高考生物 第十一单元第39讲Word文档格式.docx

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将具有相同粘性末端的两个DNA片段连接在一起。

（3）质粒

①从存在位置看，在细菌中独立于拟核之外。

②从化学成分上看，为双链环状DNA分子。

③从功能上看，能自主复制。

④从结构上看，常含有抗生素抗性基因。

[思维诊断]

（1）限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因（　×

　）

（2）DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来（　×

（3）质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体（　√　）

（4）载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达（　√　）

（5）DNA连接酶能够将任意2个DNA片段连接在一起（　×

题组　限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用

1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（　　）

A．①②③④B．①②④③

C．①④②③D．①④③②

答案　C

解析　限制性核酸内切酶可在特定位点对DNA分子进行切割；

DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；

DNA连接酶可将限制性核酸内切酶切开的磷酸二酯键连接在一起；

解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。

2．若要利用某目的基因（见图甲）和P1噬菌体载体（见图乙）构建重组DNA（见图丙），限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和Sau3AⅠ（↓GATC）。

下列分析合理的是（　　）

A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

答案　D

解析　解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。

与DNA有关的酶的比较

项目

作用底物

作用部位

形成产物

限制性核

酸内切酶

DNA分子

磷酸二酯键

粘性末端

DNA连接酶

DNA片段

重组DNA

分子

DNA聚合酶

脱氧核苷酸

子代DNA

DNA解旋酶

碱基对间的氢键

形成脱氧核苷酸单链

DNA（水解）酶

游离的脱氧核苷酸

考点二　基因工程的原理、技术及应用

1．基因工程的原理和技术

观察基因工程的操作过程图，分析每一步骤的操作程序

（1）获得目的基因

获取方法

（2）形成重组DNA分子

①用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA，以产生相同的粘性末端。

②用DNA连接酶连接两个切口（即相同的粘性末端），形成重组DNA分子。

（3）将重组DNA分子导入受体细胞

①常用的受体细胞：

大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。

②导入方法：

用氯化钙处理大肠杆菌，可以增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使重组质粒容易进入。

（4）筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达

①筛选：

用含抗生素的培养基培养受体细胞，选择含重组质粒的受体细胞。

②表达：

目的基因在宿主细胞内表达，产生人们需要的功能物质。

2．基因工程的应用

（1）基因工程与遗传育种

①转基因植物

培育优点

②转基因动物

a．含义：

转入了外源基因的动物。

b．培育优点：

省时、省力。

（2）基因工程与疾病治疗

①基因工程药物

如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。

②基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。

（3）基因工程与生态环境保护

①利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型生物塑料。

②改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。

③利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。

[思维诊断]

（1）抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达（2014·

江苏，23D）（　√　）

（2）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完全表达（2011·

四川，5D）（　×

（3）将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株（　√　）

（4）利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中（　×

（5）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（　×

题组一　目的基因的获取及基因表达载体的构建

1．下图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A．过程①需要DNA连接酶

B．过程②需要限制性核酸内切酶

C．目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的

D．若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同

解析　题图所示为化学方法合成目的基因的过程。

①②过程依赖碱基互补配对原则进行。

质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。

2．据图表回答问题：

SmaⅠ

EcoRⅠ

PstⅠ

切割位点

CCC↓GGG

GGG↑CCC

G↓AATTC

CTTAA↑G

CTGCA↓G

G↑ACGTC

（1）假设所用的限制性核酸内切酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切含有目的基因的DNA，能得到________种DNA片段。

如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切，酶切产物再加入DNA连接酶，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有__________________________、________________________、__________________________。

（2）为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是________、________。

答案　

（1）4　质粒载体—质粒载体连接物　目的基因—目的基因连接物　质粒载体—目的基因连接物　

（2）EcoRⅠ　SmaⅠ

解析　

（1）含目的基因的DNA分子上含有2个EcoRⅠ和1个PstⅠ的酶切位点，3个切点全部切开，则形成4种DNA片段。

质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ切割，目的基因两端和质粒的切口处的粘性末端相同，只考虑两个DNA片段相连，则会形成3种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。

（2）为了防止自身环化和任意连接，可选用EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶同时切割。

与基因工程操作有关的6个易错点总结

（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，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

（2）基因工程操作过程中只有第三步（将重组DNA分子导入受体细胞）没有碱基互补配对现象。

（3）原核生物作为受体细胞的优点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

（4）转化的实质是目的基因整合到受体细胞基因中。

（5）一般情况下，用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

（6）不熟悉标记基因的种类和作用：

标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因（表达产物为带颜色的物质）等。

题组二　基因工程的操作及应用实例分析

3.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。

如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：

（1）获取目的基因的主要途径包括从基因文库中获取和______________。

（2）①过程需要的酶有____________________、__________。

（3）重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外，还必须含有启动子、终止子和________________________，这样才能构成一个完整的基因表达载体。

（4）如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的________，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中的____________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。

答案　

（1）化学方法合成　

（2）限制性核酸内切酶　DNA连接酶　（3）标记基因　（4）转化作用　染色体DNA

解析　

（1）获取目的基因的主要途径有从基因文库中和化学方法合成。

（2）①过程为形成重组DNA分子，需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。

（3）一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。

（4）农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。

基因工程中的几种检测方法

探究高考　明确考向

1．（2012·

浙江，6）天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。

现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（　　）

A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B

B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B

C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞

D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞

答案　A

解析　获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR扩增，A正确；

形成重组DNA分子时是将目的基因与载体连接起来，形成重组载体，再导入受体菌中贮存和扩增，提取目的基因时不需要使用限制性核酸内切酶，B错误；

连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶，C错误；

将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌，D错误。

2．（2011·

浙江，6）将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。

下列叙述错误的是（　　）

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒

B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点

C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada

D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子

解析　大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含一个重组质粒，A项正确；

作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；

作为重组DNA应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；

由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。

3．（2014·

江苏，23）下列关于基因工程技术的叙述，错误的是（多选）（　　）

A．切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列

B．PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应

C．载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因

D．抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达

答案　ABC

解析　A项，限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列，但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。

B项，PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。

另外，耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，变性和复性过程不需要酶的催化。

C项，载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，而不是抗生素合成基因。

D项，目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。

4．（2014·

新课标Ⅱ，40）植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。

若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。

回答下列问题：

（1）理论上，基因组文库含有生物的____________基因；

而cDNA文库中含有生物的________基因。

（2）若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。

（3）将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。

要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的____________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的__________是否得到提高。

（4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时，则可推测该耐旱基因整合到了________________________（填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”）。

答案　

（1）全部　部分　

（2）筛选　（3）乙　表达产物　耐旱性　（4）同源染色体的一条上

解析　

（1）基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。

（2）植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。

（3）若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。

将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。

要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。

（4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为3∶1，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。

练出高分

1．基因工程中，需使用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。

已知限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。

（1）根据已知条件和下图中信息回答：

①上述质粒用限制性核酸内切酶________切割，目的基因用限制性核酸内切酶________切割。

②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的________。

③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）不同生物的基因可以拼接的结构基础是________________________________________________________________________

答案　

（1）①Ⅰ　Ⅱ　②DNA连接酶　③检测重组质粒（或目的基因）是否导入受体细胞　

（2）DNA结构基本相同和基本组成单位相同

解析　

（1）两个DNA片段能否连接关键是看所形成的粘性末端是否相同。

用同一种限制性核酸内切酶切割肯定露出相同的粘性末端。

在这里限制性核酸内切酶Ⅰ、Ⅱ虽是两种不同的限制性核酸内切酶，但是它们切割产生的粘性末端相同，因而也可以用DNA连接酶将其连接起来。

（2）不同基因拼接成功的基础是DNA的空间结构和基本单位相同。

2．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。

科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答：

（1）从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是______________。

人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。

（2）请画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。

—G↓GATCC—

（3）人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是________________________________________________________________________，

“插入”时用的工具是________，其种类有________________________________________________________________________

答案　

（1）限制性核酸内切酶　DNA连接酶

（2）

（3）基因的结构是相同的　载体　质粒、动植物病毒及λ噬菌体的衍生物

解析　本题主要考查各种工具在基因工程中的作用，要明确限制性核酸内切酶的作用是切取目的基因，DNA连接酶起“缝合”作用，载体能把目的基因导入受体细胞。

3．科学家通过基因工程成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉，其过程大致如下图所示，据图回答下面的问题。

（1）Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T－DNA，把目的基因插入Ti质粒的T－DNA中是利用T－DNA____________________________________________________________的特性。

（2）抗虫基因转入普通棉花植株内并成功表达的过程，在基因工程中称为____________。

（3）将目的基因导入受体细胞中的方法很多，该题中涉及的是__________________。

（4）目的基因能否在棉花植株体内稳定维持和表达其遗传物质的关键是________________________________________________________________________

________________。

这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是____________________。

答案　

（1）可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上　

（2）转化　（3）农杆菌转化法　（4）目的基因是否插入了受体细胞的染色体DNA上　DNA分子杂交技术

解析　农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法，利用它能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，以及其Ti质粒上的T－DNA能转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上的特点，可以把目的基因插入其质粒的T－DNA中，借助其作用使目的基因成功导入受体细胞。

4．大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的载体。

某限制性核酸内切酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β半乳糖苷酶。

当培养基中含有IPTG和Xgal时，Xgal便会被β半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。

反之，则形成白色菌落。

下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。

请分析并回答问题。

（1）对已获得的目的基因可利用______________技术进行扩增。

（2）目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复____________键。

（3）将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是__________________________；

大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，目的是________________________________________________________________________

（4）将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上，培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出______________________________。

（5）若观察到培养基上出现__________________色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。

如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是________________________________________________________________________

答案　

（1）PCR　

（2）磷酸二酯　（3）进行转化　使大肠杆菌细胞处于感受态　（4）导入pUC18质粒的大肠杆菌

（5）白　无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落

5．干扰素是治疗癌症的药物，成分是一种糖蛋白，它必须从血液中提取，每升人血只能提取0.05μg，所以价格昂贵。

现在美国加利福尼亚的基因公司用如图的方式生产干扰素，请据图回答下列问题。

（1）从人的淋巴细胞中取出__________________，使它同质粒相结合，然后移植到酵母菌体内，让酵母菌______________________。

（2）酵母菌能用__________________方式繁殖，速度很快，能大量生产__________________，不但提高了产量，也降低了成本。

（3）有人尝试将干扰素基因与大肠杆菌的质粒重组，转入大肠杆菌体内后，形成“工程菌”，此种操作能制备到干扰素吗？

______________________________，请说明理由：

（4）中国青年科学家陈炬成功地把人的干扰素基因移植到烟草的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力，试分析：

①人的基因之所以能接到植物体内，其物质基础是________