专题十：现代生物科技【考情分析】本专题内容包括选修三《现代生物科技专题》全部内容。本部分内容在高考中以非选择题呈现的较多，多为二选一模式。本专题内容在高考中的主要考点有：基因工程的原理及应用；克隆技术、动植物细胞工程的方法、步骤、特点及应用；胚胎工程的原理及应用等。【知识网络】【知识综合】一、基因工程的操作程序（1）目的基因的获取途径有：从基因文库中获取、PCR技术扩增、化学法人工合成。（2）基因表达载体的构建：是基因工程的重要环节，需要用同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接，基因表达载体包括标记基因、启动子、终止子和目的基因。（3）将目的基因导入受体细胞：植物细胞：农杆菌转化法动物细胞：显微注射法微生物细胞：感受态细胞法（4）目的基因的检测和鉴定：1）分子水平上的检测检测是否插入目的基因：利用DNA分子杂交技术检测是否转录出了mRNA：利用分子杂交技术检测是否翻译成蛋白质：抗原－抗体杂交2）个体水平上的检测抗虫、抗病鉴定。提醒：受体细胞是植物细胞可以是卵细胞、受精卵、体细胞，动物细胞一般是受精卵。目的基因导入受体细胞不是基因工程成功的标志，基因工程是否成功是目的基因是否表达成功。二、植物细胞、动物细胞工程1、植物组织培养与动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理细胞的全能性细胞增殖8\n培养基性质固体培养基液体培养基培养基特有成分蔗糖植物激素葡萄糖动物血清培养结果植物体细胞株、细胞系培养目的快速繁殖、培育无病毒植株获得细胞或细胞分泌蛋白2、植物体细胞杂交与动物细胞融合的区别主要用于制备单克隆抗体获得杂种植株用途物理、化学方法（同左）灭活的病毒物理（离心、振荡、电刺激）化学（聚乙二醇）诱导方法使细胞分散后诱导细胞融合去除细胞壁后诱导原生质体融合细胞融合的过程细胞膜的流动性细胞膜的流动性、植物细胞全能性细胞融合的原理动物细胞融合植物体细胞杂交比较项目三、胚胎工程1、精子、卵子发生的比较项目精子发生卵子发生场所睾丸的曲细精管（唯一场所）卵巢（MI）、输卵管（MII）（场所不唯一）时间初情期开始到生殖机能衰退性别分化后开始，卵泡的形成和在卵巢内的储备，是在出生前（胎儿期）完成的，减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过程中（受精过程）完成的过程特点1.MI和MII是连续的，需变形2.细胞质均等分配1、MI和MII是不连续的，不需变形2、细胞质不均等分配结果形成4个精细胞形成1个卵细胞和3个极体（极体将来退化）相同点1.原始生殖细胞的增殖为有丝分裂2.生殖细胞的成熟为减数分裂3.成熟过程均经一次复制和两次分裂，子细胞中染色体数目减半2、胚胎移植的培育流程8\n对供、受体雌性个体进行选择并用激素进行同期发情处理↓用激素对供体雌性做超数排卵处理↓超数排卵的雌性发情后，选择同种优秀雌性进行配种或人工授精↓胚胎收集（冲卵）↓胚胎质量检查，此时胚胎发育到桑椹胚或囊胚阶段↓胚胎移植↓对受体进行是否妊娠的检查↓产下胚胎移植的幼体【典例导航】1．【2012、海南、31】【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分）。已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。回答下列问题：（1）为了获得丙中蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙中蛋白质的序列，据此可利用方法合成目的基因。获得丙中蛋白质的基因还可用、方法。（2）在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用酶和。（3）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗的危害。（4）若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子（填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。【答案】（15分）（1）基因 化学 基因文库 PCR（每空2分，共8分，其他合理答案也给分）（2）限制DNA连接（每空1分，共2分）（3）乙种昆虫（2分）（4）不含（3分）。【解析】（1）在已知蛋白质的氨基酸序列的情况下，可根据氨基酸和碱基的对应关系，推出合成该蛋白质的基因序列，然后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因。此外也可以从基因文库中获取目的基因，也可通过PCR方法获取目的基因。（2）构建重组质粒时，需要用限制酶将运载体切开，并用DNA连接酶将目的基因连接到运载体上，从而构建基因表达载体。（3）愈伤组织中含有丙蛋白，说明丙蛋白的基因得到了表达，在培养成的植株体内也含有丙蛋白，乙昆虫食用丙蛋白后会死亡，则该植株可抵抗乙昆虫的危害。（4）直接用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，仅仅在该叶片内部分细胞中能合成丙蛋白，该植株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒，也就不含有丙中蛋白质的基因2．【2012、江苏、32】（9分）图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓8\nGGG。请回答下列问题:（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由__________连接。（2）若用限制酶Sma玉完全切割图1中DNA片段,产生的末端是__________末端,其产物长度为__________。（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,产物中共有__________种不同长度的DNA片段。（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是__________。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加__________的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是__________。【答案】（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖（2）平537bp、790bp、661bp（3）4（4）BamHI抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向链接【解析】（1）DNA单链中相邻两个碱基之间通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。（2）SmaI识别的序列为GGGCCC，切割后会产生平末端；图1所示的DNA分子中含有两个SmaI的识别位点，第一个识别位点在左端534bp序列向右三个碱基对的位置；第二个识别位点在右端658bp序列向左三个碱基对的位置，从这两个位点切割后产生的DNA片段长度分别为534+3，796-3-3，658+3，即得到的DNA片段长度分别为537bp、790bp和661bp。（3）在杂合子体内含有基因D和基因d，基因D的序列中含有两个识别位点，经过SmaI完全切割会产生537bp、790bp和661bp三种不同长度的片段，基因d的序列中含有一个识别位点，经过切割后会产生1327bp和661bp两种长度的片段，综上，杂合子中分离到该基因的DNA片段经过切割后会产生4种不同长度的片段。（4）能够获取目的基因并切开质粒的限制酶有识别序列为GGATCC的BamHI和识别序列为GATC的MboI，若使用MboI会同时破坏质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，所以要用BamHI来切割目的基因和质粒，切割后保留了完整的抗生素B抗性基因，便于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。因为目的基因和运载体是用同种限制酶切割的，目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补，可能出现目的基因反向连接在运载体上的情况，导致基因D不能正确表达。3．【2012、福建卷、32、10分】肺细胞中的let-7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let-7基因导入肺癌细胞实验表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图１。8\n请回答：（１）进行过程①时，需用 酶切开载体以插入let-7基因。载体应用RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let-7基因转录，该部位称为 。（２）进行过程②时，需用 酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。（３）研究发现，let-7基因能影响RAS的表达，其影响机理如图２。据图分析，可从细胞提取 进行分子杂交，以直接检测let-7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中 （RASmRNA/RAS蛋白）含量减少引起的。【答案】（1）限制性核酸内切酶（或限制）启动子（2）胰蛋白（3）RNARAS蛋白【解析】（1）过程①表示基因表达载体的构建，在该过程中需要用限制酶对载体进行切割以便于目的基因的插入（限制性核酸内切酶，简称限制酶，写其他的不得分）；启动子是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶结合和识别的位点，RNA聚合酶结合到该位点，可驱动转录过程。（2）过程②表示动物细胞培养，培养过程中出现接触抑制后可以用胰蛋白酶处理，使之分散成单个的细胞，之后分装到其他培养瓶里面进行传代培养。（3）判断目的基因是否在受体细胞中转录，可用分子杂交技术来进行，从细胞中提取mRNA和用放射性同位素或者荧光标记的目的基因单链DNA片段进行杂交。根据题中信息“肺组织细胞中的let-7基因表达减弱，癌基因RAS表达就增强，引发肺癌”导入let7基因后，肺癌细胞受到抑制，说明RAS基因表达减弱，导致细胞中的RAS蛋白质含量减少进而导致癌细胞受抑制。【专题训练】1．【2012、广东卷、2】培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是]A.组织培养B.细胞杂交C.显微注射D.核移植2．【2012、浙江、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的增加而不断增大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3、应用生物工程技术获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：（1）在培育转人生长激素基因牛过程中，①过程需要的工具酶是__________________，②8\n过程常用的方法是_________。（2）转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有_________________。③过程培养到桑椹胚或囊胚阶段，可以采用________和＿＿＿＿＿＿_____技术，培育出多头相同的转基因犊牛。（3）prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，Ⅱ最可能是___________细胞，Ⅲ代表的细胞具有____________________的特点。目的基因人的生长激素基因受精卵转人生长激素基因牛无限增殖调控基因（prG）导入检测筛选体外培养单克隆抗体棉花受体细胞抗虫棉抗虫基因重组Ti质粒①②③④⑤ⅡⅢ（4）在抗虫棉培育过程中，④过程中的受体细胞如果采用愈伤组织细胞，与采用叶肉细胞相比较，其优点是______________，⑤过程采用的技术是__________________。4、下图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程．请回答下列问题：（1）A细胞是，在进行体外受精前要对精子进行处理。（2）进行胚胎分割时，应选择发育到时期的胚进行操作。（3）通过胚胎分割产生的两个或多个个体共有的根本特点是。（4）在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意。5、继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。（2分）（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入 中，原因是 。（3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（2分）（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠细胞的 转入 细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。6、【2012、新课标、40、15分】根据基因工程的有关知识，回答下列问题：8\n（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EcoRⅠ切割后产生的片段如下：为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ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。（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。7、1997年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。如右图，请据图回答问题。(1)此图表示的是采取______________方法获取__________________________基因的过程。(2)图中①DNA是以____________为模板，_____________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的____________________________。(3)图中②代表的是_________________酶，在它的作用下将质粒切出_______________末端。(4)图中③代表重组DNA，含_______________基因。(5)图中④表示的过程是______________________________________。8、某女性患有输卵管阻塞和色盲，借用别的女性的卵子，一次生殖过程中生出的两个男孩，如图3-7所示．请分析回答:(1)过程Y的细胞分裂方式是____________。(2)若这两个男孩分别在两个自然环境不同的地区长大，写出两者的一个相同性状___________；写出两者的一个不同性状____________。(3)若个体甲的基因型是AA，而个体乙的基因型是Aa，那么产生这一现象的最可能原因是_________________________________________。(4)过程X和过程Y所采用的生物学技术是____________、____________；____________(生物技术)是甲、乙产生的最后一道工序。答案：1—2：AA8\n3、（1）限制酶、DNA连接酶显微注射法（2）（乳腺蛋白基因的）启动子胚胎分割和胚胎移植（3）浆（或效应B）既能无限增殖又能产生特定抗体（4）全能性高植物组织培养4、（1）（次级）卵母细胞获能（2）桑椹胚或囊胚（3）具有相同的遗传物质（4）胚胎分割要将内细胞团均等分割，以免影响胚胎的恢复和进一步发育5、（1）显微注射（2分）（2）受精卵（早期胚胎）；受精卵（或早期胚胎）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达（3）DNA分子杂交（2分）（4）膀胱上皮（5）细胞核；去核的卵；核移植（或克隆）6、【答案】（１）平末端和粘性末端（２）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ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λ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7、（1）人工合成基因；胰岛素（目的）（2）胰岛素mRNA；逆转录；胰岛素（目的）基因（3）限制性核酸内切酶；黏性（4）胰岛素基因（目的基因）（5）重组DNA（目的基因）导入受体细胞8、(1)有丝分裂(2)单、双眼皮(或头发的曲直、眼睛虹膜颜色等)不同的肤色、身高、胖瘦等(3)基因突变：受精卵第一次分裂产生的乙胚胎的细胞发生了基因突变(4)体外受精胚胎分割胚胎移植8
