2021版高考生物一輪復(fù)習(xí) 選修3 第1講 基因工程學(xué)案 蘇教版

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1、 第1講　基因工程 1.基因工程的誕生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ) 3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ) 4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ) 5.生物武器對人類的威脅(Ⅰ) 6.生物技術(shù)中的倫理問題(Ⅰ) 1.基因的結(jié)構(gòu)與功能。（生命觀念） 2.基因工程的操作流程圖及蛋白質(zhì)的流程圖等。（科學(xué)思維） 3.基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程。（科學(xué)探究） 4.正確看待轉(zhuǎn)基因生物的安全性以及生物武器對人類的威脅等。（社會責(zé)任） 基因工程的基本工具 1．基因工程的概念 (1)概念：按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新

2、的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。 (2)遺傳原理：基因重組。 (3)優(yōu)點(diǎn) ①與雜交育種相比：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 ②與誘變育種相比：定向改造生物的遺傳性狀。 2．基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。 ①來源：主要來自原核生物。 ②特點(diǎn)：具有專一性，表現(xiàn)在兩個方面： 識別——雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。 切割——特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn)。 ③作用：斷裂特定的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ④結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。 (2)DNA連接酶 種類 E·coli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來源

3、 大腸桿菌 T4噬菌體 特點(diǎn) 縫合黏性末端 縫合黏性末端和平末端 作用 縫合雙鏈DNA片段，恢復(fù)兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 (3)載體 ①種類：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 ②質(zhì)粒的特點(diǎn) ③運(yùn)載體的作用：攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。 1．基因工程技術(shù)使用限制酶需注意的四個問題 (1)獲取目的基因和切割載體時，經(jīng)常使用同一種限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。 (2)獲取一個目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。 (3)限制酶切割位點(diǎn)的選擇，必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測。 (4)

4、為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒。 2．限制酶和DNA連接酶的關(guān)系 (1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。 (3)DNA連接酶起作用時，不需要模板。 3．載體 (1)條件與目的 條件 目的 穩(wěn)定并能復(fù)制 目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大 有一個至多個限制酶切割位點(diǎn) 可攜帶多個或多種外源基因 具有特殊的標(biāo)記基因 便于重組DNA的鑒定和選擇 (2)作用 ①作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。 ②利用它在宿主細(xì)

5、胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。 4．載體上標(biāo)記基因的作用 載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞，原理如圖所示： 人的胰島素基因可以與細(xì)菌的質(zhì)粒重組，并在細(xì)菌細(xì)胞中表達(dá)。其能重組的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分別是什么？成功表達(dá)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)呢？ [提示]　人的胰島素基因可以與細(xì)菌的質(zhì)粒重組的物質(zhì)基礎(chǔ)是二者都是由四種脫氧核苷酸組成，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是二者都是有遺傳效應(yīng)的DNA

6、片段，都具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。成功表達(dá)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)是遺傳密碼在生物界是通用的。 考查限制酶、DNA連接酶等酶的作用 　確定選擇限制酶種類的方法 (1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類 ①應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 ③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。 (2)根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類 ①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，

7、以確保具有相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切點(diǎn)不止一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制。 1．(2016·全國卷Ⅲ)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點(diǎn)是唯一的)。 圖(a) 圖(b) 根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題： (1)經(jīng)BamH Ⅰ

8、酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被________酶切后的產(chǎn)物連接，理由是_______________________。 (2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有________，不能表達(dá)的原因是 ____________________________________________________。 圖(c) (3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常見的有______________和______________，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是

9、________。 [解析]　(1)由題圖可知，BamH Ⅰ 和Sau3A Ⅰ 兩種限制性內(nèi)切酶的共同識別序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此經(jīng)BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達(dá)載體被Sau3A Ⅰ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達(dá)載體中，啟動子應(yīng)位于目的基因的首端，終止子應(yīng)位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉(zhuǎn)錄，再完成翻譯過程，即順利表達(dá)。圖中甲所示的目的基因插入在啟動子的上游，丙所示目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄，因此目的基因不能表達(dá)。(3)常見的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏

10、性末端又能連接平末端。 [答案]　(1)Sau3A Ⅰ　兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲和丙　甲中目的基因插入在啟動子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄 (3)E·coliDNA連接酶　T4DNA連接酶　T4DNA連接酶 2．下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)，其中切割位點(diǎn)相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題： 圖1　　　　　　　　圖2 (1)用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用__________兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，通過________酶作用后獲得重組質(zhì)粒。

11、為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入處于________態(tài)的大腸桿菌。 (2)為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加________，平板上長出的菌落，常用PCR鑒定，所用的引物組成為圖2中________。 (3)若BamHⅠ酶切的DNA末端與BclⅠ酶切的DNA末端連接，連接部位的6個堿基對序列為________，對于該部位，這兩種酶________(填“都能”“都不能”或“只有一種能”)切開。 (4)若用Sau3AⅠ切圖1質(zhì)粒最多可能獲得________種大小不同的DNA片段。 [解析]　(1)選擇的限制酶應(yīng)在目的基因兩端且在質(zhì)粒中存在識別位點(diǎn)，故可以用來切割的限制

12、酶為BclⅠ、HindⅢ、BamHⅠ和Sau3AⅠ，但由于BamHⅠ和Sau3AⅠ可能使質(zhì)粒中的啟動子丟失或破壞抗性基因，所以應(yīng)選用BclⅠ、HindⅢ兩種限制酶切割。酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入感受態(tài)的大腸桿菌中，使其增殖。(2)根據(jù)質(zhì)粒上抗性基因，為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加四環(huán)素。平板上長出的菌落，常用PCR鑒定，目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物需要與單鏈兩端相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，故所用引物組成是圖2中的引物甲和引物丙。(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端和BclⅠ酶切的DNA末端連接，連接

13、部位的6個堿基對序列為，由于兩種酶均不能識別該部位的堿基對序列，所用兩種酶都不能切開該部位。(4)根據(jù)BclⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ的酶切位點(diǎn)，Sau3AⅠ在質(zhì)粒上有三個酶切位點(diǎn)，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段，若部分位點(diǎn)被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3AⅠ切質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。 [答案]　(1)BclⅠ和HindⅢ　DNA連接　感受 (2)四環(huán)素　引物甲和引物丙 (3)　都不能　(4)7 考查載體的作用及特點(diǎn)等 3．(2016·全國卷Ⅰ)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Am

14、pr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH Ⅰ酶切后，與用BamH Ⅰ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題： (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有________________________(答出兩點(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四

15、種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是_________________；并且____________和___________的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是__________________。 在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自于________。 [解析]　(1)質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的基本條件有：有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受體細(xì)胞中能自我復(fù)制，或能整合到

16、染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制；有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇等等。(2)在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素進(jìn)行篩選，其中未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨芐青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活，二者不能區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因，都能在此培養(yǎng)基上存活，二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進(jìn)一步篩選出來，還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。(3)某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞后，其DNA復(fù)制所需的原料來自于受體細(xì)胞。 [答案]　(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基

17、因、具有一至多個限制酶切割位點(diǎn)(答出兩點(diǎn)即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長　含有質(zhì)粒載體　含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長　四環(huán)素　(3)受體細(xì)胞 基因工程的基本操作 1．基因工程的基本程序 (1)獲取目的基因 ①從基因文庫中獲取 ②人工合成 ③利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 (2)構(gòu)建基因表達(dá)載體——基因工程的核心 ①目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 ②基因表達(dá)載體的組成 (3)導(dǎo)入目的基因 ①轉(zhuǎn)化含義：目

18、的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)遺傳和表達(dá)的過程。 ②轉(zhuǎn)化方法 生物類型 植物 動物 微生物 受體細(xì)胞 體細(xì)胞 受精卵 大腸桿菌或酵母菌等 常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法 顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞法 (4)檢測和鑒定目的基因 方法 檢測或鑒定目的 水平 DNA分子雜交技術(shù) 檢測目的基因的有無 分子水平 分子雜交技術(shù) 目的基因是否轉(zhuǎn)錄 抗原—抗體雜交 目的基因是否翻譯 抗蟲或抗病接種實(shí)驗(yàn) 是否具有抗蟲抗病特性 個體水平 2.PCR技術(shù) (1)原理：DNA雙鏈復(fù)制。 (2)條件 (3)過程 (4)結(jié)果：上述三步

19、反應(yīng)完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。 1．基因工程操作的四個易錯點(diǎn) (1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的，基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間的部位。 (2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象。 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染雙子葉或裸子植物的細(xì)胞，并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。 (4)啟動子≠起始密碼子，終止子≠終止密碼子 啟動子和終止子位于DNA片段上，分別

20、控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。 2．基因組文庫與eDNA文庫(部分基因文庫)的比較 文庫類型 部分基因文庫 基因組文庫 構(gòu)建基因文庫的過程 文庫大小 小 大 基因中啟動子 無 有 基因中內(nèi)含子 無 有 基因多少 某種生物的部分基因 某種生物的全部基因 物種間的基因交流 可以 部分基因可以 說明 基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，缺點(diǎn)是工作量大，具有一定的盲目性 用箭頭及簡要的文字簡述基因組文庫和部分基因文庫構(gòu)建過程

21、。 [提示]　基因組文庫的構(gòu)建過程：某種生物全部DNA許多DNA片段受體菌群體。 部分基因文庫的構(gòu)建過程為：某種生物發(fā)育的某個時期的mRNAcDNA受體菌群體。 考查基因工程的操作程序 1．(2019·晉冀魯豫高三聯(lián)考)真核生物基因中通常含內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)綠色木霉合成并分泌的環(huán)氧化水解酶可降解黃曲霉素B1。現(xiàn)有含綠色木霉的菌液，為獲得環(huán)氧化水解酶，研究小組進(jìn)行以下兩種嘗試： (1)方法一 ①從含有綠色木霉的菌液中提取細(xì)胞的mRNA，在________酶的催化下，合成cDNA。 ②以cDNA為模

22、板，通過________技術(shù)大量擴(kuò)增，獲得目的基因。 ③構(gòu)建目的基因表達(dá)載體，導(dǎo)入大腸桿菌的體內(nèi)。 ④目的基因在大腸桿菌體內(nèi)正常轉(zhuǎn)錄，但是翻譯產(chǎn)生的環(huán)氧化水解酶沒有生物活性，需做進(jìn)一步的處理加工，原因在于___________________。 (2)方法二 ①提取綠色木霉的全部DNA，選用適當(dāng)?shù)腳_______酶處理后，會獲得一些小的DNA片段。 ②選擇一些合適的載體與獲取的DNA片段構(gòu)建基因表達(dá)載體。與從cDNA文庫中獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體所用載體相比，該載體組成不需要添加__________________成分。 ③載體和這些DNA片段連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存。

23、④從這些受體菌的群體中篩選出含有目的基因的受體菌，分離出目的基因，將該目的基因和載體結(jié)合，通過________法導(dǎo)入大腸桿菌體內(nèi)。 ⑤該目的基因在大腸桿菌的體內(nèi)正常轉(zhuǎn)錄，但其不能進(jìn)行翻譯，原因在于___________________________。 [解析]　(1)以mRNA合成cDNA的過程為逆轉(zhuǎn)錄。以已知的cDNA為模板擴(kuò)增目的基因的過程稱為PCR技術(shù)。綠色木霉為真核生物，合成并分泌的環(huán)氧化水解酶為分泌蛋白，而大腸桿菌為原核生物，細(xì)胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，因此在其體內(nèi)翻譯產(chǎn)生的環(huán)氧化水解酶沒有生物活性。 (2)由提取綠色木霉的全部DNA獲取一些小的DNA片段需要用限制酶進(jìn)行處理。

24、從cDNA文庫中獲取目的基因中無啟動子和終止子。將該目的基因?qū)氪竽c桿菌的方法為轉(zhuǎn)化法。從基因組文庫里分離出的該目的基因在大腸桿菌的體內(nèi)正常轉(zhuǎn)錄，但其不能進(jìn)行翻譯，原因在于目的基因中存在內(nèi)含子。 [答案]　(1)①逆轉(zhuǎn)錄?、赑CR?、墉h(huán)氧化水解酶是分泌蛋白，需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工　(2)①限制?、趩幼印⒔K止子?、苻D(zhuǎn)化　⑤目的基因中存在內(nèi)含子 2．(2019·郴州市高三二模)甘蔗黃葉綜合癥是一種由甘蔗黃葉病毒所引起的禾本科植物病毒，科學(xué)家通過甘蔗黃葉病毒外殼蛋白基因(簡稱CP蛋白基因)轉(zhuǎn)化植物來獲得抗病轉(zhuǎn)基因新品種。 (1)首先從甘蔗黃葉綜合癥的病葉中提取RNA，此過程中為了防止RNA

25、被分解，需加入________抑制劑，以提取的RNA為模板通過________獲得cDNA。 (2)對獲取的cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，在此反應(yīng)體系中，除了模板DNA、dNTP外，還需加入________，獲得大量的cDNA需要在4 ℃的低溫下保存?zhèn)溆?，原因是_______________。 (3)將cDNA和質(zhì)粒用同一種限制酶切割，產(chǎn)生相同的平末端，再用________將二者進(jìn)行連接(填“E·coliDNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)。在培養(yǎng)基上接種培養(yǎng)大腸桿菌作為受體細(xì)胞，同時加入一定量的CaCl2低溫冷卻液，目的是制備________細(xì)胞，其具有的特殊功能是_____________

26、_______________。 (4)為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，并從血清中分離獲得________作為檢測劑。 [解析]　(1)RNA酶可將RNA水解，因此為了防止RNA被分解，需加入RNA酶抑制劑；以RNA為模板獲得cDNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄。 (2)采用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時的條件有模板DNA、dNTP、引物、Taq酶(熱穩(wěn)定DNA聚合酶)；獲得大量的cDNA需要在4℃的低溫下保存?zhèn)溆?，原因是高溫條件下，易使DNA分子中的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)打開而發(fā)生變性。 (3)DNA連接酶包括E·coliDNA連接酶、T4DNA連接酶，這二者都能連接黏性

27、末端，此外T4DNA連接酶還可以連接平末端。用CaCl2處理微生物細(xì)胞可使其成為感受態(tài)細(xì)胞，其具有的特殊功能是能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子。 (4)為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，并從血清中分離獲得CP蛋白抗體(黃葉病毒外殼蛋白抗體)作為檢測劑。 [答案]　(1)RNA酶　逆轉(zhuǎn)錄　(2)引物、Taq酶(熱穩(wěn)定DNA聚合酶)　高溫條件下，易使DNA分子中的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)打開而發(fā)生變性　(3)T4DNA連接酶　感受態(tài)　能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子　(4)CP蛋白抗體(黃葉病毒外殼蛋白抗體) 3．(2019·沈陽市東北育才學(xué)校高三模擬)青蒿素是最有效的抗瘧

28、疾藥物，但野生黃花蒿青蒿素產(chǎn)量低，為緩解青蒿素供應(yīng)不足的狀況，科學(xué)家將tms基因和tmr基因?qū)朦S花蒿的愈傷組織從而獲得了黃花蒿的冠癭組織，改造過程用到的部分結(jié)構(gòu)如圖。 (1)科學(xué)家將目的基因?qū)朦S花蒿愈傷組織細(xì)胞的常用方法是______________________________________。 (2)圖中結(jié)構(gòu)P、T是基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，其中結(jié)構(gòu)P的作用____________________________________。為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，并將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，圖中還缺少的結(jié)構(gòu)是________________。 (3)在獲得轉(zhuǎn)基因的冠癭組織過

29、程中，_________是核心步驟，在具體操作中常常使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的限制酶對目的基因和運(yùn)載體的兩端分別進(jìn)行切割，這樣做的好處是___________。 (4)T-DNA的作用是可以使______________________，并插入到植物細(xì)胞中染色體的DNA上，要檢測目的基因是否插入到冠癭組織細(xì)胞的染色體DNA上，可采用________技術(shù)。 (5)與愈傷組織相比，冠癭組織的生長速度更快，原因可能是______________________________。 [解析]　(1)目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法，而導(dǎo)入植物細(xì)胞最常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化

30、法，因此，科學(xué)家將目的基因?qū)朦S花蒿愈傷組織細(xì)胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。 (2)圖中結(jié)構(gòu)P、T與基因的轉(zhuǎn)錄有關(guān)，即基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，T為終止子，則P為啟動子，它的作用是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，并將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，圖中還缺少的結(jié)構(gòu)是標(biāo)記基因。 (3)在獲得轉(zhuǎn)基因的冠癭組織過程中，基因表達(dá)載體的構(gòu)建是核心步驟，在具體操作中常常使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的限制酶對目的基因和運(yùn)載體的兩端分別進(jìn)行切割，這樣做的好處是可以避免目的基因和運(yùn)載體的自身連接成環(huán)和反向連接。 (4)T-DNA的作用是可以使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞，并插入到植物細(xì)胞中

31、染色體的DNA上，要檢測目的基因是否插入到冠癭組織細(xì)胞的染色體DNA上，可采用DNA分子雜交技術(shù)。 (5)冠癭組織的生長與細(xì)胞的分裂和伸長等有關(guān)，由此推知冠癭組織的生長速度更快，原因可能是tms和tmr基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長素和細(xì)胞分裂素，促進(jìn)其生長。 [答案]　(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位　標(biāo)記基因　(3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建(或構(gòu)建基因表達(dá)載體)　可以避免目的基因和運(yùn)載體的自身連接成環(huán)和反向連接　(4)目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞　DNA分子雜交　(5)tms和tmr基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長素和細(xì)胞分裂素，促進(jìn)了冠癭組織的生長 關(guān)注基因工程 1．基因

32、工程的應(yīng)用 (1)植物基因工程：培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和抗逆轉(zhuǎn)基因植物；利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物。 (2)動物基因工程：用于提高動物生長速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量；用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物；用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。 (3)比較基因治療與基因診斷 項(xiàng)目 原理 操作過程 進(jìn)展 基因治療 基因表達(dá) 利用正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，以表達(dá)出正常性狀來治療(疾病) 臨床實(shí)驗(yàn) 基因診斷 堿基互補(bǔ)配對 制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合，分析雜交帶情況 臨床應(yīng)用 2.轉(zhuǎn)基因生物的安全性 (1)轉(zhuǎn)基因植物的安全性 ①食

33、用安全問題。 ②對生態(tài)系統(tǒng)的影響 a．轉(zhuǎn)基因植物的擴(kuò)散對生物多樣性有無影響。 b．導(dǎo)入的目的基因是否會擴(kuò)散漂移到其他物種體內(nèi)而導(dǎo)致自然界的混亂。 c．若大面積種植轉(zhuǎn)基因植物，其殘?bào)w分解物、根部分泌物等是否會對生態(tài)與環(huán)境造成大規(guī)模的負(fù)面效應(yīng)等。 (2)轉(zhuǎn)基因動物的安全性 ①對人體健康的影響。 ②對生態(tài)系統(tǒng)的影響。 (3)轉(zhuǎn)基因生物安全性的保障措施 ①保障公眾對所購食品是否來源于轉(zhuǎn)基因生物擁有知情權(quán)。 ②國家應(yīng)建立相應(yīng)的評估及預(yù)警機(jī)制。 3．生物武器的危害性 (1)所用微生物種類 ①細(xì)菌：霍亂弧菌、炭疽桿菌等。 ②病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。 (2)被用作生

34、物武器的方法 ①將致病基因插入不致病的微生物體內(nèi)。 ②將抗普通疫苗或藥物的基因插入致病細(xì)菌或病毒中。 ③用于研制針對某一特定種群的生物武器。 1．利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的已整合藥用蛋白基因的轉(zhuǎn)基因小鼠分泌的乳汁中檢測不到藥用蛋白，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是什么？ [提示]　藥用蛋白基因沒有轉(zhuǎn)錄或翻譯。 2．嘗試寫出禁止生物武器的理由。 [提示]　生物武器包括致病菌、病毒、生化毒劑，以及經(jīng)過基因重組的致病菌等。把這些病原體直接或通過食物、生活必需品等散布到敵方，可以對軍隊(duì)和平民造成大規(guī)模殺傷等后果。 考查基因工程的應(yīng)用 1．(2019·河北省武邑中學(xué)高三質(zhì)檢)

35、植物甲含有A基因，其編碼的蛋白質(zhì)中富含賴氨酸?？茖W(xué)家通過基因工程培育出的轉(zhuǎn)基因玉米也能合成甲的富含賴氨酸的蛋白質(zhì)，使玉米中賴氨酸的含量比原來提高30%。請回答： (1)在獲取目的基因時，常從甲的細(xì)胞中提取富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的mRNA，并利用mRNA人工合成cDNA。上述人工合成cDNA的過程稱作________；與甲細(xì)胞中的A基因相比，cDNA中不具有調(diào)控基因表達(dá)的________________________________等組件。 (2)在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)基因時，需將目的基因插入到質(zhì)粒的T-DNA中，原因是________________________。將攜帶了目的基因的農(nóng)桿菌和

36、玉米薄壁組織細(xì)胞共培養(yǎng)時，需用酚類化合物對玉米細(xì)胞進(jìn)行處理，這種處理的作用是________________________。 (3)在獲得轉(zhuǎn)基因玉米后，可采用核酸分子雜交技術(shù)對玉米細(xì)胞中是否存在A基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行檢測，檢測時需用____________制作基因探針。 (4)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，某攜帶了A基因的玉米植株(乙)自交，其子代中富含賴氨酸的個體占15/16，而用乙的體細(xì)胞離體培養(yǎng)所產(chǎn)生的植株100%富含賴氨酸。將玉米體細(xì)胞離體的培養(yǎng)成完整植株的過程稱為______________。若乙中的A基因都能表達(dá)，且不考慮突變和染色體交叉互換，乙自交子代富含賴氨酸的個體占15/16，原因是____

37、________________________________________。 [解析]　(1)根據(jù)題意分析，上述人工合成cDNA的過程是以RNA為模板合成DNA的過程，為逆轉(zhuǎn)錄過程；與A基因相比，人工合成的cDNA中不含啟動子、終止子和內(nèi)含子。 (2)農(nóng)桿菌細(xì)胞中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA(可轉(zhuǎn)移DNA)能進(jìn)入玉米細(xì)胞并整合到玉米染色體DNA上，因此在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)基因時，需將目的基因插入到質(zhì)粒的T-DNA中。將攜帶了目的基因的農(nóng)桿菌和玉米薄壁組織細(xì)胞共同培養(yǎng)時，需用酚類化合物對玉米細(xì)胞進(jìn)行處理，以吸引農(nóng)桿菌對玉米細(xì)胞進(jìn)行侵染。 (3)檢測A基因(目的基因)可以用DNA分子雜交法

38、，該過程需要用含A基因的DNA片段(或A基因)制作基因探針。 (4)將玉米體細(xì)胞離體的培養(yǎng)成完整植株的過程為植物組織培養(yǎng)。根據(jù)題意分析，將某攜帶了A基因的玉米植株(乙)自交，其子代中富含賴氨酸的個體占15/16，即只有1/16(1/4×1/4)的個體不富含賴氨酸，相當(dāng)于兩對雜合子的自交實(shí)驗(yàn)，說明乙的體細(xì)胞中有2條非同源染色體上含有A基因，所產(chǎn)生的配子中只有3/4的配子含A基因。 [答案]　(1)逆轉(zhuǎn)錄　啟動子、終止子、內(nèi)含子　(2)T-DNA能進(jìn)入并整合到玉米染色體DNA上　吸引農(nóng)桿菌對玉米細(xì)胞進(jìn)行侵染　　(3)含A基因的DNA片段(或A基因)　(4)組織培養(yǎng)　乙的體細(xì)胞中有2條非同源染色

39、體上含有A基因，所產(chǎn)生的配子中只有3/4的配子含A基因 2．(2019·保定市高三期末)干擾素具有抗病毒、抑制腫瘤及免疫調(diào)節(jié)等多種生物活性。質(zhì)粒中的LacZ基因可表達(dá)出β-半乳糖苷酶，當(dāng)培養(yǎng)基中含有IPTG和X-gal時，X-gal便會被β-半乳糖苷酶水解成藍(lán)色，大腸桿菌形成藍(lán)色菌落，反之則形成白色菌落。如圖是將人干擾素基因?qū)氪竽c桿菌，培養(yǎng)后生產(chǎn)干擾素的過程。 (1)在獲得干擾素基因后，常采用PCR技術(shù)大量擴(kuò)增。該技術(shù)的基本過程是目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，______________與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在DNA聚合酶的作用下進(jìn)行______________，如此重復(fù)

40、循環(huán)多次。 (2)過程①最好選用的限制酶是____________，在進(jìn)行②過程前，需事先用Ca2＋處理大腸桿菌使其處于________。為了篩選含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌，需要在培養(yǎng)大腸桿菌的培養(yǎng)基中額外加入________________________________，培養(yǎng)一段時間后挑選出________(填“藍(lán)色”或“白色”)的菌落進(jìn)一步培養(yǎng)獲得大量目的菌。 (3)某些干擾素可抑制腫瘤細(xì)胞DNA的合成，通過減緩細(xì)胞______________分裂過程抑制腫瘤。還有些干擾素可提高吞噬細(xì)胞將抗原呈遞給____________的能力，從而在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。 [解析]　(1)PCR技術(shù)的

41、基本過程是在高溫下，目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈；溫度降低，引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合；然后，溫度回升時，在DNA聚合酶的作用下進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成，如此重復(fù)循環(huán)多次。 (2)為了產(chǎn)生相同的黏性末端，獲取目的基因和切割載體時通常使用同種限制酶。由題圖可知，質(zhì)粒和目的基因均具有EcoRⅤ、BamHⅢ和EcoRⅠ限制酶切割位點(diǎn)，但EcoRⅤ限制酶會破壞干擾素基因，因此過程①不能選用該酶，最好選用BamHⅢ和EcoRⅠ限制酶。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞，需事先用Ca2＋處理大腸桿菌細(xì)胞，使大腸桿菌細(xì)胞處于感受態(tài)。選用BamHⅢ和EcoRⅠ限制酶切割質(zhì)粒和目的基因，重組質(zhì)粒中青霉素基因完好，可正常

42、表達(dá)，對青霉素具有抗性；而LacZ基因被破壞，無法表達(dá)出β-半乳糖苷酶，無法使無色的IPTG和X-gal變藍(lán)，顯白色。因此，在培養(yǎng)基中加入IPTG、X-gal和青霉素，只有成功導(dǎo)入目的基因的重組質(zhì)粒的細(xì)菌(即目的菌)才能不被青霉素殺死，同時表現(xiàn)為白色。 (3)癌細(xì)胞的增殖方式為有絲分裂。因此，某些干擾素可抑制腫瘤細(xì)胞DNA的合成，通過減緩細(xì)胞有絲分裂過程抑制腫瘤。還有些干擾素可提高吞噬細(xì)胞將抗原呈遞給T淋巴細(xì)胞的能力，從而在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。 [答案]　(1)引物　互補(bǔ)鏈的合成(或延伸)　(2)BamHⅢ和EcoRⅠ　感受態(tài)　IPTG、X-gal和青霉素　白色　(3)有絲　T淋巴細(xì)胞

43、考查轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性 3．(2019·安徽六安一中高三模擬)2018年11月，有關(guān)“中國基因編輯嬰兒”新聞?wù)紦?jù)了各大網(wǎng)絡(luò)媒介，一場“科學(xué)發(fā)展”與“倫理道德淪喪”爭辯響徹全國。請根據(jù)你所學(xué)的知識，分析以下問題： (1)為了達(dá)到所謂的“阻斷感染艾滋病”效果，該實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)主要針對CCR5基因進(jìn)行編輯，實(shí)施基因敲除，該過程中可能要用到的工具酶是____________________，敲除后為了使DNA上“缺口”補(bǔ)上，可能用到的工具酶是__________________。 (2)人們擔(dān)心這種行為會打開“潘多拉魔盒”，驅(qū)使另一些科研者開展人類基因編輯研究，出現(xiàn)“基因完美的定制人”。在這些研究中，

44、外源基因能與受體細(xì)胞DNA成功重組的原因是________________________________，這些基因拼接成功后能正常表達(dá)的理論基礎(chǔ)是_________________。 (3)由于基因組計(jì)劃尚未圓滿完成，人類對自身基因在DNA分子上的位置知之甚少，在這種情況下開展對人類的基因編輯計(jì)劃風(fēng)險非常大。你認(rèn)為該轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在安全性爭論的原因：________________。 (4)轉(zhuǎn)基因技術(shù)并不是令人聞之色變的瘋狂技術(shù)，它已在作物品種改良上取得一定的成績。比如，為了獲得“多彩的牽?；ā?，可將__________________(填目的基因名稱)與質(zhì)粒形成重組質(zhì)粒，導(dǎo)入到普通牽?；?/p>

45、細(xì)胞中，再通過____________技術(shù)培養(yǎng)得到符合要求的植株。 [解析]　(1)實(shí)施基因敲除，該過程中可能要用到的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶，敲除后為了使DNA上斷裂的磷酸二酯鍵重新形成，可能用到的工具酶是DNA連接酶。 (2)在基因工程中，外源基因能與受體細(xì)胞中的DNA具有共同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成是成功重組的基礎(chǔ)，這些基因拼接成功后能正常表達(dá)的理論基礎(chǔ)是所有的生物都共用一套遺傳密碼子表，都遵循中心法則。 (3)“中國基因編輯嬰兒”轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在安全性爭論的原因：目前對基因的結(jié)構(gòu)、基因間的相互作用以及基因的調(diào)控機(jī)制等都了解得相當(dāng)有限；外源基因插入宿主基因組的部位往往是隨機(jī)的，可能導(dǎo)致生命活

46、動必需的正常基因遭到破壞。 (4)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得“多彩的牽?；ā?，即將與花青素代謝有關(guān)的基因與質(zhì)粒形成重組質(zhì)粒，導(dǎo)入到普通牽?；?xì)胞中，再利用植物細(xì)胞的全能性，通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)得到符合要求的植株。 [答案]　(1)限制性核酸內(nèi)切酶　DNA連接酶　(2)兩者都具有共同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成　所有的生物都共用一套遺傳密碼子表，都遵循中心法則　(3)目前對基因的結(jié)構(gòu)、基因間的相互作用以及基因的調(diào)控機(jī)制等都了解得相當(dāng)有限；外源基因插入宿主基因組的部位往往是隨機(jī)的，可能導(dǎo)致生命活動必需的正?；蛟獾狡茐摹?4)與花青素代謝有關(guān)的基因　植物組織培養(yǎng) 蛋白質(zhì)工程 1．蛋白質(zhì)工程 (

47、1)概念：指通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。 (2)流程圖 寫出流程圖中字母代表的含義： A．轉(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計(jì)，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。 2．蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 (1)區(qū)別 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列 獲取目的基因→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測和鑒定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需的

48、蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型和生物產(chǎn)品 結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) (2)聯(lián)系 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。 1．研究發(fā)現(xiàn)，如果將白喉?xiàng)U菌類毒素20位和24位的氨基酸改變?yōu)榘腚装彼?，免疫效果更好，請寫出此種技術(shù)的基本流程。 [提示]　從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。 2．請簡要寫出從個體水平鑒定抗蟲棉是否培育成功的設(shè)計(jì)思路。 [提示]　取一定量長勢

49、良好的轉(zhuǎn)基因棉花植株接種適量的棉鈴蟲作為實(shí)驗(yàn)組，取等量長勢一致的普通棉花植株接種等量棉鈴蟲作為對照組。在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，觀察并統(tǒng)計(jì)兩組棉花葉片的受損程度。 考查蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用 香港大學(xué)的研究人員將某印度芥菜的HMGS基因編碼的蛋白質(zhì)的第359位氨基酸“絲氨酸”替換成“丙氨酸”后形成s359a蛋白，通過一定的方法獲得新HMGS基因，然后將其導(dǎo)入番茄細(xì)胞，獲得類胡蘿卜素增加111%的轉(zhuǎn)基因番茄，該番茄具有強(qiáng)抗氧化性。請回答下列問題： (1)請按照蛋白質(zhì)工程的原理寫出獲得新HMGS基因的基本途徑： ____________________________________

50、________________ ____________________________________________________。 (2)如圖的4種質(zhì)粒中，E表示EcoR Ⅰ的切割位點(diǎn)，將這些質(zhì)粒用EcoR Ⅰ充分切割后，產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為________個，接著將新HMGS基因分別與這4組酶切產(chǎn)物、DNA連接酶在適宜環(huán)境下混合，編號為1、2、3、4組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除第________組外，其余3組都有含新HMGS基因的基因表達(dá)載體(重組質(zhì)粒)出現(xiàn)?；虮磉_(dá)載體的組成除目的基因和標(biāo)記基因外，還包括________及復(fù)制原點(diǎn)。 (3)若質(zhì)粒3是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒，

51、則圖示E所處的位置在Ti質(zhì)粒上的________，將含新HMGS基因的重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌導(dǎo)入番茄細(xì)胞，成功獲得含新HMGS基因的轉(zhuǎn)基因番茄，將其果實(shí)色素提取后，用________法分離，可發(fā)現(xiàn)濾紙條上____________(填顏色)的條帶比第4組的寬。 [解析]　(1)蛋白質(zhì)工程的原理為從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)，由此可寫出獲得新HMGS基因的基本途徑：從s359a蛋白的功能出發(fā)→設(shè)計(jì)s359a蛋白的結(jié)構(gòu)→將HMGS蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸→找到并改造HMGS基因的脫氧核苷酸序列。 (2)圖中質(zhì)粒1、

52、2、3、4上的限制酶EcoR Ⅰ切割位點(diǎn)分別為3、2、1、0，用EcoRⅠ充分切割后，產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為3、2、1、0。第4組無EcoR Ⅰ切割位點(diǎn)，因此無法構(gòu)建基因表達(dá)載體?；虮磉_(dá)載體的組成包括目的基因、標(biāo)記基因、啟動子、終止子以及復(fù)制原點(diǎn)。 (3)Ti質(zhì)粒上的T-DNA可將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。色素的提取方法為紙層析法。新HMGS基因?qū)敕鸭?xì)胞，獲得的類胡蘿卜素增加，因此濾紙條上橙黃色和黃色的條帶比第4組的寬。 [答案]　(1)從s359a蛋白的功能出發(fā)→設(shè)計(jì)s359a蛋白的結(jié)構(gòu)→將HMGS蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸→找到

53、并改造HMGS基因的脫氧核苷酸序列[或從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)]　(2)3、2、1、0　4　啟動子和終止子 (3)T-DNA　紙層析　橙黃色和黃色 真題體驗(yàn)| 感悟高考　淬煉考能 1．(2019·全國卷Ⅰ)基因工程中可以通過PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因?；卮鹣铝袉栴}。 (1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫中獲得?；蛭膸彀╛_______和________。 (2)生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制開始時，解開DNA雙鏈的酶是________。在體外利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時，使反應(yīng)體系中的模板

54、DNA解鏈為單鏈的條件是__________。上述兩個解鏈過程的共同點(diǎn)是破壞了DNA雙鏈分子中的________。 (3)目前在PCR反應(yīng)中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是_________________________________________。 [解析]　(1)基因文庫包括基因組文庫和cDNA文庫。(2)生物體細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制開始時是利用解旋酶進(jìn)行解旋的，而在體外利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時，則是通過加熱至90～95 ℃進(jìn)行解旋的，二者都破壞了堿基對之間的氫鍵。(3)在PCR過程中，要加熱至90～95 ℃，所以使用熱穩(wěn)定性高的Taq酶，而不使用在高溫下會失活

55、的大腸桿菌DNA聚合酶。 [答案]　(1)基因組文庫　cDNA文庫　(2)解旋酶　加熱至90～95 ℃　氫鍵　(3)Taq酶熱穩(wěn)定性高，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活 2．(2019·江蘇高考)圖1是某基因工程中構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程示意圖，載體質(zhì)粒P0具有四環(huán)素抗性基因(tetr)和氨芐青霉素抗性基因(ampr)。請回答下列問題： 圖1 (1)EcoR V酶切位點(diǎn)為，EcoR V酶切出來的線性載體P1為________末端。 (2)用Taq DNA聚合酶進(jìn)行PCR擴(kuò)增獲得的目的基因片段，其兩端各自帶有一個腺嘌呤脫氧核苷酸。載體P1用酶處理，在兩端各添加了一個堿基為____

56、____的脫氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在________酶作用下，形成重組質(zhì)粒P3。 (3)為篩選出含有重組質(zhì)粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板進(jìn)行篩選，得到A、B、C三類菌落，其生長情況如表(“＋”代表生長，“－”代表不生長)。根據(jù)表中結(jié)果判斷，應(yīng)選擇的菌落是________(填表中字母)類，另外兩類菌落質(zhì)粒導(dǎo)入情況分別是________、________。 菌落類型 平板類型　　　　 A B C 無抗生素 ＋ ＋ ＋ 氨芐青霉素 ＋ ＋ － 四環(huán)素 ＋ － － 氨芐青霉素＋四環(huán)素 ＋ － － 圖2 (4)為鑒定篩選出的菌落中是

57、否含有正確插入目的基因的重組質(zhì)粒，擬設(shè)計(jì)引物進(jìn)行PCR鑒定。圖2所示為甲、乙、丙3條引物在正確重組質(zhì)粒中的相應(yīng)位置，PCR鑒定時應(yīng)選擇的一對引物是________。某學(xué)生嘗試用圖中另外一對引物從某一菌落的質(zhì)粒中擴(kuò)增出了400 bp片段，原因是______________________________。 [解析]　(1)EcoR V酶切位點(diǎn)在酶所識別序列的中心軸線處，產(chǎn)生的是平末端。(2)DNA連接酶對平末端的連接效率較低，因此通常要將平末端改造成黏性末端后再進(jìn)行連接。由于目的基因片段的兩端各自帶一個腺嘌呤脫氧核苷酸，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，處理后的質(zhì)粒兩端需要各添加一個堿基為胸腺嘧啶的脫

58、氧核苷酸；要將處理后的質(zhì)粒與目的基因連接起來，需要用DNA連接酶。(3)由于四環(huán)素抗性基因中含有EcoR V酶識別的序列及切割位點(diǎn)，所以形成的重組質(zhì)粒中四環(huán)素抗性基因已經(jīng)被破壞，而氨芐青霉素抗性基因正常。根據(jù)表中結(jié)果可知，A菌落抗氨芐青霉素和四環(huán)素，說明A菌落中導(dǎo)入的是P0質(zhì)粒；B菌落抗氨芐青霉素而不抗四環(huán)素，說明B菌落中導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒；C菌落既不抗氨芐青霉素，也不抗四環(huán)素，說明C菌落中沒有導(dǎo)入質(zhì)粒。(4)由于處理后的P0質(zhì)粒的兩個末端都含一個胸腺嘧啶的脫氧核苷酸，而目的基因片段的兩端各自帶一個腺嘌呤脫氧核苷酸，所以目的基因在和P0質(zhì)粒連接時可能會出現(xiàn)兩種情況：正向連接和反向連接。分析圖2可

59、知，理論上可以選擇的引物組合有甲和丙、乙和丙兩種情況。如果選擇甲和丙這對引物，則無論目的基因是否正確插入，擴(kuò)增的片段都是50 bp＋300 bp＋100 bp＝450 bp，不符合要求；如果選擇乙和丙這對引物，正向連接和反向連接后所得結(jié)果不同，所以應(yīng)選擇乙和丙這對引物進(jìn)行PCR鑒定。如果目的基因和P0質(zhì)粒反向連接，則引物乙會出現(xiàn)在重組質(zhì)粒的外側(cè)，此時若加入引物甲和乙，則可以擴(kuò)增出300 bp＋100 bp＝400 bp的片段。 [答案]　(1)平　(2)胸腺嘧啶(T) DNA連接　(3)B　A類菌落含有P0　C類菌落未轉(zhuǎn)入質(zhì)?！?4)乙丙　目的基因反向連接 3．(2019·海南高考)人的

60、T細(xì)胞可以產(chǎn)生某種具有臨床價值的蛋白質(zhì)(Y)，該蛋白質(zhì)由一條多肽鏈組成。目前可以利用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)Y?；卮鹣铝袉栴}。 (1)若要獲得Y的基因，可從人的T細(xì)胞中提取________作為模板，在________催化下合成cDNA，再利用______________技術(shù)在體外擴(kuò)增獲得大量Y的基因。 (2)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。若將上述所得Y的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的__________________中，得到含目的基因的重組Ti質(zhì)粒，則可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將該基因?qū)肽撤N植物的葉肉細(xì)胞中。若該葉肉細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定表達(dá)Y的愈傷組織，則說明Y的基因已經(jīng)____

61、______。 (3)天然的Y通常需要在低溫條件下保存。假設(shè)將Y的第6位氨基酸甲改變?yōu)榘被嵋铱商岣咂錈岱€(wěn)定性，若要根據(jù)蛋白質(zhì)工程的原理對Y進(jìn)行改造以提高其熱穩(wěn)定性，具體思路是___________。 [解析]　(1)由于人的T細(xì)胞可以產(chǎn)生蛋白質(zhì)Y，要獲得Y的基因，可從人的T細(xì)胞中提取mRNA作為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下，利用四種游離的脫氧核苷酸合成cDNA，再利用PCR技術(shù)(體外擴(kuò)增DNA的技術(shù))在體外擴(kuò)增獲得大量Y的基因。 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中，T-DNA可以攜帶目的基因轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上，故需要Y的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T-DNA中得到含目的基因的重

62、組Ti質(zhì)粒，把含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入到農(nóng)桿菌中，再讓含目的基因的農(nóng)桿菌侵染植物的葉肉細(xì)胞。若該葉肉細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定表達(dá)Y的愈傷組織，則說明Y的基因已經(jīng)整合到葉肉細(xì)胞染色體DNA上。 (3)蛋白質(zhì)工程需要從預(yù)期的蛋白質(zhì)的功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推出相應(yīng)的氨基酸序列，找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列，故對Y進(jìn)行改造以提高其熱穩(wěn)定性，需要找到第6位氨基酸中的堿基所在的基因位置，參照密碼子表，將第6位氨基酸甲的堿基替換為氨基酸乙的堿基。 [答案]　(1)mRNA　逆轉(zhuǎn)錄酶　PCR　(2)T-DNA　整合到葉肉細(xì)胞染色體DNA上　(3)找到第6位氨基酸中的堿基所在的基因位置，參照

63、密碼子表，將第6位氨基酸甲的堿基替換為氨基酸乙的堿基 4．(2018·全國卷Ⅰ)回答下列問題： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了____________________________(答出兩點(diǎn)即可)。 (2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2＋參與的________方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體DNA通常需與________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是___

64、_____。 (3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用____________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加________的抑制劑。 [解析]　(1)兩位科學(xué)家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá)，因此，該研究可以證明：質(zhì)?？梢宰鳛檩d體，真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可以表達(dá)(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞等。(2)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)化，將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時，常用的轉(zhuǎn)化方法是首先用Ca2＋處理

65、大腸桿菌細(xì)胞，使其成為感受態(tài)。噬菌體DNA沒有侵染能力，體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過程。噬菌體多寄生在細(xì)菌中，但不能寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解，則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶，因此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。同理，在蛋白質(zhì)純化過程中，也不能使蛋白質(zhì)降解，因此，應(yīng)添加蛋白酶抑制劑。 [答案]　(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)　(2)轉(zhuǎn)化　外殼蛋白(或噬菌體蛋白)　細(xì)菌　(3)蛋白酶缺陷型　蛋白酶 5．(2018·全國卷Ⅱ)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會發(fā)出

66、綠色熒光，這一特性可用于檢測細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端，獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的示意圖如下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。 回答下列問題： (1)據(jù)圖推斷，該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是________。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證________，也是為了保證________________。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后，若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了________和________過程。 (3)為了獲得含有甲的牛，該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的________移入牛的______________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中，某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行鑒定，在鑒定時應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。