【創(chuàng)新設計】2022年高三生物(人教版)一輪復習-基礎課時案43-基因工程原理及技術-考點探究

考點一基因工程的原理及工具[典例引領]【典例】(2022·課標，40)依據(jù)基因工程的有關學問，回答下列問題。(1)限制性核酸內(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……GG……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，該酶必需具有的特點是____________________。(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，常接受________技術。(5)基因工程中除質(zhì)粒外，________和________也可作為運載體。(6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，一般狀況下，不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞，緣由是______________。解析此題考查基因工程應用的相關學問。(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)生的末端必需與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的末端相同。(3)依據(jù)酶的來源不同，DNA連接酶分為E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。(4)以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PCR技術。(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，使之成為能吸取四周環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細胞。答案(1)平末端黏性末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同(3)T4E·coli(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR(聚合酶鏈式反應)(5)動植物病毒噬菌體(6)未處理的大腸桿菌吸取質(zhì)粒(外源DNA)的力量極弱1．基因工程的基本原理和理論基礎概括(如下圖)2．限制酶選擇的留意事項(1)依據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類①應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。③為避開目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和任憑連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)。(2)依據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相全都，以確保具有相同的黏性末端。②質(zhì)粒作為載體必需具備標記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因；假如所選酶的切點不是一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復制。易錯警示！基因工程操作基本工具的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。[跟進題組]1．下列有關限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中正確的是()A．用限制性核酸內(nèi)切酶切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時，被水解的磷酸二酯鍵有2個B．限制性核酸內(nèi)切酶識別序列越短，則該序列在DNA中消滅的幾率就越大C．—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端堿基數(shù)不同D．只有用相同的限制性核酸內(nèi)切酶處理含目的基因的片段和質(zhì)粒，才能形成重組質(zhì)粒解析切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時，被水解的磷酸二酯鍵有4個；—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端堿基數(shù)相同，都為4個堿基；只要切割出來的黏性末端的堿基序列相同，都可以被DNA連接酶連接。答案B2.限制性核酸內(nèi)切酶MunⅠ和限制性核酸內(nèi)切酶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性核酸內(nèi)切酶的識別位點，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()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性核酸內(nèi)切酶的識別位點。只有質(zhì)粒A上既有標記基因，且MunⅠ的切割點不在標記基因上。答案A考點二基因工程的操作程序[典例引領]【典例】(2022·北京四中期中)科學家從某細菌中提取抗鹽基因，轉(zhuǎn)入煙草并培育成轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草。下圖是轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草的培育過程，含目的基因的DNA和質(zhì)粒上的箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請分析回答下列問題。(1)①過程獲得的抗鹽基因可用PCR技術進行擴增，該技術必需用________酶，所需的原料是________。(2)已知幾種限制酶識別序列及其切割位點如表：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ識別序列及切割位點G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC用圖中的質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ酶切割，緣由是__________。圖中①②過程為防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，應選用________________酶對外源DNA、質(zhì)粒進行切割。(3)圖中⑤、⑥依次表示組織培育過程中抗鹽煙草細胞的________、________過程。(4)為確定轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草是否培育成功，既要用放射性同位素標記的________作探針進行分子雜交檢測，又要在個體水平上鑒定，后者具體過程是__________________。解析理解轉(zhuǎn)基因技術的步驟、成果是解題的關鍵。(1)PCR技術所需的原料是合成DNA的四種脫氧核苷酸。依據(jù)PCR反應原理，每次循環(huán)可分為在95℃時進行變性，在55℃時進行復性，在72℃時延長，該過程需要耐熱的DNA聚合酶。(2)從圖中信息可知，SmaⅠ酶的切割位點位于目的基因和M抗生素抗性基因上。分析抗鹽基因的DNA片段，可知該DNA含四種限制酶切點，其中SmaⅠ位于目的基因上，不宜接受。EcoRⅠ位于目的基因兩側(cè)，若用EoRⅠ切割則目的基因會自身環(huán)化。BamHⅠ與HindⅢ位于目的基因兩端，且質(zhì)粒中也有相應的合適的切割位點，因此用BamHⅠ和Hin答案(1)耐熱的DNA聚合四種脫氧核苷酸(2)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因BamHⅠ和HindⅢ(3)脫分化再分化(4)抗鹽基因(或目的基因)將培育的煙草幼苗栽培于含有肯定鹽的土壤中，觀看該煙草植株的生長狀態(tài)基因工程操作的基本步驟1．目的基因的獵取目前有兩種途徑：一是直接提取目的基因，如從基因文庫中獵取。二是人工合成目的基因，常用的方法有化學合成法和反轉(zhuǎn)錄法。2．基因表達載體的構(gòu)建(1)基因表達載體的組成(2)構(gòu)建過程3．將目的基因?qū)胧荏w細胞細胞類型常用方法受體細胞轉(zhuǎn)化過程植物細胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法體細胞將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T—DNA上→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA上動物細胞顯微注射技術受精卵將含有目的基因的表達載體提純→取卵→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培育→胚胎移植→發(fā)育成為具有新性狀的動物微生物細胞Ca2＋處理增大細胞壁通透性原核細胞或酵母菌用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)細胞吸取4.目的基因的檢測與鑒定[跟進題組](2022·山東文登三模，35)在培育轉(zhuǎn)基因植物的爭辯中，卡那霉素抗性基因(kan)常作為標記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培育基上生長。如圖為獲得抗蟲棉的技術流程。請據(jù)圖回答。(1)基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獵取、________、將目的基因?qū)胧荏w細胞、_________________。(2)A過程需要的酶有________和________。(3)要把重組質(zhì)粒導入土壤農(nóng)桿菌，首先必需用________處理土壤農(nóng)桿菌，使土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變?yōu)開_______態(tài)；然后將________在緩沖液中混合培育完成轉(zhuǎn)化過程。(4)含有重組質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌侵染離體棉花葉片組織后，將離體棉花葉片組織培育成再生植株要經(jīng)過[C]________和[E]________。如要確保再生植株中含有抗蟲基因，可在C過程的培育基中加入________。(5)目的基因能否在棉花植株體內(nèi)維持和表達其遺傳特性的關鍵是______________。這需要通過檢測才能知道，檢測接受的方法是________。解析(1)基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獵取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定。(2)基因表達載體構(gòu)建過程中，需要用同種限制酶切割目的基因和載體，使它們產(chǎn)生相同的黏性末端，再用DNA連接酶把這兩個DNA片段連接起來。(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導入目的基因時，首先必需用Ca2＋處理土壤農(nóng)桿菌，使土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài)；然后將重組質(zhì)粒和感受態(tài)細胞在緩沖液中混合培育完成轉(zhuǎn)化過程。(4)植物組織培育過程的關鍵步驟是脫分化和再分化。由于只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在