现代生物科技专题复习

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  现代生物科技专题复习
  山东枣庄28中(277300)张建伟 褚夫晔
  一、考情分析
  纵观近五年的高考命题,我们不难发现,高考对《现代生物科技专题》的考查方式是固定的,即以特定的背景材料为依托来组织命题,在此背景下,寻找各种工程技术的应用落点。“起点高,落点低”是选修3命题的主要特点,即考查的都是基本的概念、原理和基本的工程技术应用,重点考查对技术应用及分析,综合性强,但难度不大。
  二、考点整合
  考点一、基因工程
  1.基因工程的基本工具
  (1)限制性内切酶:①分布:主要分布在微生物中;②作用:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子;③作用特点:专一性(特异性);④作用结果:产生黏性末端。
  (2)DNA连接酶的作用:连接磷酸和五碳糖,形成磷酸二酯键。
  (3)载体:①作用:将目的基因导入受体细胞;②常用的载体:质粒、动植物病毒等。质粒是存在于细菌、酵母菌细胞质内的小型环状DNA。
  2.基因操作的基本步骤
  (1)目的基因的获取:①从自然界已有物种中直接分离基因;②人工合成基因:a.反转录法:mRNA→单链DNA→双链DNA;b.化学合成:氨基酸序列→核苷酸序列→人工合成。
  (2)构建表达载体
  (3)目的基因导入受体细胞:借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径,将目的基因导入受体细胞。
  (4)目的基因的检测与鉴定
  目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过检测与鉴定才能知道,所以这一步是检查基因工程是否做成功的一步。
  3.基因工程与蛋白质工程比较
  考点二、细胞工程
  1.植物组织培养
  (1)脱分化和再分化的比较
  在植物组织培养中,无论是脱分化形成愈伤组织,还是再分化形成新的植株,这些过程中细胞增殖的方式均为有丝分裂。
  2.植物体细胞杂交:(1)原理:细胞膜的流动性(植物体细胞融合)和细胞的全能性(植物组织培养)。(2)过程:酶解法制备原生质体→原生质体融合→杂种细胞再生出细胞壁→脱分化形成愈伤组织→再分化形成杂种植株。(3)植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,利用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞细胞壁的过程利用了酶的专一性。(4)植物体细胞融合成功的标志:杂种细胞再生出新的细胞壁。(5)植物体细胞杂交技术的目的是为了获得杂种植株,而不是获得杂种细胞。(6)优点:克服了植物远缘杂交不亲和的障碍,可以将不同物种的优良性状集合于一体;可以定向的改良生物性状。
  3.植物组织培养与动物细胞培养的区别
  (1)相同点:①都需要人工条件下的无菌操作;②都是合成培养基(但性质和成分不同);③都需要适宜的温度、pH等条件;④都进行了有丝分裂,属于无性繁殖,都可称为克隆。
  (2)不同点
  4.动物细胞核移植技术与克隆技术
  原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。用体细胞核移植技术得到克隆动物,说明动物体细胞的细胞核具有全能性。
  供体和受体的选择:(1)供体:一般选用传代10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型,保证供体细胞正常的遗传基础。(2)受体:去核的MⅡ中期的卵母细胞。①选取MⅡ中期的卵母细胞的原因:细胞大,易于操作;卵黄多,营养丰富,为发育提供充足的营养;卵细胞具备受精能力,细胞质中含有刺激融合后重组细胞进行分裂分化并形成重组胚胎的物质和条件。(3)去核的原因:保证克隆动物的遗传物质最大程度的来自有重要利用价值的动物。
  5.植物细胞融合与动物细胞融合
  考点三、胚胎工程
  1.胚胎工程的理论基础
  (1)受精过程:
  Ⅰ.准备阶段:①精子获能:成熟的精子需在雌性生殖道获能后才具备受精能力。②卵子的准备:动物排出的卵子一般到减数第二次分裂中期时才具备与精子受精的能力。
  Ⅱ.受精阶段:精子穿越放射冠和透明带(顶体反应)→精子穿越卵黄膜(精子外膜和卵黄膜融合)→雌雄原核形成(此时排出第二极体)→雌雄原核融合(完成受精作用,形成受精卵)。
  Ⅲ.防止多精入卵的屏障:①透明带反应,是防止多精入卵的第一道屏障;②卵黄膜封闭作用,是防止多精入卵的第二道屏障。
  (2)早期胚胎发育:受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
  2.体外受精和早期胚胎培养
  (1)卵母细胞的采集和培养:从输卵管中获取的卵子,可直接与获能的精子在体外受精;从卵巢中获取的卵母细胞,要在体外经人工培养到减数第二次分裂中期,才能与获能的精子受精。
  (2)精子的采集和获能:用不同的方法采集的精子,要放入获能液中培养或用化学药物诱导,使精子获能。
  (3)体外受精和胚胎的早期培养:获能的精子和培养成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程,然后移入发育培养液中继续培养一段时间,经检查发育正常时,即可在适宜的发育阶段向受体移植(或冷冻保存)。
  3.胚胎工程的三个操作流程
  (1)试管动物生产流程(以培育良种牛为例,见下左图)
  (2)胚胎移植的培育流程(上面右图)
  4. 胚胎干细胞:(1)来源:早期胚胎或原始性腺。(2)特点:①具有胚胎细胞的特性(体积小、核大、核仁明显、全能分化和无限增殖);②在体外培养条件下可以增殖而不分化,可以对它进行冷冻保存,也可以进行遗传改造。(3)应用:①治疗人类的某些顽症;②培育移植用的人造组织器官;③研究体外细胞分化的理想材料。   友情提示:
  1.基因工程中用到的工具酶有:限制性内切酶和DNA连接酶。DNA连接酶和DNA聚合酶连接的部位是一样的,都是形成磷酸二酯键。
  2.单克隆抗体的制备过程中,与骨髓瘤细胞融合的是已免疫的淋巴细胞,即浆细胞。
  三、典型考题选析
  例1、(2013年高考江苏卷)软骨发育不全为常染色体显性遗传病,基因型为HH 的个体早期死亡。一对夫妻均为该病患者,希望通过胚胎工程技术辅助生育一个健康的孩子。下列做法错误的是
  A. 首先经超排卵处理后进行体外受精 B. 从囊胚中分离细胞,培养后检测基因型
  C. 根据检测结果筛选基因型为hh 的胚胎 D. 将胚胎培养至原肠胚期后移植到子宫
  解析:超数排卵可以得到多个次级卵母细胞,以便于体外受精得到更多的胚胎,A正确;检测基因型,是从囊胚中分离细胞,以便于选择正常胚胎,B正确;软骨发育不全为常染色体显性遗传病,健康个体基因型应为hh,C正确;人类进行胚胎移植的时间一般8-16个细胞时期,D错误。答案:D
  点评:此题考查胚胎工程的原理及关键技术,难度不大。
  例2、(2013年高排开新课标全国Ⅰ卷·40)阅读如下材料:
  材料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵在,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
  材料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
  材料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。
  回答下列问题:
  (1)材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用__________法。构建基因表达载体常用的工具酶有__________和______________。在培育转基因植物是,常用农杆菌转化发,农杆菌的作用是_________________。
  (2)材料乙属于________________工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对____________进行改造,或制造制造一种______________的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的______________序列发生了改变。
  (4)材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到________种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中,兔甲称为_________体,兔乙称为________体。
  解析:(1)将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法,构建基因表达载体常用的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶。农杆菌的作用是将目的基因导入到植物(受体)细胞内。
  (2)资料乙中的技术属于蛋白质工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过对基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的氨基酸序列发生了改变。
  (3)胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育为新个体的技术。在资料丙实例中,兔甲称为供体,兔乙称为受体。
  答案:(1)显微注射法 限制性内切酶 DNA连接酶 农杆菌可感染植物,将目的基因转移到受体细胞中
  (2)蛋白质 现有蛋白质 新蛋白质 氨基酸 (3)同 供体 受体
  点评:本题通过基因工程和胚胎工程知识结合,主要考查对基础知识的理解和识记能力。
  例3、(2013年高考天津卷)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。
  据图回答下列问题:
  (1)过程①所需的酶是_________________________。
  (2)过程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的_________________存在,这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。
  (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是_________。原生质体经过______________再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组织。
  (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和__________________植株的根尖,通过_____________、______________、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。
  (5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA_进行PCR_扩增,得到两亲本的差异性条带,可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株1—4进行PCR扩增的结果。据图判断,再生植株1—4中一定是杂种植株的有_____________________。
  (6)对杂种植株进行__________________接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。
  解析:(1)过程①表示原生质体的制备,要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁
  (2)用于融合的两个细胞,一个是黑芥苗的叶肉细胞,一个是花椰菜的根部细胞,其中供体细胞特有的结构是叶绿体,可通过观察叶绿体的有无作为初步筛选杂种细胞的标志。
  (3)原生质体没有细胞壁的保护,需要加入适宜浓度的甘露醇以保证渗透压的稳定,以避免原生质体吸水或失水破坏原生质体的完整性;原生质体通过细胞壁杂声形成杂种细胞,进而形成愈伤组织。
  (4)分析再生植株染色体变异类型,需要将再生植株细胞染色体和黑芥苗与花椰菜细胞中的染色体制片观察进行比较,制片的基本程序是解离、漂洗、染色、制片。
  (5)根据图谱,花椰菜含有碱基对为300和600的DNA_片段,黑芥还有碱基对为1000、1300和1500的片段,再生植株3,只含有长度为300和600的片段,与花椰菜一致,1、2、4既含有花椰菜DNA_片段,又含有黑芥DNA_片段,为杂种植株。
  (6)对杂种植株接种黑腐病菌,能正常生长的即为具有高抗性的杂种植株。
  答案:(1)纤维素酶和果胶酶_____(2)叶绿体___(3)保持原生质体完整性细胞壁__(4)双亲(或花椰菜和黑芥)解离漂洗__(5)1、2、4___(6)黑腐病菌
  点评:本题以抗黑腐病花椰菜的培育为信息载体,综合考查了植物细胞工程、细胞分裂装片的制作观察、PCR_图谱的识别等相关内容,同时也考查了考生识图获取信息的能力,具有一定难度。
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