2015届高考生物一轮复习考点解析学案:专题10.pdf
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1、【2015考纲解读】(1)基因工程的诞生(1 )(2)基因工程的原理及技术(H)(3)基因工程的应用(II)(4)蛋白质工程(I)(5)转基因生物的安全性(I)(6)生物武器对人类的威胁(I)【2014高考在线】1.(2014天津卷)为达到相应目的,必须通过分子检测的是()A.携带链霉素抗性基因受体菌的筛选B.产生抗人白细胞介素-8抗体的杂交瘤细胞的筛选C.转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定D.21三体综合征的诊断【答案】B【解析】可通过将受体菌接种在含储毒素的培养基中筛选携带捱毒素抗性基因的受体菌,A 项错误。抗人白细胞介素-S抗体的杂交瘤细胞应通过抗原抗体杂交技术筛选产生,B 项正确。在棉花田
2、中人工放入害虫可检给转基因抗虫棉的抗虫效果,C 项错误。可利用显微篌检测21三体综合征患者的染色体组成,D 项错误。2.(2014重庆卷)如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述,正确的是()Q/C 丽.付工也皿.A*-4*T,爪施甘发粒 的表杆的 植物割胞 MMA.的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B.侵染植物细胞后,重组T i质粒整合到的染色体上C.的染色体上若含抗虫基因,则就表现出抗虫性状D.只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异【答案】D【解析】构建垂组质粒需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶,而不需要DNA聚合酶,A 项错误。含重组T i质粒的农杆菌侵染植物
3、细胞后,重组T i质粒的T-DNA整合到受体细胞的染色体上,而不是重组T i质粒整合到受体细胞的染色体上,B 项错误。导入受体细胞的目的基因表达后,转基因植株方能表现出相应性状,若目的基因在受体细胞中不表达,转基因植株则不能表现出相应性状,C 项错误。基因工程导致的生物变异是可遗传变异,D项正确。3.(2014广东卷)(双选)利用基因工程技术生产竣酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示,下列叙述正确的是()黑 笊 器TmRNA j Wc a r E基闻、J表达载体|嚣篇+|CarE制剂-.程菌|目 美 而 词 当 重 组 表 达 载 体|A.过程需使用逆转录酶B.过程需使用解旋酶和PCR获取目的
4、基因C.过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备D.过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞【答案】A D【解析】过程是以mRNA为模板合成DXA的过程,即逆转录过程,需要逆转录酶的催化,A 项正确。过程表示利用PCR扩增目的基因,在 PCR过程中不需要解旋酶解旋,通过控制温度来达到解旋的目的,B 项错误。利用氯化钙处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞,C 项错误。检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体DNA中,可以采用DNA分子杂交技术,D 项正确。4.(2014江苏卷)(多选)下列关于基因工程技术的叙述,错误的是()A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6 个核甘酸序列B
5、.PCR反应中温度的周期性改变是为了 DNA聚合酶催化不同的反应C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达【答案】A B C【解析】限制酶的识别序列不都是6 个核甘酸,比如基因工程中的5 初 汨 I 酶识别序列 为 GATC,A 项错误。PCR中温度的改变过程是:双 谑 DNA在 95七变性解旋,50 55七退火使引物与DNA单德结合;6 5-7 5 七是耐热性DNA聚合酶的适宜温度,用于子睚的延伸,B 项错误。质粒常用抗生素抗性基因作为标记基因,C 项错误。抗虫基因即使成功插入到植物细胞内,也可能由于基因选择性表达或者细胞内
6、基因的互作等其他原因而不能正常表达,D 项正确。5.(2014天津卷)嗜热土壤芽胞杆菌产生的M葡萄糖甘酶(BglB)是一种耐热纤维素酶,为使其在工业生产中更好地应用,开展了以下试验:I.利用大肠杆菌表达BglB酶(l)PCR扩增bgIB基因时,选用 基因组DNA作模板。(2)下图为质粒限制酶酶切图谱。分出基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的bgIB基因重组进该质粒,扩增的bgIB基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列。注:图中限制酶的识别序列及切割形成的黏性末端均不相同(3)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为 oH.温度对Bgl
7、B的活性的影响(4)据 图 1、2 可知,80 保温30分钟后,BglB酶会:为高效利用BglB酶降解纤维素,反 应 温 度 最 好 控 制 在(单 选)。A.50 B.60 C.70 D.80 30 40 50 60 70 80 90温度/电图 1温度对BglB酶活性的影响时间(分图 2 BglB酶的热稳定性注:酶的热稳定性是酶在一定温度下,保 温 一 段时间后通过其活性的保持程度来反映的III.利用分子育种技术提高BglB酶的热稳定性在 PCR扩增如出基因的过程中,加入诱变剂可提高这基因的突变率。经过筛选,可获得能表达出热稳定性高的BglB醐的基因。(5)与用诱变剂直接处理嗜热土壤芽胞杆菌
8、相比,上述育种技术获取热稳定性高的BglB酶基因的效率更高,其原因是在PCR过 程 中(多 选)。A.仅针对屉/B基因进行诱变B.bg/8基因产生了定向突变C.如出基因可快速累积突变D.匆/8基因突变不会导致醐的氨基酸数目改变【答案】(1)嗜热土壤芽胞杆菌(2)Nde I BamH 1(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BgIB酶(4)失 活B(5)A、C【解析】砂基因存在于嗜熟土壤芽胞杆菌基因组中,故应以该菌的基因组D N A为模板进行基因扩熠。(2)目的基因与质粒进行重组时,需将目的基因插入到启动子和终止子之间,目应靠近启动子和终止子,结合示意图可知,应在扩增的bglB基因两端分别引入人迹
9、I和5a,”H I两种限制酶的识别序列。(3)该基因表达载体中含有沱出基因,可表达产生伊葡萄糖苜酶,其可分解纤维素,这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。(4)由图2可知,Bg:B酶 在SO七保温30分钟后,就会失活;由图1可知,当温度为6070七时,酶活性较高,而由图2可 知7 0七时保温30分钟,酶活性开始;咸弱,而60七保温30分钟后酶活性基本不发生变化,由此可知为高效利用3g:B酶降解纤维素,反应温度最好应控制在60七,故 选B。(9在沱为基因扩增过程中加入诱变剂进行诱变处理,相比于诱变剂直接处理嗜热土填芽胞杆菌,针对性更强;基因突变是不定向的;由 于PCR过程基因扩增即D N A复制
10、快速进行,发生突变后可进行快速积累,进而便于筛选;基因突变可能导致氨基酸数目的改变,如突变后的密码子变为终止密码子,可导致蛋白质合成提前终止,进而导致氨基酸数目变少。【重点知识梳理】一、基因工程的理论基础与操作工具1.基因工程的基本原理和理论基础概括(如下图)制外源基因在受体细 胞 内 的 表 达fiftlDNA:载体 的联内次因拼接二浜囚厘苑僧邛.朝;性状的遗传单位:遗传信息的传递:都遵循中心法则生物界共用一套:遗传密码笠 更 H、A-R坤假门质(性状)1)、的芟不组成单在第是四种脱算核件酸 DNA分f都遵循麒基江朴配对竦则 DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构2.与 D N A 分子相
11、关的能 几种酶的比较比较项目限制酶DN A连接酶D N A聚合酶解旋酶作用底物D N A分子D N A分子片段脱氧核苜酸DN A分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组D N A 分子形成新的DN A分子形成单链D N A分子(2)限制酶与D N A连接酶的关系G A A T T C -、C+A A T T CS T T A 4 f DNAdttM T T A A 色限制酶不切割自身D N A 的原因是:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。DN A连接酶起作用时不需要模板。3.载体(1)作用作为运载工具,将目的基因转移到宿主细
12、胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接。具有特殊的标记基因,以便进行筛选。种类质粒:一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外,能够自我复制的很小的双链环状 DNA分子。入噬菌体的衍生物。动植物病毒。【特别提醒】(1)一般来说,天然载体往往不能满足人类的所有要求,因此人们根据不同的目的和需要,对某些天然的载体进行人工改造。(2)限制能切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外,这样才能保证标记基因的完整性,有利于对目的基因的检测。二、基因工程的基本操作程序及其应用1 .目的基因的获取途径(
13、1)从基因文库中获取:包括基因组文库和c D N A 文库等。(2)人工合成目的基因的常用方法化学合成法:已知核甘酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。反转录法:以 RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。(3)通 过 P C R 技术扩增目的基因即通过指数式扩增获取大量的目的基因。2 .基因表达载体的构建我体(质粒)DNA分子(含目的基因)一同一种限制IW切割带花黏性 带彳j相同黏性求末端切口 端的目的基因片段I,_ I|DNA连接薛改组DNA(环状瓶组质粒)【特别提醒】该过程把三种工具(两种工具酶、一种载体)全用上了,是最核心、最关键的一步,在体外进行。基因表达
14、载体结构模式图参见“双基自主落实”3 .将目的基因导入受体细胞(1)目的:目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达。(2)受体细胞种类不同,导入方法不同生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术C a?+处理法受体细体细胞受精卵原核细胞转化胞过程将目的基因插入Ti质粒的TDNA上一 农杆菌一 导入植物细胞一 整合到受体细胞的DNA上 一 表达将含有目的基因的表达载体 提 纯 一 取卵(受精卵)一 显微注射一受精 卵 发 育 一 获得具有新性状的动物Ca2+处 理 细 胞 一 感受态细 胞 一 重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合一 感受态细胞吸收DNA分子4
15、.目的基因 的检测与鉴定三、转基因技术的安全性、生物武器及蛋白质工程1.转基因生物的安全性辨析2.生物武器关注焦点正方观点反方观点食物安全有安全性评价、科学家负责的态度,转基因食品影响健康,无实例无证据反对“实质性等同“、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变生物安全(对生物多样性的影响)生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”环境安全(对生态系统稳定性的影响)不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋
16、白等可能通过食物链进入人体种类种类举例致病菌鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌病毒天花病毒、动物痘病毒等基因重组的致病菌、生化毒剂如肉毒杆菌毒素可以阻滞神经末梢释放乙酰胆碱,从而引起肌肉麻痹。只要有0.01 m g的肉毒杆菌毒素就可以使人死亡(2)特点:传染性强;污染面广,危害时间长;难以防治;具有一定的潜伏期;受自然条件影响大。(3)传播途径:经食物和水传播;空气传播;接触传播;虫媒传播:病原体直接传播。3.蛋白质工程的过程和实例(1)蛋白质工程的过程:其基本途径是从预期的蛋白质功能出发一 设计预期的蛋白质结构一 推测应有的氨基酸序列一 找 到相对应的脱氧核甘酸序列(基因)。其流
17、程图如下:7771 DNA 合成睛 因.J DNA|3 1*氨萃酸序列多肽链中心跖则分子网 秀白质上二蓊 l!三维结构L预期功傕生物功能(2)蛋白质工程的实例:通过蛋白质工程改造的干扰素可在一70 条件下保存半年。经过蛋白质工程改造天冬氨酸激酶和二级毗啜二竣酸合成酶这两种酶后,使玉米体内赖氨酸的含量大大提身。【高频考点突破】考点一、基因工程的理论基础与操作工具例1、(2012江苏单科,32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现 有Msp I BamW I Mho I Sma I 4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和
18、酶切位点分 别 为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGGo请回答下列问题。目的基因D11 1 11 1 1 11 f r i ihn H I rii 1111 H 111111111GGATCC CjQCGGG CCCGGG GGATCCCCT ddGCCC(;(;(;(:(:(:(:(.rJ J J “ULlia U L 3 L L L L l r L ,LLLLLlJ|-5J4bp 4 -796bp-4*658bp*|图 1图2(1)图1的一条脱氧核甘酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接。(2)若用限制酶Sma I完 全 切 割 图1中DNA片段,产生的末端是末端,其产物长度为 o(
19、3)若 图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分 离 出 图1及其对应的DNA片段,用限制酶S m.I完全切割,产物中共有 种不同长度的DNA片段。(4)若将图2 中质粒和目的基因D 通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制醐是 o 在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加 的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不 能 正 确 表 达,其 最 可 能 的 原 因 是解析本题主要考查基因工程中限制酶的作用原理和重组质粒构建的相关知识。(1)通过分析DNA分子结构的特点可知,在 DNA
20、的一条链中,相邻两个碱基依次由脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接。(2)限制酶S I 的识别序列和酶切位点为CCCG GG,酶切位点位于识别序列的中轴线上,所以酷切后形成的末端是平末端。在 图 1DNA片段中,有两个I 的识别序列,完全切割后形成的产物长度有三种,分别为:534+3=537bp;7 9 6-3-3 =790bp;658+3=661bp(3)D基因突变为d 基因后,其碱基序列中只含有个Sma 1 的识别序列,此时用Sma 1完全切割该D N A 片段后产物的长度有两种,分别为:534+796-3=1 327bp;658+3=661bpo所以,从杂合子(Dd)中分离出的D、d 基 因 D
21、NA片段被.加a l 完全切割,产物中有53 7bp、790bp、661bp、1 327bp 4 种不同长度的DNA片段。(4)分 析 图 1 DNA片段上的限制酶酶切位点可知,为了防止目的基因被破坏,并将目的基因从DNA片段中切下来,只 能 选 择 用 I 对目的基因进行处理。质粒用I 处理后,会破坏抗生素A 抗性基因,但抗生素B 抗性基因正常,所以筛选含重组质粒的大肠杆菌时,一般需用添加抗生素B 的培养基进行培养。因为用同种限制酶处理后目的基因和质粒上形成的黏性末端完全相同,所以部分目的基因D 可能会反向连接在质粒上,此类重组质粒上的目的基因D 将不能正确表达。答 案(D脱氧核糖、磷酸、脱
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