专题7 生物技术与工程 第3讲 基因工程

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注 : Sau3AⅠ 、 EcoRⅠ 、 BamHⅠ 为 三 种 限 制 酶 , Sau3AⅠ 、 BamHⅠ切割形成的黏性末端相同。
用基因工程技术培育转基因棉花的操作程序包括四个步骤: (1) 目的基因的获取:将植物a不同基因的DNA片段导入受体菌的群 体中储存,再根据目的基因的特定序列从受体菌中提取该基因,这种获 取目的基因的方法称为__从__基__因__文__库__中__获__取__目__的__基__因____。
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(2) 构建基因表达载体:计划用EcoRⅠ分别切割上图中DNA片段和 上图所示质粒,以构建基因表达载体。
①构建表达载体除限制酶外还需要的工具酶是____D_N__A_连__接__酶____; ②本方案的缺陷是:可能导致__目__的__基__因__和__质__粒__的__自__我__环__化____以及 目的基因与质粒的反向连接。 ③为避免上述缺陷,最佳方案是用____E_c_o_R_Ⅰ__、__B__a_m_H__Ⅰ____切割上 图的DNA片段,用_____E_c_o_R__Ⅰ__、__S_a_u_3_A_Ⅰ_____切割上图质粒。
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(3) 目的基因成功导入受体细胞后,要想得到转基因棉花苗,还需 要利用植物组织培养技术,这一技术的原理是植物细胞的全能性。
(4) 目的基因的检测与鉴定有分子水平检测和个体水平检测,要在 个体生物学水平上检测耐盐新品种的培育效果,检测方法是将转基因棉 花种植在盐碱地,观察其生长状况。
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(4) 过程④常用___显__微__注__射___法,过程⑨为___胚__胎__移__植___,图中早期 胚胎的___内__细__胞__团___(结构)将发育成转基因羊。
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【解析】 (1) 溶菌酶是蛋白质,蛋白质的合成场所在核糖体,物质 A是基因,主要存在于细胞核,故物质A控制溶菌酶的合成包括转录和 翻译两个阶段,涉及的场所主要有细胞核和核糖体。
(2) 过程①通过PCR技术扩增物质A基因,即完成DNA体外复制, 需要的酶是Taq 酶(耐高温的DNA聚合酶)。过程②是获取目的基因,据 图分析,B形成的黏性末端GATCC…与BamHⅠ的识别序列一致,黏性 末 端 AGCTT… 与 HindⅢ 的 识 别 序 列 一 致 , 故 物 质 B 是 用 限 制 酶 BamHⅠ、HindⅢ切割的结果。过程③是将目的基因和质粒S用同种限 制酶切割,再连接形成重组质粒,需要的酶是DNA连接酶。
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(2014·江苏卷·23)(多选)下列关于基因工程技术的叙述,错误的是( ) A. 切割质粒的限制酶均特异性地识别6个核苷酸序列 B. 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 C. 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D. 抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 【命题意图】 本题意在考查基因工程的基本理论,要求学生能理解所 学知识的要点,把握知识间的内在联系。本题属于中等难度题。
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3. 理解基因表达载体
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1. (2022·南通四模)递减 PCR 是常规 PCR 技术的发展,下图表示递 减 PCR 各阶段温度及时间控制。相关叙述错误的是( )
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A. PCR 反应体系中应加入 Taq 酶、模板 DNA 、dNTP、引物、缓
冲液等物质 B. 第1阶段的目的是使模板 DNA 充分解旋,减少 DNA 复杂结构对
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(3) 将__目__的__基__因____导入受体细胞。成功导入受体细胞后,还需要利 用__植__物__组__织__培__养____技术才能得到转基因棉花幼苗,这一技术的原理是 ___细__胞__的__全__能__性___。
(4) 目的基因的检测与鉴定:要在个体生物学水平上检测耐盐新品种 的培育效果,检测方法是_将__转__基__因__棉__花__种__植__在__盐__碱__地__,_观__察__其__生__长__状__况__。
限制酶 识别序列 和切割位点
BamHⅠ G↓GATCC
BglⅡ A↓GATCT
HindⅢ A↓AGCTT
XbaⅠ T↓CTAGA
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(1) 物质A控制溶菌酶的合成包括转录和翻译两个阶段,涉及的场所 主要有__细__胞__核__和__核__糖__体____。
(2) 过程①通过PCR技术扩增物质A,需要的酶是_____T_a_q_酶______; 过程②需要的限制酶是_____B_a_m__H_Ⅰ__、__H__in_d__Ⅲ_____;过程③需要的酶是 限制酶和____D_N__A_连__接__酶____。
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【解析】 重组载体A导入受体菌后随着受体菌的繁殖而扩增,因 此是基因克隆载体,而重组载体B导入受体菌后,表达产生胰岛素,因 此是基因表达载体,A正确;作为运载体必须要具备的条件有:含有限 制酶的切割位点(便于目的基因的插入)、复制原点(便于目的基因的扩增) 及标记基因(便于筛选含有目的基因的受体细胞)等,因此载体A和载体 B都必须含有限制酶切割位点、复制原点和标记基因,B正确;培养细 菌A的目的是扩增目的基因,不需要获得表达产物,因此目的基因不一 定要插入重组载体A 的启动子和终止子之间,C错误;培养细菌A的目 的是扩增目的基因,培养细菌B的目的是获得胰岛素,因此培养两者的 培养基在营养成分和功能上有明显差异,D错误。
扩增的影响 C. 第2阶段中退火温度较高可减少引物与模板链的非特异性结合,
为第 3 阶段提供更多正确的模板 D. 第4阶段 72 ℃下维持 10 min,主要目的是使子链与互补模板链结
合形成双螺旋
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【解析】 PCR 反应体系中应加入 Taq 酶(催化DNA子链的形成)、 模板 DNA 、dNTP(原料)、引物、缓冲液等物质,A正确;据图可知,第 1阶段是在96℃条件下处理4 min,该阶段的目的是使模板DNA在高温下 充分解旋,得到单链DNA,以减少 DNA 复杂结构对扩增的影响,B正确; 引物的碱基数量越少,变性时破开的氢键越少,则退火温度越低,但能 与引物发生配对的片段就越多,目标DNA获得率越低,故第 2 阶段中退 火温度较高可减少引物与模板链的非特异性结合,为第 3 阶段提供更多 正确的模板,C正确; 72℃下维持 10 min,主要目的是使引物链延伸, 以形成新的脱氧核苷酸链,D错误。
第一部分 专题突破篇
专题七 生物技术与工程 第3讲 基因工程
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1. (2022·江苏高考仿真模拟调研)科研工作者在盐碱地中找到了一种 生长良好且耐盐碱的植物(以下简称植物a)。研究人员发现,植物a的液 泡膜上特有一种Na+/K+逆向转运蛋白,这种蛋白是植物a耐盐碱的原 因 , 并 在 植 物 a 中 找 到 控 制 该 蛋 白 合 成 的 Na + /K + 逆 向 转 运 蛋 白 基 因 (TaNHX2基因)。该基因就是研究人员要找的耐盐碱的目的基因。研究人 员进一步获得了如下图所示的物质结构。拟利用这些材料,用基因工程 技术培育转基因棉花。
限制性内切核酸酶 DNA连接酶
载体
拼接DNA片段,形 携带目的基因进入受体 作用 切割目的基因和载体
成重组DNA分子 细胞
能在宿主细胞内稳定存
识别特定的核苷酸序
在并大量复制;
作用 列;
能连接黏性末端和
有一个至多个限制酶切
特点 在特定位点上切割 平末端
割位点;
DNA分子
具有特殊的标记基因
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2. 认识PCR技术 (1) 原理:体外DNA复制。 (2) 需要条件:模板DNA、2种引物、4种脱氧核苷酸、热稳定DNA 聚合酶(Taq酶)。 (3) 过程:DNA受热(90~95 ℃)变性解旋为单链,冷却(55~60 ℃) 后引物与单链相应互补序列结合(复性),然后在DNA聚合酶作用下延伸 (70~75 ℃)合成互补子链。
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(3) 为成功筛选出含重组质粒T的成纤维细胞,质粒S中用作标记基 因的是基因Leu和基因GFP。据第2问的分析可知,用限制酶BamHⅠ、 HindⅢ切割质粒S和目的基因,形成的重组质粒 T是(Leu+XbaⅠ+B), 不含有基因GFP,无法控制合成绿色荧光蛋白,而标记基因 Leu 控制 合成亮氨酸,为达到筛选目的,培养基的营养成分中应不含有亮氨酸, 将成纤维细胞培养一段时间后观察,含重组质粒T的成纤维细胞可以合 成亮氨酸而存活,只需要筛选出不显示绿色荧光的细胞用于过程⑤即 可。
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【名师点睛】 不同的限制酶识别的核苷酸序列的数目不同;PCR 中温度的周期性改变是不同反应步骤需要不同的温度,如高温解旋,低 温复性,中温延伸;载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为标记基因; 外源基因导入受体细胞染色体上后未必能正常表达。
【答案】 ABC
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1. 基因工程的三大操作工具
【答案】 D
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2. (2022·南京师大附中开学考试)(多选)载体是基因工程中携带外源 DNA 片段(目的基因)进入受体细胞的重要运载工具,常见的载体类型主 要有基因克隆载体和基因表达载体。下图是利用细菌生产人胰岛素的基 本流程示意图。下列相关叙述正确的是( )
A. 重组载体A、重组载体B分别是基因克隆载体和基因表达载体 B. 载体A和载体 B都必须含有限制酶切割位点、复制原点和标记基因 C. 必须把目的基因插入重组载体A 的启动子和终止子之间 D. 培养细菌A和细菌B的培养基在营养成分和功能上没有)研究发现人溶菌酶(hLZ)是天然抗生素替代 品。科学家培育出转人溶菌酶基因山羊,以大规模生产人溶菌酶(从乳汁 中提取),过程如下图所示。其中编号①~⑨表示过程;质粒S中的基因 Leu通过控制相关酶的合成而影响亮氨酸的合成(亮氨酸是山羊细胞维持 生命活动必不可少的一种必需氨基酸),基因GFP控制合成绿色荧光蛋 白。四种限制酶的识别序列及切割位点见下表。请回答下列问题。
(4) 过程④是将目的基因导入受体细胞,动物常用显微注射法,过 程⑨为胚胎移植。图中早期胚胎的内细胞团是发育为胚胎本身的基础 细胞,将发育成转基因羊。
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核心考点1 考查基因工程的基本理论
高考对该热点的考查形式为选择题或非选择题,主要命题方向: 1. 结合基因工程基本概念的理解及基本操作工具的作用,考查科学 思维能力。 2. 联系转基因技术的安全性实例,考查社会责任。
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【解析,而将植物a不同基因的 DNA 片段导入受体 菌的群体中储存,再根据目的基因的特定序列从受体菌中提取该(2) ①构建表达载体除限制酶外还需要的工具酶是DNA连接酶,限 制酶用于切割目的基因和质粒载体,DNA连接酶用来连接目的基因和 质粒载体;②用EcoRⅠ分别切割图1中 DNA 片段和图2所示质粒,由于 只有一种黏性末端,可能导致目的基因和质粒的自我环化以及目的基因 与质粒的反向连接。③已知Sau3AⅠ、BamHⅠ切割形成的黏性末端相 同,由图可知在目的基因两侧有EcoRⅠ、BamHⅠ的识别位点,在质粒 上有Sau3AⅠ、EcoRⅠ的识别位点,故为避免目的基因和质粒的自我 环化以及目的基因与质粒的反向连接,最佳方案是用两种限制酶 EcoRⅠ、BamHⅠ切割图1的DNA,用EcoRⅠ、Sau3AⅠ切割图2质粒。
【答案】 AB
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核心考点2 综合考查基因工程的操作流程及应用
高考对该热点的考查形式为非选择题,主要命题方向: 1. 结合基因工程的操作步骤过程图解,考查科学思维能力。 2. 结合科技热点及基因工程的应用实例,考查科学思维和探究能 力。
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(3) 为成功筛选出含重组质粒T的成纤维细胞,质粒S中用作标记基 因的是____基__因__L_e_u____和___基__因__G__F_P____。为达到筛选目的,培养基的 营养成分中应不含有___亮__氨__酸___。将成纤维细胞培养一段时间后观察, 筛选出__不__显__示____(选填“显示”或“不显示”)绿色荧光的细胞用于过 程⑤。
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