基因工程和细胞工程 适用学科生物适用年级高三适用区域人教版课时时长（分钟）120知识点基因工程的诞生基因工程的原理、技术及应用蛋白质工程植物的组织培养动物细胞培养与体细胞克隆细胞融合与单克隆抗体教学目标1. 使学生掌握基因工程的相关知识2. 使学生掌握细胞工程的相关技术3. 使学生掌握基因工程和细胞工程在生活中的应用教学重点1基因工程操作工具的作用及特点 2基因工程的操作流程分析 3植物组织培养的原理、过程及应用 4动物细胞培养的原理、过程及应用 5单克隆抗体制备的过程 教学难点1基因工程操作工具的作用及特点 2基因工程的操作流程分析 3植物组织培养的原理、过程及应用 4动物细胞培养的原理、过程及应用 5单克隆抗体制备的过程教学过程一、课堂导入 (1)用比较、归纳法来掌握基因工程操作工具的种类、作用以及基因工程操作流程中各步骤的原理、方法。(2)以流程图的形式复习植物组织培养、体细胞杂交、动物细胞培养、单克隆抗体制备的原理和操作步骤。二、复习预习 答案：限制酶载体基因表达载体的构建目的基因的检测和鉴定转基因动物基因治疗基因可产生自然界没有的蛋白质细胞的全能性、细胞膜的流动性植物体细胞杂交培育作物新品种细胞增殖动物细胞核的全能性获得克隆动物个体细胞膜流动性给小鼠注射抗原产生专一抗体的杂交瘤细胞三、知识讲解考点1 基因工程及蛋白质工程1 基因工程的基本工具和基本方法的比较基本工具的比较 限制酶 识别目的基因和载体上特定的核苷酸序列，在特定位点上切割 DNA连接酶拼接DNA片段，形成重组DNA 载体携带目的基因进入受体细胞；能在宿主细胞内稳定存在并大量复制，并有一个至多个限制酶切割位点，具有特殊的标记基因 目的基因导入受体细胞方法的比较 农杆菌转化法 将目的基因整合到植物体细胞的染色体DNA上 显微注射法 将目的基因注入动物受精卵中 Ca2处理法 使处于感受态的原核生物细胞吸收基因表达载体 目的基 因的检 测与鉴 定方法 的比较 DNA分子杂交技术 检测目的基因是否插入受体细胞染色体的DNA上 分子杂交技术 检测目的基因是否转录出mRNA 抗原抗体杂交技术 检测目的基因是否翻译出蛋白质 抗虫或抗病的接种实验等 个体水平鉴定 2.蛋白质工程(1)蛋白质工程流程图(2)蛋白质工程与基因工程的比较项目 蛋白质工程 基因工程 区别 原理 中心法则的逆推 基因重组 过程 预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质 获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 区别 实质 定向改造或生产人类所需蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程，因为是对现有的蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现 易错点分析：1. 基因工程属于基因重组，是使基因异体表达的技术；2. 基因工程属于DNA分子水平的操作，其本质是转基因，而蛋白质工程的才做水平还是DNA分子水平，其本质为改（造）基因。考点2 细胞工程1植物组织(细胞)培养和动物细胞培养项目 植物组织培养 动物细胞培养 取材 植物幼嫩部位(芽尖、根尖等) 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 过程结果 获得植株个体，可以体现全能性 新的细胞，不形成个体，不体现全能性 目的 植株快速繁殖；脱毒植株的培养；人工种子；生产药物、杀虫剂等；转基因植物的培育 蛋白质生物制品的生产；皮肤移植材料的培育；检测有毒物质；生理、病理、药理学的研究 相同 点 两技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称为克隆，都不涉及减数分裂；均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体细胞杂交 动物细胞融合(单克隆抗体制备) 理论基础(原理) 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 融合前处理 先用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁 先用胰蛋白酶使细胞分散开 促融方法 电激、振动、离心、聚乙二醇 电激、聚乙二醇、灭活的病毒等 结果 杂种植株 杂交细胞 应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体 意义 突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合 植物体细胞杂交动物细胞融合(单克隆抗体制备)过程第一步原生质体的制备(酶解法)正常小鼠免疫处理第二步原生质体融合(物理、化学法)动物细胞融合(物理、化学、生物法)第三步杂种植株的筛选与培养杂交瘤细胞筛选与培养第四步杂种植株诱导与鉴定单克隆抗体的提纯3.动物体细胞核移植的过程(流程图)易错点分析：1. 细胞工程5大技术的原理和操作过程；2. 在植物组织培养中各种植物激素的利用；3. 单克隆抗体的制作过程。我们在学习细胞工程时要知道，细胞工程和基因工程是两个独立的工程，但是二者存在一定的联系，细胞工程可以为基因工程提供后续操作，毕竟基因工程仅是在分子水平改造细胞，而培养出个体就得交给细胞工程或胚胎工程了。四、例题精析【例题1】【题干】普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家们通过基因工程技术，培育出了抗软化、保鲜时间长的番茄新品种，操作流程如下图。请据图回答：(1)在番茄新品种的培育过程中，将目的基因导入受体细胞采用最多的方法是_，筛选出含重组DNA的土壤农杆菌时通常依据质粒上的_的表达。(2)为促使图中、过程的顺利完成，需要在_条件下进行。要快速繁殖转基因抗软化番茄植株，目前常用的科技方法是_。为获得这种番茄的脱毒苗，应用其_进行培养。(3)除了图示培育方法外，还可通过蛋白质工程技术，对_的结构进行特定的改变，从而获得抗软化的番茄品种，关键的操作是对_进行定向改造。(4)为防止转基因番茄通过花粉将抗多聚半乳糖醛酸酶基因传播给其他植物而造成基因污染，可将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄植物细胞的_(结构)中。 【答案】(1)农杆菌转化法标记基因(2)无菌和人工控制植物组织培养(微型繁殖)茎尖(3)多聚半乳糖醛酸酶多聚半乳糖醛酸酶基因(4)线粒体或叶绿体【解析】(1)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，因此筛选出含重组DNA的土壤农杆菌时通常依据质粒上标记基因的表达。(2)和过程是植物组织培养，该过程只有在无菌和人工控制条件下才能顺利完成。运用植物组织培养技术可以快速繁殖优良品种，该技术又称植物的微型繁殖技术。植物分生区附近如茎尖的病毒极少，可以切取一定大小的茎尖进行组织培养，从而获得脱毒苗。【例题2】【题干】下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamH、Hind、Sma直线所示为三种限制酶的酶切位点。(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用_限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含_的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_(填字母代号)。A启动子BtetR C复制原点 DampR (3)过程可采用的操作方法是_(填字母代号)技术。A农杆菌转化 B大肠杆菌转化 C显微注射 D细胞融合(4)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用_(填字母代号)技术。A核酸分子杂交 B基因序列分析 C抗原抗体杂交 DPCR【答案】(1)Hind和BamH氨苄青霉素 (2)A(3)C(4)C【解析】构建目的基因表达载体必须使目的基因和载体被限制性核酸内切酶同时酶切后露出相同的黏性末端。从图中可以看出，载体无Sma酶的切割位点，若要将人乳铁蛋白基因插入载体，就只能选择Hind和BamH；要选出含有目的基因的大肠杆菌可以通过检测标记基因是否表达来确定，四环素抗性基因中插入了目的基因而失活，故标记基因是氨苄青霉素抗性基因；启动子位于基因首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，具有调控转录的功能；要使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达就必须在重组载体中插入乳腺蛋白基因的启动子；检测蛋白质一般使用抗原抗体杂交技术。【例题3】【题干】科学家用植物体细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株(如图所示)，其中表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)在实现过程的技术之前使用_酶处理细胞以去除细胞壁。(2)在将杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程相当于_过程，过程涉及的分裂方式为_。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞内含_条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于_倍体植株。【答案】(1)纤维素酶和果胶(2)细胞的全能性脱分化有丝分裂(3)mn单【解析】(1)植物体细胞杂交过程中应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)杂种细胞培育成为杂种植株依据的原理是细胞的全能性，杂种细胞的组织培养过程要经过脱分化和再分化过程，在植物组织培养过程中只涉及有丝分裂。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则产生的“番茄马铃薯”细胞所含的染色体为mn条，属于异源四倍体。该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株无论含几个染色体组，均为单倍体。课程小结 23