新2017高考生物一輪復(fù)習(xí) 第十單元 現(xiàn)代生物科技專題 第41講 基因工程學(xué)案（含解析）北師大版

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1、 第41講 基因工程 考點(diǎn)一　基因工程的基本原理和操作技術(shù) 1．基因工程的概念 基因工程也叫DNA重組技術(shù)，它是在分子水平上進(jìn)行的一種外科手術(shù)式的遺傳操作，采取類似于工程建設(shè)的方式，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，借助于實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，將某種生物的基因或基因組提取出來，在生物體外進(jìn)行加工改造或重新組合，再轉(zhuǎn)移到另一種生物中去，從而定向地改變生物的遺傳特性，創(chuàng)造出新型的生物。 2．基因工程研究的理論基礎(chǔ) (1)分子基礎(chǔ)：在20世紀(jì)40年代證實(shí)了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，它是遺傳信息的攜帶者；DNA是生物大分子，基因是DNA分子上具有遺傳功能的DNA片段。 (2)重組基礎(chǔ)：在20世紀(jì)50年代確立

2、了DNA的雙螺旋構(gòu)型，遵循堿基互補(bǔ)原則，DNA進(jìn)行半保留復(fù)制，從而解決了基因的自我復(fù)制和世代交替問題。 (3)轉(zhuǎn)移基礎(chǔ)：在20世紀(jì)60年代，相繼提出了“中心法則”和操縱子學(xué)說，成功地破譯了遺傳密碼，闡明了遺傳信息的流動與表達(dá)機(jī)制。 3．基因工程操作技術(shù)的突破 (1)DNA分子的切割技術(shù)——限制性內(nèi)切酶 ①特點(diǎn)：a.會識別DNA上某種核苷酸的序列和位置。b.能在這個位置上將DNA分子一刀兩斷。 ②例子：限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ只能識別GAATTC序列的位點(diǎn)，并且在G和A之間將這段序列切開。 ③黏性末端：被限制性內(nèi)切酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，它們之間正好是互補(bǔ)配

3、對的。 ④與基因的位置關(guān)系：用限制性內(nèi)切酶可以完整地切下一個或幾個基因，正好符合基因工程的要求。 ⑤存在：主要存在于微生物中。 (2)DNA分子的連接技術(shù)——DNA連接酶 ①作用：能在兩個DNA片段的末端之間“架起橋梁”，把它們連接起來。 ②特點(diǎn)：只要在同一種限制性內(nèi)切酶切割的兩種DNA片段中加上這種DNA連接酶，它就會把片段縫合得天衣無縫。 (3)DNA分子的運(yùn)載工具 ①條件：第一，運(yùn)載體必須是一種能夠自我復(fù)制的較小的DNA分子，能夠比較自由地進(jìn)出細(xì)胞。第二，能使帶進(jìn)去的DNA在細(xì)胞里面進(jìn)行復(fù)制，并且仍然保持原有的特性。第三，作為載體最好具有某些簡單的特性，如抗藥性、免疫性等。

4、 ②種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。 ③細(xì)菌質(zhì)粒：它是細(xì)菌染色體外的一種很小的環(huán)狀DNA分子。它不僅能進(jìn)行自我復(fù)制，還帶有某種抗性基因，能在細(xì)胞之間鉆進(jìn)穿出。鑲嵌上一段外來DNA片段的質(zhì)粒，就成為一個“雜種質(zhì)粒”。雜種質(zhì)粒進(jìn)入細(xì)胞后，便能出色地完成基因工程師交給它的使命——在新的宿主細(xì)胞里繁殖并發(fā)揮作用，使受體細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的表達(dá)產(chǎn)物。 [診斷與思考] 1．判斷下列說法的正誤 (1)限制性內(nèi)切酶只能用于切割目的基因(　×　) (2)DNA連接酶能將兩堿基通過形成氫鍵連接起來(　×　) (3)E·coliDNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端(　×　) (4)質(zhì)粒是小型環(huán)狀D

5、NA分子，是基因工程常用的載體(　√　) (5)載體的作用是攜帶目的基因并導(dǎo)入受體細(xì)胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(dá)(　√　) 2．下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRⅠ限制性內(nèi)切酶和SmaⅠ限制性內(nèi)切酶的作用示意圖。請據(jù)圖回答： (1)請說出EcoRⅠ限制性內(nèi)切酶和SmaⅠ限制性內(nèi)切酶識別的堿基序列及切割的位點(diǎn)。 提示　EcoRⅠ限制性內(nèi)切酶識別的堿基序列是GAATTC，切割位點(diǎn)在G和A之間；SmaⅠ限制性內(nèi)切酶識別的堿基序列是CCCGGG，切割位點(diǎn)在G和C之間。 (2)以上實(shí)例說明限制性內(nèi)切酶有何特性？ 提示　說明限制性內(nèi)切酶具有專一性。 題組一　限制性內(nèi)切酶、DNA連

6、接酶等酶的作用 1．如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是(　　) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 答案　C 解析　限制性內(nèi)切酶可在特定位點(diǎn)對DNA分子進(jìn)行切割；DNA聚合酶在DNA分子復(fù)制時將脫氧核糖核苷酸連接成多核苷酸鏈；DNA連接酶可將限制性內(nèi)切酶切開的磷酸二酯鍵連接在一起；解旋酶的作用是將DNA雙鏈解開螺旋，為復(fù)制或轉(zhuǎn)錄提供模板。 2．若要利用某目的基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構(gòu)建重組DNA(見圖丙)，限制性內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)分別是BglⅡ(A↓

7、GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是(　　) A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 答案　D 解析　解答本題的關(guān)鍵是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體，構(gòu)建的重組DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移動方向才一定與圖丙相同。 題組二　運(yùn)載體的作用及特點(diǎn)分析 3．下列關(guān)于運(yùn)載體的敘述中，

8、錯誤的是(　　) A．運(yùn)載體與目的基因結(jié)合后，實(shí)質(zhì)上就是一個重組DNA分子 B．對某種限制性內(nèi)切酶而言，運(yùn)載體最好只有一個切點(diǎn)，但還要有其他多種酶的切點(diǎn) C．目前常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒 D．運(yùn)載體具有某些標(biāo)記基因，便于對其進(jìn)行切割 答案　D 解析　運(yùn)載體必須具備的條件有：①對受體細(xì)胞無害，不影響受體細(xì)胞正常的生命活動；②具有自我復(fù)制能力，或能整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上，隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制；③具有一個至多個限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)，以便目的基因可以插入到運(yùn)載體中；④帶有特殊的標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因，以便于對外源基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測；⑤運(yùn)載體DNA分子大小適

9、合，以便于提取和進(jìn)行體外操作。 4．如圖是表達(dá)新基因用的質(zhì)粒的示意圖，若要將目的基因插入到質(zhì)粒上的A處，則切割基因時可用的是(　　) A．HindⅢ B．EcoRⅠ C．EcoB D．PstⅠ 答案　C 解析　A處有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制性內(nèi)切酶的切點(diǎn)，使用A～D中的EcoB切割時，才能讓目的基因插入到A處。 1．確定限制性內(nèi)切酶的種類 (1)根據(jù)目的基因兩端的限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)確定限制性內(nèi)切酶的種類 ①應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制性內(nèi)切酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制性內(nèi)切酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 ③為

10、避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制性內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制性內(nèi)切酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。 (2)根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制性內(nèi)切酶的種類 ①所選限制性內(nèi)切酶要與切割目的基因的限制性內(nèi)切酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為運(yùn)載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制性內(nèi)切酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制性 內(nèi)切酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因。如果所選酶的切點(diǎn)不止一個，則切割重組后可能丟失某些片段。若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制。 2．運(yùn)載體上標(biāo)記基因的標(biāo)記

11、原理 運(yùn)載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的運(yùn)載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入運(yùn)載體的受體細(xì)胞，原理如下圖所示： 考點(diǎn)二　基因工程的操作過程與應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程 1．基因工程的操作程序 (一)目的基因的獲得 目的基因的含義：是指人們所需要的進(jìn)行研究的基因，如抗蟲基因、抗病基因等。 (1)化學(xué)合成法 ①含義：是指利用化學(xué)反應(yīng)直接合成基因。 ②適用范圍：主要適用于已知核苷酸序列的、相對分子質(zhì)量較小的

12、目的基因的制備。 (2)從基因組中直接分離法 ①“鳥槍法”分離基因的主要步驟 a．提取基因組的DNA，然后進(jìn)行“散彈射擊”，即用限制性內(nèi)切酶或其他機(jī)械方法將完整的雙鏈DNA分子隨機(jī)切割成適當(dāng)長度的片段。 b．把上述片段連接到合適的運(yùn)載體上，通過運(yùn)載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞中，使外源DNA隨著運(yùn)載體的復(fù)制而復(fù)制，從而進(jìn)行目的基因的增殖。 c．采取合適的方法，對含有外源DNA片段的受體細(xì)胞進(jìn)行檢測，找出目的基因所在的運(yùn)載體。 ②由于真核生物基因組較大，分離目的基因時，往往要根據(jù)已獲得的信息，采用很多綜合的分子生物學(xué)技術(shù)。例如：利用DNA擴(kuò)增儀(PCR儀)直接擴(kuò)增目的基因；也可以利用反轉(zhuǎn)

13、錄法，合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的目的基因。 (二)基因表達(dá)載體的構(gòu)建 (1)方法 ①用同一種限制性內(nèi)切酶去切割質(zhì)粒和目的基因。 ②在DNA連接酶的作用下，有切口的質(zhì)粒就會與同樣末端的目的基因連接在一起。 (2)結(jié)果：形成一個含有目的基因的新環(huán)狀質(zhì)粒DNA分子表達(dá)載體。 (3)原因：把目的基因包裝一下，就很容易逃過受體細(xì)胞的防御系統(tǒng)，免遭“滅頂之災(zāi)”。 (三)目的基因的導(dǎo)入 根據(jù)受體和運(yùn)載體的類型不同，所采取的導(dǎo)入方法也往往不一樣。目前經(jīng)常使用的目的基因?qū)敕椒ㄓ校? (1)花粉管通道法 ①含義：指外源基因利用植物受精后花粉萌發(fā)形成的花粉管通道進(jìn)入受體細(xì)胞，借助天然的種胚

14、系統(tǒng)形成含有目的基因的種胚。 ②導(dǎo)入外源基因有如下兩種方法：柱頭滴加法、花粉粒攜帶法。 ③優(yōu)點(diǎn)：基本上適用于任何開花植物，并且操作簡便。 ④缺點(diǎn)：工作效率較低，且后代的遺傳情況較復(fù)雜。 (2)氯化鈣法 ①運(yùn)載體與受體細(xì)胞：運(yùn)載體是質(zhì)粒，受體細(xì)胞是大腸桿菌。 ②原理：受體細(xì)胞經(jīng)過一定濃度的氯化鈣處理后，細(xì)胞膜的通透性會發(fā)生變化，可以允許含有目的基因的運(yùn)載體分子進(jìn)入感受態(tài)細(xì)胞。 ③優(yōu)點(diǎn)：這一方法也是擴(kuò)增表達(dá)載體的常用方法，在很短的時間內(nèi)，就可以獲得大量的目的基因及目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。 (3)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法 ①農(nóng)桿菌：是一種土壤細(xì)菌，它侵染植物細(xì)胞后，會使植物組織形成腫瘤。

15、 ②介導(dǎo)的原理：a.質(zhì)粒上的一段DNA能夠從一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞，這段DNA被稱為轉(zhuǎn)化DNA(T-DNA)，它包含有生長素基因和細(xì)胞分裂素基因，而且可以插入植物基因組，引起植物細(xì)胞的變化。 b．由于T－DNA轉(zhuǎn)移頻率很高，而且Ti質(zhì)粒上可插入幾百至幾千個堿基大小的DNA片段，因此可以利用這種天然的遺傳轉(zhuǎn)化體系，將目的基因轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞。 ③優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)化頻率高、成本低、操作簡單，而且轉(zhuǎn)基因后代的遺傳組成比較容易分析。 (4)基因槍法 原理：將連接到運(yùn)載體上的目的基因的DNA溶液與金粉或鎢粉共同保溫，使DNA吸附于金屬顆粒表面，然后，在一個真空的小室中，利用高壓放電將帶有基因的金粉或鎢

16、粉轟擊進(jìn)入受體，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因的目的。 (四)目的基因的檢測與表達(dá)產(chǎn)物的測定 (1)形態(tài)檢測 如果目的基因的表達(dá)產(chǎn)物具有明顯的表型性狀，可以根據(jù)目標(biāo)性狀的有無來判斷目的基因是否表達(dá)。 如果目的基因的表達(dá)產(chǎn)物沒有明顯的表型，可以通過報告基因的表達(dá)情況來檢測目的基因的表達(dá)。 (2)分子檢測 ①PCR檢測 a．含義：根據(jù)目的基因的序列設(shè)計(jì)引物，采用PCR技術(shù)對目的基因進(jìn)行擴(kuò)增，如果能擴(kuò)增出目的基因片段，說明目的基因已整合到受體細(xì)胞中。 b．實(shí)例：對除草劑基因的檢測，就可以根據(jù)除草劑基因的序列設(shè)計(jì)引物，然后提取受體細(xì)胞的基因組DNA，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，根據(jù)電泳擴(kuò)增條帶的有無，判斷目的基因是否

17、整合到受體生物基因組中。 ②分子雜交檢測 a．方法：把目的基因片段進(jìn)行放射性同位素標(biāo)記或進(jìn)行生物素?zé)晒鈽?biāo)記，用標(biāo)記好的基因片段作探針，與受體生物的基因組DNA進(jìn)行雜交。 b．結(jié)果預(yù)測：如果有雜交斑點(diǎn)，說明目的基因已經(jīng)被導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，反之，則說明目的基因沒有進(jìn)入受體細(xì)胞中。 2．基因工程的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景 (一)植物基因工程成果 (1)突破了傳統(tǒng)雜交育種的局限性 ①轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在一些野生品種和非栽培品種中，存在著很多優(yōu)質(zhì)、抗逆的性狀，但是不同物種之間存在著天然的生殖障礙，遠(yuǎn)緣雜交不育。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同物種之間的基因轉(zhuǎn)移，克服這一障礙。 ②實(shí)例：科學(xué)家利用

18、轉(zhuǎn)基因技術(shù)，把抗病毒基因引入煙草和馬鈴薯，培育出了抗病毒的煙草和馬鈴薯。 ③轉(zhuǎn)基因技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)大大擴(kuò)展了可利用基因的種類，克服了遠(yuǎn)源種及種間雜交不育或不能雜交的障礙，使得生物界存在的抗病蟲害基因、優(yōu)良的品質(zhì)基因等都可以重組到植物染色體上，并使之在植物體內(nèi)遺傳和表達(dá)，從而培育出優(yōu)良的品種，同時還縮短了育種周期，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來廣闊前景。 (2)開辟了生產(chǎn)疫苗的新途徑 科學(xué)家培育出一種可以生產(chǎn)乙肝疫苗的轉(zhuǎn)基因胡蘿卜，通過生吃或者榨汁食用，就可以達(dá)到接種疫苗的效果，簡便易行。但該方法還需進(jìn)一步試驗(yàn)來驗(yàn)證疫苗的療效及安全性。 (二)動物基因工程成果 (1)改良畜禽經(jīng)濟(jì)性狀的新思路

19、 ①新思路：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可使受體動物合成某些必需的氨基酸，或改變動物的生長調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)而促進(jìn)動物生長、提高飼料的利用效率等。 ②實(shí)例：1985年，科學(xué)家第一次將人的生長激素基因?qū)胴i的受精卵獲得成功，轉(zhuǎn)基因豬與同窩非轉(zhuǎn)基因豬比較，生長速度和飼料利用效率顯著提高。 (2)動物生物反應(yīng)器為醫(yī)藥事業(yè)開辟了新途徑 目前利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)基因藥物，最理想的表達(dá)場所是乳腺，因?yàn)槿橄偈且粋€外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會影響到轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng)。 (三)基因治療 (1)基因治療的基本原理 ①含義：是將健康和正常的基因通過某種載體導(dǎo)入人體細(xì)胞中有缺損或有變異基因的部位，并使目的基

20、因在有機(jī)體內(nèi)有效表達(dá)，達(dá)到防治疾病的目的。 ②治療策略及程序 主要包括目的基因的選擇和制備、運(yùn)載體的選擇，靶細(xì)胞的選擇、目的基因進(jìn)入靶細(xì)胞的方式及外源基因表達(dá)的檢測。 (2)基因治療的成績及展望 基因治療的概念在不斷擴(kuò)展，不再局限于用正常基因替換體內(nèi)的異?；颍€可以導(dǎo)入人體內(nèi)沒有的基因，對人體的生理代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3．蛋白質(zhì)工程的誕生 (1)蛋白質(zhì)工程的含義：根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。 (2)改造和設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的方法：一種是多肽

21、合成法，即利用多肽合成儀，從組成蛋白質(zhì)的第一個氨基酸合成起，合成一種全新的蛋白質(zhì)；另一種是采用基因工程手段，對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行設(shè)計(jì)，合成出更符合人們要求的蛋白質(zhì)。 4．蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用 (1)蛋白質(zhì)工程的研究主要包括以下幾個方面：通過基因工程技術(shù)分析蛋白質(zhì)的DNA編碼序列，對蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化，測定蛋白質(zhì)的序列并對其結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行分析，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)突變區(qū)，對編碼蛋白質(zhì)的DNA進(jìn)行定點(diǎn)突變改造等。 (2)應(yīng)用 ①在工業(yè)上的應(yīng)用：人們運(yùn)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)來改造天然生物酶，使其能夠適應(yīng)特殊的工業(yè)過程；或者設(shè)計(jì)制造出全新的人工酶或人工蛋白，以生產(chǎn)全新的醫(yī)用藥品、農(nóng)業(yè)藥物，

22、等等。大家熟悉的加酶洗衣粉，就是利用蛋白質(zhì)工程改造的產(chǎn)物。 ②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：提高光合作用效率是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵。光合作用與光呼吸這兩個過程都是由一種名為核酮糖1,5—二磷酸羧化酶催化的，如果對這個酶加以改造，使固定二氧化碳的作用加強(qiáng)，光呼吸作用減弱，就能提高光合作用的效率。 ③在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用：例如，植物、微生物體內(nèi)有一種能與重金屬鎘、汞等結(jié)合的金屬硫蛋白，科學(xué)家對這種金屬硫蛋白的基因進(jìn)行了改造，使含有這一新基因的微生物或植物都具有很強(qiáng)的吸附重金屬的能力，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。 [診斷與思考] 1．判斷下列說法的正誤 (1)抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)(　

23、√　) (2)應(yīng)用DNA探針技術(shù)，可以檢測轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達(dá)(　×　) (3)將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)生人干擾素的菌株(　√　) (4)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因?yàn)閷⑷说难灏椎鞍谆驅(qū)肓藙游锏娜橄偌?xì)胞中(　×　) (5)為培育抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　×　) (6)蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)(　×　) (7)目前在抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是依據(jù)P1

24、氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽(　√　) 2．如圖為抗蟲棉的培育過程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)該基因工程中的目的基因和載體分別是什么？一般情況下，為什么要用同一種限制性內(nèi)切酶處理目的基因和載體？ 提示　目的基因是Bt毒蛋白基因，載體是Ti質(zhì)粒。用同一種限制性內(nèi)切酶處理目的基因和載體，可以獲得相同的黏性末端，便于構(gòu)建基因表達(dá)載體。 (2)該實(shí)例中，采用何種方法導(dǎo)入目的基因？為什么目的基因可以整合到染色體的DNA上？ 提示　采用的方法是農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法，由于Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞且能整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上，而目的基因又插入到了T-DNA上，所以目的基因可以

25、整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上。 (3)該實(shí)例中，檢測目的基因是否表達(dá)常見的方法有哪兩種？ 提示　抗原—抗體雜交法、用棉葉飼喂棉鈴蟲。 題組一　目的基因的獲得及基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1．下圖表示用化學(xué)方法合成目的基因Ⅰ的過程。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是(　　) A．過程①需要DNA連接酶 B．過程②需要限制性內(nèi)切酶 C．目的基因Ⅰ的堿基序列是已知的 D．若某質(zhì)粒能與目的基因Ⅰ重組，則該質(zhì)粒和目的基因Ⅰ的堿基序列相同 答案　C 解析　題圖所示為化學(xué)方法合成目的基因的過程。①②過程依賴堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行。質(zhì)粒和目的基因的堿基序列一般不相同。 2．據(jù)圖表回答問題：

26、 限制性內(nèi)切酶 SmaⅠ EcoRⅠ PstⅠ 切割位點(diǎn) CCC↓GGG GGG↑CCC G↓AATTC CTTAA↑G CTGCA↓G G↑ACGTC (1)假設(shè)所用的限制性內(nèi)切酶均能將所識別的位點(diǎn)完全切開，采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切含有目的基因的DNA，能得到________種DNA片段。如果將質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切，酶切產(chǎn)物再加入DNA連接酶，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有____________________、________________________、___________________。 (2)為了防止目的基

27、因和質(zhì)粒表達(dá)載體酶切后的末端任意連接，酶切時應(yīng)該選用的酶是________、________。 答案　(1)4　質(zhì)粒載體—質(zhì)粒載體連接物　目的基因—目的基因連接物　質(zhì)粒載體—目的基因連接物 (2)EcoRⅠ　SmaⅠ 解析　(1)含目的基因的DNA分子上含有2個EcoRⅠ和1個PstⅠ的酶切位點(diǎn)，3個切點(diǎn)全部切開，則形成4種DNA片段。質(zhì)粒與含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ切割，目的基因兩端和質(zhì)粒的切口處的黏性末端相同，只考慮兩個DNA片段相連，則會形成3種連接產(chǎn)物，即質(zhì)粒與質(zhì)粒相連、質(zhì)粒與目的基因相連、目的基因與目的基因相連。(2)為了防止自身環(huán)化和任意連接，可選用EcoRⅠ和Sm

28、aⅠ兩種酶同時切割。 題組二　基因工程的操作及應(yīng)用實(shí)例分析 3．下列用于判斷目的基因是否轉(zhuǎn)移成功的方法中，不屬于分子檢測的是(　　) A．通過害蟲吃棉葉看其是否死亡 B．轉(zhuǎn)基因生物基因組DNA與DNA探針能否形成雜交帶 C．轉(zhuǎn)基因生物中提取的mRNA與DNA探針能否形成雜交帶 D．轉(zhuǎn)基因生物中提取的蛋白質(zhì)能否與抗體形成雜交帶 答案　A 解析　分子水平的檢測包括三個方面：通過DNA分子雜交檢測目的基因是否插入受體細(xì)胞染色體的DNA上；通過RNA與DNA雜交，檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄；通過抗原—抗體雜交，檢測目的基因是否翻譯。通過害蟲吃棉葉看其是否死亡，屬于個體生物學(xué)水平的檢測。 4

29、.在某些深海魚中發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白基因afp對提高農(nóng)作物的抗寒能力有較高的應(yīng)用價值。如圖所示是獲得轉(zhuǎn)基因萵苣的技術(shù)流程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)獲取目的基因的主要途徑包括從自然界已有的物種中分離和______________。 (2)①過程需要的酶有________________________、______________。 (3)重組質(zhì)粒除了帶有抗凍蛋白基因afp以外，還必須含有啟動子、終止子和________________________，這樣才能構(gòu)成一個完整的基因表達(dá)載體。 (4)如果受體細(xì)胞C1是土壤農(nóng)桿菌，則將目的基因?qū)胨哪康氖抢棉r(nóng)桿菌的________，使目

30、的基因進(jìn)入受體細(xì)胞C2，并將其插入到受體細(xì)胞C2中的____________上，使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá)，形成轉(zhuǎn)基因萵苣。經(jīng)②過程獲得的轉(zhuǎn)基因萵苣中的目的基因是否表達(dá)，在分子水平上可用______________法進(jìn)行檢測，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已經(jīng)表達(dá)蛋白質(zhì)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)基因萵苣培育成功。 答案　(1)化學(xué)合成　(2)限制性內(nèi)切酶　DNA連接酶 (3)標(biāo)記基因　(4)轉(zhuǎn)化作用　染色體DNA　抗原—抗體雜交 解析　(1)獲取目的基因的主要途徑有從自然界已有的物種中分離和化學(xué)合成。(2)①過程為基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，需要用到限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶。(3)一個完整的基因表

31、達(dá)載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因。(4)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法利用的是農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，將目的基因整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上，進(jìn)而使目的基因能夠穩(wěn)定遺傳和表達(dá)。檢測目的基因是否成功表達(dá)可采用抗原—抗體雜交法。 題組三　蛋白質(zhì)工程概念和過程的辨析 5．胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射入人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長時間才能進(jìn)入血液，而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)的速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是________________。

32、 (2)圖中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)新的胰島素基因與運(yùn)載體(質(zhì)粒)結(jié)合過程中需要限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶。已知限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—。請畫出質(zhì)粒被限制性內(nèi)切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端：________________。DNA連接酶對所連接的DNA

33、兩端堿基序列是否有專一性要求？________(填“是”或“否”)。 (4)若將含有新的胰島素基因的表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞中，最常用的方法是________________________________________________________________________。 (5)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有____________、____________和發(fā)酵工程。 答案　(1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能　(2)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核糖核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成新的胰島素基因 (3)　否　(4)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法　

34、(5)蛋白質(zhì)工程　基因工程 解析　(1)構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是蛋白質(zhì)的預(yù)期功能。(2)根據(jù)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能，推測新的胰島素中氨基酸的序列，進(jìn)而推斷基因中的脫氧核糖核苷酸序列來合成新的胰島素基因。(3)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞中，最常用的轉(zhuǎn)化方法是農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法。(4)限制性內(nèi)切酶識別特定的核苷酸序列，產(chǎn)生特定的黏性末端或平末端，而DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列卻沒有專一性要求。(5)生產(chǎn)自然界中本來沒有的蛋白質(zhì)需要用到蛋白質(zhì)工程、基因工程等技術(shù)。 1．幾種目的基因獲取方法的比較 方法 從基因文庫中獲取 人工合成 從基因組文庫中獲取 從部分基因文庫，如c

35、DNA文庫中獲取 化學(xué)合成法 反轉(zhuǎn)錄法 過程 2.基因表達(dá)載體中啟動子、終止子的來源 (1)如果目的基因是從自然界中已有的物種中分離出來的，在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，不需要在質(zhì)粒上目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子，因?yàn)槟康幕蛑幸押袉幼印⒔K止子。 (2)如果目的基因是通過化學(xué)方法合成的，或從cDNA文庫獲得的，則目的基因不含啟動子和終止子。若只將基因的編碼序列導(dǎo)入受體生物中，目的基因沒有啟動子、終止子，則無法轉(zhuǎn)錄。因此，在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，需 要在與質(zhì)粒結(jié)合之前，在目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子。 3．基因工程中的幾種檢測方法 4．蛋白

36、質(zhì)工程與基因工程的比較 (1)區(qū)別 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列 目的基因的獲得→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→目的基因的導(dǎo)入→目的基因的檢測與表達(dá)產(chǎn)物的測定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型和生物產(chǎn)品 結(jié)果 可產(chǎn)生自然界沒有的蛋白質(zhì) 只能產(chǎn)生自然界已有的蛋白質(zhì) (2)聯(lián)系 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。 知識網(wǎng)絡(luò)　答題語句 網(wǎng)絡(luò)

37、構(gòu)建 要語強(qiáng)記 1．限制性內(nèi)切酶具有特異性，即一種限制性內(nèi)切酶只能識別特定的堿基序列，并在特定的位點(diǎn)上進(jìn)行切割。 2．DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。 3．質(zhì)粒是常用的運(yùn)載體，它是一種小型的環(huán)狀DNA分子，具有一個至多個切割位點(diǎn)及標(biāo)記基因。 4．目的基因的獲得有從基因文庫中獲取和化學(xué)合成兩類方法。 5．基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因。 6．目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法；導(dǎo)入動物細(xì)胞常用顯微注射技法，導(dǎo)入微生物細(xì)胞常用感受態(tài)細(xì)胞法。 探究高考　明確考向 1．(2015·重慶，6)下列有關(guān)人胰島素基因表達(dá)載體的敘述，正確的是(　　

38、) A．表達(dá)載體中的胰島素基因可通過人肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得 B．表達(dá)載體的復(fù)制和胰島素基因的表達(dá)均啟動于復(fù)制原(起)點(diǎn) C．借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細(xì)胞篩選出來 D．啟動子和終止密碼子均在胰島素基因的轉(zhuǎn)錄中起作用 答案　C 解析　人肝細(xì)胞不能合成胰島素，則人肝細(xì)胞中不含有與合成胰島素有關(guān)的mRNA，不能通過反轉(zhuǎn)錄獲得人胰島素基因，A錯誤；表達(dá)載體的復(fù)制啟動于復(fù)制起點(diǎn)，胰島素基因的表達(dá)啟動于啟動子，B錯誤；抗生素抗性基因是標(biāo)記基因，可用于篩選含胰島素基因的受體細(xì)胞，C正確；啟動子在轉(zhuǎn)錄過程中起作用，終止密碼子在翻譯過程中起作用，D錯誤。 2．(2014·廣東，2

39、5)利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶(CarE)制劑的流程如圖所示，下列敘述正確的是(多選)(　　) A．過程①需使用逆(反)轉(zhuǎn)錄酶 B．過程②需使用解旋酶和PCR獲取目的基因 C．過程③使用的感受態(tài)細(xì)胞可用NaCl溶液制備 D．過程④可利用DNA分子雜交鑒定目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞 答案　AD 解析　A項(xiàng)，過程①是通過反轉(zhuǎn)錄獲取DNA，反轉(zhuǎn)錄過程需要用到反轉(zhuǎn)錄酶。B項(xiàng)，過程②指的是從cDNA文庫中獲取目的基因，不需要利用PCR技術(shù)，也用不到解旋酶。C項(xiàng)，過程③中使用的感受態(tài)細(xì)胞要用CaCl2溶液制備，而不是用NaCl溶液制備。D項(xiàng)，過程④鑒定目的基因是否已經(jīng)導(dǎo)入受體細(xì)胞，可以用

40、標(biāo)記的目的基因?yàn)樘结榿頇z測受體細(xì)胞中是否存在目的基因，即利用DNA分子雜交鑒定。 3．(2015·全國Ⅱ，40)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的____________________進(jìn)行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因，所獲得的基因表達(dá)時是遵循中心法則的，中

41、心法則的全部內(nèi)容包括______________的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過_________________________________________________________________

42、_______ 和____________________，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。 答案　(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他答案合理也可) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯) (3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)　推測應(yīng)有的氨基酸序列　功能 解析　(1)對蛋白質(zhì)的氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))進(jìn)行改造，可達(dá)到改變蛋白質(zhì)的功能的目的。(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因，可以對P基因進(jìn)行修飾改造，也可以用人工方法合成P1基因；

43、中心法則的全部內(nèi)容包括，即：DNA、RNA的復(fù)制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和推測氨基酸序列，推測相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列，并獲取基因。經(jīng)表達(dá)的蛋白質(zhì)，要對其進(jìn)行生物功能鑒定。 4．(2014·新課標(biāo)Ⅱ，40)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)。若從該植物中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。 回答下列問題： (1)理論上，基因組文庫含有生物的____________基因；而cDNA文庫中含有生物的________基因。 (

44、2)若要從植物甲中獲得耐旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，再從中________出所需的耐旱基因。 (3)將耐旱基因?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物________的體細(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測此再生植株中該基因的________。如果檢測結(jié)果呈陽性，再在田間試驗(yàn)中檢測植株的____________是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1時，則可推測該耐旱基因整合到了________________________(填“同源染色體的一條上”或“同源染

45、色體的兩條上”)。 答案　(1)全部　部分　(2)篩選　(3)乙　表達(dá)產(chǎn)物　耐旱性　(4)同源染色體的一條上 解析　(1)基因組文庫含有生物的全部基因，而cDNA文庫中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)，若要從植物甲中獲得耐旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，包含該生物的所有基因，然后再從中篩選出所需的耐旱基因。(3)若從植物甲中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法。將耐旱基因?qū)胫参镆业捏w細(xì)胞后，經(jīng)過植物組織培養(yǎng)得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，應(yīng)檢測該耐旱基因是否合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，即檢測此再生植株中該基因的表達(dá)產(chǎn)物，如果檢測結(jié)果呈陽性，說明已經(jīng)合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，這時再進(jìn)行個體生物學(xué)檢測，即在田間試驗(yàn)中檢測植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1，符合基因的分離規(guī)律，說明得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株為雜合體，因此可推測該耐旱基因只整合到了同源染色體的一條上。 17