1、第第 2 2 节节 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 必备知识素养奠基 一、目的基因的筛选与获取(第一步) 1.1.目的基因目的基因: :在基因工程的设计和操作中,用于改变受体细胞性状受体细胞性状或获 得预期表达产物预期表达产物的基因。 2.2.筛选合适目的基因的方法筛选合适目的基因的方法: :从相关的已知结构和功能清晰已知结构和功能清晰的基因中 进行筛选。 3.3.利用利用 PCRPCR 获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因 (1)原理:DNADNA 半保留复制半保留复制。 (2)DNA 复制所需的基本条件: 参与的组分 DNA 复制的作用 解旋酶解旋酶 (体外用高温) 打开 D
2、NA 双链 DNA 母链 提供 DNA 复制模板模板 4 4 种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 合成 DNA 子链的原料 DNADNA 聚合酶聚合酶 催化合成 DNA 子链 引物 使 DNA 聚合酶能够从引物的 33端开始连接脱氧核 苷酸 (3)过程: 填一填:基于 PCR 的过程,完成下列问题: 过程为变性变性,该阶段的温度为 9090_以上,目的是使双链 DNA 解聚为 单链单链。 过程为复性复性,该阶段的温度为 5050_左右,两种引物通过碱基互补配碱基互补配 对对与两条单链 DNA 结合。 过程为延伸延伸,该阶段的温度为 7272_左右,该过程需要在D耐高温 的 DNADNA 聚合聚合酶的催化
3、下,利用 4 4 种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸为原料,根据碱基互补配 对原则从子链的 33 端延伸合成新的子链 DNA。 (4)仪器:PCRPCR 扩增仪扩增仪。 (5)鉴定方法:琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳。 PCR 过程中两种引物的碱基序列能否互补?说明理由。 提示:不能。 因为两种引物分别与两个 DNA 单链的 3端互补结合,而 DNA 的两条单链的 3端碱基序列往往不同,如果 2 种引物的碱基序列互补 那么会影响引物与 DNA 单链的结合。 二、基因表达载体的构建(第二步) 1.1.基因表达载体基因表达载体作用作用: : (1)使基因在受受体体细胞细胞中稳定存在,并且遗传给下一代。 (2)
4、使目的基因能够表达表达和发挥作用。 2.2.基因表达载体组成基因表达载体组成: : 填一填:基于基因表达载体的结构模式图,完成下列问题: (1)A启动子启动子,RNA 聚合酶识别和结合的部位,可以驱动基因转录出 mRNA,B目的基因目的基因。 (2)C终止子终止子,转录停止的部位。 (3)D复制原点复制原点,E标记基因标记基因。 3.3.构建过程构建过程: : (1)用适宜适宜的限制酶限制酶切割载体。 (2)用同种同种限制酶或能产生相同黏性末端黏性末端的限制酶切割目的基因。 (3)用 DNADNA 连接连接酶将目的基因片段拼接到载体上。 构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里?为什么?
5、 提示:启动子下游和终止子上游。因为只有插入在启动子和终止子之间, 目的基因才可以正常表达。 三、将目的基因导入受体细胞(第三步) 1.1.植物细胞植物细胞: : (1)花粉管通道花粉管通道法我国独创的方法 (2)农杆菌转化农杆菌转化法常用的方法 转化是指目的基因目的基因进入受体细胞内,并在受体细胞内维持稳定和表达稳定和表达 的过程。 2.2.动物细胞动物细胞: : 利用显微注射显微注射直接将目的基因导入受精卵受精卵中。 3.3.原核生物原核生物: : 用 CaCa 2+2+处理,使细胞处于能够吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态,将 重组的基因表达载体重组的基因表达载体导入其中。 四、目的
6、基因的检测与鉴定(第四步) 1.1.分子水平的检测分子水平的检测: : 连一连:将检测目的和方法连线 2.2.个体生物学水平的个体生物学水平的检测检测: :如饲喂法等。 关键能力素养形成 知识点一 PCR 技术 1.PCR1.PCR 过程过程: : 过程 说明 图解 变性 当温度上升到 90 以上 时,双链 DNA 解旋为单链 复性 温度下降到 50 左右,两 种引物通过碱基互补配对 与两条单链 DNA 结合 延伸 72 左右时,耐高温的 DNA 聚合酶有最大活性,可使 DNA 新链由 5端向 3端延 伸 2.PCR2.PCR 扩增的计算扩增的计算: :理论上 DNA 数目呈指数扩增。 (1)
7、若开始只有一个 DNA 提供模板,则循环n 次后获得的子代 DNA 数目 为 2 n个。 (2)若开始有N0个DNA 提供模板,则循环n 次后获得的子代DNA数目为 N02 n个。 3.3.比较比较 PCRPCR 扩增和体内扩增和体内 DNADNA 复制的异同复制的异同: : 项目 DNA 复制 PCR 技术 解旋 方式 解旋酶催化 DNA 在高温作用下变性解旋 场所 细胞内(主要在细胞 核内) 细胞外(主要在 PCR 扩增仪内) 酶 解旋酶、普通的 DNA 聚合酶等 耐高温的 DNA 聚合酶 温度 条件 细胞内温和条件 需控制温度,在较高温度下进行 合成 的 对象 DNA 分子 DNA 片段
8、或目的基因 相同 点 (1)模板:均需要 DNA 的两条单链作为模板 (2)原料:均为 4 种脱氧核苷酸 (3)酶:均需 DNA 聚合酶 【特别提醒】 PCR 过程的两点提醒 (1)复性不一定均为引物与 DNA 模板结合。复性时,引物与 DNA 模板的 结合是随机的,也存在 DNA 解开的两条链的结合。 (2)PCR 反应的结果不都是所需的 DNA 片段。 因为第一次循环得到的 DNA 片段只有一种引物,比所需的 DNA 片段要长,从第二次循环才出现所需 的 DNA 片段,这样的片段存在两种引物。 如图 a、b、c 均为 PCR 扩增的 DNA 片段,下列有关说法正确的是 ( ) A.片段 a
9、、b、c 的长度均相同 B.片段 a、b 只是第一次循环的产物 C.片段 c 最早出现在第二次循环的产物中 D.经过 30 次循环后,片段 c 的数量为 2 30 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】选 C。图中片段 a、b 只有一种引物,是由原始 DNA 链为模板复 制而来,其长度比片段 c 长,A 项不正确。 由于原始模板在每次循环中均 可作为模板,则每次循环都能产生图中片段 a、b,B 项不正确。由于第 一次循环的产物只有一种引物,而图中片段 c 有两种引物,则 c 最早出 现在第二次循环,C 项正确。经过 30 次循环后,得到的 DNA 片段总数为 2 30,这包括图中的片段
10、a、b,故 D 项不正确。 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 若该过程加入模板 DNA 片段a个,经过n次复制后,产生的 DNA 片段中 含有模板 DNA 片段a的 DNA 个数为多少?试分析原因。 提示:2a个。因为 DNA 是半保留复制,一开始的模板链最终分布在子代 DNA 分子中。 (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为 PCR 过程不同的 DNA 片段变性时温度是不同的,你认为他的 说法正确吗?说明你的理由。 提示:正确。变性目的是通过升高温度破坏氢键,将 DNA 分子双链变成 单链,不同片段的 DNA 分子中氢键的数量不同导
11、致稳定性不同,因此所 需的温度不同。 【素养迁移】 2020 年新型冠状病毒引发的疫情在世界范围内迅速传播。各研发机构 迅速进行了针对新型冠状病毒检测和治疗的研发。回答下列问题。 (1)科研机构在拿到新型冠状病毒序列后,第一时间就进行了新型冠状 病毒核酸检测试剂盒(双重荧光 PCR 法)的开发。 这里涉及的PCR是利用_的原理,将目的基 因加以复制。 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有 _,以便根据它合成 _。 PCR 扩增的过程:目的基因 DNA_后解链为单 链,_与单链相应互补序列结合,然后在 _作用下进行延伸,如此重复循环。 (2)接种疫苗是人类对付传染病的有力武器。疫苗作为 _可激发
12、人体产生相应的 _,当与疫苗同源的病毒侵入人体后,可引发二 次免疫反应。 【解析】(1)PCR 的原理是 DNA 双链复制。 PCR 技术扩增目的基因需要有一段已知目的基因的核苷酸序列,利用 该序列合成引物。 PCR 扩增的过程:目的基因 DNA 受热变性形成单链,引物与单链相应 序列结合,在耐高温的 DNA 聚合酶的催化作用下进行延伸,如此重复循 环。 (2)疫苗作为抗原,激发人体产生记忆细胞和抗体,当与疫苗同源的病 毒侵入人体后,可引发二次免疫反应。 答案:(1)DNA 双链复制 一段已知目的基因的核苷酸序列 引物 受热变性 引物 耐高温的 DNA 聚合酶 (2)抗原 记忆细胞和抗体 【补
13、偿训练】 PCR 是聚合酶链式反应的缩写,现在已成为分子生物学实验中的一种常 规手段,它可以在体外很短的时间内将 DNA 大量扩增。你认为下列符合 在体外进行 PCR 反应条件的一组是( ) 稳定的缓冲液环境 DNA 模板 合成引物 四种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 DNA解旋酶 限制性内切核酸 酶 温控设备 A. B. C. D. 【解析】选 D。PCR 反应的实质是模拟体内 DNA 复制,因此需要稳定的 缓冲液环境,正确;PCR 反应需要 DNA 模板,正确;PCR 反应需要一对 引物,正确;PCR反应需要以四种脱氧核苷酸为原料,正确;PCR反应 需要 DNA 聚合酶催化延伸过程,正确;PCR
14、 反应过程中通过高温使 DNA 变性解链,不需要 DNA 解旋酶,错误;PCR 反应不需要限制性内切核酸 酶,错误;PCR 反应过程中需要控制的关键因素是温度,因此需要温控 设备,正确。 知识点二 目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定 1.1.目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法: : 生物 类型 方法 受体细胞 转化过程 特点 植物 农杆 菌转 化法 体细胞或受 精卵 目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上转入农杆菌 导入植物细胞插入植物 细胞中的染色体 DNA 上 目的基因表达 适用于双子 叶植物和裸 子植物 花粉 在植物受粉后的一定时间适用于任何 管通 道法 内
15、,剪去柱头,将 DNA 溶液 滴加在花柱切面上,使目 的基因借助花粉管通道进 入胚囊 开花植物 动物 显微 注射 法 受 精 卵 目的基因表达载体提纯 取卵(受精卵)显微注射 受精卵发育获得具有 新性状的转基因动物 是采用最 多、最有效 的方法 微生 物 Ca 2+ 处理 法 原 核 细 胞 Ca 2+处理微生物细胞使 细胞处于一种能吸收周围 环境中 DNA 分子的生理状 态将基因表达载体与感 受态细胞混合在缓冲液中 一定温度下促使该细胞 吸收 DNA 分子 原核生物繁 殖快、多为 单细胞、遗 传物质相对 较少,从而 成为最常用 的受体细胞 2.2.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定:
16、: 3.3.常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法: : 转基因生物 检测方法 观察目标 抗虫植物 饲喂害虫 害虫死亡 抗病毒 (菌)植物 病毒(菌)感染 未侵染上病斑 抗盐植物 盐水浇灌 正常生长 抗除草 剂植物 喷洒除草剂 正常生长 【特别提醒】 不同分子水平的两个检测原理 (1)转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的,只是被检测 的物质不再是转基因生物的基因组 DNA,而是 mRNA。 (2)翻译水平的检测则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。 在基因工程中,受体细胞的不同,导入目的基因的方法也不同。请回答 下列问题: (1)农杆菌转化
17、法常用来将外源基因转入_细胞,具体操作 时,先要将目的基因插入农杆菌_质粒的 T-DNA 中,然后用 该农杆菌感染植物细胞。 (2)将重组质粒导入动物细胞,常采用_的方法。若用重组 质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受 体细胞,原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的能力极弱。所 以,用表达载体转化大肠杆菌时,常先用_处理大肠杆菌, 以利于表达载体的进入。 (3)目的基因导入受体细胞引起生物性状的改变,属于可遗传变异中的 _(变异类型)。 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】(1)农杆菌转化法常用来将外源基因转入植物细胞,具体操作 时,先要将目的基因插
18、入农杆菌 Ti 质粒的 T-DNA 中,然后用该农杆菌感 染植物细胞。 (2)将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射 法。若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大 肠杆菌作为受体细胞,原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的 能力极弱。 所以,用表达载体转化大肠杆菌时,常先用 Ca 2+处理大肠杆菌, 以利于表达载体的进入。(3)基因工程的原理为基因重组。 答案:(1)植物 Ti (2)显微注射 Ca 2+ (3)基因重组 【素养探究母题追问】 (1)(1)生命观念生命观念结构与功结构与功能观能观 农杆菌转化法为什么要将目的基因插入农杆菌质粒的 T-DNA 片段
19、? 提示:Ti 质粒的 T-DNA 片段可以整合到受体细胞的染色体上。 (2)科学思维演绎与推理 如果改用花粉管通道法将目的基因导入受体细胞,与农杆菌转化法相 比有什么优点? 提示:操作简便;直接将目的基因导入受精卵,无须组织培养即可 获得植株。(答出一个即可,其他答案合理也可) 【素养迁移】 新型冠状病毒导致全球疫情,造成很多人死亡。科学工作者经研究,发 现了数种快速检验新型冠状病毒的方法,下列与新型冠状病毒研究、诊 断有关的说法中错误的是 ( ) A.镜检法:在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液,以发现病原体 B.PCR:体外基因复制技术,可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数 百万倍 C
20、.抗原抗体法:用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗 体特异性结合,发现病原体 D.DNA 探针技术:用放射性同位素、荧光因子等标记的 DNA 分子作为探 针,利用 DNA 分子杂交原理来检测病原体 【解析】选 A。病毒在光学显微镜下无法看到,只有在电子显微镜下才 能观察到,A 错误;PCR 用于体外快速扩增特定基因或 DNA 序列,B 正确; 病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应,产生相应抗体,由 于抗体与抗原结合具有特异性,因此用特殊制备的病原体蛋白质与病 人血清中的相关抗体特异性结合,可发现病原体,C 正确;可以利用 DNA 分子作为探针,通过 DNA 分子杂交技术检测病原
21、体,D 正确。 【补偿训练】 受体细胞不同,将目的基因导入受体细胞的方法也不相同,下列受 体细胞与导入方法匹配错误的一项是 ( ) A.棉花细胞花粉管通道法 B.大肠杆菌用 Ca 2+处理法 C.羊受精卵农杆菌转化法 D.大豆细胞农杆菌转化法 【解析】选 C。花粉管通道法是我国科学家独创的一种方法,是一种十 分简便经济的方法,我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的,A 正 确;Ca 2+处理法能使大肠杆菌细胞的生理状态发生改变,使之处于易于 吸收周围环境中DNA分子的生理状态,所以将目的基因导入微生物细胞, 常采用Ca 2+处理法,B正确;农杆菌转化法的受体细胞一般是双子叶植物 和裸子植物,羊
22、受精卵导入目的基因的方法是显微注射法,C 错误;将目 的基因导入大豆(双子叶)细胞可用农杆菌转化法,D 正确。 课堂检测素养达标 【概念诊断】 1.基因工程的操作过程涉及许多的技术和方法,下列有关基因工程中 的操作步骤和技术的描述正确的是_。 PCR 过程使用的是耐高温的 DNA 聚合酶。 基因表达载体中含有起始密码子和终止密码子。 农杆菌的 Ti 质粒上的 T-DNA 可转移到植物细胞内,并且与其染色体 DNA 整合在一起。 只要检测出受体细胞中含有目的基因,目的基因就一定能成功表达。 基因工程中将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉 管通道法等。 【解析】选。PCR 仪在 DNA
23、 分子扩增过程使用的是耐高温的 DNA 聚合酶,正确;基因表达载体中含有启动子和终止子,起始密码子和 终止密码子在 mRNA 上,错误;农杆菌的 Ti 质粒上的 T-DNA 可转移到 植物细胞内,并且能整合到受体细胞的染色体上,正确;目的基因导 入受体细胞后,除检测是否含有目的基因外,还需要检测目的基因是否 表达,错误;基因工程中将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转 化法、花粉管通道法等,正确。 2.从自然界中的生物体内分离得到的天然酶,在工业生产环境中催化 效率往往较低。科研人员通过如图所示的流程改造天然酶,以改进酶的 功能。对这一改造过程的分析,不合理的是 ( ) A.过程产生的基因突变
24、是随机的 B.过程中受体菌应处理为一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状 态 C.过程筛选突变酶依赖于抗生素 D.多次重复循环导致酶的定向进化 【解析】选 C。过程产生的基因突变是随机的,A 正确;过程中导入 受体菌时,应用钙离子处理为一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状 态,B 正确;过程筛选突变酶依赖于抗原-抗体杂交,C 错误;多次重复 循环导致酶的定向进化,使酶的活性越来越高,D 正确。 3.缺乏维生素 A 就容易导致出现夜盲症,营养不良,甚至有一些能够威 胁到生命。而 -胡萝卜素可以在人体内转化成维生素 A。科学家尝试 通过转基因技术生产富含胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶(其基
25、因 用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtl表示)参与-胡萝卜 素的合成。根据以上信息分析正确的是 ( ) A.重组质粒中的目的基因含有 psy 基因和 crtl 基因 B.构建重组质粒需要限制酶、DNA 连接酶和核酸酶 C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞 D.PCR 既可扩增特定基因也可检测目的基因表达 【解析】选 A。根据“八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与 - 胡萝卜素的合成”可知,重组质粒中的目的基因含有 psy 基因和 crtl 基因,A 正确;构建重组质粒需要限制酶、DNA 连接酶,不需要核酸酶,B 错误;可通过农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞,C
26、错误;PCR 可扩增特定基因,但要检测目的基因是否表达应该用抗原-抗体杂交 法,D 错误。 4.如图为基因表达载体的模式图,下列有关说法错误的是 ( ) A.构建基因表达载体需要用到限制酶和 DNA 连接酶 B.任何基因表达载体的构建都是一样的,没有差别 C.图中启动子位于基因的首端,是 RNA 聚合酶识别和结合的部位 D.抗生素抗性基因的作用是作为标记基因,用于检测受体细胞中是否 导入了目的基因 【解析】选 B。构建基因表达载体需要用到限制酶和 DNA 连接酶,A 正 确;用不同种类的载体构建基因表达载体时处理方法是有差别的,B 错 误;启动子位于基因的首端,是 RNA 聚合酶识别和结合的部
27、位,C 正确; 抗生素抗性基因的作用就是作为标记基因,用于检测受体细胞中是否 导入了目的基因,D 正确。 【思维跃迁】 5.目前广泛应用的新型冠状病毒检测方法是实时荧光 RT-PCR 技术。RT PCR 是将 RNA 逆转录(RT)和 cDNA 的聚合酶链式扩增反应相结合的技 术,具体过程如图所示,下列说法不正确的是 ( ) A.引物 A 与引物 B 应该具有不同的碱基序列 B.过程通过控制温度的变化实现目标序列的循环扩增 C.该反应体系中应加入缓冲液、引物、4 种核糖核苷酸、逆转录酶、耐 高温的 DNA 聚合酶等物质 D.该检测方法的应用依赖于新型冠状病毒特异性序列的确定 【解析】选 C。引
28、物 A 与引物 B 分别结合在目的片段序列的两端,其碱 基序列不同,A 正确;过程为 PCR 的反应阶段,通过控制温度的变化实 现变性、退火、延伸,实现目标序列的循环扩增,B 正确;RT-PCR 反应体 系中应加入缓冲液、引物、4 种脱氧核苷酸、逆转录酶、耐高温的 DNA 聚合酶等物质,而不是 4 种核糖核苷酸,C 错误;RT-PCR 的前提条件是目 的片段的特异性序列的确定,D 正确。 6.(2019全国卷改编)基因工程中可以通过 PCR 技术扩增目的基因。 回答下列问题。 (1)生物体细胞内的 DNA 复制开始时,解开 DNA 双链的酶是 _。在体外利用 PCR 技术扩增目的基因时,使反应
29、体系中 的模板 DNA 解链为单链的条件是_。上述两个解链过程的 共同点是破坏了 DNA 双链分子中的_。 (2)目前在 PCR 反应中使用耐高温的 DNA 聚合酶而不使用大肠杆菌 DNA 聚合酶的主要原因是_。 【解析】(1)体内进行 DNA 复制时,需要解旋酶和 DNA 聚合酶,解旋酶可 以打开双链之间的氢键,DNA 聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体 外进行 PCR 扩增时,利用高温变性即加热至 90 以上,破坏双链之间的 氢键,使 DNA 成为单链。解旋酶和高温处理都破坏了 DNA 双链中碱基对 之间的氢键。 (2)由于在PCR过程中,需要不断地改变温度,该过程中涉及较高温度处 理,
30、大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温处理下会变性失活,因此 PCR 过程中需 要用耐高温的 DNA 聚合酶催化。 答案:(1)解旋酶 加热至 90 以上 氢键 (2)大肠杆菌 DNA 聚合酶 在高温下会失活 【拓展探究】 7.家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力,将人的干扰素基因导入家 蚕细胞并大规模培养可以提取干扰素用于制药。 (1)在人的 DNA 分子上获取干扰素基因时,要用到限制酶。假设该限制 酶能专一性地识别DNA上GAATTC序列,并在某一位点切割某化学键, 该化学键是( ) A.氢键 B.G 与 C 之间的键 C.A 与 T 之间的键 D.两个核苷酸之间的磷酸二酯键 (2)在此基因工程操作
31、过程中的核心步骤是_。启动 子位于基因的_,是_识别和结合的部位。 (3)人的干扰素基因为什么可以在家蚕细胞中进行表达? 【解析】 (1)限制酶切割的是序列上两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 (2) 基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。在基因表达载体上,目的 基因的首端是启动子,这是一段特殊的 DNA 片段,是 RNA 聚合酶识别和 结合的位点,启动目的基因的转录。(3)因为自然界中的生物都共用同 一套密码子,所以一种生物的基因可以在另一种生物体内表达。 答案:(1)D (2)基因表达载体的构建 上游 RNA 聚合酶 (3)人和家 蚕细胞共用一套密码子。 十三十三 基因工程的基基因工程的基本操
32、作程序本操作程序 (20(20 分分钟钟7070 分分) ) 一、选择题(共 7 小题,每小题 5 分,共 35 分) 1.下列有关基因工程相关工具的叙述,正确的是 ( ) A.限制酶能识别并切割 DNA 任意序列 B.DNA 连接酶与 DNA 聚合酶作用位点不同 C.没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞 D.使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解 【解析】选 D。限制酶只能识别 DNA 上特定序列并切割;DNA 连接酶与 DNA 聚合酶作用位点都是磷酸二酯键;进入受体细胞的有普通质粒和重 组质粒;质粒能够在宿主细胞内稳定存在,故将目的基因与质粒重组可 以避免目的基因在受体内被分解。
33、 2.哪些是基因表达载体的必需组成部分 ( ) 启动子 终止密码子 标记基因 目的基因 终止子 A. B. C. D. 【解析】选 B。启动子位于基因表达载体的首端,有了它才能驱动基因 转录出 mRNA,最终获得所需要的蛋白质;终止子相当于一盏红色信号灯, 使转录在所需要的地方停止下来;标记基因是为了鉴别受体细胞中是 否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来;目的基因是表 达载体上必须具有的结构。 3.某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆菌细 胞内,产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因:A 是抗链霉素基 因,B 是抗氨苄青霉素基因,且目的基因要插入基因 B 中,而
34、大肠杆菌不 带有任何抗性基因。下列叙述正确的是 ( ) A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒 B.RNA 聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶 C.可用含氨苄青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D.在含氨苄青霉素培养基中不能生长,但在含链霉素培养基中能生长 的可能是符合生产要求的大肠杆菌 【解析】选 D。导入大肠杆菌的质粒可能为重组质粒,也可能为普通质 粒,A 项错误;构建基因表达载体过程中需要限制酶和 DNA 连接酶,不需 要 RNA 聚合酶,B 项错误;由于目的基因要插入基因 B 中,即抗氨苄青霉 素基因破坏,即工程菌不能抗氨苄青霉素,因此不能用含氨苄青霉素的 培养基检测大肠杆菌
35、中是否导入了重组质粒,C 项错误;据分析可知,在 含氨苄青霉素培养基中不能生长,但在含链霉素培养基中能生长的可 能是符合生产要求的大肠杆菌,D 项正确。 4.以下有关基因工程的叙述,正确的是 ( ) A.利用 PCR 技术可以大量扩增目的基因 B.目的基因导入受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法 C.用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生不同的 黏性末端 D.利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细 胞并成功表达 【解析】选 A。PCR 是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术;农杆菌转化 法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法;用同一种限制酶分别切 割载体和目的基
36、因的目的是能够产生相同的黏性末端,便于两者连接; 利用载体上标记基因的相关特性可检测出目的基因已导入受体细胞, 但不能确定目的基因是否得以表达。 5.中美科学家通过改变一种名为NR2B的基因研制出了转基因超级小鼠 Hobbie-J,Hobbie-J 比普通老鼠更加聪明,大脑运转更加迅速,它能够 轻松完成迷宫任务。下列关于 Hobbie-J 产生过程的描述,错误的是 ( ) A.NR2B 基因可通过 PCR 技术进行扩增 B.改变后的 NR2B 基因作为目的基因,可直接注入小鼠受精卵内 C.通常采用显微注射技术将重组质粒导入小鼠受精卵内 D.可采用 PCR 等技术检测改变后的 NR2B 基因是否
37、插入小鼠染色体 DNA 【解析】选 B。PCR 技术可在体外大量扩增目的基因,A 正确;改变后的 NR2B 基因作为目的基因,需要与载体结合后才可导入小鼠受精卵内,B 错误;将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术,C 正确;通过 PCR 等 技术从分子水平检测目的基因是否插入染色体 DNA,D 正确。 6.新型冠状病毒是一种 RNA 病毒,其基因编码的结构蛋白一共有 5 种, 分别是 S 蛋白、 核衣壳蛋白 N、 膜蛋白 M、 小膜蛋白 E 和血凝素酯酶 HE。 新型冠状病毒主要通过 S 蛋白和人类细胞表面受体 ACE2 蛋白结合,激 活细胞内吞并启动病毒复制程序。下列说法错误的是 ( ) A
38、.通过药物引起人类 ACE2 蛋白基因突变,是一个好的防治思路 B.S 蛋白的结构与功能很可能是疫苗研发与药物开发中必须关注的重 点 C.新冠肺炎患者确诊可以通过核酸检测和抗体检测来实现,但核酸检 测更可信 D.如果开发新型冠状病毒“重组病毒载体疫苗”的话,选择病毒载体时 “安全性”十分重要 【解析】选 A。通过药物引起人类 ACE2 蛋白基因突变,会影响细胞的正 常代谢,A 错误;新型冠状病毒主要通过 S 蛋白和人类细胞表面受体 ACE2 蛋白结合,激活细胞内吞并启动病毒复制程序,了解 S 蛋白的结构 与功能有利于疫苗研发与药物开发,B 正确;抗体检测会出现假阳性,用 核酸检测更可信,C 正
39、确;开发新型冠状病毒“重组病毒载体疫苗”要考 虑病毒载体的“安全性”,D 正确。 【补偿训练】 目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性, 只有通过鉴定与检测才能知道。下列属于目的基因检测与鉴定的是 ( ) 检测受体细胞中是否有目的基因 检测受体细胞中是否有致病基因 检测目的基因是否转录出了 mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质 A. B. C. D. 【解析】选 C。检测受体细胞中是否有目的基因,可以利用 PCR 技术, 正确;基因工程中不需要检测受体细胞中是否有致病基因,错误;检 测目的基因是否转录出了 mRNA,可以利用 PCR 技术,正确;检测目的 基因是否翻译成蛋白
40、质,可以利用抗原-抗体杂交技术,正确。 7.如图表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时,从苏云金芽孢杆菌中 提取抗虫基因“放入”棉花细胞中与棉花的 DNA 分子结合起来而发挥 作用的过程示意图。以下说法正确的是 ( ) A.图中是质粒,步骤常需用到限制酶和 DNA 聚合酶 B.图中是含目的基因的重组 Ti 质粒,步骤是将重组质粒导入棉花 细胞 C.图中是农杆菌,通过步骤将目的基因导入植物细胞 D.剔除培育成功的抗虫棉体内的四环素抗性基因会影响抗虫基因的表 达 【解析】选 C。为质粒,步骤为基因表达载体的构建,常需用到限制 酶和 DNA 连接酶,A 错误;图中步骤是将重组质粒导入农杆菌细胞,B 错误
41、;图中步骤是将目的基因导入植物细胞,C 正确;基因的表达具有 独立性,剔除抗虫棉体内的四环素抗性基因不影响抗虫基因的表达,D 错误。 【补偿训练】 番茄叶片受害虫的损伤后,叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂,抑制 害虫的消化作用。人们尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对 付猖獗的玉米螟。如图为培育转基因抗虫玉米的流程图,下列描述正确 的是 ( ) A.用限制性内切核酸酶切割番茄的 DNA 得到的产物就是蛋白酶抑制剂 基因 B.用氯化钙处理玉米受体细胞,有利于含目的基因的重组质粒导入 C.重组 Ti 质粒应有 RNA 聚合酶识别和结合的部位,以启动蛋白酶抑制 剂基因的转录 D.若将目的基因导入玉
42、米花粉细胞,通过花药离体培养可获得稳定遗 传的转基因玉米 【解析】选 C。目的基因是用限制性内切核酸酶将 DNA 酶切后得到的, 需筛选;氯化钙用于处理细菌细胞;基因成功表达的前提是能转录和翻 译,转录时需 RNA 聚合酶识别转录的起点才能启动;花药离体培养得到 的是玉米的单倍体,需再用秋水仙素处理单倍体,使染色体加倍才能得 到稳定遗传的转基因玉米。 二、非选择题(共 2 小题,共 35 分) 8.(15 分)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
43、题: (1)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 需要使用_酶和_酶。 (2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,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。 (3)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。 因为_ _ _ _。 【解析】(1)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,常需使用限制酶和 DNA 连接酶。(2)将含有重组质粒的农杆菌与 甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织, 由该愈伤组织培养成
44、的再生植株可抵抗乙种昆虫的危害。(3)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 子不含丙种蛋白质基因,因为基因不能跨细胞转移。 答案:(1)限制 DNA 连接 (2)乙种昆虫 (3)不含 基因不能在体内跨细胞转移 9.(20 分)人参是一种名贵药材,具有良好的滋补作用。口服 -干扰素 在慢性乙肝、丙肝及部分肿瘤的治疗中有一定疗效。如图为科研人员 制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程,表示相关的操 作,EcoR、BamH为限制酶,它们的识别序列及切割位点如表所示。 回答下列问题: (1)步骤中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依 据是_。科研人
45、员还在两种引物的一端分别加 上_和_序列,以便于后续基因的剪切和连 接。 (2)过程所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有 _,过程中需先用_处理根瘤农杆菌,以便将基因 表达载体导入细胞。 (3)过程中,科研人员提取愈伤组织细胞的 RNA 后,先通过 _过程获得 DNA,再进行 PCR 扩增,若最终未能检测出干 扰素基因,其可能原因是_。 (4)科研人员认为,由转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单 纯干扰素的疗效要好,其依据是_。 【解析】(1)PCR 技术的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序 列,以便根据这一序列合成引物。因此,合成引物时主要依据目的基因 (干扰素基因)两端
46、的部分核苷酸序列。同时,便于后续的剪切和连接, 设计引物时还需加上相关限制酶的识别序列,本题中限制酶EcoR、 BamH的识别序列分别是 GAATTC、GGATCC。 (2)基因表达载体的组成有目的基因、启动子、终止子、复制原点和标 记基因等。用原核细胞作为受体细胞时,常用 Ca 2+(CaCl 2)处理,使其成 为感受态。 (3)从愈伤组织细胞提取 RNA 后,经反转录获得 DNA。 对 PCR 技术获得的 较多的 DNA 片段进行检测筛选,未能检测出干扰素基因,说明在愈伤组 织细胞中不含干扰素基因转录形成的 RNA,可能是干扰素基因未能导入, 也可能是导入的干扰素基因未转录。 (4)单纯干
47、扰素只起治疗的作用,而由转干扰素基因的人参愈伤组织加 工成的药物既有干扰素的治疗作用,又有人参的滋补作用。 答案:(1)干扰素基因两端的部分核苷酸序列 GAATTC GGATCC (2)复制原点 Ca 2+(CaCl 2) (3)反转录 导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录(或干扰素 基因未能导入人参愈伤组织细胞) (4)药物既有干扰素治疗的作用,又有人参的滋补作用 (10 分钟30 分) 1.(8 分)( (不定项不定项) )蓝藻拟核 DNA 上有控制叶绿素合成的 chlL 基因。某 科学家通过构建该种生物缺失 chlL 基因的变异株,以研究 chlL 基因对 叶绿素合成的控制,技术路线
48、如图所示。下列相关叙述正确的是 ( ) A.过程应使用不同的限制性内切核酸酶 B.过程都要使用 DNA 连接酶 C.终止密码子是基因表达载体的重要组成部分 D.若操作成功,可用含红霉素的培养基筛选出该变异株 【解析】选 A、B、D。限制性内切核酸酶有特异性,过程要切割的 DNA序列不同,故应使用不同的限制性内切核酸酶;DNA连接酶的作用是 连接被切开的磷酸二酯键,使 chlL 基因、红霉素抗性基因与质粒结合; 基因表达载体由目的基因、启动子、终止子和标记基因等组成,终止密 码子是 mRNA 上密码子的一种,表示一次翻译的结束;变异株中 chlL 基 因被重组基因替换,重组基因中有红霉素抗性基因,故可用含红霉素的 培养基筛选出该变异株。 【补偿训练】 “X
