浙科版生物选修3专题归纳提升1.docx
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浙科版生物选修3专题归纳提升1
基因工程的原理及三大操作工具
1.基因工程的原理
（1）广义的原理——人为条件下的基因重组
（2）异种生物的DNA分子能够拼接的基础
①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
②双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
③双链DNA都遵循碱基互补配对原则。
（3）外源基因在异种生物体内表达的理论基础
①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位，具有相对独立性。
②遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向。
③生物共用一套遗传密码。
2．基因工程的三大操作工具
（1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶
①来源：
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②功能：
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开，因此具有专一性。
③切割方式：
（2）“分子缝合针”——DNA连接酶
①作用：
缝合两个DNA片段之间的磷酸二酯键。
②作用示意图：
③结果：
将两个DNA片段连接起来。
（3）“分子运输车”——载体
①作为载体的必备条件：
a．有一个或多个限制性核酸内切酶切割位点，供外源DNA片段插入。
b．具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。
c．带有标记基因，供重组DNA的鉴定和筛选。
d．必须是安全的，不会对受体细胞有害。
e．大小适中的DNA分子。
②作用：
a．作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中。
b．利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
③常用的载体是质粒、λ噬菌体和动植物病毒等。
④质粒的本质：
质粒是细菌拟核DNA外的能自我复制的小型双链环状DNA分子。
回答下列有关基因工程的问题。
（1）基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其特点是
______________________________________________________________。
下图四种质粒含有E1和E2两种限制性核酸内切酶的识别位点，Apr表示抗青霉素的抗性基因，Tcr表示抗四环素的抗性基因。
（2）将两端用E1切开的Tcr基因与用E1切开的质粒X 1混合连接，连接后获得的质粒类型有__________。
（可多选）
A．X 1B．X 2 C．X 3 D．X 4
（3）若将上图所示X 1、X 2、X 3、X 4四种质粒导入大肠杆菌，然后分别涂布在含有青霉素或四环素的两种培养基上。
在这两种培养基上均不能生长的大肠杆菌细胞类型有________、________。
（4）如果X 1用E1酶切，产生850对碱基和3550对碱基两种片段：
那么质粒X 2（Tcr基因的长度为1200对碱基）用E2酶切后的片段长度为________对碱基。
（5）若将外源的Tcr基因两端用E2切开，再与用E2切开的X 1混合连接，并导入大肠杆菌细胞，结果显示，含X 4的细胞数与含X 1的细胞数之比为1∶3，增大DNA连接酶用量能否提高上述比值？
________。
原因是______________________________________________________________。
【解析】
（1）基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其特点是特异性地识别和切割DNA。
（2）用限制性核酸内切酶E1切开质粒X 1后，质粒X 1暴露出两个粘性末端，Apr被切下。
两端用E1切开的Tcr基因含有与上述切割后的质粒X 1相同的粘性末端，混合后可形成X 1、X 2和X 3。
（3）含质粒X 1的细胞可在含青霉素培养基上生长，含质粒X 2的细胞可在含四环素培养基上生长；含质粒X 3的细胞不含抗性基因，不能在两种培养基上生长；不含有质粒的细胞也不能在两种培养基上生长。
（4）X 2的长度为1200＋3550＝4750，用E2酶切后质粒由环状变为链状。
（5）两段DNA粘性末端相同，DNA连接酶对DNA片段没有选择性，故增大DNA连接酶用量不能提高上述比值。
【答案】
（1）特异性地识别和切割DNA
（2）ABC
（3）无质粒细胞 含X 3的细胞
（4）4750
（5）不能 DNA连接酶对DNA片段没有选择性或两段DNA末端相同
基因工程的应用
1.转基因育种和传统杂交育种的比较
育种方法
杂交育种
转基因育种
处理方法
杂交→自交→筛选。
先通过两个具有不同优良性状的纯种亲本杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种
提→装→导→检→选。
目的基因的提取，装入载体，导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定，筛选出符合要求的新品种
优点
使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，即“集优”
目的性强、育种周期短、克服远缘杂交不亲和的障碍，可培育出高产、优质或具有特殊用途的动植物品种
缺点
育种时间长
技术复杂、工作量大、操作繁琐
应用
用纯种高秆抗病小麦与纯种矮秆不抗病小麦培育矮秆抗病小麦
转基因抗虫棉、转基因超级绵羊、转基因超级鲤鱼等
2.基因诊断与基因治疗
（1）基因诊断
①方法：
DNA分子杂交法（即DNA探针法），该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单链的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检测出所要查明的DNA或基因。
②步骤：
抽取病人的组织或体液作为化验样品；将样品中的DNA分离出来；用化学法或热处理法使样品DNA解旋；将事先制作好的DNA探针引入化验样品中。
这些已知的经过标记的探针能够在化验样品中找到互补链，并与之结合（杂交）在一起，找不到互补链的DNA探针，则可以被洗脱。
这样通过遗留在样品中的标记过的DNA探针进行基因分析，就能检出病人所得的病。
（2）基因治疗
①体外基因治疗：
先从病人体内获取某种细胞进行培养，然后在体外完成基因的转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新置于患者体内。
②基因治疗只是导入正常的基因，并未替换原来的基因，原有的致病基因与导入的正常基因都能表达。
如果导入的正常基因是作为显性基因存在，则有疗效，也就是说，基因治疗只可治疗隐性遗传病。
应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。
这里的基因探针是指（ ）
A．用于检测疾病的医疗器械
B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C．合成β球蛋白的DNA
D．合成苯丙羟化酶的DNA片段
【解析】 解答此类题目须明确：
基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
根据以上分析，A、C、D项均不是对基因探针的正确描述，故应选B项。
【答案】 B
采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵培育出了转基因羊，但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。
以下有关叙述，正确的是（ ）
A．人体细胞中的基因与山羊细胞中的基因是相同的
B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵
C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板催化合成mRNA
【解析】 每种生物的DNA分子具有特异性，不同生物细胞的基因是不同的。
将目的基因导入动物细胞中，常用显微注射法。
目的基因导入到受体细胞后，与受体细胞的基因组整合，随受体细胞的复制而复制。
由于体细胞都是来自同一个受体细胞——即导入目的基因的受精卵，乳腺细胞和其他体细胞含有相同的基因，都含有人的凝血因子基因。
DNA连接酶用于连接DNA的磷酸二酯键，与转录无关，转录需要RNA聚合酶。
【答案】 B
1．科学家发现栽种含有抗除草剂基因的农作物后，会使附近的、与其亲缘关系较近的野生植物也获得抗除草剂基因，野生植物获得该基因最可能的途径是（ ）
A．基因突变B．染色体变异
C．自然选择D．自然杂交
【解析】 野生植物获得抗除草剂基因的原因是与转基因植物自然杂交，通过基因重组获取的。
【答案】 D
2．细菌质粒分子上往往带有抗生素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是（ ）
A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B．有利于对目的基因是否导入受体细胞进行检测
C．增加质粒分子的相对分子质量
D．便于与外源基因连接
【解析】 在基因工程中抗性基因用于检测目的基因是否导入受体细胞。
【答案】 B
3．日本下村修、美国查尔菲和钱永健在发现绿色荧光蛋白（GFP）等研究方面作出了突出贡献，获得了诺贝尔化学奖。
GFP在紫外光的照射下会发出绿色荧光。
依据GFP的特性，你认为该蛋白在生物工程中的应用价值是（ ）
A．作为标记基因，研究基因的表达
B．作为标签蛋白，研究细胞的转移
C．注入肌肉细胞，繁殖发光小白鼠
D．标记噬菌体外壳，示踪DNA路径
【解析】 标记基因的作用是检测目的基因是否导入受体细胞，而非研究基因的表达，A项错误；蛋白质不能直接注入到动物的体细胞并遗传下去，C项错误；标记噬菌体用放射性元素更方便，D项错误。
此蛋白可作为研究细胞转移的标签，B项正确。
【答案】 B
4．2007年度诺贝尔生理学或医学奖得主马里奥·卡佩基等三位科学家创造了“基因敲除”的方式：
将外源基因整合到小鼠胚胎干细胞的DNA同源序列中，使某一个基因被取代或破坏而失活，形成杂合体细胞，然后将“修饰”后的胚胎干细胞植入小鼠的早期胚胎，生成嵌合体小鼠。
科学家已经利用上述技术成功地把人类囊肿性纤维化病的致病基因移植到小鼠身上，培育出了患囊肿性纤维化病的小鼠。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．这种嵌合体小鼠长大后体内存在外源基因，而且可能会遗传给后代
B．在基因敲除中需要用到限制性核酸内切酶等
C．通过“基因敲除”方式导致的变异类型属于基因突变
D．基因敲除技术有利于人类对某些遗传因素引发的疾病进行研究
【解析】 本题考查基因工程在疾病治疗方面的一个应用实例。
由于外源基因导入的是小鼠胚胎干细胞的DNA同源序列中，属于可遗传变异，因此可能会遗传给后代；基因敲除是将缺陷基因替换，故需要用到限制性核酸内切酶；通过“基因敲除”方式导致的变异类型属于基因重组。
【答案】 C
5．如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。
相关叙述中正确的是（ ）
A．这三种方法都用到酶，都是在体外进行
B．①②③碱基对的排列顺序均相同
C．①②③片段均不含内含子，但含非编码区
D．方法a不遵循中心法则
【解析】 读图知①为反逆转录法，②为从基因文库中提取目的基因，③为人工合成法，均用到酶且于体外进行操作；①③的获取中使目的基因得以剪接，其碱基顺序与②不同，方法a遵循中心法则。
【答案】 A
6．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。
目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是（ ）
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【解析】 紧扣蛋白质工程的流程（基本途径）进行分析。
由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。
蛋白质工程的基本途径是：
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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
【答案】 C
7．图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。
现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。
请回答下列问题：
图1 图2
（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由________________________连接。
（2）若用限制性核酸内切酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，其产物长度为________。
（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。
从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制性核酸内切酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。
（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制性核酸内切酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制性核酸内切酶是________。
在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。
经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是___________________________________
______________________________________________________________。
【解析】
（1）一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意与两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。
（2）图1中DNA片段有SmaⅠ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537（534＋3）bp、790（796－3－3）bp和661（658＋3）bp三种。
（3）图示方框内发生碱基的替换后，形成的d基因失去了1个SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种537＋790bp的DNA片段。
（4）目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。
若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。
【答案】
（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
（2）537bp、790bp、661bp （3）4 （4）BamHⅠ 抗生素B 同种限制性核酸内切酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
8．已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。
因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。
回答下列问题。
（1）为了获得丙种蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙种蛋白质的________序列，据此可利用________方法合成目的基因。
获得丙种蛋白质的基因还可用________、________方法。
（2）在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用________酶和________酶。
（3）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗________的危害。
（4）若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子________（填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。
【解析】
（1）在已知蛋白质的氨基酸序列的情况下，可根据氨基酸和碱基的对应关系，推出合成该蛋白质的基因序列，然后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因。
此外也可以从基因文库中获取目的基因，也可通过PCR方法获取目的基因。
（2）构建重组质粒时，需要用限制性核酸内切酶将载体切开，并用DNA连接酶将目的基因连接到载体上，从而构建基因表达载体。
（3）愈伤组织中含有丙种蛋白质，说明丙种蛋白质的基因得到了表达，在培养成的植株体内也含有丙种蛋白质，乙昆虫食用丙种蛋白质后会死亡，则该植株可抵抗乙昆虫的危害。
（4）用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，仅仅在该叶片内部分细胞中能合成丙种蛋白质，该植株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒，也就不含有丙种蛋白质的基因。
【答案】
（1）基因 化学 基因文库 PCR
（2）限制性核酸内切 DNA连接 （3）乙种昆虫 （4）不含
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