2019高考生物大二轮复习专题十六基因工程和细胞工程学案

专题十六 基因工程和细胞工程

考点 考情 1．近五年的全国卷高考试题中对于基因工程的考查频度较高，侧重考查操作工具的种类、功能以及操作基本程序的应用等。动物细胞工程技术中的核移植技术及单克隆抗体的制备也有所考查。 2．题目常借助简洁的文字材料或模式图1．基因工程的诞生(Ⅰ) 2．基因工程的原理及技术(含PCR)(Ⅱ) 3．基因工程的应用(Ⅱ) 4．蛋白质工程(Ⅰ) 5．植物的组织培养(Ⅱ) 6．动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ) 7．细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ) 等考查有关基因工程、动物细胞工程的原理、技术手段等，尤为注重对教材中一些关键词的填充及对结论性语句的准确表述等。 3．备考时，应从以下四个方面入手复习： (1)列表比较法掌握限制酶、DNA连接酶和运载体的作用。 (2)实例分析法理解基因工程的原理和过程。 (3)列表比较法理解两个不同，即植物组织培养和动物细胞培养的不同、植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同。 (4)图解法分析并掌握单克隆抗体制备过程。

Hexinpanduan

核心判断

(1)质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力的很小的环状DNA分子。(√)

(2)DNA分子经限制酶切割后产生的DNA片段末端一定是黏性末端。(×)

(3)基因表达载体组成除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。(√) (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。(√)

(5)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程则可对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(√)

(6)微型繁殖技术既能保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。(√)

(7)动物细胞培养中需用胃蛋白酶或胶原蛋白酶将组织细胞分散成单个细胞。(×) (8)原代培养的细胞遗传物质没有改变，而传代培养的细胞有的已经发生突变，获得了不死性。(√)

(9)动物体细胞核移植技术获得的克隆动物在遗传性状上与供核母体完全一致。(×) (10)动物细胞融合技术和植物体细胞杂交技术类似，也可获得杂种动物。(×)

考向一 基因工程

Zhentihuifang

真题回放

1．(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题：

(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)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__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__(答出两点即可)。

(2)体外重组的质粒可通过Ca参与的__转化__方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与__外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)__组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是__细菌__。

(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用__蛋白酶缺陷型__的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加__蛋白酶__的抑制剂。

[解析] (1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中，该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外，还证明了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等。

(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca参与的转化方法；体外重组噬菌体要通过将

2＋

2＋

体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。

(3)为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞；在蛋白质纯化过程中，为防止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。

2．(2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：

(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是__基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A__。

(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用__噬菌体__作为载体，其原因是__噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕__。

(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体，因为与家蚕相比，大肠杆菌具有__繁殖快、容易培养__(答出两点即可)等优点。

(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是__蛋白A的抗体__(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。

(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__DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体__。

[解析] (1)人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。(2)噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原——抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。

3．(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：

(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是__嫩叶组织细胞易破碎__。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是__防止RNA降解__。

(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是__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__。

(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__目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子__(答出两点即可)。

(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是__磷酸二酯键__。

(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__目的基因的转录或翻译异常__。

[解析] (1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是相对于老叶而言嫩叶组织细胞更容易被破碎。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的原理是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。(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，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需启动子。(4)DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。

4．(2017·全国卷Ⅲ)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。

回答下列问题：

(1)先要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是__编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子__。

(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为__模板__，加入了__dNTP__作为合成DNA的原料。

(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。

①由图2可知，当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是__进行细胞传代培养__。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是__维持培养液的pH__。

②仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少__C__(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效

果。

[解析] (1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。(2)使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、dNTP作为原料。(3)T淋巴细胞浓度之所以不再增加，是因为细胞间出现接触抑制，因此若要使T淋巴细胞继续增殖，需要对贴满瓶壁的细胞使用胰蛋白酶处理，然后分瓶培养，即细胞传代培养。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，以维持培养液的pH。据图分析，蛋白丙与对照接近说明B、D片段对于T淋巴细胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙对T淋巴细胞的增殖都有较大影响，甲、乙两种蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。

Hexinzhishi

核心知识

1．理清基因工程3种操作工具的作用与特点 项目 作用 限制酶 切割__目的基因和运载体__ DNA连接酶 拼接DNA片段，形成__重组DNA分子__ 运载体 携带目的基因进入__受体细胞__ ①能在宿主细胞内稳定存在并大量__复制__； ②有一个至多个__限制酶切割位点__； ③具有特殊的__标记基因__ 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 ① E·coliDNA ①识别特定的核苷酸连接酶只能连接黏性末端； ②__T4DNA__连接酶能连接黏性末端和平末端 作用特 点(条件) 序列； ②在特定位点上切割DNA分子 2．掌握获取目的基因的3种途径 (1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从__基因文库__中获取。 (2)人工合成目的基因(常用方法如下)

①化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用__DNA合成仪__用化学方法合成，不需要模板。

②人工合成法：以__RNA__为模板，在__逆转录酶__的作用下人工合成。 (3)利用__PCR__技术扩增。 3．牢记基因表达载体的构建

(1)基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋__标记基因__＋复制原点。 (2)启动子和终止子：启动子是__RNA聚合酶__识别和结合的部位，启动转录；终止子是__终止转录__的位点。

(3)基因表达载体的构建过程

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