高考生物总复习第10单元现代生物科技专题第36讲基因工程Word文件下载.docx

高考生物总复习第10单元现代生物科技专题第36讲基因工程Word文件下载.docx

《高考生物总复习第10单元现代生物科技专题第36讲基因工程Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考生物总复习第10单元现代生物科技专题第36讲基因工程Word文件下载.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

只有质粒①上既有标记基因，且MunⅠ的切割点不在标记基因上。

题型一　基因工程的原理、操作工具

1．下列关于载体的叙述中，错误的是（　　）

A．载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子

B．对某种限制性核酸内切酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点

C．目前常用的载体有质粒、λ噬菌体和动植物病毒

D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割

答案　D

解析　载体必须具备的条件有：

①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；

②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；

③具有一个至多个限制性核酸内切酶切点，以便目的基因可以插入到载体中；

④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；

⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。

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

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。

前挂后连

几种易混淆酶的比较

名称

功能

应用

限制性核酸内切酶

特异性地切断DNA链中的磷酸二酯键

重组DNA技术和基因诊断

DNA连接酶

连接DNA片段之间的磷酸二酯键

基因工程

DNA聚合酶

连接DNA片段与单个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键

DNA复制

RNA聚合酶

连接RNA片段与单个核糖核苷酸之间的磷酸二酯键

RNA复制和转录

逆转录酶

作用于磷酸二酯键

以RNA为模板获得DNA

DNA解旋酶

使碱基对之间的氢键断裂

DNA水解酶

使DNA分子所有磷酸二酯键断裂

水解DNA

题型二　基因工程的技术

3．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

考点二　基因工程的操作步骤、应用及相关的设计方案

1．基因工程的操作步骤

（1）获得目的基因

获取目的基因序列已知：

化学合成或PCR扩增；

基因序列未知：

从基因文库中获取。

（2）形成重组DNA分子（基因工程的核心）：

通常用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA，然后用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，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

①筛选原因：

并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子，因此，需筛选含目的基因的受体细胞。

②筛选方法：

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。

（5）目的基因的表达

目的基因在宿主细胞中表达，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

（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。

1．基因表达载体的组成及各部分的作用（连线）

2．据图选择相关的限制性核酸内切酶

基因工程中，需使用特定的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－。

请据图分析：

切割目的基因应选择限制性核酸内切酶Ⅱ，切割质粒应选择限制性核酸内切酶Ⅰ。

3．完成下列填充

（1）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。

（2）转化的实质是把目的基因整合到受体细胞基因组中。

4．补充目的基因检测与鉴定的方法示意图

5．如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：

（1）该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？

一般情况下，为什么要用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体？

提示　目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。

用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体，可以获得相同的粘性末端，便于形成重组DNA分子。

（2）该实例中为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？

提示　由于Ti质粒上的T－DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了T－DNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。

（3）该实例中，检测目的基因是否表达常见的方法是什么？

提示　用棉叶饲喂棉铃虫。

题型一　基因工程的操作程序

1．下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：

（1）a代表的物质和质粒的化学本质都是____________，二者还具有其他共同点，如①__________________，②______________（写出两条即可）。

（2）若质粒DNA分子的切割末端为

，则与之连接的目的基因切割末端应为__________；

可使用______________把质粒和目的基因连接在一起。

（3）氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为__________________，其作用是________________________________________________________________________。

（4）下列常在基因工程中用作载体的是（　　）

A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因

B．土壤农杆菌环状RNA分子

C．大肠杆菌的质粒

D．动物细胞的染色体

答案　

（1）DNA　能够自主复制　具有遗传特性

（2）

　DNA连接酶

（3）标记基因　供重组DNA的鉴定和选择

（4）C

解析　

（1）a代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自主复制，并蕴含遗传信息。

（2）质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。

（3）质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。

（4）作为载体必须具备的条件：

①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；

②有多个限制性核酸内切酶切点；

③有一定的标记基因，便于筛选。

常用的载体有质粒、λ噬菌体、动植物病毒等。

苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；

土壤农杆菌环状RNA分子不容易在宿主细胞内保存；

动物细胞染色体的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。

2．（2015·

诸暨中学统考）科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。

下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。

请据图回答问题：

（1）步骤①和②中常用的工具酶是________________和________________。

（2）经过①和②步骤后，有些质粒上的________________基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒。

（3）步骤③是________________的过程。

为了促进该过程，应该用________处理大肠杆菌。

（4）步骤④是将三角瓶内的大肠杆菌接种到含有四环素的培养基A上培养，目的是筛选________________。

能在A中生长的大肠杆菌有________种。

（5）步骤⑤是用无菌牙签挑取A上的单个菌落，分别接种到B（含氨苄青霉素和四环素）和C（含四环素）两个培养基的相同位置上。

一段时间后，菌落的生长状况如上图所示。

含有目的基因的菌落位于（填“B”或“C”）________上，请在图中相应位置上圈出来。

答案　

（1）限制性核酸内切酶　DNA连接酶

（2）氨苄青霉素抗性

（3）将重组质粒导入大肠杆菌　氯化钙

（4）含四环素抗性基因的大肠杆菌　2

（5）C　如下图所示

解析　

（1）步骤①和②是将目的基因和质粒用同种限制性核酸内切酶进行切割，得到相同的粘性末端，然后用DNA连接酶将二者连接起来，形成重组质粒。

（2）质粒上有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，根据步骤①和②构建的重组质粒的图像可知，部分质粒的氨苄青霉素抗性基因中插入了目的基因。

（3）据题图可知，步骤③是将重组质粒导入受体细胞大肠杆菌中的过程；

氯化钙处理可增加大肠杆菌细胞壁的通透性，增强其对重组质粒的吸收能力。

（4）由于质粒上具有四环素抗性基因，且未被目的基因插入，因此，凡是导入质粒的大肠杆菌均对四环素具有抗性，可以存活，没有导入质粒的不能存活，于是可以筛选出含四环素抗性基因的大肠杆菌；

能够在A上生长的大肠杆菌有2种，分别是导入空白质粒的大肠杆菌和导入重组质粒的大肠杆菌。

（5）目的基因的插入破坏了氨苄青霉素抗性基因，因此含有目的基因的大肠杆菌无法在含氨苄青霉素的培养基B上存活，但能在C上存活，其所在位置即为B中未长出而C中长出菌落的位置。

题型二　设计用基因工程技术解决的方案

3．（2015·

浙江名校联考）我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了大米的营养品质。

下图为培育转基因水稻的过程示意图，请据图回答：

（1）上述过程中，铁结合蛋白基因为________，获取该基因后常用________技术进行扩增。

（2）构建重组Ti质粒时，通常要用同种限制性核酸内切酶分别切割________________和________________。

将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用________处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入农杆菌。

（3）将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得成功导入目的基因的受体细胞，该筛选过程是通过在培养基2中加入________实现的。

（4）检测转基因水稻的培育是否成功，需要检测转基因水稻________________。

答案　

（1）目的基因　PCR

（2）含目的基因的DNA片段　Ti质粒　CaCl2

（3）抗生素

（4）种子中铁含量

解析　

（1）本题中培育转基因水稻的目的是获得铁含量比普通大米高60%的转基因大米，因此目的基因为铁结合蛋白基因；

要大量获得目的基因，一般采用PCR技术进行扩增。

（2）构建重组Ti质粒时，要用同种限制性核酸内切酶切割含目的基因的DNA片段和Ti质粒，使二者产生相同的粘性末端，从而便于拼接；

CaCl2处理农杆菌可以增大其细胞壁的通透性，从而利于重组Ti质粒导入。

（3）重组Ti质粒含有抗生素抗性基因，导入重组Ti质粒的愈伤组织细胞在含有抗生素的培养基上可以存活，而未导入的则无法存活，故可加入抗生素来筛选成功导入的受体细胞。

（4）转基因的目的是提高大米中铁含量，因此可通过检测转基因水稻种子中铁的含量来判断转基因水稻的培育是否成功。

做模拟　练预测

1．（2015·

台州中学统考）下列关于基因工程的叙述，错误的是（　　）

A．目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物

B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶

C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素无生物活性

D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达

解析　目的基因来源于含有人们所需要性状的一切生物，可以是动物、植物，也可以是真菌、细菌等；

基因工程中一般要使用同种限制性核酸内切酶进行切割，以获得具有相同粘性末端的目的基因和载体，在DNA连接酶的作用下，将目的基因和载体连接，形成重组DNA分子；

人的胰岛素原基因可以在大肠杆菌内表达，但是由于大肠杆菌是原核生物，没有内质网、高尔基体等细胞器，合成的胰岛素不具有胰岛素的功能，即没有生物活性；

标记基因是为了检测并筛选含重组DNA的细胞，但对于目的基因的表达没有影响。

2．1997年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。

请据图回答：

（1）首先根据胰岛素的氨基酸序列，推测出原胰岛素mRNA上的碱基序列，再根据碱基互补配对原则，用人工方法合成⑧DNA，通过这一过程获得了________基因。

（2）图中①表示从大肠杆菌的细胞中提取________。

（3）图中⑤表示的是__________________的过程，图中③表示的是______________。

（4）④过程表示________________________。

（5）若用两种识别切割序列完全不同的限制性核酸内切酶E和F从基因组DNA上切下目的基因，并将之取代质粒pZHZ1（3.7kb,1kb＝1000对碱基）上相应的E～F区域（0.2kb），操作过程见下图，那么所形成的重组质粒pZHZ2________。

A．既能被E也能被F切开

B．能被E但不能被F切开

C．既不能被E也不能被F切开

D．能被F但不能被E切开

答案　

（1）目的

（2）质粒

（3）形成重组DNA分子　重组DNA分子

（4）将重组DNA分子导入受体细胞

（5）A

解析　

（1）人工获取目的基因（胰岛素基因）的方法是：

首先根据胰岛素的氨基酸序列，推测出原胰岛素mRNA上的碱基序列，再根据碱基互补配对原则，用人工方法合成目的基因。

（2）图中①过程为从大肠杆菌的细胞中提取质粒的过程，过程②为重组质粒的过程，须用限制性核酸内切酶切割。

（3）图中⑤表示的是形成重组DNA分子的过程，图中③表示重组DNA（重组质粒）分子。

（4）④过程表示将重组DNA分子导入受体细胞。

（5）若用两种识别切割序列完全不同的限制性核酸内切酶E和F从基因组DNA上切下目的基因，并将之取代质粒pZHZ1（3.7kb,1kb＝1000对碱基）上相应的E～F区域（0.2kb），那么所形成的重组质粒pZHZ2既能被E也能被F切开，故A正确。

3．（2016·

浙江4月选考）兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶，拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中，以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力。

请回答下列问题：

（1）从兔肝细胞中提取mRNA，在________酶的作用下形成互补的DNA，然后以此DNA为模板扩增得到基因E。

在相关酶的作用下，将基因E与Ti质粒连接在一起，形成________________，再导入用氯化钙处理的________，侵染矮牵牛叶片。

将被侵染的叶片除菌后进行培养，最终得到转基因矮牵牛。

其中培养过程正确的是________。

A．叶片在含合适浓度生长素的培养基上分化形成愈伤组织

B．愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽

C．再生的芽在细胞分裂素含量高的培养基上生根

D．愈伤组织在含合适浓度植物生长调节剂的培养基上脱分化形成再生植株

（2）取转基因矮牵牛叶片，放入含MS液体培养基和适量浓度甲醛且密封的试管中。

将试管置于________上，进行液体悬浮培养。

一段时间后测定培养基中甲醛的含量，以判断基因E是否在转基因矮牵牛中正常表达。

培养过程中液体培养的作用：

一是提供营养；

二是________________，从而使叶片保持正常的形态。

答案　

（1）逆转录　重组DNA分子　农杆菌　B

（2）摇床　维持渗透压

解析　

（1）以mRNA为模板合成DNA的过程为逆转录过程，这一过程需要在逆转录酶的催化下进行。

获得目的基因后，需在限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用下，将目的基因与载体（Ti质粒）连接形成重组质粒（重组DNA分子），再将其导入受体细胞。

将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法，先将重组DNA分子导入经氯化钙处理的农杆菌中，再用导入目的基因的农杆菌感染植物细胞，最终实现将目的基因导入植物细胞内的目的。

导入目的基因的植物细胞经组织培养过程形成转基因植株。

组织培养过程中，叶片在含适宜浓度的生长素和细胞分裂素的培养基上脱分化形成愈伤组织，然后在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽，继而在生长素含量高的培养基上生根，最后形成完整的植株，愈伤组织形成植株的过程中发生细胞的分化。

（2）植物组织培养过程中，将愈伤组织等细胞置于摇床上，进行液体悬浮培养，形成多个分散的细胞。

培养过程中培养液一方面为植物细胞提供营养，另一面维持一定的渗透压，从而使叶片保持正常的形态。

4．（2016·

福州三模）1978年，人类首次利用转基因技术生产人胰岛素，其过程大致如图所示：

（1）人胰岛素由A、B两条肽链组成，可根据组成肽链的氨基酸序列，确定编码胰岛素基因的碱基序列，因此可通过________方法获得目的基因。

（2）β半乳糖苷酶能将无色ONPG分解，产物呈黄色，本生产流程中β半乳糖苷酶基因作为________，通过①和②，完成基因表达载体的构建，写出该过程处理DNA分子所需要的酶：

________________________________。

（3）③表示将重组DNA分子导入受体细胞，用Ca2＋处理大肠杆菌，目的是使之变为________细胞，利于外源DNA侵染，④表示利用化学方法催化二硫键的形成，合成具有生物活性的胰岛素，人体内该过程在胰岛β细胞的______中进行。

答案　

（1）人工合成　

（2）标记基因　限制性核酸内切酶和DNA连接酶　（3）感受态　内质网

解析　

（1）人工合成该目的基因的方法有两种：

逆转录法和化学合成法，题中根据人胰岛素由A、B两条肽链的氨基酸序列，确定编码胰岛素基因的碱基序列，再通过人工合成方法获得目的基因属于化学合成法。

（2）根据题意分析，胰岛素基因为目的基因，β半乳糖苷酶基因为标记基因，通过①和②过程构建重组DNA分子时，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶的参与。

（3）基因工程中若将重组DNA分子导入大肠杆菌细胞中，则通常采用CaCl2溶液处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，利于外源DNA侵染。

胰岛素的化学本质是蛋白质，在核糖体合成后需要内质网的加工，才具有生物活性。

课时训练

一、选择题

浙江五校联考）通过基因工程生产转基因小鼠，其核心是构建重组DNA分子，所需工具除了载体、限制性核酸内切酶外，还需要（　　）

A．DNA聚合酶B．DNA连接酶

C．RNA聚合酶D．解旋酶

答案　B

解析　限制性核酸内切酶将目的基因和载体切出相同的粘性末端后，需要DNA连接酶将二者的末端进行拼接。

金华模拟）下列选项中，能正确表示基因工程操作“五步曲”的是（　　）

A．获得目的基因→将重组DNA分子导入受体细胞→形成重组DNA分子→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因的表达

B．目的基因的表达→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

C．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→目的基因的表达

D．形成重组DNA分子