高三生物一轮复习精讲精练 第35讲 基因工程（一） 苏教版.doc

2014届高三生物一轮复习精讲精练 第35讲 基因工程（一） 苏教版1涵盖范围本单元包括选修3全部内容基因工程、细胞工程、胚胎工程以及生态工程。2考情分析(1)考查力度：占分比重相对稳定，如山东理综只出一个8分的简答题。(2)考查内容基因工程中三种工具。基因工程操作四步曲。基因工程成果转基因生物实例及安全性讨论。细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。核移植技术。胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。干细胞的研究。(3)考查形式有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。3复习指导(1)复习线索以基因工程的具体成果(如抗虫棉)为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。(2)复习方法图解法复习基因工程和胚胎工程。比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。关注热点科研成果，注意知识的实践应用。第35讲基因工程(一)考纲要求1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术()。考点一聚焦基因工程的概念及基本工具1分析基因工程的概念(1)供体：提供目的基因。(2)操作环境：体外。(3)操作水平：分子水平。(4)原理：基因重组。(5)受体：表达目的基因。(6)本质：性状在受体体内表达。(7)优点：克服远源杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。2基因工程的基本工具(判一判)(1)限制性核酸内切酶只能用于切割目的基因()(2)限制性核酸内切酶切割dna分子具有特异性()(3)限制性核酸内切酶切割dna分子后可产生黏性末端和平口末端两种类型()(4)dna连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来()(5)ecoli dna连接酶既可连接平口末端，又可连接黏性末端()(6)质粒是小型环状dna分子，是基因工程常用的载体()(7)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 ()易错警示巧辨基因工程操作工具易错点(1)限制性核酸内切酶是一类酶，而不是一种酶。(2)限制性核酸内切酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制性核酸内切酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从dna分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。(5)不同dna分子用同一种限制性核酸内切酶切割产生的黏性末端都相同，同一个dna分子用不同的限制性核酸内切酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制性核酸内切酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。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；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。1. 如图所示为部分双链dna片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是()a切断a处的酶为限制性核酸内切酶b连接a处的酶为dna连接酶c切断b处的酶为dna解旋酶d连接b处的酶为rna聚合酶答案d解析限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割dna分子，通常形成黏性末端，即能切割dna链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)，内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过dna解旋酶水解。dna连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。rna聚合酶的作用是催化dna的转录。2限制性核酸内切酶mun和限制性核酸内切酶ecor的识别序列及切割位点分别是caattg和gaattc。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是()答案a解析由图可知，质粒b上无标记基因，不适合作为载体；质粒c和d的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点；只有质粒a上既有标记基因，且mun 的切割位点不在标记基因上。1与dna有关的酶(1)五种相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制性核酸内切酶dna分子磷酸二酯键黏性末端或平口末端dna连接酶dna片段磷酸二酯键重组dna分子dna聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代dnadna解旋酶dna分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链dna(水解)酶dna分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸(2)限制性核酸内切酶和dna连接酶之间的关系图示2对载体的分析条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组dna的鉴定和选择考点二基因工程的操作步骤观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序 易错警示基因工程操作易错点(1)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象：第一步存在逆转录法获得dna，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。(4)一般情况下，用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。(5)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。(7)对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。(8)还应注意的问题有：基因表达载体中，启动子(dna片段)起始密码子(rna)；终止子(dna片段)终止密码子(rna)。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。3下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是()a用同种限制性核酸内切酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端b以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同c检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功d用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接答案a解析一种氨基酸可以由多种密码子控制，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同；只有目的基因表达，使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程操作的成功；抗生素抗性基因作为标记基因，用于检测目的基因是否导入受体细胞。4浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因(如p450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：(1)获得油菜素内酯合成酶基因的方法有_。步骤用pcr技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指_；步骤用到的酶有_。(2)图中导入重组质粒的方法是_，在导入之前应用一定浓度的_处理受体细菌。(3)导入重组质粒2以后，往往还需要进行检测和筛选，可用_制成探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入_可将含有目的基因的细胞筛选出来。(4)请你为该课题命名：_。答案(1)从基因组文库中获取、人工合成目的基因或pcr合成(任选其中两项即可)taq dna聚合酶限制性核酸内切酶和dna连接酶(2)转化法氯化钙溶液(3)红霉素抗性基因红霉素(4)探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解解析进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从基因组文库中获取、人工合成目的基因或pcr合成等。在构建基因表达载体的过程中，用到的工具酶有限制性核酸内切酶和dna连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入基因表达载体，导入后，需检验和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。1获得目的基因(1)如果目的基因的序列是已知的，可用化学方法合成目的基因，或者用聚合酶链式反应(pcr)技术扩增目的基因。(2)如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以从基因文库中获取。2制备重组dna分子(1)重组dna分子的结构：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。(2)重组dna分子的制备方法：3转化受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌介导转化技术显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到ti质粒的tdna上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的dna上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体dna分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收dna分子4筛选重组细胞(1)筛选的原因：不是所有的受体细胞接纳了重组dna分子，只有部分受体细胞中含有目的基因。(2)筛选的方法：插入灭活法。5实现功能表达：培育受体细胞并诱导目的基因的表达。6实例：抗软化番茄的培育过程(1)目的基因：抗多聚半乳糖醛酸酶基因(2)受体细胞：番茄体细胞(3)转化方法：农杆菌介导转化技术(4)转化过程：抗多聚半乳糖醛酸酶基因与农杆菌质粒结合形成重组质粒重组质粒导入农杆菌用农杆菌侵染普通番茄细胞利用植物组织培养方法培养导入目的基因成功的番茄体细胞含有抗多聚半乳糖醛酸酶基因的抗软化番茄。1(2011浙江卷，6)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。下列叙述错误的是()a每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒b每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子答案c解析大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含一个重组质粒，a项正确；作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，b项正确；作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，c项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，d项正确。2(2012新课标全国卷，40)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割dna分子后产生的片段，其末端类型有_和_。(2)质粒载体用ecor切割后产生的片段如下：aattcggcttaa为使载体与目的基因相连，含有目的基因的dna除可用ecor切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的dna连接酶有两类，即_dna连接酶和_dna连接酶。(4)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量反转录产物，常采用_技术。(5)基因工程中除质粒外，_和_也可作为载体。(6)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_。答案(1)黏性末端平口末端(2)切割产生的dna片段末端与ecor切割产生的末端相同(其他合理答案也可)(3)ecolit4(4)mrna(或rna)cdna(或dna)pcr(5)噬菌体动植物病毒(其他合理答案也可)(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源dna)的能力极弱(其他合理答案也可)解析(1)dna分子经限制性核酸内切酶切割产生的dna片段末端通常有黏性末端和平口末端两种类型。(2)为使载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制性核酸内切酶切割产生的末端必须与ecor切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，dna连接酶分为ecolidna连接酶和t4dna连接酶。(4)mrna(或rna)为模板，合成dna的过程称为逆转录，若要体外获得大量dna分子，可以使用rcr技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用ca2处理，使之成为能吸收周围环境中dna分子的感受态细胞。3(2012江苏卷，32)图1表示含有目的基因d的dna片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有msp、bamh、mbo、sma4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为ccgg、ggatcc、gatc、cccggg。请回答下列问题：(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由_连接。(2)若用限制性核酸内切酶sma完全切割图1中dna片段，产生的末端是_末端，其产物长度为_。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被ta碱基对替换，那么基因d就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的dna片段，用限制性核酸内切酶sma完全切割，产物中共有_种不同长度的dna片段。(4)若将图2中质粒和目的基因d通过同种限制性核酸内切酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制性核酸内切酶是_。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加_的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因d不能正确表达，其最可能的原因是_。答案(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平口537 bp、790 bp、661 bp(3)4(4)bamh 抗生素b同种限制性核酸内切酶切割形成的末端相同，部分目的基因d与质粒反向连接解析(1)一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连的，要注意两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从sma的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平口末端，图1中dna片段有sma 的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537(5343)bp、790(79633)bp和661(6583)bp三种。(3)图示方框内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个sma 的识别序列，故d基因、d基因用sma 完全切割后产物中除原有的3种长度的dna片段外，还增加一种537790 bp的dna片段。(4)目的基因的两端都有bamh 的识别序列，质粒的启动子后的抗生素a抗性基因上也有bamh 的识别序列，故应选用的限制性核酸内切酶是bamh ，此时抗生素b抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素b。若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制性核酸内切酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。1下列一般不作为基因工程中的标记基因的是()a四环素抗性基因b绿色荧光蛋白基因c产物具有颜色反应的基因d贮藏蛋白的基因答案d解析标记基因位于载体(质粒)上，以利于重组dna的鉴定和选择，如四环素抗性基因、绿色荧光蛋白基因、产物具有颜色反应的基因等。2若要利用某目的基因(图甲)和p1噬菌体载体(图乙)构建重组dna(图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是bgl(agatct)、ecor(gaattc)和sau3a(gatc)。下列分析合理的是()a用ecor切割目的基因和p1噬菌体载体b用bgl和ecor切割目的基因和p1噬菌体载体c用bgl和sau3a切割目的基因和p1噬菌体载体d用ecor和sau3a切割目的基因和p1噬菌体载体答案d解析解答本题的关键是要看准切割后目的基因插入的方向，只有用ecor和sau3a切割目的基因和p1噬菌体载体，构建的重组dna中rna聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。3质粒作为“分子运输车”的条件是()能够自我复制双链环状dna分子有多个限制性核酸内切酶切割位点有标记基因真核细胞中没有a bc d答案c解析载体具备的条件是：能自我复制；有标记基因；最好有多个限制性核酸内切酶切割位点；能在宿主细胞内稳定存在并大量复制。4下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是()a需要限制性核酸内切酶和dna连接酶b必须在细胞内进行c抗生素抗性基因可作为标记基因d启动子位于目的基因的首端答案b解析基因表达载体是目的基因与载体的结合，在此过程中需用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因与载体，用dna连接酶将相同的末端连接起来；基因表达载体的构建是在细胞外进行的；基因表达载体包括启动子(位于基因首端使转录开始)、终止子、目的基因和标记基因。5下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是()a重组质粒构建过程中需要限制性核酸内切酶和dna连接酶b图中愈伤组织分化产生的再生植株基因型一般都相同c卡那霉素抗性基因中含有相关限制性核酸内切酶的识别位点d转基因抗虫棉有性生殖的后代不能稳定保持抗虫性状答案c解析卡那霉素抗性基因是标记基因，在构建目的基因的表达载体时，不能被限制性核酸内切酶破坏，不应有相关限制性核酸内切酶的识别位点。愈伤组织分化产生再生植株是通过有丝分裂来实现的，再生植株的基因型一般都相同。通过土壤农杆菌介导转化技术将目的基因导入棉花细胞后，在有性生殖过程中，目的基因不一定能通过生殖细胞传给子代，故不能稳定保持抗虫性状。6如图是从酵母菌中获取某植物需要的某种酶的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：(1)图中cdna文库_基因组文库(大于、等于、小于)。(2)过程提取的dna需要_的切割，b过程是_过程。(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用的技术是_，其原理是_。(4)目的基因获取之后，需要进行_，其组成必须有_及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是_，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是_。答案(1)小于(2)限制性核酸内切酶逆转录(3)pcr技术dna复制(4)制备重组dna分子启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)(5)农杆菌介导转化技术目的基因是否整合到植物细胞的染色体上解析(1)基因组文库是指将某生物的全部基因组dna切割成一定长度的dna片段克隆到某种载体上形成的集合；cdna文库是由mrna经逆转录形成的基因组成的，由于基因的选择性表达，cdna文库小于基因组文库。(2)从供体细胞的dna中获取目的基因，首先应用限制性核酸内切酶将目的基因从其所在的dna分子上切割下来；b过程是以mrna为模板合成dna的过程，应为逆转录过程。(3)pc