1、课时作业(三十六)第36讲基因工程时间 / 30分钟基础巩固1.回答利用农杆菌转化法培育转基因植物的相关问题:(1)培育转基因植物过程的核心步骤是构建基因表达载体,其目的是使目的基因在受体细胞中,并且可以通过复制遗传给下一代,同时,使目的基因表达和发挥作用。(2)构建基因表达载体时,可利用DNA连接酶连接被限制酶切开的键。(3)组成基因表达载体的单体是。基因表达载体中的启动子是识别和结合的部位,这种结合完成后才能驱动目的基因通过(填过程)合成mRNA。(4)用两种限制酶Xba 和Sac (两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA,获得含目的基因的片段。若利用该片段构建基因表达载体,应选用图K36
2、-1中的何种Ti质粒?。图K36-12.2017江苏南通二模 下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图K36-2中甲、乙中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的不再重复标注。请回答下列问题。限制酶BamHBclSau3AHind识别序列及切割位点GGATCCCCTAGGTGATCAACTAGTGATCCTAGAAGCTTTTCGAA 甲乙图K36-2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用限制酶为,酶切后的载体和目的基因片段通过酶作用后,获得重组质粒。(2)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端可直接被DNA连接酶连接,原因是,这两种酶(填“都能”“都不能”或“只有一
3、种能”)切开连接的部位,原因是。(3)若用Sau3A切割图甲质粒最多可能获得种大小不同的DNA片段。(4)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图乙中的。3.2017河南濮阳第一次调研 中国科研人员首次将与Fib-H基因类似的人工丝蛋白基因,导入被敲除Fib-H基因的蚕卵体内,意味着对蚕卵的基因改造获得成功。当它们长大后,吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。通过这种技术还可以让家蚕在吐丝的同时,按照实际需要吐出其他蛋白。含有人工合成丝蛋白的蚕茧,能发出绿色荧光,且比正常的蚕茧更加轻薄。请回答下列问题:(1)获得人工合成丝蛋白
4、是通过工程,对进行改造,最终合成人工丝蛋白,以满足人类生产和生活的需求。与基因工程相比较,蛋白质工程产物具备的特点是。基因敲除是一种特殊的基因重组技术,即将外源目的基因导入细胞从而干扰该细胞内某一基因的功能。将目的基因导入家蚕卵细胞的方法是,此处蚕卵是指蚕的。(2)将人工丝蛋白基因导入蚕卵体内之前,需要进行的核心步骤是,其目的是使该基因在蚕卵中,并且可以遗传给下一代,同时,使其能够表达和发挥作用。(3)绿色荧光蛋白基因可以作为,用于鉴别和筛选蚕卵中是否含有人工丝蛋白基因。能力提升4.2017广东佛山一模 复合型免疫缺陷症(SCID)患者缺失ada基因。利用基因疗法将人正常ada基因转入患者自身
5、T细胞,可改善患者的免疫功能。如图K36-3显示该基因疗法的两个关键步骤。回答下列问题:(1)图中所示获取人正常ada基因的方法是,若要大量获取该基因,可通过PCR技术进行扩增。与细胞内DNA复制过程相比,PCR技术的不同点有(答出两点)。(2)步骤是。在该步骤中,病毒作为起作用,需使用的工具酶有。图K36-3(3)完成步骤后,在体外将人正常ada基因导入患者自身的T细胞。此后,在将该T细胞重新输入患者体内之前,还必须完成的操作是。5.某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下:材料处理:称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份,每份10 g。剪碎后分成两组,一组置于20 条件下,另一
6、组置于-20 条件下,保存24 h。DNA粗提取:第一步:将上述材料分别放入研钵中,各加入15 mL研磨液,充分研磨。用两层纱布过滤,取滤液备用。第二步:先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液,再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液,然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌,使絮状物缠绕在玻璃棒上。第三步:取6支试管,分别加入等量的2 mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测:在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂。混合均匀后,置于沸水中加热5 min,待试管冷却后比较溶液的颜色深浅,结果如下表:材料保存温度花菜辣椒蒜黄20 +-20 +(注:“+”越多表示蓝色越深。)分析上述实验过程,
7、回答下列问题:(1)该探究性实验课题名称是。(2)第二步中“缓缓地”搅拌,这是为了减少。(3)根据实验结果,得出结论并分析。结论1:与20 相比,相同实验材料在-20 条件下保存,DNA的提取量较多。结论2:。针对结论1,请提出合理的解释:。(4)氯仿密度大于水,能使蛋白质变性沉淀,与水和DNA均不相溶,且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度,依据氯仿的特性,在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是。然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。综合拓展6.2017湖南衡阳一模 基因敲除是应用DNA重组原理发展起来的一门新兴技术。“基因敲除细胞”的构建过程如下:第一步:从小鼠囊胚中
8、分离出胚胎干(ES)细胞,在培养基中扩增。这些细胞中需要改造的基因称为靶基因。第二步:构建基因表达载体。取与靶基因序列同源的目的基因(同源臂),在同源臂上接入neoR(新霉素抵抗基因)等。由于同源臂与靶基因的DNA正好配对,所以能像“准星”一样,将表达载体准确地带到靶基因的位置。第三步:将表达载体导入胚胎干细胞,并与其内靶基因同源重组,完成对胚胎干细胞的基因改造。第四步:对基因改造后的胚胎干细胞进行增殖、筛选。基本原理如图K36-4所示:图K36-4请根据上述资料,回答下列问题:(1)实施基因工程的核心步骤是,基因表达载体中的是位于基因首端的有特殊结构的DNA片段;在构建的过程中所需要的工具酶
9、是。(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠,则选择的受体细胞通常是,原因是。(3)上述资料中neoR基因的作用最可能是。为了鉴定目的基因是否成功表达,有时进行抗原抗体杂交,目的蛋白相当于。(4)该项技术具有广阔的应用前景,请试举一例:。课时作业(三十六)1.(1)稳定存在(2)磷酸二酯(3)脱氧核苷酸RNA聚合酶转录(4)甲解析 (1)构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以通过复制遗传给下一代,同时,使目的基因表达和发挥作用。(2)DNA连接酶的作用是在DNA片段之间形成磷酸二酯键。(3)基因表达载体的本质是DNA,其基本组成单位是脱氧核苷酸。基因表达载体中的启动子是R
10、NA聚合酶识别和结合的部位,这种结合完成后才能驱动目的基因通过转录合成mRNA。(4)图甲中,该Ti质粒中含有限制酶Xba和Sac的切割位点,且用这两种酶切割可将目的基因插入T-DNA中,正确;图乙中,该Ti质粒中不含限制酶Sac的切割位点,错误;图丙中,该Ti质粒中含有限制酶Xba和Sac的切割位点,但用这两种酶切割不会将目的基因插入T-DNA中,错误;图丁中,该Ti质粒中不含限制酶Xba的切割位点,错误。2.(1)Bcl和HindDNA连接 (2)黏性末端相同都不能核苷酸序列不能再被Bcl和Hind识别切割(3)7(4)四环素引物A和引物C解析 本题主要是对基因工程的考查,解答本题的关键在
11、于理解重组质粒中标记基因的作用。选择限制酶需注意插入目的基因时不能破坏标记基因。PCR扩增基因时,两种引物结合的部位相反,延伸的方向相反。限制酶具有特异性,不同的限制酶识别不同的序列,判断某种限制酶能否切割该片段,应该看该片段中是否含有限制酶的识别序列。(1)若选BamH和Hind切割,则会破坏质粒中的两个抗性基因,不利于后期的筛选。选择的限制酶应在目的基因两侧切割,切割后的DNA片段用DNA连接酶连接。(2)BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端可直接被DNA连接酶连接,原因是黏性末端相同,但是被DNA连接酶连接后便不能再被这两种限制酶切割了,因为不满足两种限制酶对其所识别序列的特
12、异性要求。(3)Sau3A在图甲质粒中一共有3个切点,考虑完全酶切和不完全酶切,最多可能得到7种不同大小的DNA片段。(4)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加四环素(根据标记基因的种类),平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物应具有成对反向的特点。3.(1)蛋白质蚕丝蛋白基因可以生产自然界不存在的蛋白质显微注射法受精卵(2)构建基因表达载体稳定存在(3)标记基因解析 (1)蛋白质工程的概念:“通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求”。将目的基因导入动物细胞常用的方法显微注射法,受体细胞为受精卵。(2)基因
13、工程的核心步骤即构建基因表达载体,其目的是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。(3)绿色荧光蛋白基因可以作为标记基因,用于鉴别和筛选蚕卵中是否含有人工丝蛋白基因。4.(1)从基因文库中获取目的基因不需要解旋酶、需要热稳定DNA聚合酶(2)构建基因表达载体运载体限制酶和DNA连接酶(3)基因的检测与鉴定解析 (1)图中所示获取目的基因的方法是从基因文库中获取目的基因;与细胞内DNA复制过程相比,PCR技术的不同点有:不需要解旋酶、需要热稳定DNA聚合酶。(2)步骤是构建基因表达载体。在该步骤中,病毒作为运载体起作用;构建基因表达载体时,首先需
14、要限制酶切割运载体和含有目的基因的外源DNA分子,其次需要DNA连接酶将目的基因与运载体连接形成重组DNA分子。(3)基因工程的基本操作步骤主要包括四步:目的基因的获取;基因表达载体的构建;将目的基因导入受体细胞;目的基因的检测与表达。因此完成步骤后,在体外将人正常ada基因导入患者自身的T细胞。此后,在将该T细胞重新输入患者体内之前,还必须完成的操作为基因的检测与鉴定。5.(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响(2)DNA断裂(3)等质量的不同实验材料,在相同的保存温度下,从蒜黄提取的DNA量最多低温抑制了相关酶的活性,DNA降解速度慢(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混
15、合,静置一段时间,吸取上清液解析 本题考查DNA粗提取技术的原理、操作过程及分析、判断能力,从题目实验步骤看出,该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响。在第二步中,为了减少DNA断裂,要缓缓地搅拌。从表中结果看出,由于低温抑制了相关酶的活性,DNA降解慢,使得相同材料在低温保存下的DNA提取量大。在相同条件下,蒜黄蓝色最深,说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最多。由于氯仿密度比水大,可使蛋白质变性沉淀,而与水、DNA不相溶,这样可将第三步获得的溶液与等量的氯仿混合,静置一段时间,吸取上清液。6.(1)构建基因表达载体启动子限制性核酸内切酶和DNA连接酶(2)受精卵动物受
16、精卵具有全能性,且能培养成完整的个体(动物不能像植物那样,利用一个除受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体)(3)作为标记基因,便于筛选抗原(4)基因治疗、动植物改良、利用动植物生产药物等解析 (1)基因工程的操作步骤:目的基因的获取;基因表达载体的构建;将目的基因导入受体细胞;目的基因的检测与表达。因此,将目的基因导入受体细胞前应先完成基因表达载体的构建。基因表达载体中的启动子是位于基因首端的有特殊结构的DNA片段,是RNA聚合酶识别和结合的位点,能启动转录过程。在构建基因表达载体时,首先要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体,其次需要用DNA连接酶将目的基因和运载体连接形
17、成重组DNA分子。(2)受精卵的全能性最高,且能培养成完整个体,因此要获得一只含目的基因的小鼠,常选择受精卵作为受体细胞。(3)题述资料中,neoR基因(新霉素抵抗基因)可作为标志基因,便于筛选。为了鉴定目的基因是否成功表达,有时需进行抗原抗体杂交,目的蛋白相当于抗原。(4)该项技术具有广阔的应用前景,可用于基因治疗、动植物改良、利用动植物生产药物等。(2)稻、麦、油菜、桑等生产者固定的太阳能人工输入的种子、鱼苗、鸡苗、树苗、鱼饵等物质中的能量(3)充分利用了生态系统的空间、食物等自然资源(4)环境污染信息传递(5)如图:解析 (1)分析图示可知,该生态农业园涵盖了种植业、养殖场、沼气池等,充
18、分利用了废弃物中的能量,而且有产品的输出,据此可推知,该生态农业园建设主要依据的生态工程原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理等。(2)流入该生态农业园的总能量有稻、麦、油菜、桑等生产者固定的太阳能和人工输入的能量。(3)池塘养鱼时,上层为食浮游生物的鳙鱼,中层为食草的草鱼,下层为杂食性的鲫鱼等,其优点是充分利用了生态系统的空间和食物资源。(4)沼气池的建立既充分发挥了资源的生产潜力,又减轻了环境污染。性引诱剂是一种挥发性的化学物质,利用性引诱剂来诱捕害虫或干扰交配,这属于生态系统中的化学信息传递在农业生产中的应用,体现了生态系统具有信息传递的功能。(5)题图中的稻、麦、蔬菜等
19、生产者固定的太阳能可输入到消费者体内;生产者和消费者的残枝败叶、遗体残骸中的能量可被分解者所利用。食用菌(分解者)的能量消费者可利用,三类生物成分之间的能量流动关系如答案所示。5.(1)生态学和系统学(2)增加当地物种多样性物种多样性原理(3)协调与平衡环境承载力系统的失衡和破坏(4)生态恢复解析 (1)在生态工程中人类应用了生态学和系统学等学科的基本原理和方法,促进了人类社会和自然环境的和谐发展。(2)“退耕还林还草”的目的是增加当地物种多样性,其遵循的是物种多样性原理。(3)西部地区的草场,要注意合理放牧,需要考虑环境承载力,因为若超过其限度,就会引起系统的失衡和破坏,需遵循的是协调与平衡
20、原理。(4)生态工程的目标除了治理环境污染之外,主要是对已被破坏的生态系统,特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。6.(1)糖渣、桑叶、蚕排泄物等废物物质循环再生整体性(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶显微注射抗原抗体特异性结合(3)促性腺生理状态相同(同期发情处理)解析 (1)从题图中可以看出糖渣、桑叶、蚕排泄物等废物中的能量也被充分利用,形成“无废弃物农业”,主要是遵循生态工程的物质循环再生原理。该生态系统使保护环境和发展经济相互协调,主要体现了生态工程的整体性原理。(2)基因工程用到的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶;将目的基因导入受体细胞常用显微注射技术;抗原抗体杂交的原理是抗原抗体特异性结合。(3)胚胎工程中可以对母猪注射促性腺激素,使其超数排卵。早期胚胎移植时,必须移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物子宫中,才可能移植成功。