第一讲基因工程、克隆技术

专题九现代生物科技 第一讲基因工程、克隆技术

题组1　基因工程 1．(2010·全国Ⅱ，5)下列叙述符合基因工程概念的是 () A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因 B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株 C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株 D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌 DNA上

解析：基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼解析：基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使目的基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。所以B为基因工程，而A为动物细胞工程，C为诱变育种，D无人为因素不属于基因工程。答案：B

2．(2010·浙江理综，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过2．(2010·浙江理综，2)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

解析：限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体，烟草花叶病毒解析：限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不能用限制性核酸内切酶切割，A项错误；DNA连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体，B项正确；受体细胞可以是受精卵和体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，C项正确；目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，D项正确。答案：A

3．(2010·天津理综，7Ⅰ)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器3．(2010·天津理综，7Ⅰ)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。

据图回答： (1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用________________限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含______________的培养基上进行。 (2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_____(填字母代号)。 A．启动子 B．tetR C．复制原点 D．ampR (3)过程①可采用的操作方法是________(填字母代号)。 A．农杆菌转化 B．大肠杆菌转化 C．显微注射 D．细胞融合 HindⅢ和BamHⅠ 氨苄青霉素 A C

(4)过程②采用的生物技术是________________。 (5)对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的________性。 (6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________(填字母代号)技术。 A．核酸分子杂交 B．基因序列分析 C．抗原—抗体杂交 D．PCR 胚胎移植技术全能 C

解析：(1)由图示可知：需用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时酶切载体和解析：(1)由图示可知：需用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因，因酶切后tetR四环素抗性基因结构被破坏而ampR 结构完好，故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌。(2)启动子是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶识别和结合的位点，可调控基因的特异性表达。(3)过程①表示把重组载体导入受体细胞的过程，当受体细胞为动物细胞时，常采用显微注射法。(4) 过程②表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程，属于胚胎移植技术。(5)经过程②得到新个体是细胞全能性的体现。(6)人乳铁蛋白基因是否成功表达，关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白，可用抗原—抗体杂交法检测该蛋白是否存在。

4．(2010·江苏生物，27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位4．(2010·江苏生物，27)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：

(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。 (3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma Ⅰ切割，原因是________________________________________________________。 (4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BmaHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止__________________________ ______________________。 0、2 高 SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因质粒和含目的基因的外源 DNA片段自身环化

(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________________酶。(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________________酶。 (6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了______________________ _________。 (7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在_______________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。 DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞蔗糖为唯一含碳营养物质

解析：本题综合考查基因工程的过程及应用。(1)质粒是双链环状DNA分解析：本题综合考查基因工程的过程及应用。(1)质粒是双链环状DNA分子，在SmaⅠ切割前没有游离的磷酸基团，SmaⅠ作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，切割产生的DNA片段末端是平末端，因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团。(2)质粒的热稳定性主要由氢键数量决定，氢键的数量越多，质粒的热稳定性越高，反之则低，在DNA分子中A与 T之间存在2个氢键，C与G之间存在3个氢键，因此DNA分子中G—C碱基对越多，热稳定性就越高，SmaⅠ识别CCCGGG序列，并在C和G之间将这段序列切开，也就是质粒中SmaⅠ酶切位点越多，G—C碱基对越多，热稳定性越高。(3)据图1可知，SmaⅠ切割的位点在抗生素抗性基因之中，抗生素抗性基因是标记基因，应尽量避免破坏，据图2可知 SmaⅠ切割的位点在目的基因之中，破坏了目的基因，所以不能使用

SmaⅠ切割。(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因，在基因表达载SmaⅠ切割。(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因，在基因表达载体构建时，常形成三种连接方式，其中目的基因与目的基因的连接、质粒与质粒的连接是无效的连接，用两种限制酶可避免此类现象。(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶，连接脱氧核糖和磷酸。(6)抗生素抗性基因属于标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基因，将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后，应进行目的基因的检测与鉴定，可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白，即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功，因而可在含有蔗糖 (唯一碳源)的培养基中培养。

5．(2010·福建理综，32)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的5．(2010·福建理综，32)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如下图。

请回答： (1)图中①所指的是________技术。 (2)图中②所指的物质是________，③所指的物质是________。 (3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换________。 (4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的________细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。 PCR mRNA rhEPO 培养液杂交瘤

解析：(1)核DNA的体外扩增即PCR技术。(2)由图示分析：从人胚胎干细解析：(1)核DNA的体外扩增即PCR技术。(2)由图示分析：从人胚胎干细胞提取出②，经反转录可形成cDNA，可知②为翻译EPO的模板mRNA， ③为rhEPO。(3)细胞培养过程中，应定期更换培养液，以添加营养物质，清除代谢废物。(4)由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，可以筛选出能够分泌抗rhEPO的单克隆抗体的杂交瘤细胞。

题组2　克隆技术 6．(2010·广东理综，24)新技术的建立和应用对生物学发展至关重要。下列技术(或仪器)与应用匹配正确的是(双选) () A．PCR技术——扩增蛋白质 B．杂交瘤技术——制备单克隆抗体 C．光学显微镜——观察叶绿体的基粒 D．花粉离体培养——培育单倍体植物

解析：本题主要考查技术(或仪器)与应用的匹配情况。A项，PCR技术解析：本题主要考查技术(或仪器)与应用的匹配情况。A项，PCR技术的应用是扩增基因，而不是蛋白质；B项，杂交瘤技术的应用是制备单克隆抗体，杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体；C项，叶绿体属于显微结构，可用光学显微镜观察，叶绿体中的基粒属于亚显微结构，则需电子显微镜才能观察；D项，培育单倍体植物主要包括花粉离体培养和用秋水仙素处理两大步骤。答案：BD

7．(2010·浙江理综，4)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解析：由于接触抑制，动物细胞培养时只能形成单层细胞，A项错误；克隆培养法在培养时，由于所有子代细胞来自于一个亲代细胞，所以基因型一般都相同，B项错误；二倍体细胞的传代培养次数通常是有限的，只有少数细胞遗传物质发生改变，才能无限增殖，C 项错误；恶性细胞系的细胞具有癌变的特点，可进行传代培养，D项正确。答案：D

8．(2010·江苏生物，24)明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开8．(2010·江苏生物，24)明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有(多选) () A．设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产 B．大量培养愈伤组织，直接提取药用成分 C．大规模栽培组织培养苗，获取药用成分 D．利用组织培养获得胚状体，制成人工种子解析：保护珍稀药用植物，可利用植物组织培养技术，获取试管苗或人工种子，通过栽培或种植，获得药用成分；也可以培养到愈伤组织阶段后，直接提取药用成分，或通过处理得到细胞悬液，利用细胞培养反应器进行药用成分工厂化生产，故四个选项都正确。答案：ABCD

9．(2010·全国新课标，40)请回答： (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度________。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。 (2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。 (3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗 ________，而与____________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________(脱落酸、2,4D)。快遗传特性遗传信息微生物生根细胞分裂素 2,4D

(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是____________,(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是____________, 逐渐减小单株鲜重的变化趋势是________________。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(能、不能)满足自身最佳生长的需要。 (5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________(降低，增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。先增加后下降不能降低

解析：(1)植物组织培养属于无性繁殖，后代能够保持亲本的遗传特性。解析：(1)植物组织培养属于无性繁殖，后代能够保持亲本的遗传特性。植物微型繁殖技术能够实现快速繁殖。植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，即已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。(2) 在植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌操作，以避免微生物(杂菌)污染。(3)微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同，可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如 2,4D)可以抑制试管苗的生长。(4)(5)分析图中曲线可知：光合作用强度随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降，但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降。培养基中不含蔗糖时，光合作用强度最大，但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少，不能满足自身最佳生长的需要。在蔗糖浓度为1%左右时，单株鲜重达到最大，此时有机物的量满足自身最佳生长需要。

考点1　基因工程相关知识考查 1．基因工程的基本工具的比较

2.将目的基因导入受体细胞中的方法的比较

3.PCR技术与DNA复制的比较

4.目的基因的检测内容和方法的比较

5.两种基因治疗途径及其特点

6.基因工程的应用

7.基因工程与蛋白质工程的比较

1．对DNA连接酶、DNA聚合酶等的理解

2.基因工程与蛋白质工程的比较

【例1】 (沈阳质检)转基因植物油是由转基因植物通过压榨或浸出法加工制得的，因其出油率高而被广泛采用。我国是植物油消费大国，每年都从国外进口大量的转基因植物油。 (1)在培育转基因油料植物的过程中，基因操作需要的工具酶是 ______________________________。在基因表达载体中，目的基因的首端必须含有_________，它是_____________识别和结合位点。 (2)请写出一种将目的基因导入油料植物细胞可以采用的方法： ____________________________________。若受体细胞为植物体细胞，可采用______________技术获得转基因植物体，该技术所依据的原理是______________________。限制性核酸内切酶和DNA连接酶启动子 RNA聚合酶农杆菌转化(或基因枪、花粉管通道)法植物组织培养植物细胞的全能性

(3)若要检测(2)中获得的植物细胞染色体上是否含有目的基因，可采用________________技术。而想要得知上述植物是否真的出油率高，应如何做？________________________________________________________________________。(3)若要检测(2)中获得的植物细胞染色体上是否含有目的基因，可采用________________技术。而想要得知上述植物是否真的出油率高，应如何做？________________________________________________________________________。 (4)若利用蛋白质工程继续提高油料植物的出油率，其设计流程应从预期的________________出发，设计预期的________结构，推测出应有的________________序列，然后找到相对应的__________________序列，再用转基因技术改变其现有性状。 DNA分子杂交将该植物制出的植物油与同等质量的非转基因植物制出的植物油称重比较蛋白质功能蛋白质氨基酸脱氧核苷酸

考点2　克隆技术相关知识整合 1．细胞工程的几个过程流程图比较

2.植物组织培养与动物细胞培养的比较

3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

受精作用、原生质体融合、动物细胞融合

【例2】野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗【例2】野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：

(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解”所用的酶应该包括________________。(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解”所用的酶应该包括________________。 (2)②过程可用聚乙二醇(PEG)，其目的是______________________。 (3)请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程：_____________________________________________________________。由此过程可以看出植物细胞有形成完整个体的可能性，这是 __________________的表现。 (4)在培养基上培养一段时间后，原生质体会再生出细胞壁。可以取样，通过__________________________实验来鉴别细胞壁是否已经再生。 (5)请说明运用植物体细胞杂交法的最大好处：_____________________________________________________________。纤维素酶、果胶酶诱导原生质体融合融合细胞愈伤组织幼苗植物细胞具有全能性植物细胞的质壁分离与复原可以克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍

【例3】 (潍坊质检)人CD20单克隆抗体是治疗一些恶性肿瘤的特效药物，目前主要是通过培养哺乳动物细胞的方式生产。我国科学家已经培育出世界上第一头转入了CD20抗体基因的转基因牛，可以从它产的牛奶中直接提取CD20抗体。这项技术成熟后，有望使这一特效药的生产成本降至现在的1/10。请回答： (1)单克隆抗体的制备过程需先将____________________和 ______________融合，这一过程的诱导方法与植物体细胞杂交不同的是_________________。 (2)动物细胞培养需要在含__________________混合气体的培养箱中进行，培养液中通常需加入________________等一些天然成分。 (3)转基因技术的核心是______________________。该过程用到的工具酶有 ________________________和________________。经过免疫的B淋巴细胞骨髓瘤细胞用灭活的病毒诱导 95%空气加5%CO2 血清、血浆基因表达载体的构建限制性核酸内切酶(限制酶) DNA连接酶

第一讲 基因工程、克隆技术