【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 学案

【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 学案

‎2020届 一轮复习 人教版 基因工程 学案 见《自学听讲》P258‎ 学科素养 课程标准 学习指导 ‎1.生命观念:认同结构与功能相适应的观念,并能运用这种观念分析和解释转基因的原理。‎ ‎2.科学思维:归纳与概括,结合具体案例,概括转基因的原理和步骤,并构建流程图。‎ ‎3.科学探究:通过查找资料了解人类在哪些领域利用了基因工程技术,能进行关于转基因食品的调查并将调查结果制成资料卡,能设想基因技术新产品,能基于生物学的基本观点,辨别转基因生物的安全性。‎ ‎4.社会责任:针对现代生物技术在社会生活中的应用,基于生物学的基本观点,识别身边的虚假宣传和无科学依据的传言。‎ ‎1.简述基因工程的诞生。‎ ‎2.简述基因工程的原理及技术。‎ ‎3.举例说出基因工程的应用。‎ ‎4.简述蛋白质工程。‎ 学习本专题时,要密切联系基因的结构和功能,通过绘制概念图、分析实例等建构知识框架。在此基础上,以基因工程的四个步骤为主线,学习基因工程操作流程图,写出各步骤中出现的重要术语,进而关联必修2中的重要概念,回顾学习过的知识。如此由线到面、由点到网,构建和梳理横向、纵向的知识体系。在学习的时候,要善于比较,如启动子和起始密码子的比较、各种酶作用的比较等。‎ 基因工程的操作工具 ‎　　1.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:表达目的基因的细胞或个体。‎ ‎(6)本质:目的基因在　受体　体内表达。  ‎ ‎(7)优点:定向改造生物的　遗传性状　。  ‎ ‎2.DNA重组技术的基本工具 ‎(1)限制性核酸内切酶(限制酶)‎ ‎①来源:主要从　原核　生物中分离纯化而来。  ‎ ‎②作用:识别DNA双链上的　特定的核苷酸序列　并切开每条链中特定部位的两个核苷酸之间的　磷酸二酯键　。 ‎ ‎③结果:产生　黏性末端　或平末端。  ‎ 如下图所示,EcoR Ⅰ限制酶识别的碱基序列是　GAATTC　,切割位点在G和A之间;SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是　CCCGGG　,切割位点在　G和C　之间。说明限制酶具有　专一性　。  ‎ ‎(2)DNA连接酶 ‎①作用:将限制酶切割下来的DNA片段　拼接成新的DNA分子　。  ‎ ‎②类型 常用类型 E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 来源 ‎　大肠杆菌　 ‎ T4噬菌体 功能 只“缝合”　黏性末端　 ‎ ‎“缝合”　黏性末端和平末端　 ‎ 结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的　磷酸二酯键　 ‎ ‎　　‎ ‎(3)载体 ‎①常用载体——质粒 质粒的化学本质:　双链环状DNA分子　。 ‎ 质粒的特点:能自我复制、有一个至多个　限制酶　切割位点、有特殊的　标记基因　、对受体细胞无害。 ‎ ‎②其他载体:λ噬菌体衍生物、　动植物病毒　等。  ‎ ‎③载体的作用:携带外源DNA片段进入　受体细胞　。 ‎ 基因工程的基本操作程序 ‎1.获取目的基因 ‎(1)目的基因:主要指　编码蛋白质　的基因,也可以是一些具有　调控　作用的因子。  ‎ ‎(2)获取方法 ‎2.基因表达载体的构建——基因工程的核心 ‎(1)目的:使目的基因　在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代　,同时使目的基因能够表达和发挥作用。  ‎ ‎(2)基因表达载体的组成 ‎(3)构建过程 ‎3.将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 ‎　显微注射技术　 ‎ 感受态细胞法 受体细胞 ‎　体细胞或受精卵　 ‎ ‎　受精卵　 ‎ ‎　原核细胞　 ‎ 转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞染色体的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 ‎　　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。 ‎ ‎4.目的基因的检测与鉴定 基因工程的应用和蛋白质工程 ‎　　1.基因工程的应用 ‎(1)动物基因工程:用于提高动物　生长速度　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　供体　等。  ‎ ‎(2)植物基因工程:培育　抗虫　转基因植物(如抗虫棉)、　抗病　转基因植物(如转基因烟草)和　抗逆　转基因植物(如抗寒番茄);利用转基因改良植物的　品质　(如新花色矮牵牛)。  ‎ ‎(3)比较基因治疗与基因诊断 项目 原理 操作过程 进展 基因治疗 ‎　基因表达　 ‎ 将　正常基因　导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗(疾病) ‎ 临床实验 基因诊断 ‎　碱基互补配对　 ‎ 制作特定　DNA探针　与病人样品DNA混合,分析杂交带情况 ‎ 临床应用 ‎　　2.蛋白质工程 ‎(1)流程图 A.　转录　,B.　翻译　,C.　分子设计　,D.　多肽链　,E.　预期功能　。 ‎ ‎(2)结果:改造了现有蛋白质或制造出　新的蛋白质　。 ‎ ‎(3)应用:主要集中应用于对　现有蛋白质　进行改造,改良生物性状。 ‎ ‎　　1.基因工程操作过程中的5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:第一步存在人工合成法获得DNA,第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在分子杂交检测目的基因,都存在碱基互补配对现象。‎ ‎(3)农杆菌转化法原理:农杆菌易感染植物细胞,其Ti质粒上的T-DNA可转移并整合到受体细胞染色体的DNA上。‎ ‎(4)标记基因的种类和作用:常见的标记基因有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。标记基因的作用是筛选、检测重组质粒是否导入受体细胞。‎ ‎(5)受体细胞的选择: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。要合成有生物活性的胰岛素(需内质网、高尔基体的加工、分泌)则必须用真核生物,如酵母菌;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,也没有核糖体等细胞器,不能合成蛋白质。‎ ‎　　2.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。应选择雌性个体,同时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。‎ 见《自学听讲》P260‎ 基因工程的操作工具 ‎　　1.不同生物的基因可以拼接起来的理论基础 ‎(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。‎ ‎(2)DNA的基本组成单位是四种脱氧核苷酸,双链DNA两条链间的碱基遵循碱基互补配对原则。‎ ‎(3)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。‎ ‎(4)生物界共用一套遗传密码。‎ ‎　　2.限制酶主要存在于原核生物中 ‎(1)意义:限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,使之失效,从而达到保护自己的目的。‎ ‎(2)原核生物中限制酶不切割自身的DNA的原因:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。‎ ‎　　3.基因组文库与cDNA文库的比较 文库类型 cDNA文库 基因组文库 构建基因文 库的过程 文库大小 小 大 基因中启动子 无 有 基因中内含子 无 有 基因多少 某种生物的部分基因 某种生物的全部基因 物种间的基因交流 可以 部分基因可以 说明 基因文库的构建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性 ‎　　4.与DNA相关的五种酶的比较 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA (水解)酶 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链 ‎　　5.利用PCR技术扩增目的基因 ‎(1)PCR的含义:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。‎ ‎(2)目的:短时间内扩增大量目的基因。‎ ‎(3)原理:DNA双链复制。‎ ‎(4)前提:有一段已知目的基因的核苷酸序列。‎ ‎(5)过程 第一步:加热至90~95 ℃,DNA解链为单链。‎ 第二步:冷却至55~60 ℃,引物结合到互补DNA链上。‎ 第三步:加热至70~75 ℃,热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物开始进行互补链的合成。‎ 如此重复循环多次。‎ ‎　　1.基因工程的工具及相关知识的辨析 ‎(1)限制酶是一类酶,而不是一种酶 限制酶的成分为蛋白质,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。‎ ‎(2)基因工程中的载体与细胞膜上运输物质的载体不同 基因工程中的载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞;细胞膜上的载体是蛋白质,与细胞膜的通透性有关。‎ ‎(3)DNA连接酶作用时并不需要模板 DNA连接酶是把两个具有特定末端的DNA片段通过磷酸二酯键连接起来的。‎ ‎　　2.启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子 ‎(1)启动子是一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的首端,它是RNA聚合酶识别、结合的部位。‎ ‎(2)终止子是一段有特殊结构的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。‎ 例1　下列有关基因工程操作工具的叙述,正确的是(　　)。‎ A.限制酶能识别并切割DNA任意序列 B.DNA连接酶与Taq酶作用位点不同 C.没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞 D.使用质粒作为载体可以避免目的基因在受体内被分解 解析　限制酶具有特异性,能识别DNA上特定序列并将其切割,A项错误;DNA连接酶与Taq酶作用位点都是磷酸二酯键,B项错误;进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒,C项错误;质粒的特点之一是能够在宿主细胞内稳定存在,故将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内被分解,D项正确。‎ 答案　D ‎ 基因工程的操作过程 ‎　　1.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体系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:‎ ‎　　2.PCR中引物的种类和数量的计算 需要两种引物(分别与DNA的两条链结合),每合成一条子链就需要一个引物,若一个DNA分子扩增N次则需要引物2N×2-2个。‎ ‎　　3.生物体内DNA复制与PCR的比较 项目 体内DNA复制 PCR 解旋 在解旋酶的作用下,细胞提供能量,双链部分解开 加热至90 ℃以上,双链全部解开,不需要解旋酶,4种原料(dNTP)提供能量 引物 一小段RNA 可以是RNA或单链DNA分子片段 合成子链 在引物的基础上,一条链连续合成,另一条链不连续合成 分别从两条链的引物端开始,都是连续合成,合成时控制温度在72 ℃左右 特点 边解旋边复制,半保留复制 体外迅速扩增 循环次数 受生物体自身控制 ‎30多次 相同点 生物体内的DNA复制和PCR体外扩增DNA都需要模板、四种游离的脱氧核苷酸,且都需要在一定的缓冲溶液中进行 ‎　　‎ 限制酶的选择方法 ‎(1)根据目的基因两端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的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。‎ ‎②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。‎ ‎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)。‎ ‎(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止一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。‎ ‎③限制酶切割的位点不是随意的:基因表达需要启动子与终止子的调控,所以限制酶切割后,目的基因的插入位点应在启动子与终止子之间。‎ 例2　聚合酶链式反应简称PCR,是一种体外扩增DNA片段的技术,可用于遗传病的诊断、DNA序列的测定等。请回答下列问题:‎ ‎(1)在PCR技术中,引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始催化连接脱氧核苷酸,DNA复制时解旋靠　　　　　实现。 ‎ ‎(2)PCR的原理是　　　　　　　,通过PCR使基因的数量呈指数方式增长。 ‎ ‎(3)PCR技术用到的酶是　　　　;细胞内DNA复制时,除具有与PCR相同作用的酶外,还需要　　　　酶。 ‎ ‎(4)假如PCR技术所用的引物含有放射性,模板DNA不具有放射性,且引物不被切除,则经过n次循环,含有放射性的DNA分子占DNA总数的比例为　　　　。 ‎ ‎(5)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但碱基中　　　　含量高的引物需要设定更高的退火温度。 ‎ ‎(6)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则不能采取的改进措施是　　　　(填序号)。 ‎ ‎①升高退火温度　②降低退火温度　③重新设计引物 解析　(1)在PCR技术中,引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。DNA复制的前提是解旋,在体内通过解旋酶实现,在PCR技术中通过加热实现。(2)PCR的原理是DNA复制。(3)PCR技术用到的酶是Taq酶(热稳定DNA聚合酶),而在细胞内进行DNA复制时,还需要解旋酶。(4)由于DNA分子的复制方式为半保留复制,且引物不被切除,新合成的每个DNA分子中均含有放射性引物,故含有放射性的DNA分子占DNA分子总数的100%。(5)G、C碱基对氢键比A、T碱基对氢键多,更稳定,所以G、C碱基对含量高的引物需要设定更高的退火温度。(6)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能是因为设定的退火温度高,或引物设计不合适。‎ 答案　(1)加热　(2)DNA(双链)复制　(3)Taq酶(热稳定DNA聚合酶)　解旋　(4)1(或“100%”)　(5)G、C　(6)①‎ 基因工程的应用和蛋白质工程 ‎　　1.蛋白质工程与基因工程的区别 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 ‎(续表)‎ 项目 蛋白质工程 基因工程 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 ‎　　2.蛋白质工程与基因工程的联系 ‎(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。‎ 蛋白质工程是第二代基因工程,所以对蛋白质工程的考查一般与基因工程相结合,并体现结构与功能相适应的生物学观念。而且,蛋白质工程的试题一般会联系基因的转录和翻译。‎ ‎(1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造,可达到改变蛋白质的功能的目的。‎ ‎(2)如以P基因序列为基础,获得P1基因,可以对P基因进行修饰改造,也可以用人工方法合成P1基因。中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或复制、转录、逆转录、翻译)。‎ ‎(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列,推测相应的核苷酸序列,并获取基因。表达出的蛋白质,还要对其进行生物功能鉴定。‎ ‎(4)蛋白质工程操作的对象是基因,解题时一定要注意蛋白质工程直接作用的对象不是蛋白质。这是因为任何一种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。‎ 例3　下图表示蛋白质工程的操作过程,相关说法不正确的是(　　)。‎ A.了解蛋白质分子的结构在蛋白质工程中是非常关键的 B.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 C.a、b过程分别是转录、翻译 D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 解析　蛋白质工程中了解蛋白质分子结构如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等,对于合成或改造基因至关重要;蛋白质工程的进行离不开基因工程,对蛋白质的改造是通过对基因的改造来完成的;图中a、b过程分别是转录、翻译过程;蛋白质工程中可根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因。‎ 答案　B ‎1.(2018年全国Ⅰ高考)回答下列问题:‎ ‎(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Coben)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Ca2+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。 ‎ 解析　(1)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,该过程证明了体外重组的质粒可以进入体细胞,真核生物基因可在原核细胞中表达等。(2)Ca2+参与转化过程。噬菌体包括蛋白质外壳和DNA,完整的噬菌体才具有侵染能力,从而将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。噬菌体是细菌病毒,只能寄生在细菌细胞中。(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,可以选用不能产生该蛋白酶的缺陷型细菌以及使用能够抑制蛋白酶活性的药物。‎ 答案　(1)体外重组的质粒可以进入体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达　(2)转化　外壳蛋白(噬菌体蛋白)　细菌　(3)蛋白酶缺陷型　　蛋白酶 ‎2.(2017年全国Ⅱ高考)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:‎ ‎(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是　　　　　　　　　　　　　。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)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　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。 ‎ ‎(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是　　　　　　。 ‎ ‎(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 解析　(1)嫩叶组织细胞的细胞壁较薄,较易破碎,所以常用嫩叶作为实验材料。RNA易被降解,为防止提取的RNA水解需要在提取液中添加RNA酶抑制剂。(2)以mRNA为原料通过逆转录可获得cDNA,其原理是碱基互补配对原则。(3)载体中具备使目的基因稳定遗传并表达的元件,如启动子、终止子、复制原点等,可以使插入的目的基因在细胞内稳定高效地表达,直接导入受体细胞的目的基因由于没有复制原点,所以不能在受体细胞中稳定遗传,由于不含启动子,所以无法在受体细胞中表达。(4)DNA连接酶是将双链DNA分子中被限制酶切断的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键重新连接的一种酶。(5)中心法则包括DNA转录形成mRNA,mRNA翻译形成多肽,多肽进一步修饰、折叠形成有特定功能的蛋白质,而基因未表达出有特定功能的蛋白质,原因是基因没有转录成mRNA,或者mRNA没有表达出蛋白质。‎ 答案　(1)嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解　(2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA　(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子　(4)磷酸二酯键　(5)目的基因的转录或翻译异常 见《高效训练》P97‎ ‎1.(2018年广州联考)我国某些地区常年干旱少雨,将小麦耐旱基因TaLEA3导入不耐旱的药用植物丹参中,可提高后者的耐旱性。回答下列问题:‎ ‎(1)TaLEA3基因是种子成熟后期大量表达的一类基因,请推测该基因所表达蛋白的主要功能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(答出两点即可) ‎ ‎(2)为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。 ‎ ‎(3)假如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,则可推测该耐旱基因的整合情况是　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)叶绿体内大多数基因的排列方式、转录与翻译系统均与　　　　　(填“原核生物”或“真核生物)相似,将目的基因导入叶绿体基因组内能避免传统基因工程所带来的基因污染,其原因是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 解析　(1)TaLEA3基因属于小麦耐旱基因,其表达的蛋白质主要功能可能是保护细胞中的酶使其免受因细胞脱水而造成的损伤、保护细胞器如线粒体使其免受因细胞脱水而造成的损伤、保护细胞膜使其免受因细胞脱水而造成的损伤等。(2)检测耐旱基因是否正确表达,可利用抗原—抗体杂交实验,因此应检测此再生植株中该基因的表达产物。如果检测结果呈阳性,还需要进行个体生物学水平鉴定,即需要在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(3)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,说明该性状的遗传遵循分离定律,其亲本为杂合体,则可推测一个耐旱基因整合到了不耐旱植株的一条染色体上,而另一条染色体上无耐旱基因。(4)叶绿体内的DNA未与蛋白质结合形成染色体,与原核生物相似,因此叶绿体大多数基因的排列方式、转录与翻译系统均与原核生物相似。将目的基因导入叶绿体基因组内能避免传统基因工程所带来的基因污染,其原因是叶绿体基因组不会进入花粉中随花粉传递,从而避免“基因逃逸”问题。‎ 答案　(1)①保护细胞中的酶使其免受因细胞脱水而造成的损伤;②保护细胞器如线粒体使其免受因细胞脱水而造成的损伤;③保护细胞膜使其免受因细胞脱水而造成的损伤　(2)表达产物　耐旱性　(3)一个耐旱基因整合到了不耐旱植株的一条染色体上　(4)原核生物　叶绿体基因组不会进入花粉中随花粉传递,从而避免“基因逃逸”问题 ‎2.科研小组将大麦的抗旱基因(HVA)导入小麦细胞,并用植物组织培养的方法将小麦细胞培育成高抗旱性小麦植株。回答下列问题:‎ ‎(1)该科研小组采用　　　　　技术培育抗旱小麦,该生物技术的核心步骤是　　　　　　　　。若要获得大量抗旱基因,可通过　　　　技术对抗旱基因进行扩增。 ‎ ‎(2)要确定抗旱基因在小麦细胞中是否成功表达,从分子水平上鉴定,可采用的方法是　　　　　　　　　;若要进行个体水平检测,则需要把转基因小麦植株分别种植在　　　　　　　　　不同的田地上,以检测其是否有抗性及抗性程度。 ‎ ‎(3)在培育成功的转基因抗旱小麦的繁育过程中,抗旱基因和标记基因　　　　(填“遵循”或“不遵循”)基因的分离定律,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案　(1)基因工程　基因表达载体的构建　PCR　(2)抗原—抗体杂交　干旱程度(或含水量)　(3)不遵循　抗旱基因和标记基因是非等位基因 ‎3.下列方案为人们获得生物新品种的过程,请回答下列问题:‎ 方案Ⅰ:抗冻蛋白基因烟草细胞抗冻烟草 方案Ⅱ:A基因免疫过的B细胞体外培养单克隆抗体 方案Ⅲ:人的生长激素基因牛的受精卵早期胚胎受体母牛转基因牛 ‎(1)基因工程的核心步骤是　　　　　　　　　　。农杆菌转化法中,根据农杆菌的特点,如果将抗冻蛋白基因插入　　　　　　上,通过农杆菌的转化作用,就可以使目的基因进入植物细胞,并将其插入植物细胞中　　　　　　　上。 ‎ ‎(2)推测方案Ⅱ中A基因所起的作用是　　　　　　　,请写出该方案获得的细胞中遗传信息传递的中心法则:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)方案Ⅲ中的转基因牛可以通过分泌乳汁来生产人的生长激素。这需要将人的生长激素基因与　　　　　　　　的启动子等调控组件重组在一起。该方案中的早期胚胎在移植入受体母牛子宫之前,必须进行性别鉴定,一般是取处于　　　　　　　时期的　　　　　　　　　　细胞进行检测。 ‎ 答案　(1)基因表达载体的构建　Ti质粒的T-DNA　染色体DNA 　(2)调控细胞无限增殖 ‎(3)乳腺蛋白基因　囊胚　滋养层 ‎4.人β-酪蛋白是人乳汁中的重要营养成分,科学家已培育出转基因山羊来生产人β-酪蛋白,下图为培育流程,其中①~④为相关过程,请回答下列问题:‎ ‎(1)人β-酪蛋白基因是此基因工程的　　　　　,可从人细胞中直接提取或从人的　　　　　　　　　　　中获取。 ‎ ‎(2)过程①获得的A为　　　　　　　　　　　　;将A导入受精卵常用的方法是　　　　　法。 ‎ ‎(3)过程③为　　　　　　　　　　　,进行此操作的早期胚胎应处于　　　　　　　阶段。 ‎ ‎(4)代孕母羊对早期胚胎无　　　　　反应是转基因山羊能在其子宫内存活并发育的基础。 ‎ ‎(5)从分子水平可通过　　　　　　　　　　技术检测转基因山羊中是否成功表达出人β-酪蛋白。 ‎ 解析　(1)人β-酪蛋白基因是此基因工程的目的基因,可从人的基因组文库或cDNA文库中获取。(2)流程图中A应为含目的基因的表达载体,常用显微注射法将基因表达载体导入动物细胞。(3)过程③为胚胎移植,进行胚胎移植的羊的早期胚胎应处于桑椹胚或囊胚阶段。(4)代孕母羊对早期胚胎不发生免疫排斥反应是转基因山羊能在其子宫内存活并发育的基础。(5)实际操作中可用抗原-抗体杂交技术检测转基因山羊中是否成功表达出人β-酪蛋白。‎ 答案　(1)目的基因　基因组文库(或cDNA文库)　(2)含目的基因的表达载体　显微注射　(3)胚胎移植　桑椹胚或囊胚　(4)免疫排斥　(5)抗原—抗体杂交 ‎5.(2018年福州联考)青蒿素对治疗疟疾有很好的效果,被誉为“中国神药”。科学家开始研究用基因工程技术培育转基因高产青蒿素植物。‎ ‎(1)从黄花蒿中获取与青蒿素合成有关的基因后,可以利用PCR技术进行扩增,PCR反应体系中加入的dCTP、dGTP、dATP、dTTP四种物质既可以作为　　　　　又可以提供　　　　　　。PCR反应体系中还需要加入精心设计的两种　　　　　(填“互补”或“不互补”)引物;1个DNA分子经3轮复制以后,两条链等长的DNA片段(即目标片段)有　　　　个。 ‎ ‎(2)获取的目的基因与运载体结合需要的工具酶有　　　　　　　　　　　　。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是　　　　　　　　　　　,此方法需要把目的基因插入到农杆菌Ti质粒的　　　　　　　上。 ‎ ‎(3)为了进一步节约成本,加快青蒿素的生产,请你应用现代生物科学技术,提出一个可行的方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 解析　(1)dCTP、dGTP、dATP、dTTP四种物质即四种脱氧核糖核苷酸,都是合成DNA的原料。同时,它们所携带的高能磷酸键也可以为反应提供能量。如果两种引物的碱基互补了,那么引物不能与模板结合,会导致引物失效,所以PCR反应体系中加入的两种引物不互补。根据DNA半保留复制的特点,通过画示意图可知,1个DNA分子经3轮复制以后,两条链等长的DNA片段(即目标片段)有2个。(2)在基因工程的具体操作中,需要用限制酶来切割以获取目的基因,同时需要用相同的限制酶切割运载体以获取与目的基因相同的黏性末端,再通过DNA连接酶连接目的基因和运载体。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法;农杆菌中的Ti质粒的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,所以用农杆菌转化法导入目的基因时,需要把目的基因插入到农杆菌Ti质粒的T-DNA上。(3)为了进一步节约成本,加快青蒿素的生产,可将与青蒿素合成有关的基因导入酵母菌,再通过发酵工程(利用酵母菌)生产青蒿素。‎ 答案　(1)原料　能量　不互补　2　(2)限制酶和DNA连接酶　农杆菌转化法　T-DNA　(3)将与青蒿素合成有关的基因导入酵母菌,通过发酵工程(利用酵母菌)生产青蒿素