2023年高考生物二轮专题复习讲义：专题八 现代生物科技专题

第1讲 基因工程和细胞工程

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考纲考频 考情分析

1.基因工程

(1)基因工程的诞生(Ⅰ)

(2)基因工程的原理及技术(Ⅱ)(2014·T4)

(3)基因工程的应用(Ⅱ)(2014·T4)

(4)蛋白质工程(Ⅰ)

2．克隆技术

(1)植物的组织培养(Ⅱ)(2013·T5)

(2)动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)

(3)细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)(2013·T2) 1.趋势分析：(1)多以最新基因工程研究成果为载体，考查基因工程的工具与操作程序。

(2)以工农业生产、畜牧业生产和医学实践中的具体事例为命题背景，考查植物组织培养相关知识。

2．备考指南：(1)表解比拟法理解限制酶、DNA连接酶和载体的作用。

(2)实例分析法理解基因工程的原理与过程。

(3)列表比拟法理解两个不同：植物组织培养和动物细胞培养的不同、植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同。

(4)图解法理解单克隆抗体的制备过程。

[答案] □1限制酶 □2载体 □3基因表达载体的构建 □4目的基因的检测和鉴定 □5转基因动物 □6基因治疗 □7基因

□8可产生自然界没有的蛋白质 □9植物细胞的全能性 □10植物体细胞杂交 □11作物新品种的培育 □12细胞增殖 □13动物细胞核的全能性 □14细胞膜的流动性 □15给小鼠注射特定抗原 □16产生专一抗体的杂交瘤细胞

[链接思考]

1．基因工程和克隆技术涉及哪些工具酶？

提示：基因工程的工具酶是限制酶和DNA连接酶；克隆技术的工具酶是纤维素酶、果胶酶和胰蛋白酶。 2．转基因动物的培育涉及到哪些生物工程？

提示：基因工程、动物细胞工程和胚胎移植。

[真题自测]

判一判

(1)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，生根时，培养基通常应含α­萘乙酸等生长素类调节剂(2013重庆，5D)( )

(2)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不可能同时进行ATP的合成与分解(2013四川，1C)( )

(3)重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接(2013安徽，6C)( )

(4)将目的基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞(2012浙江，6D改编)( )

(5)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养(2012广东，2A)( )

(6)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(2011四川，5D)( )

(7)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(2011江苏，14B)( )

(8)动物的生长激素基因转入植物体后不能表达(2010江苏，18C)( )

提示：(1)√。α­萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根。

(2)×。在诱导离体的组织或器官形成幼苗的过程中，伴随细胞的增殖与分化等需要能量的生理过程，一定会进行ATP的合成与分解。 (3)×。DNA分子杂交是通过碱基互补配对原则形成的。

(4)×。目的基因必须经构建形成基因表达载体，才能导入受体细胞，否则不能正常表达。

(5)√。植物的茎尖一般没有病毒感染，因此可以通过组织培养技术培养茎尖细胞以获得脱毒苗。

(6)×。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是否转录，但不能检测其是否表达。

(7)×。克隆动物通过核移植技术获得，不能通过体细胞杂交技术获得。

(8)×。不同生物的基因具有相同的化学成分和空间结构，合成蛋白质时共用一套密码子，因此动物基因可以在植物体内表达。

命题点1 基因工程及转基因技术的安全性

某质粒上有Sal Ⅰ、Hind Ⅲ、BamH Ⅰ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如下图，请答复以下问题。

(1)将抗盐基因导入烟草细胞内，使烟草植株产生抗盐性状，这种新性状(变异性状)的来源属于________________________________________________________________________。

(2)如果将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能________，也不能________。

(3)在构建重组质粒时，应选用________和________两种酶对____________和__________________________进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。

(4)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，如图表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)检测基因表达载体是否导入了农杆菌。

培养基除了含有细菌生长繁殖必需的成分外，培养基A和培养基B分别还含有____________、______________。从检测筛选的结果分析，含有目的基因的是________菌落中的细菌。为了确定抗盐烟草是否培育成功，既要用放射性同位素标记的________________作探针进行分子杂交检测，又要用__________________________的方法从个体水平鉴定烟草植株的耐盐性。

(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用________________技术，愈伤组织经______________进而形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加________________。

(6)近几年转基因生物进入我们的生活。以下关于转基因生物安全性的表达中，错误的选项是( )

A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度

B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害

C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提

D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上

[解析] (1)基因工程的原理是基因重组。(2)将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能复制，也不能表达，即不能转录和翻译成相应的蛋白质。(3)质粒和含有目的基因的外源DNA分子上都含有Sal Ⅰ、hind

Ⅲ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，其中BamHⅠ的切割位点位于目的基因上，用该酶切割会破坏目的基因；若只用Sal Ⅰ一种限制酶切割可能会导致目的基因与运载体反向连接；因此在构建重组质粒时，应选用Sal Ⅰ和Hind Ⅲ两种限制酶对质粒和抗盐基因进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。(4)用Sal Ⅰ和Hind Ⅲ两种限制酶对质粒进行切割时，会破坏四环素抗性基因，但不会破坏氨苄青霉素抗性基因，因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青霉素的培养基上生存，但不能在含有四环素的培养基上生存，所以培养基A和培养基B分别还含有氨苄青霉素、四环素，含目的基因的是4和6菌落中的细菌。探针是指用放射性同位素标记的目的基因(抗盐基因)。除了从分子水平上进行检测，还可以从个体水平上进行鉴定，即用一定浓度的盐水浇灌烟草植株来鉴定烟草的耐盐性。(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要采用植物组织培养技术，先经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再经过增殖和分化形成完整的植株。此过程除营养物质外还必须向培养基中添加植物激素(生长素和细胞分裂素)。(6)我国农业部公布了《农业转基因生物标识管理方法》，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，以方便消费者自主选择。但国际上并非大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，A项正确、B项错误；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在转基因食物的安全性和转基因生物对环境安全的影响上，但这些通过风险评估、预警跟踪和风险管理等都是可以解决的，C、D两项正确。

[答案] (1)基因重组 (2)复制 表达(合成抗盐基因的mRNA)

(3)SalⅠ Hind Ⅲ 质粒 含抗盐基因的DNA (4)氨苄青霉素 四环素(氨苄青霉素和四环素)

4和6 抗盐基因 一定浓度的盐水浇灌烟草植株(将烟草植株移栽到盐碱地中) (5)植物组织培养

细胞增殖和分化 植物激素(生长素和细胞分裂素) (6)B

1．理解限制酶及其切点

(1)一个至多个限制酶切点：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。

(2)每种酶一个切点：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，则切割重组后可能丧失某些片段，若丧失的片段含复制起点区，则重组载体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，则酶切后既能把环翻开接纳外源DNA片段，又不会丧失自己的片段。

2．目的基因的获取

(1)从基因文库中获取。

(2)利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。 (3)用化学方法人工合成

①对于核苷酸序列已知的直接人工合成。

②可通过逆转录法获取，即mRNA――→逆转录酶 单链DNA――→DNA聚合酶 双链DNA。

3．从“基因表达〞层面理解基因表达载体的必需元件

(1)基因表达载体的组成：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局部，其表达需要调控序列。

4．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 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 显微注射技术 感受态细胞法(Ca2＋处理法)

受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞

5.目的基因的检测和鉴定

类型 步骤 检测内容 方法 结果显示

分子检测 第一步 目的基因是否整合到受体细胞染色体的DNA上 DNA分子杂交(DNA和DNA之间) 是否成功显示出杂交带 第二步 目的基因是否转录出mRNA 分子杂交技术(DNA和mRNA之间)

第三步 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原—抗体杂交

个体水平鉴定 根据目的基因表达出的性状判断，包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比拟，以确定功能是否相同

6.转基因生物可能引起的安全性问题

(1)食物安全问题

①出现滞后效应；②出现新的过敏原；③营养成分改变；④侵犯宗教信仰者或素食者的权益。

(2)生物安全问题

①转基因植物成为杂草；②成为“入侵的外来物种〞，威胁其他生物生存；③重组出对人类或其他生物有害的病原体；④通过基因重组产生“超级杂草〞。

(3)环境安全问题

①打破自然物种的原有界限，破坏生态系统稳定性。

②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。

③重组DNA与微生物杂交，可能产生有害的病原微生物。

④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。

猜测1 输卵管生物反响器是继哺乳动物乳腺生物反响器后最具开展前景的动物生物反响器。如图是用鸡的输卵管生物反响器生产猪β干扰素的有关过程，据图答复：