基因工程
第二节
基因工程的原理和技术
为了实现基因工程的目标，通常要具备多种工具酶、目的基因、载体、宿主细胞等基本要素，并按一定程序操作。
基因工程的基本操作步骤包括：目的基因的获得、重组DNA分子的形成、重组DNA分子导入受体细胞(宿主细胞)、筛选含有目的基因的受体细胞及目的基因的表达。
一、获得目的基因
1．什么是目的基因
人们所感兴趣的(需要的)特定基因，如苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，还有植物的抗病(抗病毒、抗细菌)基因以及人的胰岛素基因、干扰素基因等，都是目的基因。
如果目的基因的序列已知，可用化学法合成和扩增。如果目的基因的序列未知，可从基因文库中寻找。
2．获取方法
(1)人工合成：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得，或利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增目的基因。
(2)从基因文库中获取目的基因
构建包含目的基因在内的基因文库，根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因转录产生的mRNA，以及基因翻译产物蛋白质的特性等来获取目的基因。
基因文库相当于一个大图书馆，我们需要的图书相当于目的基因，我们可以从图书馆中找到想要的图书，相当于从基因文库中找到想要的目的基因。
3．酶切获得目的基因
用一种限制性核酸内切酶切割人DNA分子，得到含目的基因并具有粘性末端的DNA片段。
二、形成重组DNA分子
用与获得目的基因相同的限制性核酸内切酶切割质粒(载体DNA)，其会露出与目的基因的粘性末端相同的粘性末端，然后用DNA连接酶将目的基因与载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子。
基因工程中的DNA重组与减数分裂过程中的DNA重组有区别。前者属于无性重组，并发生在不同种生物间，打破了物种间的界线，可以定向地改造生物的遗传特性，此操作均在细胞外进行。
三、将重组DNA分子导入受体细胞
1．受体细胞
基因工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
2．重组DNA分子导入受体细胞的过程
目的基因由于具有大分子性，不能单独进入受体细胞，必须由载体携带进入。
如果质粒是载体，受体细胞应选择大肠杆菌。一般是将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。目的基因导入受体细胞后，就可以随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能够获得大量的目的基因。体外重组DNA分子转移到受体细胞，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
四、筛选含有目的基因的受体细胞
在全部受体细胞中，真正能够摄入重组DNA
分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行筛选。筛选的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有四环素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有四环素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。
在基因操作的步骤中，只有“重组DNA分子导入受体细胞”过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生碱基互补配对。
五、目的基因的表达
重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程，同时也标志着基因工程操作成功。第一章
基因工程
第四节
基因工程的发展前景
1．已知某多肽的一段氨基酸序列是：…—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—…，控制此多肽合成的基因中的碱基序列( )
A．只能有一种情况
B．可能有多种情况
C．A、B都不对
D．A、B都正确
2．蛋白质工程和基因工程的相同点在于( )
A．最终目的
B．实施过程
C．基本原理
D．没有共同点
3．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是( )
A．单倍体育种
B．杂交育种
C．基因工程育种
D．多倍体育种
4．运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是( )
A．Bt基因的化学成分是蛋白质
B．Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C．转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因
D．转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
5．利用基因工程手段培育能固氮的水稻品种，其在环境保护上的意义是( )
A．减少氮肥使用量，降低生产成本
B．减少氮肥生产量，节约能源
C．避免使用氮肥过多引起的环境污染
D．改良土壤的群落结构
6．在当前医学上，第二代生物技术药物正逐渐取代第一代多肽蛋白质类替代治疗剂。则第一代药物与第二代重组药物分别是( )
A．都与天然产物完全相同
B．都与天然产物不相同
C．第一代药物与天然产物相同，第二代重组药物与天然产物不同
D．第一代药物与天然产物不同，第二代重组药物与天然产物相同
7．在基因控制蛋白质合成的过程中，
(1)若基因中的一个碱基对发生了替换，那么该基因对应的蛋白质是否会发生相应改变？为什么？______________________。若一个碱基对缺失呢？________________________。
(2)若蛋白质发生了改变，则分别发生了怎样的改变？______________________________________。
8．已知几种氨基酸的密码子为：精氨酸－CGU、缬氨酸－GUU、甘氨酸－GGU、组氨酸－CAU、色氨酸－UGG、甲硫氨酸－AUG。用化学方法使一种六肽链降解，在其产物中测出三种三肽：
甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸；精氨酸—缬氨酸—甘氨酸；甘氨酸—甲硫氨酸—组氨酸
请回答：
(1)这种六肽的氨基酸顺序是________________________________________________________________________。
(2)编码这个六肽的DNA分子至少含________个脱氧核糖。
(3)写出决定该六肽的基因单链的碱基序列________。
9．转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有Pst
Ⅰ、Sma
Ⅰ、EcoR
Ⅰ、Apa
Ⅰ等四种限制酶切割位点。请回答：
(1)构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶________，对________进行切割。
(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有________，作为标记基因。
(3)香蕉组织细胞具有________，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的________。
10．枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。
(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是________。
(2)改造后的枯草杆菌中控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有________个碱基对发生变化。
(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的________性，埃斯特尔所做的工作，是对已知蛋白质进行________________________________________________________________________。
11．人类正常血红蛋白(HbA)β链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC，当β链第63位组氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后，出现异常血红蛋白质(HBM)，导致一种贫血症，β链第63位组氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代而产生的异常血红蛋白(HBZ)将引起另一种贫血症。
(1)写出正常血红蛋白基因中，决定β链第63位组氨酸密码子的碱基对组成。
(2)在决定β链第63位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？
(3)若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗目的。请问，此操作属于蛋白质工程吗？为什么？
1．B 解析：每种氨基酸都有对应的密码子，由于有的氨基酸密码子不是唯一的，因此导致mRNA上的核糖核苷酸的序列无法准确确定，只能根据密码子表将所有可能情况逐一列出，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列，因此，基因中的碱基序列也是不确定的。
2．A 解析：蛋白质工程和基因工程的最终目的都是获得人们预期的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。蛋白质工程根据人们对特定蛋白质的需要，设计预期蛋白质，推测出预期蛋白质的氨基酸序列，再找到相对应的核苷酸序列，最终生产符合要求的蛋白质。基因工程是将原有的一段特定核苷酸序列拼接到另外一段核苷酸序列中，使其产生人们需要的蛋白质。蛋白质工程从改造蛋白质本身开始，而基因工程从某种意义上说是从改造基因开始。通过基因工程生产的蛋白质都是自然界原有的，只是生产者变了，蛋白质工程生产的蛋白质一般是一种新型蛋白质。蛋白质工程的起始点虽然是从设计蛋白质开始，但最终实现预期目的还必须借助于基因工程。
3．C 解析：常用的育种方法存在着远缘杂交不亲和的问题，动物、植物更不能杂交育种，而基因工程育种是分子水平上的操作，可克服远缘杂交不亲和的问题。
4．C 解析：Bt基因是苏云金芽孢杆菌内控制产生特异的杀虫蛋白的基因，不是蛋白质，其在细胞内表达的产物才是蛋白质。
5．A 解析：由于固氮微生物能够自行固氮，所以可以减少化肥的施用降低生产成本。
6．C 解析：蛋白质工程是延伸出来的第二代基因工程，它通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现的对其编码的蛋白质的改造。它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的具有人类所需优点的与天然产物不同的蛋白质。
7．答案：(1)不一定，因为一个氨基酸可能对应不止一个密码子或替换发生在非编码序列 蛋白质一定会发生改变
(2)若替换，则某个氨基酸改变，其余氨基酸不变；若缺失，则缺失处对应的氨基酸及后面的氨基酸都发生改变
解析：根据基因与蛋白质的关系知道，若基因中的一个碱基对发生了替换，如果替换发生在非编码序列或者是由于密码子的简并性(一个氨基酸有多个密码子)，则蛋白质不一定会发生改变。若一个碱基缺失，则缺失的部位越靠前，发生的改变越大，且蛋白质一定会发生改变。若蛋白质发生了改变，则可能是替换或缺失。
8．答案：(1)精氨酸—缬氨酸—甘氨酸—甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸
(2)36
(3)GCACAACCATACGTAACC
解析：氨基酸的排列顺序有一定规律，由于六肽中含有6个氨基酸，而分解产物(3种三肽)共包含9个氨基酸，故有的氨基酸有重复。找到叠加的部分按顺序写出即可。根据DNA、RNA、蛋白质的数量关系6、3、1，故6个氨基酸需6×6＝36个脱氧核糖。按蛋白质中氨基酸的排序写出RNA的碱基排序，再根据碱基互补配对原则即可写出基因单链的碱基序列。
9．答案：(1)Pst
Ⅰ、EcoR
Ⅰ 含抗病基因的DNA、质粒
(2)抗卡那霉素基因
(3)全能性 脱分化、再分化
解析：(1)抗病基因在Pst
I与EcoR
I之间，所以应选用限制酶Pst
I、EcoR
I，对含抗病基因的DNA、质粒进行切割。
(2)抗卡那霉素基因应是标记基因，根据是否在含卡那霉素的培养基上生长来判断是否有抗病基因。
(3)植物组织培养过程包括脱分化形成愈伤组织、再分化形成具根具芽的结构、再发育成试管苗等。
10．答案：(1)蛋白质工程
(2)1
(3)稳定 少数(个别)氨基酸的替换
解析：蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然蛋白质，而氨基酸被替换，按照三联密码组成，则其密码子中至少有一个碱基对发生变化。改造后的蛋白质，其稳定性将增强。
11．答案：(1)GUA或GUG
(2)不一定，原因是当中的第三对碱基发生A、T―→G、C或G、C―→A、T的变化后，产生的密码子分别为CAC或CAU，仍为组氨酸的密码子，因而不会影响产生正常的血红蛋白。
(3)不属于蛋白质工程，因为此操作是将健康的正常的目的基因导入有缺陷的受体细胞，合成的蛋白质仍为天然存在的蛋白质，所以不是蛋白质工程而属于基因工程。
解析：(1)基因中的碱基对的排列顺序决定了信使RNA中的碱基排列顺序，信使RNA进入细胞质后与核糖体结合起来，指导蛋白质的合成，血红蛋白异常，归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变引起的。由于蛋白质中的氨基酸主要有20种，而决定氨基酸的密码子有61种，所以一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种密码子决定。
(2)在决定组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化不一定都产生异常的血红蛋白，这是因为一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可由几种不同的密码子来决定。
(3)基因工程是将外源基因转移到受体细胞后，可以产生它本不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状，实质上，基因工程产生的只能是自然界已经存在的蛋白质，而蛋白质工程，则是通过对基因进行加工修饰或进行基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，而题目中只将正常的外源基因导入病人细胞中，合成的都是天然存在的正常的蛋白质，所以不是蛋白质工程，应是基因工程。第一章
基因工程
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
一、DNA分子的结构特点
1．DNA分子由两条脱氧核苷酸链按________方式盘旋成双螺旋结构。
2．DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；________排列在内侧。
3．碱基互补配对原则：两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：________，但A＋T的量不一定等于G＋C的量，这就是DNA中碱基含量的________法则。
二、DNA的复制
1．复制的概念：由一个DNA产生与亲代________的新DNA的过程。
2．复制的过程：以解开的________为模板，以游离的四种________为原料，在DNA聚合酶等的作用下，按照________原则并且相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团形成________，
从而合成与母链互补的子链。因此，DNA的复制被称为________。
三、DNA(基因)及遗传信息的传递
1．染色体是________的载体，基因控制着生物的________。
2．DNA具有携带遗传信息和________的双重功能，遗传信息的传递可概括为“中心法则”，即遗传信息由DNA传递到RNA，然后由RNA决定________的特异性。蛋白质是生命活动的________。
一、1.反向平行
2．碱基对
3．氢键 A与T配对；G与C配对 卡伽夫
二、1.完全相同
2．每条母链 脱氧核苷酸 碱基互补配对 磷酸二酯键 半保留复制
三、1.
基因(遗传物质) 性状
2．表达遗传信息 蛋白质 体现者(共57张PPT)
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当堂双基达标
课后知能检测
转基因植物
时间长
难以杂交
基因工程
花卉
转基因动物
费时、费力
彩色羊毛
基因工程与疾病治疗
生长素释放抑制激素
人胰岛素
干扰素
糖蛋白
病毒
免疫
肿瘤
正常功能
腺苷酸脱氨酶
腺苷酸脱氨
T淋巴细胞
T淋巴细胞
腺苷酸脱氨酶
T淋巴
基因工程与生态环境保护
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第二节 基因工程的原理和技术
一
二
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探究点
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5第三节
基因工程的应用
课 标 解 读
重 点 难 点
1.举例说出基因工程在遗传育种、疾病治疗与生态环境保护方面的应用。2.说出基因治疗的基本原理。3.关注基因工程新进展。4.尝试应用基因工程技术设计一个解决生活中疑难问题的方案。
基因工程与遗传育种、基因工程与癌症治疗以及设计一个用基因工程技术解决生活中的疑难问题的方案。(重难点)
转基因植物
1.基因工程方法培育转基因植物的优点
与传统的杂交育种相比，转基因育种可以克服传统育种方法育种时间长，而且远缘亲本难以杂交的缺点。
2．基因工程在植物育种方面的成果
(1)科学家利用基因工程技术培育出了多种转基因农作物，如抗除草剂的转基因烟草、番茄和马铃薯，抗害虫、抗病毒的农作物及耐贮存的番茄。
(2)用基因工程的方法可改变花卉的颜色。目前科学家将外源基因转入矮牵牛，培育出开橙色花的矮牵牛新品种。
1．基因能够在植物、动物和微生物之间转移且能完成其功能的理论基础主要是什么？
【提示】 植物、动物和微生物的DNA结构相似、组成相同，都遵循碱基互补配对原则，且密码子通用。
转基因动物
1.含义：指转入了外源基因的动物。
2．优点：解决了传统杂交育种方法费时、费力的问题。
3．成果：现在已经培育出了多种优良遗传性状的转基因牛、猪、鸡、鱼等。
4．前景：目前正在研究培育能生产彩色羊毛的转基因羊。
基因工程与疾病治疗
1.基因工程药物
(1)1977年，科学家在大肠杆菌中生产了生长素释放抑制激素。
(2)1978年，科学家在大肠杆菌中成功表达了人胰岛素。
(3)1980年，人的白细胞干扰素基因获得克隆和表达。
①干扰素定义：干扰素是病毒侵入细胞后产生的糖蛋白。
②干扰素种类：α、β、γ三种。
③干扰素作用：抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等多种生物学功能，是治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物。
(4)乙型肝炎疫苗
1982年，乙肝抗原在酵母菌中表达成功。
1986年，酵母乙肝疫苗投放市场。
2．基因治疗
(1)概念：是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。
(2)实例：重度免疫缺陷症是一种遗传病。病因：由于腺苷酸脱氨酶基因发生突变，造成体内缺少腺苷酸脱氨酶，此酶是人体免疫系统发挥正常作用所必需的，因此机体不能抵抗病原微生物的威胁。
(3)治疗：将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的T淋巴细胞中，使T淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种T淋巴细胞转入患者体内。
2．(1)用箭头表示基因工程药物的生产过程。
【提示】 基因工程药物的产生：基因工程→工程菌→发酵工程→基因药物
(2)上述免疫缺陷患者治愈后，其后代能保证一定正常吗？
【提示】 不能，因患者治愈后，生殖细胞还可能有致病基因。
基因工程与生态环境保护
1.利用细菌发酵和转基因植物生产具有生物可降解的新型塑料。
2．改造分解石油的细菌，提高分解石油能力。
3．生产转基因微生物，吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。
1．转基因植物的产生过程中不需组织培养技术。(×)
【提示】 重建植物体时需进行组织培养。
2．转基因动物一般将外源基因直接转入动物的受精卵中。(×)
【提示】 先构建表达载体再转入。
3．重度免疫缺陷症患者治疗时一般将ADA基因通过技术手段转入患者的B淋巴细胞中。(×)
【提示】 应转入T淋巴细胞中。
4．利用转基因微生物可吸收环境中重金属、降解有毒化合物等。(√)
基因工程与遗传育种
【问题导思】
①转基因作物有哪些优良性状？
②转基因植物是经过哪些过程产生的？
③基因工程的应用成果有哪些？
1．转基因植物的培养(如图示)
(1)过程：
(2)技术：转基因技术、植物组织培养技术。
(3)原理：基因重组、植物细胞的全能性。
2．转基因动物的培养(如图示)
(1)过程：
(2)技术：转基因技术、胚胎体外培养技术、胚胎移植技术。
(3)转基因动物与传统育种动物的区别：改善了传统的杂交育种费时、费力的缺点，所需时间较短，而且可实现不同物种之间的基因重组。
1．抗虫的转基因作物并不能抗寒、抗旱和抵抗各种病虫害，因为基因控制合成的抗虫蛋白具有专一性。
2．一些重要粮食作物的转基因效率不高，并且只在少数品种上获得成功。转基因技术如何达到高效、快速、简便、适应性更广的目的，仍是基因工程的一个重要课题。
如图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题：
(1)若限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制性核酸内切酶______切割质粒，用限制性核酸内切酶________切割抗虫基因。①过程在________(填“体内”或“体外”)进行。
(2)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。
(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是_________________________________。
(4)经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，该转基因植株自交产生的F1中，仍具有抗虫特性的植株占总数的________________。
【审题导析】 (1)质粒是最常用的运载体，不要把质粒和运载体等同。除质粒外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质是DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。(2)限制性核酸内切酶在基因工程操作的第一步和第二步中都会用到，一般情况下使用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，有时也使用两种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，但目的都是产生相同的粘性末端。
【精讲精析】 本题以抗虫棉的培育过程考查基因工程的操作步骤。(1)从重组质粒中可以看出，目的基因插入的是氨苄青霉素抗性基因，再根据质粒中两个标记基因的碱基序列可以判断，需要用限制性核酸内切酶Ⅱ切割质粒，切割后会产生粘性末端，为了使目的基因和质粒重组，所以要用酶Ⅰ切割目的基因以获得相同的粘性末端。(2)检测目的基因是否进入受体细胞，需要用含四环素的培养基培养受体细胞，因为重组质粒中保留了四环素抗性基因，凡是能在培养基中生存的受体细胞，则都含有目的基因。(3)目的基因进入受体细胞后可以随载体的复制而大量复制。(4)可以将抗病基因看作是显性基因，一个杂合子自交后代中含显性基因的个体所占比例为3/4。
【答案】 (1)Ⅱ Ⅰ 体外 (2)四环素 (3)大量复制目的基因(抗虫基因) (4)3/4
利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。青岛“崂山奶山羊乳腺反应器研制”项目通过鉴定，该项目产生的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生干扰素、乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类。
图1 图2
请根据这一科技成果的研究过程回答问题：
(1)研究人员用DNA测序仪显示了基因组的某DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，请解读图2显示的碱基排列顺序：_________________________________。
(2)科学家从相关基因组中获取了目的基因，并采用____________技术对目的基因进行扩增，然后将目的基因与质粒等载体结合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有___________________________________。
(3)在基因工程操作过程中，基因工程的核心是________________，一个基因表达载体的组成必须有标记基因，其作用是___________________________。
(4)如何检测和鉴定目的基因已被成功导入羊体内？请写出两种方法。
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
【审题导析】 解答此题应注意以下两点：
(1)由给定的碱基序列及图示可推得图示第一、二、三、四列对应碱基分别为A、C、G、T。
(2)目的基因表达的检测与鉴定可采用分子杂交或个体水平检测。
【精讲精析】 根据图1与相对应的碱基序列可知，由左到右第一列是碱基A，第二列是碱基C，第三列是碱基G，第四列是碱基T，由此推知图2的碱基序列为
GATGCGTTCG；目的基因的扩增用PCR技术；在将目的基因与载体结合时需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶；标记基因的作用是鉴定受体细胞中是否导入了目的基因。目的基因的检测与鉴定方法有：DNA分子杂交(检测是否导入了目的基因)、DNA与mRNA分子杂交、抗原与抗体杂交等。
【答案】 (1)GATGCGTTCG
(2)PCR(聚合酶链式反应) 限制性核酸内切酶、DNA连接酶 (3)基因表达载体的构建 为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来
(4)DNA分子杂交；DNA与mRNA分子杂交；抗原—抗体杂交；从羊的乳汁中提取干扰素(写出以上任意两点即可)
基因治疗
【问题导思】
①什么是基因治疗？
②用于基因治疗的基因种类有哪些？
③基因治疗的方法有哪些？
基因治疗是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，这是治疗遗传病的最有效的手段。
1．基因治疗的种类和方法
(1)体外基因治疗：
①概念：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选转移成功的细胞进行扩增培养，最后重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的转移。
②图例
(2)体内基因治疗：用基因工程的方法，把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，或使异常表达的基因停止表达或降低表达。
2．基因治疗现状
基因治疗目前处于初期的临床试验阶段。可以说，在没有完全解释人类基因组的运转机制，也没有充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前，进行基因治疗是十分困难的。另外，还存在着技术方面、伦理道德方面以及安全性方面的诸多问题。
3．用于基因治疗的基因种类
第一类是从健康人体上分离得到的功能正常的基因，用以纠正或依靠其表达产物来补偿病变基因带来的生理缺陷，如对血友病和地中海贫血症的治疗。
第二类是反义基因，即通过产生的mRNA分子，与病变基因产生的mRNA进行互补，来阻断非正常蛋白质的合成。
第三类是编码可以杀死癌变细胞的蛋白酶基因，又叫做自杀基因。
美国一科研小组发现一种新型RNA病毒X，并对其进行研究，发现有可能感染人类的抗原为S蛋白。于是着手研制疫苗，其简要操作流程如下。
(1)实验步骤①所代表的反应过程是_______________________________。
(2)步骤②构建重组质粒A和重组质粒B必须使用限制性核酸内切酶和________酶，后者的作用是将用限制性核酸内切酶切割的________和________连接起来。
(3)如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能________，也不能________________。
(4)为了检验步骤④与⑥中产生的S蛋白是否有相同的免疫反应特性，可用________与S蛋白抗体进行抗原—抗体特异性反应实验。
(5)步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)，根本原因是________________。
【思维导图】 解答此题的思维流程如下：
【精讲精析】 由RNA→DNA表示的是逆转录。重组表达载体的构建需要将目的基因(S基因)与载体在DNA连接酶的作用下连接起来。而重组表达载体导入细胞中才能够在细胞中复制和转录。检验是否产生了S蛋白，可用表达的S蛋白进行抗原—抗体结合反应实验。无论是原核细胞还是真核细胞，其表达的蛋白质的氨基酸序列是相同的，根本原因是所表达的基因相同。
【答案】 (1)逆转录 (2)DNA连接 载体 S基因 (3)复制 合成S基因的mRNA (4)表达的S蛋白
(5)相同 表达蛋白质所用的基因相同
《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
【审题导析】 (1)基因治疗并非对缺陷基因的修复和切除。(2)在基因治疗的过程中，正常基因、病变基因都可以表达，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的。
【精讲精析】 基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，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，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变，因而B、C、D的说法都不符合基因治疗的概念。
【答案】 A
本
课
知
识
小
结
网
络
构
建
结
论
语
句
1．基因工程方法育种可以克服传统育种方法育种时间长，而且远缘亲本难以杂交的缺陷。
2．通过基因工程技术利用大肠杆菌生产的胰岛素，用以治疗胰岛素依赖型糖尿病。
3．向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗疾病的目的，这个过程叫基因治疗。
4．基因治疗是治疗遗传病最有效的手段。
1．下列不属于基因工程在遗传育种方面取得的成果是( )
A．抗虫棉
B．抗旱转基因植物
C．三倍体鲫鱼
D．通过羊的乳腺生产人的抗体
【解析】 通过基因工程可以培育一些抗性强的作物新品种，还可以改善生物的品质，当然也可以让一些动物为人类生产人体蛋白质。而三倍体鲫鱼的培育是通过染色体变异实现的。
【答案】 C
2．动物基因工程的主要目的是( )
A．提高动物的生长速度
B．改善畜产品的品质
C．用转基因动物生产药物
D．以上都有
【解析】 动物基因工程主要应用于提高动物生长速度、改良动物品种、建立动物生物反应器和器官移植等方面。
【答案】 D
3．抗逆转基因作物的培育与推广带来的巨大社会效益是( )
①使作物完全摆脱了土壤和气候条件的限制
②减少化学农药对环境的污染和人畜的危害
③使得作物在不良环境下更好地生长，提高产量
A．①②③
B．①②
C．①③
D．②③
【解析】 抗逆转基因作物体内含有抵抗不良环境的基因，如抗病毒、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗低温等基因。但抗逆转基因作物的生长仍然需要从土壤中吸收必需的无机盐成分，缺少了必需的无机盐成分，任何作物都不能正常生长。
【答案】 D
4．土壤农杆菌是基因工程中将目的基因导入植物细胞时常用的中间媒介。它含有一个大型的Ti质粒(如下图所示)，在侵染植物细胞的过程中，其中的T－DNA片段转入植物的基因组。若想用基因工程并通过土壤农杆菌向某种植物中导入抗旱基因，以下分析不合理的是( )
A．若用Ti质粒作为抗旱基因的载体，目的基因的插入位置应该在T DNA片段内，且要保证复制起始点和用于转移T DNA的基因片段不被破坏
B．将重组Ti质粒导入土壤农杆菌中时，可以用CaCl2处理细菌以增加细胞壁的通透性
C．用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌感染正在组织培养中的植物细胞，再将被感染后的细胞培养成植株，就可能获得具有抗旱基因的植物
D．若能够在植物细胞中检测到抗旱目的基因，则说明该基因工程项目获得成功
【解析】 本题以植物基因工程的一个成果为例考查基因工程操作过程的知识。抗旱基因为目的基因，以Ti质粒为载体，目的基因插入后应该不影响质粒的复制以及用于转移T DNA的基因，因此插入点应在T DNA片段内；
CaCl2处理土壤农杆菌，可增加其细胞壁的通透性，使重组DNA分子(重组Ti质粒)易于导入土壤农杆菌中；用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌感染植物细胞，即可获得具重组DNA分子的植物细胞，将含重组质粒的细胞培养成植株需要用到植物组织培养技术；目的基因在宿主细胞内成功表达并且产生人们所需要的功能物质或使得生物体获得某种优良性状，才能说明基因工程获得成功。
【答案】 D
5．上海医学遗传研究所成功地培育出了第一头携带人白蛋白的转基因牛，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用蛋白含量提高30多倍，标志着我国转基因研究向产业化目标又迈进了一大步。下列有关叙述中正确的是( )
A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物
B．所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因
C．转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但因种种原因，不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白
D．人们只在转基因牛的乳汁中才能获得人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，而在其他细胞中则是杂合的
【解析】 “转基因动物”是指基因组中增加外源基因的动物，所以在转基因牛的乳腺和其他细胞中都有人白蛋白基因。基因突变也可使体细胞出现新的基因。“提高基因表达水平”是在牛的乳腺细胞中产生更多的人白蛋白，而非含有更多的基因。
【答案】 C
6．科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉，其过程大致如图所示：
据图回答问题：
(1)基因工程的操作程序主要包括的五个步骤是________________、______________、________________、________________、________________。
(2)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T DNA。能把目的基因插入Ti质粒的T DNA中，利用了T DNA________________的特点。
(3)Bt毒蛋白基因转入普通植株细胞中并成功实现表达的过程，在基因工程中称为________________。
(4)将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是______________________________________________________________。
(5)目的基因能否在棉株体内维持稳定和表达其遗传特性的关键是_________________，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是__________________________________________________________________
______________________________________________________________。
【解析】 农杆菌侵染双子叶植物后，其Ti质粒上的T DNA可转移到受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，因此可将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上，通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞。
【答案】 (1)目的基因的获取 形成重组DNA分子 将重组DNA分子导入受体细胞 筛选含有目的基因的受体细胞 目的基因的表达 (2)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体DNA上 (3)转化 (4)农杆菌转化法 (5)目的基因是否插入到受体细胞的染色体DNA上 DNA分子杂交技术第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
课 标 解 读
重 点 难 点
1.联系遗传工程的含义，说出基因工程的主要内容。2.结合“工具酶作用示意图”说出限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用。3.结合“质粒分子结构示意图”明确质粒的本质及特性。
1.
DNA重组技术所需3种基本工具的作用。(重点)
2.
基因工程载体需要具备的条件。(重难点)
遗传工程的概念
1.狭义的遗传工程指基因工程。
2．广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。
基因工程的理论基础和技术保障
理论基础
DNA
是遗传物质的发现
DNA双螺旋结构的确立
中心法则的认定和遗传密码的破译
技术保障
基因转移载体——质粒的发现
多种限制性核酸内切酶和连接酶以及逆转录酶(工具酶)的发现
DNA合成和测序技术的发明
DNA体外重组的实现、重组DNA表达实验的成功
第一例转基因动物问世、PCR技术的发明
DNA重组技术的基本工具
1.基因的——限制性核酸内切酶
(1)作用：对DNA分子上不同的特定的核苷酸序列进行识别和切割。
(2)作用特点：专一性。
(3)作用结果：产生粘性末端，使DNA的重组成为可能。
1.左图中打开G与C化学键的酶c的名称是什么？工具a使哪种化学键断裂？
【提示】 解旋酶；磷酸二酯键。
2．基因的——DNA连接酶
(1)发现：1967年。
(2)作用：将具有末端碱基互补配对的两个DNA分子片断连接在一起。
(3)过程如图所示：
3．基因工程的载体(如图)
大肠杆菌质粒的分子结构示意图
(1)种类
①质粒：是一种小型的环状DNA分子。
②λ噬菌体。
③动植物病毒等。
(2)特点
①能自我复制。
②具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点。
③具有标记基因。
④对受体细胞无害。
(3)作用结果
携带外源基因进入受体细胞。
2.
尝试写出图示中的酶a及X的名称？
【提示】 酶a是DNA连接酶，X是能合成胰岛素的细菌细胞。
1．一种限制性核酸内切酶可识别多种特定的核苷酸序列。(×)
【提示】 一种限制性核酸内切酶只识别一种核苷酸序列。
2．基因工程的载体与物质跨膜转运所需要的载体化学本质相同。(×)
【提示】 前者的化学本质是DNA，后者的化学本质是蛋白质。
3．不同限制性核酸内切酶切割DNA后形成的粘性末端可能相同。(√)
4．DNA连接酶可将任意两个DNA片断连接在一起。(×)
【提示】 可将两个粘性末端相同的DNA片断连接在一起。
5．质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定。(×)
【提示】 有利于导入目的基因的受体细胞的筛选。
对限制性核酸内切酶的认识
【问题导思】
①限制性核酸内切酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？
②限制性核酸内切酶作用于DNA的何种部位？
③限制性核酸内切酶作用的产物叫什么？
1．来源
多数来自微生物。
2．特点
具有专一性，表现在以下两个方面：
(1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
(2)在特定位点切割特定的序列，特定序列表现为中心对称，如EcoR
Ⅰ
限制性核酸内切酶的切割序列(如图所示)。
3．作用
切开DNA链中的磷酸二酯键(即连接相邻脱氧核苷酸的键)，而不是碱基间的氢键。
4．产物——粘性末端
粘性末端：是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的。(如图)
从图中可看出，经限制性核酸内切酶一次切割，可产生出两个粘性末端，而且两个末端反向并且可互补(图中箭头表示粘性末端方向)。
1．不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点不同，这与酶催化作用的专一性特点是一致的。
2．限制性核酸内切酶特异性识别的切割部位都具有回文序列，也就是在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。
3．限制性核酸内切酶切点数与切后DNA条数的关系
(1)线形DNA分子：切后DNA分子数＝切点数＋1。
(2)环状DNA分子：切后DNA分子数＝切点数。
下表为常用的限制性核酸内切酶及其识别序列和切割位点，由此推断的以下说法中，正确的是( )
限制性核酸内切酶名称
识别序列和切割位点
限制性核酸内切酶名称
识别序列和切割位点
BamH
Ⅰ
G↓GATCC
Kpn
Ⅰ
GGTAC↓C
EcoR
Ⅰ
G↓AATTC
Sau3A
Ⅰ
↓GATC
HindⅡ
GTY↓RAC
Sma
Ⅰ
CCC↓GGG
(注：Y＝C或T，R＝A或G)
A．限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端
B．限制性核酸内切酶的切割位点一定在识别序列的内部
C．不同限制性核酸内切酶切割后一定形成不同的粘性末端
D．一种限制性核酸内切酶一定只能识别一种核苷酸序列
【审题导析】 限制性核酸内切酶是一类酶，含有多种酶，区分这些酶种类的依据是识别序列与切割位点，而不是粘性末端。
【精讲精析】 由表中信息可知，Hind
Ⅱ能识别不同的核苷酸序列；核苷酸序列经限制性核酸内切酶切割后不一定形成粘性末端，可形成平末端，如Sma
Ⅰ切割DNA形成的末端；Sau3A
Ⅰ的切割位点在识别序列的外部；不同限制性核酸内切酶切割后可能形成相同的粘性末端，如BamH
Ⅰ与Sau3A
Ⅰ切割形成的末端。
【答案】 A
现有一长度为1
000个碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR
Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1
000
bp，用Kpn
Ⅰ单独酶切得到400
bp和600
bp两种长度的DNA分子，用EcoR
Ⅰ、Kpn
Ⅰ同时酶切后得到200
bp和600
bp两种长度的DNA分子。下图中表示该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
【思维导图】 解答此题的思维流程如下：
【精讲精析】 该题目要注意两种限制性核酸内切酶切割后切点数及位置特点。根据题干信息可知：该DNA分子被EcoR
Ⅰ酶切之后还是一个DNA分子且长度不变，说明该DNA是环状DNA，其中有一个EcoR
Ⅰ酶的切点；单独用Kpn
Ⅰ酶切割该DNA形成两个DNA分子，说明该DNA中有两个Kpn
Ⅰ酶的切点，故答案为D。另外，该题也可用验证法来解：将A、B、C、D四项一一代入验证，看哪个选项符合题意。
【答案】 D
对DNA连接酶的认识
【问题导思】
①DNA连接酶与DNA聚合酶作用相同吗？
②连接碱基对之间的氢键也是DNA连接酶作用的结果吗？
③DNA复制过程中需要DNA连接酶的催化吗？
1．DNA连接酶
作用
将DNA片段间的磷酸二酯键连接起来
特点
将具有相同的粘性末端或平末端的DNA片段连接起来。在基因工程中，为了保证获得相同的粘性末端，通常要用同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体。
实例
E·coli
DNA连接酶连接两个粘性末端
2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶
DNA聚合酶
相同点
催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
不同点
模板
不需要模板
需要DNA的一条链为模板
作用对象
游离的DNA片段
单个的脱氧核苷酸
作用结果
形成完整的DNA分子
形成双链DNA
用途
基因工程
DNA复制
几种酶的作用部位图解
1．作用于a(磷酸二酯键)的酶有：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶。
2．作用于b(氢键)的酶只有解旋酶。
下列关于DNA连接酶的作用，叙述正确的是( )
A．能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接起来，也能将双链DNA的粘性末端之间的氢键进行连接
B．将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键
C．连接两条DNA链上碱基之间的氢键
D．将断开的两个DNA片段连接起来，重新形成磷酸二酯键
【审题导析】 解答此题的突破口在于明确DNA连接酶的作用为DNA片断间的“封口”，而DNA聚合酶则是连接的单个脱氧核苷酸。
【精讲精析】 表面上看，DNA连接酶和DNA聚合酶两者都是形成磷酸二酯键，但本质上有所区别：①DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。②DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。选项B是DNA聚合酶的作用。DNA连接酶不能连接氢键，选项A是错误的。
【答案】 D
下图为DNA分子结构示意图。对该图的不正确描述是( )
A．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
B．解旋酶作用的部位是⑨
C．某限制性核酸内切酶可选择⑨处作为切点
D．DNA连接酶可连接⑩处断裂的化学键
【审题导析】 解答此题应注意图示中氢键为DNA双链碱基对的连接部位或粘性末端的碱基连接部位。磷酸二酯键为DNA单链中脱氧核苷酸之间的连接部位。
【精讲精析】 DNA的基本单位为脱氧核苷酸，而4种脱氧核苷酸是根据碱基类型来命名的。图中⑨为氢键，⑩为磷酸二酯键，而解旋酶作用的部位是氢键，限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。
【答案】 C
基因工程的载体及其必须具备的条件
【问题导思】
①质粒的本质是什么？
②质粒为什么适合作为载体？
③作为基因工程中的载体需要哪些条件？
1．常见的载体——质粒(如图)
(1)具备条件
①能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
②有切割位点：有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，供外源基因插入。
③具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
④无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。
(2)作用
①用它作为运输工具，将目的基因送入受体细胞中去。
②利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
2．载体的种类
(1)一类是细菌的质粒，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外的，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
(2)另一类是病毒，包括λ噬菌体和某些动植物病毒。在选择动植物病毒作载体时，应选择DNA病毒以便插入目的基因。
(3)病毒载体作用的对象有专一性
如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是______，二者还具有其他共同点，如①________________，②________________(写出两条即可)。
(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为________；可使用________把质粒和目的基因连接在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为______________________，
其作用是__________________________________________。
【思维导图】 解答此题的思维导图如下：
【精讲精析】 (1)读图a为大肠杆菌的拟核，其结构物质为DNA，而质粒为能进行自我复制的环状DNA，均可作为遗传物质通过复制遗传给子代。
(2)同一种限制性核酸内切酶切割后形成的末端是相同的，由给定的末端知，对应的目的基因切割末端为，缝合工具为DNA连接酶。
(3)作为质粒的一个必备条件“标记基因”，其作用在于鉴定和筛选目的基因是否导入受体细胞。
【答案】 (1)DNA 能够自我复制 具有遗传效应
(2)
DNA连接酶
(3)标记基因 供重组细胞的鉴定和选择
本
课
知
识
小
结
网
络
构
建
结
论
语
句
1．基因工程是狭义的遗传工程。
2．基因工程诞生的理论基础：DNA是生物的主要遗传物质，DNA的双螺旋结构以及遗传信息的传递方式。
3．基因的“手术刀”是限制性核酸内切酶，它对DNA分子上不同的特定的核苷酸序列进行识别和切割。
4．基因的“缝合针”是DNA连接酶，它能将具有末端碱基互补的2个DNA分子片断连接在一起。
5．基因的载体是质粒，它是能自主复制的双链环状DNA分子。
1．20世纪70年代，人类科学史上又一重大成果——基因工程诞生了。它诞生的理论基础不包括( )
A．DNA是生物体的主要遗传物质
B．人类基因组计划的完成
C．DNA双螺旋结构的确立
D．中心法则的成功揭示
【解析】 人类基因组计划是在20世纪末提出的，晚于基因工程。因此，不是基因工程的理论基础。
【答案】 B
2．对下图所示粘性末端的说法，错误的是( )
A．甲、乙、丙粘性末端是由各自不同的限制性核酸内切酶催化产生的
B．甲、乙具有相同的粘性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能
C．DNA连接酶作用位点在b处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D．切割甲的限制性核酸内切酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
【解析】 由图分析可知
，切割产生甲、乙、丙的限制性核酸内切酶的识别序列和切割位点分别是：—G↓AATTC—、—C↓AATTG—和—C↓TTAAG—，所以甲、乙、丙分别由3种不同的酶催化产生；相同的粘性末端才能形成重组DNA；甲、乙片段形成的重组DNA分子为：，而这并不能被切割甲的酶所识别；b处表示的是DNA两条链之间的氢键，解旋酶作用于此处，限制性核酸内切酶作用于a处。
【答案】 C
3．在基因工程中用来完成基因剪接的工具是( )
A．限制性核酸内切酶和水解酶
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶
C．限制性核酸内切酶和载体
D．DNA连接酶和载体
【解析】 本题的关键是“剪接”二字，是既剪又接。限制性核酸内切酶是剪切基因的，而DNA连接酶是将DNA末端之间的缝隙“缝合”起来。所以，剪接的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
【答案】 B
4．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( )
A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B．以便筛选含目的基因的受体细胞
C．增加质粒分子的分子量
D．便于与外源基因连接
【解析】 基因工程中使用细菌质粒做载体，目的是把目的基因导入到受体细胞里面，而作为载体上的抗性基因被看做是标记基因，用来做筛选工作。
【答案】 B
5．基因工程又叫DNA重组技术。
(1)基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体、________。
(2)进行基因操作时，要用同一种________分别切割质粒和目的基因，质粒的粘性末端和目的基因DNA片段的粘性末端就可通过____________而粘合。
(3)假设以大肠杆菌质粒作为载体，用同种限制性核酸内切酶去切割质粒和目的基因，将切割后的质粒和目的基因片段混合，并加以DNA连接酶。连接产物至少有________种环状DNA分子，它们分别是_________________________
______________________________________________________________。
(4)下图为EcoR
Ⅰ
切割DNA分子示意图
由EcoR
Ⅰ
切割产生的DNA片段末端形式为________________。
【解析】 在切割质粒和目的基因时，要用同一种限制性核酸内切酶，使其产生相同的粘性末端，再加入适量的DNA连接酶，质粒的粘性末端与目的基因的粘性末端、目的基因的粘性末端之间或质粒的粘性末端之间就会因碱基互补配对而结合起来，形成重组DNA、质粒的自连或目的基因的自连三种环状DNA分子。读(4)图知切割后形成的末端为或，形式为粘性末端。
【答案】
(1)某些动植物病毒
(2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对
(3)3 质粒自连、目的基因片段自连、质粒与目的基因片段相连的环状DNA分子
(4)第一章
基因工程
第四节
基因工程的发展前景
基因工程虽然取得了一定的成就，但科学是无止境的。科学家正致力于其他领域，如蛋白质工程、人类基因组科学和发育生物学、神经生物学，相信生物技术的未来是美好的。
一、科学家在基因工程方面的最新尝试
1．光合作用(photosynthesis)
能进行光合作用的生物不一定有叶绿体，如光合细菌。
(1)概念：植物细胞和某些细菌利用太阳能将无机物(CO2和H2O)合成有机物(C6H12O6)并释放氧气(O2)的过程。
(2)意义：是植物重要的生理活动，人类直接或间接地依赖于光合作用。
(3)提高光合作用效率的因素
①环境因素：光照、二氧化碳浓度、矿质元素。
②内在因素：叶绿体色素、酶等。
其中，通过基因工程可以改变酶的活性来提高光合作用的效率。
(4)通过改变酶的活性提高光合作用效率的尝试
①改良二磷酸核糖羧化酶。使它的反应平衡偏向于对二氧化碳的固定(即提高其羧化酶活性，降低其加氧酶活力)，减少呼吸的浪费，增加对二氧化碳的固定速率，消除或减低光呼吸这一竞争性反应，提高农作物的产量。
②C3植物向C4植物的转化。将二磷酸核糖羧化酶除去或灭活，引入这种基因改造过的叶绿体，同时增加导致C4固定的酶的活性。即使C3型叶绿体与C4型叶绿体共存于一个细胞内。
③对光调节基因进行改造。光控制着叶绿体的发育和光合作用的许多基因，改造这些基因可提高光合作用的效率。
2．生物固氮(biological
nitrogen
fitation)
豆科植物本身不能固氮，而是与其共生的固氮菌具有固氮能力。
(1)概念：通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。
虽然大气中的氮气含量非常多，但植物不能直接利用分子氮，必须利用含氮化合物，而固氮微生物就能实现这一目标。
(2)对作物的价值和意义
氮是生物生长发育和光合作用(光合酶、叶绿素成分中都含有氮元素)必需的矿质元素；减少化肥的用量，降低农业生产成本，增加粮食产量和保护生态环境等。
(3)应用基因工程设计使非豆科植物具有固氮能力
(4)研究现状
固氮能力是由许多固氮基因共同控制的，机理复杂，因此目前还没有培育出具有固氮能力的非豆科农作物。
3．生物反应器(bioreactor)
(1)什么是生物反应器：就是用来生产蛋白质药物(包括疫苗)的动植物。
(2)基因工程构建生物反应器的程序。
反应器的四大优点：①产量高，易获得目标产品；
②目标产品质量好，因为乳腺组织具有一整套全面对蛋白质进行合成和加工的能力；③产品成本低；④从奶牛中提取产品，操作简单。
首先获得需要生产的蛋白质药物的目的基因，然后选择合适的运载体(多以病毒)并与运载体结合形成重组DNA分子，再将重组DNA分子转入受体生物(动物或植物)内，从而得到生物反应器。
(3)实例：动物乳腺生物反应器。
操作大致过程为：获取目的基因→
构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达)。
因为动物所有的体细胞都是由受精卵发育成的，故其乳腺细胞中含有重组基因并进行选择性表达，产生出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品。
4．蛋白质工程(protein
engineering)
(1)概念：利用基因工程的技术，对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。
蛋白质工程可以创造新的、自然界不存在的蛋白质分子。
目前，蛋白质工程主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列来改进蛋白质的结构和构象，提高蛋白质的活性、稳定性和产率。
也可以利用基因工程改造蛋白质。如下方法：
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
(2)与基因工程的关系
蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，是第二代基因工程。
基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，产生本不能产生的蛋白质，从而产生新性状。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。
二、基因工程的未来
基因工程是一种新鲜的事物，也是一把“双刃剑”，人们对此会有不同的看法。只要科学地、合理地加以利用，相信基因工程一定会使我们的生活更美好。(共55张PPT)
课前自主导学
课堂互动探究
当堂双基达标
课后知能检测
遗传工程的概念
基因
遗传物质
另一种生物
遗传信息
基因工程的理论基础和技术保障
DNA
双螺旋
遗传密码
质粒
限制性核酸内切酶
连接酶
逆转录酶
重组DNA表达实验
PCR
DNA重组技术的基本工具
核苷酸序列
识别
切割
粘性
互补配对
DNA分子
λ噬菌体
标记基因
对限制性核酸内切酶的认识
对DNA连接酶的认识
基因工程的载体及其必须具备的条件
课老五动探究
合作探
破疑难师生互动提“知角
究区↓
课为自主导学
自主学
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基因工程
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当堂双基达标
交流学
随堂练生生互动沃“双标
习区↓
探究
噬菌体
导入
细菌等
目的基因
动物病毒
导入
②2
动物细胞
目的基因
③
植物病毒、导入→植物细胞
目的基因
W目
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基因工程
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
基因工程的操作离不开工具酶。限制性核酸内切酶和DNA连接酶为基因的分离和重组提供了必要的条件，而载体又是将外源基因送到细胞中的必要工具。基因工程的核心是构建重组DNA分子，因此，基因工程又叫重组DNA技术。
一、限制性核酸内切酶(restriction
endonuclease)
1．主要来源
限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于微生物中，多数是从细菌中分离纯化出来的。
2．作用
限制酶能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，并且能够使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。限制酶主要切割外源DNA，而对自身的DNA不起作用，以达到保护自身的目的。
被限制酶切开的是磷酸二酯键，而不是碱基间的氢键。
3．特点
限制酶具有专一性，即一种限制性核酸内切酶只能特异性地识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，而且只能切割特定的位点。
4．结果
DNA分子经限制性核酸内切酶作用后会形成DNA片段。
例如从大肠杆菌中发现的一种限制性核酸内切酶只能识别GAATTC序列，并能在G和A之间将这段序列切开。限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成粘性末端(见上图)。此为错位切，一般是在两条链的不同部位切割，中间相隔几个核苷酸，DNA被同一种限制酶切开后形成的两个粘性末端是互补的。
如下图所示，不同限制酶识别的DNA序列和切割的位点是不同的，若沿中央轴线切割，形成的是平末端。
二、DNA连接酶(DNA
ligase)
从下图可以看出，被限制酶切开的DNA两条单链的粘性末端，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对。如果将两种来源不同的DNA用同一种限制酶切割，然后让两者的粘性末端黏合起来，应该就可以合成重组的DNA分子了。
但实际上仅仅这样是不够的，互补的碱基处虽然连接起来了，但是这种连接只相当于把断成两截的梯子中间的踏板连接起来了，两边的扶手的断口处还没有连接起来。
DNA连接酶能把扶手的断口处连接起来，即其能将两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来。这样可以将外源基因和载体DNA连接在一起。
DNA连接酶的作用就是催化形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。
三、质粒(plasmid)
质粒是基因工程常用的载体，它广泛地存在于细菌中。
1．质粒的概念
质粒是能够自主复制的双链环状DNA分子，
它们在细菌中以独立于染色体之外的方式存在，是一种特殊的遗传物质。
一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。最常用的是大肠杆菌的质粒，它含有抗生素抗性基因，如四环素的抗性基因。
2．载体的特点(载体应具备的条件)
(1)能够在受体细胞内稳定保存和自我复制。通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失。
(2)具有一个或多个限制酶切位点，便于供外源DNA(目的基因)插入。最好是每种限制酶的切点只有一个。
(3)具有特殊的遗传标记基因，如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，便于重组DNA的鉴定和筛选。
供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。
(4)载体应对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。
(5)载体DNA大小应适宜，以方便操作。
除质粒以外，λ噬菌体、动物病毒和植物病毒也可作为基因工程的载体。
3．使用载体的目的
载体是基因运输工具，在基因操作过程中，使用载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到受体细胞中去；二是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
4．重组DNA分子
如下图所示，科学家用一种限制性核酸内切酶切割猿猴病毒SV40的DNA和λ噬菌体DNA分子，再用DNA连接酶对被切开的两种DNA分子进行连接，可形成重组DNA分子。第一章
基因工程
第三节
基因工程的应用
一、遗传变异与育种
1．利用________的原理，有目的地将两个或多个________的优良性状组合在一起，再通过选择和培育，创造新品种的技术叫杂交育种。通过诱变技术，使生物发生________，创造新的基因和基因型，从而改良生物品种。
2．单倍体育种的特点，其一，________，仅用2年即可获得可育纯种；其二，________，提高效率。多倍体育种常用的方法是用________处理萌发的种子或幼苗。
二、遗传与人类健康
1．由细胞中的________在结构或功能上发生了改变引起的人类疾病，称为遗传病。
2．基因治疗遗传病的一种方法是为细胞补上丢失的基因或________，以达到治疗的目的。
三、生物多样性
生物多样性包括生态系统多样性、物种多样性和________多样性。
一、1.基因重组 (优良)品种 基因突变
2．缩短育种年限 排除显隐性干扰 秋水仙素
二、1.遗传物质
2．改变病变的基因
三、遗传第一章
基因工程
第三节
基因工程的应用
随着基因工程的诞生和技术的发展，目前基因工程已成为生物科学的核心技术，已经广泛应用于农牧业和医药卫生等领域，并取得了巨大成就。
一、基因工程与遗传育种
1．转基因植物(transgenic
plant)
(1)优点：克服了远缘种及种间杂交不育或不能杂交的障碍，产生我们所需要的优良性状。同时还缩短了育种周期。
缺点：技术难度大，技术要求高。
(2)产生过程：
(3)成果：
植物基因工程的成果都是由两方面组成：一是外源基因来源；二是外源基因的表达成果。
①抗性转基因植物
抗虫植物：(杀虫基因)如棉、玉米、马铃薯、番茄等。
抗病植物：(抗菌蛋白基因)如烟草、番茄、苜蓿、马铃薯等。
抗除草剂植物：(抗除草剂基因)如烟草、番茄、马铃薯等。
抗盐碱植物：(调节细胞渗透压的基因)如大麦、番茄等。
抗旱植物：调节细胞渗透压的基因)如小麦、玉米、大豆。
抗寒植物：(抗冻蛋白基因)如番茄。
②改良植物品质
转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。
2.转基因动物(transgenic
animal)
提高动物生长速度，导入的是生长激素基因而不是生长素基因。
转基因动物是指转入了外源基因的动物。
(1)提高动物的生长速度的基因：外源生长激素基因。
(2)成果：转基因鼠、转基因鲤鱼。
二、基因工程与疾病治疗
1．基因工程药物
基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义地说，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的，都可以称为基因工程药物。
青霉素是由青霉菌产生的，不是通过基因工程生产的。
利用基因工程培育“工程菌”来生产药品，是基因工程的低成本高效益的工程产业，可以通过转基因培育的工程菌(如大肠杆菌)生产人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗等。
(1)胰岛素
①化学本质：蛋白质。
②合成过程：
③作用：降血糖(治疗依赖型糖尿病的有效药物)。
(2)干扰素
①化学本质：糖蛋白。
②作用：抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等，治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物。
(3)乙型肝炎疫苗：可用来预防病毒性肝炎，可通过疫苗增强人体的免疫能力。
下面以人胰岛素为例，图示转基因药物的生产过程。
2．基因治疗
(1)含义：向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。
(2)实例：第一例基因治疗是美国在1990年进行的。当时，有个小女孩由于体内腺苷酸脱氨酶缺乏而患了严重的复合型免疫缺陷症。科学家对她进行了基因治疗并取得了成功。这一开创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验。1991年，我国首例B型血友病的基因治疗临床实验也获得了成功。
基因治疗的实质是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，并不是直接修复缺陷基因。
(3)基因治疗进行的程序
若T淋巴细胞中腺苷酸脱氨酶基因(ada)发生了突变，不能合成腺苷酸脱氨酶(ADA)，从而不能产生抗体，造成免疫功能低下，不能抵抗病原微生物的威胁。
通过基因治疗，使缺陷细胞得到修复，成千上万的转基因T淋巴细胞注射到患者体内，症状得到缓解。
(4)研究现状
有了一定的成果，但仍处于初级阶段。
三、基因工程与生态环境保护
基因工程可用于被污染环境的净化。
(1)利用基因工程技术对自然界存在的能够分解石油的细菌进行改造，大大提高分解石油的效率。
(2)用转基因开发具有生物可降解的新塑料，如聚羟基烷酯。
(3)利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解有毒化合物和处理工业废水。第一章
基因工程
第三节
基因工程的应用
1．下列不属于基因工程方法生产的药品是( )
A．干扰素 B．白细胞介素2 C．青霉素 D．乙肝疫苗
2．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是( )
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抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
3．为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦细胞中，得到的转基因小麦，其水分利用率提高20%，这项技术的遗传学原理是( )
A．基因突变
B．基因重组
C．基因复制
D．基因分离
4．从1997年开始，我国自行生产乙肝疫苗等基因工程药物，其方法是( )
A．在受体细胞内大量增殖乙肝病毒
B．在液体培养基中大量增殖乙肝病毒
C．将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞中并使之表达
D．将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中并使之表达
5．下列说法正确的是( )
A．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
B．基因工程在农业上可以培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
C．用基因工程方法培育的抗虫植物也能够抗病毒
D．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体形巨大、品质优良的动物
6．为了研究用基因重组的方法所生产的干扰素对癌症的治疗效果，有人计划进行如下实验：
a．从癌症患者体内取得癌细胞，并培养此种细胞。b.给培养液中的癌细胞添加干扰素。c.观察干扰素是否对癌细胞的生长带来变化。上述实验计划中存在不足。下列可供选择的改进方法中，正确的是( )
①将培养的癌细胞分成两组，一组添加干扰素，一组不添加干扰素，分别观察生长情况 ②直接给癌症患者注射干扰素，进行临床实验 ③设置一系列不同质量分数的干扰素，分别添加给培养中的癌细胞，观察生长情况
A．①
B．①②
C．①③
D．①②③
7．用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是( )
A．常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒
B．DNA连接酶和DNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达
8．基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段，下列有关叙述中不正确的是…( )
A．基因治疗可使人类遗传病得到根治
B．基因治疗是一种利用基因工程产品治疗人类疾病的方法
C．以正常基因替换致病基因属于基因治疗的一种方法
D．基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖细胞
9．水稻种子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子；同时，排出的大量磷进入水体易引起水华。
为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
据图回答：
①图中基因组文库________(小于/等于/大于)cDNA文库。
②B过程需要的酶是________；A、C过程中________(可以/不可以)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
③目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中________和________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是________。
10．原有基因通过DNA重组技术得以改造的动物称为转基因动物。现在这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，人类控制蛋白质合成的基因可以替代羊染色体上的相似基因，下图表示了这一技术的基本过程。请回答：
(1)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊体细胞内，原因是________________________________________________________________________。
(2)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________。将人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中的酶是________。
(3)将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于________________________。
(4)举出两例说明转基因动物技术的应用：
①______________________________；②________________________________________________________________________。
11．金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因技术培育出了抗枯萎病的新品种。据图回答：
(1)①和②结合能形成③，常用的酶有________；其能结合形成③，最重要的原因是①和②经酶处理后具有________。
(2)在⑤―→⑥过程中，获得抗病基因的金茶花细胞将经历________和________过程后才能获得⑦。
(3)经培养长成的植株⑦具备了抗病性，这说明________。抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统能够识别来自另一种生物的DNA的________。欲快速培育大量该抗枯萎病金茶花，应该采用的技术是________________________________________________________________________。
(4)有人认为通过基因工程能培育出理想的抗虫植物，不仅能减轻农药造成的环境污染，而且又能降低生产成本。还有人认为抗虫植物一旦培育成功，其抗虫特性将会连续保持下去，可谓一劳永逸。对后一种观点，你是否赞成？请说明理由。
12．苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。
(1)将图中①的DNA用Hind
Ⅲ、BamH
Ⅰ完全酶切后，反应管中有________种DNA片段。
(2)图中②表示Hind
Ⅲ与BamH
Ⅰ酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得________种重组质粒；如果换用Bst
Ⅰ与BamH
Ⅰ酶切，目的基因与质粒连接后可获得________种重组质粒。
(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的________。
(4)图中③的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中________对TDNA的降解。
(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞________。
(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的________基因频率的增长速率。
1．C 解析：青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，并不是通过基因工程方法生产的药品。而A、B、D三项都是通过基因工程方法生产的药品。
2．B 解析：抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。
3．B 解析：将抗旱节水有关的基因导入小麦中，是基因工程技术，它利用了基因重组的原理。
4．D 解析：疫苗主要用于计划免疫，可使人体在不患病的情况下获得对相应传染病的抵抗力。所用疫苗只具有抗原性而无致病力。乙肝病毒的抗原特异性是由外壳蛋白决定的，因此，只需要乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞中，并使其表达，即可获得具有抗原性而无免疫原性的疫苗(蛋白质)。此过程是通过基因工程实现的，无需培养和大量增殖乙肝病毒，更不需要转乙肝病毒的全部基因。
5．B 解析：基因治疗是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，目前无法对缺陷基因进行修复。抗虫棉只能抗虫不能抗病毒。基因工程在畜牧业上的应用不仅是培育体形巨大、品质优良的动物，更重要的是利用某些外源基因在哺乳动物体内表达，从而使这些动物获得人们所需要的各类物质，如激素、抗体、酶等。
6．C 解析：通常情况下，生物学实验应该设有明显的对照，以保证自变量唯一的要求；另外，还要考虑到实验的可行性及道德主义等方面。
7．B 解析：DNA连接酶和DNA聚合酶都连接形成磷酸二酯键，但其连接对象不同。构建重组质粒必需的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶，DNA复制时用DNA聚合酶。作为载体的质粒必须有抗生素类基因，用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒。构建重组质粒时应对目的基因进行修饰，否则导入大肠杆菌的目的基因不能表达。
8．B 解析：基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。明确了它的概念，就不难选出。
9．答案：①大于 ②逆转录酶 可以 ③DNA cDNA 耐高温
解析：cDNA文库只是基因组文库的一部分，由RNA合成DNA的过程需要逆转录酶，无论是cDNA文库还是基因组文库，都含有目的基因，因此可以用同一种探针来筛选菌株。已知在酵母菌中含有植酸酶，可以通过其DNA与转录的mRNA为模板直接进行PCR扩增技术获得，与体内复制相比，酶的条件是耐高温。
10．答案：(1)①人和羊DNA分子的空间结构、化学组成相同 ②有互补的碱基序列(答出其中一点即可)
(2)限制性内切酶 DNA连接酶
(3)基因重组
(4)①培育转基因超级动物 ②提供器官移植的来源等
解析：主要考查基因载体DNA；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定等有关基因工程方面的知识。用到的工具有限制性核酸内切酶、
DNA连接酶、基因进入受体细胞的载体。
11．答案：(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 相同的粘性末端
(2)脱分化 再分化
(3)目的基因(抗虫基因)已经表达 脱氧核苷酸序列(遗传信息或碱基序列) 植物组织培养
(4)不赞成，因为害虫经突变和自然选择而产生对抗虫植物的适应性等；因抗虫植物发生变异，使后代失去抗药性等。赞成，因为抗虫植物的抗虫特性是由基因控制的，是能够遗传的(开放性题)。
12．答案：(1)4
(2)2 1
(3)复制
(4)DNA水解酶
(5)表面无相应的特异性受体
(6)抗性
解析：(1)用Hind
Ⅱ、BamHⅠ完全酶切后，应有4种DNA片段。
(2)用HindⅢ与BamHⅠ酶切、DNA连接酶连接的过程中，获得的黏性末端有两种，所以形成的重组质粒也有两种，而BstⅠ与BamHⅠ酶切后，形成的黏性末端相同，所以可形成1种重组质粒。
(3)目的基因插入后不能影响质粒的复制。
(4)vir蛋白与TDNA结合在一起，使DNA水解酶不能分解。
(5)人类肠上皮细胞表面无相应特异性受体，所以毒素蛋白对人类影响小。
(6)降低害虫种群中抗性基因频率的增长速率，往往用转基因作物与非转基因作物混合播种。第一章
基因工程
第二节
基因工程的原理和技术
1．下列对基因工程的说法正确的是( )
A．导入人胰岛素原基因的大肠杆菌可以直接合成具有生物活性的人胰岛素
B．用氯化钙处理大肠杆菌可以改变细胞膜的通透性，从而使重组质粒容易进入
C．筛选是指选择出含有目的基因的受体细胞
D．只要目的基因进入受体细胞就能够表达
2．基因工程常用的受体细胞有( )
①大肠杆菌 ②枯草杆菌 ③支原体 ④动植物细胞
A．①②③④
B．①②③
C．②③④
D．①②④
3．基因工程的正确操作步骤是( )
①重组DNA分子 ②获取目的基因 ③目的基因的表达 ④重组DNA分子导入受体细胞 ⑤筛选含目的基因的受体细胞
A．③②④①⑤
B．②①④⑤③
C．①②③④⑤
D．②①③⑤④
4．在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的( )
①同一种限制酶切割两者 ②不需同一种限制酶切割两者 ③加入适量的DNA连接酶 ④不需加入DNA连接酶
A．①③
B．①④
C．②④
D．②③
5．下列叙述不属于目的基因与运载体结合过程的是( )
A．用一定的限制酶切割质粒形成粘性末端
B．用同种限制酶切割目的基因形成粘性末端
C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口上
D．将重组DNA分子导入细胞进行扩增
6．下列对基因工程的理解，正确的是( )
①它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程 ②对基因进行人为改造 ③是体外进行的人为的基因重组 ④在实验室内，利用相关的酶和原料合成DNA ⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术 ⑥在DNA分子水平进行操作 ⑦一旦成功，便可遗传
A．①②③④⑤⑥
B．①③④⑤⑥⑦
C．①②③⑤⑥⑦
D．①③⑤⑥⑦
7．下列关于病毒的描述，正确的是( )
A．噬菌体通常在植物细胞中增殖
B．病毒可作为基因工程的运载体
C．青霉素可有效抑制流感病毒增殖
D．癌症的发生与病毒感染完全无关
8．治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物(如猪、牛)体获得。自20世纪70年代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如下图所示：
(1)图中的质粒存在于细菌细胞中，从其分子结构看，可确定它是一种________。
(2)请根据碱基互补配对的原则，在连接酶的作用下，把图中甲与乙拼接起来。
(3)细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也是由一个变成两个，两个变成四个……质粒的这种增加方式在遗传学上称为________。目的基因通过表达后，能使细菌产生胰岛素，这是因为基因具有控制________合成的功能。
9．限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。用上述两种酶分别切割质粒和含有目的基因的DNA。
(1)请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的粘性末端。
(2)请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的粘性末端。
(3)在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后所形成的粘性末端能否连接起来？为什么？
10．科学家将动物控制合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子拼接并在大肠杆菌内成功表达。1982年，用基因工程技术生产的胰岛素投放市场，使胰岛素的售价降低30%～50%，请回答：
(1)大肠杆菌常作为基因工程的受体细胞，是由于它__________________。其细胞中的________常作为目的基因的运载体。
(2)合成胰岛素的基因能与大肠杆菌的DNA拼接，是由于__________________，能在大肠杆菌中得到表达的原因是________________________________________________________________________。
(3)基因工程中的基因重组与孟德尔遗传定律中讲的基因重组相比，最大的区别是________________________________________________________________________。
1．C 解析：导入人胰岛素原基因只能合成人胰岛素原，经进一步加工后才能获得具有生物活性的人胰岛素；用氯化钙处理可改变大肠杆菌细胞壁的通透性；目的基因进入受体细胞不一定能够表达。
2．D 解析：基因工程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。
3．B 解析：先获取目的基因，再由目的基因与质粒形成重组DNA分子，然后把重组DNA分子导入受体细胞中，筛选符合要求的受体细胞，最后使目的基因表达，产生人们需要的功能物质。
4．A 解析：目的基因与载体重组需要两者具有完全相同的粘性末端，而只有用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒才能切出相同的末端，而目的基因插入质粒实现重组，必须在DNA连接酶作用下才能完成。
5．D 解析：目的基因与运载体结合的过程，首先要用同一种限制酶切割运载体和目的基因，使二者形成相同的粘性末端，再用DNA连接酶将二者连接。
6．D 解析：基因工程可以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，产生出人类所需要的基因产物，而不是对基因进行人为改造。
7．B 解析：
噬菌体是寄生在细菌体内的一种病毒，它的增殖通常在细菌细胞中进行，故A项错。在基因工程中常使用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等，故B项正确。青霉素可有效抑制细菌、放线菌的生长，而不能抑制酵母菌和霉菌以及病毒的增殖，故C项错。引起细胞癌变的致癌因子有三类：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子，能引起细胞癌变的病毒叫肿癌病毒或致癌病毒，所以癌症的发生与病毒的感染有关，故D项错。
8．答案：(1)DNA (2)如下图 (3)DNA的复制 蛋白质
解析：本题考查的是利用基因工程生产胰岛素的有关知识。具体过程是将人体细胞中控制胰岛素合成的基因酶切后，再将质粒从大肠杆菌中提取出，用同一种限制酶将其切出相同的粘性末端，使环形DNA断开，再将人的胰岛素基因从切口插入，用连接酶进行“缝合”，得到重组质粒。再将重组质粒导入受体细胞，携带有人胰岛素基因的重组质粒便会随细菌的繁殖而复制倍增，称为DNA的复制。质粒上的胰岛素基因通过转录和翻译过程来控制蛋白质的合成，从而实现了胰岛素的程序化生产。
9．答案：(1)
(2)
(3)可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的粘性末端是相同的(或是可以互补的)。
解析：本题解题的关键是根据碱基互补配对原则，将DNA分子的两条链写准确，注意粘性末端的写法。由于粘性末端之间符合碱基互补配对原则，所以在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的粘性末端能连接起来。
10．答案：(1)繁殖快，是单细胞，遗传物质少 质粒 (2)DNA分子都是由四种脱氧核苷酸组成，都能通过碱基互补原则配对 生物共用一套遗传密码，合成蛋白质的氨基酸种类相同 (3)在细胞外通过人工技术完成，不是发生在有性生殖的过程中，可以使生物的遗传性状发生定向变异
解析：综合考查基因工程的操作程序和基因与遗传的联系。真核细胞DNA结构与原核细胞DNA虽然有区别，但由于其基本组成相同，故可以相互拼接并能表达。(共47张PPT)
第二节 自由组合定律
核心要点突破
实验探究创新
课标领航
基础自主梳理
知能过关演练
第二节
通过本节的学习，我能够
1．模拟孟德尔杂交实验，体会杂交实验的设计思路。
2．说明两对相对性状的杂交实验过程。
3．应用自由组合定律解释生产生活中的遗传现象。
【重点】 对自由组合现象的解释，阐明自由组合定律。
【难点】 对自由组合现象的解释。
课标领航
情景导引
假如邓肯与萧伯纳结婚
传说美国现代舞创始人邓肯写信给萧伯纳：“我有第一美丽的身体，你有第一聪明的脑子，我们生一个孩子，再理想不过了。”萧伯纳回信称：“如果孩子的容貌如我，大脑像你怎么办？” 这当然是一个无据可查的笑谈，但从遗传学角度分析，萧伯纳和邓肯二人假设的结果都可能出现吗？
【提示】 都有出现的可能。
基础自主梳理
一、两对相对性状的杂交实验
1．选用性状
(1)豌豆种子子叶的颜色：_____与_______。
(2)豌豆种子的形状：_______与_______。
2．实验过程
黄色
绿色
圆形
皱形
3．实验分析
(1)亲本为___________和___________的纯合子。
(2)F1全为黄色圆形，说明黄色对______为显性，圆形对_______为显性。
(3)F2中颜色的分离比：黄色∶绿色＝3∶1，形状的分离比：圆形∶皱形＝_______。表明豌豆的颜色和形状的遗传都遵循基因的____________。
黄色圆形
绿色皱形
绿色
皱形
3∶1
分离定律
思考感悟
(1)如果上述实验中亲本为黄色皱形纯合子和绿色圆形纯合子，则所得F2的表现型有哪几种？重组类型占的比例为多少？
(2)上述两对相对性状的杂交实验正交、反交结果相同吗？
Y和y
R和r
2．亲本和F1的基因型
3．F1配子的产生
(1)基因的行为：等位基因分离，分别进入不同的配子中，如：Y和y分离；R和r分离，同时非等位基因之间自由组合。如：Y可与R或r组合；y也可与R或r组合。
(2)配子的种类及比例
F1产生的雌配子和雄配子各有4种：YR、Yr、yR、yr，其比例为________________。
(3)F2的基因型及表现型
①受精时，雌雄配子________结合。
1∶1∶1∶1
随机
②雌雄配子有16种结合方式，F2的基因型有9种，表现型有4种，几种表现型的比例为______________。
三、对自由组合现象解释的验证
1．方法：_______，即让F1与___________________________类型杂交。
2．测交遗传图解
9∶3∶3∶1
双隐性纯合亲本(绿色皱形)
测交法
3．结果
孟德尔测交实验的结果与预期的结果相符，从而证实了F1产生了____种(__________________)数目相等的配子。
四、自由组合定律的实质
在F1形成配子时，等位基因分离的同时，________基因表现为自由组合。
4
YR、Yr、yR、yr
非等位
核心要点突破
两对相对性状的杂交实验分析及有关结论
1．实验分析
F2：
2.有关结论
(1)F2共有16种组合，9种基因型，4种表现型。
(2)双显性占9/16，单显性(绿圆、黄皱)各占3/16，双隐性占1/16。
(3)纯合子占4/16(1/16YYRR＋1/16YYrr＋1/16yyRR＋1/16yyrr)，杂合子占：1－4/16＝12/16。
(4)F2中双亲类型(Y_R_＋yyrr)占10/16。重组类型占6/16(3/16Y_rr＋3/16yyR_)。
例1
孟德尔的豌豆杂交实验中，将纯种的黄色圆粒(YYRR)与纯种的绿色皱粒(yyrr)豌豆杂交。F2种子为560粒。从理论上推测，F2种子中基因型与其个体数基本相符的是( )
选项
A
B
C
D
基因型
YyRR
yyrr
YyRr
yyRr
个体数
140粒
140粒
315粒
70粒
【尝试解答】 __D__
【解析】 本题考查孟德尔的自由组合定律。F2中YyRR占1/8，约70粒；yyrr占1/16，约35粒；YyRr占1/4，约140粒；yyRr占1/8，约70粒。
【探规寻律】 F2的表现型与基因型
(1)表现型共有4种，其中双显(黄圆)∶一显一隐(黄皱)∶一隐一显(绿圆)∶双隐(绿皱)＝9∶3∶3∶1。
(2)基因型共有9种，其中纯合子4种，即YYRR、YYrr、yyRR、yyrr，各占总数的1/16；只有一对基因杂合的杂合子4种，即YyRR、Yyrr、YYRr、yyRr，各占总数的2/16；两对基因都杂合的杂合子1种，即YyRr，占总数的4/16。
跟踪训练 让独立遗传的黄色非甜玉米YYSS与白色甜玉米yyss杂交得F1，F1自交得F2，在F2中得到白色甜玉米80株，那么在F2中表现型不同于双亲的杂合植株应约为( )
A．160
B．240
C．320
D．480
解析：选C。本题易错选D。因为不能够记住或没有理解两对相对性状杂交实验的结果而出错。解答时首先要搞清楚F2中表现型不同于双亲的植株为黄色甜玉米和白色非甜玉米，这两种类型共占F2的比例为6/16，具体基因型及其比例为：YYss∶Yyss∶yySS∶yySs＝1/16∶2/16∶1/16∶2/16，显然，杂合植株的比例为2/16＋2/16＝4/16，而已知的白色甜玉米占F2的比例为1/16，即表现型不同于双亲的杂合植株的比例应为其4倍，即320株，故选C。
应用分离定律解决自由组合定律问题
1．思路：将自由组合问题转化为若干个分离定律问题
在独立遗传的情况下，有几对基因就可分解为几个分离定律如AaBb×Aabb可分解为如下两个分离定律：Aa×Aa、Bb×bb。
特别提醒
(1)运用分离定律解决自由组合问题时，先分析每对基因或性状，求出相应基因型、表现型及其比例或概率，然后运用乘法原理求出符合要求的结果。
(2)推断性状的显隐性关系及亲子代的基因型和表现型，也可用分离定律来解决自由组合问题。
豌豆子叶的黄色(Y)对绿色(y)为显性、圆粒(R)对皱粒(r)为显性。下表是4种不同的杂交组合以及各种杂交组合所产生的子代数，请在表格内填写亲代的基因型
例2
亲代
子代的表现型及其数量
基因型
表现型
黄圆
黄皱
绿圆
绿皱
①
黄皱×绿皱
0
34
0
36
②
黄圆×绿皱
16
17
14
15
③
黄圆×绿圆
21
7
20
6
④
绿圆×绿圆
0
0
43
14
⑤
黄皱×绿圆
15
16
18
17
【尝试解答】 ①Yyrr×yyrr ②YyRr×yyrr
③YyRr×yyRr ④yyRr×yyRr ⑤Yyrr×yyRr
【解析】 该题是已知亲代的表现型和子代的表现型及比例推导亲代的基因型，常用的解法有三种：
解法一：基因填空法：如②组杂交：黄圆×绿皱，先把能确定的基因写下来，不能确定者暂时空出：Y__R__×yyrr，然后根据后代表现型来确定空处的基因。如子代有绿色(yy)这是父母双方各提供一个y配子结合成的，有皱粒(rr)是父母双方各提供一个r配子结合成的，由此可知，亲本的基因型为YyRr×yyrr。同理①组杂交亲本基因型为Yyrr×yyrr。
解法二：分离组合法：如③组杂交：黄圆×绿圆，从子代表现型入手，将两对性状分开考虑，子代性状黄与绿为1∶1，由分离定律可知亲本的基因型为Yy×yy，同理，子代性状圆与皱的比为3∶1，则亲本的基因型为Rr×Rr，再根据亲本表现型将两对性状的基因型结合，即得YyRr×yyRr。同样方法可判断出④组杂交亲本基因型为yyRr×yyRr。
解法三：特殊的分离比法：在自由组合实验中，常见的几种分离比是：
YyRr×YyRr
→9∶3∶3∶1，YyRr×yyrr→1∶1∶1∶1，Yyrr×yyRr→1∶1∶1∶1，YyRr×yyRr→3∶1∶3∶1，YyRR×YyRr→3∶3∶1∶1。由此可知，第⑤组亲本基因型为Yyrr×yyRr。
【探规寻律】 三种方法相比，第三种方法要在了解特殊分离比的情况下使用，第二种方法要在了解后代表现型和分离比时才能使用，第一种方法只要知道子代的表现型即可使用。通过这种一题多解的练习，可以培养思维的灵活性，便于掌握最佳解题的方法，从而提高学习效率。
跟踪训练 番茄高茎(T)对矮茎(t)为显性，圆形果实(S)对梨形果实(s)为显性，这两对基因位于非同源染色体上。现将两个纯合亲本杂交后得到的F1与表现型为高茎梨形果的植株杂交，其杂交后代的性状及植株数分别为高茎圆形果120株、高茎梨形果128株、矮茎圆形果42株、矮茎梨形果38株。产生该F1的两个亲本基因型是( )
A．TTSS×ttSS
B．TTss×ttss
C．TTSs×ttss
D．TTss×ttSS
解析：选D。依题意高茎梨形果的基因型应为T__ss，后代高∶矮＝3∶1，故应为Tt×Tt；后代圆∶梨＝1∶1，故应为Ss×ss。所以F1的基因型为TtSs，因此产生F1的亲本基因型为TTss×ttSS或TTSS×ttss。
两种遗传病的概率计算
1．自由组合问题常求概率，概率的求解要用加法原理和乘法原理，采用逐对分析法来解答。如本题还有简捷方法——“十字相乘法”。把两种病分开处理，列出每种病的患病和正常的概率，然后十字相乘，各情况概率一目了然。
上横线：同时患两种病的概率：1/2×1/4＝1/8。
交叉线：只患一种病的概率：1/2×3/4＋1/2×1/4＝1/2。
下横线：正常的概率：1/2×3/4＝3/8。
患病概率：1－正常的概率＝1－3/8＝5/8。
2．两种遗传病的概率计算可总结如下：
序号
类型
计算公式
1
患甲病的概率为m
则不患甲病概率为
1－m
2
患乙病的概率为n
则不患乙病概率为
1－n
3
只患甲病的概率
m－mn
4
只患乙病的概率
n－mn
5
同患两种病的概率
mn
6
只患一种病的概率
m＋n－2mn
7
患病概率
m＋n－mn或1－
不患病概率
8
不患病概率
(1－m)(1－n)
以上规律可用下图帮助理解：
(2011年宁波效实中学高二测试)人类并指(D)为显性遗传病，白化病(a)是一种隐性遗传病，已知控制两种病的基因遵循自由组合定律。一个家庭中，父亲并指，母亲正常，他们有一个患白化病但手指正常的孩子，这对夫妇再生一个患病孩子的概率是( )
A．1/2
B．1/8
C．3/8
D．5/8
【尝试解答】 __D__
例3
【解析】 本题考查自由组合定律在医学上的应用具体分析如下：
【互动探究】 (1)这对夫妇所生孩子的基因型和表现型各有几种？请列举说明。
(2)这对夫妇再生一孩子只患一种病的可能性是多少？
【提示】 (1)基因型有6种，分别为AADd、AAdd、AaDd、Aadd、aaDd、aadd；表现型有4种，分别为正常(AAdd和Aadd)、只患白化病(aadd)、只患并指(AADd和AaDd)，既患白化病又患并指(aaDd)。
实验探究创新
判断杂合子、纯合子的遗传实验方法
显性性状的个体其基因型至少有一个显性。隐性性状的个体，其基因型必定是两个隐性，一定是纯合子。判断方法如下：
1．动物：测交法。若后代出现隐性类型，则一定为杂合子；若后代只有显性性状，则可能为纯合子。
2．植物
(1)自交法。若后代能发生性状分离则亲本一定为杂合子；若后代无性状分离，则可能为纯合子。
(2)测交法。同动物的测交法判断。
实战演练 家兔的黑毛对褐毛是显性，要判断一只黑毛兔是否是纯合子选用与它交配的兔最好是( )
A．纯种黑毛兔
B．褐毛兔
C．杂种黑毛兔
D．A、B、C都不对
答案：B第一章
基因工程
第二节
基因工程的原理和技术
一、生物的变异
1．基因重组：生物在有性生殖过程中，控制________的基因的重新组合，导致后代不同于亲本类型的现象。包括________上的非等位基因的自由组合与同源染色体上的________。
2．基因突变：指基因中________发生的改变。
3．染色体畸变：包括染色体结构和________的变化。
二、转基因技术
转基因技术是将某种生物的基因(外源基因)转移到________中，出现原物种中不具有的新性状的技术，打破了物种间的界线，实现了种间遗传物质的交换，变异是不定向的，但转基因技术产生的变异在一定程度上又是________的。
三、基因治疗
是为细胞补上丢失或________的基因，达到治疗遗传疾病的目的。是一种人工改变________的基因治疗手段。
一、1.不同性状 非同源染色体 非姐妹染色单体的交叉互换
2．特定核苷酸序列
3．数目
二、另一种生物(其他物种) 定向
三、病变 遗传物质第四节
基因工程的发展前景
课 标 解 读
重 点 难 点
1.概述基因工程的发展前景。2.阐明蛋白质工程。3.了解基因工程在各领域的最新应用进展。
科学家在基因工程方面的最新尝试。(重难点)
光合作用方面
1.研究目标
光合作用对人类的生存及发展十分重要，如何提高植物的光合作用效率及农作物产量，一直是科学家追求的目标。
2．解决方法
(1)提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性。
(2)降低加氧酶的活性。
生物固氮方面
1.生物固氮概念
通过某些微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。
2．解决方法
通过基因工程技术，将固氮细菌中的固氮基因转移到非豆科作物的细胞内。
生物反应器
1.作用
利用动植物作为生物反应器能够生产价格低廉的蛋白质药物。
2．成果
1．要培育出具有固氮能力的水稻、小麦等，需运用哪种生物技术？
【提示】 固氮基因工程技术。
蛋白质工程
1.概念
利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。
2．内容
主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列来改进蛋白质的结构与构象，提高蛋白质的活性、稳定性和产率。
2．通过T4溶菌酶分子中引入二硫键的方法提高了其热稳性，试问在此过程中主要采取的生物技术是什么？
【提示】 蛋白质工程。
1．科学家已培育出具有固氮能力的非豆科农作物。(×)
【提示】 此类作物尚未培育出来。
2．转基因羊的乳汁中已成功表达出了一些药用蛋白质，如人白细胞介素 2等。(√)
3．蛋白质工程的核心技术是转基因技术。(√)
4．蛋白质工程的目的在于获得人们所需的天然蛋白质。(×)
【提示】 对天然蛋白质进行改造或获得新的蛋白质。
5．利用基因工程可提高农作物的产量。(√)
对蛋白质工程的理解
【问题导思】
①什么是蛋白质工程？
②蛋白质工程的基本流程如何？
③如何理解蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的？
1．概念：利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。
2．蛋白质工程崛起的缘由
基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。
3．基本原理
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。
4．基本途径
从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
5．蛋白质工程的步骤
1．蛋白质工程的设计思路与中心法则相反。
2．蛋白质工程的操作对象是基因。
关于蛋白质工程的设计思路不正确的是( )
A．从氨基酸的顺序推测基因的核苷酸的排列顺序
B．蛋白质工程完全不遵循中心法则
C．从蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构
D．从蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序
【审题导析】 (1)要熟悉蛋白质工程的设计思路。
(2)注意蛋白质工程的设计思路与蛋白质的合成过程相反。
【精讲精析】 蛋白质工程的设计思路如下：
―→―→―→
可见，A、C、D项正确；而蛋白质的合成过程遵循中心法则，故B项错误。
【答案】 B
科学家将β 干扰素基因进行定点突变后，导入大肠杆菌体内使其表达，使干扰素第17位的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β 干扰素的抗病活性，并且提高了贮存稳定性。该生物技术为( )
A．基因工程
B．蛋白质工程
C．基因突变
D．细胞工程
【思维导图】 解答此题的思维流程如下：
―→―→―→―→
【精讲精析】 为提高β 干扰素的抗病活性，在基因工程的基础上对编码β 干扰素相应的基因进行定点突变，最终实现了对β 干扰素结构功能的改变，这项技术称为蛋白质工程。
【答案】 B
蛋白质工程与基因工程的比较
【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？
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
联系
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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现
利用基因工程，可以使哺乳动物的乳腺成为一种“生物反应器”，大量生产药物。这种动物基因工程操作的一般过程如下。
(1)首先，将________与________等调控组件重组在一起。
(2)然后，通过________的方法，导入哺乳动物的受精卵中。
(3)再次，将受精卵送入母体内，使其生长发育为转基因动物。从中选择________性个体，待其进入泌乳期后，可以通过________来生产所需要的药品。
【思维导图】 解答此题的思维流程如下：
―→
|
| |
【精讲精析】 本题主要考查的是基因工程技术的应用，即利用转基因动物作为活性生物反应器来生产药物。转基因动物是指以人工方法将外源基因导入动物受精卵(或早期胚胎细胞)，使外源基因与动物本身的基因组整合，并随细胞的分裂而增殖，从而稳定地遗传给下一代动物，这种技术称为动物转基因技术。
【答案】 (1)药用蛋白基因 乳腺蛋白基因
(2)显微注射
(3)雌 分泌乳汁
下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是( )
A．基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质
B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成
C．当得到可以在－70
℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成
D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
【审题导析】 解答本题的关键是理解基因工程及蛋白质工程的区别与联系。
【解析】 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质；蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成，这样产生的改变才能遗传下去；蛋白质不是遗传物质，不可能自我复制；由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作，因此，基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的。
【答案】 C
本
课
知
识
小
结
网
络
构
建
结
论
语
句
1．通过基因工程提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性及降低加氧酶的活性以达到提高植物光合作用效率的目的。
2．通过基因工程技术，将固氮细菌中的固氮基因转移到非豆科作物的细胞内，使其获得固氮性状。
3．利用动植物体作生物反应器，生产价格低廉的蛋白质药物。
4．蛋白质工程是指利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。
1．下列有关叶绿体中的二磷酸核酮糖羧化酶的说法正确的是( )
A．能通过羧化作用固定CO2，也能催化底物的加氢反应
B．能通过羧化作用还原CO2，也能催化底物的加氧反应
C．二磷酸核酮糖羧化酶是由基因控制合成的
D．提高二磷酸核酮糖羧化酶和加氧酶的活性，能提高作物产量
【解析】 二磷酸核酮糖羧化酶的羧化作用能固定CO2，也能催化底物的加氧反应；提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性和降低加氧酶的活性，会增加植物对二氧化碳的固定速率，能提高作物产量。酶是蛋白质，最终是由基因控制合成的。
【答案】 C
2．利用基因工程手段培育能固氮的水稻品种，其在环境保护上的意义是( )
A．减少氮肥使用量，降低生产成本
B．减少氮肥生产量，节约能源
C．避免使用氮肥过多引起的环境污染
D．改良土壤的群落结构
【解析】 培育固氮水稻品种在环境保护上的意义是避免使用氮肥过多引起的环境污染。
【答案】 C
3．以下关于蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程以基因工程为基础
B．蛋白质工程就是酶工程的延伸
C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质的改造
D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
【解析】 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。
【答案】 A
4．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计( )
A．基因结构
B．mRNA结构
C．氨基酸序列
D．蛋白质结构
【解析】 蛋白质工程的操作程序：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质。由此可知，首先设计的应该是蛋白质的结构。
【答案】 D
5．蛋白质工程的基本操作程序正确的是( )
①蛋白质分子结构
②DNA合成
③mRNA合成
④蛋白质的预期功能
⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列
⑥蛋白质分子合成
A．①→②→③→④→⑤→⑥
B．⑤→④→③→②→①→⑥
C．④→①→⑤→②→③→⑥
D．②→③→⑤→①→⑥→④
【解析】 蛋白质工程是分析已知结构和功能的蛋白质，并对其结构进行改造，主要是改变个别氨基酸，从而分析出改造后的蛋白质的氨基酸序列，据此逆推出mRNA的碱基序列，最后合成出相应的DNA。
【答案】 C
6．2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白(GFP)方面做出突出贡献的科学家。绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首例绿色荧光蛋白GFP转基因克隆猪的培育示意图，据图回答：
(1)图中通过过程①②形成重组质粒，需要限制性核酸内切酶切取目的基因、切割质粒。限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割后所形成的粘性末端。
②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制性核酸内切酶切割后形成的粘性末端能否连接起来？________。理由是_____________________________
______________________________________________________________。
(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是______________________________________________________________。
(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是___________________________________________________________________
______________________________________________________________。
获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是可以避免__________________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是________(用下列序号表示)。
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列
②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计
③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)
④表达出蓝色荧光蛋白
【解析】 限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点进行切割，产生粘性末端。限制性核酸内切酶Ⅰ和Ⅱ切割后产生的粘性末端相同，即均产生GATC序列，因此可以用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来。目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射法。标记基因可以用来检测目的基因是否导入受体细胞。用转基因克隆猪作为器官移植的供体，其优点是可以避免发生免疫排斥反应。
【答案】 (1)①
②可以连接 由两种不同限制性核酸内切酶切割后形成的粘性末端是相同的(或是可以互补的)
(2)显微注射法
(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因 发生免疫排斥反应
(4)②①③④第一章
基因工程
第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
1．限制性内切酶破坏的是哪种化学键( )
A．氢键
B．磷酸二酯键
C．高能磷酸键
D．肽键
2．实施基因工程要把所需目的基因从供体细胞中分离出来，这要利用限制性核酸内切酶。有一种限制酶只能识别DNA分子中的GAATTC序列，并在G和A之间进行切割，这是利用了酶的( )
A．高效性
B．专一性
C．多样性
D．催化活性易受外界条件影响
3．下列关于限制性核酸内切酶的叙述中，错误的是( )
A．它能在特殊位点切割DNA分子
B．同一种限制酶切割不同的DNA产生的粘性末端能够很好地进行碱基互补配对
C．它能任意切割DNA，从而产生大量的DNA片段
D．每一种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列
4．下列关于限制酶和DNA连接酶的理解正确的是( )
A．其化学本质都是蛋白质
B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键
C．在基因工程操作中，可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶
D．它们不能被反复使用
5．下列不是基因工程中载体的特点是( )
A．能进行自我复制
B．有适宜的限制性内切酶酶切位点
C．具有抗性标记基因等
D．组成的基本单位是核糖核苷酸
6．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．限制酶
7．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
8．下列说法正确的是( )
A．限制酶广泛存在于动植物体内，微生物内很少分布
B．限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列
C．质粒是基因工程中唯一用作目的基因导入细胞的载体
D．利用质粒在宿主细胞内对目的基因进行大量扩增的过程可以称为克隆
9．限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的辨识序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补？其正确的末端互补序列是怎样的( )
A．BamHⅠ和EcoRⅠ；末端互补序列为—AATT—
B．BamHⅠ和HindⅢ；末端互补序列为—GATC—
C．EcoRⅠ和HindⅢ；末端互补序列为—AATT—
D．BamHⅠ和BglⅡ；末端互补序列为—GATC—
10．下图所示为一种限制酶切割DNA分子的示意图。请据图回答：
(1)这种限制酶的切点在________之间，形成________个________末端，特点是________。
(2)从上述题中可知限制性内切酶的识别特点是________________________________________________________________________。
(3)如果G点发生突变可能发生__________________________。
11．以下是几种不同限制性核酸内切酶切割DNA分子后形成的部分片段。回答下列问题：
(1)以上DNA片段是由________种限制酶切割后产生的。
(2)若要把相应片段连接起来，应选用______________(填“DNA聚合酶”或“DNA连接酶”)。
(3)找出能连接的对应片段并写出连接后形成的DNA分子。
1．B 解析：限制酶的作用是识别DNA特定的核苷酸序列，切开两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
2．B 解析：本题考查了酶的功能特性，即专一性。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定位点进行切割，这是酶专一性的典型表现。
3．C 解析：限制性核酸内切酶是基因工程的重要工具之一。每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。同一种限制酶切割不同的DNA产生的粘性末端的碱基互补配对。
4．A 解析：绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA，限制酶和DNA连接酶属于蛋白酶。作为催化剂，酶同样具有反应过程中不被消耗、反应前后不发生改变的特点，因此，其可以被反复使用。
5．D 解析：目前常用的载体是质粒，为细菌中环状的DNA，则其基本单位为脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。
6．A 解析：DNA连接酶的作用是将两个粘性末端的核苷酸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聚合酶在DNA复制过程中催化脱氧核苷酸的聚合反应；限制酶能够识别特定的核苷酸序列，切出粘性末端或平末端。题图所示为将两个粘性末端的核苷酸的磷酸基和脱氧核糖连接在一起，是DNA连接酶的作用。
7．D 解析：人胰岛素原基因中有内含子存在，因此在大肠杆菌中表达后无生物活性。载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但由于它和目的基因是相互独立的，并不能促进目的基因的表达。
8．D 解析：限制酶绝大部分来源于微生物，动植物细胞内较少；限制酶不同，其切口就不同；基因工程中所用的载体有很多，不只是质粒；目的基因的扩增可以称为克隆，所以D项正确。
9．D 解析：分析每种限制酶的切割位点后可知，限制酶BamHⅠ和BglⅡ切割核苷酸序列后能产生互补的粘性末端。
10．答案：(1)G和A 2 粘性 碱基序列互补 (2)只能识别某种特定的核苷酸序列 (3)限制酶不能识别该核苷酸序列
解析：由题图可知，该限制酶可专一性地识别GAATTC，切点在G和A之间，结果形成碱基互补的两个粘性末端。如果G点发生突变，则核苷酸序列发生改变，这种限制酶将不能再识别该核苷酸序列。
11．答案：(1)4 (2)DNA连接酶 (3)?…CTGCAG…
…GACGTC…
解析：本题是关于DNA重组技术中工具酶的应用，应从限制酶的作用来分析，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定位点进行切割。题中①④的粘性末端相同，其他三种片段的末端都不相同，所以这些片段是4种限
制性核酸内切酶切割后产生的。DNA连接酶和DNA聚合酶的作用不同，DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，将两条链上的两个缺口同时连接起来。第一章
基因工程
第四节
基因工程的发展前景
一、光合作用
1．光合作用的光反应在叶绿体的________上进行，碳反应是一系列的________反应，在________进行，二氧化碳被还原为糖的过程为________循环，此循环所需要的能量来自于光反应产生的NADPH和________。
2．光合作用速率受温度、光强度和________浓度的影响。
3．C4植物与C3植物相比，最大的特点是能利用较低浓度的________。
二、蛋白质
1．蛋白质和核酸共有的化学元素是________，糖类中只含有C、H、O三种元素。蛋白质是由若干________经脱水缩合而形成的。
2．蛋白质是生物体性状的______________者。其合成过程可用“中心法则”，表现为：______________________________。
一、1.
类囊体膜 酶促 类囊体基质 卡尔文 ATP
2．二氧化碳 3.CO2
二、1.C、H、O、N 氨基酸 2.体现(共42张PPT)
课前自主导学
课堂互动探究
当堂双基达标
课后知能检测
光合作用方面
效率
产量
二磷酸核酮糖羧化酶
加氧酶
生物固氮方面
含氮化合物
固氮基因
生物反应器
动植物
蛋白质工程
基因工程
活性
稳定性
对蛋白质工程的理解
蛋白质工程与基因工程的比较
课老五动探究
合作探
破疑难师生互动提“知角
究区↓
课为自主导学
自主学
里教材自查自测固“基础
习区
探究山
探究
知识
知识山
知识
知识
当堂双基达标
交流学
随堂练生生互动沃“双标
习区↓
W目
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基因工程的原理和技术
课 标 解 读
重 点 难 点
1.简述基因工程的原理。2.描述基因工程的基本步骤。3.举例说明筛选含有目的基因的受体细胞的原理。
基因工程的原理及基因工程的基本操作步骤。(重难点)
基因工程的基本原理
让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。
基因工程的操作步骤
1.获取目的基因
(1)目的基因的种类
抗虫基因、抗病基因、抗除草剂基因、人胰岛素基因和人干扰素基因等。
(2)①目的基因碱基序列已知时：
a．用化学方法合成目的基因。
b．用聚合酶链式反应(PCR)扩增。
②目的基因碱基序列未知时：
从基因文库中获取。
2．形成重组DNA分子(如图)
据上图填充以下相关内容：
1．表述图示重组载体中的ampR(标记基因)有何作用？
【提示】 筛选、鉴定人乳铁蛋白基因是否导入受体细胞。
3．将重组DNA分子导入受体细胞(如图)
若上图中受体细胞为大肠杆菌，则导入过程的流程图为：
受体细胞：大肠杆菌
↓氯化钙
细胞壁的通透性增大
↓
重组质粒导入受体细胞
↓
目的基因随着受体细胞的繁殖而复制
4．筛选含有目的基因的受体细胞
利用载体上的标记基因进行筛选。如质粒上含有四环素抗性基因，可把受体细胞接种在含四环素的培养基上筛选，以获取含目的基因的受体细胞。
5．目的基因的表达
目的基因(如胰岛素基因)
相应蛋白质(如胰岛素原生物活性的胰岛素)。
2．基因工程中限制性核酸内切酶与DNA连接酶的作用场所是生物体内还是体外？
【提示】 在生物体外。
1．用PCR扩增目的基因时，目的基因的序列可以是未知的。(×)
【提示】 目的基因的序列应是已知的。
2．构建重组DNA分子时，只需限制性核酸内切酶即可完成重组过程。(×)
【提示】 还需DNA连接酶等工具。
3．基因工程中的宿主细胞可以是植物细胞、动物细胞或微生物细胞。(√)
4．抗虫棉的抗虫基因是否表达可用害虫感染抗虫棉进行检测。(√)
5．CaCl2处理大肠杆菌，可使其细胞膜的通透性增加。(×)
【提示】 增加其细胞壁的通透性。
目的基因的获取途径及重组DNA分子的构建
【问题导思】
①目的基因的获取方法有哪几种？
②PCR扩增技术与DNA复制有何区别？
③重组DNA分子重要组成部分有哪些？
1．获取目的基因方法
(1)从基因文库中获取目的基因
基因文库是指将含有某种生物不同基因的许多DNA片段导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。
(2)人工合成目的基因
①目的基因转录成的信使RNA通过逆转录合成单链DNA，再按碱基互补配对合成双链DNA(目的基因)。
②根据蛋白质中氨基酸序列推测信使RNA的碱基序列，再推测DNA碱基序列，最后通过DNA合成仪人工合成出目的基因。由于一种氨基酸可对应一种或多种密码子，因此根据蛋白质中已知的氨基酸序列合成出的目的基因可能有多种，但并不影响目的基因表达的产物。
(3)利用PCR技术扩增目的基因
①原理：DNA双链复制。
②扩增过程：目的基因DNA受热→变性解旋为单链→引物与单链相应互补序列结合→在Taq
DNA聚合酶作用下延伸→形成新的DNA分子→循环重复以指数形式扩增。
2．PCR技术与生物体内DNA复制的比较
项目
PCR技术
DNA复制
相同点
原理
DNA双链复制(碱基互补配对)
原料
四种游离的脱氧核苷酸
条件
模板、ATP、酶等
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
主要在细胞核内
酶
热稳定的DNA聚合酶
细胞内含有的DNA聚合酶
温度条件
需控制温度，在较高温度下进行
细胞内温和条件
结果
在短时间内形成大量的DNA片段
形成整个DNA分子
3.重组DNA分子的构建
(1)构建重组DNA的目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)构建方法(以质粒为例)：用同一种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因，使其产生相同的粘性末端，加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。
(3)图例
用同一种限制性核酸内切酶(单酶切)分别切割目的基因与运载体是最简单的一种方法，因为切割后能产生相同的粘性末端，末端之间能发生碱基互补配对而形成重组DNA分子，操作简单，但连接后会出现两种不需要的连接产物：目的基因—目的基因(环状)连接物、质粒—质粒(环状)连接物，加大了筛选的工作量。所以可用两种不同限制性核酸内切酶(双酶切)分别同时切割含目的基因的DNA片段和质粒，这样可以防止目的基因与质粒自身连接体的产生，克服单酶切的缺点。但由于每种限制性核酸内切酶作用的条件不同，一般两种酶不能同时使用，而是用完一种酶后就要更换另一种酶作用的外界条件，以保证酶的高效性，因此双酶切操作复杂。
下图为某种质粒简图，小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoR
Ⅰ、BamH
Ⅰ的酶切位点，ampr为青霉素抗性基因，tetr为四环素抗性基因，P为启动子，T为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoR
Ⅰ、BamH
Ⅰ
在内的多种酶的酶切位点。
据图回答：
(1)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR
Ⅰ
酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有__________、__________、__________三种。(2)用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有_____________________________；
若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有________________。
(3)目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是________，其合成的产物是____________。
(4)在上述实验中，为了防止目的基因和质粒在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是________________。
【思维导图】
【精讲精析】 (1)将含有目的的基因的DNA与质粒分别用EcoR
Ⅰ酶切，所产生的黏性末端相同，用DNA连接酶处理后，不同的片段随机结合，可形成3种不同的连接物：目的基因—目的基因、目的基因—载体、载体—载体。
(2)在上述三种产物中，插入目的基因的都不能在四环素培养基上生长，只有载体—载体连接产物才能在含四环素的培养基上生长。
(3)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，可启动转录过程，合成mRNA。
(4)由图示和题目中提供的信息可知，同时运用EcoR
Ⅰ和BamH
Ⅰ进行酶切可有效防止酶切后产生的末端发生任意连接。
【答案】 (1)目的基因—载体连接物 载体——载体连接物 目的基因—目的基因连接物
(2)载体—载体连接物 目的基因—载体连接物、载体、载体—载体连接物
(3)启动子 mRNA (4)EcoR
Ⅰ和BamH
Ⅰ
在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该目的基因的最佳方法是( )
A．以mRNA为模板逆转录合成DNA
B．以4种脱氧核苷酸为原料人工合成
C．将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选
D．由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA
【审题导析】 由题干关键信息“已知该目的基因碱基序列”可推出此段目的基因的脱氧核苷酸序列，用原料直接合成为最佳途径。
【精讲精析】 本题考查目的基因的获取途径。在已知某小片段基因碱基序列的情况下，就能确定基因中脱氧核苷酸的排列顺序。因此，获得该基因的最佳方法是在体外以4种脱氧核苷酸为原料人工合成基因。
【答案】 B
将重组DNA分子导入受体细胞
【问题导思】
①不同受体细胞基因表达载体导入的方法是否相同？
②CaCl2处理大肠杆菌的目的是什么？
③对于动物而言，可否用体细胞(除受精卵外)作受体细胞？
1．受体种类不同，导入方法不同
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法
显微注射法
Ca2＋处理法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
目的基因插入Ti质粒的T DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA中→表达
目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
2.受体种类不同，所用的受体细胞种类也不同
(1)植物：可以是受精卵，也可以是体细胞(可经植物组织培养成为完整的个体)。
(2)动物：只能是受精卵(因为体细胞的全能性受到限制)。
采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的方法正确的是( )
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A．①②
B．③④ C．②③ D．①④
【审题导析】 毒素蛋白具有抗虫作用，但不能遗传，基因工程中导入受体细胞的应为含有抗虫基因的重组DNA分子。
【精讲精析】 基因工程中导入目的基因前，首先要获得目的基因(即题目中的编码毒素蛋白的DNA序列)，然后要将目的基因与载体结合(即与细菌质粒重组)。完成上述两步以后才能将目的基因导入受体细胞(即棉花的体细胞或受精卵)，目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制，所以上述③④操作是正确的。
【答案】 B
目的基因的检测与表达
【问题导思】
①检测目的基因的方法有哪些？
②怎样对受体细胞进行筛选？
③目的基因表达的标志是什么？
1．直接检测方法
(1)检测目的基因翻译产物蛋白质：可把生物体内蛋白质提取出来，利用抗原—抗体反应检测。
(2)检测目的基因转录的产物mRNA：从生物体内提取mRNA，利用基因探针检测。
(3)检测生物的DNA分子是否插入目的基因：从生物细胞中提取DNA，利用DNA探针技术检测。
(4)其他检测：如从个体性状水平检测，把抗虫基因转入棉花细胞中，可让棉铃虫取食抗虫棉的叶片或棉铃直接检测。
以上为直接检测目的基因的方法，还可间接筛选检测。
2．筛选含有目的基因的受体细胞
(1)依据：质粒上有抗生素的抗性基因。
(2)方法：利用选择培养基筛选。
(3)举例
注意：根据标记基因所控制的性状，筛选出含有目的基因的受体细胞的方法有许多，如：
①如果是抗性基因，可以直接用选择培养基筛选，存活的就是含有目的基因的受体细胞。
②根据菌落的颜色、形状等也可判断。
③通过如上的检测后，实际也不能确定细胞中就含有目的基因，因为可能有一些质粒并未插入目的基因。
3．目的基因的表达
目的基因能在受体细胞中保持稳定，并指导合成相应的蛋白质。
1．进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的，只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA，而是转基因生物的细胞内的mRNA；进行翻译水平的检测，则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。
2．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。
3．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的含有目的基因的DNA单链片段。
如图，是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。
(1)如何将目的基因和质粒相结合形成重组DNA分子？
__________________________________________________________。
(2)目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高；导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。此处可以通过如下步骤来鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂抹在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就是导入质粒A或重组质粒的，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是
___________________________________________________________。
(3)若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是____________________________。分析说明：_________________________________________________________
_________________________________________________________。
(4)导入细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么？__________________________________________________________________。
【审题导析】 (1)由题图可知其包含重组DNA分子构建、导入受体细胞以及目的基因的检测等步骤。
(2)各步骤中的关键点、注意事项要把握好，如用同一种限制性核酸内切酶切割。
【精讲精析】 本题主要对基因工程操作的步骤进行了比较全面的考查。要用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和载体，产生能互补的粘性末端，然后用DNA连接酶将其连接形成重组的DNA分子，通过一定手段导入受体细胞内表达。
【答案】 (1)①用特定的限制性核酸内切酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口。②用同种限制性核酸内切酶切割目的基因，产生相同的粘性末端。③加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒
(2)普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因
(3)有的细菌能生长，有的细菌不能生长 导入普通质粒A的细菌能生长，因普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在抗四环素基因中，使其结构破坏
(4)受体细胞通过转录和翻译过程合成出相应的蛋白质，即人的生长激素
科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。请根据实验过程回答下列问题：
(1)经过步骤①和②后，有些质粒上的____________基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒。
(2)步骤③是________________的过程。为了促进该过程，应该用________________处理大肠杆菌。
(3)步骤④：将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养，目的是筛选_________________________________________________________。
能在C中生长的大肠杆菌有________种。
(4)步骤⑤：用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D(含氨苄青霉素和四环素)和E(含四环素)两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于(选填“D”或“E”)________上，请在图中相应的位置上圈出来。
【审题导析】 解答此题应注意以下两点：(1)由②构建的质粒有两种，一为切割后自身环化，与原质粒相同；另一为目的基因与氨苄青霉素抗性基因重组后形成的质粒。(2)由①到②的过程，质粒中的四环素抗性基因始终不受影响。
【精讲精析】 本题探究如何筛选含目的基因的受体细胞，通过使用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒，使之产生相同的粘性末端，在DNA连接酶的作用下将目的基因与质粒连接起来形成重组质粒。将重组质粒导入大肠杆菌后进行检测是通过检测质粒上的标记基因来实现的，导入细菌需用Ca2＋处理来增大细胞壁的通透性，使其成为感受态的细胞。C过程是选择培养，所用的培养基是选择培养基，在培养基中加入四环素后，只有具有四环素抗性基因的大肠杆菌才能存活。再利用D、E对比培养就可确定含目的基因的受体细胞位于E中的什么位置。
【答案】 (1)氨苄青霉素抗性
(2)将重组质粒(目的基因)导入大肠杆菌(受体细胞) CaCl2溶液 (3)含四环素抗性基因的大肠杆菌(含抗性基因的大肠杆菌也可，但回答含目的基因的大肠杆菌不可) 2 (4)E
本
课
知
识
小
结
网
络
构
建
结
论
语
句
1．基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。
2．基因工程的基本操作步骤包括：目的基因的获得、重组DNA分子的形成、重组DNA分子导入受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达。
3．获得目的基因的方法有两种，一是化学合成的方法，二是从基因文库中获取。
4．形成重组DNA分子过程中要用同一种限制性核酸内切酶进行切割目的基因和质粒，即形成相同的粘性末端。
5．利用载体上的标记基因筛选含有目的基因的受体细胞。
1．基因工程技术也称DNA重组技术，其实施必须具备的4个必要条件是( )
A．工具酶、目的基因、载体、受体细胞
B．重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶
C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞
D．目的基因、限制性核酸内切酶、载体、受体细胞
【解析】 该题考查基因工程的基本知识。基因工程是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因(目的基因)复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞(受体细胞)里，定向地改造生物的遗传性状。基因操作的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶，基因进入受体细胞的运输工具是载体。
【答案】 A
2．下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容全部正确的是( )
供体
剪刀
针线
载体
受体
A
质粒
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
提供目的基因的生物
大肠杆菌等
B
提供目的基因的生物
DNA连接酶
限制性核酸内切酶
质粒
大肠杆菌等
C
提供目的基因的生物
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
质粒
大肠杆菌等
D
大肠杆菌等
DNA连接酶
限制性核酸内切酶
提供目的基因的生物
质粒
【解析】 基因工程中供体指的是提供特殊目的基因的生物；“剪刀”指的是限制性核酸内切酶；“针线”指的是DNA连接酶；常见的载体有质粒、λ噬菌体、动物病毒和植物病毒；受体指的是有待定向改造的大肠杆菌等微生物或者动植物细胞。
【答案】 C
3．下图表示一项重要生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述正确的是( )
A．d的基本骨架是磷酸和核糖交替连接而成的结构
B．若要获得相同的粘性末端，可以用不同种b切割a和d
C．c连接双链间的A和T，使粘性末端处碱基互补配对
D．若要获得已知序列的d，可到基因文库中寻找
【解析】 质粒的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的结构。不同种b(限制性核酸内切酶)切割a和d，可以获得相同的粘性末端。c(DNA连接酶)连接DNA片段之间的磷酸二酯键，双链间的A和T互补配对，不需要酶连接。若要获得未知序列的d(目的基因)，可到基因文库中寻找。
【答案】 B
4．我国中科院上海生化所合成了一种具有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物——脑啡肽多糖(类似于人体中的糖蛋白)。在人体细胞中糖蛋白必须经过内质网和高尔基体的进一步加工才能形成。如果要采用基因工程和发酵工程技术让微生物来生产脑啡肽多糖，应该用下列哪种微生物作受体细胞( )
A．大肠杆菌
B．酵母菌
C．T4噬菌体
D．大肠杆菌质粒
【解析】 脑啡肽多糖的化学本质类似于人体中的糖蛋白。从题中可以看出，糖蛋白的合成必须经过内质网和高尔基体的进一步加工，内质网和高尔基体只存在于真核生物的细胞中。大肠杆菌是原核生物，只有核糖体，没有内质网和高尔基体；T4噬菌体属于病毒，没有细胞结构，不能合成蛋白质；酵母菌是真核生物，其细胞中有内质网、高尔基体和核糖体，可以合成糖蛋白。
【答案】 B
5．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是( )
①检测受体细胞是否有目的基因
②检测受体细胞是否有致病基因
③检测目的基因是否转录出信使RNA
④检测目的基因是否翻译出蛋白质
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
【解析】 本题考查目的基因检测的相关知识。目的基因的检测包括：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针与基因组DNA杂交。检测目的基因是否转录出了信使RNA，方法是用基因探针与信使RNA杂交。最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。
【答案】 C
6．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________和平末端。
(2)质粒载体用EcoR
Ⅰ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除可用EcoR
Ⅰ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)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。
(4)基因工程中除质粒外，________和____________也可作为载体。
(5)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，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DNA分子形成的末端通常有两种，即粘性末端和平末端。为使载体和目的基因连接，二者必须具有相同的粘性末端，因而当使用除EcoR
Ⅰ之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的粘性末端。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)粘性末端 (2)切割产生的DNA片段末端与EcoR
Ⅰ切割产生的相同 (3)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA) PCR (4)噬菌体 动植物病毒
(5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
