基因突变与基因重组生物 解析版 2.docx

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基因突变与基因重组生物解析版2

　基因工程的概念及操作工具（国考5年4考）

（全国卷：

2018全国卷Ⅰ、Ⅱ；2016全国卷Ⅲ；2014全国卷Ⅱ；地方卷：

2018北京卷；

2016天津、江苏卷；2015天津、福建、重庆、浙江、江苏卷；2014天津、北京、山东、江苏、海南卷）

【师说考问】

考问1　基因工程概念理解

基因工程的别名

基因拼接技术或DNA重组技术

操作环境

生物体外

操作对象

基因

操作水平

DNA分子水平

原理

基因重组

基本过程

剪切→拼接→导入→表达

结果

人类需要的基因产物或生物类型

供体

提供目的基因

受体

表达目的基因

本质

目的基因在受体体内的表达

优点

可定向改造生物的遗传性状

考问2　DNA重组技术的基本工具理解

（1）限制性核酸内切酶（简称：

限制酶）

（2）DNA连接酶

常用类型

E·coliDNA连接酶

T4DNA连接酶

来源

大肠杆菌

T4噬菌体

功能

连接黏性末端

连接黏性末端或平末端

结果

都缝合磷酸二酯键，如图

（3）载体

①种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒的特点

考问3　下图为限制酶和DNA连接酶的关系，据图回答

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位相同吗？

相同。

（2）DNA连接酶起作用时是否需要模板？

不需要。

考问4　探究载体所具条件的意义

条　件

意　义

稳定并能自我复制

目的基因稳定存在且数量可扩大

有一个至多个限制酶切割位点

可携带多个或多种外源基因

具有特殊的标记基因

便于重组DNA的鉴定和选择

【题组跟进】

高考题组——研考向

　基因工程操作工具的基础考查

1．[2018·北京卷，5]用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段，酶切位点及酶切产物分离结果如图。

以下叙述不正确的是（　　）

A．图1中两种酶识别的核苷酸序列不同

B．图2中酶切产物可用于构建重组DNA

C．泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物

D．图中被酶切的DNA片段是单链DNA

解析：

限制酶识别特定的脱氧核苷酸序列，不同的限制酶能识别不同的核苷酸序列，由电泳图可知XhoⅠ和SalⅠ两种酶分别切割时，识别的序列不同，A正确；同种限制酶切割出的DNA片段，具有相同的粘性末端，再用DNA连接酶进行连接，可以构成重组DNA，B正确；SalⅠ将DNA片段切成4段，XhoⅠ将DNA片段切成3段，根据电泳结果可知泳道①为SalⅠ，泳道②为XhoⅠ，C正确；限制酶切割双链DNA，酶切后的DNA片段仍然是双链DNA为主，只在黏性末端出现部分单链，D错误。

答案：

D

　　基因工程操作工具的综合考查

2．[2018·全国卷Ⅰ节选]回答下列问题：

（1）博耶（H.Boyer）和科恩（S.Cohen）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。

该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了________________________________________________________________（答出两点即可）。

解析：

（1）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达，该过程证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞，真核生物基因可在原核细胞中表达等。

答案：

（1）体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达

3．[2018·全国卷Ⅱ，38节选]某种荧光蛋白（GFP）在紫外光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L1－GFP融合基因（简称为甲），并将其插入质粒P0，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1～E4四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P0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________________。

解析：

（1）要保证目的基因在受体细胞中能够正确表达，目的基因的首端应有启动子，尾端应有终止子。

甲是将某种病毒的外壳蛋白（L1）世界基因连接在GFP基因的5′末端而获得的L1－GFP融合基因，据此结合题意并分析图示可知：

该团队在将甲插入质粒P0时，如果用E2或E3，则目的基因不完整，而使用E1和E4这两种限制酶进行酶切保证了甲的完整，而且也保证了甲与载体正确连接，因此，使用的两种限制酶，是E1和E4。

答案：

（1）E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接

4．[2016·全国卷Ⅲ，40]图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ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EcoRⅠ、Sau3AⅠ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BamHⅠ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____________________。

甲

乙

丙

图（c）

（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）由于限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末端相同，所以经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ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，这样目的基因才能表达。

图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产物。

（3）常见的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。

答案：

（1）Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（2）甲、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）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

5．[2014·全国卷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31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”）。

解析：

（1）基因文库有两种：

基因组文库和部分基因文库，基因组文库含有生物的全部基因；cDNA是以mRNA为模板逆转录得到的，而细胞中只有部分基因表达，所以cDNA文库含有生物的部分基因。

（2）建立基因文库后要根据目的基因的特性从中筛选出目的基因。

（3）目的基因与载体构建基因表达载体后，导入乙植物细胞（受体细胞），需要进行表达产物（蛋白质）和生物个体水平（耐旱性）等的检测。

（4）若是整合到同源染色体的两条上，则此耐旱二倍体植株为纯合子，自交后代不会发生性状分离，所以根据实验结果可推测：

该耐旱基因整合到了同源染色体的一条上。

答案：

（1）全部　部分（其他合理答案也可）

（2）筛选（其他合理答案也可）　

（3）乙　表达产物（其他合理答案也可）　耐旱性

（4）同源染色体的一条上

6．[2012·全国卷，40]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EcoRⅠ切割后产生的片段如下：

AATTC……G

　　　　　G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ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）反转录作用的模板是__________，产物是________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用__________技术。

（5）基因工程中除质粒外，__________和__________也可作为运载体。

（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是__________________________________________。

解析：

此题考查基因工程应用的相关知识。

（1）DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。

（2）为使运载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制酶切割产生的末端必须与EcoRⅠ切割产生的末端相同。

（3）根据酶的来源不同，DNA连接酶分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

（4）以RNA为模板，合成DNA的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA分子，可以使用PCR技术。

（5）在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。

（6）大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2＋处理，使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。

答案：

（1）平末端　黏性末端

（2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的末端相同

（3）T4　E·coli

（4）mRNA（或RNA）　cDNA（或DNA）　PCR（聚合酶链式反应）

（5）动植物病毒　噬菌体

（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱

[题后归纳]

1．限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较

名称

作用部位

作用底物

作用结果

限制酶

磷酸二酯键

DNA

将DNA切成两个片段

DNA连

接酶

磷酸二酯键

DNA片段

将两个DNA片段连接为一个DNA分子

DNA聚

合酶

磷酸二酯键

脱氧核苷酸

DNA

DNA水

解酶

磷酸二酯键

DNA

将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸

解旋酶

碱基对之间的氢键

DNA

将双链DNA分子局部分解为两条长链

RNA聚

合酶

磷酸二酯键

核糖核苷酸

将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端

2.限制酶选择的注意事项

（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类

①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

②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SmaⅠ。

③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。

（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类

①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等，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SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后将不能自主复制。

模拟题组——预趋势

　　基因工程操作工具的基础考查

1．[经典模拟]如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（　　）

A．①②③④　B．①②④③　C．①④②③　D．①④③②

解析：

限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且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裂，形成黏性末端，因此作用于①；DNA聚合酶用于DNA分子的复制，能在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此作用于④；DNA连接酶能在具有相同碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，因此作用于②；解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开，故作用于③。

故选C。

答案：

C

2.[经典模拟]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：

用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，产生相同的黏性末端，用DNA连接酶连接时可能会发生反向连接，故A错误；用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因会产生两种DNA片段，一种含有目的基因，一种不含目的基因，且有目的基因的片段与运载体结合时容易发生反向连接，故B错误；用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，也能产生相同的黏性末端，可能会发生反向连接，故C错误；只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，产生不同的黏性末端，防止发生反向连接，这样目的基因插入动载体后，RNA聚合酶的移动方向肯定与图丙相同，故D正确。

故选D。

答案：

D

3.[经典模拟]已知一双链DNA分子，用限制酶Ⅰ切割得到长度为120kb（kb：

千碱基对）片段；用限制酶Ⅱ切割得到40kb和80kb两个片段；同时用限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割时，得到10kb、80kb和30kb3个片段。

据此分析该双链DNA分子结构及酶切位点情况为（　　）

解析：

根据题意，该DNA用限制酶Ⅰ切割后长度不变，故为环状DNA，根据两酶的作用结果，可知酶切图谱为D。

答案：

D

4.[经典模拟]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噬菌体的衍生物和动植物病毒

D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割

解析：

运载体与目的基因结合后，就会形成一个重组DNA分子，A正确；运载体中，对某种限制酶而言，最好只有一个切点，但还要有其他多种限制酶的切点，便于与目的基因定向连接，B正确；目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒，C正确；运载体上要具有某些标记基因，便于筛选重组子，D错误。

故选D。

答案：

D

　　基因工程操作工具的综合考查

5．[2019·山东烟台模拟]干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。

利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物流程如图所示。

请回答下列问题：

限制酶

识别序列和切割位点

EcoRⅠ

G↓ATTC

BamHⅠ

G↓ATCC

SmaⅠ

CCC↓GGG

ApaⅠ

GGGCC↓C

（1）首先获取的动物干扰素基因称为________。

利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是

________________________________________________________________________。

（2）过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是________和________。

酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列________。

（3）过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用______处理根瘤农杆菌，其目的是________________________________________________________________________。

（4）在培育愈伤组织的固体培养基中，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。

卡那霉素的作用是________________________________。

在分子水平上通常采用________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。

解析：

（1）在基因工程中，获取的动物干扰基因称为目的基因。

利用PCR技术扩增干扰素基因时，需要依据干扰素基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列。

（2）题干显示：

干扰素基因中存在SmaⅠ的识别位点，若使用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则会破坏干扰素基因，因此过程①所示的构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割。

BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点位于目的基因的两侧，质粒上也有BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点，因此过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是BamHⅠ和EcoRⅠ。

因BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点不同，所以酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列不相同。

（3）过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用Ca2＋处理根瘤农杆菌，使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上。

（4）重组质粒中含有的抗卡那霉素基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因，便于筛选。

可见，在培育愈伤组织的固体培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。

在分子水平上检测干扰素基因是否导入受体细胞，通常采用DNA分子杂交技术。

答案：

（1）目的基因　干扰素基因两端的部分核苷酸序列

（2）BamHⅠ　EcoRⅠ　不相同

（3）Ca2＋　使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上

（4）筛选出导入重组质粒的植物细胞　DNA分子杂交

　基因工程的基本操作程序及应用（国考5年8考）

（全国卷：

2018全国卷Ⅰ；2017全国卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；2016全国卷Ⅰ、Ⅲ；2015全国卷Ⅰ；2014全国卷；

地方卷：

2017北京卷；2016天津卷；2015福建、天津、四川、海南、江苏卷；2014天津、广东、重庆、北京、山东、江苏、海南卷）

【师说考问】

考问1　观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序

（1）

—

　↓

（2）

—组成

　↓

考问2　目的基因的检测和鉴定

考问3　应用

技术名称

应用

植物基因工程

培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质

动物基因工程

提高动物生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植的供体

基因治疗

把正常基因导入病人体内，使其表达产物发挥作用，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗

考问4　探究基因治疗与基因诊断的不同点

原理

操作过程

进展

基因治疗

基因表达

利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗

临床实验

基因诊断

碱基互

补配对

制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况

临床应用

【题组跟进】

高考题组——研考向

　基因工程的操作程序的考查

1．[2018·全国卷Ⅰ，38节选]回答下列问题：

（2）体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。

在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是__________________。

（3）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。

为防止蛋白质被降解，在实验中应选用______________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。

解析：

（2）体外重组的质粒可通过Ca2＋处理，目的是增大细胞的通透性，使重组的质粒能够导入到受体细胞内，因此体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的转化方法导入大肠杆菌细胞。

体外重组的噬菌体DNA通常需与蛋白质外壳组装成完整的噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组噬菌体DNA导入受体细胞，噬菌体侵染的是细菌，而不能寄生在其它细胞中，因此可作为重组噬菌体宿主细胞的是细菌。

（3）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。

为防止蛋白质被降解，可以选用不能产生该蛋白酶的缺陷细菌以及使用能够抑制蛋白酶活性的药物，因此为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加蛋白酶的抑制剂。

答案：

（2）转化　外壳蛋白（噬菌体蛋白）　细菌

（3）蛋白酶缺陷型　蛋白酶

2.[2017·全国卷Ⅰ，38]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）基因A的编码区中有内含子，在真核生物细胞内把内含子转录形成的RNA切除，而原核生物细胞内基因转录后不切除，转录后直接参与表达，所以翻译形成的蛋白质不是蛋白A。

（2）由于噬菌体是专性寄生在细菌体内的病毒，无法侵染到真核生物家蚕细胞内，所以不能用噬菌体作为运载体。

而家蚕属于昆虫，故可用昆虫病毒作为运载体。

（3）大肠杆菌作为受体菌是因为其具有繁殖周期短、易培养等特点。

（4）检测目的基因是否表达通常用抗原－抗体杂交技术。

（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，证明了生物的遗传物质是DNA，还为基因工程理论的建立提供了启示，这一启示是DNA可以从一种生物个体转移到另