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

第36講基因工程考試說明 1.基因工程的誕生()。2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))()。3.基因工程的應(yīng)用()。4.蛋白質(zhì)工程()。5.DNA的粗提取與鑒定(實驗與探究能力)?？键c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(shè)計,通過體外和等技術(shù),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)切酶來源:主要從中分離純化而來。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。結(jié)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(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵(3)載體條件:能自我復(fù)制、有一個至多個切割位點、有特殊的。常用載體。其他載體:噬菌體的衍生物、等。 1.限制酶和DNA連接酶的關(guān)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(guān)六種酶的比較名稱作用部位作用底物作用結(jié)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(jié)構(gòu)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(xué)本質(zhì)都是,二者還具有其他共同點,如,(寫出兩條即可)。(2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為ATGCGC,則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)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(guān)基因工程的資料,回答問題。如圖12-36-3為構(gòu)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(yīng)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應(yīng)選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇Pst。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Sma。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Pst和EcoR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。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。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(jié)構(gòu),如圖乙中限制酶Sma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(fù)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(fù)制?？键c二基因工程的基本操作程序及PCR技術(shù) 1.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲取目的基因:主要指的基因,也可以是一些具有作用的因子。獲取方法(2)基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心目的:使目的基因,同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用?；虮磉_載體的構(gòu)成圖12-36-5構(gòu)建過程:圖12-36-6(3)將目的基因?qū)胧荏w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(zhuǎn)化過程(以農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法為例:)將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的上導(dǎo)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(shù)(1)原理:DNA復(fù)制,即:雙鏈DNA單鏈DNA圖12-36-8(2)條件(3)過程與結(jié)果過程結(jié)果:上述三步反應(yīng)完成后,一個DNA分子就變成了個DNA分子,隨著重復(fù)次數(shù)的增多,DNA分子就以的形式增加。PCR的反應(yīng)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(yīng)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(gòu)建是最核心、最關(guān)鍵的一步,在體外進行。(4)只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w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(fù)制與PCR技術(shù)的比較項目體內(nèi)DNA復(fù)制PCR技術(shù)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(9095 5560 7075 )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(fù)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(jié)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(shù)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(fù)制和穩(wěn)定保存,通常要先構(gòu)建后才能導(dǎo)入宿主細胞。(2)方框中的“?”一般選用的生物是,為了提高過程的導(dǎo)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(jié)構(gòu)才能有活性,所以,選擇(填“”或“”)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(dǎo)入 B.檢驗細胞中是否產(chǎn)生相應(yīng)的mRNAC.抗原抗體雜交 D.檢測是否有標記基因角度2考查PCR技術(shù)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(yīng)用發(fā)展迅速,基因可導(dǎo)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(shù)可擴增并檢測轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的外源基因成分。多重PCR技術(shù)是在一個PCR 反應(yīng)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(shù)。請回答:(1)我國科學(xué)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?qū)朕r(nóng)作物,可獲得、延熟的轉(zhuǎn)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15GCTCCTACAAATGCCATCATTGC3引物25GATAGTGGGATTGTGCGTCATCCC3B基因引物15TGAATCCTGTTGCCGGTCTT3引物25AAATGTATAATTGCGGGACTCTAATC3C基因引物15CCTTCATGTTCGGCGGTCTCG3引物25GCGTCATGATCGGCTCGATG3(3)PCR過程中溫度從90 降到5560 的目的是。(4)檢測人員通過多重PCR技術(shù)確定農(nóng)作物中是否含有A、B、C三種轉(zhuǎn)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(jié)果如圖12-36-10。據(jù)圖分析:含有三種轉(zhuǎn)基因的農(nóng)作物是,判斷依據(jù)是。圖12-36-10(5)與PCR技術(shù)相比,多重PCR技術(shù)的優(yōu)勢有:a.。b.。c.?？键c三基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程一、基因工程的應(yīng)用 1.植物基因工程抗蟲、轉(zhuǎn)基因植物,利用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因動物生產(chǎn),用轉(zhuǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)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(yù)期的蛋白質(zhì)功能基本過程剪切拼接導(dǎo)入表達確定蛋白質(zhì)功能應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)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(jié)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(chǔ)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(jié)合基因工程的操作過程考查基因工程的應(yīng)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?qū)腭R鈴薯的體細胞中。構(gòu)建好的基因表達載體基本結(jié)構(gòu)有目的基因、復(fù)制原點五部分。(2)馬鈴薯易患多種疾病,導(dǎo)致產(chǎn)量下降。基因工程中常用的抗病基因為(寫一種即可)。(3)科學(xué)家還培育出抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯,主要從兩個方面進行設(shè)計: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。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?qū)胧荏w細胞后,還需對轉(zhuǎn)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 已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)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?；卮鹣铝袉栴}:(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(chǔ),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(fù)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(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過和, 進而確定相對應(yīng)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?？键c四DNA的粗提取與鑒定 1.原理(1)溶解度DNA與蛋白質(zhì)在不同濃度的溶液中溶解度不同。DNA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DNADNA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次加到雞血細胞液中,使血細胞吸水破裂加到含DNA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次過濾血細胞破裂液,得到含細胞核物質(zhì)的濾液濾取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)過濾溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液(續(xù)表)4次使用NaCl溶液加2 mol/L的NaCl溶液,溶解提取的細胞核物質(zhì)用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出用2 mol/L的NaCl溶液,溶解濾取的DNA黏稠物用2 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AB1加2 mol/L的NaCl溶液5 mL加2 mol/L的NaCl溶液5 mL2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(jié)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(guān)。歷年真題明考向1.2017全國卷 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(yīng)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(xué)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(zhuǎn)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(dǎo),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 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(zhuǎn)入植物體內(nèi),可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}:(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?qū)胧荏w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(xué)鍵是。(5)若獲得的轉(zhuǎn)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 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(dǎo)致相應(yīng)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BamH酶切后,與用BamH酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進行連接反應(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?；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(yīng)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(zhuǎn)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(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。4.2016全國卷 圖12-36-14中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點,圖為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoR、Sau3A的切點是唯一的)。圖12-36-14根據(jù)基因工程的有關(guān)知識,回答下列問題:(1)經(jīng)BamH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(zhuǎn)基因(2)生物類型生物產(chǎn)品(3)DNA分子2.(1)原核生物特定核苷酸特定部位磷酸二酯鍵黏性平(2)大腸桿菌黏性末端或平末端(3)限制酶標記基因質(zhì)粒動植物病毒【題組訓(xùn)練】1.(1)DNA能夠自我復(fù)制具有遺傳特性(2)CGCGTADNA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(jié)構(gòu)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(fù)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、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 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(yīng)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?？键c二【知識梳理】1.(1)編碼蛋白質(zhì)調(diào)控基因文庫mRNADNA合成儀(2)在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代標記基因目的基因同一種限制酶DNA連接酶(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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(yīng)序列脫氧核苷酸 (3)9095解旋5560引物7075Taq酶兩2nDNA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)(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(shù)擴增(適用于目的基因的核苷酸序列已知的情況)、人工化學(xué)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(fù)制和穩(wěn)定保存,通常要先構(gòu)建基因表達載體(重組DNA)后才能導(dǎo)入宿主細胞。(2)將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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?qū)胛⑸锛毎麜r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(jié)構(gòu)才能有活性,所以,選擇途徑獲取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9095 利于DNA解鏈;冷卻到5560 ,利于引物結(jié)合到互補DNA鏈上(4)4PCR過程中,可以通過設(shè)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(yīng)中得到有效的擴增b.在使用相同的PCR程序和反應(yīng)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(guān)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?qū)朕r(nóng)作物,可獲得抗蟲、抗凍、延熟的轉(zhuǎn)基因作物。(2)PCR擴增技術(shù)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9095 利于DNA解鏈;冷卻到5560 ,利于引物結(jié)合到互補DNA鏈上。(4)PCR過程中,可以通過設(shè)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(shù)相比,多重PCR技術(shù)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(yīng)中得到有效的擴增。b.在使用相同的PCR程序和反應(yīng)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?？键c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?；?2)基因轉(zhuǎn)移組織細胞二、修飾合成新的蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列脫氧核苷酸序列【命題角度】1.(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化啟動子終止子標記基因(2)病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因、抗毒素合成基因、幾丁質(zhì)酶基因(3)不敏感(抵抗)被降解(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(zhuǎn)化法將目的基因?qū)腚p子葉植物體細胞中。構(gòu)建好的基因表達載體基本結(jié)構(gòu)有目的基因、標記基因、啟動子、終止子、復(fù)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(fù)制酶基因、抗毒素合成基因、幾丁質(zhì)酶基因。(3)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。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?qū)胧荏w細胞后,還需對轉(zhuǎn)基因植物進行檢測和鑒定。2.(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNARNA、RNADNA、RNA蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3)設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列功能解析 本題考查蛋白質(zhì)工程的相關(guān)知識。(1)若要改變蛋白質(zhì)的功能,就要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(fù)制和轉(zhuǎn)錄、翻譯、逆轉(zhuǎn)錄的過程。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(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應(yīng)的脫氧核苷酸序列。該目的基因表達產(chǎn)生相應(yīng)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?？键c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DNANaCl溶液蛋白酶高溫冷卻的酒精溶液二苯胺藍色【題組訓(xùn)練】(1)實驗現(xiàn)象:A.溶液不變藍色B.溶液變藍色實驗結(jié)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(yīng)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(yīng)條件是沸水浴加熱5分鐘,加快顏色反應(yīng)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(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化實驗證明,S型肺炎雙球菌的DNA可以轉(zhuǎn)移到R型肺炎雙球菌體內(nèi),使R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為S型肺炎雙球菌,體現(xiàn)了一種生物的DNA可以轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)錄法以mRNA為材料可以獲得cDNA,原理是在逆轉(zhuǎn)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?qū)胧荏w細胞,目的基因無法進行自我復(fù)制和穩(wěn)定存在以及表達,因為目的基因無復(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)錄或翻譯異常。3.(1)能自我復(fù)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(gòu)建與篩選等相關(guān)知識,主要考查學(xué)生的靈活應(yīng)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(fù)制、有標記基因。(2)未被轉(zhuǎn)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(fù)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)Sau3A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)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BamH與Sau3A切割后的黏性末端相同,所以經(jīng)BamH酶切后得到的目的基因可以與表達載體被Sau3A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(yīng)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(zhuǎn)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,其中分別表示某種酶的作用部位,則相應(yīng)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處為氫鍵,是解旋酶的作用部位;處為磷酸二酯鍵,是限制酶的作用部位;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(zhuǎn)入煙草細胞中,會使煙草的抗旱性增強。下列關(guān)于這類轉(zhuǎn)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?qū)霟煵菁毎谐Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法D.在干旱條件下篩選出成功導(dǎo)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(zhuǎn)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?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,C正確;在干旱條件下篩選出成功導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)條件的一組是()穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境DNA模板合成引物四種脫氧核苷酸DNA聚合酶DNA解旋酶限制性核酸內(nèi)切酶溫控設(shè)備A.B.C. D.解析 DPCR技術(shù)又稱聚合酶鏈式反應(yīng),是一項在生物體外復(fù)制特定DNA分子的核酸合成技術(shù)。該過程需要穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境、DNA模板、合成引物、四種脫氧核苷酸(原料)、DNA聚合酶(催化延伸過程)、溫控設(shè)備,故D項正確;PCR技術(shù)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0.14 mol/L的NaCl溶液攪拌過濾95%的冷酒精攪拌過濾A.B.C.D.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,而黏稠物只含有少量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,得到黏稠物主要就是DNA,因此濾液可以丟棄;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存在于黏稠物中,濾液可以丟棄。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。毛角蛋白型中間絲(KIF)基因與絨山羊的羊絨質(zhì)量密切相關(guān)。圖甲表示含KIF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(zhuǎn)KIF基因的高絨質(zhì)絨山羊的簡單流程圖(Msp、BamH、Mbo、Sma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CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG)。請分析回答:(1)用Sma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TA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(yīng)的DNA片段,用Sma完全切割,產(chǎn)物中不同長度的DNA片段有種。(2)上述工程中,KIF基因稱為;為了提高實驗成功率,需要通過技術(shù)對KIF基因進行擴增,以獲得更多的KIF基因。(3)過程必須用到的工具酶是;在過程中,為了獲得更多的卵(母)細胞,需用處理成年母絨山羊。(4)過程稱為,進行過程的最佳時期是。答案 (1)5372(2)目的基因PCR(多聚酶鏈式反應(yīng)) (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)Sma限制性核酸內(nèi)切酶識別和切割的堿基序列為CCCGGG,由題圖可知,在Sma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TA堿基對替換,則CCCGGG的堿基序列就只有一個,所以Sma只能將DNA片段切為兩段。(2)KIF基因?qū)儆谀康幕?基因的擴增常用PCR技術(shù)。(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(yīng)該用DNA連接酶;促性腺激素能夠促進成年母絨山羊排卵。(4)過程是將細胞核導(dǎo)入去核的卵母細胞屬于細胞核移植技術(shù);過程屬于胚胎移植,胚胎移植的時期通常在桑椹胚期或囊胚期。