高考生物二轮复习专题讲义：专题十五 现代生物科技专题

高考生物二轮复习专题讲义

专题十五 现代生物科技专题

[最新考纲]

1.基因工程的诞生(Ⅰ)

2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)

3.基因工程的应用(Ⅱ)

4.蛋白质工程(Ⅰ)

5.植物的组织培养(Ⅱ)

6.动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)

7.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)

8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)

9.胚胎干细胞的移植(Ⅰ)

10.胚胎工程的应用(Ⅱ)

11.转基因生物的安全性(Ⅰ)

12.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)

13.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)

14.简述生态工程的原理(Ⅱ)

15.生态工程的实例(Ⅰ)

16.DNA的粗提取与鉴定

答案:①DNA连接酶

②基因表达载体的构建

③将目的基因导入受体细胞

④药物

⑤基因

⑥自然界中没有 ⑦全能性 ⑧体细胞杂交 ⑨细胞增殖 ⑩动物细胞核 化学法 抗原

核心考点一 基因工程

1.(2018·全国Ⅰ卷,38)回答下列问题:

(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Coben)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了

(答出两点即可)。

(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞,在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是

。

(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加

的抑制剂。

解析:(1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中,该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外,还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核生物基因可在原核细胞中表达等。

(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2+参与的转化方法;体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得;因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,所以宿主细胞选用细菌。

(3)为防止蛋白质被降解,在实验中应选用酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞;在蛋白质纯化过程中,为防止目的蛋白质被降解,需要添加蛋白酶的抑制剂。

答案:(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达

(2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌

(3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶

2.(2016·全国Ⅲ卷,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。

根据基因工程的有关知识,回答下列问题:

(1)经BamHⅠ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(b)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(c)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

。

(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

。

解析:(1)由题图(a)三种限制酶的识别序列可知,BamHⅠ 酶与Sau3AⅠ酶切割目的基因与表达载体后产生的片段具有相同的黏性末端。(2)构建基因表达载体时,目的基因应插入在启动子和终止子之间,甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,两者的目的基因均不能被转录。(3)常见的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4DNA连接酶,其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。

答案:(1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,两者的目的基因均不能被转录 (3)E.coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶

命题感悟:从近五年高考统计看,基因工程考查频率明显多于其他工程,多结合情景考查基因工程特点、工具、操作程序,尤其是基因表达载体构建及目的基因检测与鉴定。

1.熟记基因工程操作程序中的“三、三、三、二、一”

(1)常考必记的三种工具:限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体。

(2)目的基因“三种获取方法”

①从基因文库中获取(基因组文库、cDNA文库)。

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。用PCR仪控制温度:变性(90~95 ℃)→复性(55~60 ℃)→延伸(70~75 ℃)。 ③通过DNA合成仪用化学方法人工合成(用于核苷酸序列已知,且核苷酸数目较少的基因)、利用mRNA反转录法合成。

(3)将目的基因导入受体细胞的“三种类型”

①导入植物细胞——农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法)。

②导入动物细胞——显微注射法(导入受精卵)。

③导入微生物细胞——转化法。

(4)目的基因检测与鉴定的“两个水平”

(5)基因工程操作的“一个核心”——基因表达载体的构建。

2.掌握PCR技术的原理和过程

(1)原理:DNA复制,即:

(2)PCR反应过程

过程 说明 图解

变性 当温度上升到90 ℃以上时,双链DNA解聚为单链

复性 温度下降到50 ℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合

延伸 72 ℃左右时,Taq酶有最大活性,可使DNA新链由5'端向3'端延伸

(3)结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式增加。

3.理解第二代基因工程——蛋白质工程的概念和流程

(1)概念

(2)基本流程

预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质的结构→

推测应有的氨基酸序列→找到相对应的

脱氧核苷酸序列

基因工程与蛋白质工程的比较

比较项目 基因工程 蛋白质工程

原理 基因重组 中心法则的逆转

区

别 过程 获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质

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要的蛋白质

结果 生产自然界中已存在的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质

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,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来实现

考向一 围绕基因工程操作的基本工具及PCR技术考查理解能力

1.(2018·山东济宁模拟)如图为转基因抗病毒马铃薯培育过程图,请回答:

(1)使用PCR技术扩增目标片段时温度呈现周期性变化,其中加热到90~95 ℃的目的是

,然后冷却到55~60 ℃使引物与互补DNA链结合,继续加热到70~75 ℃,开始子链的合成。由于子链的延伸方向为 5'→3',因此应选择图中的引物 (填字母)与模板DNA结合,并加入 酶参与催化。

(2)构建重组质粒时,常用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒,获得不同的黏性末端,其主要目的是 。重组质粒上的 使转录在所需要的地方停下来。

(3)重组细胞经过激素的诱导,可以形成具有 细胞,进而形成愈伤组织。愈伤组织经过 形成抗病毒植株。

(4)目标片段导入植物细胞后是否赋予了植物抗病毒特性,需要做 实验,以确定其是否具有抗病毒特性及抗性程度。

解析:(1)PCR反应中温度呈现周期性变化,其中加热到90~95 ℃的目的是双链DNA解聚为单链,然后冷却到55~60 ℃使引物与互补DNA链结合,继续加热到70~75 ℃,目的是在DNA聚合酶作用下进行延伸。PCR技术利用的基本原理是DNA(双链)复制,DNA分子复制时,子链的延伸方向由5'到3'方向,应选择图中的B、E引物对才能扩增目标片段,并加入热稳定DNA聚合(或Taq)酶参与催化。

(2)在构建基因表达载体时,常用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒,可获得不同的黏性末端,以防止目的基因和质粒自身环化和反向连接。终止子终止基因的转录。

(3)重组细胞经过激素的诱导,可以形成具有分生能力的薄壁细胞,进而形成愈伤组织,经过再分化形成抗病毒植株。

(4)在确定目标片段导入植物细胞后,是否赋予了植物抗病毒特性,需要在个体水平上做抗病毒的接种实验。

答案:(1)使DNA解链(或变性) B和E 热稳定DNA聚合(或Taq) (2)防止目的基因和质粒自身环化

终止子 (3)分生能力的薄壁 再分化 (4)抗病毒接种(或病毒感染)

2.(2018·广东惠州三调)抗菌肽是一类由昆虫产生的多肽,同时具备抗霉菌、广谱杀菌、抑制病毒、抑杀肿瘤细胞等多重功能。目前已获得具有转抗菌肽基因的转基因动、植物,均具有较高抗病性。

(1)构建基因表达载体的过程中使用的两种工具酶是 。质粒作为常用的运载体,应具备的基本条件有

(写出两点即可)。

若重组质粒如图所示,抗菌肽能否正常表达? ,原因是

。

(2)选用抗菌肽PR39基因培育转基因小鼠时,应将重组质粒导入

细胞;通过

,

可直接证明转基因小鼠对细菌的抵抗力。