【课堂新坐标，同步备课参考】2013-2014学年高中生物（苏教版）选修3教师用书：第1章 基因工程
文档属性
| 名称 | 【课堂新坐标，同步备课参考】2013-2014学年高中生物（苏教版）选修3教师用书：第1章 基因工程 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 8.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2014-07-29 12:56:17 | ||
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文档简介
第一节基因工程概述
(教师用书独具)
●课标要求
1．简述基因工程的诞生。
2．简述基因工程的原理及技术。
●课标解读
1．简述基因工程的诞生过程和发展历程。
2．说出基因工程的基本工具的特点及作用。
3．简述基因工程的一般过程与技术。
●教学地位
1．基因工程技术是现代生物技术的核心技术 ( http: / / www.21cnjy.com )。本节主要内容包括基因工程的三种操作工具和五个操作步骤。基因工程的三种操作工具是：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和基因载体，要理解三种操作工具的作用和特点。基因工程的五个操作步骤包括：获取目的基因、制备重组DNA分子、转化受体细胞、筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达，要理解每一步的原理和方法。
2．近三年高考中，试题主要以信息材料或流程 ( http: / / www.21cnjy.com )图为载体，考查基因工程的操作工具、基因工程的原理及其在工农业生产和实践中的应用及训练学生的图文转换能力，试题多以简述填充题、图解题为主。
●教法指导
1．巧妙运用插图及多媒体课件，化“抽象”为 ( http: / / www.21cnjy.com )“形象”。对于基因工程，学生接触得少，只运用文字来教学会感到很抽象。如对基因工程三种操作工具的教学，可采取动画展示，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。
2．模型建构 精讲点拨。 ( http: / / www.21cnjy.com )对三种工具逐个进行讲解并以EcoR Ⅰ为例构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。(1)利用课前准备的材料模拟限制酶EcoR Ⅰ对DNA进行切割。(2)用同一种限制酶对两个DNA片段模型进行切割并缝合。(3)进行目的基因、环状DNA的切割及两者的拼接。
3．通过课件动画缓慢展示基因工程的操作 ( http: / / www.21cnjy.com )流程，并让学生思考每一步的操作方法和原理。对于重组质粒是否导入受体细胞的筛选可采取打比喻的方法引入即入境时是否携带有效证件(“重组质粒”)等。
4．可通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。例如，通过抗软化番茄的培育过程让学生具体理解基因工程操作的步骤。
(教师用书独具)
●新课导入建议
1．先提出几个问题：能否让植物也发 ( http: / / www.21cnjy.com )出萤火虫般美丽的萤光？能否让猪体内生产出人血蛋白？能否让细菌产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？创造一种令人心神向往的意境。然后指出把这样的奇思妙想变为现实的是20世纪70年代兴起的高新科技——基因工程。那么，基因工程这个凝聚着众多科学家心血的技术到底是怎么进行的呢？导入课题。
2．多媒体展示学生课前收集到的日常 ( http: / / www.21cnjy.com )生活中基因工程的应用实例。列举几种生物的不同性状并由此提出假设——能不能使本身没有某个性状的生物具有某个性状呢？如让禾本科植物能够固定氮气？答案是肯定的，那就是能定向改造生物的基因工程。
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P8～20，填写【课前 ( http: / / www.21cnjy.com )自主导学】空白，完成思考交流1～4。 步骤1：情景导课：选择【新课导入建议】中的方式之一导入课题。 步骤2：采取小组抢答激励方式检测预习效果即完成【正误判断】并给予校正。 步骤3：通过多媒体课件演示基因工程的三种操作工具，学生总结两种工具酶的作用和特点，讨论基因载体应具备的条件，通过【课堂互动探究】探究1总结提高，通过例1强化。
步骤7：多媒体课件演示重组 ( http: / / www.21cnjy.com )细胞的筛选和目基因表达的鉴定过程，学生总结筛选过程和鉴定方法。通过【课堂互动探究】探究5总结提高，通过例5强化。 步骤6：引导学生思考将目的基因导入受体细胞的方法。多媒体课件演示农杆菌转化法和显微注射法。通过【课堂互动探究】探究4总结提高，通过例4强化。 步骤5：课件演示制备重组DNA分子的过程，学生总结构建过程和重组DNA分子的元件组成。通过【课堂互动探究】探究3提高，通过例3强化。 步骤4：讨论如何获取目的基因，多媒体课件展示方法。通过【课堂互动探究】探究2总结提高，通过例2强化。
步骤8：完成【当堂双基达标】的1、2、3、4、5题。尝试构建本课时的知识网络。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.简述基因工程的诞生过程和发展历程。2.说出基因工程的基本工具的特点及作用。3.简述基因工程的一般过程与技术。 1.基因工程的工具。(重难点)2.基因工程的一般程序。(重点)
基因工程的诞生和发展
1.基因工程的诞生基础
(1)理论基础
(2)工具基础
2．诞生事件：1973年，美国科学家科恩等将两种不同来源的DNA分子进行体外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达。
3．发展
(1)1973～1976年为开始期。
(2)1977～1981年为发展期。
(3)1982年以后为迅猛发展和实际应用期。
基因工程的概念
方 法 在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法
原 理 对生物的基因进行改造和重新组合
操作水平 基因水平
过 程 包括基因的分离、体外重组转移以及在受体细胞内的复制和表达等
目 的 获得人类需要的基因产物
1．生物基因工程的原理是什么？与有性生殖有何区别？
【提示】 基因工程的原理是基因重组；它与有性生殖的区别是可以实现不同物种间的基因重组。
基因工程的工具
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)作用特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，从而切割DNA分子。
(2)结果：限制性核酸内切酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式：黏性末端和平口末端。
2．DNA连接酶——“分子针线”
(1)作用：将双链DNA片段“缝合”，恢复被限制性核酸内切酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)结果：形成重组DNA分子。
3．载体——运载工具
(1)功能：将外源基因导入受体细胞。
(2)种类：质粒、噬菌体以及一些动、植物病毒。
(3)质粒
①本质：来自于细菌细胞中的一种很小的环状DNA分子，是最早应用的载体。
②特点：最简单的质粒载体必须包括复制区、遗传标记基因、目的基因插入位点。此外，质粒载体一般还具有低分子量等特征。
2．DNA连接酶与DNA聚合酶有什么不同？
【提示】 DNA连接酶是连接的DNA片段，DNA聚合酶是在DNA复制时，将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链上。
基因工程的一般过程与技术
1.基因工程的基本过程
(1)获取目的基因。
(2)制备重组DNA分子。
(3)转化受体细胞。
(4)筛选获得目的基因的受体细胞。
(5)培养受体细胞并实现目的基因功能表达。
2．相关过程的具体操作
(1)获取目的基因的方法
(2)制备重组DNA分子：一个基因表达载体应包括目的基因、选择标记基因、启动子和终止子。
(3)转化受体细胞：将携带目的基因的载体导入受体细胞。
(4)筛选重组细胞：根据选择标记基因的特异性，从大量的细胞繁殖群体中筛选出获得重组DNA分子的受体细胞克隆。
3．如何把导入目的基因的细胞筛选出来？
【提示】 以四环素抗性基因为例，程序如下：
基因表达载体
(含四环素抗性基因)全部受
体细胞接种,含有四环素
的培养基筛选,正常生活
的细胞含有目的基因
的受体细胞
(5)实现功能表达
①方法：培育获得重组DNA分子的受体细胞，在相关条件下进行诱导。
②结果：分离目的基因的表达产物，获得基因工程产品。
4．一般基因工程操作获得成功的标志是什么？
【提示】 看目的基因是否在受体中表达出相应的性状。
3．基因工程技术的完善
(1)宿主细胞已经从大肠杆菌推广到多种细胞。
(2)外源基因既能克隆到质粒中，也能整合到细胞的染色体上。
(3)对蛋白质产物能进行翻译后的修饰和加工等。
1．限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。(√)
2．限制性核酸内切酶切开的是磷酸二酯键，DNA连接酶恢复的是氢键。(×)
【提示】 DNA连接酶恢复的是被限制性核酸内切酶切开的磷酸二酯键。
3．天然的质粒可直接用作基因工程的载体。(×)
【提示】 天然的质粒DNA分子并不完全具备载体的条件，需经人工改造后才能用于基因工程操作。
4．重组DNA分子中的标记基因的作用是用于筛选获得重组DNA分子的受体细胞。(√)
基因工程的工具
【问题导思】
①基因工程中常用的工具有哪些？各有什么作用？
②作为运载目的基因的载体应具有什么特点？
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)存在：限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于微生物细胞中，如细菌、酵母菌等。
(2)作用特点
①主要切割外源DNA，而对自身的DNA不起作用，达到保护自身的目的。
②只能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
③只能在特定的部位进行切割，切割位点一般具有反向重复序列。
(3)作用部位
限制性核酸内切酶识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
(4)作用结果：形成黏性末端或平口末端。
(5)限制性核酸内切酶与DNA解旋酶的比较
①相同点：都作用于DNA分子。
②不同点
a．作用部位不同：前者作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而后者作用于碱基对之间的氢键。
b．作用结果不同：限制性 ( http: / / www.21cnjy.com )核酸内切酶使DNA分子特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，从而切割DNA分子；DNA解旋酶是把双链DNA分子的碱基对间的氢键打开使双链DNA成为两个互补的单链DNA分子。
2．DNA连接酶——“分子针线”
(1)作用：将两个DNA片段连接起来，形成磷酸二酯键。
(2)种类
①E.coli DNA连接酶：连接互补的黏性末端。
②T4DNA连接酶：连接互补的黏性末端或平口末端。
(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
成分 蛋白质
作用部位 催化形成磷酸二酯键
作用过程 将DNA片段的末端连接起来 将单个脱氧核苷酸连接到DNA单链上
作用结果 将存在的DNA片段连接成重组DNA 新DNA分子
模板 不需要 需要DNA的一条链为模板
(4)DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
①区别
作 用 应 用
限制性核酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 将载体与外源基因组成一个重组DNA分子
②两者的关系可表示为：
由于核苷酸分子间的氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制性核酸内切酶、DNA连接酶无关。
3．载体——运载工具
(1)载体的作用：一是用它作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中去；二是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。
(2)作为载体必须具备的条件
①在受体细胞中能保存下来并能大量复制。
②有多个限制性核酸内切酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。
③有一定的标记基因，便于进行筛选。
④对受体细胞无害。
(3)类型
①质粒，它是存在于细菌或酵母菌细胞质中的一种很小的环状DNA分子，结构简单，独立于染色体或拟核之外，具有自我复制能力。
②病毒，包括噬菌体、植物病毒和动物病毒。
一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有需求，因此在基因工程操作中，真正被用作载体的，大都是在天然载体的基础上进行过人工改造的。
基因工程中的载体与载体蛋白的区别
基因工程中的载体 载体蛋白
来源 细菌的质粒、噬菌体、动植物病毒 细胞膜上的蛋白质
作用 将目的基因转移到宿主细胞中，并能在宿主细胞中对目的基因进行大量复制 运载要进出细胞的某些物质
(2013·周口高二期末)下图表示两种限制性核酸内切酶识别DNA分子的特定序列，并在特定位点对DNA进行切割的示意图，请回答以下问题。
(1)图中甲和乙代表_____________________________。
(2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。
(3)图中甲和乙经过相应操作均形成两个 ( http: / / www.21cnjy.com )片段，切口的类型分别为________、________。甲中限制性核酸内切酶的切点是______之间，乙中限制性核酸内切酶的切点是________之间。
(4)由图解可以看出，限制性核酸内切酶的作用特点是
______________________________________________。
(5)如果甲中G碱基发生基因突变，可能发生的情况是
______________________________________________。
【审题导析】 (1)限制性核酸内切酶EcoRⅠ和HpaⅠ特异性识别的碱基序列分别是GAATTC和GTTAAC。
(2)两种限制性核酸内切酶切割DNA后，切口的类型分别为黏性末端和平口末端。
【精讲精析】 从图解可以看出，甲和乙代 ( http: / / www.21cnjy.com )表的是不同的DNA片段，在相应的限制性核酸内切酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位点被切割成两部分。前者是在识别序列的中心轴线两侧分别切开，形成的末端是黏性末端；后者是在识别序列的中心轴线处切开，形成的末端是平口末端。
【答案】 (1)有特殊脱氧核苷酸序 ( http: / / www.21cnjy.com )列的DNA片段 (2)两种不同的限制性核酸内切酶 (3)黏性末端 平口末端 G、A A、T (4)能识别双链DNA分子的特定脱氧核苷酸序列，并从特定的位点将DNA分子切割 (5)限制性核酸内切酶不能识别切割位点
获得目的基因的方法
【问题导思】
①获取目的基因常见的方法有哪些？
②PCR技术的原理是什么？
1．获取目的基因的三种方法
2．提取目的基因的方法比较
方
法 从基因文库中
获取目的基因 PCR技
术扩增 人工合成
过
程 供体细胞
中的DNA
限制性核
酸内切酶
许多DNA片断
连接
基因载体
导入
宿主细胞
宿主细胞繁殖
DNA片段扩增
分离
目的基因 目的基因
DNA
高温
解链
单链DNA
与引
物结
合、
DNA
聚合
酶
大量目的基因 了解DNA分
子核苷酸序列
DNA
合成
仪
大量目的基因
续表
方法 从基因文库中获取目的基因 PCR技术扩增 人工合成
优点 操作简单 可在短时间内大量扩增目的基因 专一性强，可产生自然界中不存在的新基因
缺点 工作量大、盲目性大、专一性差 需要严格控制温度、技术要求高 适用范围小
PCR技术扩增目的基因与DNA复制的比较
PCR技术 DNA复制
相同点 原则 碱基互补配对
原料 四种脱氧核苷酸
条件 模板、ATP、酶
不同点 解旋方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化
场所 体外复制 细胞核内
酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq酶) 细胞内含有的DNA聚合酶
结果 在短时间内形成大量的DNA片段 形成整个DNA分子
3．提取目的基因的三种方法的应用情况
(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过用受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中去获取目的基因。
(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。
(3)如果知道扩增目的基因及两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过PCR技术扩增目的基因。
逆转录法主要用于相对分子质量较大而又不知其序列的基因。化学合成法适用于相对分子质量比较小而又知其序列的基因。
下列技术方法中需要模板的是( )
①从基因文库中获取目的基因 ②利用PCR技术扩增目的基因 ③反转录法 ④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成DNA
A．①②③④ B．①②③
C．②③④ D．②③
【思维导图】
回顾各种提取目的
基因技术的流程比较各种方法所需
条件的异同得出
答案
【精讲精析】 PCR技术利用的是DNA双 ( http: / / www.21cnjy.com )链复制原理。即将DNA双链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。反转录法是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链DNA。①④则均不需要模板。
【答案】 D
制备重组DNA分子
【问题导思】
①基因表达载体应具备哪些条件？
②如何构建基因表达载体？
1．构建过程
目的基因与载体结合的过程，实质上是不同来源的DNA重新组合的过程，是基因工程的核心，其基本过程如下(以质粒作为载体)：
2．重组DNA分子的组成
(1)目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒插入目的基因时须有启动子，插入后须有终止子。
(2)要确定目的基因是否导入受体细胞中，需要有筛选标记——标记基因。
因此，一个基因表达载体的组成应该包括：启动子、终止子、目的基因、标记基因。
1．终止子是指DNA分子上决定转录停止的三个相邻碱基；终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。
2．切割载体和获得目的基因为同一种限制性核酸内切酶，获得相同的末端，便于二者连接。
3．基因表达载体虽然都由四部分组成，但由于受体细胞(如动物细胞、植物细胞、微生物)不同，它们在构建上是有差别的。
(2013·徐州高二检测)下图为构建重组DNA的模式图。下列有关基因工程中重组DNA的说法，错误的是
( )
A．基因工程的核心步骤是重组DNA分子构建
B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别
C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
【审题导析】 (1)启动子和终止子的作用。
(2)抗生素抗性基因的作用。
(3)基因工程四个步骤中的核心步骤。
【精讲精析】
选项 分析判断
A 构建重组DNA分子是基因工程的核心步骤，A项正确
B 由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，因此，重组DNA分子的构建也会有所差别，不可能是千篇一律的
C 启动子和终止子是转录起始和终止的部位，因此启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，C项正确
D 抗生素抗性基因是标记基因，用于确定目的基因是否导入受体细胞，D项正确
【答案】 B
转化受体细胞
【问题导思】
①什么叫转化？不同受体细胞的转化方法有何不同？
②什么是农杆菌转化法？具体过程如何？
目的基因导入受体细胞内，并且在受体细 ( http: / / www.21cnjy.com )胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
1．不同的受体细胞转化方法不同
(1)植物细胞转化
(2)动物细胞转化
(3)微生物细胞转化：Ca2＋处理法。
2．农杆菌转化法分析
(1)完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
(2)重组的基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是用Ca2＋处理法。
(3)目的基因能够在植株细胞内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上。
(4)由棉株细胞形成抗虫棉需要植物组织培养技术。
(2013·长春高二检测)基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )
A．结构简单，操作方便
B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少
D．性状稳定，变异少
【思维导图】
目的基因
导入受体
细胞获得大量的基因获得目的基因产物得出
答案获得所需性状
【精讲精析】 目的基因导入受体细胞后， ( http: / / www.21cnjy.com )随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。因此，基因工程常用的受体细胞有细菌、真菌等。
【答案】 B
重组细胞的筛选和目的基因功能表达的鉴定
【问题导思】
①如何进行重组细胞的筛选？
②在不同水平上对目的基因检测与鉴定的方法主要有哪些？
1．选择培养，筛选重组细胞(以大肠杆菌pBR322质粒为例)
说明：tetr——四环素抗性基 ( http: / / www.21cnjy.com )因，ampr——氨苄青霉素抗性基因，tets——目的基因，①、②为转化，③、④为选择培养，⑤为重组细胞的克隆。
2．分子水平和个体水平上筛选和鉴定方法的比较
类型 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子检测 导入检测 目的基因是否导入受体细胞 DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间) 是否成功显示出杂交带
表达检测 目的基因是否转录出mRNA 核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间) 是否成功显示出杂交带
目的基因是否翻译出蛋白质 蛋白质分子杂交(抗原和抗体之间) 是否成功显示出杂交带
个体生物学水平的鉴定 ①确定是否具有抗性及抗性程度②基因工程产品与天然产品的活性是否相同 ①抗虫或抗病的接种实验②基因工程产品与天然产品活性的比较 是否赋予了预期抗性或蛋白质活性
1．目的基因分子水平上检测与鉴定的三个步骤都是在体外进行的。
2．在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等标记含有目的基因的DNA片断。
3．目的基因能否在植物细胞内稳定保存并表达的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上(利用的原理是基因重组)。
(2013·常州高二检测)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基因DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
【审题导析】 目的基因是否得到表达主要看两个方面：
(1)受体细胞是否翻译出相应的蛋白质。
(2)细胞或生物体是否具有相应的性状。
【精讲精析】 只有在受体细胞中检测到由目的基因控制合成的蛋白质，才能说明目的基因完成表达。
【答案】 D
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
1．基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
2．基因工程的原理是基因重组，处理对象是DNA或基因。
3．限制性核酸内切酶是能够识别和切割DNA分子的酶，又叫限制酶。DNA连接酶能将被限制酶切开的磷酸二酯键重新形成。
4．载体的作用是与含有外源基因(即目的基因)的DNA片段结合，将外源基因送入受体细胞中。
5．目的基因在受体细胞中表达，产生相应性状的原因是不同生物共用一套遗传密码。
6．显微注射技术是迄今为止转基因动物中采用最多，也是最有效地将目的基因导入动物细胞的方法。
7．目的基因的检测中，不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。
1．(2013·大纲全国卷)下列实践活动包含基因工程技术的是( )
A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
【解析】 A项属于单倍体育种，原理是染 ( http: / / www.21cnjy.com )色体变异；B项属于杂交育种，原理是基因重组；C项属于基因工程，原理是基因重组；D项属于诱导育种，原理是基因突变。
【答案】 C
2．(多选)下列关于限制性核酸内切酶的说法中，错误的是( )
A．限制性核酸内切酶被称为“分子手术刀”
B．限制性核酸内切酶跟其他的酶一样，具有专一性
C．一种限制性核酸内切酶可切割多种DNA分子片段
D．限制性核酸内切酶能在特定部位的两个核苷酸碱基之间切断氢键
【解析】 一种限制性核酸内切酶只能识别并切割一种DNA分子片段，在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键。
【答案】 CD
3．如下图，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下述变化，则X酶是( )
A．DNA连接酶 B．RNA聚合酶
C．DNA聚合酶 D．限制性核酸内切酶
【解析】 DNA连接酶的作用是将两个黏性末 ( http: / / www.21cnjy.com )端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起；RNA聚合酶是在RNA复制或转录过程中，把核糖核苷酸连接在一起；DNA聚合酶是在DNA复制过程催化脱氧核苷酸的聚合反应；限制性核酸内切酶是在获取目的基因时识别特定的碱基序列，切出黏性末端或平口末端。图示为将两个黏性末端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起。
【答案】 A
4．不属于基因表达载体构建过程的是( )
A．用同一种限制性核酸内切酶切割质粒露出黏性末端
B．用两种限制性核酸内切酶切割目的基因露出黏性末端
C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处
D．将重组DNA导入受体细胞中进行扩增
【解析】 用同一种限制性核酸 ( http: / / www.21cnjy.com )内切酶切割目的基因和载体露出相同的黏性末端，便于目的基因和载体的连接，还可能用其他限制性核酸内切酶切割载体以便插入启动子和终止子。
【答案】 D
5．农业科技工作者在烟草中找到了一种抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请完成下列问题：
(1)为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是________。
(2)要使载体与抗病基因连接，首先应使 ( http: / / www.21cnjy.com )用________________对其进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是________。
A B C D
(3)切割完成后，采用____________将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为________。
(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆 ( http: / / www.21cnjy.com )菌，然后用该农杆菌去________棉花细胞，利用植物细胞具有的________性进行组织培养，从培养出的植株中________出抗病的棉花。
(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是________。转基因棉花获得的________是由该表达产物来体现的。
【解析】 基因工程的整个操作过程需要用到 ( http: / / www.21cnjy.com )多种工具。将目的基因与载体用同一种限制性核酸内切酶进行切割，可以切出互补的黏性末端；DNA连接酶能够使目的基因与载体连接在一起，形成重组DNA分子。将重组DNA分子导入细菌，然后让细菌再去感染棉花细胞，最后经检测与筛选，从而获得抗病的棉花新品种。抗病基因表达的产物是蛋白质，使棉花表现出抗病性状。
【答案】 (1)质粒 (2)限制性核酸内切酶 A
(3)DNA连接酶 重组DNA (4)感染 全能 筛选(或选择) (5)蛋白质 抗病性状
]
一、选择题
1．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A．定向提取生物体的DNA分子
B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造
D．定向地改造生物的遗传性状
【解析】 基因工程的定义就是在生物体外，通过 ( http: / / www.21cnjy.com )对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。
【答案】 D
2．(2013·仙桃模拟)基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是( )
A．目的基因与载体的结合
B．将目的基因导入受体细胞
C．目的基因的表达
D．目的基因的人工合成
【解析】 合成目的基因及其与载体的结合都有碱基互补配对过程，而目的基因进入受体细胞是通过载体的运输作用进入，不存在碱基互补配对过程。
【答案】 B
3．(2013·平顶山高二模拟)下列哪种情况说明目的基因完成了表达( )
A．棉株中含有抗虫基因
B．大肠杆菌中具有胰岛素基因
C．土豆中含有抗病毒的基因
D．大肠杆菌中提取了胰岛素
【解析】 目的基因在受体细胞内成功表 ( http: / / www.21cnjy.com )达的意思是目的基因在受体细胞内已经成功地完成了转录和翻译，产生了相应的蛋白质，并表现出了一定的性状。而A、B、C项仅仅说明目的基因已进入了受体细胞内，受体细胞已具备了目的基因，但并没有明确地证据表明已经表达了。而D项大肠杆菌中提取到了胰岛素，表明胰岛素基因在大肠杆菌中已完成表达。
【答案】 D
4．(2012·安庆四校联考)下列四条DNA片段，可以由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是( )
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
【解析】 只有②和④两个黏性末端的碱基是互补的，可能是由同一种限制性核酸内切酶切割而成的。
【答案】 D
5．下列关于限制性核酸内切酶的说法，不正确的是( )
A．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B．限制性核酸内切酶可用于提取目的基因
C．不同的限制性核酸内切酶切割DNA的切点不同
D．限制性核酸内切酶广泛存在于动、植物及微生物细胞中
【解析】 限制性核酸内切酶主要是从原核 ( http: / / www.21cnjy.com )生物中分离纯化出来的，而不是广泛存在于动、植物中。限制性核酸内切酶具有专一性，一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列。限制性核酸内切酶可用于切割目的基因。
【答案】 D
6．(多选)基因工程的基本步骤中，一定用到酶的步骤有( )
A．人工合成目的基因
B．目的基因与载体结合
C．转化受体细胞
D．实现功能表达
【解析】 基因工程中，合成目的基因要使用 ( http: / / www.21cnjy.com )DNA聚合酶或逆转录酶等；目的基因与载体结合时要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶等；实现功能表达时需要转录和翻译，也需要酶的参与；而转化受体细胞时可以不需要酶。
【答案】 ABD
7．限制性核酸内切酶可识别并切割D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸内切酶BamHⅠ、EcoRI、HindⅢ和BglⅡ的识别序列和切割位点，切割出来的DNA黏性末端可以互补配对的是( )
A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ
C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ
【解析】 BamHⅠ酶处理后形成的黏性末端为
－G GATCC－
－CCTAG G－，BglⅡ酶处理后形成的黏性末端为
－A GATCT－
－TCTAG A－，可以互补配对。
【答案】 C
8．(多选)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作正确的是( )
A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C．将重组DNA分子导入烟草体细胞
D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
【解析】 构建重组DNA分子时，需用 ( http: / / www.21cnjy.com )同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞，若导入的受体细胞是体细胞，经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。
【答案】 BCD
9．现有一长度为1 000个碱基对的D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子，用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000个碱基对，用KpnⅠ单独酶切得到400个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
【解析】 从图谱中可发现有链 ( http: / / www.21cnjy.com )状DNA、环状DNA，用EcoRⅠ酶切割后DNA的长度不变，此DNA应该为环状，用EcoRⅠ酶和KpnⅠ酶切割后得到200个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子，因此DNA上应该存在两个KpnⅠ酶的切割位点。
【答案】 D
10．(2012·浙江高考 ( http: / / www.21cnjy.com ))天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是( )
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
【解析】 如果所需要的目的基因的序列是完全 ( http: / / www.21cnjy.com )未知的，往往就需要构建基因文库，然后从基因文库中获取目的基因，而在基因序列已知的情况下，获取目的基因通常用逆转录法或利用化学方法直接人工合成，因此，A项正确、B项错误；将目的基因与质粒连接的酶是DNA连接酶，而非DNA聚合酶，C项错误；目的基因必须与载体结合后导入受体细胞才能够自我复制和表达，且导入植物细胞常用的载体是农杆菌，而不是大肠杆菌，D项错误。
【答案】 A
二、非选择题
11．(2012·新课标全国卷改编)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。
(2)质粒载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA ( http: / / www.21cnjy.com )除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是________________________________________________________________________
______________。
(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)逆转录作用的模板是________，产物是________。若要在体外获得大量逆转录产物，常采用________技术。
(5)基因工程中除质粒外，________和________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下， ( http: / / www.21cnjy.com )不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 限制性核酸内切酶切割D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平口末端。为使载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoRⅠ之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。逆转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量逆转录产物时常用PCR扩增技术。基因工程常用的载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)。
【答案】 (1)黏性末端 平口末端 (2) ( http: / / www.21cnjy.com )切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同 (3)大肠杆菌 T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
12．(2012·海南高考)已知甲种农 ( http: / / www.21cnjy.com )作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。
回答下列问题：
(1)为了获得丙种蛋白质的基因，在 ( http: / / www.21cnjy.com )已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙种蛋白质的________序列，据此可利用________方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用________、________方法。
(2)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用________酶和________酶。
(3)将含有重组质粒的农杆菌与甲 ( http: / / www.21cnjy.com )种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗________的危害。
(4)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子________(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。
【解析】 (1)在已知蛋白质的氨基酸序 ( http: / / www.21cnjy.com )列的情况下，可根据氨基酸和碱基的对应关系，推出合成该蛋白质的基因序列，然后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因。此外也可以从基因文库中获取目的基因，也可通过PCR方法获取目的基因。
(2)构建重组质粒时，需要用限制性核酸内切酶将载体切开，并用DNA连接酶将目的基因连接到载体上，从而构建基因表达载体。
(3)愈伤组织中含有丙种蛋白质，说 ( http: / / www.21cnjy.com )明丙种蛋白质的基因得到了表达，在培养成的植株体内也含有丙种蛋白质，乙昆虫食用丙种蛋白质后会死亡，则该植株可抵抗乙昆虫的危害。
(4)用含有重组质粒的农杆菌直接感染 ( http: / / www.21cnjy.com )甲种农作物植株叶片伤口，仅仅在该叶片内的部分细胞中能合成丙种蛋白质，该植株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒，也就不含有丙种蛋白质的基因。
【答案】 (1)基因 化学 基因文库 PCR(其他合理答案也可)
(2)限制性核酸内切 DNA连接
(3)乙种昆虫
(4)不含
13．(2012·江苏高考)图1表示含 ( http: / / www.21cnjy.com )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MspⅠ、BamHⅠ、
MboⅠ、SmaⅠ4种限 ( http: / / www.21cnjy.com )制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题．
图1 图2
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻 ( http: / / www.21cnjy.com )两个碱基之间依次由________________________________________________________________________连接。
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为________。
(3)若图1中虚线方框内 ( http: / / www.21cnjy.com )的碱基对被T—A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SmaⅠ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 ( http: / / www.21cnjy.com )过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。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】 (1)一条脱氧核苷酸链中 ( http: / / www.21cnjy.com )相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意与两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从SmaⅠ的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平口末端，图1中DNA片段有SmaⅠ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三种。
(3)图示方框内发生碱基的 ( http: / / www.21cnjy.com )替换后，形成的d基因失去了1个SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种(534＋793) bp的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。
【答案】 (1)脱氧核糖、磷酸 ( http: / / www.21cnjy.com )、脱氧核糖 (2)平口 537 bp、790 bp、661 bp (3)4 (4)BamHⅠ 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
第二节基因工程的应用
(教师用书独具)
●课标要求
1．关注转基因生物的安全性问题。
2．举例说出生物武器对人类的威胁。
●课标解读
1．举例说出基因工程的应用。
2．关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。
3．举例说出生物武器的危害。
●教学地位
基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必 ( http: / / www.21cnjy.com )然结果。本课时的题提供的应用材料在高考中，常作为背景综合考查基因工程的操作工具及流程等，如抗癌药物干扰素的生产过程等。
●教法指导
1．加强收集信息和处理信息环节的指导 ( http: / / www.21cnjy.com )。无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。可列出包括转基因生物、目的基因及目的基因的来源生物三个项目的表格进行材料和信息的收集活动。
2．对于课文中的一些难点，采用小组讨论，师生共同归纳的方法学习。如关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程，可采取讨论或引导的方法操作。
(教师用书独具)
●新课导入建议
1．几张动物的合成图。同 ( http: / / www.21cnjy.com )学们除了对这几张图片感到好奇的同时可能会有疑问，这是不是真的？的确，这是电脑的合成图，只是人们想象的产物而已。但是，在几十年前貌似只是想想而已的梦而今却实现了。比如说鱼的基因会跑到番茄里，牛奶中可以生产药物……所以，至于某天是不是真能出现图片中的生物我们拭目以待。
2．直接导入法，即基因工 ( http: / / www.21cnjy.com )程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到飞速的发展，目前已经成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域——农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展现出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P21～28有 ( http: / / www.21cnjy.com )关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。 步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】第一种导入方式设问引发思考，或者以第二种方式直接导入课题。 步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。 步骤3：让学生以比赛的方式列举基因工程应用的实例。教师总结基因工程在动物和植物方面应用的意义。
步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优 ( http: / / www.21cnjy.com )知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。课下完成【当堂双基达标】，同学之间进行互评。 步骤5：引导学生讨论基因工程的安全性问题和生物武器对人类的威胁。教师总结对基因工程安全性问题的态度和我们对基因武器的态度。通过【课堂互动探究】探究2归纳总结，通过例2强化提高。 步骤4：通过多媒体介绍基因工程在基因诊断和基因治疗上的应用。通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化提高。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.举例说出基因工程的应用。2.关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。3.举例说出生物武器的危害。 1.基因工程的应用。(重点)2.理性看待转基因技术。(难点)
基因工程的应用
1.动物基因工程应用举例
应 用 外源基因 成 果
提高抗病能力 外源抗性基因 抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等
提高产品产量 外源生长激素基因 含外源生长激素基因的转基因鲑鱼
改善产品品质 乳糖酶基因 含乳糖酶基因的转基因牛，生产的牛奶中无乳糖
生产药用蛋白 外源蛋白基因 乳腺生物反应器，大量生产药用蛋白
2.植物基因工程应用举例
应 用 途 径
提高植物的光合作用效率 ①改造植物体内的CO2固定酶，提高植物对CO2的固定效率
②增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率
延长果实的储藏期 通过基因工程获得能抑制乙烯形成酶基因表达的转基因植物
提高植物次生代谢产物的产率 通过基因工程提高植物次生代谢产物的产率
提高植物的抗性 将外源抗性基因转入植物，使植物具有相应抗性，如抗虫、抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等
3.转基因生物
(1)概念：指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。
(2)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，使生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能。
1．抗虫的基因能抗病毒吗？为什么？
【提示】 不能。因为每一种基因都有其特定的结构和功能。
4．基因工程和人类健康
(1)基因诊断(又称DNA诊断)
①方法：基因检测。
②目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。
(2)基因治疗
①方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。
②步骤：包括目的基因的转移、目的基因的表达和安全措施的实施。
③成果：用腺苷脱氨酶基因治愈了患重度复合免疫缺陷症的女孩。
转基因生物的安全性问题
1.关注转基因生物的安全性
(1)食用安全问题
长期食用某种转基因食品是否会导致某种毒素在人体内积累。
(2)生态系统安全问题
①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
②导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。
③若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。
2．转基因生物安全性的保障措施
(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。
(2)国家应建立相应的评估及预警机制。
2．我国科学家培育的具有自主知识产权的转 ( http: / / www.21cnjy.com )基因鲤鱼“吉鲤”。其肉质细嫩、味道鲜美、营养丰富，远远超过鲫鱼和鲤鱼，而且生长迅速。但是，科学家们却千方百计地将其由正常二倍体变为三倍体。请说明这样做的主要理由是什么？
【提示】 转基因鲤鱼虽然具有很多优点， ( http: / / www.21cnjy.com )但其遗传物质和一些性状发生了一定变化，不知其是否会对生态环境和生物多样性等造成一些负面影响，故应限制其繁殖能力，而将其由二倍体变为繁育能力很低的三倍体，就是有效方法之一。
生物武器的危害性
1.所用微生物种类
(1)细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。
(2)病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。
2．被用作生物武器的方法
(1)将致病基因插入不致病的微生物体内。
(2)将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。
(3)用于研制针对某一特定种群的生物武器。
1．利用乳腺“反应器”只能生产蛋白质类药物。(√)
2．基因诊断是利用了碱基互补、配对的原理。(√)
3．转基因生物不会存在安全性问题。(×)
【提示】 转基因生物可能存在安全性问题。
基因诊断和基因治疗
【问题导思】
①基因诊断和基因治疗的原理分别是什么？
②基因治疗的手段有哪些？
1．基因诊断
基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在 ( http: / / www.21cnjy.com )DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
2．基因治疗
(1)原理：基因治疗是指利用正 ( http: / / www.21cnjy.com )常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，即把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病最有效的手段，包括体外基因治疗和体内基因治疗。
(2)过程
1．不是所有的遗传病都能使用基因治疗的方法诊治。目前，基因治疗的方式主要为导入正常基因并使之表达，以此弥补基因缺陷，不能直接修复缺陷基因。
2．基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。
基因诊断和基因治疗的比较
项目 目的基因作用 备注
基因诊断 制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病 临床应用阶段
基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法 仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术的开展
科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出进行体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。
(1)基因治疗是把健康的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。
(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒 ( http: / / www.21cnjy.com )的作用相当于基因工程中基因操作工具中的__________。此基因工程中的目的基因是______________，目的基因的受体细胞是________。
(3)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，其免疫能力趋于正常，是由于白细胞中能合成______________。
(4)下图甲所示的方法是从________的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用________方法人工合成基因。
甲 乙
【审题导析】 (1)基因治疗的方法。
(2)导入健康基因的方法。
(3)比较甲、乙两图的过程。
【精讲精析】 基因治疗的方法 ( http: / / www.21cnjy.com )是把健康基因导入有基因缺陷的细胞中。逆转录病毒作为导入基因的载体将腺苷酸脱氨酶基因导入白细胞中，白细胞中产生腺苷酸脱氨酶，免疫能力恢复正常。图甲表示用限制性核酸内切酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入到不同的受体细胞中，从中找到目的基因。图乙表示用目的基因转录成的mRNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。
【答案】 (1)外源基因 基因缺陷 (2)载体(或基因的运输工具) 腺苷酸脱氨酶基因 白细胞 (3)腺苷酸脱氨酶 (4)供体细胞 逆转录
生物武器和转基因生物安全性问题
【问题导思】
①生物武器的种类和特点是什么？
②转基因生物安全性问题体现在哪些方面？
③应怎样对待转基因生物及其产品？
1．生物武器的种类、特点及危害
(1)生物武器的种类
①病菌：鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌等。
②病毒：天花病毒、动物痘病毒等。
③生化毒剂：如肉毒杆菌毒素。
④经过基因重组的致病菌：如通过转基因技术改造的像炭疽杆菌的致病菌。
(2)生物武器的特点
①传染性强；②污染面广；③传染途径多，难以防治；
④具有一定的潜伏期；⑤受自然条件影响大。
(3)生物武器的危害
①通过转基因技术改造的细菌或病毒可让大批无相应免疫力的受感染者突然发病而又无药可医。
②运用转基因技术针对某一种族人群基因组特征制造的生物武器，可以杀伤预想中的特定种族。
③实例：日本战败投降时，侵华日军又一次把培养的细菌释放出来，在中国造成传染病大流行。
2．转基因生物的安全性问题
(1)转基因植物的食用安全：转基因植物合成的某些新蛋白质可能成为新的过敏原。
(2)转基因植物对生态系统的影响
①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
②导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而导致自然界的混乱。
③若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应。
(3)转基因动物的安全性
①转基因动物对人体健康的影响。
②转基因动物对生态系统的影响。
3．对待转基因生物的态度
(1)科学家应该科学地认识、评估和利用转基因生物。
(2)社会公众在购买相关产品时应享有知情权。
(3)国家应建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。
转基因生物存在安全性的原因
1．目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
2．目的基因往往是异种生物的基因。
3．外源基因插入宿主基因的部位往往是随机的。
(2013·新乡高二检测)害虫损伤番茄的叶片后，组成叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫不能消化食物而死亡。
科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。
(1)转入了番茄蛋白酶抑制剂基因的玉米合成番 ( http: / / www.21cnjy.com )茄蛋白酶抑制剂的具体部位是________，合成的化合物还需要在________________中加工才具有生物活性。
(2)这种抗玉米螟玉米品种的培育技术属于________技术，这种变异在生物学上称为________。
(3)在种植了这种转基因玉米的农田中的杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？
(4)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？
(5)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。
【审题导析】 以转基因玉米为例主要考查转基因技术的安全性问题。解题思路：
转基因玉米从三方面分别讨论利与弊，
结合问题，规范作答
【精讲精析】 (1)番茄蛋白酶抑制剂的本质 ( http: / / www.21cnjy.com )为蛋白质，其合成部位为核糖体，但还需要在内质网、高尔基体中加工才具有生物活性。(2)由材料可知，抗玉米螟玉米品种的培育运用的是转基因技术，这种技术的原理是基因重组。(3)、(5)属于开放性试题，答案不唯一，只要有道理即可。(4)抗玉米螟玉米能抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫，故种植抗玉米螟玉米的农田，仍需要进行防虫管理。
【答案】 (1)核糖体 内质网和高尔基体 ( ( http: / / www.21cnjy.com )2)转基因 基因重组 (3)(答案不唯一)不会。不同物种之间存在生殖隔离，玉米的花粉不能传递给杂草。(或会。蛋白酶抑制剂基因通过玉米的花粉传递给杂草，使杂草获得抗虫基因，从而表现出抗虫性状。) (4)需要。转基因玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害虫。 (5)(答案不唯一)有道理。这种玉米的子粒可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性，影响人体健康。(或没有道理。人蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同，玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响。)
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
1．基因工程打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，实现基因交流，可以不同程度地定向改良生物的遗传特性。
2．基因诊断又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。
3．基因治疗是向受体细胞中导入正常功能的基因以置换或弥补缺陷基因的治疗方法。
1．(2012·徐州高二检测)转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程是改造CO2固定酶。其目的是( )
A．提高光合作用效率 B．延长果实的储藏期
C．提高植物的抗性 D．培育新作物品种
【解析】 CO2固定是光合作用 ( http: / / www.21cnjy.com )暗反应阶段的重要一步，CO2浓度的高低以及植物对不同浓度CO2的固定能力是影响暗反应的重要因素，也是影响光合作用效率的重要因素之一，因此通过基因工程改造CO2固定酶，其目的就是为了提高光合作用效率。
【答案】 A
2．以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是( )
A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C．抗病毒转基因植物可以抵抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
【解析】 抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。
【答案】 B
3．基因治疗是指( )
A．将健康基因导入有基因缺陷的细胞中
B．用DNA探针检测疾病
C．用DNA探针修复缺陷基因
D．将DNA探针导入有基因缺陷的细胞中
【解析】 基因治疗是把健康的外源基因导入有缺 ( http: / / www.21cnjy.com )陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。DNA探针是用来进行基因诊断的工具，而且DNA探针只能用来检测，不能用来修复基因。
【答案】 A
4．(2013·榆林高二检测)用重组基因技术制造的全新致病菌比一般的生物武器危害性大，其原因是( )
①人类从来没有接触过这种致病菌 ②无药可医
③只有某种易感基因的民族容易感染，而施放国的人却不易感染
A．① B．②
C．②③ D．①②
【解析】 由于重组基因技术 ( http: / / www.21cnjy.com )制造的致病菌是自然界从来没有的菌株，人类从来没有接触过的，体内没有形成这种致病菌相应的抗体，也就没有免疫能力，一旦施用可以让大批受感染者突然得病，医学上也因为从来没有接触这样的病例而缺乏针对性的治疗，造成无药可医。一般情况下重组的致病菌使受感染者致病，易感染和抗感染是相对而言的，人是同一个物种，不会有绝对不感染的民族。
【答案】 D
5．凝乳酶能凝固牛奶成奶酪 ( http: / / www.21cnjy.com )，传统上凝乳酶只能从小牛的胃中提取，价格昂贵。1990年，美国辉瑞公司生产出了食品产业所需的第一个基因工程产品CHY－MAX牌凝乳酶，其化学组成与从小牛体内提取的完全相同，但其更加物美价廉。生产过程如下图，据图回答问题：
(1)过程②中从小牛体内提取的凝乳酶基因通常需要通过________技术进行扩增，该技术的原理是____________。
(2)基因工程的操作程序主要包括四个 ( http: / / www.21cnjy.com )步骤，其核心是图中过程________(填序号)，在该过程中重要使用的工具酶是________________________________________________________________________。
(3)过程④中理想的受体细胞是大肠杆菌， ( http: / / www.21cnjy.com )该类生物具有的特点是________________________，要想把重组质粒导入大肠杆菌，首先必须用________处理大肠杆菌，使其转化为________细胞，然后将重组质粒和大肠杆菌在缓冲液中混合培养完成转化过程。
(4)过程⑤将小牛凝乳酶基因转入大肠杆菌后，能够准确表达的主要原因是________________________________。
【答案】 (1)PCR(聚合酶链式反应) DNA双链复制
(2)③ 限制性核酸内切酶(或限制酶)和DNA连接酶
(3)繁殖快、代谢旺盛、单细胞、遗传物质相对较少(至少答二点) Ca2＋ 感受态 (4)所有生物共用一套密码子
一、选择题
1．下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是( )
①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻
②我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉
③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
A．① B．①②
C．①②③ D．②③
【解析】 本题考查几种高新技术所依 ( http: / / www.21cnjy.com )据的遗传学原理。袁隆平培育新型水稻利用的是杂交技术，他本人也被称为“杂交水稻之父”，而杂交技术的原理就是基因的自由组合定律(即基因重组)。基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞，使之表达，所以抗虫棉的培育原理也应是基因重组。太空育种的原理是基因突变。
【答案】 B
2．(2012·江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是( )
A．种植转基因作物应与传统农业种植区隔离
B．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中
C．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性
D．转基因植物的目的基因可能转入根际微生物
【解析】 种植转基因作物(如抗虫棉 ( http: / / www.21cnjy.com ))应与传统农业(普通棉花)种植区隔离，否则转基因作物中的基因可能扩散到普通作物中，使传统农业种植区的产量受到很大的影响，A项正确；目的基因为DNA分子，动物食用后会被消化成小分子脱氧核苷酸，所以目的基因不会转入动物体细胞中，B项错误；种植转基因作物，可能通过花粉扩散而使野生植物获得新基因，从而影响野生植物的遗传多样性，C项正确；导入转基因植物的外源基因有可能与感染转基因植物的某些根际微生物杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体，D项正确。
【答案】 B
3．上海医学遗传研究所成功培 ( http: / / www.21cnjy.com )育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指( )
A．提供基因的动物
B．基因组中增加外源基因的动物
C．能产生白蛋白的动物
D．能表达基因信息的动物
【解析】 转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物。题中的转基因牛中携带有外源的白蛋白基因。
【答案】 B
4．(2013·苏州高二质检)腺 ( http: / / www.21cnjy.com )苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是取出患者的T淋巴细胞，转入正常ADA基因进行体外培养，再将这些T淋巴细胞注射入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述中，正确的是( )
A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因
B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能
C．T淋巴细胞需在体外培养成细胞系后再注射入患者体内
D．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病
【解析】 基因治疗是将正常的基因导入 ( http: / / www.21cnjy.com )到有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；细胞系阶段的细胞一般都发生了基因突变，故不能培养到细胞系，只是将增殖得到的细胞(株)注射到患者体内；腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。
【答案】 B
5．(2012·江苏扬州中学期中)在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是( )
A．通过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特定抗体形成杂交带
【解析】 通过观察害虫吃棉叶是否死亡，属于个体水平的检测。
【答案】 A
6．人们对种植转基因农作物利弊有激烈 ( http: / / www.21cnjy.com )的争论，假设正方认为种植转基因农作物对人类是有利的，反方认为种植转基因农作物是有潜在风险的。下列观点中支持正方的是( )
A．转基因农作物会产生毒性蛋白或过敏蛋白
B．转基因农作物的扩散会威胁生物的多样性
C．推广种植抗虫棉可减少农药使用对环境的污染
D．抗虫基因通过基因漂移而造成“基因污染”
【解析】 依题意，需要选择的是转基因农作物对人类有利的方面，故C选项正确，其他选项均为不利的因素。
【答案】 C
7．科学家已经运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中正确的是( )
①该技术将导致定向变异 ②DNA连 ( http: / / www.21cnjy.com )接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来 ③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料 ④受精卵是理想的受体
A．①②③④ B．①③④
C．②③④ D．①②④
【解析】 DNA连接酶是将两个DNA片段末端之间的缝隙缝合起来，在相邻的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，而不是形成氢键。
【答案】 B
8．利用细菌大量生产人类胰岛素，下列叙述错误的是( )
A．用适当的酶对载体与人类胰岛素基因进行切割与连接
B．用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌
C．细菌获得的新性状不能遗传
D．重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人类胰岛素
【解析】 本题考查基因工程在生产药物方面的应用，解题关键是掌握基因工程的原理。基因工程使工程菌实现了基因重组，产生了可遗传的变异。
【答案】 C
9．有人认为转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。他的依据是( )
A．转入的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌杂交，形成新的病原体
B．转基因植物的抗除草剂基因，有可能通过花粉传播而进入杂草中，使杂草成为“超级杂草”
C．科学家赋予了转基因生物某些特殊性状，增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力
D．转基因技术打破物种原有的界限，改变了生态系统中能量流动和物质循环
【解析】 转基因生物由于被赋予了某些 ( http: / / www.21cnjy.com )特殊性状，增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力，有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。
【答案】 C
10．(2013·上饶高二检测)2 ( http: / / www.21cnjy.com )009年4月29日《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( )
A．把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
【解析】 由于对基因治疗 ( http: / / www.21cnjy.com )定义理解不到位，很容易错选其他选项。基因治疗只是将正常的外源基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复。基因治疗不是切除病变基因或诱发其突变。
【答案】 A
二、非选择题
11．继哺乳动物乳腺生物反 ( http: / / www.21cnjy.com )应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是________________________。
(2)进行基因转移时，通常要将外 ( http: / / www.21cnjy.com )源基因转入________中，原因是________________________________________________________________________。
(3)通常采用____________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
【解析】 在基因工程中，若受体细胞 ( http: / / www.21cnjy.com )是动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。
【答案】 (1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达
(3)DNA分子杂交(核酸探针)
(4)膀胱上皮
12．(2013·信阳高二检测)口蹄 ( http: / / www.21cnjy.com )疫是由口蹄疫病毒引起的一种偶蹄动物传染病，目前常用接种弱毒疫苗的方法预防。疫苗的主要成分是该病毒的一种结构蛋白VP1。科学家尝试利用转基因番茄来生产口蹄疫疫苗，过程如下图所示。请据图回答。
(1)口蹄疫病毒的VP1蛋白进入动物体内，能引起机体产生特异性免疫应答。VP1蛋白在免疫反应中称为____________。
(2)口蹄疫病毒的遗传物质为RNA ( http: / / www.21cnjy.com )，要获得VP1基因可用________的方法合成DNA，再用______________将VP1基因片段切下。
(3)过程⑥的培养基中除了加入各种必需 ( http: / / www.21cnjy.com )营养物质和______________等植物激素外，还需要添加________筛选出含有重组质粒的叶片小段。
(4)获得表达VP1蛋白的番茄植 ( http: / / www.21cnjy.com )株以后，需要进行免疫效力的测定。具体方法是将转基因番茄叶片提取液注射到豚鼠体内，每半个月注射一次，三次后检测豚鼠血液内产生的________的数量。为了使结果可信，应设两组对照，分别注射________________________和__________。
【答案】 (1)抗原 ( ( http: / / www.21cnjy.com )2)逆转录 限制性核酸内切酶 (3)生长素和细胞分裂素 卡那霉素 (3)特导性抗体 未转基因的番茄叶片提取液 弱毒疫苗
13．棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我 ( http: / / www.21cnjy.com )国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法，我国已将该毒蛋白基因移入棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。
(1)该项科学成果在环境保护上的 ( http: / / www.21cnjy.com )重要作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)科学家预言，此种“ ( http: / / www.21cnjy.com )转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此种现象缘于________________________________________________________________________
________________________________。
(3)题中“毒蛋白基因移入棉花 ( http: / / www.21cnjy.com )植株内并实现成功表达”中的“成功表达”含义是指________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与杂交育种、诱变育种相比，通 ( http: / / www.21cnjy.com )过基因工程培育新品种的主要优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在培育“转基因抗虫棉”的基 ( http: / / www.21cnjy.com )因操作中，所用的基因的“分子手术刀”是________________，基因的“分子针线”是________________，基因的“运载工具”是______________。
(6)转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明。
有利方面：________________________________________________________________________。
有害方面：________________________________________________________________________。
【解析】 本题主要考查了基因 ( http: / / www.21cnjy.com )工程的优点、目的基因的表达和基因工程的安全性问题等知识点。基因工程的优点是目的性强、育种周期短、克服了远源杂交不亲和的障碍。抗虫棉的优点是减少了农药对环境的污染，保护了生态环境。其中毒蛋白基因的表达经过转录和翻译两个阶段。
【答案】 (1)减少了农药对环境的污染，保护了生态环境
(2)基因突变
(3)毒蛋白基因在棉花细胞内经过转录和翻译合成了毒蛋白
(4)目的性强，育种周期短，克服了远源杂交不亲和的障碍
(5)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体(或质粒等)
(6)用于疾病的诊断和治疗，生产传统方法难以生产的药物，用于培育优良动、植物新品种等 可能引起环境问题、食物安全性问题、生物安全性问题等
第三节蛋白质工程
(教师用书独具)
●课标要求
简述蛋白质工程。
●课标解读
1．简述蛋白质工程的概念和原理。
2．说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。
3．举例说明蛋白质工程的应用和发展。
●教学地位
蛋白质工程是基因工程的延 ( http: / / www.21cnjy.com )伸，又称为第二代基因工程，是按照人们的需要，利用基因工程的原理对蛋白质进行改造。目前蛋白质工程还有许多理论和技术问题等待解决，成功的实例还不多，但发展前景广阔。在高考中考到的次数还不多，常在考查基因工程的非选择题中有一问涉及蛋白质工程。
●教法指导
1．结合过程图，让学生理解蛋白质工程的基本原理。
2．结合具体的应用实例，让学生理解蛋白质工程的应用。
(教师用书独具)
●新课导入建议
玉米的营养价值不如小麦，原因是玉米中必需 ( http: / / www.21cnjy.com )氨基酸赖氨酸的含量比较低。玉米中赖氨酸含量低的原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受到赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，会抑制两种酶的活性。所以玉米中赖氨酸的含量很难提高，如果我们将天冬氨酸激酶第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米种子中的赖氨酸含量提高2倍，那么怎样对这两种酶进行改造呢？这就要依靠蛋白质工程。
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P30～35有关 ( http: / / www.21cnjy.com )知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。 步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】方法导入课题。 步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。 步骤3：教师结合教材P30图1－17和教材P31图1－18让学生理解蛋白质工程的原理，通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化。
步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优 ( http: / / www.21cnjy.com )知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。课下完成【当堂双基达标】。 步骤5：通过教材中的实例让学生认识蛋白质工程的应用，认识蛋白质工程的意义。 步骤4：引导学生讨论蛋白质工程和基因工程的区别与联系，通过【课堂互动探究】探究2的表格进行比较。通过例2强化。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.简述蛋白质工程的概念和原理。2.说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。3.举例说明蛋白质工程的应用和发展。 1.蛋白质工程的概念和原理。(重难点)2.蛋白质工程的应用。(重点)
蛋白质工程的概念和原理
1.概念
(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(2)手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
(3)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。
2．原理
(1)结构分析
①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。
②了解蛋白质结构的方法
(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。
改造类型 操作程序
大改 根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能
中改 在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域
小改 通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能
(4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。
(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
1．蛋白质工程是直接改造蛋白质的结构吗？
【提示】 不是，蛋白质工程的实质是改造基因。
蛋白质工程的应用
1.改造酶的结构，提高酶的热稳定性。
2．生物工程制药
(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。
①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。
②结果：对人体的不良反应减少。
(2)实例2：对t-PA的改造。
①t-PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。
②改造方法：将t-PA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺。
③结果：t-PA在血液循环中停留时间延长，疗效 更加显著。
3．疾病诊断
(1)方法：蛋白质芯片法。
(2)原理：抗原—抗体的特异性结合。
(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。
2．酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两 ( http: / / www.21cnjy.com )个天门冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了将近50%，是我们教材中介绍的一重要蛋白质工程成果。试想，在用苏氨酸和异亮氨酸替换丙糖磷酸异构酶中的两个天门冬酰胺之前，要做的最重要的工作是什么？
【提示】 蛋白质中氨基酸的 ( http: / / www.21cnjy.com )排列顺序，从根本上讲是由相应基因中的碱基顺序所决定的，故在氨基酸替换之前，要做的最重要的工作就是根据苏氨酸和异亮氨酸的密码子，对丙糖磷酸异构酶的基因进行再设计和改造。
1．蛋白质工程直接操作的对象是蛋白质的空间结构。
(×)
【提示】 是基因的结构。
2．利用蛋白质工程可以让大肠杆菌生产人的胰岛素。(×)
【提示】 利用的是基因工程。
3．蛋白质工程就是利用蛋白酶对蛋白质进行改造。(×)
【提示】 蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造。
4．蛋白质工程能够生产出新的蛋白质。(√)
蛋白质工程的原理和方法
【问题导思】
①蛋白质工程改造蛋白质的原理是什么？
②蛋白质工程改造蛋白质的方法有哪些？
1．蛋白质工程兴起的缘由
基因工程原则上只能生产自然界中已存 ( http: / / www.21cnjy.com )在的天然蛋白质，天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，因此在基因工程的基础上产生了蛋白质工程来定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质。
2．实施前提：通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系。
3．改造的对象：蛋白质。
4．改造的手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
5．改造的目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质。
5．关键技术：蛋白质工程一般先创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有特定结构和功能的蛋白质，所以基因工程是其关键技术。
7．蛋白质工程别名：第二代基因工程。
8．蛋白质改造的方法
(1)对已知空间结构的蛋白质的改造。根据蛋白质被改造的多少，可分为“大改”、“中改”和“小改”。
①大改：根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能。
②中改：指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。
③小改：通过基因工程中的定点 ( http: / / www.21cnjy.com )诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。核心技术是基因工程中的定点诱变技术，其中PCR技术是常用的方法之一。
(2)对空间结构不清楚的蛋白质的改造
①方法：采用非定点诱变的方法来改造蛋白质。
②缺点：缺乏像定点诱变那样的目的性和针对性。
③优点：突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。
9．对定点诱变技术的理解
项目 内容
条件 原料 脱氧核苷酸
酶 DNA聚合酶和DNA连接酶
引物 含突变顺序的DNA分子片段
操作方法 PCR
结果 后代中半数为诱变的DNA分子
适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质
科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
【审题导析】 通过蛋白质工程改造基因后，可以遗传，使后代都能产生新的蛋白质。
【精讲精析】 蛋白质功能与其高级结构密 ( http: / / www.21cnjy.com )切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因对蛋白质的修改可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
【答案】 C
蛋白质工程和基因工程的比较
【问题导思】
①蛋白质工程与基因工程有哪些区别和联系？其实质分别是什么？
②蛋白质工程与基因工程的操作程序分别有哪些？
1．蛋白质工程与基因工程的不同点
蛋白质工程 基因工程
操作起点 预期蛋白质的功能 目的基因
实质 定向改造和生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品
合成的蛋白质 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质
操作程序基本思路 结构分析→结构预测与设计→基因工程→蛋白质纯化→功能分析 遵循中心法则：从DNA→mRNA→蛋白质
应用及现状 主要集中在对现有蛋白质进行改造。对创造新的 ( http: / / www.21cnjy.com )蛋白质还有许多技术难题未突破，目前还没有真正成功的例子，原因是蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 已被广泛应用，转基因植物、动物、生产药品等已商业化，但基因治疗仅处于实验阶段，未实际应用
2.相同点：都属于分子水平的操作。蛋白质工程的本质是通过改造基因进而创造出自然界不存在的蛋白质。所以被形象地称为第二代基因工程。
1．基因工程中的目的基因一般为天然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。
2．蛋白质工程中经过处理 ( http: / / www.21cnjy.com )得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
(2013·南京高二月考)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_______________________。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与________结合后转移到________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么 ？__________________________________。
【审题导析】 解答本题的思路为：
对比二者关系，进行
相应推导后组织答案
【精讲精析】 (1)蛋白质工程的目标是根据人 ( http: / / www.21cnjy.com )们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。
(2)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。
(3)利用蛋白质工程生产自然界 ( http: / / www.21cnjy.com )原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵。
(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其 ( http: / / www.21cnjy.com )基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
【答案】 (1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
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．任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。
3．只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。
4．蛋白质工程中不对蛋白质进行直接改造的原因是对基因进行改造比对蛋白质直接改造容易操作，难度小得多。
1．蛋白质工程的目标是( )
A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质
B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质
D．生产大量的蛋白质
【解析】 蛋白质工程是指为了满足 ( http: / / www.21cnjy.com )人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
【答案】 C
2．蛋白质工程中需要进行操作的直接对象是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
【解析】 蛋白质工程是指以 ( http: / / www.21cnjy.com )蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋
(教师用书独具)
●课标要求
1．简述基因工程的诞生。
2．简述基因工程的原理及技术。
●课标解读
1．简述基因工程的诞生过程和发展历程。
2．说出基因工程的基本工具的特点及作用。
3．简述基因工程的一般过程与技术。
●教学地位
1．基因工程技术是现代生物技术的核心技术 ( http: / / www.21cnjy.com )。本节主要内容包括基因工程的三种操作工具和五个操作步骤。基因工程的三种操作工具是：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和基因载体，要理解三种操作工具的作用和特点。基因工程的五个操作步骤包括：获取目的基因、制备重组DNA分子、转化受体细胞、筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达，要理解每一步的原理和方法。
2．近三年高考中，试题主要以信息材料或流程 ( http: / / www.21cnjy.com )图为载体，考查基因工程的操作工具、基因工程的原理及其在工农业生产和实践中的应用及训练学生的图文转换能力，试题多以简述填充题、图解题为主。
●教法指导
1．巧妙运用插图及多媒体课件，化“抽象”为 ( http: / / www.21cnjy.com )“形象”。对于基因工程，学生接触得少，只运用文字来教学会感到很抽象。如对基因工程三种操作工具的教学，可采取动画展示，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。
2．模型建构 精讲点拨。 ( http: / / www.21cnjy.com )对三种工具逐个进行讲解并以EcoR Ⅰ为例构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。(1)利用课前准备的材料模拟限制酶EcoR Ⅰ对DNA进行切割。(2)用同一种限制酶对两个DNA片段模型进行切割并缝合。(3)进行目的基因、环状DNA的切割及两者的拼接。
3．通过课件动画缓慢展示基因工程的操作 ( http: / / www.21cnjy.com )流程，并让学生思考每一步的操作方法和原理。对于重组质粒是否导入受体细胞的筛选可采取打比喻的方法引入即入境时是否携带有效证件(“重组质粒”)等。
4．可通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。例如，通过抗软化番茄的培育过程让学生具体理解基因工程操作的步骤。
(教师用书独具)
●新课导入建议
1．先提出几个问题：能否让植物也发 ( http: / / www.21cnjy.com )出萤火虫般美丽的萤光？能否让猪体内生产出人血蛋白？能否让细菌产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？创造一种令人心神向往的意境。然后指出把这样的奇思妙想变为现实的是20世纪70年代兴起的高新科技——基因工程。那么，基因工程这个凝聚着众多科学家心血的技术到底是怎么进行的呢？导入课题。
2．多媒体展示学生课前收集到的日常 ( http: / / www.21cnjy.com )生活中基因工程的应用实例。列举几种生物的不同性状并由此提出假设——能不能使本身没有某个性状的生物具有某个性状呢？如让禾本科植物能够固定氮气？答案是肯定的，那就是能定向改造生物的基因工程。
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P8～20，填写【课前 ( http: / / www.21cnjy.com )自主导学】空白，完成思考交流1～4。 步骤1：情景导课：选择【新课导入建议】中的方式之一导入课题。 步骤2：采取小组抢答激励方式检测预习效果即完成【正误判断】并给予校正。 步骤3：通过多媒体课件演示基因工程的三种操作工具，学生总结两种工具酶的作用和特点，讨论基因载体应具备的条件，通过【课堂互动探究】探究1总结提高，通过例1强化。
步骤7：多媒体课件演示重组 ( http: / / www.21cnjy.com )细胞的筛选和目基因表达的鉴定过程，学生总结筛选过程和鉴定方法。通过【课堂互动探究】探究5总结提高，通过例5强化。 步骤6：引导学生思考将目的基因导入受体细胞的方法。多媒体课件演示农杆菌转化法和显微注射法。通过【课堂互动探究】探究4总结提高，通过例4强化。 步骤5：课件演示制备重组DNA分子的过程，学生总结构建过程和重组DNA分子的元件组成。通过【课堂互动探究】探究3提高，通过例3强化。 步骤4：讨论如何获取目的基因，多媒体课件展示方法。通过【课堂互动探究】探究2总结提高，通过例2强化。
步骤8：完成【当堂双基达标】的1、2、3、4、5题。尝试构建本课时的知识网络。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.简述基因工程的诞生过程和发展历程。2.说出基因工程的基本工具的特点及作用。3.简述基因工程的一般过程与技术。 1.基因工程的工具。(重难点)2.基因工程的一般程序。(重点)
基因工程的诞生和发展
1.基因工程的诞生基础
(1)理论基础
(2)工具基础
2．诞生事件：1973年，美国科学家科恩等将两种不同来源的DNA分子进行体外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达。
3．发展
(1)1973～1976年为开始期。
(2)1977～1981年为发展期。
(3)1982年以后为迅猛发展和实际应用期。
基因工程的概念
方 法 在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法
原 理 对生物的基因进行改造和重新组合
操作水平 基因水平
过 程 包括基因的分离、体外重组转移以及在受体细胞内的复制和表达等
目 的 获得人类需要的基因产物
1．生物基因工程的原理是什么？与有性生殖有何区别？
【提示】 基因工程的原理是基因重组；它与有性生殖的区别是可以实现不同物种间的基因重组。
基因工程的工具
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)作用特点：只能识别特定的核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，从而切割DNA分子。
(2)结果：限制性核酸内切酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式：黏性末端和平口末端。
2．DNA连接酶——“分子针线”
(1)作用：将双链DNA片段“缝合”，恢复被限制性核酸内切酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)结果：形成重组DNA分子。
3．载体——运载工具
(1)功能：将外源基因导入受体细胞。
(2)种类：质粒、噬菌体以及一些动、植物病毒。
(3)质粒
①本质：来自于细菌细胞中的一种很小的环状DNA分子，是最早应用的载体。
②特点：最简单的质粒载体必须包括复制区、遗传标记基因、目的基因插入位点。此外，质粒载体一般还具有低分子量等特征。
2．DNA连接酶与DNA聚合酶有什么不同？
【提示】 DNA连接酶是连接的DNA片段，DNA聚合酶是在DNA复制时，将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链上。
基因工程的一般过程与技术
1.基因工程的基本过程
(1)获取目的基因。
(2)制备重组DNA分子。
(3)转化受体细胞。
(4)筛选获得目的基因的受体细胞。
(5)培养受体细胞并实现目的基因功能表达。
2．相关过程的具体操作
(1)获取目的基因的方法
(2)制备重组DNA分子：一个基因表达载体应包括目的基因、选择标记基因、启动子和终止子。
(3)转化受体细胞：将携带目的基因的载体导入受体细胞。
(4)筛选重组细胞：根据选择标记基因的特异性，从大量的细胞繁殖群体中筛选出获得重组DNA分子的受体细胞克隆。
3．如何把导入目的基因的细胞筛选出来？
【提示】 以四环素抗性基因为例，程序如下：
基因表达载体
(含四环素抗性基因)全部受
体细胞接种,含有四环素
的培养基筛选,正常生活
的细胞含有目的基因
的受体细胞
(5)实现功能表达
①方法：培育获得重组DNA分子的受体细胞，在相关条件下进行诱导。
②结果：分离目的基因的表达产物，获得基因工程产品。
4．一般基因工程操作获得成功的标志是什么？
【提示】 看目的基因是否在受体中表达出相应的性状。
3．基因工程技术的完善
(1)宿主细胞已经从大肠杆菌推广到多种细胞。
(2)外源基因既能克隆到质粒中，也能整合到细胞的染色体上。
(3)对蛋白质产物能进行翻译后的修饰和加工等。
1．限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。(√)
2．限制性核酸内切酶切开的是磷酸二酯键，DNA连接酶恢复的是氢键。(×)
【提示】 DNA连接酶恢复的是被限制性核酸内切酶切开的磷酸二酯键。
3．天然的质粒可直接用作基因工程的载体。(×)
【提示】 天然的质粒DNA分子并不完全具备载体的条件，需经人工改造后才能用于基因工程操作。
4．重组DNA分子中的标记基因的作用是用于筛选获得重组DNA分子的受体细胞。(√)
基因工程的工具
【问题导思】
①基因工程中常用的工具有哪些？各有什么作用？
②作为运载目的基因的载体应具有什么特点？
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)存在：限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于微生物细胞中，如细菌、酵母菌等。
(2)作用特点
①主要切割外源DNA，而对自身的DNA不起作用，达到保护自身的目的。
②只能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
③只能在特定的部位进行切割，切割位点一般具有反向重复序列。
(3)作用部位
限制性核酸内切酶识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
(4)作用结果：形成黏性末端或平口末端。
(5)限制性核酸内切酶与DNA解旋酶的比较
①相同点：都作用于DNA分子。
②不同点
a．作用部位不同：前者作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而后者作用于碱基对之间的氢键。
b．作用结果不同：限制性 ( http: / / www.21cnjy.com )核酸内切酶使DNA分子特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，从而切割DNA分子；DNA解旋酶是把双链DNA分子的碱基对间的氢键打开使双链DNA成为两个互补的单链DNA分子。
2．DNA连接酶——“分子针线”
(1)作用：将两个DNA片段连接起来，形成磷酸二酯键。
(2)种类
①E.coli DNA连接酶：连接互补的黏性末端。
②T4DNA连接酶：连接互补的黏性末端或平口末端。
(3)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶 DNA聚合酶
成分 蛋白质
作用部位 催化形成磷酸二酯键
作用过程 将DNA片段的末端连接起来 将单个脱氧核苷酸连接到DNA单链上
作用结果 将存在的DNA片段连接成重组DNA 新DNA分子
模板 不需要 需要DNA的一条链为模板
(4)DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较
①区别
作 用 应 用
限制性核酸内切酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 将载体与外源基因组成一个重组DNA分子
②两者的关系可表示为：
由于核苷酸分子间的氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制性核酸内切酶、DNA连接酶无关。
3．载体——运载工具
(1)载体的作用：一是用它作为运载工具，将目的基因导入受体细胞中去；二是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。
(2)作为载体必须具备的条件
①在受体细胞中能保存下来并能大量复制。
②有多个限制性核酸内切酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。
③有一定的标记基因，便于进行筛选。
④对受体细胞无害。
(3)类型
①质粒，它是存在于细菌或酵母菌细胞质中的一种很小的环状DNA分子，结构简单，独立于染色体或拟核之外，具有自我复制能力。
②病毒，包括噬菌体、植物病毒和动物病毒。
一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有需求，因此在基因工程操作中，真正被用作载体的，大都是在天然载体的基础上进行过人工改造的。
基因工程中的载体与载体蛋白的区别
基因工程中的载体 载体蛋白
来源 细菌的质粒、噬菌体、动植物病毒 细胞膜上的蛋白质
作用 将目的基因转移到宿主细胞中，并能在宿主细胞中对目的基因进行大量复制 运载要进出细胞的某些物质
(2013·周口高二期末)下图表示两种限制性核酸内切酶识别DNA分子的特定序列，并在特定位点对DNA进行切割的示意图，请回答以下问题。
(1)图中甲和乙代表_____________________________。
(2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。
(3)图中甲和乙经过相应操作均形成两个 ( http: / / www.21cnjy.com )片段，切口的类型分别为________、________。甲中限制性核酸内切酶的切点是______之间，乙中限制性核酸内切酶的切点是________之间。
(4)由图解可以看出，限制性核酸内切酶的作用特点是
______________________________________________。
(5)如果甲中G碱基发生基因突变，可能发生的情况是
______________________________________________。
【审题导析】 (1)限制性核酸内切酶EcoRⅠ和HpaⅠ特异性识别的碱基序列分别是GAATTC和GTTAAC。
(2)两种限制性核酸内切酶切割DNA后，切口的类型分别为黏性末端和平口末端。
【精讲精析】 从图解可以看出，甲和乙代 ( http: / / www.21cnjy.com )表的是不同的DNA片段，在相应的限制性核酸内切酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位点被切割成两部分。前者是在识别序列的中心轴线两侧分别切开，形成的末端是黏性末端；后者是在识别序列的中心轴线处切开，形成的末端是平口末端。
【答案】 (1)有特殊脱氧核苷酸序 ( http: / / www.21cnjy.com )列的DNA片段 (2)两种不同的限制性核酸内切酶 (3)黏性末端 平口末端 G、A A、T (4)能识别双链DNA分子的特定脱氧核苷酸序列，并从特定的位点将DNA分子切割 (5)限制性核酸内切酶不能识别切割位点
获得目的基因的方法
【问题导思】
①获取目的基因常见的方法有哪些？
②PCR技术的原理是什么？
1．获取目的基因的三种方法
2．提取目的基因的方法比较
方
法 从基因文库中
获取目的基因 PCR技
术扩增 人工合成
过
程 供体细胞
中的DNA
限制性核
酸内切酶
许多DNA片断
连接
基因载体
导入
宿主细胞
宿主细胞繁殖
DNA片段扩增
分离
目的基因 目的基因
DNA
高温
解链
单链DNA
与引
物结
合、
DNA
聚合
酶
大量目的基因 了解DNA分
子核苷酸序列
DNA
合成
仪
大量目的基因
续表
方法 从基因文库中获取目的基因 PCR技术扩增 人工合成
优点 操作简单 可在短时间内大量扩增目的基因 专一性强，可产生自然界中不存在的新基因
缺点 工作量大、盲目性大、专一性差 需要严格控制温度、技术要求高 适用范围小
PCR技术扩增目的基因与DNA复制的比较
PCR技术 DNA复制
相同点 原则 碱基互补配对
原料 四种脱氧核苷酸
条件 模板、ATP、酶
不同点 解旋方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化
场所 体外复制 细胞核内
酶 热稳定的DNA聚合酶(Taq酶) 细胞内含有的DNA聚合酶
结果 在短时间内形成大量的DNA片段 形成整个DNA分子
3．提取目的基因的三种方法的应用情况
(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过用受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中去获取目的基因。
(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。
(3)如果知道扩增目的基因及两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过PCR技术扩增目的基因。
逆转录法主要用于相对分子质量较大而又不知其序列的基因。化学合成法适用于相对分子质量比较小而又知其序列的基因。
下列技术方法中需要模板的是( )
①从基因文库中获取目的基因 ②利用PCR技术扩增目的基因 ③反转录法 ④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成DNA
A．①②③④ B．①②③
C．②③④ D．②③
【思维导图】
回顾各种提取目的
基因技术的流程比较各种方法所需
条件的异同得出
答案
【精讲精析】 PCR技术利用的是DNA双 ( http: / / www.21cnjy.com )链复制原理。即将DNA双链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。反转录法是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链DNA。①④则均不需要模板。
【答案】 D
制备重组DNA分子
【问题导思】
①基因表达载体应具备哪些条件？
②如何构建基因表达载体？
1．构建过程
目的基因与载体结合的过程，实质上是不同来源的DNA重新组合的过程，是基因工程的核心，其基本过程如下(以质粒作为载体)：
2．重组DNA分子的组成
(1)目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒插入目的基因时须有启动子，插入后须有终止子。
(2)要确定目的基因是否导入受体细胞中，需要有筛选标记——标记基因。
因此，一个基因表达载体的组成应该包括：启动子、终止子、目的基因、标记基因。
1．终止子是指DNA分子上决定转录停止的三个相邻碱基；终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。
2．切割载体和获得目的基因为同一种限制性核酸内切酶，获得相同的末端，便于二者连接。
3．基因表达载体虽然都由四部分组成，但由于受体细胞(如动物细胞、植物细胞、微生物)不同，它们在构建上是有差别的。
(2013·徐州高二检测)下图为构建重组DNA的模式图。下列有关基因工程中重组DNA的说法，错误的是
( )
A．基因工程的核心步骤是重组DNA分子构建
B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别
C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
【审题导析】 (1)启动子和终止子的作用。
(2)抗生素抗性基因的作用。
(3)基因工程四个步骤中的核心步骤。
【精讲精析】
选项 分析判断
A 构建重组DNA分子是基因工程的核心步骤，A项正确
B 由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，因此，重组DNA分子的构建也会有所差别，不可能是千篇一律的
C 启动子和终止子是转录起始和终止的部位，因此启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，C项正确
D 抗生素抗性基因是标记基因，用于确定目的基因是否导入受体细胞，D项正确
【答案】 B
转化受体细胞
【问题导思】
①什么叫转化？不同受体细胞的转化方法有何不同？
②什么是农杆菌转化法？具体过程如何？
目的基因导入受体细胞内，并且在受体细 ( http: / / www.21cnjy.com )胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
1．不同的受体细胞转化方法不同
(1)植物细胞转化
(2)动物细胞转化
(3)微生物细胞转化：Ca2＋处理法。
2．农杆菌转化法分析
(1)完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
(2)重组的基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是用Ca2＋处理法。
(3)目的基因能够在植株细胞内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上。
(4)由棉株细胞形成抗虫棉需要植物组织培养技术。
(2013·长春高二检测)基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )
A．结构简单，操作方便
B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少
D．性状稳定，变异少
【思维导图】
目的基因
导入受体
细胞获得大量的基因获得目的基因产物得出
答案获得所需性状
【精讲精析】 目的基因导入受体细胞后， ( http: / / www.21cnjy.com )随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。因此，基因工程常用的受体细胞有细菌、真菌等。
【答案】 B
重组细胞的筛选和目的基因功能表达的鉴定
【问题导思】
①如何进行重组细胞的筛选？
②在不同水平上对目的基因检测与鉴定的方法主要有哪些？
1．选择培养，筛选重组细胞(以大肠杆菌pBR322质粒为例)
说明：tetr——四环素抗性基 ( http: / / www.21cnjy.com )因，ampr——氨苄青霉素抗性基因，tets——目的基因，①、②为转化，③、④为选择培养，⑤为重组细胞的克隆。
2．分子水平和个体水平上筛选和鉴定方法的比较
类型 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子检测 导入检测 目的基因是否导入受体细胞 DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间) 是否成功显示出杂交带
表达检测 目的基因是否转录出mRNA 核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间) 是否成功显示出杂交带
目的基因是否翻译出蛋白质 蛋白质分子杂交(抗原和抗体之间) 是否成功显示出杂交带
个体生物学水平的鉴定 ①确定是否具有抗性及抗性程度②基因工程产品与天然产品的活性是否相同 ①抗虫或抗病的接种实验②基因工程产品与天然产品活性的比较 是否赋予了预期抗性或蛋白质活性
1．目的基因分子水平上检测与鉴定的三个步骤都是在体外进行的。
2．在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等标记含有目的基因的DNA片断。
3．目的基因能否在植物细胞内稳定保存并表达的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上(利用的原理是基因重组)。
(2013·常州高二检测)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基因DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
【审题导析】 目的基因是否得到表达主要看两个方面：
(1)受体细胞是否翻译出相应的蛋白质。
(2)细胞或生物体是否具有相应的性状。
【精讲精析】 只有在受体细胞中检测到由目的基因控制合成的蛋白质，才能说明目的基因完成表达。
【答案】 D
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
1．基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
2．基因工程的原理是基因重组，处理对象是DNA或基因。
3．限制性核酸内切酶是能够识别和切割DNA分子的酶，又叫限制酶。DNA连接酶能将被限制酶切开的磷酸二酯键重新形成。
4．载体的作用是与含有外源基因(即目的基因)的DNA片段结合，将外源基因送入受体细胞中。
5．目的基因在受体细胞中表达，产生相应性状的原因是不同生物共用一套遗传密码。
6．显微注射技术是迄今为止转基因动物中采用最多，也是最有效地将目的基因导入动物细胞的方法。
7．目的基因的检测中，不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。
1．(2013·大纲全国卷)下列实践活动包含基因工程技术的是( )
A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
【解析】 A项属于单倍体育种，原理是染 ( http: / / www.21cnjy.com )色体变异；B项属于杂交育种，原理是基因重组；C项属于基因工程，原理是基因重组；D项属于诱导育种，原理是基因突变。
【答案】 C
2．(多选)下列关于限制性核酸内切酶的说法中，错误的是( )
A．限制性核酸内切酶被称为“分子手术刀”
B．限制性核酸内切酶跟其他的酶一样，具有专一性
C．一种限制性核酸内切酶可切割多种DNA分子片段
D．限制性核酸内切酶能在特定部位的两个核苷酸碱基之间切断氢键
【解析】 一种限制性核酸内切酶只能识别并切割一种DNA分子片段，在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键。
【答案】 CD
3．如下图，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下述变化，则X酶是( )
A．DNA连接酶 B．RNA聚合酶
C．DNA聚合酶 D．限制性核酸内切酶
【解析】 DNA连接酶的作用是将两个黏性末 ( http: / / www.21cnjy.com )端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起；RNA聚合酶是在RNA复制或转录过程中，把核糖核苷酸连接在一起；DNA聚合酶是在DNA复制过程催化脱氧核苷酸的聚合反应；限制性核酸内切酶是在获取目的基因时识别特定的碱基序列，切出黏性末端或平口末端。图示为将两个黏性末端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起。
【答案】 A
4．不属于基因表达载体构建过程的是( )
A．用同一种限制性核酸内切酶切割质粒露出黏性末端
B．用两种限制性核酸内切酶切割目的基因露出黏性末端
C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处
D．将重组DNA导入受体细胞中进行扩增
【解析】 用同一种限制性核酸 ( http: / / www.21cnjy.com )内切酶切割目的基因和载体露出相同的黏性末端，便于目的基因和载体的连接，还可能用其他限制性核酸内切酶切割载体以便插入启动子和终止子。
【答案】 D
5．农业科技工作者在烟草中找到了一种抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请完成下列问题：
(1)为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是________。
(2)要使载体与抗病基因连接，首先应使 ( http: / / www.21cnjy.com )用________________对其进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是________。
A B C D
(3)切割完成后，采用____________将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为________。
(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆 ( http: / / www.21cnjy.com )菌，然后用该农杆菌去________棉花细胞，利用植物细胞具有的________性进行组织培养，从培养出的植株中________出抗病的棉花。
(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是________。转基因棉花获得的________是由该表达产物来体现的。
【解析】 基因工程的整个操作过程需要用到 ( http: / / www.21cnjy.com )多种工具。将目的基因与载体用同一种限制性核酸内切酶进行切割，可以切出互补的黏性末端；DNA连接酶能够使目的基因与载体连接在一起，形成重组DNA分子。将重组DNA分子导入细菌，然后让细菌再去感染棉花细胞，最后经检测与筛选，从而获得抗病的棉花新品种。抗病基因表达的产物是蛋白质，使棉花表现出抗病性状。
【答案】 (1)质粒 (2)限制性核酸内切酶 A
(3)DNA连接酶 重组DNA (4)感染 全能 筛选(或选择) (5)蛋白质 抗病性状
]
一、选择题
1．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A．定向提取生物体的DNA分子
B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造
D．定向地改造生物的遗传性状
【解析】 基因工程的定义就是在生物体外，通过 ( http: / / www.21cnjy.com )对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。
【答案】 D
2．(2013·仙桃模拟)基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是( )
A．目的基因与载体的结合
B．将目的基因导入受体细胞
C．目的基因的表达
D．目的基因的人工合成
【解析】 合成目的基因及其与载体的结合都有碱基互补配对过程，而目的基因进入受体细胞是通过载体的运输作用进入，不存在碱基互补配对过程。
【答案】 B
3．(2013·平顶山高二模拟)下列哪种情况说明目的基因完成了表达( )
A．棉株中含有抗虫基因
B．大肠杆菌中具有胰岛素基因
C．土豆中含有抗病毒的基因
D．大肠杆菌中提取了胰岛素
【解析】 目的基因在受体细胞内成功表 ( http: / / www.21cnjy.com )达的意思是目的基因在受体细胞内已经成功地完成了转录和翻译，产生了相应的蛋白质，并表现出了一定的性状。而A、B、C项仅仅说明目的基因已进入了受体细胞内，受体细胞已具备了目的基因，但并没有明确地证据表明已经表达了。而D项大肠杆菌中提取到了胰岛素，表明胰岛素基因在大肠杆菌中已完成表达。
【答案】 D
4．(2012·安庆四校联考)下列四条DNA片段，可以由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是( )
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
【解析】 只有②和④两个黏性末端的碱基是互补的，可能是由同一种限制性核酸内切酶切割而成的。
【答案】 D
5．下列关于限制性核酸内切酶的说法，不正确的是( )
A．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B．限制性核酸内切酶可用于提取目的基因
C．不同的限制性核酸内切酶切割DNA的切点不同
D．限制性核酸内切酶广泛存在于动、植物及微生物细胞中
【解析】 限制性核酸内切酶主要是从原核 ( http: / / www.21cnjy.com )生物中分离纯化出来的，而不是广泛存在于动、植物中。限制性核酸内切酶具有专一性，一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列。限制性核酸内切酶可用于切割目的基因。
【答案】 D
6．(多选)基因工程的基本步骤中，一定用到酶的步骤有( )
A．人工合成目的基因
B．目的基因与载体结合
C．转化受体细胞
D．实现功能表达
【解析】 基因工程中，合成目的基因要使用 ( http: / / www.21cnjy.com )DNA聚合酶或逆转录酶等；目的基因与载体结合时要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶等；实现功能表达时需要转录和翻译，也需要酶的参与；而转化受体细胞时可以不需要酶。
【答案】 ABD
7．限制性核酸内切酶可识别并切割D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸内切酶BamHⅠ、EcoRI、HindⅢ和BglⅡ的识别序列和切割位点，切割出来的DNA黏性末端可以互补配对的是( )
A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ
C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ
【解析】 BamHⅠ酶处理后形成的黏性末端为
－G GATCC－
－CCTAG G－，BglⅡ酶处理后形成的黏性末端为
－A GATCT－
－TCTAG A－，可以互补配对。
【答案】 C
8．(多选)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作正确的是( )
A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C．将重组DNA分子导入烟草体细胞
D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
【解析】 构建重组DNA分子时，需用 ( http: / / www.21cnjy.com )同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞，若导入的受体细胞是体细胞，经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。
【答案】 BCD
9．现有一长度为1 000个碱基对的D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子，用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000个碱基对，用KpnⅠ单独酶切得到400个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
【解析】 从图谱中可发现有链 ( http: / / www.21cnjy.com )状DNA、环状DNA，用EcoRⅠ酶切割后DNA的长度不变，此DNA应该为环状，用EcoRⅠ酶和KpnⅠ酶切割后得到200个碱基对和600个碱基对两种长度的DNA分子，因此DNA上应该存在两个KpnⅠ酶的切割位点。
【答案】 D
10．(2012·浙江高考 ( http: / / www.21cnjy.com ))天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是( )
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
【解析】 如果所需要的目的基因的序列是完全 ( http: / / www.21cnjy.com )未知的，往往就需要构建基因文库，然后从基因文库中获取目的基因，而在基因序列已知的情况下，获取目的基因通常用逆转录法或利用化学方法直接人工合成，因此，A项正确、B项错误；将目的基因与质粒连接的酶是DNA连接酶，而非DNA聚合酶，C项错误；目的基因必须与载体结合后导入受体细胞才能够自我复制和表达，且导入植物细胞常用的载体是农杆菌，而不是大肠杆菌，D项错误。
【答案】 A
二、非选择题
11．(2012·新课标全国卷改编)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。
(2)质粒载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA ( http: / / www.21cnjy.com )除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是________________________________________________________________________
______________。
(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)逆转录作用的模板是________，产物是________。若要在体外获得大量逆转录产物，常采用________技术。
(5)基因工程中除质粒外，________和________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下， ( http: / / www.21cnjy.com )不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 限制性核酸内切酶切割D ( http: / / www.21cnjy.com )NA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平口末端。为使载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoRⅠ之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。逆转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量逆转录产物时常用PCR扩增技术。基因工程常用的载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)。
【答案】 (1)黏性末端 平口末端 (2) ( http: / / www.21cnjy.com )切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同 (3)大肠杆菌 T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
12．(2012·海南高考)已知甲种农 ( http: / / www.21cnjy.com )作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。
回答下列问题：
(1)为了获得丙种蛋白质的基因，在 ( http: / / www.21cnjy.com )已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙种蛋白质的________序列，据此可利用________方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用________、________方法。
(2)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用________酶和________酶。
(3)将含有重组质粒的农杆菌与甲 ( http: / / www.21cnjy.com )种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗________的危害。
(4)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子________(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。
【解析】 (1)在已知蛋白质的氨基酸序 ( http: / / www.21cnjy.com )列的情况下，可根据氨基酸和碱基的对应关系，推出合成该蛋白质的基因序列，然后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因。此外也可以从基因文库中获取目的基因，也可通过PCR方法获取目的基因。
(2)构建重组质粒时，需要用限制性核酸内切酶将载体切开，并用DNA连接酶将目的基因连接到载体上，从而构建基因表达载体。
(3)愈伤组织中含有丙种蛋白质，说 ( http: / / www.21cnjy.com )明丙种蛋白质的基因得到了表达，在培养成的植株体内也含有丙种蛋白质，乙昆虫食用丙种蛋白质后会死亡，则该植株可抵抗乙昆虫的危害。
(4)用含有重组质粒的农杆菌直接感染 ( http: / / www.21cnjy.com )甲种农作物植株叶片伤口，仅仅在该叶片内的部分细胞中能合成丙种蛋白质，该植株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒，也就不含有丙种蛋白质的基因。
【答案】 (1)基因 化学 基因文库 PCR(其他合理答案也可)
(2)限制性核酸内切 DNA连接
(3)乙种昆虫
(4)不含
13．(2012·江苏高考)图1表示含 ( http: / / www.21cnjy.com )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MspⅠ、BamHⅠ、
MboⅠ、SmaⅠ4种限 ( http: / / www.21cnjy.com )制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题．
图1 图2
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻 ( http: / / www.21cnjy.com )两个碱基之间依次由________________________________________________________________________连接。
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为________。
(3)若图1中虚线方框内 ( http: / / www.21cnjy.com )的碱基对被T—A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SmaⅠ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 ( http: / / www.21cnjy.com )过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。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】 (1)一条脱氧核苷酸链中 ( http: / / www.21cnjy.com )相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意与两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从SmaⅠ的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平口末端，图1中DNA片段有SmaⅠ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三种。
(3)图示方框内发生碱基的 ( http: / / www.21cnjy.com )替换后，形成的d基因失去了1个SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种(534＋793) bp的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。
【答案】 (1)脱氧核糖、磷酸 ( http: / / www.21cnjy.com )、脱氧核糖 (2)平口 537 bp、790 bp、661 bp (3)4 (4)BamHⅠ 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
第二节基因工程的应用
(教师用书独具)
●课标要求
1．关注转基因生物的安全性问题。
2．举例说出生物武器对人类的威胁。
●课标解读
1．举例说出基因工程的应用。
2．关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。
3．举例说出生物武器的危害。
●教学地位
基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必 ( http: / / www.21cnjy.com )然结果。本课时的题提供的应用材料在高考中，常作为背景综合考查基因工程的操作工具及流程等，如抗癌药物干扰素的生产过程等。
●教法指导
1．加强收集信息和处理信息环节的指导 ( http: / / www.21cnjy.com )。无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。可列出包括转基因生物、目的基因及目的基因的来源生物三个项目的表格进行材料和信息的收集活动。
2．对于课文中的一些难点，采用小组讨论，师生共同归纳的方法学习。如关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程，可采取讨论或引导的方法操作。
(教师用书独具)
●新课导入建议
1．几张动物的合成图。同 ( http: / / www.21cnjy.com )学们除了对这几张图片感到好奇的同时可能会有疑问，这是不是真的？的确，这是电脑的合成图，只是人们想象的产物而已。但是，在几十年前貌似只是想想而已的梦而今却实现了。比如说鱼的基因会跑到番茄里，牛奶中可以生产药物……所以，至于某天是不是真能出现图片中的生物我们拭目以待。
2．直接导入法，即基因工 ( http: / / www.21cnjy.com )程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到飞速的发展，目前已经成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域——农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展现出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P21～28有 ( http: / / www.21cnjy.com )关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。 步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】第一种导入方式设问引发思考，或者以第二种方式直接导入课题。 步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。 步骤3：让学生以比赛的方式列举基因工程应用的实例。教师总结基因工程在动物和植物方面应用的意义。
步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优 ( http: / / www.21cnjy.com )知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。课下完成【当堂双基达标】，同学之间进行互评。 步骤5：引导学生讨论基因工程的安全性问题和生物武器对人类的威胁。教师总结对基因工程安全性问题的态度和我们对基因武器的态度。通过【课堂互动探究】探究2归纳总结，通过例2强化提高。 步骤4：通过多媒体介绍基因工程在基因诊断和基因治疗上的应用。通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化提高。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.举例说出基因工程的应用。2.关注转基因生物的安全性问题，理性看待转基因技术。3.举例说出生物武器的危害。 1.基因工程的应用。(重点)2.理性看待转基因技术。(难点)
基因工程的应用
1.动物基因工程应用举例
应 用 外源基因 成 果
提高抗病能力 外源抗性基因 抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等
提高产品产量 外源生长激素基因 含外源生长激素基因的转基因鲑鱼
改善产品品质 乳糖酶基因 含乳糖酶基因的转基因牛，生产的牛奶中无乳糖
生产药用蛋白 外源蛋白基因 乳腺生物反应器，大量生产药用蛋白
2.植物基因工程应用举例
应 用 途 径
提高植物的光合作用效率 ①改造植物体内的CO2固定酶，提高植物对CO2的固定效率
②增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率
延长果实的储藏期 通过基因工程获得能抑制乙烯形成酶基因表达的转基因植物
提高植物次生代谢产物的产率 通过基因工程提高植物次生代谢产物的产率
提高植物的抗性 将外源抗性基因转入植物，使植物具有相应抗性，如抗虫、抗除草剂、抗旱、抗涝、抗盐等
3.转基因生物
(1)概念：指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。
(2)优点：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限，使生物之间的遗传物质相互重组和转移成为可能。
1．抗虫的基因能抗病毒吗？为什么？
【提示】 不能。因为每一种基因都有其特定的结构和功能。
4．基因工程和人类健康
(1)基因诊断(又称DNA诊断)
①方法：基因检测。
②目的：判断患者是否出现基因异常或携带病原体等。
(2)基因治疗
①方法：利用正常基因置换或弥补缺陷基因。
②步骤：包括目的基因的转移、目的基因的表达和安全措施的实施。
③成果：用腺苷脱氨酶基因治愈了患重度复合免疫缺陷症的女孩。
转基因生物的安全性问题
1.关注转基因生物的安全性
(1)食用安全问题
长期食用某种转基因食品是否会导致某种毒素在人体内积累。
(2)生态系统安全问题
①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
②导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。
③若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。
2．转基因生物安全性的保障措施
(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。
(2)国家应建立相应的评估及预警机制。
2．我国科学家培育的具有自主知识产权的转 ( http: / / www.21cnjy.com )基因鲤鱼“吉鲤”。其肉质细嫩、味道鲜美、营养丰富，远远超过鲫鱼和鲤鱼，而且生长迅速。但是，科学家们却千方百计地将其由正常二倍体变为三倍体。请说明这样做的主要理由是什么？
【提示】 转基因鲤鱼虽然具有很多优点， ( http: / / www.21cnjy.com )但其遗传物质和一些性状发生了一定变化，不知其是否会对生态环境和生物多样性等造成一些负面影响，故应限制其繁殖能力，而将其由二倍体变为繁育能力很低的三倍体，就是有效方法之一。
生物武器的危害性
1.所用微生物种类
(1)细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。
(2)病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。
2．被用作生物武器的方法
(1)将致病基因插入不致病的微生物体内。
(2)将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。
(3)用于研制针对某一特定种群的生物武器。
1．利用乳腺“反应器”只能生产蛋白质类药物。(√)
2．基因诊断是利用了碱基互补、配对的原理。(√)
3．转基因生物不会存在安全性问题。(×)
【提示】 转基因生物可能存在安全性问题。
基因诊断和基因治疗
【问题导思】
①基因诊断和基因治疗的原理分别是什么？
②基因治疗的手段有哪些？
1．基因诊断
基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在 ( http: / / www.21cnjy.com )DNA水平上分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
2．基因治疗
(1)原理：基因治疗是指利用正 ( http: / / www.21cnjy.com )常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，即把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病最有效的手段，包括体外基因治疗和体内基因治疗。
(2)过程
1．不是所有的遗传病都能使用基因治疗的方法诊治。目前，基因治疗的方式主要为导入正常基因并使之表达，以此弥补基因缺陷，不能直接修复缺陷基因。
2．基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。
基因诊断和基因治疗的比较
项目 目的基因作用 备注
基因诊断 制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病 临床应用阶段
基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法 仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术的开展
科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患严重复合型免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出进行体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。
(1)基因治疗是把健康的________导入有________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。
(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒 ( http: / / www.21cnjy.com )的作用相当于基因工程中基因操作工具中的__________。此基因工程中的目的基因是______________，目的基因的受体细胞是________。
(3)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，其免疫能力趋于正常，是由于白细胞中能合成______________。
(4)下图甲所示的方法是从________的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用________方法人工合成基因。
甲 乙
【审题导析】 (1)基因治疗的方法。
(2)导入健康基因的方法。
(3)比较甲、乙两图的过程。
【精讲精析】 基因治疗的方法 ( http: / / www.21cnjy.com )是把健康基因导入有基因缺陷的细胞中。逆转录病毒作为导入基因的载体将腺苷酸脱氨酶基因导入白细胞中，白细胞中产生腺苷酸脱氨酶，免疫能力恢复正常。图甲表示用限制性核酸内切酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过载体转入到不同的受体细胞中，从中找到目的基因。图乙表示用目的基因转录成的mRNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。
【答案】 (1)外源基因 基因缺陷 (2)载体(或基因的运输工具) 腺苷酸脱氨酶基因 白细胞 (3)腺苷酸脱氨酶 (4)供体细胞 逆转录
生物武器和转基因生物安全性问题
【问题导思】
①生物武器的种类和特点是什么？
②转基因生物安全性问题体现在哪些方面？
③应怎样对待转基因生物及其产品？
1．生物武器的种类、特点及危害
(1)生物武器的种类
①病菌：鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌等。
②病毒：天花病毒、动物痘病毒等。
③生化毒剂：如肉毒杆菌毒素。
④经过基因重组的致病菌：如通过转基因技术改造的像炭疽杆菌的致病菌。
(2)生物武器的特点
①传染性强；②污染面广；③传染途径多，难以防治；
④具有一定的潜伏期；⑤受自然条件影响大。
(3)生物武器的危害
①通过转基因技术改造的细菌或病毒可让大批无相应免疫力的受感染者突然发病而又无药可医。
②运用转基因技术针对某一种族人群基因组特征制造的生物武器，可以杀伤预想中的特定种族。
③实例：日本战败投降时，侵华日军又一次把培养的细菌释放出来，在中国造成传染病大流行。
2．转基因生物的安全性问题
(1)转基因植物的食用安全：转基因植物合成的某些新蛋白质可能成为新的过敏原。
(2)转基因植物对生态系统的影响
①转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
②导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而导致自然界的混乱。
③若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应。
(3)转基因动物的安全性
①转基因动物对人体健康的影响。
②转基因动物对生态系统的影响。
3．对待转基因生物的态度
(1)科学家应该科学地认识、评估和利用转基因生物。
(2)社会公众在购买相关产品时应享有知情权。
(3)国家应建立相应的评估及预警机制，更加理性地利用转基因生物。
转基因生物存在安全性的原因
1．目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
2．目的基因往往是异种生物的基因。
3．外源基因插入宿主基因的部位往往是随机的。
(2013·新乡高二检测)害虫损伤番茄的叶片后，组成叶片细胞的细胞壁能释放出一种类激素物质，这种物质可以扩散到番茄的其他部位，诱导细胞内蛋白酶抑制剂基因表达，合成蛋白酶抑制剂，导致害虫不能消化食物而死亡。
科学家利用转基因技术把番茄的蛋白酶抑制剂基因转移到玉米中，使玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，有效抵御了玉米螟对玉米的危害。
(1)转入了番茄蛋白酶抑制剂基因的玉米合成番 ( http: / / www.21cnjy.com )茄蛋白酶抑制剂的具体部位是________，合成的化合物还需要在________________中加工才具有生物活性。
(2)这种抗玉米螟玉米品种的培育技术属于________技术，这种变异在生物学上称为________。
(3)在种植了这种转基因玉米的农田中的杂草是否也会出现抗玉米螟性状？原因是什么？
(4)抗玉米螟玉米具有显著的生态效应。你认为种植该玉米的农田是否还需要进行防虫管理？理由是什么？
(5)有人对食用该玉米的安全性表示担忧，你认为这种担忧有无道理？请简要说明理由。
【审题导析】 以转基因玉米为例主要考查转基因技术的安全性问题。解题思路：
转基因玉米从三方面分别讨论利与弊，
结合问题，规范作答
【精讲精析】 (1)番茄蛋白酶抑制剂的本质 ( http: / / www.21cnjy.com )为蛋白质，其合成部位为核糖体，但还需要在内质网、高尔基体中加工才具有生物活性。(2)由材料可知，抗玉米螟玉米品种的培育运用的是转基因技术，这种技术的原理是基因重组。(3)、(5)属于开放性试题，答案不唯一，只要有道理即可。(4)抗玉米螟玉米能抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫，故种植抗玉米螟玉米的农田，仍需要进行防虫管理。
【答案】 (1)核糖体 内质网和高尔基体 ( ( http: / / www.21cnjy.com )2)转基因 基因重组 (3)(答案不唯一)不会。不同物种之间存在生殖隔离，玉米的花粉不能传递给杂草。(或会。蛋白酶抑制剂基因通过玉米的花粉传递给杂草，使杂草获得抗虫基因，从而表现出抗虫性状。) (4)需要。转基因玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他玉米害虫。 (5)(答案不唯一)有道理。这种玉米的子粒可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑制人体蛋白酶的活性，影响人体健康。(或没有道理。人蛋白酶与玉米螟蛋白酶结构不同，玉米中的蛋白酶抑制剂对人体蛋白酶无影响。)
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
1．基因工程打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，实现基因交流，可以不同程度地定向改良生物的遗传特性。
2．基因诊断又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体等。
3．基因治疗是向受体细胞中导入正常功能的基因以置换或弥补缺陷基因的治疗方法。
1．(2012·徐州高二检测)转基因技术在植物品种改良方面应用广泛，其中一项基因工程是改造CO2固定酶。其目的是( )
A．提高光合作用效率 B．延长果实的储藏期
C．提高植物的抗性 D．培育新作物品种
【解析】 CO2固定是光合作用 ( http: / / www.21cnjy.com )暗反应阶段的重要一步，CO2浓度的高低以及植物对不同浓度CO2的固定能力是影响暗反应的重要因素，也是影响光合作用效率的重要因素之一，因此通过基因工程改造CO2固定酶，其目的就是为了提高光合作用效率。
【答案】 A
2．以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是( )
A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C．抗病毒转基因植物可以抵抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
【解析】 抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。
【答案】 B
3．基因治疗是指( )
A．将健康基因导入有基因缺陷的细胞中
B．用DNA探针检测疾病
C．用DNA探针修复缺陷基因
D．将DNA探针导入有基因缺陷的细胞中
【解析】 基因治疗是把健康的外源基因导入有缺 ( http: / / www.21cnjy.com )陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。DNA探针是用来进行基因诊断的工具，而且DNA探针只能用来检测，不能用来修复基因。
【答案】 A
4．(2013·榆林高二检测)用重组基因技术制造的全新致病菌比一般的生物武器危害性大，其原因是( )
①人类从来没有接触过这种致病菌 ②无药可医
③只有某种易感基因的民族容易感染，而施放国的人却不易感染
A．① B．②
C．②③ D．①②
【解析】 由于重组基因技术 ( http: / / www.21cnjy.com )制造的致病菌是自然界从来没有的菌株，人类从来没有接触过的，体内没有形成这种致病菌相应的抗体，也就没有免疫能力，一旦施用可以让大批受感染者突然得病，医学上也因为从来没有接触这样的病例而缺乏针对性的治疗，造成无药可医。一般情况下重组的致病菌使受感染者致病，易感染和抗感染是相对而言的，人是同一个物种，不会有绝对不感染的民族。
【答案】 D
5．凝乳酶能凝固牛奶成奶酪 ( http: / / www.21cnjy.com )，传统上凝乳酶只能从小牛的胃中提取，价格昂贵。1990年，美国辉瑞公司生产出了食品产业所需的第一个基因工程产品CHY－MAX牌凝乳酶，其化学组成与从小牛体内提取的完全相同，但其更加物美价廉。生产过程如下图，据图回答问题：
(1)过程②中从小牛体内提取的凝乳酶基因通常需要通过________技术进行扩增，该技术的原理是____________。
(2)基因工程的操作程序主要包括四个 ( http: / / www.21cnjy.com )步骤，其核心是图中过程________(填序号)，在该过程中重要使用的工具酶是________________________________________________________________________。
(3)过程④中理想的受体细胞是大肠杆菌， ( http: / / www.21cnjy.com )该类生物具有的特点是________________________，要想把重组质粒导入大肠杆菌，首先必须用________处理大肠杆菌，使其转化为________细胞，然后将重组质粒和大肠杆菌在缓冲液中混合培养完成转化过程。
(4)过程⑤将小牛凝乳酶基因转入大肠杆菌后，能够准确表达的主要原因是________________________________。
【答案】 (1)PCR(聚合酶链式反应) DNA双链复制
(2)③ 限制性核酸内切酶(或限制酶)和DNA连接酶
(3)繁殖快、代谢旺盛、单细胞、遗传物质相对较少(至少答二点) Ca2＋ 感受态 (4)所有生物共用一套密码子
一、选择题
1．下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是( )
①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻
②我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉
③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
A．① B．①②
C．①②③ D．②③
【解析】 本题考查几种高新技术所依 ( http: / / www.21cnjy.com )据的遗传学原理。袁隆平培育新型水稻利用的是杂交技术，他本人也被称为“杂交水稻之父”，而杂交技术的原理就是基因的自由组合定律(即基因重组)。基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞，使之表达，所以抗虫棉的培育原理也应是基因重组。太空育种的原理是基因突变。
【答案】 B
2．(2012·江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是( )
A．种植转基因作物应与传统农业种植区隔离
B．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中
C．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性
D．转基因植物的目的基因可能转入根际微生物
【解析】 种植转基因作物(如抗虫棉 ( http: / / www.21cnjy.com ))应与传统农业(普通棉花)种植区隔离，否则转基因作物中的基因可能扩散到普通作物中，使传统农业种植区的产量受到很大的影响，A项正确；目的基因为DNA分子，动物食用后会被消化成小分子脱氧核苷酸，所以目的基因不会转入动物体细胞中，B项错误；种植转基因作物，可能通过花粉扩散而使野生植物获得新基因，从而影响野生植物的遗传多样性，C项正确；导入转基因植物的外源基因有可能与感染转基因植物的某些根际微生物杂交，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体，D项正确。
【答案】 B
3．上海医学遗传研究所成功培 ( http: / / www.21cnjy.com )育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指( )
A．提供基因的动物
B．基因组中增加外源基因的动物
C．能产生白蛋白的动物
D．能表达基因信息的动物
【解析】 转基因动物是指基因组中增加了外源基因的动物。题中的转基因牛中携带有外源的白蛋白基因。
【答案】 B
4．(2013·苏州高二质检)腺 ( http: / / www.21cnjy.com )苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是取出患者的T淋巴细胞，转入正常ADA基因进行体外培养，再将这些T淋巴细胞注射入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述中，正确的是( )
A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因
B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能
C．T淋巴细胞需在体外培养成细胞系后再注射入患者体内
D．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病
【解析】 基因治疗是将正常的基因导入 ( http: / / www.21cnjy.com )到有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；细胞系阶段的细胞一般都发生了基因突变，故不能培养到细胞系，只是将增殖得到的细胞(株)注射到患者体内；腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。
【答案】 B
5．(2012·江苏扬州中学期中)在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是( )
A．通过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特定抗体形成杂交带
【解析】 通过观察害虫吃棉叶是否死亡，属于个体水平的检测。
【答案】 A
6．人们对种植转基因农作物利弊有激烈 ( http: / / www.21cnjy.com )的争论，假设正方认为种植转基因农作物对人类是有利的，反方认为种植转基因农作物是有潜在风险的。下列观点中支持正方的是( )
A．转基因农作物会产生毒性蛋白或过敏蛋白
B．转基因农作物的扩散会威胁生物的多样性
C．推广种植抗虫棉可减少农药使用对环境的污染
D．抗虫基因通过基因漂移而造成“基因污染”
【解析】 依题意，需要选择的是转基因农作物对人类有利的方面，故C选项正确，其他选项均为不利的因素。
【答案】 C
7．科学家已经运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，下列相关叙述中正确的是( )
①该技术将导致定向变异 ②DNA连 ( http: / / www.21cnjy.com )接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来 ③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供材料 ④受精卵是理想的受体
A．①②③④ B．①③④
C．②③④ D．①②④
【解析】 DNA连接酶是将两个DNA片段末端之间的缝隙缝合起来，在相邻的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，而不是形成氢键。
【答案】 B
8．利用细菌大量生产人类胰岛素，下列叙述错误的是( )
A．用适当的酶对载体与人类胰岛素基因进行切割与连接
B．用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌
C．细菌获得的新性状不能遗传
D．重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人类胰岛素
【解析】 本题考查基因工程在生产药物方面的应用，解题关键是掌握基因工程的原理。基因工程使工程菌实现了基因重组，产生了可遗传的变异。
【答案】 C
9．有人认为转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。他的依据是( )
A．转入的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌杂交，形成新的病原体
B．转基因植物的抗除草剂基因，有可能通过花粉传播而进入杂草中，使杂草成为“超级杂草”
C．科学家赋予了转基因生物某些特殊性状，增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力
D．转基因技术打破物种原有的界限，改变了生态系统中能量流动和物质循环
【解析】 转基因生物由于被赋予了某些 ( http: / / www.21cnjy.com )特殊性状，增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力，有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。
【答案】 C
10．(2013·上饶高二检测)2 ( http: / / www.21cnjy.com )009年4月29日《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( )
A．把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
【解析】 由于对基因治疗 ( http: / / www.21cnjy.com )定义理解不到位，很容易错选其他选项。基因治疗只是将正常的外源基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复。基因治疗不是切除病变基因或诱发其突变。
【答案】 A
二、非选择题
11．继哺乳动物乳腺生物反 ( http: / / www.21cnjy.com )应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是________________________。
(2)进行基因转移时，通常要将外 ( http: / / www.21cnjy.com )源基因转入________中，原因是________________________________________________________________________。
(3)通常采用____________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
【解析】 在基因工程中，若受体细胞 ( http: / / www.21cnjy.com )是动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。
【答案】 (1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达
(3)DNA分子杂交(核酸探针)
(4)膀胱上皮
12．(2013·信阳高二检测)口蹄 ( http: / / www.21cnjy.com )疫是由口蹄疫病毒引起的一种偶蹄动物传染病，目前常用接种弱毒疫苗的方法预防。疫苗的主要成分是该病毒的一种结构蛋白VP1。科学家尝试利用转基因番茄来生产口蹄疫疫苗，过程如下图所示。请据图回答。
(1)口蹄疫病毒的VP1蛋白进入动物体内，能引起机体产生特异性免疫应答。VP1蛋白在免疫反应中称为____________。
(2)口蹄疫病毒的遗传物质为RNA ( http: / / www.21cnjy.com )，要获得VP1基因可用________的方法合成DNA，再用______________将VP1基因片段切下。
(3)过程⑥的培养基中除了加入各种必需 ( http: / / www.21cnjy.com )营养物质和______________等植物激素外，还需要添加________筛选出含有重组质粒的叶片小段。
(4)获得表达VP1蛋白的番茄植 ( http: / / www.21cnjy.com )株以后，需要进行免疫效力的测定。具体方法是将转基因番茄叶片提取液注射到豚鼠体内，每半个月注射一次，三次后检测豚鼠血液内产生的________的数量。为了使结果可信，应设两组对照，分别注射________________________和__________。
【答案】 (1)抗原 ( ( http: / / www.21cnjy.com )2)逆转录 限制性核酸内切酶 (3)生长素和细胞分裂素 卡那霉素 (3)特导性抗体 未转基因的番茄叶片提取液 弱毒疫苗
13．棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我 ( http: / / www.21cnjy.com )国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法，我国已将该毒蛋白基因移入棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。
(1)该项科学成果在环境保护上的 ( http: / / www.21cnjy.com )重要作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)科学家预言，此种“ ( http: / / www.21cnjy.com )转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此种现象缘于________________________________________________________________________
________________________________。
(3)题中“毒蛋白基因移入棉花 ( http: / / www.21cnjy.com )植株内并实现成功表达”中的“成功表达”含义是指________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与杂交育种、诱变育种相比，通 ( http: / / www.21cnjy.com )过基因工程培育新品种的主要优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在培育“转基因抗虫棉”的基 ( http: / / www.21cnjy.com )因操作中，所用的基因的“分子手术刀”是________________，基因的“分子针线”是________________，基因的“运载工具”是______________。
(6)转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明。
有利方面：________________________________________________________________________。
有害方面：________________________________________________________________________。
【解析】 本题主要考查了基因 ( http: / / www.21cnjy.com )工程的优点、目的基因的表达和基因工程的安全性问题等知识点。基因工程的优点是目的性强、育种周期短、克服了远源杂交不亲和的障碍。抗虫棉的优点是减少了农药对环境的污染，保护了生态环境。其中毒蛋白基因的表达经过转录和翻译两个阶段。
【答案】 (1)减少了农药对环境的污染，保护了生态环境
(2)基因突变
(3)毒蛋白基因在棉花细胞内经过转录和翻译合成了毒蛋白
(4)目的性强，育种周期短，克服了远源杂交不亲和的障碍
(5)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 载体(或质粒等)
(6)用于疾病的诊断和治疗，生产传统方法难以生产的药物，用于培育优良动、植物新品种等 可能引起环境问题、食物安全性问题、生物安全性问题等
第三节蛋白质工程
(教师用书独具)
●课标要求
简述蛋白质工程。
●课标解读
1．简述蛋白质工程的概念和原理。
2．说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。
3．举例说明蛋白质工程的应用和发展。
●教学地位
蛋白质工程是基因工程的延 ( http: / / www.21cnjy.com )伸，又称为第二代基因工程，是按照人们的需要，利用基因工程的原理对蛋白质进行改造。目前蛋白质工程还有许多理论和技术问题等待解决，成功的实例还不多，但发展前景广阔。在高考中考到的次数还不多，常在考查基因工程的非选择题中有一问涉及蛋白质工程。
●教法指导
1．结合过程图，让学生理解蛋白质工程的基本原理。
2．结合具体的应用实例，让学生理解蛋白质工程的应用。
(教师用书独具)
●新课导入建议
玉米的营养价值不如小麦，原因是玉米中必需 ( http: / / www.21cnjy.com )氨基酸赖氨酸的含量比较低。玉米中赖氨酸含量低的原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受到赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，会抑制两种酶的活性。所以玉米中赖氨酸的含量很难提高，如果我们将天冬氨酸激酶第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米种子中的赖氨酸含量提高2倍，那么怎样对这两种酶进行改造呢？这就要依靠蛋白质工程。
●教学流程设计
课前自主探究：阅读教材P30～35有关 ( http: / / www.21cnjy.com )知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。 步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】方法导入课题。 步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。 步骤3：教师结合教材P30图1－17和教材P31图1－18让学生理解蛋白质工程的原理，通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化。
步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优 ( http: / / www.21cnjy.com )知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。课下完成【当堂双基达标】。 步骤5：通过教材中的实例让学生认识蛋白质工程的应用，认识蛋白质工程的意义。 步骤4：引导学生讨论蛋白质工程和基因工程的区别与联系，通过【课堂互动探究】探究2的表格进行比较。通过例2强化。
课 标 解 读 重 点 难 点
1.简述蛋白质工程的概念和原理。2.说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。3.举例说明蛋白质工程的应用和发展。 1.蛋白质工程的概念和原理。(重难点)2.蛋白质工程的应用。(重点)
蛋白质工程的概念和原理
1.概念
(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(2)手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
(3)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。
2．原理
(1)结构分析
①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。
②了解蛋白质结构的方法
(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。
改造类型 操作程序
大改 根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能
中改 在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域
小改 通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能
(4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。
(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
1．蛋白质工程是直接改造蛋白质的结构吗？
【提示】 不是，蛋白质工程的实质是改造基因。
蛋白质工程的应用
1.改造酶的结构，提高酶的热稳定性。
2．生物工程制药
(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。
①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。
②结果：对人体的不良反应减少。
(2)实例2：对t-PA的改造。
①t-PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。
②改造方法：将t-PA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺。
③结果：t-PA在血液循环中停留时间延长，疗效 更加显著。
3．疾病诊断
(1)方法：蛋白质芯片法。
(2)原理：抗原—抗体的特异性结合。
(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。
2．酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两 ( http: / / www.21cnjy.com )个天门冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了将近50%，是我们教材中介绍的一重要蛋白质工程成果。试想，在用苏氨酸和异亮氨酸替换丙糖磷酸异构酶中的两个天门冬酰胺之前，要做的最重要的工作是什么？
【提示】 蛋白质中氨基酸的 ( http: / / www.21cnjy.com )排列顺序，从根本上讲是由相应基因中的碱基顺序所决定的，故在氨基酸替换之前，要做的最重要的工作就是根据苏氨酸和异亮氨酸的密码子，对丙糖磷酸异构酶的基因进行再设计和改造。
1．蛋白质工程直接操作的对象是蛋白质的空间结构。
(×)
【提示】 是基因的结构。
2．利用蛋白质工程可以让大肠杆菌生产人的胰岛素。(×)
【提示】 利用的是基因工程。
3．蛋白质工程就是利用蛋白酶对蛋白质进行改造。(×)
【提示】 蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造。
4．蛋白质工程能够生产出新的蛋白质。(√)
蛋白质工程的原理和方法
【问题导思】
①蛋白质工程改造蛋白质的原理是什么？
②蛋白质工程改造蛋白质的方法有哪些？
1．蛋白质工程兴起的缘由
基因工程原则上只能生产自然界中已存 ( http: / / www.21cnjy.com )在的天然蛋白质，天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，因此在基因工程的基础上产生了蛋白质工程来定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质。
2．实施前提：通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系。
3．改造的对象：蛋白质。
4．改造的手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
5．改造的目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质。
5．关键技术：蛋白质工程一般先创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有特定结构和功能的蛋白质，所以基因工程是其关键技术。
7．蛋白质工程别名：第二代基因工程。
8．蛋白质改造的方法
(1)对已知空间结构的蛋白质的改造。根据蛋白质被改造的多少，可分为“大改”、“中改”和“小改”。
①大改：根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能。
②中改：指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。
③小改：通过基因工程中的定点 ( http: / / www.21cnjy.com )诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。核心技术是基因工程中的定点诱变技术，其中PCR技术是常用的方法之一。
(2)对空间结构不清楚的蛋白质的改造
①方法：采用非定点诱变的方法来改造蛋白质。
②缺点：缺乏像定点诱变那样的目的性和针对性。
③优点：突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。
9．对定点诱变技术的理解
项目 内容
条件 原料 脱氧核苷酸
酶 DNA聚合酶和DNA连接酶
引物 含突变顺序的DNA分子片段
操作方法 PCR
结果 后代中半数为诱变的DNA分子
适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质
科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
【审题导析】 通过蛋白质工程改造基因后，可以遗传，使后代都能产生新的蛋白质。
【精讲精析】 蛋白质功能与其高级结构密 ( http: / / www.21cnjy.com )切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因对蛋白质的修改可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
【答案】 C
蛋白质工程和基因工程的比较
【问题导思】
①蛋白质工程与基因工程有哪些区别和联系？其实质分别是什么？
②蛋白质工程与基因工程的操作程序分别有哪些？
1．蛋白质工程与基因工程的不同点
蛋白质工程 基因工程
操作起点 预期蛋白质的功能 目的基因
实质 定向改造和生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品
合成的蛋白质 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质
操作程序基本思路 结构分析→结构预测与设计→基因工程→蛋白质纯化→功能分析 遵循中心法则：从DNA→mRNA→蛋白质
应用及现状 主要集中在对现有蛋白质进行改造。对创造新的 ( http: / / www.21cnjy.com )蛋白质还有许多技术难题未突破，目前还没有真正成功的例子，原因是蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 已被广泛应用，转基因植物、动物、生产药品等已商业化，但基因治疗仅处于实验阶段，未实际应用
2.相同点：都属于分子水平的操作。蛋白质工程的本质是通过改造基因进而创造出自然界不存在的蛋白质。所以被形象地称为第二代基因工程。
1．基因工程中的目的基因一般为天然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。
2．蛋白质工程中经过处理 ( http: / / www.21cnjy.com )得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
(2013·南京高二月考)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_______________________。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与________结合后转移到________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么 ？__________________________________。
【审题导析】 解答本题的思路为：
对比二者关系，进行
相应推导后组织答案
【精讲精析】 (1)蛋白质工程的目标是根据人 ( http: / / www.21cnjy.com )们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。
(2)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。
(3)利用蛋白质工程生产自然界 ( http: / / www.21cnjy.com )原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵。
(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其 ( http: / / www.21cnjy.com )基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
【答案】 (1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
本 课 知 识 小 结
网 络 构 建
结 论 语 句
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．任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。
3．只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。
4．蛋白质工程中不对蛋白质进行直接改造的原因是对基因进行改造比对蛋白质直接改造容易操作，难度小得多。
1．蛋白质工程的目标是( )
A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质
B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质
D．生产大量的蛋白质
【解析】 蛋白质工程是指为了满足 ( http: / / www.21cnjy.com )人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
【答案】 C
2．蛋白质工程中需要进行操作的直接对象是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
【解析】 蛋白质工程是指以 ( http: / / www.21cnjy.com )蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋