2024-2025學(xué)年高中生物第一單元生物技術(shù)與生物工程第1章微專題突破基因工程的操作工具與操作步驟總結(jié)教案中圖版選修3

PAGEPAGE1基因工程的操作工具與操作步驟總結(jié)1．基因工程是分子水平上的生物工程，其原理是基因重組。2．基因工程的基本工具是限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶和運(yùn)載體，其中前兩種工具是蛋白類的酶。3．基因工程的基本操作程序主要包括四個(gè)步驟：目的基因的獲得、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。其中，目的基因的獲得中構(gòu)建基因文庫事實(shí)上涉及基因工程的全過程。cDNA文庫只是部分基因文庫的一種，cDNA文庫中的目的基因通過反轉(zhuǎn)錄法人工合成，無啟動(dòng)子和內(nèi)含子。PCR技術(shù)中解旋不用解旋酶。構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，一般用同種限制性內(nèi)切酶剪切目的基因和載體，再用DNA連接酶連接。目的基因的檢測(cè)與鑒定中有分子水平檢測(cè)和個(gè)體水平鑒定，其中檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞、是否轉(zhuǎn)錄出mRNA、是否翻譯成蛋白質(zhì)都屬于分子水平檢測(cè)。

1．據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述錯(cuò)誤的是()A．限制性內(nèi)切酶可以切斷a處B．DNA聚合酶可以連接a處C．解旋酶可以使b處解開D．DNA連接酶可以連接c處【解析】限制性內(nèi)切酶切割DNA分子時(shí)破壞的是DNA鏈中的磷酸二酯鍵，如圖a處。DNA聚合酶是將單個(gè)核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵，因此，DNA聚合酶可以連接a處。解旋酶解開堿基對(duì)之間的氫鍵，即使b處解開。DNA連接酶連接的是兩個(gè)相鄰的脫氧核苷酸的磷酸和脫氧核糖，形成磷酸二酯鍵，如a處，而圖示的c處連接的是同一個(gè)脫氧核苷酸的磷酸和脫氧核糖?！敬鸢浮緿2．利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所須要的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是()A．棉花二倍體細(xì)胞中檢測(cè)到細(xì)菌的抗蟲基因B．大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因及其mRNAC．山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長激素DNA序列D．酵母菌細(xì)胞中提取到人干擾素蛋白【解析】目的基因的表達(dá)是指在受體細(xì)胞中產(chǎn)生了目的基因所限制合成的蛋白質(zhì)。在受體細(xì)胞中檢測(cè)到目的基因或其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA，并不能表明目的基因已經(jīng)勝利表達(dá)?！敬鸢浮緿3．目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測(cè)才能知道。下列屬于目的基因檢測(cè)和鑒定的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：99310017】①檢測(cè)受體細(xì)胞是否有目的基因②檢測(cè)受體細(xì)胞是否有致病基因③檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA④檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④【解析】目的基因的檢測(cè)包括：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交；檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是用基因探針與mRNA雜交；最終檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是進(jìn)行抗原—抗體雜交?！敬鸢浮緾4．科學(xué)家已能運(yùn)用基因工程技術(shù)，讓羊合成并由乳腺分泌抗體，相關(guān)敘述中正確的是()①該技術(shù)將導(dǎo)致定向變異②DNA連接酶把目的基因與載體黏性末端的堿基對(duì)連接起來③蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因供應(yīng)資料④受精卵是志向的受體A．①②③④ B．①③④C．②③④ D．①②④【解析】基因工程可將限制特定性狀的外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞，從而定向改造生物的性狀，而且操作過程不受親緣關(guān)系遠(yuǎn)近的制約，即克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。在基因工程操作程序中，所用的DNA連接酶連接的不是目的基因與載體黏性末端的堿基對(duì)，而是目的基因與載體的DNA兩條鏈的骨架，即核苷酸與磷酸的連接，也就是說，DNA連接酶只能催化斷開的DNA雙鏈重新形成磷酸二酯鍵。由蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可推知相應(yīng)的mRNA中核苷酸序列，進(jìn)而可推想相應(yīng)基因中核苷酸排序，從而可以用化學(xué)合成方法人工合成目的基因。轉(zhuǎn)基因羊的乳腺細(xì)胞及全身全部的組織細(xì)胞均來自受精卵的有絲分裂，遺傳物質(zhì)都與受精卵完全相同，而受精卵體積較大，操作較簡單，也能保障發(fā)育成的個(gè)體全部細(xì)胞都含有外源基因?！敬鸢浮緽5．已知SARS是由一種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病人康復(fù)后，其血清中有抗S蛋白的特異性抗體。某探討小組為了研制預(yù)防SARS病毒的疫苗，開展了前期探討工作。其簡要的操作流程如下圖所示：(1)試驗(yàn)步驟①所代表的反應(yīng)過程是_________________________________。(2)步驟②構(gòu)建重組表達(dá)載體A和重組表達(dá)載體B必需運(yùn)用限制性內(nèi)切酶和________酶，后者的作用是將限制性內(nèi)切酶切割的________和________連接起來。(3)假如省略步驟②而將大量擴(kuò)增的S基因干脆導(dǎo)入大腸桿菌，一般狀況下，不能得到表達(dá)的S蛋白，其緣由是S基因在大腸桿菌中不能________，也不能__________________。(4)為了檢驗(yàn)步驟④所表達(dá)的S蛋白是否與病毒S蛋白有相同的免疫反應(yīng)特性，可用________________與________________進(jìn)行抗原—抗體特異性反應(yīng)試驗(yàn)，從而得出結(jié)論。(5)步驟④和⑥的結(jié)果相比，原核細(xì)胞表達(dá)的S蛋白與真核細(xì)胞表達(dá)的S蛋白的氨基酸序列________(填“相同”或“不相同”)，依據(jù)的原理是_________?！窘馕觥?1)以RNA為模板合成DNA的過程，稱之為逆轉(zhuǎn)錄。(2)利用同一種限制性內(nèi)切酶將目的基因和載體切割出相同的黏性末端，再用DNA連接酶將目的基因(S基因)和載體進(jìn)行縫合，合成重組DNA。(3)干脆將S基因?qū)胧荏w細(xì)胞，S基因在宿主細(xì)胞內(nèi)不能復(fù)制，也不能表達(dá)，所以基因工程中肯定要用載體。(4)一種抗原只能和一種抗體發(fā)生特異性的結(jié)合，所以用大腸桿菌中表達(dá)的S蛋白與SARS康復(fù)病人血清(含有抗體)進(jìn)行特異性反應(yīng)試驗(yàn)，來進(jìn)行檢測(cè)基因工程表達(dá)的S蛋白和病毒S蛋白是否相同。(5)在研制疫苗過程中，④和⑥中所用的目的基因即S基因是相同的，轉(zhuǎn)錄的mRNA是相同的，翻譯合成的蛋白質(zhì)的氨基酸序列也相同。該題以研制SARS病毒疫苗的過程為素材，考查基因工程的過程?！敬鸢浮?1)逆轉(zhuǎn)錄(2)DNA連接載體S基因(3)復(fù)制合成S基因的mRNA(4)大腸桿菌中表達(dá)的S蛋白SARS康復(fù)病人血清(5)相同表達(dá)蛋白質(zhì)所用的基因相同6．酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可生產(chǎn)食品和藥品等?？茖W(xué)家將大麥細(xì)胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下：(1)該技術(shù)定向變更了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于________。(2)從大麥細(xì)胞中可干脆分別獲得LTP1基因，還可采納________方法獲得目的基因。本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用的載體是________。(3)此操作中可以用分別含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培育基進(jìn)行篩選，則有C進(jìn)入的酵母菌在選擇培育基上的生長狀況是_______________________。(4)除了看啤酒泡沫豐富與否外，還可以怎樣檢測(cè)LTP1基因在啤酒酵母菌中的表達(dá)？___________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)基因重組一般是指在生物體進(jìn)行有性生殖的過程中，限制不同性狀的基因的重新組合。題目中將大麥的LTP1基因重組入啤酒酵母菌中，也屬于基因重組。(2)獲得目的基因有兩條途徑：一是用“鳥槍法”干脆分別獲得目的基因，一種是用人工合成的方法獲得目的基因?；蚬こ讨谐Ｓ玫妮d體是質(zhì)粒。(3)重組質(zhì)粒中含有抗青霉素基因，假如勝利導(dǎo)入受體細(xì)胞，有C進(jìn)入的酵母菌在有青霉素的培育基上能存活，但不能在含有四環(huán)素的培育基上存活。(4)目的基因是否表達(dá)，可以通過檢測(cè)特定的性狀或者目的基因是否合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)進(jìn)行確定。【答案】(1)基因重組(2)人工合成質(zhì)粒(3)在含有青霉素的培育基上能存活，但不能在含有四環(huán)素的培育基上存活(4)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)基因啤酒酵母菌能否產(chǎn)生LTP1蛋白章末綜合測(cè)評(píng)(一)(時(shí)間：45分鐘，分值：100分)一、選擇題(共6個(gè)小題，每題7分，共42分)1．限制酶是一種核酸切割酶，可識(shí)別并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下圖為四種限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的識(shí)別序列。箭頭表示每一種限制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來的DNA片段末端可以互補(bǔ)黏合及正確的末端互補(bǔ)序列分別為()A.BamHⅠ和EcoRⅠ；末端互補(bǔ)序列—AATT—B．BamHⅠ和HindⅢ；末端互補(bǔ)序列—GATC—C．EcoRⅠ和HindⅢ；末端互補(bǔ)序列—AATT—D．BamHⅠ和BglⅡ；末端互補(bǔ)序列—GATC—【解析】只有堿基序列能夠互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端才能連接在一起形成雙鏈DNA?！敬鸢浮緿2．質(zhì)粒與目的基因具有相同的黏性末端，結(jié)合過程中不行能出現(xiàn)下列哪種狀況()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：99310018】A．形成環(huán)狀的外源DNAB．可能形成環(huán)狀載體DNAC．可能出現(xiàn)重組DNAD．只能出現(xiàn)重組DNA【解析】基因工程詳細(xì)操作中，目的基因的切割和質(zhì)粒的切割要用同一種限制性內(nèi)切酶，切割結(jié)果是目的基因兩端及環(huán)狀DNA的切口都具有相同的黏性末端。將目的基因與處理過的質(zhì)?；旌?，在DNA連接酶的作用下，斷開的基因片段之間會(huì)重新縫合，在DNA雙鏈骨架之間重新形成磷酸二酯鍵，因質(zhì)粒切口處露出的兩個(gè)黏性末端相同，則很可能在DNA連接酶催化下重新連接成完整的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而目的基因兩端也可能相互連接起來，當(dāng)然最符合人們要求的是目的基因黏性末端與質(zhì)粒黏性末端進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒。【答案】D3．科學(xué)家將含人的α-抗胰蛋白酶基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，該受精卵發(fā)育的羊能分泌含α-抗胰蛋白酶的乳汁，這一過程涉及()①DNA按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行自我復(fù)制②DNA以其一條鏈為模板合成RNA③RNA以自身為模板自我復(fù)制④依據(jù)RNA密碼子的排序合成蛋白質(zhì)A．①② B．③④C．①②③ D．①②④【解析】外源基因?qū)氲窖虻氖芫阎?，在乳腺?xì)胞中表達(dá)，在這一過程中有細(xì)胞分裂，也就是進(jìn)行了DNA的復(fù)制，即①；在羊的乳汁中有α-抗胰蛋白酶，說明該基因完成了表達(dá)，也就是發(fā)生了轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)步驟，即②和④?！敬鸢浮緿4．科學(xué)家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶主要蛋白。以下有關(guān)該基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是()A．采納反轉(zhuǎn)錄的方法得到的目的基因有內(nèi)含子B．基因非編碼區(qū)對(duì)于目的基因在塊莖中的表達(dá)是不行缺少的C．馬鈴薯的葉肉細(xì)胞可作為受體細(xì)胞D．同一種限制性內(nèi)切酶，分別處理質(zhì)粒和含目的基因的DNA，可產(chǎn)生相同黏性末端而形成重組DNA分子【解析】本題考查基因工程的有關(guān)學(xué)問?；蚬こ滩僮鞯倪^程有四個(gè)步驟，其中第一步獲得目的基因的方法有“鳥槍法”、反轉(zhuǎn)錄法和人工合成法等。反轉(zhuǎn)錄法是以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄為目的基因的DNA，由于mRNA已經(jīng)經(jīng)過剪切和拼接，其上不含有內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的成分，因此逆轉(zhuǎn)錄得到的目的基因中不含有內(nèi)含子。【答案】A5．提高農(nóng)作物抗鹽堿和抗旱實(shí)力的目的基因是()A．抗除草劑基因 B．調(diào)整細(xì)胞滲透壓的基因C．抗凍蛋白基因 D．Bt毒蛋白基因【解析】因?yàn)辂}堿和干旱對(duì)農(nóng)作物的危害與細(xì)胞內(nèi)滲透壓調(diào)整有關(guān)，所以可以利用一些調(diào)整細(xì)胞滲透壓的基因，來提高農(nóng)作物的抗鹽堿和抗干旱實(shí)力，這在煙草等植物中已取得了比較明顯的成果。【答案】B6．從1997年起先，我國自行生產(chǎn)乙肝疫苗等基因工程藥物，方法是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：99310019】A．在受體細(xì)胞內(nèi)大量增殖乙肝病毒B．在液體培育基中大量增殖乙肝病毒C．將乙肝病毒的全部基因?qū)胧荏w細(xì)胞中并表達(dá)D．將乙肝病毒的表面抗原基因?qū)胧荏w細(xì)胞中并表達(dá)【解析】疫苗為去毒性的抗原，仍能引起人體的特異性免疫。在生產(chǎn)疫苗時(shí)將確定抗原的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，從而獲得產(chǎn)物?！敬鸢浮緿二、非選擇題(共58分)7．(14分)如圖是利用基因工程生產(chǎn)人白細(xì)胞干擾素的基本過程圖，據(jù)圖回答：(1)①過程須要________(酶)的參加。(2)②物質(zhì)是從大腸桿菌分別出的________。其化學(xué)本質(zhì)是________，它必需能在宿主細(xì)胞中________。(3)將目的基因?qū)氪竽c桿菌時(shí)，用________處理細(xì)胞，使細(xì)胞簡單汲取DNA分子。(4)③過程表明目的基因___________________________________________?！窘馕觥繉?duì)基因工程的應(yīng)用過程中的原理、步驟、須要的物質(zhì)等要有清楚的思路?；蚬こ痰幕静僮鞑襟E包括：目的基因的獲得、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。當(dāng)受體細(xì)胞是不同的生物細(xì)胞時(shí)處理的方法也不同，要留意區(qū)分?！敬鸢浮?1)限制性內(nèi)切酶(2)質(zhì)粒DNA復(fù)制并穩(wěn)定地保存(3)Ca2＋(4)在大腸桿菌內(nèi)勝利表達(dá)8．(14分)下圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請(qǐng)據(jù)圖作答。(1)圖中基因工程的基本過程可以概括為“四步曲”：即________；________；________；________。(2)能否利用人的皮膚細(xì)胞來完成①過程？________，為什么？____________________________________________________________________。(3)過程②必需的酶是________酶，過程③須要的條件是___________________________________________________________________；過程④須要的酶是________。(4)在利用A、B獲得C的過程中，必需用________________切割A(yù)和B，使它們產(chǎn)生________________，再加入________，才可形成C。(5)為使過程⑧更易進(jìn)行，可用________(藥劑)處理D?！窘馕觥勘绢}考查基因工程的基本操作過程及操作過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的要求，明確四個(gè)操作步驟的依次及特點(diǎn)是解題的必備前提。(1)基因工程的四個(gè)過程為：獲得目的基因、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞及目的基因的檢測(cè)與鑒定。(2)人體的皮膚細(xì)胞中含有合成胰島素的基因，但在此細(xì)胞中不表達(dá)(即基因的選擇性表達(dá))，所以不能找到相應(yīng)的mRNA。(3)②以mRNA為模板合成DNA的過程被稱為逆轉(zhuǎn)錄，此過程須要逆轉(zhuǎn)錄酶；③④⑤過程是利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因；③過程利用加熱使DNA解旋；④過程須要熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)。(4)A為目的基因而B為載體，兩者結(jié)合時(shí)首先要用同一種限制性內(nèi)切酶切出相同的黏性末端，然后在DNA連接酶的作用下相互結(jié)合。(5)⑧過程是將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞，大腸桿菌用Ca2＋處理可以增大細(xì)胞壁的通透性，從而使重組DNA更簡單導(dǎo)入受體細(xì)胞?！敬鸢浮?1)獲得目的基因基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定(2)不能皮膚細(xì)胞中的胰島素基因未表達(dá)(或未轉(zhuǎn)錄)，不能形成胰島素mRNA(3)逆轉(zhuǎn)錄加熱使DNA解旋為單鏈Taq酶(4)同一種限制性內(nèi)切酶相同的黏性末端DNA連接酶(5)Ca2＋9．(15分)下圖表示利用基因工程培育抗蟲棉的過程，請(qǐng)據(jù)圖回答下列有關(guān)問題：(1)若限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是eq\o(—G,\s\up6(↓))ATC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—eq\o(GG,\s\up6(↓))ATCC—，那么在①過程中，應(yīng)用限制性內(nèi)切酶________切割質(zhì)粒，用限制性內(nèi)切酶________切割抗蟲基因。①過程在________(填“體內(nèi)”或“體外”)進(jìn)行。(2)將通過②過程得到的大腸桿菌涂布在含有________的培育基上，能夠生長說明已導(dǎo)入了一般質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒，反之則說明沒有導(dǎo)入，該培育基從功能方面屬于________培育基。(3)重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌的目的是_________________________________。(4)⑤過程所用技術(shù)稱為________，從遺傳學(xué)角度來看，根本緣由是根細(xì)胞具有__________________________?！窘馕觥坑上拗菩詢?nèi)切酶Ⅰ和限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)可知，限制性內(nèi)切酶Ⅰ可以識(shí)別并切割限制性內(nèi)切酶Ⅱ的位點(diǎn)，而限制性內(nèi)切酶Ⅱ則不能識(shí)別并切割限制性內(nèi)切酶Ⅰ的位點(diǎn)。故質(zhì)粒用限制性內(nèi)切酶Ⅱ切割，保留四環(huán)素抗性基因，目的基因用限制性內(nèi)切酶Ⅰ(或限制性內(nèi)切酶Ⅰ和Ⅱ)切割。①為構(gòu)建目的基因載體的過程，該過程在體外進(jìn)行。大腸桿菌導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，含有正常的四環(huán)素抗性基因，將其涂布在含有四環(huán)素的選擇培育基上，它能夠正常生長。將目的基因?qū)氪竽c桿菌后目的基因可在大腸桿菌體內(nèi)大量復(fù)制。根細(xì)胞中含有發(fā)育成完整個(gè)體所需的全套遺傳物質(zhì)，故通過植物組織培育技術(shù)可將根細(xì)胞培育成一個(gè)完整植株?！敬鸢浮?1)ⅡⅠ(Ⅰ和Ⅱ)體外(2)四環(huán)素選擇(3)大量復(fù)制目的基因(抗蟲基因)(4)植物組織培育發(fā)育成完整個(gè)體所需的全套遺傳物質(zhì)10.(15分)如右圖為某種質(zhì)粒表達(dá)載體簡圖，小箭頭所指分別為限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點(diǎn)、ampR為青霉素抗性基因。tetR為四環(huán)素抗性基因，P為啟動(dòng)子，T為終止子，ori為復(fù)制原點(diǎn)。已知目的基因的兩端分