高考生物 第十一单元第39讲Word文档格式.docx
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将具有相同粘性末端的两个DNA片段连接在一起。
(3)质粒
①从存在位置看,在细菌中独立于拟核之外。
②从化学成分上看,为双链环状DNA分子。
③从功能上看,能自主复制。
④从结构上看,常含有抗生素抗性基因。
[思维诊断]
(1)限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因( ×
)
(2)DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来( ×
(3)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体( √ )
(4)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达( √ )
(5)DNA连接酶能够将任意2个DNA片段连接在一起( ×
题组 限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用
1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A.①②③④B.①②④③
C.①④②③D.①④③②
答案 C
解析 限制性核酸内切酶可在特定位点对DNA分子进行切割;
DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链;
DNA连接酶可将限制性核酸内切酶切开的磷酸二酯键连接在一起;
解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋,为复制或转录提供模板。
2.若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。
下列分析合理的是( )
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
答案 D
解析 解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向,只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体,构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。
与DNA有关的酶的比较
项目
作用底物
作用部位
形成产物
限制性核
酸内切酶
DNA分子
磷酸二酯键
粘性末端
DNA连接酶
DNA片段
重组DNA
分子
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
子代DNA
DNA解旋酶
碱基对间的氢键
形成脱氧核苷酸单链
DNA(水解)酶
游离的脱氧核苷酸
考点二 基因工程的原理、技术及应用
1.基因工程的原理和技术
观察基因工程的操作过程图,分析每一步骤的操作程序
(1)获得目的基因
获取方法
(2)形成重组DNA分子
①用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA,以产生相同的粘性末端。
②用DNA连接酶连接两个切口(即相同的粘性末端),形成重组DNA分子。
(3)将重组DNA分子导入受体细胞
①常用的受体细胞:
大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
②导入方法:
用氯化钙处理大肠杆菌,可以增加大肠杆菌细胞壁的通透性,使重组质粒容易进入。
(4)筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达
①筛选:
用含抗生素的培养基培养受体细胞,选择含重组质粒的受体细胞。
②表达:
目的基因在宿主细胞内表达,产生人们需要的功能物质。
2.基因工程的应用
(1)基因工程与遗传育种
①转基因植物
培育优点
②转基因动物
a.含义:
转入了外源基因的动物。
b.培育优点:
省时、省力。
(2)基因工程与疾病治疗
①基因工程药物
如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病,通过酵母菌生产乙肝疫苗等。
②基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因,以纠正或补偿基因的缺陷,达到治疗的目的。
(3)基因工程与生态环境保护
①利用转基因植物生产聚羟基烷酯,用于合成可降解的新型生物塑料。
②改造分解石油的细菌,提高其分解石油的能力。
③利用转基因微生物吸收环境中的重金属,降解有毒化合物和处理工业废水。
[思维诊断]
(1)抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达(2014·
江苏,23D)( √ )
(2)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完全表达(2011·
四川,5D)( ×
(3)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( √ )
(4)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( ×
(5)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( ×
题组一 目的基因的获取及基因表达载体的构建
1.下图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。
据图分析,下列叙述正确的是( )
A.过程①需要DNA连接酶
B.过程②需要限制性核酸内切酶
C.目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的
D.若某质粒能与目的基因Ⅰ重组,则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同
解析 题图所示为化学方法合成目的基因的过程。
①②过程依赖碱基互补配对原则进行。
质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。
2.据图表回答问题:
SmaⅠ
EcoRⅠ
PstⅠ
切割位点
CCC↓GGG
GGG↑CCC
G↓AATTC
CTTAA↑G
CTGCA↓G
G↑ACGTC
(1)假设所用的限制性核酸内切酶均能将所识别的位点完全切开,采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切含有目的基因的DNA,能得到________种DNA片段。
如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切,酶切产物再加入DNA连接酶,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有__________________________、________________________、__________________________。
(2)为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接,酶切时应该选用的酶是________、________。
答案
(1)4 质粒载体—质粒载体连接物 目的基因—目的基因连接物 质粒载体—目的基因连接物
(2)EcoRⅠ SmaⅠ
解析
(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoRⅠ和1个PstⅠ的酶切位点,3个切点全部切开,则形成4种DNA片段。
质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ切割,目的基因两端和质粒的切口处的粘性末端相同,只考虑两个DNA片段相连,则会形成3种连接产物,即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。
(2)为了防止自身环化和任意连接,可选用EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶同时切割。
与基因工程操作有关的6个易错点总结
(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(将重组DNA分子导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。
(3)原核生物作为受体细胞的优点:
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。
(4)转化的实质是目的基因整合到受体细胞基因中。
(5)一般情况下,用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因,这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。
(6)不熟悉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,常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。
题组二 基因工程的操作及应用实例分析
3.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。
如图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题:
(1)获取目的基因的主要途径包括从基因文库中获取和______________。
(2)①过程需要的酶有____________________、__________。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外,还必须含有启动子、终止子和________________________,这样才能构成一个完整的基因表达载体。
(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的________,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入到受体细胞C2中的____________上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。
答案
(1)化学方法合成
(2)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (3)标记基因 (4)转化作用 染色体DNA
解析
(1)获取目的基因的主要途径有从基因文库中和化学方法合成。
(2)①过程为形成重组DNA分子,需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。
(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用,将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上,进而使目的基因能够稳定遗传和表达。
基因工程中的几种检测方法
探究高考 明确考向
1.(2012·
浙江,6)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。
现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是( )
A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因B
B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D.将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞
答案 A
解析 获取目的基因B,可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再经PCR扩增,A正确;
形成重组DNA分子时是将目的基因与载体连接起来,形成重组载体,再导入受体菌中贮存和扩增,提取目的基因时不需要使用限制性核酸内切酶,B错误;
连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶,C错误;
将目的基因导入植物细胞,常用农杆菌转化法,不使用大肠杆菌,D错误。
2.(2011·
浙江,6)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。
下列叙述错误的是( )
A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D.每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
解析 大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶,说明这些大肠杆菌都至少含一个重组质粒,A项正确;
作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点,所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点,B项正确;
作为重组DNA应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分,但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada,C项错误;
由于这些目的基因成功表达,所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子,D项正确。
3.(2014·
江苏,23)下列关于基因工程技术的叙述,错误的是(多选)( )
A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列
B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应
C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因
D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达
答案 ABC
解析 A项,限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列,但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。
B项,PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。
另外,耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用,变性和复性过程不需要酶的催化。
C项,载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择,而不是抗生素合成基因。
D项,目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。
4.(2014·
新课标Ⅱ,40)植物甲具有极强的耐旱性,其耐旱性与某个基因有关。
若从该植物中获得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低的植物乙中,有可能提高后者的耐旱性。
回答下列问题:
(1)理论上,基因组文库含有生物的____________基因;
而cDNA文库中含有生物的________基因。
(2)若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从中________出所需的耐旱基因。
(3)将耐旱基因导入农杆菌,并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中,经过一系列的过程得到再生植株。
要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达,应检测此再生植株中该基因的____________,如果检测结果呈阳性,再在田间试验中检测植株的__________是否得到提高。
(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时,则可推测该耐旱基因整合到了________________________(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。
答案
(1)全部 部分
(2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性 (4)同源染色体的一条上
解析
(1)基因组文库含有生物的全部基因,而cDNA文库中含有生物的部分基因。
(2)植物甲具有极强的耐旱性,其耐旱性与某个基因有关,若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,包含该生物的所有基因,然后再从中筛选出所需的耐旱基因。
(3)若从植物甲中获得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低的植物乙中,通常采用的方法是农杆菌转化法。
将耐旱基因导入植物乙的体细胞后,经过植物组织培养得到再生植株。
要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达,应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质,即检测此再生植株中该基因的表达产物,如果检测结果呈阳性,说明已经合成了相应的蛋白质,这时再进行个体生物学检测,即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。
(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为3∶1,符合基因的分离定律,说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子,因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。
练出高分
1.基因工程中,需使用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒,便于重组和筛选。
已知限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。
(1)根据已知条件和下图中信息回答:
①上述质粒用限制性核酸内切酶________切割,目的基因用限制性核酸内切酶________切割。
②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处,还要加入适量的________。
③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是________________________________________________________________________
答案
(1)①Ⅰ Ⅱ ②DNA连接酶 ③检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞
(2)DNA结构基本相同和基本组成单位相同
解析
(1)两个DNA片段能否连接关键是看所形成的粘性末端是否相同。
用同一种限制性核酸内切酶切割肯定露出相同的粘性末端。
在这里限制性核酸内切酶Ⅰ、Ⅱ虽是两种不同的限制性核酸内切酶,但是它们切割产生的粘性末端相同,因而也可以用DNA连接酶将其连接起来。
(2)不同基因拼接成功的基础是DNA的空间结构和基本单位相同。
2.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。
科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质,下图表示这一技术的基本过程,在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—,请回答:
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是______________。
人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。
(2)请画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。
—G↓GATCC—
(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内,原因是________________________________________________________________________,
“插入”时用的工具是________,其种类有________________________________________________________________________
答案
(1)限制性核酸内切酶 DNA连接酶
(2)
(3)基因的结构是相同的 载体 质粒、动植物病毒及λ噬菌体的衍生物
解析 本题主要考查各种工具在基因工程中的作用,要明确限制性核酸内切酶的作用是切取目的基因,DNA连接酶起“缝合”作用,载体能把目的基因导入受体细胞。
3.科学家通过基因工程成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉,其过程大致如下图所示,据图回答下面的问题。
(1)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒,其上有T-DNA,把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用T-DNA____________________________________________________________的特性。
(2)抗虫基因转入普通棉花植株内并成功表达的过程,在基因工程中称为____________。
(3)将目的基因导入受体细胞中的方法很多,该题中涉及的是__________________。
(4)目的基因能否在棉花植株体内稳定维持和表达其遗传物质的关键是________________________________________________________________________
________________。
这需要通过检测才能知道,检测采用的方法是____________________。
答案
(1)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上
(2)转化 (3)农杆菌转化法 (4)目的基因是否插入了受体细胞的染色体DNA上 DNA分子杂交技术
解析 农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法,利用它能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物,以及其Ti质粒上的T-DNA能转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体DNA上的特点,可以把目的基因插入其质粒的T-DNA中,借助其作用使目的基因成功导入受体细胞。
4.大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的载体。
某限制性核酸内切酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中,如果没有插入外源基因,LacZ基因便可表达出β半乳糖苷酶。
当培养基中含有IPTG和Xgal时,Xgal便会被β半乳糖苷酶水解成蓝色,大肠杆菌将形成蓝色菌落。
反之,则形成白色菌落。
下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。
请分析并回答问题。
(1)对已获得的目的基因可利用______________技术进行扩增。
(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中,需要DNA连接酶恢复____________键。
(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是__________________________;
大肠杆菌需事先用Ca2+进行处理,目的是________________________________________________________________________
(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上,培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出______________________________。
(5)若观察到培养基上出现__________________色菌落,则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。
如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因,则不利于重组质粒的筛选,原因是________________________________________________________________________
答案
(1)PCR
(2)磷酸二酯 (3)进行转化 使大肠杆菌细胞处于感受态 (4)导入pUC18质粒的大肠杆菌
(5)白 无论大肠杆菌中是否导入重组质粒,均会呈现蓝色菌落
5.干扰素是治疗癌症的药物,成分是一种糖蛋白,它必须从血液中提取,每升人血只能提取0.05μg,所以价格昂贵。
现在美国加利福尼亚的基因公司用如图的方式生产干扰素,请据图回答下列问题。
(1)从人的淋巴细胞中取出__________________,使它同质粒相结合,然后移植到酵母菌体内,让酵母菌______________________。
(2)酵母菌能用__________________方式繁殖,速度很快,能大量生产__________________,不但提高了产量,也降低了成本。
(3)有人尝试将干扰素基因与大肠杆菌的质粒重组,转入大肠杆菌体内后,形成“工程菌”,此种操作能制备到干扰素吗?
______________________________,请说明理由:
(4)中国青年科学家陈炬成功地把人的干扰素基因移植到烟草的DNA分子上,使烟草获得了抗病毒的能力,试分析:
①人的基因之所以能接到植物体内,其物质基础是________
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