2018版高考生物一輪復(fù)習(xí) 第十一單元 現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題 第一講 基因工程學(xué)案 新人教版

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1、 第一講　基因工程 [考綱展示] 1．基因工程的誕生(Ⅰ)　2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ)　3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ)　4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)　5.實(shí)驗(yàn)：DNA的粗提取與鑒定　6.轉(zhuǎn)基因生物的安全性(Ⅰ)　7.生物武器對(duì)人類(lèi)的威脅(Ⅰ) 授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第249頁(yè) 一、基因工程的工具 1．限制性核酸內(nèi)切酶 (1)分離于：原核生物中。 (2)作用：識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。 2．DNA連接酶 (1)作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

2、 (2)種類(lèi) E·coli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來(lái)源 大腸桿菌 T4噬菌體 特點(diǎn) 只“縫合”黏性末端 黏性末端和平末端都可“縫合” 3.載體 (1)條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存；具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)；具有標(biāo)記基因。 (2)種類(lèi) (3)作用：攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。 (4)特點(diǎn)：可在細(xì)胞中自我復(fù)制或整合到染色體DNA上隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。 二、基因工程的操作程序 1．獲取目的基因 (1)目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具調(diào)控作用的因子。 2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因

3、在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 (2)基因表達(dá)載體的組成 (3)構(gòu)建過(guò)程 3.—方法 4. 三、基因工程的應(yīng)用 1．轉(zhuǎn)基因生物 (1)概念：是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因培育出的能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。 (2)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用基因工程改良動(dòng)植物品種最突出的優(yōu)點(diǎn)是能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。 2．基因工程的應(yīng)用 (1)動(dòng)物基因工程：用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量；用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物；用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體等。 (2)植物基因工程：培育抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)

4、基因植物和抗逆轉(zhuǎn)基因植物；利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。 (3)基因診斷：又稱(chēng)為DNA診斷，是采用基因檢測(cè)的方法來(lái)判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?；驍y帶病原體。 (4)基因治療：指利用正常基因置換或彌補(bǔ)缺陷基因的治療方法。實(shí)例：ADA基因缺陷癥的基因治療。 四、蛋白質(zhì)工程 1．緣由：基因工程原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)。 2．基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。 3．手段：基因修飾或基因合成。 4．目的：合成滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)。 5．流程： 　　　→ 　　　　　　　　　　　　　　　　　↓ ← 6．蛋白質(zhì)工程中通過(guò)對(duì)基因操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造的原因

5、 (1)改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳。 (2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行直接改造要容易操作，難度要小得多。 五、轉(zhuǎn)基因生物的安全性 1．轉(zhuǎn)基因成果 (1)工程菌——DNA重組微生物。 (2)基因制藥。 (3)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——生物反應(yīng)器。 (4)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。 2．安全性問(wèn)題 (1)食物安全：滯后效應(yīng)(產(chǎn)生毒性蛋白質(zhì))、新的過(guò)敏原、營(yíng)養(yǎng)成分改變。 (2)生物安全：生物入侵，破壞生物多樣性。 (3)環(huán)境安全：破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和人類(lèi)生活環(huán)境。 3．理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù) (1)需要正確的社會(huì)輿論導(dǎo)向，趨利避害，不能因噎廢食。 (2)制定符合本國(guó)

6、利益的政策和法規(guī)，最大限度地保證轉(zhuǎn)基因技術(shù)和產(chǎn)品的安全性。 六、禁止生物武器 1．種類(lèi)：病菌、病毒、生化毒劑及經(jīng)過(guò)基因重組的致病菌等。 2．我國(guó)政府態(tài)度：任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲(chǔ)存生物武器，并反對(duì)生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴(kuò)散。 1．限制酶具有特異性，即一種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。 2．DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。 3．質(zhì)粒是常用的載體，它是一種小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)及標(biāo)記基因。 4．目的基因的獲取有從基因文庫(kù)中獲取和人工合成兩類(lèi)方法。 5．基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記

7、基因。 6．目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞常用顯微注射技術(shù)，導(dǎo)入微生物細(xì)胞常用感受態(tài)細(xì)胞法。 有關(guān)基因工程的7個(gè)易混易錯(cuò)點(diǎn) (1)在切割目的基因和載體時(shí)用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的末端。 (2)將一個(gè)基因從DNA分子上切割下來(lái)，需要切兩處，同時(shí)產(chǎn)生4個(gè)末端。 (3)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的末端都相同，同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的末端一般不相同。 (4)限制酶切割位點(diǎn)應(yīng)位于標(biāo)記基因之外，不能破壞標(biāo)記基因，以便進(jìn)行檢測(cè)。 (5)基因工程中的載體與細(xì)胞膜上物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體不同?；蚬こ讨械妮d體是DNA分子，能將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞內(nèi)

8、；膜上載體是蛋白質(zhì)，與細(xì)胞膜的通透性有關(guān)。 (6)基因工程操作過(guò)程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒(méi)有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象。 (7)①基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子(DNA片段)≠起始密碼子(位于mRNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(位于mRNA)；②基因表達(dá)載體的構(gòu)建是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進(jìn)行。 授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第250頁(yè) 考點(diǎn)一　基因工程的概念與操作工具分析 [核心考點(diǎn)通關(guān)] 1．基因工程的概念 基因工程的別名 基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù) 操作環(huán)境 生物體外 操作對(duì)象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本過(guò)程 剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)

9、 結(jié)果(優(yōu)點(diǎn)) 定向改造生物性狀，創(chuàng)造出人 類(lèi)需要的基因產(chǎn)物或生物類(lèi)型 2.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶) (1)識(shí)別序列的特點(diǎn)：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)。無(wú)論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，如，以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)；以為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)。 (2)切割后末端的種類(lèi) (3)限制酶的選擇技巧 ①根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點(diǎn)確定限制酶的種類(lèi) a．應(yīng)選擇切割位點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 b．不能選擇切割位點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 c．為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也

10、可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoR Ⅰ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點(diǎn))。 ②根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類(lèi) a．所選限制酶要與切割目的基因的限制酶一致，以確保產(chǎn)生相同的末端。 b．質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會(huì)破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切割位點(diǎn)不止一個(gè)，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。 3．“分子縫合針”——DNA連接酶 (1)作用：將限制酶切割下來(lái)的DNA片段拼接成DNA分子。 (2)類(lèi)型

11、 種類(lèi) E·coli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來(lái)源 大腸桿菌 T4噬菌體 功能特性 只能連接黏性末端 可以連接黏性末端和平末端，但連接平末端之間的效率較低 相同點(diǎn) 都縫合磷酸二酯鍵，如圖： 4.載體 (1)條件與目的 條件 目的 穩(wěn)定并能復(fù)制 目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大 有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn) 可攜帶多個(gè)或多種外源基因 具有特殊的標(biāo)記基因 便于重組DNA的鑒定和選擇 (2)作用 ①作為運(yùn)載工具，將目的基因?qū)胨拗骷?xì)胞內(nèi)。 ②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。 5．DNA連接酶與限制酶的關(guān)系 (1)限制酶和DNA連

12、接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是該原核生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾。 (3)限制酶是一類(lèi)酶，而不是一種酶。 (4)DNA連接酶起作用時(shí)不需要模板。 6．限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關(guān)酶的分析比較 名稱(chēng) 作用部位 作用底物 形成產(chǎn)物 限制酶 磷酸二酯鍵 DNA分子 帶黏性末端或平末端的DNA片段 DNA連接酶 磷酸二酯鍵 DNA片段 重組DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯鍵 脫氧核苷酸 子代DNA分子 熱穩(wěn)定DNA聚合酶 磷酸二酯鍵 脫氧核苷酸 子代DNA分子 DNA(水解)酶

13、 磷酸二酯鍵 DNA分子 游離的脫氧核苷酸 解旋酶 堿基對(duì)間的氫鍵 DNA分子 脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈 RNA聚合酶 磷酸二酯鍵 核糖核苷酸 單鏈RNA分子 [針對(duì)訓(xùn)練] 1．螢火蟲(chóng)發(fā)光是體內(nèi)熒光素酶催化一系列反應(yīng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象。如果熒光素酶存在于植物體內(nèi)，也可使植物體發(fā)光。一直以來(lái)熒光素酶的唯一來(lái)源是從螢火蟲(chóng)腹部提取。但加利福尼亞大學(xué)的一組科學(xué)家成功地通過(guò)轉(zhuǎn)基因工程實(shí)現(xiàn)了將熒光素酶基因?qū)氪竽c桿菌體內(nèi)，并在大腸桿菌體內(nèi)產(chǎn)生熒光素酶。請(qǐng)你根據(jù)已有的知識(shí)回答下列有關(guān)問(wèn)題： (1)在此轉(zhuǎn)基因工程中，目的基因是________，具體操作過(guò)程中如圖所示的黏性末端是由________

14、種限制性核酸內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的。 (2)將此目的基因?qū)氪竽c桿菌體內(nèi)需要載體的幫助，則作為載體必須具備能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存，以及__________________________(至少答出兩點(diǎn))等條件。 (3)在此轉(zhuǎn)基因工程中，將體外重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌體內(nèi)，并使其在細(xì)胞內(nèi)________________的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)化。最常用的轉(zhuǎn)化方法是首先用Ca2＋處理大腸桿菌，目的是________________________。 (4)目的基因在受體細(xì)胞是否能轉(zhuǎn)錄出mRNA，可用________技術(shù)來(lái)檢測(cè)；目的基因是否表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，除了通過(guò)大腸桿菌是否發(fā)光來(lái)確定外，還可以通

15、過(guò)________特異性反應(yīng)來(lái)判斷。 解析：(1)在此轉(zhuǎn)基因工程中，目的基因是熒光素酶基因；圖中所示的黏性末端是由2種限制性核酸內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的，其中第一個(gè)和第三個(gè)是由一種限制酶切割產(chǎn)生的，另外兩個(gè)是由另一種限制酶切割產(chǎn)生的。 (2)作為基因工程的載體必須具備的條件：要具有限制酶的切割位點(diǎn)；要有標(biāo)記基因(如抗性基因)，以便于重組細(xì)胞的篩選；能在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定存在并復(fù)制；是安全的，對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害，而且要易從供體細(xì)胞分離出來(lái)。 (3)基因工程中，將體外重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌體內(nèi)，并使其在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)化。最常用的轉(zhuǎn)化方法是首先用Ca2＋處理大腸桿菌，目的是使大腸桿菌細(xì)胞處于

16、能夠吸收周?chē)鶧NA分子的狀態(tài)。 (4)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否插入目的基因，常用DNA分子雜交技術(shù)；檢測(cè)目的基因是否表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，常用抗原—抗體雜交技術(shù)。 答案：(1)熒光素酶基因　2 (2)具有特定的限制酶切割位點(diǎn)、具有某些標(biāo)記基因 (3)維持穩(wěn)定和表達(dá)　使大腸桿菌細(xì)胞處于能夠吸收周?chē)鶧NA分子的狀態(tài)(或使大腸桿菌處于感受態(tài)細(xì)胞狀態(tài)) (4)分子雜交　抗原—抗體 考點(diǎn)二　基因工程的操作步驟 [核心考點(diǎn)通關(guān)] 1．目的基因的獲取 (1)直接分離法 ①基因組文庫(kù)與部分基因文庫(kù) 基因文庫(kù)類(lèi)型 基因組文庫(kù) 部分基因文庫(kù)(cDNA文庫(kù)) 構(gòu)建基因文庫(kù)的過(guò)程

17、 ②PCR技術(shù) a．原理：DNA復(fù)制。 b．需要條件：模板DNA、引物、四種脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)。 c．過(guò)程：DNA受熱變性解旋為單鏈、冷卻后RNA引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在DNA聚合酶作用下延伸合成互補(bǔ)鏈。 (2)人工合成法 2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 (2)基因表達(dá)載體的組成及作用 (3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程 3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(轉(zhuǎn)化) 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程，

18、稱(chēng)為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。 (1)受體細(xì)胞種類(lèi)不同，導(dǎo)入方法不同 生物種類(lèi) 植物細(xì)胞 動(dòng)物細(xì)胞 微生物 細(xì)胞常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射法 轉(zhuǎn)化法 受體細(xì)胞 體細(xì)胞 受精卵 原核細(xì)胞 轉(zhuǎn)化過(guò)程 將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上→導(dǎo)入農(nóng)桿菌→侵染植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上→表達(dá) 將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動(dòng)物 Ca2＋處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子 (2)基因工程產(chǎn)物不同、選擇的受體細(xì)胞類(lèi)型也不相同

19、 ①培育轉(zhuǎn)基因植物：受體細(xì)胞可以是受精卵、體細(xì)胞(需經(jīng)植物組織培養(yǎng)成為完整植株)。 ②培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：受體細(xì)胞為受精卵，若用體細(xì)胞作為受體細(xì)胞，則需經(jīng)核移植技術(shù)培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 ③生產(chǎn)蛋白質(zhì)產(chǎn)品：一般選用大腸桿菌等原核生物作為受體細(xì)胞，因原核生物具有一些其他生物沒(méi)有的特點(diǎn)，如繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等。 4．目的基因的檢測(cè)與鑒定 [易混易錯(cuò)] 基因工程操作過(guò)程中的5個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) (1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位。 (2)基因工程操作過(guò)程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒(méi)有堿基互補(bǔ)

20、配對(duì)現(xiàn)象：第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA，第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象，第四步存在檢測(cè)分子水平雜交。 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞，并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。 (4)標(biāo)記基因的種類(lèi)和作用：標(biāo)記基因的作用——篩選、檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。常見(jiàn)的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。 (5)受體細(xì)胞的選擇：受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動(dòng)物受精卵(一般不用體細(xì)胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)；一般不用支原體，原因

21、是它營(yíng)寄生生活；一定不能用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞，原因是它無(wú)細(xì)胞核，也沒(méi)有核糖體等細(xì)胞器，不能合成蛋白質(zhì)。 [針對(duì)訓(xùn)練] 2．(2017·寧夏固原中學(xué)月考)科學(xué)家通過(guò)基因工程，將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入到普通棉株細(xì)胞內(nèi)，并成功實(shí)現(xiàn)了表達(dá)，從而培育出了能抗棉鈴蟲(chóng)的棉花植株——抗蟲(chóng)棉。其過(guò)程大致如圖所示： (1)基因工程的操作程序主要包括四個(gè)步驟，其核心是 ________________________________________________________________________。 (2)獲取Bt毒蛋白基因的方法一般有________、________等。

22、 (3)Ti質(zhì)粒是農(nóng)桿菌中的一種質(zhì)粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中是利用了T-DNA的________________特點(diǎn)。Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)并成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)的過(guò)程，在基因工程中稱(chēng)為_(kāi)____________________。 (4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法很多，在該題中涉及的方法是________________________________________________________________________ _____________________________________________________________

23、___________。 (5)一個(gè)基因表達(dá)載體的組成必須有____________________________等。 (6)目的基因能否在棉花植株體內(nèi)維持和表達(dá)其遺傳特性的關(guān)鍵是_____________。這需要通過(guò)檢測(cè)才能知道，檢測(cè)采用的方法是______________。若從個(gè)體水平如何檢測(cè)？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

24、 解析：基因工程一般包括四個(gè)基本操作步驟，其中基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。一個(gè)基因表達(dá)載體的組成必須有啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因和目的基因。獲取目的基因的方法有三種：從基因文庫(kù)中獲取目的基因、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因、通過(guò)DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過(guò)程，稱(chēng)為轉(zhuǎn)化。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞一般采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，還有基因槍法、花粉管通道法等，農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是利用了Ti質(zhì)粒的T-DNA的可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體DNA分子上的特點(diǎn)。目的基因是否插入至受體細(xì)胞的染色體DNA分子上，是目的基因能否在棉花植株內(nèi)維持和表達(dá)其遺傳特性的關(guān)鍵。檢測(cè)目的基因是

25、否成功導(dǎo)入的方法有兩類(lèi)，一是從分子水平通過(guò)DNA分子雜交技術(shù)或抗原—抗體雜交技術(shù)進(jìn)行鑒定，二是從個(gè)體水平通過(guò)抗蟲(chóng)的接種實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。 答案：(1)基因表達(dá)載體的構(gòu)建　(2)從基因文庫(kù)中獲取目的基因、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因、通過(guò)DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成等(任意兩個(gè)均可)　(3)可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體DNA分子上　轉(zhuǎn)化　(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(5)啟動(dòng)子、終止子、目的基因和標(biāo)記基因(四者缺一不可)　(6)目的基因是否插入至受體細(xì)胞的染色體DNA分子上　DNA分子雜交技術(shù)　進(jìn)行抗蟲(chóng)的接種實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)三　基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程 [核心考點(diǎn)通關(guān)] 一、基因工程

26、的應(yīng)用 1．植物基因工程 外源基因類(lèi)型及舉例 成果舉例 抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物 抗蟲(chóng)基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因 抗蟲(chóng)水稻、抗蟲(chóng)棉、抗蟲(chóng)玉米 抗病轉(zhuǎn)基因植物 (1)抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因； (2)抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒煙草、抗病毒小麥 抗逆轉(zhuǎn)基因植物 抗逆基因：調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因 抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米 改良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物 優(yōu)良性狀基因：必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄成熟的基因、與植物花青素代謝有關(guān)的基因

27、 高賴(lài)氨酸玉米、耐儲(chǔ)存番茄、新花色矮牽牛 2.動(dòng)物基因工程 外源基因類(lèi)型及舉例 成果舉例 提高生長(zhǎng)速度的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 外源生長(zhǎng)激素基因 轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú) 改善畜產(chǎn)品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 腸乳糖酶基因 乳汁中含乳糖較少的轉(zhuǎn)基因牛 生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物具有乳腺生物反應(yīng)器 作器官移植供體的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 外源的抑制抗原決定基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子或除去供體的抗原決定基因 無(wú)免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因豬 3.基因治療與基因診斷 基因治療 基因診斷 原理 基因重組及基因表達(dá) DNA分子雜交 方法 將正?；?qū)?/p>

28、病人體內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，以達(dá)到治療疾病的目的 制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合分析雜交帶情況，判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?；驍y帶病原體 進(jìn)展 臨床實(shí)驗(yàn) 臨床應(yīng)用 [易混易錯(cuò)] (1)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類(lèi)細(xì)胞株系一般稱(chēng)為“工程菌”，而青霉素是誘變后的高產(chǎn)青霉菌產(chǎn)生的，不是通過(guò)基因工程改造的工程菌產(chǎn)生的。 (2)用基因工程生產(chǎn)的藥品，從化學(xué)成分上分析都應(yīng)該是蛋白質(zhì)類(lèi)。 (3)動(dòng)物基因工程的實(shí)施主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，不是為了產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體。 (4)并非所有個(gè)體都可作為乳腺生物反應(yīng)器，制備乳腺生物反應(yīng)器通常是針對(duì)雌性個(gè)體進(jìn)行的操作

29、。 二、蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 區(qū)別 原理 中心法則的逆推、中心法則 基因重組 過(guò)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(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì) 獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品(基因的異體表達(dá)) 結(jié)果 生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程 ②基因工程中所利用

30、的某些酶需要通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造 [針對(duì)訓(xùn)練] 3．干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子中的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可以在－70 ℃條件下保存半年，給廣大患者帶來(lái)了福音。 (1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動(dòng)物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”： (2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)________的蛋白質(zhì)，不一定符合________的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ)

31、，通過(guò)________或________，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行________，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活需要。 (3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的________結(jié)構(gòu)。 (4)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 原

32、因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)蛋白質(zhì)工程的基本流程為根據(jù)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能，設(shè)計(jì)出預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，合成相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。(2)蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是通過(guò)對(duì)基因改造或基因合成，制造自然界不存在的、符合人們生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)。(3)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，很難根據(jù)預(yù)期功能來(lái)預(yù)測(cè)出空間結(jié)構(gòu)。

33、(4)基因控制蛋白質(zhì)的合成，對(duì)基因的改造相當(dāng)于間接改造了蛋白質(zhì)。 答案：(1)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能　預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　應(yīng)有的氨基酸序列　相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在　人類(lèi)生產(chǎn)和生活　基因修飾　基因合成　改造 (3)空間(或高級(jí)) (4)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造　首先，任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是改造了蛋白質(zhì)，并且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以通過(guò)改造過(guò)的基因遺傳給下一代。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳；其次，對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多 授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)

34、第254頁(yè) 練全國(guó)高考真題——知考查重點(diǎn) 1．(2016·高考全國(guó)卷Ⅰ)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有______________

35、__(答出兩點(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是__________；并且________和________的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是____________。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于________。 解析：(1)質(zhì)粒作為載體應(yīng)具備的基本條件有：能

36、自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、含有一至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)等。(2)由題意可知，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞中均不含有氨芐青霉素抗性基因，所以在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上均不能生長(zhǎng)。質(zhì)粒載體上含有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，插入了目的基因的重組質(zhì)粒中僅含有氨芐青霉素抗性基因，所以含有質(zhì)粒載體和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細(xì)胞均能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，但前者可以在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)而后者不能，所以可用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基篩選出含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落。(3)噬菌體屬于病毒，病毒增殖過(guò)程中所需的原料、酶等均來(lái)自于受體細(xì)胞。 答案：(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記

37、基因 (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)　含有質(zhì)粒載體　含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng)　四環(huán)素 (3)受體細(xì)胞 2．(2016·高考全國(guó)卷Ⅲ)圖(a)中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性?xún)?nèi)切酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點(diǎn)是唯一的)。 — AATTC— — GATCC— GATC— —CTTAAG— —CCTAGG— —CTAG— 　　 　 　　　↑　　　　　

38、　　　　↑　　 　　　　　↑ 圖(a) 根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問(wèn)題： (1)經(jīng)BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被______________酶切后的產(chǎn)物連接，理由是____________________________________。 (2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有________，不能表達(dá)的原因是______________________________________________________________________

39、__ ________________________________________________________________________。 (3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)的酶，常見(jiàn)的有________和________，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是____________________。 解析：(1)分析圖(a)可知，限制酶Sau3AⅠ與BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同，故經(jīng)這兩種酶切割得到的產(chǎn)物可以用DNA連接酶進(jìn)行連接。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，為保證目的基因能在宿主細(xì)胞中成功表達(dá)，目的基因應(yīng)插入在啟動(dòng)子和終止子之間，據(jù)此可判斷甲、

40、丙均不符合要求，目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄。(3)常見(jiàn)的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。 答案：(1)Sau3AⅠ　兩種酶切割后產(chǎn)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啟動(dòng)子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄 (3)E·coliDNA連接酶　T4DNA連接酶　T4DNA連接酶 3．(2015·高考全國(guó)卷Ⅱ)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(gè)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

41、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?；卮鹣铝袉?wèn)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(duì)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(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括__________________的復(fù)制；以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：__________________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱(chēng)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(guò)____________和______

42、________，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，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(duì)蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。 解析：(1)蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相關(guān)，若要改變蛋白質(zhì)的功能，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。(2)確定目的基因的堿基序列后，可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有基因進(jìn)行改造或者重新合成來(lái)獲得目的基因。中心法則的內(nèi)容包括遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯。(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(guò)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和推測(cè)氨基酸序列，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。獲得蛋白質(zhì)之后要對(duì)蛋白質(zhì)的生物功能進(jìn)行鑒定。 答案：(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu)) (2)P　P1　DNA和RNA(或

43、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(cè)氨基酸序列　功能 4．(2014·高考新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ)植物甲具有極強(qiáng)的耐旱性，其耐旱性與某個(gè)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?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)理論上，基因組文庫(kù)含有生物的________基因；而cDNA文庫(kù)中含有生物的________基因。 (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(kù)，再?gòu)闹衉_______出所需的耐旱基因。 (3)將耐旱基因?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過(guò)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物___

44、_____的體細(xì)胞中，經(jīng)過(guò)一系列的過(guò)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(cè)此再生植株中該基因的________，如果檢測(cè)結(jié)果呈陽(yáng)性，再在田間試驗(yàn)中檢測(cè)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(shí)，則可推測(cè)該耐旱基因整合到了__________________(填“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。 解析：(1)基因組文庫(kù)包含某種生物的全部基因，cDNA文庫(kù)又稱(chēng)為部分基因文庫(kù)，含有生物的部分基因。(2)植物甲基因組文庫(kù)中有該種植物的全部基因，從中可篩選出耐旱基因。(3)植物乙

45、的耐旱性低，所以植物乙體細(xì)胞作為受體細(xì)胞；要確定耐旱基因是否正確表達(dá)，應(yīng)檢測(cè)該基因的表達(dá)產(chǎn)物，對(duì)于個(gè)體水平的檢測(cè)，應(yīng)在干旱的田間進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)植物乙耐旱性是否得到了提高。(4)將耐旱基因看作A，不耐旱基因看作a，Aa×Aa→耐旱與不耐旱數(shù)量比為3∶1，則耐旱基因整合到了同源染色體的一條上。 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 練各地市模擬——知命題熱點(diǎn) 5．(2017·吉林長(zhǎng)春質(zhì)量檢測(cè))2,4-D作為除草劑在農(nóng)田中大量使用，研究人員認(rèn)為它是某種淋巴癌的致病因子。為降低2,4-D的危害，科研人員通過(guò)基因工程技術(shù)構(gòu)建了能高效降

46、解2,4-D的基因工程菌。請(qǐng)回答： (1)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常會(huì)使用________濃度2,4-D對(duì)麥田進(jìn)行除草，在殺死雜草的同時(shí)卻不會(huì)對(duì)小麥生長(zhǎng)造成損害，原因是__________________。 (2)從被2,4-D污染的土壤中得到能降解2,4-D的細(xì)菌，從該細(xì)菌中提取RNA，構(gòu)建________文庫(kù)，進(jìn)一步獲得目的基因。 (3)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的過(guò)程：目的基因DNA受熱變性后解旋為單鏈，引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在________作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù)循環(huán)多次，使目的基因的數(shù)量呈________形式擴(kuò)增。 (4)一個(gè)基因表達(dá)載體的組成中要有標(biāo)記基因，標(biāo)記基因的作用是為了

47、鑒別受體細(xì)胞中__________。欲知基因工程成功與否，需要進(jìn)行________水平的檢測(cè)，有時(shí)還需進(jìn)行________________水平的鑒定。 解析：(1)2,4-D是生長(zhǎng)素類(lèi)似物，利用不同植物對(duì)其敏感程度不同，可用其除去麥田雜草。(2)從工程菌中提取RNA構(gòu)建的基因文庫(kù)是部分基因文庫(kù)(cDNA文庫(kù))。(3)PCR技術(shù)用熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)延伸，多次循環(huán)呈指數(shù)(2n)增長(zhǎng)。(4)標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因。欲知基因工程成功與否，需要進(jìn)行分子水平的檢測(cè)，有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。 答案：(1)高　不同植物對(duì)2,4-D的敏感程度不同 (2)c

48、DNA(部分基因) (3)熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq)　指數(shù) (4)是否含有目的基因　分子　個(gè)體生物學(xué)(個(gè)體) 授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第371頁(yè) 一、選擇題 1．(2017·河北滄州模擬)如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲(chóng)晶體蛋白基因(簡(jiǎn)稱(chēng)Bt基因)及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物的圖解。請(qǐng)分析回答： (1)寫(xiě)出b過(guò)程的表達(dá)式_____________________________________。 (2)人工合成目的基因的方法有：①__________________________________________________________________； ②__

49、______________。 (3)將目的基因和載體(質(zhì)粒)結(jié)合的工具酶有________酶和________酶。 (4)科學(xué)家計(jì)劃從哺乳動(dòng)物的乳汁中提取某種抗體，應(yīng)將控制抗體合成的基因?qū)朐摲N動(dòng)物的________中，導(dǎo)入基因成功表達(dá)的標(biāo)志是__________________。 解析：應(yīng)用基因工程技術(shù)從蘇云金芽孢桿菌中提取殺蟲(chóng)晶體蛋白基因(目的基因)導(dǎo)入棉花細(xì)胞中形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。Bt基因的表達(dá)使棉花細(xì)胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆蟲(chóng)中毒死亡。要使某種動(dòng)物的乳汁中含有某種抗體，目的基因一般導(dǎo)入受精卵中。則由此受精卵發(fā)育成的哺乳動(dòng)物的所有體細(xì)胞中都含有目的基因。檢測(cè)導(dǎo)入基因是否成功

50、表達(dá)的標(biāo)志是看目的基因的產(chǎn)物蛋白質(zhì)，棉花細(xì)胞中檢測(cè)出Bt基因合成殺蟲(chóng)晶體蛋白是基因成功表達(dá)的標(biāo)志。 答案：(1)Bt基因mRNA原毒素(晶體蛋白) (2)①以目的基因的mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄為單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA?、谝勒盏鞍踪|(zhì)的氨基酸序列，通過(guò)密碼子推算出基因序列，然后直接合成目的基因 (3)限制性核酸內(nèi)切　DNA連接 (4)受精卵　動(dòng)物乳汁中含此種抗體 2．根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問(wèn)題： (1)cDNA文庫(kù)屬于________基因文庫(kù)，其構(gòu)建方法是：用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的________反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA片段，與________連接后儲(chǔ)

51、存在一個(gè)受體菌群中。 (2)切割DNA分子的工具是________，它能使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的________斷開(kāi)，形成黏性末端或平末端。 (3)基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類(lèi)。既可以“縫合”黏性末端，又可以“縫合”平末端的是________DNA連接酶。 (4)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是___________________________； 如果受體細(xì)胞是大腸桿菌，需要用________處理細(xì)胞，使之成為感受態(tài)細(xì)胞，才能吸收DNA分子。 解析：(1)基因文庫(kù)包括基因組文庫(kù)和部分基因文庫(kù)如cDNA文庫(kù)。cDNA文庫(kù)構(gòu)建的方法是：用某種生物發(fā)育的某個(gè)

52、時(shí)期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA片段，與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中。(2)切割DNA分子的工具是限制酶，它作用的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。限制酶切割DNA后形成黏性末端或平末端。(3)基因工程中所使用的DNA連接酶有E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶兩類(lèi)，前者只可“縫合”黏性末端，后者既可以“縫合”黏性末端，又可以“縫合”平末端。(4)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；如果受體細(xì)胞是大腸桿菌，需要用Ca2＋處理細(xì)胞，使之成為感受態(tài)細(xì)胞，才能吸收DNA分子。 答案：(1)部分　mRNA　載體 (2)限制性核酸內(nèi)切酶　磷酸二酯鍵 (3)T4 (4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　C

53、a2＋ 3．回答以下有關(guān)基因工程的知識(shí)： (1)獲取目的基因時(shí)，可從基因文庫(kù)中直接提取，而基因文庫(kù)包括________和________，其中要用到反轉(zhuǎn)錄技術(shù)的是________。 (2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，用限制酶Ⅰ切割質(zhì)粒載體可產(chǎn)生“”的片段，該限制酶識(shí)別的核苷酸序列是__________________，用限制酶Ⅱ切割含有目的基因的DNA，兩種酶切割DNA產(chǎn)生的末端能拼接在一起，則限制酶Ⅱ必須具有________的特點(diǎn)。 (3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞時(shí)，如果受體細(xì)胞是水稻(單子葉植物)細(xì)胞，則常用的方法是______________；如果受體細(xì)胞是大腸桿菌，則需要用鈣離子處理，處

54、理后的細(xì)胞具有______________的特點(diǎn)。 (4)檢測(cè)與鑒定目的基因時(shí)，檢測(cè)目的基因在真核細(xì)胞中能否穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是______________。鑒定目的基因是否成功表達(dá)，除了分子水平檢測(cè)外，還可以從________水平進(jìn)行鑒定。 解析：cDNA文庫(kù)中的DNA是由mRNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶催化合成的；一個(gè)完整的基因表達(dá)載體包括啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因和復(fù)制原點(diǎn)等；將目的基因?qū)雴巫尤~植物細(xì)胞內(nèi)常用的方法是基因槍法。 答案：(1)基因組文庫(kù)　部分基因文庫(kù)(如cDNA文庫(kù))　cDNA文庫(kù) (2)　切割產(chǎn)生的DNA片段末端與限制酶Ⅰ切割產(chǎn)生的相同 (3)基因槍法　容易從周?chē)h(huán)境吸

55、收DNA分子 (4)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體上是否插入了目的基因　(生物)個(gè)體 4．(2017·內(nèi)蒙古鄂爾多斯模擬)下圖是從酵母菌中獲取某植物需要的控制某種酶合成的基因的流程，結(jié)合所學(xué)知識(shí)及相關(guān)信息回答下列問(wèn)題： (1)圖中cDNA文庫(kù)________(填“大于”“小于”或“等于”)基因組文庫(kù)。 (2)①過(guò)程提取的DNA需要________的切割，B過(guò)程是________。 (3)為在短時(shí)間內(nèi)大量獲得目的基因，可用________擴(kuò)增的方法，其原理是________。 (4)目的基因獲取之后，需要進(jìn)行______________________________， 其組成必須有_

56、_________________________以及標(biāo)記基因等，此步驟是基因工程的核心。 (5)將該目的基因?qū)肽畴p子葉植物細(xì)胞，常采用的方法是__________________，其能否在此植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是_____________，可以用________技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。 (6)如果要想使該酶活性更強(qiáng)或具有更強(qiáng)的耐受性，需要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，這要通過(guò)蛋白質(zhì)工程。首先要設(shè)計(jì)預(yù)期的________，再推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對(duì)應(yīng)的________。 (7)除植物基因工程碩果累累之外，在動(dòng)物基因工程、基因工程藥物和基因治療等方面也取得了顯著成果，請(qǐng)列舉出至少兩方面的應(yīng)用：__

57、________________。 解析：(1)cDNA文庫(kù)為部分基因文庫(kù)，它小于代表該物種全部基因的基因組文庫(kù)。(2)①過(guò)程是提取目的基因，可用限制性核酸內(nèi)切酶切割，B過(guò)程是以mRNA為模板合成DNA，即逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程。(3)獲取目的基因的方法包括直接分離法、人工合成法及用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因等。PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的原理是DNA復(fù)制。(4)目的基因和載體結(jié)合形成重組質(zhì)粒被稱(chēng)為基因表達(dá)載體的構(gòu)建，基因表達(dá)載體包括啟動(dòng)子、目的基因、標(biāo)記基因、終止子、復(fù)制原點(diǎn)等。(5)將目的基因?qū)腚p子葉植物細(xì)胞常用的方法為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，目的基因?qū)牒罂捎肈NA分子雜交技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。(6)設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)，對(duì)蛋

58、白質(zhì)進(jìn)行改造需要用蛋白質(zhì)工程。首先要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再推斷蛋白質(zhì)應(yīng)有的氨基酸序列，然后推斷對(duì)應(yīng)的目的基因的堿基序列，最終合成目的基因。(7)基因工程在醫(yī)學(xué)方面具有重要作用，如基因診斷、基因治療、生產(chǎn)基因工程藥物等。 答案：(1)小于 (2)限制酶　逆轉(zhuǎn)錄 (3)PCR技術(shù)　DNA復(fù)制 (4)基因表達(dá)載體的構(gòu)建　啟動(dòng)子、終止子、目的基因(復(fù)制原點(diǎn)可不答) (5)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　目的基因是否整合到植物細(xì)胞的染色體上　DNA分子雜交 (6)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　脫氧核苷酸序列 (7)乳腺生物反應(yīng)器；體外基因治療復(fù)合型免疫缺陷綜合征(其他合理答案也可) 5．為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃

59、河三角洲等鹽堿地的開(kāi)發(fā)利用備受關(guān)注。我國(guó)科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。 (1)獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性核酸內(nèi)切酶作用于圖中的________(填“a”或“b”)處，DNA連接酶作用于________(填“a”或“b”)處。 (2)將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和________法。 (3)由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用________技術(shù)，該技術(shù)的核心是________和________。 (4)為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的________作探針進(jìn)行分子雜交檢測(cè)，又要用_____

60、___方法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。 解析：(1)根據(jù)題意和圖示分析可知：a處為磷酸二酯鍵，b處為氫鍵。限制酶主要從原核生物中分離純化出來(lái)，能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。DNA連接酶連接的是兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。所以限制性核酸內(nèi)切酶作用于圖中的a處，DNA連接酶作用于a處。(2)將重組DNA分子導(dǎo)入植物受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法。(3)由導(dǎo)入目的基因的植物細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用植物組織培養(yǎng)，利用植物細(xì)胞的全能性，通過(guò)脫分化形成愈傷組織，再通過(guò)再分化形成新的植株。(4)要確定耐鹽轉(zhuǎn)

61、基因水稻是否培育成功，需要用放射性同位素標(biāo)記的目的基因作探針進(jìn)行分子雜交檢測(cè)；又要用一定濃度的鹽水澆灌方法從個(gè)體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。 答案：(1)a　a　(2)基因槍　(3)植物組織培養(yǎng)　脫分化(去分化)　再分化　(4)耐鹽基因(目的基因)　一定濃度鹽水澆灌(植株移栽到鹽堿地中) 6．農(nóng)業(yè)科技工作者在煙草中找到了一抗病基因，現(xiàn)擬采用基因工程技術(shù)將該基因轉(zhuǎn)入棉花，培育抗病棉花品系。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)要獲得該抗病基因，可采用________、________等方法。為了能把該抗病基因轉(zhuǎn)入到棉花細(xì)胞中，常用的載體是________。 (2)要使載體與該抗病基因連接，首先應(yīng)使用__

62、______進(jìn)行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為，則能與該載體連接的抗病基因分子末端是(　　) A.　　　　　B. C. D. (3)切割完成后，采用________將載體與該抗病基因連接，連接后得到的DNA分子稱(chēng)為_(kāi)_____________。 (4)再將連接得到的DNA分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌，然后用該農(nóng)桿菌去________棉花細(xì)胞，利用植物細(xì)胞具有的________性進(jìn)行組織培養(yǎng)，從培養(yǎng)出的植株中________出抗病的棉花。 (5)該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是(　　) A．淀粉 B．脂類(lèi) C．蛋白質(zhì) D．核酸 (6)轉(zhuǎn)基因棉花獲得的_

63、_______是由該表達(dá)產(chǎn)物來(lái)體現(xiàn)的。 解析：獲得抗病基因常用的方法是從細(xì)胞中直接分離目的基因或根據(jù)mRNA堿基順序和蛋白質(zhì)的氨基酸序列人工合成目的基因；在基因工程中，常用的載體是質(zhì)粒；可以先用同一種限制性核酸內(nèi)切酶把目的基因和載體切開(kāi)，使二者產(chǎn)生相同的黏性末端；再用DNA連接酶將載體和目的基因連接起來(lái)，構(gòu)成重組DNA分子；用已導(dǎo)入重組DNA分子的農(nóng)桿菌感染棉花細(xì)胞，并用組織培養(yǎng)的方法把這樣的棉花細(xì)胞培育成植株，從中篩選出有抗病性狀的棉花；最后進(jìn)行鑒定，可將普通棉和抗病棉花同時(shí)讓病毒感染，觀察其表現(xiàn)即可。 答案：(1)從細(xì)胞中分離　化學(xué)方法人工合成　Ti質(zhì)粒 (2)限制性核酸內(nèi)切酶(限制

64、酶)　A (3)DNA連接酶　重組DNA (4)感染　全能　篩選(選擇) (5)C (6)抗病性狀 7．轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以作為生物反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、珍貴藥物等。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，將下面培育轉(zhuǎn)基因牛的操作程序補(bǔ)充完整。 (1)構(gòu)建基因表達(dá)載體：在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)常要用到______________兩種工具酶。一個(gè)基因表達(dá)載體的組成，除目的基因外，還必須有________以及標(biāo)記基因等，其中標(biāo)記基因的作用是________________________________________________________________________ _______________

65、_________________________________________________________。 (2)體外受精獲得受精卵：將采集的精子經(jīng)________處理后與處于______________期的卵子結(jié)合形成受精卵。判斷卵子是否受精的重要標(biāo)志是________________________________。 (3)將目的基因?qū)胧芫眩和ǔ２捎胈_______技術(shù)將目的基因?qū)胧芫选? (4)早期胚胎培養(yǎng)：哺乳動(dòng)物胚胎的培養(yǎng)液成分一般比較復(fù)雜，除一些無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽類(lèi)外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營(yíng)養(yǎng)成分，以及________等物質(zhì)。當(dāng)胚胎發(fā)育到____

66、____階段時(shí)，可進(jìn)行胚胎移植。 (5)胚胎移植：在胚胎移植前要對(duì)接受胚胎的受體母牛進(jìn)行______________處理。移植后，還要對(duì)受體母牛進(jìn)行妊娠檢查。 解析：(1)基因工程中常用的兩種工具酶是限制酶和DNA連接酶。一個(gè)基因表達(dá)載體的組成，除目的基因外，還必須有啟動(dòng)子、終止子以及標(biāo)記基因等。(2)采集的精子經(jīng)獲能處理后才能與處于減數(shù)第二次分裂中期的卵子結(jié)合形成受精卵。(3)常采用顯微注射法將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞。(4)哺乳動(dòng)物胚胎培養(yǎng)需要“兩鹽”(無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽)、“兩素”(激素和維生素)、“兩酸”(核苷酸和氨基酸)和動(dòng)物血清等。牛的胚胎一般要發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段才可以進(jìn)行移植。(5)胚胎移植時(shí)要對(duì)受體動(dòng)物進(jìn)行同期發(fā)情處理。 答案：(1)限制酶、DNA連接酶　啟動(dòng)子、終止子　鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)　(2)獲能　減數(shù)第二次分裂中　在卵細(xì)胞膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個(gè)極體 (3)顯微注射　(4)動(dòng)物血清　桑椹胚或囊胚 (5)同期發(fā)情 8．(2017·安徽合肥模擬)基因敲除是應(yīng)用DNA重組原理發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)?！盎蚯贸?/p>