2013高三生物实战演练复习课件 IA3.1.1、2工具酶的发现和基因工程的诞生 基因工程的原理和技术 浙教版（浙江专用）

,1.下列说法正确的是()A.限制性核酸内切酶最初是从人体细胞中发现的B.限制性核酸内切酶的切口一定是GAATTC碱基序列C.质粒是基因工程中唯一用于运载目的基因的载体D.利用载体在宿主细胞内对目的基因进行大量复制的过程可称为“克隆”,【解析】选D。限制性核酸内切酶最初是从细菌体内发现的。限制性核酸内切酶具有特异性，能特异性切割DNA分子，切口也具有特异性。质粒是最常用的运载目的基因的载体，噬菌体、动植物病毒也可作为载体。利用载体在宿主细胞内对目的基因进行大量复制，这个过程是在分子水平上的克隆。,2.在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是()A.限制性核酸内切酶和连接酶B.限制性核酸内切酶和水解酶C.限制性核酸内切酶和载体D.连接酶和载体【解析】选A。对基因进行修饰和改造的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶，分别切割和形成DNA分子中的磷酸二酯键。,3.下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体()A.细菌质粒B.噬菌体C.动植物病毒D.细菌拟核中的DNA分子【解析】选D。作为基因工程载体的一般是质粒、噬菌体和动植物病毒等，不能用细菌拟核中的DNA分子作为载体。,4.不属于目的基因与载体结合过程的是()A.用一定的限制性核酸内切酶切割质粒露出粘性末端B.用同种限制性核酸内切酶切割目的基因露出粘性末端C.将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处D.将重组DNA导入受体细胞中进行扩增【解析】选D。目的基因与载体的结合过程中，先用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将二者相同的切口连接起来。D选项是目的基因导入受体细胞的过程。,5.水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用()A.促使目的基因导入宿主细胞中B.促使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易被检测出来D.使目的基因容易成功表达【解析】选C。该发光蛋白基因属于标记基因，可用于重组DNA的鉴定与检测，使目的基因容易被检测出来。,6.基因工程又叫基因拼接技术。农业科技工作者在水稻中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该抗病基因导入到水稻中，培养抗病品系。回答以下问题：(1)在该技术中，用人工合成方法获得抗病基因的途径之一是：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、_。(3)要使载体与抗病基因连接，首先使用_进行切割。切割完成后，采用_酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为_。(4)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是()A.淀粉B.脂类C.蛋白质D.核酸,【解析】(1)目的基因的获得有化学合成法和直接从基因文库中获取。人工合成法之一是逆转录法，以信使RNA为模板，逆转录成单链DNA，然后合成双链DNA。(2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌和动植物细胞。(3)进行目的基因与载体的重组时，先用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将载体和目的基因(抗病基因)连接，得到重组DNA分子。(4)基因表达的产物是蛋白质。,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(3)限制性核酸内切酶DNA连接重组DNA(重组载体)(4)C,一、基因工程中几组概念的理解及比较1.基因、基因文库、目的基因(1)基因：具有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的基本结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。(2)基因文库：含有某种生物不同基因的许多DNA片段，这些DNA片段导入受体菌的群体中通过克隆而储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。基因组文库：该文库中含有一种生物的所有基因。cDNA文库：该文库中含有一种生物的部分基因。(3)目的基因：是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。,2.五种酶的比较,对表中五种酶分析如下：(1)DNA解旋酶作用于氢键，其他各种DNA酶均作用于磷酸二酯键，但作用方式不同。(2)各种酶作用的(生理)过程限制性核酸内切酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶，作用于目的基因的获取和重组DNA分子的形成过程。DNA水解酶用于DNA分子的水解，水解产物是4种脱氧核苷酸。DNA解旋酶作用于碱基对之间的氢键，在DNA复制和转录过程中将DNA分子双链解螺旋形成两条单链。DNA聚合酶在复制过程中利用4种脱氧核苷酸形成DNA分子。,一般情况下，在切割获取目的基因和切割载体时要使用同一种限制性核酸内切酶，目的是产生相同的粘性末端，以便在形成重组DNA分子时能够用DNA连接酶连接。,【例证1】以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。将人的胰岛素基因导入大肠杆菌生产胰岛素实例中，请回答下列问题。(1)该实例中的目的基因是_。(2)获得目的基因的方法通常包括_和_。(3)切割和连接DNA分子所使用的酶分别是_和_。(4)运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或_，后者的形状为_。,【解题关键】明确能表达胰岛素的基因(符合人类需要的基因)就是目的基因，其余问题依据基因工程的基本操作步骤即可回答。【精讲精析】(1)据题干分析，该基因工程中的目的基因是人的胰岛素基因。获得目的基因的方法主要有化学合成法(人工合成)和从基因文库中获取两种。(2)形成重组DNA分子一般需要限制性核酸内切酶、DNA连接酶这两种工具酶。使用限制性核酸内切酶对DNA分子进行切割，使用DNA连接酶对DNA分子进行连接。,(3)基因工程中常用质粒作为载体，质粒是微生物(细菌、酵母菌等)细胞中的小型双链环状DNA分子。答案:(1)胰岛素基因(2)化学合成法(人工合成)从基因文库中获取(3)限制性核酸内切酶DNA连接酶(4)质粒小型环状(双链环状、环状),【变式训练】下列关于DNA连接酶的作用叙述正确的是()A.将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键B.连接两个DNA链上碱基之间的氢键C.将断开的两个DNA片段连接起来，重新形成磷酸二酯键D.可以连接任意两个DNA片段【解析】选C。A项中的连接过程需要DNA聚合酶，B项中氢键的连接是通过碱基互补配对完成的，C项是DNA连接酶的作用结果，DNA连接酶连接的是相同的粘性末端。,二、基因工程具体操作步骤1.提取目的基因方法一：从基因文库中获取。方法二：化学合成(人工合成)目的基因。有两条合成途径：(1)利用目的基因转录的RNA，在逆转录酶的作用下，逆转录成单链DNA，然后合成双链DNA。(2)根据氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成DNA分子。,2.重组DNA分子的形成,几点说明：(1)限制性核酸内切酶主要切割外源DNA，对自身的DNA不起作用，具有自身保护的特点。(2)限制性核酸内切酶只识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，对RNA不起作用。(3)用DNA连接酶连接时，可形成3种不同的连接物：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，导入受体细胞后，可利用抗性基因的差异进行筛选。,3.将重组DNA分子导入受体细胞,4.筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达一般通过标记基因筛选含有目的基因的受体细胞，还可以通过以下方法检测和筛选：(1)对转基因生物的染色体DNA上是否插入目的基因进行检测筛选，方法是采用DNA分子杂交技术。(2)对目的基因是否转录形成mRNA进行检测筛选，方法是用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。(3)对目的基因是否表达出蛋白质进行检测筛选，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交或在个体水平检测是否产生相应性状。,【例证2】(2010江苏高考改造)下表中列出了几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制性核酸内切酶的酶切位点。请回答下列问题：,(1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后，分别含有_个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma酶切位点越多，质粒的热稳定性越_。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma切割，原因是_。(4)与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind两种限制性核酸内切酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_。(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入_酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。,【解题关键】熟悉基因工程的基本步骤是解题的关键：(1)DNA分子是双链结构，质粒切割前是环状，无游离磷酸基团，切割后露出两个末端，有2个游离磷酸基团。(2)限制性核酸内切酶切割时最好不破坏载体中的抗性基因。(3)目的基因与质粒连接时，有3种连接可能，所以要筛选符合要求的重组载体。用两种限制性核酸内切酶切割时,因形成的末端不同,只有1种连接可能。,【精讲精析】(1)该质粒为环状DNA，经Sma切割前，不含有游离的磷酸基团，经Sma切割后形成的末端含有2个游离的磷酸基团。(2)Sma识别的是CCCGGG序列，切割位点在C与G之间，Sma酶切位点越多，也就是CG碱基对越多，C与G之间的氢键(3个)比A与T之间的氢键(2个)数量多，其含量越多，质粒的热稳定性越高。(3)据图1可知，Sma切割位点在抗生素抗性基因(标记基因)中，据图2可知，Sma切割位点在目的基因中，因此使用Sma切割会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。,(4)用同一种限制性核酸内切酶处理质粒和外源DNA，再用DNA连接酶连接时，往往会有三种连接形式：目的基因质粒、目的基因目的基因(环化)、质粒质粒(环化)，后两种是我们不需要的，因而要进行筛选。用两种限制性核酸内切酶处理质粒和外源DNA，因形成的末端不同可避免上述情况的发生。(5)连接质粒与目的基因的工具酶是DNA连接酶。(6)抗生素抗性基因是标记基因的一种，标记基因的作用是供鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞。,答案:(1)0、2(2)高(3)Sma会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞,【互动探究】(1)在题中第(5)小题操作后，为选择导入重组载体的受体细胞，在培养基中应加入什么物质？该物质起什么作用？抗生素；选择。,(2)质粒除了题中体现的特点外，还应具有哪些特点？能在宿主细胞中复制和保存，具有多个限制性酶切位点。,1.(2010浙江高考)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,【解析】选A。限制性核酸内切酶用来切割获取抗除草剂基因片段，而非烟草花叶病毒的核酸(RNA)，A错；DNA连接酶可以将获取的目的基因和载体结合，构建基因的表达载体，B正确；可以将获取的重组DNA分子导入到烟草受体细胞中，目的基因会在其中表达，使烟草具备抗除草剂的特性，欲筛选出抗除草剂的转基因烟草，可以将烟草放在含除草剂的培养基中培养，观察其是否能够正常生长，C、D正确。,2.(2011天台模拟)下列关于基因工程及其应用的叙述正确的是()A.若要生产转基因抗病水稻，可先将目的基因导入大肠杆菌中，再转入水稻细胞B.用氨基酸序列推测合成的目的基因与原基因的编码区一致C.用DNA探针能检测饮用水中重金属物质的含量D.作为载体要有多种限制性核酸内切酶的切点,但对一种限制性核酸内切酶而言,最好只有一个切点,【解析】选D。基因工程中受体细胞为植物细胞时，可采用土壤农杆菌转化法，先将目的基因导入土壤农杆菌中，再转入水稻细胞。由于某些氨基酸对应多种密码子，因而可能导致目的基因与原基因编码区序列上的差异；对于真核生物基因人工合成的目的基因都是能编码蛋白质的序列，而原基因的编码区有非编码序列(内含子)。DNA探针可以检测基因，如饮用水中的某种病毒，但不能检测物质含量。,3.(2011杭州模拟)如图a表示基因工程中经常选用的载体pBR322质粒，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中，将使该基因失活，而不再具有相应的抗性。为了检查载体是否导入原本没有Ampr和Tetr的大肠杆菌，将大肠杆菌培养在含氨苄青霉素的培养基上，得到如图b的结果(黑点表示菌落)。再将灭菌绒布按到图b的培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布平移按到含四环素的培养基上培养，得到如图c的结果(空圈表示与b对照无菌落的位置)。据此分析并回答：,(1)pBR322质粒的基本组成单位是_。该基因工程中，质粒上的Ampr、Tetr称为_基因。(2)与图c空圈相对应的图b中的菌落表现型是_，由此说明目的基因插入了_中。(3)将大肠杆菌培养在含氨苄青霉素、四环素培养基上的过程，属于基因工程基本操作中的_步骤。该基因工程中的受体细胞是_。(4)若用pBR322质粒作为载体，通过基因工程生产食品，是否存在食品安全性问题？试说明理由。_。,【解析】(1)质粒是DNA分子，组成单位是脱氧核苷酸，质粒中的Ampr、Tetr称为标记基因。(2)图b培养基中含氨苄青霉素，起选择作用，其中生存的菌落表现为抗氨苄青霉素，但其中有两个菌落不抗四环素。说明目的基因与质粒重组时破坏了四环素抗性基因。(3)氨苄青霉素、四环素可以筛选含目的基因的受体细胞。(4)用pBR322质粒作为载体用于生产食品，Ampr、Tetr控制合成的抗生素会在人体内发挥作用，使人体内的细菌抗药性增强，服用的药物药效减弱。,答案:(1)脱氧核苷酸标记(2)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素Tetr(3)筛选含有目的基因的受体细胞大肠杆菌(4)存在，Ampr、Tetr控制合成的物质在人体内发挥作用，使人体内的细菌抗药性增强，服用的药物药效减弱,一、选择题(共11小题，每小题4分，共44分)1.科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴的生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A.定向提取生物体DNA分子B.定向对DNA分子进行人工“剪切”C.定向改造生物的遗传性状D.在生物体外对DNA分子进行改造【解析】选C。基因工程又叫DNA分子拼接技术，可以根据人们的意愿通过导入目的基因定向改造生物的遗传性状，这是基因工程的最终目的。,2.下列关于限制性核酸内切酶的说法不正确的是()A.限制性核酸内切酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制性核酸内切酶切割DNA的切点不同D.限制性核酸内切酶的作用是用来提取目的基因【解析】选A。限制性核酸内切酶主要分布在微生物中，一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，不同的限制性核酸内切酶有不同的DNA切点，可用来提取目的基因和重组载体的构建。,3.如图为四种限制性核酸内切酶BamH、EcoR、Hind和Bgl的识别序列。它们切割出来的DNA粘性末端可以互补配对的是()A.BamH和BglB.BamH和HindC.BamH和EcoRD.EcoR和Hind,【解析】选A。本题考查限制性核酸内切酶的作用特点，一般同一种限制性核酸内切酶切割产生的粘性末端相同，但不同的限制性核酸内切酶切割有时也能产生相同的粘性末端，限制性核酸内切酶BamH和Bgl切割产生的粘性末端就相同，可以互补配对。,4.(2011杭州模拟)下面图中a、b、c、d代表的结构正确的是()【解析】选D。a表示质粒，是环状DNA分子，b表示限制性核酸内切酶，切割质粒后露出粘性末端，c表示DNA连接酶，将d外源基因和质粒重组，形成重组DNA分子。,5.基因工程常用的受体细胞有()大肠杆菌枯草杆菌支原体动植物细胞A.B.C.D.【解析】选D。支原体是一种致病微生物，属于原核生物。为避免利用基因工程生产的产品成为致病源，基因工程中的受体菌要选择对人畜无害的菌类，例如大肠杆菌、枯草杆菌等，此外，也可以选用动植物细胞作为受体细胞以改良动植物性状。,【方法技巧】基因工程中受体细胞的选择和目的基因导入方法的类型(1)受体生物不同，受体细胞也不同。植物：受精卵、体细胞均可。动物：受精卵。(动物体细胞的全能性受到严格限制)(2)导入方法受体细胞是植物细胞时，用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。受体细胞是动物细胞时，常用显微注射法。受体细胞是微生物细胞时，常用Ca2+处理细胞，即感受态细胞法。,6.(2011宁波模拟)苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞后是否已表达，其检测方法是()A.是否有抗生素抗性B.是否能检测到标记基因C.是否有相应的性状D.是否能分离到目的基因【解析】选C。抗虫棉是否培育成功可通过检测抗虫基因是否表达出相应的性状来判断。抗生素抗性基因及标记基因是载体分子上的片段，不能确定目的基因是否表达。,7.下列有关基因工程技术的叙述中正确的是()A.重组DNA技术所用的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体B.所有的限制性核酸内切酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达,【解析】选C。基因操作的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶，一种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列；载体是基因的运输工具。目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因完成了表达，基因工程的结果是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物。选择受体细胞的重要条件之一就是能够快速繁殖。,8.(2011绍兴模拟)澳大利亚墨尔本大学的安德鲁帕斯克教授领导的科研小组成功地提取了已经于20年前正式宣布灭绝的塔斯马尼亚虎的DNA片段，将它注入到老鼠的胚胎中，并在这个胚胎形成软骨和其他骨骼的过程中发挥了重要作用。下列对该项技术及应用前景的分析，你认为合理的是()要将塔斯马尼亚虎的基因导入到老鼠体内，必须用质粒作为载体用显微注射法可以将塔斯马尼亚虎的DNA片段注入受体细胞利用绝种动物的脱氧核糖核酸，有望研发出新型的基因药物,若用塔斯马尼亚虎的基因完全替换某种动物细胞内的基因，通过克隆技术，则有可能将已灭绝的塔斯马尼亚虎重新复活A.B.C.D.【解析】选A。将目的基因导入动物细胞，可用动物病毒作载体，质粒不是唯一的载体。导入动物细胞的方法常用显微注射法。利用绝种动物的基因，可能研发出新型的基因药物或将已灭绝的动物重新复活。,9.下列关于基因工程的说法正确的是()A.基因工程的工具酶之一限制性核酸内切酶能识别一种特定的核苷酸序列和位点，并在特定的切割位点上将相应碱基之间的键断开从而把DNA分子切断B.下面是2种限制性核酸内切酶所识别的DNA分子序列和剪切位点图(表示剪切位点、切出的断面为粘性末端)：限制性核酸内切酶1：GATC，限制性核酸内切酶2：GGATCC，这两种限制性核酸内切酶切出的粘性末端是不相同的,C基因工程的基本操作步骤是：获得目的基因、形成重组DNA分子、将重组DNA分子导入受体细胞，筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达D胰岛素和干扰素可以通过基因工程生产，而乙型肝炎疫苗不需要通过基因工程，通过动物细胞培养即可生产,【解析】选C。限制性核酸内切酶能识别一种特定的核苷酸序列和位点，切割DNA分子上的磷酸二酯键而不是氢键。B选项中两种限制性核酸内切酶的切点有相同的碱基序列，切出的粘性末端相同。乙型肝炎疫苗需要通过基因工程原理和动物细胞培养来生产。,10.基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是()A.经常用相同的限制性核酸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【解析】选B。基因工程所需工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶，不是RNA聚合酶，RNA聚合酶在转录过程中用于合成RNA。导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达，可以对目的基因是否表达进行检测。,11.利用细菌大量生产人的胰岛素，下列叙述错误的是()A.用适当的酶对载体与人的胰岛素基因进行切割与黏合B.用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌C.通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌D.重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人的胰岛素,【解析】选C。重组DNA是否已导入受体细菌可通过DNA分子杂交来检测目的基因是否存在或检测是否表现出标记基因的相关特性，不必检测目的基因产物，若检测不到目的基因产物不代表导入不成功。用适当的化学物质如Ca2+处理受体细菌表面，利于重组DNA导入受体细菌。,二、非选择题(共2小题，共56分)12.(24分)已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GGATCC，据图回答。,(1)限制性核酸内切酶的作用是将_(填序号)处的_键切断。限制性核酸内切酶的作用特点是先_，然后在_。(2)限制性核酸内切酶作用后形成的两个DNA分子片段在DNA连接酶的作用下可相互连接