2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3 第3章 主干知识排查

主干知识排查一、重组DNA技术的基本工具1．限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。2．限制酶的作用：能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。3．当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端；当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。4．DNA连接酶主要有两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E.coliDNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。这两类酶都能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，但E.coliDNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4DNA连接酶。5．质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。天然质粒一般都要经过人工改造才能被用作载体。6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。二、基因工程的基本操作程序1．目的基因主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工业用酶等相关的基因。2．PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。3．PCR反应需要在一定的缓冲液中才能进行，需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的2种引物，4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。4．PCR扩增过程中，每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步。(1)变性：当温度超过90℃时，双链DNA解聚为单链。(2)复性：当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。(3)延伸：当温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。上一轮循环的产物可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增。5．常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。6．基因工程操作程序的核心步骤是基因表达载体的构建。7．基因表达载体的组成：除目的基因外，它还必须有启动子、终止子、标记基因、复制原点等。8．基因表达载体的构建过程：首先会用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。9．将目的基因导入植物细胞常用的方法：农杆菌转化法、花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞的方法：显微注射技术；将目的基因导入微生物细胞的方法：用Ca2＋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。10．对于植物来说，受体细胞可以是受精卵或体细胞，因为植物细胞具有全能性。对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，因为受精卵的全能性高，而高度分化的动物体细胞的全能性受到抑制。11．目的基因的检测与鉴定(1)分子水平的检测①导入水平：通过PCR等技术检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因。②转录水平：利用PCR等技术检测目的基因是否转录出了mRNA。③翻译水平：用相应抗体进行抗原—抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质。(2)个体生物学水平的鉴定：抗虫、抗病接种实验等。三、基因工程的应用1．植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。2．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异。3．动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。4．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响，从而解决人的乳糖不耐受问题。5．乳腺生物反应器是指将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。6．用转基因动物(猪)作器官移植的供体，方法是在器官供体的基因组中导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆(猪)器官。四、蛋白质工程的原理和应用1．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。2．蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。3．对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。4．蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。5．确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因，或应用基因的定点突变技术来进行碱基的替换等进而改造基因。1．基因工程：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。2．限制酶不切割细菌本身的DNA分子的可能原因是含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开(答出两点)。3．限制酶XbaⅠ切割产生的DNA片段能与限制酶SpeⅠ切割产生的DNA片段相连接，因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端；连接完成后，该重组DNA分子的新连接处不能(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶切割，因为所用的两种限制酶均不能识别该重组DNA分子的新连接处的脱氧核苷酸序列。4．质粒作为载体所具备的条件及原因：(1)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；(2)携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，使目的基因稳定存在且数量可扩增；(3)具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。5．真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。6．耐高温的DNA聚合酶的作用是催化以单链DNA为模板的DNA子链的延伸。7．利用PCR扩增目的基因时，需向反应体系中加入两种引物，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。8．为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的5′端(填“3′端”或“5′端”)，不能添加在另一端的原因使引物的3′端与模板链严格互补配对，保证子链的延伸。9．基因表达载体的构建的目的是：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。10．启动子的作用：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mRNA，最终表达出人类需要的蛋白质。11．构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在启动子下游和终止子上游，因为只有插入在启动子和终止子之间，目的基因才可以正常表达。12．如图1、2分别是质粒和目的基因的结构模式图。在构建基因表达载体时，科学家们常选择双酶切(同时用两种限制酶切割含目的基因的DNA和质粒)，需要用限制酶BclⅠ和HindⅢ，不选用其他限制酶的原因是BamHⅠ会破坏四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因，Sau3AⅠ不能切割质粒。实践中，双酶切与单酶切相比，优点是防止质粒和目的基因的自身环化及质粒和目的基因的反向连接。13．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。14．农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因：Ti质粒上的T－DNA(可转移的DNA)能转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。15．若目的基因的表达产物是某种特定的蛋白质，检测目的基因在子代转基因小鼠中是否成功表达，常用的分子检测方法是抗原—抗体杂交技术，检测的基本思路：从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体(对抗体进行同位素标记)进行抗原—抗体杂交，如果出现杂交带，表明目的基因已经表达成功。16．为了检测转基因幼苗是否具有抗除草剂特性，可采用的方法是对该幼苗喷施除草剂，不喷施除草剂的幼苗作为对照组，对照观察幼苗生长情况。17．微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。MT基因在工程菌中的表达量如图所示。结果仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌，理由是尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定。18．与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素的优势：酵母菌为真核生物，有生物膜系统，可通过内质网和高尔基体对产生的胰岛素进行加工和修饰，从而产生有活性的胰岛素。19．W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。回答下列问题：(1)步骤①中需要选择的启动子是膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子，选择该启动子的目的是使W基因在膀胱上皮细胞中特异性表达。步骤②所代表的操作是显微注射。(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别、年龄的限制。20．将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作不属于(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作没有对现有的蛋白质进行改造。21．如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。对蛋白质进行改造，一般通过对基因的操作来实现，原因：(1)蛋白质的结构由基因编码，蛋白质不能复制，基因可以遗传；(2)对基因的改造比对