贵州省高三生物一轮复习 第四十讲 基因工程原理及技术学案（无答案）.doc

第四十讲 基因工程原理及技术考纲要求1基因工程的诞生（）。2.基因工程的原理及技术（）。知识梳理一.基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶（1）来源：主要从原核生物中分离纯化而来。（2）作用：识别特定的核苷酸序列并切开相应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dna分子。（2）类型常用类型ecoli dna连接酶t4 dna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3.载体（1）常用载体质粒化学本质：双链环状dna分子特点:能自我复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因（2）其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。深度思考如图为dna分子在不同酶的作用下所发生的变化，则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如何？提示限制性核酸内切酶能将dna分子切割为dna片段，符合图中；dna聚合酶在dna复制过程中将脱氧核苷酸连接成dna链，符合图中；dna连接酶能连接不同的dna片段，符合图中；解旋酶能打开dna双链形成dna单链，符合图中。故正确顺序应为。二.基因工程的操作程序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）获取方法：从基因文库中获取目的基因利用pcr技术扩增目的基因通过dna合成仪用化学方法直接人工合成2.基因表达载体的构建基因工程的核心（1）基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因等。启动子：a位置：位于基因的首端。b作用：是rna聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mrna，最终获得所需要的蛋白质。终止子：a位置：位于基因的尾端。b作用：使转录在所需要的地方停止下来。（2）构建目的：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；使目的基因能够表达和发挥作用。3.将目的基因导入受体细胞（1）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。（2）常用方法（连线）：受体细胞导入方法动物细胞a农杆菌转化法b显微注射法植物细胞c基因枪法d感受态细胞法（ca2处理法）微生物细胞e花粉管通道法【提示】ba、c、ed4.目的基因的检测与鉴定方法检测或鉴定目的水平dna分子杂交技术检测目的基因的有无分子水平分子杂交技术目的基因是否转录抗原抗体杂交目的基因是否翻译抗虫或抗病接种实验是否具有抗虫抗病特性个体水平深度思考基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是ggatcc；限制酶的识别序列和切点是gatc。请据图分析：切割目的基因时宜选择限制酶还是限制酶切割质粒呢？请说明理由。提示由题图及题干信息知，目的基因两侧分别含ggatcc序列和gatc序列，若使用酶切割，只能切断一侧，不能切断另一侧，若使用酶切割，则可同时切断两侧，从而切出目的基因，同理，质粒中也含两种酶识别位点，且两识别位点均位于标记基因部位。若使用酶切割质粒，则可同时破坏两个标记基因，使用酶切割则可保留gene 作标记基因，故切割目的基因应选择酶，切割质粒应选择酶。要点精析1.五种dna相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶dna分子磷酸二酯键黏性末端或平末端dna连接酶dna片段磷酸二酯键重组dna分子dna聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代dnadna解旋酶dna分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链dna （水解）酶dna分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸2.限制酶和dna连接酶之间的关系图示（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）限制酶是一类酶，而不是一种酶。（4）dna连接酶起作用时，不需要模板。3.载体（1）作用：作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。（2）具备的条件：条件适应性稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至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4.限制酶选择的注意事项（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择pst。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sma。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pst和ecor两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。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sma会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，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。易错警示！基因工程操作基本工具的8个易错点（1）限制酶是一类酶，而不是一种酶。（2）限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。（3）在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。（4）将一个基因从dna分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。（5）不同dna分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个dna分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。（6）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。（7）基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。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；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。（8）基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。5.基因工程操作的基本步骤（1）目的基因的获取目前有两种途径：一是直接提取目的基因，如从基因文库中获取。二是人工合成目的基因，常用的方法有化学合成法和反转录法。（2）基因表达载体的构建基因表达载体的组成构建过程（3）将目的基因导入受体细胞细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化法体细胞将目的基因插入ti质粒的tdna上转入农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的dna上动物细胞显微注射技术受精卵将含有目的基因的表达载体提纯取卵获得受精卵显微注射早期胚胎培养胚胎移植发育成为具有新性状的动物微生物细胞ca2处理增大细胞壁通透性原核细胞或酵母菌用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（4）目的基因的检测与鉴定试题精粹1.下列有关限制性核酸内切酶的叙述中正确的是（）a用限制性核酸内切酶切割一个dna分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个b限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在dna中出现的几率就越大ccatg和ggatcc序列被限制酶切出的黏性末端碱基数不同d只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒2.限制性核酸内切酶mun和限制性核酸内切酶ecor的识别序列及切割位点分别是caattg和gaattc。如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是（）3.（2014山东文登三模，35）在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答。（1）基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、_、将目的基因导入受体细胞、_。（2）a过程需要的酶有_和_。（3）要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用_处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为_态；然后将_在缓冲液中混合培养完成转化过程。（4）含有重组质粒的土壤农杆菌侵染离体棉花叶片组织后，将离体棉花叶片组织培养成再生植株要经过c_和e_。如要确保再生植株中含有抗虫基因，可在c过程的培养基中加入_。（5）目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是_。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。4.（2015河北唐山重点中学联考，51）下图是从酵母菌获取某植物需要的某种酶基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题。（1）图中cdna文库_基因组文库（填“大于”“等于”或者“小于”）。（2）过程提取的dna需要_的切割，b过程是_。（3）为在短时间内大量获得目的基因，可用_扩增的方法。目的基因获取之后，需要进行_，其组成必须有_以及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。（4）将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是_，其能否在此植物体内稳定遗传可以用_技术进行检测。5.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列问题。（1）若限制酶的识别序列和切点是gatc，限制酶的识别序列和切点是ggatcc，那么在过程中，应用限制酶_切割质粒，用限制酶_切割抗虫基因。过程在_（填“体内”或“体外”）进行。（2）通过过程得到的大肠杆菌涂布在含有_的培养基上，若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入，该培养基从功能方面属于_培养基。（3）重组质粒导入大肠杆菌的目的是_。（4）过程所用技术称为_，从遗传学角度来看，根本原因是根细胞具有_。6.（2015福建质检，33）为探究shh基因与角化囊肿发生的相关性，科研人员利用shh基因的非模板链转录合成的rna作为探针，进行分子杂交实验，以检测shh基因在角化囊肿中的表达情况。其基本流程如下图：（amp表示氨苄青霉素抗性基因；lacz基因被shh基因插入后不表达）请回答：（1）重组载体中shh基因转录合成rna探针时，_（需要/不需要）启动子。（2）步骤中，用ca2处理大肠杆菌，使之成为_细胞，然后导入重组载体。实验中，用添加氨苄青霉素的培养基培养大肠杆菌，未导入质粒的细菌将会死亡，原因是这些细菌不含有_基因。（3）能表达lacz基因的大肠杆菌在含有iptg和xgal的培养基上会形成蓝色菌落，易于识别。根据上述原理可以初步判断_（蓝色/白色）菌落中的大肠杆菌为重组菌。（4）将制备的探针加入角化囊肿切片中，探针将与_形成杂交带，进而判断shh基因的转录情况。7. （2014山东日照一模，35）下图表示利用细菌中抗虫基因获取抗虫玉米的部分过程（表示操作流程，a、b表示分子，ce表示培养过程，其中过程d表示细菌与玉米细胞混合培养），请回答。（1）上述操作中，获取目的基因的方法可能是_。流程用到的工具酶为_。（2）过程d指的是基因工程基本操作程序中的_，本过程中用到的方法是_。（3）流程中需要的培养基有_种，与动物细胞培养液显著不同的是该培养基中含有_，从而促进根芽的分化。（4）图示过程中涉及的生物技术有_和_。8.（2015福州联考）下图所示为培育农作物新品种的过程示意图。请据图回答有关问题。（1）图示育种过程涉及的生物工程技术有_、_、_等。（2）图中分别表示一个已插入外源dna片段的重组ti质粒，该重组ti质粒还必须有_、_和_。（3）图中从愈伤组织到形成完整的新品种植株的途径有两条，具体通过哪条途径主要取决于培养基中的_的种类及其浓度配比。（4）若仅用二倍体植物甲的未成熟花粉培养完整植株，称为_植株，说明未成熟花粉具有_；这些植株只有通过_才能结实。（5）若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素，则_条件是不需要的。a消毒灭菌 b充足光照c适宜温度 d适宜养料和激素（6）图示育种方法与传统杂交育种相比，主要优点是_。高考真题1.（2013全国高考）下列实践活动包含基因工程技术的是（）a水稻f1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种b抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦c将含抗病基因的重组dna导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株d用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆2. （2014课标，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31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”）。3.（2014重庆理综，4）下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是（）a的构建需要限制性核酸内切酶和dna聚合酶参与b侵染植物细胞后，重组ti质粒整合到的染色体上c的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状d只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异4. （2014福建理综，33）rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞（es细胞）对rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图：（1）步骤中，在核移植前应去除卵母细胞的_。（2）步骤中，重组胚胎培养到_期时，可从其内细胞团分离出es细胞。（3）步骤中，需要构建含有rag2基因的表达载体。可以根据rag2基因的_设计引物，利用pcr技术扩增rag2基因片段。用hind和pst限制酶分别在片段两侧进行酶切获得rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体，所选择的表达载体上应具有_酶的酶切位点。（4）为检测rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞的_，用抗rag2蛋白的抗体进行杂交实验。5.（2015.重庆卷.6）下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是（）a表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mrna反转录获得b表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原（起）点c借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来d启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用（1）一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制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。（2）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基因组中。（3）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。（4）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；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。（5）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）。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。6.（2015.天津卷.8）纤维素分子不能进入酵母细胞，为了使酵母菌能够利用环境中的纤维素为原料生产酒精，构建了含3种不同基因片段的重组质粒，下面是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。据图回答：（1）本研究构建重组质粒时看选用四种限制酶，其识别序列如下图，为防止酶切片段的自身环接，可选用的限制酶组合是_或_a. b. c. d.（2）设置菌株为对照，是为了验证_不携带纤维素酶基因。（3）纤维素酶基因的表达包括_和_过程，与菌株相比，在菌株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有_。（4）在以纤维素为唯一c源的培养基上分别培养菌株、，菌株_不能存活，原因是_。（5）酵母菌生产酒精的细胞部位是_，产生酒精时细胞的呼吸方式是_，在利用纤维素生产酒精时，菌株更具有优势，因为导入的中重组质粒含有_。使分泌的纤维素酶固定于细胞壁，减少因培养液更新二造成的酶的流失，提高酶的利用率。【名师点睛】解决本题首选要求考生需具备的知识储备有：限制酶作用特点，实验设计的原则，基因表达所包含的转录和翻译过程，细胞器的功能，筛选特定微生物的依据，细胞呼吸的相关知识；其次进行实验分析要从单一变量入手，例如（2）；然后还要结合图中信息入手进行分析。即在一道大题中有些是考查知识的识记和应用，有些考查的是依据获取的信息进行分析，做出合理的推断，这就要求考生牢记课本基础知识，平时加强信息题的训练，提高获取信息、利用信息进行分析、推理判断的能力，在高考中才能知道从何入手作答。7.（2015.江苏卷.32）（9 分）胰岛素 a、b 链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图 1 是该方法所用的基因表达载体,图2 表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程（融合蛋白a、b 分别表示-半乳糖苷酶与胰岛素 a、b链融合的蛋白）。请回答下列问题:（1）图1 基因表达载体中没有标注出来的基本结构是。（2）图1 中启动子是酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是。（3）构建基因表达载体时必需的工具酶有。（4）茁-半乳糖苷酶与胰岛素a 链或b 链融合表达,可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部,其意义在于。（5）溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的 a 链或 b 链,且-半乳糖苷酶被切成多个肽段,这是因为。（6）根据图2 中胰岛素的结构,请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是,理由是。【考点定位】基因工程【名师点睛】本题主要考查了基因工程的操作工具和基本步骤中相关知识，一方面需要学生识别图解，另一方面需要学生们对相关知识的系统理解。由于基因工程的名词概念多，易混淆，所以建议在平时的学习中应以基因工程的基本步骤为主线，把各种涉及的方法及其大致过程以及应用的操作工具应做全面的总结、概括，以便在解题时能快速有效地提取相关知识8.（2015.海南卷.31）【生物选修3：现