高中生物一轮高效复习全套之-选修-第3章-第3节课件

基因工程的原理及对操作步骤的理解

1．原理：不同生物DNA的组成单位和空间结构相同，所有生物共用一套遗传密码。2．基因工程操作步骤的理解(1)提取目的基因的常用方法①原核生物——直接分离法(2)“目的基因的检测”与“目的基因的表达”的比较

特别提醒]

①由于一种氨基酸可对应多种密码子，因此根据蛋白质中已知氨基酸序列合成的目的基因可能有多种，但这并不影响目的基因的表达产物。②质粒是基因工程最常用的运载体，但并不是所有质粒均适合作运载体；同样，运载体也并非只有质粒，噬菌体、动植物病毒等也可以作为运载体。③目的基因与质粒结合的过程可能出现三种情况：目的基因与目的基因结合；质粒与质粒结合；目的基因与质粒结合。④基因成功表达的标志是受体细胞通过转录、翻译过程合成相应蛋白质。1．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的依次是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②解析：①表示DNA被限制性核酸内切酶切割，暴露出黏性末端；②表示具相同黏性末端的DNA分子通过DNA连接酶连接；③表示DNA在解旋酶的作用下解旋；④表示DNA的自我复制，需要DNA聚合酶的参与。答案：C基因工程的应用

1．“基因治疗”与“基因诊断”辨析(1)基因治疗①原理：把健康的外源基因导入含有基因缺陷的细胞中，因此病人细胞中既含有缺陷基因，又含有健康基因。②结果：健康基因的表达掩盖了缺陷基因的表达。(2)基因诊断①原理：DNA分子杂交。②过程：a．制备用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA(疾病DNA)分子探针。b．待测DNA：患者DNA制成单链。c．让两者进行杂交，若两者能进行互补配对，则说明患者患有此病，若两者不能进行互补配对，则患者无此病。2．基因工程应用的理解(1)基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶、运载体，它们是为基因操作服务的，只有有了操作工具，才能进行基因工程的四个步骤，只有有了基因工程的四个步骤，才能使基因工程在基因诊断、基因治疗、才能生产基因产物定向改造生物的某些遗传性状等领域得以应用。(2)DNA与基因的关系是整体与局部的关系，基因具有相对独立性，可控制生物的性状，正因为如此，可人工提取目的基因。①人工合成基因的方法，依据了“中心法则”、“碱基互补配对原则”、“反转录”等原理。②利用DNA分子作探针依据了DNA分子杂交原理。③利用限制性核酸内切酶处理目的基因、运载体，可切出相同的黏性末端，依据了酶的专一性原理。2．下列关于基因工程应用的叙述，正确的是()A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良解析：基因治疗是把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。基因探针有特异性，一种基因探针只能检测到水体中的某种病毒。原核基因可以用来进行真核生物的遗传改良。答案：B基因工程操作的工具

(2009年高考江苏卷)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。(1)将图中①的DNA用Hind

Ⅲ、BamHⅠ完全酶切后，反应管中有________种DNA片段。(2)图中②表示HindⅢ与BamHⅠ酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得________种重组质粒；如果换用Bst

Ⅰ与BamHⅠ酶切，目的基因与质粒连接后可获得________种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的________。(4)图中③的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的T－DNA导入植物细胞，并防止植物细胞中________对T－DNA的降解。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞________。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的__________基因频率的增长速率。【解析】

(1)图①中苏云金杆菌的DNA共有3个酶切点，所以共可得到4种DNA片段。(2)因Hind

Ⅲ切出的末端与BamHⅠ切出末端不同，则重组的质粒2种。Bst

Ⅰ与BamHⅠ切出的末端相同，则有1种重组质粒。(3)质粒进入宿主细胞必须能正常复制才能为目的基因的扩增提供必要的条件。(4)能降解T－DNA的酶为DNA水解酶。(5)不同生物的基因不同，表达产物的蛋白质也不同。从而造成人类肠上皮细胞表面无相应毒素蛋白的受体。(6)转基因与非转基因作物混种，可降低抗性作物对害虫的选择性，使害虫种群中的抗性基因频率增长率减慢。【答案】

(1)4(2)21(3)复制(4)DNA水解酶(5)表面无相应的特异性受体(6)抗性1．如图表示限制性核酸内切酶切割某DNA分子的过程，下列有关叙述，不正确的是()A．该限制酶能识别的碱基序列是GAATTC，切点在G和A之间 B．用此酶切割含有目的基因的片段时，必须用相应的限制酶切割运载体，以产生与目的基因相同的黏性末端C．要把目的基因与运载体“缝合”起来，要用到基因工程的另一个工具——DNA聚合酶D．限制酶切割DNA分子时，是破坏了同一条链上两个相邻核苷酸之间的化学键，而不是两条链上互补配对的碱基之间的氢键解析：由图示可知，该DNA分子被切割位点是G与A之间，限制酶识别的特定序列是GAATTC；基因工程操作中，形成重组DNA分子前必须用同一种限制酶切割目的基因和运载体，得到相同的黏性末端，才能使目的基因插入到运载体切口中；能将目的基因与运载体“缝合”起来的工具酶是DNA连接酶，而不是DNA聚合酶；限制酶切割部位是DNA分子每条链上相应位点的两脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。答案：C基因工程的综合应用

(2009年高考山东理综)人类在预防与诊疗传染性疾病过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原，其疫苗生产和抗体制备的流程之一如下图请回答：(1)过程①代表的是________。(2)过程②构建A基因表达载体时，必须使用________和________两种工具酶。(3)过程③采用的实验技术是________，获得的X是_______。(4)对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的________所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可从疑似患者体内分离病毒，与已知病毒进行______比较；或用图中的________进行特异性结合检测【解析】

考查基因工程和细胞工程。①表示遗传信息从RNA到DNA，故该过程属于逆转录。②是目的基因与运载体结合形成基因表达载体。③是细胞融合，形成杂交瘤细胞。基因表达载体的构建需要限制性内切酶切割目的基因和运载体，用DNA连接酶将运载体和目的基因连接成基因表达载体。A蛋白是抗原，能刺激机体B细胞增殖分化成浆细胞，最终获得抗A蛋白的单克隆抗体。本题难度中等。【答案】

(1)逆(反)转录(2)限制性核酸内切酶(限制性内切酶、限制酶)DNA连接酶(注：两空顺序可颠倒)(3)细胞融合杂交瘤细胞(4)A蛋白核酸(基因)序列抗A蛋白的单克隆抗体解析：基因突变也可使体细胞出现新基因，转基因动物应是指以实验室方法导入了外源基因并将外源基因整合并能遗传给后代的一类动物，A错。B项中“提高基因的表达水平”应是使牛乳腺细胞合成更多的药物蛋白。人白蛋白基因应在受精卵阶段导入，并随细胞增殖，存在于牛的几乎所有正常体细胞中，只是在乳腺细胞中实现了选择性表达，而牛的肌肉细胞中该基因不表达。答案：D2．上海医学研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍，以下与此有关的叙述中正确的是()A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B．“提高基因的表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C．只有转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白1．下面是5种限制性内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(↓表示剪切点、切出的断面为黏性末端)：限制酶1：——↓GATC——；限制酶2：——CATG↓——；限制酶3：——G↓GATCC——；限制酶4：——CCGC↓GG——；限制酶5：——↓CCAGG——。请指出下列哪组表达正确()A．限制酶2和4识别的序列都包含4个碱基对B．限制酶3和5识别的序列都包含5个碱基对C．限制酶1和3剪出的黏性末端相同D．限制酶1和2剪出的黏性末端相同解析：本题考查了基因工程中限制性内切酶的相关知识。由图中可以判断，限制酶1和2都识别4个碱基对，限制酶3和4都识别6个碱基对，限制酶5识别5个碱基对，由图中的1和3可以看出两者切出的黏性末端相同。因此答案是C。答案：C2．右图是DNA结构模式图，据图所作用的下列推测不正确的是()A．限制性核酸内切酶能将a处切断B．DNA连接酶能将a处连接C．解旋酶能切断b处D．连接b处的酶为RNA聚合酶解析：以DNA结构为背景，考查与DNA有关的几种酶的功能。a处为磷酸二酯键。限制性核酸内切酶能将其切断，DNA连接酶能催化其形成。b处为氢键，解旋酶能使氢键断裂，使DNA双链分开。RNA聚合酶的作用是连接核糖和磷酸，而b处是通过氢键连接起来的。答案：D3．质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如右图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同。细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()A.①是c；②是b；③是a

B．①是a和b；②是a；③是bC．①是a和b；②是b；③是a

D．①是c；②是a；③是b解析：该题考查检测目的基因导入是否成功的检测方法及基因的完整性。目的基因若插入b点，抗四环素基因完整性被破坏，则b基因控制的抗四环素性状将消失。若插入c点，则a、b基因控制的性状正常表达。从在选择培养基上生长的情况可判断，A项正确。答案：A4．将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞并整合到其DNA中，获得了高水平的表达。以下说法正确的有()①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码子③烟草植物体内合成了荧光素④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同A．①③B．②③C．①④D．①②③④解析：不同生物体的DNA能进行重组是因为不同生物体的DNA具有相同的、规则的双螺旋结构。基因在表达过程中，生物体共用一套遗传密码子，因而表达的产物在受体细胞中不会发生改变。答案：D5．(2009年高考广东理基)钱永健先生因在研究绿色荧光蛋白方面的杰出成就而获2008年诺贝尔奖。在某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光。由此可知()A．该生物的基因型是杂合的B．该生物与水母有很近的亲缘关系C．绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达D．改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对，就不能检测到绿色荧光答案：C解析：在转基因生物体内能检测到绿色荧光，说明绿色荧光基因已在生物体内成功表达。6．下图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：(1)写出b过程的表达式_________________。(2)人工合成目的基因的方法有①____________；②__________。(3)将目的基因和运载体(质粒)结合的工具酶有____酶和________酶。(4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的________中，导入基因成功表达的标志是________。解析：本题概括了基因工程的过程和应用。应用基因工程技术，从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉，Bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。要使某种动物的乳汁中含有某种抗体，目的基因一般导入受精卵中。这样，由此受精卵发育成的哺乳动物的所有体细胞中都含有目的基因。答案：(1)Bt基因mRNA原毒素(2)反转录法根据已知氨基酸序列合成(3)限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连接酶(4)受精卵产生抗体1．(2010年高考全国Ⅱ卷)下列叙述符合基因工程概念的是()A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上解析：基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的。选项中A项属于细胞工程，C项属于人工诱变，D项属于基因重组，只有B项符合基因工程的概念，其中人的干扰素基因是目的基因，质粒是运载体，大肠杆菌是受体细胞，人们需要的生物产品是人干扰素。答案：B2．(2010年高考浙江卷)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C．将重组DNA分子导入烟草原生质体D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：构建重组DNA分子时，需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞(若是植物细胞，则可导入其原生质体)，若导入的受体细胞是体细胞，经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。答案：A答案：A3．(2010年高考江苏卷)下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题解析：转入到油菜的抗除草剂基因可能会通过花粉被油菜的近缘物种接受，造成意料之外的抗除草剂基因传播，形成基因污染，有可能会对生态系统的平衡和稳定构成威胁，A项正确；在转入抗虫基因后，不能适应这种抗虫植物的昆虫的死亡率将大大增加，只有存在对应的抗性基因的昆虫才能生存下来，增加了昆虫群体中抗性基因的频率，B项错误；生物界中所有物种基因的转录和翻译用同一套密码子和相同的氨基酸，所以动物的生长激素基因可以在植物体内得到表达，C项错误；即便转基因植物的外源基因来自于自然界，通过转基因工程后，可能会使目标生物出现非正常进化过程中的性状改变，有可能会影响生态系统的稳定性，D项错误。4．(2010年高考天津卷)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、Sma

Ⅰ直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用________限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含________的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_____(填字母代号)。A．启动子B．tetRC．复制原点D．ampR(3)过程①可采用的操作方法是________(填字母代号)。A．农杆菌转化B．大肠杆菌转化C．显微注射D．细胞整合(4)过程②采用的生物技术是________。(5)对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的________性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________(填字母代号)技术。A．核酸分子杂交B．基因序列分析C．抗原—抗体杂交D．PCR解析：(1)基因表达载体的构建过程中，将目的基因导入受体细胞之前，要用同一种限制性内切酶切割目的基因和载体。从图中可以看出，在目的基因和载体中都有HindⅢ和BamHⅠ限制酶的切割位点，因此要用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时切割载体和人乳铁蛋白基因；载体切割后四环素抗性基因被破坏，因此筛选时要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子是一段有特殊序列的DNA片段，位于目的基因的首段，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，在启动子存在时才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。(3)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术。(4)过程②是将早期胚胎移入受体母牛体内，用到的技术是胚胎移植技术。答案：(1)HindⅢ和BamHⅠ氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C(5)胚胎分割是利用机械方法将早期胚胎等分，经移植后获得同卵双胎或多胎的技术，可以看做动物无性繁殖或克隆的方法，利用了细胞的全能性。(6)检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要用相应的抗体进行抗原－抗体杂交，其他三项技术检测的对象都是核酸。5．(2010年高考福建卷)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如右图。请回答：(1)图中①所指的是________技术。(2)图中②所指的物质是_______，③所指的物质是________。(3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换________。(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的________细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。解析：基因工程中获得大量目的基因的技术为PCR技术。cDNA是以mRNA为模板通过反转录获得的。本基因工程目的基因的表达产物为红细胞生成素，即EPO。由于天然EPO来源极为有限，一般情况下，基因工程产生的重组人红细胞生成素(rhEPO)。培养重组CHO细胞时，为了提供适宜的培养条件，需要不断更换培养液，以防止有害代谢产物的积累对细胞自身造成的危害。单克隆抗体是通过培养杂交瘤细胞获得的。答案：(1)PCR(2)mRNArhEPO(3)培养液(4)杂交瘤6．(2010年高考江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是__________。(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_____________。(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了___________。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。解析：环状DNA分子中磷酸全部参与形成磷酸二酯键，被SmaⅠ限制酶切开后相当于一个正常的DNA分子，每个DNA分子单链各含有一个游离的磷酸基团；A—T碱基对有两个氢键，而G—C碱基对有三个氢键，G—C碱基对含量越多，热稳定性越高；从图中读出：SmaⅠ限制酶破坏目的基因和标记基因；用BamHⅠ和HindⅢ两种不同的限制酶处理，形成不同的黏性末端，能有效防止只用一种限制酶形成的相同的黏性末端的质粒或目的基因相互连接、环状化；将质粒与目的基因“缝合”应用DNA连接酶进行处理；标记基因的作用在于鉴别和筛选含有目的基因的细胞；大肠杆菌突变体丧失吸收蔗糖的能力，不能在只有蔗糖为碳源的选择培养基上存活，所以可以用该种选择培养基对导入的蔗糖转运蛋白基因是否表达进行初步检测。答案：(1)0、2(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质7．(2010年高考上海卷)分析有关基因表达的资料，回答问题。取同种生物的不