（全国通用版）2019高考生物二轮复习专题九现代生物科技专题考点1基因工程学案.doc

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1、1考点 1 基因工程1基因工程的 3 种基本工具(1)限制性核酸内切酶：识别特定核苷酸序列，并在特定位点上切割 DNA 分子。(2)DNA 连接酶： Ecoli DNA 连接酶只能连接黏性末端；T 4 DNA 连接酶能连接黏性末端和平末端。(3)载体：能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；有一个至多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因，以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。2提醒 (1)限制酶DNA 酶解旋酶限制酶是切割某种特定的脱氧核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开；DNA 酶是将 DNA水解为基本组成单位；解旋酶是将 DNA 的两条链间的氢键打开形成两条单链。(2)使用限制酶的注意点：a.一

2、般用同种限制酶切割载体和目的基因；b.不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。(3)DNA 连接酶DNA 聚合酶DNA 连接酶连接两个 DNA 片段，而 DNA 聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。2基因工程的操作流程(1)目的基因的获取：从基因文库中获取。利用 PCR 技术扩增。化学方法人工合成。提醒 PCR 技术扩增a原理：DNA 双链复制。b条件：模板 DNA、引物、游离的脱氧核苷酸、热稳定 DNA 聚合酶。c过程Error!化学方法人工合成：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用 DNA 合成仪用化学方法合成，不需要模板。(2)基因表达载体的构建重组质粒的构建基因表达载体的组成构

3、建过程提醒 基因工程中的载体与细胞膜上的载体不同。启动子、终止子a启动子(DNA 片段)起始密码子(位于 mRNA 上)。b终止子(DNA 片段)终止密码子(位于 mRNA 上)。目的基因插入位置：启动子与终止子之间。(3)将目的基因导入受体细胞3根据受体种类确定基因工程的受体细胞及导入方法。植物：植物体细胞或受精卵导入方法常用农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法(本法针对单子叶植物)。动物：受精卵导入方法为显微注射法。微生物：细菌导入方法为感受态法。(4)目的基因的检测与鉴定的方法检测目的基因是否导入受体细胞：DNA 分子杂交技术。检测目的基因是否转录出 mRNA：分子杂交技术。检测目的基因

4、是否翻译成蛋白质：抗原抗体杂交技术。个体生物学水平鉴定：根据表达性状判断。3蛋白质工程41(2018全国，38)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)。(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

5、，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。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 (2)转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶解析 (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中，该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外，还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。(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用 Ca2 参与的转化方法；体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体 DNA 和外壳蛋白(或噬菌

6、体蛋白)进行组装获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。(3)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；在蛋白质纯化过程中，为防止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。方法技巧 (1)基因工程常用工具有 3 种限制酶、DNA 连接酶、载体；(2)常用载体有3 种质粒、 噬菌体衍生物、动植物病毒；(3)获取目的基因有 3 种方法基因文库、PCR 扩增、人工合成；(4)常用 3 类受体细胞及导入方法：植物细胞农杆菌转化法；动物细胞显微注射法；微生物细胞Ca 2 处理转化法。2(2017全国，38)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没

7、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5_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

8、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_。答案 (1)基因 A 有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的 RNA 序列不能被切除，无法表达出蛋白 A (2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白 A 的抗体(5)DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体解析 (1)细菌是原核生物，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，将完整的基因 A 导入大肠杆菌后，无法表达出蛋白 A。(2)噬菌体是细菌病毒，专门寄生在细菌体

9、内；家蚕是动物。因此用家蚕作为表达基因 A 的受体，不选用噬菌体作为载体。(3)原核生物常作为基因工程中的受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，最常用的原核细胞是大肠杆菌。(4)检测目的基因 A 是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交。(5)艾弗里实验表明加热杀死的 S 型细菌的 DNA 可转入 R 型菌中，这充分显示“DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体” ，因此，可为基因工程理论的建立提供启示。方法技巧 (1)基因组文库中目的基因因有内含子部分，所以在真、原核细胞之间只能部分基因可以交流，但 cDNA 文库中基因无内含子部分

10、，可以在不同物种之间交流。(2)病毒做载体时，运载目的基因进入受体细胞时具有特异性。(3)要提取细胞内的物质如 mRNA、色素、H 2O2酶等要做的是破碎细胞这一步，常用的方法为研磨，为研磨充分常加 SiO2。3(2017全国，38)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的 mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是_。提取 RNA 时，提取液中需添加 RNA 酶抑制剂，其目的是_。(2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA，其原

11、理是_。6(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA 连接酶催化形成的化学键是_。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_。答案 (1)嫩叶中基因表达强烈，相应的 mRNA 多(或嫩叶组织细胞易破碎) 防止提取的mRNA 被 RNA 酶降解 (2)在逆转录酶的作用下，以 mRNA 为模板按照碱基互补配对原则合成cDNA (3)质粒载体中有启动子、终止子，便于目的基因的表达；质粒中有标记基因，便于筛选

12、；质粒中含有复制原点等 (4)磷酸二酯键 (5)几丁质酶基因没有转录或转录的 mRNA没有翻译解析 (1)由于嫩叶中几丁质酶转录的 mRNA 较多，因此在进行基因工程操作时，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料。提取 RNA 时，提取液中需添加 RNA 酶抑制剂，其目的是防止提取的 mRNA 被 RNA 酶降解。(2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA，原理是 mRNA 可根据碱基互补配对原则逆转录为 cDNA。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是质粒载体中有启动子、终止子，便于目的基因的表达；质粒中有标记基因，便于筛选；质粒中含有复

13、制原点等。(4)DNA 连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)基因表达包括转录和翻译两个步骤，若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，其可能的原因是几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA 没有翻译。4(2018湖北七市教科研协作体高三联考) 基因工程是从分子水平对基因进行操作，从而实现人们定向改造生物，得到人们所需要的生物性状或生物产品的技术。目的基因的获取是基因工程的第一步，常见的方法是构建基因组文库。请分析并回答下列问题：(1)构建基因组文库的一般步骤：提取某种生物体内的_，用适当的限制酶处理，得到一定范围大小的DNA 片段；DNA 片段分别与载

14、体结合，得到重组载体；重组载体导入到_的群体中储存，基因组文库构建完成。(2)与基因组文库相比，cDNA 文库的基因数相对要少。其原因是_。7(3)载体与 DNA 片段结合前，需要使用同种限制酶处理。其目的是_。(4)将重组 DNA 导入受体菌之前，常用_处理，提高导入的成功率。答案 (1)全部 DNA 或全部基因 受体菌(2)cDNA 文库只能收集到生物发育到某时期已发生转录的基因，而基因组文库能收集到全部基因 (3)以获得与 DNA 片段相同的黏性末端 (4)Ca 2解析 (1)构建基因组文库的一般步骤为：提取某种生物体内的全部 DNA 或全部基因，用适当的限制酶处理，得到一定范围大小的D

15、NA 片段；DNA 片段分别与载体结合，得到重组载体；重组载体导入到受体菌的群体中储存，基因组文库构建完成。(2)cDNA 文库只能收集到生物发育到某时期已发生转录的基因，而基因组文库能收集到全部基因，因此与基因组文库相比，cDNA 文库的基因数相对要少。(3)载体与 DNA 片段结合前，需要使用同种限制酶处理，以获得与 DNA 片段相同的黏性末端。(4)将重组 DNA 导入受体菌群之前，常用钙离子(Ca 2 )处理，以提高导入的成功率。5(2018菏泽高三模拟)乙肝病毒是一种 DNA 病毒。中国的乙肝病毒携带者约占总人口的10%。我国科学家通过基因工程生产出乙型肝炎病毒疫苗，为预防乙肝提供了

16、有力的保障。回答下列问题：(1)乙肝病毒专一侵染肝细胞的原因是_。(2)乙肝病毒的基因组可编码的蛋白质及功能如下：Core 蛋白是外壳蛋白；Precore 与抑制宿主的免疫反应有关；X 蛋白与病毒复制有关；S 蛋白是病毒的包膜蛋白，与病毒进入细胞有关。通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的_。(3)通过基因工程生产乙肝疫苗的过程如图所示：乙肝病毒 有关基因 细菌 大量生产疫苗 分 离 导 入 发 酵a若要获得大量的目的基因，可采用 PCR 技术进行体外扩增，该技术中使用的引物有_种，其作用是_。b在过程中需使用的工具酶是_。过程中常用的载体是_。c为提高过程的转化效率，常采用的

17、方法是_。(4)使用酵母菌作为受体菌生产乙肝疫苗的效果更好，从细胞结构的角度分析，原因是8_。答案 (1)肝细胞表面有乙肝病毒的受体 (2)Core 蛋白和 S 蛋白 (3)a.2 使 DNA 聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸 b限制酶和 DNA 连接酶 质粒 c用Ca2 (CaCl2)溶液处理细菌 (4)酵母菌具有内质网、高尔基体，可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理解析 据题图分析可知，表示从乙肝病毒中分离有关抗原基因；过程包括基因表达载体的构建以及导入细菌；可用特定抗体筛选含目的基因的细菌，并作为微生物发酵的工程菌。(1)由于肝细胞表面有乙肝病毒的受体，所以乙

18、肝病毒专一侵染肝细胞。(2)根据题意分析可知，乙肝病毒作为抗原的部分应该是其外壳蛋白和包膜蛋白，即通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的 Core 蛋白和 S 蛋白。(3)a.PCR 技术中，需要 2 种不同的引物，使 DNA 聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸。b在构建基因表达载体的过程中，需要使用的工具酶是限制酶和 DNA 连接酶，常用的载体是质粒。c为了提高将重组质粒导入细菌的转化效率，常用 Ca2 (CaCl2)溶液处理细菌，使之成为感受态细胞。(4)酵母菌具有内质网、高尔基体，可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理，因此使用酵母菌作为受体菌生产

19、乙肝疫苗的效果更好。6(2018咸阳二模)科学家从某细菌中提取抗盐基因，转入烟草并培育成转基因抗盐烟草。下图是转基因抗盐烟草的培育过程，含目的基因的 DNA 和质粒上的实线箭头表示相关限制酶的酶切位点，虚线箭头表示转录的方向。请分析回答下列问题：(1)在该过程中，研究人员首先获取了抗盐基因(目的基因)，并采用_技术对目的基因进行扩增，该技术需要的条件是_、酶、原料、模板，该技术必须用_酶；然后构建基因表达载体，基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外，还需具有_。(2)用图中的质粒和目的基因构建重组质粒，不能使用 Sma酶切割，原因是_。图中过程为防止质粒和含目的基因的外源 DNA

20、片段自身环化，应选用_酶对外源 DNA、质粒进行切割。9(3)为确定转基因抗盐烟草是否培育成功，可用放射性同位素标记的_作探针进行分子杂交检测，还需要在个体水平上鉴定，后者具体过程是_。答案 (1)PCR(或多聚酶链式反应) 引物 热稳定 DNA 聚合(或 Taq) 标记基因 (2)Sma会破坏质粒的抗性基因和外源 DNA 中的目的基因 BamH和 Hind (3)抗盐基因(或目的基因) 将培育的烟草幼苗栽培于含有一定盐的土壤中，观察烟草植株的生长状态解析 (1)在该过程中，研究人员首先获取了抗盐基因(目的基因)，并采用 PCR(或多聚酶链式反应)技术对目的基因进行扩增，该技术需要的条件是引物

21、、酶、原料、模板，该技术必须用热稳定 DNA 聚合酶；然后构建基因表达载体，基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外，还需具有标记基因。(2)从图中信息可知， Sma酶的切割位点位于目的基因和 M 抗生素抗性基因上。分析抗盐基因的 DNA 片段，可知该 DNA 含四种限制酶切点，其中 Sma位于目的基因上，不宜采用。EcoR位于目的基因两侧，若用 EcoR切割则目的基因会自身环化。 BamH 与 Hind位于目的基因两端，且质粒中也有相应的适合的切割位点，因此用 BamH 和 Hind才能完整地切下该抗盐基因，同时防止自身环化，保证目的基因与质粒连接方式的唯一性。(3)为确定转基因抗盐烟草是否培育成功，既要用放射性同位素标记的抗盐基因(或目的基因)作探针进行分子杂交检测，又要在个体水平上鉴定，后者具体过程是将培育的烟草幼苗栽培于含有一定盐的土壤中，观察该烟草植株的生长状态。