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1、知识结构 对应学生用书P154 选修 现代生物科技专题 知识研读 对应学生用书P154 专题 基因工程 一 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 DNA的粗提取与鉴定 课程标准 即时巩固解析为教师用书独有 考点一基因工程的基本工具一 与DNA分子相关的酶 考点整合 二 载体1 作用 1 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 2 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 1 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 2 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 3 具有某些遗传标记基因 以便进行筛选 3 种类 1 质粒 一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 能够
2、自我复制的很小的双链环状DNA分子 2 噬菌体的衍生物 3 动植物病毒 归纳总结 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 案例1 2009 福建理综 转基因抗病香蕉的培育过程 如图所示 质粒上有Pst Sma EcoR Apa 等四种限制酶切割位点 请回答 1 构建含抗病基因的表达载体A时 应选用限制酶 对 进行切割 2 培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达
3、载体A中含有 作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 解析 本题主要考查基因工程的相关知识 1 由于限制酶Sma 的切割位点在抗病基因中间 因此不能用限制酶Sma 来进行切割目的基因 要将目的基因从含抗病基因的DNA分子中切割下来 从图中看需要用限制酶Pst 和EcoR 同时进行切割 而运载体要和目的基因含有相同的黏性末端才能进行连接 所以质粒也要用限制酶Pst 和EcoR 同时进行切割 2 由于卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 所以构建的基因表达载体A中应含抗卡那霉素基因 作为标记基
4、因 3 由于香蕉组织细胞具有全能性 因此利用植物组织培养技术可将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 答案 1 Pst EcoR 含抗病基因的DNA 质粒 2 抗卡那霉素基因 3 全能性脱分化 再分化 即时巩固1 2010 江苏 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Sma 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Sma 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Sma 切割 原因是 4 与只使用EcoR 相比较 使用BamH 和Hi
5、nd 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 本题综合考查基因工程的过程及应用 1 质粒是双链环状DNA分子 在Sma 切割前没有游离的磷酸基团 Sma 作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 切割产生的DNA片段末端是平末端 因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团 2 质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定 氢键数量越多 质
6、粒的热稳定性越高 反之则低 DNA分子中A与T之间存在2个氢键 C与G之间存在3个氢键 因此DNA分子中G C碱基对越多 热稳定性就越高 Sma 识别CCCGGG序列 并在C和G之间将这段序列切开 也就是质粒中Sma 酶切位点越多 G C碱基对越多 热稳定性越高 3 据图1可知 Sma 切割的位点在抗生素抗性基因之中 抗生素抗性基因是标记基因 应尽量避免破坏 据图2可知Sma 切割的位点在目的基因之中 破坏了目的基因 所以不能使用Sma 切割 4 用同种限制酶切割后的质粒和目的基因 在基因表达载体构建时 常形成三种直接方式 其中目的基因与目的基因的连接 质粒与质粒的连接是无效的连接 用两种限制
7、酶可避免此类现象 5 基因表达载体的构建 过程中需加DNA连接酶 连接脱氧核糖和磷酸 6 抗生素抗性基因属于标记基因 供重组DNA的鉴定和选择 7 目的基因是蔗糖转运蛋白基因 将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后 应进行目的基因的检测与鉴定 可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白 即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功 因而可在含有蔗糖 唯一碳源 的培养基中培养 答案 1 0 2 2 高 3 Sma 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 考点二基因工程基本
8、操作程序分析一 目的基因的获取途径1 直接分离 从自然界已有的物种中分离 如从基因组文库中获取 2 人工合成目的基因常用的方法有 1 已知核苷酸序列的较小基因 直接利用DNA合成仪用化学方法合成 不需要模板 2 以RNA为模板 在逆转录酶作用下人工合成 3 PCR技术与DNA复制的比较 二 基因表达载体的构建1 基因表达载体的组成 启动子 目的基因 终止子以及标记基因等 2 基因表达载体的构建方法 三 将目的基因导入受体细胞 四 目的基因的检测与鉴定1 分子水平检测 1 导入检测 DNA分子杂交技术 即使用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针检测 2 个体生物学水平鉴定 对转基因生物
9、进行抗虫或抗病的接种实验 案例2 2008 海南 如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EcoRI BamHI的酶切位点 ampR为青霉素抗性基因 tctR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EcoRI BamHI在内的多种酶的酶切位点 据图回答 1 将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI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 三种 若要从这些连接物中分离出重组质粒 需要对这些连接产物进行 2 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
10、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 3 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 4 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 解析 目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI酶切后黏性末端相同 可以连接成目的基因与目的基因 目的基因与 载体 载体与载体 需要分离纯化才能得到重组质粒 EcoRI酶切破坏了载体中的四环素抗性基因 只有载体与载体转化的原核宿主细胞在含四环素的培养基中能生长 因为青霉素基因没有被破坏 所以
11、目的基因与载体 载体与载体转化的原核宿主细胞在含青霉素的培养基中能生长 EcoRI和BamHI酶切后有2种黏性末端 不能任意连接 答案 1 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 其他合理答案也可以 2 载体 载体连接物目的基因 载体连接物 载体 载体连接物 3 启动子mRNA 4 EcoRI和BamHI 即时巩固2 2008 广东 天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类 用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用 研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转入酿酒酵母菌 获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精 请回答下列问题 1 将淀粉酶基因切割下来所用的
12、工具是 用 将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子 下一步将该DNA分子 以完成工程菌的构建 2 若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌 可采用的检测方法是 若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶 可采用 检测 将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上 培养一定时间后 加入碘液 工程菌周围出现透明圈 请解释该现象发生的原因 3 如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小 4 微生物在基因工程领域中有哪些重要作用 解析 本题考查了与基因工程相关的知识 将基因切割下来的工具是限制酶 将基因与运载体结合在一起的是DNA连接酶 基因工程的基本流程是 获取目的基因 基因表达载体的构建 将目的基因导
13、入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 目的基因的检测与鉴定包括分子水平的检测 如用DNA分子杂交技术来检测基因或对应的mRNA 用抗原 抗体杂交来检测蛋白 质 也包括个体生物学水平的鉴定 淀粉在工程菌分泌的淀粉酶的作用下被分解 加入碘液后 因工程菌周围无淀粉而不变蓝 故出现透明圈 答案 1 限制性核酸内切酶DNA连接酶导入酿酒酵母菌 2 DNA分子杂交抗原 抗体杂交或淀粉酶活性该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基中 培养基中淀粉被水解的区域 遇碘不再变蓝色 产生透明圈 3 测定相同培养条件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产量 4 工具酶主要来自微生物 最重要的目的基因供体库之一 目的基因的载体之一
14、 作为受体细胞 提供用于发酵的工程菌 知识研读 对应学生用书P157 基因工程 二 1 基因工程的应用 2 蛋白质工程 课程标准 即时巩固解析为教师用书独有 考点一基因工程的应用成果一 植物基因工程的成果1 抗虫转基因植物 主要抗虫基因有Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 抗虫棉 抗虫番茄 抗虫烟草都已获得成功 既减少了杀虫剂的使用 又保护了环境 2 抗病毒转基因植物 主要抗病毒的病毒外壳基因 病毒的复制酶基因 抗真菌的几丁质酶基因和抗毒素合成基因 考点整合 多种抗病毒植株已培育成功并开始进行田间实验 栽培 3 抗逆转基因植物 主要有抗盐碱 抗干旱的渗透压调节
15、基因 耐寒的抗冻蛋白基因 抗除草剂基因等 减轻了不利环境条件对农业生产造成的影响 4 利用转基因改良植物品质 主要成果有培育赖氨酸含量较高的玉米 耐储存的番茄 花色变异的矮牵牛花等 二 动物基因工程的成果1 提高动物生长速度 导入外源生长激素基因 培育转基因绵羊和转基因鲤鱼 2 改善畜产品的品质 如导入肠乳糖酶基因 生产低乳糖乳汁 3 用转基因动物生产药物 利用乳腺反应器生产抗凝血酶 血清白蛋白 生长激素等医药产品 4 用转基因动物作器官移植的供体 利用基因工程抑制抗原决定簇基因的表达或除去抗原决定基因 培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 三 基因工程药物利用转基因工程菌生产出人类蛋白质
16、药物 四 基因治疗 案例1 2009 江苏 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 的DNA用Hind BamH 限制酶切后 反应管中有 种DNA片段 2 图中 表示Hind 与BamH 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 与BamH 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 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性受体 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 本题考查基因工程的相关知识 1 图中 的DNA有1个Hind 酶切位点和2个BamH 酶切位点 故用Hind BamH 完全酶切后 反应管
