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专题二十四 基因工程与细胞工程
REPORT
考情分析
1.考查内容：考查内容集中在基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程操作步骤以及基因工程在工农业生产和实践方面的应用、植物细胞工程和动物细胞工程，其中限制酶的种类和作用是基因工程的难点。
2.命题规律：考查方式上，多以最新科技信息材料的形式，且基因工程结合细胞工程和胚胎工程进行考查。
3.备考策略
试题多通过分析社会热点话题中的转基因技术方案，体现对科学探究素养的考查。复习时应注意加强与细胞工程、胚胎工程的横向联系。
网络构建
考点清单
一、基因工程的概念和特点
（1）概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术。
（2）基因工程得以实现的理论基础：
①所有生物的DNA都是以4种脱氧核苷酸为基本组成单位，构成独特的双螺旋结构，这为不同种生物DNA的成功拼接提供了物质基础。
②所有生物共用一套遗传密码子，为某种生物的基因能够在其他生物细胞内指导蛋白质的合成提供了可能。
（3）基因工程育种区别于传统育种方法的最明显的特点是分子水平的改造和定向性。
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二、基因工程的工具
1.限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”
（1）存在：主要在原核生物中。
（2）作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（3）形成末端类型
在识别序列中心轴线两侧切开→黏性末端
在识别序列中心轴线处切开→平末端
（4）特点：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，具有一定的特异性。
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2.DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键。
（2）种类：根据连接酶的来源可将其分为E·coli DNA连接酶（来自大肠杆菌）和T4DNA连接酶（来自T4噬菌体）两类。
常用类型 E· coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 大肠杆菌 来自T4噬菌体
功能 连接黏性末端 连接黏性末端或平末端（效率低）
结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
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3.载体——“分子运输车”
（1）载体的功能
①作为运载工具，将外源基因（即目的基因）转移到受体细胞中去。
②利用它能使目的基因在受体细胞内进行大量的复制（称为克隆）。
（2）作为载体需具备的条件
①能在宿主细胞内大量复制并稳定地保存，且保持原有特性。
②具有一个至多个限制酶切割位点，以供外源DNA片段（即目的基因）插入其中，而且每种酶的切割位点最好只有一个。
③有特殊的标记基因（如抗生素抗性基因），供重组DNA的鉴定和选择。
④对受体细胞无毒害，可自由出入细胞。
（3）常用载体
①质粒：质粒存在于细菌、放线菌、酵母菌中，含控制质粒DNA转移的基因。是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的小型双链环状DNA分子。
②λ噬菌体衍生物和动植物病毒等。
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三、基因工程的基本操作程序
1.目的基因的获取（3种方法）
（1）从基因文库中获取目的基因
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小 小 大
基因中启动子 无 有
基因中内含子 无 有
基因多少 某种生物的部分基因 某种生物的全部基因
物种间的基因交流 可以 部分基因可以
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（2）人工合成目的基因
（3）利用PCR技术扩增目的基因
①原理：DNA复制。
②前提：已知目的基因的一段核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
③条件：DNA模板、引物（2种）、热稳定DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸。
④扩增过程
变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链。
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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 DNA聚合酶活性高，可使DNA新链由5′端向3′端延伸。
⑤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分子就以指数形式扩增（均为2n，其中n为扩增循环的次数）。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
2.基因表达载体的构建—基因工程的核心
（1）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）基因表达载体的组成
目的基因：外源DNA分子的有效片段。
复制原点：载体自我复制的起点。
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启动子：RNA聚合酶识别和结合部位，驱动基因转录。
终止子：RNA聚合酶脱离部位，终止转录。
标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因。
（3）构建过程
（4）构建结果：由于目的基因的两端和载体具有相同的黏性末端，所以有三种可能的结果：目的基因的两端可能结合形成环状DNA；载体的两个末端重新结合形成环状DNA；目的基因与载体的黏性末端结合形成重组质粒。
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3.将目的基因导入受体细胞（3种方法）
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 显微注射法 Ca2+参与的转化法（感受态细胞法）
受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞
过程 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达 基因表达载体显微注射形成受精卵，发育新性状个体 Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
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4.目的基因的检测与鉴定
项目 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子水平检测 第一步 转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因 DNA分子杂交技术（转基因生物的基因组DNA与带有目的基因DNA片段的分子探针杂交） 出现杂交带则表明目的基因已插入
第二步 目的基因是否转录出mRNA 分子杂交技术（转基因生物中的mRNA与带有目的基因DNA片段的分子探针杂交） 出现杂交带则表明目的基因已转录
第三步 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原—抗体杂交（转基因生物的蛋白质与相应的抗体杂交） 出现杂交带则表明目的基因已形成蛋白质产品
个体水平鉴定 抗虫、抗病转基因生物需要进行抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度：有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同
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四、基因工程的应用
1.动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等
2.植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质。
（1）动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。
（2）用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。
3基因诊断与基因治疗
（1）基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
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（2）基因治疗
①概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的
②成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内，从而治疗复合型免疫缺陷症
③途径：分为体内途径和体外途径。
基因治疗的体内治疗：将基因通过载体直接送入人体内受体细胞的治疗方法。
基因治疗的体外治疗（回输）：将病人的部分组织或细胞取出，在体外培养导入带有治疗作用的基因后，再回输入体内。
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五、蛋白质工程
1.蛋白质工程崛起的缘由
（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
（2）基因工程的不足：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
（3）蛋白质工程的基础：基因工程。
（4）蛋白质工程的目标
根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计与改造，对现有蛋白质进行改造或造一种新的蛋白质，产生人们所需要的蛋白质。
2.蛋白质工程的基本原理
基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
考点清单
手段：基因修饰或基因合成。
目的：合成满足人类生产和生活需求的蛋白质。
3.蛋白质工程的基本途径
预期蛋白质的功能
↓
设计预期的蛋白质结构
↓
推测应有的氨基酸序列
↓
找到相对应的脱氧核苷酸序列
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4.蛋白质工程的主要障碍
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够，要设计出更符合人类需要的蛋白质还要经过艰辛的探索。
六、细胞工程的概念与理论基础
1.细胞工程
（1）操作水平：细胞水平或细胞器水平
（2）目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
2.细胞的全能性
（1）概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
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（2）原理：细胞内含有本物种的全套遗传信息。
（3）全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
（4）细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。
（5）全能性大小
①植物细胞：受精卵>生殖细胞>体细胞
②动物细胞：受精卵>生殖细胞>体细胞核（动物细胞全能性受限制，但细胞核具有全能性）
3.细胞工程的分类
（1）按照操作（研究）对象的不同，细胞工程可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
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①植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术。这些技术的理论基础是植物细胞的全能性。
②动物细胞工程一般包括动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等技术。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
（2）根据所使用技术的不同，细胞工程主要包括植物组织培养、细胞融合细胞核移植、染色体工程等内容。
七、植物组织培养
1.原理：植物细胞的全能性。
2.概念理解
（1）培养对象：离体的植物器官、组织、细胞
（2）培养条件：
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①离体状态；
②营养物质：包括有机营养和无机营养；
③激素：主要是生长素和细胞分裂素；
④适宜的外界条件。
（3）培养结果：产生愈伤组织、丛芽（或丛根、胚状体），最终形成完整植株。
3.操作流程
考点清单
4.植物组织培养过程中应注意的问题
①灭菌：培养基及所有实验用具都要严格灭菌；接种过程及继代培养的转移要在无菌条件下操作。
②严格控制光照：在愈伤组织的诱导阶段往往需要暗培养，因为在无光条件下，愈伤组织长得更快，有光则容易分化产生维管等组织；在分化再生阶段一定要有光照，否则形成的试管苗不能合成叶绿素。
③植物激素比值的控制：生长素和细胞分裂素之间的用量比能调节芽和根的形成。生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。
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八、植物体细胞杂交
1.概念
（1）概念：植物体细胞杂交技术是指将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
（2）原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性
2.操作流程
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3.意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性
4.植物体细胞杂交育种的优点和局限性
（1）优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍。
（2）局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，尚不能让杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。
九、植物组织培养技术的实践应用
1.植物繁殖的新途径
（1）微型繁殖：优点是繁殖快，并可保持亲本的优良性状。
（2）作物脱毒：利用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。
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（3）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
2.作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。
优点：稳定遗传，缩短育种年限。
3.细胞产物的工厂化生产
细胞产物种类：蛋白质、药物、香料、生物碱等。
技术基础：植物组织培养技术。
培养阶段：愈伤组织阶段。
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十、动物细胞培养
1.概念
动物细胞培养是指在体外模拟动物体内环境，将动物细胞在无菌、温度适宜和营养充足的条件下培养，使其继续生长、增殖并维持原有结构和功能的技术。
2.原理：细胞增殖。
3.地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。
4.过程
考点清单
5.培养的条件
①无菌、无毒的环境。培养液和所有培养用具需进行无菌处理，培养液中要加抗生素，并定期更换，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。
②营养物质。与动物体内环境基本相同，培养液中应有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，此外还应添加血清、血浆等物质。
③温度和pH。培养环境的温度一般与动物体温接近，哺乳动物细胞的培养以36.5±0.5℃为宜；多数细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。
④气体环境。动物细胞培养过程中所需气体为O2和CO2。O2为细胞代谢所必需的，CO2主要维持培养液的pH。一般置于含95%空气加5%CO2混合气体的培养箱中进行培养。
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6.动物细胞培养技术的应用
（1）生产具有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
（2）检测有毒物质判断某种物质的毒性。
（3）为烧伤病人植皮。
（4）生产基因工程中的受体细胞。
（5）用于生理、病理、药理等科学研究。
十一、动物体细胞克隆技术（核移植技术）
1.原理：动物细胞核具有全能性。
2.核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
考点清单
3.核移植过程（以克隆高产奶牛为例）
考点清单
4.选用去核卵（母）细胞的原因
卵（母）细胞比较大，容易操作；卵（母）细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。
5.体细胞核移植技术存在的问题：许多克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
6.体细胞核移植技术的应用前景
（1）在畜牧生产中，加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育。
（2）保护濒危物种，增加这些动物的存活数量。
（3）转基因克隆动物可作为生物反应器，生产医用蛋白。
（4）提供异种移植的供体。
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（5）人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官移植。
（6）利用克隆动物和克隆细胞进行科学研究。
十二、动物细胞融合及单克隆抗体制备
1.动物细胞融合
（1）概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞
（2）原理：细胞膜具有一定的流动性。
（3）完成标志：两个细胞核形成一个核。
（4）方法：物理法（离心、振动、电激）化学法和生物法（灭活病毒处理）。
考点清单
（5）操作步骤
①细胞准备：培养的动物细胞分贴壁细胞和悬浮细胞两种。后者可直接将两亲本细胞混合培养，前者需先制成一定浓度的细胞悬浮液。
②细胞融合：加促融因子于将进行融合的细胞中，诱导融合。
诱导融合的方法：
a.物理法：离心、振动、电激。
b.化学法：聚乙二醇（PEG）
c.生物法：灭活的病毒（动物细胞融合特有的促融剂）。灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
③杂种细胞选择利用选择性培养基等，使亲本细胞死亡，而让杂种细胞存活。
④杂种细胞克隆：对选出的杂种细胞进行克隆（选择与纯化），经过培养，就能获得所需要的无性繁殖系。
考点清单
（6）结果：形成杂交细胞。
（7）意义：突破了远缘杂交不亲和的障碍。
（8）应用：制备单克隆抗体。
2.单克隆抗体制备
（1）概念：由一个细胞经多次无性繁殖形成一个细胞系称为单克隆。单克隆细胞合成的针对一种抗原的抗体，称为单克隆抗体。
（2）血清抗体与单克隆抗体
名称 产生 特点
血清抗体 由浆细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强，灵敏度高，能大量制备
考点清单
（3）过程
考点清单
（4）优点单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强、灵敏度高，并可大量制备。
（5）应用
单克隆抗体主要有以下几方面的用途
①作为诊断试剂。单克隆抗体在诊断疾病方面具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物。从目前临床试验来看，单克隆抗体主要用于癌症治疗，制成“生物导弹”，定向消灭癌细胞，不损害健康细胞。
考点1 酶的应用问题综合
考点1 考查基因工程的基本工具
考点通关
1.下面是4种限制酶所识别的DNA分子序列和剪切位点
（↓表示剪切点、切出的断面为黏性末端）：
限制酶1：—↓GATC—。限制酶2：—CATG↓—。
限制酶3：—G↓GATCC—。限制酶4：—CCGC↓GG—。
请指出下列哪项表达正确（ ）
A.在使用限制酶的同时还需要解旋酶
B.限制酶1和3剪出的黏性末端相同
C.限制酶1、2、4识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成
D.限制酶1和2切出的DNA片段可通过T4DNA连接酶拼接
答案：B
解析：使用限制性核酸内切酶是为了切割目的基因和载体，不需要解旋酶解开DNA双螺旋，A错误；限制性核酸内切酶1和3切出的黏性末端相同，都是GATC—，B正确；限制性核酸内切酶1、2识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成，限制酶3、4识别的序列都由6个脱氧核苷酸组成，C错误；限制性核酸内切酶1和2切割形成的DNA片段的黏性末端不同，前者是GATC—，后者是—CATG，不能通过T4DNA连接酶拼接，D错误。
2.以下关于基因工程操作工具的叙述，正确的是（ ）
A.DNA连接酶能够催化核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键
B.限制酶能识别并切割DNA分子内一段特定的核苷酸序列
C.质粒一般具有复制原点、酶切位点和抗生素合成基因等
D.DNA聚合酶可将目的基因和载体连接形成重组DNA
答案：B
解析：DNA连接酶能够催化两个DNA分子片段的脱氧核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键，A错误；限制酶能识别并切割DNA分子内一段特定的核苷酸序列，B正确；作为基因工程载体的质粒一般具有复制原点（能自我复制）、酶切位点和抗生素抗性基因（作为标记基因）等，C错误；将目的基因和载体连接形成重组DNA需要用到DNA连接酶，D错误。
考点2 基因工程的基本操作步骤
考点通关
1.基因工程的基本操作步骤如下图所示，其中甲、乙、丙表示结构，①表示过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A.甲、乙分别表示含有抗性基因的质粒、受体细胞
B.①过程表示用有抗生素的培养基筛选目的基因的受体细胞
C.丙可以是单细胞、器官、植物或动物等
D.若要使丙表达人的蛋白质，则乙是能分裂的人体细胞
答案：C
解析：根据图示可知，甲为载体，可以是质粒，也可以是噬菌体或动植物病毒，A错误；①过程表示筛选含有目的基因的受体细胞的过程，对于基因工程来讲，标记基因不一定为抗性基因，也可以是荧光标记基因，因此，该过程不一定是用含有抗生素的培养基筛选含目的基因的受体细胞，B错误；基因工程的受体细胞可以是微生物、植物或动物，故丙可以是单细胞、器官、植物或动物，C正确；若要使丙表达人的蛋白质，乙可以为微生物或其他生物细胞，用其制备工程菌或生物反应器也可快速表达人的蛋白质，D错误。
2.利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列叙述中能说明外源基因在受体细胞中成功表达的是（ ）
A.棉花体细胞中检测到苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D.酵母菌细胞中检测到重组载体上的标记基因
答案：A
解析：A.棉花体细胞中检测到苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白，说明目的基因——Bt毒蛋白基因已在棉花细胞中成功表达。故A正确；B.基因表达包括转录和翻译两个过程。大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA，说明目的基因已经转录了，不能证明翻译出相关蛋白质。故B错误；C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列，只能说明受体细胞中含有目的基因。故C错误；D.酵母菌细胞中检测到重组载体上的标记基因，但不一定含有目的基因，即使含有目的基因也不能证明目的基因已经表达。故D错误。
考点3 基因工程和蛋白质工程的应用实例
考点通关
1.动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时（ ）
A.仅仅利用了基因工程技术
B.不需要乳腺蛋白基因的启动子
C.利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中
D.需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
答案：D
解析：科学家培养转基因动物时除涉及基因工程技术外，还涉及其他现代生物技术，如胚胎移植等，A错误；构建重组质粒时需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，B错误；常通过显微注射法将目的基因导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵经胚胎早期培养一段时间后，送入母体内使其生长发育成转基因动物，C错误；由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，所以进入泌乳期后可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，D正确。
2.下列关于蛋白质工程应用的叙述正确的是（ ）
A.基因工程药物与天然产物一般相同，蛋白质工程药物与天然产物可能不相同
B.蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
C.只有利用蛋白质工程才可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D.当得到可以在-70℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成
答案：A
解析：基因工程合成的药物一般与天然产物相同，而蛋白质工程可以合成出自然界不存在的蛋白质，即与天然产物可能不同，A正确；蛋白质工程和基因工程的目的均是获得人类需要的蛋白质，但基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程能产生自然界原来不存在的蛋白质，B错误；通常利用基因工程在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素，C错误；干扰素是动物体内的一种蛋白质，蛋白质不具有自我合成的能力，D错误。
考点4 植物细胞工程的过程分析
考点通关
现有染色体数目相同的两种二倍体植物A和B，某研究小组拟培育同时具有两者优良特性的新型植物，实验流程如图所示。
（1）过程①用_____酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，常用化学诱导剂_____诱导二者融合，形成的融合细胞进一步培养，经过③_____、④_____过程形成完整的杂种植株。这种育种技术称为_____，其依据的生物学原理有_____。
（2）在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到_____种不同的原生质体，当观察到_____时可判断该原生质体是由植物A和植物B的原生质体融合而成的。
（3）杂种细胞培育成的“A—B”植株为_____倍体。若A与B有性杂交的后代是不育的，而杂种植物“A—B”是可育的，则造成这种差异的原因可能是_____。
答案：（1）纤维素酶和果胶；聚乙二醇（PEG）；脱分化；再分化；植物体细胞杂交技术；细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
（2）3；融合细胞表面有红色和绿色两种荧光
（3）四；在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常（合理即可）
解析：（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性，可利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，获得具有活力的原生质体；用化学诱导剂聚乙二醇（PEG）可诱导二者的原生质体融合，将杂种细胞培育成杂种植株还需要采用植物组织培养技术，该技术的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体；上述育种技术称为植物体细胞杂交技术，利用的生物学原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
（2）由于科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记植物A和植物B的原生质体膜上的蛋白质，故根据细胞膜表面的荧光的不同，可观察到3种不同的原生质体，且A、B原生质体融合所形成的杂种细胞的细胞膜上应含有两种颜色的荧光标记。
（3）植物A和B都是二倍体，则杂种植株为四倍体。假设A与B有性杂交的后代是不育的，而杂种植物“A—B”是可育的，则造成这种差异的原因可能是在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，不能形成正常的配子，而后者染色体联会正常，能形成正常的配子。
考点5 动物细胞工程的过程分析
考点通关
如图表示通过现代生物技术制备单克隆抗体的两种途径，其中①~⑥表示相关过程。请分析并回答下列问题：
（1）细胞A的名称是_____。与通过传统方法获得的抗体相比，通过上述两种途径得到的单克隆抗体具有的显著优点是_____。
（2）通过过程④_____可获得V1基因。用_____技术可以获得更多的V1基因。
（3）抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的生物活性不相同，原因是_____。
（4）除通过上述途径获得的单克隆抗体外，请再写出一种目前应用动物细胞工程技术生产的生物制品：_____。
答案：（1）B淋巴细胞；特异性强、灵敏度高，可大量制备
（2）逆转录；PCR
（3）抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过了内质网和高尔基体的加工
（4）病毒疫苗、干扰素等（任意一种即可）
解析：（1）依题意并分析图示可知，从免疫的小鼠体内分离出的细胞A是B淋巴细胞。单克隆抗体具有的显著优，点是特异性强、灵敏度高，可大量制备。
（2）过程④是以RNA为模板获得V1基因的逆转录过程。欲获得更多的V1基因，可采用PCR技术进行扩增。
（3）大肠杆菌为原核生物，其细胞中没有内质网和高尔基体，因此大肠杆菌产生的抗体2，其形成过程中没有经过内质网和高尔基体的加工；而杂交瘤细胞中有内质网和高尔基体，所以杂交瘤细胞产生的抗体1，其形成过程经过了内质网和高尔基体的加工。可见虽然抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，但两者的生物活性不同。
（4）病毒疫苗、干扰素等许多有重要价值的生物制品，都可以应用动物细胞工程技术来生产。
一、细胞呼吸方式的判断
物质循环与能量流动模型
植物细胞工程和动物细胞工程的比较
考法突破
一、动物细胞培养与植物组织培养的比较
比较项目 动物细胞培养 植物组织培养
原理 细胞的增殖 细胞的全能性
细胞来源 胚胎或幼龄动物组织、器官 离体植物器官、组织或细胞
培养基 状态 液体 固体
成分 天然培养基 合成培养基
组成 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素，动物血清 矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物
器皿 培养瓶、培养皿 锥形瓶
接种前处理 灭菌、用胰蛋白酶处理使组织分散成单个细胞 灭菌
培养条件 恒温、无菌、无需光照 常温、无菌，诱导愈伤组织形成时无需光照，但愈伤组织再分化时需光照
生长特点 贴壁生长，接触抑制，细胞增殖不分化 诱导形成愈伤组织，细胞增殖分化
培养结果 大量产生细胞（细胞株→细胞系）或细胞产物 获得新个体（愈伤组织→植株）或细胞产品
应用 生产蛋白质等生物制品；获取大量细胞；检测有毒物质 快速繁育无病毒植株；生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等
相同点 两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂都是无性繁殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂；均需要在人工件下无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件
二、植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
比较项目 植物体细胞杂交（以培育番茄—马铃薯植株为例） 动物细胞融合（以单克隆抗体的制备为例）
理论基础 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 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 注射特定抗原免疫处理正常小鼠
促融因子 物理法：电激、离心、振动化学法：聚乙二醇 物化法：与植物体细胞杂交相同生物法：灭活的仙台病毒
结果 获取杂种植株 获得杂种细胞，以产生细胞产品
应用 克服远缘杂交不亲和障碍；培育作物新品种 制备单克隆抗体；有助于疾病的诊断、治疗、预防
相同点 ①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂都是无性生殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂②均为无菌操作，都需要适宜的温度pH等条件
提升训练
根据动物细胞工程的有关知识回答下列问题：
（1）进行动物细胞培养时，通常先用_____将组织分散成单个细胞；在培养过程中，应定期更换培养液，其目的是_____。
（2）进行动物体细胞核移植时，一般都选用动物细胞培养过程中传代_____代以内的细胞作为供体细胞，选取这类细胞的理由是_____。
（3）进行动物细胞融合时，诱导融合的化学试剂通常是_____，该技术突破了有性杂交的局限，使_____成为可能。
（4）制备单克隆抗体时，需要将小鼠_____产生的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞诱导融合，最终筛选得到的杂交瘤细胞的特点是_____。
提升训练
答案（1）胰蛋白酶或胶原蛋白酶；防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害
（2）10；传代10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，细胞内遗传物质不会发生突变
（3）聚乙二醇（PEG）；远缘杂交
（4）脾脏；既能迅速大量繁殖（无限繁殖），又能产生专一性抗体
解析：（1）胰蛋白酶或胶原蛋白酶能将动物组织分散成单个细胞；在培养过程中，应定期更换培养液，其目的是防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害。
（2）进行动物体细胞核移植时，传代10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，细胞内遗传物质不会发生突变，因此一般都选用动物细胞培养过程中传代10代以内的细胞作为供体细胞。
（3）进行动物细胞融合时，诱导融合的化学试剂通常是聚乙二醇（PEG），该技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
（4）制备单克隆抗体时，需要将小鼠脾脏产生的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞诱导融合，最终筛选得到的杂交瘤细胞的特，点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一性抗体。专题二十四 基因工程与细胞工程
考情分析
1.考查内容：考查内容集中在基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程操作步骤以及基因工程在工农业生产和实践方面的应用、植物细胞工程和动物细胞工程，其中限制酶的种类和作用是基因工程的难点。
2.命题规律：考查方式上，多以最新科技信息材料的形式，且基因工程结合细胞工程和胚胎工程进行考查。
3.备考策略
试题多通过分析社会热点话题中的转基因技术方案，体现对科学探究素养的考查。复习时应注意加强与细胞工程、胚胎工程的横向联系。
网络构建
考点清单
一、基因工程的概念和特点
（1）概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术。
（2）基因工程得以实现的理论基础：
①所有生物的DNA都是以4种脱氧核苷酸为基本组成单位，构成独特的双螺旋结构，这为不同种生物DNA的成功拼接提供了物质基础。
②所有生物共用一套遗传密码子，为某种生物的基因能够在其他生物细胞内指导蛋白质的合成提供了可能。
（3）基因工程育种区别于传统育种方法的最明显的特点是分子水平的改造和定向性。
二、基因工程的工具
1.限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”
（1）存在：主要在原核生物中。
（2）作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（3）形成末端类型
在识别序列中心轴线两侧切开→黏性末端
在识别序列中心轴线处切开→平末端
（4）特点：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，具有一定的特异性。
2.DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键。
（2）种类：根据连接酶的来源可将其分为E·coli DNA连接酶（来自大肠杆菌）和T4DNA连接酶（来自T4噬菌体）两类。
常用类型 E· coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 大肠杆菌 来自T4噬菌体
功能 连接黏性末端 连接黏性末端或平末端（效率低）
结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
3.载体——“分子运输车”
（1）载体的功能
①作为运载工具，将外源基因（即目的基因）转移到受体细胞中去。
②利用它能使目的基因在受体细胞内进行大量的复制（称为克隆）。
（2）作为载体需具备的条件
①能在宿主细胞内大量复制并稳定地保存，且保持原有特性。
②具有一个至多个限制酶切割位点，以供外源DNA片段（即目的基因）插入其中，而且每种酶的切割位点最好只有一个。
③有特殊的标记基因（如抗生素抗性基因），供重组DNA的鉴定和选择。
④对受体细胞无毒害，可自由出入细胞。
（3）常用载体
①质粒：质粒存在于细菌、放线菌、酵母菌中，含控制质粒DNA转移的基因。是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的小型双链环状DNA分子。
②λ噬菌体衍生物和动植物病毒等。
三、基因工程的基本操作程序
1.目的基因的获取（3种方法）
（1）从基因文库中获取目的基因
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小 小 大
基因中启动子 无 有
基因中内含子 无 有
基因多少 某种生物的部分基因 某种生物的全部基因
物种间的基因交流 可以 部分基因可以
（2）人工合成目的基因
（3）利用PCR技术扩增目的基因
①原理：DNA复制。
②前提：已知目的基因的一段核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
③条件：DNA模板、引物（2种）、热稳定DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸。
④扩增过程
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 DNA聚合酶活性高，可使DNA新链由5′端向3′端延伸。
⑤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分子就以指数形式扩增（均为2n，其中n为扩增循环的次数）。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
2.基因表达载体的构建—基因工程的核心
（1）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）基因表达载体的组成
目的基因：外源DNA分子的有效片段。
复制原点：载体自我复制的起点。
启动子：RNA聚合酶识别和结合部位，驱动基因转录。
终止子：RNA聚合酶脱离部位，终止转录。
标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因。
（3）构建过程
（4）构建结果：由于目的基因的两端和载体具有相同的黏性末端，所以有三种可能的结果：目的基因的两端可能结合形成环状DNA；载体的两个末端重新结合形成环状DNA；目的基因与载体的黏性末端结合形成重组质粒。
3.将目的基因导入受体细胞（3种方法）
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 显微注射法 Ca2+参与的转化法（感受态细胞法）
受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞
过程 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达 基因表达载体显微注射形成受精卵，发育新性状个体 Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
4.目的基因的检测与鉴定
项目 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子水平检测 第一步 转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因 DNA分子杂交技术（转基因生物的基因组DNA与带有目的基因DNA片段的分子探针杂交） 出现杂交带则表明目的基因已插入
第二步 目的基因是否转录出mRNA 分子杂交技术（转基因生物中的mRNA与带有目的基因DNA片段的分子探针杂交） 出现杂交带则表明目的基因已转录
第三步 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原—抗体杂交（转基因生物的蛋白质与相应的抗体杂交） 出现杂交带则表明目的基因已形成蛋白质产品
个体水平鉴定 抗虫、抗病转基因生物需要进行抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度：有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较，以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同
四、基因工程的应用
1.动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等
2.植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质。
（1）动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。
（2）用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。
3基因诊断与基因治疗
（1）基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
（2）基因治疗
①概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的
②成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内，从而治疗复合型免疫缺陷症
③途径：分为体内途径和体外途径。
基因治疗的体内治疗：将基因通过载体直接送入人体内受体细胞的治疗方法。
基因治疗的体外治疗（回输）：将病人的部分组织或细胞取出，在体外培养导入带有治疗作用的基因后，再回输入体内。
五、蛋白质工程
1.蛋白质工程崛起的缘由
（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
（2）基因工程的不足：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
（3）蛋白质工程的基础：基因工程。
（4）蛋白质工程的目标
根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计与改造，对现有蛋白质进行改造或造一种新的蛋白质，产生人们所需要的蛋白质。
2.蛋白质工程的基本原理
基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
手段：基因修饰或基因合成。
目的：合成满足人类生产和生活需求的蛋白质。
3.蛋白质工程的基本途径
预期蛋白质的功能
↓
设计预期的蛋白质结构
↓
推测应有的氨基酸序列
↓
找到相对应的脱氧核苷酸序列
4.蛋白质工程的主要障碍
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够，要设计出更符合人类需要的蛋白质还要经过艰辛的探索。
六、细胞工程的概念与理论基础
1.细胞工程
（1）操作水平：细胞水平或细胞器水平
（2）目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
2.细胞的全能性
（1）概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
（2）原理：细胞内含有本物种的全套遗传信息。
（3）全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
（4）细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。
（5）全能性大小
①植物细胞：受精卵>生殖细胞>体细胞
②动物细胞：受精卵>生殖细胞>体细胞核（动物细胞全能性受限制，但细胞核具有全能性）
3.细胞工程的分类
（1）按照操作（研究）对象的不同，细胞工程可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
①植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术。这些技术的理论基础是植物细胞的全能性。
②动物细胞工程一般包括动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等技术。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
（2）根据所使用技术的不同，细胞工程主要包括植物组织培养、细胞融合细胞核移植、染色体工程等内容。
七、植物组织培养
1.原理：植物细胞的全能性。
2.概念理解
（1）培养对象：离体的植物器官、组织、细胞
（2）培养条件：
①离体状态；
②营养物质：包括有机营养和无机营养；
③激素：主要是生长素和细胞分裂素；
④适宜的外界条件。
（3）培养结果：产生愈伤组织、丛芽（或丛根、胚状体），最终形成完整植株。
3.操作流程
4.植物组织培养过程中应注意的问题
①灭菌：培养基及所有实验用具都要严格灭菌；接种过程及继代培养的转移要在无菌条件下操作。
②严格控制光照：在愈伤组织的诱导阶段往往需要暗培养，因为在无光条件下，愈伤组织长得更快，有光则容易分化产生维管等组织；在分化再生阶段一定要有光照，否则形成的试管苗不能合成叶绿素。
③植物激素比值的控制：生长素和细胞分裂素之间的用量比能调节芽和根的形成。生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。
八、植物体细胞杂交
1.概念
（1）概念：植物体细胞杂交技术是指将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
（2）原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性
2.操作流程
3.意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性
4.植物体细胞杂交育种的优点和局限性
（1）优点：植物体细胞杂交的最大突破是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍。
（2）局限性：由于目前仍有许多理论和技术问题没有解决，尚不能让杂种植株按照人们的需要表现出亲代的优良性状。
九、植物组织培养技术的实践应用
1.植物繁殖的新途径
（1）微型繁殖：优点是繁殖快，并可保持亲本的优良性状。
（2）作物脱毒：利用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。
（3）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
2.作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。
优点：稳定遗传，缩短育种年限。
3.细胞产物的工厂化生产
细胞产物种类：蛋白质、药物、香料、生物碱等。
技术基础：植物组织培养技术。
培养阶段：愈伤组织阶段。
十、动物细胞培养
1.概念
动物细胞培养是指在体外模拟动物体内环境，将动物细胞在无菌、温度适宜和营养充足的条件下培养，使其继续生长、增殖并维持原有结构和功能的技术。
2.原理：细胞增殖。
3.地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础
4.过程
5.培养的条件
①无菌、无毒的环境。培养液和所有培养用具需进行无菌处理，培养液中要加抗生素，并定期更换，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。
②营养物质。与动物体内环境基本相同，培养液中应有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，此外还应添加血清、血浆等物质。
③温度和pH。培养环境的温度一般与动物体温接近，哺乳动物细胞的培养以36.5±0.5℃为宜；多数细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。
④气体环境。动物细胞培养过程中所需气体为O2和CO2。O2为细胞代谢所必需的，CO2主要维持培养液的pH。一般置于含95%空气加5%CO2混合气体的培养箱中进行培养。
6.动物细胞培养技术的应用
（1）生产具有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
（2）检测有毒物质判断某种物质的毒性。
（3）为烧伤病人植皮。
（4）生产基因工程中的受体细胞。
（5）用于生理、病理、药理等科学研究。
十一、动物体细胞克隆技术（核移植技术）
1.原理：动物细胞核具有全能性。
2.核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
3.核移植过程（以克隆高产奶牛为例）
4.选用去核卵（母）细胞的原因
卵（母）细胞比较大，容易操作；卵（母）细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。
5.体细胞核移植技术存在的问题：许多克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
6.体细胞核移植技术的应用前景
（1）在畜牧生产中，加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育。
（2）保护濒危物种，增加这些动物的存活数量。
（3）转基因克隆动物可作为生物反应器，生产医用蛋白。
（4）提供异种移植的供体。
（5）人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官移植。
（6）利用克隆动物和克隆细胞进行科学研究。
十二、动物细胞融合及单克隆抗体制备
1.动物细胞融合
（1）概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞
（2）原理：细胞膜具有一定的流动性。
（3）完成标志：两个细胞核形成一个核。
（4）方法：物理法（离心、振动、电激）化学法和生物法（灭活病毒处理）。
（5）操作步骤
①细胞准备：培养的动物细胞分贴壁细胞和悬浮细胞两种。后者可直接将两亲本细胞混合培养，前者需先制成一定浓度的细胞悬浮液。
②细胞融合：加促融因子于将进行融合的细胞中，诱导融合。
诱导融合的方法：
a.物理法：离心、振动、电激。
b.化学法：聚乙二醇（PEG）
c.生物法：灭活的病毒（动物细胞融合特有的促融剂）。灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
③杂种细胞选择利用选择性培养基等，使亲本细胞死亡，而让杂种细胞存活。
④杂种细胞克隆：对选出的杂种细胞进行克隆（选择与纯化），经过培养，就能获得所需要的无性繁殖系。
（6）结果：形成杂交细胞。
（7）意义：突破了远缘杂交不亲和的障碍。
（8）应用：制备单克隆抗体。
2.单克隆抗体制备
（1）概念：由一个细胞经多次无性繁殖形成一个细胞系称为单克隆。单克隆细胞合成的针对一种抗原的抗体，称为单克隆抗体。
（2）血清抗体与单克隆抗体
名称 产生 特点
血清抗体 由浆细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强，灵敏度高，能大量制备
（3）过程
（4）优点单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强、灵敏度高，并可大量制备。
（5）应用
单克隆抗体主要有以下几方面的用途
①作为诊断试剂。单克隆抗体在诊断疾病方面具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物。从目前临床试验来看，单克隆抗体主要用于癌症治疗，制成“生物导弹”，定向消灭癌细胞，不损害健康细胞。
考点通关
考点1 考查基因工程的基本工具
1.下面是4种限制酶所识别的DNA分子序列和剪切位点
（↓表示剪切点、切出的断面为黏性末端）：
限制酶1：—↓GATC—。限制酶2：—CATG↓—。
限制酶3：—G↓GATCC—。限制酶4：—CCGC↓GG—。
请指出下列哪项表达正确（ ）
A.在使用限制酶的同时还需要解旋酶
B.限制酶1和3剪出的黏性末端相同
C.限制酶1、2、4识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成
D.限制酶1和2切出的DNA片段可通过T4DNA连接酶拼接
答案：B
解析：使用限制性核酸内切酶是为了切割目的基因和载体，不需要解旋酶解开DNA双螺旋，A错误；限制性核酸内切酶1和3切出的黏性末端相同，都是GATC—，B正确；限制性核酸内切酶1、2识别的序列都由4个脱氧核苷酸组成，限制酶3、4识别的序列都由6个脱氧核苷酸组成，C错误；限制性核酸内切酶1和2切割形成的DNA片段的黏性末端不同，前者是GATC—，后者是—CATG，不能通过T4DNA连接酶拼接，D错误。
2.以下关于基因工程操作工具的叙述，正确的是（ ）
A.DNA连接酶能够催化核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键
B.限制酶能识别并切割DNA分子内一段特定的核苷酸序列
C.质粒一般具有复制原点、酶切位点和抗生素合成基因等
D.DNA聚合酶可将目的基因和载体连接形成重组DNA
答案：B
解析：DNA连接酶能够催化两个DNA分子片段的脱氧核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键，A错误；限制酶能识别并切割DNA分子内一段特定的核苷酸序列，B正确；作为基因工程载体的质粒一般具有复制原点（能自我复制）、酶切位点和抗生素抗性基因（作为标记基因）等，C错误；将目的基因和载体连接形成重组DNA需要用到DNA连接酶，D错误。
考点2 基因工程的基本操作步骤
1.基因工程的基本操作步骤如下图所示，其中甲、乙、丙表示结构，①表示过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A.甲、乙分别表示含有抗性基因的质粒、受体细胞
B.①过程表示用有抗生素的培养基筛选目的基因的受体细胞
C.丙可以是单细胞、器官、植物或动物等
D.若要使丙表达人的蛋白质，则乙是能分裂的人体细胞
答案：C
解析：根据图示可知，甲为载体，可以是质粒，也可以是噬菌体或动植物病毒，A错误；①过程表示筛选含有目的基因的受体细胞的过程，对于基因工程来讲，标记基因不一定为抗性基因，也可以是荧光标记基因，因此，该过程不一定是用含有抗生素的培养基筛选含目的基因的受体细胞，B错误；基因工程的受体细胞可以是微生物、植物或动物，故丙可以是单细胞、器官、植物或动物，C正确；若要使丙表达人的蛋白质，乙可以为微生物或其他生物细胞，用其制备工程菌或生物反应器也可快速表达人的蛋白质，D错误。
2.利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列叙述中能说明外源基因在受体细胞中成功表达的是（ ）
A.棉花体细胞中检测到苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D.酵母菌细胞中检测到重组载体上的标记基因
答案：A
解析：A.棉花体细胞中检测到苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白，说明目的基因——Bt毒蛋白基因已在棉花细胞中成功表达。故A正确；B.基因表达包括转录和翻译两个过程。大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA，说明目的基因已经转录了，不能证明翻译出相关蛋白质。故B错误；C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列，只能说明受体细胞中含有目的基因。故C错误；D.酵母菌细胞中检测到重组载体上的标记基因，但不一定含有目的基因，即使含有目的基因也不能证明目的基因已经表达。故D错误。
考点3 基因工程和蛋白质工程的应用实例
1.动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时（ ）
A.仅仅利用了基因工程技术
B.不需要乳腺蛋白基因的启动子
C.利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中
D.需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
答案：D
解析：科学家培养转基因动物时除涉及基因工程技术外，还涉及其他现代生物技术，如胚胎移植等，A错误；构建重组质粒时需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，B错误；常通过显微注射法将目的基因导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵经胚胎早期培养一段时间后，送入母体内使其生长发育成转基因动物，C错误；由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，所以进入泌乳期后可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品，D正确。
2.下列关于蛋白质工程应用的叙述正确的是（ ）
A.基因工程药物与天然产物一般相同，蛋白质工程药物与天然产物可能不相同
B.蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
C.只有利用蛋白质工程才可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D.当得到可以在-70℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成
答案：A
解析：基因工程合成的药物一般与天然产物相同，而蛋白质工程可以合成出自然界不存在的蛋白质，即与天然产物可能不同，A正确；蛋白质工程和基因工程的目的均是获得人类需要的蛋白质，但基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程能产生自然界原来不存在的蛋白质，B错误；通常利用基因工程在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素，C错误；干扰素是动物体内的一种蛋白质，蛋白质不具有自我合成的能力，D错误。
考点4 植物细胞工程的过程分析
现有染色体数目相同的两种二倍体植物A和B，某研究小组拟培育同时具有两者优良特性的新型植物，实验流程如图所示。
（1）过程①用_____酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，常用化学诱导剂_____诱导二者融合，形成的融合细胞进一步培养，经过③_____、④_____过程形成完整的杂种植株。这种育种技术称为_____，其依据的生物学原理有_____。
（2）在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到_____种不同的原生质体，当观察到_____时可判断该原生质体是由植物A和植物B的原生质体融合而成的。
（3）杂种细胞培育成的“A—B”植株为_____倍体。若A与B有性杂交的后代是不育的，而杂种植物“A—B”是可育的，则造成这种差异的原因可能是_____。
答案：（1）纤维素酶和果胶；聚乙二醇（PEG）；脱分化；再分化；植物体细胞杂交技术；细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
（2）3；融合细胞表面有红色和绿色两种荧光
（3）四；在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常（合理即可）
解析：（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性，可利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，获得具有活力的原生质体；用化学诱导剂聚乙二醇（PEG）可诱导二者的原生质体融合，将杂种细胞培育成杂种植株还需要采用植物组织培养技术，该技术的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体；上述育种技术称为植物体细胞杂交技术，利用的生物学原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
（2）由于科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记植物A和植物B的原生质体膜上的蛋白质，故根据细胞膜表面的荧光的不同，可观察到3种不同的原生质体，且A、B原生质体融合所形成的杂种细胞的细胞膜上应含有两种颜色的荧光标记。
（3）植物A和B都是二倍体，则杂种植株为四倍体。假设A与B有性杂交的后代是不育的，而杂种植物“A—B”是可育的，则造成这种差异的原因可能是在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，不能形成正常的配子，而后者染色体联会正常，能形成正常的配子。
考点5 动物细胞工程的过程分析
如图表示通过现代生物技术制备单克隆抗体的两种途径，其中①~⑥表示相关过程。请分析并回答下列问题：
（1）细胞A的名称是_____。与通过传统方法获得的抗体相比，通过上述两种途径得到的单克隆抗体具有的显著优点是_____。
（2）通过过程④_____可获得V1基因。用_____技术可以获得更多的V1基因。
（3）抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的生物活性不相同，原因是_____。
（4）除通过上述途径获得的单克隆抗体外，请再写出一种目前应用动物细胞工程技术生产的生物制品：_____。
答案：（1）B淋巴细胞；特异性强、灵敏度高，可大量制备
（2）逆转录；PCR
（3）抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过了内质网和高尔基体的加工
（4）病毒疫苗、干扰素等（任意一种即可）
解析：（1）依题意并分析图示可知，从免疫的小鼠体内分离出的细胞A是B淋巴细胞。单克隆抗体具有的显著优，点是特异性强、灵敏度高，可大量制备。
（2）过程④是以RNA为模板获得V1基因的逆转录过程。欲获得更多的V1基因，可采用PCR技术进行扩增。
（3）大肠杆菌为原核生物，其细胞中没有内质网和高尔基体，因此大肠杆菌产生的抗体2，其形成过程中没有经过内质网和高尔基体的加工；而杂交瘤细胞中有内质网和高尔基体，所以杂交瘤细胞产生的抗体1，其形成过程经过了内质网和高尔基体的加工。可见虽然抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，但两者的生物活性不同。
（4）病毒疫苗、干扰素等许多有重要价值的生物制品，都可以应用动物细胞工程技术来生产。
考法突破
植物细胞工程和动物细胞工程的比较
一、动物细胞培养与植物组织培养的比较
比较项目 动物细胞培养 植物组织培养
原理 细胞的增殖 细胞的全能性
细胞来源 胚胎或幼龄动物组织、器官 离体植物器官、组织或细胞
培养基 状态 液体 固体
成分 天然培养基 合成培养基
组成 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素，动物血清 矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物
器皿 培养瓶、培养皿 锥形瓶
接种前处理 灭菌、用胰蛋白酶处理使组织分散成单个细胞 灭菌
培养条件 恒温、无菌、无需光照 常温、无菌，诱导愈伤组织形成时无需光照，但愈伤组织再分化时需光照
生长特点 贴壁生长，接触抑制，细胞增殖不分化 诱导形成愈伤组织，细胞增殖分化
培养结果 大量产生细胞（细胞株→细胞系）或细胞产物 获得新个体（愈伤组织→植株）或细胞产品
应用 生产蛋白质等生物制品；获取大量细胞；检测有毒物质 快速繁育无病毒植株；生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等
相同点 两种技术手段培养过程中都进行有丝分裂都是无性繁殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂；均需要在人工件下无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件
二、植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
比较项目 植物体细胞杂交 （以培育番茄—马铃薯植株为例） 动物细胞融合 （以单克隆抗体的制备为例）
理论基础 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 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 注射特定抗原免疫处理正常小鼠
促融因子 物理法：电激、离心、振动 化学法：聚乙二醇 物化法：与植物体细胞杂交相同 生物法：灭活的仙台病毒
结果 获取杂种植株 获得杂种细胞，以产生细胞产品
应用 克服远缘杂交不亲和障碍；培育作物新品种 制备单克隆抗体；有助于疾病的诊断、治疗、预防
相同点 ①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂都是无性生殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂 ②均为无菌操作，都需要适宜的温度pH等条件
提升训练
根据动物细胞工程的有关知识回答下列问题：
（1）进行动物细胞培养时，通常先用_____将组织分散成单个细胞；在培养过程中，应定期更换培养液，其目的是_____。
（2）进行动物体细胞核移植时，一般都选用动物细胞培养过程中传代_____代以内的细胞作为供体细胞，选取这类细胞的理由是_____。
（3）进行动物细胞融合时，诱导融合的化学试剂通常是_____，该技术突破了有性杂交的局限，使_____成为可能。
（4）制备单克隆抗体时，需要将小鼠_____产生的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞诱导融合，最终筛选得到的杂交瘤细胞的特点是_____。
答案（1）胰蛋白酶或胶原蛋白酶；防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害
（2）10；传代10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，细胞内遗传物质不会发生突变
（3）聚乙二醇（PEG）；远缘杂交
（4）脾脏；既能迅速大量繁殖（无限繁殖），又能产生专一性抗体
解析：（1）胰蛋白酶或胶原蛋白酶能将动物组织分散成单个细胞；在培养过程中，应定期更换培养液，其目的是防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害。
（2）进行动物体细胞核移植时，传代10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，细胞内遗传物质不会发生突变，因此一般都选用动物细胞培养过程中传代10代以内的细胞作为供体细胞。
（3）进行动物细胞融合时，诱导融合的化学试剂通常是聚乙二醇（PEG），该技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
（4）制备单克隆抗体时，需要将小鼠脾脏产生的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞诱导融合，最终筛选得到的杂交瘤细胞的特，点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一性抗体。
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