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【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21世纪教育网
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
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
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
21世纪教育网区21世纪教育网别 场所21世纪教育网 睾丸的曲细精管（唯一场所）[来源:21世纪教育网] 卵巢（MI）、输卵管（MII）21世纪教育网（场所不唯一）21世纪教育网
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 MI和MII是连续的，需变形细胞质均等分配 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 原始生殖细胞的增殖为有丝分裂生殖细胞的成熟为减数分裂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
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．（安徽31、Ⅱ）.（9分）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。
答案：（1）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶） （2）启动子 终止子 （3）TaqDNA聚合酶 对干扰素基因特异性的DNA引物对 （4）增大细胞贴壁生长的附着面积
解析：考查的知识点为动物细胞培养和基因工程.
(1)为了使组织分散开为单个细胞通常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶。
(2)启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端。
(3)PCR反应体系的主要成分应扩增缓冲液（含Mg2+）、水，4种脱氧核糖苷酸、模板DNA 、TaqDNA聚合酶、两种引物。
(4)细胞离体培养时通常表现出：贴壁生长和接触抑制，多孔的中空薄壁小玻璃珠能增大贴壁生长的附着面积，增加培养的细胞数量.
2．（2011山东理综35.）【生物—现代生物科技专题】
人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。
（1）卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可以从已处死的雌鼠________中获取。
（4）在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是___________、早期胚胎培养和胚胎移植。
答案：（1）卵巢
（2）目的基因 载体 同种限制性核酸内切酶（或同种限制酶） 限制酶切割位点
（3）检测到体内有相关蛋白质 出现高血压
（4）体外受精
解析：（1）采集卵母细胞的方法有：从输卵管中冲取卵母细胞、从屠宰场废弃的动物卵巢中采集、利用超声波探测仪和吸卵针活体采集。
（2）构建表达载体需要将目的基因和质粒用同种限制酶切割，产生相同的黏性末端，然后再用DNA连接酶连接。
（3）目的基因的检测与鉴定包括分子水平的检测（DNA分子杂交、DNA—mRNA杂交和抗原抗体杂交）和个体水平的检测（看是否出现高血压症状）。
（4）胚胎工程中应用到有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植，有的还采用胚胎分割移植。
3．【2011、上海、（九）】回答下列有关基因工程的问题。（10分）
57．基因工程中使用的限制酶，其特点是 。
下图四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别位点，Apr表示抗青霉素的抗性基因，Tcr表示抗四环素的抗性基因。
58．将两端用E1切开的Tcr基因与用E1切开的质粒X－1混合连接，连接后获得的质粒类型有 。（可多选）
A．X－1 B．X－2 C．X－3 D．X－4
59．若将上图所示X－1、X－2、X－3、X－4四种质粒导入大肠杆菌，然后分别涂布在含有青霉素或四环素的两种培养基上。在这两种培养上均不能生长的大肠杆菌细胞类型有 、 。
60．如果X－1用E1酶切，产生850对碱基和3550对碱基两种片段：那么质粒X－2（Tcr基因的长度为1200对碱基）用E2酶切后的片段长度为 对碱基。
61．若将外源的Tcr基因两端用E2切开，再与用E2切开的X－1混合连接，并导入大肠杆菌细胞，结果显示，含X－4的细胞数与含X－1的细胞数之比为13，增大DNA连接酶用量能否提高上述比值？ 。原因是 。
答案：57、特异性识别和切割DNA
58、ABC
59、无质粒细胞 含X-3的细胞
60、4750
61、不能； DNA连接酶对DNA片段没有选择性或DNA末端相同
解析：57、限制酶的特点是特异性识别和在切割DNA
58、Tcr基因与用E1切开的质粒X－1混合后，有自身环化连接形成的X-1、X-3，还有Tcr基因与用E1切开的质粒X－1连接成的X-2，选A、B、C
59、因X-3无Apr抗青霉素的抗性基因、Tcr抗四环素的抗性基因，所以含X-3的菌不能生长；质粒有没有导入菌体中要用青霉素和四环素检测，没有导入质粒的菌体也不能生长。
60、从图X-1分析，用E1酶切成Apr抗青霉素的抗性基因=850对碱基，质粒用E2切开后，Tcr抗四环素的抗性基因=1200对，总长度是1200+3550=4750（对）
61、X-1在E2处切开再加入两端用E2切开的Tcr基因后，DNA连接酶在连接时没有目的性，可能自连，可能异连。
【专题训练】
1．【2011、上海、22】下列关于植物组织培养的表述，错误的是
A．外植体可以来自于植物的任何细胞
B．培养应在无菌条件下进行
C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
2．【2011、上海、15】关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度，下列表述正确的是
A．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞
B．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞
C．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞
D．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞
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____ ______________，②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。
（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、如下图为植物细胞杂交过程示意图，请分析回答：
(1) 植物体细胞杂交的理论基础是______ __。
(2) 1过程中，目前最常用的方法是________法，也就是在温和的条件下用________ 等分解植物的细胞壁。
(3) 2过程的方法有物理法和化学法两大类：物理法是利用________、振动、电刺激等；化学法是用________等作为诱导剂。
(4)4和5过程可称为________和________
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：A A
3、（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、(1)细胞的全能性 (2)酶解 纤维素酶、果胶酶 (3)离心 PEG (4)脱分化 再分化
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
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
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
①
②
③
④
⑤
Ⅱ
Ⅲ

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