2016_2017学年高中生物第一单元生物技术与生物工程第1章突破基因工程的操作工具与操作步骤总结教案.docx

基因工程的操作工具与操作步骤总结1基因工程是分子水平上的生物工程，其原理是基因重组。2基因工程的基本工具是限制性内切酶、DNA连接酶和运载体，其中前两种工具是蛋白类的酶。3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。其中，目的基因的获取中构建基因文库实际上涉及基因工程的全过程。cDNA 文库只是部分基因文库的一种，cDNA文库中的目的基因通过反转录法人工合成，无启动子和内含子。PCR技术中解旋不用解旋酶。构建基因表达载体时，一般用同种限制性内切酶剪切目的基因和载体，再用DNA连接酶连接。目的基因的检测与鉴定中有分子水平检测和个体水平鉴定，其中检测目的基因是否导入受体细胞、是否转录出mRNA、是否翻译成蛋白质都属于分子水平检测。1据图所示，有关工具酶功能的叙述错误的是()A限制性内切酶可以切断a处BDNA聚合酶可以连接a处C解旋酶可以使b处解开DDNA连接酶可以连接c处【解析】限制性内切酶切割DNA分子时破坏的是DNA链中的磷酸二酯键，如图a处。DNA聚合酶是将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羟基上，形成磷酸二酯键，因此，DNA聚合酶可以连接a处。解旋酶解开碱基对之间的氢键，即使b处解开。DNA连接酶连接的是两个相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键，如a处，而图示的c处连接的是同一个脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖。【答案】D2利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白【解析】目的基因的表达是指在受体细胞中产生了目的基因所控制合成的蛋白质。在受体细胞中检测到目的基因或其转录产物RNA，并不能表明目的基因已经成功表达。【答案】D3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() 【导学号：99310017】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出mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质ABCD【解析】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成蛋白质，方法是进行抗原抗体杂交。【答案】C4科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是()该技术将导致定向变异DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料受精卵是理想的受体ABCD【解析】基因工程可将控制特定性状的外源基因导入受体细胞，从而定向改造生物的性状，而且操作过程不受亲缘关系远近的制约，即克服远缘杂交不亲和的障碍。在基因工程操作程序中，所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体黏性末端的碱基对，而是目的基因与载体的DNA两条链的骨架，即核苷酸与磷酸的连接，也就是说，DNA连接酶只能催化断开的DNA双链重新形成磷酸二酯键。由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中核苷酸序列，进而可推测相应基因中核苷酸排序，从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，而受精卵体积较大，操作较容易，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因。【答案】B5已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后，其血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下图所示：(1)实验步骤所代表的反应过程是_。(2)步骤构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用限制性内切酶和_酶，后者的作用是将限制性内切酶切割的_和_连接起来。(3)如果省略步骤而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能_，也不能_。(4)为了检验步骤所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性，可用_与_进行抗原抗体特异性反应实验，从而得出结论。(5)步骤和的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列_(填“相同”或“不相同”)，根据的原理是_。【解析】(1)以RNA为模板合成DNA的过程，称之为逆转录。(2)利用同一种限制性内切酶将目的基因和载体切割出相同的黏性末端，再用DNA连接酶将目的基因(S基因)和载体进行缝合，合成重组DNA。(3)直接将S基因导入受体细胞，S基因在宿主细胞内不能复制，也不能表达，所以基因工程中一定要用载体。(4)一种抗原只能和一种抗体发生特异性的结合，所以用大肠杆菌中表达的S蛋白与SARS康复病人血清(含有抗体)进行特异性反应实验，来进行检测基因工程表达的S蛋白和病毒S蛋白是否相同。(5)在研制疫苗过程中，和中所用的目的基因即S基因是相同的，转录的mRNA是相同的，翻译合成的蛋白质的氨基酸序列也相同。该题以研制SARS病毒疫苗的过程为素材，考查基因工程的过程。【答案】(1)逆转录(2)DNA连接载体S基因(3)复制合成S基因的mRNA(4)大肠杆菌中表达的S蛋白SARS康复病人血清(5)相同表达蛋白质所用的基因相同6酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。(2)从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用_方法获得目的基因。本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是_。(3)此操作中可以用分别含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是_。(4)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达？_。【解析】(1)基因重组一般是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。题目中将大麦的LTP1基因重组入啤酒酵母菌中，也属于基因重组。(2)获得目的基因有两条途径：一是用“鸟枪法”直接分离获得目的基因，一种是用人工合成的方法获得目的基因。基因工程中常用的载体是质粒。(3)重组质粒中含有抗青霉素基因，如果成功导入受体细胞，有C进入的酵母菌在有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活。(4)目的基因是否表达，可以通过检测特定的性状或者目的基因是否合成相应的蛋白质进行确定。【答案】(1)基因重组(2)人工合成质粒(3)在含有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活(4)检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白章末综合测评(一)(时间：45分钟，分值：100分)一、选择题(共6个小题，每题7分，共42分)1限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamH 、EcoR 、Hind 以及Bgl 的识别序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合及正确的末端互补序列分别为()A.BamH 和EcoR ；末端互补序列AATTBBamH 和Hind ；末端互补序列GATCCEcoR 和Hind ；末端互补序列AATTDBamH 和Bgl ；末端互补序列GATC【解析】只有碱基序列能够互补配对的两个黏性末端才能连接在一起形成双链DNA。【答案】D2质粒与目的基因具有相同的黏性末端，结合过程中不可能出现下列哪种情况() 【导学号：99310018】A形成环状的外源DNAB可能形成环状载体DNAC可能出现重组DNAD只能出现重组DNA【解析】基因工程具体操作中，目的基因的切割和质粒的切割要用同一种限制性内切酶，切割结果是目的基因两端及环状DNA的切口都具有相同的黏性末端。将目的基因与处理过的质粒混合，在DNA连接酶的作用下，断开的基因片段之间会重新缝合，在DNA双链骨架之间重新形成磷酸二酯键，因质粒切口处露出的两个黏性末端相同，则很可能在DNA连接酶催化下重新连接成完整的环状结构，而目的基因两端也可能相互连接起来，当然最符合人们要求的是目的基因黏性末端与质粒黏性末端进行连接，形成重组质粒。【答案】D3科学家将含人的抗胰蛋白酶基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的羊能分泌含抗胰蛋白酶的乳汁，这一过程涉及()DNA按碱基互补配对原则进行自我复制DNA以其一条链为模板合成RNARNA以自身为模板自我复制按照RNA密码子的排序合成蛋白质ABCD【解析】外源基因导入到羊的受精卵中，在乳腺细胞中表达，在这一过程中有细胞分裂，也就是进行了DNA的复制，即；在羊的乳汁中有抗胰蛋白酶，说明该基因完成了表达，也就是发生了转录和翻译两个步骤，即和。【答案】D4科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。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内含子B基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D同一种限制性内切酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同黏性末端而形成重组DNA分子【解析】本题考查基因工程的有关知识。基因工程操作的过程有四个步骤，其中第一步获取目的基因的方法有“鸟枪法”、反转录法和人工合成法等。反转录法是以mRNA为模板逆转录为目的基因的DNA，由于mRNA已经经过剪切和拼接，其上不含有内含子转录的成分，因此逆转录得到的目的基因中不含有内含子。【答案】A5提高农作物抗盐碱和抗旱能力的目的基因是()A抗除草剂基因B调节细胞渗透压的基因C抗冻蛋白基因DBt毒蛋白基因【解析】因为盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，所以可以利用一些调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱能力，这在烟草等植物中已取得了比较明显的成果。【答案】B6从1997年开始，我国自行生产乙肝疫苗等基因工程药物，方法是() 【导学号：99310019】A在受体细胞内大量增殖乙肝病毒B在液体培养基中大量增殖乙肝病毒C将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞中并表达D将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中并表达【解析】疫苗为去毒性的抗原，仍能引起人体的特异性免疫。在生产疫苗时将决定抗原的基因导入受体细胞，从而获得产物。【答案】D二、非选择题(共58分)7(14分)如图是利用基因工程生产人白细胞干扰素的基本过程图，据图回答：(1)过程需要_(酶)的参与。(2)物质是从大肠杆菌分离出的_。其化学本质是_，它必须能在宿主细胞中_。(3)将目的基因导入大肠杆菌时，用_处理细胞，使细胞容易吸收DNA分子。(4)过程表明目的基因_。【解析】对基因工程的应用过程中的原理、步骤、需要的物质等要有清晰的思路。基因工程的基本操作步骤包括：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。当受体细胞是不同的生物细胞时处理的方法也不同，要注意区分。【答案】(1)限制性内切酶(2)质粒DNA复制并稳定地保存(3)Ca2(4)在大肠杆菌内成功表达8(14分)下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，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”：即_；_；_；_。(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，过程需要的条件是_；过程需要的酶是_。(4)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。(5)为使过程更易进行，可用_(药剂)处理D。【解析】本题考查基因工程的基本操作过程及操作过程中每个环节的要求，明确四个操作步骤的顺序及特点是解题的必备前提。(1)基因工程的四个过程为：获取目的基因、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定。(2)人体的皮肤细胞中含有合成胰岛素的基因，但在此细胞中不表达(即基因的选择性表达)，所以不能找到相应的mRNA。(3)以mRNA为模板合成DNA的过程被称为逆转录，此过程需要逆转录酶；过程是利用PCR技术扩增目的基因；过程利用加热使DNA解旋；过程需要热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)。(4)A为目的基因而B为载体，两者结合时首先要用同一种限制性内切酶切出相同的黏性末端，然后在DNA连接酶的作用下相互结合。(5)过程是将重组DNA导入受体细胞，大肠杆菌用Ca2处理可以增大细胞壁的通透性，从而使重组DNA更容易导入受体细胞。【答案】(1)获取目的基因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(2)不能皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA(3)逆转录加热使DNA解旋为单链Taq酶(4)同一种限制性内切酶相同的黏性末端DNA连接酶(5)Ca29(15分)下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题：(1)若限制性内切酶 的识别序列和切点是ATC，限制性内切酶的识别序列和切点是ATCC，那么在过程中，应用限制性内切酶_切割质粒，用限制性内切酶_切割抗虫基因。过程在_(填“体内”或“体外”)进行。(2)将通过过程得到的大肠杆菌涂布在含有_的培养基上，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_。【解析】由限制性内切酶和限制性内切酶的识别序列和切点可知，限制性内切酶可以识别并切割限制性内切酶的位点，而限制性内切酶则不能识别并切割限制性内切酶的位点。故质粒用限制性内切酶切割，保留四环素抗性基因，目的基因用限制性内切酶(或限制性内切酶和)切割。为构建目的基因载体的过程，该过程在体外进行。大肠杆菌导入重组质粒后，含有正常的四环素抗性基因，将其涂布在含有四环素的选择培养基上，它能够正常生长。将目的基因导入大肠杆菌后目的基因可在大肠杆菌体内大量复制。根细胞中含有发育成完整个体所需的全套遗传物质，故通过植物组织培养技术可将根细胞培养成一个完整植株。【答案】(1)(和)体外(2)四环素选择(3)大量复制目的基因(抗虫基因)(4)植物组织培养发育成完整个体所需的全套遗传物质10.(15分)如右图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性内切酶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