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2019-2020年高考生物大一輪復習 第十單元 第37講 基因工程教案 1． 涵蓋范圍 本單元包括選修3全部內(nèi)容——基因工程、細胞工程、胚胎工程、生物技術(shù)的安全性和倫理問題以及生態(tài)工程。 2． 考情分析 (1)考查力度：占分比重相對穩(wěn)定，如山東理綜只出一個8分的簡答題。 (2)考查內(nèi)容 ①基因工程中三種工具。 ②基因工程操作四步曲。 ③基因工程成果——轉(zhuǎn)基因生物實例及安全性討論。 ④細胞工程中植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交。 ⑤動物細胞培養(yǎng)和單克隆抗體的制備及應用。 ⑥核移植技術(shù)。 ⑦胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。 ⑧干細胞的研究。 (3)考查形式 ①有的省將選修與必修有機結(jié)合，既可出簡答題也可出選擇題。 ②有的省如山東省全部以簡答題形式呈現(xiàn)，且不與必修聯(lián)系。 3． 復習指導 (1)復習線索 ①以基因工程的具體成果(如抗蟲棉)為主線，系統(tǒng)復習基因工程的操作工具和操作步驟等知識點。 ②以植物的組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)為基礎，系統(tǒng)復習其他細胞工程技術(shù)手段。 ③以體內(nèi)受精作用和個體發(fā)育過程為基礎，系統(tǒng)復習胚胎工程的流程。 (2)復習方法 ①圖解法復習基因工程和胚胎工程。 ②比較法復習植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)；植物體細胞雜交和動物細胞融合及單克隆抗體制備。 ③關注熱點科研成果，注意知識的實踐應用。 第37講　基因工程 [考綱要求]　1.基因工程的誕生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技術(shù)(Ⅱ)。3.基因工程的應用(Ⅱ)。4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)。 考點一　聚焦基因工程的概念及基本工具 1． 分析基因工程的概念 (1)供體：提供目的基因。 (2)操作環(huán)境：體外。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重組。 (5)受體：表達目的基因。 (6)本質(zhì)：性狀在受體體內(nèi)表達。 (7)優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。 2． 基因工程的基本工具(判一判) (1)限制酶只能用于切割目的基因 (　　) (2)限制酶切割DNA分子具有特異性 (　√　) (3)限制酶切割DNA分子后可產(chǎn)生黏性末端和平末端兩種類型 (　√　) (4)DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來 (　　) (5)Ecoli DNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端 (　　) (6)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體 (　√　) (7)載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細胞中，使之穩(wěn)定存在并表達 (　√　) 易錯警示　巧辨基因工程操作工具的8個易錯點 (1)限制酶是一類酶，而不是一種酶。 (2)限制酶的成分為蛋白質(zhì)，其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件，高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。 (3)在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。 (4)將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產(chǎn)生4個黏性末端。 (5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。 (6)限制酶切割位點應位于標記基因之外，不能破壞標記基因，以便于進行檢測。 (7)基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體不同?；蚬こ讨械妮d體是DNA分子，能將目的基因?qū)胧荏w細胞內(nèi)；膜載體是蛋白質(zhì)，與細胞膜的通透性有關。 (8)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。 1． 如圖所示為部分雙鏈DNA片段，下列有關基因工程中工具酶功能的敘述錯誤的是 (　　) A．切斷a處的酶為限制酶 B．連接a處的酶為DNA連接酶 C．切斷b處的酶為DNA解旋酶 D．連接b處的酶為RNA聚合酶 答案　D 解析　限制酶能識別特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子，通常形成黏性末端，即能切割DNA鏈外側(cè)的磷酸二酯鍵(圖中的a處)，內(nèi)側(cè)堿基對之間的氫鍵(b處)可通過DNA解旋酶水解。DNA連接酶將切斷的磷酸二酯鍵進行連接，即圖中的a處。RNA聚合酶的作用是催化DNA的轉(zhuǎn)錄。 2． 限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的識別序列及切割位點分別是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因，其中，箭頭所指部位為限制酶的識別位點，質(zhì)粒的陰影部分表示標記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是 (　　) 答案　A 解析　由圖可知，質(zhì)粒B上無標記基因，不適合作為載體；質(zhì)粒C和D的標記基因上都有限制酶的識別位點；只有質(zhì)粒A上既有標記基因，且MunⅠ的切割位點不在標記基因上。 1． 與DNA有關的酶 (1)五種相關酶的比較 作用底物 作用部位 形成產(chǎn)物 限制酶 DNA分子 磷酸二酯鍵 黏性末端或平末端 DNA連接酶 DNA片段 磷酸二酯鍵 重組DNA分子 DNA聚合酶 脫氧核苷酸 磷酸二酯鍵 子代DNA DNA解旋酶 DNA分子 堿基對間 的氫鍵 形成脫氧核苷酸單鏈 DNA(水解)酶 DNA分子 磷酸二酯鍵 游離的脫氧核苷酸 (2)限制酶和DNA連接酶之間的關系圖示 2． 對載體的分析 條　件 目　的 穩(wěn)定并能復制 目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴大 有一個至多個限制酶切割位點 可攜帶多個或多種外源基因 具有特殊的標記基因 便于重組DNA的鑒定和選擇 考點二　基因工程的操作步驟 觀察基因工程的操作過程，分析每一步驟的操作程序 (1) 獲取目的基因— 　 (2) 基因表達載體的構(gòu)建—組成 　 (3) 將目的基因?qū)胧荏w細胞—方法 (4) 目的基因的檢測與鑒定 易錯警示　基因工程操作的8個易錯點 (1)目的基因的插入位點不是隨意的 基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應插入到啟動子與終止子之間的部位。 (2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象 第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA，第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象，第四步檢測存在分子水平雜交方法。 (3)原核生物作為受體細胞的優(yōu)點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少。 (4)一般情況下，用同一種限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的片段，但有時可用兩種限制酶分別切割質(zhì)粒和目的基因，這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。 (5)目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。 (6)不熟悉標記基因的種類和作用：標記基因的作用——篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。 (7)對受體細胞模糊不清：受體細胞常用植物受精卵或體細胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動物受精卵(一般不用體細胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)；一般不用支原體，原因是它營寄生生活；一定不能用哺乳動物成熟的紅細胞，原因是它無細胞核，不能合成蛋白質(zhì)。 (8)還應注意的問題有：①基因表達載體中，啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。②基因表達載體的構(gòu)建是最核心、最關鍵的一步，在體外進行。 3． 下列有關基因工程操作的敘述中，正確的是 (　　) A．用同種限制酶切割載體與目的基因可獲得相同的黏性末端 B．以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因與原基因的堿基序列相同 C．檢測到受體細胞含有目的基因就標志著基因工程操作的成功 D．用含抗生素抗性基因的質(zhì)粒作為載體是因為其抗性基因便于與外源基因連接 答案　A 解析　一種氨基酸可以由多種密碼子控制，因此以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因與原基因通常不同；只有目的基因表達，使受體表現(xiàn)出目標性狀或獲得目標產(chǎn)物才標志著基因工程操作的成功；抗生素抗性基因作為標記基因，用于檢測目的基因是否導入受體細胞。 4． 浙江大學農(nóng)學院喻景權(quán)教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，一種植物激素——油菜素內(nèi)酯能促進農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解和代謝。用油菜素內(nèi)酯處理后，許多參與農(nóng)藥降解的基因(如P450基因和紅霉素抗性基因)的表達和酶活性都得到提高，在這些基因“指導”下合成的蛋白酶能把農(nóng)藥逐漸轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)或低毒甚至無毒物質(zhì)，有的則被直接排出體外。某課題組進一步進行了如下的實驗操作，請回答下列問題： (1)獲得油菜素內(nèi)酯合成酶基因的方法有____________________________________。步驟①用PCR技術(shù)擴增基因時用到的耐高溫酶通常是指______________________________；步驟②用到的酶有___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)圖中導入重組質(zhì)粒的方法是____________，在導入之前應用一定濃度的__________________處理受體細菌。 (3)導入重組質(zhì)粒2以后，往往還需要進行檢測和篩選，可用____________________制成探針，檢測是否導入了重組基因，在培養(yǎng)基中加入________________可將含有目的基因的細胞篩選出來。 (4)請你為該課題命名：____________________________________________________。 答案　(1)從cDNA文庫中獲取、從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術(shù)(任選其中兩項即可)　TaqDNA聚合酶　限制酶和DNA連接酶 (2)轉(zhuǎn)化法　氯化鈣溶液 (3)紅霉素抗性基因　紅霉素 (4)探究油菜素內(nèi)酯能否促進土壤中農(nóng)藥的分解 解析　進行基因工程操作時，首先要獲取目的基因，其方法有多種：從cDNA文庫中獲取、從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術(shù)等。在構(gòu)建基因表達載體的過程中，用到的工具酶有限制酶和DNA連接酶。圖中的受體細胞是細菌，故用轉(zhuǎn)化法導入基因表達載體，導入后，需檢驗和篩選。從圖中可以看出，最終是通過對照實驗來檢驗轉(zhuǎn)基因細菌對土壤中殘留農(nóng)藥的分解能力。 1． 獲取目的基因 (1)直接分離 (2)人工化學合成：適用于分子較小的基因。 2． 基因表達載體的構(gòu)建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 (2) 基因表達載體組成 (3)構(gòu)建過程 3． 將目的基因?qū)胧荏w細胞 生物種類 植物 動物 微生物 常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射技術(shù) 感受態(tài)細胞法 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 轉(zhuǎn)化過程 將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的TDNA上→農(nóng)桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA上→表達 將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物 Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體DNA分子與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 4． 目的基因的檢測與鑒定 考點三　關注基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程 1． 基因工程的應用(判一判) (1)我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉轉(zhuǎn)入的抗蟲基因是Bt毒蛋白基因 (　√　) (2)利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌毎? (　　) (3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用 (　　) (4)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體 (　　) (5)目前，植物基因工程技術(shù)主要應用于提高農(nóng)作物的抗逆性、生產(chǎn)某些天然藥物、改良農(nóng)作物的品質(zhì)、作器官移植的供體 (　　) (6)基因工程藥物主要來源于轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn) (　　) (7)基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的 (　√　) 2． 蛋白質(zhì)工程 (1)概念理解 ①基礎：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系。 ②操作：基因修飾或基因合成。 ③結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。 ④目的：滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 (2)操作過程：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)→基因表達→產(chǎn)生需要的蛋白質(zhì)。 易錯警示　(1)有關基因工程應用的易錯點：①動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。②DNA分子作探針進行檢測時應檢測單鏈，即將待測雙鏈DNA分子打開。③Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并無毒性，進入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。④青霉素是青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程產(chǎn)生的。⑤并非所有個體都可作為乳腺生物反應器。操作成功的應該是雌性個體，個體本身的繁殖速度較高，泌乳量、蛋白含量等都是應該考慮的因素。⑥基因治療后，缺陷基因沒有改變?；蛑委熓前颜；?qū)胧荏w細胞中，以表達正常產(chǎn)物從而治療疾病，對原來細胞中存在缺陷的基因沒有清除或改變。(2)有關蛋白質(zhì)工程的易錯點：①對蛋白質(zhì)分子進行改造，其本質(zhì)是改變其基因組成。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳。②蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新基因或者改造老基因，是基因工程的發(fā)展與延續(xù)。③蛋白質(zhì)工程與DNA分子重組技術(shù)是分不開的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA連接酶。 5． 科學家利用基因工程技術(shù)可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。目前科學家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品。請回答有關問題： (1)將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子、終止子和______________等重組在一起，就可構(gòu)建基因表達載體，再通過____________技術(shù)即可導入受精卵中。 (2)制備乳腺生物反應器的過程中，目的基因的受體細胞為____________，性染色體組成為________。 (3)為確定受體細胞中染色體的DNA上是否插入了目的基因，可利用____________技術(shù)進行檢測，一般是用放射性同位素標記________________________________作探針。 (4)轉(zhuǎn)化成功的受精卵發(fā)育成胚胎需要進行體外培養(yǎng)，在培養(yǎng)液中要加入____________等天然成分。 答案　(1)標記基因　顯微注射　(2)受精卵　XX　(3)DNA分子雜交　含有目的基因的DNA片段　(4)血清 解析　基因表達載體的組成，除了目的基因，還必須有啟動子、終止子及標記基因。顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動物操作中采用最多、也最有效的方法。制備乳腺生物反應器的過程中，子代個體須有乳房，所以受體為雌性，其性染色體組成為XX。將含有目的基因的DNA片段用放射性同位素標記作探針，用DNA分子雜交技術(shù)可檢測目的基因是否成功插入了受體細胞染色體的DNA上。 6． 胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長的時間才能進入血液，而進入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關問題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是________________。 (2)通過DNA合成形成的新基因應與____________結(jié)合后轉(zhuǎn)移到______________________中才能得到準確表達。 (3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有____________、____________和發(fā)酵工程。 (4)圖中從胰島素模型到新的胰島素基因合成的基本思路是什么？___________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)蛋白質(zhì)的預期功能　(2)載體　大腸桿菌等受體細胞　(3)蛋白質(zhì)工程　基因工程　(4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出控制其合成的基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀合成出新的胰島素基因 解析　(1)蛋白質(zhì)工程首先要根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設計，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是預期胰島素的功能，即速效胰島素。(2)合成的目的基因應與載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達載體后導入受體細胞中才能表達。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素，需合成新的胰島素基因，改造好的目的基因需要通過基因工程轉(zhuǎn)入受體細胞，并在生產(chǎn)中要借助工程菌，所以還需要發(fā)酵過程，因此，此過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程、發(fā)酵工程。(4)由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因，其基本思路是根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出控制其合成的基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因。 1． 乳腺生物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較 比較項目 乳腺生物反應器 工程菌 基因結(jié)構(gòu) 動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同 細菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異 基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同 細菌細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性 受體細胞 哺乳動物的受精卵 微生物細胞 生產(chǎn)條件 不需嚴格滅菌，溫度等條件對其影響不大 需嚴格滅菌，需嚴格控制工程菌所需的外界條件 藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞中提取 2．基因治療與基因診斷 原理 操作過程 進展 基因 治療 基因表達 把正常基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，以表達出正常性狀來治療 臨床實驗 基因 診斷 堿基互補配對 制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合，分析雜交帶情況 臨床應用 3． 基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較 項目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 區(qū)別 過程 預期蛋白質(zhì)的功能→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→推測相對應的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì) 獲取目的基因→構(gòu)建基因表達載體→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定 實質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 結(jié)果 生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質(zhì) 一般是生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程，因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，都必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn) 1． (xx浙江卷，6)天然的玫瑰沒有藍色花，這是由于缺少控制藍色色素合成的基因B，而開藍色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B。現(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍玫瑰，下列操作正確的是 (　　) A．提取矮牽牛藍色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再擴增基因B B．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因B C．利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導入玫瑰細胞 D．將基因B直接導入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細胞 答案　A 解析　獲取目的基因B，可先提取矮牽牛藍色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補的DNA，再經(jīng)PCR技術(shù)擴增，A正確；基因文庫構(gòu)建時是將目的基因與載體連接起來，形成重組載體，再導入受體菌中儲存和擴增，提取目的基因時不需使用限制酶，B錯誤；連接目的基因與質(zhì)粒的酶是DNA連接酶，C錯誤；將目的基因?qū)胫参锛毎?，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，不使用大腸桿菌，D錯誤。 2． (xx浙江卷，6)將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是 (　　) A．每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質(zhì)粒 B．每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點 C．每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個ada D．每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子 答案　C 解析　大腸桿菌成功表達出腺苷酸脫氨酶，說明這些大腸桿菌都至少含一個重組質(zhì)粒，A項正確；作為載體的條件為至少含一個或多個酶切位點，所以作為載體的質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點，B項正確；作為基因表達載體應包括目的基因、啟動子、終止子、標記基因四部分，但并不是每個酶切位點都至少插入一個ada，C項錯誤；由于這些目的基因成功表達，所以每個ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子，D項正確。 3． (xx新課標全國卷，40)根據(jù)基因工程的有關知識，回答下列問題： (1)限制性內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有____________和____________。 (2)質(zhì)粒運載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： AATTC……G 　　　　　　G……CTTAA 為使運載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點是_________________________________ _______________________________________。 (3)按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即__________DNA連接酶和__________DNA連接酶。 (4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是______________，產(chǎn)物是______________________。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用____________技術(shù)。 (5)基因工程中除質(zhì)粒外，____________和____________也可作為載體。 (6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，一般情況下，不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞，原因是_____________________________________________________________。 答案　(1)黏性末端　平末端　(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的末端相同(其他合理答案也可)　(3)Ecoli　T4　(4)mRNA(或RNA)　cDNA(或DNA)　PCR　(5)噬菌體　動植物病毒(其他合理答案也可)　(6)未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒(外源DNA)的能力極弱(其他合理答案也可) 解析　(1)DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端兩種類型。(2)為使運載體與目的基因相連，應使二者被切割后產(chǎn)生的末端相同，故用另一種限制酶切割產(chǎn)生的末端必須與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的末端相同。(3)根據(jù)酶的來源不同，DNA連接酶分為EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶。(4)mRNA(或RNA)為模板，合成DNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄，若要體外獲得大量DNA分子，可以使用RCR技術(shù)。(5)在基因工程中，通常利用質(zhì)粒作為運載體，另外噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。(6)大腸桿菌作為受體細胞時，常用Ca2＋處理，使之成為能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細胞。 4． (xx江蘇卷，32)圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列。現(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。 請回答下列問題： (1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由______________________連接。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是____________末端，其產(chǎn)物長度為____________。 (3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T－A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有____________種不同長度的DNA片段。 (4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應選用的限制酶是____________。在導入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加____________的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是_________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖 (2)平　537 bp、790 bp、661 bp　(3)4 (4)BamH Ⅰ　抗生素B　同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接 解析　(1)一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的兩個堿基之間是通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連的，要注意兩條脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間通過氫鍵相連進行區(qū)分。(2)從SmaⅠ的識別序列和切點可見，其切割后產(chǎn)生的是平末端，圖1中DNA片段有Sma Ⅰ的兩個識別序列，故切割后產(chǎn)生的產(chǎn)物長度為537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三種。(3)圖示方框內(nèi)發(fā)生堿基對的替換后，形成的d基因失去了1個Sma Ⅰ的識別序列，故D基因、d基因用Sma Ⅰ完全切割后產(chǎn)物中除原有的3種長度的DNA片段外，還增加一種537＋790 bp的DNA片段。(4)目的基因的兩端都有BamH Ⅰ的識別序列，質(zhì)粒的啟動子后的抗生素A抗性基因上也有BamH Ⅰ的識別序列，故應選用的限制酶是BamH Ⅰ，此時抗生素B抗性基因作為標記基因，故篩選時培養(yǎng)基中要添加抗生素B。若重組質(zhì)粒已導入了受體細胞卻不能表達，很可能是因為用同種限制酶切割后，目的基因和質(zhì)粒有兩種連接方式，導入受體細胞的重組質(zhì)粒是目的基因和質(zhì)粒反向連接形成的。 1． 下列一般不作為基因工程中的標記基因的是 (　　) A．四環(huán)素抗性基因 B．綠色熒光蛋白基因 C．產(chǎn)物具有顏色反應的基因 D．貯藏蛋白的基因 答案　D 解析　標記基因位于載體(質(zhì)粒)上，以利于重組DNA的鑒定和選擇，如四環(huán)素抗性基因、綠色熒光蛋白基因、產(chǎn)物具有顏色反應的基因等。 2． 若要利用某目的基因(圖甲)和P1噬菌體載體(圖乙)構(gòu)建重組DNA(圖丙)，限制酶的酶切位點分別是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噬菌體載體 B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 答案　D 解析　解答本題的關鍵是要看準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噬菌體載體，構(gòu)建的重組DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移動方向才一定與圖丙相同。 3． 如圖表示利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得某種轉(zhuǎn)基因植物的部分操作步驟。以下說法錯誤的是 (　　) A．利用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基可將含Ⅱ的細菌篩選出來 B．Ⅲ是農(nóng)桿菌，通過步驟③將目的基因?qū)胫仓? C．⑥可與多個核糖體結(jié)合，并可以同時翻譯出多種蛋白質(zhì) D．①過程的完成需要限制酶和DNA連接酶的參與 答案　C 解析?、奘且粋€mRNA分子，可與多個核糖體結(jié)合形成多聚核糖體，由于翻譯的模板是同一個mRNA分子，故翻譯出的是同一種蛋白質(zhì)。 4． 研究人員將魚的抗凍基因?qū)敕洋w內(nèi)，獲得抗凍能力明顯提高的番茄新品種。下列操作合理的是 (　　) A．設計相應DNA單鏈片段作為引物，利用PCR技術(shù)擴增目的基因 B．利用限制酶和DNA聚合酶構(gòu)建基因表達載體 C．將基因表達載體導入番茄細胞之前需用Ca2＋處理細胞 D．運用DNA分子雜交技術(shù)檢測抗凍基因是否在番茄細胞中表達 答案　A 解析　利用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶構(gòu)建基因表達載體；將基因表達載體導入原核細胞之前需用Ca2＋處理，番茄細胞為真核細胞；運用抗原—抗體雜交技術(shù)可檢測抗凍基因是否在番茄細胞中表達。 5． 如圖是從酵母菌中獲取某植物需要的某種酶的基因的流程，結(jié)合所學知識及相關信息回答下列問題： (1)圖中cDNA文庫________________基因組文庫(大于、等于、小于)。 (2)①過程提取的DNA需要____________的切割，B過程是____________過程。 (3)為在短時間內(nèi)大量獲得目的基因，可用的技術(shù)是______________________，其原理是________________________________________________________________________。 (4)目的基因獲取之后，需要進行____________________，其組成必須有_______________ _____________及標記基因等，此步驟是基因工程的核心。 (5)將該目的基因?qū)肽畴p子葉植物細胞，常采用的方法是__________，其能否在此植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關鍵是________________，可以用____________________技術(shù)進行檢測。 答案　(1)小于　(2)限制酶　逆轉(zhuǎn)錄 (3)PCR　DNA復制 (4)基因表達載體的構(gòu)建　啟動子、終止子、目的基因(復制原點可不答) (5)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　目的基因是否整合到植物細胞的染色體上　DNA分子雜交 解析　(1)基因組文庫是指將某生物的全部基因組DNA切割成一定長度的DNA片段克隆到某種載體上形成的集合；cDNA文庫是由mRNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄形成的基因組成的，由于基因的選擇性表達，cDNA文庫小于基因組文庫。(2)從供體細胞的DNA中獲取目的基因，首先應用限制酶將目的基因從其所在的DNA分子上切割下來；B過程是以mRNA為模板合成DNA的過程，應為逆轉(zhuǎn)錄過程。(3)PCR技術(shù)是一種體外擴增DNA的方法，其原理為DNA復制，能將得到的目的基因在細胞外大量擴增。(4)基因表達載體包括目的基因、標記基因、啟動子和終止子，其構(gòu)建是基因工程的核心。(5)將目的基因?qū)肽畴p子葉植物細胞常采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，目的基因只有整合到植物細胞的染色體上才能在植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳，可通過DNA分子雜交的方法對目的基因是否整合到染色體上進行檢測。 6． 在某些深海魚中發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白基因afp對提高農(nóng)作物的抗寒能力有較好的應用價值。如圖所示是獲得轉(zhuǎn)基因萵苣的技術(shù)流程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)獲取目的基因的主要途徑包括從自然界已有的物種中分離和__________。 (2)①過程需要的酶有____________、____________________。 (3)重組質(zhì)粒除了帶有抗凍蛋白基因afp，還必須含有啟動子、終止子和____________，這樣才能構(gòu)成一個完整的基因表達載體。 (4)如果受體細胞C1是土壤農(nóng)桿菌，則將目的基因?qū)胨哪康氖抢棉r(nóng)桿菌的______________，使目的基因進入受體細胞C2，并將其插入到受體細胞C2中______________________上，使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達，形成轉(zhuǎn)基因萵苣。經(jīng)②過程獲得的轉(zhuǎn)基因萵苣中的目的基因是否表達，在分子水平上可用____________法進行檢測，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已經(jīng)表達蛋白質(zhì)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)基因萵苣培育成功。 答案　(1)(用逆轉(zhuǎn)錄等方法進行)人工合成　(2)限制酶　DNA連接酶　(3)標記基因　(4)轉(zhuǎn)化作用　染色體的DNA　抗原—抗體雜交 解析　(1)獲取目的基因的主要途徑有從自然界已有的物種中分離和人工合成。(2)①過程為基因表達載體的構(gòu)建過程，需要用到限制酶和DNA連接酶。(3)一個完整的基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標記基因。(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法利用的是農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，將目的基因整合到受體細胞染色體的DNA上，進而使目的基因能夠穩(wěn)定遺傳和表達。檢測目的基因是否成功表達可采用抗原—抗體雜交法。 7． 科學家從預期人的生長激素的功能出發(fā)，推測相應的脫氧核苷酸序列，并人工合成了雙鏈DNA片段，獲得雙鏈DNA。 科學家將人的生長激素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒進行重組，并使其成功地在大腸桿菌中表達。已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—GGATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—GATC—。據(jù)圖回答： (1)為了精確地獲取圖中的重組質(zhì)粒，應用____________切割質(zhì)粒，用____________切割目的基因。 (2)將基因表達載體導入大腸桿菌B之前，要將大腸桿菌B放入一定濃度的____________溶液中處理，使之成為感受態(tài)的大腸桿菌。 (3)人的基因之所以能與大腸桿菌的質(zhì)粒進行重組并發(fā)揮其功能，是因為二者都是_______________。人的生長激素基因能在細菌體內(nèi)成功表達是因為______________。 (4)將得到的大腸桿菌B涂布在一個含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能夠生長，說明該菌已導入了__________________，反之則沒有導入。 (5)上述方法制備人的生長激素，運用的現(xiàn)代生物技術(shù)是____________。 答案　(1)限制酶Ⅰ　限制酶Ⅱ　(2)CaCl2　(3)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)　二者共用一套(遺傳)密碼子　(4)普通質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)?！?5)蛋白質(zhì)工程 解析　(1)根據(jù)圖示分析可知，目的基因插在了質(zhì)粒中含抗四環(huán)素基因的部位，而該位置有限制酶Ⅰ和Ⅱ的識別位點，但限制酶Ⅱ會同時在GeneⅠ和Ⅱ處切開，因此在構(gòu)建基因表達載體過程中，應用限制酶Ⅰ切割質(zhì)粒。目的基因的兩側(cè)均含有能被限制酶Ⅱ識別的堿基序列，所以用限制酶Ⅱ切割目的基因，能夠露出兩端的黏性末端。因此，為了精確地獲取圖中的重組質(zhì)粒，應分別用限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割質(zhì)粒和目的基因。(2)將基因表達載體導入大腸桿菌B之前，要將大腸桿菌B放入一定濃度的CaCl2溶液中處理，使之成為感受態(tài)的大腸桿菌。(3)人的基因之所以能與大腸桿菌的DNA分子進行重組，是因為人的基因與大腸桿菌DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)相同。人的生長激素基因能在細菌體內(nèi)成功表達是因為人和細菌共用一套(遺傳)密碼子。(4)將得到的大腸桿菌B涂布在一個含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能夠生長，說明該菌已導入了普通質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒，因為普通質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒中都含抗氨芐青霉素基因。(5)科學家從預期人的生長激素的功能出發(fā)，推測相應的脫氧核苷酸序列，并人工合成了雙鏈DNA片段，獲得雙鏈DNA，從而合成人的生長激素，這運用了現(xiàn)代生物技術(shù)中的蛋白質(zhì)工程。