高中生物《基因工程的基本操作程序》教案1 新人教版选修3

用心 爱心 专心1 第第 2 2 节节 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 本节重难点 重点 基因工程基本操作程序的四个步骤 难点 1 从基因文库中获取目的基因 2 利用 PCR 技术扩增目的基因 知识精讲 教材梳理 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 基因表达载体的构建 将 目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 知识点一 目的基因的获取 1 获取目的基因是实施基因工程的第一步 目的基因的获取方法主要有两种 从自然界 中已有的物种中分离出来 用人工的方法合成 2 基因文库 将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段 导入受体菌的群体中储存 各 个受体菌分别含有这种生物的不同的基因 成为基因文库 基因文库根据其大小可分为基因组文库和部分基因文库 受体细胞是指接受目的基因的细胞 即表达载体导入的细胞 基因工程常用的受体有细菌 真菌 动植物细胞 3 PCR 技术扩增目的基因 原理 DNA 复制 做法 已知一段目的基因的核苷酸序列 据已知序列合成引物 DNA 扩增 结果 扩增出许多结构相同的目的基因 注意 学习该部分知识时 常出现将目的基因的来源和目的基因的提取相混淆 致使不理 解课本所讲 原因是课本都用了 获取目的基因 字样 目的基因的来源是 从自然界 中已有的物种中分离出来 用人工的方法合成 目的基因的提取是指在基因工程操作时 怎样获得目的基因 常用方法有二 从基因文库中直接获取 如果需要大量的目的基因 需要对目的基因进行 PCR 技术扩增 不管是从基因文库中获取的目的基因 还是需要进行 扩增的目的基因 其来源既可能是从自然界中已有的物种中分离出来 也可能是人工合成 的 知识点二 基因表达载体的构建 基因表达载体的构建是基因工程的核心 其中心内容是使目的基因与运载体结合 形成重 组运载体 最后通过重组运载体将目的基因导入受体细胞 注意 在学习时应注意以下几点 1 构建表达载体的目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并可遗传给下一代 同时 使目的基因能够表达和发挥作用 2 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 3 所选运载体应具备的条件 1 载体 DNA 必需有一个或多个限制酶的切割位点 以 便目的基因可以插入到载体上去 这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置 还必 须是在质粒本身需要的基因片段之外 这样才不至于因目的基因的插入而失活 2 载体 DNA 必需具备自我复制的能力 或整合到受体染色体 DNA 上随染色体 DNA 的 复制而同步复制 3 载体 DNA 必需带有标记基因 以便重组后进行重组子的筛选 用心 爱心 专心2 4 载体 DNA 必需是安全的 不会对受体细胞有害 或不能进入到除受体细胞外的其他 生物细胞中去 5 载体 DNA 分子大小应适合 以便提取和在体外进行操作 太大就不便操作 实际上自然存在的质粒 DNA 分子并不完全具备上述条件 都要进行人工改造后才能 用于基因工程操作 知识点三 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 称为 转化 说明 此处的 转化 与肺炎双球菌的转化实验中的 转化 的含义相同 2 基因工程中常用的受体细胞有 大肠杆菌 枯草杆菌 土壤脓杆菌 酵母菌和动植物 细胞 3 将目的基因导入受体细胞的方法 根据受体和运载体的类型不同 所采用的导入方法 也不同 目前常用的方法有 将目的基因导入植物细胞 脓杆菌转化法 还有基因枪 法和花粉管通道法 将目的基因导入动物细胞 显微注射技术 将目的基因导入微生 物细胞 Ca 处理细胞法 说明 将目的基因导入受体细胞的方法有很多种 同学们可以上网查询更多的方法和具体 过程 知识点四 目的基因的监测与鉴定 1 检测对象 检测转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因 检测目的基因是否转录出了 mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质 2 检测方法 分子检测法 和 都是 DNA 分子杂交技术 抗原 抗体杂交法 形态检测法 可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达 说明 基因操作过程中有多个步骤需要检测 此处只讲了目的基因的检测 还有目的基因 是否被整合到了运载体上 运载体是否进入了受体细胞等都需要检测 具体过程见拓展点 2 知识点五 教材深化 人工合成目的基因的过程 目的基因转录成的 mRNA 单链 DNA双链 DNA 目的基因 蛋白质中氨基酸的序列mRNA 中的碱基序列DNA 碱基序列目的基因 目的基因 教材拓展 拓展点一 标记基因和标记基因的作用 课本上提到运载体要有标记基因 其作用是供重组 DNA 鉴定和筛选 那么怎样利用标 记基因进行鉴定和筛选呢 请同学们阅读下面一段文字 运载体中所携带的一些抗性基因 如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 及发光基因等 能控制一些特殊物质的合成 利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体 这些基因就叫做标志基因 在用限制酶切割目的基因和运载体 表达载体构建及将目的基因导入受体细胞 这一 用心 爱心 专心3 系列过程都是在人为控制条件下 在有关酶的作用下自行完成的 而不是人为条件下一个 一个处理的 是很多对象同时进行的 这样 就会出现有的运载体被限制酶切割开 有的 运载体没有被限制酶切割开 没有被限制酶切割开的运载体 就不可能连接上目的基因 只有被限制酶切开的运载体才有可能拼接上目的基因 我们就必须选择出连接上目的基因 的重组运载体 即表达载体 然后进行扩增 得到大量的表达载体 然后把大量的表达 载体和大量的受体细胞放在一起 在一定的人为条件下 让其自行导入受体细胞 这样 在导入受体细胞时 就会出现有的受体细胞被导入了表达载体 有的细胞没有导入表达载 体 我们再选出含有表达载体的受体细胞 进行扩增 培养 在上述过程中要进行两步筛 选 一是筛选含有运载体的受体细胞 其过程是在含有相应抗菌素的培养基上培养 只有 获得运载体的受体细胞才能继续生长 这样便可筛选出含有运载体的受体细胞 二是筛选 含有目的基因的受体细胞 其过程是从每个菌落取一部分再接种到含另一种抗生素的培养 基上培养 由于目的基因插入该标记基因中 致使该基因不能表达 因而受体细胞不能在 含该抗生素的培养基上生存 据此可以从该菌落剩余部分的菌体中筛选出含目的基因的受 体细胞 注意 在基因操作的基本步骤中要进行多次筛选 拓展点二 从基因文库中找到所需要的基因 从基因文库中找到目的基因是一件比较复杂的事情 要根据目的基因已有的某些信息 来进行 下面介绍一种根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法 第一步 通过 PCR 方法将目的基因已知的部分核苷酸序列扩增出来 进行放射性同位 素标记 也可以用别的标记方法进行 如生物素 荧光素等 即用标记了放射性同位素 的目的 DNA 片段作为探针 与扩增出来的 DNA 杂交 第二步 将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上 也可以用其他类型的膜 然后 通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质 并使 DNA 固定在膜上 第三步 按 Southern 杂交的方法进行杂交 第四步 在 X 光底片上出现黑斑的菌落 这表明这个菌落中含有所需要的目的基因 若选用别的标记方法 有阳性信号的菌落则含有所需要的目的基因 第五步 从该菌落中再提取目的基因 拓展点三 PCR 的扩增过程 PCR 扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法 也是进行分子鉴定和检测的一种很 灵敏的方法 PCR 的扩增反应过程包括以下几个主要过程 第一步 将反应体系 包括双链模板 引物 耐高温的 DNA 聚合酶 四种脱氧核糖核 苷酸以及酶促反应所需的离子等 加热至 90 95 使双链 DNA 模板两条链之间的氢键 打开 变成单链 DNA 作为互补链聚合反应的模板 第二步 将反应体系降温至 55 60 使两种引物分别与模板 DNA 链 3 端的互补序 列互补配对 这个过程称为复性 第三步 将反应体系升温至 70 75 在耐高温的 DNA 聚合酶催化作用下 将与模 板互补的单个核苷酸加到引物所提供的 3 OH 上 使 DNA 链延伸 产生一条与模板链互补的 DNA 链 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 的形式增加 PCR 的反应过程都是在 PCR 扩增仪中完成的 典题分类精析 考点一 目的基因的获取 例 1 1993 年 我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的最新转基因抗虫棉 其抗虫基因来源 用心 爱心 专心4 于 A 普通棉花的基因突变 B 棉铃虫变异形成的致死基因 C 在棉铃虫体内寄生的线虫基因 D 苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因 分析 1993 年 中国农业科学院的科学家成功地将原核生物苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因 转入棉植株 培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉 答案 D 点评 目的基因主要来源是原核生物 例 2 2005 高考全国 镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变 检测这种碱基序列改变必须使用的酶是 A 解旋酶B DNA 连接酶 C 限制性内切酶D RNA 聚合酶 分析 本题考查的知识点是 DNA 分子杂交原理 选项 B D 可以直接排除 对于选 A 可能 理解为的 既然是检测突变的部位 那么很自然想到用该基因的探针 进行碱基互补配对杂 交而检测之 相关知识见教材鉴定人猿亲缘关系和基因工程处都有所涉及 但是分子杂交 的前提必须是单链 DNA 于是很自然想到用解旋酶处理被检测基因 但是 解开 DNA 双链 结构不一定要用解旋酶 在高温或者用强碱溶液处理也可以得到单链 DNA 而且题干上也 有 必须使用的酶 的叙述 所以可以排除 A 选项 对于 C 选项的理解 限制酶只是把原 DNA 切成很多片段 其中某个片段可能包含突变 的目的基因 然后再用化学方法处理成单链 最后再和探针杂交 根据放射性 或荧光 出 现部位而检测出突变部位 这种技术其实就是所谓的基因诊断 如不用限制酶把 DNA 切割成若干片段 通过其他方法把 DNA 处理成单链 然后与 DNA 探针杂交 但是 已经变性成单链的 DNA 很有可能常温下复性 可能回折重新形成许多双 链区 如果恰恰突变部位及其临近区域和该单链其他区域结合成双链 那么必然影响探针 与相应部位的结合 也就无法准确检测到突变部位 答案 C 点评 本题易错选 A 用探针检测 DNA DNA 必须解旋 但解旋不一定要用解旋酶 这一点 可联系肺炎双球菌的转化实验 高温使 DNA 解旋 考点二 基因表达载体的构建 例 3 2006 高考江苏 基因工程又叫基因拼接技术 1 在该技术中 用人工合成方法获得目的基因的途径之一是 以目的基因转录的 为模板 成互补的单链 DNA 然后在酶的作用下合成 2 基因工程中常用的受体细胞有细菌 真菌 若将真核基因在原核细胞 中表达 对该目的基因的基本要求是 3 假设以大肠杆菌质粒作为运载体 并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因 将切割后的运载体与目的基因片段混合 并加入 DNA 连接酶 连接产物至少有 种 环状 DNA 分子 它们分别是 分析 本题考查的是基因工程的相关知识 熟练掌握基因工程的四个步骤是解答本题的关 键 基因工程很容易与其他知识相联系命制综合题 如基因操作基本步骤中目的基因的获 取常与 中心法则 碱基互补配对原则 相结合 还可与基因的结构 发酵工程 基 因的遗传定律相结合进行综合考查 是学习和重点之一 完全按照人的意愿 由重新组装 基因到新生物产生的生物科学技术 就称为 基因工程 或者说是 遗传工程 在基 因工程中 人工合成目的基因的途径有两条 其中之一就是以信使 RNA 这模板经过反转录 合成目的基因 基因工程常用的受体有细菌 真菌 动植物细胞 原核生物的基因中无内 含子 若将真核生物的基因转入原核生物 需除去内含子部分 在本题操作过程中 若在 用心 爱心 专心5 含有同一种限制酶切割的运载体和目的基因混合物中 加入 DNA 连接酶将会形成 3 种环状 DNA 分子 运载体自连而成的环状 DNA 分子 目的基因自连而成的环状 DNA 分子 运载体 与目的基因片段相连的环状 DNA 分子 答案 1 信使 RNA mRNA 逆转录 反转录 双链 DNA 目的基因 2 动植物细胞 除去 内含子 3 3 运载体自连的 目的基因自连的 运载体与目的基因片段相连的环状 DNA 分子 点评 解答该类题目的方法是熟练掌握课本知识 并对课本知识进行深化 拔高 考点三 将目的基因导入受体细胞 例 4 基因工程中科学家常采用细菌 酵母菌等微生物作为受体细胞 原因是 A 结构简单 操作方便 B 繁殖速度快 C 遗传物质含量少 简单 D 性状稳定 变异少 分析 本题考查基因工程的受体细胞 目的基因导入受体细胞后 随着受体细胞的繁殖而 复制 由于细菌等微生物繁殖速度非常快 在很短的时间内就能获得大量的目的基因 答案 B 点评 基因工程常用的受体有细菌 真菌 动植物细胞 解答这类题目的方法应结合受体 细胞的特点回答 考点四 目的基因的监测与鉴定 例 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 录信使 RNA 检测目的基因是否翻译蛋白质 A B C D 分析 本题考查目的基因的检测的相关知识 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信使 RNA 方法是用基因探针与信使 RNA 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 答案 C 点评 基因工程中需要进行监测的步骤较多 请同学们利用比较对比的方法进行记忆和运 用 形态检测法 可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达 考点五 人工合成目的基因的过程 例 6 科学家已经能够通过基因工程的方法 能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白 以下有 关该基因工程的叙述错误的是 A 采用反转录的方法得到的目的基因有启动子 终止子 B 用同种限制酶处理质粒和含目的基因的 DNA 可产生相同的黏性末端而形成重组 DNA 分子 C 番茄的叶肉细胞可作为受体细胞 D 启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不可缺少的 分析 本题主要考查了基因工程的有关知识 反转录法获取目的基因时 由于是根据氨基 酸的序列推测基因中的碱基序列 因此 合成的基因中并不含有启动子 终止子 在基因 用心 爱心 专心6 工程中 必须用相同的限制酶处理质粒和目的基因的 DNA 这样可产生相同的黏性末端以 便能而形成重组 DNA 分子 基因工程中 常用的受体细胞有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农 杆菌 酵母菌和动植物细胞等 因此番茄的叶肉细胞可作为受体细胞 在基因表达的过程 中 启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达也能起一定的作用 是不可缺少的 它位于基因的首端 是 RNA 聚合酶识别和结合的部位 有了它才能驱动基因转录出信使 RNA 最终获得所需的蛋白质 因此 只有 A 答案错误 答案 A 点评 启动子 终止子不属于结构基因 不能翻译出蛋白质 因此 采用反转录的方法不 能得到 但启动子 终止子是基因表达不可缺少的 考点六 标记基因和标记基因的作用 例 7 根据实验原理和材料用具 设计实验确定细菌质粒的抗菌素基因所控制的抗菌素的类 别 实验原理 作为运载体的质粒 需要有标记基因 这一标记基因是抗菌素抗性基因 有抗 性基因的质粒可用作运载体 材料用具 青霉素 四环素各 10 万单位溶液 菌种试管 灭菌的含细菌培养基的培养皿 酒精灯 接种环 一次性注射器 无菌水 恒温箱 方法步骤 第一步 取 3 个含培养基的培养皿 分别编号为 1 2 3 号 用三支注射器分别向 3 个培 养基中注入 1ml 无菌水 青霉素液 四环素液 并使之均匀分布之整个培养基表面 第二步 第三步 结果预期 分析 运载体中所携带的一些抗性基因 如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 及发 光基因等 能控制一些特殊物质的合成 利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体 这些基因就叫做标志基因 目的基因中的标志基因最少要有 2 个 1 个是用来检测运载体 是否进入了受体细胞 另一个是用来检测目的基因是否被拼接到运载体上 第一个标志基 因要保证其完整性 能够进行表达 若受体细胞表现出该基因所控制的性状 说明运载体 已进入受体细胞 第二个标志基因是插入目的基因的部位 由于目的基因的插入破坏了起 结构 不能表达其所控制的性状 若受体细胞没有表达出第二个基因所控制的性状 说明 目的基因已进入受体细胞 答案 第二步 将接种环在酒精灯上灼烧 在酒精灯旁用接种环挑取等量菌种 分别培养 在三个不同的培养基上 置于恒温箱内 培养一段时间 第三步 将接种后的培养基放在 37 的恒温箱中培养 24 小时 预期结果 1 号培养基内细菌正常生长 2 3 号内的细菌死亡 说明细菌无抗青霉素基 因 无抗四环素基因 1 2 号培养基内细菌正常生长 3 号培养基内细菌死亡 说明细 菌有抗青霉素基因 无抗四环素基因 1 3 号培养基内细菌正常生长 2 号培养基内细 菌死亡 说明细菌质粒无抗青霉素基因 有抗四环素基因 1 2 3 号培养基内细菌都 正常生长 说明细菌质粒既有抗青霉素基因 又有抗四环素基因 点评 本题较难理解 原因是对基因工程中的检测了解不深 不全造成的 两个基因的作 用不同是导致做错该题的原因 考点七 从基因文库中找到所需要的基因 例 8 有关基因工程的叙述正确的是 用心 爱心 专心7 A 限制酶只在获取目的基因时才用 B 重组质粒的形成是在细胞内完成的 C 质粒都可以作为运载体 D 蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索 分析 在基因工程中 不仅要用限制酶切割目的基因 还要用同一种限制酶在质粒上切割 出一个切口 使目的基因与质粒切口的黏性末端能进行碱基互补配对 所以 A 错 重组质 粒是在细胞外进行的 所以 B 错 并不是所有的质粒都可作运载体 在科学研究中 人们 通常只是用大肠杆菌的质粒 其上有抗药基因 作运载体 所以 C 错 在人工合成目的基因 的方法中 有一种方法是根据已知蛋白质的氨基酸序列 推测出相应的 mRNA 序列 然后 按照碱基互补配对原则 推测出它的结构基因的核苷酸序列 最后通过化学方法 以单核 苷酸为原料合成目的基因 所以 D 项正确 答案 D 点评 基因文库中的基因的来源 有的是从自然界获取的 有的是人工合成的 考点八 PCR 的扩增过程 例 9 多聚酶链式反应 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 三十多次循环 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 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 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 复制相比所需要酶的最适温度较高 分析 本题考查 PCR 扩增过程 解题的关键是要全面理解 PCR 扩增过程 DNA 分子被破坏 是指 DNA 分子被解旋成两条长链 破坏的部位是连接两条长链之间的氢键 方法有多种 用解旋酶 高温等都可使 DNA 解旋 A 项正确 B 中引物有引物两种 分别与模板 DNA 链 3 端的互补序列互补配对 C 中的原料不正确 合成 DNA 的原料是四种脱氧核苷酸 PCR 技术中 DNA 合成过程中的温度在 70 75 所以 D 选项正确 点评 要正确理解 PCR 扩增过程 才能做好本题 易错点 合成 DNA 的原料是四种脱氧 核苷酸 使 DNA 解旋的方法 针对性练习 1 基因工程是 DNA 分子水平的操作 下列有关基因工程的叙述中 错误的是 A 限制酶只用于切割获取目的基因 B 载体与目的基因必须用同一种限制酶处理 C 基因工程所用的工具酶是限制酶 DNA 连接酶 D 带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测 2 运用现代生物技术 将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中 为检测实验是否 成功 最方便的方法是检测棉花植株是否有 A 抗虫基因 B 抗虫基因产物 C 新的细胞核 D 相应性状 3 转基因动物转基因时的受体细胞是 A 受精卵 B 精细胞 C 卵细胞 D 体细胞 4 在基因工程操作中 运载体的本质是双链 DNA 分子 下列功能不能由运载体完成的是 A 目的基因的转运 B 目的基因的扩增 C 目的基因的表达 D 目的基因的定位 用心 爱心 专心8 5 下列关于基因工程的说法中 正确的是 A 基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的 B 目前基因工程所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的 C 只要检测出受体细胞中含有目的基因 那么目的基因一定能成功进行表达 D 基因工程能使科学家打破物种界限 定向改造生物性状 6 在基因工程中 把选出的目的基因 共 1000 个脱氧核苷酸对 其中腺嘌呤脱氧核苷酸 460 个 放入 DNA 扩增仪中扩增 4 代 那么 在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个 数是 A 540 个 B 7560 个 C 8100 个 D 17280 个 7 利用基因工程生产蛋白质药物的方法之一是将人的基因转入动物体内 再饲养这些转基 因动物 从动物乳汁或尿液中提取药物 这一过程不涉及 A DNA 按照碱基互补配对原则自我复制 B DNA 以其一条链为模板合成 RNA C RNA 以自身为模板自我复制 D 按照 RNA 密码子的排列顺序合成蛋白质 8 1975 年 科学家用基因工程的方法创造出了一种能分解石油的 超级细菌 下列关于 此种细菌的说法正确的是 A 与一般细菌相比它体积特别巨大 B 它是现在唯一能分解石油的细菌 C 它同时能分解石油中的四种烃类 D 与一般细菌相比 它繁殖速度极快 9 下列与基因工程无关的是 A 培养利用 工程菌 生产胰岛素 B 基因治疗 C 蛋白质工程 D 杂交育种 10 在基因工程技术中 下列方法与目的基因获得无关的是 A 辐射诱变法 B 从基因文库中获取 C 反转录法 D 人工合成法 11 转基因动物 是指 A 含有可利用基因的动物 B 基因组中插入外源基因的动物 C 本身具有抗体蛋白类的动物 D 能表达基因信息的动物 12 下列有关 基因探针 的叙述 不正确的是 A 基因探针的工作原理是碱基互补配对 B 待测的 DNA 分子首先要解旋变为单链 才可用基因探针测序 C 待测的 DNA 分子可以直接用基因探针测序 D 基因探针技术可用于疾病诊断和环境监测 13 细菌抗药性基因存在于 A 核区的 DNA B RNA C 质粒 D 小的直线型 DNA 14 碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中 种子的萌发 病毒的增殖过程 细菌的二分裂过程 目的基因与运载体的结合 DNA 探针的使用 分泌蛋白的加工和运输 A B C D 15 研究发现 癌细胞能产生一种酶叫端粒酶 它能修复细胞分裂时产生在染色体端的 DNA 的损伤 使损伤部位得以愈合 避免了老化趋势 因此癌细胞能无限增值 而正常细胞没 有这种端粒酶 所以通常分裂 50 次左右就会由于 DNA 的损伤而衰老死亡 就以上材料分析 以下说法错误的是 A 正常细胞内也应该有控制这种端粒酶合成的基因的存在 B 端粒酶的功能类似于基因工程中 DNA 连接酶 C 研究端粒酶基因的作用机理有助于揭开细胞衰老之谜 用心 爱心 专心9 D 克隆动物若通过基因工程获得端粒酶基因可使其寿命达到正常甚至更长 16 美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野玉米后发现 这种玉米含有包括苏云金芽孢杆 菌基因内的转基因作物的基因 由此可见 转基因作物的基因可传播到野生植物中 转 基因作用可对天然植物的遗传多样性构成威胁 为防止基因污染 应当禁止转基因作物的 研究 自然杂交过程实质是一个长期的转基因过程 两者没有任何区别 其中正确的说法 是 A B C D 17 豇豆对多种害虫具有抗虫能力 根本原因是 豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因 CpTI 基因 科学家将其转移到水稻体内后 却发现效果不 理想 主要原因是 CpTI 蛋白质的积累量不足 经过在体外对 CpTI 基因进行了修饰后 CpTI 蛋 白质在水稻中的积累量就得到了提高 修饰和表 达过程如下图所示 请根据以上材料 回答下列问题 CpTI 基因是基因工程中的 基因 信号肽 序列及 内质网滞留信号 序列的基 本组成单位是 在 过程中 首先要用 酶切开 暴露出 再用 酶 连接 在转基因过程中 供体细胞是 受体细胞是 过程称为 检测修饰后的 CpTI 基因是否表达的最好方法是 18 糖尿病是一种常见病 且发病率有逐年增加的趋势 以致西方发达国家把它列为第三 号 杀手 1 目前对糖尿病 型的治疗 大多采用激素疗法 这种激素是 A 甲状腺激素B 胰岛素C 胰高血糖素D 性激素 2 在人体的胰腺内 产生这种激素的细胞群 称为 3 这种治疗用的激素过去主要从动物 如猪 牛 中得到 自 70 年代遗传工程 又称 基因工程 发展起来以后 人们开始采用这种高新技术生产 其操作的基本过程如下图所 示 用心 爱心 专心10 图中的质粒存在于细菌细胞内 从其分子结构看 可确定它是一种 根据 碱基配对的规律 在连接酶的作用下 把图中甲与乙拼接起来 即重组 若 a 段与 d 段 的碱基序列分别是 AATTC 和 CTTAA 则 b 段与 c 段分别是 细菌进行分裂后 其中被拼接的质粒也由一个变成二个 二个变成四个 质粒的这 种增加方式在遗传学上称为 目的是基因通过活动 即表达 后 能使 细菌产生治疗糖尿病的激素 这是因为基因具有 合成的功能 它的过 程包括 和 两个阶段 19 人类牙病的一种性状表现是由于牙本质发育不良 导致牙釉质易破碎 使儿童 时期牙齿就易受损伤 该病称为乳光牙 我国科学家在研究中发现 控制该遗传病的基因 是 DSPP 基因 该基因的第 3 外显子的一段碱基序列由原来决定谷氨酰胺 一种氨基酸 密码 子的序列变成决定终止的密码子的序列 请回答 1 乳光牙致病基因是 形成的 2 已知谷氨酰胺密码子分别是 CAA 和 CAG 那么 DSPP 基因第 3 外显子与上述密码子相 对应的碱基序列是 由于第 3 外显子碱基序列的变化 导致所决定的肽链结 构的显著改变是 因此使牙齿发育异常 3 科学家对乳光牙致病基因进行检测是用被标记的 DNA 分子做探针 鉴定基因的碱基序 列 这种方法遵循的原则是 如果科学家要对该病进行基因治疗 应采 取的方法是 20 酵母菌的维生素 蛋白质含量高 可作食用 药用等 是提取核苷酸 三磷酸腺苷等多 种生化产品的原料 还可用于生产维生素 氨基酸等 科学家将使啤酒产生丰富泡沫的 LTPl 基因植入啤酒酵母菌中 使其产生 LTPl 蛋白 酿出泡沫丰富的啤酒 具体的操作过 程如下 请据图回答问题 1 若图中 LTPl 基因与 B 结合产生的 C 是 通常在体外完成 此过程必需 有 DNA 限制性核酸内切酶和 酶 2 标记基因的作用是 3 检测 LTPl 基因在啤酒酵母菌中是否表达可以通 课后答案点拨 思考与探究 P15 1 答 不可以 因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用 还需要有其他控制元件 如启动子 终止子和标记基因等 必须构建上述元件的主要理由是 1 生物之间进行基因交流 只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因 的表达 2 通过 cDNA 文库获得的目的基因没有启动子 只将编码序列导入受体生物中无法转录 3 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记 4 为了增强目的基因的表达水平 往往还要增加一些其他调控元件 如增强子等 用心 爱心 专心11 5 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位 往往要加上可以标识存 在部位的基因 或做成目的基因与标识基因的融合基因 如绿色荧光蛋白基因等 2 解析 农杆菌可分为根瘤农杆菌和发根农杆菌 在植物基因工程中以根瘤农杆菌的 Ti 质 粒介导的遗传转化最多 根瘤农杆菌广泛存在于双子叶植物中 据不完全统计 约有 93 属 643 种双子叶植物对根瘤农杆菌敏感 裸子植物对该菌也敏感 当这些植物被该菌侵染 后会诱发肿瘤 近年来 也有报道该菌对单子叶植物也有侵染能力 根瘤农杆菌侵染植物是一个非常复杂的过程 根瘤农杆菌具有趋化性 即植物的受伤 组织会产生一些糖类和酚类物质吸引根瘤农杆菌向受伤组织集中 研究证明 主要酚类诱 导物为乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮 这些物质主要在双子叶植物细胞壁中合成 通常不 存在于单子叶植物中 这也是单子叶植物不易被根瘤农杆菌侵染的原因 近年来还发现一 些中性糖 如 L 阿拉伯糖 D 木糖等也有诱导作用 酚类物质和糖类物质既可以作为根瘤 农杆菌的趋化物 又可以作为农杆菌中 Ti 质粒上 Vir 区 毒性区 基因的诱导物 使 Vir 区基因活化 导致 T DNA 的加工和转移 从而侵染植物细胞 需要注意的是农杆菌中不同的菌株 侵染能力有差别 在基因工程中需要加以选择使 用 利用农杆菌侵染单子叶植物进行遗传转化时 是需要加上述酚类物质的 同时单子叶 植物种类不同 农杆菌侵染进行遗传转化的效果也有很大差异 如果想将一个抗病毒基因转入小麦 也可以用农杆菌 但要注意两点 要选择合适 的农杆菌菌株 因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物 要加趋化和诱导的 物质 一般为乙酰丁香酮等 目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢 趋化性 和激 活农杆菌的 Vir 区 诱导 的基因 使 T DNA 转移并插入到染色体 DNA 上 3 解析 有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链 这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加 工完成的 内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中 大肠杆菌不存在这两种细胞器 因 此 在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的 4 解析 基本操作如下 1 从小鼠中克隆出 珠蛋白基因的编码序列 cDNA 2 将 cDNA 前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子 另外加上抗四环素的基因 构建成 一个表达载体 3 将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中 然后在含有四环素的培养基上培养大肠 杆菌 如果表达载体未进入大肠杆菌中 大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉 如果 培养基上长出大肠杆菌菌落 则表明 珠蛋白基因已进入其中 4 培养进入了 珠蛋白基因的大肠杆菌 收集菌体 破碎后从中提取 珠蛋白 求异思维 P8 解析 1970 年 特明 H M Temin 和巴尔的摩 D Baltimore 证实了 RNA 病毒中含有 一种能将 RNA 转录成 DNA 的酶 这种酶被称为依赖 RNA 的 DNA 聚合酶 由于与中心法则中 的从 DNA 到 RNA 的转录是反向的 所以称为反转录酶 reverse transcriptase 反转录酶既可以利用 DNA 又可以利用 RNA 作为模板合成与之互补的 DNA 链 像其他 DNA 聚合酶一样 反转录酶也以 5 3 方向合成 DNA 图 1 3 cDNA 合成过程是 第一步 反转录酶以 RNA 为模板合成一条与 RNA 互补的 DNA 单链 用心 爱心 专心12 形成 RNA DNA 杂交分子 第二步 核酸酶 H 使 RNA DNA 杂交分子中的 RNA 链降解 使之变 成单链的 DNA 第三步 以单链 DNA 为模板 在 DNA 聚合酶的作用下合成另一条互补的 DNA 链 形成双链 DNA 分子 寻根问底 1 P9 解析 构建基因文库是获取目的基因的方法之一 并不是惟一的方式 如果所需 要的目的基因序列已知 就可以通过 PCR 方式从含有该基因的生物的 DNA 中 直接获得 也可以通过反转录 用 PCR 方式从 mRNA 中获得 不一定要构建基因文库 但如果所需要的 目的基因的序列完全不知 或只知道目的基因序列的一段 或想从一种生物体内获得许多 基因 或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同 或者想知道一种生物在个 体发育的不同阶段表达的基因有什么不同 或者想得到一种生物的全基因组序列 往往就 需要构建基因文库 2 P11 解析 有人采用总 DNA 注射法进行遗传转化 即将一个生物中的总 DNA 提取出来 通过注射或花粉管通道法导入受体植物 没有进行表达载体的构建 这种方法针对性差 完全靠运气 也无法确定什么基因导入了受体植物 此法目前争议颇多 严格来讲不算基 因工程 拓展阅读 1 基因工程载体的构建需要考虑哪些方面的因素 道理何在 主要考虑以下几方面的因素 1 基因的特点 如果一个来自动物的目的基因含有内含子 就不能用于转基因植物 因 为动物中内含子的剪接系统与植物的不同 植物不能将动物基因的内含子剪切掉 只能用 该基因的 cDNA 基因的产物如果是一个糖蛋白 那么该基因在原核生物细菌中表达出来的 蛋白就可能不具备天然状态下的活性 因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上 的 而细菌无这些细胞器 2 要选择强启动子或组织特异性启动子 启动子有强有弱 选择强启动子可以增加转录 活性 使基因产物量增多 如果希望基因在生物的某个组织表达 如只在植物种子中表达 就要选择种子中特异表达的启动子 3 要有选择标记基因 如抗生素基因 以便选择出真正的转基因生物 2 什么是分子杂交技术的显示带 分子杂交技术是基因工程中使用频率很高的一项技术 主要用于检测和鉴定 可以分 为核酸分子之间的杂交和蛋白质分子之间的杂交 常用的技术有 Southern 杂交 DNA 和 DNA 分子之间的杂交 目的基因是否整合到受体生物的染色 体 DNA 中 这在真核生物中是目的基因可否稳定存在和遗传的关键 如何证明这一点 就 需要通过 Southern 杂交技术 基本做法是 第一步 将受体生物 DNA 提取出来 经过适当 的酶切后 走琼脂糖凝胶电泳 将不同大小的片段分开 第二步 将凝胶上的 DNA 片段转 移到硝酸纤维素膜上 第三步 用标记了放射性同位素 或生物素 的目的 DNA 片段作为 探针与硝酸纤维素膜上的 DNA 进行杂交 第四步 将 X 光底片压在硝酸纤维素膜上 在暗 处使底片感光 第五步 将 X 光底片冲洗 如果在底片上出现黑色条带 则表明受体植物 染色体 DNA 上有目的基因 Northern 杂交 DNA 和 RNA 分子之间的杂交 它是检测目的基因是否转录出 mRNA 的 方法 具体做法与 Southern 杂交相同 只是第一步从受体植物中提取的是 mRNA 而不是 DNA 杂交带的显现也与 Southern 杂交相同 Western 杂交 蛋白质分子 抗原 抗体 之间的杂交 它是检测目的基因是否表达出 蛋白质的一种方法 具体做法是 第一步 将目的基因在大肠杆菌中表达出蛋白质 第二 用心 爱心 专心13 步 将表达出的蛋白质注射动物进行免疫 产生相应的抗体 并提取出抗体 一抗 第 三步 从转基因生物中提取蛋白质 走凝胶电泳 第四步 将凝胶中的蛋白转移到硝酸纤 维素膜上 第五步 将抗体 一抗 与硝酸纤维素膜上的蛋白杂交 这时抗体 一抗 与 目的基因表达的蛋白 抗原 会特异结合 由于这种抗原 抗体的结合显示不出条带 所 以加入一种称为二抗的抗体 它可以与一抗结合 二抗抗体上带有特殊的标记 如果目的 基因表达出了蛋白质 则结果为阳性 五年高考回放 1 2006 四川高考 基因工程技术可使大甩手杆菌合成人的蛋白质 下列叙述不正确的是 A 常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒 B DNA 连接酶和 RNA 聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶 C 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 答案 B 解析 在基因过程中 如果以质粒作为载体 首先要用一定的限制酶切割质粒 使质粒出 现一个切口 露出黏性末端 然后用同一切割酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处 再加入适量的 DNA 连接酶 质粒的黏性末 端与目的基因 DNA 片段的黏性末端就会通过碱基互补配对而结合 形成一个重组 DNA 分 子 在全部的受体细胞中 真正能够摄入 DNA 分子的受体细胞是很少的 必须通过一定 的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测 RNA 聚合酶主要用于 RNA 的录制过 程 在基因工程中并非必须使用 2 2006 全国高考 采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵 培育出转基 因羊 但是 人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中 以下有关叙述 正确的是 A 人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目 等于凝血因子氨基酸数目的 3 倍 B 可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组 DNA 分子导入羊的受精卵 C 在该转基因羊中 人凝血因子基因存在于乳腺细胞 而不存在于其他体细胞中 D 人凝血因子基因开始转录后 DNA 连接酶以 DNA 分子的一条链为模板合成 mRNA 答案 B 解析 人体细胞是真核细胞 其基因中含有内含子 其碱基对数大于氨基酸数的三倍 山羊的 受精卵中导入人凝血因子基因 长成的山羊每个体细胞中都含有这种基因 DNA 连接酶是把 两条 DNA 链末端之间的缝隙 建合 起来 而不是参与转录 基因工程外源基因的导入多采用 人工的方法 使体外重组的 DNA 分子转移到受体细胞 在本题中可采用显微注射法 3 2006 上海高考 农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因 现拟采用基因工程技 术将该基因转入棉花 培育抗病棉花品系 请回答下列问题 1 要获得该抗病基因 可采用 等方 法 为