高考考点4 细胞工程与基因
工程研究成果及分析
Ⅰ热点知识简介
1．细胞工程
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞98水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合技术科学。
(1)细胞培养
细胞培养是将生物体的某一组织分散成单个细胞，接种在人工配制的培养基上，然后在适当的环境条件下(如无菌、一定的光照、温度或pH值等)进行培养，使细胞能够生长和不断增殖的技术。细胞培养是各项细胞工程中的基本技术。
由于从组织中分离单细胞并分化成生物体的技术难度较大，目前多采用组织培养技术。如植物胚(成熟或未成熟胚)或器官(根尖、茎尖、叶原基、花药等)、动物的胚胎细胞或幼龄动物的脏器等。
(2)细胞融合
细胞融合是指把两个细胞(可以是同种细胞，也可以是异种细胞)在促融剂的作用下，融合成一个细胞的过程。其原理是细胞膜具有一定的流动性。应用细胞融合技术进行细胞杂交，能够克服远缘杂交不亲和的障碍，对培育新品种具有广阔的应用前景。
(3)细胞重建
细胞重建也称为细胞核(包括细胞器)移植技术，是将细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把来源不同的细胞核和细胞质重新组合成一个新细胞。从而赋予重建的细胞以某种新的功能。
(4)细胞工程的应用
目前，细胞工程主要应用于单克隆抗体的制备、植物组织培养、试管动物(婴儿)、克隆动物等方面。
2．基因工程
(1)基因工程的概念
基因工程也称为遗传工程，是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切修饰后导人受体细胞内进行表达，使之具有某种遗传性状的技术。基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为人类提供有用产品及服务。
(2)基因工程的原理
由于不同生物的DNA分子化学组成和空间结构完全相同，所以不同生物的DNA分子能够拼接在一起；由于所有的生物共用一套遗传密码子，所以基因转移到其他生物细胞中后的表达结果是相同的。
(3)基因工程的步骤
①提取目的基因
直接分离法：用DNA限制性内切酶直接从供体细胞中切割出目的基因。
逆转录酶法：先分离出特定的mRNA，再用逆转录酶做催化剂，以RNA为模板合成所需要的目的基因。
化学合成法：如果已知目的基因的碱基排列顺序，可用酶法或化学法，直接合成目的基因。
②目的基因与运载体结合
一种方法是以质粒作为运载体，利用DNA限制性内切酶和DNA连接酶，使目的基因与细菌质粒结合形成重组质粒；另一种方法是以动植物病毒或噬菌体作为运载体，将目的基因包装在病毒的蛋白质外壳内。
③目的基因导入受体细胞
目前，目的基因的导人方法有多种。如果受体细胞为细菌，通常利用重组质粒将目的基因导人受体细胞；如果受体细胞为动物细胞，通常使用病毒为运载体，利用病毒的侵染能力，将目的基因导人受体细胞；还可以利用微型玻璃管直接将重组质粒注射到细胞内等。
④目的基因的检测和表达
通过基因导人过程，目的基因是否达到受体细胞内，需要进行检测和筛选。只有当目的基因在受体细胞中表达时，基因工程才能成功。
3．转基因作物及其安全性
转基因植物是指将处源基因整合至受体植物基因组而改变遗传组成的植物。目前所获得转基因作物主要是粮食作物，如水稻、大豆、玉米、红薯和马铃薯等；此外，蔬菜、水果等转基因植物也已获得成功并广泛种植。
(1)抗虫作物
目前已经开发和经常应用的抗虫基因已有40多个，如苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因(Bt基因)，是目前应用最广的基因；植物的蛋白酶和淀粉抑制因子(Cme)；植物凝集素基因；动物的蛋白酶抑制因子基因、蝎毒蛋白基因、动物几丁质酶基因等。
(2)抗病作物
目前，培育抗病作物较常采用的是将病毒外壳蛋白基因 (CP)导人植物，从而使植物具有抗性。植物的抗病性包括抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗线虫等。在我国转基因抗病病基因育种上也获得了成功，如将人巨噬细胞病毒(CMY)和烟草花叶病毒(TMV)处壳蛋白基因用质粒导人烟草，获得抗TMV／CMY转基因抗病烟草。
(3)抗除草剂作物
20世纪80年代中期，部分研究者将抗除草剂基因转入作物中，育成大批抗除草剂的作物。1987年美国科学家从矮牵牛中获得抗草甘磷的EPSP合成酶突变基因转入农作物获得成功，，目前，已获得的抗除草剂作物有大豆、棉花、玉米、水稻及甜菜等20多个品种。
(4)作物品质改良
利用生物技术改变植物的品质和性状来满足人们生活需求口前巳成为可能，而且已取得了良好的效果。比如将抗寒基因导人作物，增加植物的耐寒性，目前这种从极地鱼体中分离到的基因巳被转入番茄、黄瓜，使作物在耐寒或耐天气的骤然变化。
我国在这方面也已取得了较大成就，例华番1号，这是我国第一个进行商品生产的基因工程品种，它是利用转基因技术育成的耐储藏番茄品种，可在13～30℃下储藏45天，延长了保鲜期，解决了运输、储存的难题。
(5)基因产品的安全性
1998年欧盟第一个提出转基因产品要标签示明，并于次年规定，凡出口至欧洲的非转基因产品含有的转基因成分不得超过1％。1999年，《自然》杂志刊登了美国康奈尔大学Losey等人的实验结果：将转Bt基因玉米花粉撒在苦芭菜上，喂食黑脉金斑蝶，4天后死亡率达44％，而对照组无一死亡，研究者认为该转基因玉米对非靶生物有毒。同年11月对转基因食品一直持开放态度的美国政府也提出对转基因产品采取标签制度，并必须进行安全和环境风险测试。
森堡举行的欧盟环境部长会议提出在新法规出台之前暂停种植转基因作物。由于转基因育种转入的外源基因多是有毒的抗虫抗病基因，其毒性及残留量会不会对人体产生毒害，会不会富集，转蔫因产品中所含的外源基因是否会在环境中传递，如果会的话由此产生的超级杂草、超级害虫如何控制，生物多样性是否会被破坏，转基因食品的营养对原有食品营养会不会有影响等诸多问题被不断提出。如何对转基因食品进行安全性评价已经成为新的课题。
Ⅱ新高考探究
1英国科学家斯勒和米尔坦斯，将B淋巴细胞产生抗体基因转移到肿瘤细胞内，成功获得世界上第一株能稳分泌单一抗体的杂交瘤细胞株，肿瘤细胞增殖方式和物是
A.无丝分裂和逆转录抗体 B．减数分裂和转基因抗
C．有丝分裂和单克隆抗体 D．减数分裂和单克隆抗
答案： C
2应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因针，这里的基因探针是指
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羟化酶的DNA分子
C.用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子
D．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
答案： D
3动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是
A．诱导融合的方法完全相同
B．所用的技术手段基本相同
C．所采用的原理完全相同
D．都能形成杂种细胞
答案： D
4有关生物膜的应用中，正确的是
A．海水淡化中应用厂生物膜的估息传递功能
B．抗旱、抗寒品种的培育，与墓因有关而与生物膜无关
C.污水处理可以利用生物膜的选择透过性
D．人工膜可以模拟生物膜的能量交换功能
答案： C
5植物体细胞杂交要先除去细胞壁的原因是
A．植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
B．细胞壁使原生质体失去活力
C.细胞壁阻碍了原生质体的融合
D．细胞壁不是原生质的组成部分
答案： C
6不属于目的基因与运载体结合过程的是
A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端
B．用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端
C．将切下的目的基因的片段导人到质粒切口处
D．将重组DNA导人爱体细胞中进行扩增
答案： D
7科学家发现栽种含有抗除草剂基因的农作物后，会使附近的、与其亲缘关系较近的野生植物也获得抗除草剂基因；野生植物获得该基因最可能的途径是
A.基因突变 B．染色体变异
C．自然选择 D．自然杂交
答案： D
8下图为某哺乳动物生殖过程示意图(b为卵细胞)。下列相关叙述中不正确的是
A.动物个体①、②的产生分别属于有性生殖和无性生殖
B．动物个体②的产生表明，高度分化的动物细胞也具有全能性
C．按照动物个体②的产生方式，后代的性别比例仍为1：1，但不利于动物的进化
D.产生图中a、b、c三种细胞的方式，仅c为有丝分裂
答案： C
Ⅲ高分热点题预测
1人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是被外层物包埋的具有类似种子胚功能的胚状。胚状体不同于一般的种子胚，是由非合子细胞分化形成的类似于胚的蛄构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过胚胎发育过程形成植株。
胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到，也可通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚囊获得。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。 自从1968年F·C·斯图尔德和J·赖尔特分别对胡萝卜进行诱导得到胚状体，30多年来约养出了胚状体。我国利用组织培养技术已成功地在烟草、水稻、小麦和玉米等作物上诱导出了胚状体。各国正着手将人工种子推向商品化。
高考高考考动向：檀物组织培养、植物的个体发育。
高考试题预测：根据上述材料回答：
(1)植物的胚状体是________的产物。培育胚状体利用了________这一项生物技术。
答案：非合子细胞分化形成 组织培养
(2)包埋胚状体的胶质可看作种子的________部分。
答案：子叶或胚乳
(3)在胚状体的培育过程中，细胞先后发生的两次显著性变化是________和________。
答案：脱分化再分化
(4)下列关于愈伤组织的说法中，正确的有(多选)
A.愈伤组织是一团高度液泡化的薄壁细胞
B．愈伤组织是一团形状不规则、排列疏松的细胞
C．愈伤组织是一团具有一定的分裂增殖能力的细胞
D．愈伤组织是一团绿色的能够进行光合作用的细胞
答案： ABCD
(5)该项技术的成功应用，反映了细胞的________性。
答案：全能性
2下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。
高考高考考动向：花粉及其离体培养、光合作用、激素的调节作用、物种的染色体数和核苷酸链数、基因型等。
高考试题预测：根据以上材料，分析回答下列问题：
(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成中，必须从培养基中获得________和小分子有机物等营养物质。
答案：水、无机盐
(2)要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_______________________________两类激素。
答案：细胞分裂素和植物生长素
(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是________利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。
答案：叶绿体
(4)试管苗的细胞核中含有________条脱氧核苷酸链。
答案：24
(5)培育成的试管苗可能出现的基因型有________。
答案： AB、Ab、aB、ab
3苏云金杆茼是目前使用最广泛的一种病原微生物杀虫剂，它的毒力强，杀虫范围广，入侵棉铃虫(一种严重危害棉花的害虫)体内后能在消化道大量繁殖，并能分泌一类伴孢晶体蛋白，使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。 1990年中国科学将这种毒蛋白基因转移到棉花植株内并
实现成功的表达。
高考高考考动向：直核细胞与原核细胞的区别、基因表达、
蛋白质的结构与功能特点、种间关系等。
高考试题预测：根据所学知识，分析回答以下问题：
(1)苏云金杆菌属于________生物。棉花叶与棉铃虫细胞相比，特有的结构是________。
答案：原核 细胞壁、叶绿体、液泡
(2)苏云金杆菌与棉铃虫的关系属于________。
答案：寄生
(3)毒蛋白对人畜无害，而使棉铃虫致死。从蛋白质的性质看，蛋白质具有________性。
答案：特异
(4)某种苏云金杆菌产生的伴孢晶体蛋白含两条多肽链，共由126个氨基酸组成，该伴孢晶体蛋白含有的肽键数是________。伴孢晶体蛋白消化成毒肽所需的消化酶是________。
答案：124 蛋白酶
(5)题中“毒蛋白基因转移到棉花并实现成功的表达”中的成功表达含义是________。
答案：转移到棉花DNA上的毒蛋白基因控制合成毒蛋白
(6)这种防治害虫的方法属于________防治方法，其突出优点是什么?
答案：生物 减少农药的污染，保持环境
4我国在特基因鱼方面的研究上处于领先地位，如转入生长激素(GH)基因的鱼生长速度快，营养转化率高。但鱼类易于逃逸、扩散。因此特基因鱼的生态安全性问题很是值得研究，如转基因鱼对生态系0L的压力及外源基固的扩散问题。最近，我国科学家只是将三倍体的特基固鱼投入自然系统。
高考高考考动向：基因工程原理、基因的表达、激素的生理作用、多倍体的遗传特点。
高考试题预测：分析上述材料，回答下列问题：
(1)转基因鱼成功的物质基础是________。
答案：这些生物的遗传物质都是DNA
(2)已知人的GH是一种含有191个氨基酸的蛋白质，若将入的GH基因转入鱼体内，则转基因鱼增加的脱氧核苷酸至少是________，并写出遗传信息传递过程：
答案：1146 遗传信息的传递过程如图所示
(3)转基因鱼通过较高的能量转化效率，取得较高的生长率，以至其生长高于非转基因鱼，蛋白质转换效率也是显著高于非转基因鱼。其原因可能是________。
答案：合成了大量的生长激素，生长激素能促进蛋白质的合成
(4)鱼类易于逃逸和扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题的研究是很重要的，试分析引起生态安全性问题的
原因。
答案：转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有转基因，具有生长优势，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争，引起生态危机
(5)多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的。我国科学家最近培育成功了三倍体“湘云鲫”，试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。
答案：转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体，然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体。三倍体不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免因发生杂交、加剧竞争引起生态危机。
5如今，从土豆、草莓到西红柿，各种各样的转基因产品已经潜入寻常百姓家，更有资料显示，我国餐桌上有50％以上的大豆色拉油属于转基食品。然而近年来，有关转基
因食品是否影响健康的争论不绝于耳。例如：1999年，荚国康奈尔大学Losey等人将转Bt基因(苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因)玉米花粉撒在苦芭莱上，喂食黑脉金斑蝶 4天后死亡率达44％，而对照组无一死亡，研究者认为该转基因玉米对非靶生物有毒。
高考高考考动向：对基因工程的认识、基因工程育种的优点
高考试题预测：分析以上材料，结合所学知识，回答以下问题：
报道转基因作物大面积种植已达7年，食用转基因食品的人群至少已有10亿之多，至今没有转基因食品不安全的任何实例。转基因食品是安全的，试分析原因。
答案：①转基因食物被煮熟之后，细胞就被破坏了，进人人肠胃系统后，DNA又被酶分解，DNA大都变成了碎片，即使有整条的DNA存在，也无法发挥基因移植到人体的作用。②我们所吃的非转基因改良谷物是长期人工选择的结果，人们食用后并未有不适和影响健康。③转基因食品仅是农作物品种中加入一两个对人类无害的已知性状的基因等。(只要合理即可)
自1983年转基因作物在美国问世以来，用生物技术改造农产品的研究与应用进展飞快基因作物的种植面积达到了5 000万公顷。试问：转基因产品到底有什么优势?
答案：①缩短育种时间②定向改造生物的性状③提高粮食产量，解决粮食问题
你是怎样理解转Bt基因(苏云金杆菌杀虫晶体蛋白基因)玉米花粉对非靶生物是有毒的。答案：转Bt基因玉米在培育过程中没有对所有的生物进行毒性检测实验，在逻辑判断上属于不完全归纳。
有人认为转基因生物会造成基因污染，危害生态系统的稳定性。你是怎样理解的?
答案：转基因生物中所含的外源基因可能会通过杂交在环境中传递，可能会由此产生超级杂草、超级害虫以及其他超级动物等，使得生物多样性受到破坏。(只要合理即可)
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