专题10 现代生物科技
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现代生物科技专题一、 基因工程概念:基因工程——又叫基因拼接技术或DNA 重组技术。
(一)DNA 重组技术的基本工具质粒的特点:裸露、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型双链环状DNA 分子。
(二)基因工程的基本操作程序(课本第8页流程图) 1.目的基因的获取(1)利用PCR 技术扩增目的基因1、定义:聚合酶链式反应的缩写,是一项在生物体外复制特定DNA 片段的核酸合成反应2、原理:DNA双链复制的基本原理3、前提:一段已知目的基因的核苷酸序列4、原料:四种脱氧核苷酸、DNA 的两条链为模版、热稳定DNA 聚合酶、引物、温度控制5、过程:加热至90—95℃DNA 解旋→冷却到55—60℃,引物结合到互补DNA 链→加热至70—75℃,热稳定DNA 聚合酶从引物起始互补链的合成(2)用化学方法直接人工合成。
(3)从基因文库中获取。
基因组文库和cDNA 文库 2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。
(2)基因表达载体的构建方法3.将目的基因导入受体细胞当目的基因为合成脂蛋白,糖蛋白等的基因是受体细胞不能用原核细胞,这些物质需要高尔基体加工才具有生物活性。
4.目的基因的检测与鉴定、(1)目的基因插入检测:DNA 分子杂交; (2)目的基因转录检测:(核酸)分子杂交; (3)目的基因翻译检测:抗原—抗体杂交;(4)个体生物学水平检测:根据目的基因表达出的性状判断。
(三)基因工程的应用 (四)基因工程与蛋白质工程的比较二、克隆技术(细胞工程)(一) 植物细胞工程1、 植物组织培养原理:植物细胞的全能性脱分化:高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程 再分化:愈伤组织继续培养,重新分化成根或芽等器官的过程 愈伤组织:排列疏松、无规则,高度液泡化的无定型状态的薄壁细胞 激素使用:① 能强烈刺激愈伤组织的形成(细胞分裂素、生长素共同使用) ② 影响再分化过程中根和芽的发生细胞分裂素、生长素浓度比⎩⎨⎧低:有利于根的发生高:有利于芽的发生2、植物体细胞杂交植物细胞杂交成功的标志:二、动物细胞工程1. 动物细胞培养(1)概念:动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和繁殖。
1.(2013海南卷·31)【生物——选修3:现代生物科技专题】单纯疱疹病毒I型(HSV-I)可引起水泡性口唇炎。
利用杂交瘤技术制备出抗HSV-1的单克隆抗体可快速检测HSV-1。
回答下列问题:(1)在制备抗HSV-I的单克隆抗体的过程中,先给小鼠注射一种纯化的HSV-1蛋白,一段时间后,若小鼠血清中抗____的抗体检测呈阳性,说明小鼠体内产生了____反应,再从小鼠的____中获取B淋巴细胞。
将该B淋巴细胞与小鼠的____细胞融合,再经过筛选、检测,最终可获得所需的杂交瘤细胞,该细胞具有的特点是____。
(2)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体,可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的____中使其增殖,再从____中提取、纯化获得。
(3)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种HSV-I蛋白,其原因是该抗体具有____和____等特性。
2.(2013新课标全国Ⅰ卷·40)【生物——选修3 现代生物科技专题】阅读如下材料:材料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵在,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
材料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
材料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎课在不同个体的体内发育。
回答下列问题:(1)材料甲属于基因工程的范畴。
将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。
构建基因表达载体常用的工具酶有和。
在培育转基因植物是,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是。
(2)材料乙属于工程范畴。
该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对进行改造,或制造一种的技术。
2020届高三生物一轮复习测试第十单元现代生物科技专题本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分,共100分,考试时间150分钟。
第Ⅰ卷一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)1.肉毒杆菌会产生肉毒杆菌毒素,只要有0.01 mg的肉毒杆菌毒素就可使人致死。
肉毒杆菌毒素分子的作用机理是()A.抑制呼吸中枢,使人因缺氧而窒息而死B.阻断血红蛋白与氧气结合,使人因缺氧引起肌肉麻痹C.阻滞神经末梢释放乙酰胆碱从而引起肌肉麻痹D.抑制线粒体进行有氧呼吸,心肌细胞无力收缩,阻碍血液循环2.下面是胚胎干细胞分离途径示意图。
相关说法正确的是()A.图中A所示细胞将来能够发育成胎膜和胎盘B.胚胎干细胞的体积和细胞核都较小C.在体外培养情况下,胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化D.利用胚胎干细胞培育的人造器官正在大规模应用3.SOD是一种抗氧化酶,它能将O2-转化成H2O2,增强植物的抗逆性。
下图为培育农作物新品种的一种方式,与此有关的叙述中正确的是()A.①过程常用的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体B.②、③分别表示脱分化、再分化,培养基中需添加植物激素C. SOD可能为O2-转化成H2O2的过程提供能量D.培育过程中需根据基因型的不同进行人工选择4.目前科学家已成功培养出全球首例遗传性稳定且能自然繁殖的四倍体鱼类种群,这在脊椎动物中是首例。
虽然四倍体鱼生长快、肉质好、抗病力强,但研究人员并不直接把它投入生产,而是将它与二倍体鱼杂交的后代投入生产。
你认为这样做主要的意义是()A.防止基因污染,保护物种多样性B.保护自身知识产权C.避免出现新物种,维护生态平衡D.充分利用杂种优势5.干扰素是治疗癌症的重要药物,它必须从血液中提取,每升人血中只能提取0.5 μg,所以价格昂贵。
美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。
如图所示:从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是()A.个体间的杂交B.基因工程C.细胞融合D.器官移植6.抗菌肽对治疗癌症有一定作用,下图表示抗菌肽合成过程。
2020届人教版高考生物一轮复习专题10《现代生物科技专题 (选考)》测试卷本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分,共100分,考试时间150分钟。
第Ⅰ卷一、单选题(共16小题,每小题3.0分,共48分)1.已知限制性核酸内切酶XmaⅠ和SmaⅠ的识别序列分别为C ↓ CCGGG和CCC↓ GGG。
有关这两种酶及应用的叙述,错误的是 ()A.这两种酶作用的底物都是双链DNAB. DNA中出现这两种酶识别序列的概率不同C.XmaⅠ切割DNA形成的黏性末端是—GGCCD.使用这两种酶时需注意控制反应温度、时间等2.下列有关胚胎工程及其应用的叙述中,错误的是()A.体外受精和胚胎发育的研究为胚胎工程提供了理论基础B.胚胎移植技术可在畜牧业生产中加速育种进程C.桑椹胚、囊胚是进行胚胎分割的最佳时期D.促进动物超数排卵的激素主要是垂体产生的促性腺激素3.下列有关动物细胞培养的叙述,正确的是()A.动物细胞培养过程中,可用胃蛋白酶处理使细胞分散开B.通过动物细胞培养获得大量细胞,可证明动物细胞具有全能性C.动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础D.动物细胞培养选用的培养材料大多是动物的受精卵4.干扰素是治疗癌症的重要药物,它必须从血液中提取,每升人血中只能提取0.5 μg,所以价格昂贵。
美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。
如图所示:从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是()A.个体间的杂交B.基因工程C.细胞融合D.器官移植5.分析下面图解,判断以下哪一项不是精子、卵细胞发生的区别()A.初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间B. MⅠ和MⅡ的时间连续性C.成熟生殖细胞是否经过变形D.成熟生殖细胞中染色体的数目6.质粒是基因工程中最常用的运载体,下列与质粒有关的叙述正确的是() A.目的基因与质粒在DNA连接酶作用下结合的过程属于DNA分子杂交B.质粒上至少要有一个抗生素抗性基因,以有利于检测重组质粒是否导入C.没有与目的基因重组的质粒也可以进入受体细胞D.质粒上的目的基因必须整合到受体细胞的DNA上才能不被分解7.下图表示高等动物的个体发育过程,下列说法正确的是()A.图中①过程表示胚胎发育,②过程表示胚后发育B.受精卵卵裂处于囊胚形成的过程中,每个细胞的体积不断增大C.兔子、雄鹰和眼镜蛇在个体发育过程中会出现羊膜D.原肠胚是进行胚胎移植的最好时期8.下列过程中,需要采用植物组织培养技术的是()①利用花药离体培养得到单倍体植株②利用秋水仙素处理单倍体试管苗,获得正常纯合植株③利用基因工程培育抗棉铃虫的植株④利用细胞工程培育“白菜—甘蓝”杂种植株⑤马铃薯的脱毒A.①②③B.③④⑤C.①②④⑤D.①③④⑤9.某实验室做了如图所示的实验研究,下列与实验相关的叙述正确的是()A.过程①导入的诱导基因使成纤维母细胞发生基因突变B.丙细胞既能持续分裂,又能分泌单一的抗体C.过程②属于动物细胞培养过程中的原代培养D.过程③④所用的培养基中都含有聚乙二醇10.用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。
基因工程1.概念:又叫DNA重组技术;操作环境:生物体外;特点:人工定向改变生物性状理论基础:绝大多数生物的遗传物质是DNA,各种生物共用一套遗传密码。
2.工具:限制性核酸内切酶(限制酶):处理目的基因和载体,形成相同的黏性末端(或平末端)主要是从原核生物中分离纯化出来的。
能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
DNA连接酶:连接两个双链DNA片段的末端。
E·coliDNA连接酶来源于T噬菌体,只能将双链DNA片4DNA连接酶能缝合两种末端,但连接平末端的之间的段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4效率较低。
注:DNA连接酶与DNA聚合酶的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯键。
DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。
载体:化学本质DNA,常用质粒,也可用噬菌体和动植物病毒,条件:①能在受体细胞中复制并稳定保存,②具多个限制酶切点,便于插入目的基因。
③具标记基因便于鉴定和筛选重组DNA。
3.基本步骤:(1)获取目的基因:方法:①从基因文库中获取②化学方法人工合成③利用PCR技术扩增目的基因是指编码蛋白质的结构基因。
原核基因采取直接分离获得,真核基因是人工合成。
人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。
PCR技术扩增目的基因的原理:DNA双链复制过程:第一步:加热至90~95℃DNA解链;第二步:冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链;第三步:加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
(2)构建基因表达载体:包括复制原点、启动子(RNA聚合酶识别和结合的部位)、目的基因、终止子、标记基因(作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
常用的标记基因是抗生素基因。
)(3)将目的基因(基因表达载体)导入受体细胞:转化是指目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
(2011年江苏卷)33.(8分)请回答基因工程方面的有关问题:(1)利用PCR技术扩增目的基因,其原理与细胞内DNA复制类似(如下图所示)。
图中引物为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础。
①从理论上推测,第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为▲。
②在第▲轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。
(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。
某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图),请分别说明理由。
①第1组:▲;②第2组:▲。
(3) PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶,下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能,这是因为▲。
(4)用限制酶EcoRV、Mbol单独或联合切割同一种质粒,得到的DNA片段长度如下图(1 kb 即1000个碱基对),请在答题卡的指定位置画出质粒上EcoRV、Mbol的切割位点。
33.(8分)(1)①15/16 ②三(2)①引物I和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效②引物I’自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效(3) DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上(4)见右图(11年北京卷)31.(16分)T-DNA可能随机插入植物基因组内,导致被插入基因发生突变。
用此方法诱导拟南芥产生突变体的过程如下:种植野生型拟南芥,待植物形成花蕾时,将地上部分浸入农杆菌(其中的T-DNA上带有抗除草剂基因)悬浮液中以实现转化。
在适宜条件下培养,收获种子(称为T1代)。
(1)为促进植株侧枝发育以形成更多的花蕾,需要去除,因为后者产生的会抑制侧芽的生长。
代播种在含的培养基上生长,成熟后自(2)为筛选出已转化的个体,需将T1代)。
交,收获种子(称为T2代播种在含的培养基上,获得(3)为筛选出具有抗盐性状的突变体,需将T2所需个体。
(4)经过多代种植获得能稳定遗传的抗盐突变体。
为确定抗盐性状是否由单基因突变引起,需将该突变体与植株进行杂交,再自交代后统计性状分离比。
(5)若上述T-DNA的插入造成了基因功能丧失,从该突变体的表现型可以推测野生型基因的存在导致植物的抗盐性。
(6)根据T-DNA的已知序列,利用PCR技术可以扩增出被插入的基因片段。
其过程是:提取植株的DNA,用限制酶处理后,再用将获得的DNA片段连接成环(如右图)以此为模板,从图中A、B、C、D四种单链DNA片断中选取作为引物进行扩增,得到的片断将用于获取该基因的全序列信息。
答案:31(16分)(1)顶芽生长素(2)(一定浓度的)除草剂(3)(一定浓度的)盐(4)野生型 1(降低(6)突变体DNA连接酶B、C(2011年安徽卷)31.(21分)Ⅱ.(9分)家蚕细胞具有高效表达外源基因能力。
将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养,可以提取干扰素用于制药。
(1)进行转基因操作前,需用___________酶短时处理幼蚕组织,以便获得单个细胞。
(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达,需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的_________和___________之间。
(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。
改PCR反应体系的主要成分应该包含:扩增缓冲液(含Mg2+)、水,4种脱氧核糖苷酸、模板DNA、_____________和_________________。
(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时,的细胞会产生接触抑制。
通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中,这样可以_________________增加培养的细胞数量,也有利于空气交换。
答案:(1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)(2)启动子终止子(3)TaqDNA聚合酶对干扰素基因特异性的DNA引物对(4)增大细胞贴壁生长的附着面积解析:考查的知识点为动物细胞培养和基因工程.(1)为了使组织分散开为单个细胞通常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶。
(2)启动子位于目的基因的首端,终止子位于目的基因的尾端。
(3)PCR反应体系的主要成分应扩增缓冲液(含Mg2+)、水,4种脱氧核糖苷酸、模板DNA 、TaqDNA聚合酶、两种引物。
(4)细胞离体培养时通常表现出:贴壁生长和接触抑制,多孔的中空薄壁小玻璃珠能增大贴壁生长的附着面积,增加培养的细胞数量.(11天津理综卷)6、某致病基因h位于X染色体上,该基因和正常基因H中的某一特定序列BclI酶切后,可产生大小不同的片段(如图1,bp表示碱基对),据此可进行基因诊断。
图2为某家庭病的遗传系谱。
下列叙述错误的是A h基因特定序列中Bcl 1酶切位点的消失是碱基序列改变的结果B II-1的基因诊断中只出现142bp片段,其致病基因来自母亲C II-2的基因诊断中出现142bp,99bp和43bp三个片段,其基因型为X H X hD II-3的丈夫表现型正常,其儿子的基因诊断中出现142bp片段的概率为1/2.答案:D(11年四川卷)5.北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强,下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是A过程①获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序B多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白,C过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选D应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达答案:B解析:过程1获得的目的基因已不含非编码区和内含子,因此不能用于比目鱼基因组测序,因此A错。
导入农杆菌是为了扩增和更易导入蕃茄细胞,C错。
DNA探针技术不能检测基因是否完全表达,目的基因的完全表达应该检测表达产物蛋白质,D错。
(2011年浙江卷)6、ada(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adaD. 每个人的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子答案:C(2011海南生物卷)31.[生物——选修3:现代生物科技专题](15分)回答有关基因工程的问题:(1)构建基因工程表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生粘性末端,也可能产生_平__末端。
若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接,则应选择能使二者产生_____(相同,不同)粘性末端的限制酶。
(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时,构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等,其中启动子的作用是提供RNA聚合酶特异性识别结合位点,驱动基因转录。
在用表达载体转化大肠杆菌时,常用Ca2+处理大肠杆菌,以利于表达载体进入:为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA,可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交,该杂交技术称为DNA—RNA分子杂交。
为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成胰岛素原(蛋白质)_,常用抗原-抗体杂交技术。
(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T—DNA_中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的染色体_上。
(2011上海生命科学卷)(九)回答下列有关基因工程的问题。
(10分)57.基因工程中使用的限制酶,其特点是______________。
答案:特异性地识别和切割DNA(1分)下图四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别,Ap r表示抗青霉素的抗性基因,Tc r表示抗四环素的抗性基因。
58.将两端用E1切开的Tc r基因与用E1切开的质粒X-1混合连接,连接后获得的质粒类型有_________。
(可多选)A.X-1B.X-2C.X-3D.X-4答案:ABC(2分)59.若将上图所示X-1、X-2、X-3、X-4四种质粒导入大肠杆菌,然后分别涂布在含有青霉素或四环素的两种培养基上。
在这两种培养上均不能生长的大肠杆菌细胞类型有_________、_________。
答案:无质粒细胞(1分)含X—3的细胞(1分)60.如果X-1用E1酶切,产生850对碱基和3550对碱基两种片段:那么质粒X-2(Tc r 基因的长度为1200对碱基)用E2酶切后的片段长度为_________对碱基。
答案:4750(2分)61.若将外源的Tc r基因两端用E2切开,再与用E2切开的X-1混合连接,并导入大肠杆菌细胞,结果显示,含X-4的细胞数与含X-1的细胞数之比为13,增大DNA连接酶用量能否提高上述比值?__________________。
原因是__________________________。
答案:不能(1分)DNA连接酶对DNA片段没有选择性/两段DNA末端相同(1分)(11年重庆卷)31. (16分)拟南芥是遗传学研究的模式植物,某突变体可用于验证相关的基因的功能。
野生型拟南芥的种皮为深褐色(TT),某突变体的种皮为黄色(tt),下图是利用该突变体验证油菜种皮颜色基因(T n)功能的流程示意图。
(1)与拟南芥t基因的mRNA相比,若油菜T n基因的mRNA中UGA变为AGA,其末端序列成为“-AGCGCGACCAGAACUCUAA”,则T n比t多编码个氨基酸(起始密码子位置相同,UGA、UAA为终止密码子)。
(2)图中①应为。
若②不能在含抗生素Kan的培养基上生长,则原因T基因与拟南芥T基因的功能相是 .若③的种皮颜色为,则说明油菜n同。
T基因连接到拟南芥染色体并替换其中一个t基因,则③中进行减数分裂(3)假设该油菜n的细胞在联会时的基因为;同时,③的叶片卷曲(叶片正常对叶片卷曲为显性,且与种皮性状独立遗传),用它与种皮深褐色、叶片正常的双杂合体拟南芥杂交,其后代中所占比列最小的个体表现为;取③的茎尖培养成16颗植珠,其性状通常(填不变或改变)。
(4)所得的转基因拟南芥与野生型拟南芥(填是或者不是)同一个物种。
答案:31.(16分)(1)2(2)重组质粒(重组DNA分子)重组质粒未导入深褐色(3)TnTntt;黄色正常、黄色卷曲;不变(4)是解析:通过对基因工程和遗传知识相结合来考查学生对该部分知识的掌握,属中档题,较难。
油菜T n基因的mRNA中UGA变为AGA,而末端序列为“——AGCGCGACCAGACUCUAA ——”,在拟南芥中的UGA本是终止密码子不编码氨基酸,而在油菜中变为AGA可编码一个氨基酸,而CUC还可编码一个氨基酸,直到UAA终止密码子不编码氨基酸。
假设油菜T n基因连接到拟南芥染色体并替换其是一个t基因,注意拟南芥是指实验有的突变体tt,所以③转基因拟南芥基因型为T n t,减数分裂联会时形成四分体是由于染色体进行了复制,基因也进行了复制,因而基因型为T n T n t t。