2021高考生物一轮复习第11单元现代生物科技专题第33讲基因工程包括PCR技术教案

2021高考生物一轮复习第11单元现代生物科技专题第33讲基因工程包括PCR技术教案

第33讲　基因工程(包括PCR技术)‎ 单科命题 备考导航 核心素养解读 命题趋势 ‎(1)简述基因工程的诞生 ‎(2)简述基因工程的原理及技术(含PCR技术)‎ ‎(3)举例说出基因工程的应用 ‎(4)简述蛋白质工程 ‎(5)DNA的粗提取与鉴定 ‎(1)通过设计某种转基因生物的研制过程,简述基因工程的原理、工具和基本操作程序,从而认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新的观点 ‎(2)运用逆向思维,通过基因修饰或基因合成对现有的蛋白质进行改造,或制造新的蛋白质,掌握蛋白质工程的原理 ‎(3)以鸡血为实验材料进行探究实验,掌握DNA粗提取和鉴定的方法 ‎◆题型内容:基因工程的工具与操作步骤 ‎◆考查形式:多以最新基因工程的研究成果为载体进行考查 考点一　基因工程的操作工具 ‎　　1.基因工程的概念 操作环境 体外 操作对象 基因 操作水平 ‎　DNA分子水平　 ‎ 原理 ‎　基因重组　 ‎ 目的 人类需要的生物类型和产品 ‎　　2.操作工具 ‎(1)限制性核酸内切酶(限制酶)‎ 来源 主要从　原核生物　中分离纯化而来 ‎ 作用 识别双链DNA分子的某种　特定核苷酸　序列,使　每一条链中特定部位　的两个核苷酸之间的　磷酸二酯键　断裂 ‎ 结果 产生　黏性　末端或　平　末端 ‎ ‎　　(2)DNA连接酶 - 35 -‎ 常用类型 E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 来源 ‎　大肠杆菌　 ‎ T4噬菌体 功能 连接黏性末端 连接　黏性末端或平末端　,后者效率低 ‎ 结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的　磷酸二酯键　 ‎ ‎　　(3)载体 作用 将目的基因运送至受体细胞 条件及目的 ‎①能自我复制 ‎②有一个至多个　限制酶　切割位点,供外源DNA插入其中 ‎ ‎③有　标记基因　供重组DNA的鉴定和选择 ‎ ‎④大小合适,便于操作 ‎⑤对受体细胞无害 种类 ‎　质粒　(常用)、λ噬菌体的衍生物 ‎ 将外源基因载入大肠杆菌等受体细胞 ‎　动物病毒　 ‎ 将外源基因载入动物细胞 植物病毒 将外源基因载入植物细胞 ‎　　质粒:裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,有　自我复制　能力的很小的双链　环状　DNA。 ‎ ‎1.DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。(✕)‎ ‎2.E·coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。(✕)‎ ‎3.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(✕)‎ ‎4.每个重组质粒至少含一个限制酶识别位点。(√)‎ ‎5.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。(✕)‎ ‎6.质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。(√)‎ ‎7.载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。(√)‎ ‎8.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。(✕)‎ ‎　　完成下面DNA相关酶的比较的表格及相关问题:‎ - 35 -‎ 名称 作用部位 作用底物 作用结果 限制酶 ‎　　　　 ‎ DNA 将DNA切成两个或多个片段 DNA连接酶 ‎　　　　 ‎ ‎　　　　 ‎ 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 ‎　　　　 ‎ 以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到新生链末端 DNA(水解)酶 磷酸二酯键 DNA ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ‎ 解旋酶 ‎　　　 ‎ DNA 将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链 ‎　　　　 ‎ 磷酸二酯键 核糖核苷酸 以单链DNA为模板,将单个核糖核苷酸依次连接到RNA链末端 ‎(1)限制酶存在于原核生物的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)限制酶不切割细菌本身DNA的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)天然DNA分子可以直接做基因工程载体吗?为什么?　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案　磷酸二酯键　磷酸二酯键　DNA片段　脱氧核苷酸　将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸　氢键　RNA聚合酶 ‎(1)防止外来病原物的侵害,切割外源DNA,保护自身　(2)自身DNA不具有识别切割序列,或识别序列被修饰　(3)一般不可以,需要改造才能具备载体的条件 ‎　　1.限制酶和DNA连接酶的关系 ‎(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。‎ ‎(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。‎ ‎(3)在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶,以获得相同的黏性末端,但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同,在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。‎ - 35 -‎ ‎(4)为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓“环化”,可用不同的限制酶分别处理含目的基因的DNA和载体,使目的基因两侧及载体上各自具有两个不同的黏性末端。‎ ‎2.作为载体的条件及作用 条件 作用 稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大 有一个或多个限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因 具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择 考向一　限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用 ‎1.(2018北京理综,5,6分)用Xho Ⅰ和Sal Ⅰ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(　　)‎ 图1　酶切位点图 图2　电泳结果示意图 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 ‎1.答案　D　图1中,两种限制性核酸内切酶的酶切位点不同,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,两种酶的酶切产物都为DNA片段,都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图,判断两种酶切DNA后得到的DNA片段数;再结合泳道①②电泳结果知,泳道①是用SalⅠ处理得到的酶切产物,C正确。能被限制性核酸内切酶酶切的DNA片段仍为双链DNA,D错误。‎ - 35 -‎ ‎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 ‎2.答案　D　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DNA片段,故D正确。‎ ‎3.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EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。‎ 图(a)‎ 图(b)‎ 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的有　　　　,不能表达的原因是　 。 ‎ 图(c)‎ - 35 -‎ ‎(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口末端的是　　　　　　。 ‎ ‎3.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　甲中目的基因插入启动子的上游,丙中目的基因插入终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录　(3)E·coli DNA连接酶　T4DNA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T4DNA连接酶,其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。‎ 题后悟道·方法 ‎　　限制酶的选择技巧 ‎(1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类 ‎①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。‎ ‎②不能选择切割位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割位点)。‎ ‎(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ‎①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性末端。‎ ‎②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因;如果所选酶的切割位点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。‎ 考向二　考查载体的作用和特点分析 ‎4.为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。‎ - 35 -‎ 下列操作与实验目的不符的是(　　)‎ A.用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒 B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞 C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞 D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上 ‎4.答案　C　用限制性核酸内切酶EcoRⅠ处理目的基因和质粒,可以使目的基因两侧和质粒产生相同的黏性末端,再用连接酶把切口连起来就能构建成重组质粒,A正确;农杆菌转化法适用于双子叶植物或裸子植物,菊花属于双子叶植物,故可用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞,B正确;质粒中只有潮霉素抗性基因,被转化的菊花细胞只对潮霉素具有抗性,在培养基中添加那霉素,不能筛选被转化的菊花细胞,C错误;检测目的基因是否整合到受体细胞的染色体上,可采用DNA分子杂交技术,D正确。‎ ‎5.(2019南京高三一模)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 ‎5.答案　B　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。‎ ‎6.如图所示为pBR322质粒,其中ampr(氨苄青霉素抗性基因)和tetr(四环素抗性基因)为标记基因,ori为复制原点,其他均为限制酶及其识别位点,并且每种限制酶都只有一个。pBR322质粒是基因工程较常用的运载体。回答下列相关问题:‎ - 35 -‎ ‎(1)制备重组质粒,需要限制酶和　　　　　　酶。如制备重组质粒时,使用PvuⅠ切割该质粒,则检测目的基因是否导入受体细胞,需要在培养基中添加　　　　　　。 ‎ ‎(2)该质粒中的BamHⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为—G↓GATCC—,而Sau3AⅠ识别的核苷酸序列只有4个碱基。若BamHⅠ和Sau3AⅠ分别切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一条DNA链,则Sau3AⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为　　　　　　　。该拼接在一起的DNA片段,能否被BamH Ⅰ识别?　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)与图示质粒相比,完整的重组质粒中还应有　　　　　　　　　　　　　等三种特殊的DNA片段。将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,如受体细胞为大肠杆菌,则该菌经钙离子处理后,将具备　　　　　　的特性。 ‎ ‎6.答案　(1)DNA连接　四环素 ‎(2)—↓GATC—　不一定能　(3)启动子、终止子和目的基因　显微注射法,农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法　将外界DNA吸入细胞 题后悟道·归纳 ‎　　全面理解基因工程中的载体 ‎(1)应具备的条件 ‎①能在受体细菌中复制并稳定保存,可使目的基因稳定存在且数量可扩大。‎ ‎②具有一个至多个限制酶切割位点,可供外源DNA片段插入。‎ ‎③具有标记基因,可供重组DNA的鉴定和选择。‎ ‎　　(2)与膜载体的区别 基因工程中的载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内,并利用它在宿主细菌内对目的基因进行大量复制;膜载体是蛋白质,与膜的通透性有关。‎ - 35 -‎ 考点二　基因工程的基本操作 ‎　　1.目的基因的获取 ‎(1)目的基因:主要指　编码蛋白质　的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。 ‎ ‎(2)获取方法 方法 前提 基因文库获取 从自然界已有的物种中分离 PCR技术扩增 有序列已知目的基因的核苷酸序列,以便合成引物 人工合成 基因比较小,核苷酸序列已知;用DNA合成仪 ‎　　(3)基因组文库与cDNA文库比较 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 cDNA 受体菌群体 某种生物体内全部DNA 许多DNA片段 受体菌群体 文库大小 小 大 基因中启动子 无 有 基因中内含子 无 有 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.基因表达载体的构建(核心)‎ - 35 -‎ ‎(1)目的:使目的基因在受体细胞中　 稳定存在 　,并可以遗传给下一代;使目的基因能够　表达　和发挥作用。 ‎ ‎(2)基因表达载体的构成:‎ ‎3.将目的基因导入受体细胞 转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。‎ 细胞类型 方法 过程 特点 植物细胞 农杆菌 转化法 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达 经济、有效,适用于双子叶植物和裸子植物 基因 枪法 目的基因包裹在微小的金粉粒子或钨粉粒子表面→用基因枪高速射入受体细胞或组织中→目的基因表达 成本较高,是单子叶植物中常用的转化方法 花粉管 通道法 将含目的基因的溶液滴加在柱头上(或用含目的基因的溶液处理花粉粒)→花粉粒吸入目的基因→受粉→目的基因表达 简便、经济,我国科学家独创 动物细胞 显微注 射法 基因表达载体 受精卵 新性状个体 最为有效的将目的基因导入动物细胞的方法 微生物 细胞 Ca2+‎ 处理法 Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子 简便、经济、有效 - 35 -‎ ‎　　注意:①受体细胞为植物细胞时,受体细胞可以是体细胞和受精卵,因为　植物体细胞有全能性　。 ‎ ‎②原核生物常作为受体细胞的原因是　繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少　。 ‎ ‎③受体细胞为动物细胞时,受体细胞是受精卵,因为　高度分化的动物体细胞的全能性受到限制　。 ‎ ‎④Ca2+处理法中,Ca2+可以增加　微生物细胞壁的通透性　。 ‎ ‎4.目的基因的检测和鉴定 ‎(1)目的:目的基因导入受体细胞后,是否可以维持稳定和表达其遗传特性,只有通过检测与鉴定才能知道。这是检验基因工程是否成功的重要一步。‎ ‎(2)方法比较 探针:在含目的基因的DNA片段上用放射性同位素等做标记。‎ ‎1.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。(✕)‎ ‎2.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。　(√)‎ ‎3.检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术。(√)‎ ‎4.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。(✕)‎ ‎　　如图为抗虫棉的培育过程,据图回答下列问题:‎ - 35 -‎ ‎(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?‎ ‎(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?‎ ‎(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?‎ 答案　(1)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)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)抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。‎ 基因工程操作过程中易出现的错误 ‎(1)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,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。‎ ‎(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对的现象:第一步存在逆转录法获得DNA,第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。‎ ‎(3)农杆菌转化法原理:农杆菌易感染植物细胞,并将其Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体的DNA上。‎ ‎(4)目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体的基因组中。‎ ‎(5)标记基因的种类和作用:标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的标记基因有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。‎ - 35 -‎ ‎(6)受体细胞的选择:受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物,如酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌);一般不用支原体,原因是它营寄生生活,无细胞核,也没有内质网、高尔基体等细胞器,不能合成蛋白质;一定不能用哺乳动物成熟的红细胞,原因是它无细胞核,也没有核糖体等细胞器,不能合成蛋白质。‎ ‎(7)还应注意的问题有:①基因表达载体中,启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA);②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步,在体外进行。‎ ‎1.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   　。 ‎ ‎1.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 - 35 -‎ 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)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。‎ 考点三　基因工程的应用和蛋白质工程 ‎　　1.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　。 ‎ 外源基因类型及举例 成果举例 抗虫转基 因植物 Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因 抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米 抗病转基 因植物 ‎①抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因 ‎②抗真菌基因:几丁质酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒 抗逆转基 因植物 调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因 抗盐碱和抗干旱烟草、抗寒番茄、抗除草剂大豆和玉米 改良品质转 基因植物 提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛 ‎　　(2)动物基因工程: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。 ‎ 种类 目的基因 实例 提高生长速度的转基因动物 外源生长激素基因 转基因绵羊、转基因鲤鱼等 改善畜产品品质的转基因动物 肠乳糖酶基因 乳糖含量较少的乳汁 - 35 -‎ 生产药物的转基因动物 药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件 乳腺生物反应器 作器官移植供体的转基因动物 抑制抗原决定基因表达的调节因子 无免疫排斥的转基因克隆猪 ‎　　(3)基因工程药物 ‎①方式:利用基因工程培育“　工程菌　”来生产药品。 ‎ ‎②成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。‎ ‎③工程菌:使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。‎ ‎2.基因治疗 ‎(1)概念:把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病最有效的手段。‎ ‎(2)种类 ‎①体外基因治疗:培养某种病人细胞→体外基因转移→筛选成功转移的细胞扩增培养→输入患者。‎ ‎②体内基因治疗:直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。‎ ‎3.蛋白质工程 ‎(1)概念 项目 内容 崛起缘由 ‎①基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质 ‎②天然蛋白质不一定完全符合人类生产生活的需要 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 手段 基因修饰或基因合成 目的 对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产生活的需要 原理 通过基因改造实现对蛋白质结构的设计改造 过程 预期的蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测氨基酸序列→脱氧核苷酸序列(基因)‎ ‎　　(2)基本流程 - 35 -‎ ‎4.基因工程和蛋白质工程比较 项目 蛋白质工程 基因工程 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(基因的异体表达)‎ 结果 生产自然界中没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 联系 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,因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,需要通过基因修饰或基因合成实现,基因工程中所需酶也需要蛋白质工程进行修饰、改造以提高其功能 ‎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。(✕)‎ ‎1.基因工程应用中的易错分析 ‎(1)Bt毒蛋白基因编码的Bt毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后才产生毒性。‎ ‎(2)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的,不是通过基因工程改造的工程菌产生的。‎ ‎(3)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质,不是为了产生体型巨大的个体。‎ ‎2.蛋白质工程的操作过程:‎ 从预期的蛋白质功能出发→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(基因)→基因表达→产生需要的蛋白质。‎ - 35 -‎ 考向一　考查基因工程的应用 ‎1.抗菌肽对治疗癌症有一定作用,如图表示抗菌肽的合成过程。下列相关说法正确的是(　　)‎ 克隆目的基因→导入毕赤酵母菌→筛选菌种→‎ 甲醇诱导抗菌肽表达→分离纯化→功能研究 A.用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶 B.基因表达载体包含起始密码子和终止密码子 C.用显微注射法导入基因表达载体 D.筛选菌种时用基因探针检测相关蛋白质 ‎1.答案　A　PCR技术中采用高温变性使DNA解旋,因此用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶,A正确;基因表达载体包含启动子和终止子,而起始密码子和终止密码子在mRNA上,B错误;将基因表达载体导入酵母菌细胞时应用感受态细胞法,C错误;筛选菌种时用基因探针检测相关基因或mRNA,不能用基因探针检测蛋白质,D错误。‎ ‎2.HIV属于逆转录病毒,是艾滋病的病原体。回答下列问题:‎ ‎(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时,可先提取HIV中的　　　　,以其作为模板,在　　　　　　的作用下合成　　　　,获取该目的蛋白的基因,构建重组表达载体,随后导入受体细胞。 ‎ ‎(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白,该蛋白作为抗原注入机体后,刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是　　　　,该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV,检测的原理是　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见,但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分　　　　细胞,降低了患者免疫系统的防卫功能。 ‎ ‎(4)人的免疫系统有　　　　　　癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷,易发生恶性肿瘤。 ‎ ‎2.答案　(1)RNA　逆转录酶　cDNA(或DNA)　(2)抗体　抗原、抗体特异性结合　(3)T(或T淋巴)　(4)监控和清除 - 35 -‎ 解析　本题以HIV为题干背景,主要考查了逆转录病毒的遗传信息流动、人体的免疫调节。(1)HIV属于逆转录病毒,要获取目的蛋白的基因,可先从HIV中提取其RNA,再以其作为模板,在逆转录酶的作用下合成cDNA,此cDNA即含有该目的蛋白的基因。(2)目的蛋白作为抗原注入机体后,可启动机体的体液免疫,通过浆细胞产生抗体,而此抗体可与目的蛋白抗原结合。利用上述原理可检测受试者血清中是否含有HIV。(3)HIV主要感染和破坏了艾滋病患者的部分T细胞,降低了患者的体液免疫和细胞免疫功能。(4)人体的免疫系统有监控和清除癌细胞的功能。‎ 考向二　考查蛋白质工程的概念和过程 ‎3.某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似,只是其热稳定性较差,进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂,临床治疗食物消化不良,最佳方案是　(　　)‎ A.替换此酶中的少数氨基酸,以改善其功能 B.将此酶与人蛋白酶进行拼接,形成新的蛋白酶 C.重新设计与创造一种蛋白酶 D.减少此酶在片剂中的含量 ‎3.答案　A　要想使某种微生物合成的蛋白酶热稳定性有所提高,就要改变蛋白质的结构,此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。‎ ‎4.已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:‎ ‎(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的　　　　　　　进行改造。 ‎ ‎(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰 ‎ 基因或合成　　　　基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的内容包括　 ‎ 的复制;以及遗传信息在不同分子之间的流动,即　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过　 　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物　　　　进行鉴定。 ‎ ‎4.答案　(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)　(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)　(3)设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能 - 35 -‎ 解析　(1)蛋白质的功能与结构相关,若要改变蛋白质的功能,需要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后,可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。‎ 考点四　PCR技术和DNA粗提取与鉴定 ‎　　1.PCR技术 ‎(1)PCR的含义:PCR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作为PCR模板;引物;　热稳定　DNA聚合酶(Taq酶);四种　 脱氧核苷酸 　。 ‎ ‎(5)过程与结果 ‎①过程 ‎②结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了　2　个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以　2n　的形式增加。PCR的反应过程都是在　 DNA扩增仪 　中完成的。 ‎ ‎(6)DNA复制和PCR技术比较 项目 体内DNA复制 PCR技术 场所 主要在细胞核内 生物体外 酶 DNA聚合酶、解旋酶 热稳定DNA聚合酶(Taq酶)‎ 条件 模板、ATP、常温 模板、ATP、引物链、温度变化 ‎(90~95 ℃→55~60 ℃→70~75 ℃)‎ 原料 四种脱氧核苷酸 四种脱氧核苷酸 - 35 -‎ 特点 形成整个DNA分子,一 个细胞周期只复制一次 短时间内形成含有大量 目的基因的DNA片段 ‎　　2.DNA的粗提取与鉴定 ‎(1)原理 ‎①溶解度 DNA与蛋白质在不同浓度的　 NaCl 　溶液中溶解度不同。 ‎ DNA不溶于　 酒精 　。 ‎ ‎②DNA对酶、　 高温 　和　 洗涤剂 　的耐受性。  ‎ ‎③鉴定:DNA+　 二苯胺 　试剂　蓝色　。  ‎ ‎(2)操作流程 ‎　　(3)DNA和蛋白质在不同NaCl溶液中溶解度的比较 项目 ‎2 mol/LNaCl溶液 ‎0.14mol/LNaCl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逐渐降低的过程中,溶解度逐渐增大 ‎　　(4)DNA的粗提取与鉴定中的“2、3、4”‎ 加蒸馏 水2次 ‎①加到鸡血细胞液中,使血细胞吸水破裂 ‎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下降到0.14 mol/L,使DNA析出 用纱布 过滤3次 ‎①过滤血细胞破裂液,得到含细胞核物质的滤液 ‎②滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)‎ - 35 -‎ ‎③过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液 使用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 ‎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方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(√)‎ ‎3.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。(✕)‎ ‎4.用不同浓度的NaCl溶液反复溶解与析出DNA可去除蛋白质。(√)‎ ‎5.提取DNA时,如果没有鸡血材料,可用猪血代替。(✕)‎ ‎6.在DNA的粗提取与鉴定实验中,将丝状物溶解在2 mol/L NaCl溶液中,加入二苯胺试剂即呈蓝色。(✕)‎ ‎1.PCR技术中的易错分析 ‎(1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料,原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。‎ ‎(2)加入洗涤剂后,动作要轻缓、柔和,否则容易产生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要轻缓,以免加剧DNA分子的断裂,导致DNA分子不能形成絮状沉淀。‎ ‎(3)二苯胺试剂要现配现用,否则会影响鉴定的效果。‎ ‎(4)提取植物细胞的DNA时,加入的洗涤剂能溶解细胞膜,有利于DNA的释放;加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。‎ ‎(5)在DNA进一步提纯时,选用冷却的95%的酒精的作用是溶解杂质和析出DNA。‎ ‎2.DNA的粗提取与鉴定中的易错分析 ‎(1)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,在浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低。‎ - 35 -‎ ‎(2)DNA不溶于酒精溶液,但细胞中的某些蛋白质可溶于酒精,可利用冷却的酒精对提取的DNA进行纯化。‎ ‎(3)在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色。‎ ‎(4)哺乳动物成熟的红细胞不含细胞核,不能作为提取DNA的实验材料。若选取肝脏细胞或植物细胞,则必须充分研磨。‎ 考向一　考查PCR技术 ‎1.PCR是多聚酶链式反应的缩写,利用PCR技术可对目的基因进行扩增。请根据下面PCR原理示意图回答有关问题:‎ ‎(1)PCR的原理是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)PCR技术使DNA解链是通过　　　　　　实现的,DNA的这种解链现象在一定条件下是　 　　　　　(填“可逆的”或“不可逆的”)。 ‎ ‎(3)DNA解链后冷却的目的是　 。 ‎ ‎(4)当温度加热至70~75 ℃时,是　　　　　　　　　　酶把单个脱氧核苷酸通过　 　　　　　键连接到引物上。如此逐渐延伸形成互补链,进而使目的基因加倍。 ‎ ‎(5)通过重复循环过程,使目的基因以　　　　形式扩增。 ‎ ‎1.答案　(1)DNA双链复制　(2)高温加热　可逆的　(3)让引物与互补DNA链相结合　(4)热稳定DNA聚合　磷酸二酯　(5)指数 考向二　考查DNA的粗提取与鉴定 ‎2.实验中对DNA进行鉴定时,做如下操作:‎ 试管 序号　　‎ A B - 35 -‎ ‎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分钟 沸水浴5分钟 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。 ‎ ‎2.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)加快颜色反应速率　耐受性　(4)对照　(5)加入试管中的DNA(丝状物)的多少 解析　A、B两试管形成对照,B试管中含DNA丝状物,A试管中不含,起对照作用,其他条件均完全相同。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率,观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。‎ ‎1.(2019北京理综,4,6分)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株,再将二者杂交后得到F1,结合单倍体育种技术,培育出同时抗甲、乙的植物新品种。以下对相关操作及结果的叙述,错误的是(　　)‎ - 35 -‎ A.将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞 B.通过接种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定 C.调整培养基中植物激素比例获得F1花粉再生植株 D.经花粉离体培养获得的若干再生植株均为二倍体 ‎1.答案　D　基因工程中需将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞,A正确;通过接种病原体,可在个体生物学水平上对转基因的植株进行抗病性鉴定,B正确;在花粉离体培养过程中,生长素与细胞分裂素的比例影响脱分化与再分化过程,调整培养基中生长素与细胞分裂素比例有利于获得F1花粉再生植株,C正确;经花粉离体培养获得的若干再生植株均为单倍体,D错误。‎ ‎2.(2019江苏,16,2分)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是(　　)‎ A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌 B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株 C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛 D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗 ‎2.答案　D　胰岛素基因表达质粒导入大肠杆菌,获得的工程菌可将胰岛素基因遗传给子代,A不符合题意;B、C培育的转基因植物和转基因动物的每个细胞均含有目的基因,后代可表现转基因性状,B、C不符合题意;将转入目的基因的淋巴细胞回输患者体内后,患者的生殖细胞不含目的基因,故子代不表现转基因性状,D符合题意。‎ ‎3.(2019课标全国Ⅰ,38,15分)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。‎ ‎(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括　 　　　　　和　　　　　　。 ‎ ‎(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是　　　　。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是　　　　　　　　　。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的　　　　。 ‎ ‎(3)目前在PCR中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎3.答案　(1)基因组文库　cDNA文库 ‎(2)解旋酶　加热至90~95 ℃　氢键 ‎(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活 - 35 -‎ 解析　本题借助基因工程的相关知识,考查考生对生物学问题进行解释的能力;通过PCR与体内DNA复制的比较,体现了科学思维中的分析与推断要素。‎ ‎(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)体内DNA复制时,需用解旋酶打开氢键使双链DNA解旋,而PCR扩增目的基因时,是借助高温加热至90~95 ℃使DNA变性解旋。(3)PCR体系中进行互补链的合成时,温度需控制在70~75 ℃,则应使用耐高温的DNA聚合酶,即Taq酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下会失活)。‎ ‎4.利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂,用于降解某种农药的残留,基本流程如图。下列叙述正确的是(　　)‎ A.过程①的反应体系中需要加入逆转录酶和核糖核苷酸 B.过程②需使用限制酶和DNA聚合酶,是基因工程的核心步骤 C.过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞 D.过程④可利用DNA分子杂交技术鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞 ‎4.答案　D　过程①的反应体系中需要加入逆转录酶和脱氧核糖核苷酸来合成cDNA,A选项错误;过程②需使用限制酶和DNA连接酶来构建表达载体,是基因工程的核心步骤,B选项错误;过程③需要使用CaCl2溶液制备感受态的大肠杆菌细胞,C选项错误。‎ ‎5.【不定项选择题】下列关于DNA重组技术基本工具的叙述,正确的是(　　)‎ A.天然质粒需经过人工改造后才能作为载体 B.限制酶和DNA连接酶分别催化磷酸二酯键的水解和形成 C.不同限制酶切割DNA分子后产生的黏性末端不同 D.DNA连接酶能将单个脱氧核苷酸结合到引物上 ‎5.答案　AB　本题主要考查基因工程中基本工具的相关知识,意在考查科学思维中的归纳、比较与运用。天然质粒不完全符合载体的要求,通常需经过人工改造后才能作为载体,A正确;限制酶识别特定的核苷酸序列并在特定的位点切割,使磷酸二酯键水解开来,DNA连接酶是通过形成磷酸二酯键将两个DNA片段连接起来的,不能将单个脱氧核苷酸结合到某一DNA片段上,B正确,D错误;不同限制酶切割DNA分子后产生的黏性末端有可能相同,C错误。‎ ‎6.某些糖尿病患者因胰岛B细胞被完全破坏,分泌胰岛素的功能丧失,需要通过注射胰岛素来补充。目前,该类患者对胰岛素的需求量越来越大。回答下列问题:‎ - 35 -‎ ‎(1)在利用基因工程大规模生产胰岛素时,将胰岛素合成基因与质粒重组后导入大肠杆菌进行了表达。以上过程除了证明质粒可以作为载体外,还证明了　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)大肠杆菌常作为基因工程的受体菌,主要原因是　　　　　　　　　　　　(写出一点即可)。基因工程中,不能将胰岛素合成基因直接导入大肠杆菌,其原因是　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)检测胰岛素合成基因是否导入受体菌时,常用　　　　　　　作探针。 ‎ ‎(4)胰岛素合成基因在大肠杆菌细胞内表达时,遗传信息的传递方向是　　　　　　　　　。经检测,胰岛素合成基因的表达产物未能达到预期的生物活性,导致这种差异的原因可能是表达产物未经　　　　　　　　的加工。 ‎ ‎6.答案　(1)体外重组的质粒可以进入大肠杆菌,DNA是可转移的　(2)大肠杆菌简单、遗传物质相对较少、繁殖速度快　胰岛素合成基因在大肠杆菌细胞中不能稳定遗传和表达　(3)(放射性物质标记的)胰岛素合成基因(的一条链)　(4)DNA→RNA→蛋白质　内质网、高尔基体 解析　(1)在利用基因工程大规模生产胰岛素时,将胰岛素合成基因与质粒重组后导入大肠杆菌进行了表达。以上过程除了证明质粒可以作为载体外,还证明了体外重组的质粒可以进入大肠杆菌,DNA是可转移的。(2)由于原核生物具有一些其他生物没有的特点:繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等,因此,早期的基因工程操作都用原核生物作为受体细胞,其中以大肠杆菌应用最为广泛。基因工程中,不能将胰岛素合成基因直接导入大肠杆菌,胰岛素合成基因是真核细胞具有的基因,而大肠杆菌属于原核细胞,胰岛素合成基因在大肠杆菌细胞中不能稳定遗传和表达。(3)基因是有遗传效应的DNA片段,检测胰岛素合成基因是否导入受体菌时,常用(放射性物质标记的)胰岛素合成基因(的一条链)作探针。(4)基因的表达包括基因的转录和翻译,胰岛素合成基因在大肠杆菌细胞内表达时,遗传信息的传递方向是DNA→RNA→蛋白质。经检测,胰岛素合成基因的表达产物未能达到预期的生物活性,导致这种差异的原因可能是大肠杆菌是原核生物,没有加工蛋白质所需要的内质网和高尔基体。‎ 一、单项选择题 ‎1.下列有关基因工程的叙述,正确的是(　　)‎ A.限制性核酸内切酶只在获得目的基因时使用 - 35 -‎ B.重组质粒的形成是在细胞内完成的 C.目的基因必须整合到受体细胞的DNA中才能复制 D.通过基因工程育种可以定向地改造生物的性状 ‎1.答案　D　构建基因表达载体时用同种限制酶切割目的基因和质粒,A错误;重组质粒是在细胞外构建完成后再导入受体细胞的,B错误;重组质粒上有复制原点,不整合到受体细胞的DNA中也可复制,C错误;由于目的基因是已知的基因,所以可以定向地改变生物的性状,D正确。‎ ‎2.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.构建基因表达载体时需要用到限制酶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,基因表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构 ‎2.答案　B　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的切割下来,此时要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ不需要用限制酶SamⅠ,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。‎ ‎3.如图为某种质粒的简图,小箭头所指分别为限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,P为转录的启动部位。已知目的基因的两端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。下列叙述正确的是(　　)‎ - 35 -‎ A.将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,在DNA连接酶作用下,由两个DNA片段之间连接形成的产物有两种 B.DNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来,形成一个重组质粒,该过程形成两个磷酸二酯键 C.为了防止目的基因反向粘连和质粒自行环化,酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ D.能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞 ‎3.答案　C　如果将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,那么酶切后二者的黏性末端相同,在DNA连接酶作用下,由两个DNA片段之间连接形成的产物有三种,只有一种符合基因工程的需求,A错误;DNA连接酶的作用是将酶切后的目的基因和质粒的黏性末端连接起来形成重组质粒,该过程形成4个磷酸二酯键,B错误;为了防止目的基因和质粒自行环化,酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ,这样切割后得到的DNA片段两侧的黏性末端不同,C正确;由于受体细胞为无任何抗药性的原核细胞,因此能在含青霉素的培养基中生长,可能是目的基因成功导入了受体细胞,也可能是不含目的基因的载体导入了受体细胞,D错误。‎ ‎4.下列关于目的基因导入受体细胞的叙述,不正确的是(　　)‎ A.利用基因枪法将目的基因导入植物细胞的方法比较经济、有效 B.显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法 C.大肠杆菌最常用的转化方法是:使细胞的生理状态发生改变 D.农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法 ‎4.答案　A　将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,该方法比较经济、有效。此外,将目的基因导入植物细胞的方法还有基因枪法和花粉管通道法,A错误,D正确;目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术,B正确;大肠杆菌细胞最常用的转化方法是用钙离子处理细胞,使细胞的生理状态发生改变,从而完成转化过程,C正确。‎ - 35 -‎ ‎5.北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是(　　)‎ A.过程①是获取抗冻基因的过程,用到的酶只有限制酶 B.在重组质粒上,抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子,启动和终止翻译的进程 C.过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒,要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选 D.根据抗冻基因制作的DNA探针,可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在 ‎5.答案　D　据题图可知,该转基因技术操作中,获取目的基因的方法是利用抗冻基因(目的基因)的mRNA进行逆转录产生DNA,需要的酶是逆转录酶和限制酶,A项错误;目的基因首端和末端的启动子和终止子均是DNA片段,分别启动和终止转录的进程,B项错误;重组质粒转入农杆菌的目的是通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄细胞中,C项错误;检测目的基因是否导入受体细胞,通常是用DNA探针进行检测,即所谓DNA分子杂交技术,D项正确。‎ ‎6.下列关于核酸分子杂交和抗原—抗体杂交的叙述,正确的是(　　)‎ A.核酸分子杂交是指两条脱氧核苷酸链的杂交 B.抗原—抗体杂交的原理为碱基互补配对原则 C.核酸分子杂交可检测目的基因的存在和转录 D.抗原—抗体杂交常以目的基因产物作为抗体 ‎6.答案　C　核酸分子杂交可以是两条脱氧核苷酸链的杂交,也可以是DNA单链和RNA单链的杂交,A错误;抗原—抗体杂交的原理是抗体能与对应的抗原发生特异性结合,B错误;核酸分子杂交可检测目的基因的存在和转录,C正确;抗原—抗体杂交中目的基因产物常作为抗原,D错误。‎ ‎7.聚合酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术,PCR过程一般经历下述30多次循环:95 ℃下使模板DNA变性、解链→55 ℃下复性(引物与DNA模板链结合)→72 ℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述中不正确的是(　　)‎ A.变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现 - 35 -‎ B.复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的 C.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸 D.PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高 ‎7.答案　C　变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键,也可以利用解旋酶实现,A正确;复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的,B正确;延伸过程中需要DNA聚合酶,ATP、四种脱氧核糖核苷酸,C错误;PCR与细胞内DNA复制相比,所需酶的最适温度较高,D正确。‎ ‎8.下列关于基因治疗的说法正确的是(　　)‎ A.基因治疗只能治疗一些传染病,如艾滋病 B.基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因 C.基因治疗的主要原理是引入健康基因并使之表达 D.基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段 ‎8.答案　C　基因治疗是治疗遗传病的有效手段,A错误;基因治疗的主要方法是把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中,口服外源基因不能起作用,B错误;基因治疗的主要原理是引入健康基因并使之表达,以治疗患者因基因缺陷导致的疾病,C正确;目前,基因治疗还处于初期的临床试验阶段,D错误。‎ ‎9.(2018山东烟台质检)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,不正确的是(　　)‎ A.将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法 B.设计扩增目的基因的引物时,不必考虑表达载体的序列 C.蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术 D.蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质 ‎9.答案　B　将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法,A正确;设计的引物应能与表达载体两端的序列互补配对,B不正确;蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质的技术,C正确;通过蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质,D正确。‎ 二、不定项选择题 - 35 -‎ ‎10.(2019江苏扬州高三上学期模拟)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、诊断有关的说法中正确的是(　　)‎ 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分子作探针,利用DNA分子杂交原理来检测病原体 ‎10.答案　BCD　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。‎ ‎11.(2020山东模拟)研究人员用三种基因探针,通过分子杂交技术分别对某动物三种细胞中的mRNA进行检测,结果如下表所示。下列说法错误的是(　　)‎ 杂交带　　　细胞 探针　　　　　　‎ 输卵管细胞 未成熟红细胞 胰岛B细胞 卵清蛋白基因探针 有 无 无 β-珠蛋白基因探针 无 有 无 胰岛素基因探针 无 无 有 A.三种探针的核苷酸序列不同 B.有杂交带出现表明相应基因发生了转录 C.用上述探针分别检测三种细胞的DNA,实验结果不变 D.可用mRNA逆转录产生的DNA制作相应基因的探针 ‎11.答案　C　由于基因不同,三种探针的核苷酸序列也不相同,A正确;由题意可知,用基因探针检测的是三种细胞的mRNA,若出现杂交带说明该细胞中出现mRNA,即细胞发生了特定基因的转录,B正确;三种细胞来自同一生物体,则三种细胞所含DNA相同,若用上述探针检测三种细胞中的DNA,均会出现杂交带,C错误;分子探针可以通过逆转录过程获得,D正确。‎ - 35 -‎ 三、非选择题 ‎12.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　　　　、　　　　、　　　　。 ‎ ‎12.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　(1)由图可知,处理目的基因时用到了EcoRⅠ和SmaⅠ两种限制酶,而切割质粒时用到的限制酶是EcoRⅠ。(2)在基因工程的“四步曲”中,基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤,将目的基因导入受体细胞的阶段没有碱基互补配对现象。(3)图中的受体细胞是大肠杆菌,其作为受体细胞的优点是繁殖快、遗传物质相对较少、易培养等。(4)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。‎ - 35 -‎ ‎13.科学家将动物体内能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组,并且在大肠杆菌体内表达成功。请据图回答下列问题:‎ ‎(1)图中①DNA是以　　　　　　　为模板,　　　　形成单链DNA,在酶的作用下合成双链DNA,从而获得了所需要的基因。 ‎ ‎(2)图中②代表的是　　　　　　　　　　,在它的作用下将质粒(　　　　DNA)切出　 　　　末端。 ‎ ‎(3)图中④表示将　　　　　　　　　　。⑤表示　　　随大肠杆菌的繁殖而进行　　　　。 ‎ ‎(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造,使之起效时间缩短,保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。如果你是科研工作者,请写出研制速效胰岛素的思路。　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)下列关于蛋白质工程的说法,不正确的是(　　)‎ A.蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段,降低鼠单克隆抗体免疫原性 B.蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变 C.理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法 D.蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要 ‎13.答案　(1)原胰岛素mRNA　逆转录 ‎(2)特定的限制性核酸内切酶　环状　黏性或平　(3)目的基因导入受体细胞　重组DNA　扩增　(4)预期蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→推测应有的氨基酸序列→应有的脱氧核苷酸序列　(5)C - 35 -‎ 解析　(1)图中①DNA是以原胰岛素mRNA为模板,逆转录形成单链DNA,在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需的基因。(2)图中②代表的是特定的限制性核酸内切酶,在它的作用下将质粒(环状DNA)切出黏性末端或平末端。(3)图中④表示将目的基因导入受体细胞。⑤表示重组DNA随大肠杆菌的繁殖而进行扩增。(4)研制速效胰岛素的思路:预期蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→推测应有的氨基酸序列→应有的脱氧核苷酸序列。(5)蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段,降低鼠单克隆抗体免疫原性,A正确;蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变,B正确;通过关键氨基酸的转换与增删不是蛋白质工程的唯一方法,C错误;蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要,D正确。‎ ‎14.(2019陕西咸阳二模)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。如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)为确定转基因抗盐烟草是否培育成功,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　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎14.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TaqDNA聚合酶)　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,观察该烟草植株的生长状态 - 35 -‎ 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聚合酶或Taq DNA聚合酶);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含四种限制酶切位点,SmaⅠ酶的切割位点位于目的基因和质粒的抗性基因上,不宜采用。EcoRⅠ酶的切割位点位于目的基因两侧,若用EcoRⅠ切割,则目的基因会自身环化。BamHⅠ与HindⅢ酶的切割位点位于目的基因两端,且质粒中也有相应的适合的切割位点,因此用BamHⅠ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。‎ - 35 -‎