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第12单元 现代生物科技专题第36讲基因工程考试说明 1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5.DNA的粗提取与鉴定(实验与探究能力)。考点一基因工程的概念及基本工具 1.基因工程的概念(1)手段:按照,进行严格的设计,通过体外和等技术,赋予生物以新的遗传特性。(2)目的:创造出更符合人们需要的新的和。(3)水平:水平。 2.基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶来源:主要从中分离纯化而来。作用:识别双链DNA分子的某种序列,使的两个核苷酸之间的断裂。结果:产生末端或末端。(2)DNA连接酶常用类型Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源T4噬菌体功能连接黏性末端连接结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(3)载体条件:能自我复制、有一个至多个切割位点、有特殊的。常用载体。其他载体:噬菌体的衍生物、等。 1.限制酶和DNA连接酶的关系图12-36-1(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。 2.DNA相关六种酶的比较名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个或多个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸以单链DNA为模板,将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端1.如图12-36-2为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题:图12-36-2(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是,二者还具有其他共同点,如,(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子的切割末端为ATGCGC,则与之连接的目的基因切割末端应为;可使用把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA分子上称为,其作用是。(4)下列常在基因工程中用作载体的是 ()A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因B.土壤农杆菌环状RNA分子C.大肠杆菌的质粒D.动物细胞的染色体2.2017上海宝山区二模 分析有关基因工程的资料,回答问题。如图12-36-3为构建某重组质粒的过程示意图。lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X-gal,从而使菌落显现出蓝色,若无该基因,菌落则成白色。图中甲戊DNA片段只注明了黏性末端处的碱基种类,其他碱基的种类未作注明。图12-36-3(1)若酶M特异性识别的DNA碱基序列是,则酶N特异性识别的DNA碱基序列是。(2)过程是将所有片段混合在一起,用酶拼接可得到不同的重组DNA。(3)如果只考虑2个片段的组合,那么甲、乙、丁三个片段中能够形成环状DNA的片段组合是(多选)。A.甲和乙B.甲和甲C.甲和丁D.乙和乙E.乙和丁F.丁和丁(4)为了筛选含重组质粒的受体菌,应在通用培养基中额外加入,培养一段时间,挑选出色的菌落进一步培养。原来质粒中,限制酶M和N的酶切位点。A.M位于青霉素抗性基因中,N位于lacZ基因中B.N位于青霉素抗性基因中,M位于lacZ基因中C.M和N都位于青霉素抗性基因中D.M和N都位于lacZ基因中(5)上述目的基因能够在受体细菌中表达,其原因是不同生物。A.共用一套DNA B.共用一套RNA C.共用一套蛋白质 D.共用一套密码子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。图12-36-4应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma。为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类。所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因;如果所选酶的切割位点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考点二基因工程的基本操作程序及PCR技术 1.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的获取目的基因:主要指的基因,也可以是一些具有作用的因子。获取方法从中获取人工合成利用合成通过用化学方法人工合成利用PCR技术扩增(2)基因表达载体的构建基因工程的核心目的:使目的基因,同时使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体的构成图12-36-5构建过程:图12-36-6(3)将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法、受体细胞体细胞原核细胞转化过程(以农杆菌转化法为例:)将目的基因插入到Ti质粒的上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞的上表达基因表达载体受精卵发育新性状个体处理细胞细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子(4)目的基因的检测与鉴定图12-36-7 2.PCR技术(1)原理:DNA复制,即:双链DNA单链DNA图12-36-8(2)条件DNA母链:PCR模板酶:引物:分别与结合原料:四种(3)过程与结果过程结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以的形式增加。PCR的反应过程都是在中完成的。 1.基因工程操作的易错点分析(1)目的基因的插入位点不是随意的,基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(2)启动子(DNA片段)起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。(3)基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步,在体外进行。(4)只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象,其余三步都有碱基互补配对现象。 2.DNA复制与PCR技术的比较项目体内DNA复制PCR技术场所主要在细胞核内生物体外酶DNA聚合酶、解旋酶热稳定DNA聚合酶(Taq酶)条件模板、ATP、常温模板、ATP、引物链、温度变化(9095 5560 7075 )原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸特点形成的是整个DNA分子,一个细胞周期只复制一次短时间内形成含有大量目的基因的DNA片段角度1结合实例考查基因工程的基本操作程序1.人血清蛋白(HSA)具有重要的医用价值。如图12-36-9是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径,请回答下列问题。图12-36-9(1)如果HSA基因序列未知,可以采用的方法获取该目的基因,为了使该目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。(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mRNAC.抗原抗体杂交 D.检测是否有标记基因角度2考查PCR技术的原理与过程2.2017福建南平一模 基因工程在农业中的应用发展迅速,基因可导入农作物中,用于改良该农作物的性状。通过多重PCR技术可扩增并检测转基因农作物的外源基因成分。多重PCR技术是在一个PCR 反应体系中加入多对引物,针对多个DNA模板或同一模板的不同区域,扩增多个目的基因的PCR 技术。请回答:(1)我国科学家将Bt毒蛋白基因、鱼的抗冻蛋白基因、控制果实成熟的基因导入农作物,可获得、延熟的转基因作物。(2)引物是根据的一段核苷酸序列合成的,每种基因扩增需要一对引物的原因是。下表是A、B、C三种基因的引物,据表分析,引物特异性主要体现在。A基因引物15GCTCCTACAAATGCCATCATTGC3引物25GATAGTGGGATTGTGCGTCATCCC3B基因引物15TGAATCCTGTTGCCGGTCTT3引物25AAATGTATAATTGCGGGACTCTAATC3C基因引物15CCTTCATGTTCGGCGGTCTCG3引物25GCGTCATGATCGGCTCGATG3(3)PCR过程中温度从90 降到5560 的目的是。(4)检测人员通过多重PCR技术确定农作物中是否含有A、B、C三种转基因。将A、B、C三种基因和待测的农作物基因样品进行PCR,扩增后的产物再进行电泳,结果如图12-36-10。据图分析:含有三种转基因的农作物是,判断依据是。图12-36-10(5)与PCR技术相比,多重PCR技术的优势有:a.。b.。c.。考点三基因工程的应用与蛋白质工程一、基因工程的应用 1.植物基因工程抗虫、转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 2.动物基因工程提高动物、改善畜产品的品质、用转基因动物生产,用转基因动物作器官移植的供体。 3.基因工程药物(1)方式:利用基因工程培育“”来生产药品。(2)成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。4.基因治疗(1)概念:把导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。二、蛋白质工程图12-36-11 基因工程和蛋白质工程的比较项目基因工程蛋白质工程区别操作环境(场所)生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切拼接导入表达确定蛋白质功能应有的高级结构应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基序列改造的蛋白质实质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品(基因的异体表达)定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质生产人类需要的新基因,创造出自然界不存在的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现角度1结合基因工程的操作过程考查基因工程的应用1.2017东北三省三校模拟 马铃薯是重要的经济作物,在基因育种方面取得丰硕成果。(1)马铃薯是双子叶植物,常用法将目的基因导入马铃薯的体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、复制原点五部分。(2)马铃薯易患多种疾病,导致产量下降。基因工程中常用的抗病基因为(写一种即可)。(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯,主要从两个方面进行设计:修饰除草剂作用的靶蛋白,使其对除草剂,或使靶蛋白过量表达,植物吸收除草剂后仍能正常代谢。引入酶或酶系统,使除草剂在发生作用前。(4)将目的基因导入受体细胞后,还需对转基因植物进行。角度2考查蛋白质工程的原理与操作2.2015全国卷 已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的进行改造。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰基因或合成基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过和, 进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物进行鉴定。考点四DNA的粗提取与鉴定 1.原理(1)溶解度DNA与蛋白质在不同浓度的溶液中溶解度不同。DNA不溶于。(2)DNA对酶、和的耐受性。(3)鉴定:DNA+试剂。 2.实验步骤实验材料的选取选用DNA含量相对较高的生物组织动物材料更容易破碎细胞加入蒸馏水可使加入洗涤剂可加入NaCl可获取含DNA的滤液过滤,取滤液去除滤液中的杂质控制的浓度去除杂质利用嫩肉粉中的分解蛋白质利用使蛋白质变性DNA的析出利用DNA不溶于的原理,析出DNADNA的鉴定方法:DNA溶液中加入试剂,沸水浴加热5min现象:溶液变 1.DNA和蛋白质在不同NaCl溶液中溶解度的比较项目2 mol/L NaCl溶液0.14 mol/L NaCl溶液溶解规律DNA溶解析出蛋白质部分发生盐析沉淀溶解NaCl溶液浓度从2 mol/L逐渐降低的过程中,溶解度逐渐增大 2.DNA的粗提取与鉴定中的“2、3、4”加蒸馏水2次加到鸡血细胞液中,使血细胞吸水破裂加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中,使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L,使DNA析出用纱布过滤3次过滤血细胞破裂液,得到含细胞核物质的滤液滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液(续表)4次使用NaCl溶液加2 mol/L的NaCl溶液,溶解提取的细胞核物质用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出用2 mol/L的NaCl溶液,溶解滤取的DNA黏稠物用2 mol/L的NaCl溶液,溶解丝状物用于鉴定DNA在“DNA的粗提取与鉴定”的实验中,对DNA进行鉴定时,做如下操作:试管序号AB1加2 mol/L的NaCl溶液5 mL加2 mol/L的NaCl溶液5 mL2不加加入提取的DNA丝状物并搅拌3加4 mL二苯胺,混匀加4 mL二苯胺,混匀4沸水浴5分钟沸水浴5分钟实验现象实验结论图12-36-12(1)根据图12-36-12完成表格空白处的实验内容。(2)对于B试管,完成1、2、3的操作后溶液颜色如何?。(3)在沸水浴中加热的目的是,同时说明DNA对高温有较强的。(4)A试管在实验中的作用是。(5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与有关。历年真题明考向1.2017全国卷 真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用作为载体,其原因是。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是。2.2017全国卷 几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是。3.2016全国卷 某一质粒载体如图12-36-13所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:图12-36-13(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是;并且和的细胞也是不能区分的,其原因是。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有的固体培养基。(3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于。4.2016全国卷 图12-36-14中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。图12-36-14根据基因工程的有关知识,回答下列问题:(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是。(2)若某人利用图乙所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图12-36-15所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有,不能表达的原因是。图12-36-15(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是。完成课时作业(三十六)第37讲细胞工程考试说明 1.植物的组织培养()。2.动物细胞培养与体细胞克隆()。3.细胞融合与单克隆抗体()。考点一植物细胞工程 1.细胞工程概述原理和方法细胞生物学和操作水平细胞水平或目的按照人们的意愿来改变或获得分类细胞工程和细胞工程 2.植物细胞的全能性(1)概念:具有某种生物的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的,也就是说,每个生物细胞都具有的特点。(2)原因:细胞内含有本物种的。(3)表现条件:具有完整的细胞结构,处于状态,提供一定的和其他适宜的外界条件。 3.植物组织培养(1)原理:植物细胞的。(2)条件:和人工控制、人工配制的、适宜的。(3)过程图12-37-1 4.植物体细胞杂交技术(1)概念:指将不同种的植物体细胞在一定条件下融合成,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)原理:细胞膜的和植物细胞的。(3)过程图12-37-2(4)意义:克服的障碍,培育作物新品种。 5.植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径微型繁殖:用于优良品种的植物组织培养技术。作物脱毒:选取作物等无毒组织进行组织培养,获得脱毒苗的技术。人工种子:以植物组织培养得到的、不定芽、顶芽、腋芽等材料,经过人工薄膜包装得到的种子,可以解决某些植物结实率低、繁殖困难等问题。(2)作物新品种的培育:单倍体育种和的利用。(3)细胞产物的工厂化生产:即利用技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程注意事项选材:选取根尖、茎尖、形成层等部位,最容易诱导脱分化光照:脱分化过程不需要光照,再分化过程需要光照植物激素:培养基中需添加生长素和细胞分裂素,且脱分化、再分化时这两种植物激素的比例不同去除细胞壁的方法:酶解法,所用的酶是纤维素酶和果胶酶人工诱导融合的方法:化学方法是用聚乙二醇作诱导剂;物理方法包括离心、振动、电激等联系植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程,植物组织培养是植物体细胞杂交的一个环节,融合的植物体细胞只有通过植物组织培养才能发育成完整的个体1.2017江苏盐城二模 拟采用“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”的方法繁殖一种名贵花卉。下列有关叙述错误的是 ()A.消毒的原则是既要杀死材料表面的微生物,又要减少消毒剂对细胞的伤害B.在愈伤组织培养基中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞C.出芽是外植体经细胞脱分化后再分化的结果,受基因选择性表达的调控D.诱导丛芽分化生根时,培养基中通常含有NAA等植物生长调节剂2.2017西安一模 白菜、甘蓝均为二倍体,体细胞染色体数目分别为20、18。“白菜甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图12-37-3是“白菜甘蓝”的杂交过程示意图,回答以下问题:图12-37-3(1)为了得到原生质体需先用和来处理白菜细胞和甘蓝细胞。(2)诱导原生质体融合的方法有多种,常用的物理方法是,融合完成的标志是。由杂种细胞得到“白菜甘蓝”还需要经过植物组织培养技术,其中需要避光培养的步骤是。(3)如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜甘蓝”植株体细胞的染色体数为;通常情况下,白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的,原因是;若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话,得到的后代应含条染色体。(4)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是。考点二动物细胞培养1.动物细胞工程常用的技术手段:、等,其中技术是其他工程技术的基础。 2.动物细胞培养(1)原理:。(2)过程图12-37-4(3)培养条件无菌、无毒环境培养液和培养用具进行无菌处理培养过程加定期更换,清除代谢产物营养:除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外,通常还需加入等一些天然成分。适宜的温度:36.5 0.5 ;适宜的pH:7.27.4。气体环境95%的空气:其中O2为所必需的5%的CO2:维持培养液的(4)应用生产,如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。应用于。检测,判断某种物质的毒性;用于等方面的研究。 1.动物细胞培养中两组概念的辨析(1)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞进行有丝分裂,数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。(2)原代培养与传代培养原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养。原代培养的细胞核型正常。传代培养:原代培养的细胞生长、增殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。一般情况下,细胞传至1050代后,出现核型异常,细胞增殖会明显减缓,甚至完全死亡。2.植物组织培养和动物细胞培养的比较项目植物组织培养动物细胞培养原理植物细胞的全能性、细胞的增殖细胞的增殖取材较幼嫩的细胞、组织或器官胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织培养基成分无机盐、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、抗生素、动物血清等结果可以获得植株,也可以获得大量细胞只能获得大量细胞,不能得到生物个体相同点都需人工条件下的无菌操作;都需适宜的温度、pH等条件2017四川南充一诊 科学家利用基因工程和细胞核移植技术培育了绿色荧光蛋白转基因克隆猪。基本流程:从荧光水母中获取目的基因,与有关载体重组,将其导入猪胎儿的成纤维细胞,经培养后再将成纤维细胞核植入去核的卵母细胞中,最后培养出转基因克隆猪。(1)成纤维细胞贴壁生长分裂到表面相互接触时,就会停止分裂,这种现象叫作细胞的。若将成纤维细胞进行传代培养,操作时首先用处理成细胞悬液。(2)作为核移植受体细胞的去核卵母细胞一般处在期。供体细胞注入去核的卵母细胞中,常通过(物理方法)激活重组细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。(3)培养重组细胞时,将细胞所需的营养物质按其种类、数量严格配制而成的培养基称为培养基,但通常在培养基中还需要加入适量的等天然成分。细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行,CO2的主要作用是。为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的。考点三动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.理论基础:动物。 2.概念:将动物一个细胞的,移入一个已经去掉的中,使其重组并发育成一个新的,这个新的胚胎最终发育成动物个体。用核移植的方法得到的动物称为。 3.核移植类型:移植和体细胞核移植。 4.过程图12-37-5 5.应用(1)加速家畜,促进。(2)保护物种。(3)生产。(4)作为异种移植的。(5)用于组织器官的。 6.存在问题(1)克隆动物存在、生理缺陷。(2)克隆动物食品的也有争议。 1.关于核移植技术的几个问题(1)选M中期卵母细胞作为受体细胞的原因:此类细胞体积大,易于操作;卵黄多,营养物质丰富,可为发育提供充足的营养;卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。(2)克隆动物是由重组的细胞经培养而来的,该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞,细胞核基因来源于提供细胞核的亲本,其遗传物质来自两个亲本。(3)核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系:克隆动物绝大部分性状与供体动物相同,少数性状与提供卵母细胞的动物相同,与代孕动物的性状无遗传关系。(4)动物体细胞核移植技术(克隆)从生殖方式的角度看属于无性生殖,重组细胞相当于受精卵,需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如图12-37-6所示),请结合图示回答下列问题:图12-37-6(1)在进行细胞培养时,要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分离,形成单个细胞,这个过程中需要利用酶处理。(2)形成重组细胞时应选用期的卵母细胞,并去掉其细胞核的原因是。(3)如果重组细胞为贴附性细胞,则在进行原代培养时,会表现出和等特点。(4)图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛100%的复制,其原因主要有。(5)图中所示的生物技术整体被称为,其包括的具体生物技术有、等。转基因奶牛的克隆成功,说明了动物具有全能性。考点四动物细胞融合和单克隆抗体 1.动物细胞融合图12-37-7 2.单克隆抗体的制备(1)过程图12-37-8(2)单克隆抗体的优点:、,并可大量制备。(3)单克隆抗体的应用:作为诊断试剂,具有准确、简易、的优点;用于治疗疾病和。 1.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较项目动物细胞融合植物体细胞杂交培养条件葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清或血浆等天然成分营养物质(水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等)、激素(如细胞分裂素、生长素等)及其他条件(无菌、适宜的温度和pH等)细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞增殖细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞融合前提用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后,诱导细胞融合用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合诱导手段物理、化学法:与植物体细胞杂交的相同生物法:灭活的病毒物理法:离心、振动、电激等;化学法:用聚乙二醇(PEG)处理(续表)项目动物细胞融合植物体细胞杂交结果获得杂种细胞,以生产细胞产品获取杂种植株用途制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种融合细胞,另外还有未融合的细胞由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞筛选方法用特定的选择培养基筛选:未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞(“B瘤”细胞)才能生长用多孔培养皿培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群筛选目的得到杂交瘤细胞得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞图12-37-9为细胞融合的简略过程,请据图回答:图12-37-9(1)植物细胞工程常用的技术手段有。动物细胞工程的各技术手段中的基础是。(2)若图中A、B是植物细胞,在细胞融合之前应用处理,除去;A、B到细胞C的过程中,常用的化学方法是;融合完成的标志是。(3)与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导融合的方法是用处理。(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应采用和进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用进行,第二次筛选需对细胞进行反复的,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。(5)少量生产单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注入小鼠腹腔内进行增殖,该方法的优点是。2.2017沈阳示范协作校一模 如图12-37-10为制备多克隆抗体和单克隆抗体的示意图,回答下列问题:(1)将抗原注射到小鼠体内时,小鼠体内发生了免疫过程。图中选用经免疫的B细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞,与植物体细胞杂交相比,其特有的融合方法是。(2)图中两次筛选的目的不同,其中筛选过程需进行和,目的是筛选出。将杂交瘤细胞在体外条件下进行大规模培养时,需将其置于的混合气体培养箱中进行培养。图12-37-10(3)与多克隆抗体相比,单克隆抗体突出的优点在于其,并能大量制备。从目前临床试验来看,单克隆抗体主要用于治疗癌症,例如可以将抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、药物等结合,制成“生物导弹”,利用单克隆抗体的作用,在原位杀死癌细胞,这样既不损伤正常细胞,又减少了用药剂量。历年真题明考向1.2017海南卷 甲、乙两同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入了一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是。A中的愈伤组织是叶肉细胞经形成的。图12-37-11(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法来繁殖,在培养时,(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉作为外植体,原因是。2.2016全国卷 图12-37-12表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。图12-37-12回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用的方法。代表的过程是。(2)经过多次传代后,供体细胞中的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是。(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了。3.2014新课标全国卷 某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z),每只小鼠免疫5次,每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数),结果如图12-37-13所示。图12-37-13若要制备杂交瘤细胞,需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条),并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中,再加入聚乙二醇诱导细胞融合,经筛选培养及抗体检测,得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。回答下列问题:(1)制备融合所需的B淋巴细胞时,所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16 000以上,则小鼠最少需要经过次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中,最适合用于制备B淋巴细胞的是小鼠,理由是。(2)细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有,体系中出现多种类型细胞的原因是。(3)杂交瘤细胞中有个细胞核,染色体数目最多是条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是。完成课时作业(三十七)第38讲胚胎工程及生物技术的安全性和伦理问题考试说明 1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础()。2.胚胎干细胞的移植()。3.胚胎工程的应用()。4.转基因生物的安全性()。5.生物武器对人类的威胁()。6.生物技术中的伦理问题()。考点一体内受精和早期胚胎发育 1.胚胎工程的概念:对动物所进行的多种显微操作和处理技术,如、等技术。 2.精子和卵子的发生项目精子的发生卵子的发生场所睾丸曲细精管时间从开始胚胎出现后变形不需变形分裂均等分裂(第一极体分裂除外)结果形成个精子形成和3个极体 3.受精(1)概念:精子和卵子形成的过程。(2)场所:雌性的。(3)过程:准备阶段精子获能:在内获能卵子的准备:发育到才具备受精能力受精阶段顶体反应穿越反应(穿越透明带)(进入卵细胞膜)原核形成,配子结合成受精卵4.早期胚胎的发育图12-38-1 1.受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵受精的“两道屏障”(1)顶体反应:精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程即为顶体反应。顶体反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道,是精子和卵子结合必不可少的条件。(2)透明带反应:精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应,称作透明带反应,它是防止多精入卵受精的第一道屏障。(3)卵细胞膜反应:精子入卵后,卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,称为卵细胞膜反应,这是防止多精入卵受精的第二道屏障。 2.关于受精过程的易错点(1)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。(2)排卵是指卵子从卵泡中排出,而不是卵泡从卵巢中排出。(3)受精的标志受精完成的标志:受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体;而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 3.胚胎发育过程中卵裂期物质和体积变化(1)有机物:胚胎没有和母体建立联系,没有从母体获取有机物,而一直有呼吸消耗,有机物总量减少。(2)细胞体积:胚胎总体积不变或略有减小,但细胞数目增多,所以每个细胞体积减小。(3)细胞中DNA含量:伴随细胞分裂,细胞数目增多,总DNA含量增多,但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。角度1考查体内受精的过程1.2017天津六校高三期中 如图12-38-2表示高等动物卵子的发生过程,叙述错误的是()A.阶段存在的变异方式是基因突变、染色体变异图12-38-2B.B是合子C.阶段C是指个体发育的初情期D.能发生染色体的着丝点分裂的阶段是角度2考查早期胚胎发育的过程2.如图12-38-3表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段。请据图回答问题:图12-38-3(1)写出各个阶段的名称:A:,B:,C:。(2)写出图中各标号的名称:2,4,5,7,8。(3)A时期的细胞具有发育上的性,B时期开始出现,C时期开始出现。(4)2将来发育成。(5)由受精卵到B阶段透明带破裂之前这一过程中,细胞数目,胚胎总体积。考点二体外受精和早期胚胎培养 1.体外受精图12-38-42.早期胚胎培养(1)培养液的成分两“盐”:两“素”:两“酸”:另有水和等(2)胚胎去向:向或冷冻保存。 胚胎的早期培养与动物细胞培养的比较胚胎的早期培养依据的原理是细胞的分裂和分化,培养的目的是获得早期胚胎;动物细胞培养依据的原理是细胞分裂,培养的目的是获得大量细胞。两者培养时所用的培养液成分也有区别:项目动物胚胎培养液动物细胞培养液盐类无机盐、有机盐无机盐、微量元素营养物质氨基酸、核苷酸糖、氨基酸调节物质维生素、激素促生长因子特有成分血清血清、血浆【题组训练】如图12-38-5表示体外受精和早期胚胎培养的过程,请据图回答下列问题:(1)精子的顶体由发育而来,内含有顶体酶,能协助精子穿过卵母细胞的和。图12-38-5(2)体外培养受精卵时,除提供CO2以维持培养液的pH外,还给予一定量的以维持细胞呼吸。(3)此处的早期胚胎指。(4)对移入的受体的要求是。考点三胚胎工程的应用及前景 1.胚胎移植(1)概念:将雌性动物体内的,或者通过及其他方式得到的胚胎,移植到的内,使之继续发育为的技术。(2)胚胎的来源:或等技术都可获得胚胎。(3)意义充分发挥雌性优良个体的。大大缩短了供体本身的,增加供体一生繁殖后代的数量,从而推动了畜牧业的发展。(4)生理学基础生理学基础意义同种动物的供、受体排卵后,生殖器官的是相同的为供体的胚胎移入受体提供了相同的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而处于状态为胚胎的收集提供了可能受体对外来胚胎基本上不发生为胚胎在受体内存活提供了可能供体胚胎可与受体子宫建立正常的和联系,但其不受影响为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障(5)基本程序图12-38-6 2.胚胎分割(1)概念:采用机械方法将切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2)胚胎分割时应注意的问题胚胎选择:选择发育良好、形态正常的或。分割:在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,一定要将。3.胚胎干细胞图12-38-7 1.胚胎移植的易错点归纳(1)胚胎移植是胚胎工程中最后一道程序,移植的胚胎
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