1、阶段复习课 知识整合知识整合思维脉图思维脉图 主题归纳主题归纳能力培优能力培优 主题一主题一 基因工程的操作程序基因工程的操作程序 【典题示范典题示范】 某种质粒上有某种质粒上有SalSal、HindHind、BamBamHH三种限制酶切割位点三种限制酶切割位点, ,它们的识别序列它们的识别序列 和黏性末端各不相同和黏性末端各不相同, ,该质粒同时含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。科该质粒同时含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。科 学家利用此质粒培育转基因抗盐作物学家利用此质粒培育转基因抗盐作物, ,提高粮食种植面积取得重大进展。其培提高粮食种植面积取得重大进展。其培 育过程如图所示育过程如
2、图所示, ,请回答下列问题。请回答下列问题。 (1)(1)在构建重组质粒时在构建重组质粒时, ,应选用应选用_两种酶对质粒和含抗盐基因的两种酶对质粒和含抗盐基因的DNADNA 进行切割进行切割, ,以保证重组质粒序列的唯一性。以保证重组质粒序列的唯一性。 (2)(2)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农 杆菌杆菌, ,下图表示运用影印培养法下图表示运用影印培养法( (使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌 落的一种接种培养方法落的一种接种培养方法) )检测重组质粒是
3、否导入了土壤农杆菌。检测重组质粒是否导入了土壤农杆菌。 培养基除了含有土壤农杆菌生长繁殖必需的成分和琼脂外培养基除了含有土壤农杆菌生长繁殖必需的成分和琼脂外, ,培养基培养基A A和培养基和培养基B B 分别还要含有分别还要含有_、_。从检测筛选的结果分析。从检测筛选的结果分析, ,含有含有 目的基因的是目的基因的是_( (填数字填数字) )菌落中的细菌。菌落中的细菌。 (3)(3)为了确定抗盐作物是否培育成功为了确定抗盐作物是否培育成功, ,要用要用_等方法在分子水平进等方法在分子水平进 行检测行检测, ,还要从个体水平用还要从个体水平用_( (方法方法) )鉴定作物的耐盐鉴定作物的耐盐 性
4、。性。 (4)(4)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整植株需要用组织培养技术将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整植株需要用组织培养技术, ,组织培组织培 养技术依据的原理是养技术依据的原理是_。 (5)(5)将抗盐基因导入作物细胞内将抗盐基因导入作物细胞内, ,使作物具有了抗盐性状使作物具有了抗盐性状, ,这种变异类型属于这种变异类型属于 _。 【解析解析】(1)(1)质粒和含有目的基因的外源质粒和含有目的基因的外源DNADNA分子上都含有分子上都含有SalSal、HindHind 、 BamBamHH三种限制酶切割位点三种限制酶切割位点, ,其中其中BamBamHH的切割位点位于目的基因上的切
5、割位点位于目的基因上, ,用该酶用该酶 切割会破坏目的基因切割会破坏目的基因; ;若只用若只用SalSal一种限制酶切割可能会导致目的基因与运一种限制酶切割可能会导致目的基因与运 载体反向连接载体反向连接; ;因此在构建重组质粒时因此在构建重组质粒时, ,应选用应选用SalSal和和HindHind 两种限制酶对两种限制酶对 质粒和抗盐基因的质粒和抗盐基因的DNADNA进行切割进行切割, ,以保证重组质粒序列的唯一性。以保证重组质粒序列的唯一性。 (2)(2)用用SalSal和和HindHind 两种限制酶对质粒进行切割时两种限制酶对质粒进行切割时, ,会破坏四环素抗性基因会破坏四环素抗性基因
6、, , 但不会破坏氨苄青霉素抗性基因但不会破坏氨苄青霉素抗性基因, ,因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青 毒素的培养基上能生存毒素的培养基上能生存, ,但不能在含有四环素培养基上生存但不能在含有四环素培养基上生存, ,所以培养基所以培养基A A和培和培 养基养基B B分别还含有氨苄青霉素、四环素分别还含有氨苄青霉素、四环素, ,含目的基因的是含目的基因的是4 4和和6 6菌落中的细菌。菌落中的细菌。 (3)(3)利用利用PCRPCR可在分子水平上进行检测可在分子水平上进行检测, ,除了从分子水平上进行检测除了从分子水平上进行检测, ,还可以从还可以从
7、个体水平上进行鉴定个体水平上进行鉴定, ,即用一定浓度的盐水浇灌作物来鉴定作物的耐盐性。即用一定浓度的盐水浇灌作物来鉴定作物的耐盐性。 (4)(4)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术, , 组织培养技术依据的原理是细胞的全能性。组织培养技术依据的原理是细胞的全能性。 (5)(5)将抗盐基因导入作物细胞内将抗盐基因导入作物细胞内, ,使作物具有了抗盐性状使作物具有了抗盐性状, ,这属于基因工程技术这属于基因工程技术, , 变异类型是基因重组。变异类型是基因重组。 答案答案: :(1)(1)SalSal、Hi
8、ndHind (2)(2)氨苄青霉素氨苄青霉素 四环素四环素 4 4和和6 6 (3)PCR(3)PCR 一定浓一定浓 度的盐水浇灌作物度的盐水浇灌作物( (将作物移栽到盐碱地中种植将作物移栽到盐碱地中种植) ) (4)(4)细胞的全能性细胞的全能性 (5)(5) 基因重组基因重组 【答题关键答题关键】 基因工程的原理和操作程序基因工程的原理和操作程序: : 1.1.基因工程原理基因工程原理: :基因重组。基因重组。 2.2.操作程序操作程序: : 【类题精练类题精练】 1.(20201.(2020烟台高二检测烟台高二检测) )某研究小组计划通过多聚酶链式反应某研究小组计划通过多聚酶链式反应(
9、PCR)(PCR)扩增获得扩增获得 目的基因目的基因, ,构建转基因工程菌构建转基因工程菌, ,下列有关下列有关PCRPCR扩增过程相关叙述不正确的是扩增过程相关叙述不正确的是 ( ( ) ) A.A.为方便构建重组质粒为方便构建重组质粒, ,在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点 B.B.设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对, ,而造成引物自连而造成引物自连 C.PCRC.PCR扩增时扩增时, ,复性时温度的设定与引物长度、碱基组成无关复性时温度的设定与引物长度、碱基组成无关 D.D.如果如果PCR
10、PCR反应得不到任何扩增产物反应得不到任何扩增产物, ,则需要降低退火温度或重新设计引物则需要降低退火温度或重新设计引物 【解析解析】选选C C。构建重组质粒。构建重组质粒, ,首先要用限制性内切核酸酶切割含目的基因的首先要用限制性内切核酸酶切割含目的基因的 DNADNA片段和质粒片段和质粒, ,所以位于目的基因两端的引物中需要增加适当的限制性内切所以位于目的基因两端的引物中需要增加适当的限制性内切 核酸酶位点核酸酶位点,A,A正确正确; ;设计的引物之间不能有碱基互补配对设计的引物之间不能有碱基互补配对, ,否则会导致引物自否则会导致引物自 连连, ,而不能与模板相连而不能与模板相连,B,B
11、正确正确;PCR;PCR扩增时扩增时, ,复性时温度的设定与引物长度、碱复性时温度的设定与引物长度、碱 基组成有关基组成有关, ,因为不同长度和碱基组成的引物中氢键数量不同因为不同长度和碱基组成的引物中氢键数量不同,C,C错误错误;PCR;PCR反应反应 得不到任何扩增产物得不到任何扩增产物, ,可能是退火温度过高可能是退火温度过高, ,导致引物与模板不能相连导致引物与模板不能相连; ;或引物或引物 间相互配对间相互配对, ,引物自连引物自连, ,不能与模板相连不能与模板相连, ,可通过降低退火温度或重新设计引物可通过降低退火温度或重新设计引物 进行改进进行改进,D,D正确。正确。 2.B2.
12、B基因存在于水稻基因组中基因存在于水稻基因组中, ,仅在体细胞和精子中正常表达仅在体细胞和精子中正常表达, ,在卵细胞中不转在卵细胞中不转 录。为研究录。为研究B B基因表达对卵细胞的影响基因表达对卵细胞的影响, ,设计了如下实验来获取能够在卵细胞设计了如下实验来获取能够在卵细胞 中表达中表达B B基因的转基因植株。下列关于该实验的叙述基因的转基因植株。下列关于该实验的叙述, ,不正确的是不正确的是 ( ( ) ) 注注: :启动子启动子 指可在水稻卵细胞中启动转录的启动子 指可在水稻卵细胞中启动转录的启动子; ; LucLuc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光。基因表达的荧光素酶能催化荧
13、光素产生荧光。 A.BA.B基因在水稻卵细胞中不转录基因在水稻卵细胞中不转录, ,可能是可能是B B基因的启动子在卵细胞中无法启动转基因的启动子在卵细胞中无法启动转 录录 B.B.可从水稻体细胞和精子中提取可从水稻体细胞和精子中提取mRNAmRNA构建构建cDNAcDNA文库文库, ,从中获得从中获得B B基因中编码蛋基因中编码蛋 白的序列白的序列 C.C.过程在培养基中应加入卡那霉素以检测过程在培养基中应加入卡那霉素以检测T T- -DNADNA是否整合到水稻细胞染色体是否整合到水稻细胞染色体 DNADNA上上 D.D.在鉴定和筛选转基因植株时在鉴定和筛选转基因植株时, ,可以检测加入荧光素
14、的该植株卵细胞中是否发可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发 出荧光出荧光 【解析解析】选选C C。启动子是与。启动子是与RNARNA聚合酶结合并能启动聚合酶结合并能启动mRNAmRNA合成的序列合成的序列, ,所以所以B B基基 因在水稻卵细胞中不能转录因在水稻卵细胞中不能转录, ,可能是可能是B B基因的启动子在卵细胞中无法启动转基因的启动子在卵细胞中无法启动转 录录,A,A正确正确; ;目的基因获取途径之一就是从目的基因获取途径之一就是从cDNAcDNA文库中获得文库中获得,B,B正确正确; ;检测检测T T- -DNADNA是是 否整合到水稻细胞染色体否整合到水稻细胞染色体DNADN
15、A上上, ,应该用应该用PCRPCR等等,C,C错误错误; ;由于基因表达载体上有由于基因表达载体上有 LucLuc基因基因, ,其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光, ,所以在鉴定和筛选转基因所以在鉴定和筛选转基因 植株时植株时, ,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光,D,D正确。正确。 主题二主题二 基因工程与蛋白质工程基因工程与蛋白质工程 【典题示范典题示范】 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质干扰素是动物体内合成的一种蛋白质, ,可以用于治疗病毒感染和癌症可以用于治疗病毒感染和癌症, ,但体但体
16、 外保存相当困难外保存相当困难, ,如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸, ,就可以在就可以在- -70 70 条件下保存半年条件下保存半年, ,给广大患者带来了福音。给广大患者带来了福音。 (1)(1)蛋白质的合成是受基因控制的蛋白质的合成是受基因控制的, ,因此获得能够控制合成“可以保存的干扰因此获得能够控制合成“可以保存的干扰 素”的基因是生产的关键素”的基因是生产的关键, ,依据蛋白质工程原理依据蛋白质工程原理, ,设计实验流程设计实验流程, ,让动物生产让动物生产 “可以保存的干扰素”“可以保存的干扰素”: : (2)(2)基因工程和蛋白质工程
17、相比较基因工程和蛋白质工程相比较, ,基因工程在原则上只能生产基因工程在原则上只能生产_ 的蛋白质的蛋白质, ,不一定符合不一定符合_的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结 构规律及其与生物功能的关系为基础构规律及其与生物功能的关系为基础, ,通过通过_或或_, ,对对 现有蛋白质进行现有蛋白质进行_, ,或制造一种新的蛋白质或制造一种新的蛋白质, ,以满足人类的生产以满足人类的生产 和生活需要。和生活需要。 (3)(3)蛋白质工程实施的难度很大蛋白质工程实施的难度很大, ,原因是蛋白质具有十分复杂的原因是蛋白质具有十分复杂的_ 结构。结构。 (4)(4)
18、对天然蛋白质进行改造对天然蛋白质进行改造, ,应该直接对蛋白质分子进行操作应该直接对蛋白质分子进行操作, ,还是通过对基因还是通过对基因 的操作来实现的操作来实现? ?_。原因是。原因是 _。 【解析解析】(1)(1)蛋白质工程的基本途径是蛋白质工程的基本途径是: :从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期设计预期 的蛋白质结构的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列( (基基 因因) )。 (2)(2)基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质, ,但不一定能满足人们生产但不一定
19、能满足人们生产 和生活的需要和生活的需要; ;蛋白质工程的定义是蛋白质工程的定义是: :以蛋白质分子的结构规律及其与生物功以蛋白质分子的结构规律及其与生物功 能的关系作为基础能的关系作为基础, ,通过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因通过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因 合成合成, ,对现有蛋白质进行改造对现有蛋白质进行改造, ,或制造一种新的蛋白质或制造一种新的蛋白质, ,以满足人类对生产和生以满足人类对生产和生 活的需求。活的需求。 (3)(3)蛋白质是大分子化合物蛋白质是大分子化合物, ,具有十分复杂的空间结构。具有十分复杂的空间结构。 (4)(4)对天然蛋白质
20、的改造对天然蛋白质的改造, ,应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造, ,原原 因有以下几个方面因有以下几个方面: :任何一种天然蛋白质都是由基因编码的任何一种天然蛋白质都是由基因编码的, ,改造了基因也改造了基因也 就是对蛋白质进行了改造就是对蛋白质进行了改造; ;改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。 如果对蛋白质直接改造如果对蛋白质直接改造, ,即使改造成功即使改造成功, ,被改造过的蛋白质分子也无法遗传被改造过的蛋白质分子也无法遗传; ; 对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作对基因
21、进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作, ,难度要小得多。难度要小得多。 答案答案: :(1)(1)预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 预期的蛋白质结构预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列 相对相对 应的脱氧核苷酸序列应的脱氧核苷酸序列( (基因基因) ) (2)(2)自然界已存在自然界已存在 人类生产和生活人类生产和生活 基因修饰基因修饰 基因合成基因合成 改造改造 (3)(3)空间空间( (或高级或高级) ) (4)(4)应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 首先首先, ,任何一种天然蛋任何一种天然蛋 白质都是由基因编码的白质都
22、是由基因编码的, ,改造了基因也就是改造了蛋白质改造了基因也就是改造了蛋白质, ,并且改造过的蛋白并且改造过的蛋白 质可以通过改造过的基因遗传给下一代。如果对蛋白质直接改造质可以通过改造过的基因遗传给下一代。如果对蛋白质直接改造, ,即使改造成即使改造成 功功, ,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传被改造过的蛋白质分子还是无法遗传; ;其次其次, ,对基因进行改造比对蛋白质直对基因进行改造比对蛋白质直 接进行改造要容易操作接进行改造要容易操作, ,难度要小得多难度要小得多 【答题关键答题关键】蛋白质工程和基因工程的比较蛋白质工程和基因工程的比较 项目项目 蛋白质工程蛋白质工程 基因工程基因工程
23、过程过程 预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的蛋白设计预期的蛋白 质结构质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列获获 得所需要的蛋白质得所需要的蛋白质 获取目的基因获取目的基因构建基因表达构建基因表达 载体载体将目的基因导入受体细将目的基因导入受体细 胞胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 实质实质 定向改造或生产人类所需的蛋白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定向改造生物的遗传特性, ,以获以获 得人类所需的生物类型或生物得人类所需的生物类型或生物 产品产品 结果结果 可生产自然界没有的蛋白质可生产自然
24、界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质 联系联系 蛋白质工程是在基因工程基础上蛋白质工程是在基因工程基础上, ,延伸出来的第二代基因工程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 【类题精练类题精练】 1.1.科研人员利用相关技术改变了胰岛素科研人员利用相关技术改变了胰岛素B B链的第链的第9 9位氨基酸位氨基酸, ,从而避免了胰岛素从而避免了胰岛素 结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中, ,不正确的是不正确的是 ( (
25、 ) ) A.A.胰岛素的本质是蛋白质胰岛素的本质是蛋白质, ,不宜口服不宜口服 B.B.可通过测定可通过测定DNADNA的序列确定突变是否成功的序列确定突变是否成功 C.C.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 D.D.该过程的操作对象是胰岛素分子该过程的操作对象是胰岛素分子 【解析解析】选选D D。胰岛素的本质是蛋白质。胰岛素的本质是蛋白质, ,只能注射只能注射, ,不宜口服不宜口服,A,A正确正确; ;可通过测可通过测 定定DNADNA的序列确定突变是否成功的序列确定突变是否成功,B,B正确正确; ;通过改变氨基酸对胰岛素结构的改造通过改变氨基酸对胰岛素结构的
26、改造 属于蛋白质工程属于蛋白质工程,C,C正确正确; ;蛋白质工程属于基因工程蛋白质工程属于基因工程, ,蛋白质工程的操作对象是蛋白质工程的操作对象是 基因基因,D,D错误。错误。 2.2.某种植物甲的某种植物甲的A A基因编码的蛋白质富含赖氨酸基因编码的蛋白质富含赖氨酸, ,科研人员欲通过转基因技术科研人员欲通过转基因技术 培育富含赖氨酸的玉米培育富含赖氨酸的玉米, ,提高玉米的营养价值。请回答下列问题提高玉米的营养价值。请回答下列问题: : (1)(1)从植物甲提取相关的从植物甲提取相关的_后后, ,通过逆转录技术合成通过逆转录技术合成cDNAcDNA片段片段, ,利利 用用_技术扩增目的
27、基因。技术扩增目的基因。 (2)(2)直接导入的直接导入的cDNAcDNA无法在玉米细胞内正常表达无法在玉米细胞内正常表达, ,原因是基因表达载体缺少原因是基因表达载体缺少 _( (答出一点即可答出一点即可) )。 (3)(3)将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织, ,这些细胞可在含这些细胞可在含_( (填填 植物激素植物激素) )的培养基上诱导培养的培养基上诱导培养, ,形成愈伤组织。挑取部分愈伤组织形成愈伤组织。挑取部分愈伤组织, ,用用 _技术技术, ,检测目的基因是否导入玉米细胞并转录。检测目的基因是否导入玉米细胞并转录。 (4)(4)改造玉米的改造玉米
28、的B B基因也可能产生富含赖氨酸的蛋白质基因也可能产生富含赖氨酸的蛋白质, ,具体的思路是先设计预具体的思路是先设计预 期的蛋白质结构期的蛋白质结构, ,其次推测出多肽链中的其次推测出多肽链中的_, ,再在再在B B基因上改造对基因上改造对 应的应的_。 【解析解析】(1)(1)从植物甲中获取目的基因的方法为从植物甲中获取目的基因的方法为: :从植物甲从植物甲 提取提取A A基因的基因的mRNAmRNA后后, ,通过逆转录技术合成通过逆转录技术合成cDNAcDNA片段片段, ,利用利用PCRPCR技术扩增目的基技术扩增目的基 因。因。 (2)(2)直接导入的直接导入的cDNAcDNA由于缺少相
29、关的启动子由于缺少相关的启动子( (或终止子或终止子),),故无法在玉米细胞内故无法在玉米细胞内 正常表达正常表达, ,所以构建的基因表达载体必须包含相关的启动子所以构建的基因表达载体必须包含相关的启动子( (或终止子或终止子) )。 (3)(3)将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织, ,将这些细胞在含有生长素和细胞将这些细胞在含有生长素和细胞 分裂素的培养基上进行诱导培养分裂素的培养基上进行诱导培养, ,形成愈伤组织。为了检测愈伤组织细胞中的形成愈伤组织。为了检测愈伤组织细胞中的 目的基因是否成功导入并转录目的基因是否成功导入并转录, ,需要用分子杂交技术来实
30、现。需要用分子杂交技术来实现。 (4)(4)如果对玉米的如果对玉米的B B基因进行改造也可能产生富含赖氨酸的蛋白质基因进行改造也可能产生富含赖氨酸的蛋白质, ,具体的思路具体的思路 是先设计预期的蛋白质结构是先设计预期的蛋白质结构, ,其次推测出多肽链中的氨基酸序列其次推测出多肽链中的氨基酸序列, ,然后推测出然后推测出 相关的脱氧核苷酸序列相关的脱氧核苷酸序列, ,进而根据该序列对进而根据该序列对B B基因中相应的脱氧核苷酸序列进基因中相应的脱氧核苷酸序列进 行改造。行改造。 答案答案: :(1)mRNA(1)mRNA PCRPCR (2)(2)启动子启动子( (或终止子或终止子) ) (3)(3)生长素和细胞分裂素生长素和细胞分裂素 分子杂交分子杂交 (4)(4)氨基酸序列氨基酸序列 脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列
