专题十,现代生物科技专题
专题十
现代生物科技专题 [内容要求] 1.基因工程的诞生。2.基因工程的原理及技术(含 PCR 技术)。3.基因工程的应用。4.蛋白质工程。5.植物组织培养。6.动物细胞培养与体细胞克隆。7.细胞融合与单克隆抗体。8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础。9.胚胎干细胞的培养。10.胚胎工程的应用。11.转基因生物的安全性。12.生物武器对人类的威胁。13.生物技术中的伦理问题。14.简述生态工程的原理。15.生态工程的实例。16.DNA 的粗提取与鉴定。
梳理核心知识
1.限制酶为何不切割自身 DNA?
选修③ P 4 “寻根问底”改编 提示 原核生物 DNA 分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
2.cDNA 文库的基因中为什么不含有启动子和内含子？ 选修③ P 10 “生物技术资料卡” 提示 cDNA 文库是以某一发育时期细胞中的 mRNA 为模板反转录形成的，mRNA 中不含有启动子和内含子。
3.对天然蛋白质的改造，为什么不能直接对蛋白质进行操作？ 选修③ P 26 “旁栏思考题” 提示 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，如果对蛋白质直接改造，即便成功，改造的蛋白质也无法遗传。
4.说出植物组织培养的培养基的组成。
选修③ P 36 “小知识” 提示 一般由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。
5.动物细胞培养时用胃蛋白酶分散细胞行吗？为什么？ 选修③ P 44 “旁栏思考题” 提示 不行。胃蛋白酶适于在较强的酸性条件下发挥作用，而较强的酸性条件会对贴壁细胞造成伤害。
6.病毒灭活的含义是什么？ 选修③ P 52 “生物技术资料卡” 提示 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
7.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？ 选修③ P 63 “讨论” 提示 指卵子从卵泡中排出。
8.精子获能就是获得能量吗？ 选修③ P 70 “内文信息” 提示 不是获得能量，是指精子获得受精“能力”。
9.对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？ 选修③ P 79 “旁栏思考题” 提示 内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
1.基因工程中常考的 3 个易错点 (1)为了避免目的基因和载体的自身环化和随意连接，可使用不同的限制酶切割目的基因和载体，使目的基因和载体各具有两个不同的末端。
(2)DNA 连接酶连接的是两个 DNA 片断，而 DNA 聚合酶是将单个的脱氧核苷酸连接到已有的 DNA 片断上。
(3)在基因工程的四个操作步骤中，只有第三步将目的基因导入受体细胞没有碱基互补配对现象，其余三个步骤都涉及碱基互补配对。
2.有关植物细胞工程的 3 个易错点 (1)植物组织培养过程中，脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。
(2)植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。
(3)人工种子是无性生殖，自然种子是有性生殖。
1.[2019·全国卷Ⅰ，38(3)]目前在 PCR 反应中使用 Taq 酶而不使用大肠杆菌 DNA聚合酶的主要原因是______________________________________。
提示 Taq 酶热稳定性高，而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活 2.[2018·全国卷Ⅰ，38(1)]回答下列问题：
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 _______________________________________________(答出两点即可)。
提示 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
3.[2017·全国卷Ⅰ，38(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__________________________。
提示 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 4.[2018·全国卷Ⅲ，38(1)]“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指_____________________________________________________。
提示 将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞 5.[2017·全国卷Ⅱ，38(2)]以 mRNA 为材料可以获得 cDNA，其原理是_____________________________________________________________。
提示 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 6.[2017·全国卷Ⅱ，38(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__________________________(答出两点即可)。
提示 目的基因无复制原点；目的基因无表达所需的启动子。
7. 在 动 物 细 胞 核 移 植 获 得 克 隆 动 物 时 用 卵 细 胞 作 受 体 细 胞 原 因 是__________________________________________________________。
提示 卵细胞大利于操作，细胞质中有使细胞核基因得以表达的物质和条件 8.动物细胞培养时取幼龄动物的组织细胞，原因是_________________________。目前使用或冷冻保存的正常细胞通常是 10 代以内，原因是______________。
提示 幼龄动物的细胞分裂增殖能力强 细胞核型没有发生改变 9.植物组织培养时要对培养基进行灭菌处理，原因是___________________。
提示 杂菌会跟培养物争夺培养基中的营养，且杂菌能产生有毒的代谢产物，对培养物起毒害作用 10.胚胎移植时对同种哺乳动物供受体进行同期发情处理的原因是 ______________________________________________________________。
提示 使供受体处于相同的生理状态
微专题 1 基因工程
1.基因工程的理论基础
2.基因工程的 3 种基本工具
3.基因工程的操作流程 (1)目的基因的获取
提醒：①从 cDNA 文库获取的目的基因不含启动子和终止子。
②利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子连接
到一起。
(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建
提醒：①基因工程中的载体与细胞膜上的载体不同。
②启动子、终止子 a.启动子(DNA 片段)≠起始密码子(位于 mRNA 上)。
b.终止子(DNA 片段)≠终止密码子(位于 mRNA 上)。
③目的基因插入位置：启动子与终止子之间。
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
4.蛋白质工程
1.(2020·山东等级考，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例
越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx 基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了 3 个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列插入 Ti 质粒构建重组载体时，所需的酶是_____________________________________________________________， 重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2) 根 据 启 动 子 的 作 用 推 测 ， Wx 基 因 启 动 子 序 列 的 改 变 影 响 了________________________，从而改变了 Wx 基因的转录水平。与野生型水稻相比，3 个突变品系中 Wx 基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是_________________________。
(3)为检测启动子变化对 Wx 基因表达的影响，科研人员需要检测 Wx 基因转录产生的 mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总 RNA，经________过程获得总 cDNA。通过 PCR 技术可在总 cDNA 中专一性地扩增出 Wx基因的 cDNA，原因是______________________________________________。
(4)各品系 Wx mRNA 量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是________________________________________________。
解析 (1)限制性核酸内切酶能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开；DNA 连接酶能将 DNA 片段拼接起来。将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列插入 Ti 质粒构建重组载体时，需要限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的参与。转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)启动子是 RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出 mRNA。Wx 基因启动子序列的改变影响了 RNA 聚合酶与启动子的识别和结合，从而改变了 Wx 基因的转录水平，使直链淀粉合成酶基因的表达量改变。根据题干信息可知，基因编辑系统是对启动子序列进行定点编辑，由于编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子，所
以与野生型水稻相比，3 个突变品系中 Wx 基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列没有发生变化。(3)用提取的各品系胚乳中的总 RNA 合成总 cDNA 的过程为逆转录，需要逆转录酶的参与。由于引物能与 Wx 基因的 cDNA 特异性结合，故通过 PCR 技术可在总 cDNA 中专一性地扩增出 Wx 基因的 cDNA。(4)mRNA是蛋白质合成的直接模板，根据题图分析可知，4 个品系中品系 3 的 Wx mRNA量最低，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强。
答案 (1)限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 转化 (2)RNA 聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录(或：反转录) 引物是根据 Wx 基因的一段已知序列设计合成的(或：引物能与 Wx 基因的 cDNA 特异性结合) (4)品系 3 品系 3 的Wx mRNA 最少，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强 2.(2020·高考预测压题密卷)基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，以达到治疗目的。世界上第一例临床基因治疗患者是一个患有严重复合型免疫缺陷疾病(SCID)的女童，其体内因缺失腺苷酸脱氨酶基因(ADA)，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶，而该酶是免疫系统发挥正常功能所必需的。下图为科学家们对她进行基因治疗的主要过程。回答下列问题：
(1)图中①所示的过程是基因工程步骤中的________________________。T 细胞乙大量增殖前还需经过筛选，目的是___________________________。
(2)若要检测 ADA 基因是否转录出了 mRNA，需从 T 细胞乙中提取 mRNA，用________做探针与 mRNA 杂交，若________，则表明 ADA 基因转录出了 mRNA。
(3) 与 一 般 的 异 体 移 植 相 比 ， 上 述 基 因 治 疗 方 法 最 大 的 优 点 是____________________________________________________。
(4)MoM 病毒的遗传物质是 RNA，但病毒 MoM 上人正常 ADA 基因仍能整合到
T 细胞的染色体 DNA 上，其整合过程最可能是____________________________； 科学家在进行①操作时，将 MoM 病毒基因组 RNA 上编码病毒外壳蛋白的核苷酸序列一律删除掉，试分析这样做的目的和好处是_______________________。
答案 (1)基因表达载体的构建(目的基因与运载体结合) 筛选出含目的基因(ADA 基因)的 T 细胞 (2)标记的目的基因(ADA 基因) 出现杂交带 (3)没有免疫排斥反应 (4)MoM 属于“逆转录病毒”，进入人体 T 细胞后，MoM 病毒的 RNA 会在自身携带的逆转录酶的作用下逆转录成 DNA，并同时插入到宿主细胞的基因组 DNA上 MoM 侵染进入细胞后，无论如何复制，都无法产生后代所需要的病毒外壳，因此也就失去了繁殖和继续侵入其他细胞的能力(合理即可) 3.(2020·保定市调研)Ⅱ型干扰素是效应 T 细胞分泌的一种淋巴因子，可用于治疗癌症。科学家将Ⅱ型干扰素基因与大肠杆菌的 DNA 分子进行了重组，使该基因在大肠杆菌中得以成功表达。
(1)若用 PCR 技术扩增Ⅱ型干扰素基因，其前提条件是有一段________，以便根据这一序列合成引物。PCR 过程需要经过多次循环，每一个循环包括：变性→复性→延伸，其中复性的目的是________________________，延伸过程中最主要的过程是_________________________________________________________。
(2)已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—，Ⅱ型干扰素基因结构如图所示。
①在构建基因表达载体的过程中，用限制酶________切割质粒，用限制酶________切割目的基因。
②将得到的大肠杆菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，得到如图 a 所示的结 果 ( 圆 点 表 示 菌 落 ) ， 该 结 果 说 明 能 够 生 长 的 大 肠 杆 菌 中 已 导 入 了________________。将灭菌绒布按到培养基 a 上，使绒布表面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图 b 所示的结果(圆圈表示与图 a 中培养基上对照无菌落的位置)。与图 b 圆圈相对应的图 a 中的菌落表现型是________________，这些大肠杆菌中导入了________。
解析 (1)利用 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因(Ⅱ型干扰素基因)的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。PCR 过程需要经过多次循环，每一个循环包括：变性→复性→延伸，变性是指目的基因的 DNA 双链解聚为单链，复性是指引物与互补链结合，延伸是指四种脱氧核苷酸在 DNA 聚合酶作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链，延伸过程中最主要的过程是 Taq 酶把单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到引物上，如此逐渐延伸形成互补链。(2)①在构建基因表达载体时，需用限制酶对目的基因和质粒进行切割以形成相同的黏性末端。质粒如果用限制酶Ⅱ来切割的话，质粒上的抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都会被破坏，故质粒只能用限制酶Ⅰ切割(破坏抗四环素基因，不破坏抗氨苄青霉素基因)，目的基因用限制酶Ⅱ切割后形成的黏性末端与质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性末端相同，且用限制酶Ⅰ不能将目的基因切割下来，故用限制酶Ⅱ切割目的基因。②质粒上含有 2 个标记基因，但重组质粒中抗四环素基因被破坏了，抗氨苄青霉素基因没有被破坏，如果得到的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基上能生长，说明能够生长的大肠杆菌中已经导入了重组质粒或普通质粒，这是因为普通质粒和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因；与图b 圆圈相对应的图 a 中的菌落表现型是抗氨苄青霉素但不抗四环素，说明这些大肠杆菌中导入了重组质粒。
答案 (1)Ⅱ型干扰素基因(目的基因)的核苷酸序列 使引物与互补链结合 Taq酶把单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接到引物上，如此逐渐延伸形成互补链 (2)①Ⅰ Ⅱ ②普通质粒或重组质粒 抗氨苄青霉素而不抗四环素 重组质粒
重点题型 8 PCR 技术及应用
1.PCR 技术原理与条件
2.PCR 技术的过程
1.(2019·全国卷Ⅰ，38)基因工程中可以通过 PCR 技术扩增目的基因。回答下列问题。
(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括________和________。
(2)生物体细胞内的 DNA 复制开始时，解开 DNA 双链的酶是________。在体外利用 PCR 技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板 DNA 解链为单链的条件是________。上述两个解链过程的共同点是破坏了 DNA 双链分子中的________。
(3)目前在 PCR 反应中使用 Taq 酶而不使用大肠杆菌 DNA 聚合酶的主要原因是____________________________________________________________。
解析 (1)基因文库包括基因组文库和 cDNA 文库。(2)生物体细胞内 DNA 复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用 PCR 技术扩增目的基因时，则是通过加热至 90～95 ℃进行解旋的，二者都破坏了碱基对中的氢键。(3)在 PCR过程中，要加热至 90～95 ℃，所以使用热稳定性高的 Taq 酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌 DNA 聚合酶。
答案 (1)基因组文库 cDNA 文库 (2)解旋酶 加热至 90～95 ℃ 氢键 (3)Taq 酶热稳定性高，而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活 2.(2020·雅礼中学联考)CAR—T 细胞疗法是通过设计 CAR 基因，并导入癌症患者的 T 细胞中，使其转化为 CAR—T 细胞，CAR—T 细胞膜上的 CAR 蛋白与癌细胞表面抗原特异结合后，激活 CAR—T 细胞使其增殖、分化，从而实现对癌细胞的特异性杀伤和记忆，主要过程如下图。请回答：
(1) 要 获 取 CAR 基 因 ， 可 采 取 PCR 技 术 进 行 大 量 扩 增 ， 前 提 是________________________________________________________________。
(2)将 CAR 基因导入患者 T 细胞前，需完成过程[①]________________，该过程中先要用________切割含有 CAR 基因的 DNA 片段和________，以形成相同的黏性末端，再用 DNA 连接酶连接形成 pCDH—CAR。pCDH—CAR 上除了目的基因外，还有一些必需的部分，比如________，它是 RNA 聚合酶识别和结合的部位。
(3)完成过程②常用方法是________法。此外，还可以先将 CAR 基因整合到逆转录病毒载体中，再利用病毒的________性导入并将 CAR 基因整合到 T 细胞的________上。
(4)检测 CAR—T 细胞中的 CAR 基因是否转录出了 mRNA 所采用的方法是
_______________________________________________________________。
(5)在将 CAR—T 细胞输给病人进行治疗之前，还需在实验室内进行细胞扩增培养。体外培养 CAR—T 细胞的培养液中除合成培养基的成分外，一般还需添加________等天然成分。
答案 (1)CAR 基因序列已知 (2)构建基因表达载体 限制性核酸内切酶 pCDH 质粒 启动子 (3)显微注射 侵染 染色体 DNA (4)分子杂交技术 (5)血清(血浆) 3.(2020·江西六校联盟)现有甲、乙两种双子叶植物，植物甲因含有抗旱基因而具有极强的抗旱性，植物乙抗旱性低。若将该抗旱基因转移至植物乙中，有可能提高后者的抗旱性。目前，基因工程中使用的限制酶主要是从原核生物中分离纯化获得的。含有限制酶的细胞通常还具有相应的甲基化酶，它可对自身 DNA 序列进行甲基化修饰。回答下列问题：
(1)为获取抗旱基因，可以先从植物甲中提取该基因的 mRNA，然后经________过程获得 cDNA。基因工程的核心步骤是__________________________。
(2)使用 PCR 技术扩增抗旱基因时，可选择图中 A、B、C、D 四种单链 DNA 片段中的________作为引物，此过程还需要________酶，但不需要解旋酶，而是利用________使 DNA 解旋。
(3)原核细胞中的限制酶可切割外源 DNA，但不破坏自身 DNA，其原因可能是①__________________________________________________________； ②___________________________________________________________。
(4)在大田里栽培转基因植物时，要求转基因植物与传统作物之间间隔足够远的距离，以免_____________________________________________________。
解析 (1)从植物甲细胞中提取目的基因的 mRNA，需通过逆转录获得 cDNA。基因工程的核心步骤是构建基因表达载体。(2)DNA 合成的方向为 5′→3′，因此使用 PCR 技术扩增抗旱基因时，应选用图中的 B、C 作为引物，该过程需要 Taq酶，不需要解旋酶，而是利用高温使 DNA 解旋。(3)原核细胞中的限制酶可切割
外源 DNA，但不破坏自身的 DNA，可能的原因是细胞自身 DNA 分子中没有该限制酶的识别序列；甲基化酶对细胞自身的 DNA 进行甲基化修饰，限制酶无法识别修饰后的 DNA 序列。(4)在大田里栽培转基因植物时，要求转基因植物和传统作物之间间隔足够远的距离，以免目的基因随花粉传播到传统植物中，造成基因污染。
答案 (1)逆转录 构建基因表达载体 (2)B、C Taq 高温 (3)①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列 ②甲基化酶对细胞自身的DNA 进行甲基化修饰，限制酶无法识别修饰后的 DNA 序列 (4)目的基因随花粉传播到传统植物中，造成基因污染 微专题 2 细胞工程
1.植物组织培养的过程 原理：植物细胞的全能性
提醒：①植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。
②脱分化阶段不需光，再分化阶段需光。
③生长素/细胞分裂素的比值高时，促进根的分化、抑制芽的形成；比值低时，促进芽的分化、抑制根的形成。
④体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。
2.植物体细胞杂交技术 原理：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性
3.动物细胞培养 原理：细胞增殖
提醒：①动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同：
第一次：处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞。
第二次：使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。
②使用或冷冻保存的是 10 代以内的细胞，原因是保持细胞正常的二倍体核型。
③避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理，加入一定量的抗生素，定期更换培养液。
④区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。
4.动物体细胞克隆技术(核移植技术) 原理：动物细胞核的全能性
提醒：核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因：
①克隆动物遗传物质来自两个亲本。
②发育过程中可能发生基因突变或染色体变异。
③外界环境可能引起不可遗传的变异。
5.单克隆抗体的制备 原理：细胞膜的流动性、细胞的增殖
1.(2020·全国卷Ⅰ，38)为研制抗病毒 A 的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题：
(1) 上 述 实 验 前 必 须 给 小 鼠 甲 注 射 病 毒 A ， 该 处 理 的 目 的 是_____________________________________________________________。
(2) 写 出 以 小 鼠 甲 的 脾 脏 为 材 料 制 备 单 细 胞 悬 液 的 主 要 实 验 步 骤 ：_________________________________________________________________。
(3)为了得到能产生抗病毒 A 的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中
筛选 1 所采用的培养基属于________，使用该培养基进行细胞培养的结果是________________________。图中筛选 2 含多次筛选，筛选所依据的基本原理是_______________________________________________________________。
(4)若要使能产生抗病毒 A 的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有_______________________________________________________________ _________________________________________________(答出 2 点即可)。
解析 (1)实验前给小鼠甲注射病毒 A，其目的是刺激机体发生免疫反应，从而产生能够分泌抗病毒 A 抗体的 B 淋巴细胞。(2)制备单细胞悬液的主要实验步骤：从健康动物体内取出组织块，剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞，然后用培养液将分散的细胞稀释制成单细胞悬液。(3)图中筛选 1 采用特定的选择培养基，在该培养基上，未融合的细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生存。图中筛选 2 含多次筛选，利用抗原与抗体特异性结合的原理，就可获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。(4)要使能产生抗病毒 A 的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖。
答案 (1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒 A 抗体的 B 淋巴细胞 (2)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液
(3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性 (4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养 2.(2020·河南顶级名校联考)2019 年 11 月 18 日上午，中国诞生了第一块“人造肉”，即“细胞培养肉”。下图是“细胞培养肉”生物制造流程图，请结合所学知识回答下列问题：
(1)生物制造“细胞培养肉”的第一步，就是要获取肌肉干细胞，所谓的“干细
胞”，是指动物和人体内仍保留着少数具有________能力的细胞。
(2)“细胞培养肉”生物制造的关键技术是动物细胞培养技术。
①进行动物细胞培养时，需要用________酶将从动物体内取出的组织块分散成单个细胞，在适宜环境中培养，细胞悬液中的细胞很快贴附在瓶壁上，称为________。
②在适宜条件下，培养瓶中的细胞进行有丝分裂，数量不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。
(3)一般的动物细胞培养需要向培养基中添加一定量的血清，以保证________________；还需要添加一定量的抗生素，以防____________。但从食品安全的角度考虑，在生物制造“细胞培养肉”时，这两种成分均不能添加。
(4)“细胞培养肉”生物制造过程中，肌肉细胞培养需要利用合适的支架体系，请推测其原因：___________________________________________________。
解析 (1)动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。(4)“细胞培养肉”最终目标是要得到类似于从动物组织中取得的“肌肉”，这就要求细胞生长的环境也跟体内肌肉生长环境类似。所以，采用支架体系主要就是模拟体内肌肉生长环境，辅助形成细胞组织的三维结构。
答案 (1)分裂和分化 (2)①胰蛋白酶或胶原蛋白 细胞贴壁 ②接触抑制 (3)细胞顺利地生长增殖 培养过程中的污染 (4)模拟体内肌肉生长环境，辅助形成细胞组织的三维结构 3.(2020·广东七校联考)2019 年 12 月 1 日为世界艾滋病日，我国的主题是“社区动员同防艾，健康中国我行动”，对艾滋病的疫苗研究，早期科学工作者从 HIV感染治愈者体内采取相应免疫细胞，使之与骨髓瘤细胞融合，生产 HIV 的抗体，具体过程见图 1：
(1) 通 常 ， 培 养 杂 交 瘤 细 胞 收 集 到 的 单 克 隆 抗 体 最 广 泛 的 用 途 是____________________，图 1 中②过程表示________，与 HIV 治愈者体内提取
的抗体相比，培养杂交瘤细胞所获得抗体的优点是 ________________________________________________________________。
(2)随后，转基因技术被运用到了 HIV 的疫苗研制工作中，科学工作者研制的第二代 HIV 疫苗的简要操作过程见图 2：
图 2 中①过程所需的酶是________，②表示________。质粒作为基因工程的载体，应具备的基本条件有____________________________________________ _______________________________________________(答出两点即可)。
而作为基因表达载体，除需满足上述基本条件外，还需具有________。
(3)用图 2 生产的疫苗接种，其有一定的 HIV 防疫作用。但不能治愈 HIV 感染者，从免疫学角度分析，不能治愈的主要原因是________________________。
解析 (1)单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂。图 1 中②过程表示从融合细胞中筛选出杂交瘤细胞。与普通抗体相比，单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、可大量制备等优点。(2)分析图 2，以 RNA 为模板合成 DNA 的过程为逆转录，图②中①过程所需的酶为逆转录酶。②表示基因表达载体的构建。质粒作为基因工程的载体应具备的基本条件有能在受体细胞中复制并稳定保存、具有标记基因、具有一个或多个限制酶切割位点。而作为基因表达载体，还需具有启动子和终止子等。(3)HIV 患者体内的 HIV 寄生在细胞内，抗体只能对内环境中的病毒发挥作用，因此用图 2 生产的疫苗接种，不能治愈 HIV 感染者。
答案 (1)用作体外诊断试剂 筛选 特异性强、灵敏度高、可大量制备 (2)逆转录酶 基因表达载体的构建 能在受体细胞中复制并稳定保存、具有标记基因、具有一个或多个限制酶切割位点(答出两点即可) 启动子和终止子 (3)HIV 寄生于细胞内，抗体只能应对内环境中的病毒(合理即可) 4.(2020·江西金太阳大联考)回答下列与单克隆抗体制备有关的问题：
(1)在制备特定单克隆抗体时，从小鼠体内获取免疫 B 细胞的方法是___________________________________________________________________。
(2)单克隆抗体制备利用的细胞工程技术主要有____________、动物细胞培养。在动物细胞培养过程中，10 代前的细胞保持正常形态，10 代以后有些细胞
________发生改 变，50 代以后的细胞发生癌变(称为细胞系)。
(3)科学家设想将控制____________的基因(记作 X 基因)转入浆细胞，构建出产生单克隆抗体的细胞系。用 PCR 技术扩增 X 基因的前提是需要知道____________________以便设计引物。若用____________技术在浆细胞中的染色体 DNA 上检测到 X 基因，但该浆细胞死亡或不能增殖.则原因最可能是______________________________________________________________。
(4)有人提出用核移植技术构建重组细胞来产生单克隆抗体，其过程是将免疫的 B淋巴细胞中的细胞核移植到去核的骨髓瘤细胞中，构建重组细胞，但该重组细胞不具备杂交瘤细胞____________的特征。
答案 (1)将相应(特定)抗原注入小鼠体内，使小鼠产生特异性免疫反应；再从产生免疫反应的小鼠脾脏中获取 B 淋巴细胞(或浆细胞) (2)动物细胞融合 核型(遗传物质) (3)癌细胞无限增殖 X 基因两端的碱基序列(要有一段已知目的基因的核苷酸序列) DNA分子杂交 X基因的插入使浆细胞生命活动必需的某些基因不能正常表达或 X 基因未能正常表达(合理即可) (4)无限增殖 微专题 3 胚胎工程与生态工程
1.胚胎移植的操作流程及生理基础 (1)操作流程
提醒：①精子获能的方法有培养法和化学诱导法。
②卵母细胞须培养到 MⅡ中期才能参与受精。
③细胞分化开始于囊胚，桑椹胚的形成没有经过细胞分化。
④囊胚的内细胞团具有全能性，将来发育成胎儿的各种组织。
(2)生理基础
2.胚胎分割 无性繁殖或克隆
3.胚胎干细胞(ES 或 EK 细胞)
4.生态工程基本原理的判断方法
1.(2020·全国卷Ⅲ，38)W 是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得 W，基本过程如图所示。
回答下列问题：
(1)步骤①中需要使用的工具酶有_______________________________。步骤②和③所代表的操作分别是________和________。步骤④称为________。
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产 W 的优势在于不受转基因动物的____________(答出 2 点即可)的限制。
(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体 DNA 所含的遗传信息________(填“相同”或“不同”)，原因是____________________________________________________________。
(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有__________(答出 2 点即可)。
解析 (1)步骤①是基因表达载体的构建过程，该过程需要使用的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶)和 DNA 连接酶，用限制酶分别切割载体和目的基因，用DNA 连接酶将目的基因和载体连接起来。步骤②和③所代表的操作分别是显微
注射和体外培养。步骤④是将早期胚胎植入到代孕母体内，称为胚胎移植。
(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产 W 的优势在于不受转基因动物的性别和年龄的限制。(3)乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞都是体细胞。一般来说，在同一动物个体中，其体细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来的，细胞在分裂、分化过程中，其细胞核中染色体 DNA 所含的遗传信息一般是不变的，因此两种上皮细胞的染色体 DNA 所含的遗传信息相同。(4)据题述流程可知，胚胎工程中所用到的主要技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
答案 (1)限制性核酸内切酶、DNA 连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 (2)性别、年龄 (3)相同 两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵 (4)体外受精、胚胎移植 2.(2020·辽宁省实验中学联考)在胚胎移植的操作过程中，对已经受精的动物，接下来的一个环节操作如下：
①手术器械的准备：手术刀、纱布等。
②供试的动物准备：术前 12 小时停止饮水，麻醉，消毒手术部位等。
③手术：切开手术部位，找到卵巢，数黄体数，观察黄体。
④冲卵：先冲输卵管，再冲子宫，冲完一侧换另一侧；也可用非手术法冲卵。
⑤手术部位缝合。
请回答相关问题。
(1)该环节接受手术的对象是________(填“供体”或“受体”)。该操作环节之前需要对其使用促性腺激素，其目的是_______________________________。
观察卵巢中的黄体数可以估计排卵的个数，依据是__________________。
(2)该环节的下一步操作为_________________________________________。
胚胎移植选择受体的条件是_____________________________________。
受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生________________，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
(3)胚胎工程中，为获得雌性胚胎，需取囊胚期的____________________细胞做性别鉴定；若要对囊胚进行胚胎分割，需注意____________________，否则影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
答案 (1)供体 促进超数排卵 黄体是排卵后卵泡形成的结构(1 个卵泡排出 1
枚卵形成 1 个黄体) (2)对胚胎进行移植 同种、具有健康体质和正常繁殖能力 免疫排斥 (3)滋养层 将内细胞团均等分割 3.(2020·河南九师联盟联考)如图是科学家对小鼠进行核移植实验的示意图，回答下列问题：
(1)采集到的卵母细胞需在体外培养至________期。
(2)图中从“内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中，必须用____________处理内细胞团，使之分散成单个细胞。干细胞形成组织、器官的过程中要经历____________(填细胞生命历程)。
(3)培养胚胎干细胞时，为保证无毒无菌环境，除对____________进行无菌处理外，通常还需在培养液中加入一定量抗生素，同时对气体条件的要求是__________________________________________________________。
(4)克隆胚胎一般发育至________期时进行胚胎移植，此时还需对代孕母鼠进行同期发情处理，其生理学意义是____________________________________。
答案 (1)减数第二次分裂中(MⅡ中) (2)胰蛋白酶或胶原蛋白酶 细胞的分裂和分化 (3)培养液和所有培养用具 95%空气加 5%CO 2
(4)桑椹胚或囊胚 为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境，以确保胚胎移植后能正常发育 4.(2021·合肥市质检)“四位一体”(人居—种植—养殖—沼气)生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将养猪、养鸭、种植农作物、养蘑菇、沼气工程等多个生产过程有机地结合起来，形成一种高效良性的循环，生态效益得到了良性发展。如图是该系统物质循环的示意图，请分析回答下列问题：
(1)生态工程建设的目的就是遵循自然界________的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统工程相比较，生态工程是一类 ________________的工程体系。
(2)该生态系统中的生产者主要是________。动物粪便中的臭味主要来自氨气，在沼气池中，经过________(填生物名称)的作用，可以形成硝酸盐被植物吸收利用。
(3)该生态农业模式的建立要考虑环境承载力，处理好生物与环境的协调与平衡，这体现了生态工程的________________原理。该生态农业模式的建立不但要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济与社会等系统的影响力，这体现了生态工程的________原理。
(4)这种生产模式对环境的污染小，因为生产一种产品时产生的有机废物变成了________________。与普通的农业生态系统相比，“四位一体”生态农业具有更大的产出投入比的原因主要是___________________________________。
解析 (1)生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统工程相比较，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。(2)该生态系统中的生产者主要是种植的农作物；硝化细菌可将氨气氧化成亚硝酸，进而生成硝酸，最后形成硝酸盐。(3)协调与平衡原理的含义：处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力(又称环境容纳量)；整体性原理的含义：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。(4)在这种生产模式中，生产一种产品时产生的有机废物变成了生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入)，因此对环境的污染小；与普通的农业生态系统相比，“四位一体”生态农业充分利用了秸秆、人畜粪便等废弃物中的能量，因此具有更大的产出投入比。
答案 (1)物质循环 少消耗、多效益、可持续
(2)农作物 硝化细菌 (3)协调与平衡 整体性 (4)生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入) 秸秆、人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物中的能量) 专题强化练 (时间：40 分钟) 1.(2020·长郡中学月考)血管内皮生长因子(VEGF)是在肿瘤细胞中通过表达，分泌到血液中的蛋白类生长因子，促进肿瘤血管的生成，进而为肿瘤组织生长提供足够的氧气和营养物质。
研究人员利用 pVAX1 质粒和 VEGF 基因构建了 pVAX1—VEGF 的 DNA 疫苗，为肿瘤免疫治疗奠定基础。回答下列问题：
(1)首先从人的肺癌细胞株 A549 中提取 mRNA，通过________法获得 VEGF 基因。
(2)对获取的 VEGF 基因进行 PCR 扩增前，需要根据 VEGF 基因序列设计两种引物，其原因是________________________。为便于 VEGF 基因与质粒 pVAX1 连接，引物中要增加适当的________。扩增时，每个循环一般需要经过“变性、复性、延伸”三个过程，其中________过程的温度设定是扩增成败的关键。
(3)构建的 pVAX1—VEGF 上应含有特定的________(填“复制原点”或“启动子”或“标记基因”)，它能被受体细胞的____________所识别，以便于催化转录过程。
(4)DNA 疫苗制备简单，价格低廉，且免疫强度高，应答持久，但同时也可能存在 着 不 可 忽 视 的 潜 在 危 险 。
你 认 为 可 能 存 在 的 潜 在 危 险 是_______________________________________________________________。
解析 (1)通过提取 mRNA 获得 VEGF 基因的方法称为反转录法。(2)基因的两条反向平行的链都做模板，其碱基序列不同，故对目的基因进行 PCR 扩增前，需要根据目的基因序列设计两种引物。为便于 VEGF 基因与质粒 pVAX1 连接，引物中要增加适当的不同限制酶酶切位点，可以防止目的基因和质粒的自身环化和反接。PCR 扩增过程中，复性过程的温度设定是扩增成败的关键。(3)构建的基因表达载体应含有特定的启动子，它能被受体细胞的 RNA 聚合酶所识别，以便
于催化转录过程。(4)DNA 疫苗制备简单，价格低廉，且免疫强度高，应答持久，但 DNA 疫苗注入体内后，可能整合到宿主基因组上，导致细胞发生变异，使细胞功能异常，故也可能存在着不可忽视的潜在危险。
答案 (1)反转录 (2)基因的两条反向平行的链都做模板，其碱基序列不同 不同限制酶酶切位点 复性 (3)启动子 RNA 聚合酶 (4)DNA 疫苗注入体内后，可能整合到宿主基因组上，导致细胞变异，使细胞功能异常 2.(2020·河南六市联考)苯丙酮尿症是由 P 基因突变引起的。科研人员将正常 P 基因定点整合到 P 基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体 DNA 上，替换掉突变基因，治愈了老鼠的苯丙酮尿症(如图)。该技术有望在人类疾病的治疗上取得预期效果。请回答下列问题：
(1)构建含 P 基因的重组载体时，常用的工具酶是____________；已知含 neo r 的细胞具有 G418(一种抗生素)的抗性，可见重组载体中的 neo r 是________。
(2)常用________法将重组载体导入小鼠胚胎干细胞，将重组载体导入胚胎干细胞的原因是胚胎干细胞能大量增殖，且________________________________。
(3)若从小鼠的早期胚胎中获取胚胎干细胞，可以从________________中获取；要使贴壁生长的胚胎干细胞从瓶壁上脱落，可用________酶处理。
(4)利用 neo r 等筛选出胚胎干细胞，将筛选出的胚胎干细胞培育成小鼠，还需通过检测小鼠体内________的含量，进行个体生物学水平的检测。
解析 (1)构建含 P 基因的重组载体时，常用的工具酶是限制酶和 DNA 连接酶；含 neo r 的细胞具有 G418 的抗性，推测重组载体中的 neo r 是标记基因，利于目的基因的检测与鉴定。(2)将目的基因导入动物细胞，常用显微注射法。胚胎干细胞能大量增殖，且具有发育的全能性，转基因的胚胎干细胞可培育成转基因的新
个体。(3)胚胎干细胞可以从原始性腺或早期胚胎中获取，桑椹胚或囊胚的内细胞团细胞都具有发育的全能性，属于胚胎干细胞。要使贴壁生长的胚胎干细胞从瓶壁上脱落，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。(4)对转基因小鼠进行个体生物学水平的检测时，可以通过检测小鼠体内苯丙酮酸的含量来完成。
答案 (1)限制酶和 DNA 连接酶 标记基因 (2)显微注射 具有发育的全能性 (3)桑椹胚或囊胚的内细胞团 胰蛋白酶或胶原蛋白 (4)苯丙酮酸 3.(2020·中原名校质量考评)人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，人工制备的抗 HCG 单克隆抗体可用于早孕的诊断。回答下列问题：
(1)制备单克隆抗体过程中要用到________________________技术。制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的 HCG 相当于________，使小鼠产生能分泌相应抗体的浆细胞。
(2)在细胞内 DNA 合成一般有两条途径。主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成 DNA，而氨基喋呤可以阻断此途径。另一辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶催化合成 DNA，而骨髓瘤细胞的 DNA合成没有此辅助途径。根据这样的原理，向经诱导后的浆细胞与骨髓瘤细胞混合培养液中添加氨基喋呤________(填“能”或“不能”)筛选杂交瘤细胞，原因是_________________________________________________________________。
(3)有人设想利用基因工程的方法生产抗 HCG 单克隆抗体。则需要从 B 细胞中提取出抗 HCG 抗体基因转录形成的 mRNA，利用________法合成 cDNA，并得到双链 DNA(目的基因)。利用上述方法人工合成的抗 HCG 抗体基因，在结构上与人体内的该基因的主要区别是____________________________________。基因表达载体的构建是基因工程的核心，作为运载体应具备的特点有________(回答出两项即可)。
解析 (1)制备单克隆抗体过程中要用到动物细胞培养技术培养 B 淋巴细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞，并利用动物细胞融合技术将 B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞。制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的 HCG 相当于抗原，
使小鼠产生免疫反应，产生能分泌相应抗体的 B 淋巴细胞(浆细胞)。(2)根据题意分析，向经诱导后的浆细胞与骨髓瘤细胞混合培养液中添加氨基喋呤后，浆细胞不能增殖，骨髓瘤细胞中的 DNA 合成途径被阻断不能增殖，杂交瘤细胞可通过辅助途径合成 DNA，能够增殖，进而将杂交瘤细胞筛选出来。(3)获取目的基因的方法包括从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增目的基因和人工合成法(反转录法和化学合成法)，利用反转录法合成目的基因的过程是：提取目的基因mRNA，利用反转录法先合成 cDNA，然后再合成出双链 DNA，最终得到目的基因。利用上述方法人工合成的抗 HCG 抗体基因，与人体内的该基因相比，在结构上缺少非编码区，而且编码区中无内含子。作为运载体应具备：能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选；对受体细胞无害；载体 DNA 分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
答案 (1)动物细胞培养、动物细胞融合 抗原 (2)能 浆细胞不能增殖，骨...