2018届高考生物大一轮复习课件选修3现代生物科技专题选修3.1

第一页，共135页。第二页，共135页。考点一基因工程的工具核心知识回忆1.限制性核酸(hésuān)内切酶(简称：_______)：(1)来源：主要从_____生物中别离纯化而来。(2)作用：识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的___________断开。限制(xiànzhì)酶原核(yuánhé)磷酸二酯键第三页，共135页。(3)结果：产生_________或平末端。限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别(fēnbié)为G↓AATTC和CCC↓GGG，在以下图中写出这两种限制酶切割DNA后产生的末端种类。黏性末端(mòduān)黏性末端(mòduān)平末端第四页，共135页。连接酶：(1)功能：缝合被限制酶切开的两个核苷酸之间的____________。(2)不同连接酶的比较(bǐjiào)(连线)：磷酸二酯键第五页，共135页。3.载体：(1)常用(chánɡyònɡ)载体：_____，其化学本质是独立于拟核之外的_________DNA分子。(2)其他载体：λ噬菌体的衍生物、___________等。质粒双链环状动植物病毒(bìngdú)第六页，共135页。(3)特点(tèdiǎn)及意义：特点意义稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有___________限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的_____基因便于重组DNA的鉴定和选择一个(yīɡè)至多个标记(biāojì)第七页，共135页。【教材易漏边角知识(zhīshi)】选修3P6“寻根问底〞DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？试简要说明。___________________________________________________________________________。不相同(xiānɡtónɡ)。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接(liánjiē)的是单个的脱氧核苷酸第八页，共135页。【思维诊断】(1)切割质粒的限制性核酸(hésuān)内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(江苏高考)()分析：大多数限制性核酸(hésuān)内切酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数限制性核酸(hésuān)内切酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。×第九页，共135页。(2)载体质粒通常采用(cǎiyòng)抗生素合成基因作为筛选标记基因。(江苏高考)()分析：载体质粒通常采用(cǎiyòng)抗生素抗性基因作为筛选标记基因。×第十页，共135页。(3)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。()分析(fēnxī)：载体必须能在宿主细胞内稳定保存并大量复制，使目的基因稳定存在并表达。√第十一页，共135页。(4)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。()分析：DNA连接酶能将两个DNA片段连接起来，两碱基间氢键的形成不需要(xūyào)酶的催化。(5)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。()分析：质粒的化学成分为小型环状DNA，作用为运输目的基因的载体，不是起催化作用的酶。××第十二页，共135页。(6)E·coliDNA连接(liánjiē)酶既可连接(liánjiē)平末端，又可连接(liánjiē)黏性末端。()分析：E·coliDNA连接(liánjiē)酶只能连接(liánjiē)黏性末端。×第十三页，共135页。高考角度全练角度1限制酶、DNA连接酶的作用1.(2017·西安模拟)正常细胞中含有抑癌的P53基因，假设它失活而不能表达，那么基因突变的细胞易形成肿瘤。基因治疗肿瘤是根本的方法，腺病毒以其嗜好增殖(zēngzhí)细胞和对人体根本无害而成为良好的基因载体。野生型腺病毒含有抑制P53基因活性的55Kda基因，以及第十四页，共135页。病毒复制基因E1，因此需要重新(chóngxīn)构建有疗效的、平安的腺病毒。图甲、乙中箭头所指为相应限制酶切点。 世纪金榜导学号77982224第十五页，共135页。(1)构建重组腺病毒时，限制酶最好选择(xuǎnzé)_________________，这样既可以去除________基因以防止病毒复制后损伤健康细胞，同时还能破坏____________基因以防止其___________________________。(2)将目的基因与腺病毒重组时，重组的成功率较低，依然还有大量非重组的野生型病毒的DNA，这是因为_____________________________。第十六页，共135页。(3)某DNA分子片段含有(hányǒu)1000个碱基对(即bp)。经扩增后，通过只用限制酶EcoRⅠ与同时用EcoRⅠ和HalⅢ两种方法切割，其电泳结果如图丙所示，可推断限制酶HalⅢ在该DNA片段上的切割点有________个。第十七页，共135页。【解析】(1)根据题干信息“野生型腺病毒含有抑制P53基因活性的55Kda基因，以及病毒复制基因E1〞，构建基因表达载体时，应选用EcoRⅠ和BamHⅠ切割载体和含有目的基因的DNA，这样既可以去除E1基因以防止病毒复制后损伤健康细胞，同时(tóngshí)还能破坏55Kda基因以防止其抑制P53基因的活性。(2)由于切下的片段有可能与原基因重新结合，因此将目的基因与腺病毒重第十八页，共135页。组时，重组的成功率较低，依然还有大量非重组的野生型病毒的DNA。(3)只用限制(xiànzhì)酶EcoRⅠ切割能产生700bp、200bp和100bp三种长度的DNA片段，同时用EcoRⅠ和HalⅢ两种酶切割可产生420bp、280bp和100bp三种长度的DNA片段，可见，限制(xiànzhì)酶HalⅢ又将长度为700bp的DNA片段切成420bp和280bp两段，将长度为200bp的DNA片段切成100bp的两段，由此可推断，限制(xiànzhì)酶HalⅢ在该DNA片段上的切割位点有2个。第十九页，共135页。答案：(1)EcoRⅠ和BamHⅠE155Kda抑制P53基因的活性(2)切下片段(piànduàn)有可能与原基因重新结合(3)2第二十页，共135页。【方法技巧】限制酶的选择技巧(1)根据目的基因两端(liǎnɡduān)的限制酶切割位点确定限制酶的种类。①应选择切割位点位于目的基因两端(liǎnɡduān)的限制酶，如图第二十一页，共135页。甲可选择PstⅠ。②不能选择切割位点位于(wèiyú)目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。③为防止目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。第二十二页，共135页。(2)根据质粒的特点确定(quèdìng)限制酶的种类。①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不是一个，那么切割重组后可能丧失某些片段，假设丧失的片段含复第二十三页，共135页。制起点区，那么切割重组(zhònɡzǔ)后的片段进入受体细胞后不能自主复制。第二十四页，共135页。角度2载体的作用及特点分析2.(2017·太原模拟)某一质粒载体如下图，外源DNA插入(chārù)Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，参加DNA连接酶进行连接反响，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未第二十五页，共135页。被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有(hányǒu)环状目的基因、含有(hányǒu)质粒载体、含有(hányǒu)插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。答复以下问题：第二十六页，共135页。(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的根本条件有____________________________(答出两点即可)。而作为基因表达载体，除满足(mǎnzú)上述根本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_______________；第二十七页，共135页。并且____________和______________________的细胞也是不能区分的，其原因是___________________________________________。在上述筛选的根底上，假设要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________________的固体培养基。(3)基因工程(jīyīngōngchéng)中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自____________。第二十八页，共135页。【解题指南(zhǐnán)】解答此题的关键有两点：(1)理解基因工程中载体的特点。(2)熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。第二十九页，共135页。【解析】此题考查基因工程的相关(xiāngguān)知识。(1)质粒被选用为基因工程的载体是因为：具有一个或多个限制酶切点；具有自我复制能力；带有标记基因；对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，故这两种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞第三十页，共135页。在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长，这两种也不可区分。因目的基因插入位点在四环素抗性基因上，四环素抗性基因被破坏，在获得的单个菌落(jūnluò)中各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上，不能生长的为要筛选的菌落(jūnluò)，即含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体营寄生生活，能利用宿主细胞内的原料和场所进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。第三十一页，共135页。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的(mùdì)基因的重组质粒(或含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞第三十二页，共135页。【易错提醒】载体≠载体蛋白(1)载体：基因工程中运载目的(mùdì)基因的DNA分子，能将目的(mùdì)基因导入受体细胞内，并使目的(mùdì)基因在宿主细胞内复制、表达。(2)载体蛋白：细胞膜上参与物质跨膜运输的蛋白质，与细胞膜的通透性有关。第三十三页，共135页。3.(2015·全国(quánɡuó)卷Ⅰ)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。答复以下问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的____________，以其作为模板，在__________的作用下合成___________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。第三十四页，共135页。(2)从受体细胞中别离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是__________。该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_________。(3)某种菌导致的肺炎在健康人群(rénqún)中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的局部____________细胞，降第三十五页，共135页。低了患者(huànzhě)免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有____________癌细胞的功能，艾滋病患者(huànzhě)由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。【解题指南】(1)隐含信息：HIV属于逆转录病毒，遗传物质是RNA。(2)关键知识：基因工程方法、艾滋病的发病机理和免疫系统的功能。第三十六页，共135页。【解析】(1)HIV属于逆转录病毒，它的遗传物质是RNA，在逆转录酶的作用下可以逆转录为cDNA，用于构建基因表达载体，从而制备HIV的某蛋白。(2)HIV的某蛋白作为抗原进入机体后，能刺激人体产生针对该抗原的一种特殊的分泌蛋白——抗体(kàngtǐ)；可用该抗体(kàngtǐ)进行抗原—抗体(kàngtǐ)杂交来检测血清中是否含有HIV。第三十七页，共135页。(3)HIV营寄生生活，寄生在T淋巴细胞内，T细胞参与体液免疫和细胞免疫，因此少了T细胞，特异性免疫几乎全部丧失，降低了机体的免疫功能。(4)人体的免疫系统具有防卫、监控和去除的功能，可及时去除体内产生的癌细胞。艾滋病患者的整个免疫功能缺陷(quēxiàn)，机体易发生一系列顽固性机体感染和恶性肿瘤。第三十八页，共135页。答案：(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(其他合理答案也可)(3)T(或T淋巴)(4)监控(jiānkònɡ)和去除第三十九页，共135页。【加固训练(xùnliàn)】据以下图表答复以下问题：第四十页，共135页。几种限制酶识别序列(xùliè)切割位点表第四十一页，共135页。(1)假设所用(suǒyònɡ)的限制酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切含有目的基因的DNA，能得到_____种DNA片段。如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切，酶切产物再参加DNA连接酶，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_______、_______、_______。第四十二页，共135页。(2)为了(wèile)防止载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是________、________。第四十三页，共135页。【解析】(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoRⅠ和1个PstⅠ的酶切位点，3个切点全部切开，那么形成4种DNA片段。质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ切割，目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同，只考虑两个(liǎnɡɡè)DNA片段相连，那么会形成3种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。第四十四页，共135页。(2)为了防止任意连接，可选用EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶同时切割(qiēgē)。答案：(1)4质粒载体-质粒载体连接物目的基因-目的基因连接物质粒载体-目的基因连接物(2)EcoRⅠSmaⅠ第四十五页，共135页。考点二基因工程的根本操作程序核心知识回忆1.目的基因的获取(huòqǔ)：(1)目的基因的概念：主要是指___________的基因。(2)三种获取(huòqǔ)方法：①从_________中获取(huòqǔ)目的基因。②利用________扩增目的基因。③用_____方法直接人工合成目的基因。编码(biānmǎ)蛋白质基因文库PCR技术(jìshù)化学第四十六页，共135页。2.基因表达载体的构建：基因工程的核心步骤：(1)构建基因表达载体的目的：①使目的基因在_________中稳定存在，并且可以遗传(yíchuán)给下一代。②使目的基因能够_____和发挥作用。受体细胞表达(biǎodá)第四十七页，共135页。(2)基因(jīyīn)表达载体的组成：启动子标记(biāojì)基因目的(mùdì)基因第四十八页，共135页。(3)基因表达载体的构建(ɡòujiàn)过程：第四十九页，共135页。3.将目的(mùdì)基因导入受体细胞：农杆菌(gǎnjūn)转化(zhuǎnhuà)法显微注射技术感受态细胞法生物种类植物动物微生物常用方法____________________________________受体细胞体细胞受精卵_____细胞或酵母菌原核第五十页，共135页。生物种类植物动物微生物转化过程将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的__________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____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分子染色体DNACa2+第五十一页，共135页。4.目的基因的检测(jiǎncè)与鉴定：DNA分子(fēnzǐ)抗原(kàngyuán)-抗体分子第五十二页，共135页。【特别提醒】基因工程操作的四个易错点(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启动子与终止子之间的部位。(2)启动子(DNA片段)≠起始(qǐshǐ)密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。第五十三页，共135页。(3)基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步(yībù)，在体外进行。(4)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，其余三步都有碱基互补配对现象。第五十四页，共135页。技术(jìshù)：(1)原理：____________。(2)条件。DNA双链复制(fùzhì)DNA母链Taq酶单链相应(xiāngyīng)序列脱氧核苷酸第五十五页，共135页。(3)过程(guòchéng)。90～95解旋55～60引物70～75Taq酶第五十六页，共135页。【思维诊断】(1)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原点。(重庆高考)()分析(fēnxī)：表达载体的复制开始于复制原点，胰岛素基因的表达开始于启动子。×第五十七页，共135页。(2)用PCR方法扩增目的基因(jīyīn)时，不必知道基因(jīyīn)的全部序列。(江苏高考)()分析：用PCR方法扩增目的基因(jīyīn)时，需要知道基因(jīyīn)两端的局部碱基序列，以便于合成引物。√第五十八页，共135页。(3)外源DNA必须(bìxū)位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(安徽高考)()分析：外源DNA必须(bìxū)位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行转录，复制与复制原点有关。×第五十九页，共135页。(4)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能(zhīnénɡ)以受精卵为受体。()分析：由于植物细胞的全能性容易表达，因此培育转基因植物可以将目的基因转入植物体细胞。×第六十页，共135页。(5)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原(kàngyuán)—抗体杂交技术。()分析：检测目的基因是否导入受体细胞应用DNA分子杂交技术。×第六十一页，共135页。高考角度全练角度1目的基因的获取及基因表达载体(zàitǐ)的构建1.(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体(zàitǐ)的示意图(载体(zàitǐ)上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。第六十二页，共135页。根据基因工程的有关知识，答复以下问题：世纪(shìjì)金榜导学号77982225第六十三页，共135页。(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的(mùdì)基因可以与上述表达载体被____________酶切后的产物连接，理由是_________________。(2)假设某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的(mùdì)基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的(mùdì)基因产物的有________，不能表达的原因是_________________。第六十四页，共135页。(3)DNA连接(liánjiē)酶是将两个DNA片段连接(liánjiē)起来的酶，常见的有__________________和________________，其中既能连接(liánjiē)黏性末端又能连接(liánjiē)平末端的是__________。第六十五页，共135页。【解题指南】(1)图示信息：图(a)中三种酶的识别序列，图(b)中终止子、启动子、图(c)中目的基因的插入位置。(2)关键知识：只有两种限制性核酸内切酶剪切时识别的序列相同(xiānɡtónɡ)时，才能被DNA连接酶连接；启动子是启动目的基因转录的，终止子终止转录过程，插入二者之间的目的基因才能正常表达。第六十六页，共135页。【解析】此题主要考查限制性核酸(hésuān)内切酶和DNA连接酶的作用及基因表达载体的构建。(1)BamHⅠ和Sau3AⅠ的共同识别序列是—GATC—，二者切割形成的黏性末端相同，可以被DNA连接酶连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的前端，终止子应位于目的基因的后端，这样目的基因才能顺利地转录并完成翻译过程，即顺利表达，图中所第六十七页，共135页。示甲、丙均不符(bùfú)。(3)常见的DNA连接酶有T4DNA连接酶和E·coliDNA连接酶，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。第六十八页，共135页。答案：(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(zhuǎnlù)(其他合理答案亦可)(3)E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶第六十九页，共135页。【知识总结】对限制酶切割位点的三点要求(1)位置要求：限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外，只有这样才能保证标记基因的完整性。(2)数量(shùliàng)要求：选择限制酶切割目的基因时，被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列，这样才能切割出完整的目的基因。第七十页，共135页。(3)对象要求：为使目的(mùdì)基因与载体形成的相同DNA片段末端能够连接，通常使用同一种限制酶将二者切割，但如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在互补关系时，那么两末端也可连接。第七十一页，共135页。2.(2016·海南(hǎinán)高考)基因工程又称为DNA重组技术，答复相关问题：(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即________和从________中别离。(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____________第七十二页，共135页。(3)在基因表达载体中，启动子是________聚合酶识别并结合的部位。假设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(tōngguò)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_______和_______颗粒。第七十三页，共135页。【解析(jiěxī)】此题主要考查目的基因的获取方法、基因表达载体的构建方法、目的基因导入植物细胞的方法。(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，既可在核苷酸序列的情况下人工合成，也可用限制酶对生物材料的DNA切割，再选取。(2)cDNA文库是由mRNA反转录获得的，其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第七十四页，共135页。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。假设采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞(xìbāo)，最常用的原核生物是大肠杆菌。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞(xìbāo)时，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。第七十五页，共135页。答案：(1)人工合成生物材料(其他合理答案亦可)(2)cDNA文库(wénkù)中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库(wénkù)中含有该植物的全部基因(其他合理答案亦可)(3)RNA大肠杆菌(或细菌)(4)金粉钨粉第七十六页，共135页。角度2目的基因的导入、检测与鉴定3.(2014·全国卷Ⅱ)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，假设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。答复以下问题：世纪(shìjì)金榜导学号77982226第七十七页，共135页。(1)理论上，基因组文库含有生物的____________基因；而cDNA文库含有生物的__________基因。(2)假设要从植物甲中获得耐旱(naihàn)基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中__________出所需的耐旱(naihàn)基因。(3)将耐旱(naihàn)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，经过一系列的过第七十八页，共135页。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。(4)假设用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时，那么(nàme)可推测该耐旱基因整合到了__________(填“同源染色体的一条上〞或“同源染色体的两条上〞)。第七十九页，共135页。【解题指南】(1)题干关键(guānjiàn)词：“自交〞“子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1〞。(2)关键(guānjiàn)知识：基因文库类型、基因工程操作流程。第八十页，共135页。【解析】此题考查基因工程的相关知识。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库，基因组文库包含生物基因组的全部基因，cDNA文库是以mRNA反转录后构建的，只含有已经表达的基因(并不是所有基因都会表达)，即局部基因。(2)从基因文库中获取(huòqǔ)目的基因需要进行筛选。第八十一页，共135页。(3)要提高植物乙的耐旱性，需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体细胞中。要检测目的基因(耐旱基因)是否表达应该用抗原抗体杂交法检测目的基因(耐旱基因)的表达产物(即耐旱的相关蛋白质)；个体(gètǐ)水平检测可以通过田间试验，观察检测其耐旱情况。第八十二页，共135页。(4)如果耐旱基因整合到同源(tónɡyuán)染色体的一条上，那么转基因植株的基因型可以用A_表示(A表示耐旱基因，_表示另一条染色体上没有相应的基因)，A_自交后代基因型为AA∶A_∶__=1∶2∶1，所以耐旱∶不耐旱=3∶1，与题意相符；如果耐旱基因整合到同源(tónɡyuán)染色体的两条上，那么子代将全部表现耐旱，不会出现性状别离。第八十三页，共135页。答案：(1)全部局部(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源(tónɡyuán)染色体的一条上第八十四页，共135页。【加固训练】图1表示含有目的基因D的DNA片段(piànduàn)长度(bp即碱基对)和局部碱基序列，图2表示一种质粒的结构和局部碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4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C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请答复以下问题：第八十五页，共135页。第八十六页，共135页。(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)假设用限制酶SmaⅠ完全(wánquán)切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为________。(3)假设图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中别离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全(wánquán)切割，产物中共有第八十七页，共135页。________种不同长度的DNA片段。(4)假设将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。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，局部含有(hányǒu)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______。第八十八页，共135页。【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。(2)从SmaⅠ的识别序列和酶切位点可知，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有两个SmaⅠ的识别序列，故切割后产生的产物长度为534+3=537(bp)、796-3-3=790(bp)和658+3=661(bp)的三个片段。(3)图示方框(fānɡkuànɡ)内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个第八十九页，共135页。SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割所得产物中除原有D基因切割后的3种长度的DNA片段外，还增加一种d基因被切割后出现的长度为537+790=1327(bp)的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时将抗生素B抗性基因作为标记(biāojì)基因，故筛选时培养基第九十页，共135页。中要添加(tiānjiā)抗生素B。经过同种限制酶切割后会产生相同的末端，局部目的基因与质粒反向连接而导致基因无法正常表达。答案：(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同，局部目的基因D与质粒反向连接第九十一页，共135页。考点三基因工程的应用和蛋白质工程核心知识回忆1.植物(zhíwù)基因工程：培育_____转基因植物(zhíwù)、抗病转基因植物(zhíwù)、抗逆转基因植物(zhíwù)、利用转基因改进植物(zhíwù)的品质。抗虫第九十二页，共135页。2.动物基因工程(jīyīngōngchéng)：(1)提高动物生长速度、改善畜产品的品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物作_________的供体。(2)乳腺生物反响器：药用蛋白基因和_________基因的启动子等调控组件重组在一起。3.基因工程(jīyīngōngchéng)药品：(1)受体细胞：多为_________。原因是其繁殖快，多器官移植乳腺(rǔxiàn)蛋白原核细胞第九十三页，共135页。为单细胞，遗传物质相对较少。(2)成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。4.基因(jīyīn)治疗：(1)方法：基因(jīyīn)置换、基因(jīyīn)修复、基因(jīyīn)增补、基因(jīyīn)失活等。(2)类型：_____________和体外基因(jīyīn)治疗。体内(tǐnèi)基因治疗第九十四页，共135页。5.蛋白质工程(gōngchéng)：因合成(héchéng)基的蛋白质新蛋白质结构(jiégòu)脱氧核苷酸序列第九十五页，共135页。【思维诊断】(1)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达(biǎodá)。()分析：受基因间的相互影响，抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达(biǎodá)。√第九十六页，共135页。(2)应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的(mùdì)基因的存在及其完全表达。()分析：应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的(mùdì)基因的存在，但不能确定其是否表达。×第九十七页，共135页。(3)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌(gǎnjūn)，获得能产生人干扰素的菌株。()分析：由于所有生物共用一套密码子，因此可以在大肠杆菌(gǎnjūn)体内生产人的干扰素。√第九十八页，共135页。(4)利用乳腺生物反响器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。()分析：由于动物体细胞的全能性难以表达，培育(péiyù)转基因动物应将目的基因导入受精卵中。×第九十九页，共135页。(5)蛋白质工程是在分子(fēnzǐ)水平上对蛋白质分子(fēnzǐ)直接进行操作，定向改变分子(fēnzǐ)的结构。()分析：由于蛋白质分子(fēnzǐ)不能复制，蛋白质工程的操作对象是基因。×第一百页，共135页。(6)目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1的根底上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽。()分析：蛋白质工程(gōngchéng)首先应根据已有蛋白质的结构设计新的蛋白质的氨基酸序列。√第一百零一页，共135页。高考角度全练角度1基因工程的应用1.(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。以下图是以基因工程技术获取(huòqǔ)重组HSA(rHSA)的两条途径。世纪金榜导学号77982227第一百零二页，共135页。(1)为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。以下图中箭头表示一条引物结合模板的位置(wèizhi)及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位第一百零三页，共135页。置及扩增方向。(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要(xūyào)选择的启动子是________(填写字母，单项选择)。A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子第一百零四页，共135页。(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加(tiānjiā)酚类物质，其目的是__________________________。(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是__________________。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与________的生物学功能一致。第一百零五页，共135页。【解题指南】解答此题的关键有三点：(1)掌握用PCR技术(jìshù)扩增HSA基因的方法，明确引物的作用。(2)理解酚类物质在农杆菌转化过程中的作用。(3)明确膜系统在蛋白质加工过程中的作用。第一百零六页，共135页。【解析】此题主要考查基因工程的根本操作步骤和基因工程的应用等相关知识。(1)合成总cDNA需要提取(tíqǔ)细胞中的所有mRNA，再通过逆转录过程获得。采用PCR技术扩增HSA基因时，两条引物分别与每条模板链的3′端结合，扩增的方向相反。第一百零七页，共135页。(2)因为启动子通常具有物种及组织特异性，所以在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA时，需要选择水稻胚乳细胞的启动子。(3)农杆菌转化水稻受体细胞的过程(guòchéng)中，酚类物质可以吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的转移。第一百零八页，共135页。(4)水稻是具有生物膜系统的真核生物，水稻细胞能对初始rHSA多肽(duōtài)进行高效加工，而大肠杆菌是原核生物，原核细胞中没有内质网、高尔基体等具膜结构的细胞器，不能对初始rHSA多肽(duōtài)进行高效加工。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。第一百零九页，共135页。答案：(1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌(gǎnjūn)移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化第一百一十页，共135页。(4)水稻是真核生物，具有膜系统(xìtǒng)，能对初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA第一百一十一页，共135页。2.(2017·西安模拟)以下图是将基因A导入大肠杆菌细胞内制备(zhìbèi)“工程菌〞的示意图。请答复以下问题：(1)可用基因A的mRNA为模板，在________酶的作用下合成单链DNA，再在____________酶的作用下合成双链DNA，从而获得基因A。第一百一十二页，共135页。(2)对获得的基因A通常采用PCR技术来扩增其数量，PCR是________的过程，在该过程所用酶最大的特点是__________________________________________。(3)由基因A和载体(zàitǐ)B拼接形成基因表达载体(zàitǐ)C，C的组成包括基因A、________、________和标记基因等。第一百一十三页，共135页。(4)将基因A导入大肠杆菌D之前(zhīqián)，常用________处理大肠杆菌以便吸收重组DNA分子。可以通过基因表达载体上的________________来筛选含有基因A的受体细胞，从而获得工程菌。第一百一十四页，共135页。【解析】(1)可用基因A的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，通过逆转录过程合成单链DNA，再在DNA聚合酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因。(2)PCR技术可在体外扩增目的基因，该过程是在高温环境中进行的，因此需要热稳定的DNA聚合酶。(3)由基因A和载体B拼接形成的C称为基因表达载体，基因表达载体的组成包括(bāokuò)启动子、标记基因、目的基第一百一十五页，共135页。因和终止子等。(4)将目的基因导入微生物细胞时，常用Ca2+处理细胞，使其成为感受态细胞，更容易吸收重组DNA分子，这样可以提高受体细胞的转化率；表达载体(zàitǐ)上的标记基因用于筛选含有基因A的受体细胞，从而获得工程菌。第一百一十六页，共135页。答案：(1)逆转录DNA聚合(2)多聚酶链式反响(fǎnxiǎng)耐高温(3)启动子终止子(4)Ca2+标记基因第一百一十七页，共135页。角度2蛋白质工程3.(2015·全国卷Ⅱ)生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保存P的功能，而且(érqiě)具有了酶的催化活性。答复以下问题：第一百一十八页，共135页。(1)从上述资料可知，假设要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________进行(jìnxíng)改造。(2)以P基因序列为根底，获得P1基因的途径有修饰____________基因或合成____________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法那么的，中心法那么的全部内容包括____________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_______________________。第一百一十九页，共135页。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其根本途径是从预期蛋白质功能(gōngnéng)出发，通过____________和____________，进而