选修专题一基因工程第12节基因工程的基本工具和基本操作程序.docx
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选修专题一基因工程第12节基因工程的基本工具和基本操作程序
选修③
专题一基因工程
第1、2节基因工程的基本工具和基本操作程序
如何判断同一种限制酶切割形成的末端
例1下列是四种限制酶切割形成的8个末端，你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？
（1）…CTGCA
（2）…AC（3）GC…
…G…TGCG…
（4）…G（5）G…（6）…GC
…CTTAAACGTC……CG
（7）GT…（8）AATTC…
CA…G…
答案
（2）和（7）能连接形成…ACGT…
…TGCA…
（4）和（8）能连接形成…GAATTC…
…CTTAAG…
（3）和（6）能连接形成…GCGC…
…CGCG…
（1）和（5）能连接形成…CTGCAG…
…GACGTC…
基因工程的综合考查
例2（2007年天津理综，30）在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanr）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。
下图为获得抗虫棉的技术流程。
请据图回答：
（1）A过程需要的酶有。
（2）B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是。
（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入。
（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用作为探针。
（5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。
①将转基因植株与杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1∶1。
②若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为。
③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占%。
答案
（1）限制性内切酶和DNA连接酶
（2）具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存
（3）卡那霉素
（4）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因
（5）①非转基因植株②3∶1③100
1.下图为DNA分子的切割和连接过程，据图回答下列问题：
（1）EcoRI是一种酶，其识别序列是，切割位点是与
之间的键。
切割后产生的DNA片段末端形式为。
（2）不同来源的DNA片段结合，在这里需要的酶应是连接酶，此酶的作用是在与
之间形成键，而起“缝合”作用的，还有一种连接平末端的连接酶是。
答案
（1）限制性核酸内切GAATTC鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯黏性末端
（2）E·coliDNA鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯T4DNA连接酶
2.材料苏云金芽孢杆菌生长到一定阶段，菌体内一端形成芽孢，另一端形成一种被称为伴孢晶体的蛋白质晶体。
菌体破裂后释放出芽孢和伴孢晶体，伴孢晶体本身并无毒性，是毒素的前体。
当昆虫吞食伴孢晶体后，在肠道内碱性环境条件和特定的蛋白酶的作用下，伴孢晶体变成毒素分子，能使小肠上皮细胞萎缩退化，昆虫停食，最后脱水死亡。
科学家利用苏云金芽孢杆菌的这个特性，在实验室大量培养，制成生物农药，洒在农作物上，让害虫吃后中毒死亡。
或利用基因工程技术，把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因转到农作物体内，培育出抗虫品种。
请根据上述材料回答下列问题：
（1）上图中，切断a处的工具酶是，切断b处的酶是。
（2）作为目的基因载体的细菌质粒往往要带有一个抗生素抗性基因，该抗性基因在基因工程中主要用于。
（3）苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否表达，其检测方法是。
（4）苏云金芽孢杆菌的抗虫基因转到农作物体内后，也能产生伴孢晶体蛋白，说明。
（5）转基因工程改良动植物的品种，最突出的优点是。
（6）大面积种植抗虫棉对该地区生态平衡会造成怎样的影响？
。
答案
（1）限制性核酸内切酶DNA解旋酶
（2）检测目的基因是否导入受体细胞
（3）检测棉花是否有抗虫的性状（或检测棉花细胞中是否有抗虫基因所表达的蛋白质）
（4）生物共用一套遗传密码
（5）能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，定向改变生物的遗传性状
（6）①破坏食物链；②影响生物多样性等
3.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程，据图回答：
（1）在基因工程中，A→B为技术，利用的原理是，其中①为过程。
（2）加热至94℃的目的是使DNA中的键断裂，这一过程在细胞内是通过的作用来完成的。
（3）当温度降低时，引物与模板末端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板链延伸，最终合成两条DNA分子，此过程中的原料是，遵循的原则是。
（4）目的基因导入绵羊受体细胞常用技术。
（5）B→D为抗虫棉的培育过程，其中④过程常用的方法是，要确定目的基因（抗虫基因）导入受体细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体生物学水平上的鉴定过程：
。
答案
（1）PCRDNA复制DNA解旋
（2）氢解旋酶
（3）4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则
（4）显微注射
（5）农杆菌转化法让害虫吞食转基因棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定性状
4.（2008年姜堰模拟）萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。
如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。
一直以来荧光素酶的惟一来源是从萤光虫腹部提取。
但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。
请你根据已有的知识回答下列有关问题：
（1）在此转基因工程中，目的基因是，具体操作过程中下图所示的黏性末端是由种限制性核酸内切酶作用产生的。
（2）在上述过程中需要多种酶的参与，其中包括限制性核酸内切酶、DNA聚合酶和等。
（3）将此目的基因导入到大肠杆菌体内需要载体的帮助。
下列各项是选取载体时必须考虑的是（多选）。
A.能够在宿主细胞内复制并稳定保存B.具有特定的限制酶切割位点
C.具有与目的基因相同的碱基片段D.具有某些标记基因
（4）本实验中将目的基因导入大肠杆菌的载体可以是（多选）。
A.质粒B.动物病毒C.噬菌体D.植物病毒
（5）在此转基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为。
最常用的方法是首先用处理大肠杆菌，目的是
。
（6）目的基因是否导入受体细胞，用技术来检测。
目的基因是否表达出相应的蛋白质，除了通过大肠杆菌是否发光来确定外，还可以通过特异性反应来判断。
答案
（1）荧光素酶基因2
（2）DNA连接酶（3）A、B、D（4）A、C
（5）转化Ca2+使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围DNA分子的状态（处于感受态细胞状态）
（6）DNA分子杂交抗原—抗体
5.我国科研人员发现，弯曲的蚕丝由于弯折处易断裂，其强度低于由蜘蛛纺绩器拖牵丝的直丝，并首次在世界上通过了转基因方法将“绿色荧光蛋白基因”与“蜘蛛拖牵丝基因”拼接后成功插入蚕丝基因组中，并在受体细胞中成功表达。
（1）在这项“基因工程”的操作中，目的基因是，采用绿色荧光蛋白基因的主要目的是。
（2）两基因组合在导入受体细胞前必须进行的步骤是：
将其与由细菌体内取得的进行切割处理，以保证有相同的，并拼接成。
如果引入的受体细胞是细菌，还要对细菌作处理。
（3）在基因工程中受体常用微生物，为什么？
。
（4）“蜘蛛拖牵丝基因”成功表达的标志是。
（5）带有“绿色荧光蛋白基因”的转基因蚕，是否能引起生态安全性问题？
请分析原因。
。
答案
（1）拖牵丝基因作为标记（基因）
（2）质粒黏性末端重组质粒（或重组DNA）CaCl2（或提高膜的通透性）（3）微生物的繁殖速度快（4）产生高强度的丝
（5）可能。
转基因蚕扩散进入自然生态系统，与同种的野生蚕杂交后，使野生蚕也含有转基因，可能会威胁到原有物种，引起生态危机
6.（2007年山东理综，35）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。
最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
请回答：
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中，常用方法是。
（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入中，原因是。
（3）通常采用技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的细胞中特异表达。
（5）为使外源基因在后代中长期保持，可将转基因小鼠体细胞的转入细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体，该技术称为。
答案
（1）显微注射
（2）受精卵（或早期胚胎）受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达
（3）DNA分子杂交（核酸探针）
（4）膀胱上皮
（5）细胞核去核的卵核移植（或克隆）
第3、4节基因工程的应用和蛋白质工程的崛起
基因工程的应用及对转基因产品的认识
例1（2008年金山模拟）如图为基因工程中，利用农杆菌作为载体，培育出新性状植株的过程，请据图分析回答：
（1）将携带外源基因的DNA导入植物细胞中所用到的工具酶有。
（2）图示中，目的基因导入植物细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，可以通过来确定。
导入目的基因的植物细胞一般需要通过的方法，培育成能表现新性状的植株。
（3）利用基因工程进行育种，可以培育出具有新性状的植株，这种育种方法的优点是什么？
。
（4）通过基因工程，科学家已经培育出了许多具有抗虫、抗病、抗除草剂等全新性状的农作物，但也有人对转基因产品的安全性提出了疑问，试从正反两方面阐述你对这一问题的认识。
。
答案
（1）限制性核酸内切酶和DNA连接酶
（2）检测转化的植物有没有显示出目的基因控制的性状植物组织培养
（3）①能打破生物种属的界限；②在分子水平上定向改变生物的遗传特性
（4）安全：
①多环节、严谨的安全性评价，可以保证转基因食品的安全；②转基因农作物要表现其新性状，必须有一定条件；③种植抗虫转基因农作物，可减少农药用量
不安全：
①可能会出现新的过敏原；②导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病毒杂交，从而重组出新的病原体；③重组的微生物降解化合物过程中会产生许多中间产物，造成二次污染
基因工程、蛋白质工程的应用
例2如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因（简称Bt基因）及形成转基因抗虫植物的图解。
请回答：
（1）在下列含有ATP和有关的酶的试管中，大量而快捷的获取Bt基因的最佳方案是下图中的（）
（2）写出b过程表达式：
。
（3）科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的中
导入基因成功表达的标志是。
（4）在我国“863”计划资助下开展Bt抗虫棉育种等研究，这将对、和农业可持续发展产生巨大影响。
答案
（1）D
（2）Bt基因
mRNA
原毒素（晶体蛋白）
（3）受精卵动物乳汁中含此种抗体
（4）农业害虫防治环境保护
1.依据基因工程技术有关原理回答下列问题：
（1）限制性核酸内切酶是在基因工程中用来切开DNA的酶，EcoRI是大肠杆菌的R型菌体分离而来的限制性核酸内切酶，它总是在一定的碱基序列中切断DNA。
以下的碱基序列表示的是EcoRI的识别序列，请用箭头在下图中画出EcoRI的作用部位：
GAATTC
CTTAAG
（2）获取目的基因途径有生物体内提取或。
（3）下图是将人类的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用的载体为质粒A。
已知细菌B内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。
请回答下列问题：
①简述重组质粒的主要过程
。
②导入细菌B细胞的目的基因成功表达的标志是
。
（4）假如预期到某种酶的功能，要设计相应的基因，下列图示中：
①是；②是。
①
答案
（1）G↓AATTC
CTTAA↑G
（2）人工合成
（3）①用特定的限制性核酸内切酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口；用同种限制性核酸内切酶切割目的基因，产生相同的黏性末端；将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒②受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素
（4）分子设计具有一定氨基酸序列的多肽链
2.科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。
其过程大致如图所示：
根据题意回答下列问题：
（1）基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是、、
、。
（2）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的特点。
（3）将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是。
（4）目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是。
答案
（1）目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定
（2）可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上
（3）农杆菌转化法（4）目的基因是否插入到受体细胞的染色体DNA上DNA分子杂交技术
3.（2007年海南高考）已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。
SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。
某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作，其简要的操作流程如下：
（1）实验步骤①所代表的反应过程是。
（2）步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用限制性内切酶和酶，后者的作用是将用限制性内切酶切割的和连接起来。
（3）如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能，也不能。
（4）为了检验步骤④所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性，可用与
进行抗原——抗体特异性反应实验，从而得出结论。
（5）步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列（相同，不同），根本原因是。
答案
（1）逆转录
（2）DNA连接载体S基因
（3）复制合成S基因的mRNA
（4）大肠杆菌中表达的S蛋白SARS康复病人血清
（5）相同表达蛋白质所用的基因相同
4.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。
如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
（1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是。
（2）通过DNA合成形成的新基因应与结合后转移到中才能得到准确表达。
（3）若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有、和发酵工程。
（4）图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
。
（5）下列关于蛋白质工程的说法，错误的是（）
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构
C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程
答案
（1）蛋白质的预期功能
（2）载体大肠杆菌等受体细胞（3）蛋白质工程基因工程（4）根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因（5）B
5.（2009年广州模拟）胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。
如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。
（1）判断某人患糖尿病的主要方法有
。
（2）能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？
，为什么？
。
（3）为使过程⑧更易进行，可用处理D的细胞壁。
D细胞一般选用大肠杆菌或枯草杆菌的原因是
。
（4）下图A～D段表示质粒的某片段，若B表示启动子，为使目的基因直接表达，目的基因C插入的最佳位点是图中的
处（填数字序号）。
（5）根治糖尿病的最佳方法是。
（6）基因工程其他方面的应用，如被用于培育转胰蛋白酶抑制剂基因的蔬菜，但若对该蔬菜处理不当，可能给人体带来的负面影响是
。
答案
（1）空腹时的血糖浓度持续高于1.6～1.8g/L，且尿液中有糖
（2）不能皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素mRNA
（3）CaCl2（或Ca2+）繁殖速度快，目的基因表达迅速
（4）③（5）基因治疗
（6）胰蛋白酶抑制剂会抑制人的胰蛋白酶的活性，影响食物蛋白的消化
6.（2009年镇江模拟）豇豆对多种害虫具有抗性，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）。
科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。
经过在体外对CpTI基因进行修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量得到了提高。
修饰和表达过程如图所示：
请根据以上材料，回答下列问题：
（1）CpTI基因是该基因工程中的基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是，A物质的基本单位是，在①过程中，首先要用酶切开，暴露出，再用酶连接。
（2）在该基因工程中，供体细胞来自，若受体细胞是水稻的体细胞，应如何进行操作才能获得抗虫水稻。
此外，还常用水稻的作受体细胞。
（3）②过程称为。
（4）检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是
。
答案
（1）目的（四种）脱氧核苷酸（四种）核糖核苷酸限制性内切黏性末端DNA连接
（2）豇豆将体细胞进行组织培养受精卵
（3）转录
（4）让多种害虫食用水稻叶片
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