2013高中生物 专题一 基因工程精品学案 新人教版选修3

1 专题一专题一 基因工程第基因工程第 1 1 课时课时 DNADNA 重组技术的基本工具重组技术的基本工具 目标导航 1 简述 DNA 重组技术所需三种基本工具的作用 2 认同基因工程的诞生和发展离不开理 论研究和技术创新 一 基因工程的概念 基因工程又叫做 技术或 技术 是指按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外 和 等技术 赋予生物以新的 从而创造出更符合人们 需要的新的 和 二 基因工程中的工具 1 限制性核酸内切酶 1 简称 2 来源 主要是从 中分离纯化而来的一类酶 3 种类 约 4 000 种 4 功能 识别双链 DNA 分子某种 使每一条链中 的 断开 5 功能特点 识别序列和酶切位点的 6 酶切结果 黏性末端 当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧切开时 错切 产生的是黏性末端 黏性 末端是指双链 DNA 被限制酶切开后 切口处的两个末端伸出的由若干核苷酸组成的单链 平末端 当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时 平切 产生的则是平末端 2 DNA 连接酶 1 作用 将两个 DNA 分子片段 起来 恢复被 切开了的两个核苷酸之间 的 2 种类 和 3 进入受体细胞的载体 1 必备条件 在宿主细胞中能 下来并能大量 多个 供外源 DNA 片段插入 有一定的 便于筛选 2 常用载体 质粒 质粒是一种 的 结构 独立于细菌 之外 并具有 能力 的 分子 3 最常用的质粒是 的质粒 其中含有 知识点一 正确理解基因工程的概念 1 下列关于基因工程的叙述 不正确的是 2 A 基因工程的原理是基因重组 B 运用基因工程技术 可使生物发生定向变异 C 一种生物的基因转接到另一种生物的 DNA 分子上 属于基因工程的内容 D 是非同源染色体上非等位基因的自由组合 2 以下有关基因工程的叙述 正确的是 A 基因工程是细胞水平上的生物工程 B 基因工程的目的是获得目的基因表达的蛋白质产物 C 基因工程产生的变异属于人工诱变 D 基因工程育种的优点之一是可以定向地使生物产生可遗传的变异 知识点二 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 3 限制性核酸内切酶 的识别序列和切点是 G GATCC 限制性核酸内切酶 的识别序列和切点 是 GATC 在质粒上有酶 的一个切点 在目的基因的两侧各有 1 个酶 的切点 1 请画出质粒被限制性核酸内切酶 切割形成黏性末端的过程 2 请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶 切割形成黏性末端的过程 3 在 DNA 连接酶的作用下 上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来 为什么 知识点三 分子运输车 载体 4 质粒之所以能做基因工程的载体 是由于它 A 含蛋白质 从而能完成生命活动 B 能够自我复制 从而保持连续性 C 是 RNA 能够指导蛋白质的合成 D 具有环状结构 能够携带目的基因 5 如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图 据图回答下列问题 3 1 a 代表的物质和质粒的化学本质相同 都是 二者还具有其他共同点 如 写出两条即可 2 若质粒 DNA 分子的切割末端为 则与之连接的目的基因切割末端应为 A TGCGC 可使用 把质粒和目的基因连接在一起 3 氨苄青霉素抗性基因在质粒 DNA 上称为 其作用是 4 下列常在基因工程中用作载体的是 A 苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B 土壤农杆菌环状 RNA 分子 C 大肠杆菌的质粒 D 动物细胞的染色体 基础落实 1 人们将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中培育成为抗虫棉 这个过程中所利用的主要 原理是 A 基因突变B 基因重组C 基因工程D 染色体变异 2 下列有关限制酶知识的叙述 错误的是 A 产生于细胞内 同时可以在细胞外起作用 B 一种限制酶可以识别多种特定的核苷酸序列 C 限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 D 微生物中的限制酶对自身 DNA 无损害作用 3 属于 分子缝合针 的是 E coliDNA 连接酶 T4DNA 连接酶 DNA 聚合酶 解旋酶 RNA 聚合酶 A B C D 4 限制性核酸内切酶EcoR 对 DNA 的识别序列是 GAATTC 当用它处理环状 DNA 分子时 可形成 A 两端相同的线性 DNA 有黏性末端 4 B 两端相同的线性 DNA 无黏性末端 C 两端不同的线性 DNA 一端有黏性末端 一端无黏性末端 D 两种末端无法判断 5 在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是 A 限制酶和 DNA 连接酶B 限制酶和 DNA 水解酶 C 限制酶和载体D 连接酶和载体 6 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 B C D 能力提升 7 下列关于基因工程的叙述 错误的是 A 目的基因由载体导入受体细胞 B 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶是两类常用的工具酶 C 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 D 载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞和促进目的基因的表达 8 2008 年诺贝尔化学奖授予了 发现和发展了水母绿色荧光蛋白 的三位科学家 如果将绿色荧光 蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因 再将该融合基因转入真核生物细胞内 表达出 的蛋白质就会带有绿色荧光 绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是 A 追踪目的基因在细胞内的复制过程 B 追踪目的基因插入到染色体上的位置 C 追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D 追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构 9 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶 Amy 基因 a 通过基因工程的方法 将基因 a 与载体结合 后导入马铃薯植株中 经检测发现 Amy 在成熟块茎细胞中存在 下列有关这一过程的叙述不正确的是 A 获取基因 a 的限制酶的作用部位是图中的 B 连接基因 a 与载体的 DNA 连接酶的作用部位是图中的 C 基因 a 进入马铃薯细胞后 可随马铃薯 DNA 分子的复制而复制 传给子代细胞 5 D 通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状 题号 123456789 答案 10 请根据下面的实验原理和材料用具 设计实验探究质粒的抗生素基因所控制的抗菌类别 实验原理 作为载体的质粒须有标记基因 这一标记基因可以是抗生素抗性基因 故有抗生素抗性 基因的细菌 其质粒可以选作为载体 抗生素抗性基因一般位于质粒上 材料用具 青霉素溶液 10 万单位 mL 的四环素溶液 菌种 灭菌的含有细菌培养基的培养皿 酒 精灯 接种环 一次性注射器 蒸馏水 恒温箱等 1 方法步骤 第一步 取三个含细菌培养基的培养皿 编号 1 2 3 在酒精灯旁 用三支注射器分别注入 1 毫升 的蒸馏水 青霉素溶液和四环素溶液 并使之在整个培养皿表面均匀分布 第二步 第三步 将接种后的三个培养皿放入 37 恒温箱中培养 24 小时 2 预期结果及结论 若 1 号培养皿中细菌正常生长 2 3 号培养皿中细菌不能存活 说明该细菌质粒既无青霉素抗性 基因 也无四环素抗性基因 3 设置 1 号培养皿的目的是进行 综合拓展 11 基因工程中 需使用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 G GATCC 限制酶 的识别序列和切点是 GATC 1 根据已知条件和图回答 上述质粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割 6 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 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 3 大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌 但不能表达结构复杂的蛋白质 哺乳类细胞 昆虫 细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白 但操作复杂 表达水平低 不易推广使用 基因 工程中常选用酵母菌作为受体细胞 请从细胞结构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不足的理 由 答案答案 知识清单 一 基因拼接 DNA 重组 DNA 重组 转基因 遗传特性 生物类型 生物产品 二 1 1 限制酶 2 原核生物 4 特定核苷酸序列 特定部位的两个核苷酸之间 磷酸二酯键 5 专一性 2 1 缝合 限制酶 磷酸二酯键 2 E coli DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 3 1 保存 复制 限制酶单一切点 标记基因 2 裸露 简单 拟核 DNA 自我复制 双链环状 DNA 3 大肠 杆菌 抗生素抗性基因 对点训练 1 D 基因工程实现了将一种生物的基因与另一种生物的基因组合到同一个体中的愿望 所以这是 一种基因重组现象 基因工程是两种生物间的基因重组 而非同源染色体上非等位基因的自由组合仅限 于一种生物的一个个体减数分裂过程中 知识链接 基因工程的概念理解 1 操作环境 体外 关键步骤 基因表达载体的构建 的环境 2 优点 与杂交育种相比 克服了远缘杂交不亲和的障碍 与诱变育种相比 定向改造生物性状 3 操作水平 分子水平 4 原理 基因重组 5 本质 甲 供体 提供目的基因 乙 受体 表达目的基因 即基因未变 合成蛋白质未变 导入 只是合成场所的转移 2 D 基因工程是在分子水平上 对 DNA 进行设计和施工 按照人们的意愿定向地改造生物性状 创造出符合人们需要的生物类型或生物产品 基本原理应为基因重组 知识链接 1 不同基因拼接为重组 DNA 的理论基础 1 DNA 分子的基本单位相同 都是由脱氧核苷酸构成的 2 空间结构相同 不同生物的 DNA 分子 都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺 旋结构 7 3 碱基配对方式相同 不同生物的 DNA 分子中 两条链之间的碱基配对方式均是 A 与 T 配对 G 与 C 配对 2 外源基因在受体细胞内表达的理论基础 1 基因是控制生物性状的独立遗传单位 2 遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向 3 生物界共用一套遗传密码 3 1 2 3 能 因为上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的 解析 限制酶具有专一性 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列并从特定的切点将 DNA 分 子切开 被限制酶切开的 DNA 两条单链切口 如果各含有几个伸出的 可互补配对的核苷酸 这种切口 就是黏性末端 两个黏性末端之间 只要切口处伸出的核苷酸间互补 就能在 DNA 连接酶的作用下连接 起来 虽然限制酶 和限制酶 识别的序列和切点不完全相同 但是形成的黏性末端是相同的 存在着 互补关系 因此在 DNA 连接酶的作用下是可以连接起来的 知识链接 1 限制性核酸内切酶 1 作用特点 具有专一性 表现在两个方面 识别双链 DNA 中特定核苷酸序列 切割特定序列中的特定位点 特定序列表现为中心对称 如EcoR 酶的切割序列 如下图 2 作用结果 产生黏性末端或平末端 黏性末端 是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将 DNA 的两条链分别切开形成的 如下图所示 平末端 是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的 如下图所示 8 2 DNA 连接酶 常用的 DNA 连接酶 4 B 质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中 是一种很小的环状 DNA 其上有标记基因 便于在受 体细胞中检测 质粒在受体细胞中 能随受体细胞 DNA 复制而复制 进行目的基因的扩增和表达 思路导引 解答本题的关键是 理解并灵活应用质粒的定义 掌握载体需具备的条件 然后根 据质粒的特点做出判断 知识链接 基因进入受体细胞的载体 分子运输车 1 类型 2 功能 将目的基因导入受体细胞 3 应具备条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有一个至多个限制酶的切割位点 以便于外源基因连接 有特殊的遗传标记基因 供重组 DNA 的检测和鉴定 5 1 DNA 能够自我复制 具有遗传效应 2 DNA 连接酶 CGCGT A 3 标记基因 供重组 DNA 的鉴定和选择 4 C 解析 本题通过质粒结构的模式图考查质粒的功能和特点 分析如下 9 归纳提升 1 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 2 常见的标记基因有抗生素抗性基因 产生特定颜色的表达产物基因 发光基因等 3 作为载体必须具有一个至多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 因为某种限制酶只 能识别单一切点 若载体上有一个以上的酶切点 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 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的一个切点 则酶切后既能 把环打开接纳外源 DNA 片段 又不会丢失自己的片段 4 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都不相同 5 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞内 也可在体外 课后作业 1 B 将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中 通过 DNA 转录 翻译合成特定的蛋白质 表 现出特定的性状 此题易错选 C 基因工程是一种技术手段 而不是生物学原理 抗虫棉的培育利用的是 基因工程这一技术手段使基因发生重组 2 B 微生物中限制酶被提取出来之后 可以在细胞外起作用 进行 DNA 的切割 例如基因工程中 的限制酶的应用就是在细胞外进行的 限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 每种限制酶只能识 别一种特定的核苷酸序列 3 B 分子缝合针 是指 DNA 连接酶 4 A 不同限制性核酸内切酶切割位点是不相同的 DNA 分子经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通 常有两种形式 即黏性末端和平末端 如果是限制酶EcoR 则在它识别序列的中心轴线两侧进行切割 产生黏性末端 如果是限制酶Sma 则在它识别序列的中心轴线处切割 产生的是平末端 5 A 解答本题的关键是 修饰 改造 二词 限制性核酸内切酶 即限制酶 是剪切基因的 剪刀 DNA 连接酶是将 DNA 末端之间的缝隙 缝合 起来的 分子缝合针 所以修饰改造工具是限制酶和 DNA 连接酶 6 C 限制性核酸内切酶 DNA 聚合酶 DNA 连接酶三者均作用于磷酸二酯键处 限制性核酸内切 酶使键断开 而 DNA 聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸 DNA 连接酶作用于 DNA 片段 解旋酶作用于氢键 使 DNA 双链打开 形成 DNA 单链 7 D 载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞 但由于它和目的基因是相互独立的 不 10 能促进目的基因的表达 8 C 将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因 将该融合基因转入真核 生物细胞内 表达出的蛋白质带有绿色荧光 从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 9 B 限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都位于 但两者作用相反 载体具有在宿主细胞中复制的 能力 与目的基因结合后 目的基因也会在宿主细胞中一起复制 基因工程的目的就是定向改造生物的 遗传性状 10 1 第二步 将接种环在酒精灯上灼烧 并在酒精灯火焰旁对三个培养皿接种 2 若仅 1 2 号中细菌存活 3 号中细菌死亡 说明该细菌质粒上有青霉素抗性基因 无四环素抗 性基因 若仅 1 3 号中细菌存活 2 号细菌死亡 说明该细菌质粒上无青霉素抗性基因 有四环素抗性基 因 若 1 2 3 号中细菌都存活 说明该细菌质粒上既有青霉素抗性基因 又有四环素抗性基因 3 对照 解析 本实验的目的是探究细菌质粒上的抗性基因 1 号培养皿中未加抗生素 不管细菌质粒上有无 抗生素基因 该培养皿中的细菌都能存活 所以是起对照作用的 2 号培养皿中加入了青霉素 只有细菌 质粒上有抗青霉素的基因 其中的细菌才能存活 否则 其中的细菌就会死亡 3 号培养皿中加入了四环 素 只有细菌质粒上有抗四环素的基因 其中的细菌才能存活 否则 就会被四环素杀死 注意预测结 果时考虑问题要全面 几种可能的情况都应该考虑到 而且每种可能结果要和相应的结论对应起来 11 1 DNA 连接酶 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 其他合理答案均可 3 单细胞真核生物 含有加工 修饰蛋白质的内质网和高尔基体 繁殖速度快 能很快得到大 量的目的基因 培养成本低 容易培养 解析 要形成重组质粒 质粒只能出现一个切口 并且至少保留一个标记基因 因 序列在Gene 上 因此用限制酶 切割 保留Gene 标记基因 目的基因必须切割两 GGATCC CCTAGG 次 切割后产生的黏性末端能与质粒的黏性末端互补 序列中有酶 的切割序列 因此 GGATCC CCTAGG 用酶 产生的末端互补 11 第第 2 2 课时课时 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 目标导航 1 简述基因工程原理及基本操作程序 2 尝试设计某一转基因生物的研制过程 一 基因工程的基本操作程序 1 的获取 2 的构建 3 将目的基因导入 4 目的基因的 与鉴定 二 目的基因的获取 1 目的基因 主要是指编码蛋白质的 也可以是一些具有 2 基因文库 1 基因文库的含义 将含有某种生物不同基因的许多 导入 的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因 称为基因文库 Error Error 2 基因文 库的种类 3 获取目的基因的方法 1 从基因文库中获取目的基因 Error Error 目的基因的 获取依据 2 利用 PCR 技术扩增目的基因 PCR 的含义 是一项在生物体外 特定 DNA 片段的核酸合成技术 过程 目的基因受热形成 与 结合 在 的作用下延伸形成 DNA 方式 指数扩增 2n n为扩增循环的次数 3 人工合成法 若 较小 序列已知 可以人工合成 三 基因表达载体的构建 1 组成Error Error 2 功能 1 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以 给下一代 2 使目的基因 和发挥作用 四 将目的基因导入受体细胞 1 转化 进入受体细胞内 并且在受体细胞内 和 的过程 2 导入植物细胞 1 方法 基因枪法 2 农杆菌特点 易感染 和 Ti 质粒上的 可转移至受体细胞 并且整合到受体细胞 上 3 导入动物细胞 12 1 常用方法 技术 2 常用受体细胞 4 导入微生物细胞 1 原核生物特点 多为 遗传物质相对 等 2 对受体细胞的常用处理方法 用 处理细胞 使细胞处于一种能吸收周围环境中 DNA 分 子的生理状态 这种细胞称为 五 目的基因的检测与鉴定 1 Error Error 分子水平 上的检测 与鉴定 2 个体生物学水平上的检测与鉴定 如一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后 是否赋予了植物抗虫或抗病特性 需要做抗虫 或抗病的 知识点一 目的基因获取的几种方法 1 有关目的基因的获取和基因文库的理解 不正确的是 A 目的基因可以从自然界中分离 也可以人工合成 B 目的基因主要指编码蛋白质的结构基因 C 基因文库就是基因组文库 D cDNA 文库只含有某种生物的一部分基因 2 下列属于 PCR 技术所需条件的是 单链的核苷酸序列引物 目的基因所在的 DNA 片段 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 DNA 连接酶 DNA 聚合酶 DNA 限制酶 A B C D 知识点二 基因表达载体的构建和目的基因的导入 3 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 下列操作错误的是 A 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B 用 DNA 连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C 将重组 DNA 分子导入烟草原生质体 D 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 4 下图为某种质粒表达载体的简图 小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoR BamH 的酶切位 点 ampR为青霉素抗性基因 tetR为四环素抗性基因 P 为启动子 T 为终止子 ori为复制原点 已知 目的基因的两端分别有包括EcoR BamH 在内的多种酶的酶切位点 13 据图回答 1 将含有目的基因的 DNA 与质粒分别用EcoR 酶切 酶切产物用 DNA 连接酶进行连接后 其中由两 个 DNA 片段之间连接形成的产物有 三种 若要从这些连 接产物中分离出重组质粒 需要对这些连接产物进行 2 用上述 3 种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验 之后将这些宿主细胞接种到 含四环素的培养基中 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 若接种到含青霉素 的培养基中 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 3 目的基因表达时 RNA 聚合酶识别和结合的位点是 其合成的产物是 4 在上述实验中 为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接 酶切时应 选用的酶是 知识点三 目的基因的检测与鉴定 5 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过鉴定和检测才能知道 下列属于目的基因检测和鉴定的是 检测受体细胞是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录 mRNA 检测目的基因是否翻译蛋白质 A B C D 知识点四 知识整合 基因工程操作的全过程 6 下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线 图中tetR表示四环素抗性基因 ampR 表示氨苄青霉素抗性基因 BamH Hind Sma 直线所示为三种限制酶的酶切位点 据图回答 1 图中将人乳铁蛋白基因插入载体 需用 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含 的培养基上进行 2 能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是 填字母代号 14 A 启动子B tetR C 复制原点D ampR 3 过程 可采用的操作方法是 填字母代号 A 农杆菌转化B 大肠杆菌转化 C 显微注射D 细胞融合 4 为检测人乳铁蛋白是否成功表达 可采用 填字母代号 技术 A 核酸分子杂交B 基因序列分析 C 抗原 抗体杂交D PCR 7 如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程 请据图作答 1 图中基因工程的基本过程可以概括为 四步曲 2 能否利用人的皮肤细胞来完成 过程 为什么 3 过程 必需的酶是 酶 过程 必需的酶是 酶 4 若 A 中共有a个碱基对 其中鸟嘌呤有b个 则 过程连续进行 4 次 至少需提供胸腺嘧啶 个 5 在利用 A B 获得 C 的过程中 必须用 切割 A 和 B 使它们产生 再加入 才可形成 C 6 为使过程 更易进行 可用 药剂 处理 D 基础落实 1 下列获取目的基因的方法中需要模板链的是 从基因文库中获取目的基因 利用 PCR 技术扩增目的基因 反转录法 通过 DNA 合成仪利用化学方法人工合成目的基因 A B C D 2 采用基因工程的方法培育抗虫棉 下列导入目的基因的方法正确的是 将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的 DNA 序列注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的 DNA 序列与质粒重组 导入农杆菌 用该细菌感染棉的体细胞 再进行组 15 织培养 将编码毒素蛋白的 DNA 序列与细菌质粒重组 借助花粉管通道进入受精卵 A B C D 3 基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计施工的 在基因操作的基本步骤中 不进行碱基互补配对 的是 A 人工合成目的基因 B 目的基因与载体结合 C 将目的基因导入受体细胞 D 目的基因的检测和表达 4 研究人员想将生长激素基因通过质粒导入大肠杆菌细胞内 以表达产生生长激素 已知质粒中存 在两个抗性基因 A 是抗链霉素基因 B 是抗氨苄青霉素基因 且目的基因不插入基因 A B 中 而大肠 杆菌不带任何抗性基因 则筛选获得 工程菌 的培养基中的抗生素首先应该 A 仅有链霉素 B 仅有氨苄青霉素 C 同时有链霉素和氨苄青霉素 D 无链霉素和氨苄青霉素 5 如图为表达载体的模式图 若结构 X 是表达载体所必需的 则 X 最可能是 A 氨苄青霉素抗性基因B 启动子 C 限制酶D DNA 连接酶 能力提升 6 质粒是基因工程中最常用的载体 它存在于许多细菌体内 某细菌质粒上的标记基因如图所示 通过标记基因可以推知外源基因 目的基因 是否转移成功 外源基因插入的位置不同 细菌在培养基上 的生长情况也不同 如图所示外源基因在质粒中可插入的位置有 a b c 点 某同学根据实验现象对其 插入的位点进行分析 其中分析正确的是 16 实验现象实验推论 在含青霉素培养 基上的生长情况 在含四环 素培养基 上的生长 情况 目的基因插入的位置 A 能生长能生长 a B 不能生长能生长 b C 能生长不能生长 c D 不能生长不能生长 c 7 如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法 相关叙述中正确的是 A 这三种方法都用到酶 都是在体外进行 B 碱基对的排列顺序均相同 C 片段均不含内含子 但含非编码区 D 方法 a 不遵循中心法则 8 人们试图利用基因工程的方法 用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质 生产流程是 甲生物的 蛋白质 mRNA目的基因与质粒 DNA 重组导入乙细胞获得甲生物的蛋白质 下 列说法正确的是 A 过程需要的酶是反转录酶 原料是 A U G C B 要用限制酶切断质粒 DNA 再用 DNA 连接酶将目的基因与质粒连接在一起 C 如果受体细胞是细菌 可以选用枯草杆菌 炭疽杆菌等 D 过程中用的原料不含有 A U G C 题号 12345678 答案 9 通过基因工程的方法 科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并获得成功表达 棉 铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡 花粉管通道法是指 利用植物花粉萌发时形成的花粉管通 道将毒蛋白基因送入胚囊 进而导入尚不具备细胞壁的合子或早期胚体细胞中 借助天然的种胚系统 形成含有目的基因的种胚 请回答下列问题 1 下列所示的黏性末端是由 种限制性核酸内切酶作用产生的 2 利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞 此过程是基因工程操作步骤中的第三步 即 获取目的基因时 如果基因比较小 核苷酸序列又已知 则可以通过 DNA 合成仪 17 用化学方法直接 3 该目的基因在导入受体细胞前需要与载体结合 目前经常使用的载体是 4 基因工程操作的第四步是目的基因的检测与鉴定 其中分子水平的检测又分三步 首先要检测转 基因生物的 DNA 上是否插入了目的基因 采用的技术是 其次还要检测 方法同样是采用分子杂交技术 最后检测 方法 是 杂交 10 科学家通过基因工程的方法 将苏云金芽孢杆菌的 Bt 毒蛋白基因转入普通棉株细胞内 并成功 实现了表达 从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株 抗虫棉 其过程大致如图所示 请分析回答 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 的特点 2 Bt 毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程 在基因工程中称为 3 将目的基因导入受体细胞的方法有很多种 该题中涉及的是 4 目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键是 这需要通过检测才能知道 检测采用的方 法是 综合拓展 11 分析有关基因表达的资料 回答问题 取同种生物的不同类型细胞 检测其基因表达 结果如下图 1 基因 1 8 中有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因 则该基因最有可能是基因 2 如图所示细胞中功能最为近似的是细胞 A 1 与 6B 2 与 5C 2 与 3D 4 与 5 18 3 判断图中细胞功能近似程度的依据是 4 现欲研究基因 1 和基因 7 连接后形成的新基因的功能 导入质粒前 用限制酶切割的正确位置是 5 下图是表达新基因用的质粒的示意图 若要将新基因插入到质粒上的 A 处 则切割基因时可用的 限制酶是 A Hind B EcoR C Eco BD Pst 6 新基因与质粒重组后的 DNA 分子导入受体细胞的概率很小 因此需进行 才能确定受 体细胞已含有目的基因 7 在已确定有目的基因的受体细胞中 若质粒的抗青霉素基因缺失了两个碱基 将这样的受体细胞 接种到含有青霉素的培养基中 该细胞中可能出现的结果是 多选 A 抗青霉素基因不能转 录 B 基因 1 和 7 没有表达 C 基因 1 和 7 不能连接 D 质粒上的酶切位置发生改变 答案 知识清单 一 1 目的基因 2 基因表达载体 3 受体细胞 4 检测 二 1 基因 调控作用的因子 2 1 DNA 片段 受体菌 2 所有 一部分 3 1 核苷酸 染色体 转录 表达 2 复制 单链 引物 DNA 聚合酶 3 基因 核苷酸 三 1 目的基因 首端 RNA 聚合酶 mRNA 终止子 尾端 转录 鉴别 目的基因 2 1 遗传 2 表达 四 1 目的基因 维持稳定 表达 2 1 农杆菌转化法 花粉管通道法 2 双子叶植物 19 祼子植物 T DNA 染色体 DNA 3 1 显微注射 2 受精卵 4 1 繁殖快 单细胞 较少 2 Ca2 感受态细胞 五 1 DNA 分子杂交 染色体 mRNA 蛋白质 2 接种实验 对点训练 1 C 目的基因可从自然界生物体内直接获取 也可人工合成 目的基因主要指编码蛋白质的结构 基因 也可以是一些具有调控作用的因子 基因文库分基因组文库和部分基因文库 前者指拥有一种生 物的全部基因 后者仅拥有一种生物的一部分基因 如 cDNA 文库 思路导引 明确目的基因获取的途径 对比基因组文库和 cDNA 文库异同 知道目的基因的含义 知识链接 目的基因获取的几种方法 1 直接分离 从自然界中已有的物种中分离 如从基因文库中获取 2 人工合成目的基因 1 已知核苷酸序列的较小基因 直接利用 DNA 合成仪 用化学方法合成 不需要模板 2 以 mRNA 为模板 在反转录酶作用下人工合成 3 利用 PCR 技术扩增目的基因 1 原理 利用 DNA 双链复制的原理 在体外将基因的核苷酸序列不断地加以复制 使其数量成指数 方式增加 2 过程 如图所示 从上图中可以看出利用设计的特异性引物对 cDNA 文库进行 PCR 扩增 提取出了相应的目的基因 而不是对 cDNA 文库进行简单 全面地复制 由于 DNA 聚合酶不能从头合成 DNA 只能从 3 端延伸 DNA 链 故目的基因的扩增需要引物 引物 是一小段单链 DNA 或 RNA 加入引物后 DNA 聚合酶能从引物的 3 端开始延伸 DNA 链 2 B PCR 技术的条件有 模板 即已知序列的 DNA 片段 原料 即四种脱氧核苷酸 酶 耐高温的 DNA 聚合酶 和 ATP 至于引物 是根据模板合成的一小段单链 DNA 或 RNA 思路导引 了解 PCR 为体外复制 DNA 片段的核酸技术 对比与 DNA 体内复制的异同 确定 PCR 技术 所需的条件 归纳提升 PCR 技术扩增目的基因与 DNA 复制的比较 20 PCR 技术DNA 复制 原理 m 碱基互补配对 原料四种脱氧核苷酸 相 同 点 条件模板 ATP 酶 解旋 方式 DNA 在高温下变性解旋解旋酶催化 场所体外复制主要在细胞核内 酶热稳定的 DNA 聚合酶 Taq酶 细胞内含有的 DNA 聚合酶 不 同 点 结果在短时间内形成大量的 DNA 片段形成整个 DNA 分子 3 A 限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体 烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA 不能用限 制性核酸内切酶切割 A 项错误 DNA 连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体 B 项正确 受体细胞可以是受精卵和体细胞 也可以是去除细胞壁的原生质体 C 项正确 目的基因为抗除草剂基因 所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力 筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细 胞 D 项正确 知识链接 1 基因表达载体的构建 目的基因是指编码蛋白质的结构基因 没有启动子 若只将目的基因导入受体细胞中无法转录 目的基因的表达需要调控序列 因而用做载体的质粒插入目的基因时须有启动子 插入后须有终 止子 目的基因是否导入受体细胞中需要有筛选标记 标记基因 因此 一个基因表达载体的组成至少应该包括 启动子 终止子 目的基因 标记基因 2 目的基因导入受体细胞的结果 21 上图中发生 与发生 相比 会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达 原因是在进行细胞 分裂时 细胞核上的 DNA 经复制后平均分配到两个子细胞中 保证了亲子代遗传性状的稳定性 而 细 胞分裂时 细胞质是不均分的 子细胞不一定含有目的基因 4 1 目的基因 载体连接物 载体 载体连接物 目的基因 目的基因连接物 分离纯化 2 载体 载体连接物 目的基因 载体连接物 载体 载体连接物 3 启动子 mRNA 4 EcoR 和BamH 解析 1 在基因表达载体的构建过程中用同种限制酶来切割目的基因和质粒 使之产生相同的黏性 末端 以利于 DNA 片段的连接 将切割后的目的基因和质粒 用 DNA 连接酶进行连接 它们之间随机连 接 可有三种产物 目的基因 载体连接物 载体 载体连接物和目的基因 目的基因连接物 获得 DNA 连接产物以后 必须通过筛选才能获得所需的基因表达载体 导入宿主细胞后才能表达获得基因产物 2 从图中可以看出 目的基因的插入位点在抗四环素基因上 可推知 目的基因 载体连接物的抗四环 素基因被破坏 丧失了抗四环素的能力 但保留了抗青霉素的能力 载体 载体连接物既保留了抗四环 素的能力也保留了抗青霉素的能力 目的基因 目的基因连接物既无抗青霉素基因也无抗四环素基因 不具备抗性 3 目的基因表达过程中 RNA 聚合酶首先与启动子结合 指导目的基因转录产生 mRNA mRNA 再指导蛋白质的合成 4 从图中可看出抗四环素基因上有两个不同的切割位点 所以在实际 操作过程中 为避免切割后的末端任意连接 可用EcoR 和BamH 同时对目的基因和质粒进行切割 使 同一切割产物的黏性末端不同 归纳提升 将同一种限制酶切割获得的目的基因和质粒混合后加 DNA 连接酶会出现的连接方式有 其中片段间的连接又有两个片段间 三个片段间 多个片段间等 5 C 目的基因的检测包括 检测转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因 方法是用 DNA 探针 使 DNA 探针与基因组 DNA 杂交 检测目的基因是否转录出了 mRNA 方法是用基因探针与 mRNA 杂交 最后检测目的基因是否翻译了蛋白质 方法是进行抗原 抗体杂交 6 1 Hind 和BamH 氨苄青霉素 2 A 3 C 4 C 解析 1 由图示可知 需用Hind 和BamH 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 因酶切后 tetR四环素抗性基因结构被破坏而ampR结构完好 故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体 的大肠杆菌 2 启动子是一段特殊的 DNA 序列 是 RNA 聚合酶识别和结合的位点 可调控基因的特异性 表达 3 过程 表示把重组载体导入受体细胞的过程 当受体细胞为动物细胞时 常采用显微注射法 4 人乳铁蛋白基因是否成功表达 关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白 可用抗原 抗体杂交法检测 该蛋白是否存在 知识链接 基因工程的图解 22 1 抗虫棉的培育过程 2 利用基因工程技术生产凝乳酶的过程 7 1 获取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 2 不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达 或未转录 不含有转录胰岛素基因的 mRNA 3 反转录 解旋 4 15 a b 5 同一种限制酶 相同的黏性末端 DNA 连接酶 6 CaCl2 解析 1 基因工程的操作程序是获取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 目 的基因的检测与鉴定 2 图中 过程是从细胞中获取相应的 mRNA 由于基因的选择性表达 人的皮肤细 胞中的胰岛素基因不表达 不转录 因此不能形成胰岛素 mRNA 3 从 mRNA DNA 是反转录的过程 需要 反转录酶 过程 DNA 分子的扩增需用解旋酶将双链 DNA 分解为单链 4 一个 DNA 分子中的鸟嘌呤 b个 和 胸腺嘧啶之和占碱基总数 2a个 的一半 所以一个 DNA 分子片段中胸腺嘧啶数为 a b 个 连续复制 4 次 共产生 DNA 分子 24 16 个 由于半保留复制 故需要提供的胸腺嘧啶数量为 a b 16 1 15 a b 5 构建基因表达载体时需将目的基因与载体用同一种限制酶切割 产生相同的黏性末端 才可以在 DNA 连接酶的作用下连接形成基因表达载体 6 将目的基因导入细菌 常用 Ca2 处理细菌细胞 使其变为感受态细胞 可吸收含目的基因的载体进入细菌细胞内 归纳提升 1 基因工程中有 3 种工具 但工具酶只有 2 种 2 工具酶本质为蛋白质 载体本质为小型 DNA 分子 但不一定是环状 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 表达产物为带颜色物质等 4 受体细胞中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 23 大肠杆菌 酵母菌等 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红细胞 原 因是它无细胞核 不能合成蛋白质 5 基因工程的 四步曲 中 唯一没发生碱基互补配对的是 将目的基因导入受体细胞 课后作业 1 D PCR 利用的是 DNA 双链复制原理 即将双链 DNA 之间的氢键打开 变成单链 DNA 作为聚合 反应的模板链 反转录法则是以目的基因转录成的信使 RNA 为模板 在反转录酶的作用下 先反转录形 成互补的单链 DNA 再合成双链 DNA 则不需要模板 2 B 目的基因导入受体细胞的原理是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 受体细胞是植物细胞的 往往可用卵细胞 受精卵 或体细胞 经组织培养成为完整个体 3 C 在基因工程的四个基本操作程序中 只有第三步将目的基因导入受体细胞不进行碱基互补配 对 4 C 目的基因不能插入 A B 两个基因中 则导入的重组质粒应该是具有两种抗生素的抗性 5 B 启动子是该表达载体所必需的 功能是启动插入基因的转录过程 氨苄青霉素抗性基因可以 作为标记基因 但不是必须用它作标记基因 限制酶和 DNA 连接酶都不是表达载体所需要的 6 B 若质粒上插入的位置在 c 点 那么抗四环素基因和抗青霉素基因都没有被破坏 导入该重组 质粒的细菌在含青霉素的培养基和在含四环素的培养基上均能生长 7 A 由图示可知 a 为反转录法获得目的基因 用到反转录酶 b 为直接从生物体获得目的基因 用到限制酶 c 为用 PCR 技术扩增获取目的基因 用到Taq酶 且三种方法均在生物体外进行 故 A 正确 因水稻为真核生物 所以 中含内含子 但方法 a 获得的目的基因内无内含子序列 所以 B C 错误 方 法 a 遵循中心法则 D 错误 8 B 过程是反转录 利用反转录酶合成 DNA 片段 所需要的原料含有 A T G C 是目的基 因与质粒 DNA 重组阶段 需要限制酶切断质粒 DNA 再用 DNA 连接酶将目的基因与质粒连接在一起 如 果受体细胞是细菌 则不应该用致病菌 而炭疽杆菌是致病菌 过程是基因的表达过程 原料中含有 A U G C 9 1 4 2 将目的基因导入受体细胞 人工合成 3 质粒 其他合理答案也可 4 DNA 分子杂交技术 目的基因是否转录出了 mRNA 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原 抗体 10 1 可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体 DNA 上 2 转化 3 农杆菌转化法 4 目 的基因是否插入到受体细胞染色体 DNA 上 DNA 分子杂交技术 解析 1 Ti 质粒的最大优点是能将目的基因导入到受体细胞的染色体 DNA 中 从而使目的基因在棉 花体内稳定维持和表达 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 3 将目的基因导入植物细胞方法很多 以农杆菌中的 Ti 质粒为目的基因载体的称为农杆菌转化法 4 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过检测与鉴定才能知道 目 的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键是转基因生物染色体的 DNA 上是否插入了目的基因 可以用 DNA 24 分子杂交技术检测 目的基因只能稳定遗传并不能达到转基因的目的 还要检测目的基因是否发挥其功 能作用 即是否转录出了 mRNA 和翻译形成了蛋白质 归纳提升 结合下图理解农杆菌转化法的过程 农杆菌转化法中有二次拼接和二次导入 第一次拼接是将目的基因拼接到 Ti 质粒上 T DNA 的中间 部位 第二次拼接 非人工操作 指被插入目的基因的 T DNA 被拼接到受体细胞的染色体 DNA 上 第一次 导入是将含目的基因的 Ti 质粒重新导入农杆菌 第二次导入 非人工操作 是指含目的基因的 T DNA 进 入受体细胞 11 1 2 2 A 3 表达的相同基因最多 差异表达的基因最少 4 B 5 C 6 筛选 7 B D 解析 1 同种生物的不同类型细胞中 表达的基因并不相同 但基因在选择性表达时都需要核糖体 的参与 因此 所有细胞中控制核糖体蛋白质合成的基因是全部表达的 2 细胞 1 表达了 5 个基因 细 胞 6 表达了 4 个基因 其中 与细胞 1 重复 4 个 重复率最高 说明合成的蛋白质有 4 种相同 细胞功 能最近似 3 表达的相同基因最多 差异表达的基因最少 合成相同的蛋白质就最多 差异的蛋白质就 最少 蛋白质的类型和结构决定功能 相同的蛋白质越多 细胞功能近似程度越高 4 由题意知 基因 1 和基因 7 连接形成新基因 新基因作为一个整体 因此切割时 不应切在基因 1 和基因 7 的中间 5 若将新基因插入到质粒 A 处 应用限制酶在 A 处切割 选项中 所选择的酶只有Eco B 6 目的基因导 入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达 只有通过检测与鉴定才能知道 若新基因已导入 受体细胞 产生了新基因表达的物质 经选择培养基培养后 可筛选出含有新基因的细胞 若新基因未导入 或导 入但未表达 受体细胞未产生新基因表达的物质 细胞在选择培养基中无法生长 7 分析题意知 受体 细胞中已确定含有目的基因 故抗青霉素基因缺失两个碱基不影响新基因 目的基因 的连接与导入 抗 青霉素基因缺失两个碱基后 质粒的碱基序列有了变化 可能会影响到酶切位点的变化 且重组质粒的 碱基序列也有了变化 可能会影响到目的基因的表达 25 第第 3 3 课时课时 基因工程的应用基因工程的应用 目标导航 1 举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果 2 关注基因工程的进展 3 认同基因工程 的应用促进生产力的提高 一 植物基因工程硕果累累 提高农作物的 能力 改良农作物的 利用植物生产 等 1 抗虫转基因植物与抗病转基因植物 抗虫转基因植物抗病转基因植物 方法 从某些生物中分离出具有 将其导 入作物中 将 导入植物中 基因种类 Bt 毒蛋白基因 抑 制剂基因 抑制剂 基因 植物凝集素基因等 抗病毒基因 病毒 基因和病毒的 复制酶基因 抗真菌基因 基因和抗毒素合成 基因 成果 转基因抗虫棉 转基因抗虫 水稻等 抗烟草花叶病毒的转基因烟 草和抗病毒的转基因小麦 甜椒 番茄等 意义 减少 的使用 降低生产成本 减少环境污染 降低了对人体健康的损害 2 其他抗逆转基因植物 1 抗逆基因 调节细胞 的基因 提高作物抗盐碱和抗干旱能力 鱼的 基 因使作物耐寒 抗除草剂基因 使作物抗除草剂 2 成果 抗盐抗旱烟草 耐寒番茄 抗除草剂玉米等 3 利用转基因改良植物的品质 如我国科学家将富含赖氨酸的 导入玉米 获得的转基因玉米中赖氨酸的含 量比对照组提高 30 二 动物基因工程前景广阔 基因工程药物异军突起 1 动物基因工程应用的几个方面 26 基因来源或处理成果 提高动物的生长速 度 外源 基因转基因绵羊 转基因鲤鱼 改善畜产品的品质 基因 转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量 少