2012高考生物 高考考點4 細(xì)胞工程與基因

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1、 高考考點4 細(xì)胞工程與基因 工程研究成果及分析 Ⅰ熱點知識簡介 1．細(xì)胞工程 細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞98水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合技術(shù)科學(xué)。 (1)細(xì)胞培養(yǎng) 細(xì)胞培養(yǎng)是將生物體的某一組織分散成單個細(xì)胞，接種在人工配制的培養(yǎng)基上，然后在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下(如無菌、一定的光照、溫度或pH值等)進(jìn)行培養(yǎng)，使細(xì)胞能夠生長和不斷增殖的技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)是各項細(xì)胞工程中的基本技術(shù)。 由于從組織中分離單細(xì)胞并分化成生物體的技術(shù)難度較大，目前多采用組織培養(yǎng)技術(shù)。如植物胚(

2、成熟或未成熟胚)或器官(根尖、莖尖、葉原基、花藥等)、動物的胚胎細(xì)胞或幼齡動物的臟器等。 (2)細(xì)胞融合 細(xì)胞融合是指把兩個細(xì)胞(可以是同種細(xì)胞，也可以是異種細(xì)胞)在促融劑的作用下，融合成一個細(xì)胞的過程。其原理是細(xì)胞膜具有一定的流動性。應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞雜交，能夠克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，對培育新品種具有廣闊的應(yīng)用前景。 (3)細(xì)胞重建 細(xì)胞重建也稱為細(xì)胞核(包括細(xì)胞器)移植技術(shù)，是將細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)用某種方法拆開，然后再把來源不同的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)重新組合成一個新細(xì)胞。從而賦予重建的細(xì)胞以某種新的功能。 (4)細(xì)胞工程的應(yīng)用 目前，細(xì)胞工程主要應(yīng)用于單克

3、隆抗體的制備、植物組織培養(yǎng)、試管動物(嬰兒)、克隆動物等方面。 2．基因工程 (1)基因工程的概念 基因工程也稱為遺傳工程，是指按照人類的愿望，將不同生物的遺傳物質(zhì)在體外人工剪切修飾后導(dǎo)人受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，使之具有某種遺傳性狀的技術(shù)?；蚬こ棠軌虼蚱品N屬的界限，在基因水平上改變生物遺傳性，并通過工程化為人類提供有用產(chǎn)品及服務(wù)。 (2)基因工程的原理 由于不同生物的DNA分子化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)完全相同，所以不同生物的DNA分子能夠拼接在一起；由于所有的生物共用一套遺傳密碼子，所以基因轉(zhuǎn)移到其他生物細(xì)胞中后的表達(dá)結(jié)果是相同的。 (3)基因工程的步驟 ①提取目

4、的基因 直接分離法：用DNA限制性內(nèi)切酶直接從供體細(xì)胞中切割出目的基因。 逆轉(zhuǎn)錄酶法：先分離出特定的mRNA，再用逆轉(zhuǎn)錄酶做催化劑，以RNA為模板合成所需要的目的基因。 化學(xué)合成法：如果已知目的基因的堿基排列順序，可用酶法或化學(xué)法，直接合成目的基因。 ②目的基因與運載體結(jié)合 一種方法是以質(zhì)粒作為運載體，利用DNA限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶，使目的基因與細(xì)菌質(zhì)粒結(jié)合形成重組質(zhì)粒；另一種方法是以動植物病毒或噬菌體作為運載體，將目的基因包裝在病毒的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)。 ③目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目前，目的基因的導(dǎo)人方法有多種。如果受體細(xì)胞為細(xì)菌，通常利用重組質(zhì)粒將目

5、的基因?qū)耸荏w細(xì)胞；如果受體細(xì)胞為動物細(xì)胞，通常使用病毒為運載體，利用病毒的侵染能力，將目的基因?qū)耸荏w細(xì)胞；還可以利用微型玻璃管直接將重組質(zhì)粒注射到細(xì)胞內(nèi)等。 ④目的基因的檢測和表達(dá) 通過基因?qū)诉^程，目的基因是否達(dá)到受體細(xì)胞內(nèi)，需要進(jìn)行檢測和篩選。只有當(dāng)目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)時，基因工程才能成功。 3．轉(zhuǎn)基因作物及其安全性 轉(zhuǎn)基因植物是指將處源基因整合至受體植物基因組而改變遺傳組成的植物。目前所獲得轉(zhuǎn)基因作物主要是糧食作物，如水稻、大豆、玉米、紅薯和馬鈴薯等；此外，蔬菜、水果等轉(zhuǎn)基因植物也已獲得成功并廣泛種植。 (1)抗蟲作物 目前已經(jīng)開發(fā)和經(jīng)常應(yīng)用的抗蟲

6、基因已有40多個，如蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白基因(Bt基因)，是目前應(yīng)用最廣的基因；植物的蛋白酶和淀粉抑制因子(Cme)；植物凝集素基因；動物的蛋白酶抑制因子基因、蝎毒蛋白基因、動物幾丁質(zhì)酶基因等。 (2)抗病作物 目前，培育抗病作物較常采用的是將病毒外殼蛋白基因 (CP)導(dǎo)人植物，從而使植物具有抗性。植物的抗病性包括抗細(xì)菌、抗真菌、抗病毒、抗線蟲等。在我國轉(zhuǎn)基因抗病病基因育種上也獲得了成功，如將人巨噬細(xì)胞病毒(CMY)和煙草花葉病毒(TMV)處殼蛋白基因用質(zhì)粒導(dǎo)人煙草，獲得抗TMV／CMY轉(zhuǎn)基因抗病煙草。 (3)抗除草劑作物 20世紀(jì)80年代中期，部分研究者將抗除草劑基

7、因轉(zhuǎn)入作物中，育成大批抗除草劑的作物。1987年美國科學(xué)家從矮牽牛中獲得抗草甘磷的EPSP合成酶突變基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物獲得成功，，目前，已獲得的抗除草劑作物有大豆、棉花、玉米、水稻及甜菜等20多個品種。 (4)作物品質(zhì)改良 利用生物技術(shù)改變植物的品質(zhì)和性狀來滿足人們生活需求口前巳成為可能，而且已取得了良好的效果。比如將抗寒基因?qū)俗魑?，增加植物的耐寒性，目前這種從極地魚體中分離到的基因巳被轉(zhuǎn)入番茄、黃瓜，使作物在耐寒或耐天氣的驟然變化。 我國在這方面也已取得了較大成就，例華番1號，這是我國第一個進(jìn)行商品生產(chǎn)的基因工程品種，它是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)育成的耐儲藏番茄品種，可在13～30℃下

8、儲藏45天，延長了保鮮期，解決了運輸、儲存的難題。 (5)基因產(chǎn)品的安全性 1998年歐盟第一個提出轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品要標(biāo)簽示明，并于次年規(guī)定，凡出口至歐洲的非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品含有的轉(zhuǎn)基因成分不得超過1％。1999年，《自然》雜志刊登了美國康奈爾大學(xué)Losey等人的實驗結(jié)果：將轉(zhuǎn)Bt基因玉米花粉撒在苦芭菜上，喂食黑脈金斑蝶，4天后死亡率達(dá)44％，而對照組無一死亡，研究者認(rèn)為該轉(zhuǎn)基因玉米對非靶生物有毒。同年11月對轉(zhuǎn)基因食品一直持開放態(tài)度的美國政府也提出對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品采取標(biāo)簽制度，并必須進(jìn)行安全和環(huán)境風(fēng)險測試。 森堡舉行的歐盟環(huán)境部長會議提出在新法規(guī)出臺之前暫停種植轉(zhuǎn)基因作物。由于轉(zhuǎn)基因育種轉(zhuǎn)入

9、的外源基因多是有毒的抗蟲抗病基因，其毒性及殘留量會不會對人體產(chǎn)生毒害，會不會富集，轉(zhuǎn)蔫因產(chǎn)品中所含的外源基因是否會在環(huán)境中傳遞，如果會的話由此產(chǎn)生的超級雜草、超級害蟲如何控制，生物多樣性是否會被破壞，轉(zhuǎn)基因食品的營養(yǎng)對原有食品營養(yǎng)會不會有影響等諸多問題被不斷提出。如何對轉(zhuǎn)基因食品進(jìn)行安全性評價已經(jīng)成為新的課題。 Ⅱ新高考探究 1英國科學(xué)家斯勒和米爾坦斯，將B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體基因轉(zhuǎn)移到腫瘤細(xì)胞內(nèi)，成功獲得世界上第一株能穩(wěn)分泌單一抗體的雜交瘤細(xì)胞株，腫瘤細(xì)胞增殖方式和物是 A.無絲分裂和逆轉(zhuǎn)錄抗體 B．減數(shù)分裂和轉(zhuǎn)基因抗 C．有絲分裂和單克隆抗體 D．減數(shù)分裂和單克

10、隆抗 答案： C 2應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過程中必須使用基因針，這里的基因探針是指 A．人工合成的免疫球蛋白的DNA分子 B．人工合成的苯丙氨酸羥化酶的DNA分子 C.用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的蛋白質(zhì)分子 D．用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子 答案： D 3動物細(xì)胞融合和植物體細(xì)胞雜交的比較中，正確的是 A．誘導(dǎo)融合的方法完全相同 B．所用的技術(shù)手段基本相同 C．所采用的原理完全相同 D．都能形成雜種細(xì)胞 答案： D 4有關(guān)生物膜的應(yīng)用中，正確的是 A．海水淡化中應(yīng)用廠生物膜的估息傳遞功能 B．抗

11、旱、抗寒品種的培育，與墓因有關(guān)而與生物膜無關(guān) C.污水處理可以利用生物膜的選擇透過性 D．人工膜可以模擬生物膜的能量交換功能 答案： C 5植物體細(xì)胞雜交要先除去細(xì)胞壁的原因是 A．植物體細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成中不包括細(xì)胞壁 B．細(xì)胞壁使原生質(zhì)體失去活力 C.細(xì)胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合 D．細(xì)胞壁不是原生質(zhì)的組成部分 答案： C 6不屬于目的基因與運載體結(jié)合過程的是 A．用一定的限制酶切割質(zhì)粒露出黏性末端 B．用同種限制酶切割目的基因露出黏性末端 C．將切下的目的基因的片段導(dǎo)人到質(zhì)粒切口處 D．將重組DNA導(dǎo)人愛體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增

12、 答案： D 7科學(xué)家發(fā)現(xiàn)栽種含有抗除草劑基因的農(nóng)作物后，會使附近的、與其親緣關(guān)系較近的野生植物也獲得抗除草劑基因；野生植物獲得該基因最可能的途徑是 A.基因突變 B．染色體變異 C．自然選擇 D．自然雜交 答案： D 8下圖為某哺乳動物生殖過程示意圖(b為卵細(xì)胞)。下列相關(guān)敘述中不正確的是 A.動物個體①、②的產(chǎn)生分別屬于有性生殖和無性生殖 B．動物個體②的產(chǎn)生表明，高度分化的動物細(xì)胞也具有全能性 C．按照動物個體②的產(chǎn)生方式，后代的性別比例仍為1：1，但不利于動物的進(jìn)化 D.產(chǎn)生圖中a、b、c三種細(xì)胞的方式，僅c為有絲分裂 答案： C

13、Ⅲ高分熱點題預(yù)測 1人工種子是人們模仿天然種子結(jié)構(gòu)制造出來的生命有機(jī)體，它能像種子一樣萌發(fā)生長，長成植物。人工種子的核心部件是被外層物包埋的具有類似種子胚功能的胚狀。胚狀體不同于一般的種子胚，是由非合子細(xì)胞分化形成的類似于胚的蛄構(gòu)物，所以，又稱“體細(xì)胞胚”或“花粉胚”。胚狀體在一定的條件下，可以通過胚胎發(fā)育過程形成植株。 胚狀體可從懸浮培養(yǎng)的單細(xì)胞中得到，也可通過試管培養(yǎng)的愈傷組織、花粉或胚囊獲得。將胚狀體包埋在一個能提供營養(yǎng)的膠質(zhì)中，便成了所謂的“人工種子”。 自從1968年F·C·斯圖爾德和J·賴爾特分別對胡蘿卜進(jìn)行誘導(dǎo)得到胚狀體，30多年來約養(yǎng)出了胚狀體。我國利用組織培養(yǎng)技術(shù)已成功

14、地在煙草、水稻、小麥和玉米等作物上誘導(dǎo)出了胚狀體。各國正著手將人工種子推向商品化。 高考高考考動向：檀物組織培養(yǎng)、植物的個體發(fā)育。 高考試題預(yù)測：根據(jù)上述材料回答： (1)植物的胚狀體是________的產(chǎn)物。培育胚狀體利用了________這一項生物技術(shù)。 答案：非合子細(xì)胞分化形成 組織培養(yǎng) (2)包埋胚狀體的膠質(zhì)可看作種子的________部分。 答案：子葉或胚乳 (3)在胚狀體的培育過程中，細(xì)胞先后發(fā)生的兩次顯著性變化是________和________。 答案：脫分化再分化 (4)下列關(guān)于愈傷組織的說法中，正確的有(多選)

15、A.愈傷組織是一團(tuán)高度液泡化的薄壁細(xì)胞 B．愈傷組織是一團(tuán)形狀不規(guī)則、排列疏松的細(xì)胞 C．愈傷組織是一團(tuán)具有一定的分裂增殖能力的細(xì)胞 D．愈傷組織是一團(tuán)綠色的能夠進(jìn)行光合作用的細(xì)胞 答案： ABCD (5)該項技術(shù)的成功應(yīng)用，反映了細(xì)胞的________性。 答案：全能性 2下圖表示基因型為AaBb的水稻的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程。 高考高考考動向：花粉及其離體培養(yǎng)、光合作用、激素的調(diào)節(jié)作用、物種的染色體數(shù)和核苷酸鏈數(shù)、基因型等。 高考試題預(yù)測：根據(jù)以上材料，分析回答下列問題： (1)愈

16、傷組織是花粉細(xì)胞不斷分裂后形成的不規(guī)則的細(xì)胞團(tuán)，愈傷組織形成中，必須從培養(yǎng)基中獲得________和小分子有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)。 答案：水、無機(jī)鹽 (2)要促進(jìn)花粉細(xì)胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有_______________________________兩類激素。 答案：細(xì)胞分裂素和植物生長素 (3)愈傷組織分化是指愈傷組織形成芽和根，再由芽發(fā)育成葉和莖。這一過程必須給予光照，其原因是________利用光能制造有機(jī)物，供試管苗生長發(fā)育。 答案：葉綠體 (4)試管苗的細(xì)胞核中含有________條脫氧核苷酸鏈。 答案：24 (5)培育成的試管苗可能出現(xiàn)的基因型有_____

17、___。 答案： AB、Ab、aB、ab 3蘇云金桿茼是目前使用最廣泛的一種病原微生物殺蟲劑，它的毒力強(qiáng)，殺蟲范圍廣，入侵棉鈴蟲(一種嚴(yán)重危害棉花的害蟲)體內(nèi)后能在消化道大量繁殖，并能分泌一類伴孢晶體蛋白，使棉鈴蟲致死，而此毒蛋白對人畜無害。 1990年中國科學(xué)將這種毒蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花植株內(nèi)并 實現(xiàn)成功的表達(dá)。 高考高考考動向：直核細(xì)胞與原核細(xì)胞的區(qū)別、基因表達(dá)、 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能特點、種間關(guān)系等。 高考試題預(yù)測：根據(jù)所學(xué)知識，分析回答以下問題： (1)蘇云金桿菌屬于________生物。棉花葉與棉鈴蟲細(xì)胞相比，特有的結(jié)構(gòu)是________。 答案：原

18、核 細(xì)胞壁、葉綠體、液泡 (2)蘇云金桿菌與棉鈴蟲的關(guān)系屬于________。 答案：寄生 (3)毒蛋白對人畜無害，而使棉鈴蟲致死。從蛋白質(zhì)的性質(zhì)看，蛋白質(zhì)具有________性。 答案：特異 (4)某種蘇云金桿菌產(chǎn)生的伴孢晶體蛋白含兩條多肽鏈，共由126個氨基酸組成，該伴孢晶體蛋白含有的肽鍵數(shù)是________。伴孢晶體蛋白消化成毒肽所需的消化酶是________。 答案：124 蛋白酶 (5)題中“毒蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花并實現(xiàn)成功的表達(dá)”中的成功表達(dá)含義是________。 答案：轉(zhuǎn)移到棉花DNA上的毒蛋白基因控制合成毒蛋白 (6)這種防治害蟲的方法

19、屬于________防治方法，其突出優(yōu)點是什么? 答案：生物 減少農(nóng)藥的污染，保持環(huán)境 4我國在特基因魚方面的研究上處于領(lǐng)先地位，如轉(zhuǎn)入生長激素(GH)基因的魚生長速度快，營養(yǎng)轉(zhuǎn)化率高。但魚類易于逃逸、擴(kuò)散。因此特基因魚的生態(tài)安全性問題很是值得研究，如轉(zhuǎn)基因魚對生態(tài)系0L的壓力及外源基固的擴(kuò)散問題。最近，我國科學(xué)家只是將三倍體的特基固魚投入自然系統(tǒng)。 高考高考考動向：基因工程原理、基因的表達(dá)、激素的生理作用、多倍體的遺傳特點。 高考試題預(yù)測：分析上述材料，回答下列問題： (1)轉(zhuǎn)基因魚成功的物質(zhì)基礎(chǔ)是________。 答案：這些生物的遺傳物質(zhì)都是DNA (2)已知人

20、的GH是一種含有191個氨基酸的蛋白質(zhì)，若將入的GH基因轉(zhuǎn)入魚體內(nèi)，則轉(zhuǎn)基因魚增加的脫氧核苷酸至少是________，并寫出遺傳信息傳遞過程： 答案：1146 遺傳信息的傳遞過程如圖所示 (3)轉(zhuǎn)基因魚通過較高的能量轉(zhuǎn)化效率，取得較高的生長率，以至其生長高于非轉(zhuǎn)基因魚，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換效率也是顯著高于非轉(zhuǎn)基因魚。其原因可能是________。 答案：合成了大量的生長激素，生長激素能促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成 (4)魚類易于逃逸和擴(kuò)散，因此轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全性問題的研究是很重要的，試分析引起生態(tài)安全性問題的 原因。 答案：轉(zhuǎn)基因魚與同種野生魚雜交，使野生魚帶有轉(zhuǎn)基因，具有生長優(yōu)勢，使其

21、捕食對象大量減少，與其他物種競爭，引起生態(tài)危機(jī) (5)多倍體魚類對控制過度繁殖是有效的。我國科學(xué)家最近培育成功了三倍體“湘云鯽”，試從保障生態(tài)安全性問題分析只投放三倍體魚的原因。 答案：轉(zhuǎn)基因的二倍體個體加倍為四倍體轉(zhuǎn)基因個體，然后二倍體與四倍體雜交形成三倍體。三倍體不能繁殖，可以人工控制養(yǎng)殖數(shù)量和范圍，避免因發(fā)生雜交、加劇競爭引起生態(tài)危機(jī)。 5如今，從土豆、草莓到西紅柿，各種各樣的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品已經(jīng)潛入尋常百姓家，更有資料顯示，我國餐桌上有50％以上的大豆色拉油屬于轉(zhuǎn)基食品。然而近年來，有關(guān)轉(zhuǎn)基 因食品是否影響健康的爭論不絕于耳。例如：1999年，莢國康奈爾大學(xué)Losey等人將轉(zhuǎn)Bt基

22、因(蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白基因)玉米花粉撒在苦芭萊上，喂食黑脈金斑蝶 4天后死亡率達(dá)44％，而對照組無一死亡，研究者認(rèn)為該轉(zhuǎn)基因玉米對非靶生物有毒。 高考高考考動向：對基因工程的認(rèn)識、基因工程育種的優(yōu)點 高考試題預(yù)測：分析以上材料，結(jié)合所學(xué)知識，回答以下問題： (1) 報道轉(zhuǎn)基因作物大面積種植已達(dá)7年，食用轉(zhuǎn)基因食品的人群至少已有10億之多，至今沒有轉(zhuǎn)基因食品不安全的任何實例。轉(zhuǎn)基因食品是安全的，試分析原因。 答案：①轉(zhuǎn)基因食物被煮熟之后，細(xì)胞就被破壞了，進(jìn)人人腸胃系統(tǒng)后，DNA又被酶分解，DNA大都變成了碎片，即使有整條的DNA存在，也無法發(fā)揮基因移植到人體的作用。②我們所吃的非

23、轉(zhuǎn)基因改良谷物是長期人工選擇的結(jié)果，人們食用后并未有不適和影響健康。③轉(zhuǎn)基因食品僅是農(nóng)作物品種中加入一兩個對人類無害的已知性狀的基因等。(只要合理即可) (2) 自1983年轉(zhuǎn)基因作物在美國問世以來，用生物技術(shù)改造農(nóng)產(chǎn)品的研究與應(yīng)用進(jìn)展飛快基因作物的種植面積達(dá)到了5 000萬公頃。試問：轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品到底有什么優(yōu)勢? 答案：①縮短育種時間②定向改造生物的性狀③提高糧食產(chǎn)量，解決糧食問題 (3) 你是怎樣理解轉(zhuǎn)Bt基因(蘇云金桿菌殺蟲晶體蛋白基因)玉米花粉對非靶生物是有毒的。答案：轉(zhuǎn)Bt基因玉米在培育過程中沒有對所有的生物進(jìn)行毒性檢測實驗，在邏輯判斷上屬于不完全歸納。 (4) 有人認(rèn)為轉(zhuǎn)基因生物會造成基因污染，危害生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。你是怎樣理解的? 答案：轉(zhuǎn)基因生物中所含的外源基因可能會通過雜交在環(huán)境中傳遞，可能會由此產(chǎn)生超級雜草、超級害蟲以及其他超級動物等，使得生物多樣性受到破壞。(只要合理即可) - 6 - 用心 愛心 專心