高考生物二輪復習 第九部分 現(xiàn)代生物科技專題 22 基因工程和克隆技術課件

專題專題2222 基因工程和克隆技術基因工程和克隆技術 -2- 特色梳理 題型演練 選考提升 基因工程 1.基因工程的基本工具 -3- 特色梳理 題型演練 選考提升 2.基因工程的原理 (1)基本原理:讓人們感興趣的基因(即目的基因)在宿主細胞中穩(wěn)定和高效表達。 (2)基因工程的基本要素:多種工具酶、目的基因、載體和宿主細胞等。 -4- 特色梳理 題型演練 選考提升 3.基因工程的基本操作步驟 -5- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型一題型一 基因工程的操作工具基因工程的操作工具 典例精析1下列關于基因工程的有關敘述,正確的是 ( ) A.基因工程常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、載體 B.一種限制性核酸內(nèi)切酶能識別幾種特定的核苷酸序列,并在特定的切點上切割DNA C.質(zhì)粒是一種常用載體,它在細菌中獨立于擬核外能自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子 D.DNA連接酶可代替DNA聚合酶用于DNA的復制 答案 答案 關閉 C -6- 特色梳理 題型演練 選考提升 易錯點撥(1)在切割目的基因時要求用同一種限制性核酸內(nèi)切酶,目的是產(chǎn)生相同的粘性末端。 (2)將目的基因從DNA分子中切割出來需要消耗4分子水,形成4個粘性末端,目的基因上含有2個粘性末端。 (3)不同DNA分子用相同限制性核酸內(nèi)切酶切割產(chǎn)生相同的粘性末端,同一種DNA分子用不同的限制酶切割,產(chǎn)生的粘性末端一般不同。 (4)基因工程中用到的載體并非只有質(zhì)粒,還有噬菌體、植物病毒和動物病毒,其中質(zhì)粒和噬菌體可將外源基因載入到大腸桿菌等宿主細胞中,而植物病毒和動物病毒能夠?qū)⑼庠椿蚍謩e載入到植物細胞和動物細胞內(nèi)。 (5)基因工程中載體與細胞膜上載體本質(zhì)不同,前者化學本質(zhì)為DNA,后者為蛋白質(zhì)。 -7- 特色梳理 題型演練 選考提升 (6)標記基因與目的基因的表達無關,其作用為篩選含有目的基因的受體細胞。 -8- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型二題型二 基因工程的原理及應用基因工程的原理及應用 典例精析2人血清蛋白(HSA)具有重要的醫(yī)用價值。下圖是以基因工程技術獲取重組HSA(rHSA)的兩條途徑。 (1)如果HSA基因序列未知,可以采用 的方法獲取該目的基因,為了使目的基因能夠在宿主細胞中復制和穩(wěn)定保存,通常要先構建 后才能導入宿主細胞。 (2)方框中的“?”一般選用的生物是 ,為了提高過程的導入成功率,通常用 處理大腸桿菌。 -9- 特色梳理 題型演練 選考提升 (3)人體合成的初始HSA多肽,需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結構才能有活性,所以,選擇 (填“”或“”)途徑獲取rHSA更有優(yōu)勢。 (4)為了鑒定宿主細胞中是否產(chǎn)生rHSA,可以用 方法來進行檢驗。 A.檢驗HSA基因是否導入 B.檢驗細胞中是否產(chǎn)生相應的mRNA C.抗原抗體雜交 D.檢測是否有標記基因 答案:(1)從基因文庫中提取 重組DNA (2)農(nóng)桿菌 氯化鈣 (3) (4)C -10- 特色梳理 題型演練 選考提升 易錯點撥(1)基因文庫中不是直接保管相應基因,基因文庫中的基因保存在受體菌中。 (2)原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少,有利于目的基因的復制與表達,因此常用大腸桿菌等原核生物作為受體細胞。 (3)植物細胞的全能性較高,可經(jīng)植物組織培養(yǎng)過程成為完整植物體。因此受體細胞可以是受精卵也可以是體細胞;動物基因工程中的受體細胞一般是受精卵。 (4)操作工具有三種,但工具酶常用兩種,載體不是酶;在基因工程操作步驟“獲得目的基因”和“形成重組DNA分子”兩個過程中通常用同種限制性核酸內(nèi)切酶,目的是產(chǎn)生相同的粘性末端;DNA連接酶只在“形成重組DNA分子”操作中用到。 -11- 特色梳理 題型演練 選考提升 (5)一般情況下,用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的片段,但有時可用兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和目的基因。這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。 (6)標記基因的作用和種類:標記基因的作用篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞;常見的標記基因有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。 -12- 特色梳理 題型演練 選考提升 【熱點變式】通過農(nóng)桿菌介導轉(zhuǎn)入法培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因植物的過程如圖(圖中表示相應操作過程)。請回答下列問題。 (1)如果外源基因的核苷酸序列是未知的,可以建立一個包括外源基因來源生物中所有基因的 來獲取外源基因。圖中過程涉及的工具酶是 。 -13- 特色梳理 題型演練 選考提升 (2)將外源遺傳物質(zhì)與受體植物細胞(包括原生質(zhì)體受體)遺傳物質(zhì)重新組合,除了轉(zhuǎn)基因技術外,還有 等方法,這些方法解決了傳統(tǒng)育種方法存在的 的缺陷。植物原生質(zhì)體的獲取可以在較高滲透壓環(huán)境下,用 酶處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞的細胞壁。 (3)如果構建重組細胞的目的是為了獲取重要的次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥),可以通過大量培養(yǎng)特定 來達成目的。 (4)如果農(nóng)桿菌侵染對象為某植物葉片,將被侵染的葉片除菌后進行培養(yǎng),最終得到轉(zhuǎn)基因植物。下列敘述正確的是 。 A.愈傷組織在合適條件下經(jīng)脫分化形成再生植株 B.再生的芽在細胞分裂素含量較高的培養(yǎng)基上生根 C.葉片在含合適濃度生長素的培養(yǎng)基上經(jīng)再分化形成愈傷組織 D.愈傷組織在細胞分裂素和生長素配比較髙的培養(yǎng)基上形成芽 -14- 特色梳理 題型演練 選考提升 答案:(1)基因文庫 DNA連接酶 (2)細胞融合或顯微注射 遠緣親本難以雜交(或生殖隔離) 纖維素酶和果膠 (3)細胞系 (4)D 解析:(1)獲得目的基因的方法:從基因文庫中獲取;利用PCR技術擴增;人工合成(化學合成)。其中采用PCR技術擴增和人工合成法都適用于目的基因序列已知的情況下,如果外源基因的核苷酸序列是未知的,則應該從基因文庫中獲取,即可以建立一個包括外源基因來源生物中所有基因的基因文庫來獲取外源基因。圖中表示目的基因與載體連接形成重組質(zhì)粒,該過程涉及的工具酶是DNA連接酶。 -15- 特色梳理 題型演練 選考提升 (2)將外源遺傳物質(zhì)與受體植物細胞(包括原生質(zhì)體受體)遺傳物質(zhì)重新組合,除了轉(zhuǎn)基因技術外,還有細胞融合或顯微注射等方法,這些方法解決了傳統(tǒng)育種方法存在的遠緣親本難以雜交(或生殖隔離)的缺陷。植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠,根據(jù)酶的專一性原理去除植物細胞壁應該用纖維素酶和果膠酶。(3)如果構建重組細胞的目的是為了獲取重要的次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥),可以通過大量培養(yǎng)特定細胞系來達成目的。(4)愈傷組織在合適條件下經(jīng)再分化形成再生植株,A項錯誤;再生的芽在生長素含量較高的培養(yǎng)基上生根,B項錯誤;葉片在含合適濃度生長素的培養(yǎng)基上經(jīng)脫分化形成愈傷組織,C項錯誤;愈傷組織在細胞分裂素和生長素配比較髙的培養(yǎng)基上形成芽,D項正確。 -16- 特色梳理 題型演練 選考提升 1.不同生物轉(zhuǎn)基因操作的流程 -17- 特色梳理 題型演練 選考提升 2.基因工程中分子或個體水平的檢測方法 -18- 特色梳理 題型演練 選考提升 植物克隆 1.植物組織培養(yǎng)的理論基礎及操作流程 (1)理論基礎:植物細胞的全能性。 (2)植物組織培養(yǎng)程序 配制培養(yǎng)基:配制含有適當營養(yǎng)物質(zhì)和植物生長調(diào)節(jié)劑的半固體培養(yǎng)基 切取消毒的組織塊 獲得愈傷組織:由相對沒有分化的活的薄壁細胞團組成的新生組織 -19- 特色梳理 題型演練 選考提升 誘導新植株 以適當配比的營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)劑誘導愈傷組織再生新植株通過液體懸浮培養(yǎng)分散成單細胞胚狀體植株用纖維素酶和果膠酶制備原生質(zhì)體原生質(zhì)體培養(yǎng)新植株 -20- 特色梳理 題型演練 選考提升 2.原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細胞工程 (1)原生質(zhì)體的獲得方法:在0.50.6 mol/L的甘露醇溶液環(huán)境(較高滲透壓)下,用纖維素酶和果膠酶混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞,除去細胞壁,獲得球形原生質(zhì)體,培養(yǎng)再生出新的植株。 (2)植物細胞工程操作過程 外源遺傳物質(zhì)(DNA)受體植物細胞(包括原生質(zhì)體受體)轉(zhuǎn)基因細胞新植株 -21- 特色梳理 題型演練 選考提升 (3)植物細胞工程技術的應用 轉(zhuǎn)基因植株培育。 培養(yǎng)特定細胞系,實現(xiàn)細胞次生代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。 單倍體育種。 誘發(fā)、篩選突變體,如在培養(yǎng)基中加入不同濃度的NaCl或病原體毒蛋白,誘導和篩選抗鹽或抗病突變體。 -22- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型一題型一 原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細胞工程原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細胞工程 典例精析1某小組欲進行煙草原生質(zhì)體分離與培養(yǎng)的研究。請回答下列問題。 (1)原生質(zhì)體的分離:在無菌條件下,取煙草無菌苗的葉片,放入含有0.5 mol/L甘露醇(維持較高滲透壓)的 混合液處理,經(jīng)過離心純化后獲得原生質(zhì)體。 -23- 特色梳理 題型演練 選考提升 (2)原生質(zhì)體的培養(yǎng):將原生質(zhì)體進行培養(yǎng),重新長出細胞壁,形成胚性細胞。此時,應該 培養(yǎng)基中甘露醇濃度,以利于胚性細胞繼續(xù)培養(yǎng)形成細胞團,然后經(jīng)兩條途徑形成再生植株。途徑一:細胞團經(jīng)球形胚、 和胚狀體,最后發(fā)育成植株。途徑二:細胞團增殖為愈傷組織,然后在發(fā)芽培養(yǎng)基上誘導出芽,切割芽經(jīng)過生根后形成完整植株。上述發(fā)芽培養(yǎng)基中含量相對較高的激素是 ,胚性細胞的主要特點是 (A.液泡小、細胞核小 B.液泡大,細胞核大 C.液泡大,細胞核小 D.液泡小、細胞核大)。 (3)為了對煙草的某些性狀進行改良,分離得到兩種煙草的原生質(zhì)體后,通過 方法將它們的遺傳物質(zhì)組合在一起,經(jīng)培養(yǎng)獲得具有新性狀的再生植株。提取再生植株的DNA,采用 擴增相關基因,來鑒定遺傳物質(zhì)是否成功重組。 -24- 特色梳理 題型演練 選考提升 答案:(1)果膠酶、纖維素酶 (2)降低 心形胚 細胞分裂素 D (3)原生質(zhì)體融合 PCR方法 -25- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型二題型二 植物克隆的實踐應用植物克隆的實踐應用 典例精析2下圖中的代表通過植物組織培養(yǎng)技術培育新植株的三條途徑,請回答下列問題。 -26- 特色梳理 題型演練 選考提升 (1)外植體ac來自同種植株,植株AC中的細胞全能性表達程度 (填“相同”或“可能不同”)。 (2)途徑和需要用到 和 (填培養(yǎng)基的物理性質(zhì))兩種培養(yǎng)基,將含B1的試管放在搖床上,通過 培養(yǎng)可以分散成單細胞。 (3)外植體c脫去細胞壁過程中需要加入適宜濃度的 (A.甘露醇 B.鹽酸 C.蒸餾水 D.氯化鈉)以保持一定的滲透壓。原生質(zhì)體培養(yǎng)成功標志著 技術又向前邁進了一步。 (4)通過大量培養(yǎng)特定細胞系,可以實現(xiàn)能產(chǎn)生重要 (如某些中藥)的細胞的大量克隆和產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。 答案:(1)可能不同 (2)液體培養(yǎng)基 固體(或半固體)培養(yǎng)基 液體懸浮 (3)A 植物細胞工程 (4)次生代謝產(chǎn)物 -27- 特色梳理 題型演練 選考提升 植物克隆涉及的技術比較 技術名稱 具體應用 植物組織培養(yǎng) 外植體脫分化成愈傷組織(薄壁細胞),再分化為植株 植物細胞培養(yǎng) 由愈傷組織獲得大量單細胞,培育特定細胞系,實現(xiàn)能產(chǎn)生重要次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥)的細胞的大量克隆和產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn) 懸浮細胞培養(yǎng) 愈傷組織在搖床上分散成單個細胞,再發(fā)育成胚狀體,形成植株 -28- 特色梳理 題型演練 選考提升 技術名稱 具體應用 原生質(zhì)體培養(yǎng) 利用纖維素酶和果膠酶分解細胞壁,獲得原生質(zhì)體,用適當方法進行原生質(zhì)體培養(yǎng),獲得新植株,具體圖示如下: 轉(zhuǎn)基因技術 利用全能性誘導為完整植株,克服遠緣雜交不親和的障礙,定向改造植物的性狀 植物體細胞雜交 利用全能性誘導為完整植株,克服遠緣雜交不親和的障礙 花藥離體培養(yǎng) 進行單倍體克隆,獲得單倍體植株 -29- 特色梳理 題型演練 選考提升 動物的克隆 1.動物細胞、組織培養(yǎng) -30- 特色梳理 題型演練 選考提升 2.動物細胞、組織培養(yǎng)過程中的相關名詞 (1)原代培養(yǎng):從機體取出后立即進行的細胞、組織培養(yǎng)的過程。 (2)傳代培養(yǎng):將原代培養(yǎng)細胞分成若干份,接種到若干份培養(yǎng)基中,使其繼續(xù)生長、增殖。 (3)細胞系:指可連續(xù)傳代的細胞?？煞譃檫B續(xù)細胞系(惡性細胞系,具有異體致瘤性;不死性細胞系,保留接觸抑制現(xiàn)象,不致癌)和有限細胞系。 (4)細胞株:通過一定的選擇或純化方法,從原代培養(yǎng)物或細胞系中獲得的具有特殊性質(zhì)的細胞?？煞譃檫B續(xù)細胞株和有限細胞株。 (5)克隆培養(yǎng)法:把一個單細胞從群體中分離出來單獨培養(yǎng),使之繁衍成一個新的細胞群體的技術?；疽笫潜仨毧隙ㄋǔ傻目寺碓从趩蝹€細胞。 -31- 特色梳理 題型演練 選考提升 3.動物的細胞融合技術及其應用 (1)細胞融合 -32- 特色梳理 題型演練 選考提升 (2)單克隆抗體的制備流程 優(yōu)點:特異性強、靈敏度高,可大量制備。 用途:用于治療疾病;作為特異探針,研究相應抗原蛋白的結構、細胞學分布及其功能。 -33- 特色梳理 題型演練 選考提升 4.細胞核移植和動物的克隆繁殖 (1)核移植:利用一個細胞的細胞核來取代另一個細胞中的細胞核,形成一個重建的“合子”。 (2)動物的克隆繁殖 重組細胞早期胚胎另一雌性個體代孕克隆動物 (3)動物難以克隆的根本原因 動物的個體發(fā)育過程中,分化使得細胞在形態(tài)和功能上高度特化,這是由于細胞內(nèi)伴隨著它們在發(fā)育過程中時間、空間的變化,基因表達的調(diào)控使得細胞中合成了專一的蛋白質(zhì)。 卵細胞 細胞質(zhì)體細胞 細胞核 -34- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型一題型一 動物細胞和組織培養(yǎng)動物細胞和組織培養(yǎng) 典例精析1下圖為動物細胞培養(yǎng)過程中細胞增殖情況的變化曲線(圖中B、E兩點表示經(jīng)篩選后繼續(xù)培養(yǎng)),請據(jù)圖回答下列問題。 -35- 特色梳理 題型演練 選考提升 (1)OB段的培養(yǎng)稱為 培養(yǎng),AB段可能發(fā)生了 現(xiàn)象,需要用 酶處理使組織細胞分散開來,分裝到多個卡氏瓶中進行 培養(yǎng)。 (2)上述動物細胞培養(yǎng)過程有很多重要的現(xiàn)象,下列敘述正確的是 。 A.E點以后的細胞大多數(shù)具有二倍體核型 B.若培養(yǎng)過程中某些細胞癌變后能在合適條件下逆轉(zhuǎn)為正常細胞 C.由B點后篩選出多個祖細胞培養(yǎng)形成的細胞群為一個克隆 D.未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細胞系細胞具有相同的性狀 (3)動物細胞培養(yǎng)一般放在 培養(yǎng)箱中,提高培養(yǎng)成功率還可在培養(yǎng)基中添加一些物質(zhì)或細胞,加入滋養(yǎng)細胞目的是 。 -36- 特色梳理 題型演練 選考提升 答案:(1)原代 接觸抑制 胰蛋白 傳代 (2)B (3)CO2恒溫 (3)支持生長(促進分裂,抑制分化) 易錯點撥(1)動物細胞培養(yǎng)中兩次用到胰蛋白酶,第一次的目的是處理剪碎的組織使之分散成單個細胞,第二次的目的是使貼壁細胞從瓶壁上脫落下來。 (2)動物細胞培養(yǎng)過程中通入CO2的目的是調(diào)節(jié)pH。 (3)動物細胞培養(yǎng)的目的是獲得大量的細胞群體,而動物組織培養(yǎng)的目的是獲得動物的器官和組織。 -37- 特色梳理 題型演練 選考提升 題型二題型二 單克隆抗體制備和動物克隆繁殖單克隆抗體制備和動物克隆繁殖 典例精析2下面兩圖分別是單克隆抗體制備過程和克隆羊培育過程示意圖,回答下列問題。 甲 乙 -38- 特色梳理 題型演練 選考提升 (1)圖甲和圖乙所示的過程中,都必須用到的動物細胞工程技術手段是 。 (2)圖甲中過程常在 誘導下完成,過程與體外培養(yǎng)相比,其優(yōu)點是不需特定的培養(yǎng)基,不需嚴格的外界環(huán)境條件。融合的細胞具有兩種細胞的特性,即 和 。 (3)單克隆抗體能定向攻擊癌細胞,主要是利用其 。 (4)若不考慮環(huán)境因素影響,克隆羊的性狀并非全部像白面綿羊,原因是 。 (5)圖乙過程的技術具有多種用途,但是不能( ) A.有選擇地繁殖某一性別的家畜 B.繁殖家畜中的優(yōu)良個體 C.用于保存物種 D.改變動物的核基因 -39- 特色梳理 題型演練 選考提升 (6)在目前現(xiàn)有技術條件下,還不能將從動物體內(nèi)分離出來的成熟的體細胞直接培養(yǎng)成一個新個體,而是必須將體細胞的細胞核移植到去核的卵細胞中才能發(fā)育成新個體,你認為原因最可能是( ) A.卵細胞大,便于操作 B.卵細胞含有的營養(yǎng)物質(zhì)多 C.卵細胞的細胞質(zhì)可使體細胞細胞核全能性得到表達 D.重組細胞才具有全能性 答案:(1)動物細胞培養(yǎng) (2)聚乙二醇(或滅活的病毒、離心、振動、電刺激) 無限增殖 產(chǎn)生單一抗體 (3)特異性 (4)卵細胞的細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)也能控制某些性狀 (5)D (6)C -40- 特色梳理 題型演練 選考提升 解析:(1)制備單克隆抗體和培養(yǎng)克隆羊的過程中都用到了動物細胞培養(yǎng)技術。(2)誘導形成雜交瘤細胞的方法包括物理方法(如振動、離心、電刺激等)、化學方法(如聚乙二醇)、生物方法(如滅活的病毒)。雜交瘤細胞不但具有無限增殖的特性,還能產(chǎn)生特定的單一抗體。(3)單克隆抗體由于具有特異性,所以可以定向攻擊癌細胞。(4)不考慮環(huán)境因素的影響,克隆羊的性狀也不完全跟提供細胞核的綿羊相同,因為卵細胞的細胞質(zhì)中也有遺傳物質(zhì),也能控制某些性狀。(5)圖乙過程用到的技術有核移植技術、胚胎培養(yǎng)和胚胎移植技術,可以用于保存瀕危物種、繁殖家畜中的優(yōu)良個體、有選擇地繁殖某一性別的家畜等,但是無法改變動物的核基因。(6)體細胞的細胞核移植到去核的卵細胞中才能發(fā)育成新個體,最可能的原因是卵細胞的細胞質(zhì)可使體細胞的細胞核全能性得到表達。 -41- 特色梳理 題型演練 選考提升 易錯點撥(1)一般抗血清中的抗體是一群識別不同抗原部位的抗體混合物,而單克隆抗體專一性識別抗原分子的特殊部位,比一般抗血清優(yōu)越。 (2)動物克隆的原理是動物細胞核的全能性;動物克隆的技術基礎是動物細胞和組織培養(yǎng);動物細胞、組織培養(yǎng)的原理是細胞的增殖。 (3)核移植后的重組細胞最初分裂時雖然復制了DNA,但基因的轉(zhuǎn)錄并未開始(即基因未表達),在重組細胞開始第三次分裂時,核DNA開始表達自己的基因。 -42- 特色梳理 題型演練 選考提升 單克隆抗體制備相關內(nèi)容分析 (1)單克隆抗體與常規(guī)抗體的比較 項目 制備原理 分泌細胞 特 點 生 產(chǎn) 單克隆抗體 免疫原理、細胞融合原理及動物細胞培養(yǎng)技術 雜交瘤細胞 特異性強、靈敏度高 產(chǎn)量高,易純化分離 常規(guī) 抗體 免疫原理 各 B 淋巴細胞 特異性差、靈敏度低 產(chǎn)量低,分離困難 -43- 特色梳理 題型演練 選考提升 (2)單克隆抗體制備過程的篩選原因及目的分析 項目 第一次篩選 第二次篩選 篩選 原因 誘導融合后得到多種雜交細胞,另外還有未融合的細胞 由于小鼠在生活中還受到其他抗原的刺激,所以經(jīng)選擇性培養(yǎng)獲得的雜交瘤細胞中有能產(chǎn)生其他抗體的細胞 篩選 目的 得到雜交瘤細胞 得到能分泌所需抗體的雜交瘤細胞