1、1选考部分 现代生物科技专题第 1讲 基 因 工 程Error!考点一 基因工程的操作工具思维导图成一统基础速练固根基1判断下列叙述的正误(1)限制酶只能用于切割目的基因()(2)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别 6 个核苷酸序列 ()(3)DNA 连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来()(4)Ecoli DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端()(5)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 ()(6)每个重组质粒至少含一个限制酶识别位点 ()(7)限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶()(8)质粒是小型环状 DNA 分子，是基因工程常用的
2、载体()(9)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达()(10)外源 DNA 必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制 ()22结合图示完成下列问题下图中的图 1 和图 2 分别表示的是 EcoR限制酶和 Sma限制酶的作用示意图。(1)EcoR限制酶识别的碱基序列是 GAATTC，切割位点在 G 和 A 之间； Sma限制酶识别的碱基序列是 CCCGGG，切割位点在 G 和 C 之间；说明限制酶具有专一性。(2)限制酶和 DNA 连接酶作用的化学键是磷酸二酯键。(3)限制酶为何不切割其所在生物自身的 DNA?提示：自身的 DNA 序列中不存在该酶的识别位点或识别序
3、列已经被修饰。题组练透过考点题组一 限制性核酸内切酶及 DNA 连接酶的作用1(2016江苏高考)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图 1、图 2 中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：限制酶 BamH Bcl Sau3A Hind识别序列及切割位点图 1图 2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用_两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过_酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，3需将其转入处于_态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加_，平板上长出的菌落，常用 PCR 鉴定，所用的引物组成为
4、图 2 中_。(3)若 BamH酶切的 DNA 末端与 Bcl酶切的 DNA 末端连接，连接部位的 6 个碱基对序列为_，对于该部位，这两种酶_(填“都能” “都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用 Sau3A切图 1 质粒最多可能获得_种大小不同的 DNA 片段。解析：(1)基因工程中选择合适的限制酶切割质粒和目的基因时，应保留目的基因和至少一个标记基因结构的完整性，即遵循“目的基因切两侧，标记基因留一个”的基本原则，最好选择切割产生不同末端的两种限制酶同时切割质粒和目的基因，以避免目的基因的反向插入带来的不正常表达，因此据图分析应选择的限制酶为 Bcl和 Hind，切割后质粒上保留的四
5、环素抗性基因作为标记基因。酶切后的载体和目的基因通过 DNA 连接酶的作用形成重组质粒，重组质粒需要导入 Ca2 处理后的处于感受态的大肠杆菌(处于感受态的大肠杆菌细胞膜的通透性大大增加，便于重组质粒进入)。(2)由上述分析可知，为了筛选出导入重组质粒的大肠杆菌，应先配制含四环素的选择培养基，平板上长出的菌落为导入普通质粒或重组质粒的大肠杆菌菌落，进一步鉴定出导入重组质粒的大肠杆菌，可利用 PCR 扩增的方式，结合电泳技术来分析处理。DNA 的两条链是反向平行的，在 PCR 过程中，当引物与 DNA 母链通过碱基互补配对结合后，DNA 聚合酶只能从引物的 3端延伸 DNA 链，因此应选择引物甲
6、和引物丙。(3)因为 Bcl和 BamH酶切产生的黏性末端相同，所以可以被 DNA 连接酶连接，连接部位的 6 个碱基对序列为 ，但是连接后形成的 DNA 中不再具有T GATC CA CTAG G(G GATC AC CTAG T)Bcl和 BamH的识别序列，连接部位不能被这两种酶切开。(4)由图可知，能被限制酶Bcl和 BamH切割的序列也能被 Sau3A识别并切割，因此图中质粒上存在 3 个 Sau3A的切割位点，若将 3 个切割位点之间的 DNA 片段分别编号为 a、 b 和 c，则完全酶切(3 个切割位点均被切割)会产生 3 种大小的 DNA 片段，即为 a、 b 和 c；考虑只切
7、 1 个切割位点，有三种情况，都产生一种大小的 DNA 片段，即大小均为 a b c；考虑切 2 个切割位点，则会产生 a b、 c、 a c、 b、 b c、 a 几种不同大小的 DNA 片段。综上所述，若用 Sau3A识别并切割图中质粒，最多可获得 7 种大小的 DNA 片段，即为a b c、 a b、 a c、 b c、 a、 b、 c。答案：(1) Bcl和 Hind 连接 感受 (2)四环素引物甲和引物丙 (3)T GATC CA CTAG G(G GATC AC CTAG T)都不能 (4)7归纳拓展 与 DNA 有关的酶的归纳与比较比较项目 限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶
8、 解旋酶4作用底物 DNA 分子DNA 分子片段脱氧核苷酸 DNA 分子作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键碱基对间的氢键形成产物黏性末端或平末端形成重组DNA 分子新的DNA 分子形成单链 DNA题组二 载体的特点及作用2下面是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a 代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如_，_(写出两条即可)。(2)若质粒 DNA 分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒 DNA 上称为_，其作用是_。(4)下列常在基因工程中用作载体的是( )A
9、苏云金芽孢杆菌抗虫基因B土壤农杆菌环状 RNA 分子C大肠杆菌的质粒D动物细胞的染色体解析：(1)a 代表的物质是大型环状 DNA 分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状 DNA 分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)若质粒 DNA分子的切割末端和目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对，则可使用 DNA 连接酶将它们连接在一起。(3)质粒 DNA 分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA 进行鉴定和筛选。(4)常用的载体有质粒、 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案：(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性DNA 连接酶 2 5(3)标记基因
10、 供重组 DNA 的鉴定和选择(4)C归纳拓展 全面理解基因工程中的载体(1)应具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存，可使目的基因稳定存在且数量可扩大。具有一个至多个限制酶切点，可供外源 DNA 片段插入。具有标记基因，可供重组 DNA 的鉴定和选择。 (2)与膜载体的区别：基因工程中的载体是 DNA 分子，能将目的基因导入受体细胞内，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。考点二 基因工程的基本操作程序思维导图成一统基础速练固根基1判断下列叙述的正误(1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列()(2)用 PCR 方法扩增目的基因时不必知
11、道基因的全部序列()(3)PCR 体系中一定要添加从受体细胞中提取的 DNA 聚合酶()(4)将 ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒 pET28b 导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个 ada()(5)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体()(6)把目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法()(7)抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 ()(8)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术()(9)应用 DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 6()2填表比较 DNA
12、 复制和 PCR 技术比较项目 细胞内 DNA 复制 PCR 技术解旋在解旋酶作用下边解旋边复制80100 高温解旋，双链完全分开酶 DNA 解旋酶、DNA 聚合酶 Taq DNA 聚合酶引物 RNA 一般为 DNA不同点温度 体内温和条件 高温相同点需提供 DNA 复制的模板；以四种脱氧核苷酸作原料；子链延伸的方向都是从5端到 3端3填空识记 PCR 技术的基本原理类似于 DNA 的天然复制过程，由变性复性延伸三个基本反应步骤构成。(1)模板 DNA 的变性：模板 DNA 经加热至 95_左右一定时间后，使模板 DNA 双链或经PCR 扩增形成的 DNA 的双链解开，使之成为单链，以便它与引
13、物结合，为下轮反应作准备。(2)模板 DNA 与引物的复性：模板 DNA 经加热变性成单链后，温度降至 55_左右，引物与模板 DNA 单链的互补序列配对结合。(3)引物的延伸：DNA 模板引物结合物在 Taq_DNA 聚合酶的作用下，以四种脱氧核苷酸为反应原料，DNA 母链为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板 DNA 链互补的半保留复制链。重复循环变性复性延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又成为下次循环的模板。4填图识记基因表达载体的组成及作用5.结合抗虫棉的培育过程图填空7(1)从图中可以看出，目的基因是 Bt 毒蛋白基因，使用的载体是 Ti 质粒，
14、将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。(2)请写出两种检测目的基因是否表达的方法：抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。题组练透过考点题组一 基因工程的操作程序1(2016海南高考)基因工程又称为 DNA 重组技术，回答相关问题：(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_和从_中分离。(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建 cDNA 文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA 文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是_。(3)在基因表达载体中，启动子是_聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_。(4)将目的基因通过基因
15、枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_和_颗粒。解析：(1)获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从自然界已有的物种中分离。(2)植物的成熟叶片中基因选择性表达，因此由所有 RNA 逆转录形成的 cDNA 文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因。(3)在基因表达载体中，启动子是 RNA 聚合酶识别并结合的部位。采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，由于易于培养，最常选用大肠杆菌(或细菌)。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。答案：(1)人工合成 生物材料(2)cDNA 文库中只含有叶
16、细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因(3)RNA 大肠杆菌(或答细菌) (4)金粉 钨粉2(2014全国卷，节选)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若8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目的基因，应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
17、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。解析：(1)基因组文库中含有该生物的全部基因，而 cDNA 文库又称部分基因文库，含有该生物的部分基因。(2)基因组文库中含有该生物的全部基因，需要将目的基因筛选出来。(3)利用农杆菌转化法将耐旱基因转移到不耐旱的植物乙的体细胞中，经植物组织培养技术得到再生植株。要确定耐旱基因是否表达，需要检测再生植株中有无该基因的表达产物，如果呈阳性，再在个体水平上检测该植株的耐旱性是否得到提高。答案：(1)全部 部分 (2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性归纳拓展 几种获取目的基因方法的比较方法从基因文库中获取人
18、工合成过 程从基因组文库中获取从部分基因文库，如 cDNA文库中获取化学合成法反转录法9题组二 PCR 技术的原理和应用3(2017江苏高考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR 扩增过程示意图如下，请回答下列问题：(1)从高表达 MT 蛋白的生物组织中提取 mRNA，通过_获得_用于 PCR 扩增。(2)设计一对与 MT 基因两端序列互补配对的引物(引物 1 和引物 2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的_位点。设计引物时需要避免引物之间形成_，而造成引物自连。
19、(3)图中步骤 1 代表_，步骤 2 代表退火(复性)，步骤 3 代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR 扩增时，退火(复性)温度的设定是成败的关键。退火(复性)温度过高会破坏_的碱基配对。退火(复性)温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相10同但_的引物需要设定更高的退火(复性)温度。(5)如果 PCR 反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_填序号：升高退火(复性)温度 降低退火(复性)温度 重新设计引物。解析：(1)PCR 技术可在体外对 DNA 进行扩增，模板可以是 mRNA 经过逆转录获得的cDNA。(2)设计一对与 MT 基因两端序列互补配对的引物(引物 1 和
20、引物 2)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。(3)根据 PCR 的过程可知，图中步骤 1 为变性，步骤 2 为退火(复性)，步骤 3 为延伸，这三个步骤构成一个循环。(4)退火(复性)温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火(复性)温度会破坏引物与模板的碱基配对。因 G、C 之间的氢键数多于 A、T 之间的氢键数，故 GC 含量高的引物需要设定更高的退火(复性)温度。(5)如果 PCR 反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火(复性)温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端
21、的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火(复性)温度、重新设计引物等。答案：(1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 GC 含量高 (5)4在进行 DNA 亲子鉴定时，需大量的 DNA。PCR 技术(多聚酶链式反应)可以使样品 DNA扩增，获得大量 DNA 分子。该技术的原理是利用 DNA 的半保留复制，在试管中进行 DNA 的人工复制(如下图)。(1)图中的变性、延伸分别是指_、_。(2)假设 PCR 反应中的 DNA 模板只有 1 个，第一轮循环的产物 2 个子代 DNA 为 N1，第二轮的产物 4 个子代 DNA 为 N2， N1、 N2中分别含有模板 DNA 单链的 DNA 分别有_个、_个。若继续循环，该 DNA 片段共经过 30 次循环后能形成_个 DNA 片段。 (3)某样品 DNA 分子中共含 3 000 个碱基对，碱基数量满足：(AT)/(GC)1/2。若经 5 次循环，至少需要向试管中加入_个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段) (4)若下图为第一轮循环产生的产物。请绘出以 a 链和 b 链为模板经 PCR 扩增的产物。解析：(1)变性的实质是 DNA 双链解旋；延伸是以 DNA 单链为模板，按碱基互补配对原
