1、1专题突破练 15 基因工程与细胞工程1.(2018 贵州贵阳综测,37)人类利用转基因技术成功获得了能大量合成胰岛素的大肠杆菌,它看起来与普通细菌没有什么不同,却可用来治疗糖尿病等疾病,使胰岛素的生产成本大大降低。(1)野生型大肠杆菌不能合成胰岛素的根本原因是 。人体骨骼肌细胞 (填“能”或“不能”)合成胰岛素,原因是 。 (2)转基因技术过程中常常会使用 PCR 扩增仪,其目的是 ,该过程需要在反应体系中添加的有机物包括 、模板、4 种脱氧核苷酸、 。 (3)该技术的受体细胞是大肠杆菌,常用 Ca2+处理受体细胞的目的是 。该技术常用的运载体是 。 2.基因敲除是应用 DNA 重组原理发展
2、起来的一门新兴技术。“基因敲除细胞”的构建过程如下。第一步,从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞(ES),在培养基中扩增,这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”。第二步,构建基因表达载体。取与靶基因序列同源的目的基因(同源臂),在同源臂上接入 neoR(新霉素抵抗基因)等。由于同源臂与靶基因的 DNA 正好配对,所以能像“准星”一样,将表达载体准确地带到靶基因的位置。第三步,将表达载体导入胚胎干细胞,并与其内靶基因同源重组,完成胚胎干细胞的基因改造。第四步,基因改造后的胚胎干细胞增殖、筛选。基本原理如下图所示。请根据上述资料,回答下列问题。(1)实施基因工程的核心步骤是 ,基因表达载体中的 是位于基因
3、首端的有特殊结构的 DNA 片段;在构建的过程中所需要的工具酶是 。 (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 。 (3)上述资料中 neoR基因的作用最可能是 。为了鉴定目的基因是否成功表达,有时需要进行抗原抗体杂交,目的蛋白相当于 。 (4)该项技术具有广阔的应用前景,请试举一例: 。 3.科学家从某细菌中提取抗盐基因,转入烟草并培育成转基因抗盐烟草。下图是转基因抗盐烟草的培育过程,含目的基因的 DNA 和质粒上的箭头表示相关限制酶的酶切位点。请分析回答下列问题。(1)在该过程中,研究人员首先获取了抗盐基因(目的基因),并采用 技术对目的基因进行扩增,该技术需
4、要的条件是 、酶、原料、模板,其中的酶必须是 酶;然后构建基因表达载体,基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外,还需具有 。 (2)用图中的质粒和目的基因构建重组质粒,不能使用 Sma酶切割,原因是 。图中过程为防止质粒和含目的基因的外源 DNA 片段自身环化,应选用 酶对外源 DNA、质粒进行切割。 2(3)为确定转基因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,又要在个体水平上鉴定,后者的具体过程是 。 4.我国菊花主要有杭菊、亳菊、怀菊、贡菊等 8 种,是药食兼优的代表性植物。研究发现杭菊具有明显的抗炎作用,怀菊具有良好的抗病毒作用(但是抗炎作用很
5、弱)。结合所学知识回答下列问题。(1)欲培育兼有明显抗炎、抗病毒疗效的菊花新品种,用杭菊和怀菊杂交的方法是做不到的,原因是 。(2)基因工程方法为培育上述新品种提供了可能性,在实施基因工程过程中,最关键的步骤是 。受体细胞的选择直接关系到实验的成功与否以及新生植株的品质,我们一般选取未开花的幼枝的芽尖,理由有 、 (写出两个)。若想确定杭菊的受体细胞中是否导入了怀菊的抗病毒基因,常用的检测方法是 。 (3)如果利用植物体细胞杂交的方法培育“杭菊怀菊”杂种植株,首先要获得这两种植物细胞的 ,用聚乙二醇诱导处理后,诱导实验材料再生出 ,再利用植物组织培养技术培育出杂种植株。(4)理论上利用植物体细
6、胞杂交和基因工程的方法均可以培育出抗炎、抗病毒的优良菊花,这两项技术的共同特点有 。 5.利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥花椰菜植株,已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因,而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,技术人员用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力,再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,流程如下图。据图回答下列问题。(1)该过程用到的工程技术是 。 (2)过程所需的酶是 ,过程中 PEG 的作用是 ,经过操作后,需筛选出融合的杂种细胞,显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在,可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质
7、体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 。原生质体经过细胞壁再生,进而分裂和脱分化形成 。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的根尖,制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的 ;将杂种植株栽培在含有 的环境中,可筛选出具有高抗性的杂种植株。 6.细胞的种类不同,特异性表达的蛋白质也不同,如效应 T 细胞可以产生干扰素,乳腺细胞可以分泌乳腺蛋白,膀胱壁细胞可分泌尿血小板溶素膜蛋白。其中效应 T 细胞产生的干扰素(IFN)具有抑制细胞分裂、调节免疫、抗病毒、抗肿瘤等多种作用。请回答下列问题。(1)通过分析干扰素的氨基酸序列,可人工合成编码干扰素的
8、 序列,该序列 (填“是”或“不是”)唯一的。利用 PCR 的方法对人工合成的干扰素基因扩增时,用 的方法使 DNA 变性。 (2)若将干扰素基因导入癌细胞,在 的环境,一定的营养,适宜的温度和 pH、气体环境等条件下培养癌细胞,可从培养液中源源不断地提取到干扰素。 (3)目的基因在血液中表达的转基因动物叫做血液生物反应器。由于某些物质进入血液会影响动物的健康,因此血液生物反应器比较适合生产 (选填“胰岛素”“抗体”或“干扰素”中的一种或多种)。 3(4)乳腺生物反应器的原理是外源基因与 的启动子构建成基因表达载体,使干扰素基因在乳腺中表达,通过回收乳汁获得目的产物。 (5)膀胱生物反应器可将
9、干扰素基因插入 基因中,使干扰素分泌到尿液中。与乳腺生物反应器相比,膀胱反应器的优势表现在 。 7.白细胞介素 4(IL-4)是具有多种免疫学调节功能的细胞因子,临床及研究中需要大量高纯度的IL-4,以及其高效检测试剂。下图是利用单克隆抗体技术制备抗 IL-4 特异性抗体的过程。回答相关问题。(1)在免疫系统组成中,IL-4 属于 物质。研究人员从外周血中提取到 IL-4 蛋白分子的mRNA,将其逆转录成 ,构建特定表达载体,利用工程菌获得用于临床及研究需要的高纯度的 IL-4。 (2)图中所示的 a 培养瓶中培养的是 细胞,其与 M 细胞融合产生双核或多核细胞,再经 ,进一步形成两个新的单核
10、杂交细胞。 (3)b 培养瓶所示过程中,要用特定的选择性培养基进行细胞筛选,得到的 细胞能在体外培养增殖生长。经 b 获得的细胞,还需要进行 。 (4)c 培养瓶中培养的细胞是 的杂交瘤细胞。制备 IL-4 单克隆抗体的过程中,细胞培养瓶通常置于特定培养箱中进行细胞培养,要求培养瓶松盖,主要目的是 。 8.近年来,由于食品安全、环境污染等问题的加重,胃癌的发病率不断增加。常见的切除、化疗、放疗等治疗手段对病人的身体副作用较大,而“生物导弹”(借助单克隆抗体的导向作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置)的定向治疗为胃癌患者带来了福音。下图是“生物导弹”抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程。回答下列问题
11、。(1)幽门螺旋杆菌的感染与胃癌的发生密切相关,幽门螺旋杆菌与人体细胞相比,在细胞结构上最显著的特点是 。 (2)从免疫学的角度分析,图中实验小鼠注射的甲是 ,从小鼠的 (免疫器官)中可获得相应的 B 淋巴细胞。 (3)诱导细胞融合形成细胞乙的原理是 。若只考虑细胞的两两联合,理论上乙有 种类型,符合要求的细胞特点是 。 (4)丙需进行克隆化培养和专一抗体检测,经多次筛选后可获得数量较多的能分泌所需抗体的细胞丁,细胞丁可在体外条件下大规模培养,也可以注射到小鼠 内进行体内培养,从而获得大量的单克隆抗体。与从动物血清中分离的抗体相比,该抗胃癌单克隆抗体最主要的优点是 。4专题突破练 15 基因工
12、程与细胞工程1.答案 (1)野生大肠杆菌体内没有合成胰岛素的基因 不能 胰岛素基因不表达 (2)完成DNA 的复制,使目的基因数量增多 引物 耐高温的 DNA 聚合酶 (3)改变其通透性,制备感受态细胞大肠杆菌的质粒2.答案 (1)构建基因表达载体 启动子 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 (2)受精卵 动物受精卵具有全能性(动物不能像植物那样,利用一个受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体)(3)作为标记基因,以便于筛选 抗原 (4)基因治疗、动植物改良、利用动植物生产药物等3.答案 (1)PCR(聚合酶链式反应) 引物 耐高温的 DNA 聚合或热稳定 DNA 聚合 标记基因 (2)
13、Sma 会破坏质粒的抗性基因和外源 DNA 中的目的基因 BamH和 Hind (3)抗盐基因(或目的基因) 将培育的烟草幼苗栽培于含有一定盐的土壤中,观察该烟草植株的生长状态4.答案 (1)二者存在生殖隔离 (2)基因表达载体的构建 不含病毒或含病毒极少 分化程度低或易诱导脱分化和再分化(答案必须是两个方面) DNA 分子杂交技术 (3)原生质体 细胞壁 (4)定向改造生物(或克服了远缘杂交不亲和的障碍)5.答案 (1)植物体细胞杂交 (2)纤维素酶和果胶酶 促进原生质体的融合 (3)保持原生质体完整性 愈伤组织 (4)形态和数目黑腐病菌6.答案 (1)脱氧核苷酸 不是 加热 (2)无菌、无毒 (3)抗体、干扰素 (4)乳腺蛋白基因 (5)尿血小板溶素膜蛋白 生产周期短、不受性别和年龄的限制7.答案 (1)免疫活性 cDNA (2)骨髓瘤 有丝分裂 (3)融合的杂种(杂交瘤) 克隆化培养和抗体检测(或答“克隆化培养和专一抗体阳性检测”) (4)分泌抗 IL-4 单克隆抗体(答出此意即可)让 O2进入培养瓶以供细胞代谢,使 CO2进入培养瓶维持培养液的 pH8.答案 (1)没有核膜包被的细胞核(2)能与抗人体胃癌抗体特异性结合的抗原 脾脏(3)细胞膜的流动性 3 既能大量繁殖又能产生特异性抗体(4)腹腔 特异性强,灵敏度高,并可大量制备
