1、2020-2021年高中生物 第3章 基因工程 2 基因工程的基本操作程序學案+練習新人教版選擇性必修32020-2021年高中生物 第3章 基因工程 2 基因工程的基本操作程序學案+練習新人教版選擇性必修3年級：姓名：- 27 -第2節基因工程的基本操作程序 必備知識素養奠基一、目的基因的篩選與獲取(第一步)1.目的基因:在基因工程的設計和操作中,用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物的基因。2.篩選合適目的基因的方法:從相關的已知結構和功能清晰的基因中進行篩選。3.利用pcr獲取和擴增目的基因(1)原理:dna半保留復制。(2)dna復制所需的基本條件:參與的組分dna復制的作用解旋酶(體

2、外用高溫)打開dna雙鏈dna母鏈提供dna復制模板4種脫氧核苷酸合成dna子鏈的原料dna聚合酶催化合成dna子鏈引物使dna聚合酶能夠從引物的3端開始連接脫氧核苷酸(3)過程:填一填:基于pcr的過程,完成下列問題: 過程為變性,該階段的溫度為90_以上,目的是使雙鏈dna解聚為單鏈。過程為復性,該階段的溫度為50_左右,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈dna結合。過程為延伸,該階段的溫度為72_左右,該過程需要在d耐高溫的dna聚合酶的催化下,利用4種脫氧核苷酸為原料,根據堿基互補配對原則從子鏈的3 端延伸合成新的子鏈dna。(4)儀器:pcr擴增儀。(5)鑒定方法:瓊脂糖凝膠電泳。

3、pcr過程中兩種引物的堿基序列能否互補?說明理由。提示:不能。因為兩種引物分別與兩個dna單鏈的3端互補結合,而dna的兩條單鏈的3端堿基序列往往不同,如果2種引物的堿基序列互補那么會影響引物與dna單鏈的結合。 二、基因表達載體的構建(第二步)1.基因表達載體作用:(1)使基因在受體細胞中穩定存在,并且遺傳給下一代。(2)使目的基因能夠表達和發揮作用。2.基因表達載體組成:填一填:基于基因表達載體的結構模式圖,完成下列問題: (1)a啟動子,rna聚合酶識別和結合的部位,可以驅動基因轉錄出mrna,b目的基因。(2)c終止子,轉錄停止的部位。(3)d復制原點,e標記基因。3.構建過程:(1)

4、用適宜的限制酶切割載體。(2)用同種限制酶或能產生相同黏性末端的限制酶切割目的基因。(3)用dna連接酶將目的基因片段拼接到載體上。 構建基因表達載體時目的基因插入的位置應該在哪里?為什么?提示:啟動子下游和終止子上游。因為只有插入在啟動子和終止子之間,目的基因才可以正常表達。 三、將目的基因導入受體細胞(第三步)1.植物細胞:(1)花粉管通道法我國獨創的方法(2)農桿菌轉化法常用的方法轉化是指目的基因進入受體細胞內,并在受體細胞內維持穩定和表達的過程。2.動物細胞:利用顯微注射直接將目的基因導入受精卵中。3.原核生物:用ca2+處理,使細胞處于能夠吸收周圍環境中dna分子的生理狀態,將重組的

5、基因表達載體導入其中。四、目的基因的檢測與鑒定(第四步)1.分子水平的檢測:連一連:將檢測目的和方法連線 2.個體生物學水平的檢測:如飼喂法等。 關鍵能力素養形成知識點一pcr技術1.pcr過程:過程說明圖解變性當溫度上升到90 以上時,雙鏈dna解旋為單鏈 復性溫度下降到50 左右,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈dna結合 延伸72 左右時,耐高溫的 dna聚合酶有最大活性,可使dna新鏈由5端向3端延伸 2.pcr擴增的計算:理論上dna數目呈指數擴增。(1)若開始只有一個dna 提供模板,則循環n 次后獲得的子代dna數目為2n個。(2)若開始有n0個dna 提供模板,則循環n 次后

6、獲得的子代dna數目為n02n個。3.比較pcr擴增和體內dna復制的異同:項目dna復制pcr技術解旋方式解旋酶催化dna在高溫作用下變性解旋場所細胞內(主要在細胞核內)細胞外(主要在pcr擴增儀內)酶解旋酶、普通的dna聚合酶等耐高溫的dna聚合酶溫度條件細胞內溫和條件需控制溫度,在較高溫度下進行合成的對象dna分子dna片段或目的基因相同點(1)模板:均需要dna的兩條單鏈作為模板(2)原料:均為4種脫氧核苷酸(3)酶:均需dna聚合酶【特別提醒】pcr過程的兩點提醒(1)復性不一定均為引物與dna模板結合。復性時,引物與dna模板的結合是隨機的,也存在dna解開的兩條鏈的結合。(2)p

7、cr反應的結果不都是所需的dna片段。因為第一次循環得到的dna片段只有一種引物,比所需的dna片段要長,從第二次循環才出現所需的dna片段,這樣的片段存在兩種引物。 如圖a、b、c均為pcr擴增的dna片段,下列有關說法正確的是() a.片段a、b、c的長度均相同b.片段a、b只是第一次循環的產物c.片段c最早出現在第二次循環的產物中d.經過30次循環后,片段c的數量為230【解題導引】解答本題思維流程如下:【解析】選c。圖中片段a、b只有一種引物,是由原始dna鏈為模板復制而來,其長度比片段c長,a項不正確。由于原始模板在每次循環中均可作為模板,則每次循環都能產生圖中片段a、b,b項不正確

8、。由于第一次循環的產物只有一種引物,而圖中片段c有兩種引物,則c最早出現在第二次循環,c項正確。經過30次循環后,得到的dna片段總數為230,這包括圖中的片段a、b,故d項不正確。 【素養探究母題追問】(1)科學思維演繹與推理若該過程加入模板dna片段a個,經過n次復制后,產生的dna片段中含有模板dna片段a的dna個數為多少?試分析原因。提示:2a個。因為dna是半保留復制,一開始的模板鏈最終分布在子代dna分子中。(2)科學思維批判性思維某同學認為pcr過程不同的dna片段變性時溫度是不同的,你認為他的說法正確嗎?說明你的理由。提示:正確。變性目的是通過升高溫度破壞氫鍵,將dna分子雙

9、鏈變成單鏈,不同片段的dna分子中氫鍵的數量不同導致穩定性不同,因此所需的溫度不同。 【素養遷移】2020年新型冠狀病毒引發的疫情在世界范圍內迅速傳播。各研發機構迅速進行了針對新型冠狀病毒檢測和治療的研發?；卮鹣铝袉栴}。(1)科研機構在拿到新型冠狀病毒序列后,第一時間就進行了新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒(雙重熒光pcr法)的開發。這里涉及的pcr是利用_的原理,將目的基因加以復制。pcr技術擴增目的基因的前提是要有_,以便根據它合成_。pcr擴增的過程:目的基因dna_后解鏈為單鏈,_與單鏈相應互補序列結合,然后在_作用下進行延伸,如此重復循環。(2)接種疫苗是人類對付傳染病的有力武器。疫苗作為

10、_可激發人體產生相應的_,當與疫苗同源的病毒侵入人體后,可引發二次免疫反應?！窘馕觥?1)pcr的原理是dna雙鏈復制。pcr技術擴增目的基因需要有一段已知目的基因的核苷酸序列,利用該序列合成引物。pcr擴增的過程:目的基因dna受熱變性形成單鏈,引物與單鏈相應序列結合,在耐高溫的dna聚合酶的催化作用下進行延伸,如此重復循環。(2)疫苗作為抗原,激發人體產生記憶細胞和抗體,當與疫苗同源的病毒侵入人體后,可引發二次免疫反應。答案:(1)dna雙鏈復制一段已知目的基因的核苷酸序列引物受熱變性引物耐高溫的dna聚合酶(2)抗原記憶細胞和抗體 【補償訓練】pcr是聚合酶鏈式反應的縮寫,現在已成為分子

11、生物學實驗中的一種常規手段,它可以在體外很短的時間內將dna大量擴增。你認為下列符合在體外進行pcr反應條件的一組是()穩定的緩沖液環境dna模板合成引物四種脫氧核苷酸dna聚合酶dna解旋酶限制性內切核酸酶溫控設備a.b.c.d.【解析】選d。pcr反應的實質是模擬體內dna復制,因此需要穩定的緩沖液環境,正確;pcr反應需要dna模板,正確;pcr反應需要一對引物,正確;pcr反應需要以四種脫氧核苷酸為原料,正確;pcr反應需要dna聚合酶催化延伸過程,正確;pcr反應過程中通過高溫使dna變性解鏈,不需要dna解旋酶,錯誤;pcr反應不需要限制性內切核酸酶,錯誤;pcr反應過程中需要控制

12、的關鍵因素是溫度,因此需要溫控設備,正確。知識點二目的基因導入受體細胞及目的基因的檢測與鑒定1.目的基因導入受體細胞的方法:生物類型方法受體細胞轉化過程特點植物農桿菌轉化法體細胞或受精卵目的基因插入ti質粒的t-dna上轉入農桿菌導入植物細胞插入植物細胞中的染色體dna上目的基因表達適用于雙子葉植物和裸子植物花粉管通道法在植物受粉后的一定時間內,剪去柱頭,將dna溶液滴加在花柱切面上,使目的基因借助花粉管通道進入胚囊適用于任何開花植物動物顯微注射法受精卵目的基因表達載體提純取卵(受精卵)顯微注射受精卵發育獲得具有新性狀的轉基因動物是采用最多、最有效的方法微生物ca2+處理法原核細胞ca2+處理

13、微生物細胞使細胞處于一種能吸收周圍環境中dna分子的生理狀態將基因表達載體與感受態細胞混合在緩沖液中一定溫度下促使該細胞吸收dna分子原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少,從而成為最常用的受體細胞2.目的基因的檢測與鑒定: 3.常見轉基因生物在個體水平上鑒定、檢測的方法:轉基因生物檢測方法觀察目標抗蟲植物飼喂害蟲害蟲死亡抗病毒(菌)植物病毒(菌)感染未侵染上病斑抗鹽植物鹽水澆灌正常生長抗除草劑植物噴灑除草劑正常生長【特別提醒】不同分子水平的兩個檢測原理(1)轉錄水平的檢測原理與復制水平的檢測原理是相似的,只是被檢測的物質不再是轉基因生物的基因組dna,而是mrna。(2)翻譯水平的檢測

14、則是利用抗原與抗體特異性結合的原理。 在基因工程中,受體細胞的不同,導入目的基因的方法也不同。請回答下列問題:(1)農桿菌轉化法常用來將外源基因轉入_細胞,具體操作時,先要將目的基因插入農桿菌_質粒的t-dna中,然后用該農桿菌感染植物細胞。(2)將重組質粒導入動物細胞,常采用_的方法。若用重組質粒轉化大腸桿菌,一般情況下,不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞,原因是未處理的大腸桿菌吸收質粒(外源dna)的能力極弱。所以,用表達載體轉化大腸桿菌時,常先用_處理大腸桿菌,以利于表達載體的進入。(3)目的基因導入受體細胞引起生物性狀的改變,屬于可遺傳變異中的_(變異類型)。【解題導引】解答本題思

15、維流程如下:【解析】(1)農桿菌轉化法常用來將外源基因轉入植物細胞,具體操作時,先要將目的基因插入農桿菌ti質粒的t-dna中,然后用該農桿菌感染植物細胞。 (2)將目的基因導入動物細胞最常用的方法是顯微注射法。若用重組質粒轉化大腸桿菌,一般情況下,不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞,原因是未處理的大腸桿菌吸收質粒(外源dna)的能力極弱。所以,用表達載體轉化大腸桿菌時,常先用ca2+處理大腸桿菌,以利于表達載體的進入。(3)基因工程的原理為基因重組。答案:(1)植物ti(2)顯微注射ca2+(3)基因重組 【素養探究母題追問】 (1)生命觀念結構與功能觀農桿菌轉化法為什么要將目的基因插入

16、農桿菌質粒的t-dna片段?提示:ti質粒的t-dna片段可以整合到受體細胞的染色體上。(2)科學思維演繹與推理如果改用花粉管通道法將目的基因導入受體細胞,與農桿菌轉化法相比有什么優點?提示:操作簡便;直接將目的基因導入受精卵,無須組織培養即可獲得植株。(答出一個即可,其他答案合理也可) 【素養遷移】新型冠狀病毒導致全球疫情,造成很多人死亡?？茖W工作者經研究,發現了數種快速檢驗新型冠狀病毒的方法,下列與新型冠狀病毒研究、診斷有關的說法中錯誤的是()a.鏡檢法:在光學顯微鏡下直接觀察病人的痰液或血液,以發現病原體b.pcr:體外基因復制技術,可在幾十分鐘內把病原體的基因擴展到數百萬倍c.抗原抗體

17、法:用特殊制備的病原體蛋白質與病人血清中的相關抗體特異性結合,發現病原體d.dna探針技術:用放射性同位素、熒光因子等標記的dna分子作為探針,利用dna分子雜交原理來檢測病原體【解析】選a。病毒在光學顯微鏡下無法看到,只有在電子顯微鏡下才能觀察到,a錯誤;pcr用于體外快速擴增特定基因或dna序列,b正確;病原體進入人體后會刺激機體產生特異性免疫反應,產生相應抗體,由于抗體與抗原結合具有特異性,因此用特殊制備的病原體蛋白質與病人血清中的相關抗體特異性結合,可發現病原體,c正確;可以利用dna分子作為探針,通過dna分子雜交技術檢測病原體,d正確?！狙a償訓練】受體細胞不同,將目的基因導入受體細

18、胞的方法也不相同,下列受體細胞與導入方法匹配錯誤的一項是()a.棉花細胞花粉管通道法b.大腸桿菌用ca2+處理法c.羊受精卵農桿菌轉化法d.大豆細胞農桿菌轉化法【解析】選c?；ǚ酃芡ǖ婪ㄊ俏覈茖W家獨創的一種方法,是一種十分簡便經濟的方法,我國的轉基因抗蟲棉就是用此種方法獲得的,a正確;ca2+處理法能使大腸桿菌細胞的生理狀態發生改變,使之處于易于吸收周圍環境中dna分子的生理狀態,所以將目的基因導入微生物細胞,常采用ca2+處理法,b正確;農桿菌轉化法的受體細胞一般是雙子葉植物和裸子植物,羊受精卵導入目的基因的方法是顯微注射法,c錯誤;將目的基因導入大豆(雙子葉)細胞可用農桿菌轉化法,d正確

19、。 課堂檢測素養達標 【概念診斷】1.基因工程的操作過程涉及許多的技術和方法,下列有關基因工程中的操作步驟和技術的描述正確的是_。pcr過程使用的是耐高溫的dna聚合酶。基因表達載體中含有起始密碼子和終止密碼子。農桿菌的ti質粒上的t-dna可轉移到植物細胞內,并且與其染色體dna整合在一起。只要檢測出受體細胞中含有目的基因,目的基因就一定能成功表達?；蚬こ讨袑⒛康幕驅胫参锛毎姆椒ㄓ修r桿菌轉化法、花粉管通道法等?！窘馕觥窟x。pcr儀在dna分子擴增過程使用的是耐高溫的dna聚合酶,正確;基因表達載體中含有啟動子和終止子,起始密碼子和終止密碼子在mrna上,錯誤;農桿菌的ti質粒上的t-

20、dna可轉移到植物細胞內,并且能整合到受體細胞的染色體上,正確;目的基因導入受體細胞后,除檢測是否含有目的基因外,還需要檢測目的基因是否表達,錯誤;基因工程中將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、花粉管通道法等,正確。2.從自然界中的生物體內分離得到的天然酶,在工業生產環境中催化效率往往較低。科研人員通過如圖所示的流程改造天然酶,以改進酶的功能。對這一改造過程的分析,不合理的是() a.過程產生的基因突變是隨機的b.過程中受體菌應處理為一種能吸收周圍環境中dna分子的生理狀態c.過程篩選突變酶依賴于抗生素d.多次重復循環導致酶的定向進化【解析】選c。過程產生的基因突變是隨機的,a正確;過

21、程中導入受體菌時,應用鈣離子處理為一種能吸收周圍環境中dna分子的生理狀態,b正確;過程篩選突變酶依賴于抗原-抗體雜交,c錯誤;多次重復循環導致酶的定向進化,使酶的活性越來越高,d正確。3.缺乏維生素a就容易導致出現夜盲癥,營養不良,甚至有一些能夠威脅到生命。而-胡蘿卜素可以在人體內轉化成維生素a?？茖W家嘗試通過轉基因技術生產富含胡蘿卜素的大米。八氫番茄紅素合酶(其基因用psy表示)和胡蘿卜素脫飽和酶(其基因用crtl表示)參與-胡蘿卜素的合成。根據以上信息分析正確的是()a.重組質粒中的目的基因含有psy基因和crtl基因b.構建重組質粒需要限制酶、dna連接酶和核酸酶c.可通過顯微注射法將

22、目的基因導入水稻受體細胞d.pcr既可擴增特定基因也可檢測目的基因表達【解析】選a。根據“八氫番茄紅素合酶和胡蘿卜素脫飽和酶參與-胡蘿卜素的合成”可知,重組質粒中的目的基因含有psy基因和crtl基因,a正確;構建重組質粒需要限制酶、dna連接酶,不需要核酸酶,b錯誤;可通過農桿菌轉化法將目的基因導入水稻受體細胞,c錯誤;pcr可擴增特定基因,但要檢測目的基因是否表達應該用抗原-抗體雜交法,d錯誤。4.如圖為基因表達載體的模式圖,下列有關說法錯誤的是() a.構建基因表達載體需要用到限制酶和dna連接酶b.任何基因表達載體的構建都是一樣的,沒有差別c.圖中啟動子位于基因的首端,是rna聚合酶識

23、別和結合的部位d.抗生素抗性基因的作用是作為標記基因,用于檢測受體細胞中是否導入了目的基因【解析】選b。構建基因表達載體需要用到限制酶和dna連接酶,a正確;用不同種類的載體構建基因表達載體時處理方法是有差別的,b錯誤;啟動子位于基因的首端,是rna聚合酶識別和結合的部位,c正確;抗生素抗性基因的作用就是作為標記基因,用于檢測受體細胞中是否導入了目的基因,d正確。【思維躍遷】5.目前廣泛應用的新型冠狀病毒檢測方法是實時熒光rt-pcr技術。rtpcr是將rna逆轉錄(rt)和cdna的聚合酶鏈式擴增反應相結合的技術,具體過程如圖所示,下列說法不正確的是() a.引物a與引物b應該具有不同的堿基

24、序列b.過程通過控制溫度的變化實現目標序列的循環擴增c.該反應體系中應加入緩沖液、引物、4種核糖核苷酸、逆轉錄酶、耐高溫的dna聚合酶等物質d.該檢測方法的應用依賴于新型冠狀病毒特異性序列的確定【解析】選c。引物a與引物b分別結合在目的片段序列的兩端,其堿基序列不同,a正確;過程為pcr的反應階段,通過控制溫度的變化實現變性、退火、延伸,實現目標序列的循環擴增,b正確;rt-pcr反應體系中應加入緩沖液、引物、4種脫氧核苷酸、逆轉錄酶、耐高溫的dna聚合酶等物質,而不是4種核糖核苷酸,c錯誤;rt-pcr的前提條件是目的片段的特異性序列的確定,d正確。6.(2019全國卷改編)基因工程中可以通

25、過pcr技術擴增目的基因。回答下列問題。(1)生物體細胞內的dna復制開始時,解開dna雙鏈的酶是_。在體外利用pcr技術擴增目的基因時,使反應體系中的模板dna解鏈為單鏈的條件是_。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了dna雙鏈分子中的_。 (2)目前在pcr反應中使用耐高溫的dna聚合酶而不使用大腸桿菌dna聚合酶的主要原因是_。 【解析】(1)體內進行dna復制時,需要解旋酶和dna聚合酶,解旋酶可以打開雙鏈之間的氫鍵,dna聚合酶可以催化磷酸二酯鍵的形成。在體外進行pcr擴增時,利用高溫變性即加熱至90 以上,破壞雙鏈之間的氫鍵,使dna成為單鏈。解旋酶和高溫處理都破壞了dna雙鏈中堿基對

26、之間的氫鍵。(2)由于在pcr過程中,需要不斷地改變溫度,該過程中涉及較高溫度處理,大腸桿菌dna聚合酶在高溫處理下會變性失活,因此pcr過程中需要用耐高溫的dna聚合酶催化。答案:(1)解旋酶加熱至90 以上氫鍵(2)大腸桿菌dna聚合酶在高溫下會失活 【拓展探究】7.家蠶細胞具有高效表達外源基因的能力,將人的干擾素基因導入家蠶細胞并大規模培養可以提取干擾素用于制藥。(1)在人的dna分子上獲取干擾素基因時,要用到限制酶。假設該限制酶能專一性地識別dna上gaattc序列,并在某一位點切割某化學鍵,該化學鍵是()a.氫鍵b.g與c之間的鍵c.a與t之間的鍵d.兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵(2)

27、在此基因工程操作過程中的核心步驟是_。啟動子位于基因的_,是_識別和結合的部位。(3)人的干擾素基因為什么可以在家蠶細胞中進行表達?【解析】(1)限制酶切割的是序列上兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(2)基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建。在基因表達載體上,目的基因的首端是啟動子,這是一段特殊的dna片段,是rna聚合酶識別和結合的位點,啟動目的基因的轉錄。(3)因為自然界中的生物都共用同一套密碼子,所以一種生物的基因可以在另一種生物體內表達。答案:(1)d(2)基因表達載體的構建上游rna聚合酶(3)人和家蠶細胞共用一套密碼子。十三基因工程的基本操作程序 (20分鐘70分)一、選擇題(共7小

28、題,每小題5分,共35分)1.下列有關基因工程相關工具的敘述,正確的是()a.限制酶能識別并切割dna任意序列b.dna連接酶與dna聚合酶作用位點不同c.沒有與目的基因重組的質粒不可以進入受體細胞d.使用質粒載體可以避免目的基因在受體內被分解【解析】選d。限制酶只能識別dna上特定序列并切割;dna連接酶與dna聚合酶作用位點都是磷酸二酯鍵;進入受體細胞的有普通質粒和重組質粒;質粒能夠在宿主細胞內穩定存在,故將目的基因與質粒重組可以避免目的基因在受體內被分解。2.哪些是基因表達載體的必需組成部分()啟動子終止密碼子標記基因目的基因終止子a.b.c.d.【解析】選b。啟動子位于基因表達載體的首

29、端,有了它才能驅動基因轉錄出mrna,最終獲得所需要的蛋白質;終止子相當于一盞紅色信號燈,使轉錄在所需要的地方停止下來;標記基因是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來;目的基因是表達載體上必須具有的結構。3.某研究所的研究人員將生長激素基因通過質粒介導進入大腸桿菌細胞內,產生生長激素。已知質粒中存在兩個抗性基因:a是抗鏈霉素基因,b是抗氨芐青霉素基因,且目的基因要插入基因b中,而大腸桿菌不帶有任何抗性基因。下列敘述正確的是()a.導入大腸桿菌的質粒一定為重組質粒b.rna聚合酶是構建該重組質粒必需的工具酶c.可用含氨芐青霉素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質

30、粒d.在含氨芐青霉素培養基中不能生長,但在含鏈霉素培養基中能生長的可能是符合生產要求的大腸桿菌【解析】選d。導入大腸桿菌的質?？赡転橹亟M質粒,也可能為普通質粒,a項錯誤;構建基因表達載體過程中需要限制酶和dna連接酶,不需要rna聚合酶,b項錯誤;由于目的基因要插入基因b中,即抗氨芐青霉素基因破壞,即工程菌不能抗氨芐青霉素,因此不能用含氨芐青霉素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒,c項錯誤;據分析可知,在含氨芐青霉素培養基中不能生長,但在含鏈霉素培養基中能生長的可能是符合生產要求的大腸桿菌,d項正確。4.以下有關基因工程的敘述,正確的是()a.利用pcr技術可以大量擴增目的基因b.目的基

31、因導入受體細胞最常用的方法是農桿菌轉化法c.用同一種限制酶分別切割載體和目的基因的目的是能夠產生不同的黏性末端d.利用載體上標記基因的相關特性就可檢測出目的基因已導入受體細胞并成功表達【解析】選a。pcr是一種體外迅速擴增dna片段的技術;農桿菌轉化法是將目的基因導入植物細胞最常用的方法;用同一種限制酶分別切割載體和目的基因的目的是能夠產生相同的黏性末端,便于兩者連接;利用載體上標記基因的相關特性可檢測出目的基因已導入受體細胞,但不能確定目的基因是否得以表達。5.中美科學家通過改變一種名為nr2b的基因研制出了轉基因超級小鼠hobbie-j,hobbie-j比普通老鼠更加聰明,大腦運轉更加迅速

32、,它能夠輕松完成迷宮任務。下列關于hobbie-j產生過程的描述,錯誤的是()a.nr2b基因可通過pcr技術進行擴增b.改變后的nr2b基因作為目的基因,可直接注入小鼠受精卵內c.通常采用顯微注射技術將重組質粒導入小鼠受精卵內d.可采用pcr等技術檢測改變后的nr2b基因是否插入小鼠染色體dna【解析】選b。pcr技術可在體外大量擴增目的基因,a正確;改變后的nr2b基因作為目的基因,需要與載體結合后才可導入小鼠受精卵內,b錯誤;將目的基因導入動物細胞常用顯微注射技術,c正確;通過pcr等技術從分子水平檢測目的基因是否插入染色體dna,d正確。6.新型冠狀病毒是一種rna病毒,其基因編碼的結

33、構蛋白一共有5種,分別是s蛋白、核衣殼蛋白n、膜蛋白m、小膜蛋白e和血凝素酯酶he。新型冠狀病毒主要通過s蛋白和人類細胞表面受體ace2蛋白結合,激活細胞內吞并啟動病毒復制程序。下列說法錯誤的是()a.通過藥物引起人類ace2蛋白基因突變,是一個好的防治思路b.s蛋白的結構與功能很可能是疫苗研發與藥物開發中必須關注的重點c.新冠肺炎患者確診可以通過核酸檢測和抗體檢測來實現,但核酸檢測更可信d.如果開發新型冠狀病毒“重組病毒載體疫苗”的話,選擇病毒載體時“安全性”十分重要【解析】選a。通過藥物引起人類ace2蛋白基因突變,會影響細胞的正常代謝,a錯誤;新型冠狀病毒主要通過s蛋白和人類細胞表面受體

34、ace2蛋白結合,激活細胞內吞并啟動病毒復制程序,了解s蛋白的結構與功能有利于疫苗研發與藥物開發,b正確;抗體檢測會出現假陽性,用核酸檢測更可信,c正確;開發新型冠狀病毒“重組病毒載體疫苗”要考慮病毒載體的“安全性”,d正確。【補償訓練】目的基因導入受體細胞后,是否可以穩定維持和表達其遺傳特性,只有通過鑒定與檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測與鑒定的是()檢測受體細胞中是否有目的基因檢測受體細胞中是否有致病基因檢測目的基因是否轉錄出了mrna檢測目的基因是否翻譯成蛋白質a.b.c.d.【解析】選c。檢測受體細胞中是否有目的基因,可以利用pcr技術,正確;基因工程中不需要檢測受體細胞中是否有致病

35、基因,錯誤;檢測目的基因是否轉錄出了mrna,可以利用pcr技術,正確;檢測目的基因是否翻譯成蛋白質,可以利用抗原-抗體雜交技術,正確。7.如圖表示科學家通過基因工程培育抗蟲棉時,從蘇云金芽孢桿菌中提取抗蟲基因“放入”棉花細胞中與棉花的dna分子結合起來而發揮作用的過程示意圖。以下說法正確的是() a.圖中是質粒,步驟常需用到限制酶和dna聚合酶b.圖中是含目的基因的重組ti質粒,步驟是將重組質粒導入棉花細胞c.圖中是農桿菌,通過步驟將目的基因導入植物細胞d.剔除培育成功的抗蟲棉體內的四環素抗性基因會影響抗蟲基因的表達【解析】選c。為質粒,步驟為基因表達載體的構建,常需用到限制酶和dna連接酶

36、,a錯誤;圖中步驟是將重組質粒導入農桿菌細胞,b錯誤;圖中步驟是將目的基因導入植物細胞,c正確;基因的表達具有獨立性,剔除抗蟲棉體內的四環素抗性基因不影響抗蟲基因的表達,d錯誤?！狙a償訓練】番茄葉片受害蟲的損傷后,葉肉細胞迅速合成蛋白酶抑制劑,抑制害蟲的消化作用。人們嘗試將番茄的蛋白酶抑制劑基因導入玉米,以對付猖獗的玉米螟。如圖為培育轉基因抗蟲玉米的流程圖,下列描述正確的是() a.用限制性內切核酸酶切割番茄的dna得到的產物就是蛋白酶抑制劑基因b.用氯化鈣處理玉米受體細胞,有利于含目的基因的重組質粒導入c.重組ti質粒應有rna聚合酶識別和結合的部位,以啟動蛋白酶抑制劑基因的轉錄d.若將目的

37、基因導入玉米花粉細胞,通過花藥離體培養可獲得穩定遺傳的轉基因玉米【解析】選c。目的基因是用限制性內切核酸酶將dna酶切后得到的,需篩選;氯化鈣用于處理細菌細胞;基因成功表達的前提是能轉錄和翻譯,轉錄時需rna聚合酶識別轉錄的起點才能啟動;花藥離體培養得到的是玉米的單倍體,需再用秋水仙素處理單倍體,使染色體加倍才能得到穩定遺傳的轉基因玉米。二、非選擇題(共2小題,共35分)8.(15分)已知甲種農作物因受到乙種昆蟲危害而減產,乙種昆蟲食用某種原核生物分泌的丙種蛋白質后死亡。因此,可將丙種蛋白質基因轉入甲種農作物體內,使甲種農作物獲得抗乙種昆蟲危害的能力。回答下列問題:(1)在利用上述丙種蛋白質基

38、因和質粒載體構建重組質粒的過程中,常需要使用_酶和_酶。(2)將含有重組質粒的農桿菌與甲種農作物的愈傷組織共同培養,篩選出含有丙種蛋白質的愈傷組織,由該愈傷組織培養成的再生植株可抵抗_的危害。(3)若用含有重組質粒的農桿菌直接感染甲種農作物植株葉片傷口,則該植株的種子_(填“含有”或“不含”)丙種蛋白質基因。因為_。【解析】(1)在利用上述丙種蛋白質基因和質粒載體構建重組質粒的過程中,常需使用限制酶和dna連接酶。(2)將含有重組質粒的農桿菌與甲種農作物的愈傷組織共同培養,篩選出含有丙種蛋白質的愈傷組織,由該愈傷組織培養成的再生植株可抵抗乙種昆蟲的危害。(3)若用含有重組質粒的農桿菌直接感染甲

39、種農作物植株葉片傷口,則該植株的種子不含丙種蛋白質基因,因為基因不能跨細胞轉移。答案:(1)限制dna連接(2)乙種昆蟲(3)不含基因不能在體內跨細胞轉移9.(20分)人參是一種名貴藥材,具有良好的滋補作用。口服-干擾素在慢性乙肝、丙肝及部分腫瘤的治療中有一定療效。如圖為科研人員制備能合成干擾素的人參愈傷組織細胞的流程,表示相關的操作,ecor、bamh為限制酶,它們的識別序列及切割位點如表所示。回答下列問題: (1)步驟中,利用pcr技術擴增干擾素基因時,設計引物序列的主要依據是_?？蒲腥藛T還在兩種引物的一端分別加上_和_序列,以便于后續基因的剪切和連接。(2)過程所構建的基因表達載體中未標

40、注出的必需元件還有_,過程中需先用_處理根瘤農桿菌,以便將基因表達載體導入細胞。(3)過程中,科研人員提取愈傷組織細胞的rna后,先通過_過程獲得dna,再進行pcr擴增,若最終未能檢測出干擾素基因,其可能原因是_。(4)科研人員認為,由轉干擾素基因的人參愈傷組織加工成的藥物比單純干擾素的療效要好,其依據是_?！窘馕觥?1)pcr技術的前提條件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根據這一序列合成引物。因此,合成引物時主要依據目的基因(干擾素基因)兩端的部分核苷酸序列。同時,便于后續的剪切和連接,設計引物時還需加上相關限制酶的識別序列,本題中限制酶ecor、bamh的識別序列分別是gaatt

41、c、ggatcc。(2)基因表達載體的組成有目的基因、啟動子、終止子、復制原點和標記基因等。用原核細胞作為受體細胞時,常用ca2+(cacl2)處理,使其成為感受態。(3)從愈傷組織細胞提取rna后,經反轉錄獲得dna。對pcr技術獲得的較多的dna片段進行檢測篩選,未能檢測出干擾素基因,說明在愈傷組織細胞中不含干擾素基因轉錄形成的rna,可能是干擾素基因未能導入,也可能是導入的干擾素基因未轉錄。(4)單純干擾素只起治療的作用,而由轉干擾素基因的人參愈傷組織加工成的藥物既有干擾素的治療作用,又有人參的滋補作用。答案:(1)干擾素基因兩端的部分核苷酸序列gaattcggatcc(2)復制原點ca

42、2+(cacl2)(3)反轉錄導入人參愈傷組織細胞的干擾素基因未能轉錄(或干擾素基因未能導入人參愈傷組織細胞)(4)藥物既有干擾素治療的作用,又有人參的滋補作用 (10分鐘30分)1.(8分)(不定項)藍藻擬核dna上有控制葉綠素合成的chll基因。某科學家通過構建該種生物缺失chll基因的變異株,以研究chll基因對葉綠素合成的控制,技術路線如圖所示。下列相關敘述正確的是() a.過程應使用不同的限制性內切核酸酶b.過程都要使用dna連接酶c.終止密碼子是基因表達載體的重要組成部分d.若操作成功,可用含紅霉素的培養基篩選出該變異株【解析】選a、b、d。限制性內切核酸酶有特異性,過程要切割的d

43、na序列不同,故應使用不同的限制性內切核酸酶;dna連接酶的作用是連接被切開的磷酸二酯鍵,使chll基因、紅霉素抗性基因與質粒結合;基因表達載體由目的基因、啟動子、終止子和標記基因等組成,終止密碼子是mrna上密碼子的一種,表示一次翻譯的結束;變異株中chll基因被重組基因替換,重組基因中有紅霉素抗性基因,故可用含紅霉素的培養基篩選出該變異株?！狙a償訓練】“x基因”是dna分子上一個有遺傳效應的片段,若要用pcr技術特異性地拷貝“x基因”,需在pcr反應中加入兩種引物(注:引物的作用是與模板鏈形成雙鏈后在dna聚合酶的作用下就可以繼續鏈的延伸),兩種引物及其與模板鏈的結合位置如圖甲所示。經4輪

44、循環后產物中有五種不同的dna分子,如圖乙所示,其中第種dna分子有() a.8個b.6個c.4個d.2個【解析】選a。由圖分析可知:x基因第一次復制得到2個兩種dna分子:和;x基因第二次復制得到4個四種dna分子:復制得和、復制得和;x基因第三次復制得到8個五種dna分子:復制得和、復制得和、復制得和、復制得和;x基因第四次復制得到16個五種dna分子:復制得和、2個復制得2個和2個、2個復制得2個和2個、2個復制得到4個。從上面的推測可知,第四輪循環產物中有8個?！緦嶒炋骄俊?.(22分)如圖1表示我國自主研發的轉基因抗蟲水稻“華恢1號”的主要培育流程,請據圖回答: (1)殺蟲基因通過,

45、最終在宿主細胞內維持穩定和表達的過程叫做_;其中_(填標號)是轉基因抗蟲水稻的核心步驟,需要的工具酶是_、_。(2)“華恢1號”的培育過程應用的主要生物技術有_、_。(3)構建重組質粒時,常用ti質粒作為載體,是因為ti質粒上具有t-dna,它能把目的基因整合到受體細胞(植株細胞)中_上。(4)圖2是天然土壤農桿菌ti質粒結構示意圖(部分基因及部分限制酶作用位點),組建理想的載體需要對天然的質粒進行改造,據圖分析:人工改造質粒時,要使抗蟲基因表達,還應插入_,其作用是_。人工改造質粒時,先用限制酶處理,可以去除質粒上的_基因和_基因(填圖2質粒上的基因名稱),保證重組質粒進入水稻細胞后不會促進細胞的分裂和生長;然后再用限制酶分別切割經過改造的理想