1、第九部分 现代生物科技专题,专题22 基因工程和克隆技术,-3-,特色梳理,题型演练,选考提升,基因工程 1.基因工程的基本工具,-4-,特色梳理,题型演练,选考提升,2.基因工程的原理 (1)基本原理:让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效表达。 (2)基因工程的基本要素:多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等。,-5-,特色梳理,题型演练,选考提升,3.基因工程的基本操作步骤,-6-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型一 基因工程的操作工具 典例精析1下列关于基因工程的有关叙述,正确的是 ( ) A.基因工程常用的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体 B.一种限制性
2、核酸内切酶能识别几种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA C.质粒是一种常用载体,它在细菌中独立于拟核外能自主复制的很小的环状DNA分子 D.DNA连接酶可代替DNA聚合酶用于DNA的复制,答案,-7-,特色梳理,题型演练,选考提升,易错点拨(1)在切割目的基因时要求用同一种限制性核酸内切酶,目的是产生相同的粘性末端。 (2)将目的基因从DNA分子中切割出来需要消耗4分子水,形成4个粘性末端,目的基因上含有2个粘性末端。 (3)不同DNA分子用相同限制性核酸内切酶切割产生相同的粘性末端,同一种DNA分子用不同的限制酶切割,产生的粘性末端一般不同。 (4)基因工程中用到的载体并非只有质粒
3、,还有噬菌体、植物病毒和动物病毒,其中质粒和噬菌体可将外源基因载入到大肠杆菌等宿主细胞中,而植物病毒和动物病毒能够将外源基因分别载入到植物细胞和动物细胞内。 (5)基因工程中载体与细胞膜上载体本质不同,前者化学本质为DNA,后者为蛋白质。,-8-,特色梳理,题型演练,选考提升,(6)标记基因与目的基因的表达无关,其作用为筛选含有目的基因的受体细胞。,-9-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型二 基因工程的原理及应用 典例精析2人血清蛋白(HSA)具有重要的医用价值。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。,(1)如果HSA基因序列未知,可以采用 的方法获取该目的基因,为了使目
4、的基因能够在宿主细胞中复制和稳定保存,通常要先构建 后才能导入宿主细胞。 (2)方框中的“?”一般选用的生物是 ,为了提高过程的导入成功率,通常用 处理大肠杆菌。,-10-,特色梳理,题型演练,选考提升,(3)人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性,所以,选择 (填“”或“”)途径获取rHSA更有优势。 (4)为了鉴定宿主细胞中是否产生rHSA,可以用 方法来进行检验。 A.检验HSA基因是否导入 B.检验细胞中是否产生相应的mRNA C.抗原抗体杂交 D.检测是否有标记基因,答案:(1)从基因文库中提取 重组DNA (2)农杆菌 氯化钙 (3) (4)C,-
5、11-,特色梳理,题型演练,选考提升,易错点拨(1)基因文库中不是直接保管相应基因,基因文库中的基因保存在受体菌中。 (2)原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少,有利于目的基因的复制与表达,因此常用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞。 (3)植物细胞的全能性较高,可经植物组织培养过程成为完整植物体。因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞;动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。 (4)操作工具有三种,但工具酶常用两种,载体不是酶;在基因工程操作步骤“获得目的基因”和“形成重组DNA分子”两个过程中通常用同种限制性核酸内切酶,目的是产生相同的粘性末端;DNA连接酶只在“形成重组DNA分子”操作
6、中用到。,-12-,特色梳理,题型演练,选考提升,(5)一般情况下,用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时可用两种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因。这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。 (6)标记基因的作用和种类:标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞;常见的标记基因有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。,-13-,特色梳理,题型演练,选考提升,【热点变式】通过农杆菌介导转入法培养转基因植物的过程如图(图中表示相应操作过程)。请回答下列问题。,(1)如果外源基因的核苷酸序列是未知的,可以建立一个包括外源基因来源生物中所有基
7、因的 来获取外源基因。图中过程涉及的工具酶是 。,-14-,特色梳理,题型演练,选考提升,(2)将外源遗传物质与受体植物细胞(包括原生质体受体)遗传物质重新组合,除了转基因技术外,还有 等方法,这些方法解决了传统育种方法存在的 的缺陷。植物原生质体的获取可以在较高渗透压环境下,用 酶处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞的细胞壁。 (3)如果构建重组细胞的目的是为了获取重要的次生代谢产物(如某些中药),可以通过大量培养特定 来达成目的。 (4)如果农杆菌侵染对象为某植物叶片,将被侵染的叶片除菌后进行培养,最终得到转基因植物。下列叙述正确的是 。 A.愈伤组织在合适条件下经脱分化形成再生植株 B
8、.再生的芽在细胞分裂素含量较高的培养基上生根 C.叶片在含合适浓度生长素的培养基上经再分化形成愈伤组织 D.愈伤组织在细胞分裂素和生长素配比较髙的培养基上形成芽,-15-,特色梳理,题型演练,选考提升,答案:(1)基因文库 DNA连接酶 (2)细胞融合或显微注射 远缘亲本难以杂交(或生殖隔离) 纤维素酶和果胶 (3)细胞系 (4)D 解析:(1)获得目的基因的方法:从基因文库中获取;利用PCR技术扩增;人工合成(化学合成)。其中采用PCR技术扩增和人工合成法都适用于目的基因序列已知的情况下,如果外源基因的核苷酸序列是未知的,则应该从基因文库中获取,即可以建立一个包括外源基因来源生物中所有基因的
9、基因文库来获取外源基因。图中表示目的基因与载体连接形成重组质粒,该过程涉及的工具酶是DNA连接酶。,-16-,特色梳理,题型演练,选考提升,(2)将外源遗传物质与受体植物细胞(包括原生质体受体)遗传物质重新组合,除了转基因技术外,还有细胞融合或显微注射等方法,这些方法解决了传统育种方法存在的远缘亲本难以杂交(或生殖隔离)的缺陷。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,根据酶的专一性原理去除植物细胞壁应该用纤维素酶和果胶酶。(3)如果构建重组细胞的目的是为了获取重要的次生代谢产物(如某些中药),可以通过大量培养特定细胞系来达成目的。(4)愈伤组织在合适条件下经再分化形成再生植株,A项错误;再生的芽在
10、生长素含量较高的培养基上生根,B项错误;叶片在含合适浓度生长素的培养基上经脱分化形成愈伤组织,C项错误;愈伤组织在细胞分裂素和生长素配比较髙的培养基上形成芽,D项正确。,-17-,特色梳理,题型演练,选考提升,1.不同生物转基因操作的流程,-18-,特色梳理,题型演练,选考提升,2.基因工程中分子或个体水平的检测方法,-19-,特色梳理,题型演练,选考提升,植物克隆 1.植物组织培养的理论基础及操作流程 (1)理论基础:植物细胞的全能性。 (2)植物组织培养程序 配制培养基:配制含有适当营养物质和植物生长调节剂的半固体培养基 切取消毒的组织块 获得愈伤组织:由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的
11、新生组织 ,-20-,特色梳理,题型演练,选考提升,-21-,特色梳理,题型演练,选考提升,2.原生质体培养与植物细胞工程 (1)原生质体的获得方法:在0.50.6 mol/L的甘露醇溶液环境(较高渗透压)下,用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞,除去细胞壁,获得球形原生质体,培养再生出新的植株。 (2)植物细胞工程操作过程,-22-,特色梳理,题型演练,选考提升,(3)植物细胞工程技术的应用 转基因植株培育。 培养特定细胞系,实现细胞次生代谢产物的工业化生产。 单倍体育种。 诱发、筛选突变体,如在培养基中加入不同浓度的NaCl或病原体毒蛋白,诱导和筛选抗盐或抗病突变
12、体。,-23-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型一 原生质体培养与植物细胞工程 典例精析1某小组欲进行烟草原生质体分离与培养的研究。请回答下列问题。 (1)原生质体的分离:在无菌条件下,取烟草无菌苗的叶片,放入含有0.5 mol/L甘露醇(维持较高渗透压)的 混合液处理,经过离心纯化后获得原生质体。,-24-,特色梳理,题型演练,选考提升,(2)原生质体的培养:将原生质体进行培养,重新长出细胞壁,形成胚性细胞。此时,应该 培养基中甘露醇浓度,以利于胚性细胞继续培养形成细胞团,然后经两条途径形成再生植株。途径一:细胞团经球形胚、 和胚状体,最后发育成植株。途径二:细胞团增殖为愈伤组织,然后在发
13、芽培养基上诱导出芽,切割芽经过生根后形成完整植株。上述发芽培养基中含量相对较高的激素是 ,胚性细胞的主要特点是 (A.液泡小、细胞核小 B.液泡大,细胞核大 C.液泡大,细胞核小 D.液泡小、细胞核大)。 (3)为了对烟草的某些性状进行改良,分离得到两种烟草的原生质体后,通过 方法将它们的遗传物质组合在一起,经培养获得具有新性状的再生植株。提取再生植株的DNA,采用 扩增相关基因,来鉴定遗传物质是否成功重组。,-25-,特色梳理,题型演练,选考提升,答案:(1)果胶酶、纤维素酶 (2)降低 心形胚 细胞分裂素 D (3)原生质体融合 PCR方法,-26-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型二
14、植物克隆的实践应用 典例精析2下图中的代表通过植物组织培养技术培育新植株的三条途径,请回答下列问题。,-27-,特色梳理,题型演练,选考提升,(1)外植体ac来自同种植株,植株AC中的细胞全能性表达程度 (填“相同”或“可能不同”)。 (2)途径和需要用到 和 (填培养基的物理性质)两种培养基,将含B1的试管放在摇床上,通过 培养可以分散成单细胞。 (3)外植体c脱去细胞壁过程中需要加入适宜浓度的 (A.甘露醇 B.盐酸 C.蒸馏水 D.氯化钠)以保持一定的渗透压。原生质体培养成功标志着 技术又向前迈进了一步。 (4)通过大量培养特定细胞系,可以实现能产生重要 (如某些中药)的细胞的大量克隆和
15、产物的工业化生产。,答案:(1)可能不同 (2)液体培养基 固体(或半固体)培养基 液体悬浮 (3)A 植物细胞工程 (4)次生代谢产物,-28-,特色梳理,题型演练,选考提升,植物克隆涉及的技术比较,-29-,特色梳理,题型演练,选考提升,-30-,特色梳理,题型演练,选考提升,动物的克隆 1.动物细胞、组织培养,-31-,特色梳理,题型演练,选考提升,2.动物细胞、组织培养过程中的相关名词 (1)原代培养:从机体取出后立即进行的细胞、组织培养的过程。 (2)传代培养:将原代培养细胞分成若干份,接种到若干份培养基中,使其继续生长、增殖。 (3)细胞系:指可连续传代的细胞。可分为连续细胞系(恶
16、性细胞系,具有异体致瘤性;不死性细胞系,保留接触抑制现象,不致癌)和有限细胞系。 (4)细胞株:通过一定的选择或纯化方法,从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞。可分为连续细胞株和有限细胞株。 (5)克隆培养法:把一个单细胞从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。基本要求是必须肯定所建成的克隆来源于单个细胞。,-32-,特色梳理,题型演练,选考提升,3.动物的细胞融合技术及其应用 (1)细胞融合,-33-,特色梳理,题型演练,选考提升,(2)单克隆抗体的制备流程,优点:特异性强、灵敏度高,可大量制备。 用途:用于治疗疾病;作为特异探针,研究相应抗原蛋白的结构、细胞学
17、分布及其功能。,-34-,特色梳理,题型演练,选考提升,4.细胞核移植和动物的克隆繁殖 (1)核移植:利用一个细胞的细胞核来取代另一个细胞中的细胞核,形成一个重建的“合子”。 (2)动物的克隆繁殖重组细胞早期胚胎另一雌性个体代孕克隆动物 (3)动物难以克隆的根本原因 动物的个体发育过程中,分化使得细胞在形态和功能上高度特化,这是由于细胞内伴随着它们在发育过程中时间、空间的变化,基因表达的调控使得细胞中合成了专一的蛋白质。,-35-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型一 动物细胞和组织培养 典例精析1下图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线(图中B、E两点表示经筛选后继续培养),请据图回答
18、下列问题。,-36-,特色梳理,题型演练,选考提升,(1)OB段的培养称为 培养,AB段可能发生了 现象,需要用 酶处理使组织细胞分散开来,分装到多个卡氏瓶中进行 培养。 (2)上述动物细胞培养过程有很多重要的现象,下列叙述正确的是 。 A.E点以后的细胞大多数具有二倍体核型 B.若培养过程中某些细胞癌变后能在合适条件下逆转为正常细胞 C.由B点后筛选出多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆 D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状 (3)动物细胞培养一般放在 培养箱中,提高培养成功率还可在培养基中添加一些物质或细胞,加入滋养细胞目的是 。,-37-,特色梳理,题型演练,选考提升,答案:(1
19、)原代 接触抑制 胰蛋白 传代 (2)B (3)CO2恒温 (3)支持生长(促进分裂,抑制分化),易错点拨(1)动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶,第一次的目的是处理剪碎的组织使之分散成单个细胞,第二次的目的是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。 (2)动物细胞培养过程中通入CO2的目的是调节pH。 (3)动物细胞培养的目的是获得大量的细胞群体,而动物组织培养的目的是获得动物的器官和组织。,-38-,特色梳理,题型演练,选考提升,题型二 单克隆抗体制备和动物克隆繁殖 典例精析2下面两图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图,回答下列问题。,甲 乙,-39-,特色梳理,题型演练,选考提升,(1)图甲
20、和图乙所示的过程中,都必须用到的动物细胞工程技术手段是 。 (2)图甲中过程常在 诱导下完成,过程与体外培养相比,其优点是不需特定的培养基,不需严格的外界环境条件。融合的细胞具有两种细胞的特性,即 和 。 (3)单克隆抗体能定向攻击癌细胞,主要是利用其 。 (4)若不考虑环境因素影响,克隆羊的性状并非全部像白面绵羊,原因是 。 (5)图乙过程的技术具有多种用途,但是不能( ) A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优良个体 C.用于保存物种 D.改变动物的核基因,-40-,特色梳理,题型演练,选考提升,(6)在目前现有技术条件下,还不能将从动物体内分离出来的成熟的体细胞直接培养成一个
21、新个体,而是必须将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中才能发育成新个体,你认为原因最可能是( ) A.卵细胞大,便于操作 B.卵细胞含有的营养物质多 C.卵细胞的细胞质可使体细胞细胞核全能性得到表达 D.重组细胞才具有全能性,答案:(1)动物细胞培养 (2)聚乙二醇(或灭活的病毒、离心、振动、电刺激) 无限增殖 产生单一抗体 (3)特异性 (4)卵细胞的细胞质中的遗传物质也能控制某些性状 (5)D (6)C,-41-,特色梳理,题型演练,选考提升,解析:(1)制备单克隆抗体和培养克隆羊的过程中都用到了动物细胞培养技术。(2)诱导形成杂交瘤细胞的方法包括物理方法(如振动、离心、电刺激等)、化学方法
22、(如聚乙二醇)、生物方法(如灭活的病毒)。杂交瘤细胞不但具有无限增殖的特性,还能产生特定的单一抗体。(3)单克隆抗体由于具有特异性,所以可以定向攻击癌细胞。(4)不考虑环境因素的影响,克隆羊的性状也不完全跟提供细胞核的绵羊相同,因为卵细胞的细胞质中也有遗传物质,也能控制某些性状。(5)图乙过程用到的技术有核移植技术、胚胎培养和胚胎移植技术,可以用于保存濒危物种、繁殖家畜中的优良个体、有选择地繁殖某一性别的家畜等,但是无法改变动物的核基因。(6)体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中才能发育成新个体,最可能的原因是卵细胞的细胞质可使体细胞的细胞核全能性得到表达。,-42-,特色梳理,题型演练,选考提升,易错点拨(1)一般抗血清中的抗体是一群识别不同抗原部位的抗体混合物,而单克隆抗体专一性识别抗原分子的特殊部位,比一般抗血清优越。 (2)动物克隆的原理是动物细胞核的全能性;动物克隆的技术基础是动物细胞和组织培养;动物细胞、组织培养的原理是细胞的增殖。 (3)核移植后的重组细胞最初分裂时虽然复制了DNA,但基因的转录并未开始(即基因未表达),在重组细胞开始第三次分裂时,核DNA开始表达自己的基因。,-43-,特色梳理,题型演练,选考提升,单克隆抗体制备相关内容分析 (1)单克隆抗体与常规抗体的比较,-44-,特色梳理,题型演练,选考提升,(2)单克隆抗体制备过程的筛选原因及目的分析,
