2019版高考生物一輪復習 第12單元 現(xiàn)代生物科技專題 第36講 基因工程學案 蘇教版.doc

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第36講　基因工程 考試說明 1.基因工程的誕生(Ⅰ)。 2.基因工程的原理及技術(含PCR技術)(Ⅱ)。 3.基因工程的應用(Ⅱ)。 4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)。 5.DNA的粗提取與鑒定(實驗與探究能力)。 ??考點一　基因工程的概念及基本工具?? 1.基因工程的概念 (1)手段:按照　　　　　　　,進行嚴格的設計,通過體外　　　　　　和　　　　等技術,賦予生物以新的遺傳特性。 (2)目的:創(chuàng)造出更符合人們需要的新的　　　　　　和　　　　　　。 (3)水平:　　　　　　水平。 2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 ①來源:主要從　　　　　　中分離純化而來。 ②作用:識別雙鏈DNA分子的某種　　　　　　　　序列,使　　　　　　的兩個核苷酸之間的　　　　　　斷裂。 ③結果:產(chǎn)生　　　　末端或　　　　末端。 (2)DNA連接酶 常用類型 Ecoli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來源 　　　　 T4噬菌體 功能 連接黏性末端 連接　　　　　　　 結果 恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 (3)載體 ①條件:能自我復制、有一個至多個　　　　切割位點、有特殊的　　　　。 ②常用載體——　　　　。 ③其他載體:λ噬菌體的衍生物、　　　　　　等。 1.限制酶和DNA連接酶的關系 圖12-36-1 (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。 2.DNA相關六種酶的比較 名稱 作用部位 作用 底物 作用結果 限制酶 磷酸二酯鍵 DNA 　將DNA切成兩個或多個片段 DNA 連接酶 磷酸二酯鍵 DNA 片段 　將兩個DNA片段連接為一個DNA分子 DNA 聚合酶 磷酸二酯鍵 脫氧核 苷酸 　以單鏈DNA為模板,將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端 DNA (水解)酶 磷酸二酯鍵 DNA 　將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸 解旋酶 堿基對之 間的氫鍵 DNA 　將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈,形成兩條長鏈 RNA 聚合酶 磷酸二酯鍵 核糖核 苷酸 　以單鏈DNA為模板,將單個核糖核苷酸依次連接到單鏈末端 1.如圖12-36-2為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結構模式圖,據(jù)圖回答下列問題: 圖12-36-2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學本質(zhì)都是　　　　,二者還具有其他共同點,如①　　　　　　　　,②　　　　　　　　(寫出兩條即可)。 (2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為—A—TGCGC,則與之連接的目的基因切割末端應為　　　　　　;可使用　　　　　　把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA分子上稱為　　　　　　　,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)下列常在基因工程中用作載體的是 (　　) A.蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因 B.土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子 C.大腸桿菌的質(zhì)粒 D.動物細胞的染色體 2.[2017上海寶山區(qū)二模] 分析有關基因工程的資料,回答問題。 如圖12-36-3為構建某重組質(zhì)粒的過程示意圖。lacZ基因可使細菌利用加入培養(yǎng)基的物質(zhì)X-gal,從而使菌落顯現(xiàn)出藍色,若無該基因,菌落則成白色。圖中甲~戊DNA片段只注明了黏性末端處的堿基種類,其他堿基的種類未作注明。 圖12-36-3 (1)若酶M特異性識別的DNA堿基序列是,則酶N特異性識別的DNA堿基序列是　　　　　　。 (2)過程②是將所有片段混合在一起,用　　　　　　酶拼接可得到不同的重組DNA。 (3)如果只考慮2個片段的組合,那么甲、乙、丁三個片段中能夠形成環(huán)狀DNA的片段組合是　　　　　　(多選)。 A.甲和乙　B.甲和甲　C.甲和丁　D.乙和乙　E.乙和丁　F.丁和丁 (4)為了篩選含重組質(zhì)粒的受體菌,應在通用培養(yǎng)基中額外加入　　　　　　　　,培養(yǎng)一段時間,挑選出　 色的菌落進一步培養(yǎng)。原來質(zhì)粒中,限制酶M和N的酶切位點　　　　。 A.M位于青霉素抗性基因中,N位于lacZ基因中 B.N位于青霉素抗性基因中,M位于lacZ基因中 C.M和N都位于青霉素抗性基因中 D.M和N都位于lacZ基因中 (5)上述目的基因能夠在受體細菌中表達,其原因是不同生物　　　　。 A.共用一套DNA B.共用一套RNA C.共用一套蛋白質(zhì) D.共用一套密碼子 方法技巧　限制酶的選擇技巧 (1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點確定限制酶的種類。 圖12-36-4 ①應選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切割位點位于目的基因內(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割位點)。 (2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類。 ①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶一致,以確保產(chǎn)生相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因等,所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結構,如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因;如果所選酶的切割位點不是一個,則切割重組后可能丟失某些片段,若丟失的片段含復制起點區(qū),則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復制。 ??考點二　基因工程的基本操作程序及PCR技術?? 1.基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 ①目的基因:主要指　　　　　　　　的基因,也可以是一些具有　　　　作用的因子。 ②獲取 方法 (2)基因表達載體的構建——基因工程的核心 ①目的:使目的基因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 ②基因表達載體的構成 圖12-36-5 ③構建過程: 圖12-36-6 (3)將目的基因導入受體細胞 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 　　　　　、　　　　　　 　　　　 　　　　 受體細胞 　體細胞 　　　　 　原核細胞 轉化過程 　(以農(nóng)桿菌轉化法為例:)將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的　　　　上→導入農(nóng)桿菌→侵染植物細胞→整合到受體細胞的　　　　上→表達 基因表達載體 　受精卵 　　發(fā)育 新性狀個體 　　　　　處理細胞→　　　　細胞→重組表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 (4)目的基因的檢測與鑒定 圖12-36-7 2.PCR技術 (1)原理:DNA復制,即: 雙鏈 DNA單鏈 DNA 圖12-36-8 (2)條件 (3)過程與結果 ①過程 ②結果:上述三步反應完成后,一個DNA分子就變成了　　　　個DNA分子,隨著重復次數(shù)的增多,DNA分子就以　　　　的形式增加。PCR的反應過程都是在　　　　中完成的。 1.基因工程操作的易錯點分析 (1)目的基因的插入位點不是隨意的,基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控,所以目的基因應插入到啟動子與終止子之間的部位。 (2)啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA);終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。 (3)基因表達載體的構建是最核心、最關鍵的一步,在體外進行。 (4)只有第三步(將目的基因導入受體細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象,其余三步都有堿基互補配對現(xiàn)象。 2.DNA復制與PCR技術的比較 項目 體內(nèi)DNA復制 PCR技術 場所 主要在細胞核內(nèi) 生物體外 酶 DNA聚合酶、解旋酶 　熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶) 條件 模板、ATP、常溫 　模板、ATP、引物鏈、溫度變化(90~95 ℃→55~60 ℃→70~75 ℃) 原料 四種脫氧核苷酸 四種脫氧核苷酸 特點 　形成的是整個DNA分子,一個細胞周期只復制一次 　短時間內(nèi)形成含有大量目的基因的DNA片段 角度1　結合實例考查基因工程的基本操作程序 1.人血清蛋白(HSA)具有重要的醫(yī)用價值。如圖12-36-9是以基因工程技術獲取重組HSA(rHSA)的兩條途徑,請回答下列問題。 圖12-36-9 (1)如果HSA基因序列未知,可以采用　　　　　　　　　　的方法獲取該目的基因,為了使該目的基因能夠在宿主細胞中復制和穩(wěn)定保存,通常要先構建　　　　　后才能導入宿主細胞。 (2)方框中的“?”一般選用的生物是　　　　,為了提高Ⅱ過程的導入成功率,通常用　　　　處理大腸桿菌。 (3)人體合成的初始HSA多肽,需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結構才能有活性,所以,選擇　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)途徑獲取rHSA更有優(yōu)勢。 (4)為了鑒定宿主細胞中是否產(chǎn)生rHSA,可以用 方法來進行檢驗。 A.檢驗HSA基因是否導入 B.檢驗細胞中是否產(chǎn)生相應的mRNA C.抗原—抗體雜交 D.檢測是否有標記基因 角度2　考查PCR技術的原理與過程 2.[2017福建南平一模] 基因工程在農(nóng)業(yè)中的應用發(fā)展迅速,基因可導入農(nóng)作物中,用于改良該農(nóng)作物的性狀。通過多重PCR技術可擴增并檢測轉基因農(nóng)作物的外源基因成分。多重PCR技術是在一個PCR 反應體系中加入多對引物,針對多個DNA模板或同一模板的不同區(qū)域,擴增多個目的基因的PCR 技術。請回答: (1)我國科學家將Bt毒蛋白基因、魚的抗凍蛋白基因、控制果實成熟的基因導入農(nóng)作物,可獲得　　　　、　　　　　、延熟的轉基因作物。 (2)引物是根據(jù)　　　　　　　　的一段核苷酸序列合成的,每種基因擴增需要一對引物的原因是　 　。下表是A、B、C三 種基因的引物,據(jù)表分析,引物特異性主要體現(xiàn)在 　。 A基因 引物1 5GCTCCTACAAATGCCATCATTGC3 引物2 5GATAGTGGGATTGTGCGTCATCCC3 B基因 引物1 5TGAATCCTGTTGCCGGTCTT3 引物2 5AAATGTATAATTGCGGGACTCTAATC3 C基因 引物1 5CCTTCATGTTCGGCGGTCTCG3 引物2 5GCGTCATGATCGGCTCGATG3 (3)PCR過程中溫度從90 ℃降到55~60 ℃的目的是 　。 (4)檢測人員通過多重PCR技術確定農(nóng)作物中是否含有A、B、C三種轉基因。將A、B、C三種基因和待測的農(nóng)作物基因樣品進行PCR,擴增后的產(chǎn)物再進行電泳,結果如圖12-36-10。據(jù)圖分析:含有三種轉基因的農(nóng)作物是　　　　,判斷依據(jù)是　 　。 圖12-36-10 (5)與PCR技術相比,多重PCR技術的優(yōu)勢有: a.　。 b.　。 c.　。 ??考點三　基因工程的應用與蛋白質(zhì)工程?? 一、基因工程的應用 1.植物基因工程 抗蟲、　　　　、　　　　轉基因植物,利用轉基因改良植物的品質(zhì)。 2.動物基因工程 提高動物　　　　　　、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用轉基因動物生產(chǎn)　　　　,用轉基因動物作器官移植的供體。 3.基因工程藥物 (1)方式:利用基因工程培育“　　　　　　”來生產(chǎn)藥品。 (2)成果:利用“工程菌”可生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 4.基因治療 (1)概念:把　　　　　　導入病人體內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的。 (2)成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的淋巴細胞。 二、蛋白質(zhì)工程 圖12-36-11 基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較 項目 基因工程 蛋白質(zhì)工程 區(qū)別 操作環(huán)境 (場所) 生物體外 生物體外 操作核心 基因 基因 操作起點 目的基因 預期的蛋白質(zhì)功能 基本過程 　剪切→拼接→導入→表達 　確定蛋白質(zhì)功能→應有的高級結構→應具備的折疊狀態(tài)→應有的氨基酸序列→應有的堿基序列→改造的蛋白質(zhì) 實質(zhì) 　定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需要的生物類型或生物產(chǎn)品(基因的異體表達) 　定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 結果 　生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 　生產(chǎn)人類需要的新基因,創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 　蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程,因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì),必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn) 角度1　結合基因工程的操作過程考查基因工程的應用 1.[2017東北三省三校模擬] 馬鈴薯是重要的經(jīng)濟作物,在基因育種方面取得豐碩成果。 (1)馬鈴薯是雙子葉植物,常用　　　　　　法將目的基因導入馬鈴薯的體細胞中。構建好的基因表達載體基本結構有目的基因、　　　　　、　　　　、　　　　、復制原點五部分。 (2)馬鈴薯易患多種疾病,導致產(chǎn)量下降?；蚬こ讨谐Ｓ玫目共』驗椤　　　　　　　　　?寫一種即可)。 (3)科學家還培育出抗除草劑的轉基因馬鈴薯,主要從兩個方面進行設計: ①修飾除草劑作用的靶蛋白,使其對除草劑　　　　,或使靶蛋白過量表達,植物吸收除草劑后仍能正常代謝。 ②引入酶或酶系統(tǒng),使除草劑在發(fā)生作用前　　　　。 (4)將目的基因導入受體細胞后,還需對轉基因植物進行　　　　　　　　。 角度2　考查蛋白質(zhì)工程的原理與操作 2.[2015全國卷Ⅱ] 已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉運蛋白,由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列問題: (1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的　　　　　　進行改造。 (2)以P基因序列為基礎,獲得P1基因的途徑有修飾　　　　基因或合成　　　　基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的,中心法則的全部內(nèi)容包括　　　　　　　　的復制,以及遺傳信息在不同分子之間的流動,即:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程,其基本途徑是從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過　　　　　　　　和　　　　　　　　, 進而確定相對應的脫氧核苷酸序列,據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質(zhì),之后還需要對蛋白質(zhì)的生物　　　　　進行鑒定。 ??考點四　DNA的粗提取與鑒定?? 1.原理 (1)溶解度 ①DNA與蛋白質(zhì)在不同濃度的　　　　溶液中溶解度不同。 ②DNA不溶于　　　　。 (2)DNA對酶、　　　　和　　　　的耐受性。 (3)鑒定:DNA+　　　　試劑　　　　。 2.實驗步驟 實驗材料的選取→ 破碎細胞→ 獲取含DNA的濾液→過濾,取濾液 去除濾液中的雜質(zhì)→ DNA的析出→利用DNA不溶于　　　　　　的原理, 析出DNA DNA的鑒定→ 1.DNA和蛋白質(zhì)在不同NaCl溶液中溶解度的比較 項目 2 mol/L NaCl 溶液 0.14 mol/L NaCl溶液 溶解規(guī)律 DNA 溶解 析出 蛋白質(zhì) 　部分發(fā)生鹽析沉淀 溶解 　NaCl溶液濃度從2 mol/L逐漸降低的過程中,溶解度逐漸增大 2.DNA的粗提取與鑒定中的“2、3、4” 加蒸餾 水2次 ?、偌拥诫u血細胞液中,使血細胞吸水破裂 ?、诩拥胶珼NA的2 mol/L的NaCl溶液中,使NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度下降到0.14 mol/L,使DNA析出 用紗布 過濾3次 ?、龠^濾血細胞破裂液,得到含細胞核物質(zhì)的濾液 　②濾取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物) ?、圻^濾溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液 (續(xù)表) 4次使用 NaCl溶液 ?、偌? mol/L的NaCl溶液,溶解提取的細胞核物質(zhì) ?、谟?.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出 ?、塾? mol/L的NaCl溶液,溶解濾取的DNA黏稠物 ?、苡? mol/L的NaCl溶液,溶解絲狀物用于鑒定DNA 在“DNA的粗提取與鑒定”的實驗中,對DNA進行鑒定時,做如下操作: 　　試管 序號　　 A B 1 　加2 mol/L的NaCl溶液5 mL 　加2 mol/L的NaCl溶液5 mL 2 　不加 　加入提取的DNA絲狀物并攪拌 3 　加4 mL二苯胺,混勻 　加4 mL二苯胺,混勻 4 　沸水浴5分鐘 　沸水浴5分鐘 實驗現(xiàn)象 實驗結論 圖12-36-12 (1)根據(jù)圖12-36-12完成表格空白處的實驗內(nèi)容。 (2)對于B試管,完成1、2、3的操作后溶液顏色如何?　　　　　　　　　　　　。 (3)在沸水浴中加熱的目的是　　　　　　　　　　,同時說明DNA對高溫有較強的　　　　。 (4)A試管在實驗中的作用是　　　　。 (5)B試管中溶液顏色的變化程度主要與　　　　　　有關。 ??歷年真題明考向?? 1.[2017全國卷Ⅰ] 真核生物基因中通常有內(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)含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}: (1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其原因是 　?！　　　　　　　　? (2)若用家蠶作為表達基因A的受體,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用　　　　　作為載體,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比,大腸桿菌具有　　　　　　　　　　　(答出兩點即可)等優(yōu)點。 (4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質(zhì)是　　　　　　　　　　　　(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻,也可以說是基因工程的先導,如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那么,這一啟示是　。 2.[2017全國卷Ⅱ] 幾丁質(zhì)是許多真菌細胞壁的重要成分,幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉入植物體內(nèi),可增強其抗真菌病的能力。回答下列問題: (1)在進行基因工程操作時,若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA,常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料,原因是　　　　　　　　　　　　。提取RNA時,提取液中需添加RNA酶抑制劑,其目的是　　　　　　　　　　　　。 (2)以mRNA為材料可以獲得cDNA,其原理是 　。 (3)若要使目的基因在受體細胞中表達,需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞,原因是 　(答出兩點即可)。 (4)當幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時,DNA連接酶催化形成的化學鍵是　　　　　　　　。 (5)若獲得的轉基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高,根據(jù)中心法則分析,其可能的原因是　。 3.[2016全國卷Ⅰ] 某一質(zhì)粒載體如圖12-36-13所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(Ampr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BamHⅠ酶切后,與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進行連接反應,用得到的混合物直接轉化大腸桿菌。結果大腸桿菌有的未被轉化,有的被轉化。被轉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?；卮鹣铝袉栴}: 圖12-36-13 (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具,應具備的基本條件有　　　　　　　　　　　　　(答出兩點即可),而作為基因表達載體,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)基進行篩選,在上述四種大腸桿菌細胞中,未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;并且　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　　的細胞也是不能區(qū)分的,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在上述篩選的基礎上,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復制所需的原料來自于　　　　　　。 4.[2016全國卷Ⅲ] 圖12-36-14①中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點,圖②為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點是唯一的)。 圖12-36-14 根據(jù)基因工程的有關知識,回答下列問題: (1)經(jīng)BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被　　　　　酶切后的產(chǎn)物連接,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)若某人利用圖乙所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子,如圖12-36-15所示。這三種重組子中,不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物的有　　　　　　　　,不能表達的原因是　 　。 圖12-36-15 (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　。 第十二單元　現(xiàn)代生物科技專題 第36講　基因工程 考點一 【知識梳理】 1.(1)人們的愿望　DNA重組　轉基因 (2)生物類型　生物產(chǎn)品　(3)DNA分子 2.(1)①原核生物?、谔囟ê塑账帷√囟ú课弧×姿岫ユI?、垧ば浴∑? (2)大腸桿菌　黏性末端或平末端 (3)①限制酶　標記基因?、谫|(zhì)粒?、蹌又参锊《? 【題組訓練】 1.(1)DNA　能夠自我復制　具有遺傳特性 (2)CGCGT—　　　A—　DNA連接酶 (3)標記基因　供重組DNA的鑒定和選擇　(4)C [解析] (1)a代表的物質(zhì)是大型環(huán)狀DNA分子,質(zhì)粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核之外的小型環(huán)狀DNA分子,兩者都能自我復制,并蘊含遺傳信息。(2)與質(zhì)粒DNA分子的切割末端能夠連接的目的基因切割末端之間能夠發(fā)生堿基互補配對,可使用DNA連接酶將它們連接在一起。(3)質(zhì)粒DNA分子上的氨芐青霉素抗性基因可以作為標記基因,便于對重組DNA進行鑒定和篩選。(4)常用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因一般作為目的基因;土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子不容易在宿主細胞內(nèi)保存;動物細胞染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì),不能被限制性核酸內(nèi)切酶切割,因此不能用作載體。 2.(1) (2)DNA連接　(3)ABCDEF (4)青霉素和X-gal　白　D　(5)D [解析] ①質(zhì)粒經(jīng)過酶M和酶N的切割形成甲、乙片段,根據(jù)甲、乙片段的黏性末端可知,兩種限制酶的識別序列分別是、,酶M特異性識別的DNA堿基序列是,則酶N特異性識別的DNA堿基序列是。(2)DNA連接酶可以將具有相同黏性末端的DNA片段連接起來。(3)甲、乙、丁都有兩個黏性末端,且都相同,因此如果只考慮2個片段的組合,那么甲、乙、丁三種片段中任意兩個連接都能夠連接形成環(huán)狀DNA。(4)為了篩選含重組質(zhì)粒的受體菌,應在通用培養(yǎng)基中額外加入青霉素和X-gal,培養(yǎng)一段時間,挑選出白色的菌落進一步培養(yǎng)。這表明青霉素抗性基因沒有被破壞,lacZ基因已經(jīng)被破壞,因此,在原來質(zhì)粒中,限制酶M和N的酶切位點都位于lacZ基因中。(5)上述目的基因能夠在受體細菌中表達,其原因是不同生物共用一套密碼子。 考點二 【知識梳理】 1.(1)①編碼蛋白質(zhì)　調(diào)控　②基因文庫　mRNA　DNA合成儀 (2)①在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代 ②標記基因　目的基因 ③同一種限制酶　DNA連接酶 (3)農(nóng)桿菌轉化法　花粉管通道法　顯微注射法　用Ca2+處理細胞　受精卵　T-DNA　染色體DNA　顯微注射　Ca2+　感受態(tài) (4)DNA分子雜交　分子雜交　抗原—抗體雜交　雜交帶 2.(1)加熱　冷卻 (2)耐高溫的DNA聚合酶　單鏈相應序列　脫氧核苷酸 (3)①90~95　解旋　55~60　引物　70~75　Taq酶 ②兩　2n　DNA擴增儀 【命題角度】 1.(1)從基因文庫中提取　重組DNA (2)農(nóng)桿菌　氯化鈣　(3)Ⅰ　(4)C [解析] (1)獲取目的基因的方法有:從基因文庫中獲取、采用PCR技術擴增(適用于目的基因的核苷酸序列已知的情況)、人工化學合成(適用于目的基因較小且序列已知的情況)。因此如果HSA基因序列未知,可以采用從基因文庫中提取的方法獲取該目的基因;為了使該目的基因能夠在宿主細胞中復制和穩(wěn)定保存,通常要先構建基因表達載體(重組DNA)后才能導入宿主細胞。(2)將目的基因導入植物細胞常用農(nóng)桿菌轉化法,因此方框中的“?”一般選用的生物是農(nóng)桿菌;將目的基因導入微生物細胞時常用感受態(tài)細胞法,即用氯化鈣處理微生物細胞,使之成為易于吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細胞。(3)由于大腸桿菌是原核生物,其細胞中不含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,而人體合成的初始HSA多肽,需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結構才能有活性,所以,選擇Ⅰ途徑獲取rHSA更有優(yōu)勢。(4)檢測目的基因是否表達形成蛋白質(zhì)(rHSA)可以采用抗原—抗體雜交法。 2.(1)抗蟲　抗凍 (2)已知目的基因　需要一對特異性的引物,要求一對引物的序列是不互補的,否則會形成引物二聚體,進而影響目的基因的擴增　引物中特定的堿基序列, 可以體現(xiàn)引物的特異性 (3)加熱至90~95 ℃利于DNA解鏈;冷卻到55~60 ℃,利于引物結合到互補DNA鏈上 (4)4　PCR過程中,可以通過設計特定的引物來擴增特定的DNA片段,1組為已知A、B、C三種基因的對照,其中4含有A基因、B基因和C基因,而2只含有A基因和C基因,3不含有這三種基因 (5)a.確保所有的靶位點可以用相同的PCR程序在單個反應中得到有效的擴增 b.在使用相同的PCR程序和反應條件的單個PCR中對每對引物的量進行優(yōu)化,以達到最大的擴增效率 c.平衡多重PCR中每對引物的量,使之對每個靶位點都能獲得足夠的擴增量 [解析] (1)Bt毒蛋白基因的抗蟲基因可以表達出毒蛋白,魚的抗凍蛋白基因可以表達出抗凍蛋白,控制果實成熟的基因可以表達出控制早熟的相關蛋白,因此將Bt毒蛋白基因、魚的抗凍蛋白基因、控制果實成熟的基因導入農(nóng)作物,可獲得抗蟲、抗凍、延熟的轉基因作物。(2)PCR擴增技術的前提是要用一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根據(jù)這一段序列合成引物,每種基因擴增需要一對特異性的引物,要求一對引物的序列是不互補的,否則會形成引物二聚體,進而影響目的基因的擴增。據(jù)表中A、B、C三種基因的引物核苷酸序列分析,引物特異性主要體現(xiàn)在引物中特定的堿基序列,可以體現(xiàn)引物的特異性。(3)PCR過程中溫度加熱至90~95 ℃利于DNA解鏈;冷卻到55~60 ℃,利于引物結合到互補DNA鏈上。(4)PCR過程中,可以通過設計特定的引物來擴增特定的DNA片段,1組為已知A、B、C三種基因的對照,其中4含有A基因、B基因和C基因,而2只含有A基因和C基因,3不含有這三種基因。(5)與PCR技術相比,多重PCR技術的優(yōu)勢:a.確保所有的靶位點可以用相同的PCR程序在單個反應中得到有效的擴增。b.在使用相同的PCR程序和反應條件的單個PCR中對每對引物的量進行優(yōu)化,以達到最大的擴增效率。c.平衡多重PCR中每對引物的量,使之對每個靶位點都能獲得足夠的擴增量。 考點三 【知識梳理】 一、1.抗病　抗逆　2.生長速度　藥物　3.(1)工程菌 4.(1)正?；颉?2)基因轉移　組織細胞 二、修飾　合成　新的蛋白質(zhì)　功能　蛋白質(zhì)結構　氨基酸序列　脫氧核苷酸序列 【命題角度】 1.(1)農(nóng)桿菌轉化　啟動子　終止子　標記基因 (2)病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因、抗毒素合成基因、幾丁質(zhì)酶基因 (3)①不敏感(抵抗)?、诒唤到?分解) (4)檢測和鑒定 [解析] (1)馬鈴薯是雙子葉植物,常用農(nóng)桿菌轉化法將目的基因導入雙子葉植物體細胞中。構建好的基因表達載體基本結構有目的基因、標記基因、啟動子、終止子、復制原點五部分。(2)基因工程中常用的抗病基因為病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因、抗毒素合成基因、幾丁質(zhì)酶基因。(3)①除草劑只能作用于雜草,不能作用于馬鈴薯,因此需要修飾除草劑作用的靶蛋白,使其對除草劑不敏感(抵抗),或使靶蛋白過量表達,植物吸收除草劑后仍能正常代謝。②也可以引入酶或酶系統(tǒng),在除草劑發(fā)生作用前被降解(分解)。(4)將目的基因導入受體細胞后,還需對轉基因植物進行檢測和鑒定。 2.(1)氨基酸序列(或結構) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉錄、逆轉錄、翻譯) (3)設計蛋白質(zhì)的結構　推測氨基酸序列　功能 [解析] 本題考查蛋白質(zhì)工程的相關知識。 (1)若要改變蛋白質(zhì)的功能,就要對蛋白質(zhì)的結構進行改造,而從材料中的內(nèi)容,可以看出是改造了氨基酸的序列。 (2)獲得P1基因的途徑有對原基因(P)進行修飾或者根據(jù)氨基酸序列直接合成目的基因(P1)。中心法則即遺傳信息的傳遞途徑,包括遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)的復制和轉錄、翻譯、逆轉錄的過程。 (3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑:從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設計預期的蛋白質(zhì)結構→推測應有的氨基酸序列→找到相應的脫氧核苷酸序列。該目的基因表達產(chǎn)生相應的蛋白質(zhì),為確定該蛋白質(zhì)是否符合需要,還需對蛋白質(zhì)的生物功能進行鑒定。 考點四 【知識梳理】 1.(1)NaCl　酒精　(2)高溫　洗滌劑　(3)二苯胺　藍色 2.紅細胞吸水破裂　瓦解細胞膜　溶解DNA　NaCl溶液　蛋白酶　高溫　冷卻的酒精溶液　二苯胺　藍色 【題組訓練】 (1)實驗現(xiàn)象:A.溶液不變藍色　B.溶液變藍色 實驗結論:DNA在沸水浴的條件下遇二苯胺會變成藍色 (2)溶液顏色基本不變(不呈淺藍色) (3)加快顏色反應速度　耐受性 (4)對照　(5)DNA(絲狀物)的多少 [解析] 本題(1)(4)主要考查DNA分子的鑒定。A、B兩試管形成對照,B試管中含DNA絲狀物,A試管中不含,起對照作用,其他條件均完全相同。(2)(3)(5)強調(diào)本實驗的反應條件是沸水浴加熱5分鐘,加快顏色反應的速度,觀察對比兩試管的顏色時要等到冷卻以后。 歷年真題明考向 1.(1)基因A有內(nèi)含子,在大腸桿菌中,其初始轉錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應的RNA序列不能被切除,無法表達出蛋白A (2)噬菌體　噬菌體的宿主是細菌,而不是家蠶 (3)繁殖快、容易培養(yǎng) (4)蛋白A的抗體 (5)DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體 [解析] (2)病毒侵染宿主細胞具有專一性,昆蟲病毒能侵染家蠶細胞,而噬菌體是細菌病毒,不能侵染家蠶細胞。 (3)以原核生物作為受體細胞,是利用了原核生物的幾個優(yōu)點:繁殖快、易培養(yǎng)、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等。 (4)要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,方法是抗原—抗體雜交法,這里的抗原就是蛋白A,抗體就是蛋白A的抗體。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗證明,S型肺炎雙球菌的DNA可以轉移到R型肺炎雙球菌體內(nèi),使R型肺炎雙球菌轉化為S型肺炎雙球菌,體現(xiàn)了一種生物的DNA可以轉移到另外一種生物體內(nèi)去表達,這也正是基因工程想要做的。 2.(1)嫩葉組織細胞易破碎　防止RNA降解 (2)在逆轉錄酶的作用下,以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA (3)目的基因無復制原點;目的基因無表達所需啟動子 (4)磷酸二酯鍵 (5)目的基因的轉錄或翻譯異常 [解析] (1)要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA,需要將細胞破碎,嫩葉比老葉組織細胞更容易破碎。提取RNA時,為了防止RNA降解,需在提取液中添加RNA酶抑制劑。 (2)用逆轉錄法以mRNA為材料可以獲得cDNA,原理是在逆轉錄酶的作用下,以mRNA為模板按照堿基互補配對原則可以合成cDNA 。 (3)直接將目的基因導入受體細胞,目的基因無法進行自我復制和穩(wěn)定存在以及表達,因為目的基因無復制原點,無表達所需啟動子。 (4)DNA連接酶催化磷酸二酯鍵的形成。 (5)若幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中,但獲得的轉基因植株抗真菌病的能力沒有提高,可能的原因是目的基因的轉錄或翻譯異常。 3.(1)能自我復制、具有標記基因 (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)受體細胞 [解析] 本題考查基因工程中質(zhì)粒作為運載體的特點、基因表達載體的構建與篩選等相關知識,主要考查學生的靈活應用能力。(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的運載工具,需要有一個至多個限制酶切位點、能夠在宿主細胞中進行自我復制、有標記基因。(2)未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞都不含有氨芐青霉素抗性基因,在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上都不能生長,所以不能區(qū)分出來;含有質(zhì)粒載體的細胞和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細胞都含有氨芐青霉素抗性基因,在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上都能生長,所以也不能區(qū)分出來。由于含有質(zhì)粒的大腸桿菌中有四環(huán)素抗性基因,在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上能生長,而重組質(zhì)粒的四環(huán)素抗性基因被破壞,所以含重組質(zhì)粒的大腸桿菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能生長,由此區(qū)分出含質(zhì)粒載體的大腸桿菌和含重組質(zhì)粒的大腸桿菌。(3)噬菌體不能獨立完成代謝,其DNA復制在大腸桿菌細胞中進行,需大腸桿菌細胞提供原料、酶和能量等。 4.(1)Sau3AⅠ　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錄 (3)Ecoli DNA連接酶　T4 DNA連接酶　T4 DNA連接酶 [解析] 本題考查基因工程的操作工具及操作步驟等方面的知識。(1)由于限制酶BamHⅠ與Sau3AⅠ切割后的黏性末端相同,所以經(jīng)BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與表達載體被Sau3AⅠ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)基因表達載體的啟動子和終止子應分別位于目的基因的首端和尾端,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錄。(3)常見的DNA連接酶有Ecoli DNA連接酶和T4 DNA連接酶,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是T4 DNA連接酶。 1.[2017湖南岳陽一模] 如圖為DNA分子的某一片段,其中①②③分別表示某種酶的作用部位,則相應的酶依次是 (　　) 圖K36-1 　　 　　　　　 　　　　　 　　　 A.DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶 B.限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶 C.解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶 D.限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶 [解析] C?、偬帪闅滏I,是解旋酶的作用部位;②處為磷酸二酯鍵,是限制酶的作用部位;③處為兩個DNA片段的缺口,是DNA連接酶的作用部位。 2.[2017北京石景山區(qū)一模] 將甜菜堿、海藻糖等有機小分子的合成基因轉入煙草細胞中,會使煙草的抗旱性增強。下列關于這類轉基因煙草及其培育過程的說法,不正確的是 (　　) A.細胞中甜菜堿等有機小分子的合成量增加 B.細胞液滲透壓增大,避免細胞過度失水 C.將抗旱基因導入煙草細胞中常用農(nóng)桿菌轉化法 D.在干旱條件下篩選出成功導入抗旱基因的煙草細胞 [解析] D　將甜菜堿、海藻糖等有機小分子的合成基因轉入煙草細胞中后,細胞中甜菜堿等有機小分子的合成量增加,會使煙草細胞的滲透壓升高,避免細胞過度失水,因此,這會使煙草的抗旱性增強,A、B正確;將目的基因導入植物細胞常用農(nóng)桿菌轉化法,C正確;在干旱條件下篩選出成功導入抗旱基因的煙草植株,但在干旱條件下不能篩選出成功導入抗旱基因的煙草細胞,D錯誤。 3.下列符合在體外進行PCR反應條件的一組是 (　　) ①穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境?、贒NA模板　③合成引物?、芩姆N脫氧核苷酸　⑤DNA聚合酶?、轉NA解旋酶?、呦拗菩院怂醿?nèi)切酶?、鄿乜卦O備 A.①②③④⑤⑥ B.①②③④⑤⑥⑦⑧ C.③④⑤⑥⑧ D.①②③④⑤⑧ [解析] D　PCR技術又稱聚合酶鏈式反應,是一項在生物體外復制特定DNA分子的核酸合成技術。該過程需要①穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境、②DNA模板、③合成引物、④四種脫氧核苷酸(原料)、⑤DNA聚合酶(催化延伸過程)、⑧溫控設備,故D項正確;PCR技術通過高溫變性解旋,不需要DNA解旋酶,也不需要限制性核酸內(nèi)切酶,故A、B、C項錯誤。 4.[2017江蘇常州模擬] 在DNA粗提取與鑒定實驗中,將獲得的含有DNA的黏稠物分別按下表處理3次,則DNA主要集中在標號 (　　) 操作 黏稠物 濾液 2 mol/L的NaCl溶液攪拌過濾 ① ② 0.14 mol/L的NaCl溶液攪拌過濾 ③ ④ 95%的冷酒精攪拌過濾 ⑤ ⑥ A.①③⑤ B.②③⑤ C.①④⑥ D.②④⑥ [解析] B　由于DNA可以溶于氯化鈉溶液中,在2 mol/L的氯化鈉溶液中DNA的溶解度較高,攪拌過濾后,DNA存在于濾液②,而黏稠物①只含有少量DNA而可以丟棄;DNA在0.14 mol/L的氯化鈉溶液中溶解度最低,此時DNA會從溶液中析出,攪拌過濾后,得到黏稠物③主要就是DNA,因此濾液④可以丟棄;由于DNA不溶于酒精,而其他雜質(zhì)可以溶于酒精,因此放入冷卻的95%的酒精溶液中,攪拌過濾后,DNA存在于黏稠物⑤中,濾液⑥可以丟棄。 5.絨山羊所產(chǎn)山羊絨因其優(yōu)秀的品質(zhì)而被專家稱作“纖維寶石”,是紡織工業(yè)動物纖維紡織原料。毛角蛋白Ⅱ型中間絲(KIFⅡ)基因與絨山羊的羊絨質(zhì)量密切相關。圖甲表示含KIFⅡ基因的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列,圖乙是獲得轉KIFⅡ基因的高絨質(zhì)絨山羊的簡單流程圖(MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ四種限制性核酸內(nèi)切酶識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG)。請分析回答: (1)用SmaⅠ完全切割圖甲中DNA片段,其最短的產(chǎn)物長度為　　　　bp。圖甲中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基對替換,那么基因D就突變?yōu)榛騞。從隱性純合子中分離出圖甲對應的DNA片段,用SmaⅠ完全切割,產(chǎn)物中不同長度的DNA片段有　　　　種。 (2)上述工程中,KIFⅡ基因稱為　　　　　;為了提高實驗成功率,需要通過　　　　　　技術對KIFⅡ基因進行擴增,以獲得更多的KIFⅡ基因。 (3)過程①必須用到的工具酶是　　　　　　　　;在過程③中,為了獲得更多的卵(母)細胞,需用　　　　　　　　　處理成年母絨山羊。 (4)過程④稱為　　　　　,進行過程⑤的最佳時期是　　　　　　　　　。 [答案] (1)537　2 (2)目的基因　PCR(多聚酶鏈式反應) (3)DNA連接酶　促性腺激素 (4)核移植　桑椹胚期或囊胚期 [解析] (1)SmaⅠ限制性核酸內(nèi)切酶識別和切割的堿基序列為CCC↓GGG,由題圖可知,在SmaⅠ的作用下完全切割可得到三個片段,最短的長度為537 bp。圖甲中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基對替換,則CCC↓GGG的堿基序列就只有一個,所以SmaⅠ只能將DNA片段切為兩段。 (2)KIFⅡ基因屬于目的基因,基因的擴增常用PCR技術。 (3)工具酶包括限制酶、DNA連接酶,此處將目的基因拼接到運載體上,應該用DNA連接酶;促性腺激素能夠促進成年母絨山羊排卵。 (4)過程④是將細胞核導入去核的卵母細胞屬于細胞核移植技術;過程⑤屬于胚胎移植,胚胎移植的時期通常在桑椹胚期或囊胚期。