2021版高考生物一轮复习1基因工程教案新人教版选修3 27页

- 1 - 基因工程 考点一 基因工程的工具 1.与 DNA 有关的四种酶： 比较 项目 限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶 解旋酶 作用 底物 DNA 分子 DNA 分 子片段 脱氧核苷酸DNA 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 形成 产物 黏性末端 或平末端 形成重组 DNA 分子 新的 DNA 分子 形成单 链 DNA 2.限制酶： (1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一 条中心轴线，如 ，以中心线为轴，两侧碱基互补对称； 以 为轴， 两侧碱基互补对称。 (2)切割后末端的种类： 3.限制酶和 DNA 连接酶的作用关系： - 2 - (1)限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)原核生物限制酶不切割自身 DNA 的原因是不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 (3)DNA 连接酶起作用时，不需要模板，但 DNA 聚合酶起作用时需要模板。 4.载体： (1)条件与目的： 条 件 目 的 稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大 有一个至多个 限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因 具有特殊的标记基因便于重组 DNA 的鉴定和选择 (2)作用。 ①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 【高考警示】 基因工程操作基本工具的五个易错点 (1)在切割目的基因和载体时一般要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。 (2)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端。 (3)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个 DNA 分子用不同的限制 酶切割，产生的黏性末端一般不相同。 (4)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。 (5)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是 DNA 分子，能将 目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。 【典例】(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题： (1)博耶(H. Boyer)和科恩(S. Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌 细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了 ____________________________________(答出两点即可)。 - 3 - (2)体外重组的质粒可通过 Ca2+参与的_________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体 DNA 通常需与_______________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体 DNA 导入宿主细胞，在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是 _______________。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防 止蛋白质被降解，在实验中应选用________________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯 化的过程中应添加_____________________的抑制剂。 【解析】(1)体外重组的质粒进入受体细胞才能使子代细胞具有目的基因，故体外重组的质粒， 必须可以进入受体细胞。目的基因是具有遗传效应的 DNA 片段，必须可在原核细胞中表达才 能使受体细胞获得新性状。 (2)外源基因导入微生物受体细胞的方法是先用 Ca2+处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，然 后让重组表达载体 DNA 分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞 吸收 DNA 分子，完成转化过程。噬菌体属于专门侵染细菌的病毒，而心肌细胞和叶肉细胞均 属于真核细胞，故可作为重组噬菌体宿主细胞的是细菌。 (3)由于大肠杆菌细胞内含有可以分解目的基因表达的蛋白质的酶，故实验中需要选用蛋白酶 缺陷型的大肠杆菌，蛋白质纯化时需要抑制蛋白酶的活性。 答案：(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶 (1)载体上的标记基因一般是抗生素抗性基因。受体细胞应没有(填“有”或“没有”)抵抗相 关抗生素的能力。 (2)题中能否把核糖体蛋白基因整合到线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上？为什么？ 提示：不能。如果把核糖体蛋白基因整合到线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上，由于细胞分裂可能 导致核糖体蛋白基因丢失，无法稳定遗传。 (2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了 EcoRⅠ、BamHⅠ和 Sau3AⅠ三种限 制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的 EcoRⅠ、 Sau3AⅠ的切点是唯一的)。 - 4 - 根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_________酶切后的产物连接，理 由是____ _____________________________________________。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c) 所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_______，不能表达的原因 是____ ____________________________。 (3)DNA 连接酶是将两个 DNA 片段连接起来的酶，常见的有________________和_____________， 其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_________。 【解题指南】(1)图示信息：图(a)中三种酶的识别序列，图(b)中终止子、启动子、图 c 中目 的基因的插入位置。 (2)关键知识：只有两种限制性核酸内切酶剪切时识别的序列相同时，才能被 DNA 连接酶连接； 启动子是启动目的基因转录的，终止子终止转录过程，插入二者之间的目的基因才能正常表 达。 【解析】本题主要考查限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的作用及基因表达载体的构建。 (1)BamHⅠ和 Sau3AⅠ的共同识别序列是—GATC—，二者切割形成的黏性末端相同，可以被 DNA 连接酶连接。 - 5 - (2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的前端，终止子应位于目的基因的后端，这样 目的基因才能顺利地转录并完成翻译过程，即顺利表达，图中所示甲、丙均不符。 (3)常见的 DNA 连接酶有 T4 DNA 连接酶和 E·coli DNA 连接酶，T4 DNA 连接酶既能连接黏性末 端，又能连接平末端。 答案：(1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的 目的基因均不能被转录(其他合理答案亦可) (3)E·coli DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶 限制酶的选择技巧 (1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类。 ①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择 PstⅠ。 ②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择 SmaⅠ。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类。 ①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。 ②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙 中限制酶 SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不是一个，则切割重组后可能丢失某 些片段，若丢失的片段含复制原点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。 ③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质 粒，如图甲也可选择用 PstⅠ和 EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位 点)。 【加固训练】 1.(2016·全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源 DNA 插入 Ampr 或 Tetr 中会导致相应的基因 失活(Ampr 表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr 表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamHⅠ 酶切后，与用 BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入 DNA 连接酶进行连接反应，用得到的混 合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三 - 6 - 种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。 回答下列问题： (1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______________ ________(答出两点即可)。而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子 和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅 含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是____________； 并且_________和____________________的细胞也是不能区分的，其原因是 ___________________________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基 因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_____________的固体培养基。 (3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其 DNA 复制所需的原料来自_________。 【解题指南】解答本题的关键有两点： (1)理解基因工程中载体的特点。 (2)熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。 【解析】本题考查基因工程的相关知识。 (1)质粒被选为基因工程的载体是因为：具有一个或多个限制酶切点；具有自我复制能力；带 有标记基因；对宿主细胞无害。 (2)未被转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，故这两 种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重 组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培 养基上都能生长，这两种也不可区分。因目的基因插入位点在四环素抗性基因上，四环素抗 性基因被破坏，在获得的单个菌落中各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上，不能生 长的为要筛选的菌落，即含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。 (3)噬菌体营寄生生活，能利用宿主细胞内的原料和场所进行自身 DNA 的复制和蛋白质的合成。 答案：(1)能自我复制、具有标记基因 - 7 - (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了 目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均 能生长 四环素 (3)受体细胞 2.利用基因工程技术培育转基因抗冻番茄，该过程需要用多种限制酶，如图依次表示 EcoRⅠ、 SmaⅠ、Nae Ⅰ三种限制酶的识别序列及切割位点， 请回答： (1)上述限制酶在特定位点切割 DNA，其实质是断开 DNA 分子每条链中特定部位的两个核苷酸 之间的_________，切割后产生了_________末端。 (2)利用 EcoRⅠ和 NaeⅠ酶切得到某种鱼的抗冻蛋白基因，可与被 EcoRⅠ和 Sam Ⅰ酶切后的 质粒连接成重组质粒，原因是____________________________。 (3)重组质粒导入番茄后，欲检测抗冻蛋白基因是否转录出 mRNA，需利用_________作探针。 (4)利用抗冻蛋白制备出相应的_________，然后进行抗原—抗体杂交，观察到杂交带出现， 尚不足以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。因此，还应将转基因番茄_________，以确定其 耐寒能力是否提高。 【解析】(1)限制酶能够识别双链 DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定 部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，产生黏性末端和平末端。 (2)EcoRⅠ酶切出黏性末端，Sma Ⅰ和 Nae Ⅰ酶切出平末端，利用 EcoRⅠ和 NaeⅠ酶切得到某 种鱼的抗冻蛋白基因，可与被 EcoRⅠ和 Sma Ⅰ酶切后的质粒连接成重组质粒，原因是相同的 黏性末端之间可以连接，且不同的平末端之间也可以连接。 (3)欲检测目的基因是否转录出 mRNA，需利用标记的含有目的基因的 DNA 片段作探针，进行核 酸分子杂交，若出现杂交带，说明目的基因转录出了 mRNA。 (4)利用抗冻蛋白制备出相应的抗体，然后进行抗原—抗体杂交，观察到杂交带出现，尚不足 以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。因此还应进行个体生物学水平的鉴定，将转基因番茄 置于寒冷环境中培养，以确定其耐寒能力是否提高。 答案：(1)磷酸二酯键 黏性末端和平 (2)相同的黏性末端之间可以连接，且不同的平末端之间也可以连接 - 8 - (3)标记的含有目的基因的 DNA 片段(或“标记的抗冻蛋白基因”或“标记的含有目的基因的 DNA 单链”) (4)抗体 置于寒冷环境中培养(或进行个体水平检测或进行抗冻实验) 考点二 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的提取： 2.基因表达载体的构建： (1)基因表达载体的组成及作用： (2)基因表达载体的构建过程： - 9 - 3.将目的基因导入受体细胞： 生物种类 植 物 动 物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上→转入农杆菌→导 入植物细胞→整合到受体 细胞的染色体 DNA 上→表 达 将含有目的基因的表达载 体提纯→取卵(受精卵)→ 显微注射→受精卵发育→ 获得具有新性状的动物 Ca2+处理细胞→感受态细 胞→重组表达载体 DNA 分 子与感受态细胞混合→感 受态细胞吸收 DNA 分子 4.目的基因的检测与鉴定： 【高考警示】 基因工程操作程序易错点剖析 (1)基因表达载体≠载体：基因表达载体与载体相比增加了目的基因。 (2)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应 插入启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入启动子内部，启动子将失去原功能。 (3)启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子：启动子和终止子位于 DNA 片段上，分别控制 转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上，分别控制翻译的启动和终止。 (4)切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性 末端相同时，在 DNA 连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。 - 10 - 【典例】(2019·全国卷Ⅰ)基因工程中可以通过 PCR 技术扩增目的基因。回答下列问题。 (1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括 ___________和_________。 (2)生物体细胞内的 DNA 复制开始时，解开 DNA 双链的酶是___________。在体外利用 PCR 技 术扩增目的基因时，使反应体系中的模板 DNA 解链为单链的条件是_________。上述两个解链 过程的共同点是破坏了 DNA 双链分子中的___________。 (3)目前在 PCR 反应中使用 Taq 酶而不使用大肠杆菌 DNA 聚合酶的主要原因是 _____________________。 【解析】(1)基因文库包括基因组文库和部分基因文库(cDNA 文库)，前者包括一种生物的全部 基因，后者只包括一种生物的部分基因。 (2)体内进行 DNA 复制时，需要解旋酶和 DNA 聚合酶，解旋酶可以打开双链之间的氢键，DNA 聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行 PCR 扩增时，利用高温变性即加热至 90～ 95 ℃，破坏双链之间的氢键，使 DNA 成为单链。解旋酶和高温处理都破坏了 DNA 双链中碱基 对之间的氢键。 (3)由于在 PCR 过程中，需要不断地改变温度，该过程中涉及较高温度处理，大肠杆菌 DNA 聚 合酶在高温处理下会变性失活，因此 PCR 过程中需要用耐高温的 Taq 酶催化。 答案：(1)基因组文库 cDNA 文库 (2)解旋酶 加热至 90～95 ℃ 氢键 (3)Taq 酶热稳定 性高，而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活 (2018·全国卷Ⅱ)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用 于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在 GFP 基因 的 5′末端，获得了 L1-GFP 融合基因(简称为甲)，并将其插入质粒 P0，构建了真核表达载体 P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中 E1～E4 四种限制酶产生的黏性末端各不相同。 回答下列问题： - 11 - (1)据图推断，该团队在将甲插入质粒 P0 时，使用了两种限制酶，这两种酶是___________。 使用这两种酶进行酶切是为了保证_________，也是为了保证_______________。 (2)将 P1 转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明 L1 基因在 牛的皮肤细胞中完成了___________和_____________过程。 (3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的 _______________移入牛的________________中、体外培养、胚胎移植等。 (4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用 PCR 方法进行鉴定，在鉴定时 应分别以该牛不同组织细胞中的_________(填“mRNA”“总 RNA”或“核 DNA”)作为 PCR 模 板。 【解析】(1)将甲插入质粒 P0 时，为了保证甲(L1-GFP 融合基因)的完整性，应该选择 E1 和 E4 两种酶切割，并且把目的基因插入启动子和终止子之间，从而使其能在受体细胞中表达。 (2)在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光表明基因已表达，而基因的表达包括转录和翻译两个过 程。 (3)由(4)题意可知，获得含有 L1-GFP 融合基因(甲)的牛为克隆牛，需要用核移植技术，即将 能够产生绿色荧光细胞的细胞核移入去核卵母细胞中。 (4)检测甲是否存在于牛的不同组织细胞中，可以采用 PCR 技术扩增，再用 DNA 分子杂交技术 来检测，PCR 技术中模板是 DNA，并不是 RNA。 答案：(1)E1 和 E4 甲的完整 甲与载体正确连接 (2)转录 翻译 (3)细胞核 去核卵母细胞 (4)核 DNA “三三一一法”解决基因工程基本操作程序问题 三辨：分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体时，一般用同一种 限制酶切割，也可用不同的限制酶切割。 三找：找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如 抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部，还是在标记基因之外。 一析：分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一个标记基因，插入目 的基因后不能破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位 点，如果某一标记基因中有插入位点，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。 - 12 - 一判：判断目的基因是否导入受体细胞的方法。一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌， 如果有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。 【加固训练】 1.(2017·全国卷Ⅰ)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 _____________________。 【解析】本题主要考查了基因工程的相关知识。 (1)人体基因 A 有内含子，将获得的基因 A 导入大肠杆菌中，经过转录得到含有内含子的 mRNA， 因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的 RNA 序列的机制。内含子部分对应的 mRNA 序列阻断了蛋白 A 的合成。 (2)若用家蚕作为表达基因 A 的受体，选用昆虫病毒作为载体，不选用噬菌体作载体的原因是 噬菌体的宿主细胞是细菌，噬菌体不能侵染家蚕。 (3)大肠杆菌是原核生物，原核生物作为受体细胞，有以下优点：结构简单、繁殖速度快、容 易培养等。 (4)要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A，最准确的方法是利用蛋白 A 的抗体，因抗体具有特异性， 一种抗体只能与特定的蛋白质结合，可根据蛋白 A 抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白 A。 (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的 DNA 转移到了另一种生物个体中， 并表达合成了相应的蛋白质。 - 13 - 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 2.(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通 过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题： (1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的 mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶 作为实验材料，原因是__________________________。提取 RNA 时，提取液中需添加 RNA 酶 抑制剂，其目的是__________________________。 (2)以 mRNA 为材料可以获得 cDNA，其原理是 __________________________。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细 胞，原因是____________________________________(答出两点即可)。 (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA 连接酶催化形成的化学键是_____________。 (5)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____________________________________。 【解析】(1)嫩叶相对于老叶，细胞壁较薄，较易破碎，容易提取几丁质酶的 mRNA；由于 RNA 酶可降解 RNA，提取 RNA 时，提取液中应添加 RNA 酶抑制剂，以防止所提取的 RNA 降解。 (2)以 mRNA 为模板、4 种脱氧核苷酸为原料，在逆转录酶的作用下，按照碱基互补配对原则， mRNA 可通过逆转录合成 cDNA。 (3)目的基因中缺乏表达所需要的复制原点、启动子等，而质粒载体中含有，为了使目的基因 在受体细胞中表达，应将目的基因与质粒载体形成重组质粒，导入受体细胞。 (4)DNA 连接酶可将同种限制酶切割产生的末端连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键。 (5)几丁质酶基因整合到植物基因组中，但植物抗真菌病的能力没有提高，说明几丁质酶基因 在植物细胞中未表达。依据中心法则可知，基因表达包括转录和翻译两个过程，可能是目的 基因的转录或翻译过程异常导致目的基因在受体细胞中未表达，进而导致植物抗真菌病的能 力没有提高。 答案：(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止 RNA 降解 - 14 - (2)在逆转录酶的作用下，以 mRNA 为模板按照碱基互补配对的原则可以合成 cDNA (3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需的启动子 (4)磷酸二酯键 (5)目的基因的转录或翻译异常 3.(2017·全国卷Ⅲ)编码蛋白甲的 DNA 序列(序列甲)由 A、B、C、D、E 五个片段组成，编码 蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图 1 所示。 回答下列问题： (1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的 DNA 序列 (TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因 是____________________________。 (2)某同学在用 PCR 技术获取 DNA 片段 B 或 D 的过程中，在 PCR 反应体系中加入了 DNA 聚合酶、 引物等，还加入了序列甲作为_____________，加入了_____________作为合成 DNA 的原料。 (3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激 T 淋 巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含 T 淋巴细胞的培养液平均分成四组， 其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测 T 淋巴细胞浓 度，结果如图 2。 ①由图 2 可知：当细胞浓度达到 a 时，添加蛋白乙的培养液中 T 淋巴细胞浓度不再增加，此 时若要使 T 淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是_______ _____________________。细胞培养 过程中，培养箱中通常要维持一定的 CO2 浓度，CO2 的作用是____。 ②仅根据图 1、图 2 可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少_________(填“A”“B”“C” “D”或“E”)片段所编码的肽段，则会降低其刺激 T 淋巴细胞增殖的效果。 【解析】(1)编码蛋白乙的 DNA 序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)转录后的 mRNA 无起始密码子 AUG 或 GUG，无法进行翻译，所以不能翻译出蛋白乙。 (2)用 PCR 技术获取 DNA 片段 B 或 D 的过程中，在 PCR 反应体系中加入序列甲作为模板，加入 4 种脱氧核苷酸作为合成 DNA 的原料。 - 15 - (3)①细胞培养过程中会出现贴壁生长、接触抑制现象，可采用胰蛋白酶处理，进行传代培养。 细胞培养过程中，培养箱中 CO2 的作用是维持培养液一定的 pH。 ②根据图 1、图 2 可知，蛋白乙促进 T 淋巴细胞增殖的效果最好，与编码蛋白甲和乙的 DNA 序 列相比，编码蛋白丙的序列缺少 C 片段，蛋白丙缺少 C 片段所编码的肽段，促进 T 淋巴细胞 增殖的效果最差。 答案：(1)编码乙的 DNA 序列中无起始密码子对应的碱基序列，转录出的 mRNA 无起始密码子 (2)模板 脱氧核苷酸 (3)①进行细胞传代培养 维持培养液的 pH ②C 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程的应用： (1)乳腺生物反应器。 ①优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。 ②操作过程：获取目的基因→构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成早 期胚胎→将胚胎移植到母体动物子宫内→发育成转基因动物→在雌性个体中目的基因表达， 从分泌的乳汁中提取所需蛋白质。 (2)基因工程药品。 ①生产方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。 a.“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系，如含有人 胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。 b.用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。 ②成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (3)基因治疗与基因诊断： 基因治疗 基因诊断 原理 基因重组及基因表达 DNA 分子杂交 方法 将正常基因导入病人体内，使该基因的 表达产物发挥功能，以达到治疗疾病的 目的 制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析 杂交带情况，判断患者是否出现了基因异常 或携带病原体 进展 临床实验 临床应用 - 16 - 2.蛋白质工程与基因工程： (1)区别： 项 目 蛋白质工程 基因工程 过 程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→ 推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧 核苷酸序列 获取目的基因→构建基因表达载体 →将目的基因导入受体细胞→目的 基因的检测与鉴定 实 质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人 类所需的生物类型或生物产品 结 果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 (2)联系。 ①蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。 【高考警示】 突破基因工程应用的五个易错点 (1)农杆菌转化法原理：农杆菌在自然条件下易感染双子叶植物和裸子植物，并将其 Ti 质粒 上的 T-DNA 转移并整合到受体细胞染色体 DNA 上。 (2)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”，如含 有人干扰素基因的酵母菌。而青霉素是由人工诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工 程改造的工程菌产生的。 (3)用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。 (4)动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。 (5)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的 操作。 【典例】(2015·全国卷Ⅱ)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由 305 个氨基酸组成。如果将 P 分子中 158 位的丝氨酸变成亮氨酸，240 位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸， 改变后的蛋白质(P1)不但保留 P 的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_________进行改造。 - 17 - (2)以 P 基因序列为基础，获得 P1 基因的途径有修饰_________基因或合成_________基因。所 获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_________的复制，以及遗传 信息在不同分子之间的流动，即：____ ________________________________。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过 _________和_________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯 化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_________进行鉴定。 【解析】本题考查蛋白质工程和中心法则的相关内容。 (1)蛋白质 P1 是由蛋白质 P 改变了两个氨基酸序列得到的，故若要改变蛋白质的功能，可以考 虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。 (2)P1 基因可以在 P 基因的基础上经修饰改造而成，也可以根据氨基酸序列用化学方法合成。 中心法则的内容为： ，包括 DNA 的复制，RNA 的复制，遗传信息由 DNA →RNA、由 RNA→DNA、由 RNA→蛋白质五个过程。 (3)蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有 的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。该基因表达后得到相应蛋白质，蛋白 质是否符合我们的设计要求，还需要进一步对蛋白质的生物功能进行检测与鉴定。 答案：(1)氨基酸序列(或结构) (2)P P1 DNA 和 RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能 (1)上题中与 P 相比，P1 结构发生改变的直接原因是肽链中氨基酸的种类和排列顺序发生了改 变。 (2)蛋白质工程操作的对象是基因(填“基因”或“蛋白质”)，理由是基因控制蛋白质的合成， 通过改造基因达到对蛋白质改造的目的。 (2019·海南高考)人的 T 细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由一条多 肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产 Y。回答下列问题。 - 18 - (1)若要获得 Y 的基因，可从人的 T 细胞中提取_____作为模板，在___________催化下合成 cDNA，再利用_____________技术在体外扩增获得大量 Y 的基因。 (2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得 Y 的基因插入农杆菌 Ti 质粒上的_______中，得到含目的基因的重组 Ti 质粒，则可用农杆菌转化法将该基因导入 某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达 Y 的愈伤组织，则 说明 Y 的基因已经____。 (3)天然的 Y 通常需要在低温条件下保存。假设将 Y 的第 6 位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高 其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对 Y 进行改造以提高其热稳定性，具体思路是 ________________________。 【解析】(1)若要获得 Y 的基因，可从人的 T 细胞中提取 mRNA 作为模板，在逆转录酶催化下 合成 cDNA，再利用 PCR 技术在体外扩增获得大量 Y 的基因。 (2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得 Y 的基因插入农杆菌 Ti 质粒上的 T-DNA 中，若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达 Y 的愈伤组织，则说 明 Y 的基因已经成功表达。 (3)若要根据蛋白质工程的原理对 Y 进行改造以提高其热稳定性，具体思路是先找到第 6 位氨 基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第 6 位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的 碱基，就能完成对天然的 Y 的改造。 答案：(1)mRNA 逆转录酶 PCR (2)T-DNA 整合到叶肉细胞染色体 DNA 上 (3)找到第 6 位 氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第 6 位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙 的碱基 基因工程和蛋白质工程的判断方法 (1)从对基因的操作方法上判断： 如果仅将基因用限制酶从 DNA 片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工， 或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造， 如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或去除了某几个碱基，则属于蛋白质工程。 (2)从目的基因的合成方式上判断： 基因工程和蛋白质工程都可以反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成 mRNA， 再合成基因。如果合成时 mRNA 或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果 mRNA - 19 - 或氨基酸序列经过了改造，或 mRNA 或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为 蛋白质工程技术。 (3)从合成的蛋白质种类上判断： 如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异， 甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 【加固训练】 1.(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA) 具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图 是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。 (1)为获取 HSA 基因，首先需采集人的血液，提取_______合成总 cDNA，然后以 cDNA 为模板， 采用 PCR 技术扩增 HSA 基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭 头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。 (2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体，需要 选择的启动子是_______(填写字母，单选)。 A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子 (3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是 ____________________。 (4)人体合成的初始 HSA 多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径 Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取 rHSA 的优势是____。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值，须确认 rHSA 与_______的生物学功能一致。 【解题指南】解答本题的关键有三点： (1)掌握用 PCR 技术扩增 HSA 基因的方法，明确引物的作用。 (2)理解酚类物质在农杆菌转化过程中的作用。 (3)明确膜系统在蛋白质加工过程中的作用。 【解析】本题主要考查基因工程的基本操作步骤和基因工程的应用等相关知识。 - 20 - (1)合成总 cDNA 需要提取细胞中的所有 mRNA，再通过逆转录过程获得。采用 PCR 技术扩增 HSA 基因时，两条引物分别与每条模板链的 3′端结合，扩增的方向相反。 (2)因为启动子通常具有物种及组织特异性，所以在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 时，需要 选择水稻胚乳细胞的启动子。 (3)农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，酚类物质可以吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于 目的基因的转移。 (4)水稻是具有生物膜系统的真核生物，水稻细胞能对初始 rHSA 多肽进行高效加工，而大肠 杆菌是原核生物，原核细胞中没有内质网、高尔基体等具膜结构的细胞器，不能对初始 rHSA 多肽进行高效加工。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值，须确认 rHSA 与天然的 HSA 生物学功能一致。 答案：(1)总 RNA(或 mRNA) (2)B (3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化 (4)水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始 rHSA 多肽进行高效加工 (5)HSA 2.我国科学家独立研制的轮状病毒疫苗对婴幼儿感染性腹泻有很好的预防效果。轮状病毒是 RNA 病毒，表面的 E 蛋白为主要抗原，下面介绍疫苗生产的有关过程，回答下列问题： (1)用轮状病毒的抗原 E 蛋白获得 E 基因(目的基因)的过程需要借助_________工程，构建完 整的表达载体必须要含有_________和目的基因等结构。 (2)生产疫苗时可用微生物做受体细胞，则应采用 Ca2+处理微生物细胞，使受体细胞处于 ________，从而将表达载体导入受体细胞；疫苗药物生产也可用乳腺生物反应器，导入目的 基因的方法应采用_________法。 (3)对健康婴幼儿进行该传染病免疫预防时，可选用基因工程生产的_________作疫苗。对该 传染病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒，与________比较；或用_________ 进行特异性结合检测。 【解析】(1)蛋白质工程的基本途径之一是根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列，因 此用轮状病毒的抗原 E 蛋白获得 E 基因(目的基因)的过程需要借助蛋白质工程。基因表达载 体的组成包括复制原点、启动子、目的基因、标记基因和终止子等结构。 - 21 - (2)将目的基因导入微生物细胞常用感受态转化法，即用 Ca2+处理微生物细胞，使受体细胞处 于易于吸收周围环境中 DNA 分子的感受态，从而将表达载体导入受体细胞；将目的基因导入 动物细胞常用显微注射法。 (3)对健康婴幼儿进行该传染病免疫预防时，可选用基因工程生产的 E 蛋白作疫苗。对该传染 病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒，与已知病毒进行核酸序列比较；或采 用抗原—抗体杂交法，即用抗 E 蛋白的抗体进行特异性结合检测。 答案：(1)蛋白质 启动子、终止子、复制原点、标记基因 (2)感受态 显微注射 (3)E 蛋白 已知病毒进行核酸序列 抗 E 蛋白的抗体 考点四 DNA 的粗提取与鉴定 1.基本原理： (1)DNA 的粗提取： ①原理：利用 DNA 与 RNA、蛋白质和脂质等在理化性质方面的差异，提取 DNA，去除其他成分。 ②DNA 与蛋白质在物理、化学性质方面的差异： 比较项目 DNA 蛋白质 溶 解 性 2 mol/L NaCl 溶液中 溶解析出 0.14 mol/L NaCl 溶液中 析出溶解 酒精溶液中 析出 溶解 耐 受 性 蛋白酶 无影响 水解 高温 80 ℃以上变性 不能忍受 60～80 ℃ 的高温 (2)DNA 的鉴定：DNA+二苯胺 蓝色。 2.主要步骤及注意事项： - 22 - 【高考警示】 DNA 的粗提取与鉴定的“两个”提醒 (1)提取 DNA 不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，因为哺乳动物成熟的红细胞无细胞 核，提取不到 DNA。 (2)进行 DNA 粗提取与鉴定实验时，为了防止 DNA 分子断裂，应该加入洗涤剂和食盐后进行轻 缓、充分地搅拌和研磨。 【典例】(2019·郑州模拟)如图表示以鸡血为实验材料进行 DNA 的粗提取与鉴定的操作程序， 请分析回答问题。 - 23 - (1)步骤一中，向鸡血细胞液中加入_______并搅拌，可使鸡血细胞破裂。 (2)步骤二：过滤后收集含有 DNA 的_______。 (3)步骤三、四的操作原理是________________________________________。步骤四通过向溶 液中加入_______调节 NaCl 溶液物质的量浓度为_______mol/L 时，DNA 将会析出，过滤去除 溶液中的杂质。 (4)步骤七：向步骤六过滤后的_______中，加入与滤液等体积的冷却的 ____________________________，静置 2～3 min，溶液中会出现_______色丝状物，这就是粗 提取的 DNA。 (5)步骤八：DNA 遇_______试剂，沸水浴加热 5 min，冷却后，溶液呈_______色。 【解析】(1)步骤一中加入蒸馏水的目的是使红细胞破裂，释放出核物质。 (2)步骤二过滤后收集含有核物质的滤液。(3)由于 DNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中溶解度不同， 所以通过控制 NaCl 溶液的浓度可以分别溶解 DNA 和析出 DNA，并且对 DNA 进行提纯；步骤四 加入蒸馏水的目的是逐渐稀释 NaCl 溶液，使其物质的量浓度达到 0.14 mol/L，这时 DNA 在 NaCl 溶液中溶解度最低，可以析出 DNA。(4)DNA 不溶于酒精，某些蛋白质可以溶于酒精，这 样可以进一步提纯 DNA。(5)鉴定 DNA 的方法是用二苯胺试剂，在沸水浴加热条件下，如果变 蓝色，证明是 DNA。 答案：(1)蒸馏水 (2)滤液 (3)DNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中溶解度不同，通过控制 NaCl 溶液的浓度去除杂质 蒸馏水 0.14 (4)滤液 体积分数为 95%的酒精 白 (5)二苯胺 蓝 (1)上题图中操作步骤二后过滤，应取滤液，原因是 DNA 主要存在于滤液中，黏稠物中主要为 破碎的细胞膜等物质。 - 24 - (2)上题图中操作步骤四后过滤，应取黏稠物，原因是 NaCl 浓度降低，DNA 析出。 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 ℃、 另一组置于-20 ℃条件下保存 24 h。 DNA 的粗提取： 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沿一个方向搅拌，使丝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 NaCl 溶液溶解上述丝状物。 DNA 的检测： 在上述第三步所用试管中各加入 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颜色的深浅，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，回答下列问题： (1)该探究性实验课题的名称是 __________________________________。 (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。 ①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： ____________________________________________________。 ②针对结论 1，请给出合理的解释： ____________________________。 (4)氯仿密度大于水，与水和 DNA 均不相溶，能使蛋白质变性沉淀，且对 DNA 影响极小。为了 进一步提高粗提取时 DNA 的纯度，依据氯仿的特性，在第三步的基础上继续操作的步骤 是 ____________________________， - 25 - 然后用体积分数为 95%的冷酒精溶液使 DNA 析出。 【解析】(1)据题意，该探究实验的自变量是实验材料的种类和保存温度，因变量是 DNA 提取 量，则该探究性实验课题的名称是探究不同材料和不同保存温度对 DNA 提取量的影响。(2)搅 拌过程中常常会发生 DNA 的断裂，因此该步骤需要“缓缓地”进行。(3)①据表分析不同自变 量条件下的因变量情况，可得结论 2：等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄 中提取的 DNA 量最多。②低温使相关酶的活性受到抑制，从而降低了 DNA 的降解速率，使 DNA 提取量增多。(4)根据氯仿的理化性质，可将氯仿与提取液充分混合，静置后吸取上清液，再 用体积分数为 95%的冷酒精使 DNA 析出，从而纯化 DNA。 答案：(1)探究不同实验材料和不同保存温度对 DNA 提取量的影响 (2)DNA 断裂 (3)①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄中提取的 DNA 量最多 ②低温抑 制了相关酶的活性，DNA 的降解速率慢 (4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液 DNA 的粗提取与鉴定实验中的“2、3、4” (1)加蒸馏水 2 次。 ①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水破裂； ②加到含 DNA 的 2 mol/L 的 NaCl 溶液中，使 NaCl 溶液的浓度下降到 0.14 mol/L，使 DNA 析 出。 (2)用纱布过滤 3 次。 ①过滤鸡血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液； ②滤取 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中析出的 DNA(黏稠物)； ③过滤溶有 DNA 的 2mol/L 的 NaCl 溶液。 (3)用 NaCl 溶液 4 次。 ①加 2 mol/L 的 NaCl 溶液，溶解提取的细胞核物质； ②用 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液使 DNA 析出； ③用 2 mol/L 的 NaCl 溶液，溶解滤取的 DNA 黏稠物； ④用 2 mol/L 的 NaCl 溶液，溶解丝状物用于鉴定 DNA。 【加固训练】 - 26 - 1.“DNA 的粗提取与鉴定”实验中，A、B、C、D、E 五个小组除表中所列处理方法不同外，其 他操作步骤均相同且正确，但实验结果却不同。分析回答： 组 别 实验 材料 提取核物质时加入的溶液 去除杂质时加入的溶液 DNA 鉴定 时加入的 试剂 A 鸡血 蒸馏水 体积分数为 95%的酒精(25 ℃)二苯胺 B 菜花 蒸馏水 体积分数为 95%的酒精(冷却) 双缩脲 C 人血浆 蒸馏水 体积分数为 95%的酒精(冷却) 二苯胺 D 人血 细胞 2 mol/L 的氯化钠溶液 0.14 mol/L 的氯化钠溶液 双缩脲 E 鸡血 蒸馏水 体积分数为 95%的酒精(冷却) 二苯胺 (1)实验材料选择错误的组别是_______，其原因是 _______________。 (2)实验步骤(不包括实验材料)均正确，但得不到 DNA 的组别是_______。 (3)沸水浴中试管颜色变蓝的组别是_______；蓝色较淡的是_______，其原因是 __________________________________________________。 (4)B 组实验不成功的最主要原因是 ____________________。 【解析】(1)人的血浆中没有细胞结构，人成熟的红细胞中没有细胞核，在这些材料中不能得 到 DNA 或得到的 DNA 很少。(2)血细胞中有少量的白细胞，其中有 DNA，所以只有 C 组人血浆 中没有 DNA。(3)A 组和 E 组都能得到 DNA，沸水浴中试管颜色都会变蓝色。冷却的酒精溶液中 DNA 的溶解度最低，而 A 组中为 25 ℃的酒精溶液，所以试管中颜色较浅。(4)菜花细胞外有 细胞壁起保护作用，在蒸馏水中不会破裂，所以不能得到 DNA。 答案：(1)C、D 人的血浆中没有细胞结构，人成熟的红细胞中没有细胞核，选用这些材料得 不到 DNA 或得到的 DNA 很少 (2)C (3)A、E A 冷却的酒精溶液中 DNA 的溶解度最低，而 该组使用的是 25 ℃的酒精溶液 (4)菜花细胞在蒸馏水中不能被破坏，得不到 DNA(应采用研 磨的方法) 2.某研究小组利用香蕉提取 DNA，设计实验如下： (1)制取香蕉研磨液。 ①取一段约 2 cm 长的去皮香蕉，剪碎置于研磨钵中。 ②加入 10 mL 温水、2 g 食盐和 1～2 滴洗洁精，研磨 5～10 min。 - 27 - ③用双层纱布过滤研磨液于烧杯中。 (2)粗提取 DNA。 ①向滤液中加入 2 g 嫩肉粉，轻摇烧杯，让嫩肉粉和滤液充分接触。 ②把烧杯置于 60 ℃的水浴锅中加热 10 min。 ③待烧杯冷却后，沿玻璃棒从烧杯壁缓缓加入 2 倍体积的 95%的冷却酒精。 ④静置 5 min 后，用牙签缓缓卷起上层漂浮的白色絮状物。 分析回答下列问题： (1)制取香蕉研磨液时加入 2 g 食盐，目的是_______________________。过滤研磨液后，DNA 存在于_______中。 (2)有人认为，洗洁精应在粗提取 DNA 时使用，你认为正确吗？_______。说出你的理 由 __________________________________________________。 (3)粗提取 DNA 时加入嫩肉粉主要利用了其中的成分是_______，目的是_______________。把 烧杯置于 60 ℃的水浴锅中加热 10 min，可以使_______变性，从而提高提取 DNA 的纯度。 【解析】(1)由于 DNA 在 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中的溶解度最低，因此加入食盐可以提高 DNA 的溶解度，使 DNA 溶于滤液中。 (2)洗洁精的作用是瓦解细胞膜，利于核物质释放，而研磨的目的是破碎细胞，释放核物质， 因此洗洁精应在制取香蕉研磨液时加入效果更好。 (3)粗提取 DNA 时加入嫩肉粉主要利用了其中的蛋白酶，作用是水解蛋白质。DNA 能够耐高温， 而蛋白质在高温时会变性，因此可以利用 60 ℃水浴加热使蛋白质变性，从而提高提取 DNA 的 纯度。 答案：(1)提高 DNA 的溶解度 滤液 (2)不正确 洗洁精的作用是瓦解细胞膜，利于核物质释放，而研磨的目的是破碎细胞，释放 核物质 (3)蛋白酶 水解蛋白质 蛋白质