高考生物二轮复习专题十一现代生物科技专题课件

这是一份高考生物二轮复习专题十一现代生物科技专题课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，考点一基因工程，考点二细胞工程，专项模块素能培优，磷酸二酯，T4DNA连接酶，黏性末端和平末端，限制酶切割，标记基因，DNA解链等内容，欢迎下载使用。

考点三　胚胎工程、生物技术的安全性 和伦理问题及生态工程
【网络构建 知识串联】
①DNA连接酶　②基因表达载体的构建　③基因　
④植物细胞的全能性、细胞膜的流动性　
⑧产生专一抗体的杂交瘤细胞　
⑤细胞增殖　⑥动物细胞核的全能性⑦给小鼠注射抗原　　
⑨输卵管和子宫　⑩桑椹胚、囊胚　⑪培养法和化学诱导法　⑫早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移　⑬桑椹胚或囊胚　⑭早期胚胎或原始性腺　⑮具有发育的全能性　
【教材深挖 表达训练】
1.[教材选修3 P4“寻根问底”改编]限制酶为何不切割原核生物自身DNA?2.[教材选修3 P10“生物技术资料卡”]cDNA文库的基因中为什么不含有启动子和内含子?
提示 原核生物自身DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
提示 cDNA文库是以某一发育时期细胞中的mRNA为模板反转录形成的,mRNA中不含有与启动子和内含子对应的序列。
3.[教材选修3 P26“旁栏思考”]对天然蛋白质的改造中,为什么不能直接对蛋白质进行操作?4.[教材选修3 P36“小知识”]说出植物组织培养的培养基的组成。
提示 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,如果对蛋白质直接改造,即便成功,改造的蛋白质也无法遗传。
提示 植物培养基一般由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。
5.[教材选修3 P44“旁栏思考”]动物细胞培养时用胃蛋白酶分散细胞行吗?为什么?6.[教材选修3 P63“讨论”2]排卵是指卵子从卵泡中排出,还是指卵泡从卵巢中排出?
提示 不行。胃蛋白酶适于在较强的酸性条件下发挥作用,而较强的酸性条件会对贴壁细胞造成伤害。
提示 指卵子从卵泡中排出。
7.[教材选修3 P71“正文内容”]精子获能就是获得能量吗?8.[教材选修3 P79“旁栏思考”]对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为什么要将内细胞团均等分割?
提示 不是获得能量,是指精子获得受精“能力”。
提示 内细胞团一般到囊胚阶段才出现,它是发育为胚胎本身的基础细胞,其他细胞为滋养层细胞,只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。
9.[教材选修3 P108“资料分析”讨论3]如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话?
提示 对环境造成危害的污染物,采用一定的措施和技术,就能进行回收和循环利用,这样不但能够减少环境污染,而且提高了资源的利用效率,减少了资源的浪费。例如,对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说,污染物是放错了地方没有被利用的资源。
10.[教材选修3 P110“资料分析”讨论1]为什么樟子松林的松毛虫会肆虐,几十亿株杨树会毁于一旦?而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中,保持着很高的生物多样性?
提示 纯樟子松林、杨树林的生物多样性低,食物链短而简单,缺少松毛虫、天牛的天敌,而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源,因而会导致树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高,食物链复杂,不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位,因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如,氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地被循环利用而很少流出系统。
1.基因工程的3种基本工具
E·cli DNA连接酶
2.基因工程的操作流程(1)目的基因的获取
(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
4.DNA的粗提取与鉴定
题组一　精典对练——拿高分▶角度1　基因工程的基本工具、操作程序及应用1.(2021全国卷乙,38)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。
回答下列问题。(1)常用的DNA连接酶有E·cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中　　　　　　　酶切割后的 DNA片段可以用E·cli DNA连接酶连接。上图中　　　　　　酶切割后的 DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是　　　　　　　　　　。 (3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能　　　　　　　;质粒DNA分子上有　　　　　　　　　　　　　　　,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是　  　。 (4)表达载体含有启动子,启动子是指   　。 
答案 (1)EcRⅠ、PstⅠ　EcRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　一个至多个限制酶切割位点　用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,能存活的细胞含有质粒载体　(4)一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位
解析 (1)E·cli DNA连接酶只能连接黏性末端,故EcRⅠ、PstⅠ酶切割后的DNA片段可以用E·cli DNA连接酶连接;T4 DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端,故EcRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcRⅤ酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶可催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成磷酸二酯键。(3)复制原点可以确保质粒在受体细胞中能自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点,酶切后可以产生不同的末端,便于外源DNA插入。标记基因有助于筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,不含质粒载体的细胞被抗生素杀死,能存活的细胞含有质粒载体。(4)启动子是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位。
2.(2021湖南长沙二模)有研究表明CDKN2B基因与小鼠的寿命有关,科学家将该基因导入小鼠体内,统计其寿命是否高于正常小鼠。图1表示CDKN2B基因与相关限制酶酶切位点,该基因转录出的mRNA碱基序列与A链的碱基序列相同(T、U视为相同的碱基),图2为质粒简图,请回答下列有关问题。
(1)科学家首先采用PCR技术对目的基因进行扩增。PCR过程中每一次循环有两次升温一次降温,其中降温的目的是　　 　　。 (2)科学家在构建基因表达载体过程时,目的基因应插在　　　　　　和　　　　　　之间才能正常表达。单独使用限制酶Hind Ⅲ分别切割目的基因和载体后产生黏性末端。携带CDKN2B基因的重组质粒成功导入细胞后,发现约一半的细胞中没有检测到CDKN2B蛋白,原因是　　　　　　　　　　　　　　。为了避免这种现象的发生,应对以上方法进行改进,改进措施为　　　　　　　　　。 (3)若想让一个转入了目的基因的受精卵发育成多个个体,可以采用　　　　　　　　　技术,操作时应注意做到　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)让两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合　(2)启动子　终止子部分基因反向连接　同时用PstⅠ、EcRⅠ分别对目的基因和载体进行酶切　(3)胚胎分割　将囊胚的内细胞团均等分割
解析 (1)PCR过程中每次循环有两次升温(变性和延伸)和一次降温(复性),其中降温(复性)的目的是让两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。(2)基因表达载体包括标记基因、目的基因、启动子和终止子等,科学家在构建基因表达载体过程时,目的基因应插在启动子和终止子之间才能正常表达。单独使用限制酶Hind Ⅲ切割目的基因和载体后,由于部分基因反向连接,导致携带CDKN2B基因的重组质粒成功导入细胞后,约一半的细胞中没有检测到CDKN2B蛋白。为了避免这种现象的发生,可以同时用PstⅠ、EcRⅠ分别对目的基因和载体进行酶切。(3)来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此要让一个受精卵发育成多个个体,可采用胚胎分割技术,然后经移植获得多胎。分割时应注意将囊胚的内细胞团均等分割。
题后点拨基因工程中常考的三个易错点
▶角度2　蛋白质工程及其应用3.干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,但体外保存相当困难,如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸,就可以在-70 ℃条件下保存半年,给广大患者带来了福音。蛋白质的合成是受基因控制的,因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是新型干扰素生产的关键,依据以上技术原理,回答下列问题。
(1)图中所示流程属于　　　　　　工程的范畴。A是　　　　　　　　　　　　　,B是　　　　　　　　　。 
(2)基因工程在原则上只能生产　　　　　　　　　　　　的蛋白质,而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过　　　　　　　　或　　　　　　　　,对现有蛋白质进行改造,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得　　　　基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物活性进行鉴定。从而制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。 (3)蛋白质工程实施的难度很大,原因是蛋白质具有十分复杂的　　　　结构。 (4)对天然蛋白质进行改造,应该直接通过对　　　　(填“蛋白质分子”或“基因”)的操作来实现。 
答案 (1)蛋白质　预期的蛋白质功能　应有的氨基酸序列　(2)自然界已存在　基因修饰　基因合成　功能　(3)空间(或高级)　(4)基因解析 (1)题图所示流程属于蛋白质工程的范畴。流程中的A是预期的蛋白质功能,B是应有的氨基酸序列。(2)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得功能基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物活性进行鉴定。从而制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大,原因是蛋白质具有十分复杂的空间(或高级)结构。(4)对天然蛋白质进行改造,应该直接通过对基因的操作来实现。
题后点拨界定基因工程与蛋白质工程
注: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。
▶角度3　PCR技术4.(2020湖南衡阳期中)微卫星DNA是广泛分布于真核生物基因组中的简单重复序列。由于重复单位和重复次数在个体间表现出一定的遗传性和差异性,因此微卫星DNA可以作为分子标记,并有着广泛应用。请回答下列问题。(1)可以用标记的　　　　　　　　　　　　为探针,与基因组文库进行杂交筛选,然后再经多个步骤获取微卫星DNA。 
(2)扩增微卫星DNA序列A710的PCR反应体系中含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物及耐热的DNA聚合酶。其中dNTP的作用是　　　　　　　　;PCR技术扩增目的基因的前提是　　　　　　　　　　　,以便根据这一序列合成引物,所以引物应选用下图中的　　　　　　　　　(填图中标号)。PCR的基本反应步骤为　　　　　　　　,其产物以　　　　　　　　形式扩增。 
(3)根据微卫星DNA的特点判断,应用这种标记可进行的研究有　　　　　　　　(填字母)。 ①人类亲子鉴定　②调查某地大熊猫种群数量　③诱导基因突变　④冠状病毒遗传物质测序A.①②B.②③C.③④D.①④
答案 (1)微卫星DNA(或重复序列)　(2)合成DNA的原料、提供能量　有一段已知目的基因的核苷酸序列　Ⅰ和Ⅳ　DNA解链→引物结合到互补链→互补链的合成(或变性、复性/退火、延伸)　约为2n(或指数)　(3)A解析 (1)由于微卫星DNA是真核生物基因组中的简单重复序列,而且在个体间表现出一定的遗传性和差异性,因此可以用标记的微卫星DNA(重复序列)为探针,与基因组文库进行杂交筛选,然后再经多个步骤获取微卫星DNA。(2)PCR反应体系中含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物及耐热的DNA聚合酶,其中缓冲液模拟的是细胞中DNA复制的环境,dNTP是合成DNA的原料,并能提供能量,引物为子链的合成提供起始点,DNA聚合酶催化DNA的复制过程;
PCR技术扩增目的基因的首要条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物;引物能够与模板DNA链进行碱基互补配对,而后在DNA聚合酶的作用下,单个的脱氧核苷酸连接到引物的3'端,所以引物应选用图中的Ⅰ和Ⅳ。PCR的步骤包括DNA解链(高温变性)→引物结合到互补链(低温复性)→互补链的合成(中温延伸),其产物大约以2n(指数)形式扩增。(3)由于微卫星DNA在个体间表现出一定的遗传性和差异性,因此可以用于人类亲子鉴定;可利用微卫星DNA的特性进行某地大熊猫种群数量的调查;诱导基因突变的因素有物理因素、化学因素和生物因素,与微卫星DNA的特性无关;冠状病毒遗传物质是RNA,其测序过程与微卫星DNA无关。
提示 羊的成熟红细胞没有细胞核,因此不可作为提取DNA的材料。
(2)[2021广东卷,T22]非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线如下图所示,可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高生产率。
回答下列问题。①研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有　　　　　　　　　　(答出两种即可)。 ②高质量的 DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白质,方法有　　　　　　　　　　　　　。(答出两种即可) ③研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备　　　　　　细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有　　　　　　　　　　　　　。 
④依据题图所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是　　　　　　　　　　　　　　。在分子水平上,可以通过改变　　　　　　　,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。 (3)[2018全国卷Ⅰ,T38(1)]博耶(H.Byer)和科恩(S.Chen)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)。(4)[2017全国卷Ⅰ,T38(5)]艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是　　　　　　　　　。 
(5)[2018全国卷Ⅲ,T38(1)]“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指  　　　　　　　　　　　。 (6)[2017全国卷Ⅱ,T38(2)]以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是 　。 (7)[2017全国卷Ⅱ,T38(3)]若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。 
答案(2)①从基因文库中获取、人工合成　②用蛋白酶水解蛋白质、用一定浓度的NaCl溶解DNA、用冷酒精溶解蛋白质　③感受态抗原—抗体杂交　④反应产生的肌醇量少基因的结构(3)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(4)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体(5)将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已去掉细胞核的卵母细胞(6)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(7)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需的启动子
2.易错辨析(1)某科研小组利用质粒(图甲)和目的基因(图乙)构建重组DNA,判断下列叙述的正误。
①用限制酶Hind Ⅲ和Pst Ⅰ切割质粒,可得到2个DNA片段。(　　)②不能用限制酶Alu Ⅰ切割质粒和外源DNA的原因是限制酶Alu Ⅰ会破坏目的基因。(　　)③构建重组DNA时,需选择限制酶Sma Ⅰ和限制酶Pst Ⅰ同时切割质粒和外源DNA。(　　)④导入重组DNA的细菌能在含四环素的培养基上生长而不能在含氯霉素的培养基上生长。(　　)
提示 选择限制酶Sma Ⅰ和限制酶Pst Ⅰ同时切割质粒和外源DNA,质粒中的两个标记基因均会被破坏。
(2)有关基因工程的正误判断。①在基因工程中为了获得重组质粒,必须用相同的限制酶,黏性末端可不相同。(　　)②若要生产转基因抗病水稻,可将目的基因先导入大肠杆菌中,再转入水稻细胞。(　　)
提示 为了获得重组质粒,一般使用同一种限制酶切割目的基因和运载体,从而露出相同的黏性末端。
提示 基因枪法是将目的基因导入单子叶植物的常用方法,水稻是单子叶植物,因此,利用基因枪法可将目的基因直接导入水稻细胞。而且大肠杆菌是不能侵染水稻细胞的,因此不能将目的基因带入水稻细胞。
提示 由于基因的选择性表达,小鼠不同器官和组织中的mRNA不同,因此用小鼠不同器官和组织构建的cDNA文库不同。
易错点拨构建基因表达载体三个易错点
1.植物组织培养的过程(1)原理:植物细胞的　　　　　　。 (2)过程
(3)植物组织培养四个提醒
2.植物体细胞杂交技术(1)原理:植物细胞的　　　　　　,细胞膜的流动性。 (2)过程
3.动物细胞培养(1)原理:细胞增殖。(2)过程:
4.动物体细胞核移植技术(1)原理:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)过程
5.单克隆抗体的制备(1)原理:细胞膜的流动性、细胞的增殖。(2)过程
题组一　精典对练——拿高分▶角度1　植物细胞工程及其应用
1.(2021湖南长沙模拟)现代科技的发展加快了作物育种的进程,利用高新技术可以培育出以前不可能培育出来的杂交作物新品种。下图是植物体细胞杂交过程示意图,请据图回答下列问题。
(1)植物体细胞杂交技术依据的原理是　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　。 (2)植物体细胞杂交的第①步是去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体。目前此步骤最常用的方法是酶解法,也就是在温和的条件下用　　　　　　　　　　　　(填两种酶)分解植物细胞的细胞壁。 (3)②过程的发生,必须进行人工诱导。人工诱导原生质体融合的化学方法一般是用　　　　　　　　　作为诱导剂诱导细胞融合。 (4)④⑤过程为　　　　　　和　　　　　　的过程。可通过控制培养基中　　　　　　　(填两种激素名称)的含量与比例影响⑤过程的结果。 (5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值,其突出的优点是　 。 
答案 (1)细胞膜的流动性　植物细胞的全能性　(2)纤维素酶、果胶酶　(3)聚乙二醇　(4)脱分化　再分化　生长素、细胞分裂素　(5)可克服远缘杂交不亲和的障碍
解析 (1)原生质体A和原生质体B融合依赖于细胞膜的流动性,杂种细胞可发育为杂种植株利用了植物细胞的全能性。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,植物体细胞杂交的第①步是去掉细胞壁,根据酶的特性,可在温和的条件下用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁。(3)人工诱导原生质体融合的化学方法一般是用聚乙二醇作为诱导剂诱导细胞融合。(4)④⑤过程为脱分化和再分化的过程。可通过控制培养基中生长素、细胞分裂素的含量与比例影响⑤过程的结果,细胞分裂素含量较多时利于生芽,生长素较多时利于生根,二者比例适中适于愈伤组织的形成。(5)不同物种之间存在生殖隔离,不能通过有性杂交获得可育后代,植物体细胞杂交可克服远缘杂交不亲和的障碍,培育种间甚至属间杂种。
▶角度2　动物细胞工程及其应用2.(2021湖南怀化一模)针对肿瘤细胞相关的异常分子和基因,可设计和研制特异性的靶点药物,靶向杀伤肿瘤细胞。
(1)图1所示转铁蛋白受体(TfR)与转铁蛋白(Tf)结合,通过胞吞方式,将铁元素运输至胞内。肿瘤细胞由于增长快速,需要更多的铁元素,因此肿瘤细胞表面TfR表达量　　　　(填“上升”或“下降”)。利用单克隆抗体技术,可研制相应的抗TfR抗体,它们与TfR特异性结合,　  进而影响肿瘤细胞增长。
(2)若想获得抗TfR的单克隆抗体,可将　　　　　　　　　　　的小鼠的B细胞与　　　　　　　　　　　融合,继而筛选出　　　　　　　　　　　　　　　　　　的杂交瘤细胞,大量培养获得相应抗体,由于该抗体来源于小鼠,称为鼠源单克隆抗体。 (3)将该鼠源单克隆抗体与人癌细胞混合后培养,发现单独使用抗体对人癌细胞的增殖无显著影响,可能的原因是抗体与细胞表面TfR结合后　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,为探究该假说成立与否,采用荧光标记定位的方法,结果发现抗体出现在细胞膜上和细胞内,则此实验结果支持该假说。 
(4)由于在本实验中单独使用抗体效果不佳,考虑利用抗体介导杀伤细胞对靶细胞的裂解作用来抑制癌细胞,该过程如图2所示。若无论何种抗体,杀伤细胞都可与之结合,最终使靶细胞裂解死亡,则说明抗体Fc段在不同种类的抗体中　　　　　(填“相同”或“不同”)。 
(5)人的杀伤细胞无法识别鼠源单克隆抗体的Fc段,科学家为此构建了人—鼠嵌合抗体。该过程基本流程排序为　　　　　　　　　　。 A.逆转录获得Fab基因编码区B.从分泌鼠源单克隆抗体的杂交瘤细胞中提取总RNAC.将其导入细胞中进行表达D.对基因的表达产物进行鉴定E.将Fab段的基因编码区与人的Fc段基因进行拼接,构建含人—鼠嵌合抗体基因的质粒
答案 (1)上升　阻止了Tf与TfR结合,抑制铁元素的摄取　(2)免疫接种过TfR　骨髓瘤细胞　既能无限增殖又能分泌抗体　(3)同样会被内吞进细胞,TfR最终会返回细胞膜表面,以至于抗体无法达到抑制细胞铁摄取的目的,所以无法影响细胞增长　(4)相同　(5)BAECD
解析 (1)肿瘤细胞表面TfR表达量上升,能够与Tf结合,运输更多的铁元素,适应肿瘤细胞的快速增长。抗TfR抗体与TfR特异性结合,阻止了其与Tf的结合,铁元素运输受阻,肿瘤的生长受到抑制。(2)若要获得抗TfR的单克隆抗体,可将免疫接种过TfR的小鼠的B细胞与骨髓瘤细胞融合,继而筛选出既能无限增殖又能分泌抗TfR抗体的杂交瘤细胞,大量培养获得该抗体。(3)抗体与细胞表面TfR结合后,同样会被内吞进细胞,TfR最终会返回细胞膜表面,以至于抗体无法起到抑制细胞铁摄取的目的,所以无法影响细胞增长。(4)由图2可知,杀伤细胞与抗体的Fc段结合,若无论何种抗体,杀伤细胞都可与之结合,说明抗体Fc段在不同种类的抗体中相同。(5)由基因工程的基本操作流程可知,构建人—鼠嵌合抗体的基本流程排序为BAECD。
3.(2021湖南卷,22)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验,将外源DNA片段F插入M基因的特定位置,再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A,流程如右图所示。回答下列问题。
(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中,切割质粒DNA的工具酶是　　　　　　　,这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的　　　　　断开。 
(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,需要定期更换培养液,目的是　　　　　　。 (3)与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率更低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞,在形态上表现为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可),功能上具有　　　　　　　　　　　　　。 (4)鉴定转基因动物:以免疫小鼠的　　　淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合,筛选融合杂种细胞,制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路:　　　　　　　　　　　　　。
答案 (1)限制性核酸内切酶(限制酶)　磷酸二酯键　(2)清除代谢产物,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害　(3)动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细胞分化程度高,恢复其全能性十分困难　细胞体积小、细胞核大、核仁明显(任选两点作答)　发育的全能性　(4)B　取动物A和克隆动物A的肝组织细胞,分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交
解析 (1)在构建含有片段F的重组质粒过程中,切割质粒DNA的工具酶是限制性核酸内切酶(限制酶)。限制性核酸内切酶作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,需要定期更换培养液,目的是清除代谢产物,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)由于动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细胞分化程度高,恢复其全能性十分困难,故与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率更低。胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小,细胞核大,核仁明显;在功能上具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应,之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞;诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合,利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞,制备M蛋白的单克隆抗体。若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活,可利用抗原—抗体杂交技术进行检测,如果M基因已经失活,则克隆动物A中无法产生M蛋白,反之,则未失活。故实验思路为:取动物A和克隆动物A的肝组织细胞,分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。
题组二　易错防范——不失分1.真题速览(1)[2021浙江1月选考,T18]下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。判断下列叙述的正误。
①步骤a的操作不需要在无菌环境中进行。(　　)②步骤b中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离。(　　)③步骤c到d的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理。(　　)④步骤d培养过程中不会发生细胞转化。(　　)
提示 动物细胞培养过程需要无菌操作,故步骤a的操作需要在无菌环境中进行。
提示 动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织,使之分散成单个细胞,制成细胞悬液。
提示 步骤d为传代培养过程,该过程中部分细胞可能发生细胞转化,核型改变。
(2)[2020全国卷Ⅰ,T38]为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题。①上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是　 。 ②写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:　　　　　　　　　　　。 ③为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于　　　　　　　　,使用该培养基进行细胞培养的结果是　　　　　　　　　　　　　　　。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ④若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。 
答案 ①诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞　②取小鼠甲脾脏剪碎,用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液　③选择培养基　只有杂交瘤细胞能够生存　抗原与抗体的反应具有特异性　④将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养
2.易错辨析(1)有关植物组织培养及应用的正误判断。①可用植物的叶肉细胞作外植体,通过组织培养大量繁殖无病毒的植株。(　　)②胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成愈伤组织的过程中需要适宜的温度和光照。(　　)
提示 植物分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此用植物的分生区(如茎尖)作外植体,通过组织培养大量繁殖无病毒的植株。
提示 胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成愈伤组织的过程中需要适宜的温度,并避光处理。
③用人工薄膜将胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等分别包装可制成人工种子。(　　)
(2)下图为植物体细胞杂交过程示意图。判断下列相关叙述的正误。
①细胞A和细胞B必须来源于同种植物。(　　)
提示 植物体细胞杂交技术可以克服远缘杂交不亲和的障碍,因此细胞A和细胞B可以来源于同种植物,也可以来源于不同种的植物。
②1过程的方法有物理法、化学法、生物法三大类。(　　)③3和4过程分别称为脱分化和再分化。(　　)④该技术培育出的新品种均为四倍体。(　　)
提示 1过程为诱导原生质体融合的过程,该过程中促进细胞融合的方法有物理法、化学法两大类。
提示 该技术培育出的新品种不一定是四倍体,这取决于植物A和植物B细胞中的染色体组数。
(3)下图为单克隆抗体制备过程示意图。判断下列有关叙述的正误。
①X细胞是从脾脏中提取的已免疫的B淋巴细胞。(　　)②Y细胞是杂交瘤细胞,通常取用培养10代以内的细胞。(　　)
提示 Y细胞是骨髓瘤细胞。
③图中筛选过程至少两次且方法不同,最终保留抗体检测呈阳性的细胞。(　　)④图中能产生单克隆抗体的细胞在培养过程中不会出现接触抑制的现象。(　　)
易错点拨(1)界定原代培养与传代培养
(2)动物的细胞培养时,需向培养箱中加入5%CO2(+95%空气),加入CO2的目的是“维持培养液的pH”。(3)取供体动物的体细胞培养,一般选用传至10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型,保证了供体细胞正常的遗传基础。然而欲获得“无限增殖”的“瘤细胞”则往往在“50代以后”,其遗传物质已发生变化,具“癌变”特性。
1.胚胎移植的操作流程及生理基础(1)操作流程
特别提醒①精子获能的方法有培养法和化学诱导法。②卵母细胞须培养到MⅡ中期才能参与受精。③细胞分化开始于囊胚,桑椹胚的形成没有经过细胞分化。④囊胚的内细胞团具有全能性,将来发育成胎儿的各种组织。⑤胚胎移植不在原肠胚阶段移植,因为此时分化程度高,移植成功率很低。
3.胚胎干细胞(ES或EK细胞)
4.转基因产品的优缺点
5.治疗性克隆与生殖性克隆的关系
6.区分试管婴儿和设计试管婴儿(1)设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程　　　　(填①~④)。 (2)试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿则主要用于白血病、贫血症等的治疗。
7.生态工程及相关原理归纳(1)生态工程的任务与目的
(2)生态工程基本原理的判断方法
题组一　精典对练——拿高分▶角度1　胚胎工程及其应用1.(2021宁夏六盘山二模)请回答下列有关胚胎工程的问题。(1)胚胎工程是对动物　　　　　　　　或　　　　所进行的多种显微操作和处理技术。胚胎工程任何一项技术获得的胚胎,都必须通过　　　　　　　　移植给受体才能获得后代。 (2)哺乳动物的体外受精主要包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　、受精等几个主要步骤。若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能,可给供体注射　　　　　　　　　　,使其排出更多的卵子。 
(3)卵子需要发育到　　　　　　　　　　　　　(时期),才具备受精能力。此时的卵子　　　　(填“能”或“不能”)与直接取自附睾尾部的精子受精,原因是　　　　　　　　　　。 (4)精子与卵子在体外受精后,应将受精卵移入　　　　　　　　　　中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。 
答案 (1)早期胚胎　配子　胚胎移植　(2)卵母细胞的采集和培养　精子的采集和获能　促性腺激素　(3)减数第二次分裂中期　不能　精子未获能　(4)发育培养液
题后归纳1.胚胎移植过程中的三条归纳
2.早期胚胎培养液成分的四个“两”
▶角度2　生态工程的原理及应用2.(2019湖南长沙一模)下图为某综合发展生态工程示意图。请据图回答下列问题。
(1)生态工程所遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、　　　　　　　　　　、系统学和工程学原理等。该工程主要运用了　　　　　　　、　　　　　　　和整体性原理。 (2)蓝绿萍的代谢类型是　　　　　　　　　　　,在生态系统中的地位是　　　　　　　　　　。 (3)一般来说,生态工程的主要任务是对　　　　　　　　进行修复,对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。 (4)在进行林业工程建设时,一方面要号召农民种树,另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题,如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法依据的生态工程原理是　　　　　。单一的人工林比天然混合林的稳定性低,容易遭受害虫危害,这体现了生态工程的　　　　　　　　原理。 
答案 (1)物种多样性原理　物质循环再生原理　物种多样性原理　(2)自养需氧型　生产者　(3)已被破坏的生态环境(或受损的生态环境)　(4)整体性原理　物种多样性解析 (1)生态工程所遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理、物种多样性原理、系统学和工程学原理等。图中该综合发展生态工程是以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程,该生态工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理。(2)蓝绿萍能进行光合作用和有氧呼吸,代谢类型是自养需氧型,属于生态系统中的生产者。
(3)一般来说,生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境(或受损的生态环境)进行修复,对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。(4)在进行林业工程建设时,一方面要号召农民种树,另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题,如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法不但考虑到了自然生态系统的规律,还考虑到了经济和社会等系统的影响力,因此依据的生态工程原理是整体性原理。单一的人工林比天然混合林的稳定性低,容易遭受害虫危害,这是忽略了物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性而导致的,体现了生态工程的物种多样性原理。
题组二　易错防范——不失分1.真题速览[2020山东卷,T14]经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚,通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。判断下列说法的正误。(1)用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子。(　　)(2)体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理。(　　)
(3)胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植。(　　)(4)遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得。(　　)
提示 胚胎移植前要检查胚胎质量,一般动物在桑椹胚或囊胚阶段移植,小鼠胚胎可在更早的阶段移植。
(1)动物细胞培养是动物细胞工程的基础,如图所示, a、b、c表示现代工程技术,A、B、C分别表示其对应的结果,请据图判断下面说法的正误。①若a是胚胎分割技术,则产生的A中,所有个体的基因型和表现型一定相同。(　　)
提示 利用胚胎分割技术得到的个体是由同一个受精卵分裂发育的,所有个体的基因型是相同的,但表现型由基因和环境共同决定,故表现型不一定相同。
②若b是体外受精技术,则形成B的过程属于克隆。(　　)③若c是核移植技术,则形成C的过程体现了动物体细胞也具有全能性。(　　)④A、B、C生产过程中的代孕母必须与供体母畜同期发情。(　　)
提示 体外受精属于有性生殖,而克隆属于无性生殖。
提示 核移植技术体现了动物细胞核具有全能性。
(2)治疗性克隆有望解决供体器官短缺和器官移植出现的排异反应,下图表示治疗性克隆的部分过程。据图判断下列说法的正误。
①过程a表示细胞核移植。(　　)②细胞A常用受精卵。(　　)③过程b表示脱分化过程。(　　)④胚胎干细胞不再增殖。(　　)
提示 核移植过程中的受体细胞通常为去核的卵母细胞。
提示 过程②表示胚胎干细胞的分裂和分化过程。
提示 胚胎干细胞具有增殖和分化的能力。
(3)判断下列关于哺乳动物生殖细胞的发生、受精作用及胚胎早期发育过程的叙述的正误。①卵子发生时,MⅠ和MⅡ过程是不连续的,MⅠ是在排卵前后完成的。(　　)②精子细胞在变形的过程中,中心体发育为头部的顶体,细胞核变为精子头的主要部分。(　　)
提示 精子细胞在变形的过程中,中心体发育为精子的尾。
③精子获能的本质就是使已经成熟的精子获得与卵子结合所需的足够的能量。(　　)④卵子形成时的两次分裂均在卵巢内完成,排出成熟卵子的过程即为排卵。(　　)
提示 精子获能的本质就是使已经成熟的精子获得与卵子结合的能力,而不是获得能量。
提示 减数第一次分裂发生在排卵前后,场所是卵巢,而减数第二次分裂发生在受精作用过程中,场所是输卵管。
⑤卵母细胞可从活体输卵管及屠宰母畜的卵巢中获取。(　　)⑥只有在精子的刺激下,次级卵母细胞才能发育为成熟卵子。(　　)⑦随卵裂期细胞分裂次数的增加,细胞数目和体积、有机物总量不断增大。(　　)⑧用于动物细胞培养的培养液通常需加入血清,而早期胚胎培养不需要加入。(　　)
提示 随卵裂期细胞分裂次数的增加,细胞数目不断增多,但细胞体积减小,有机物总量也不断减少。
提示 用于动物细胞培养的培养液通常需加入血清,早期胚胎培养时也需要加入血清。
(4)有关生态工程的正误判断。①小流域综合治理模式应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理、工程学原理等。(　　)②在湿地周围建立缓冲带,可减少人类的干扰,使湿地依靠自然演替等恢复其生态功能。(　　)③在对城市进行规划和布局时,要进行城市生态分区。(　　)
大题分析与表达(九)　基因工程类大题突破
【题型突破】[典例]图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸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EcRⅠ、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DNA分子,如图(c)所示,这三种重组DNA分子中,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　　　。 
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、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,二者的目的基因均不能被转录　(3)E·cli DNA连接酶　T4 DNA连接酶　T4 DNA连接酶
答题模板限制酶选择的三大依据依据一:根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类。
(1)应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,以便将目的基因“切出”,上图中可选择PstⅠ。(2)不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,以防破坏目的基因,上图中不能选择SmaⅠ。(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如上图中也可选择用PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点,而且这两种切割位点不能完全破坏标记基因)。
依据二:根据质粒的特点确定限制酶的种类。
依据三:根据Ti质粒的T-DNA片段选择限制酶,图中甲、乙、丁Ti质粒均不宜选取,而丙Ti质粒宜选取(设切割目的基因的限制酶为XbaⅠ和SacⅠ)。
1.(2021湖南邵阳期末)蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维,其强度高于制作防弹衣的凯夫拉纤维,有广泛的应用前景,但如何大量获取蜘蛛丝的问题一直难以解决。2018年8月,中科院分子植物科学卓越创新中心利用基因工程技术成功地在家蚕丝腺和蚕茧中大量表达蜘蛛丝蛋白。回答下列问题。
(1)构建基因表达载体时(如上图所示),需要在目的基因前后两端分别引入　　　　　　　　的酶切位点,该方法比用同一种酶进行酶切的优势是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出一点即可)。 (2)利用PCR技术扩增蜘蛛丝基因前,需根据目的基因的核苷酸序列设计　　　　种引物,进行PCR时需加热至90~95 ℃然后冷却至55~60 ℃,此操作的目的是　　　　　　　　　。 (3)为能从蚕丝中提取蛛丝蛋白,基因表达载体中目的基因的首段必须含有使其仅能在蚕的丝腺细胞中特异性表达的　　　　　　　　。当其与　　　　　　　　识别和结合,才能驱动转录过程,最终翻译成功。 
(4)在研究过程中,发现目的基因已经插入蚕丝腺细胞染色体的DNA上,蚕丝中却未能提取到蜘蛛丝,请分析原因及检测方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)研究人员发现若将蛛丝蛋白31号位的色氨酸替换为酪氨酸,蛛丝韧性可提高50%,此成果所用到的工程技术为　　　　　　　　　　。 
答案 (1)XbaⅠ和SacⅠ　能防止目的基因自身环化、能防止目的基因反向连接　(2)2　使DNA解链,然后使引物结合到互补DNA链上　(3)启动子　RNA聚合酶　(4)蛛丝蛋白基因没有进行转录或转录后没有进行翻译;蛛丝蛋白基因是否正常进行转录可用分子杂交技术检测,转录后是否进行正常翻译可用抗原—抗体杂交技术检测　(5)蛋白质工程
解析 (1)分析图形可知,切割质粒使用了XbaⅠ和SacⅠ这两种限制酶,则在目的基因的前后两端也需引入XbaⅠ和SacⅠ的酶切位点,这样才能保证切割后的质粒和切割后的目的基因产生的末端相同,以构建基因表达载体。用两种限制酶切割产生的位点不同,这样可以防止在构建基因表达载体时出现目的基因的自身环化、目的基因的反向连接。(2)利用PCR技术扩增目的基因时,需要以DNA的两条链为模板,因此需设计2种引物。该技术中加热至90~95 ℃是为了使DNA解旋,然后冷却至55~60 ℃的目的是使引物结合到互补DNA链上。
(3)为了能从蚕丝中提取蛛丝蛋白,基因表达载体中目的基因的首端必须含有使其特异性表达的启动子。启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,能驱动转录。(4)蚕丝中未能提取到蛛丝蛋白,有可能是目的基因没有进行转录或转录后没有进行翻译,欲确定蛛丝蛋白基因是否转录,可用分子杂交法进行检测,欲确定蛛丝蛋白基因是否翻译可用抗原—抗体杂交法。(5)将蛋白质的氧基酸序列进行改造从而使其功能发生相应改变,所采用的工程技术为蛋白质工程。
2.(2021江西六校联考)研究人员利用小鼠的单倍体ES细胞(只有一个染色体组),成功培育出转基因小鼠。其主要技术流程如下图所示,请分析回答下列问题。
注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表四种限制酶。箭头指向的位置为限制酶的切割位点:Ampr是氨苄青霉素抗性基因,Ner是G418抗性基因。
(1)利用PCR技术可以扩增目的基因,PCR反应体系中除含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物外,还应含有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;引物应选用下图中的　　　　　　(填图中字母),至少需经过　　　次循环,才能分离得到所需要的DNA区段。 注:A、B、C、D是引物,箭头是延伸方向。
(2)在基因工程操作步骤中,过程①②称为　　　　　　　　　　　　　　。已知氨苄青霉素不能有效杀死小鼠细胞,而一定浓度的G418能有效杀死不具有Ner的小鼠细胞。结合上图推测,过程①选用的2种限制酶是　　　　　　(填图中的编号),③处的培养液应添加　　　　　　　(填“氨苄青霉素”或“G418”)。 (3)图中桑椹胚需通过　　　　　　　　技术移入代孕小鼠子宫内继续发育,进行该操作前需对受体小鼠进行　　　　　　　　处理。