高考生物一轮总复习第1讲　基因工程

第1讲基因工程考纲要求核心素养1.基因工程的诞生2基因工程的原理及技术(含PCR技术)3基因工程的应用4蛋白质工程生命观念结合生活或生产实例，利用基因的结构与功能理解基因工程的原理及蛋白质工程的概念及流程。科学探究针对人类生产或生活的需求，选取恰当的基因工程技术和方法，尝试提出初步的工程学构想，进行简单的设计和制作。社会责任面对日常生活或社会热点话题中与基因工程有关的话题，基于证据运用生物学基本概念和原理，就基因工程与安全性表明自己观点并展开讨论。基因工程的工具授课提示：对应学生用书第198页基础突破抓基础，自主学习1限制性核酸内切酶(1)存在：原核生物中。(2)作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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开。(3)形成末端类型2DNA连接酶(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)种类Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合”3.载体(1)条件：能在受体细胞中自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因。(2)种类(3)作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。重难突破攻重难，名师点拨1限制酶和DNA连接酶的关系(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。2限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较名称作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键带黏性末端或平末端的DNA片段DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNA分子热稳定DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNA分子DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸解旋酶DNA分子碱基对间的氢键脱氧核苷酸长链RNA聚合酶核糖核苷酸磷酸二酯键单链RNA分子3.载体的作用及作为载体的条件(1)作用：作为运载工具，将目的基因转移到受体细胞内。利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。(2)条件与目的条件目的对受体细胞无害不影响受体细胞正常的生命活动在受体细胞中稳定存在并大量复制目的基因数量可扩增有一个至多个限制酶切割位点以便与外源基因连接具有特殊的标记基因以便将含有目的基因的受体细胞筛选出来4.基因工程中基本工具的8个易错点(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。题型突破练题型，夯基提能1质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，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，如图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌的生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()A是c；是b；是aB是a和b；是a；是bC是a和b；是b；是aD是c；是a；是b解析：第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素和含四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入位置是c。第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；细菌不能在含四环素的培养基上生长，说明四环素基因被破坏，因此外源基因插入位置是b。第组重组后细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因被破坏；细菌能在含四环素的培养基上生长，说明抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入位置是a。答案：A2根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有_和_。(2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下：GAATTCC TTAAG为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即_DNA连接酶和_DNA连接酶。(4)基因工程中除质粒外，_和_也可作为运载体。解析：(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种黏性末端和平末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制酶切割含目的基因的DNA后形成的黏性末端必须与EcoR切割形成的黏性末端相同。(3)DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶两类。(4)在基因工程中使用的运载体除质粒外，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案：(1)黏性末端平末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(3)EcoliT4(4)噬菌体的衍生物动植物病毒3(2018山西晋中模拟)为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的cDNA文库中提取出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花细胞中。图3从上到下依次表示EcoR、BamH和Sau3A三种限制酶的识别序列与切割位点。请分析回答：(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是_。(2)图2所示质粒被_切割获得的产物可与图1所示基因C连接，理由是_。(3)经BamH处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无_，导致基因C不能_。(4)在添加四环素的固体培养基上，_(填“能”或“不能”)筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是_。解析：(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是DNA双链复制。(2)据图3可知，由于BamH和Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，因此图2所示质粒被BamH和Sau3A切割获得的产物可与图1所示基因C连接。(3)据图可知，经BamH处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子，导致基因C不能转录。(4)由于含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因，在含四环素的培养基上均能生长，所以在添加四环素的固体培养基上，不能筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落。答案：(1)DNA双链复制(2)BamH和Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(3)启动子和终止子转录(4)不能含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因，在含四环素的培养基上均能生长方法规律限制酶的选择方法1应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。2切割质粒时，一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等，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；如果所选限制酶的切点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制原点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。3为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，可使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。基因工程的基本操作程序授课提示：对应学生用书第200页基础突破抓基础，自主学习基因工程的基本操作程序 重难突破攻重难，名师点拨1目的基因的获取(1)从基因文库中获取基因组文库与部分基因文库的构造从基因文库中获取目的基因的方法可根据基因的核苷酸序列、基因功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA等信息获取。(2)人工合成目的基因的常用方法化学合成法：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。反转录法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。(3)通过PCR技术扩增目的基因原理：DNA复制需要条件：模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。过程：变性(9095 )：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链复性(5560 )：引物与DNA模板结合，形成局部双链延伸(7075 )：在Taq酶作用下从引物起始进行互补链的合成循环重复上述过程， n次循环后，目的基因的量将被扩增2n倍。2基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成及作用(2)基因表达载体的构建过程特别提醒(1)目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控，目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。(2)启动子起始密码子，终止子终止密码子启动子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；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。3将目的基因导入受体细胞(1)导入植物细胞：农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法；(2)导入动物细胞：显微注射法(注射到受精卵内)；(3)导入微生物细胞：感受态细胞法(Ca2处理法)。特别提醒基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同(1)培育转基因植物：受体细胞可以是受精卵、体细胞(需经植物组织培养成为完整植株)。(2)培育转基因动物：受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。(3)生产蛋白质产品：一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞，因原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。4目的基因的检测与鉴定特别提醒(1)基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。(2)只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象，其余三步都有碱基互补配对现象。题型突破练题型，夯基提能1几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是_。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是_。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_。解析：(1)由于嫩叶组织细胞比老叶细胞易破碎，所以适于作为提取几丁质酶的mRNA的实验材料。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解，所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低RNA酶的活性，保护提取的RNA不被分解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录，即以mRNA为模板，以4种脱氧核糖核苷酸为原料，在逆转录酶的催化下，遵循碱基互补配对原则，合成cDNA。(3)由于目的基因无复制原点，也无基因表达所需的启动子和终止子，所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中，但是植株抗真菌病的能力没有提高，从中心法则角度分析，可能是转基因植株细胞中几丁质酶基因不能转录或不能进行翻译导致的。答案：(1)嫩叶组织细胞易破碎防止mRNA被分解(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子(4)磷酸二酯键(5)目的基因的转录或翻译异常2(2018山东聊城一模)屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法而获得诺贝尔奖。寄生于人体细胞内的疟原虫是疟疾的病原体。科学家通过紫外线处理大量青蒿幼苗后，偶然发现一株高产高效植株，进行基因测序发现该植株控制青蒿素合成相关的一种关键酶的基因发生了突变。请回答：(1)如果用高产青蒿关键酶基因的mRNA反转录产生的cDNA片段与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群叫做青蒿的_；获得的cDNA与青蒿细胞中该基因碱基序列_(填“相同”或“不同”)。(2)将获得的突变基因导入普通青蒿之前，先构建基因表达载体，图1、2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒时不能使用Sma切割，原因是_。构建重组质粒时在其目的基因前需要添加特定的启动子，启动子的作用是_。(3)基因表达载体导入组织细胞后，要通过植物组织培养技术培育出青蒿幼苗，该技术的关键步骤是_。鉴定该基因工程是否成功还要进行_实验，但是不能直接在培养基上培养疟原虫观察，其原因是_。解析：(1)如果用高产青蒿关键酶基因的mRNA反转录产生的cDNA片段与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群叫做青蒿的cDNA文库；获得的cDNA与青蒿细胞中该基因碱基序列不同。(2)由于Sma会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因，所以用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒时不能使用Sma切割。构建重组质粒时在其目的基因前需要添加特定的启动子，启动子的作用是RNA聚合酶识别和结合位点。(3)基因表达载体导入组织细胞后，要通过植物组织培养技术培育出青蒿幼苗，该技术的关键步骤是脱分化和再分化。鉴定该基因工程是否成功还要进行接种实验，由于疟原虫营寄生生活，所以不能直接在培养基上培养疟原虫观察。答案：(1)cDNA文库不同(2)Sma会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因RNA聚合酶识别和结合位点(3)脱分化和再分化接种疟原虫营寄生生活图表突破析图表，融会贯通如图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在_酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在_的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的_序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的_序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、_、4种脱氧核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由A和载体B拼接形成的C通常称为_。(4)在基因工程中，常用Ca2处理D，其目的是_。答案：(1)逆转录DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)引物模板DNA(3)重组DNA(4)提高受体细胞的转化率基因工程的应用与蛋白质工程授课提示：对应学生用书第201页基础突破抓基础，自主学习1基因工程的应用(1)植物基因工程：主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。(2)动物基因工程：主要用于改善畜产品的品质、建立生物反应器生产药物、提高动物生长速度、器官移植等方面。(3)基因工程药物：来源于转基因的工程菌。(4)基因治疗：分为体内基因治疗和体外基因治疗，体内基因治疗就是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能。2蛋白质工程重难突破攻重难，名师点拨1蛋白质工程与基因工程区别和联系(1)区别项目蛋白质工程基因工程过程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，以获得人类所需的生物类型和生物产品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(2)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。蛋白质工程的起点是预测蛋白质的功能，实质是通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的。基因工程的起点是目的基因，实质是基因重组。题型突破练题型，夯基提能1为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。(1)获得耐盐基因后，可通过_扩增目的基因。构建重组DNA分子所用的限制性核酸内切酶作用于图中的_处，DNA连接酶作用于_处。(2)将重组DNA分子导入水稻受体细胞常用的方法有_法和_法。(3)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_作探针进行分子杂交检测，又要用_的方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。(4)若将该转基因植株的花药在高盐碱的培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中耐盐型植株大约占_%。(5)利用基因工程技术培育耐盐水稻新品系，相比传统的杂交育种方法，其优点主要表现为_。解析：(1)扩增目的基因的方法是PCR技术。限制酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键，即a处。(2)将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法和基因枪法。(3)基因探针为标记的目的基因单链，从个体水平鉴定是否表达可用一定浓度盐水浇灌植株或移栽到盐碱地中。(4)若将该转基因植株的花药在高盐碱的培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中耐盐型植株大约占100%。(5)基因工程的优点是能根据人类的需要，定向改造遗传物质，获得优良遗传性状。答案：(1)PCR技术aa(2)农杆菌转化基因枪(或花粉管通道)(3)耐盐基因(目的基因)一定浓度盐水浇灌(或移栽到盐碱地中)(4)100(5)能根据人类的需要，定向改造遗传物质，获得优良遗传性状2蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据以下技术原理，设计实验流程，让动物生产“速效胰岛素”。请回答：(1)如图流程属于_工程范畴。流程中的A是_，流程B是_。(2)基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行改造，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_进行鉴定。从而制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。(4)对天然蛋白质进行改造，应该通过直接对_(选“蛋白质分子”或“基因”)的操作来实现。解析：(1)如图流程属于蛋白质工程范畴，其中流程中的A是预期的蛋白质功能，流程B是推测应有的氨基酸序列。(2)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，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功能进行鉴定。从而制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)因为蛋白质具有十分复杂的空间(或高级)结构，所以蛋白质工程实施的难度很大。(4)对天然蛋白质进行改造，应该通过直接对基因的操作来实现。答案：(1)蛋白质预期蛋白质功能应有的氨基酸序列(2)自然界已存在基因修饰基因合成生物功能(3)空间(或高级)(4)基因图表突破析图表，融会贯通如图为蛋白质工程操作的基本思路：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_(填写数字)。(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：_；_。(3)蛋白质工程要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过_实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_的。(5)蛋白质工程在实施过程中最大的难题是_。答案：(1)(2)转录翻译(3)基因合成或修饰(4)相反(5)对大多数蛋白质的高级结构尚不清楚随堂巩固达标检测三级训练提速提能授课提示：对应学生用书第202页练小题提速度判断下列说法是否正确1切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。()2设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对，而造成引物自连。()3Ecoli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。()4设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。()5用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。()6应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达。()7为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。()8蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。()9蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列。()练真题明方向命题分析1考查特点：本专题内容中，基因工程是近五年高考中全国卷出题的重点和热点。从考查内容看，主要考查基因工程的工具和操作步骤，且常与必修内容联系。如2018年全国卷和全国卷均集中考查了基因工程的工具、操作步骤及应用，尤其强化生物科学史的考查，这是命题一大特点。2命题趋势：预计仍会以具体实例入手并适当结合必修内容，主要考查基因工程的原理、操作程序和蛋白质工程的概念及流程。1(2016高考全国卷)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH 酶切后，与用BamH 酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_ (答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_。解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自受体细胞。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞2(2016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)由题图可知，BamH和Sau3A两种限制性内切酶的共同识别序列是GATCCTAG，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示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，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(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)EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶3(2018高考全国卷)某种荧光蛋白(GFP)在紫外线或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5末端，获得了L1GFP融合基因(简称甲)，并将其插入质粒PO，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切点的示意图如图，图中E1E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。回答下列问题：(1)据图推断，该团队在将甲插入质粒PO时，使用了两种限制酶，这两种酶是_。使用这两种酶进行酶切是为了保证_，也是为了保证_。(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色的荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了_和_过程。(3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的_移入牛的_中，体外培养，胚胎移植等。(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴定。在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的_(填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。解析：(1)该团队在将甲插入质粒PO时，使用了两种限制酶，这两种酶是E1和E4，使用这两种酶进行酶切可以保证目的基因两端有启动子和终止子，可以保证甲的完整，也是为了保证甲与载体正确连接。(2)在该细胞中观察到了绿色的荧光，检测到了基因表达的产物，可以说L1基因在牛的皮肤细胞中完成了转录和翻译过程。(3)为了获得含有甲的牛，该团队可以利用细胞核移植技术，将能够产生绿色荧光细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中，体外培养，胚胎移植等。(4)克隆牛利用的是细胞核移植技术，遗传物质来自于细胞核，所以用PCR方法进行鉴定。PCR技术中用的模板是DNA，而不是RNA，故在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的核DNA 作为PCR模板。答案：(1)E1和E4甲的完整甲与载体正确连接(2)转录翻译(3)细胞核去核卵母细胞(4)核DNA4(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5(2015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。所获得的基因在表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_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)蛋白质的功能与结构相关，若要改变蛋白质的功能，需要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后，可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、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填网络串线索填充：限制性核酸内切酶基因表达载体的构建目的基因的检测与鉴定基因治疗课时作业知能提升单独成册1嗜热土壤芽孢杆菌产生的葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶，为使其在工业生产中更好地应用，开展了以下试验：利用大肠杆菌表达BglB酶。(1)PCR扩增BglB基因时，选用_基因组DNA作模板。(2)如图为质粒限制酶酶切图谱。BglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的BglB基因重组进该质粒，扩增的BglB基因两端需分别引入_和_不同限制酶的识别序列。(3)大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为_。解析：(1)BglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中，故应以该菌的基因组DNA为模板进行基因扩增。(2)目的基因与质粒进行重组时，需将目的基因插入到启动子和终止子之间，且应靠近启动子和终止子，结合示意图可知，应在扩增的BglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制酶的识别序列。(3)该基因表达载体中含有BglB基因，可表达产生葡萄糖苷酶分解纤维素，这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。答案：(1)嗜热土壤芽孢杆菌(2)NdeBamH(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶2(2018广东江门模拟)图1表示含目的基因的DNA片段，图2表示质粒(已知Pst、EcoR和Hind三种限制酶切割后产生的黏性末端都不相同)。请回答下列问题：(1)已知DNA的合成方向总是从子链的5端向3端延伸。利用PCR技术以图1中的DNA片段为模板扩增目的基因，需要的引物有_(从A、B、C、D四种单链DNA片段中选择)。(2)要保证目的基因能与图2中的质粒连接，要将(1)中选出的两种引物的5端分别添加上_两种限制酶的识别序列。在此基础上，对扩增的目的基因和质粒都用这两种限制酶处理，待基因表达载体构建完成后，加入到含大肠杆菌的转化液中。要从中分离出含该重组质粒的大肠杆菌单菌落，请简述操作思路：_。(3)从DNA分子结构分析，上述操作用到的工具酶作用的共同点是_。解析：(1)已知DNA的合成方向总是从子链的5端向3端延伸。组成DNA分子的两条链是反向平行的。因此，利用PCR技术以图1中的DNA片段为模板扩增目的基因，需要的引物有B、C。(2)根据图2中不同限制酶在质粒上的识别位点可知，如果用Pst和Hind、或者用EcoR和Hind切割质粒，均会把质粒上的两个抗性基因(标记基因)全破坏，所以只能用Pst、EcoR切割质粒。为了构建基因表达载体，