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1专题十四现代生物科技摘要：本专题知识是历年高考的必考内容，其中基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一，基因诊断、基因治疗、基因产品在人们生活中的出现日渐频繁。基因工程的原理、技术与应用是选修三的重要考点，且经常与胚胎工程、微生物的培养、克隆技术、组织培养等知识进行综合考查。动物细胞培养及应用、植物组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用也是重要的考点。一、专题知识突破1．考纲要求基因工程(1)基因工程的诞生I(2)基因工程的原理及技术Ⅱ(3)基因工程的应用Ⅱ(4)蛋白质工程I克隆技术(1)植物的组织培养Ⅱ(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胚胎工程(1)动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础I(2)胚胎干细胞的移植I(3)胚胎工程的应用Ⅱ生物技术的安全性和伦理问题(1)转基因生物的安全性I(2)生物武器对人类的威胁I(3)生物技术中的伦理问题I生态工程(山东考纲不要求)(1)简述生态工程的原理Ⅱ(2)生态工程的实例I实验DNA的粗提取与鉴定2．考点剖析考点1：基因工程和蛋白质工程【体验真题】1.(2012浙江高考6)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（）A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因BB.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞2D.将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞【解析】提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。【答案】A2.（2011安徽卷）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。解析:(1)将动物组织利用胰蛋白酶处理可获得单个细胞。(2)基因表达载体上目的基因的首端要有启动子，尾端要有终止子。(3)PCR反应体系的主要成分包括：扩增缓冲液、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、对干扰素基因特异的引物对、TaqDNA聚合酶。(4)此种做法还可扩大细胞贴壁生长的附着面积。答案：(1)胰蛋白(或胶原蛋白)(2)启动子终止子(3)对干扰素基因特异的DNA引物对TaqDNA聚合酶(4)扩大细胞贴壁生长的附着面积【考题切点】从考查内容上看：该部分内容主要考查基因工程所用到的工具、基因工程的操作过程、及基因工程的应用分析；从考查形式上看，这部分因为是选考，所以一般以非选择题形式出现，从命题趋势上看，可以与基因诊断、基因治疗、基因产品等生命科学的热点和研究前沿结合，还可以与胚胎工程、微生物培养、克隆技术、组织培养等知识综合考查。【考点透析】1．基因操作的工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体拼接DNA片段，携带目的基因进入受体3形成重组DNA细胞作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键作用特点(条件)①识别特定的核苷酸序列②在特定位点上切割①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端②T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制②有多个限制酶切割位点③具有特殊的标记基因常用类型EcoRⅠ限制酶SmaⅠ限制酶E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒2．基因工程的基本操作程序(1)获取目的基因的方法①从基因文库中获取；②利用PCR(聚合酶链式反应)技术扩增目的基因；③人工合成。(2)基因表达载体的构建(基因工程的核心)①构建目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用；②一个基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因等。(3)将目的基因导入受体细胞——转化①受体种类不同，导入方法不同植物：农杆菌转化法，基因枪法，花粉管通道法动物：显微注射法微生物：感受态细胞法②受体种类不同，所用的受体细胞种类也不相同。植物——一般为体细胞(可经组织培养成为完整个体)。动物——受精卵(因为体细胞的全能性受到严格限制)。③转化实质：目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。（4）目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法分子检测第一步转基因生物染色体的DNA是否插入DNA分子杂交技（DNA4了目的基因和DNA之间）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—抗体杂交技术（抗原和抗体之间）个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度；基因工程产品与天然产品活性比较，以确定功能活性是否相同等3.蛋白质工程及与基因工程的区别和联系项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已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，因为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实现【考题预测】1．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C．将重组DNA分子导入烟草原生质体D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞考点2：细胞工程及其应用【体验真题】3.（2013浙江卷，6）实验小鼠皮肤细胞培养（非克隆培养）的基本过程如图所示。下列叙述错误．．的是5A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化C.丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型D.丁过程得到的细胞具有异质性【解析】动物细胞培养需要无毒无菌的环境，甲过程指从实验小鼠身上取下皮肤组织，该过程需要对小鼠进行消毒处理，A项正确；乙过程表示将得到的皮肤组织分散成单个细胞制备成细胞悬液，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，B项正确；丙过程表示原代培养，此时的细胞仍能保持正常的二倍体核型，C项错误；丁过程表示传代培养，克隆培养法培养出来的是纯系，非克隆培养得到的是不纯的细胞群，D项正确。【答案】C【考题切点】从考查内容看，主要集中在植物细胞的全能性、植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体的制备及应用等内容上。从考查形式上看，多以非选择题形式出现，注重与工农业生产和医学实践的应用及科技发展联系在一起考查。【考点透析】1．动、植物细胞全能性(1)原因：生物体的每个细胞都含有发育成完整个体所必需的全部基因。(2)全能性表现的大小：受精卵的全能性最大，其次是生殖细胞，体细胞相对较小。(3)全能性表现与细胞种类有关：离体的植物体细胞的全能性在一定条件下可充分体现。离体的动物体细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性，需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。未离体细胞的全能性不能表达，只能在机体调控下定向分化。2．动物细胞培养与植物组织培养的比较项目动物细胞培养植物组织培养前处理无菌、用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开无菌、离体培养基成分葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等培养基状态液体培养基固体培养基6过程动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织→原代培养→传代培养→细胞群离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽→植物体能否培养成个体不能能应用举例大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；皮肤移植；检测有毒物质的毒性等快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物；制造人工种子；培育转基因作物等3.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合（单克隆抗体的制备）理论基础（原理）细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖融合前处理酶解法去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶等）注射特定抗原，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞促融①物理法：离心、振动、电激等；②化学法：聚乙二醇（PEG）①物化法：与植物细胞融合相同；②生物法：灭活的仙台病毒过程第一步：原生质体的制备；第二步：原生质体的融合；第三步：杂种细胞的筛选与培养；第四步：杂种植株的诱导与鉴定第一步：正常小鼠免疫处理；第二步：动物细胞融合；第三步：杂交瘤细胞筛选与培养；第四步：单克隆抗体的提纯用途①克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交亲本的组合范围；②克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传①制备单克隆抗体；②诊断、治疗疾病，如生物导弹4.单克隆抗体(1)．制备过程(2)．生产单克隆抗体的方法有三种7①利用动物细胞融合技术形成的杂交瘤细胞生产单克隆抗体；②将目的基因导入浆细胞，利用基因工程生产单克隆抗体；③利用动物细胞核移植技术生产单克隆抗体。(3)．特点：化学性质单一、特异性强、灵敏度高、可大量生产。(4)．应用：①作为诊断试剂。②用于治疗疾病和运载药物，如生物导弹。【考题预测】2．下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是()A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养考点3：胚胎工程及其应用【体验真题】5.（2013山东卷）【生物-现代生物科技专题】科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞（iPS），继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下：（1）从黑鼠体内获得体细胞后，对其进行的初次培养称为，培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂，这种现象称为。（2）图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得，该过程称为；也可从灰鼠体内取出卵子，通过后进行早期胚胎培养获得。（3）图中重组囊胚通过技术移入白鼠子宫内继续发育，暂不移入的胚胎可使用方法保存。（4）小鼠胚胎干细胞（ES）可由囊胚的分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性，有望在对人类iPS细胞进行定向后用于疾病的细胞治疗。【解析】（1）原代培养指将动物组织用酶处理成单个细胞后进行的初次培养。接触抑制指贴壁的细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。8（2）将早期胚胎从母牛子宫中冲洗出来的方法叫冲卵。（3）暂不进行胚胎移植的胚胎可放入—196℃的液氮中冷冻保存。（4）胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类细胞。iPS与ES细胞一样，可通过定向诱导分化修补某些功能异常的细胞来治疗疾病。【答案】（1）原代培养接触抑制（2）冲卵体外受精（3）胚胎移植冷冻（或：低温）（4）内细胞团细胞诱导分化【考题切点】从考查内容上看，克隆技术、细胞工程、胚胎干细胞在生产、