质粒进行酶切，过程②使用选择培养基是为了获得含重组质粒的农杆菌。(2)过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养的目的是让 T-DNA 进入棉花细胞，卡那霉素的作用是筛选获得含 T-DNA 片段的植物细胞。(3)生长素能够促进根的分化，细胞分裂素能够促进芽的分化。若过程④仅获得大量的芽，则应在培养基中增加一定量的生长素以获得根；因为顶芽合成的生长素向基部运输，可促进根的分化。(4)过程③④⑤运用了细胞工程中的植物组织培养技术，该技术的理论依据是细胞的全能性；在该技术应- 5 -用的过程中，关键步骤是利用含有 一定营养和激素的培养基诱导植物细胞进行脱分化和再分化。(5)检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是投放棉铃虫，若棉铃虫大量死亡，说明转基因成功。种植转基因抗虫棉能减少农药的使用，以减轻环境污染。答案：(1)含 Bt 基因的 DNA 和 Ti 质粒 获得含重组质粒的农杆菌 (2)T-DNA 筛选获得含 T-DNA 片段的植物细胞(3)一定量的生长素 顶芽合成的生长素向基部运输，促进根的分化 (4)植物组织培养 细胞的全能性 脱分化 再分化(5)投放棉铃虫 农药5.(14 分)玉米是一种重要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。下图是玉米培养的过程，请据图回答下列问题。(1)取玉米幼苗的茎尖进行______________，如图 A→C，发育成植株 D，取 D 的花药进行离体培养，获得幼苗，如图中 E→F，经秋水仙素处理后发育成植株 G，属于______________；从生殖方式上分析，A→D属于________生殖；从细胞分裂方式上分析，E→F 过程中进行了________分裂。(2)经 A→D 过程获得的植株 D 称为__________。(3)A→C 的过程要严格控制____________。(4)用 E→G 途径育种的优点是________________________________________________________________________。(5)若想培育出一种从未有过的玉米新品种，可以采用______育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用______________育种；若想培育出一种地上结玉米、地下结马铃薯的植株，利用__________________技术可能会实现。【解析】(1)(2)取玉米的茎尖，经过组织培养获得的植株称为脱毒苗，用脱毒苗进行繁殖，得到的植株不会或极少感染病毒。(3)在组织培养的过程中，要严格控制无菌条件。(4)单倍体育种能直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。(5)若想获取新的品种，可采取诱变育种、基因工程育种和体- 6 -细胞杂交技术等。答案：(1)组织培养 单倍体育种 无性 有丝(2)脱毒苗 (3)无菌条件(4)直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限(5)诱变 基因工程 植物体细胞杂交6.(14 分)如图表示通过二倍体植株甲(自花传粉植物)和植株乙培育植株 A、B、C、D、E 的过程，其中植株甲的基因型为 AaBb，两对等位基因分别位于两对同源染色体上。请据图回答：(1)植株 A 是________倍体，经秋水仙素处理后获得的植株 B 的基因型为_____________________________________________________。(2)植株 C 与植株甲表现型相同的概率为______。(3)在培 养植株 D 的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为__________。(4)获得植株 E 的过程称为________________。(5)植株 A、D、E 的培育过程中都需要采用的生物技术是______________。植株 A、B、C、D、E 中可能与植株甲的基因型相同的是植株________________。【解析】(1)将二倍体植株甲的花粉粒进行花药离体培养得到的植株是单倍体植株 A，其基因型可能是AB、Ab、aB、ab，因此用秋水仙素处理后染色体数目加倍，植株 B 的基因型为 AABB 或 AAbb 或 aaBB 或aabb。(2)植株 C 是植株甲自花传粉的后代，因此植株 C 与植株甲表现型相同的概率是3/4×3/4=9/16。(3)由离体细胞形成愈伤组织的过程称为脱分化。(4)植株 E 是由两种不同的植株经过植物体细胞杂交形 成的。(5)植株 A、D、E 的培育过程中都是由细胞培养得到植株，都需要采用的生物技术是植物组织培养。植株 D 与植株甲的基因型一定是相同的，植株 C 与植株甲的基因型可能相同。答案：(1)单 AABB 或 AAbb 或 aaBB 或 aabb(2)9/16 (3)脱分化- 7 -(4)植物体细胞杂交 (5)植物组织培养 C、D7.(14 分)(能力挑战题)(2016·西安模拟)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的细胞膜上的蛋白质，其培育过程如图所示。(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有__________________________。(2)过程①常用的酶是____________，细胞融合完成的标志是_______________________________。(3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂____________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到______种不同的原生质体，当观察到__________________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(4)过程③和过程④依次为__________，过程④中的培养基常添加的植物激素是____________。(5)若番茄细胞内有 m 条染色体，马铃薯细胞中含 n 条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含________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养得到的植株属于________植株。【解析】(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，再利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术。所以植物体细胞杂交依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。(2)过程①是去除植物的细胞壁获得原生质体，而细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。细胞融合完成的标志是：杂种细胞再生出新的细胞壁。(3)植物原生质体融合过程，常利用诱导融合的化学试剂是聚乙二醇(或 PEG)。依题意，科学家利用红色荧光和 绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，所以融合后根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到有 3 种不同类型的原生质体；红色荧光标记的番茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察到融合的细胞表面既有红色荧光又 有绿色荧光时，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(4)过程③表示将杂种细胞培养成愈伤组织，属于植物组织培养过程中的脱分化；过程④表示将愈伤组织- 8 -培养成植物体，该过程属于再分化，培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。(5)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和，即 m+n。 “番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期，着丝点分裂、姐妹染色单体分开，使得杂种细胞中的染色体数目加倍为 2(m+n)。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性(2)纤维素酶和果胶酶 形成了新的细胞壁(3)聚乙二醇(或 PEG) 3 融合的细胞表面既有红色 荧光又有绿色荧光(4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素(5)2(m+n) 单倍体