高考生物總復(fù)習(xí) 考點(diǎn)2 基因工程的操作工具及基本步驟（534考）新人教版必修2

考點(diǎn)2基因工程的操作工具及基本步驟(5年34考)(新課標(biāo)卷Ⅰ、Ⅱ，廣東卷、浙江卷、福建卷、天津卷、山東卷，新課標(biāo)卷、浙江卷、福建卷……)一、概念又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。二、操作工具1．基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)(1)分布：主要在微生物體內(nèi)。(2)特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。(3)實(shí)例：EcoRⅠ限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。(4)切割結(jié)果：產(chǎn)生兩個帶有黏性末端的DNA片段。(5)作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物體內(nèi)能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。2．基因的“針線”——DNA連接酶(1)催化對象：兩個具有相同黏性末端的DNA片段。(2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。(3)催化結(jié)果：形成重組DNA。3．常用的運(yùn)載體——質(zhì)粒(1)本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子(2)作用eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去,②用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制))(3)條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制,②有多個限制酶切點(diǎn),③有標(biāo)記基因))三、操作步驟eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(提取目,的基因))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(目的基因：人們所需的特定基因,取得途徑\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(直接分離目的基因,\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(人工合成,目的基因))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①反轉(zhuǎn)錄法,②根據(jù)蛋白質(zhì)中氨基,酸的序列推測出核苷,酸序列，通過化學(xué)方法,人工合成DNA))))))↓eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(目的基因與,運(yùn)載體結(jié)合))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(用一定的限制酶切割質(zhì)粒,用同一種限制酶切割目的基因,加入DNA連接酶,質(zhì)粒和目的基因結(jié)合成重組DNA分子))↓將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的方法↓eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(目的基因的,檢測與鑒定))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(檢測：根據(jù)受體細(xì)胞中是否具有標(biāo)記基因，,判斷目的基因?qū)肱c否,鑒定：受體細(xì)胞是否表現(xiàn)目的基因控制的性,狀，如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)))特別提醒(1)微生物常被用做受體細(xì)胞的原因是其具有繁殖快、代謝快、目的基因產(chǎn)物多的特點(diǎn)。(2)動物受體細(xì)胞一般選用受精卵，植物受體細(xì)胞可以是體細(xì)胞，但需與植物組織培養(yǎng)技術(shù)相結(jié)合。四、應(yīng)用1．作物育種：利用基因工程的方法，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種，如抗蟲棉等。2．藥物研制：利用基因工程的方法，培育轉(zhuǎn)基因生物，利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。3．環(huán)境保護(hù)：如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。思維激活(1)DNA連接酶和DNA聚合酶有何不同？(2)運(yùn)載體和細(xì)胞膜上的載體相同嗎？提示(1)DNA連接酶是修復(fù)愈合DNA片段間單鏈上的缺口，使之形成磷酸二酯鍵。DNA聚合酶是DNA分子復(fù)制時，按模板鏈的要求，逐個把脫氧核苷酸連接起來，形成DNA的子鏈。(2)不同。①運(yùn)載體是將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞的專門運(yùn)輸工具，常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體等。②位于細(xì)胞膜上的載體是蛋白質(zhì)，與控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞有關(guān)系?？疾殡s交育種與基因工程育種(·浙江理綜，32)在玉米中，控制某種除草劑抗性(簡稱抗性，T)與除草劑敏感(簡稱非抗，t)、非糯性(G)與糯性(g)的基因分別位于兩對同源染色體上。有人以純合的非抗非糯性玉米(甲)為材料，經(jīng)過EMS誘變處理獲得抗性非糯性個體(乙)；甲的花粉經(jīng)EMS誘變處理并培養(yǎng)等，獲得可育的非抗糯性個體(丙)。請回答：(1)獲得丙的過程中，運(yùn)用了誘變育種和______________育種技術(shù)。(2)若要培育抗性糯性的新品種，采用乙與丙雜交，F(xiàn)1只出現(xiàn)抗性非糯性和非抗非糯性的個體；從F1中選擇表現(xiàn)型為______________的個體自交，F(xiàn)2中有抗性糯性個體，其比例是__________。(3)采用自交法鑒定F2中抗性糯性個體是否為純合子。若自交后代中沒有表現(xiàn)型為____________的個體，則被鑒定個體為純合子；反之則為雜合子。請用遺傳圖解表示雜合子的鑒定過程。(4)擬采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良上述抗性糯性玉米的抗蟲性。通常從其它物種獲得________，將其和農(nóng)桿菌的________用合適的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割，然后借助________連接，形成重組DNA分子，再轉(zhuǎn)移到該玉米的培養(yǎng)細(xì)胞中，經(jīng)篩選和培養(yǎng)等獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲植株。解析(1)甲ttGG產(chǎn)生的花粉為tG，在EMS在誘變下通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體tg，再由單倍體tg獲得可育的丙非抗糯性ttgg，需要秋水仙素處理使染色體加倍，這個過程屬于單倍體育種。(2)甲ttGG通過誘變產(chǎn)生乙TtGG，乙和丙ttgg雜交，可以獲得TtGg和ttGg，從中選出表現(xiàn)型為抗性非糯性TtGg的個體自交，F(xiàn)2中有抗性糯性T__gg的個體，其比例為eq\f(3,16)。(3)采用自交法，純合子不會發(fā)生性狀分離，雜合子出現(xiàn)性狀分離。F2中抗性糯性T__gg的個體有可能為TTgg，其自交結(jié)果不會出現(xiàn)性狀分離。如果出現(xiàn)性狀分離且抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1則為雜合子Ttgg。(4)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的第一步是獲取目的基因，可以從其它生物直接獲取抗蟲基因，用同一種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和質(zhì)粒，然后在DNA連接酶的作用下將其拼接到載體質(zhì)粒上構(gòu)建基因表達(dá)載體(農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中是將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T—DNA中)，然后通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入到受體細(xì)胞玉米細(xì)胞中，通過組織培養(yǎng)獲得抗蟲植株，最后鑒定和篩選。答案(1)單倍體(2)抗性非糯性eq\f(3,16)(3)非抗糯性如圖抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1(4)抗蟲基因(或目的基因)Ti質(zhì)粒DNA連接酶[對點(diǎn)強(qiáng)化]1．下列關(guān)于基因工程及轉(zhuǎn)基因食品的安全性的敘述，正確的是()。A．基因工程經(jīng)常以抗生素抗性基因作為目的基因B．通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可獲得抗蟲糧食作物，從而增加糧食產(chǎn)量，減少農(nóng)藥使用C．通常用一種限制性核酸內(nèi)切酶處理含目的基因的DNA，用另一種限制性核酸內(nèi)切酶處理運(yùn)載體DNAD．若轉(zhuǎn)入甘蔗中的外源基因來源于自然界，則生產(chǎn)出來的甘蔗不存在安全性問題解析基因工程常以抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因；在基因工程的實(shí)驗(yàn)操作中一定要注意用同一種限制性核酸內(nèi)切酶來處理含目的基因的DNA和運(yùn)載體DNA，使它們產(chǎn)生相同的黏性末端；若轉(zhuǎn)基因甘蔗中的外源基因來源于自然界，則仍可能存在食品安全、環(huán)境安全等安全性問題。答案B2．(·西城區(qū)質(zhì)檢)我們?nèi)粘３缘拇竺字需F含量極低，科研人員通過基因工程等技術(shù)，培育出了鐵含量比普通大米高60%的轉(zhuǎn)基因水稻，改良了稻米的營養(yǎng)品質(zhì)。下圖為培育轉(zhuǎn)基因水稻過程示意圖，請分析回答有關(guān)問題。(1)鐵結(jié)合蛋白基因來自菜豆，且基因的脫氧核苷酸序列已知，可以用________法獲得此目的基因或用________擴(kuò)增目的基因。(2)構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒時，通常要用________分別切割________。將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌時，可以用________處理農(nóng)桿菌，使重組Ti質(zhì)粒易于導(dǎo)入。(3)將含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌與水稻愈傷組織共同培養(yǎng)時，通過培養(yǎng)基2的篩選培養(yǎng)，可以獲得________；培養(yǎng)基3與培養(yǎng)基2的區(qū)別是________。檢測培育轉(zhuǎn)基因水稻的目的是否達(dá)到，需要檢測轉(zhuǎn)基因水稻________。(4)為研究外源基因的遺傳方式，將T0代植株上收獲的種子種植成T1代株系，檢測各單株的潮霉素抗性。在檢測的多數(shù)T1代株系內(nèi)，抗潮霉素植株與潮霉素敏感植株的比例為3∶1，此結(jié)果說明外源基因的遺傳符合________。有少數(shù)T1代株系的所有植株都表現(xiàn)為對潮霉素敏感，但其體內(nèi)能檢測到鐵結(jié)合蛋白基因，造成這一結(jié)果最可能的原因是________________________。解析對脫氧核苷酸序列已知的基因可以用化學(xué)合成法得到，或用PCR技術(shù)擴(kuò)增。用來切割目的基因和質(zhì)粒的是限制性核酸內(nèi)切酶。將目的基因?qū)爰?xì)菌時，需要用CaCl2處理使細(xì)菌處于感受態(tài)，便于目的基因?qū)?。將含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌與水稻愈傷組織共同培養(yǎng)時，通過培養(yǎng)基2的篩選培養(yǎng)，可獲得含重組質(zhì)粒的愈傷組織；培養(yǎng)基3的作用是誘導(dǎo)愈傷組織再分化，所以與培養(yǎng)基2的區(qū)別是生長素和細(xì)胞分裂素的比例不同。檢測培育轉(zhuǎn)基因水稻的目的基因(鐵結(jié)合蛋白基因)是否表達(dá)，需要檢測轉(zhuǎn)基因水稻種子中鐵的含量。潮霉素抗性植株的后代出現(xiàn)抗潮霉素植株與潮霉素敏感植株的比例為3∶1，說明其遺