生物工程专题

生物工程专题本专题包括以下内容：选修第三章遗传和基因工程，第四章细胞和细胞工程，第五章微生物和发酵工程以及酶工程（酶工程高考不做要求）。

生物工程也称为生物技术，是利用生物体或生物体的一部分制造产品，改造动植物及创造有特殊用途生物的方法。

生物工程的核心技术是细胞工程和基因工程，这也是生物工程的上游工程，而发酵工程和酶工程是下游工程。

本讲所涉及的内容大都是社会热点、焦点问题，很可能成为遵循大纲，但又不拘泥于大纲的高考题目的素材，要求我们要有足够的重视。

一、基因工程（一）基因操作的工具：1．基因的剪刀－限制性内切酶（微生物中）特点：一种限制性内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并能在特定的切点上切割DNA分子。

2．基因的针线－DNA连接酶：作用是把两段DNA末端之间的缝隙“缝合”起来。

3．基因的运输工具－运载体（1）作用：将外源基因导入受体细胞（2）特点：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；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。

（3）举例：经常使用的有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

注意：区分题目中的“工具”和“工具酶”（二）基因操作的步骤：1．提取目的基因的方法①直接分离法：常用方法－鸟枪法（散弹射击法）（是否适合真核生物?）②人工合成法：有两条途径，一个反转录法，二是据已知的氨基酸序列逆推合成法。

（是否包含内含子？）比较不同方法的优缺点和适用范围。

2．目的基因与运载体结合（1）含义：是不同来源的DNA重新组合的过程。

（2）过程：同种限制酶切割质粒和目的基因；结合形成重组DNA分子（重组质粒）。

3．将目的基因导入受体细胞（1）常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌、动植物细胞等。

（2）方法：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径4．目的基因的检测和表达（进行比较）①目的基因的检测是检测目的基因是否进入受体细胞。

依据是受体细胞是否表现出运载体上的标记基因所控制的性状。

②目的基因的表达是检测目的基因是否已经表达。

依据是受体细胞是否表现出目的基因所控制的性状。

（三）基因工程的成果与发展基因工程的成果与发展前景是相当诱人的，是社会和科技关心的热点，也往往是和基因工程的步骤结合起来考。

1．转基因药物（1）用“工程菌”生产基因工程药品：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等60多种 2．基因诊断 DNA 探针，利用DNA 分子杂交原理。

基因诊断：DNA 分子杂交法(即DNA 探针法)：该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA 解开，把单链的DNA 小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA 中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA 或基因。

具体步骤：抽取病人的组织或体液作为化验样品；将样品中的DNA 分离出来；用化学法或热处理法使样品DNA 解旋；将事先制作好的DNA 探针引入到化验样品中。

这些已知的经过标记的探针能够在化验样品中找到互补链，并与之结合(杂交)在一起，找不到互补链的DNA 探针，则可以被洗脱。

这样通过遗留在样品中的标记过的DNA 探针进行基因分析，就能检出病人所得的病。

3．基因治疗（针对有缺陷的基因）基因治疗：将外源基因通过基因转移技术，将其插入病人适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。

1990年美同国立卫生研究院的一个研究小组对一个四岁的患腺苷脱氨酶(ADA)缺乏症的女孩进行基因治疗。

他们将正常ADA 基因利用反转录病毒载体导入女孩淋巴细胞内，体外培养后回输入她体内，实验获得圆满成功。

4．转基因动物培育转基因动物；利用外源基因在哺乳动物体内的表达获得人类所需要的各种物质，如激素、抗体及酶类等。

5．与环境保护（1）用于环境监测：用DNA 探针可快速、灵敏地检测饮水中病毒的含量（2）用于被污染环境的净化：“超级细菌”；“吞噬”汞和降解土壤中DDT 的细菌等。

二、细胞工程通过比较归纳植物细胞工程与动物细胞工程。

并综合本专题的相关知识点，分析和解决科学、生产、生活和人体健康等有关现实问题。

出题方式既有选择题又有简答题。

（1）植物细胞的组织培养与动物细胞培养 ①原理：细胞的全能性②过程： （a ）植物组织培养：● 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 根、芽 植物体（b ）动物的组织培养： ●动物胚胎或幼龄动物器官、组织单个细胞脱分化激素等胰蛋白酶、剪碎 动物血清、葡萄糖、氨 基酸、无机盐、维生素（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注意：区分植物体细胞杂交、细胞融合、受精作用；克隆羊多利的克隆过程。

（4）细胞工程的应用 Ⅰ、单克隆抗体：①定义：化学性质单一、特异性强的抗体②制备过程 注意两次筛选过程（1、筛选杂交瘤细胞；2、筛选能产生特定抗体的杂交瘤细胞）。

③应用：生物学基础理论的研究；疾病诊断、治疗、预防； “生物导弹”Ⅱ、核移植：是将细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把分离的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞。

（注意：该重新构建的细胞发育成的生物体，其性状是否只与细胞核提供方有关？）Ⅲ、胚胎移植技术：可以是有性生殖，也可以是无性生殖（为什么这两种可能性都有？）。

核移植后的重组细胞或体外受精后的受精卵在体外发育到胚胎阶段再植入母体。

Ⅳ、胚胎分割移植技术指来自于同一受精卵的胚胎分割成几个分别移植到多个母体。

因是一个受精卵有丝分裂而成，所以后代基因型完全相同，表现型也基本一致，但可达到增加繁殖速度的目的。

典例1．下图是将人的生长激素基因导入细菌B 细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A 。

已知细菌B 细胞内不含质粒A ，也不含质粒A 上的基因，质粒A 导入细菌B 后，其上的基因能得到表达。

请回答下列问题。

（1）人工合成目的基因的途径一般有哪两条？ （2）如何将目的基因和质粒结合成重组质粒？（3）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A ，只有少数导入的是重组质粒。

此外可以通过如下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A 或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导入了质粒A 或重组质粒，反之则没有。

使用这种方法鉴别的原因是 。

（4）若把通过鉴定证明导入了普通质粒A 或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是 ，原因是 。

（5）导入细菌B 细胞中的目的基因成功表达的标志是什么？解析：（1）① 将从细胞中提取分离出的目的基因作为模板转录成−−−→−逆转录mRNA 单链−−−−−→−按互补原则DNA 双链DNA ；② 据蛋白质中氨基酸序列−−−→−推测出mRNA 中碱基序列−−−→−推测出DNA 碱基序列−−−−−−−→−通过化学方法合成目的基因。

（2）将目的基因和质粒结合形成重组质粒的过程是：① 用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；② 用同种限制酶切割目的基因，产生相同的粘性末端；③ 将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA 连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。

（3）检测质粒或重组质粒是否导入受体细胞，均需利用质粒上某些标记基因的特性。

即对已经做了导入处理的、本身无相应特性的受体细胞进行检测，根据受体细胞是否具有相应的特性来确定。

抗氨苄青霉素基因在质粒A80重组质粒上，因为目的基因插入了四环素抗性基因的a 处，所以用含氨苄青霉素这种选择培养基培养经导入质粒处理的受体细胞。

凡能生长的则表明质粒导入成功；不能生长的则无质粒导入。

（4）抗四环素基因不仅在质粒A 上，而且它的位置正是目的基因插入之处，因此当目的基因插入质粒A 形成重组质粒时，此处的抗四环素基因的结构和功能就会被破坏，含重组质粒的受体细胞就不能在含四环素的培养基上生长，而质粒A 上无目的基因插入的四环素基因结构是完整的，这种受体细胞就能在含四环素的培养基上生长。

（5）基因成功表达的标志是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。

变式练习．1．（2005·全国卷Ⅲ·5）科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。

以下有关基因工程的叙述，错误的是（ A ）A 、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B 、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表壳是不可缺少的C 、马铃薯的叶肉细胞可用为受体细胞D 、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA ，可产生粘性末端而形成重组DNA 分子 命题意图：本题考查了基因结构、基因工程的有关知识。

解析：真核生物的基因结构包括非编码区和编码区，其中编码区包括外显子和内含子，非编码区对基因的表达起调控作用，对基因的表达是不可缺少的；只有外显子能编码蛋白质，因此通过反转录的方法只能得到的目的基因的外显子的脱氧核苷酸序列。

因植物细胞具有全能性，故马铃薯的叶肉细胞可用为受体细胞。

必须用用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA ，这样才能产生2对互补的粘性末端而形成重组DNA 分子。

2．下列关于基因工程的叙述，正确的是（B ） A 、基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B 、细菌质粒是基因工程常用的运载体C 、通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA ，用另一种处理运载体DNAD 、为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 典例2．据下图回答问题：（1）过程①②应使用______________处理细胞去除植物细胞的细胞壁；（2）过程③叫做_____________技术，该过程的诱导方法有__________和_________两大类； （3）过程④是___________过程，与此过程密切相关的细胞器是______________；（4）⑤过程中进行的细胞分裂方式是______________，通过分裂形成___________，然后再分化形成杂种植物幼苗；（5）若番茄细胞内含A 个染色体，马铃薯细胞内含B 个染色体，则番茄－马铃薯细胞内含________个染色体；若采用杂交育种方法成功的话，得到的后代含_____个染色体，必须用______________来处理幼苗，才能得到可育的番茄－马铃薯，其中含有_____个染色体。

这两种方法相比，体细胞杂交方法的优点是：______________________。

[解析]这是一道以植物体细胞杂交为题材的简单综合试题。

植物体细胞杂交：两种植物细胞→原生质体→原生质体融合→杂种细胞重新长出细胞壁→利用组织培养技术将杂种细胞培养成完整植株。

本题结合植物体细胞杂交考察了细胞结构、结构与功能的适应性、酶的特性、原生质体的制备、融合、细胞壁的再生等知识点。