（选考）2021版新高考生物一轮复习 第十单元 生物技术与工程 第34讲 基因工程学案 新人教版

1 第第 3434 讲讲 基因工程基因工程 考点 1 基因工程的操作工具 1 基因工程的概念 2 限制性核酸内切酶 限制酶 3 dna 连接酶 2 4 载体 1 选修 3 p6 寻根问底 改编 dna 连接酶和 dna 聚合酶的作用相同吗 试简要说明 答案 不相同 dna 连接酶连接的是两个 dna 片段 而 dna 聚合酶连接的是单个的脱 氧核苷酸 2 选修 3 p6 旁栏思考题 想一想 具备什么条件才能充当 分子运输车 答案 能自我复制 有一个或多个限制酶切割位点 有标记基因及对受体细胞无害等 1 2018 高考北京卷 用xho 和sal 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 中是用sal 处理得到的酶切产物 d 图中被酶切的 dna 片段是单链 dna 解析 选 d 不同的限制酶识别序列不同 a 项正确 限制酶切割的产物可用于构建重 3 组 dna b 项正确 泳道 显示四个条带 是sal 处理后的酶切产物的电泳结果 泳道 显示三个条带 是xho 处理后的酶切产物的电泳结果 c 项正确 限制酶的作用特点 是识别特定 dna 序列 并在 dna 两条链特定部位切割产生黏性末端或平末端 d 项错误 2 高考全国卷 图 a 中的三个 dna 片段上依次表示出了ecor bamh 和 sau3a 三种限制性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ecor sau3a 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bamh 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 解析 1 由题图 a 可知 尽管bamh 和sau3a 两种限制酶的识别位点不相同 但两种酶切割后产生的 dna 片段具有相同的黏性末端 故被bamh 酶切后得到的目的基 因可以与题图 b 中表达载体被sau3a 酶切后的产物连接 2 运载体上的启动子和终止 子具有调控目的基因表达的作用 由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止 子的下游 故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译 3 常见的 dna 连接酶是 e coli dna 连接酶和 t4dna 连接酶 但作用有所差别 t4dna 连接酶既能连接黏性末端又 能连接平末端 而e coli dna 连接酶只能连接黏性末端 答案 1 sau3a 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 4 2 甲和丙 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 t4dna 连接酶 t4dna 连接酶 1 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 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pst 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 切割位点 如图乙 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一致 以确保产生相同的黏性末端 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 能进行自主复制 2 载体上标记基因的标记原理 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 素就可以筛选出转入载体的受体细胞 原理如下图所示 1 2020 江苏南京 盐城模拟 下列关于生物学中常见的几种酶的叙述 正确的是 a dna 连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合 b 用限制性核酸内切酶从质粒上切下一个目的基因需消耗 4 个水分子 5 c taq酶是 pcr 仪扩增 dna 分子时常用的一种耐高温的 dna 连接酶 d 在解离根尖分生区细胞时加入纤维素酶有利于提高解离的效果 解析 选 b 黏性末端与黏性末端之间的互补配对的碱基自动形成氢键 dna 连接酶催 化形成磷酸二酯键 a 错误 切下一个目的基因需要打开 2 个切口 水解 4 个磷酸二酯键 故需消耗 4 个水分子 b 正确 taq酶是耐高温的 dna 聚合酶 c 错误 对根尖分生区细胞 进行解离时用解离液处理 不需要纤维素酶 d 错误 2 不定项 下列有关基因工程相关工具的叙述 正确的是 a 限制酶能识别并切割 dna 任意序列 b dna 连接酶与taq酶的作用位点不同 c 没有与目的基因重组的质粒也可以进入受体细胞 d 使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解 解析 选 cd 限制酶具有特异性 能识别 dna 上特定序列并切割 dna 连接酶与taq 酶的作用位点都是磷酸二酯键 进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒 质粒的特点之一 是能够在宿主细胞内稳定存在 故将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内被分 解 3 不定项 下列物质或过程可能影响磷酸二酯键数目变化的是 a 限制性核酸内切酶 b 构建基因表达载体 c 遗传信息的翻译 d 染色体的结构变异 解析 选 abd dna 中含有磷酸二酯键 限制性核酸内切酶可以断裂磷酸二酯键 使磷 酸二酯键数目减少 a 符合题意 构建基因表达载体指将目的基因与运载体连接 磷酸二 酯键数目会增加 b 符合题意 遗传信息的翻译产物是蛋白质 不涉及磷酸二酯键数目的 变化 c 不符合题意 染色体包括 dna 和蛋白质 染色体的结构变异分为染色体片段的缺 失 重复 易位 倒位 其中缺失 重复 易位会导致 dna 片段的数目改变 则磷酸二酯 键数目会发生变化 d 符合题意 4 2020 山东章丘检测 人体的细胞内含有抑制癌症发生的p53 基因 生物技术可对 此类基因的变化进行检测 1 目的基因的获取方法通常包括 利用 pcr 技术扩增目 6 的基因和 2 已知限制酶 e 识别序列为 ccgg 若用限制酶 e 分别完全切割正常人和患者的p53 基因部分区域 见上图 那么正常人的会被切成 个片段 而患者的则被切割成长 度为 对碱基和 对碱基的两个片段 解析 1 目的基因的获取方法通常有从基因文库中获取目的基因 利用 pcr 技术扩增 目的基因和通过化学方法人工合成目的基因三种 2 正常人p53 基因部分区域有两个限制 酶 e 的识别序列 完全切割后可产生三个片段 患者p53 基因部分区域中有一个限制酶 e 的识别序列发生突变 这样患者就只有一个限制酶 e 的识别序列 切割后产生两个片段 分别为 290 170 460 对 碱基和 220 对碱基 答案 1 从基因文库中获取目的基因 通过化学方法人工合成目的基因 2 3 460 220 5 2021 预测 下图所示为 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 1 制备重组质粒 需要限制酶和 酶 如制备重组质粒时 使用pvu 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bamh 识别的核苷酸序列及切割位点为 而sau3a 识别 的核苷酸序列只有 4 个碱基 若bamh 和sau3a 分别切割 dna 所形成的 dna 片段能拼 接成一条 dna 链 则sau3a 识别的核苷酸序列及切割位点为 该拼接在一起的 dna 片段 填 能 否 或 不一定 被bamh 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 解析 1 基因工程所用的工具酶是限制酶和 dna 连接酶 使用pvu 切割 pbr322 质 粒会破坏ampr 氨苄青霉素抗性基因 而tetr 四环素抗性基因 不受破坏 所以可用含有四 环素的培养基来筛选具有目的基因的细胞 2 据题可知 sau3a 识别的核苷酸序列及其切割位点为 这样sau3a 和bamh 切割 dna 时才能形成相同的黏性末端 进而能拼接成一条 dna 链 重新拼接的 7 核苷酸序列不一定是 ggatcc 因此不一定能被bamh 识别 但一定能被sau3a 识 别 3 一个完整的重组质粒有标记基因 目的基因 启动子 终止子和复制原点等特殊片 段 将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法 基因枪法和花粉管通道法 而导入 动物细胞的方法有显微注射法 钙离子处理后的大肠杆菌 将处于感受态 该状态的细胞 具有将外界 dna 吸入细胞的特性 答案 1 dna 连接 四环素 2 不一定 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 后者答出一个即可 将外界 dna 吸入细胞 考点 2 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 也可以是一些具调控作用的因子 2 获取方法 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 3 将目的基因导入受体细胞 项目植物细胞动物细胞微生物细胞 常用方法农杆菌转化法显微注射法转化法 8 受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞 过程 将目的基因插入 ti 质粒的 t dna 上 导入农杆菌 侵 染植物细胞 整合到受体细 胞中染色体的 dna 上 表达 基因表达载体 显微注射 受精卵 发育 新性状个体 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 4 目的基因的检测与鉴定 1 2019 高考江苏卷 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 解析 选 d a 项 b 项和 c 项均采用了基因工程技术 基因工程依据的原理是基因重 组 且参与繁殖的细胞中均含有目的基因 故可遗传给子代 a 项 b 项 c 项不符合题意 d 项也采用了基因工程技术 但只有患者的淋巴细胞中含有目的基因 患者的生殖细胞中 不含目的基因 故不能遗传给子代 d 项符合题意 2 2019 高考全国卷 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 反应中使用taq酶而不使用大肠杆菌 dna 聚合酶的主要原因是 解析 1 基因文库包括基因组文库和 cdna 文库 2 生物体细胞内 dna 复制开始时是 利用解旋酶进行解旋的 而在体外利用 pcr 技术扩增目的基因时 则是通过加热至 90 95 进行解旋的 二者都破坏了碱基对之间的氢键 3 在 pcr 反应过程中 要加热至 90 95 所以使用热稳定性高的taq酶 而不使用在高温下会失活的大肠杆菌 dna 聚合 9 酶 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 3 2019 高考江苏卷 图 1 是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图 载体质粒 p0 具有四环素抗性基因 tetr 和氨苄青霉素抗性基因 ampr 请回答下列问题 1 ecor 酶切位点为 ecor 酶切出来的线性载体 p1 为 末端 2 用taq dna 聚合酶进行 pcr 扩增获得的目的基因片段 其两端各自带有一个腺嘌呤 脱氧核苷酸 载体 p1 用酶处理 在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸 形成 p2 p2 和目的基因片段在 酶作用下 形成重组质粒 p3 3 为筛选出含有重组质粒 p3 的菌落 采用含有不同抗生素的平板进行筛选 得到 a b c 三类菌落 其生长情况如表 代表生长 代表不生长 根据表中结果 判断 应选择的菌落是 填表中字母 类 另外两类菌落质粒导入情况分别是 菌落类型 平板类型 abc 无抗生素 氨苄青霉素 四环素 氨苄青霉素 四环素 4 为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒 拟设计引物进行 pcr 鉴定 图 2 所示为甲 乙 丙 3 条引物在正确重组质粒中的相应位置 pcr 鉴定时应选 择的一对引物是 某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了 400 bp 片段 原因是 10 解析 1 ecor 酶切位点在酶所识别序列的中心轴线处 产生的是平末端 2 dna 连接酶对平末端的连接效率较低 因此通常要将平末端改造成黏性末端后再进行连接 由 于目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸 根据碱基互补配对原则 处理后的 质粒两端需要各添加一个碱基为胸腺嘧啶的脱氧核苷酸 要将处理后的质粒与目的基因连 接起来 需要用 dna 连接酶 3 由于四环素抗性基因中含有ecor 酶识别的序列及切割 位点 所以形成的重组质粒中四环素抗性基因已经被破坏 而氨苄青霉素抗性基因正常 根据表中结果可知 a 菌落抗氨苄青霉素和四环素 说明 a 菌落中导入的是 p0 质粒 b 菌 落抗氨苄青霉素而不抗四环素 说明 b 菌落中导入的是重组质粒 c 菌落既不抗氨苄青霉 素 也不抗四环素 说明 c 菌落中没有导入质粒 4 由于处理后的 p0 质粒的两个末端都 含一个胸腺嘧啶的脱氧核苷酸 而目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸 所 以目的基因在和 p0 质粒连接时可能会出现两种情况 正向连接和反向连接 分析图 2 可知 理论上可以选择的引物组合有甲和丙 乙和丙两种情况 如果选择甲和丙这对引物 则无 论目的基因是否正确插入 扩增的片段都是 50 bp 300 bp 100 bp 450 bp 不符合要 求 如果选择乙和丙这对引物 正向连接和反向连接后所得结果不同 所以应选择乙和丙 这对引物进行 pcr 鉴定 如果目的基因和 p0 质粒反向连接 则引物乙会出现在重组质粒的 外侧 此时若加入引物甲和乙 则可以扩增出 300 bp 100 bp 400 bp 的片段 答案 1 平 2 胸腺嘧啶 t dna 连接 3 b a 类菌落含有 p0 c 类菌落未转入 质粒 4 乙丙 目的基因反向连接 1 基因组文库与部分基因文库的比较 项目基因组文库部分基因文库 cdna 文库 构建基 因文库 的过程 某种生物全部 dna 限制酶 许多 dna 片段 分别与载体 连接导入 受体菌群体 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 11 其他区别 含某种生物全部基因 有启动子 有内含子 部分可与其他生物基因交流 含该种生物 部分 基因 无启动子 无内含子 均可与其他生物基因交流 2 pcr 技术 1 原理 dna 复制 双链 dna 加热 双螺旋结构解体 缓慢冷却 分离的dna链重新结合 单链 dna 2 pcr 反应过程 过程说明图解 变性 当温度上升到 90 以上时 双链 dna 解聚为单 链 复性 温度下降到 50 左右 两种引物通过碱基互补 配对与两条单链 dna 结合 延伸 72 左右时 taq 酶有最大活性 可使 dna 新 链由 5 端向 3 端延伸 3 结果 上述三步反应完成后 一个 dna 分子就变成了两个 dna 分子 随着重复次数 的增多 dna 分子就以 2n的指数形式增加 pcr 的反应过程都是在 pcr 扩增仪中完成的 3 四类受体细胞的筛选与判定 当用相应的限制酶切割了目的基因与载体后 可将二者混合 加入 dna 连接酶进行连 接反应 用得到的混合物直接转化受体细胞 其结果有如下四种 上述四类受体细胞中通过 标记基因 制备的培养基 可区分出 1 2 与 3 4 而 通过 dna 分子杂交技术 可进一步区分 3 与 4 1 农杆菌中的 ti 质粒是植物基因工程中常用的载体 下列相关叙述正确的是 a ti 质粒是能够自主复制的单链 dna 分子 b ti 质粒中磷酸基团都与两个脱氧核糖相连接 12 c 重组 ti 质粒的受体细胞只能是植物愈伤组织细胞 d ti 质粒上的基因可全部整合到受体细胞染色体上 解析 选 b ti 质粒是能够自主复制的环状双链 dna 分子 其分子内部的磷酸基团都 与两个脱氧核糖相连接 a 错误 b 正确 重组 ti 质粒的受体细胞可以是植物愈伤组织细 胞 也可以是植物的其他细胞 c 错误 农杆菌有 ti 质粒 ti 质粒上有一段 t dna 目的 基因可插入 ti 质粒上的 t dna 中 从而导入农杆菌 让农杆菌侵染植物 农杆菌的 ti 质 粒上的 t dna 片段 内有目的基因 整合到受体细胞的染色体上 即只有 ti 质粒上的 t dna 片段 内有目的基因 可整合到受体细胞染色体上 而不是 ti 质粒上的全部基因 d 错误 2 2020 山东省高三等级考模拟 双脱氧核苷三磷酸 ddntp 与脱氧核苷三磷酸 dntp 的 结构如图所示 已知 ddntp 按碱基互补配对的方式加到正在复制的子链中后 子链的延伸 立即终止 某同学要通过 pcr 技术获得被 32p 标记且以碱基 c 为末端的 不同长度的 子链 dna 片段 在反应管中已经有单链模板 引物 dna 聚合酶和相应的缓冲液等 还需 要加入下列哪些原料 dgtp datp dttp dctp dgtp datp dttp 位 32p 标记的 ddctp 位 32p 标记的 ddctp a b c d 解析 选 a 本题中实验的目的是获得 32p 标记的 不同长度的 以碱基 c 为末端 的子链 dna 片段 因此需要保证 pcr 反应中子链延伸的步骤能够正常进行 同时用 ddntp 使子链能在碱基 c 出现的地方停止复制 为了达到上述两个目的 首先需要加入保证复 制正常进行的四种 dntp 故选 其次需要加入 ddctp 使子链在碱基 c 出现的地方停 止复制 由于在复制进行时 位的磷酸基团会脱去 因此 ddctp 的标记位点不能选择 位 故选 综上所述 正确的组合是 3 不定项 利用基因工程技术生产羧酸酯酶 care 制剂的流程如图所示 下列叙述正 确的是 a 过程 需使用逆转录酶 13 b 过程 需使用解旋酶和 pcr 获取目的基因 c 过程 使用的感受态细胞可用 nacl 溶液制备 d 过程 可利用 dna 分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 解析 选 ad 过程 表示利用 mrna 通过逆转录法合成目的基因 逆转录过程中需要 逆转录酶的催化 a 正确 过程 表示利用 pcr 技术对目的基因进行扩增 该过程中不需 要利用解旋酶 解旋是通过高温实现的 b 错误 感受态细胞法利用的是 cacl2溶液 c 错 误 过程 可利用 dna 分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 d 正确 4 2020 广东高三模拟 烟草易受烟草花叶病毒 tmv 感染而大幅度减产 绞股蓝细 胞中含有抗 tmv 基因 能抵抗 tmv 感染 研究人员利用转基因技术培育出了抗 tmv 烟草 操作流程如下图所示 请回答下列问题 1 过程 所用 rna 可以从 中获取 2 过程 可以采用 技术获得大量目的基因 该技术的实质是 3 过程 最常用的方法是 该方法中需将目的基因插入受体细胞的 上 4 过程 所用到的培养基除了卡那霉素之外 还需要加入的特殊物质是 过程 还需要进行基因工程操作步骤中的目的基因的检测与鉴定 在分子 水平上检验获得的烟草能否抗 tmv 的方法是 解析 1 据题图可知 表示逆转录过程 其模板 rna 逆转录形成的 dna 中含有目的 基因 抗 tmv 基因 因此该 rna 可以从绞股蓝细胞的细胞质基质中提取 2 过程 表示获 取目的基因的过程 利用 pcr 技术可以大量扩增目的基因 pcr 技术的原理是双链 dna 的 复制 3 过程 表示将目的基因导入受体细胞的过程 将目的基因导入植物细胞常用农杆 菌转化法 该方法可将目的基因插入受体细胞的染色体 dna 上 4 过程 表示植物组织培 养过程 此过程需要在培养基中加入植物激素 如细胞分裂素和生长素 过程 表示目的 基因的检测与鉴定过程 对于产生的蛋白质可以采用抗原 抗体杂交法进行检验 答案 1 绞股蓝细胞的细胞质基质 2 pcr 或多聚酶链式反应 双链 dna 的复制 3 农杆菌转化法 染色体 dna 4 植物激素 或生长素和细胞分裂素 抗原 抗体杂交法 5 2021 预测 科学家利用植物生产药用蛋白 研究出了用转基因马铃薯生产人的血 清白蛋白的方法 下图表示ecor bamh 两种限制酶在质粒上的切割位点 两种酶识 别和切割位点见表 回答下列相关问题 14 限制酶识别序列和切割位点 ecor g aattc bamh g gatcc 1 该工程中适宜用来切割质粒的限制酶是 原因是 2 获取血清白蛋白基因可以利用反转录法构建的 文库中获取 若利用 pcr 技 术扩增血清白蛋白基因 设计引物序列的主要依据是 还需要在引 物的一端加上 序列 以便于后续的剪切和连接 3 将目的基因和质粒进行连接后 需先用 处理农杆菌以便将基因表达载体导 入马铃薯细胞 筛选含有目的基因的细胞需在培养基中添加 4 从含有血清白蛋白基因的马铃薯细胞中提取血清白蛋白 需通过 过程培养 得到愈伤组织 从其中提取有效成分 解析 1 限制酶切割时必须保证至少一个标记基因的完整性 故不能选择用ecor 切割 只能选择用bamh 切割目的基因和载体 2 反转录法构建的是部分基因 cdna 文 库 pcr 扩增的原理是双链 dna 的复制 需要根据目的 血清白蛋白 基因两端的部分核苷 酸序列合成 2 种引物 还需要在引物一端加上bamh 的识别序列 ggatcc 以便于限制酶 的切割和 dna 连接酶的连接 3 在农杆菌转化法中 要在将基因表达载体导入农杆菌细胞 前 用 ca2 处理农杆菌细胞 使其处于感受态 然后再让含目的基因的农杆菌去感染马铃 薯细胞 进而把目的基因转入马铃薯细胞中 因为基因表达载体中含有抗氨苄青霉素基因 故可以在培养基中加入氨苄青霉 素进行筛选 4 马铃薯细胞需要经过脱分化培养至愈伤组织阶段 即可提取细胞产物 血清白蛋白 答案 1 bamh 用ecor 切割会将质粒上的两个抗性基因都破坏 2 cdna 目 的 血清白蛋白 基因两端的部分核苷酸序列 ggatcc 3 ca2 氨苄青霉素 4 脱分化 考点 3 基因工程的应用与蛋白质工程 1 基因工程的应用 15 1 2 3 4 2 蛋白质工程 1 2017 高考全国卷 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 16 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 解析 1 人为真核生物 从人的基因组文库中获取的基因 a 含有内含子 基因 a 转录 出的产物中有与内含子对应的 rna 序列 大肠杆菌为原核生物 没有真核生物所具有的切 除内含子对应的 rna 序列的机制 因此以大肠杆菌作为受体细胞 不能切除内含子对应的 rna 序列 无法表达出蛋白 a 2 噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体 但它们的 宿主细胞不同 题中受体为家蚕 是一种昆虫 因此 选择昆虫病毒作为载体 噬菌体的 宿主是细菌 不适合作为该实验的载体 3 大肠杆菌具有繁殖快 容易培养 单细胞 遗 传物质少等优点 因此 常作为基因工程的受体细胞 4 常用抗原 抗体杂交的方法检测 目的基因是否表达 故能用于检测蛋白 a 的物质为蛋白 a 的抗体 5 艾弗里等人的肺炎双 球菌转化实验中 s 型菌的 dna 转移到了 r 型菌体内 其对基因工程理论的建立提供的启 示是 dna 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 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 2 高考全国卷 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 158 位的丝氨酸变成亮氨酸 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 中心法则的全部内容包括 17 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 解析 1 据题可知 将 p 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸 240 位的谷氨酰胺变成 苯丙氨酸后 该蛋白质的功能发生了改变 此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺 序进行改造 进而改变了蛋白质的结构 从而改变了蛋白质的功能 2 在蛋白质工程中 目的基因可以以 p 基因序列为基础 对生物体内原有 p 基因进行修饰 也可以通过人工合 成法合成新的 p1基因 中心法则的内容如下图所示 由上图可知 中心法则的全部内容包括 dna 以自身为模板进行的复制 dna 通过转录 将遗传信息传递给 rna 最后 rna 通过翻译将遗传信息表达成蛋白质 在某些病毒中 rna 可自我复制 如烟草花叶病毒等 在某些病毒中能以 rna 为模板逆转录合成 dna 如 hiv 这是对中心法则的补充 3 蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能 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 合成 dna 表达出蛋白质 经过该过程得到的蛋白质 需要对其生物功能进行鉴定 以保证其发挥正常作用 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 1 基因治疗 基因诊断 项目原理操作过程进展 基因 治疗 基因表达 将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 临床试验 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 2 蛋白质工程与基因工程的关系 项目 区别与联系 蛋白质工程基因工程 区过程预期蛋白质功能 设计预期的蛋白获取目的基因 构建基因表达载体 18 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 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 人类所需的类型或生物产品 别 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 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 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 1 2020 江苏徐州高三月考 中华鲟是地球上最古老的脊椎动物 被称为 活化石 研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质 使其更加适应现在的水域环境 以下说法错误的是 a 该工程可以定向改变蛋白质分子的结构 b 改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的 c 改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种 d 改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质 解析 选 d 蛋白质工程可以定向改造蛋白质分子的结构 a 正确 改造蛋白质是通过 改造基因结构而实现的 b 正确 改造后的中华鲟具有新的性状 但其和现有中华鲟仍是 同一物种 c 正确 蛋白质工程改造的是基因 基因可以遗传给子代 因此改造后的中华 鲟的后代也具有改造的蛋白质 d 错误 2 不定项 科学家利用生物技术将人的生长激素基因导入小鼠受精卵的细胞核中 经 培育获得一种转基因小鼠 其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中 在医 学研究及相关疾病治疗方面都具有重要意义 下列有关叙述正确的是 a 选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为这种细胞具有全能性 b 采用 dna 分子杂交技术可检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达 c 人的生长激素基因能在小鼠细胞内表达 说明遗传密码在不同种生物中可以通用 d 将转基因小鼠体细胞进行核移植 克隆 可以获得多个具有外源基因的后代 解析 选 acd 选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为这种细胞具有全能性 而 且全能性最高 a 正确 采用 dna 分子杂交技术可检测转基因生物的 dna 上是否插入了目 的基因 但不能检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达 b 错误 人的生长激素基因能 在小鼠细胞内表达 说明遗传密码在不同种生物中可以通用 c 正确 将转基因小鼠体细 胞进行核移植 克隆 可以获得多个具有外源基因的后代 d 正确 3 不定项 sars 病毒表面的 s 蛋白是主要的病毒抗原 在 sars 病人康复后的血清中 有抗 s 蛋白的特异性抗体 研制预防 sars 病毒的疫苗简要的操作流程如下 下列有关叙述 19 正确的是 a 步骤 所代表的反应过程是逆转录 b 将大量扩增的 s 基因直接导入大肠杆菌 也能得到表达的 s 蛋白 c 步骤 和 常用的方法分别是农杆菌转化法和显微注射法 d 可用抗原 抗体杂交法检测细胞中是否真正成功表达了病毒 s 蛋白 解析 选 ad 分析题图 图中步骤 表示 rna 到 dna 的过程 为逆转录的过程 a 正 确 s 基因必须先与载体构建成重组载体后 才能导入大肠杆菌 从而表达出 s 蛋白 b 错 误 步骤 是将基因表达载体导入大肠杆菌 此过程常用的方法是用 ca2 处理大肠杆菌使 之成为感受态细胞 常用显微注射法 c 错误 若检测 s 蛋白 则可利用抗原 抗体杂 交法 若有杂交带出现 表明 s 蛋白基因已表达出 s 蛋白 d 正确 4 2020 河南中原名校高三质检 干旱会影响农作物产量 科学家们对此进行了研究 下图为用基因探针检验某一抗旱植物基因型的原理 相关基因用 r 和 r 表示 回答下列问 题 1 在利用 pcr 技术扩增 r 或 r 基因的过程中 利用 可寻找抗旱基因的位置并 进行扩增 2 若被检植株发生 a 现象 不发生 b c 现象 据此推测检测另一抗旱植物时会发生 填 a b 或 a 或 b 现象 3 用从基因文库中获取目的基因的方法获取抗旱基因时需要用到限制酶 限制酶能够 识别双链 dna 分子中的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之 间的 断开 4 经检测 抗旱基因已经导入烟草细胞 但未检测出抗旱基因转录出的 mrna 从构 建基因表达载体的角度推测 最可能的原因是 5 要快速繁殖转基因抗旱烟草植株 目前常用的技术是 该技术的基本过 程是将离体的烟草细胞诱导脱分化形成 然后再分化出根和芽并发育成小植株 该技术在作物新品种的培育方面两个最主要的应用是突变体的利用和 20 解析 1 用 pcr 技术扩增 r 或 r 基因时 需要用引物寻找抗旱基因的位置 2 被检 植株发生 a 现象 不发生 b c 现象 即 r 探针没有形成杂交斑 所以被检植物的基因型应 为 rr 因此另一抗旱植物的基因型应为 rr 或 rr 据题图分析可发生 a 或 b 现象 3 限制 酶能够识别双链 dna 分子中的某种特定核苷酸序列 并且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 4 经检测 抗旱基因已经导入烟草细胞 但未检测出抗旱基 因转录出的 mrna 从构建基因表达载体的角度推测 最可能的原因是基因表达载体上目的 基因首端未加入启动子 5 植物组织培养技术可快速繁殖抗旱烟草植株 该技术包括脱分 化和再分化两个基本过程 其中先将离体的烟草细胞诱导脱分化形成愈伤组织 然后再分 化出根和芽并发育成小植株 该技术在作物新品种的培育方面两个最主要的应用是突变体 的利用和单倍体育种 答案 1 引物 2 a 或 b 3 磷酸二酯键 4 基因表达载体上目的基因首端未加入 启动子 5 植物组织培养技术 愈伤组织 单倍体育种 5 2020 安徽宣城模拟 转基因技术的应用大大提高了动植物的品质 下图是绿色荧 光蛋白转基因克隆猪培育示意图 据图回答下列问题 1 过程 需要的工具酶有 绿色荧光蛋白基因需要导入成纤维细胞的 上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基因克隆猪 2 猪胎儿成纤维细胞培养过程中 为了防止培养过程中的污染 通常还要在细胞培养 液中添加一定量的 3 通过过程 将早期胚胎移植到受体母猪体内能存活的原因是 4 若是想在短期内获得更多的相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪该如何做 5 科学家将反义 f3h 序列导入康乃馨中 降低了植株中 f3h 基因的表达量和酶活性 封锁了花青素合成途径 获得了花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨 以上 说明目的基因除了编码蛋白质的基因外 还可以是 将目的基因导入植 物细胞常用的方法是 21 解析 1 题图中过程 表示基因表达载体的构建 过程 表示超数排卵处理 过程 是核移植过程 过程 是早期胚胎培养 过程 是胚胎移植过程 最后通过妊娠分娩获得 绿色荧光蛋白转基因克隆猪 构建基因表达载体时 需要的工具酶有限制酶和 dna 连接酶 绿色荧光蛋白基因需要导入成纤维细胞的染色体 dna 上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基 因克隆猪 2 猪胎儿成纤维细胞培养过程中 培养液中通常加入抗生素 其目的是防止培 养液被污染 3 早期胚胎移植时 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 这为胚胎在受体母猪体内存活提供了可能 4 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质 所以将早期胚胎进行胚胎分割移植可以获得更多相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪 5 科 学家将反义 f3h 序列导入康乃馨中 降低了植株中 f3h 基因的表达量和酶活性 封锁了花 青素合成途径 获得了花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨 以上说明目的 基因除了编码蛋白质的基因外 还可以是调控作用因子 因为导入的对象是植物细胞 而 土壤中的农杆菌易侵染植物细胞 故一般用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞 答案 1 限制酶和 dna 连接酶 染色体 dna 2 抗生素 3 受体对移入子宫的外来 胚胎基本上不发生免疫排斥反应 4 对早期胚胎进行分割移植 5 调控作用因子 农杆 菌转化法 考点 4 dna 的粗提取与鉴定 1 实验原理 1 dna 与蛋白质在不同浓度的 nacl 溶液中溶解度不同 项目溶解规律2 mol l nacl 溶液0 14 mol l nacl 溶液 dna 溶解析出 蛋白质 nacl 溶液物质的量浓度从 2 mol l 逐渐降低的过程中 蛋白 质溶解度逐渐增大 部分发生盐析沉淀溶解 2 dna 不溶于酒精溶液 但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 利用这一原理可将 dna 与蛋白质进一步分离 3 dna 与二苯胺沸水浴加热 呈蓝色 2 操作流程 材料的选取 选用 dna 含量相对较高的生物组织 破碎细胞 以鸡血为例 鸡血细胞 加蒸馏水 用玻璃棒搅拌 用纱布过滤 收集滤液 去除杂质 利用 dna 在不同浓度的 nacl 溶液中溶解度不同 通过控制 nacl 溶液的浓 22 度去除杂质 dna 的析出 将处理后的溶液过滤 加入与滤液体积相等的 冷却的体积分数为 95 的 酒精溶液 dna 的鉴定 在溶有 dna 的溶液中加入二苯胺试剂 混合均匀后将试管置于沸水中加 热 5 min 溶液变成蓝色 dna 的粗提取与鉴定中的 2 4 4 加蒸馏水 2 次 加到血细胞中 使血细胞吸水破裂 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 4 次 过滤血细胞破裂液 得到含细胞核物质的滤液 过滤溶有 dna 的 2 mol l 的 nacl 溶液 取滤液 滤取 0 14 mol l 的 nacl 溶液中析出的 dna 黏稠物 过滤溶有 dna 的 2 mol l 的 nacl 溶液 用 nacl 溶液 4 次 加 2 mol l 的 nacl 溶液 溶解提取的细胞核物质 用 0 14 mol l 的 nacl 溶液使 dna 析出 用 2 mol l 的 nacl 溶液 溶解滤取的 dna 黏稠物 用 2 mol l 的 nacl 溶液 溶解丝状物用于鉴定 dna 1 下图为 dna 粗提取和鉴定 实验的相关操作 请仔细观察并分析回答下列问题 1 操作 和 都是加入蒸馏水 其目的一样吗 2 操作 中加入酒精的目的是什么 此时搅拌要注意什么 23 3 操作 中的黏稠物是如何获取的 加入 2 mol l nacl 的目的是什么 答案 1 不一样 是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质 是稀释 nacl 溶液使其 浓度接近 0 14 mol l 去除溶于低浓度 nacl 溶液的杂质 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 黏稠物是经过单层纱布过滤获得的 加入 2 mol l 的 nacl 溶液的目的是使 dna 再 次溶解 2 实验中对 dna 进行鉴定时 有如下操作 据图表回答下列问题 试管 序号 ab 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 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 dna 丝状物 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 颜色反应的速度 观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后 答案 1 溶液不变成蓝色 溶液逐渐变成蓝色 dna 在沸水浴的情况下遇二苯胺会变 24 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 易误警示 易错点 1 误认为目的基因的插入位点是 随机 的 点拨 目的基因的插入位点不是随机的 基因表达需要启动子与终止子的调控 所 以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位 若目的基因插入启动子内部 启动子将失 去原功能 易错点 2 误认为切取目的基因与切取载体时 只能 使用 同一种酶 点拨 1 在获取目的基因和切割载体时通常用同种限制酶 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时 在 dna 连接酶的作用下目的基因 与载体也可以连接起来 2 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 分别处理目的基因和载体 使目的基因两侧及载体上具有两个不同的黏性末端 易错点 3 混淆启动子与起始密码子 终止子与终止密码子 不明确标记基因的作用 点拨 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 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 4 标记基因 一般为抗生素抗性基因或荧光基因等 其作用是鉴别受体细胞中是否含 有目的基因 目的基因是否导入成功 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 易错点 4 误认为基因工程可导致受体细胞或生物产生 新基因 或 新蛋白质 点拨 基因工程的实质是 基因重组 它是将外源基因导入受体细胞 使该基因在 受体细胞中表达 由于 外源基因 是自然界已存在的 现成 基因 故基因工程并未 产生新基因 因此目的基因表达时也未产生新蛋白质 基因工程只不过是让受体细胞 或生 物 实现了 外源基因的表达 纠错体验 1 在基因工程中 可依据受体细胞的类型及其生理特性来选择合适的载体 既能高效 地携带目的基因进入受体细胞 又能方便地进行检测 已知有以下几类含有不同标记基因 25 的质粒 不可作为侵入大肠杆菌的载体的是 已知青霉素可杀死细菌 四环素不能杀死大肠 杆菌 解析 选 b a 质粒携带的目的基因是否进入大肠杆菌 可用含有青霉素的培养基培养 大肠杆菌 如果大肠杆菌不死亡 说明这些大肠杆菌已含有了 a 质粒上的标记基因表达出 的性状 进一步说明目的基因已被携带进入大肠杆菌细胞内 b 质粒作载体导入大肠杆菌 无论大肠杆菌含有抗四环素基因与否 都能在含四环素的培养基上生长 所以不能用于检 测目的基因是否进入大肠杆菌 c 和 d 质粒上的标记基因均可明显指示目的基因是否进入 大肠杆菌细胞内 2 为了增加菊花花色类型 研究者从其他植物中克隆出花色