年终活动
搜索
    上传资料 赚现金
    英语朗读宝

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程第1页
    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程第2页
    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程第3页
    还剩28页未读, 继续阅读
    下载需要20学贝 1学贝=0.1元
    使用下载券免费下载
    加入资料篮
    立即下载

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程

    展开

    这是一份2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第33讲 基因工程,共31页。
    
    第33讲 基因工程
    [考纲要求] 1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅱ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。5.实验:DNA的粗提取与鉴定。
    考点一 基因工程的操作工具

    1.基因工程的概念
    (1)供体:提供目的基因。
    (2)操作环境:体外。
    (3)操作水平:分子水平。
    (4)原理:基因重组。
    (5)受体:表达目的基因。
    (6)本质:性状在受体体内的表达。
    (7)优点:克服远缘杂交不亲和的障碍,定向改造生物的遗传性状。
    2.DNA重组技术的基本工具
    (1)限制性核酸内切酶(简称:限制酶)
    ①来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。
    ②作用:识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
    ③结果:产生黏性末端或平末端。
    (2)DNA连接酶
    ①作用:将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。
    ②类型
    常用类型
    E·coli DNA连接酶
    T4 DNA连接酶
    来源
    大肠杆菌
    T4噬菌体
    功能
    只缝合黏性末端
    缝合黏性末端和平末端
    结果
    恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键

    ③DNA连接酶和限制酶的关系

    归纳总结 与DNA相关的五种酶的比较
    名称
    作用部位
    作用结果
    限制酶
    磷酸二酯键
    将DNA切成两个片段
    DNA连接酶
    磷酸二酯键
    将两个DNA片段连接为一个DNA分子
    DNA聚合酶
    磷酸二酯键
    将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
    DNA (水解)酶
    磷酸二酯键
    将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
    解旋酶
    碱基对之间的氢键
    将双链DNA分子局部解旋为单链

    (3)载体
    ①种类:质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
    ②质粒的特点
    深化拓展 载体上标记基因的作用
    载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞,原理如下图所示:


    1.有关工具酶的判断
    (1)限制酶只能用于切割目的基因( × )
    (2)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列( × )
    (3)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来( × )
    (4)E·coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端( × )
    (5)限制酶也可以识别和切割RNA( × )
    (6)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶( × )
    2.有关载体的判断
    (1)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因( × )
    (2)每个质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点( √ )
    (3)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体( √ )
    (4)载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达( √ )
    (5)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制( × )

    下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图,据图分析:


    (1)请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点。
    提示 EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC,切割位点在G和A之间;SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG,切割位点在C和G之间。
    (2)以上实例说明限制酶有何特性?
    提示 说明限制酶具有专一性。

    命题点一 工具酶的应用分析
    1.(2018·北京,5)用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是(  )


    A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同
    B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA
    C.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物
    D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA
    答案 D
    解析 通过图1可知,两种限制性核酸内切酶切割DNA分子的不同部位,说明两种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列不同,A正确;图2中的酶切产物是DNA分子片段,可用于构建重组DNA,B正确;观察图1可知,该DNA片段有3个SalⅠ酶切位点,故用SalⅠ处理后,可形成4个DNA分子片段,电泳后出现4条电泳带,C正确;限制性核酸内切酶作用的是双链DNA片段,因此图中被酶切的DNA片段应是双链DNA,D错误。
    2.用限制酶EcoRⅤ单独切割某普通质粒,可产生14 kb(1 kb即1 000个碱基对)的长链,而同时用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ联合切割该质粒,可得到三种长度的DNA片段,见下图(其中*表示EcoRⅤ限制酶切割后的一个黏性末端)。

    若用MboⅠ限制酶单独切割该普通质粒,则产生的DNA片段的长度为(  )
    A.2.5和5.5 B.2.5和6
    C.5.5和8 D.6和8
    答案 D
    解析 依图示可知,该质粒上有1个EcoRⅤ限制酶的切点、2个MboⅠ限制酶的切点,故用限制酶MboⅠ单独切割该质粒时,将产生长度为6和8的两种片段。
    3.(2016·全国Ⅲ,40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。


    根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
    (1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接,理由是___________________________________________________________________________。
    (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________,不能表达的原因是___________________________________________________________________________。

    (3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有______________和______________,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是__________________。
    答案 (1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲、丙 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录 (3)E·coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4DNA连接酶
    解析 (1)分析图(a)可知,限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同,故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时,为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达,目的基因应插入在启动子和终止子之间,据此可判断甲、丙均不符合要求,目的基因均不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。
    科学思维 限制酶的选择方法

    根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。
    (1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。
    (2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。
    (3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
    命题点二 载体的应用分析
    4.(2019·辽宁辽南协作校高三一模)质粒是细菌中的有机分子,下列对其描述,正确的是(  )
    A.质粒完全水解后最多可产生4种化合物
    B.质粒能够自主复制
    C.质粒中含有两个游离的磷酸基团
    D.质粒是基因工程的工具酶
    答案 B
    解析 质粒是一种具有自主复制能力的很小的双链环状DNA分子,不含游离的磷酸基团,完全水解后最多可产生6种化合物:脱氧核糖、磷酸、4种含氮碱基,A、C错误,B正确;质粒是基因工程的载体,不是工具酶,D错误。
    5.(2016·全国Ⅰ,40)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后,与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌,结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:

    (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有______________________________(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。
    (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是_______________________________________
    _______________________________________________________________________________;
    并且_________________和____________________________________的细胞也是不能区分的,其原因是________________________________________________________________________
    _______________________________________________________________________________。
    在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落,还需使用含有________的固体培养基。
    (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于______________________。
    答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞
    解析 (1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记基因、含有一个至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因,所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因,所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒,病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。
    考点二 基因工程的操作过程与应用

    1.基因工程的基本操作过程
    (1)目的基因的获取
    ①目的基因:主要是指编码蛋白质的基因。
    ②获取目的基因的方法
    a.直接分离法:从自然界已有的物种中分离,如从基因组文库或cDNA文库中获取。
    b.人工合成:如果基因比较小,核苷酸序列又已知,可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成;以RNA为模板,在逆转录酶的作用下人工合成。
    ③扩增目的基因:利用PCR技术扩增目的基因。
    (2)基因表达载体的构建——基因工程的核心
    ①目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。
    ②基因表达载体的组成

    小贴士 启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子
    (1)启动子:一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。
    (2)终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。
    (3)起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。
    ③构建过程

    (3)将目的基因导入受体细胞
    生物种类
    植物
    动物
    微生物
    常用方法
    农杆菌转化法
    显微注射技术
    感受态细胞法
    受体细胞
    体细胞或受精卵
    受精卵
    原核细胞
    转化过程
    将目的基因插入到Ti质粒的T­DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的DNA上→表达
    将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
    Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

    (4)目的基因的检测与鉴定

    2.基因工程的应用
    (1)植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物;利用转基因改良植物的品质。
    (2)动物基因工程:用于提高动物生长速度从而提高产品产量;用于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的供体等。
    (3)比较基因治疗与基因诊断

    原理
    操作过程
    进展
    基因治疗
    基因表达
    利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗(疾病)
    临床实验
    基因诊断
    碱基互补配对
    制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况
    临床应用

    3.蛋白质工程
    (1)流程图

    A.转录,B.翻译,C.分子设计,D.多肽链,E.预期功能。
    (2)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
    (3)应用:主要集中应用于对现有蛋白质进行改造,改良生物性状。

    1.有关基因工程原理与操作的判断
    (1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列( × )
    (2)用PCR技术扩增目的基因时不必知道基因的全部序列( √ )
    (3)为培育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( × )
    (4)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达( √ )
    (5)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术( √ )
    (6)应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达( × )
    2.有关基因工程的应用及蛋白质工程的判断
    (1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株( √ )
    (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( × )
    (3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( × )
    (4)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质( √ )
    (5)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构( × )

    据图分析抗虫棉的培育过程

    (1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么?一般情况下,为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体?
    提示 目的基因是Bt毒蛋白基因,载体是Ti质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体,可以获得相同的黏性末端,便于构建基因表达载体。
    (2)该实例中,采用何种方法导入目的基因?为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上?
    提示 采用的方法是农杆菌转化法;由于Ti质粒上的T-DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上,而目的基因又插入到了T-DNA上,所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。
    (3)该实例中,检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种?
    提示 抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。

    1.基因组文库与cDNA文库的比较
    文库类型
    cDNA文库
    基因组文库
    构建基因文库的过程
    某种生物发育的某个时期的mRNA
    ↓反转录
    cDNA
    与载体↓连接导入
    受体菌群体
    某种生物体内全部DNA
    ↓限制酶
    许多DNA片段
    分别与载体↓连接导入
    受体菌群体
    文库大小


    基因中启动子


    基因中内含子


    基因多少
    某种生物的部分基因
    某种生物的全部基因
    物种间的基因交流
    可以
    部分基因可以
    说明
    基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性

    2.利用PCR技术扩增目的基因
    (1)PCR的含义:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
    (2)目的:短时间内大量扩增目的基因。
    (3)原理:DNA双链复制。
    (4)前提:有一段已知目的基因的核苷酸序列。
    (5)过程
    第一步:加热至90~95 ℃,DNA解链为单链;
    第二步:冷却至55~60 ℃,引物结合到互补DNA链;
    第三步:加热至70~75 ℃,热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成。
    如此重复循环多次。
    3.蛋白质工程与基因工程的比较
    (1)区别
    项目
    蛋白质工程
    基因工程
    过程
    预期蛋白质的功能→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
    获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
    实质
    定向改造或生产人类所需的蛋白质
    定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型和生物产品
    结果
    可生产自然界没有的蛋白质
    只能生产自然界已有的蛋白质

    (2)联系
    ①蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。
    ②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。

    命题点一 基因工程操作程序的分析
    1.(2018·全国Ⅰ,38)回答下列问题:
    (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了________________________
    _________________________________________________________________(答出两点即可)。
    (2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的________方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与________组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是________。
    (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用____________的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。
    答案 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶
    解析 (1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中,该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外,还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核生物基因可在原核细胞中表达等。(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2+参与的转化方法;体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得;因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,所以宿主细胞选用细菌。(3)为防止蛋白质被降解,在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞;在蛋白质纯化过程中,为防止目的蛋白质被降解,需要添加蛋白酶的抑制剂。
    2.(2018·海南,31)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质,科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞,得到了转基因植株。回答下列问题:
    (1)用农杆菌感染时,应优先选用黄瓜________(填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共培养,选用这种叶片的理由是___________________________________________
    _______________________________________________________________________________。
    (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白,则表明该重组质粒中______________已转移到植物细胞中且能够表达;用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交,发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为1∶1,则说明甜蛋白基因已经整合到____________(填“核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。
    (3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产,若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗,应选用________作为外植体进行组织培养。
    (4)通常,基因工程操作主要有4个步骤,即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此,基因工程的含义可概括为_________________
    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
    答案 (1)受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质,可吸引农杆菌移向这些细胞 (2)甜蛋白基因 核基因组 (3)茎尖 (4)按照人们的愿望进行设计,并通过体外DNA重组和转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出符合人们需要的新生物类型
    解析 (1)用农杆菌感染时,应优先选用黄瓜受伤的叶片与含重组质粒的农杆菌共培养,理由是叶片伤口处的细胞会释放出大量酚类物质,可吸引农杆菌移向这些细胞。
    (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白,则表明该重组质粒中甜蛋白基因已转移到植物细胞中且能够表达;用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交,发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为1∶1,则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组中。(3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产,若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗,应选用茎尖作为外植体进行组织培养。(4)通常,基因工程操作主要有4个步骤,即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此,基因工程的含义可概括为按照人们的愿望进行设计,并通过体外DNA重组和转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出符合人们需要的新生物类型。
    命题点二 基因工程与蛋白质的关系的分析
    3.(2018·天津,31)甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。
    (1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒RNA为模板,逆转录成对应DNA后,利用________技术扩增,并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的________,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。
    (2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与________连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的________进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。
    (3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加______________的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是________(单选)。
    A.病毒的DNA聚合酶 B.宿主的DNA聚合酶
    C.病毒的RNA聚合酶 D.宿主的RNA聚合酶
    (4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起________免疫,增强免疫保护效果。
    答案 (1)PCR 多肽(或蛋白质) (2)载体 总RNA (3)非天然氨基酸(Uaa) D (4)细胞
    解析 (1)体外进行DNA扩增采用的技术手段是多聚酶链式反应(PCR技术)。将基因内个别编码氨基酸的序列改造成编码终止密码子的序列后,在翻译时终止密码子提前出现,不能合成完整长度的多肽(或蛋白质)。(2)为了使目的基因能够在受体细胞中稳定存在并正常表达,需要将目的基因与载体(运载体)连接后导入受体细胞。利用分子杂交技术鉴定,筛选获得成功表达目的RNA的细胞时,需提取宿主细胞的总RNA。(3)将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,宿主细胞内由于没有Uaa,翻译将会在终止密码子处停止,将不能翻译出改造病毒基因的完整蛋白,所以要想翻译出完整蛋白,需要在培养基中加入Uaa。转录时,识别启动子的酶为RNA聚合酶,因为转录在宿主细胞中进行,所以转录用的酶为宿主细胞的RNA聚合酶。(4)不具有侵染性的灭活病毒不能进入人体细胞内,只会引发体液免疫,而减毒的活疫苗虽然不能在人体细胞内正常增殖,但可以侵入人体细胞,能引起人体产生细胞免疫,增强免疫保护效果。
    4.(2018·马鞍山二中模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,并且要经过较长时间才能进入血液中,而进入血液的胰岛素又容易被分解,因此,治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:

    (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________________________________________________________________________。
    (2)人工合成的DNA与________结合后,被导入到______________________中才能得以表达。
    (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有____________、____________和发酵工程。
    (4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?
    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
    答案 (1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程
    (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
    解析 (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计。因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素,即速效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后,被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因即目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌,再利用工程菌进行发酵,从而获取大量产品,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪直接合成新的基因。
    考点三 DNA的粗提取与鉴定

    1.实验原理

    2.操作流程










    1.DNA和蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度比较

    2 mol/L
    NaCl溶液
    0.14 mol/L
    NaCl溶液
    溶解规律
    DNA
    溶解
    析出

    蛋白质
    部分发生
    盐析沉淀
    溶解
    NaCl溶液浓度从2 mol/L降低过程中,溶解度逐渐增大

    2.DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、4、4”
    加蒸馏
    水2次
    ①加到鸡血细胞液中,使血细胞吸水涨破;②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中,使NaCl溶液的物质的量浓度稀释到0.14 mol/L,使DNA析出
    用纱布
    过滤4次
    ①过滤血细胞破裂液,得到含细胞核物质的滤液;②过滤用2 mol/L的NaCl溶液充分溶解的DNA,滤去溶液中的杂质;③滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物);④过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液
    用NaCl
    溶液4次
    ①加2 mol/L的NaCl溶液,溶解提取的细胞核物质;②用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出;③用2 mol/L的NaCl溶液,溶解滤取的DNA黏稠物;④用2 mol/L的NaCl溶液,溶解丝状物用于鉴定DNA

    问题探究
    下图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作,请仔细观察并分析:


    (1)操作①和④都是加入蒸馏水,其目的一样吗?
    提示 不一样。①是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质;④是稀释NaCl溶液使其浓度接近0.14 mol·L-1,去除溶于低浓度NaCl溶液的杂质。
    (2)操作②中加入酒精的目的是什么?此时搅拌要注意什么?
    提示 ②中加入酒精的目的是析出DNA,去除其中溶于酒精的杂质,这时候搅拌要沿一个方向,轻缓地进行。
    (3)操作③中的黏稠物是如何获取的?加入2 mol/L NaCl的目的是什么?
    提示 黏稠物是经过单层纱布过滤获得的; 加入2 mol/L NaCl的目的是使DNA再次溶解。

    命题点 DNA的粗提取与鉴定实验应用
    1.下列关于DNA粗提取与鉴定实验的叙述,正确的是(  )
    选项
    试剂
    操作
    作用
    A
    柠檬酸钠溶液
    与鸡血混合
    防止血液凝固
    B
    蒸馏水
    与鸡血细胞液混合
    保持细胞形状
    C
    蒸馏水
    加入到溶解有DNA的NaCl溶液中
    析出蛋白质
    D
    冷却的酒精
    加入到过滤后含DNA的NaCl溶液中
    产生特定的颜色反应

    答案 A
    解析 蒸馏水与鸡血细胞液混合的目的是使红细胞吸水涨破,释放出核物质,B项错误;将蒸馏水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中,其目的是降低DNA的溶解度,初步析出DNA,C项错误;加入冷却酒精的目的是进一步析出DNA,D项错误。
    2.实验中对DNA进行鉴定时,做如下操作:
      试管
    序号  
    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丝状物并搅拌
    3
    加4 mL二苯胺,混匀
    加4 mL二苯胺,混匀
    4
    沸水浴5 min
    沸水浴5 min
    实验现象


    实验结论




    (1)根据上图,完成表格空白处的实验内容。
    (2)对于B试管,完成1、2、3的操作后溶液颜色如何变化?
    ______________________________________________________________________________。
    (3)在沸水浴中加热的目的是______________________________________________________,同时说明DNA对高温有较强的__________。
    (4)A试管在实验中的作用是__________。
    (5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与________________________________有关。
    答案 (1)溶液不变蓝色 溶液逐渐变蓝色 DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色 (2)溶液颜色基本不变 (3)加快颜色反应速度 耐受性 (4)对照 (5)加入试管中的DNA(丝状物)的多少
    解析 B试管中含DNA丝状物,A试管中不含,其他条件均完全相同,A、B两试管形成对照。本实验强调反应条件是沸水浴加热5 min,这样可加快颜色反应的速度,观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。
    矫正易错 强记长句

    1.限制酶是一类酶,而不是一种酶。
    2.将一个基因从DNA分子上切割下来,需要切两处,同时产生四个黏性末端或平末端。
    3.不同DNA分子用同一种限制酶切割,产生的末端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶切割,产生的末端一般不相同。
    4.限制酶切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便进行检测。
    5.目的基因的插入位点不是随意的:基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因的插入位点应在启动子与终止子之间。
    6.受体细胞选择时需注意:要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌);一般不用支原体,因为它营寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟的红细胞,因为它无细胞核,不能合成蛋白质。

    1.限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子。DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。
    2.质粒是常用的载体,它是一种小型的双链环状DNA分子,具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。
    3.基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点。
    4.培育转基因动物时,受体细胞必须是受精卵;培育转基因植物时,受体细胞可以是受精卵,也可以是体细胞。
    5.目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法;导入动物细胞常用显微注射技术,导入微生物细胞常用感受态细胞法。
    6.目的基因到了另一种生物体内能够成功表达的原理是所有生物共用一套遗传密码。
    重温高考 演练模拟
    1.(2018·全国Ⅱ,38)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5′末端,获得了L1­GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1~E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。

    回答下列问题:
    (1)据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶是_______________。
    使用这两种酶进行酶切是为了保证______________,也是为了保证______________________。
    (2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和________过程。
    (3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色荧光细胞的____________移入牛的_______________中、体外培养、胚胎移植等。
    (4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用PCR方法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的________(填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。
    答案 (1)E1和E4 甲的完整性 甲与载体正确连接 (2)转录 翻译 (3)细胞核 去核卵母细胞 (4)核DNA
    解析 (1)由题意可知,L1基因和GFP基因合成了L1­GFP融合基因(简称为甲),题图中显示了四个酶切位点,当将L1­GFP融合基因插入质粒P0时,可用E1和E4限制酶进行酶切,用这两种酶进行酶切不会破坏甲的完整性,同时能保证甲按照正确的方向与载体连接。(2)若在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1­GFP融合基因得到表达,即目的基因在受体细胞中通过转录和翻译合成了荧光蛋白。(3)为了获得含有甲的牛,可将含有目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中,然后进行体外培养、胚胎移植等。(4)利用PCR技术扩增目的基因,可以检测目的基因是否存在。PCR扩增的模板是核DNA。
    2.(2017·全国Ⅰ,38)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:
    (1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是__________________________________________________________________________
    _______________________________________________________________________________。
    (2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用________作为载体,其原因是__________________________________。
    (3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有______________________________________(答出两点即可)等优点。
    (4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
    (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是________________________________________________________________________。
    答案 (1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A (2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白A的抗体 (5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
    解析 (1)从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子,而大肠杆菌属于原核生物,不能切除基因A初始转录产物中与内含子对应的RNA序列,故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。(2)由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性,噬菌体只能寄生在细菌细胞中,不能感染家蚕细胞,故应选用可感染家蚕细胞的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比,大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。(4)检测基因A是否翻译出蛋白A,一般用抗原—抗体杂交的方法,即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交,观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA进入R型细菌体内,并可在R型细菌体内完成表达,这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,为基因工程奠定了基础。
    3.(2017·全国Ⅱ,38)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:
    (1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是__________________________________________________________。
    提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是_______________________________。
    (2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是______________________________________。
    (3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是_______________________________________________________________________
    _________________________________________________________________(答出两点即可)。
    (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是________________。
    (5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是______________________________________________
    _______________________________________________________________________________。
    答案 (1)嫩叶中基因表达强烈,相应的mRNA多(或嫩叶组织细胞易破碎) 防止提取的mRNA被RNA酶降解
    (2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对原则合成cDNA (3)质粒载体中有启动子、终止子,便于目的基因的表达;质粒中有标记基因便于筛选;质粒中含有复制原点等 (4)磷酸二酯键 (5)几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译
    解析 (1)由于嫩叶组织细胞比老叶组织细胞易破碎,所以适于作为提取几丁质酶的mRNA的实验材料。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解,所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低RNA酶的活性,保护提取的RNA不被分解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录,即以mRNA为模板、以4种脱氧核糖核苷酸为原料,在逆转录酶的催化下,遵循碱基互补配对原则,合成cDNA的过程。(3)由于目的基因无复制原点,也无基因表达所需的启动子和终止子,所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中,但是植株抗真菌病的能力没有提高,从中心法则角度分析,可能是转基因植株细胞中几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译导致的。
    
    一、选择题
    1.(2018·聊城高三三模)应用基因工程技术将抗虫基因A和抗除草剂基因B成功导入植株W(2n=40)的染色体组中。植株W自交,子代中既不抗虫也不抗除草剂的植株所占比例为1/16。取植株W某部位的一个细胞放在适宜条件下培养,产生4个子细胞。用荧光分子检测基因A和基因B(基因A、基因B均能被荧光标记)。下列叙述正确的是(  )
    A.植株W获得抗虫和抗除草剂变异性状,其原理是染色体变异
    B.若4个子细胞都只含有一个荧光点,则子细胞中的染色体数是40
    C.若有的子细胞不含荧光点,则细胞分裂过程中发生过基因重组
    D.若4个子细胞都含有两个荧光点,则细胞分裂过程中出现过20个四分体
    答案 C
    解析 题中应用基因工程技术将两种目的基因导入植物细胞,其原理是基因重组,A错误;若4个子细胞都只含有一个荧光点,说明子细胞只含有基因A或基因B中的一个,进而说明其进行的是减数分裂,则子细胞中的染色体数目是20条,B错误;若有的子细胞不含荧光点,说明细胞进行的是减数分裂,减数分裂过程中会发生基因重组,C正确;若4个子细胞都含有两个荧光点,说明细胞进行的是有丝分裂,而有丝分裂过程中不会出现四分体,D错误。
    2.(2018·江西南昌二中高三上学期月考)目前,欧洲、亚洲许多国家都发现了禽流感疫情,并引起了人体感染,造成多人死亡。科学工作者经研究,发现了数种快速检验禽流感病原体的方法,以正确诊断禽流感。下列与禽流感病原体研究、诊断有关的说法中错误的是(  )
    A.镜检法:在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液,以发现病原体
    B.PCR技术:体外基因复制技术,可在几十分钟内把病原体的基因扩增到数百万倍
    C.抗原—抗体法:用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合,发现病原体
    D.DNA探针技术:用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理来检测病原体
    答案 A
    解析 病毒在光学显微镜下无法看到,只有在电子显微镜下才能观察到,A错误;PCR用于体外快速扩增特定基因或DNA序列,B正确;病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应,产生相应抗体,由于抗体与抗原结合具有特异性,因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合,可发现病原体,C正确;可以利用DNA分子作为探针,通过DNA分子杂交技术检测病原体,D正确。
    3.如图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图,其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是(  )

    A.图示过程是基因工程的核心步骤
    B.表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠ
    C.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
    D.除图示组成外,表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构
    答案 B
    解析 图示过程为基因表达载体的构建过程,是基因工程中的核心步骤,A正确;构建过程中需要将目的基因完整切割下来,此时要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ,B错误;抗卡那霉素基因是标记基因,目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞,C正确;基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等,D正确。
    4.(2018·天津和平区高三第一次质量调查)基因疫苗由病毒核酸的一段无毒序列制成,由编码能引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成。以下叙述错误的是(  )
    A.被导入细胞后,能与宿主染色体整合
    B.接种后若感染此病原微生物,则体内记忆细胞会产生大量抗体
    C.基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程
    D.将疫苗基因转移到植物细胞中,可以生产可食用的疫苗
    答案 B
    解析 病毒感染宿主细胞后,其基因可以高效地整合到宿主染色体中,因此外源基因可以在宿主细胞内持续稳定地表达,A正确;接种疫苗后人体产生针对该病原体的特异性免疫,若感染此病原微生物,则体内记忆细胞会迅速增殖分化成浆细胞,浆细胞会产生大量抗体,B错误;疫苗中的病毒基因片段能编码引起保护性免疫反应的病原体抗原,其化学本质是蛋白质,所以基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程,C正确;将疫苗基因转移到水果和西红柿等植物细胞中,可生产可食用疫苗,D正确。
    5.2018年1月30日,加拿大食品检验局批准了第三种耐褐变转基因苹果品种上市。研究人员通过RNA沉默技术,特异性降低苹果细胞内多酚氧化酶基因的表达水平,使苹果被切开后即使长时间暴露在空气中也不会被氧化褐变。下图是此过程原理示意图,下列有关的叙述错误的是(  )

    A.细胞内多酚氧化酶基因的表达包括图示中的①②过程
    B.将目的基因成功导入苹果细胞中需限制酶、DNA连接酶和RNA聚合酶
    C.“RNA沉默”的含义是mRNA不能翻译产生多酚氧化酶
    D.目的基因的表达序列与多酚氧化酶基因的表达序列互补,且要同时在同一细胞内表达
    答案 B
    解析 图示中的①②过程分别为转录、翻译,多酚氧化酶基因的表达指多酚氧化酶基因控制多酚氧化酶合成的过程,需要经过转录、翻译两个过程,A项正确;将目的基因成功导入苹果细胞中需要构建基因表达载体,该过程需要限制酶、DNA连接酶,不需要RNA聚合酶,B项错误;据图可知,目的基因转录形成的mRNA可以和多酚氧化酶基因转录形成的mRNA互补配对,形成RNA双链,使mRNA不能与核糖体结合,从而阻止了翻译过程,C项正确;要使目的基因转录形成的mRNA和多酚氧化酶基因转录形成的mRNA互补配对,应使目的基因的表达序列与多酚氧化酶基因的表达序列互补,且要同时在同一细胞内表达,D项正确。
    二、非选择题
    6.大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因,其编码的产物β­半乳糖苷酶在X-gal和IPTG同时存在时,可以产生蓝色沉淀,使菌落呈现蓝色,否则菌落呈现白色。如图为利用该质粒进行的转基因过程,请据图回答下列相关问题:

    (1)图中切割目的基因时用到________种限制酶,而切割质粒时用到的限制酶是______________。
    (2)在基因工程的“四步曲”中,______________________是基因工程的核心步骤,____________________阶段没有碱基互补配对现象。
    (3)图中的受体细胞是______________,其作为受体细胞的优点是____________________(至少答出两点)。
    (4)在培养基中加入X-gal和IPTG的目的是________________________;结合题干信息,菌落①②③的颜色分别是______________、______________、_______________。
    答案 (1)2 EcoRⅠ (2)基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 (3)大肠杆菌 繁殖快、遗传物质相对较少、易培养等 (4)筛选导入了重组质粒的大肠杆菌
    蓝色 蓝色 白色
    解析 由图可知,处理目的基因时用到了EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ两种限制酶,而切割质粒时用到的限制酶是EcoRⅠ。根据题干信息可知,加入X-gal和IPTG的培养基属于选择培养基,因此加入X-gal和IPTG的目的就是将导入了重组质粒的大肠杆菌筛选出来;在同时具有X-gal和IPTG的培养基中,如果大肠杆菌中导入了完整的lacZ基因,则该基因就可以控制合成β­半乳糖苷酶,菌落就呈现蓝色,否则菌落呈现白色,因此,菌落①和②均呈现蓝色,而菌落③呈现白色。
    7.(2018·湖北七市(州)教科研协作体高三联考)基因工程是从分子水平对基因进行操作,从而实现人们定向改造生物,得到人们所需要的生物性状或生物产品的技术。目的基因的获取是基因工程的第一步,常见的方法是构建基因组文库。请分析并回答下列问题:
    (1)构建基因组文库的一般步骤:
    ①提取某种生物体内的________,用适当的限制酶处理,得到一定范围大小的DNA片段。
    ②DNA片段分别与载体结合,得到重组载体。
    ③重组载体导入到________的群体中储存,基因组文库构建完成。
    (2)与基因组文库相比,cDNA文库的基因数相对要少。其原因是_________________________
    ______________________________________________________________________________________________________________________________________。
    (3)载体与DNA片段结合前,需要使用同种的限制酶处理。其目的是_______________________________________________________________________________。
    (4)将重组DNA导入受体菌群之前,常用________处理,提高导入的成功率。
    答案 (1)①全部DNA(或全部基因) ③受体菌
    (2)cDNA文库只能收集到生物发育到某时期已发生转录的基因,而基因组文库能收集到全部基因 (3)以获得与DNA片段相同的黏性末端 (4)Ca2+
    解析 (1)构建基因组文库的一般步骤为:
    ①提取某种生物体内的全部DNA或全部基因,用适当的限制酶处理,得到一定范围大小的DNA片段;②DNA片段分别与载体结合,得到重组载体;③重组载体导入到受体菌的群体中储存,基因组文库构建完成。
    (2)cDNA文库只能收集到生物发育到某时期已发生转录的基因,而基因组文库能收集到全部基因,因此与基因组文库相比,cDNA文库的基因数相对要少。
    (3)载体与DNA片段结合前,需要使用同种的限制酶处理,以获得与DNA片段相同的黏性末端。
    (4)将重组DNA导入受体菌群之前,常用Ca2+处理,以提高导入的成功率。
    8.(2018·菏泽高三模拟)乙肝病毒是一种DNA病毒。中国的乙肝病毒携带者约占总人口的10%。我国科学家通过基因工程生产出乙型肝炎病毒疫苗,为预防乙肝提供了有力的保障。回答下列问题:
    (1)乙肝病毒专一侵染肝细胞的原因是______________________________________________。
    (2)乙肝病毒的基因组可编码的蛋白质及功能如下:Core蛋白是外壳蛋白;Pre-core与抑制宿主的免疫反应有关;X蛋白与病毒复制有关;S蛋白是病毒的包膜蛋白,与病毒进入细胞有关。通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的____________________。
    (3)通过基因工程生产乙肝疫苗的过程如图所示:
    乙肝病毒有关基因细菌大量生产疫苗
    a.若要获得大量的目的基因,可采用PCR技术进行体外扩增,该技术中使用的引物有________种,其作用是________________________。
    b.在①②过程中需使用的工具酶是________________。②过程中常用的载体是________。
    c.为提高②过程的转化效率,常采用的方法是______________________________________
    __________________。
    (4)使用酵母菌作为受体菌生产乙肝疫苗的效果更好,从细胞结构的角度分析,原因是________________________________________________________________________
    ________________________________________________________________________。
    答案 (1)肝细胞表面有乙肝病毒的受体 (2)Core蛋白和S蛋白 (3)a.2 使热稳定的DNA聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸 b.限制酶和DNA连接酶 质粒 c.用Ca2+(CaCl2)溶液处理细菌 (4)酵母菌具有内质网、高尔基体,可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理
    解析 (1)由于肝细胞表面有乙肝病毒的受体,所以乙肝病毒专一侵染肝细胞。
    (2)根据题意分析,乙肝病毒作为抗原的部分应该是其外壳蛋白和包膜蛋白,即通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的Core蛋白和S蛋白。
    (3)a.PCR技术中,需要2种不同的引物,使DNA聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸。
    b.在构建基因表达载体的过程中,需要使用的工具酶是限制酶和DNA连接酶,常用的载体是质粒。
    c.为了提高将重组质粒导入细菌的转化效率,常用Ca2+(CaCl2)溶液处理细菌,使之成为感受态细胞。
    (4)酵母菌具有内质网、高尔基体,可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理,因此使用酵母菌作为受体菌生产乙肝疫苗的效果更好。
    9.(2018·陕西省咸阳市二模) 科学家从某细菌中提取抗盐基因,转入烟草并培育成转基因抗盐烟草。下图是转基因抗盐烟草的培育过程,含目的基因的DNA和质粒上的实线箭头表示相关限制酶的酶切位点,虚线箭头表示转录的方向。请分析回答下列问题:

    (1)在该过程中,研究人员首先获取了抗盐基因(目的基因),并采用________技术对目的基因进行扩增,该技术需要的条件是__________、酶、原料、模板,该技术必须用的酶是__________;然后构建基因表达载体,基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外,还需具有_____________________________________________________________________________。
    (2)用图中的质粒和目的基因构建重组质粒,不能使用SmaⅠ酶切割,原因是_______________________________________________________________________________。
    图中①②过程为防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化,应选用__________________酶对外源DNA、质粒进行切割。
    (3)为确定转基因烟草是否培育成功,可用放射性同位素标记的__________作为探针进行分子杂交检测,还需要在个体水平上鉴定,后者具体过程是__________________________________
    _______________________________________________________________________________。
    答案 (1)PCR(或多聚酶链式反应) 引物 耐热的DNA聚合酶(或热稳定性的DNA聚合酶或Taq酶) 标记基因 (2)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因 BamHⅠ和HindⅢ (3)抗盐基因(或目的基因) 将培育的烟草幼苗栽培于含有一定盐的土壤中,观察烟草植株的生长状态
    解析 (1)在该过程中,研究人员首先获取了抗盐基因(目的基因),并采用PCR(多聚酶链式反应)技术对目的基因进行扩增,该技术需要的条件是引物、酶、原料、模板,该技术必须用耐热的DNA聚合酶或热稳定性的DNA聚合酶(Taq酶);然后构建基因表达载体,基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外,还需具有标记基因。
    (2)从图中信息可知,SmaⅠ酶的切割位点位于目的基因和M抗生素抗性基因上。分析抗盐基因的DNA片段,可知该DNA含四种限制酶切点,其中SmaⅠ位于目的基因上,不宜采用。EcoRⅠ位于目的基因两侧,若用EcoRⅠ切割,则目的基因会自身环化。BamHⅠ与HindⅢ位于目的基因两端,且质粒中也有相应的适合的切割位点,因此用BamH Ⅰ和HindⅢ才能完整地切下该抗盐基因,同时保证目的基因与质粒连接方式的唯一性,防止自身环化。(3)为确定转基因抗盐烟草是否培育成功,既要用放射性同位素标记的抗盐基因(或目的基因)作为探针进行分子杂交检测,又要在个体水平上鉴定,后者具体过程是将培育的烟草幼苗栽培于含有一定盐的土壤中,观察该烟草植株的生长状态。
    10.下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。

    (1)图中实验材料A可以是___________等,研磨前加入的B应该是_____________________。
    (2)通过上述所示步骤得到滤液C后, 再向滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液的目的是________________,再过滤得到滤液D,向滤液D中加入蒸馏水的目的是_________________。
    (3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中,将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2 mL的4种溶液中,经搅拌后过滤,获得下表所示的4种滤液,含DNA最少的是滤液________。
    1
    研磨液中
    搅拌研磨后过滤
    滤液E
    2
    2 mol/L的NaCl溶液中
    搅拌后过滤
    滤液F
    3
    0.14 mol/L的NaCl溶液中
    搅拌后过滤
    滤液G
    4
    冷却的95%的酒精溶液中
    搅拌后过滤
    滤液H

    (4)DNA鉴定的原理是____________________________________________________________。
    答案 (1)洋葱(或菜花等) 洗涤剂和食盐 (2)使DNA溶解 使DNA析出 (3)H (4)在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色
    解析 (1)选用洋葱、菜花等植物材料提取DNA时,要在切碎的材料中加入一定的洗涤剂和食盐,进行充分地搅拌和研磨。(2)DNA在2 mol/L的NaCl溶液中的溶解度较高,而在0.14 mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。向滤液中加入2 mol/L 的NaCl溶液可以使DNA溶解,过滤除去不溶的杂质得到滤液D。向滤液D中加入蒸馏水可降低NaCl溶液的浓度,使DNA的溶解度下降而沉淀析出,以便除去溶解在低盐溶液中的杂质。(3)DNA不溶于冷酒精,因此在4种滤液中H滤液含DNA最少。(4)DNA鉴定的原理是在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色。

    相关教案

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第一单元 第1讲 走近细胞:

    这是一份2020版高考生物大一轮人教讲义:第一单元 第1讲 走近细胞,共23页。

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第35讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题:

    这是一份2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第35讲 胚胎工程与生物技术的安全性和伦理问题,共27页。

    2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第36讲 生态工程:

    这是一份2020版高考生物大一轮人教讲义:第十单元 第36讲 生态工程,共15页。

    欢迎来到教习网
    • 900万优选资源,让备课更轻松
    • 600万优选试题,支持自由组卷
    • 高质量可编辑,日均更新2000+
    • 百万教师选择,专业更值得信赖
    微信扫码注册
    qrcode
    二维码已过期
    刷新

    微信扫码,快速注册

    手机号注册
    手机号码

    手机号格式错误

    手机验证码 获取验证码

    手机验证码已经成功发送,5分钟内有效

    设置密码

    6-20个字符,数字、字母或符号

    注册即视为同意教习网「注册协议」「隐私条款」
    QQ注册
    手机号注册
    微信注册

    注册成功

    返回
    顶部
    Baidu
    map