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第十五讲 现代生物科技专题（选修三）,【考纲点击】1.基因工程的诞生（）。2.基因工程的原理及技术（）。3.基因工程的应用（）。4.蛋白质工程（）。5.植物的组织培养（）。6.动物的细胞培养与体细胞克隆（）。7.细胞融合与单克隆抗体（）。8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（）。9.胚胎干细胞的移植（）。10.胚胎工程的应用（）。,知识互联网,点击进入word,常考点21 基因工程（工具、原理 及 应用）（5年34考）,1.（2011浙江理综，6）将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是（）。A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点 C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada D.每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子,高考经典,解析：将ada通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶，每个大肠杆菌细胞中至少含有一个重组质粒，且每个质粒（重组质粒）至少含有一个限制酶识别位点，但每个限制酶识别位点只能插入一个ada，插入的ada成功表达，说明每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。故C错误。答案：C,（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EcoR切割后产生的片段如下：AATTCGGCTTAA为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoR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_。,2.（2012新课标，40）根据基因工程的有关知识，回答下列问 题。,（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_。,解析本题着重考查基因工程方面的知识。限制性核酸内切酶可以将DNA分子切成两种类型的末端，平末端和黏性末端。两种不同酶切割之后便于相连，所产生的黏性末端必须相同。EcoliDNA连接酶可以连接黏性末端，T4DNA连接酶可以连接两种末端。反转录是以mRNA为模板逆转录先合成单链DNA，再合成双链DNA，利用PCR技术进行大量扩增。基因工程中可以选用质粒、噬菌体、动植物病毒做载体。当受体细胞是细菌时，为了增大导入的成功率，常用Ca2处理，得到感受态细胞，此时细胞壁和细胞膜的通透性增大，容易吸收重组质粒。,答案（1）平末端黏性末端（2）切割产生的DNA片段末端与EcoR 切割产生的相同（3）T4Ecoli（4）mRNA单链DNAPCR（聚合酶链式反应）（5）动植物病毒噬菌体的衍生物（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱,本考点各省市命题的要求不同，题型及赋分也不一致。江苏单科卷年年考且选择、非选择均出题；山东理综二选一，安徽卷、天津卷以及全国新课标卷往往以非选择性综合题形式出现；而浙江卷、全国大纲卷则以选择题形式命题。,【押题】浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因（如P450基因和红霉素抗性基因）表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题。,综合考查基因工程相关内容,命题猜想,（1）获得油菜素内酯合成酶基因的方法有、。步骤用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指；步骤用到的酶有_。（2）图中导入重组质粒的方法是，在导入之前应用处理受体细菌。（3）导入重组质粒2以后，往往还需要进行检测和筛选，可用制成探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入可将含有目的基因的细胞筛选出来。（4）请你为该课题命名：_。,破题关键解析进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从基因文库中获取、人工合成目的基因或PCR合成等。在构建基因表达载体的过程中，用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入表达载体，导入后，需检验和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。,答案（1）从基因文库中获取人工合成目的基因或PCR合成耐热的DNA聚合酶限制酶和DNA连接酶（2）转化法氯化钙溶液（3）红霉素抗性基因红霉素（4）油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解,基因工程1.基因工程的基本工具,考点探源,（1）目的基因的获取途径直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。人工合成目的基因常用的方法有：a.化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。b.人工合成法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。c.利用PCR技术获得。（2）基因表达载体的构建重组质粒的构建,2.基因工程的基本操作程序,作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接时选择余地大；每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，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，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。,名师叮咛,1.质粒（运载体）,2.从“基因表达”层面理解基因表达载体的必需元件（1）表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记 基因复制原点。（2）启动子和终止子：启动子是RNA聚合酶结合位点，启 动转录；终止子是终止转录的位点。插入的目的基因只是 结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质 粒的插入部位前需要有启动子，后需要有终止子。,（3）基因表达载体的构建过程,常考点22 细胞工程的原理及应用（5年19考）,（2012江苏，31）某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题。（1）2，4D常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需（填“升高”、“保持”或“降低”）2，4D的浓度。（2）当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加，以促进幼苗形成。,高考经典,（3）研究中用显微镜可以观察到的现象是（填下列序号）。绿色芽点细胞排列松散与刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离胚状体细胞中有叶绿体分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致（4）经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。某同学用（填序号：绿色红色蓝紫色黄色）光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第条色素带（自上而下）窄于对照组。,（5）胚乳（3n）由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织，培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的，还可避免再生苗中混有。,解析：本题考查植物组织培养技术。植物组织培养过程中，需要生长素和细胞分裂素共同作用，才能促进植物幼苗形成。有绿色芽点的细胞应该是脱分化后的细胞，已经高度分化，排列应该紧密，刚融合的杂交细胞，还没有产生细胞壁，不能进行质壁分离，已经分化的细胞形态大小不同。绿光和黄光对光合作用影响不大，所以照射突变体和对照叶片，光合速率变化不大。色素层析滤纸色素带从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶绿素a和b比值变大，总量不变，所以叶绿素b含量减少。答案：（1）降低（2）适量的生长素（3）（4）4（5）增殖与分化二倍体幼苗,本考点近几年命题频度不高，各省市卷要求也不一致，动物细胞培养，核移植、单克隆抗体往往与胚胎工程结合命题；植物细胞工程往往与生物技术实践内容结合考查！,综合考查单克隆抗体的制备,（1）病原体注入小鼠体内后，要经过 细胞处理后形成抗原MHC复合体，才能被免疫细胞识别。（2）制备单克隆抗体所用的B淋巴细胞一般从脾中采集，然后以作诱导剂，使B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。通过筛选和克隆培养，获得的杂交瘤细胞具有的特点。（3）单克隆抗体的特点是。根据上图写出应用杂交瘤技术获得单克隆抗体的两种主要方法_。,【押题】1975年科学家首次利用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出 单克隆抗体。请据图回答问题。,破题关键,解析灭活的仙台病毒和聚乙二醇均可诱导动物细胞融合。杂交瘤细胞同时具有两个亲代细胞的遗传特性。可以在体外也可以在体内培养杂交瘤细胞获得单克隆抗体。答案（1）吞噬（或巨噬）（2）灭活的仙台病毒或聚乙二醇既能产生特异性抗体，又能无限增殖（3）特异性强，纯度高（或：专一性强、灵敏度高）体外培养法和动物体内培养法,（1）制备单克隆抗体时选用一种抗原处理的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，它会兼有两个亲本细胞的特性在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。（2）在诱导剂的作用下进行细胞的诱导融合，形成的杂种细胞有三种：AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要用选择培养基进行筛选。（3）相比较植物体细胞杂交，动物细胞融合特有的诱导方式为灭活的病毒处理，其他物理化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体融合方法相同。,细胞工程需注意的几个问题,1.细胞工程的几个过程流程图比较（见下表）,考点探源,2.植物组织培养与动物细胞培养的比较（见下表）,（1）杂种细胞：植物体细胞杂交过程中，两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合，融合的原生质体形成细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。（2）重组细胞：体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。（3）杂交细胞：动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。,名师叮咛,1.容易混淆的三种细胞杂种细胞、重组细胞和杂交细胞,（1）植物体细胞杂交：植物体细胞杂交包含两个过程，一是植物体细胞融合，二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株，产生了一个新的生物体，因此其原理是：细胞膜的流动性和细胞的全能性。（2）动物细胞融合：动物细胞融合形成杂交细胞，杂交细胞进行细胞培养，获得大量的克隆细胞，但没有形成生物体，因此动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性，不包含细胞全能性。,2.从结果来分析原理,常考点23 胚胎工程与 生物技术的 安全性和伦理问题（5年21考）,1.（2012浙江理综，2）下列关于高等哺乳动物受精与胚胎 发育的叙述，正确的是（）。A.绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性 B.卵裂球细胞的体积随分裂次数增加而不断增大 C.囊胚的滋养层细胞具有发育全能性 D.原肠胚发育分化形成内外两个胚层,高考经典,解析：本题结合受精作用及早期胚胎的发育综合考查胚胎工程。同种动物精子、卵细胞表面存在的特异性受体蛋白，决定了只有同种动物精卵才能结合；受精卵随着分裂的进行，其细胞的体积在逐渐变小；囊胚期的细胞开始出现分化，其外表的一层细胞即滋养层，将发育成胚胎的附属结构或胚外结构，不具有发育的全能性；囊胚可继续分化为具有三个胚层的原肠胚。答案：A,A.对供体和受体母牛都要进行相同激素处理B.受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行C.对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植D.胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低解析：对供体和受体母牛进行同期发情处理，所用激素相同，但对供不需要，A错；受精可在体内进行，B错；冲卵得到的胚胎应培养到桑椹胚或体母牛进行超数排卵要用促性腺激素，受体母牛则囊胚方可移植，C错；到目前为止，最常见的是分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小，D正确。答案：D,2.（2012江苏，9）通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是（）。,3.（2012江苏，13）下列关于转基因生物安全性的叙述，错 误的是（）。A.种植转基因作物应与传统农业种植区隔离 B.转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中 C.种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传 多样性 D.转基因植物的目的基因可能转入根际微生物,解析：种植转基因作物应防止对别的植物产生基因污染，所以应与传统农业种植区隔离，A正确；动物取食转基因作物后，要经过消化吸收才进入身体，目的基因不可能直接进入动物细胞，B错；转基因植物可能与野生植物发生杂交而出现基因交流，影响野生植物的多样性，C正确；目的基因被微生物摄入细胞内后，可能进入这些微生物中，D正确。答案：B,本考点既可单独命题，也可以与动物的发育、减数分裂或细胞工程、基因工程等相联系综合考查，山东理综往往以综合题形式呈现，如2012年35题，2010年35题。江苏、福建、浙江、海南、宁夏卷也曾命题！,【押题】下图为牛胚胎移植的基本程序，请据图回答问题。（1）图中a、b、c过程分别是指、。（2）在胚胎移植过程中，供、受体母牛选择好后，要用进 行同期发情处理，这样处理的原因是以保证移植的 胚胎能够继续正常发育。,综合考查胚胎工程及生物技术的伦理问题,命题猜想,（3）为了提高牛胚胎的利用率，常采取的方法是；处理的时期是。（4）从哺乳动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞，称为ES或EK细胞。这类细胞的形态特征有。（5）如图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是（）。,A.胚胎移植可以定向改造动物遗传性状，需移植到发情 的母牛子宫内发育B.A细胞不一定是受精卵细胞C.两个胚胎具有不同遗传物质D.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段破题关键,解析（1）图示a、b、c过程依次为对供体进行超数排卵处理、配种后胚胎的收集和向受体母牛的胚胎移植。（2）为使受体接受胚胎宜对供受体进行同期发情处理。（3）为提高胚胎利用率宜采取胚胎分割移植技术。（4）干细胞的形态特征包括体积小、核大、核仁明显等。（5）胚胎移植可提高繁殖能力，不能定向改造动物的遗传性状；和两个胚胎是由同一胚胎分割而来，其遗传物质相同；在胚胎分割移植时，胚胎未发育到原肠胚阶段；A细胞也可能为核移植的重组细胞。答案（1）超数排卵处理胚胎的收集胚胎移植（2）促性腺激素使供、受体母牛处于相同的生理状态（3）胚胎分割移植囊胚期或桑椹胚期（4）体积小，细胞核大，核仁明显（5）B,1.克隆人技术（1）违反人类伦理道德。（2）冲击现有婚姻、家庭和两性关系等传统伦理道德观念。（3）人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。2.设计试管婴儿（1）把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重。（2）抛弃或杀死配型不合适的多余胚胎，无异于“谋杀”。3.基因检测（1）对个人隐私权提出挑战。（2）制造基因歧视。,生物技术引发的伦理问题,1.胚胎工程各技术间关系图,考点探源,2.胚胎工程的操作流程（1）试管动物生产流程（见下图）,（2）克隆动物的培育流程（见下图）根据发育成新个体D的重组细胞核由动物B提供，而性别及大多数遗传性状是由核内遗传物质决定的，故B、D两者的性别及大多数遗传性状相同。克隆动物的起点是经过核移植形成的一个细胞，其遗传物质主要来自供核一方。,（3）胚胎移植的培育流程以牛胚胎移植为例（见下图）,3.转基因生物可能引起的安全性问题（1）食物安全问题 出现滞后效应；出现新的过敏原；营养成分改 变；侵犯宗教信仰者或素食者的权益。（2）生物安全问题 成为新杂草；成为“入侵的外来物种”，威胁其他生 物生存；重组出对人类或其他生物有害的病原体；通过基因重组产生“超级杂草”。,（3）环境安全问题打破自然物种的原有界限，破坏生态系统稳定性。重组微生物降解某些化合物过程中可能产生污染环境的中间产物。重组DNA与微生物杂交，产生有害的病原微生物。转基因植物的花粉中含有的有毒蛋白或过敏蛋白可通过蜜蜂进入蜂蜜中，最后进入其他动物和人体内。,4.生物武器的种类,克隆动物与试管动物认识的误区（1）误区一：试管动物与克隆动物的产生都是无性生殖。纠正：试管动物的产生是有性生殖，克隆动物的产生是无性生殖。（2）误区二：试管动物（哺乳类）的产生是在体外进行的，克隆动物（哺乳类）的产生是在体内进行的。纠正：试管动物（哺乳类）和克隆动物（哺乳类）早期胚胎之前都是在体外进行的，早期胚胎经过胚胎移植之后是在体内进行的。,名师叮咛,（3）误区三：胚胎移植的优势是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，因此胚胎移植的胚胎只能来自体内受精的胚胎。纠正：胚胎移植的胚胎有三个来源：体内正常受精产生的胚胎、核移植产生的重组细胞培养而来的胚胎、体外受精产生的早期胚胎。,常考点24 生态工程（山东考区不作要求）（5年考，为冷考点）,（2011新课标全国卷）现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池曝气池兼氧池植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题。（1）污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。这个过程中，微生物通过呼吸将有机物分解。（2）植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了（生态系统、群落、种群）。在植物池的食物网中，植物位于第营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于所固定的能。,高考经典,（3）生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、和等原理。（4）一般来说，生态工程的主要任务是对进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产能力。解析：（1）厌氧沉淀池主要是无氧呼吸，曝气池为有氧呼吸，兼氧池两种方式均有；（2）生物群落是指生活在一定区域内所有生物个体的总称，生态工程还包含无机环境；（3）生态工程的原理包括：整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、物种多样性原理、系统学和工程学原理。,答案：（1）有氧和无氧（2）群落一水生植物太阳（3）物质循环再生、物种多样性、系统学和工程学（任选2个即可）（4）已破坏的生态环境,本考点单独命题的可能性没有，命题往往与环境保护和人类可持续发展等生态学内容相结合。,【押题】（2012北京东城一模）下图是对有机废弃物进 行处理的一种方案，请回答问题。,综合考查生态工程,命题猜想,（2）从资源化、无害化角度分析，途径、优于的原因是_。（3）少量有机废弃物排入河流，不会使河流中的生物种类和数量发生明显变化，这说明生态系统具有能力。（4）焚烧塑料垃圾所产生的二 英会诱发基因突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而变成癌细胞。,（1）施用有机肥料有利于提高农作物的产量，原因是 土壤微生物分解有机肥料所产生的使农作物的 光合作用强度得到提高。,（5）能降解塑料的微生物属于生态系统的何种成分？。应在的土壤中寻找能降解塑料的微生物，从含有多种微生物的土壤中分离出这类微生物，需使用培养基。若利用DNA重组技术将降解塑料的基因导入某些土壤微生物（如：根瘤菌）中，则土壤中的塑料有望得到较快降解，该技术的核心是构建基因表达载体，此过程使用到的酶有_。,解析（1）施用的有机肥料被土壤中的微生物通过细胞呼吸分解生成无机物（CO2和无机盐），CO2和无机盐都可以提高农作物的光合作用强度，有利于提高农作物的产量。（2）对有机废弃物进行的处理，既实现了物质和能量的多级利用，又减少了处理过程中产生的污染问题。（4）正常细胞在致癌因子的作用下，原癌基因和抑癌基因发生突变，使正常细胞变成不受机体控制的癌细胞。焚烧塑料垃圾所产生的二 英属于化学致癌因子。（5）能分解塑料的微生物属于生态系统成分中的分解者，将其体内控制分解塑料的基因分离出来，再利用基因工程技术导入某些土壤微生物体内，可得到能大量降解塑料的微生物，从而解除塑料带来的污染。基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。,答案（1）CO2和无机盐（2）通过多层分级利用有机废弃物的物质，既充分利用有机物中的能量、又减少环境污染（3）自我调节（自我净化）（4）原癌基因和抑癌（5）分解者富含塑料垃圾选择限制性核酸内切酶、DNA连接酶,生态工程的基本原理,考点探源,特别提醒建立不同的生态工程时要依据不同的原理，因地制宜，不能相互照搬。实现生态经济一定要遵循生态学的基本原理，如果违背这个原理，就一定会由盛转衰，最终导致崩溃。,随,堂,精,练,点击链接,