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第33讲基因工程考纲要求1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5.实验：DNA的粗提取与鉴定。考点一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。(6)本质：性状在受体体内的表达。(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。2DNA重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生黏性末端或平末端。(2)DNA连接酶作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。类型常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA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DNA连接酶和限制酶的关系归纳提升与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(3)载体种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。质粒的特点深化拓展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：1有关工具酶的判断(1)限制酶只能用于切割目的基因()(2)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()(3)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来()(4)Ecoli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端()(5)限制酶也可以识别和切割RNA()(6)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()2有关载体的判断(1)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因()(2)每个质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点()(3)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体()(4)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()(5)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()下图中的图1和图2分别表示的是EcoR限制酶和Sma限制酶的作用示意图，据图分析：(1)请说出EcoR限制酶和Sma限制酶识别的碱基序列及切割的位点。提示EcoR限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。(2)以上实例说明限制酶有何特性？提示说明限制酶具有专一性。命题点一工具酶的应用分析1下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是()AHind BEcoRCEcoB DPst答案C解析A处有3处(BamH、EcoB、Cla)限制酶的切点，只有使用EcoB限制酶切割时，才能让目的基因插入到A处且使原有基因失活。2用限制酶EcoR单独切割某普通质粒，可产生14 kb(1 kb即1 000个碱基对)的长链，而同时用限制酶EcoR、Mbo联合切割该质粒，可得到三种长度的DNA片段，见下图(其中*表示EcoR限制酶切割后的一个黏性末端)。若用Mbo限制酶单独切割该普通质粒，则产生的DNA片段的长度为()A2.5和5.5 B2.5和6C5.5和8 D6和8答案D解析依图示可知，该质粒上有1个EcoR限制酶的切点、2个Mbo限制酶的切点，故用限制酶Mbo单独切割该质粒时，将产生长度为6和8的两种片段。3(2016全国，40)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(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_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。答案(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲、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(3)EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶解析(1)分析图(a)可知，限制酶Sau3A与BamH切割DNA后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能表达。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。限制酶的选择方法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。(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。(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和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。命题点二载体的应用分析4质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，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不同，如图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况细菌在含四环素培养基上生长情况能生长能生长能生长不能生长不能生长能生长A是c；是b；是aB是a和b；是a；是bC是a和b；是b；是aD是c；是a；是b答案A解析第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素和含四环素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是c。第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；细菌不能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因被破坏，因此外源基因插入点是b。第组重组后细菌不能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因被破坏；细菌能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是a。5(2016全国，40)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到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BamH酶切后，与用BamH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：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，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_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。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的单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)基因工程中，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于_。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基因的重组质粒(或答含有重组质粒)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)受体细胞解析(1)质粒作为载体应具备的基本条件有：能自我复制、具有标记基因、含有一个至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因，所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因，所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能，所以可用含有四环素的培养基，筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒，病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。考点二基因工程的操作过程与应用1基因工程的基本操作过程(1)目的基因的获取目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。获取目的基因的方法a直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或cDNA中获取。b人工合成：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成；以RNA为模板，在逆转录酶的作用下人工合成。扩增目的基因：利用PCR技术扩增目的基因。(2)基因表达载体的构建基因工程的核心目的：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。基因表达载体的组成小贴士启动子起始密码子，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。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TDNA上农杆菌导入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(4)目的基因的检测与鉴定2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、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品质。(3)比较基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达利用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3.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有关基因工程原理与操作的判断(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方法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()(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()2有关基因工程的应用及蛋白质工程的判断(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()据图分析抗虫棉的培育过程(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？提示目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。(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？提示采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的TDNA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TDNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。(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？提示抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。1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组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2.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：短时间内大量扩增目的基因。(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9095 ，DNA解链为单链；第二步：冷却至5560 ，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至7075 ，热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成。如此重复循环多次。3蛋白质工程与基因工程的比较(1)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)联系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。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。命题点一基因工程操作程序的分析1(2017全国，38)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_。(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_。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解析(1)从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子，而大肠杆菌属于原核生物，不能切除基因A初始转录产物中与内含子对应的RNA序列，故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。(2)由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性，噬菌体只能寄生在细菌细胞中，不能感染家蚕细胞，故应选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比，大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。(4)检测基因A是否翻译出蛋白A，一般用抗原抗体杂交的方法，即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交，观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA进入R型细菌体内，并可在R型细菌体内完成表达，这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，为基因工程奠定了基础。22,4D作为除草剂在农田中大量使用，研究认为它是某种淋巴癌的致病因子。为降低2,4D的危害，科研人员通过基因工程技术构建了能高效降解2,4D的基因工程菌。请回答下列问题：(1)在农业生产上常会使用_浓度2,4D对麦田进行除草，在杀死杂草的同时却不会对小麦生长造成损害，原因是_。(2)从被2,4D污染的土壤中得到能降解2,4D的细菌，从该细菌中提取RNA，构建_文库，进一步获得目的基因。(3)PCR技术扩增目的基因的过程：含目的基因的DNA受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在_酶作用下进行延伸，如此重复循环多次，使目的基因的量呈_形式扩增。(4)一个基因表达载体的组成中要有标记基因，标记基因的作用是鉴别受体细胞中_。欲知基因工程成功与否，需要进行_水平的检测，有时还需进行_水平的鉴定。答案(1)高不同植物对2,4D的敏感程度不同(2)cDNA(部分基因)(3)热稳定DNA聚合酶(或Taq)指数(4)是否含有目的基因分子个体生物学(个体)解析(1)2,4D是生长素类似物，利用不同植物对其敏感程度不同，可用其除去麦田杂草。(2)从工程菌中提取RNA构建成的基因文库是部分基因文库(cDNA文库)。(3)PCR技术用热稳定DNA聚合酶(Taq酶)延伸，多次循环，目的基因的量呈指数(2n)增长。(4)标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，欲知基因工程成功与否，需要进行分子水平的检测，有时还需要进行个体生物学水平的鉴定。命题点二基因工程与蛋白质的关系的分析3(2015全国，40)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(P1)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P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因，所获得的基因表达是遵循中心法则的，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：_。(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)(其他答案合理也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、反转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能解析(1)由题干信息可知，改造蛋白质的功能可以通过改变蛋白质的结构来实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知，获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制，RNA的复制、转录、反转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径：从预期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对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，看是否达到人们的需求。4(2018马鞍山二中模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)人工合成的DNA与_结合后，被转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？_。答案(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因解析(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素，即速效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后，被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，得到目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌，再利用工程菌进行发酵，从而获取大量产品，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。考点三DNA的粗提取与鉴定1实验原理2操作流程1DNA和蛋白质在不同NaCl溶液中的溶解度比较2 mol/LNaCl溶液0.14 mol/LNaCl溶液溶解规律DNA溶解析出蛋白质部分发生盐析沉淀溶解NaCl溶液浓度从2 mol/L降低过程中，溶解度逐渐增大2.DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、4、4”加蒸馏水2次加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破；加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度稀释到0.14 mol/L，使DNA析出用纱布过滤4次过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液；过滤用2 mol/L的NaCl溶液充分溶解的DNA，滤去溶液中的杂质；滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液用NaCl溶液4次加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的细胞核物质；用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA问题探究下图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作，请仔细观察并分析：(1)操作和都是加入蒸馏水，其目的一样吗？提示不一样。是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质；是稀释NaCl溶液使其浓度接近0.14 molL1，去除溶于低浓度NaCl溶液的杂质。(2)操作中加入酒精的目的是什么？此时搅拌要注意什么？提示中加入酒精的目的是析出DNA，去除其中溶于酒精的杂质，这时候搅拌要沿一个方向，轻缓的进行。(3)操作中的粘稠物是如何获取的？加入2 mol/L NaCl的目的是什么？提示黏稠物是经过单层纱布过滤获得的； 加入2 mol/L NaCl的目的是使DNA再次溶解。命题点DNA的粗提取与鉴定实验应用1下列关于DNA粗提取与鉴定实验的叙述，正确的是()选项试剂操作作用A柠檬酸钠溶液与鸡血混合防止血液凝固B蒸馏水与鸡血细胞混合保持细胞形状C蒸馏水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中析出蛋白质D冷却的酒精加入到过滤后含DNA的NaCl溶液中产生特定的颜色反应答案A解析蒸馏水与鸡血细胞混合的目的是使红细胞吸水涨破，释放出核物质，B项错误；将蒸馏水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中，其目的是降低DNA的溶解度，初步析出DNA，C项错误；加入冷却酒精的目的是进一步析出DNA，D项错误。2实验中对DNA进行鉴定时，做如下操作：试管序号AB1加2 mol/L的NaCl溶液5 mL加2 mol/L的NaCl溶液5 mL2不加加入提取的DNA丝状物并搅拌3加4 mL二苯胺，混匀加4 mL二苯胺，混匀4沸水浴5 min沸水浴5 min实验现象实验结论(1)根据上图，完成表格空白处的实验内容。(2)对于B试管，完成1、2、3的操作后溶液颜色如何变化？_。(3)在沸水浴中加热的目的是_，同时说明DNA对高温有较强的_。(4)A试管在实验中的作用是_。(5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与_有关。答案(1)溶液不变蓝色溶液逐渐变蓝色DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会被染成蓝色(2)溶液颜色基本不变(3)加快颜色反应速度耐受性(4)对照(5)加入试管中的DNA(丝状物)的多少解析B试管中含DNA丝状物，A试管中不含，其他条件均完全相同，A、B两试管形成对照。本实验强调反应条件是沸水浴加热5 min，这样可加快颜色反应的速度，观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。矫正易错强记长句1限制酶是一类酶，而不是一种酶。2将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生四个黏性末端或平末端。3不同DNA分子用同一种限制酶切割，产生的末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的末端一般不相同。4限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。5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，所以目的基因的插入位点应在启动子与终止子之间。6受体细胞选择时需注意：要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；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，不能合成蛋白质。1.限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。2质粒是常用的载体，它是一种小型的双链环状DNA分子，具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。3基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点。4培育转基因动物时，受体细胞必须是受精卵；培育转基因植物时，受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。5目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法。6目的基因到了另一种生物体内能够成功表达的原理是所有生物共用一套遗传密码。重温高考演练模拟1(2017北京，5)为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒B用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞C在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞D用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上答案C解析由于C基因两端及质粒上均存在限制酶EcoR的切割位点，因此，可采用限制酶EcoR和DNA连接酶构建重组质粒，A项正确；用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即农杆菌转化法)，可以将C基因导入细胞，B项正确；由于质粒上存在潮霉素抗性基因(标记基因)，因此，可以在培养基中添加潮霉素，筛选被转化的菊花细胞，C项错误；可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上，D项正确。2(2017全国，38)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_。答案(1)嫩叶中基因表达强烈，相应的mRNA多(或嫩叶组织细胞易破碎)防止提取的mRNA被RNA酶降解 (2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对原则合成cDNA(3)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(4)磷酸二酯键(5)几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译解析(1)由于嫩叶组织细胞比老叶组织细胞易破碎，所以适于作为提取几丁质酶的mRNA的实验材料。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解，所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低RNA酶的活性，保护提取的RNA不被分解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录，即以mRNA为模板、以4种脱氧核糖核苷酸为原料，在逆转录酶的催化下，遵循碱基互补配对原则，合成cDNA的过程。(3)由于目的基因无复制原点，也无基因表达所需的启动子和终止子，所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中，但是植株抗真菌病的能力没有提高，从中心法则角度分析，可能是转基因植株细胞中几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译导致的。3(2017唐山期末)科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题：(1)PCR过程所依据的原理是_，利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_；扩增过程需要加入_酶。(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是_。目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质，说明整个生物界_。PCR定点突变技术属于_的范畴。(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。常用_法将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的_技术来最终获得转基因植物。答案(1)DNA双链复制引物耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA共用一套密码子蛋白质工程(3)农杆菌转化植物组织培养解析(1)PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码，所以目的基因可以在不同细胞内表达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。4(2017大庆一中期末)镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的_序列发生改变。(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作_(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作_。(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的_，以其作为模板，在_酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和_酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取_，用相应的抗体进行_杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。答案(1)碱基对(或脱氧核苷酸)(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰) (3)mRNA(或RNA)逆转录DNA连接(4)蛋白质抗原抗体解析(1)编码血红蛋白的基因中因碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。(2)蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造出新的蛋白质。此操作不属于蛋白质工程。(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原抗体杂交实验加以判断。1如图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中Pst、Sma、EcoR、Apa为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是()A图示过程是基因工程的核心步骤B表达载体构建时需要用到限制酶SmaC抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构答案B解析图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶Pst、EcoR。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。2下列关于限制酶的叙述中，错误的是()A它能在特定位点切割DNA分子B同一种限制酶切割不同的DNA分子产生的黏性末端能够很好地进行碱基配对C它能任意切割DNA，从而产生大量DNA片段D每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列答案C解析限制酶是基因工程的重要工具之一；每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子；同一种限制酶切割不同的DNA分子产生的黏性末端能进行互补配对。3(2018西安铁一中学月考)将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采用的方法是()A显微注射技术农杆菌转化法B基因枪法花粉管通道法C农杆菌转化法显微注射技术D基因枪法显微注射技术答案D解析玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，常用的方法是基因枪法；对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射技术。4图1、2分别为“DNA的粗提取与鉴定”实验中部分操作步骤示意图，下列叙述不正确的是()A图1、2中加入蒸馏水稀释的目的相同B图1中完成过滤之后保留滤液C图2中完成过滤之后弃去滤液D在图1鸡血细胞液中加入少许嫩肉粉有助于去除杂质答案A解析A项错，图1、2 中加入蒸馏水稀释的目的分别是破碎细胞获取含DNA的滤液；稀释NaCl溶液，析出DNA；B项对，图1 过滤之后保留滤液，因滤液中含DNA；C项对，图2过滤之后弃去滤液，因DNA已析出；D项对，嫩肉粉中的蛋白酶可对蛋白质进行水解。5抗菌肽对治疗癌症有一定的作用，下图表示抗菌肽合成过程。相关说法正确的是()A用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶B基因表达载体包含起始密码和终止密码C用显微注射法导入基因表达载体D筛选菌种时用基因探针检测相关蛋白质答案A解析PCR技术中采用的是高温变性，因此用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶，A项正确；基因表达载体包含启动子和终止子，而起始密码和终止密码在mRNA上，B项错误；将基因表达载体导入酵母菌细胞时应用感受态细胞法，C项错误；筛选菌种时用基因探针检测相关基因或mRNA，不能用基因探针检测蛋白质，D项错误。6(2017郴州第四次质检)利用基因工程技术培育马铃薯新品种，目前已经取得丰硕成果。请根据教材所学知识回答下列问题：(1)马铃薯易患多种疾病，导致其产量不高。通过导入抗病基因并使其表达可以提高马铃薯产量，基因工程中使用最多的抗病基因是_和病毒的复制酶基因。(2)马铃薯是双子叶植物，常用_(方法)将目的基因导入马铃薯受体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构包括目的基因、标记基因、_、_、_等五部分。(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，其设计方法：修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂_(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能_。(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行_。答案(1)病毒外壳蛋白基因(2)农杆菌转化法启动子终止子复制原点(3)不敏感正常代谢(4)目的基因的检测与鉴定解析(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。(2)常用农杆菌转化法将目的基因导入马铃薯等双子叶植物的受体细胞中。构建好的基因表达载体的基本结构包括目的基因、标记基因、终止子、启动子和复制原点等五部分。(3)培育抗除草剂的转基因马铃薯，需通过修饰使除草剂作用的靶蛋白对除草剂不敏感，或使靶蛋白过量表达，使植物吸收除草剂后仍能正常代谢。(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行目的基因的检测与鉴定。7(2017沈阳监测)欧洲哥廷根小型猪因其器官大小、结构和生理特点等方面与人的器官极为相似，已经成为国际上理想的异种器官移植的研究材料。目前，欧洲哥廷根小型猪作为糖尿病、心脏病、帕金森氏症等重大人类疾病及新药研究的动物模型，也得到了全世界医药管理机构的认可。(1)异种器官移植到人体内会发生_，从而使外源器官难以存活。为解决这一难题，必须设法除去医用小型猪的_基因，或抑制该基因的_。(2)向小型猪转入外源基因时，其受体细胞通常是_，导入方法是_。(3)要对转基因成功的医用小型猪进行扩大培养，可采用的技术手段是_。(4)利用基因工程技术，可以获得乳汁中含有药用蛋白的动物，这种动物叫_。为了获得该动物，需将_基因与_基因的启动子等调控组件重组在一起，构建基因表达载体。答案(1)免疫排斥反应抗原决定表达(2)受精卵显微注射技术(3)克隆(或“核
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