2021版高考生物一轮复习第37讲基因工程课件 人教版

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第 37 讲　基因工程 - 2 - - 3 - 必备知识 核心素养 关键能力 基因工程的工具 1 . 基因工程的概念理解 (1) 供体 : 提供目的基因。 (2) 操作环境 : 　　　　 。   (3) 操作水平 : 　　　　　　 水平。   (4) 原理 : 基因重组。 (5) 受体 : 表达目的基因的生物。 (6) 本质 : 性状在 　　　　　　　 体内表达。   (7) 优点 : 克服 　　　　　　　　　　 的障碍 , 定向改造生物的遗传性状。   无菌 DNA 分子 受体生物 远缘杂交不亲和 - 4 - 必备知识 核心素养 关键能力 2 . 限制性核酸内切酶 ( 简称 : 限制酶 ) (1) 来源 : 主要是从 　　　　 生物中分离纯化出来的。   (2) 作用 : 识别双链 DNA 分子的某种特定 　　　　　　　　 , 并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。   (3) 结果 : 产生 　　　　　　 或平末端。   原核 核苷酸序列 黏性末端 - 5 - 必备知识 核心素养 关键能力 3 .DNA 连接酶 (1) 功能 : 缝合被限制酶切开的两个核苷酸之间的 　　　　　　　　 。   (2) 类型 磷酸二酯键 大肠杆菌 黏性末端 黏性末端和平末端 磷酸二酯键 - 6 - 必备知识 核心素养 关键能力 4 . 载体 (2) 其他载体 : λ 噬菌体衍生物、 　　　　　　　　 等。   (3) 载体的作用 : 携带外源 DNA 片段进入受体细胞。 双链环状 DNA 分子 限制酶切割位点 标记基因 动植物病毒 - 7 - 必备知识 核心素养 关键能力 正误判断 (1) 切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别 6 个核苷酸序列。 ( 　　 ) (2)DNA 连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。 ( 　　 ) (3) E · coli DNA 连接酶既可连接平末端 , 又可连接黏性末端。 ( 　　 ) (4) 限制酶也可以识别和切割 RNA 。 ( 　　 ) (5) 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。 ( 　　 ) (6) 每个质粒 DNA 分子上至少含一个限制酶识别位点。 ( 　　 ) (7) 载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中 , 使之稳定存在并表达。 ( 　　 ) (8) 外源 DNA 必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。 ( 　　 ) × × × × × √ √ × - 8 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 1 　 限制酶及 DNA 连接酶作用的分析 ( 科学思维 ) 图甲表示 Eco R Ⅰ 限制酶及 DNA 连接酶的作用示意图 , 图乙表示 Sma Ⅰ 限制酶的作用示意图。请据图回答问题。 - 9 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) 限制酶只存在于原核生物中吗 ? 原核生物中限制酶为什么不切割自身的 DNA ? (2) 请写出 Eco R Ⅰ 限制酶和 Sma Ⅰ 限制酶识别的碱基序列以及切割位点 。 (3) 限制酶和 DNA 连接酶的作用部位相同吗 ?DNA 连接酶起作用时 , 是否需要模板 ? 提示 : 酵母菌等也含有限制酶。原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰等。 提示 : Eco R Ⅰ 限制酶识别的碱基序列是 GAATTC, 切割位点在 G 和 A 之间 ; Sma Ⅰ 限制酶识别的碱基序列是 CCCGGG, 切割位点在 G 和 C 之间。 提示 : 相同 , 都是磷酸二酯键。不需要模板 。 - 10 - 必备知识 核心素养 关键能力 (4)DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的作用相同吗 ? 试简要说明 。 (5) 常见的 DNA 连接酶有哪几种 ? 其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是什么 ? 提示 : 不相同。 DNA 连接酶连接的是两个 DNA 片段 , 而 DNA 聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。 提示 : E·coli DNA 连接酶、 T 4 DNA 连接酶。 T 4 DNA 连接酶 ( 其他合理答案也可 ) 。 - 11 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 2 　 载体的特点和作用分析 ( 科学思维 ) ( 1) 限制性核酸内切酶 Mun Ⅰ 和限制性核酸内切酶 Eco R Ⅰ 的识 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哪一种 ? 并指明理由。 - 12 - 必备知识 核心素养 关键能力 提示 : 适合的质粒是 ① 。由图可知 , 质粒 ② 上无标记基因 , 不适合作为载体 ; 质粒 ③ 和 ④ 的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点 , 使用该酶后将会导致标记基因遭破坏 , 故均不宜选作载体。 - 13 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 若利用图 (b) 所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子 , 如图 (c) 所示。这三种重组子中 , 不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有哪些 ? 并指明不能表达的原因。 - 14 - 必备知识 核心素养 关键能力 提示 : 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 ( 其他合理答案也可 ) 。 - 15 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 3 　 限制酶的选择方法 ( 科学思维 ) - 16 - 必备知识 核心素养 关键能力 ① 切割目的基因应选用哪类限制酶 ? 切割质粒呢 ? 请说明 理由 ② 限制性核酸内切酶 Ⅰ 和限制性核酸内切酶 Ⅱ 切割后获得的黏性末端是否相同 ? ③ 相同的黏性末端一定来自同一种限制酶的切割吗 ? 提示 : 由于限制酶 Ⅰ 识别位点 限制酶 Ⅱ 识别位点 为 由此可见 限制酶 Ⅱ 也可切割限制酶 Ⅰ 的位点 , 图中显示目的基因两端分别有限制酶 Ⅰ 、限制酶 Ⅱ 识别位点 , 故使用限制酶 Ⅱ 时 , 可在目的基因两端同时作切割 , 从而切出 “ 目的基因 ”, 但若使用限制酶 Ⅱ 切割质粒 , 会同时破坏质粒中的两个 “ 标记基因 ”, 故只能使用限制酶 Ⅰ 切割质粒。 提示 : 相同 ( 均具 GATC—) 。 提示 : 不一定 。 - 17 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 总结基因工程技术使用限制酶需注意的问题。 ① 获取目的基因和切割载体时 , 经常使用同一种限制酶 ( 也可使用能切出相同末端的不同限制酶 ), 目的是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   ② 限制酶切割位点的选择 , 必须   　 。   ③ 为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 , 也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。   产生相同的黏性末端或平 末端 保证标记基因的完整性 , 以便于检测 避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 - 18 - 必备知识 核心素养 关键能力 【解疑释惑】选择限制酶的 技巧 (1) 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 ① 应选择切点位于目的基因两端的限制酶 , 如图甲可选择 Pst Ⅰ 。 ② 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶 , 如图甲不能选择 Sma Ⅰ 。 ③ 为避免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 Pst Ⅰ 和 Eco R Ⅰ 两种限制酶 ( 但要确保质粒上也有这两种酶的切点 ) 。 - 19 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 根据质粒的特点确定限制酶的种类 ① 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致 , 以确保具有相同的黏性末端。 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 Sma Ⅰ 会破坏标记基因。 - 20 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 1 　 限制酶、 DNA 连接酶等酶的作用 1 .(2019 天津塘沽一中高考模拟 ) 下面是 4 种限制酶所识别的 DNA 分子序列和剪切位点图 (↓ 表示剪切点、切出的断面为黏性末端 ) 。 请指出下列哪项表达正确 ( 　　 ) A. 在使用限制酶的同时还需要解旋酶 B. 限制酶 1 和 3 剪出的黏性末端相同 C. 限制酶 1 、 2 、 4 识别的序列都是由 4 个脱氧核苷酸组成 D. 限制酶 1 和 2 切出的 DNA 片段可通过 T 4 DNA 连接酶拼接 答案 解析 解析 关闭 在使用限制性核酸内切酶时 , 是为了切割目的基因和运载体 , 不需要解旋酶解开双螺旋 ,A 项错误 ; 限制性核酸内切酶 1 和 3 切出的黏性末端相同 , 都是 —CTAG,B 项正确 ; 限制性核酸内切酶 1 、 2 识别的序列都是由 4 个含 GATC 碱基的脱氧核苷酸组成 , 限制酶 3 、 4 识别的序列是由 6 个脱氧核苷酸组成 , 依次是 GGATCC 和 CCGCGG,C 项错误 ; 限制性核酸内切酶 1 和 2 切割形成的 DNA 片段的黏性末端不同 , 前者是 —CTAG, 后者是 —CATG, 不能通过 T 4 DNA 连接酶拼接 ,D 项错误。 答案 解析 关闭 B - 21 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 2 　 载体的作用和特点分析 2 .(2019 福建龙岩一中实验班月考 ) 下图所示为 pBR322 质粒 , 其中 Amp r ( 氨苄青霉素抗性基因 ) 和 Tet r ( 四环素抗性基因 ) 为标记基因 ,ori 为复制原点 , 其他均为限制酶及其识别位点 , 并且每种限制酶都只有一个。 pBR322 质粒是基因工程较常用的运载体。回答下列相关问题。 - 22 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) 制备重组质粒 , 需要限制酶和 　　　　　 酶。如制备重组质粒时 , 使用 Pvu Ⅰ 切割该质粒 , 则检测目的基因是否导入受体细胞 , 需要在培养基中添加 　　　　　　　 。   (2) 该质粒中的 Bam H Ⅰ 识别的核苷酸序列及切割位点 为 , 而 Sau 3A Ⅰ 识别的核苷酸序列只有 4 个碱基。若 Bam H Ⅰ 和 Sau 3A Ⅰ 分别切割 DNA 所形成的 DNA 片段能拼接成一条 DNA 链 , 则 Sau 3A Ⅰ 识别的核苷酸序列及切割位点为 　　　　　　　　 。该拼接在一起的 DNA 片段 , 能否被 Bam H Ⅰ 识别 ? 　　　　　　 。   (3) 与图示质粒相比 , 完整的重组质粒中还应有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 等三种特殊的 DNA 片段。将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别为 　　　　　　　　　　　　　 。如受体细胞为大肠杆菌 , 则该菌经钙离子处理后会具备 　　　　　　　　　　　　　 的特性。   - 23 - 必备知识 核心素养 关键能力 答案 : (1)DNA 连接　四环素　 ( 2 ) 不一定 能　 ( 3) 启动子、终止子和目的基因　显微注射法 , 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 ( 后者答出一个即可 ) 　将外界 DNA 吸入细胞 - 24 - 必备知识 核心素养 关键能力 解析 : (1) 基因工程所用的工具酶是限制酶和 DNA 连接酶。使用 Pvu Ⅰ 切割 pBR322 质粒会破坏 Amp r ( 氨苄青霉素抗性基因 ), 而 Tet r ( 四环素抗性基因 ) 不被破坏 , 所以可用含有四环素的培养基来筛选具有目的基因的细胞。 (2) 综合分析题意 , 可推知 Sau 3A Ⅰ 识别的核苷酸序列及其切割位点为 , 这样 Sau 3A Ⅰ 和 Bam H Ⅰ 切割 DNA 时才能形成相同的黏性末端 , 进而能被拼接成一条 DNA 链。重新拼接点的核苷酸序列不一定是 —GGATCC—, 因此不一定能被 Bam H Ⅰ 识别 , 但一定能被 Sau 3A Ⅰ 识别。 (3) 一个完整的重组质粒有标记基因、目的基因、启动子、终止子和复制原点等特殊片段。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法 , 而导入动物细胞的方法有显微注射法。钙离子处理后的大肠杆菌 , 将处于感受态 , 该状态的细胞具有将外界 DNA 吸入细胞的特性。 - 25 - 必备知识 核心素养 关键能力 【归纳总结】载体上标记基因的作用 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后 , 抗性基因在受体细胞内表达 , 使受体细胞能够抵抗相应抗生素 , 所以在受体细胞的培养基中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞 , 原理如下图所示 : - 26 - 必备知识 核心素养 关键能力 基因工程的基本操作程序 ( 含 PCR 技术 ) 1 . 基因工程的基本操作程序 基因文库　 PCR 启动子 标记基因 农杆菌转化法 显微注射 DNA 分子杂交 抗原 — 抗体杂交 - 27 - 必备知识 核心素养 关键能力 2 .PCR 技术 (1)PCR 原理 : 　　　　　　　　 , 即 :   (2)PCR 反应 过程 DNA 复制 冷却 变 性 90~95 ℃ 55~60 ℃ 碱基互补配对 延 伸 TaqDNA 聚合酶 - 28 - 必备知识 核心素养 关键能力 (3) 结果 : 上述三步反应完成后 , 一个 DNA 分子就变成了 　　　 个 DNA 分子 , 随着重复次数的增多 ,DNA 分子以 2 n 的形式增加。 PCR 的反应过程都是在 　　　　　　　 中完成的。   两 PCR 扩增仪 - 29 - 必备知识 核心素养 关键能力 正误判断 (1) 设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。 ( 　　 ) (2) 用 PCR 技术扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。 ( 　　 ) (3) 为培育抗除草剂的作物新品种 , 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。 ( 　　 ) (4) 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。 ( 　　 ) (5) 检测目的基因是否成功表达可用抗原 — 抗体杂交技术。 ( 　　 ) × √ × √ √ - 30 - 必备知识 核心素养 关键能力 (6) 应用 DNA 探针技术 , 可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达。 ( 　　 ) (7)PCR 反应中温度的周期性改变是为了 DNA 聚合酶催化不同的反应。 ( 　　 ) (8)PCR 体系中一定要添加从受体细胞中提取的 DNA 聚合酶。 ( 　　 ) (9) 目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。 ( 　　 ) × × × √ - 31 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 1 　 目的基因的获取 ( 科学思维 ) (1) 如图为从水稻中获取某耐旱基因的不同方法。分析回答下列问题。 - 32 - 必备知识 核心素养 关键能力 ① 这三种方法是在体内还是体外进行的 ? 各需要哪些主要的酶参与 ? ② 耐旱基因 ①②③ 碱基对的数量和排列顺序一定相同吗 ? 提示 : 这三种方法都是在体外进行的 , 方法 a 需要逆转录酶和 Taq DNA 聚合酶、方法 b 需要限制酶、方法 c 需要 DNA 聚合酶。 提示 : 方法 a 得到的目的基因不含有内含子 , 方法 c 得到的目的基因的碱基序列可能有多种 , 因此 ①②③ 碱基对的排列顺序不都相同。 - 33 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 利用水稻的成熟叶片为材料 , 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 , 其原因是什么 ? (3) 用箭头及简要的文字简述基因组文库和部分基因文库构建过程。 提示 : cDNA 文库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植物的全部基因。 提示 : 基因组文库的构建过程为某种生物全部 DNA - 34 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 2 　 基因表达载体的构建 ( 科学思维 ) 下图为某种质粒表达载体简图 , 小箭头所指分别为限制性内切酶 Eco R Ⅰ 、 Bam H Ⅰ 的酶切位点 , Amp r 为青霉素抗性基因 , Tet r 为四环素抗性基因 ,P 为启动子 ,T 为终止子 ,ori 为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括 Eco R Ⅰ 、 Bam H Ⅰ 在内的多种酶的酶切位点。 - 35 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) 若要使目的基因在受体细胞中表达 , 需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞 , 原因是什么 ? (2) 将含有目的基因的 DNA 与质粒表达载体分别用 Eco R Ⅰ 酶切 , 酶切产物用 DNA 连接酶进行连接后 , 其中由两个 DNA 片段之间连接形成的产物有哪三种 ? 若要从这些连接产物中分离出重组质粒 , 需要对这些连接产物进行什么操作 ? 提示 : 质粒载体中有启动子、终止子 , 便于目的基因的表达 ; 质粒中有标记基因便于筛选 ; 质粒中含有复制原点等 。 提示 : 目的基因 — 载体连接物、载体 — 载体连接物、目的基因 — 目的基因连接物。分离纯化。 - 36 - 必备知识 核心素养 关键能力 ( 3) 用上述 3 种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中 , 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 　　　　　　 ; 若接种到含青霉素的培养基中 , 能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是 　   　 。   提示 : 载体 — 载体连接物 　 目的基因 — 载体连接物、载体 — 载体连接物 (4) 目的基因表达时 ,RNA 聚合酶识别和结合的位点是 　　　　 , 其合成的产物是 　　　　　　 。   (5) 在上述实验中 , 为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接 , 酶切时应选用的酶是 　　　　　　　 。   提示 : 启动子 　 mRNA 提示 : Eco R Ⅰ 和 Bam H Ⅰ - 37 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 3 　 目的基因导入受体细胞 　 目的基因的检测与鉴定 ( 科学思维 ) (1) 某一质粒载体如图所示 ( Amp r 表示氨苄青霉素抗性基因 , Tet r 表示四环素抗性基因 ) 。将此质粒载体用 Bam H Ⅰ 酶切后 , 与用 Bam H Ⅰ 酶切获得的目的基因混合 , 加入 DNA 连接酶进行连接反应 , 用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化 , 有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种 , 分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题。 - 38 - 必备知识 核心素养 关键能力 ① 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 , 其原因是什么 ? 并且含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞也是不能区分的 , 其原因是什么 ? 在上述筛选的基础上 , 若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 , 还需使用含有什么抗生素的固体培养基 ? ② 若利用标记基因筛选出了含有目的基因的受体细胞 , 为何还需应用 “DNA 分子杂交技术 ” 确认目的基因是否转入 ? 提示 : 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。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 。 提示 : 经上述步骤筛选得到的受体细胞 , 只是含特定 ( 具有标记基因 ) 的载体 , 然而 , 该载体上是否成功嵌入了目的基因 , 还不能确定 , 故仍需使用 “ 目的基因 ” 作探针 , 利用 DNA 分子杂交技术 , 检测受体细胞的质粒上是否含目的基因。 - 39 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 假如利用转基因技术将某耐旱基因导入耐旱性低的植物中 , 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, 则可推测该耐旱基因整合到了同源染色体的一条上还是同源染色体的两条上 ? (3)pBR322 质粒是较早构建的质粒载体 , 其主要结构如图一所示。 提示 : 同源染色体的一条上 。 - 40 - 必备知识 核心素养 关键能力 ① pBR322 分子中有单个 Eco R Ⅰ 限制酶作用位点和单个的 Bam H Ⅰ 限制酶作用位点 , 现将经 Bam H Ⅰ 处理后的质粒与用另一种限制酶 Bg 1 Ⅱ 处理得到的目的基因 , 通过 DNA 连接酶作用 , 成功地获得了重组质粒。说明    　 。   ② 为了检测上述重组质粒是否导入原本无 Amp r 和 Tet r 的大肠杆菌 , 将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养 , 得到如图 2 的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上 , 使绒布面沾上菌落 , 然后将绒布按到含四环素的培养基上培养 , 得到如图 3 的结果 ( 空圈表示与图 2 对照无菌落的位置 ) 。与图 3 空圈相对应的图 2 中的菌落表现型是   　 ,   图 3 结果显示 , 多数大肠杆菌导入的是   　 。   提示 : ① 限制酶 Bam H Ⅰ 和限制酶 Bg 1 Ⅱ 的酶切产物具有相同末端 ② 能抗氨苄青霉素 , 但不能抗四环素 　 既能抗氨苄青霉素 , 又能抗四环素的 pBR322 质粒 - 41 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 4 　 PCR 技术分析 ( 科学思维 ) 通过 PCR 扩增获得某蛋白基因的过程示意图如下 , 请回答下列问题。 - 42 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) 图中方法可以获得大量目的基因 , 其原理是什么 ? 用该方法扩增目的基因时需要知道基因的全部序列吗 ? (2) 若一个 DNA 分子在 PCR 中经历 n 轮循环 , 理论上需要消耗多少个引物 ? 由引物形成子链的延伸方向是什么 ? 提示 : PCR 技术是生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术 , 其原理是 DNA 双链复制。不需要。 提示 : 2 n +1 -2 。 5'→3' 。 - 43 - 必备知识 核心素养 关键能力 (3) 步骤 1 、 2 、 3 的名称是什么 ? 步骤 1 首先要将反应体系的温度升高到 90~95 ℃ , 其目的是什么 ? 如果是在体内 , 该过程如何完成 ? (4)PCR 扩增时 , 退火温度的设定是成败的关键。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关 , 长度相同但 G—C 含量高的引物需要设定更高的退火温度 , 原因是什么 ? 提示 : 步骤 1 为变性 , 步骤 2 为复性 , 步骤 3 为延伸 , 步骤 1 升温到 90~95 ℃ , 目的是使目的基因受热变性后解链为单链。该过程若发生于体内 , 需在解旋酶作用下解旋为两条单链。 提示 : 由于 G—C 之间有三个氢键 ,A—T 之间有两个氢键 , 所以 G—C 含量越高的引物 , 退火温度越高 。 - 44 - 必备知识 核心素养 关键能力 【解疑释惑】 1 . 关于引物的几点注意 (1) 引物是一小段单链 DNA 或 RNA, 作为 DNA 复制的起始点 , 只能结合在母链的 3' 端。 (2) 在细胞外的条件下 , 只有通过引物 ,DNA 才可以开始进行复制。 (3) 引物决定 PCR 扩增产物的特异性和长度。 - 45 - 必备知识 核心素养 关键能力 2 . 生物体内 DNA 复制与 PCR 反应的 区别 - 46 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 1 　 目的基因的获取及基因表达载体的构建 1 .(2019 山东青岛模拟 ) 某科学工作者首先从真核细胞细胞质的多聚核糖体中获得 mRNA, 再将获得的 mRNA 与单链 DNA 分子杂交 , 从而分离获得目的基因。该方法的操作过程如图所示 , 请回答下列相关问题。 - 47 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) 图中加热处理的目的是获得 DNA 单链 , 在加热过程中破坏了 DNA 分子结构中的 　　　　 ( 填化学键名称 ) 。利用 PCR 技术对 DNA 分子进行扩增时 , 需要的条件有 　     　 ( 至少答出三点 ) 。   (2) 一个 mRNA 分子上可以相继结合多个核糖体 ( 即多聚核糖体的存在 ), 其意义是   　 。   (3)mRNA 与单链 DNA 分子杂交的原理是 　　　　　　　　　 ; 分子杂交形成游离的凸环 3 、 5 、 7 的原因是 DNA 中含有 　　　　　　 , 这些非编码 DNA 片段被转录后在 mRNA 加工过程中会被剪切掉。与 DNA 复制相比 ,DNA 与 mRNA 分子杂交特有的碱基配对类型是 　　　　 。   (4) 在基因工程中 , 构建的表达载体应含有目的基因及启动子 , 其中启动子的作用是   　 。   - 48 - 必备知识 核心素养 关键能力 答案 : (1) 氢键　热稳定 DNA 聚合酶 ( 或 Taq 酶 ) 、引物、原料、加热 ( 答出三点即可 ) 　 (2) 少量的 mRNA 就可以迅速合成大量的蛋白质　 (3) 遵循碱基互补配对原则　内含子　 A—U 　 (4)RNA 聚合酶识别和结合的部位 , 驱动基因转录 - 49 - 必备知识 核心素养 关键能力 解析 : (1) 加热使 DNA 分子中的氢键断裂 , 从而形成单链。利用 PCR 技术对 DNA 分子扩增时 , 需要的条件有热稳定 DNA 聚合酶 ( 或 Taq 酶 ) 、引物、原料、加热等。 (2) 多聚核糖体的存在使少量的 mRNA 就可以迅速合成大量的蛋白质。 (3) 由于 mRNA 分子是以 DNA 分子的一条链为模板转录形成的 , 因此 mRNA 能与特定的单链 DNA 分子杂交 , 其杂交的原理是遵循碱基互补配对原则 ; 形成游离的凸环的原因是 DNA 中含有包括非编码的 DNA 片段 , 即内含子 ,mRNA 分子中没有与其互补的碱基序列 ;DNA 与 mRNA 形成的双链分子中碱基配对类型有 3 种 , 分别是 A—U 、 T—A 、 G—C, 与 DNA 复制相比 , 特有的是 A—U 。 (4) 启动子的作用是 RNA 聚合酶识别和结合的部位 , 驱动基因转录。 - 50 - 必备知识 核心素养 关键能力 【归纳总结】 1 . 启动子 ≠ 起始密码子 , 终止子 ≠ 终止密码子 (1) 启动子 : 一段有特殊结构的 DNA 片段 , 位于基因的首端。它是 RNA 聚合酶识别、结合的部位。 (2) 终止子 : 一段有特殊结构的 DNA 短片段 , 位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。 (3) 起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上 , 分别控制翻译过程的启动和终止。 - 51 - 必备知识 核心素养 关键能力 2 . 将目的基因导入受体 细胞 - 52 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 2 　 基因工程的操作过程分析 2 .(2019 安徽宣城期末调研 ) 烟草是有重要经济价值的双子叶植物 , 易受 TMV( 烟草花叶病毒 ) 感染而大幅度减产。绞股蓝细胞中含有抗 TMV 基因 , 能抵抗 TMV 感染。研究人员利用转基因技术培育出了抗 TMV 烟草 , 操作流程如图所示。 - 53 - 必备知识 核心素养 关键能力 (1) ① 表示遗传信息流动中的 　　　　　　 过程 , 所需原料为 　　　　　　　　　　　 。过程 ③ 所需要的工具酶是 　　　　　　　　　　　　　　 。   (2) 大量扩增目的基因可以使用 PCR 技术 , 该技术包括变性、退火、延伸三个步骤 , 变性这一步骤的目的是   　　　　　　　 。   (3) 过程 ④ 最常用的方法是 　　　　　　　　　　　　　　 , 过程 ⑤ 用到的细胞工程技术是 　　　　　　　　　　　　　　 。   (4) 过程 ⑥ 还需要进行基因工程操作步骤中的   　　　　　　　　　　　 , 其中 , 在个体水平上检验获得的烟草能否抗 TMV 的方法是 　   　　　　　　　　　　 。   - 54 - 必备知识 核心素养 关键能力 答案 : (1) 逆转录　四种脱氧核苷酸　限制酶和 DNA 连接酶　 (2) 使 DNA 解旋为单链 (DNA 解旋 ) 　 (3) 农杆菌转化法　植物组织培养　 (4) 目的基因的检测与鉴定　用 TMV 感染烟草 , 观察烟草是否被感染 ( 患病 ) 解析 : 分析题图 : ① 逆转录 , ② 提取目的基因 , ③ 构建基因表达载体 , ④ 将目的基因导入受体细胞 , ⑤ 植物组织培养 , ⑥ 通过目的基因的检测与鉴定进行筛选。 (1) ① 表示以 RNA 为模板逆转录形成 DNA 的过程 , 所需原料为 DNA 的单体 :4 种脱氧核苷酸。过程 ③ 构建基因表达载体的过程需要用同种限制酶切割目的基因与运载体 , 用相同的 DNA 连接酶连接目的基因与运载体的末端。 - 55 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2)PCR 技术中的变性是利用高温使 DNA 发生变性 , 解旋形成单链。 (3) 过程 ④ 将目的基因导入植物体细胞的方法常用农杆菌转化法 , 过程 ⑤ 受体细胞通过植物组织培养技术得到再生植株。 (4) 过程 ⑥ 从再生植株中筛选成功转基因的抗 TMV 烟草植株还需要进行基因工程操作步骤中的目的基因的检测与鉴定 ; 其中 , 若从个体水平鉴定获得的烟草能否抗 TMV, 可通过接种烟草花叶病毒的方法来确定。 - 56 - 必备知识 核心素养 关键能力 【归纳总结】基因工程操作的三点注意 (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) 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。 (3) 农杆菌转化法原理 : 农杆菌易感染植物细胞 , 并将其 Ti 质粒上的 T - DNA 转移并整合到受体细胞染色体 DNA 上。 - 57 - 必备知识 核心素养 关键能力 1 . 动物基因工程与植物基因工程 (1) 动物基因工程 : 用于提高动物 　　　　　　 从而提高产品产量 ; 用于改善畜产品品质 ; 用转基因动物生产药物 ; 用转基因动物作器官移植的 　　　　 等。   (2) 植物基因工程 : 培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物 ; 利用转基因改良植物的 　　　　　　　 。   2 . 基因诊断与基因治疗 (1) 基因诊断 : 又称为 DNA 诊断 , 是采用 　　　　　　 的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。   生长速率　 供体 品质 基因检测 - 58 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 基因治疗 ① 概念 : 把 　　　　　　 导入病人体内 , 使该基因的表达产物发挥功能 , 从而达到治疗疾病的目的。   ② 成果 : 将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中 , 使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶 , 然后 , 再将这种淋巴细胞转入患者体内 , 从而治疗复合型免疫缺陷症。 ③ 类型 : 正常基因　 基因转移 组织细胞 - 59 - 必备知识 核心素养 关键能力 3 . 蛋白质工程 (1) 概念 结构规律 生物功能 基因修饰 基因合成 蛋白质 - 60 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 基本 流程 写出流程图中字母代表的含义 : A. 　　　　 , B. 　　　　 ,C. 　　　　　　 ,D. 　　　　　 , E . 　　　　　　 。   (3) 结果 : 改造了现有蛋白质或制造出 　　　　　　　　　　 。   (4) 应用 : 主要集中应用于对 　　　　　　　　 进行改造 , 改良生物性状。   转录 翻译 分子设计 多肽链 预期功能 新的蛋白质 现有蛋白质 - 61 - 必备知识 核心素养 关键能力 正误判断 (1) 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。 ( 　　 ) (2) 利用乳腺生物反应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。 ( 　　 ) (3) 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。 ( 　　 ) (4) 蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。 ( 　　 ) (5) 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 , 定向改变分子的结构。 ( 　　 ) √ × × √ × - 62 - 必备知识 核心素养 关键能力 探究 　 基因工程的应用及蛋白质工程 ( 社会责任 ) (1) 下图为抗虫棉的培育过程 , 分析并回答下列问题。 - 63 - 必备知识 核心素养 关键能力 ① 该基因工程中的目的基因和载体分别是什么 ? ② 该实例中 , 采用何种方法导入目的基因 ? 为什么目的基因可以整合到染色体的 DNA 上 ? 利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中 , 需添加酚类物质 , 其目的是什么 ? ③ 该实例中 , 检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种 ? 提示 : 目的基因是 Bt 毒蛋白基因 , 载体是 Ti 质粒 。 提示 : 采用的方法是农杆菌转化法。由于 Ti 质粒上的 T - DNA 可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体 DNA 上 , 而目的基因又插入到了 T - DNA 上 , 所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体 DNA 上。吸引农杆菌移向水稻受体细胞 , 有利于目的基因成功转化。 提示 : 抗原 — 抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫 。 - 64 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 对天然蛋白质进行改造 , 应该直接对蛋白质分子进行操作 , 还是通过对基因的操作来实现 ? 原因是什么 ? 提示 : 通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。原因是任何蛋白质都是由基因编码的 , 改造了基因即对蛋白质进行了改造 , 而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造 , 即使改造成功了 , 被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。 - 65 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 1 　 基因工程的应用分析 1 .(2019 安徽芜湖期末质检 ) 国际水稻研究所人员从产量低的耐淹水稻中找到一种耐淹基因 , 将其移入高产热带水稻中 , 终于培育出耐淹的高产水稻品系 , 其产量比高产热带水稻产量还要高。耐淹基因移入的方法可通过转基因技术实现。请回答下列相关问题 : (1) 为培育耐淹的高产水稻品系 , 应需将耐淹基因进行体外扩增。在 PCR 反应体系中加入了热稳定 DNA 聚合酶、引物等 , 还加入耐淹基因作为 　　　　 , 加入 　   　 作为合成 DNA 的原料。   (2) 质粒常被用作运载体 , 因为质粒具有    　 ( 答 2 点即可 ) 的特点。   构建耐淹基因的质粒表达载体时 , 常用不同的限制酶对耐淹基因和质粒进行切割 , 目的是    　 。   - 66 - 必备知识 核心素养 关键能力 (3) 根据耐淹基因表达的蛋白质 , 研究人员通过对它的氨基酸序列设计并人工合成耐淹基因。与水稻的耐淹基因相比 , 人工合成的耐淹基因在结构上缺少了 　　　　　　　　　　　　　　　　 。虽然两种基因转录的产物不同 , 但最终表达出相同的蛋白质 , 可能原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (4) 蛋白质工程中 , 要对蛋白质结构进行设计改造 , 必须通过基因修饰或基因合成来完成 , 而不直接改造蛋白质的原因是 　 。   - 67 - 必备知识 核心素养 关键能力 答案 : (1) 模板　 dNTP(dATP 、 dTTP 、 dGTP 、 dCTP) 　 (2) 能在宿主细胞内复制并稳定存在 ; 具有多个限制酶切位点 , 方便剪切 ; 具有标记基因 , 便于检测和筛选　减少耐淹基因及质粒的自身环化、增大耐淹基因正向 ( 正确 ) 连接的概率　 (3) 启动子、终止子和内含子　密码子具有简并性　 (4) 改造基因易于操作且改造后能够遗传 - 68 - 必备知识 核心素养 关键能力 解析 : (1) 利用 PCR 技术在体外扩增耐淹基因 ( 目的基因 ) 时 , 在 PCR 反应体系中除了加入热稳定 DNA 聚合酶、引物等外 , 还加入耐淹基因作为模板 , 加入 dNTP(dATP 、 dTTP 、 dGTP 、 dCTP) 作为合成 DNA 的原料。 (2) 质粒被用作运载体 , 应具备的条件有 : 能在宿主细胞内复制并稳定存在 ; 具有多个限制酶切位点 , 方便剪切 ; 具有标记基因 , 便于检测和筛选。构建耐淹基因的质粒表达载体时 , 用不同的限制酶对耐淹基因和质粒进行切割 , 可以减少耐淹基因及质粒的自身环化、使耐淹基因定向连接到质粒上 , 以增大耐淹基因正向 ( 正确 ) 连接的概率。 - 69 - 必备知识 核心素养 关键能力 (3) 与水稻的耐淹基因相比 , 根据耐淹基因表达的蛋白质的氨基酸序列推测出的 mRNA 分子中 , 缺乏与基因中的启动子、终止子和内含子相对应的碱基序列 , 据此设计并人工合成的耐淹基因在结构上缺少了启动子、终止子和内含子。由于密码子具有简并性 , 虽然两种基因转录的产物不同 , 但最终能够表达出相同的蛋白质。 (4) 由于直接改造的蛋白质不能遗传 , 而改造基因易于操作且改造后能够遗传 , 所以在蛋白质工程中 , 要对蛋白质结构进行设计改造 , 必须通过基因修饰或基因合成来完成 , 而不直接改造蛋白质。 - 70 - 必备知识 核心素养 关键能力 【归纳总结】有关基因工程应用的 4 个易错点 (1) 动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质 , 而不是为了产生体型巨大的个体。 (2)Bt 毒蛋白基因控制合成的 Bt 毒蛋白并无毒性 , 进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。 (3) 青霉素是青霉菌产生的 , 不是通过基因工程产生的。 (4) 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体。个体本身的繁殖速度、泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。 - 71 - 必备知识 核心素养 关键能力 考向 2 　 蛋白质工程的分析 2 . 已知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 (P 1 ) 不但保留 P 的功能 , 而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。 (1) 从上述资料可知 , 若要改变蛋白质的功能 , 可以考虑对蛋白质的 　　　　　　　　　　　　 进行改造。   (2) 以 P 基因序列为基础 , 获得 P 1 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则的 , 中心法则的全部内容包括 　　　　　　　　　　　　　　 的复制 ; 以及遗传信息在不同分子之间的流动 , 即 : 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   - 72 - 必备知识 核心素养 关键能力 (3) 蛋白质工程也被称为第二代基因工程 , 其基本途径是从预期蛋白质功能出发 , 通过 　　　　　　　 和 　　　　　　　　　 , 进而确定相对应的脱氧核苷酸序列 , 据此获得基因 , 再经表达、纯化获得蛋白质 , 之后还需要对蛋白质的生物 　　　　　 进行鉴定。   答案 : (1) 氨基酸序列 ( 或结构 )( 其他合理答案也可 ) (2)P 　 P 1 　 DNA 和 RNA( 或遗传物质 ) 　 DNA→RNA 、 RNA→DNA 、 RNA→ 蛋白质 ( 或转录、逆转录、翻译 ) (3) 设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能 - 73 - 必备知识 核心素养 关键能力 解析 : 本题考查蛋白质工程和基因工程的原理及操作流程。 (1) 由题干信息可知 , 改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。 (2) 依据蛋白质工程的定义及题中信息可知 , 获得 P 1 基因的途径有修饰现有 (P) 基因或合成新 (P 1 ) 基因。中心法则的全部内容包括 DNA 的复制、 RNA 的复制、转录、逆转录和翻译。 (3) 蛋白质工程的基本途径 : 从预期的蛋白质功能出发 → 设计预期的蛋白质结构 → 推测应有的氨基酸序列 → 找到相应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定 , 看其是否能满足人们的需求。 - 74 - 必备知识 核心素养 关键能力 【归纳总结】蛋白质工程与基因工程的比较 (1) 区别 - 75 - 必备知识 核心素养 关键能力 (2) 联系 ① 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 ② 基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。 - 76 - 实验解读 应用探究 链接高考 实验 :DNA 的粗提取与鉴定 (1) 实验原理 ① DNA 与蛋白质在不同浓度的 NaCl 溶液中溶解度不同 溶解 析出 溶解 - 77 - 实验解读 应用探究 链接高考 ② DNA 不溶于 　　　　　　 , 但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 , 利用这一原理可将 DNA 与蛋白质进一步分离。   ③ DNA 与二苯胺沸水浴加热 , 呈 　　 色。   酒精溶液 蓝 - 78 - 实验解读 应用探究 链接高考 (2) 操作 流程 DNA 　 蒸馏水 不同浓度 NaCl 溶液 酒精 蓝色 - 79 - 实验解读 应用探究 链接高考 1 .(2019 山东烟台模拟 ) 下图为 “DNA 粗提取和鉴定 ” 实验的相关操作 , 仔细观察并分析回答下列问题。 - 80 - 实验解读 应用探究 链接高考 (1) 操作 ① 和 ④ 都是加入蒸馏水 , 其目的相同吗 ? 　　　　　　 。简要说明 : 　     　 。   (2) 操作 ② 中加入酒精的目的是   　　　　　 　　 。   (3) 操作 ③ 中的黏稠物是经过 　　　　　　　　 过滤获得的。加入 2 mol/L NaCl 的目的是 　　　　　　　　　　　　 。   - 81 - 实验解读 应用探究 链接高考 答案 : (1) 不相同　 ① 是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质 ; ④ 是稀释 NaCl 溶液使其浓度接近 0.14 mol/L, 去除溶于低浓度 NaCl 溶液的杂质　 (2) 析出 DNA, 去除其中溶于酒精的杂质　 (3) 单层纱布　使 DNA 再次溶解 解析 : (1) ① 中加蒸馏水是为了使血细胞吸水涨破 , ④ 中加入蒸馏水是为了降低氯化钠溶液的浓度 , 使 DNA 析出。 (2)DNA 不溶于酒精溶液 , 但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 , 因此 ② 操作的目的是纯化 DNA, 去除溶于 95% 酒精中的杂质。 (3) 操作 ③ 中的黏稠物是经过单层纱布过滤获得的。图 ③ 中 2 mol/L NaCl 溶液能溶解黏稠物中的 DNA 。 - 82 - 实验解读 应用探究 链接高考 2 .(2019 湖北武汉模拟 )“DNA 的粗提取与鉴定 ” 实验中 ,A 、 B 、 C 、 D 、 E 五个小组除表中所列处理方法不同外 , 其他操作步骤均相同且正确 , 但实验结果却不同。分析回答下列相关问题。 - 83 - 实验解读 应用探究 链接高考 (1) 实验材料选择错误的组别是 　 ,   其 原因是    　 。   (2) 实验步骤 ( 不包括实验材料 ) 均正确 , 但得不到 DNA 的组别是 　　 　 。   (3) 沸水浴中试管颜色变蓝的组别是 　　　　 ; 蓝色较淡的是 　　　 , 其原因是 　     　 。   (4)B 组实验不成功的最主要原因是   　 。   - 84 - 实验解读 应用探究 链接高考 答案 : (1)C 、 D 　人的血浆中没有细胞结构 , 人成熟的红细胞中没有细胞核 , 选用这些材料得不到 DNA 或得到的 DNA 很少　 (2)C 　 (3)A 、 E 　 A 　冷却的酒精溶液中 DNA 的溶解度最低 , 而 A 组使用的是 25 ℃ 的酒精溶液　 (4) 菜花细胞在蒸馏水中不能被破坏 , 得不到 DNA( 应采用研磨的方法 ) 解析 : (1) 人的血浆中没有细胞结构 , 成熟的红细胞没有细胞核 , 在这些材料中不能得到 DNA 或得到的 DNA 很少。 (2) 提取核物质时应加入蒸馏水使细胞吸水涨破 , 去除杂质时应加入体积分数为 95% 的酒精 ( 冷却 ) 。 (3) 冷酒精对 DNA 有较好的凝集效果 , 而 A 组中用的是 25 ℃ 酒精 , 所以沸水浴后试管颜色变蓝的组别是 A 、 E; 蓝色较淡的是 A 。 (4) 菜花细胞外有细胞壁起保护作用 , 在蒸馏水中不会破裂 , 所以不能得到 DNA 。 - 85 - 实验解读 应用探究 链接高考 【归纳总结】 DNA 的粗提取与鉴定中的 “ 234 ” - 86 - 实验解读 应用探究 链接高考 1 .(2019 全国 Ⅰ ) 基因工程中可以通过 PCR 技术扩增目的基因。回答下列问题。 (1) 基因工程中所用的目的基因可以人工合成 , 也可以从基因文库中获得。基因文库包括 　　　　　　　　　 和 　　　　　　　　 。   (2) 生物体细胞内的 DNA 复制开始时 , 解开 DNA 双链的酶是 　　　　　 。在体外利用 PCR 技术扩增目的基因时 , 使反应体系中的模板 DNA 解链为单链的条件是 　   　　　　　　　　　 。   上述两个解链过程的共同点是破坏了 DNA 双链分子中的 　　　　　 。   (3) 目前在 PCR 反应中使用 Taq 酶而不使用大肠杆菌 DNA 聚合酶的主要原因是   　 。   答案 解析 解析 关闭 本题考查基因文库的种类、通过 PCR 技术扩增目的基因与生物体细胞内的 DNA 复制的比较等。 (1) 基因文库包括基因组文库和 cDNA 文库。 (2) 生物体细胞内的 DNA 复制开始时 , 由解旋酶解开 DNA 双链。在体外利用 PCR 技术扩增目的基因时 , 使反应体系中的模板 DNA 解链为单链的条件是加热至 90~95 ℃。这两个解链过程都破坏了 DNA 双链分子中的氢键。 (3) 温度会影响酶的活性。 PCR 过程是在高温条件下进行的。 Taq 酶耐高温 , 而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会变性失活。 答案 解析 关闭 (1) 基因组文库　 cDNA 文库 (2) 解旋酶　加热至 90~95 ℃　氢键 (3) Taq 酶热稳定性高 , 而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活 - 87 - 实验解读 应用探究 链接高考 2 .(2018 全国 Ⅰ ) 回答下列问题。 (1) 博耶 (H.Boyer) 和科恩 (S.Cohen) 将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外 , 还证明了    　 　　 ( 答出两点即可 ) 。   (2) 体外重组的质粒可通过 Ca 2+ 参与的 　　　　　 方法导入大肠杆菌细胞 ; 而体外重组的噬菌体 DNA 通常需与 　　　　　　　 组装 成完整噬菌体后 , 才能通过侵染的方法将重组的噬菌体 DNA 导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中 , 可作为重组噬菌体宿主细胞的是 　　　 　 。   (3) 真核生物基因 ( 目的基因 ) 在大肠杆菌细胞内表达时 , 表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解 , 在实验中应选用 　　　　　　　　　 的大肠杆菌作为受体细胞。在蛋白质纯化的过程中应添加 　　　　　　 的抑制剂。   答案 解析 解析 关闭 本题主要考查基因工程的操作步骤及应用。 (1) 该实例可以说明很多问题 , 比如体外重组的质粒可以进入受体细胞 , 真核细胞的基因也可以在原核细胞中表达 , 真核生物和原核生物共用同一套遗传密码 , 质粒的化学本质是 DNA 等。 (2) 目的基因导入细菌可以用 Ca 2+ 处理细菌 , 从而将目的基因导入受体细胞。噬菌体由 DNA 和蛋白质外壳组成 , 噬菌体属于细菌病毒 , 即其宿主细胞为细菌 , 所以需要将重组噬菌体导入细菌中。 (3) 为了防止目的基因所表达的蛋白质被细菌内的蛋白酶所降解 , 所以要选择蛋白酶缺陷型大肠杆菌 , 即不能产生蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞。同时 , 在纯化蛋白质的过程中可以加入蛋白酶抑制剂 , 以降低蛋白酶的活性。 答案 解析 关闭 (1) 体外重组的质粒可以进入受体细胞 ; 真核生物基因可在原核细胞中表达 (2) 转化　外壳蛋白 ( 或答噬菌体蛋白 ) 　 细菌 (3) 蛋白酶缺陷型　蛋白酶 - 88 - 实验解读 应用探究 链接高考 3 .(2018 全国 Ⅱ ) 某种荧光蛋白 (GFP) 在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光 , 这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达 , 某科研团队将某种病毒的外壳蛋白 (L1) 基因连接在 GFP 基因的 5' 末端 , 获得了 L1-GFP 融合基因 ( 简称为甲 ), 并将其插入质粒 P0, 构建了真核表达载体 P1, 其部分结构和酶切位点的示意图如下 , 图中 E1~E4 四种限制酶产生的黏性末端各不相同。 - 89 - 实验解读 应用探究 链接高考 回答下列问题。 (1) 据图推断 , 该团队在将甲插入质粒 P0 时 , 使用了两种限制酶 , 这两种酶是 　　　　　 , 使用这两种酶进行酶切是为了保证 　　　　　 , 也是为了保证 　　　　　　　　　　　 。   (2) 将 P1 转入体外培养的牛皮肤细胞后 , 若在该细胞中观察到了绿色荧光 , 则说明 L1 基因在牛的皮肤细胞中完成了 　　　　 和 　　　　 过程。   (3) 为了获得含有甲的牛 , 该团队需要做的工作包括 : 将能够产生绿色荧光细胞的 　　　　　　 移入牛的 　　　　　　　　　　 中 , 体外培养、胚胎移植等。   (4) 为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中 , 某同学用 PCR 方法进行鉴定 , 在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的 　　　　　　 ( 填 “mRNA”“ 总 RNA” 或 “ 核 DNA”) 作为 PCR 模板。   - 90 - 实验解读 应用探究 链接高考 答案 : (1)E1 和 E4 　甲的完整　甲与载体正确连接　 (2) 转录　翻译　 (3) 细胞核　去核卵母细胞　 (4) 核 DNA 解析 : 本题考查基因工程、细胞工程和胚胎工程的相关内容。 (1) 由题意可知 ,E1~E4 四种限制酶产生的黏性末端各不相同 , 将甲 (L1 - GFP) 插入质粒时 , 使用 E1 和 E4 两种限制酶进行酶切 , 既保证了甲的完整 , 又防止了甲的自身环化 , 保证了甲与载体的正确连接。 (2) 将 P1 转入体外培养的牛皮肤细胞后 , 若在该细胞中观察到了绿色荧光 , 则说明该细胞中合成了荧光蛋白 , 即 L1 基因在牛皮肤细胞中完成了遗传信息的转录和翻译。 (3) 为了获得含有甲的牛 , 可通过体细胞核移植技术、体外培养和胚胎移植来实现。 - 91 - 实验解读 应用探究 链接高考 (4) 克隆牛的不同组织细胞中的基因选择性表达 , 转录出的 mRNA 不同 , 总 RNA 也不同 , 但不同组织细胞中的核 DNA 相同 , 因此检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中 , 用 PCR 方法进行鉴定时 , 应以核 DNA 作为模板。 - 92 - 实验解读 应用探究 链接高考 4 .(2017 全国 Ⅰ ) 真核生物基因中通常有内含子 , 而原核生物基因中没有 , 原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的 RNA 序列的机制。已知在人体中基因 A( 有内含子 ) 可以表达出某种特定蛋白 ( 简称蛋白 A) 。回答下列问题。 (1) 某同学从人的基因组文库中获得了基因 A, 以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白 A, 其原因是     　 。   (2) 若用家蚕作为表达基因 A 的受体 , 在噬菌体和昆虫病毒两种载体中 , 不选用 　　　　　 作为载体 , 其原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   - 93 - 实验解读 应用探究 链接高考 (3) 若要高效地获得蛋白 A, 可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比 , 大肠杆菌具有 　　　　　　　　　　　　　　　 ( 答出两点即可 ) 等优点。   (4) 若要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A, 可用的检测物质是 　　　　　　　　　　　 ( 填 “ 蛋白 A 的基因 ” 或 “ 蛋白 A 的抗体 ”) 。   (5) 艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明 DNA 是遗传物质做出了重要贡献 , 也可以说是基因工程的先导 , 如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示 , 那么 , 这一启示是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   - 94 - 实验解读 应用探究 链接高考 答案 : (1) 基因 A 有内含子 , 在大肠杆菌中 , 其初始转录产物中与内含子对应的 RNA 序列不能被切除 , 无法表达出蛋白 A (2) 噬菌体　噬菌体的宿主是细菌 , 而不是家蚕 (3) 繁殖快、容易培养 (4) 蛋白 A 的抗体 (5)DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 - 95 - 实验解读 应用探究 链接高考 解析 : (1) 人的基因 A 含有内含子 , 其转录出的 RNA 需切除内含子对应的 RNA 序列后才能翻译出蛋白 A, 大肠杆菌是原核生物 , 其没有切除内含子对应的 RNA 序列的机制 , 故将人的基因 A 导入大肠杆菌无法表达出蛋白 A 。 (2) 噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒 , 无法寄生在家蚕中。 (3) 大肠杆菌繁殖快、容易培养 , 常用作基因工程的受体。 (4) 在分子水平检测目的基因是否表达应用抗原 — 抗体杂交法 , 即用蛋白 A 与蛋白 A 的抗体进行杂交。 (5) 艾弗里的肺炎双球菌转化实验的原理是基因重组 , 通过重组使得 S 型细菌的 DNA 在 R 型细菌中表达 , 这种思路为基因工程理论的建立提供了启示。