高中生物选修基因工程 目的基因的导入检测与鉴定Word文档下载推荐.docx
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受精卵。
③步骤:
目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→胚胎早期培养→移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的转基因动物。
(3)导入微生物细胞
①原核生物的特点:
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。
②常用的方法
a.用Ca2+处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。
b.感受态细胞和重组表达载体DNA分子在缓冲液中混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子。
1.将胰岛素基因的表达载体导入大肠杆菌,从大肠杆菌中获得的“胰岛素”未能达到期待的生物活性,导致这种差异的原因可能是什么?
提示 大肠杆菌是原核生物,无内质网、高尔基体等细胞器,大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未经加工。
2.科学家将外源基因导入绵羊的受精卵中,由于外源基因可能随机插入到受精卵的DNA中,因而有时会导致早期胚胎死亡,请分析可能的原因是什么?
提示 外源基因的插入可能使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达,因而有时会导致早期胚胎死亡。
3.将基因表达载体导入农杆菌细胞时,应怎样处理农杆菌细胞?
提示 基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时,要用Ca2+处理农杆菌细胞,使其处于感受态,利于重组质粒的导入。
1.下列关于目的基因导入受体细胞的描述,不正确的是( )
A.基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效
B.显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法
C.大肠杆菌最常用的转化方法,是使细胞的生理状态发生改变
D.农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
答案 A
解析 不同受体细胞导入目的基因的方法不同,每种方法都有利弊。
目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,该方法比较经济和有效;
目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术;
目的基因导入大肠杆菌最常用的转化方法是用钙离子处理细胞,使细胞的生理状态发生改变,完成转化。
2.农杆菌是一种在土壤中生活的微生物,能在自然条件下感染植物,因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。
下图为农杆菌转化法的示意图,请回答下列问题:
(1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是____________,利用农杆菌自然条件下感染植物的特点,能实现_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________的目的。
具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T-DNA片段,它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞__________上的特点,因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到______(部位)即可。
(2)根据T-DNA这一转移特点,推测该DNA片段上可能含有控制__________________(酶的种类)合成的基因。
(3)图中c过程中,能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是________类化合物。
(4)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外,还可采取____________________(至少写出两种)。
答案
(1)单子叶植物 将目的基因导入植物细胞 染色体的DNA T-DNA片段(内部)
(2)DNA连接酶、限制酶 (3)酚 (4)基因枪法、花粉管通道法
解析
(1)一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物,可感染双子叶植物和裸子植物,利用其感染性,可实现目的基因导入植物细胞的目的。
真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T-DNA片段,因此目的基因必须插入到该部位才能成功。
(2)根据T-DNA这一转移特点,可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶、限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。
(3)植物细胞受伤后可产生酚类物质,以促进农杆菌向植物细胞转移。
(4)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外,还有基因枪法和花粉管通道法等。
生命观念
农杆菌转化法中两次拼接、两次导入的辨析
(1)两次拼接:
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上;
第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。
(2)两次导入:
第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌;
第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T-DNA导入受体细胞。
二、目的基因的检测与鉴定
1.分子水平的检测
(1)检测目的基因是否插入受体细胞的DNA中:
DNA分子杂交技术。
用放射性同位素标记的含有目的基因的单链DNA片段制成基因探针。
将转基因生物的基因组DNA提取出来,和基因探针进行杂交,如果出现杂交带,说明目的基因已插入受体细胞的DNA中。
(2)检测目的基因是否转录:
分子杂交技术。
将转基因生物提取出来的mRNA和基因探针进行杂交,如果出现杂交带,说明目的基因已经转录。
(3)检测目的基因是否翻译:
抗原—抗体杂交技术。
从转基因生物提取出来的蛋白质和相应的抗体进行杂交,如果出现杂交带,说明目的基因已经翻译。
2.个体水平的鉴定
(1)抗虫或抗病的接种实验。
(2)有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较。
1.请辨析不同分子检测的原理。
提示 检测目的基因是否插入的原理:
碱基互补配对原则。
检测目的基因是否转录的原理:
检测目的基因是否翻译的原理:
抗原与抗体特异性结合。
2.若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是什么?
提示 几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译。
3.DNA探针是利用放射性同位素等标记的特定DNA片段。
当DNA探针与待测的非标记单链DNA(或RNA)按碱基顺序互补结合时,形成标记DNA—DNA(或标记DNA—RNA)的双链杂交分子,可检测杂交反应结果。
用某人的胰岛素基因制成DNA探针,能与之形成杂交分子的是( )
①该人胰岛A细胞中的DNA
②该人胰岛B细胞中的mRNA
③该人胰岛A细胞中的mRNA
④该人肝细胞中的DNA
A.①③④B.①②③C.①②④D.②③④
答案 C
解析 DNA单链能与其互补链及其转录产生的mRNA分子互补配对而形成杂交分子;
人体细胞中都有胰岛素基因,但此基因只有在胰岛B细胞中才能得到表达。
4.(2019·
江西南昌二中高三上学期月考)某年,欧洲、亚洲许多国家都发现了禽流感疫情,并引起了人体感染,造成多人死亡。
科学工作者经研究,发现了数种快速检验禽流感病原体的方法,以正确诊断禽流感,下列与禽流感病原体研究、诊断有关的说法中错误的是( )
A.镜检法:
在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液,以发现病原体
B.PCR:
体外基因复制技术,可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍
C.抗原—抗体法:
用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合,发现病原体
D.DNA探针技术:
用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA分子作为探针,利用DNA分子杂交原理来检测病原体
解析 病毒在光学显微镜下无法看到,只有在电子显微镜下才能观察到,A错误;
PCR用于体外快速扩增特定基因或DNA序列,B正确;
病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应,产生相应抗体,由于抗体与抗原结合具有特异性,因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合,可发现病原体,C正确;
可以利用DNA分子作为探针,通过DNA分子杂交技术检测病原体,D正确。
1.判断正误:
(1)为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体( )
(2)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法( )
(3)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达( )
(4)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术( )
(5)应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达( )
(6)基因工程是否成功需进行个体生物学水平的鉴定( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)×
(6)√
2.继在上海和安徽首次发现H7N9禽流感病例,我国多地出现禽流感疫情,为此某研究小组为了研制预防H7N9禽流感病毒的疫苗,开展了前期研究工作。
其简要的操作流程如下图。
下列有关叙述错误的是( )
A.步骤①所代表的过程是反转录
B.步骤②需使用限制酶和DNA连接酶
C.步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其从感受态恢复到常态
D.检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验
解析 由图可知:
步骤①是由RNA合成DNA的过程,表示反转录,A正确;
步骤②是把目的基因与质粒连接,构建重组质粒的过程,该过程需使用限制酶和DNA连接酶,B正确;
步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其从常态转化为感受态,C错误;
检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验,D正确。
3.(2019·
广东潮南实验学校高二月考)在基因诊断技术中,所用的探针DNA分子中必须存在一定量的荧光分子或放射性同位素,后者的作用是( )
A.为形成杂交DNA分子提供能量
B.引起探针DNA产生不定向的基因突变
C.作为探针DNA的示踪元素
D.增加探针DNA的相对分子质量
解析 DNA探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子,放射性同位素的作用是作为探针DNA的示踪元素,C项正确。
4.抗菌肽对治疗癌症有一定作用,如图表示抗菌肽的合成过程。
下列相关说法正确的是( )
→
A.用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶
B.基因表达载体包含起始密码子和终止密码子
C.用显微注射技术导入基因表达载体
D.筛选菌种时用基因探针检测相关蛋白质
解析 PCR技术中采用高温变性使DNA解旋,因此用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶,A正确;
基因表达载体包含启动子和终止子,而起始密码子和终止密码子在mRNA上,B错误;
将基因表达载体导入酵母菌细胞时应用感受态细胞法,C错误;
筛选菌种时可用基因探针检测相关基因或mRNA,不能用基因探针检测蛋白质,D错误。
5.(2017·
全国Ⅰ,38)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。
已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。
回答下列问题:
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用____________作为载体,其原因是____________________________________________________。
(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。
因为与家蚕相比,大肠杆菌具有________________________________________________________________________
______________________________________________________(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是__________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是________________________________________________________________________
答案
(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A
(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白A的抗体 (5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
解析
(1)基因A的编码区中有内含子,在真核生物细胞内把内含子转录来的RNA切除,而原核生物细胞内基因转录后不切除,转录后直接表达,所以翻译形成的蛋白质不是蛋白A。
(2)由于噬菌体是专性寄生在细菌体内的病毒,无法侵染到真核生物家蚕细胞内,所以不能用噬菌体作为载体。
而家蚕属于昆虫,故可用昆虫病毒作为载体。
(3)大肠杆菌作为受体菌具有繁殖周期短、易培养、单细胞、遗传物质相对较少等特点。
(4)检测目的基因是否表达通常用抗原—抗体杂交技术。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,证明了生物的遗传物质是DNA,还为基因工程理论的建立提供了启示,这一启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。
题组一 将目的基因导入受体细胞
1.科学家利用现代生物技术,成功培育出世界上第一例体型比普通小鼠大1.8倍的转基因“超级小鼠”。
下列相关叙述正确的是( )
A.将含有目的基因的DNA直接注入到小鼠体内
B.该“超级小鼠”的培育利用到了显微注射技术
C.采用的受体细胞是雌性动物的卵细胞
D.目的基因导入受体细胞前不用提纯
答案 B
解析 转基因“超级小鼠”的培育过程为:
首先将含有目的基因的表达载体提纯,然后利用显微注射技术将含目的基因的表达载体导入受精卵,经胚胎早期培养一段时间后,再移植到雌性动物的输卵管或子宫内,使其发育成为具有新性状的动物。
2.基因工程中因受体细胞不同,目的基因导入的方法也不同,下列叙述不正确的是( )
A.将目的基因导入棉花细胞内常用花粉管通道法
B.将目的基因导入老鼠细胞内常用显微注射技术
C.将目的基因导入大肠杆菌内常用感受态细胞转化法
D.将目的基因导入小麦细胞内常用农杆菌转化法
答案 D
解析 小麦是单子叶植物,其受损伤后不能分泌酚类物质,不能吸引农杆菌移向伤口处,细胞不能完成转化。
3.下列关于目的基因导入微生物细胞的叙述中,不正确的是( )
A.常用原核生物作为受体细胞,是因为原核生物繁殖快,且多为单细胞,遗传物质相对较少等
B.受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态
C.感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D.常用生理盐水处理细胞,使其处于感受态
解析 因为原核生物繁殖快,且多为单细胞,遗传物质相对较少,故常用原核生物作为受体细胞,A正确;
Ca2+处理后细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态,感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度,B、C正确;
常用Ca2+处理细胞,使其处于感受态,D错误。
4.中美科学家通过改变一种名为NR2B的基因研制出了转基因超级小鼠Hobbie-J,Hobbie-J比普通老鼠更加聪明,大脑运转更加迅速,它能够轻松完成迷宫任务。
下列关于Hobbie-J产生过程的描述,错误的是( )
A.NR2B基因可通过PCR技术进行扩增
B.改变后的NR2B基因作为目的基因,可直接注入小鼠受精卵内
C.通常采用显微注射技术将改变后的NR2B基因重组质粒导入小鼠受精卵内
D.可采用基因探针检测改变后的NR2B基因是否导入小鼠体内
解析 PCR技术可在体外大量扩增目的基因,A正确;
改变后的NR2B基因作为目的基因,需要与载体结合后才可导入小鼠受精卵内,B错误;
将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术,C正确;
可采用基因探针检测改变后的NR2B基因是否导入小鼠体内,D正确。
题组二 目的基因的检测与鉴定
5.应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到探测疾病的目的。
基因探针是指( )
A.用于检测疾病的医疗器械
B.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C.合成β-珠蛋白的DNA
D.合成苯丙羟化酶的DNA片段
解析 基因探针是具有特定序列的单链DNA,作用是能检测是否含有目的基因,运用了DNA分子杂交技术;
基因探针=含有目的基因的DNA片段+放射性同位素标记。
6.在检测抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中,不属于分子水平的是( )
A.观察害虫吃棉叶是否死亡
B.检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带
C.检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带
D.检测目的基因表达产物蛋白质能否与相应的抗体形成杂交带
解析 A项属于个体生物学水平的鉴定;
B、C两项为分子水平的检测,分别利用DNA分子杂交技术、分子杂交技术,观察目的基因及目的基因转录形成的mRNA能否与DNA探针进行杂交形成杂交带;
D项也为分子水平检测内容,利用抗原—抗体杂交的原理,检测基因表达产物能否与相应的抗体形成杂交带。
7.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。
下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )
A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D.酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
解析 基因表达的产物是蛋白质,因此,只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达,A、C项只能说明完成了目的基因的导入,B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。
题组三 基因工程基本程序整体分析
8.下列有关基因工程的叙述,正确的是( )
A.基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA聚合酶
B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列
C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快
D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功地实现表达
解析 基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶,A错误;
限制酶能够识别某种特定的核苷酸序列,并在特定位点切割磷酸二酯键,但不是所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列,B错误;
细菌作为受体细胞原因有多个,如细胞体积小、繁殖周期短、遗传物质少等,C正确;
目的基因进入受体细胞中,由于操作失误和不可预测的干扰等,并不是所有受体细胞都能按照预先设计的方案进行重组和表达,真正能有效表达的只是一小部分,D错误。
9.蓝藻拟核DNA上有控制叶绿素合成的chlL基因。
某科学家通过构建该种生物缺失chlL基因的变异株细胞,以研究chlL基因对叶绿素合成的控制,技术路线如下图所示。
下列相关叙述错误的是( )
A.①②过程应使用不同的限制性核酸内切酶
B.①②过程都要使用DNA连接酶
C.终止密码子是基因表达载体的重要组成部分
D.若操作成功,可用含红霉素的培养基筛选出该变异株
解析 限制性核酸内切酶有特异性,①②过程要切割的DNA序列不同,故应使用不同的限制性核酸内切酶;
DNA连接酶的作用是连接被切开的磷酸二酯键,使chlL基因、红霉素抗性基因与质粒结合;
基因表达载体由目的基因、启动子、终止子和标记基因等组成,终止密码子是mRNA上密码子的一种,表示一次翻译的结束;
变异株中chlL基因被重组基因替换,重组基因中有红霉素抗性基因,故可用含红霉素的培养基筛选出该变异株。
10.番茄叶片受害虫的损伤后,叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂,抑制害虫的消化作用。
人们尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对付猖獗的玉米螟。
下图为培育转基因抗虫玉米的流程图,下列描述正确的是( )
A.用限制性核酸内切酶切割番茄的DNA得到的产物就是蛋白酶抑制剂基因
B.用氯化钙处理玉米受体细胞,有利于含目的基因的重组质粒导入
C.重组Ti质粒应有RNA聚合酶识别和结合的部位,以启动蛋白酶抑制剂基因的转录
D.若将目的基因导入玉米花粉细胞,通过花药离体培养可获得稳定遗传的转基因玉米
解析 目的基因是用限制性核酸内切酶将DNA酶切后得到的,需筛选;
氯化钙用于处理细菌细胞;
基因成功表达的前提是能转录和翻译,转录时需RNA聚合酶识别转录的起点才能启动;
花药离体培养得到的是玉米的单倍体,需再用秋水仙素处理单倍体,使染色体加倍才能得到稳定遗传的转基因玉米。
11.下图表示细胞膜上乙酰胆碱(一种神经递质)受体基因的克隆技术操作过程,下列相关分析正确的是( )
A.获得该mRNA的最佳材料是受精卵
B.构建基因表达载体最可能使用的载体是大肠杆菌
C.完成过程①②必不可少的酶分别是逆转录酶、DNA聚合酶
D.探针筛选的目的是淘汰被感染的细菌,获得未被感染的细菌
解析 该受体基因在神经细胞中表达,获得该mRNA的最佳材料是神经细胞,A错误;
构建基因表达载体最可能使用的载体是质粒,B错误;
探针筛选的目的是检测是否存在cDNA,D错误。
12.2018年1月30日,加拿大食品检验局批准了第三种耐褐变转基因苹果品种上市。
研究人员通过RNA沉默技术,特异性降低苹果细胞内多酚氧化酶基因的表达水平,使苹果被切开后即使长时间暴露在空气中也不会被氧化褐变。
如图是此过程原理示意图,下列有关叙述错误的是( )
A.细胞内多酚氧化酶基因的表达包括图示中的①②过程
B.将目的基因成功导入苹果细胞中需限制酶、DNA连接酶和R
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