1、基 因 工 程1.(15分)如图为某种质粒结构简图,小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoR 、Bam H的酶切位点,ampR为青霉素抗性基因,tetR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EcoR 、 BamH 在内的多种酶的酶切位点。据图回答:(1)质粒的本质是_,一般取自_(填生物)。(2)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切割,酶切产物用_酶进行连接后,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_种。(3)把上述连接物导入无任何抗药性的细菌细胞中,之后将这些受体细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的细菌细胞所含有的连接产物是载体
2、载体连接物;若接种到含青霉素的培养基中,能生长的细菌细胞所含有的连接产物是_。(4)在上述实验中,为了防止目的基因和质粒在酶切后产生的末端发生任意连接,酶切时应选用的酶是_。(5)利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A.在受体细胞中检测到了外源基因 B.在大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其转录成的mRNAC.在山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的分解产物氨基酸D.在转入了人胰岛素原的大肠杆菌细胞中检测到了人胰岛素原2.(10分)(2018南京模拟)科研人员通过基因工程等技术,培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻,改良了稻
3、米的营养品质。如图为培育转基因水稻过程示意图,请分析回答:(1)基因工程的核心步骤是_,重组Ti质粒上的潮霉素抗性基因属于_。(2)下列关于DNA连接酶的理解正确的是_。A.其化学本质是蛋白质B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C.它不能被反复利用D.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶(3)为筛选出含重组Ti质粒的愈伤组织,应在培养基2中添加适量的_,图中由开花后水稻未成熟的胚转变为愈伤组织的过程为_。(4)检测培育转基因水稻的目的是否达到,需要检测转基因水稻_。3.(10分)已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产,乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此,可
4、将丙种蛋白质基因转入甲种农作物体内,使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。回答下列问题:(1)为了获得丙种蛋白质的基因,在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上,推测出丙种蛋白质的_序列,据此可利用_方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用_方法。(2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织,由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗_的危害。(3)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口,则该植株的种子_(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。4.(15分)(2018嘉兴模拟)科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组,并在大肠杆菌中成功表
5、达。如图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请据图回答问题:(1)步骤和中常用的工具酶是_和_。(2)图中质粒上有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因两个标记基因,经过和步骤后,有些质粒上的_基因内插入了外源目的基因,形成重组质粒,由于目的基因的分隔使得该抗性基因失活。(3)步骤是将重组质粒导入大肠杆菌的过程,该过程应该用_处理大肠杆菌。(4)步骤:将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养,目的是筛选_,能在C中生长的大肠杆菌有_种。(5)步骤:用无菌牙签挑取C上的单个菌落,分别接种到D(含氨苄青霉素和四环素)和E(含四环素)两个培养基的相同位置上,一段时间后,菌落的生长
6、状况如图所示,含目的基因的菌落位于_(填“D”或“E”)上。【加固训练】北极比目鱼中含有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白由11个氨基酸的重复序列构成,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,据图回答下列问题:(1)图中的是通过_方法获取了目的基因,图中的过程需要用到的酶是_和DNA连接酶。(2)下列不能检验目的基因是否成功导入受体细胞的是_(A.检测受体细胞是否有质粒B.检测受体细胞是否含有目的基因C.检测受体细胞是否含有目的基因的表达产物D.检测受体细胞是否含有目的基因转录出的mRNA)。(3)成功导入了重组质粒的番茄组织块在愈伤组织形成后,将含有愈伤组织培养物
7、的试管放在_上,通过_培养可以分散成胚性细胞。(4)为了检测抗冻番茄植株是否成功培育,应将该植株放在_环境中培养。1.【解析】(1)基因工程中常用的质粒是存在于细胞质中的小型环状DNA分子,一般从细菌中获取。(2)将含有目的基因的DNA与质粒用EcoR酶切开后,可形成许多有相同末端的DNA片段,再用DNA连接酶连接起来,可形成目的基因与目的基因、目的基因与载体、载体与载体连接的重组DNA分子,而基因工程所需要的是目的基因与载体的连接物,所以需对以上三种DNA分子片段进行分离提纯,以获得基因工程所需要的重组DNA分子。(3)目的基因与目的基因的连接物不含四环素抗性基因,目的基因与载体的连接物因目
8、的基因的插入,破坏了四环素抗性基因,因此这两种连接物导入细菌细胞后,这些受体细胞不能在含有四环素的培养基中生长;只有含有载体与载体的受体细胞因含有完整的抗四环素基因而能在含有四环素的培养基中生长。而载体与载体连接物、目的基因与载体的连接物都含有完整的青霉素抗性基因,所以可生活在含有青霉素的培养基上。(4)为了防止目的基因与质粒的任意连接,可同时选用EcoR与BamH切割目的基因和质粒,这样形成的目的基因的两个末端有不同的核苷酸序列,而质粒的两个末端也是不同的核苷酸序列,这样就能保证目的基因只能与质粒结合了。(5)目的基因在受体细胞中存在并不意味着目的基因一定表达,所以需要进行筛选。此题一定要注
9、意题干中的“目的基因完成了在受体细胞中表达”,意指表达出了目的基因的终产物而不是中间物质。答案:(1)DNA分子细菌(2)DNA连接3(3)目的基因载体连接物、载体载体连接物(4)EcoR 、BamH(5)D2.【解析】(1)基因工程的核心步骤是形成重组DNA分子,据题可知铁结合蛋白基因为目的基因,潮霉素抗性基因属于标记基因,便于筛选。(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质,A正确;DNA连接酶恢复的是DNA分子中的磷酸二酯键,B错误;限制酶和DNA连接酶能被反复利用,C错误;DNA聚合酶的功能是将单个脱氧核苷酸聚合形成DNA链,而DNA连接酶连接DNA片段,因此在基因工程操
10、作中不可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶,D错误。(3)质粒上的标记基因为潮霉素抗性基因,因此为筛选出含重组质粒的愈伤组织,应在培养基2中添加适量的潮霉素。水稻未成熟的胚转变为愈伤组织的过程为脱分化。(4)检测培育转基因水稻的目的是否达到,需要检测转基因水稻种子中的铁含量。答案:(1)形成重组DNA分子标记基因(2)A(3)潮霉素脱分化(4)种子中的铁含量(写出铁含量即可)3.【解析】(1)获取目的基因的方法主要有基因文库获取法、PCR技术扩增法和化学合成法三种。已知丙种蛋白质氨基酸序列,可通过推测丙种蛋白质的基因序列,然后利用化学方法人工合成丙种蛋白质基因。(2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种
11、农作物的愈伤组织共同培养,可筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织,而后培养出抗乙种昆虫的植株。(3)若只用重组质粒感染甲种农作物叶片伤口,可在叶片组织中筛选出含丙种蛋白质的细胞,由于该重组质粒感染的是体细胞,故该植株的种子中不含丙种蛋白质基因。答案:(1)基因化学基因文库、PCR(答其中一种或其他合理答案也可)(2)乙种昆虫(3)不含4.【解析】(1)图中表示用限制性核酸内切酶切割质粒;表示形成重组DNA分子的过程;表示将目的基因导入受体细胞;表示目的基因的检测和表达。步骤用限制性核酸内切酶将质粒切割开形成粘性末端,再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接起来。(2)由图中限制性核酸内切酶切割位置可知,
12、目的基因插入的位置是氨苄青霉素抗性基因中。(3)步骤是基因工程的第三步:将目的基因导入大肠杆菌(受体细胞),为了促进该过程,用CaCl2溶液处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞。(4)培养基C是选择培养基,培养基中含四环素,专一筛选含四环素抗性基因的大肠杆菌,能在C中生长的大肠杆菌有两种:只含有四环素抗性基因的大肠杆菌(导入重组质粒);含四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因的大肠杆菌(未导入重组质粒)。(5)培养基D中生长的大肠杆菌能抵抗四环素和氨苄青霉素,而E中生长的菌落只抗四环素,所以在E中对应区域(D中没有菌落的部位)的菌株为转基因大肠杆菌。答案:(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)氨苄青
13、霉素抗性(3)CaCl2溶液(4)含四环素抗性基因的大肠杆菌(回答含目的基因的大肠杆菌不可)两(5)E【解析】(1)图中的过程是通过反转录法获取目的基因的过程,该过程是通过化学合成法获取了目的基因,图中的过程是基因表达载体的构建过程,该过程中需要用到的酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(2)检测受体细胞是否含有目的基因、检测受体细胞是否含有目的基因的表达产物、检测受体细胞是否含有目的基因转录出的mRNA,均能检测目的基因是否成功导入受体细胞;而通过检测受体细胞是否有质粒不能检测目的基因是否成功导入受体细胞。(3)成功导入了重组质粒的番茄组织块在愈伤组织形成后,将含有愈伤组织培养物的试管放在摇床上,通过液体悬浮培养可以分散成胚性细胞。(4)为了检测抗冻番茄植株是否成功培育,应将该植株放在低温环境中培养。答案:(1)化学限制性核酸内切酶(2)A(3)摇床液体悬浮(4)低温(寒冷)
