第4章 基因工程
知识系统构建
规律方法整合
整合一 几种相关的酶
1．几种酶的比较
项目
种类
作用底物
作用部位
作用结果
限制性内切酶
DNA分子
磷酸二酯键
形成黏性末端(或平末端)
DNA连接酶
DNA分子片段
磷酸二酯键
形成重组DNA分子
DNA (水解)酶
DNA分子
磷酸二酯键
形成脱氧核糖核苷酸
解旋酶
DNA分子
碱基对间的氢键
形成单链DNA分子
2.上述四种酶的作用部位
限制性内切酶、DNA连接酶、DNA(水解)酶作用于①部位，解旋酶作用于②部位。
例1 下图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是( )
A．DNA连接酶、限制性内切酶、解旋酶
B．限制性内切酶、解旋酶、DNA连接酶
C．解旋酶、限制性内切酶、DNA连接酶
D．限制性内切酶、DNA连接酶、解旋酶
答案 C
解析 使碱基对间的氢键断裂的是解旋酶，限制性内切酶将特定部位的相邻两脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键断开；连接DNA片段间磷酸二酯键的是DNA连接酶。
例2 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述不正确的是( )
A．获取基因a的限制性内切酶的作用部位是图中的①
B．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
C．连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
答案 C
解析 DNA连接酶和限制性内切酶的作用部位都是磷酸二酯键，即图中①部位。
整合二 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子
1．从定义上区分
(1)启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。
(2)终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。
(3)密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的密码子有61种，3种是终止密码子。
(4)终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。
(5)起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。
2．从本质上区分：启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核糖核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。对于相似或相关概念，通过比较分析的方法找出区别与联系，会加深对这些知识的理解与掌握。
例3 基因表达载体中启动子的作用是( )
A．使目的基因的导入更容易
B．具有RNA聚合酶的结合部位，启动转录过程
C．鉴别受体细胞是否导入目的基因
D．具有DNA聚合酶的结合部位，启动复制过程
答案 B
解析 启动子在表达载体中位于目的基因的首端，具有RNA聚合酶的结合部位，可启动转录过程。鉴别受体细胞是否导入目的基因是标记基因的作用。故B正确。
整合三 基因工程的基本操作程序归纳
1．目的基因的获得
(1)直接分离法：从自然界已有的物种中分离。
(2)人工合成目的基因
①直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。
②以RNA为模板，在反转录酶作用下人工合成。
③利用PCR技术获得。
2．基因表达载体的构建——重组质粒的构建
(1)表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋报告基因。
(2)基因表达载体的构建
3．目的基因的导入——转化
(1)导入方法
(2)受体细胞：植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整个体)。
动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到限制)。
4．目的基因的检测与表达产物的测定
(1)形态检测
①如果目的基因的表达产物具有明显的表型性状，可以根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达。
②如果目的基因没有明显的表型，在构建表达载体时，通常把一个报告基因与目的基因连在一起，检测目的基因的表达。
(2)分子检测：①RCR检测；②分子杂交检测。
例4 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。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是( )
A．将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法
B．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌
C．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌
D．目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长
答案 C
课件19张PPT。章末整合提升第4章 基因工程知识系统构建规律方法整合内容索引知识系统构建限制性内切酶DNA连接酶运载体基因治疗基因芯片改造酶的结构规律方法整合整合一 几种相关的酶1.几种酶的比较2.上述四种酶的作用部位限制性内切酶、DNA连接酶、DNA(水解)酶作用于①部位，解旋酶作用于②部位。解析 使碱基对间的氢键断裂的是解旋酶，限制性内切酶将特定部位的相邻两脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键断开；连接DNA片段间磷酸二酯键的是DNA连接酶。
例1 下图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是答案解析A.DNA连接酶、限制性内切酶、解旋酶
B.限制性内切酶、解旋酶、DNA连接酶
C.解旋酶、限制性内切酶、DNA连接酶
D.限制性内切酶、DNA连接酶、解旋酶解析 DNA连接酶和限制性内切酶的作用部位都是磷酸二酯键，即图中①部位。
例2 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述不正确的是答案解析A.获取基因a的限制性内切酶的作用部位是图中的①
B.基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA
分子的复制而复制，传给子代细胞
C.连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
D.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状整合二 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子1.从定义上区分
(1)启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。
(2)终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。(3)密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的密码子有61种，3种是终止密码子。
(4)终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。
(5)起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。2.从本质上区分：启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核糖核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。对于相似或相关概念，通过比较分析的方法找出区别与联系，会加深对这些知识的理解与掌握。
例3 基因表达载体中启动子的作用是
A.使目的基因的导入更容易
B.具有RNA聚合酶的结合部位，启动转录过程
C.鉴别受体细胞是否导入目的基因
D.具有DNA聚合酶的结合部位，启动复制过程答案解析解析 启动子在表达载体中位于目的基因的首端，具有RNA聚合酶的结合部位，可启动转录过程。鉴别受体细胞是否导入目的基因是标记基因的作用。故B正确。1.目的基因的获得
(1)直接分离法：从自然界已有的物种中分离。
(2)人工合成目的基因
①直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。
②以RNA为模板，在反转录酶作用下人工合成。
③利用PCR技术获得。整合三 基因工程的基本操作程序归纳2.基因表达载体的构建——重组质粒的构建
(1)表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋报告基因。
(2)基因表达载体的构建3.目的基因的导入——转化
(1)导入方法植物：农杆菌介导的遗传转化法、基因枪法、花粉管
通道法
动物：显微注射技术、细胞核移植法
微生物：氯化钙法(2)受体细胞：植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整个体)。
动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到限制)。4.目的基因的检测与表达产物的测定
(1)形态检测
①如果目的基因的表达产物具有明显的表型性状，可以根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达。
②如果目的基因没有明显的表型，在构建表达载体时，通常把一个报告基因与目的基因连在一起，检测目的基因的表达。
(2)分子检测：①RCR检测；②分子杂交检测。例4 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。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是
A.将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法
B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长
的只是导入了重组质粒的细菌
C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长
的就是导入了质粒A的细菌
D.目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上
生长答案第1节 基因工程的基本原理和技术
[目标导读] 1.阅读教材P66～67内容，阐明基因工程的概念、特点及理论基础。2.结合教材P68图4－4、P69图4－5，理解DNA分子的切割技术和连接技术。3.分析教材P70～71图文，认识DNA分子的运输工具——运载体。
[重难点击] 1.基因工程的概念、特点及理论基础。2.DNA分子的切割技术、连接技术及运载工具。
科学设想：能否让禾本科植物也能固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？经过多年努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。这一技术是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！
解决学生疑难点
一、基因工程的概述
1．基因工程的概念
基因工程也叫DNA重组技术，它是在分子水平上进行的一种外科手术式的遗传操作，借助于实验室的技术，将某种生物的基因或基因组提取出来，在生物体外进行加工改造或重新组合，再转移到另一种生物中去，从而定向地改变生物的遗传特性，创造出新型的生物。
2．基因工程研究的理论基础
理论基础
操作技术
DNA是主要的遗传物质，是生物大分子
提取DNA和对DNA分子在体外进行遗传操作
DNA进行半保留复制
异源DNA片段连接后可在体内或者体外扩增
“中心法则”和操纵子学说、遗传密码的通用性
不同生物间基因转移和表达
根据基因工程的基本原理分析回答：
1．有性生殖中的基因重组是随机的，且只能在同一物种间进行。基因工程操作导致的基因重组与前述基因重组有何区别？
答案 基因工程可以在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。
2．分析不同生物的DNA分子能拼接起来的原因。
答案 基本组成单位相同：都是四种脱氧核糖核苷酸；双链DNA分子的空间结构相同：都是规则的双螺旋结构。
3．外源基因能够在受体内表达，并使受体表现出相应的性状的原因是什么？
答案 生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质。
1．目前，科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列不是这一先进技术的理论依据的是( )
A．所有生物共用一套遗传密码
B．基因能控制蛋白质的合成
C．兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核糖核苷酸构成的，都遵循相同的碱基互补配对原则
D．兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
答案 D
解析 题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的
蛋白质，说明控制其合成的信使RNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A正确；基因通过转录出信使RNA，进而控制蛋白质的合成，B正确；基因是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核糖核苷酸，C正确；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D错误。
二、DNA分子的切割技术和连接技术
1．DNA分子的切割技术
(1)工具：限制性内切酶(限制酶)。
(2)来源：主要存在于微生物中。
(3)限制性内切酶的功能特点
①会识别DNA上某种核苷酸的特定序列和位置。
②在特定序列中的特定位点将DNA切开。
(4)实例：限制性内切酶EcoRⅠ
①只能识别GAATTC序列的位点，并且在G和A之间将这段DNA序列切开。
②切开的DNA两条单链的切口之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。
2．DNA分子的连接技术
(1)工具：DNA连接酶。
(2)作用
①用同一种限制酶分别把两种不同来源的DNA切成片段，混合后它们就会通过黏性末端互相识别，自动靠拢，进行碱基配对。
②黏性末端与末端之间留有的空隙则靠DNA连接酶进行“缝合”，如图。
小贴士 限制性内切酶的作用是切割识别特定的核苷酸序列的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶的作用是催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核苷酸连接起来，而不是连接互补碱基之间的氢键。
下图为DNA分子的切割和连接过程，请据图分析：
1．限制性内切酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点分别是什么？
答案 EcoRⅠ的识别序列为GAATTC，切割位点是在G和A之间。
2．由图可知DNA连接酶的作用部位是“①”还是“②”，形成了什么化学键？
答案 DNA连接酶的作用部位为①，形成了磷酸二酯键。
3．DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键，二者的作用对象相同吗？为什么？
答案 不相同。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来，而DNA聚合酶是将单个的脱氧核糖核苷酸加到已有的DNA片段上。
2．下表为常用的限制性内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法中，正确的是( )
限制性内切酶
识别序列和切割位点
限制性内切酶
识别序列和切割位点
BamHⅠ
G↓GATCC
KpnⅠ
GGTAC↓C
EcoRⅠ
G↓AATTC
Sau3AⅠ
↓GATC
HindⅡ
GTY↓RAC
SmaⅠ
CCC↓GGG
注：Y表示C或T，R表示A或G。
A．一种限制酶只能识别一种核苷酸序列
B．限制酶切割后一定形成黏性末端
C．不同的限制酶可以形成相同的黏性末端
D．限制酶的切割位点在识别序列内部
答案 C
解析 根据表格内容可以推知，每种限制酶都能识别特定的核苷酸序列，但不一定只能识别一种序列，如限制酶HindⅡ，A项错误；限制酶切割后能形成黏性末端或平末端，如限制酶HindⅡ切割后露出平末端，B项错误；不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后露出的黏性末端相同，C项正确；限制酶的切割位点可以位于识别序列的外侧，如Sau3AⅠ，D项错误。
题后归纳 (1)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
比较项目
DNA连接酶
DNA聚合酶
相同点
催化两个脱氧核糖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
作用过程
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键
对象
游离的DNA片段
单个的脱氧核糖核苷酸
作用结果
形成完整的DNA分子
形成DNA的一条链
用途
基因工程
DNA复制
(2)四种酶的作用部位
限制性内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位。
三、DNA分子的运载工具
1．作为运载体的条件
(1)能够比较自由地进出细胞，并能在细胞内自我复制。
(2)能使带进去的DNA在细胞里面进行复制，并且保持原有特性。
(3)具有某些简单的特性，如抗药性、免疫性等，供重组DNA的鉴定和选择。
2．运载体的种类
质粒、噬菌体、动植物病毒，最理想的运载体是质粒。
3．质粒
(1)来源：细菌等生物。
(2)本质：细菌染色体外的一种很小的环状DNA分子。
(3)特点：能够自我复制，带有某些抗性基因(报告基因)，能够在细胞间钻进穿出。
小贴士 质粒上还应具有一个或者多个限制性内切酶的识别序列和切割位点，以便连接上外源DNA，天然的质粒很难具有上述的所有条件，因此基因工程中使用的质粒往往是人为加工过的。
下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图探究以下问题：
1．a代表的物质和质粒都能进行自我复制，它们的化学本质是什么？
答案 化学本质都是DNA。
2．某目的基因切割末端为，为使质粒和目的基因连接在一起，质粒应有的一段核苷酸序列及被限制性内切酶切割的末端分别是什么？
答案 －ACGCGT－ CGCGT－
－TGCGCA－； A－。
3．氨苄青霉素抗性基因能控制某物质的合成，该物质能抵抗氨苄青霉素，使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活。因此，氨苄青霉素抗性基因在基因工程载体上能起什么作用？
答案 用作标记基因，供重组DNA的鉴定与选择。
3．质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它( )
A．含蛋白质，从而能完成生命活动
B．能够自我复制，且能保持连续性
C．含RNA，能够指导蛋白质的合成
D．具有环状结构，能够携带目的基因
答案 B
解析 质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNA分子，其上有报告基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。
4．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组细菌的外源基因插入点，正确的一组是( )
细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况
细菌在含四环素的培养基上的生长状况
①
能生长
能生长
②
能生长
不能生长
③
不能生长
能生长
A．①是c；②是b；③是a
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a
D．①是c；②是a；③是b
答案 A
解析 ①细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都没有被破坏，所以插入点是c。②细菌不能在含四环素的培养基上生长，说明其抗四环素基因被破坏，插入点为b。③细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因被破坏，故插入点为a。
拓展提升 标记基因的筛选原理
(1)前提：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。
(2)过程：将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性，然后在培养基中加入该抗生素。
(3)结果：在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，没被杀死的是具有抗性的受体细胞，含有目的基因的细胞得以筛选。
1．以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的产物对人类都是有益的
C．基因工程产生的变异属于基因突变
D．基因工程育种的优点之一是目的性强
答案 D
解析 基因工程是对基因(分子结构)的操作而非细胞水平的操作；基因工程可以创造出符合人们要求的新产品，但并非一定是对人类有益的；基因工程产生的变异属于基因重组而不是基因突变；基因工程育种是按照人们的需要进行的，因而目的性强。
2．下列黏性末端可能由同一种限制酶切割而成的是( )
A．①② B．①③
C．①④ D．②③
答案 B
解析 只有①和③两个黏性末端的碱基是互补的，可能是由同一种限制酶切开形成的。
3．DNA连接酶的重要功能是( )
A．DNA复制时催化母链与子链之间形成氢键
B．连接黏性末端的碱基之间的化学键
C．将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来
D．催化DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键
答案 C
解析 DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的“缝合”，即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键；它不能催化氢键的形成，也不能使已有的DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键。
4．作为基因的运输工具——基因的运载体，必须具备的条件之一及理由是( )
A．能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B．具有一个至多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C．具有某些报告基因，以便为目的基因的表达提供条件
D．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选
答案 A
解析 作为运载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞内稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量的目的基因。同时要具有某些报告基因，是为了通过报告基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，从而对受体细胞进行筛选。运载体要具有一个至多个限制酶切点，则是为了便于与外源基因连接。
5．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答下列问题。
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是______________。人的蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。
(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
—G↓GATCC—
―→
(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是______________，“插入”时用的工具是__________，其种类有______________________。
答案 (1)限制酶(限制性内切酶) DNA连接酶
(2)
(3)基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的 运载体 质粒、动植物病毒、噬菌体等
解析 基因工程所用的工具酶是限制酶(限制性内切酶)和DNA连接酶，不同生物的基因之所以能整合在一起，是因为基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的。将目的基因导入受体细胞，离不开运载体的协助，基因工程中常用的运载体除质粒外，还有动植物病毒、噬菌体等。
课时作业
[基础过关]
1．实施基因工程的最终目的是( )
A．提取生物体的DNA分子
B．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．创造符合人们需要的新生物类型和生物产品
答案 D
解析 A、B和C三项均为基因工程操作的具体内容，但不是基因工程的目的。实施基因工程的最终目的是通过基因操作定向改造生物的遗传物质，创造符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
2．如图所示是限制性内切酶切割某DNA分子的过程，从图中可知，该限制性内切酶能识别的核苷酸序列及切点是( )
A．CTTAAG，切点在C和T之间
B．CTTAAG，切点在G和A之间
C．GAATTC，切点在G和A之间
D．GAATTC，切点在C和T之间
答案 C
解析 由题意知，该限制性内切酶能识别的核苷酸序列是GAATTC，专一切口是G和A之间。
3．下列关于限制性内切酶的叙述，错误的是( )
A．限制性内切酶可从原核生物中提取
B．同一种限制性内切酶切割不同的DNA分子产生的末端能够进行碱基互补配对
C．限制性内切酶能任意切割DNA分子，从而产生大量的DNA片段
D．每一种限制性内切酶只能识别特定的核苷酸序列
答案 C
解析 限制性内切酶存在于许多原核生物中，可以从中提取；每种限制性内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子；同一种限制性内切酶切割不同的DNA产生的末端能够进行碱基互补配对。
4．下列关于限制性内切酶和DNA连接酶的说法中，正确的是( )
A．其化学本质都是蛋白质
B．DNA连接酶可恢复DNA分子中的氢键
C．在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA连接酶
D．限制性内切酶切割后一定能产生黏性末端
答案 A
解析 限制性内切酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质。
5．作为运载体的质粒不可能具有( )
A．一个至多个限制性内切酶的切割位点
B．特殊的遗传报告基因
C．经人工改造的特点
D．复杂的结构
答案 D
解析 质粒是一种裸露的、结构简单的、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。
6．下列有关细菌质粒的叙述，正确的是( )
A．质粒是存在于细菌细胞中的一种颗粒状的细胞器
B．质粒是细菌细胞中能自主复制的小型环状DNA分子
C．质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制
D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行
答案 B
解析 质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子，可以在细菌细胞内或宿主细胞内复制。
[能力提升]
7．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用顺序的是( )
A．①②③④ B．①②④③
C．①④②③ D．①④③②
答案 C
解析 图示中①表示该酶切割DNA分子双链产生黏性末端的过程，用到的酶是限制性内切酶；②是黏性末端连接的过程，用到的酶是DNA连接酶；③是DNA分子解旋的过程，要用解旋酶；④是DNA复制过程，需要DNA聚合酶。
8．据图所示，有关工具酶功能的叙述错误的是( )
A．限制性内切酶可以切断a处
B．DNA聚合酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接c处
答案 D
解析 DNA连接酶连接的是两个相邻的脱氧核糖核苷酸的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键，如a处，而图示中的c处连接的是同一个脱氧核糖核苷酸的磷酸和脱氧核糖。
9．下列说法中不正确的有( )
①限制性内切酶主要是从真核生物中分离纯化出来的 ②DNA连接酶都是从原核生物中分离得到的 ③所有限制性内切酶识别的核苷酸序列均由6个核苷酸组成 ④不同限制性内切酶切割DNA的位点不同 ⑤有的质粒是单链DNA
A．①②④⑤ B．①②③⑤
C．②③④⑤ D．①③④⑤
答案 B
解析 限制性内切酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，有很少量是来自真核生物——酵母菌，①错误；T4DNA连接酶来源于T4噬菌体(一种病毒)，②错误；EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ限制性内切酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制性内切酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成，③错误；不同限制性内切酶切割DNA的位点不同，切割出不同的黏性末端或平末端，④正确；所有的质粒都是双链的环状DNA分子，⑤错误。故选B。
10．下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，Ampr为氨苄青霉素抗性基因，Tetr为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞，应选用的质粒是( )
答案 C
解析 A项破坏了复制必需的序列。B项氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好，在四环素培养基上和氨苄青霉素培养基上都能生长。C项氨苄青霉素抗性基因被破坏，四环素抗性基因完好，能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长。D项氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏，能在氨苄青霉素培养基上生长而不能在四环素培养基上生长。
11．如图表示两种限制性内切酶识别DNA分子特定序列，并在特定位点对DNA进行切割的示意图，请回答以下问题：
甲：
5′—T—C—G—A—A—T—T—C—
3′—A—G—C—T—T—A—A—G—
↓EcoR Ⅰ
—T—C—G— —A—A—T—T—C—
—A—G—C—T—T—A—A— —G—
乙：
5′—G—T—T—A—A—C—
3′—C—A—A—T—T—G—
↓Hpa Ⅰ
—G—T—T— —A—A—C—
—C—A—A— —T—T—G—
(1)图中甲和乙代表__________________________________________。
(2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。
(3)图中甲经过相应操作形成两个片段，切口的类型为______________。
(4)由图解可以看出，限制性内切酶的作用特点是_______________________________。
答案 (1)有特定脱氧核糖核苷酸序列的DNA片段 (2)两种不同的限制酶 (3)黏性末端 (4)每种限制性内切酶都能识别特定的脱氧核糖核苷酸序列并从特定的位点将DNA分子切开
解析 图中甲和乙代表有特定脱氧核糖核苷酸序列的DNA片段，EcoRⅠ、HpaⅠ代表两种不同的限制性内切酶。由图可知，EcoRⅠ的切点是G、A，甲经EcoRⅠ处理后形成两个黏性末端；HpaⅠ的切点是T、A，乙经HpaⅠ处理后形成的是平末端。由此可见，限制性内切酶的作用特点是：能识别双链DNA分子的特定脱氧核糖核苷酸序列，并从特定的位点将DNA分子切开。
12．基因工程中，需要使用限制性内切酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制性内切酶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—。
(1)根据已知条件和图回答下列问题：
①上述质粒用限制性内切酶________切割，目的基因用限制性内切酶________切割。
②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的____________。
③请指出质粒上至少要有一个报告基因的理由：_____________________________
________________________________________________________________________。
(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌，但不能表达结构复杂的蛋白质，哺乳类细胞、昆虫细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白，但操作复杂，表达水平低，不宜推广使用。基因工程中常选用酵母菌作为受体细胞，请从细胞结构等方面分析用酵母菌作为受体细胞能克服上述不足的理由：_________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Ⅰ Ⅱ ②DNA连接酶 ③检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞 (2)DNA结构基本相同(其他合理答案均可) (3)①单细胞真核生物，含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体；②繁殖速度快，能很快得到大量的目的基因；③培养成本低；④容易培养
13．下表中列出了几种限制性内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制性内切酶的酶切位点。请回答下列问题：
限制性内切酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序列及切割位点
G↓GATCC
CCTAG↑G
A↓AGCTT
TTCGA↑A
G↓AATTC
CTTAA↑G
CCC↓GGG
GGG↑CCC
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有__________个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越__________。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制性内切酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止____________________________________________。
(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入____________酶。
(6)现使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制性内切酶同时处理质粒、外源DNA，并经拼接获得的重组质粒进行再次酶切，假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1、2中标示的酶切位点及表所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。
①采用BamHⅠ和HindⅢ酶切，得到________种DNA片段。
②采用EcoRⅠ和HindⅢ酶切，得到________种DNA片段。
答案 (1)0、2 (2)高 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 (5)DNA连接 (6)①2 ②3
解析 (1)该质粒为环状DNA分子，经SmaⅠ切割前，不含有游离的磷酸基团，经SmaⅠ切割后含有2个游离的磷酸基团。
(2)SmaⅠ识别的是CCCGGG序列，在C与G之间切割，SmaⅠ酶切位点越多，也就是C—G碱基对越多，由于C与G之间的氢键(3个)比A与T之间的氢键(2个)数量多，故其含量越多，质粒的热稳定性越高。
(3)据图1可知，SmaⅠ切割位点在抗生素抗性基因(报告基因)中，据图2可知，SmaⅠ切割位点在目的基因中，因此使用SmaⅠ切割会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。
(4)用同一种限制性内切酶处理质粒和外源DNA，再用DNA连接酶连接时，往往会有三种连接形式：目的基因—质粒、目的基因—目的基因(环化)、质粒—质粒(环化)，后两种是我们不需要的，因而要进行筛选。用两种限制酶处理质粒和外源DNA，因形成的末端不同可避免上述情况的发生。
(5)连接质粒与目的基因的工具酶是DNA连接酶。
(6)由BamHⅠ和HindⅢ两种限制性内切酶同时处理质粒、外源DNA，并经拼接获得的重组质粒，这两种酶的识别序列仍然完整存在，如再用BamHⅠ和HindⅢ两种限制性内切酶进行酶切时，可再度被切开，形成2种DNA片段；而EcoRⅠ的识别序列在原质粒中存在并没有破坏，同时切下的目的基因中还存在1个EcoRⅠ的识别序列，因此在重组质粒中存在2个EcoRⅠ的识别序列，如用EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ酶切，可得到3种DNA片段。
[真题体验]
14．(2016·全国乙，40)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。请回答下列问题：
(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有___________________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_____________________________；并且________________和________________________的细胞也是不能区分的，其原因是________________________________________________________________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有________的固体培养基。
(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为运载体，其DNA复制所需的原料来自于__________________。
答案 (1)能自我复制、具有标记基因、含一个至多个限制酶切割位点(答出两点即可)
(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素
(3)受体细胞
解析 (1)作为运载体必须具备如下特点：①能自我复制，从而在受体细胞中稳定保存；②含标记基因，以供重组DNA的鉴定和选择；③具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点以便外源DNA片段插入。(2)在含有氨苄青霉素的培养基上，只有具有Ampr的大肠杆菌才能够生长。而Ampr位于质粒上，故未被转化的和仅含环状目的基因的大肠杆菌细胞中无Ampr，故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载体的和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有Ampr，因而能在培养基中生长。目的基因的插入破坏了质粒载体的Tetr，故含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌不能在含有四环素的平板上生长，从而与仅含有质粒载体的大肠杆菌得以区分。(3)噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成DNA，需借助宿主细胞完成DNA复制。
课件46张PPT。第1节 基因工程的基本原理和技术第4章 基因工程目标导读
1.阅读教材P66～67内容，阐明基因工程的概念、特点及理论基础。
2.结合教材P68图4－4、P69图4－5，理解DNA分子的切割技术和连接技术。
3.分析教材P70～71图文，认识DNA分子的运输工具——运载体。
重难点击
1.基因工程的概念、特点及理论基础。
2.DNA分子的切割技术、连接技术及运载工具。课堂导入 科学设想：能否让禾本科植物也能固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？经过多年努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。这一技术是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！
解决学生疑难点 一、基因工程的概述二、DNA分子的切割技术和连接技术内容索引当堂检测三、DNA分子的运载工具一、基因工程的概述1.基因工程的概念
基因工程也叫 ，它是在 水平上进行的一种外科手术式的遗传操作，借助于 的技术，将某种生物的 提取出来，在 进行加工改造或 ，再转移到另一种生物中去，从而 地改变生物的遗传特性，创造出 。DNA重组技术分子基础梳理实验室基因或基因组生物体外重新组合定向新型的生物2.基因工程研究的理论基础生物大分子半保留扩增中心法则通用转移和表达问题探究根据基因工程的基本原理分析回答：
1.有性生殖中的基因重组是随机的，且只能在同一物种间进行。基因工程操作导致的基因重组与前述基因重组有何区别？答案 基因工程可以在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。答案2.分析不同生物的DNA分子能拼接起来的原因。答案 基本组成单位相同：都是四种脱氧核糖核苷酸；双链DNA分子的空间结构相同：都是规则的双螺旋结构。答案3.外源基因能够在受体内表达，并使受体表现出相应的性状的原因是什么？答案 生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质。拓展应用1.目前，科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列不是这一先进技术的理论依据的是
A.所有生物共用一套遗传密码
B.基因能控制蛋白质的合成
C.兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核糖核苷酸构成
的，都遵循相同的碱基互补配对原则
D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先答案解析解析 题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质，说明控制其合成的信使RNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A正确；
基因通过转录出信使RNA，进而控制蛋白质的合成，B正确；
基因是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核糖核苷酸，C正确；
生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D错误。二、DNA分子的切割技术和连接技术1.DNA分子的切割技术
(1)工具： 。
(2)来源：主要存在于 中。
(3)限制性内切酶的功能特点
①会识别DNA上某种核苷酸的特定 和位置。
②在特定序列中的 将DNA切开。限制性内切酶(限制酶)基础梳理微生物序列特定位点①只能识别 序列的位点，并且在 之间将这段DNA序列切开。
②切开的DNA两条单链的切口之间正好互补配对，这样的切口叫做______
。(4)实例：限制性内切酶EcoRⅠGAATTCG和A黏性末端2.DNA分子的连接技术
(1)工具： 。
(2)作用
①用 限制酶分别把两种不同来源的DNA切成片段，混合后它们就会通过 互相识别，自动靠拢，进行 。
②黏性末端与末端之间留有的空隙则靠 进行“缝合”，如图。DNA连接酶同一种黏性末端碱基配对DNA连接酶限制性内切酶的作用是切割识别特定的核苷酸序列的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶的作用是催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核苷酸连接起来，而不是连接互补碱基之间的氢键。小贴士 问题探究右图为DNA分子的切割和连接过程，请据图分析：1.限制性内切酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点分别是什么？答案 EcoRⅠ的识别序列为GAATTC，切割位点是在G和A之间。答案2.由图可知DNA连接酶的作用部位是“①”还是“②”，形成了什么化学键？答案 DNA连接酶的作用部位为①，形成了磷酸二酯键。3.DNA连接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯键，二者的作用对象相同吗？为什么？答案 不相同。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来，而DNA聚合酶是将单个的脱氧核糖核苷酸加到已有的DNA片段上。答案拓展应用2.下表为常用的限制性内切酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法中，正确的是↓↓↓↓↓↓注：Y表示C或T，R表示A或G。
A.一种限制酶只能识别一种核苷酸序列
B.限制酶切割后一定形成黏性末端
C.不同的限制酶可以形成相同的黏性末端
D.限制酶的切割位点在识别序列内部答案解析解析 根据表格内容可以推知，每种限制酶都能识别特定的核苷酸序列，但不一定只能识别一种序列，如限制酶HindⅡ，A项错误；
限制酶切割后能形成黏性末端或平末端，如限制酶HindⅡ切割后露出平末端，B项错误；
不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后露出的黏性末端相同，C项正确；
限制酶的切割位点可以位于识别序列的外侧，如Sau3AⅠ，D项错误。(1)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较(2)四种酶的作用部位限制性内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位。三、DNA分子的运载工具1.作为运载体的条件
(1)能够比较自由地进出细胞，并能在细胞内 。
(2)能使带进去的DNA在细胞里面进行 ，并且保持原有特性。
(3)具有某些简单的特性，如 、免疫性等，供重组DNA的鉴定和选择。
2.运载体的种类
质粒、 、动植物病毒，最理想的运载体是 。自我复制复制基础梳理抗药性噬菌体质粒3.质粒
(1)来源： 等生物。
(2)本质：细菌染色体外的一种很小的 分子。
(3)特点：能够自我 ，带有某些 基因(报告基因)，能够在细胞间钻进穿出。细菌环状DNA复制抗性质粒上还应具有一个或者多个限制性内切酶的识别序列和切割位点，以便连接上外源DNA，天然的质粒很难具有上述的所有条件，因此基因工程中使用的质粒往往是人为加工过的。小贴士 问题探究右图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图探究以下问题：答案 化学本质都是DNA。答案1.a代表的物质和质粒都能进行自我复制，它们的化学本质是什么？3.氨苄青霉素抗性基因能控制某物质的合成，该物质能抵抗氨苄青霉素，使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活。因此，氨苄青霉素抗性基因在基因工程载体上能起什么作用？2.某目的基因切割末端为 ，为使质粒和目的基因连接在一起，质粒应有的一段核苷酸序列及被限制性内切酶切割的末端分别是什么？答案 －ACGCGT－ CGCGT－
－TGCGCA－； A－。答案 用作标记基因，供重组DNA的鉴定与选择。答案拓展应用3.质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它
A.含蛋白质，从而能完成生命活动
B.能够自我复制，且能保持连续性
C.含RNA，能够指导蛋白质的合成
D.具有环状结构，能够携带目的基因答案解析解析 质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNA分子，其上有报告基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。4.质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组细菌的外源基因插入点，正确的一组是A.①是c；②是b；③是a
B.①是a和b；②是a；③是b
C.①是a和b；②是b；③是a
D.①是c；②是a；③是b答案解析解析 ①细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都没有被破坏，所以插入点是c。
②细菌不能在含四环素的培养基上生长，说明其抗四环素基因被破坏，插入点为b。
③细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因被破坏，故插入点为a。标记基因的筛选原理
(1)前提：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。
(2)过程：将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性，然后在培养基中加入该抗生素。
(3)结果：在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，没被杀死的是具有抗性的受体细胞，含有目的基因的细胞得以筛选。基因工程的基本原理和技术概念(1)原理：_________
(2) 进行遗传操作
(3) 地改变生物的遗传特性理论
基础(1)艾弗里证明_______________
(2)沃森和克里克发现_____________________
(3)尼伦伯格和霍拉纳破译__________基因重组生物体外DNA是遗传物质DNA分子的双螺旋结构遗传密码定向_________
(“分子手术
刀” )来源：主要存在于 中
作用：识别DNA上某种核苷酸的 和
，切割特定部位的__________
结果：产生___________限制性内基因工程的操作技术切酶基因工程的基本原理和技术(1)识别：不同来源的DNA片段通过_______
相互识别
作用：在两个DNA片段之, 间形成_____
_______________
(“分子缝纫针”)(2)微生物序列位置磷酸二酯键黏性末端DNA连接酶黏性末端磷酸二酯键常用种类： 、 、__________基因工程的操作技术基因工程的基本原理和技术_______
(“分子
运输车”(3)①能够_________
②稳定保存
③具有报告基因，如抗药性基因等必备条件运载体质粒噬菌体动植物病毒自我复制当堂检测1.以下有关基因工程的叙述，正确的是
A.基因工程是细胞水平上的生物工程
B.基因工程的产物对人类都是有益的
C.基因工程产生的变异属于基因突变
D.基因工程育种的优点之一是目的性强23451解析 基因工程是对基因(分子结构)的操作而非细胞水平的操作；基因工程可以创造出符合人们要求的新产品，但并非一定是对人类有益的；基因工程产生的变异属于基因重组而不是基因突变；基因工程育种是按照人们的需要进行的，因而目的性强。答案解析√A.①② B.①③ C.①④ D.②③2.下列黏性末端可能由同一种限制酶切割而成的是答案23415解析 只有①和③两个黏性末端的碱基是互补的，可能是由同一种限制酶切开形成的。解析√234153.DNA连接酶的重要功能是
A.DNA复制时催化母链与子链之间形成氢键
B.连接黏性末端的碱基之间的化学键
C.将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来
D.催化DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键√答案解析解析 DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的“缝合”，即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键；它不能催化氢键的形成，也不能使已有的DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键。4.作为基因的运输工具——基因的运载体，必须具备的条件之一及理由是
A.能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目
的基因
B.具有一个至多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C.具有某些报告基因，以便为目的基因的表达提供条件
D.能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选2341答案5解析√解析 作为运载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞内稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量的目的基因。同时要具有某些报告基因，是为了通过报告基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，从而对受体细胞进行筛选。运载体要具有一个至多个限制酶切点，则是为了便于与外源基因连接。234155.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答下列问题。23415(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是______________________。人的蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是____________。解析 基因工程所用的工具酶是限制酶(限制性内切酶)和DNA连接酶，不同生物的基因之所以能整合在一起，是因为基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的。将目的基因导入受体细胞，离不开运载体的协助，基因工程中常用的运载体除质粒外，还有动植物病毒、噬菌体等。答案解析限制酶(限制性内切酶)DNA连接酶23415—G↓GATCC—
―→(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。答案23415(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是________
___________________________________，“插入”时用的工具是_____
___，其种类有____________________________。基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的运载体质粒、动植物病毒、噬菌体等第1课时 目的基因的获得、基因表达载体的构建
[目标导读] 1.阅读教材P72～74图文，掌握获取目的基因的两种方法。2.结合教材P77图4－11，理解基因表达载体的构建过程。
[重难点击] 1.目的基因的含义及常用获取方法。2.基因表达载体的构建。3.大肠杆菌质粒DNA的提取。
抑制疾病传播的转基因蚊子巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特殊基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而减少了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！
一、目的基因的获得
1．目的基因：是指人们所需要的进行研究的基因，如抗虫基因、抗病基因等。
2．获取目的基因的方法
(1)化学合成法
①概念：利用化学反应直接合成基因。
②适用条件：已知核苷酸序列的、相对分子质量较小的目的基因。
③仪器：DNA自动合成仪。
④缺点：成本昂贵，不适用于序列未知的目的基因。
(2)从基因组中直接分离法——鸟枪法(如图所示)
(3)PCR扩增：在掌握了目的基因的部分或全部信息后，可以设计引物，利用DNA扩增仪(PCR仪)直接扩增目的基因。
(4)反转录法
以mRNA为模板，借助反转录酶，通过PCR仪合成与mRNA序列互补的DNA片段，然后在DNA聚合酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因。
如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。据图分析：
1．图示分别是哪种方法？是在体内还是体外进行的？
答案 三种方法分别是：反转录法、直接分离法和化学合成法，都是在体外进行的。
2．三种方法都需要酶，分别是哪些酶？
答案 方法a需要反转录酶和DNA聚合酶；方法b需要限制性内切酶；方法c需要DNA聚合酶。
3．三种方法获取的目的基因的碱基对的排列顺序都相同吗？
答案 不都相同。方法b得到的是天然基因，方法a得到的目的基因和天然基因相比不含内含子，方法c得到的目的基因的碱基序列可能有多种。
1．下列获得目的基因的方法中需要模板链的是( )
①化学合成法 ②鸟枪法 ③反转录法 ④PCR扩增目的基因
A．①② B．②③ C．③④ D．①③
答案 C
解析 化学合成法是利用DNA自动合成仪合成已知核苷酸序列的较小的基因。鸟枪法是用很多个限制性内切酶去切割DNA获得目的基因，和化学合成法一样不需要模板。反转录法利用mRNA作为模板反转录出一条单链DNA，然后以这条单链的DNA为模板合成出双链的DNA，也是目的基因。PCR技术也需要模板。
2．下列属于PCR技术的条件的是( )
①单链的脱氧核糖核苷酸序列引物 ②目的基因所在的DNA片段 ③脱氧核糖核苷酸 ④核糖核苷酸 ⑤DNA连接酶 ⑥DNA聚合酶 ⑦限制性内切酶
A．①②③⑤ B．①②③⑥
C．①②③⑤⑦ D．①②④⑤⑦
答案 B
解析 PCR技术需要一对引物，即一对单链的脱氧核糖核苷酸序列引物，①正确；PCR技术需要模板，即目的基因所在的DNA片段，②正确；需要脱氧核糖核苷酸作为原料，③正确；核糖核苷酸是合成RNA的原料，而PCR合成的是DNA，④错误；采用PCR合成DNA时，不需要DNA连接酶，而需要DNA聚合酶，⑤错误、⑥正确；体外合成DNA时，不需要限制性内切酶，⑦错误。
知识拓展 PCR技术的基本原理和过程
(1)原理：DNA双链复制。
(2)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。
(3)过程
第一步：加热至94～98 ℃，DNA解链为单链；
第二步：冷却至40～60 ℃，引物结合到互补DNA链；
第三步：加热至72 ℃左右，热稳定DNA聚合酶(TaqDNA酶)从引物起始进行互补链的合成。
如此重复循环多次。
(4)结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。
二、基因表达载体的构建
1．实验：大肠杆菌质粒DNA的提取
(1)实验原理
释放
(2)方法步骤
①在超净工作台上(或在酒精灯旁)，取1 mL含质粒的大肠杆菌菌液，接种于100 mL LB培养基中，于37 ℃摇床振荡培养8～10 h，如无摇床可每0.5 h用手摇晃一次。
②取1.4 mL菌液于1.5 mL EP管中，以10 000 rpm离心0.5 min，弃上清液。
③加0.1 mL预冷的溶液Ⅰ，充分混合。
④加入0.2 mL溶液Ⅱ轻轻翻转混匀，静置5 min(溶液Ⅱ要现配现用)。
⑤再加入0.15 mL预冷溶液Ⅲ，轻轻翻转混匀，静置5 min。
⑥以10 000 rpm离心20 min，取上清液于另一新EP管中。
⑦加入等体积预冷的异丙醇或乙醇，混匀后静置于冰箱的冷冻室20～30 min。
⑧10 000 rpm离心15 min，弃上清液。待沉淀稍干后，溶于50 μL蒸馏水中。
⑨取两支试管，分别加入1 mL蒸馏水，其中的一支加入提取的质粒DNA溶液，向两支试管中各加入1 mL二苯胺，混匀后，放入沸水中加热5 min。
⑩待试管冷却后，观察两支试管中溶液颜色的变化发现，加入提取的质粒DNA的溶液变蓝，另一个不变色。
2．基因表达载体的构建
(1)构建基因表达载体的原因
①单个基因或DNA片段导入另一生物体的细胞后，往往会被细胞内的防御系统消灭掉，降低了目的基因的表达效率。
②将目的基因和运载体一起进入受体细胞，可以保护目的基因不被受体细胞识别并破坏。
(2)构建过程
①用限制性内切酶切割质粒，使环状质粒出现一个切口，露出DNA末端。
②用同样的限制性内切酶切割目的基因，暴露出两个与质粒相同的DNA末端。
③用DNA连接酶使质粒和目的基因结合成新的环状质粒DNA分子表达载体。
结合下图重组质粒的构建过程分析：
1．图中①和②分别用到哪种酶？
答案 ①用限制性内切酶，②用DNA连接酶。
2．同一种限制性内切酶切割后的质粒和目的基因片段混合后，是不是一定是质粒和目的基因结合？
答案 不一定。也可能发生质粒的自我环化或者目的基因的自我环化。
3．重组质粒上除了具有目的基因外，为了方便监测和筛选，还应具备哪种基因？
答案 遗传报告基因。
3．下列关于图中P、Q、R、S、G的描述，正确的是( )
A．P代表的是质粒RNA，S代表的是外源DNA
B．Q表示限制性内切酶的作用，R表示RNA聚合酶的作用
C．G是RNA与DNA形成的重组质粒
D．G是转基因形成的重组质粒DNA
答案 D
解析 质粒是很小的环状DNA分子，因此P是质粒DNA，S是外源DNA，G是质粒和外源DNA通过DNA连接酶连接而成的重组质粒；质粒和外源DNA需要经过同一种限制性内切酶切割出相同的黏性末端。
4．如图为基因表达载体的模式图，若结构X是表达载体所必需的，则X最可能是( )
A．氨苄青霉素抗性基因 B．启动子
C．限制酶 D．DNA连接酶
答案 B
解析 启动子是该表达载体所必需的，功能是启动插入基因的转录过程。氨苄青霉素抗性基因可以作为报告基因，但不是必须用它作报告基因。限制酶和DNA连接酶都不是表达载体所需要的。
知识拓展 基因表达载体的构成
目的基因的获得
基因表达载体的构建
1．在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是( )
A．辐射诱变法 B．从cDNA中获取
C．反转录法 D．人工合成法
答案 A
2．如图为用于基因工程的一个质粒示意图。用EcoRⅠ限制性内切酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a—无抗生素的培养基，b—含四环素的培养基，c—含氨苄青霉素的培养基，d—含四环素和氨苄青霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是( )
A．a B．a和c
C．a和b D．b和c
答案 B
3．不属于目的基因与运载体结合过程的是( )
A．用一定的限制性内切酶切割质粒，露出黏性末端
B．用同种限制性内切酶切割目的基因，露出黏性末端
C．将切下的目的基因插入质粒的切口处
D．将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增
答案 D
4．下列哪项不是表达载体所必需的组成( )
A．目的基因 B．启动子
C．终止子 D．抗青霉素基因
答案 D
5．下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。
请据图回答：
(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在________________的催化下，合成互补的单链DNA，然后在__________________作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的____________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的________________序列，再通过化学方法合成所需基因。
(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有__________、__________、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。
(3)由A和运载体B拼接形成的C通常称为______________________。
答案 (1)反转录酶 DNA聚合酶 氨基酸 脱氧核糖核苷酸 (2)引物 模板(A基因) (3)基因表达载体
解析 (1)利用反转录法合成目的基因的过程是：以mRNA为模板，在反转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DNA中脱氧核糖核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。
课时作业
[基础过关]
1．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，主要原因是( )
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
答案 B
2．从浩瀚的“基因海洋”中获得特定目的基因的方法有( )
①从供体细胞的基因组中直接分离基因 ②从受体细胞的基因组中直接分离基因 ③化学合成法 ④复制
A．①② B．①③ C．③④ D．②④
答案 B
解析 基因工程获取目的基因的方法有两种：一是化学合成法；二是从基因组中直接分离法。
3．下列有关PCR技术的说法，不正确的是( )
A．PCR技术的原理是DNA双链复制
B．PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA
C．PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术
D．利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
答案 B
解析 PCR扩增中不使用解旋酶，是利用高温破坏氢键解开双链DNA的，B错误。
4．下列对基因表达载体构建的叙述，不正确的是( )
A．需要限制性内切酶和DNA连接酶等特殊工具
B．基因表达载体中有的含有启动子和密码子
C．标记基因不一定是抗生素抗性基因
D．基因表达载体的构建是基因工程的核心
答案 B
解析 基因表达载体是目的基因与运载体的结合，在此过程中需用同一种限制性内切酶切割目的基因与载体，用DNA连接酶将相同的末端连接起来，A正确；基因表达载体含有启动子、终止子、标记基因和目的基因，密码子位于mRNA上，B错误；抗生素抗性基因可作为标记基因，但标记基因不都是抗生素抗性基因，C正确；基因表达载体的构建是基因工程的核心，在细胞外进行，使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代并表达和发挥作用，D正确。
5．由于质粒与目的基因具有相同的黏性末端，结合过程中不可能出现下列哪种情况( )
A．可能形成环状的外源DNA
B．可能形成环状的载体DNA
C．可能出现重组DNA
D．只出现重组DNA
答案 D
6．在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是( )
①一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子
②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA
③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止
④所有基因表达载体的构建是完全相同的
A．②③ B．①④
C．①② D．③④
答案 B
解析 一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及报告基因等。由于目的基因的不同，所以构建的基因表达载体也是不同的。其中，启动子是与RNA聚合酶结合的位点，控制着转录的开始；而终止子控制着转录的结束。
[能力提升]
7．有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．限制性内切酶只在获取目的基因时才用
B．重组质粒的形成是在细胞内完成的
C．质粒都可以作为运载体
D．蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索
答案 D
8．小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是( )
①设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列
②用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列
③PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶
④一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞
A．①④ B．②③
C．②④ D．④
答案 C
解析 要考虑表达载体相关序列，从而保证目的基因能与表达载体相连接及正常表达；只要设计出目的基因的引物，接下来即可自动进行；需要特殊的耐高温的DNA聚合酶，从细胞内提取的DNA聚合酶不耐高温；选择特定合适的受体细胞，从而保证目的基因能表达出所需产物。C正确。
9．如图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、Apa Ⅰ为四种限制性内切酶。下列说法错误的是( )
A．图示过程是基因工程的核心步骤
B．表达载体构建时需要用到限制性内切酶SmaⅠ
C．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
D．除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构
答案 B
解析 图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制性内切酶PstⅠ、EcoRⅠ。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。
10．“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，需在PCR反应中加入两种引物(注：引物的作用是与模板链形成双链后在DNA聚合酶的作用下就可以继续链的延伸)，两种引物及其与模板链的结合位置如下图甲所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子，如下图乙所示，其中第⑤种DNA分子有几个( )
A．8 B．6 C．4 D．2
答案 A
解析 由图分析可知：X基因第一次复制得到两个两种DNA分子：①和②；X基因第二次复制得到四个四种DNA分子：①复制得①和③、②复制得②和④；X基因第三次复制得到八个五种DNA分子：①复制得①和③、③复制得③和⑤、②复制得②和④、④复制得④和⑤；X基因第四次复制得到16个五种DNA分子：①复制得①和③、两个③复制得两个③和两个⑤、两个④复制得两个④和两个⑤、两个⑤得到4个⑤。从上面的推测可知，第四轮循环产物中有8个⑤。
11．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性内切酶切割DNA分子后会产生__________末端。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
…G AATTC…
…CTTAA G…
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是_____________________________________。
(3)反转录作用的模板是____________，产物是____________。若要在体外获得大量反转录产物，可采用____________________________________。
(4)基因工程中除质粒外，______________和______________也可作为运载体。
答案 (1)黏性 (2)切割产生的DNA片段黏性末端与EcoRⅠ切割产生的相同 (3)mRNA(或RNA) DNA DNA扩增仪(PCR仪)直接扩增目的基因 (4)噬菌体 动植物病毒
解析 (1)DNA分子经限制性内切酶切割会产生黏性末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制性内切酶切割后形成的黏性末端必须与EcoRⅠ切割形成的黏性末端相同。(4)反转录的模板是mRNA，产物是DNA。大量扩增反转录产物可使用DNA扩增仪(PCR仪)直接扩增目的基因。(5)在基因工程中使用的运载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。
12．HIV属于反转录病毒，是艾滋病的病原体。用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的________，以其作为模板，在______________的作用下合成________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。
答案 RNA 反转录酶 cDNA(或DNA)
解析 HIV是RNA病毒，其核酸是单链RNA，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，运载体一般用的是质粒，为双链DNA，故先用反转录酶催化HIV的RNA反转录为DNA分子，再进行基因工程操作。
13．很久以前，科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因(抗虫基因)转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。
(1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以____________。将目的基因与运载体结合时必须用____________酶和DNA连接酶。在基因工程中，最常用的运载体是____________，而作为运载体必须具备相应的条件，例如，应具有____________以便进行筛选。
(2)由转基因玉米细胞经过____________形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的______________再包裹合适的__________等。
答案 (1)化学合成 同种限制性内切 质粒 报告基因 (2)脱分化(或去分化) 胚状体 人造种皮
[真题体验]
14．(2015·重庆，6)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是( )
A．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得
B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点
C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来
D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用
答案 C
解析 人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过反转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。
课件38张PPT。第1课时 目的基因的获得、基因表达载体的构建第4章 第2节 基因工程的操作程序目标导读
1.阅读教材P72～74图文，掌握获取目的基因的两种方法。
2.结合教材P77图4－11，理解基因表达载体的构建过程。
重难点击
1.目的基因的含义及常用获取方法。
2.基因表达载体的构建。
3.大肠杆菌质粒DNA的提取。课堂导入抑制疾病传播的转基因蚊子
巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特殊基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而减少了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！一、目的基因的获得二、基因表达载体的构建内容索引当堂检测一、目的基因的获得1.目的基因：是指人们 的基因，如抗虫基因、抗病基因等。
2.获取目的基因的方法
(1)化学合成法
①概念：利用 直接合成基因。
②适用条件：已知 的、相对分子质量 的目的基因。
③仪器： 。
④缺点：成本昂贵，不适用于序列未知的目的基因。所需要的进行研究化学反应基础梳理核苷酸序列较小DNA自动合成仪(2)从基因组中直接分离法——鸟枪法(如图所示)限制性内切酶同样的限制性内切酶连接酶质粒转化细菌克隆(3)PCR扩增：在掌握了目的基因的部分或全部信息后，可以设计 ，利用 直接扩增目的基因。
(4)反转录法
以 为模板，借助 酶，通过PCR仪合成与mRNA序列互补的 片段，然后在 酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因。引物DNA扩增仪(PCR仪)mRNA反转录DNADNA聚合问题探究如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。据图分析：答案 三种方法分别是：反转录法、直接分离法和化学合成法，都是在体外进行的。1.图示分别是哪种方法？是在体内还是体外进行的？答案3.三种方法获取的目的基因的碱基对的排列顺序都相同吗？答案答案 不都相同。方法b得到的是天然基因，方法a得到的目的基因和天然基因相比不含内含子，方法c得到的目的基因的碱基序列可能有多种。2.三种方法都需要酶，分别是哪些酶？答案 方法a需要反转录酶和DNA聚合酶；方法b需要限制性内切酶；方法c需要DNA聚合酶。拓展应用1.下列获得目的基因的方法中需要模板链的是
①化学合成法 ②鸟枪法 ③反转录法 ④PCR扩增目的基因
A.①② B.②③ C.③④ D.①③解析 化学合成法是利用DNA自动合成仪合成已知核苷酸序列的较小的基因。鸟枪法是用很多个限制性内切酶去切割DNA获得目的基因，和化学合成法一样不需要模板。反转录法利用mRNA作为模板反转录出一条单链DNA，然后以这条单链的DNA为模板合成出双链的DNA，也是目的基因。PCR技术也需要模板。答案解析2.下列属于PCR技术的条件的是
①单链的脱氧核糖核苷酸序列引物 ②目的基因所在的DNA片段 ③脱氧核糖核苷酸 ④核糖核苷酸 ⑤DNA连接酶 ⑥DNA聚合酶 ⑦限制性内切酶
A.①②③⑤ B.①②③⑥
C.①②③⑤⑦ D.①②④⑤⑦答案解析解析 PCR技术需要一对引物，即一对单链的脱氧核糖核苷酸序列引物，①正确；
PCR技术需要模板，即目的基因所在的DNA片段，②正确；
需要脱氧核糖核苷酸作为原料，③正确；
核糖核苷酸是合成RNA的原料，而PCR合成的是DNA，④错误；
采用PCR合成DNA时，不需要DNA连接酶，而需要DNA聚合酶，⑤错误、⑥正确；
体外合成DNA时，不需要限制性内切酶，⑦错误。PCR技术的基本原理和过程
(1)原理：DNA双链复制。
(2)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。
(3)过程
第一步：加热至94～98 ℃，DNA解链为单链；
第二步：冷却至40～60 ℃，引物结合到互补DNA链；
第三步：加热至72 ℃左右，热稳定DNA聚合酶(TaqDNA酶)从引物起始进行互补链的合成。
如此重复循环多次。(4)结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。二、基因表达载体的构建1.实验：大肠杆菌质粒DNA的提取
(1)实验原理基础梳理菌体释放上清液：___________
沉淀：___________染色体DNA质粒DNA(2)方法步骤
①在超净工作台上(或在酒精灯旁)，取1 mL含质粒的大肠杆菌菌液，_____
于100 mL LB培养基中，于37 ℃摇床振荡培养8～10 h，如无摇床可每0.5 h用手摇晃一次。
②取1.4 mL菌液于1.5 mL EP管中，以10 000 rpm离心0.5 min，弃 。
③加0.1 mL ，充分混合。
④加入0.2 mL 轻轻翻转混匀，静置5 min(溶液Ⅱ要现配现用)。
⑤再加入0.15 mL ，轻轻翻转混匀，静置5 min。接种上清液预冷的溶液Ⅰ溶液Ⅱ预冷溶液Ⅲ⑥以10 000 rpm离心20 min，取 于另一新EP管中。
⑦加入等体积 的异丙醇或乙醇，混匀后静置于冰箱的冷冻室20～30 min。
⑧10 000 rpm离心15 min，弃上清液。待沉淀稍干后，溶于50 μL蒸馏水中。
⑨取两支试管，分别加入1 mL蒸馏水，其中的一支加入提取的质粒DNA溶液，向两支试管中各加入1 mL ，混匀后，放入沸水中加热5 min。
⑩待试管冷却后，观察两支试管中溶液颜色的变化发现，加入提取的质粒DNA的溶液变 ，另一个不变色。上清液预冷二苯胺蓝2.基因表达载体的构建
(1)构建基因表达载体的原因
①单个基因或DNA片段导入另一生物体的细胞后，往往会被细胞内的
消灭掉，降低了目的基因的表达效率。
②将目的基因和 一起进入受体细胞，可以保护目的基因不被受体细胞识别并破坏。防御系统运载体(2)构建过程
① 酶切割质粒，使环状质粒出现一个切口，露出_____
。
②用同样的 酶切割目的基因，暴露出两个与质粒相同的
。
③用 酶使质粒和目的基因结合成新的 分子表达载体。用限制性内切DNA末端限制性内切DNA末端DNA连接环状质粒DNA2.同一种限制性内切酶切割后的质粒和目的基因片段混合后，是不是一定是质粒和目的基因结合？问题探究结合右图重组质粒的构建过程分析：1.图中①和②分别用到哪种酶？答案 ①用限制性内切酶，②用DNA连接酶。答案 不一定。也可能发生质粒的自我环化或者目的基因的自我环化。答案3.重组质粒上除了具有目的基因外，为了方便监测和筛选，还应具备哪种基因？答案 遗传报告基因。答案3.下列关于图中P、Q、R、S、G的描述，正确的是
A.P代表的是质粒RNA，S代表的是外源DNA
B.Q表示限制性内切酶的作用，R表示RNA聚合酶的作用
C.G是RNA与DNA形成的重组质粒
D.G是转基因形成的重组质粒DNA拓展应用答案解析解析 质粒是很小的环状DNA分子，因此P是质粒DNA，S是外源DNA，G是质粒和外源DNA通过DNA连接酶连接而成的重组质粒；质粒和外源DNA需要经过同一种限制性内切酶切割出相同的黏性末端。4.如图为基因表达载体的模式图，若结构X是表达载体所必需的，则X最可能是
A.氨苄青霉素抗性基因 B.启动子
C.限制酶 D.DNA连接酶答案解析解析 启动子是该表达载体所必需的，功能是启动
插入基因的转录过程。氨苄青霉素抗性基因可以作为报告基因，但不是必须用它作报告基因。限制酶和DNA连接酶都不是表达载体所需要的。基因表达载体的构成目的基因的获得 法______
PCR仪扩增__________
_________基因表达载体的构建启动子
目的基因
终止子
报告基因目的基因从基因组中
直接分离法化学合成鸟枪法反转录法当堂检测1.在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是
A.辐射诱变法 B.从cDNA中获取
C.反转录法 D.人工合成法23451答案√2.如图为用于基因工程的一个质粒示意图。用EcoRⅠ限制性内切酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a—无抗生素的培养基，b—含四环素的培养基，c—含氨苄青霉素的培养基，d—含四环素和氨苄青霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是答案23415A.a B.a和c
C.a和b D.b和c√234153.不属于目的基因与运载体结合过程的是
A.用一定的限制性内切酶切割质粒，露出黏性末端
B.用同种限制性内切酶切割目的基因，露出黏性末端
C.将切下的目的基因插入质粒的切口处
D.将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增√答案4.下列哪项不是表达载体所必需的组成
A.目的基因 B.启动子
C.终止子 D.抗青霉素基因2341答案5√5.下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。23415请据图回答：
(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在__________的催化下，合成互补的单链DNA，然后在___________作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的________________序列，再通过化学方法合成所需基因。反转录酶答案解析DNA聚合酶氨基酸脱氧核糖核苷酸解析 利用反转录法合成目的基因的过程是：以mRNA为模板，在反转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DNA中脱氧核糖核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。23415(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有______、____________、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。解析 PCR过程中需要酶、底物、模板、引物等条件。答案解析引物模板(A基因)23415(3)由A和运载体B拼接形成的C通常称为_______________。解析 目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。答案解析23415基因表达载体第2课时 目的基因的导入和检测
[目标导读] 1.结合教材P77～81图文，阐明目的基因的导入的四种方法。2.分析教材P81～83内容，掌握目的基因的检测与表达产物的测定。
[重难点击] 1.目的基因的导入方法。2.目的基因的检测与表达产物测定的原理方法。
方式一 通过前面的学习，我们了解了基因工程中目的基因的获取和基因表达载体的构建。
在目的基因与载体连接成重组DNA分子以后，下面的重要工作主要是将其导入受体细胞进行扩增和筛选，获得大量的重组DNA分子，这就是外源基因的无性繁殖，即克隆(cloning)。
方式二 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，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作。以上步骤完成后，在全部的受体细胞中，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检测。检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，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青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。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。
一、目的基因的导入
1．花粉管通道法(如图)
(1)概念：是指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的花粉管通道进入受体细胞，借助天然的种胚系统形成含有目的基因的种胚。常用的两种方法有柱头滴加法和花粉粒携带法。
(2)实验：利用花粉管通道法将目的基因导入棉花的实验操作程序
①原理：授粉后使外源DNA能沿着花粉管通道渗入，经过珠心通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵细胞、合子或早期胚胎细胞。
②操作过程
a．提取含有目的基因的总DNA或者质粒DNA，配成质量分数为0.01%的溶液。
b．用棉线捆住将要在第二天开花的花朵，不让花朵自动开放。
c．第二天清晨给花朵进行人工授粉，授粉后套袋，作好标记。
d．0.5～1 h后用一定浓度的DNA溶液涂抹柱头。
e．收获种子，种植，进行抗虫性检测。
(3)特点
①优点：简单经济、快捷实用，且不受植物基因型的限制，理论上适用于任何开花植物。
②缺点：工作效率较低，且后代的遗传情况较复杂。
2．氯化钙法
(1)适用条件：运载体是质粒，受体细胞是大肠杆菌。
(2)作用原理：氯化钙使大肠杆菌细胞成为感受态细胞，细胞膜的通透性发生变化，允许含有目的基因的运载体分子进入。
(3)过程
(4)结果：短时间内获得大量的目的基因及目的基因的表达产物。
3．农杆菌介导的遗传转化法
(1)农杆菌：是一种土壤细菌，侵染植物细胞后，会使植物组织形成肿瘤，受感染的细胞可产生正常细胞不能产生的生物碱，是农杆菌生长所必需的碳源和氮源。
(2)原理：农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞，插入植物基因组，引起植物细胞的变化。
(3)过程：目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达。
(4)应用：在植物转基因技术中占据主导地位，特别是在双子叶植物上尤为普遍。
(5)优点：转化频率高、成本低、操作简单，而且转基因后代的遗传组成比较容易分析。
4．基因枪法
将连接到载体上的目的基因的DNA溶液与金粉或钨粉共同保温，使DNA吸附于金属颗粒表面，然后，在一个真空的小室中，利用高压放电将带有基因的金属颗粒轰击进入受体，实现转基因的目的。
小贴士 当受体细胞是动物细胞时，经常采用显微注射技术：目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵(→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的转基因动物。
下图是农杆菌转化法的示意图，请分析：
1．在用土壤农杆菌介导的遗传转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上？
答案 农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞，并且能插入到植物的基因组中。
2．将基因表达载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞才更有利于导入？
答案 基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用氯化钙处理农杆菌细胞，使其处于感受态，更有利于重组质粒的导入。
3．植物基因工程常用的受体细胞可以是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵，为什么？
答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程形成完整植物体，因此受体细胞可以是体细胞；动物体细胞的全能性受到严格限制，因此，动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。
1．下列有关目的基因导入的叙述中，不正确的是( )
A．我国科学家培育抗虫棉时目的基因的导入使用的是花粉管通道法
B．基因枪法和花粉管通道法的共同特征是都可以导入单纯的目的基因
C．当运载体是质粒，大肠杆菌是受体细胞时可以利用氯化钙法导入目的基因
D．农杆菌能够将目的基因导入受体细胞的结构是T-DNA
答案 B
解析 基因枪法是将连接到载体上的目的基因的DNA溶液吸附于金属颗粒表面后，送入受体细胞中的，不是单纯的目的基因。
2．将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采用的方法是( )
A．显微注射技术 农杆菌介导的遗传转化法
B．基因枪法 花粉管通道法
C．农杆菌介导的遗传转化法 显微注射技术
D．基因枪法 显微注射技术
答案 D
解析 玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，常用的方法是基因枪法；对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射技术。
二、目的基因的检测与表达产物的测定
1．形态检测
(1)检测目的基因的表型性状：直接根据目标性状的有无判断目的基因是否表达。
(2)检测报告基因的表型性状：在构建表达载体时，把一个报告基因(抗生素抗性基因或荧光标记基因)与目的基因连在一起，通过检测报告基因的表达情况，来间接检测目的基因的表达。
2．分子检测
(1)检测目的基因是否整合到受体生物基因组中
①PCR检测：根据目的基因的序列设计引物，常用PCR技术对基因进行扩增，如果能扩增出目的基因片段，说明目的基因已整合到受体细胞中。
②分子杂交检测：把目的基因片段进行放射性同位素标记或进行生物素荧光标记，用标记好的基因段作探针，与受体生物的基因组DNA进行杂交，如果有杂交斑点，说明目的基因已经被导入受体细胞。
(2)检测目的基因是否转录和翻译：提取目的基因的mRNA，检测目的基因的转录情况，分离目的基因编码的蛋白质，检测目的基因的表达情况。
下图是用基因探针检测目的基因的示意图，据图分析：
1．图中的基因探针的本质是什么？
答案 用放射性同位素或生物素荧光标记好的目的基因的单链片段。
2．DNA分子杂交的原理是什么？除了用于目的基因的检测与鉴定以外，试举例说明还有哪些应用？
答案 碱基互补配对原则。还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。
3．可不可以用这种探针检测目的基因是否转录？如何检测？
答案 可以。从转基因生物中提取的是mRNA，用标记的目的基因作探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。
4．检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么？
答案 用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。
3．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，只有通过检测和鉴定才能知道。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mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案 C
解析 目的基因的检测包括：检测转基因生物的染色体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，还可用PCR检测。检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是DNA—mRNA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。
4．下表有关基因表达的选项中，不可能的是( )
选项
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
答案 D
解析 兔成熟红细胞中无细胞核和核糖体，所以兔血红蛋白基因在兔成熟红细胞中不能表达产生兔血红蛋白。
目的基因的导入
目的基因的检测与表达
1．我国科技工作者利用基因工程方法成功培育出抗虫棉，下列导入目的基因的做法，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，与细菌质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④花粉管未愈合前，剪去柱头，滴加编码毒素蛋白的DNA序列，使其借助花粉管通道进入受体细胞
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案 C
解析 基因工程一般要经历四个步骤：首先获得目的基因，即获得编码毒素蛋白的DNA序列，再将其与运载体(质粒)结合，形成重组质粒。然后，把它导入受体细胞(棉的体细胞或受精卵)，随着受体细胞繁殖而复制，最终表达出所需要的性状。
2．下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中，不正确的是( )
A．常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细胞，遗传物质相对较少
B．受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态
C．感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D．感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可，没必要用缓冲液
答案 D
解析 将基因表达载体导入微生物细胞时，需在一定条件(如适宜的温度、pH等)下，将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养，在培养过程中，可能会影响pH的变化，因此要加入缓冲液，以保持适宜的pH。
3．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的表达的是( )
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DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
答案 D
解析 基因表达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达。A、C项只能说明完成了目的基因的导入，B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。
4．检测转基因生物是否转录出mRNA，应通过何种分子杂交方法实现( )
A．DNA—DNA杂交
B．DNA—RNA杂交
C．RNA—蛋白质杂交
D．抗原—抗体杂交
答案 B
解析 A、B、D三项分别是在复制、转录和翻译水平上检测基因工程是否成功，C项所述分子杂交方法是不存在的。
5．萤火虫能发光是因为萤火虫体内通过荧光素酶催化的系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也能使植物体发光，一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内生产荧光素酶。请你根据已知的知识回答下列有关问题：
(1)获取目的基因通常有两种途径，分别为________________________。
(2)在该过程中需要多种酶的参与，其中包括____________________________________等。
(3)下列可作为受体细胞的生物有( )
A．土壤农杆菌 B．结核杆菌
C．噬菌体 D．病毒
(4)在此转基因工程中，是由质粒承担运载体的。在将体外重组的DNA插入大肠杆菌体内之前通常要用__________处理大肠杆菌，目的是________________________________。
(5)由于荧光素酶的特殊作用，人们一直设想将其基因作为实验工具，将它和某一基因连接在一起导入植物体内，如与固氮基因连接在一起导入植物体内，判断固氮基因是否导入的方法是______________________________。
(6)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是______________________________和______________________________。
答案 (1)化学合成法和从基因组中直接分离法 (2)限制性内切酶、DNA连接酶 (3)A (4)氯化钙 增大细胞膜的通透性，使重组质粒能够导入到受体细胞内 (5)检测植物是否发光 (6)目的明确 培育周期短 可以克服远缘杂交不亲和的障碍(只要合理，两点即可)
课时作业
[基础过关]
1．基因工程的正确操作步骤是( )
①构建基因表达载体 ②将目的基因导入受体细胞 ③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 ④提取目的基因
A．③②④① B．②③①③
C．④①②③ D．③④①②
答案 C
解析 基因工程的基本操作步骤为：目的基因的获得→基因表达载体的构建→目的基因的导入→目的基因的检测与表达产物的测定。
2．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法将a转到马铃薯植株中，经检测，在成熟块茎细胞的间隙中发现了Amy。这一过程涉及( )
A．目的基因来自细菌，可以不需要运载体，由细菌侵染受体细胞而导入
B．基因a导入成功后，将抑制细胞原有代谢，开辟新的代谢途径
C．RNA以自身为模板自我复制
D．DNA以其一条链为模板合成mRNA
答案 D
解析 成熟块茎细胞间隙中发现Amy，说明目的基因在受体细胞内已成功表达，所以涉及转录过程(即D过程)；RNA的自我复制仅限于在一部分RNA病毒中发生；目的基因导入受体细胞都必须通过运载体；目的基因导入受体细胞后在原有细胞代谢的基础上开辟新的代谢途径，不抑制细胞原有的代谢。
3．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是：甲生物的蛋白质―→mRNA目的基因与质粒DNA重组导入乙细胞获得甲生物的蛋白质
下列说法正确的是( )
A．①过程需要的酶是反转录酶，原料是A、U、G、C
B．②要用限制性内切酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起
C．如果受体细胞是动物细胞，③过程可用农杆菌介导的遗传转化法
D．④过程中用的原料不含有A、U、G、C
答案 B
4．美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达，长成的植物通体光亮，堪称奇迹。下列有关发光烟草培育的叙述正确的是( )
A．在培育过程中需用同一种限制性内切酶分别切割荧光素基因和质粒
B．将目的基因直接导入烟草细胞常用的方法是显微注射法
C．受体细胞只能用烟草的受精卵，因为受精卵的全能性最高
D．导入目的基因的烟草细胞不需进行植物组织培养就能发育成一个完整的植株
答案 A
解析 在转基因植物的培育过程中，不能将目的基因直接导入到受体细胞中，必须先让目的基因与运载体结合，此时要用同种限制性内切酶切割，以露出相同的黏性末端，便于二者连接。以植物细胞作受体细胞时，可以用体细胞，也可以用受精卵，导入的方法一般为农杆菌介导的遗传转化法，而显微注射法用于动物细胞。导入目的基因的受体细胞需经植物组织培养才能发育成一个新个体。
5．运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有( )
A．抗虫基因 B．抗虫基因产物
C．新的细胞核 D．相应性状
答案 D
解析 培育抗虫棉，为检测是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有相应的抗虫性状。
6．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．通过观察害虫吃棉花叶是否死亡
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
答案 A
解析 通过观察害虫吃棉花叶是否死亡属于形态检测。
[能力提升]
7．目的基因只有导入相应的受体细胞中，才能改变受体的遗传性状。下列有关导入的叙述正确的是( )
A．花粉管通道法只能在开花传粉前用含有目的基因的溶液处理花粉粒，然后进行授粉
B．一定浓度的氯化钙溶液处理大肠杆菌后使细胞膜的糖蛋白减少，通透性发生改变
C．农杆菌侵入植物细胞后，T-DNA上的基因表达促进被侵入的植物细胞形成肿瘤
D．基因枪法中的金粉就是目的基因的运载体，进入受体细胞后依然能够帮助目的基因进行表达
答案 C
解析 花粉管通道法有花粉粒携带法和柱头滴加法；氯化钙改变了膜上的电荷分布，使通透性改变；T-DNA上有生长素基因和细胞分裂素基因，可使植物细胞形成肿瘤；金粉通过吸附连接到载体上的目的基因的DNA实现转基因的目的。
8．利用细菌大量生产人的胰岛素，下列叙述错误的是( )
A．用适当的酶对运载体与人的胰岛素基因进行切割与黏合
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．通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌
D．重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人的胰岛素
答案 C
解析 人胰岛素基因进行切割需要限制性内切酶，将人胰岛素基因与运载体结合需要DNA连接酶，A正确；用Ca2＋处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌，B正确；通常通过检测标记基因来检测重组DNA是否已导入受体细菌，C错误；重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人的胰岛素，D正确。
9．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X可能代表( )
A．不能合成胰岛素的细菌细胞
B．能合成抗体的人类细胞
C．能合成胰岛素的细菌细胞
D．不能合成抗生素的人类细胞
答案 C
解析 此题中目的基因是人胰岛素基因，受体细胞是细菌，通过运载体将目的基因导入受体细胞后，带有胰岛素基因的细菌在分裂繁殖过程中就可能合成胰岛素。
10．科学家利用生物技术将人的生长激素基因导入小鼠受精卵的细胞核中，经培育获得一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中，在医学研究及相关疾病治疗方面都具有重要意义。下列有关叙述错误的是( )
A．选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为这种细胞具有全能性
B．采用DNA分子杂交技术可检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达
C．人的生长激素基因能在小鼠细胞内表达，说明遗传密码在不同种生物中可以通用
D．将转基因小鼠体细胞进行核移植(克隆)，可以获得多个具有外源基因的后代
答案 B
解析 受精卵的全能性最高；采用DNA分子杂交技术可检测受体细胞是否含有目的基因；人的生长激素基因能在小鼠细胞内表达，说明生物共用一套遗传密码；通过克隆产生的细胞是相同的。
11．棉铃虫是一种危害棉花的害虫。我国科学工作者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，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法，科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达，棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。花粉管通道法是指：利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒蛋白基因送入胚囊，进而导入不具备细胞壁的合子或早期胚胎细胞，借助天然的种胚系统，形成含有目的基因的种胚。
(1)下列所示的黏性末端是由________种限制性内切酶作用产生的。
(2)利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因操作的基本步骤中的第三步，即______________________。为减少获得目的基因的盲目性，在获得真核生物的目的基因时，应尽量采用________________________________________的方法。
(3)该目的基因在导入受体细胞前需要与运载体结合，目前经常使用的运载体有________________、__________________________和________________________。
(4)检测该目的基因是否表达的方法是____________________________________________。
答案 (1)4 (2)目的基因的导入 化学合成目的基因
(3)质粒 噬菌体 动植物病毒
(4)让害虫吃棉花，观察害虫的生存状态
解析 用同一种限制性内切酶切出的黏性末端是相同的，图中四个黏性末端各不相同，故由4种限制性内切酶切割而成；获得目的基因的方法有化学合成法和从基因组中直接分离法，前者目的性强；运载体最常用的是质粒，另外也可以用噬菌体和动植物病毒等，目的基因是否表达可以在分子水平或个体水平上检测。
12．下面是口蹄疫疫苗生产过程示意图，请据图回答下列问题：
(1)首先从口蹄疫病毒中提取部分合成病毒蛋白的RNA，而不是用口蹄疫病毒的全部RNA，原因是合成病毒蛋白的RNA控制合成的病毒蛋白质，具有________特性，又不会使动物致病。以合成病毒蛋白的RNA产生病毒蛋白的DNA，需用到的工具酶是__________。
(2)构建基因表达载体所需要的工具酶是________________________________。基因表达载体除目的基因外，还应包括________________________________。
(3)导入大肠杆菌前需先将大肠杆菌处理为__________________细胞。
(4)为检测目的基因是否导入受体细胞，常常要借助运载体上__________________的表达，更准确的方法是利用放射性同位素标记的__________________作探针与基因组DNA杂交。
答案 (1)抗原 反转录酶 (2)限制性内切酶和DNA连接酶 启动子、终止子、报告基因 (3)感受态
(4)报告基因 病毒蛋白基因(目的基因)
解析 (1)病毒由核酸和蛋白质组成，其蛋白质外壳具有免疫特性，故口蹄疫疫苗生产过程只需提取口蹄疫病毒中控制合成病毒蛋白的RNA部分。以RNA为模板合成DNA的过程属于反转录，需要反转录酶。(2)基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、报告基因。构建基因表达载体一般用一定的限制性内切酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口，再用同种限制性内切酶切割目的基因，产生相同的黏性末端。将切下的目的基因片段，插入质粒的切口处，在DNA连接酶的作用下使质粒与目的基因结合形成重组质粒。(3)将目的基因导入微生物细胞前，常用Ca2＋处理使其成为感受态细胞。(4)报告基因的表达可检测目的基因是否导入受体细胞。
13．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因导入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本操作过程如图所示，请据图回答下列问题：
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这种可遗传变异属于____________________。
(2)从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用__________法获得目的基因。本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是______________________。
(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用____________进行切割。假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该运载体连接的LTP1基因分子末端是____________。
—G —T
A.—CTTAA B.—AATCC
—CTTTA —AAATC
C.—G D.—T
(4)切割完成后，采用______________酶将运载体与LTP1基因连接，连接后得到的DNA分子称为________________。
(5)此操作中可以分别用含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是________________________________________。
(6)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可用什么方法检测LTP1基因在啤酒酵母菌中是否表达？__________________________________________。
答案 (1)基因重组 (2)化学合成 质粒 (3)限制性内切酶 A (4)DNA连接 重组DNA(重组质粒) (5)能在含有青霉素的培养基上存活，但不能在含有四环素的培养基上存活 (6)检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白
解析 基因工程从变异角度分析应属于基因重组，获取目的基因可采用从基因组中直接分离或化学合成等方法，常用的运载体是质粒。
[真题体验]
14．(2015·全国Ⅰ，40节选)HIV属于反转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：
(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的________，以其作为模板，在______________的作用下合成________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。
(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是__________，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是________________________________。
答案 (1)RNA 反转录酶 cDNA(或DNA) (2)抗体 抗原抗体特异性结合
解析 (1)HIV是RNA病毒，其核酸是单链RNA，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，运载体一般用的是质粒，为双链DNA，故先用反转录酶催化HIV的RNA反转录为DNA分子再进行基因工程操作。(2)本题涉及到了免疫学方面知识，抗原进入机体后可以产生特异性免疫反应，产生相应的抗体，抗体与抗原特异性结合。
课件38张PPT。第2课时 目的基因的导入和检测第4章 第2节 基因工程的操作程序目标导读
1.结合教材P77～81图文，阐明目的基因的导入的四种方法。
2.分析教材P81～83内容，掌握目的基因的检测与表达产物的测定。
重难点击
1.目的基因的导入方法。
2.目的基因的检测与表达产物测定的原理方法。课堂导入方式一 通过前面的学习，我们了解了基因工程中目的基因的获取和基因表达载体的构建。
在目的基因与载体连接成重组DNA分子以后，下面的重要工作主要是将其导入受体细胞进行扩增和筛选，获得大量的重组DNA分子，这就是外源基因的无性繁殖，即克隆(cloning)。方式二 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，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作。以上步骤完成后，在全部的受体细胞中，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检测。检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，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青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。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。一、目的基因的导入二、目的基因的检测与表达产物的测定内容索引当堂检测一、目的基因的导入1.花粉管通道法(如图)基础梳理(1)概念：是指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的 进入受体细胞，借助天然的 形成含有目的基因的种胚。常用的两种方法有 滴加法和 携带法。
(2)实验：利用花粉管通道法将目的基因导入棉花的实验操作程序
①原理：授粉后使 能沿着花粉管通道渗入，经过珠心通道进入胚囊，转化尚不具备正常 的卵细胞、合子或早期胚胎细胞。
②操作过程
a.提取含有 的总DNA或者 DNA，配成质量分数为______
的溶液。花粉管通道种胚系统柱头花粉粒外源DNA细胞壁目的基因质粒0.01%b.用棉线捆住将要在第二天开花的花朵，不让花朵自动开放。
c.第二天清晨给花朵进行 ，授粉后 ，作好标记。
d.0.5～1 h后用一定浓度的DNA溶液 。
e.收获种子，种植，进行 检测。
(3)特点
①优点：简单经济、快捷实用，且不受植物 的限制，理论上适用于任何 植物。
②缺点：工作效率较低，且后代的遗传情况较复杂。人工授粉套袋涂抹柱头抗虫性基因型开花2.氯化钙法
(1)适用条件：运载体是 ，受体细胞是 。
(2)作用原理：氯化钙使大肠杆菌细胞成为 细胞，细胞膜的
发生变化，允许含有目的基因的 分子进入。质粒大肠杆菌感受态通透性运载体(3)过程重组质粒氯化钙培养液重组质粒(4)结果：短时间内获得大量的目的基因及目的基因的 。
3.农杆菌介导的遗传转化法
(1)农杆菌：是一种土壤 ，侵染植物细胞后，会使植物组织形成 ，受感染的细胞可产生正常细胞不能产生的 ，是农杆菌生长所必需的 。
(2)原理：农杆菌的 质粒上的 可以转移到受体细胞，插入植物
，引起植物细胞的变化。
(3)过程：目的基因插入到Ti质粒的 上 农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达。表达产物细菌肿瘤生物碱碳源和氮源TiT--DNA基因组T--DNA(4)应用：在植物转基因技术中占据主导地位，特别是在 植物上尤为普遍。
(5)优点：转化 、 、操作简单，而且转基因后代的遗传组成比较容易分析。
4.基因枪法
将连接到载体上的 的DNA溶液与 共同保温，使DNA吸附于金属颗粒表面，然后，在一个真空的小室中，利用高压放电将带有基因的金属颗粒轰击进入受体，实现转基因的目的。双子叶频率高成本低目的基因金粉或钨粉当受体细胞是动物细胞时，经常采用显微注射技术：目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的转基因动物。小贴士 问题探究右图是农杆菌转化法的示意图，请分析：答案 农杆菌中的Ti质粒上的T--DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞，并且能插入到植物的基因组中。1.在用土壤农杆菌介导的遗传转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么要将目的基因插入到Ti质粒的T--DNA上？答案3.植物基因工程常用的受体细胞可以是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵，为什么？答案答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程形成完整植物体，因此受体细胞可以是体细胞；动物体细胞的全能性受到严格限制，因此，动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。2.将基因表达载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞才更有利于导入？答案 基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用氯化钙处理农杆菌细胞，使其处于感受态，更有利于重组质粒的导入。拓展应用1.下列有关目的基因导入的叙述中，不正确的是
A.我国科学家培育抗虫棉时目的基因的导入使用的是花粉管通道法
B.基因枪法和花粉管通道法的共同特征是都可以导入单纯的目的基因
C.当运载体是质粒，大肠杆菌是受体细胞时可以利用氯化钙法导入目的
基因
D.农杆菌能够将目的基因导入受体细胞的结构是T--DNA解析 基因枪法是将连接到载体上的目的基因的DNA溶液吸附于金属颗粒表面后，送入受体细胞中的，不是单纯的目的基因。答案解析2.将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采用的方法是
A.显微注射技术 农杆菌介导的遗传转化法
B.基因枪法 花粉管通道法
C.农杆菌介导的遗传转化法 显微注射技术
D.基因枪法 显微注射技术答案解析解析 玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，常用的方法是基因枪法；对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射技术。二、目的基因的检测与表达产物的测定1.形态检测
(1)检测目的基因的表型性状：直接根据 的有无判断目的基因是否表达。
(2)检测报告基因的表型性状：在构建表达载体时，把一个报告基因
( 基因或 基因)与目的基因连在一起，通过检测报告基因的表达情况，来间接检测目的基因的表达。目标性状基础梳理抗生素抗性荧光标记2.分子检测
(1)检测目的基因是否整合到受体生物基因组中
①PCR检测：根据目的基因的序列设计 ，常用PCR技术对基因进行扩增，如果能扩增出目的基因片段，说明目的基因已 到受体细胞中。
②分子杂交检测：把目的基因片段进行 标记或进行______
标记，用标记好的基因段作 ，与受体生物的 进行杂交，如果有 ，说明目的基因已经被导入受体细胞。
(2)检测目的基因是否转录和翻译：提取目的基因的 ，检测目的基因的转录情况，分离目的基因 ，检测目的基因的表达情况。引物整合放射性同位素生物素荧光探针基因组DNA杂交斑点mRNA编码的蛋白质问题探究下图是用基因探针检测目的基因的示意图，据图分析：2.DNA分子杂交的原理是什么？除了用于目的基因的检测与鉴定以外，试举例说明还有哪些应用？1.图中的基因探针的本质是什么？答案 用放射性同位素或生物素荧光标记好的目的基因的单链片段。答案 碱基互补配对原则。还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。答案3.可不可以用这种探针检测目的基因是否转录？如何检测？答案 可以。从转基因生物中提取的是mRNA，用标记的目的基因作探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。答案 用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。4.检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么？答案拓展应用3.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，只有通过检测和鉴定才能知道。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mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②④答案解析解析 目的基因的检测包括：检测转基因生物的染色体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，还可用PCR检测。检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是DNA—mRNA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。解析 兔成熟红细胞中无细胞核和核糖体，所以兔血红蛋白基因在兔成熟红细胞中不能表达产生兔血红蛋白。4.下表有关基因表达的选项中，不可能的是答案解析目的基因的导入植物 法
介导的遗传转化法
法动物显微注射技术
细胞核移植法微生物： 法目的基因的检测与表达形态检测分子检测 检测
分子杂交检测花粉管通道农杆菌基因枪氯化钙PCR当堂检测1.我国科技工作者利用基因工程方法成功培育出抗虫棉，下列导入目的基因的做法，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，与细菌质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④花粉管未愈合前，剪去柱头，滴加编码毒素蛋白的DNA序列，使其借助花粉管通道进入受体细胞
A.①② B.②③
C.③④ D.①④23451答案解析√解析 基因工程一般要经历四个步骤：首先获得目的基因，即获得编码毒素蛋白的DNA序列，再将其与运载体(质粒)结合，形成重组质粒。然后，把它导入受体细胞(棉的体细胞或受精卵)，随着受体细胞繁殖而复制，最终表达出所需要的性状。234512.下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中，不正确的是
A.常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细
胞，遗传物质相对较少
B.受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感
受态
C.感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D.感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH
即可，没必要用缓冲液答案23415解析√解析 将基因表达载体导入微生物细胞时，需在一定条件(如适宜的温度、pH等)下，将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养，在培养过程中，可能会影响pH的变化，因此要加入缓冲液，以保持适宜的pH。23415234153.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的表达的是
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DNA序列
D.酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白√答案解析解析 基因表达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达。A、C项只能说明完成了目的基因的导入，B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。4.检测转基因生物是否转录出mRNA，应通过何种分子杂交方法实现
A.DNA—DNA杂交
B.DNA—RNA杂交
C.RNA—蛋白质杂交
D.抗原—抗体杂交2341答案5解析 A、B、D三项分别是在复制、转录和翻译水平上检测基因工程是否成功，C项所述分子杂交方法是不存在的。解析√5.萤火虫能发光是因为萤火虫体内通过荧光素酶催化的系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也能使植物体发光，一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内生产荧光素酶。请你根据已知的知识回答下列有关问题：
(1)获取目的基因通常有两种途径，分别为____________________________
_______。23415化学合成法和从基因组中直接答案分离法(2)在该过程中需要多种酶的参与，其中包括________________________等。
(3)下列可作为受体细胞的生物有
A.土壤农杆菌 B.结核杆菌
C.噬菌体 D.病毒
(4)在此转基因工程中，是由质粒承担运载体的。在将体外重组的DNA插入大肠杆菌体内之前通常要用__________处理大肠杆菌，目的是____________________________________________________。答案限制性内切酶、DNA连接酶氯化钙23415增大细胞膜的通透性，使重组质粒能够导入到受体细胞内√(5)由于荧光素酶的特殊作用，人们一直设想将其基因作为实验工具，将它和某一基因连接在一起导入植物体内，如与固氮基因连接在一起导入植物体内，判断固氮基因是否导入的方法是__________________。
(6)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是_________和__________________________________________________
_________。答案检测植物是否发光目的明确23415培育周期短 可以克服远缘杂交不亲和的障碍(只要合理，两点即可)第3节 基因工程的应用及产业化前景
[目标导读] 1.阅读教材P83～86内容，了解动植物基因工程成果。2.分析教材P86～91图文，简述基因治疗和基因芯片。
[重难点击] 1.动植物基因工程成果。2.基因治疗和基因芯片。
方式一 基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，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、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！
方式二 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4～5 g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%～50%。可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。
基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。
一、动植物基因工程成果
1．植物基因工程成果
(1)突破了传统杂交育种的局限性
①传统杂交育种的不足：育种周期长，易丢失优良基因。
②转基因植物的实例
a．抗病植物：如抗病毒的烟草和马铃薯是导入了抗病毒基因。
b．抗虫植物：抗虫玉米和抗虫棉花是把苏云金杆菌体内的一种编码毒素蛋白的基因导入玉米和棉花，减少了喷洒农药造成的污染。
c．优质植物：把编码赖氨酸的基因转入小麦基因组，培育出了富含赖氨酸的小麦。
③转基因技术的优点：克服了远源种及种间杂交不育或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物染色体上，从而培育出优良的品种，同时还缩短了育种周期。
(2)开辟了生产疫苗的新途径：科学家培育出一种可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜，通过生吃或榨汁食用就可以达到接种疫苗的效果。
2．动物基因工程成果
(1)改良畜禽经济性状的新思路
①快速生长动物：通过转基因技术，使受体动物合成某些必需的氨基酸，或改变动物的生长调节系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用率。如把人的生长激素基因导入猪的受精卵得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率显著提高。
②抗病动物：将抗病基因导入动物体内，提高动物的抗病能力。
(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径
①乳腺生物反应器的优势
a．乳腺是外分泌器官，乳汁不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。
b．从乳汁中获取的基因产物，不但产量高，易提纯，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。
②动物生物反应器生产的药物
α1－抗胰蛋白酶、凝血因子、生长激素等。
知识提炼 基因工程育种和传统杂交育种的比较
项目
杂交育种
基因工程育种
原理
基因重组
异源DNA(基因)重组
处理
方法
杂交→自交→筛选。先通过两个具有不同优良性状的纯种杂交得到F1，然后再将F1自交，人工筛选获取所需品种
提取→重组→导入→筛选→表达。即目的基因的获得→基因表达载体的构建→目的基因的导入→目的基因的检测与表达产物的测定
优点
操作简便
可以按照人的意愿改造生物，克服远缘杂交不亲和的障碍，目的性强，科技含量高
缺点
育种时间长
技术复杂、操作繁琐
应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：
1．在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶有哪些？②过程常用的方法是什么？
答案 限制性内切酶、DNA连接酶；显微注射技术。
2．该转基因牛的所有细胞中都有人的生长激素基因吗？为什么？
答案 都有。因为该转基因牛的所有细胞都来自受精卵的有丝分裂。
3．要使转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，应如何设计？
答案 在人生长激素基因的上游连接上专一在乳腺细胞中表达的蛋白质基因的启动子。
4．抗虫棉的培育过程中，受体细胞一定也是受精卵吗？
答案 不一定。也可以是体细胞。
5．抗虫棉培育成功后，其效果会不会持久不变？
答案 不会，棉铃虫也会对其产生抗性。
1．继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，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。请回答下列问题：
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是____________________。
(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入__________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。
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)分子杂交检测 (4)膀胱上皮
解析 在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，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。
二、基因治疗和基因芯片
1．基因治疗
(1)基本原理：将健康和正常的基因通过某种载体导入人体细胞中有缺损或有变异基因的部位，并使目的基因在机体内有效表达，达到防治疾病的目的。
(2)操作程序：目的基因的选择和制备→运载体的选择→靶细胞的选择→目的基因进入靶细胞的方式→外源基因表达的检测。
(3)治疗对象：血友病、严重贫血、关节炎、心血管病、癌症、甚至艾滋病等疑难顽症。
(4)存在的问题
①目的基因的安全性问题
a．应确认目的基因进入人体后不会产生有害的遗传变异。
b．目的基因的表达应有一定的可控性。
②运载体问题
运载体
优点
不足
脂质体
导入效率低，无靶向性
病毒
逆转录病毒
安全；针对增殖的细胞
导入效率非常低
腺病毒
导入效率高；可以对生殖细胞进行导入，便于治疗遗传病与代谢病
引起严重的免疫反应
③致病多基因问题：对多基因遗传病难以收到较好的疗效。
2．基因芯片
(1)制作过程
将多个DNA片段粘在玻璃上，将每一个DNA片段的序列信息和所粘贴的位置贮存到计算机里。
(2)工作原理：分子杂交技术。
待测DNA样品→荧光标记→与基因芯片进行分子杂交→信号输入计算机统计分析→检测出待测样品的DNA序列。
(3)优点：一次可以检测大量的基因。
(4)基因芯片的用途
①监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子。
②研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。
复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者由于腺苷脱氨酶基因出现缺陷，造成体内缺乏腺苷脱氨酶；而腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，患者不能抵抗病原微生物的威胁。下图是用基因治疗的方法治疗该病的过程图，请分析下列问题：
1．治疗该病可不可以将正常人的免疫细胞直接输入患者体内？
答案 不行。会发生排斥反应，输入的细胞无法存活。
2．研究人员将腺苷脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？
答案 淋巴细胞。腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生免疫物质。
3．经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？
答案 存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。
4．怎样鉴定该患者是否治疗成功？
答案 鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。
知识拓展 体外基因治疗和体内基因治疗的比较
途径
比较
体外基因治疗
体内基因治疗
不同点
方法
从患者体内获得某种细胞→细胞培养→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内
外源基因→载体携带体内相应组织细胞
特点
操作复杂，但效果可靠
方法较简单，但效果难以控制
相同点
都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段
2．基因治疗是指( )
A．用DNA探针修复缺陷基因
B．用DNA探针检测疾病
C．将正常基因导入有基因缺陷的细胞中
D．将外源基因导入受体细胞
答案 C
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病人的靶细胞，以纠正基因的缺陷，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。
3．下列关于基因芯片的应用的叙述，错误的是( )
A．对药物进行基因芯片检测
B．只能对细胞分化的基因表达情况进行分析
C．通过对正常和疾病状态下基因表达情况的研究可以寻找和发现新基因
D．研究生物体在进化、发育和遗传过程中的规律
答案 B
解析 基因芯片可以用于监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子，还可以用来研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。
1．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
答案 C
解析 要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术才能实现。
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
答案 B
解析 抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫，抗病毒基因和植物体其他基因一样存在基因突变的可能。
3．科学家已能运用基因工程技术，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连接酶把目的基因与运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资料 ④受精卵是理想的受体
A．①②③④ B．①③④
C．②③④ D．①②④
答案 B
4．治疗复合型免疫缺陷症、白化病、囊性纤维化病等人类遗传病的根本途径是( )
A．口服化学药物
B．注射化学药物
C．利用辐射或药物诱发致病基因突变
D．采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响
答案 D
解析 治疗遗传病的根本途径是基因治疗。
5．如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题：
(1)_________图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于________________造成的。
(2)写出以下结构或物质的名称：
A．________________________；D.________________。
(3)写出以下过程的操作内容：
①________________________________________________________________________；
②用携带正常基因的运载体(病毒)侵染造血干细胞；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________。
(4)该方法属于__________(填“体内”或“体外”)基因治疗，其特点是_________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)乙 基因突变 (2)合成血红蛋白的正常基因(目的基因) 造血干细胞 (3)将正常基因导入到运载体中 将基因表达载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上 将经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中产生正常的血细胞 (4)体外 操作复杂但效果较为可靠
解析 (1)由于基因突变使红细胞在形态上呈镰刀状而易破碎，如图乙。(2)在基因治疗过程中，A为目的基因，可以与运载体结合后导入受体细胞中，D作为受体细胞，应为具有持续分裂能力的造血干细胞。(3)基因治疗过程应有四个步骤；其中③为将基因表达载体导入受体细胞D的染色体上，④为将具有正常功能的造血干细胞转移至体内，由此可知，此过程为体外基因治疗。
课时作业
[基础过关]
1．若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环境保护上的重要意义是( )
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
答案 C
解析 农业生产中大量使用氮肥容易造成水体富营养化，引起淡水“水华”、海洋“赤潮”现象，造成环境污染。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，可减少氮肥施用量，避免水体富营养化，保护环境。
2．运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt毒蛋白基因转移到优质油菜里，培育出抗虫的转基因油菜品种。根据以上信息，下列叙述正确的是( )
A．Bt毒蛋白基因的化学成分是蛋白质
B．Bt毒蛋白基因中会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毒蛋白基因
D．转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
答案 C
解析 转基因油菜抗虫性状的出现，是通过转基因技术导入的外源Bt毒蛋白基因在油菜体内表达的缘故。Bt毒蛋白基因为双链的DNA片段，来自原核生物，其中不含有菜青虫的遗传物质。Bt毒蛋白基因表达产生的蛋白质是高分子有机化合物。
3．动物乳腺反应器是指( )
A．利用微生物发酵原理生产乳汁代用品的发酵罐
B．通过细胞培养技术培养动物乳腺细胞获得其细胞产物的培养设备
C．乳汁中含有表达产物的转基因哺乳动物
D．安装在哺乳动物乳腺中的监测仪器，用于研究乳汁中某些物质的生成途径
答案 C
4．基因治疗是把健康的外源基因导入( )
A．患者的所有细胞中
B．患者的某些功能细胞中
C．患者的DNA分子中
D．以上均不正确
答案 B
解析 基因治疗是向目标细胞(患者的某些功能细胞)中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗目的。而不是把健康的外源基因导入所有的细胞或DNA分子中。
5．上海医学遗传研究所成功培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
答案 B
解析 转基因生物是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。转基因动物是指基因中增加了外源基因的动物，如题目中的转基因牛携带有外源的白蛋白基因。
6．由南开大学研发的“乙肝病毒基因诊断芯片”是具有450个点的基因芯片，记录着429种肝炎病毒基因类型，每个点分别对应一段病毒基因序列，可以检测出患者的病毒类型和变异情况。下列有关基因芯片的叙述错误的是( )
A．该芯片含有429段基因序列
B．原理是DNA分子杂交技术
C．DNA探针是待测样品
D．一次可以检测大量的基因
答案 A
[能力提升]
7．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是( )
A．运载工具是质粒
B．受体细胞是番茄细胞
C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因
D．目的基因的表达延缓了细胞的软化
答案 C
解析 抗软化番茄的培育是以质粒作为运载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶基因)与质粒结合形成重组DNA，利用含重组DNA的土壤农杆菌去感染普通番茄，目的基因进入普通番茄细胞中的染色体DNA上，从而使多聚半乳糖醛酸酶基因不能表达。
8．科学家运用基因工程技术，将人凝血因子基因导入山羊的DNA中，培育出羊乳腺生物反应器，使羊乳汁中含有人凝血因子。以下有关叙述，正确的是( )
A．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵中
B．在该转基因羊中，人凝血因子存在于乳腺细胞，而不存在于其他细胞
C．人凝血因子基因开始转录后，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
D．科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异性表达
答案 A
解析 将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法，因此可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵，A正确；在该转基因羊中，人凝血因子存在于所有细胞中，但只在乳腺细胞中表达，B错误；人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA，C错误；科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异表达，D错误。
9．1996年10月，在上海奉新动物实验场成功培育出5只整合了人凝血因子Ⅸ基因的转基因羊(3只公羊A1、A2、A3,2只母羊B1、B2)，其中母羊B1于次年产下小羊羔进入了泌乳期。下列各项，哪些可能含有人活性凝血因子Ⅸ蛋白( )
①母羊B1的乳汁中 ②喂养转基因羊乳汁的其他小羊细胞中 ③公羊A1的体细胞中 ④母羊B1产下的小羊羔身体中
A．①③ B．②④
C．①③④ D．①②③④
答案 C
解析 培育出的5头转基因羊都能产生人凝血因子，但喂养了转基因羊乳汁的小羊细胞内没有人凝血因子，因为凝血因子属于蛋白质，在羊的消化道内被分解成了氨基酸，故排除②项。
10．腺苷脱氨酶(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：取出患者的淋巴细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些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，不正确的是( )
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．淋巴细胞需在体外扩增后再注射入患者体内
D．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病
答案 A
解析 基因治疗是将正常的基因导入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；为获得大量含ADA正常基因的淋巴细胞，需在体外扩增后再注入患者体内；腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病。
11．利用基因工程生产蛋白质类药物，经历了三个发展阶段。第一阶段：将人的基因转入细菌细胞；第二阶段：将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段：将人的基因转入高等动物体，饲养这些动物，从乳汁、尿液等中提取药物。请回答下列问题：
(1)将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制__________________________________(以遗传信息图示表示)过程。
(2)为了获得更多的目的基因，可以用______________技术使目的基因在生物体外大量扩增。
(3)由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率__________，所以在转化后通常需要进行__________操作。
(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可以直接饮用治病。如果将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛、羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的______________(填性别)动物都可以产生药物。
答案 (1)DNA→RNA→蛋白质(性状) (2)PCR(聚合酶链式反应) (3)低 筛选 (4)雌、雄性
解析 基因工程成功的标志是合成相应的蛋白质，表达出相应的性状；在实验室中可以通过PCR技术对目的基因进行扩增；目前条件下，基因工程的成功率还是比较低的，所以要进行逐步地筛选；在选择基因表达生物时，要注意方便与可行性。
12．1990年科学家们对一位缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病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作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷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的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。据材料回答下列问题：
(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，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成______________。
(4)如图中甲所示的方法是从______________的DNA中直接分离出基因，图乙所示的方法是用____________的方法人工合成基因。
答案 (1)外源基因 基因缺陷(或变异基因) (2)运载体(或基因的运输工具) 腺苷脱氨酶基因 白细胞
(3)腺苷脱氨酶 (4)供体细胞 反转录
解析 第(4)小题中图甲表示用限制性内切酶将供体细胞的DNA切成许多片段，然后将片段通过运载体转入到不同的受体细胞，从中找到目的基因。图乙表示用目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，再合成双链DNA，从而获得目的基因。
13．阅读材料，回答有关问题。
材料 可能成为世界首例实现商品化的转基因动物
诞生于武汉的能快速生长的转基因鲤鱼，可能成为世界上第一种走出实验室，实现商品化的转基因动物。
转基因鲤鱼有两种。一种是带有草鱼生长激素基因的转基因鲤鱼F1，和普通鲤鱼不同的是，它的背部高高隆起，肌肉十分发达。另一种是具有草鱼生长激素基因的转基因三倍体鲤鱼“吉鲤”，它长得酷似鲤鱼，除了有两套鲤鱼染色体外，还多了一套鲫鱼的染色体。
基因改造在它们身上显示出巨大威力。据测算，饲养转基因鲤鱼F1和吉鲤，经济效益比普通鲤鱼可分别提高12.6%和52.11%。
不过专家们也指出：尽管转基因产品带来的农业利益十分诱人，但不能不考虑其潜在的危险性，如果把抗药性基因、产生毒素的基因、致癌基因也导入到与人类有关的生物中，或实验室中培养的实验微生物中，如果它们逃逸出去，将是一场灾难。即使不是这样，某些基因拼接出来的生物，其性状也很难推测，它们的出现对地球生态系统是何种影响，也难以预料。因此，必须慎重对待。
最引人注目的是，吉鲤都是不能生育的。也就是说，不用担心它在推广过程中与其他动物杂交引起生态危害。在中试基地，专家对转基因鱼进行了严密的食品消费安全性试验。
转基因鱼有望走上大众餐桌。
(1)文中的“转基因鲤鱼”是指遗传物质中转入了______________________基因的鲤鱼。该基因最可能与鲤鱼的__________结合在一起，成为鲤鱼________的一部分。
(2)转基因鲤鱼F1可能是指__________。
A．用含有草鱼生长激素基因的饲料喂养的鲤鱼
B．转基因鲤鱼与普通鲤鱼的杂交第一代
C．转基因鲤鱼与草鱼的杂交第一代
D．转基因鲤鱼与鲫鱼的杂交第一代
(3)从报道中可知，转基因鲤鱼F1，它的背部高高隆起，肌肉十分发达，这种变异属于生物三种可遗传变异类型中的______________。“吉鲤”属于生物三种可遗传变异类型中的________________。“吉鲤”体内的草鱼生长激素是在细胞的______________(细胞器)上合成的。
(4)培养不育的吉鲤，目的是为了避免______________________________________。
答案 (1)草鱼生长激素 DNA 基因组 (2)B
(3)基因重组 染色体变异 核糖体 (4)生态危害
解析 从材料中可知，转基因鲤鱼带有草鱼的生长激素基因，转基因鲤鱼F1有两种获得方式，一种是转基因鲤鱼间杂交，另一种是转基因鲤鱼与普通鲤鱼杂交，在给出的选项中只能选B。“吉鲤”是具有草鱼生长激素基因的转基因三倍体鲤鱼，它除了有两套鲤鱼染色体外，还多了一套鲫鱼的染色体，所以是三倍体，属于染色体变异。生长激素是蛋白质，所以是在核糖体上合成的。
[真题体验]
14．(2015·江苏，32)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β－半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：
(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是____________。
(2)图1中启动子是____________酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是__________________________________________________。
(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有____________________________。
(4)β－半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于____________________________________________。
(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且β－半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为____________________。
(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是__________，理由是___________________________________________________。
答案 (1)终止子 (2)RNA聚合 作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来 (3)限制性内切酶和DNA连接酶 (4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解 (5)β－半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸 (6)至少2个 两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基
解析 基因表达载体包含启动子、终止子、目的基因和标记基因等。启动子是RNA聚合酶的识别和结合位点。氨苄青霉素抗性基因可作为标记基因。基因工程使用的工具酶包括限制酶和DNA连接酶。胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏起来，将无法被蛋白酶所识别，防止被水解。溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，若经溴化氰处理相应融合蛋白能获得完整的A链和B链，表明胰岛素A链、B链上并无溴化氰作用位点，不能将其切断；同理，β－半乳糖苷酶能被切成“多个肽段”，表明其具有多个切点(即“甲硫氨酸”)。胰岛素分子含有两条链，至少有2个游离氨基分别位于2条肽链的一端，并且R基团中可能也含有游离的氨基。
课件39张PPT。第3节 基因工程的应用及产业化前景第4章 基因工程目标导读
1.阅读教材P83～86内容，了解动植物基因工程成果。
2.分析教材P86～91图文，简述基因治疗和基因芯片。
重难点击
1.动植物基因工程成果。
2.基因治疗和基因芯片。课堂导入方式一 基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的几十年间，得到了飞速的发展，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、能源和医疗卫生等方面，也展示出美好的前景。我们今天就一起来分享一下它的成果吧！方式二 胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100 kg胰腺只能提取4～5 g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%～50%。可以看出利用转基因微生物生产药物与传统的制药相比的优越性：无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品、降低生产成本，减少生产人员和管理人员，而且可以解决传统制药中原料来源不足的问题。
基因工程取得了哪些丰硕成果，还有哪些进展，让我们一起来学习吧。一、动植物基因工程成果二、基因治疗和基因芯片内容索引当堂检测一、动植物基因工程成果1.植物基因工程成果
(1)突破了传统杂交育种的局限性
①传统杂交育种的不足：育种周期 ，易丢失 。
②转基因植物的实例
a.抗病植物：如抗病毒的烟草和马铃薯是导入了 基因。
b.抗虫植物：抗虫玉米和抗虫棉花是把 体内的一种编码____
的基因导入玉米和棉花，减少了喷洒农药造成的污染。长优良基因基础梳理抗病毒苏云金杆菌毒素蛋白c.优质植物：把编码赖氨酸的基因转入小麦 ，培育出了富含赖氨酸的小麦。
③转基因技术的优点：克服了 或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物 上，从而培育出优良的品种，同时还缩短了 。
(2)开辟了生产疫苗的新途径：科学家培育出一种可以生产 的转基因胡萝卜，通过 就可以达到接种疫苗的效果。基因组远源种及种间杂交不育染色体育种周期乙肝疫苗生吃或榨汁食用2.动物基因工程成果
(1)改良畜禽经济性状的新思路
①快速生长动物：通过转基因技术，使受体动物合成某些必需的 ，或改变动物的 系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用率。如把人的 基因导入猪的 得到的转基因猪生长速度和饲料利用效率显著提高。
②抗病动物：将抗病基因导入动物体内，提高动物的抗病能力。氨基酸生长调节生长激素受精卵(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径
①乳腺生物反应器的优势
a.乳腺是 器官，乳汁不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。
b.从乳汁中获取的基因产物，不但 ，而且表达的蛋白质经过充分的修饰加工，具有 的生物活性。
②动物生物反应器生产的药物
α1－抗胰蛋白酶、凝血因子、 激素等。外分泌产量高，易提纯稳定生长知识提炼 基因工程育种和传统杂交育种的比较问题探究应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：答案 限制性内切酶、DNA连接酶；显微注射技术。1.在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶有哪些？②过程常用的方法是什么？答案3.要使转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，应如何设计？答案答案 在人生长激素基因的上游连接上专一在乳腺细胞中表达的蛋白质基因的启动子。2.该转基因牛的所有细胞中都有人的生长激素基因吗？为什么？答案 都有。因为该转基因牛的所有细胞都来自受精卵的有丝分裂。5.抗虫棉培育成功后，其效果会不会持久不变？答案答案 不会，棉铃虫也会对其产生抗性。4.抗虫棉的培育过程中，受体细胞一定也是受精卵吗？答案 不一定。也可以是体细胞。拓展应用1.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，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。请回答下列问题：
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是____________。解析 在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，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。答案解析显微注射法(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入____________________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。答案受精卵(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分子杂交检测膀胱上皮二、基因治疗和基因芯片1.基因治疗
(1)基本原理：将 的基因通过某种载体导入人体细胞中有
的部位，并使目的基因在机体内 ，达到防治疾病的目的。
(2)操作程序： 的选择和制备→ 的选择→靶细胞的选择→目的基因进入 的方式→外源基因表达的 。
(3)治疗对象： 、严重贫血、关节炎、心血管病、癌症、甚至艾滋病等疑难顽症。健康和正常基础梳理缺损或有变异基因有效表达目的基因运载体靶细胞检测血友病(4)存在的问题
①目的基因的安全性问题
a.应确认目的基因进入人体后不会产生有害的 。
b.目的基因的表达应有一定的 。遗传变异可控性③致病多基因问题：对多基因遗传病难以收到较好的疗效。②运载体问题靶向性安全免疫反应2.基因芯片
(1)制作过程
将多个DNA片段粘在玻璃上，将每一个DNA片段的 和所粘贴的位置贮存到计算机里。
(2)工作原理：分子杂交技术。
待测DNA样品→ 标记→与基因芯片进行 →信号输入计算机统计分析→检测出待测样品的 序列。序列信息荧光分子杂交DNA(3)优点：一次可以检测大量的基因。
(4)基因芯片的用途
①监测 的变化、分析基因 、寻找新的基因和新的药物分子。
②研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。基因表达序列问题探究复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病，患者由于腺苷脱氨酶基因出现缺陷，造成体内缺乏腺苷脱氨酶；而腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能作用所必需的，因此，患者不能抵抗病原微生物的威胁。下图是用基因治疗的方法治疗该病的过程图，请分析下列问题：1.治疗该病可不可以将正常人的免疫细胞直接输入患者体内？答案 不行。会发生排斥反应，输入的细胞无法存活。答案 淋巴细胞。腺苷脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞中具有这种酶才能产生免疫物质。2.研究人员将腺苷脱氨酶基因转入患者的什么细胞？为什么不能转入其他的体细胞？答案答案 存在。基因治疗只是导入正常基因，并没有去除缺陷基因。3.经基因治疗的患者体内是否还存在缺陷基因？答案 鉴定患者产生抗体的能力是否明显改善，免疫能力是否明显提高。4.怎样鉴定该患者是否治疗成功？知识拓展 体外基因治疗和体内基因治疗的比较解析 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病人的靶细胞，以纠正基因的缺陷，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。拓展应用2.基因治疗是指
A.用DNA探针修复缺陷基因
B.用DNA探针检测疾病
C.将正常基因导入有基因缺陷的细胞中
D.将外源基因导入受体细胞答案解析解析 基因芯片可以用于监测基因表达的变化、分析基因序列、寻找新的基因和新的药物分子，还可以用来研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律。3.下列关于基因芯片的应用的叙述，错误的是
A.对药物进行基因芯片检测
B.只能对细胞分化的基因表达情况进行分析
C.通过对正常和疾病状态下基因表达情况的研究可以寻找和发现新基因
D.研究生物体在进化、发育和遗传过程中的规律答案解析基因工程的应用植物基
因工程突破了传统杂交的局限常见转基因植物： 的烟草和马铃薯，
玉米、棉花，富含 的小麦抗病毒抗虫优点(1)克服了_____________________
____________的障碍
(2)缩短了_________开辟了生产疫苗的新途径赖氨酸 远源种及种间杂交不育
或不能杂交育种周期基因工程的应用动物基
因工程(1)加快畜禽的生长速度
(2)动物生物反应器： ，生产的药物如α1--抗胰蛋白酶、
、__________乳腺人凝血因子基因治疗原理： (基因工程)
治疗对象：血友病等多种 遗传病
存在问题：目的基因的 问题， 问题和_____
问题生长激素基因重组单基因或多基因安全性运载体致病多基因原理：______________
主要过程：荧光标记的 与基因芯片上已
知的DNA片段_____
优点：一次可以检测大量的基因
用途：监测基因表达的变化，寻找致病基因等DNA分子杂交基因
芯片DNA探针基因工程的应用杂交当堂检测1.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23451解析 要让动物蛋白在植物体内表达，必须将控制动物蛋白合成的相关基因导入植物细胞中并让其表达，因此需要通过基因工程技术才能实现。答案解析√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，不会变异答案23415解析 抗病毒转基因植物只能抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫，抗病毒基因和植物体其他基因一样存在基因突变的可能。解析√234153.科学家已能运用基因工程技术，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连接酶把目的基因与运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资料 ④受精卵是理想的受体
A.①②③④ B.①③④
C.②③④ D.①②④√答案4.治疗复合型免疫缺陷症、白化病、囊性纤维化病等人类遗传病的根本途径是
A.口服化学药物
B.注射化学药物
C.利用辐射或药物诱发致病基因突变
D.采用基因治疗法纠正或弥补缺陷基因带来的影响2341答案5解析 治疗遗传病的根本途径是基因治疗。解析√5.如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题：23415(1)___图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于__________造成的。解析 由于基因突变使红细胞在形态上呈镰刀状而易破碎，如图乙。乙答案解析基因突变(2)写出以下结构或物质的名称：
A.________________________________；D._____________。解析 在基因治疗过程中，A为目的基因，可以与运载体结合后导入受体细胞中，D作为受体细胞，应为具有持续分裂能力的造血干细胞。答案解析合成血红蛋白的正常基因(目的基因)造血干细胞23415(3)写出以下过程的操作内容：
①__________________________；
②用携带正常基因的运载体(病毒)侵染造血干细胞；
③_____________________________________________________；
④________________________________________________________。解析 基因治疗过程应有四个步骤；其中③为将基因表达载体导入受体细胞D的染色体上，④为将具有正常功能的造血干细胞转移至体内，由此可知，此过程为体外基因治疗。答案解析将正常基因导入到运载体中将基因表达载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上23415将经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中产生正常的血细胞第4节 蛋白质工程的崛起
[目标导读] 1.阅读教材P91～92内容，了解蛋白质工程的诞生。2.分析教材P92内容，阐述蛋白质工程的研究与应用。
[重难点击] 1.蛋白质工程的诞生。2.蛋白质工程的研究与应用。
方式一 人类可以创造出自然界不存在的蛋白质吗？答案是肯定的。例如：科学家已生产出一种以前必须从南极鱼类身体中提取的抗冻蛋白质。这一技术可用于储存大量新鲜的动植物和人类的组织细胞，防止形成冰晶，破坏脆弱的细胞膜和细胞的内部结构。你想了解这方面的知识吗？请跟着我一起学习：蛋白质工程的崛起。
方式二 基因工程的诞生，为克服远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望，并取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了自然界现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能符合特定物种生存的需要，却不一定能完全满足人类生产和生活的需要。
于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
一、蛋白质工程的诞生
1．概念：蛋白质工程是根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的相互关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
2．方法
(1)多肽合成法：利用多肽合成仪，直接合成一种全新的蛋白质。
(2)基因改造法：利用基因工程手段对负责编码某种蛋白质的基因进行改造设计，合成出更符合人们要求的蛋白质。
天然的干扰素很难在体外保存，如果能把其中的一个半胱氨酸替换成丝氨酸，在体外－70 ℃下可以保存半年，据此分析：
1．对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
答案 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：
(1)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。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
2．为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性？
答案 蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
3．蛋白质工程是否需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具？
答案 需要。蛋白质工程要改造DNA、构建基因表达载体，即按照基因工程的操作，最后获得所需要的目的蛋白质，因此该过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具。
1．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
答案 D
2．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( )
A．分析蛋白质分子的精细结构
B．对蛋白质进行有目的的改造
C．分析氨基酸的化学组成
D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
答案 C
解析 蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界中不存在的蛋白质分子，对蛋白质的改造包括氨基酸的种类、数量和排列顺序，但不包括氨基酸的化学组成。
二、蛋白质工程的研究与应用
1．研究内容
通过基因工程技术分析蛋白质的DNA编码序列，对蛋白质进行分离纯化，测定蛋白质的序列并对其结构与功能进行分析，通过计算机辅助设计突变区，对编码蛋白质的DNA进行定点突变改造等。
2．应用举例
(1)工业
改造天然生物酶或者设计制造出全新的人工酶或人工蛋白，使其适应特殊的工业过程。
(2)农业
改造RuBP羧化酶，使其固定CO2能力提高，光呼吸作用减弱，就能提高光合作用的效率。
(3)环保
改造金属硫蛋白，转移到微生物或植物中，加强吸附重金属的能力，保护生态环境。
知识拓展 基因的定点诱变技术
基因定点诱变技术的具体操作方法较多，其中PCR法是目前常用的方法之一。PCR法利用人工合成带有突变位点的诱变引物，通过PCR扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可以合成所需的蛋白质。
下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
1．⑤过程和①②过程有何不同？
答案 ⑤过程和①②过程基本相反。
2．基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？
答案 都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的；蛋白质工程操作时，经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。
3．蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？
答案 不同。(1)操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
4．有人把蛋白质工程称为第二代基因工程，你如何理解？
答案 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。因为对现有蛋白质进行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。
3．将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于( )
A．基因工程、基因工程 B．蛋白质工程、蛋白质工程
C．基因工程、蛋白质工程 D．蛋白质工程、基因工程
答案 C
解析 富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质，基因工程只是把该蛋白质基因转入玉米细胞，并使之合成该蛋白质，属于基因工程；更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，是对自然界中已有的蛋白质进行改造，属于蛋白质工程。
4．某多肽链的一段氨基酸序列是：
……—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—……
(部分氨基酸的密码子为：甲硫氨酸—AUG；色氨酸—UGG；苯丙氨酸—UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核糖核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因(DNA)?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)根据氨基酸序列反推mRNA密码子序列，再反推DNA上脱氧核糖核苷酸序列。
其DNA碱基序列为：或
(2)根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA碱基对序列，利用四种脱氧核糖核苷酸进行人工合成
易混辨析 蛋白质工程与基因工程比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核糖核苷酸序列
目的基因的获得→基因表达载体的构建→目的基因的导入→目的基因的检测与表达产物的测定
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然界已有的蛋白质
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。因为对现有蛋白质进行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
蛋白质工程的崛起
1．蛋白质工程制造的蛋白质是( )
A．天然蛋白质
B．稀有蛋白质
C．自然界中不存在的蛋白质
D．尚没有制造出来
答案 C
解析 蛋白质工程是对基因进行改造进而产生符合人们需要的蛋白质，因此不再是天然的蛋白质。
2．添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗涤效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．诱变 D细胞工程
答案 B
解析 可通过蛋白质工程实现对蛋白质改造的目的。
3．科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病毒活性，并且提高了贮存稳定性。该生物技术为( )
A．蛋白质工程 B．基因工程
C．基因突变 D．细胞工程
答案 A
解析 题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然β－干扰素，而是经过改造的，是具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
4．基因工程与蛋白质工程的区别是( )
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)的操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
答案 B
解析 蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求，而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，因此，基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。
5．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)通过人工合成DNA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_______________________。
答案 (1)蛋白质的预期功能 (2)运载体 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糖核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
课时作业
[基础过关]
1．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的第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。下列关于蛋白质的改造的操作中，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
答案 C
解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。蛋白质功能与其高级结构密切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难。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改造可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
2．下列关于蛋白质工程的说法，正确的是( )
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
答案 B
解析 蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，即通过直接改造基因实现的。蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程相反，其原理是中心法则的逆推。
3．下列关于蛋白质工程的基本操作程序，正确的是( )
①蛋白质分子结构合成 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糖核苷酸的序列
A．①→②→③→④→⑤→①
B．⑤→④→③→②→①→②
C．④→①→⑤→②→③→①
D．②→③→⑤→①→②→④
答案 C
解析 蛋白质工程的操作流程为：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糖核苷酸序列。
4．下列属于蛋白质工程应用的是( )
A．抗虫棉 B．巨型鼠
C．鼠—人嵌合抗体 D．超级细菌
答案 C
解析 抗虫棉、巨型鼠、超级细菌都是利用基因工程培养出的生物，而鼠—人嵌合抗体是科学家对抗体进行改造产生的。
5．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病
D．根据人的胰岛素设计制造出一种全新的胰岛素
答案 A
6．下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是( )
A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性
C．利用蛋白质工程可以从大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂
答案 C
解析 从大肠杆菌中得到人的胰岛素利用的是基因工程技术。
[能力提升]
7．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图是蛋白质工程流程图，图中A、B在遗传学上依次表示( )
A．转录和翻译 B．翻译和转录
C．复制和转录 D．传递和表达
答案 A
8．既然蛋白质工程可以改造生物的蛋白质，当然这里所说的生物也包括大熊猫。因此我们可以通过改造大熊猫体内的某些蛋白质，使大熊猫的生命活动更加适应环境。推测以下关于改造大熊猫体内某蛋白质的说法中，错误的是( )
A．改造后的蛋白质有可能成为一种新抗原，使大熊猫产生免疫反应，从而将其排除或产生过敏反应，因此应慎重施行
B．改造蛋白质是从根本上通过改造基因来实现的
C．改造蛋白质后的大熊猫和现在的大熊猫仍是一个物种
D．改造蛋白质后的大熊猫的后代不具有改造的蛋白质
答案 D
解析 改造蛋白质通过改造基因进行，若在受精卵时期进行改造，则可遗传给后代；而若要像基因治疗一样，在成体进行改造，则不能遗传，其后代无改造的蛋白质。
9．下列关于蛋白质工程技术过程的叙述中，正确的是( )
①通过对蛋白质进行结构分析主要是获取蛋白质的结构信息 ②蛋白质的结构预测主要指根据蛋白质分子的氨基酸序列，来对其高级结构进行预测 ③结构预测的目的是构建蛋白质的立体结构模型，从而进行结构和功能的研究以及蛋白质分子设计 ④可利用基因工程的方法对蛋白质进行改造 ⑤所有蛋白质结构的改造都可以通过基因定点诱变技术来实现
A．①③④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④ D．①②④⑤
答案 C
10．蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是( )
A．基因工程原则上能生产任何蛋白质
B．蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
C．蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现
D．蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程
答案 B
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，也需要通过转录和翻译来实现，原则上能生产符合人们需要的蛋白质，但和基因工程相比，突出特点是可以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，而基因工程往往是生产现有的蛋白质。
11．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程，据图回答：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠—人嵌合抗体，属于______________(生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的________________，设计________________，最终必须对______________进行操作，此操作中改变的是________________。
(3)经过改造的鼠—人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是____________(从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是______________________。
答案 (1)蛋白质工程 (2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 碱基对 (3)减少对人体的不良反应 (4)设计嵌合抗体的空间结构
解析 (1)通过图示可知鼠—人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列(基因)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥反应会减轻，对人体的副作用会减少。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。
12．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70 ℃下保存半年，给广大患者带来福音。
(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”(请填写)。
(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产________________的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。而蛋白质工程是以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____________或______________，对现有蛋白质进行____________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。
(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的____________结构。
(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？______________________。原因是____________________________________________。
答案 (1)预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核糖核苷酸序列(基因)
(2)自然界已存在 基因修饰 基因合成 改造
(3)空间(或高级) (4)基因 基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代
解析 蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。
13．科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。请据图回答问题：
(1)图中①DNA是以______________为模板，________________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(2)图中②代表的是______________，在它的作用下将质粒(____________DNA)切出______________末端。
(3)图中④表示将______________________________。⑤表示____________________随大肠杆菌的繁殖而进行______________。
(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)下列关于蛋白质工程的说法中，不正确的是( )
A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫活性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
答案 (1)原胰岛素mRNA 反转录
(2)特定的限制性内切酶 环状 黏性
(3)目的基因导入受体细胞 重组DNA 扩增
(4)确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基序列 (5)C
[真题体验]
14．(2015·全国Ⅱ，40)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括______________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：____________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过____________________________和____________________，进而确定相对应的脱氧核糖核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
答案 (1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可)
(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、反转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
解析 (1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括，即DNA、RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、反转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相对应的脱氧核糖核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。
课件32张PPT。第4节 蛋白质工程的崛起第4章 基因工程目标导读
1.阅读教材P91～92内容，了解蛋白质工程的诞生。
2.分析教材P92内容，阐述蛋白质工程的研究与应用。
重难点击
1.蛋白质工程的诞生。
2.蛋白质工程的研究与应用。课堂导入方式一 人类可以创造出自然界不存在的蛋白质吗？答案是肯定的。例如：科学家已生产出一种以前必须从南极鱼类身体中提取的抗冻蛋白质。这一技术可用于储存大量新鲜的动植物和人类的组织细胞，防止形成冰晶，破坏脆弱的细胞膜和细胞的内部结构。你想了解这方面的知识吗？请跟着我一起学习：蛋白质工程的崛起。方式二 基因工程的诞生，为克服远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望，并取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了自然界现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能符合特定物种生存的需要，却不一定能完全满足人类生产和生活的需要。
于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。一、蛋白质工程的诞生二、蛋白质工程的研究与应用内容索引当堂检测一、蛋白质工程的诞生1.概念：蛋白质工程是根据蛋白质的 以及结构与功能之间的相互关系，利用 的手段，按照人类自身的需要，____
地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、 不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
2.方法
(1)多肽合成法：利用 ，直接合成一种全新的蛋白质。
(2)基因改造法：利用基因工程手段对负责编码某种蛋白质的 进行改造设计，合成出更符合人们要求的蛋白质。精细结构与生物活性基因工程基础梳理定向自然界多肽合成仪基因问题探究天然的干扰素很难在体外保存，如果能把其中的一个半胱氨酸替换成丝氨酸，在体外－70 ℃下可以保存半年，据此分析：答案 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：
(1)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。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。1.对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？答案3.蛋白质工程是否需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具？答案答案 需要。蛋白质工程要改造DNA、构建基因表达载体，即按照基因工程的操作，最后获得所需要的目的蛋白质，因此该过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具。2.为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性？答案 蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。拓展应用1.蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
A.氨基酸结构 B.蛋白质空间结构
C.肽链结构 D.基因结构答案2.下列哪项不是蛋白质工程的研究内容
A.分析蛋白质分子的精细结构
B.对蛋白质进行有目的的改造
C.分析氨基酸的化学组成
D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质答案解析解析 蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界中不存在的蛋白质分子，对蛋白质的改造包括氨基酸的种类、数量和排列顺序，但不包括氨基酸的化学组成。二、蛋白质工程的研究与应用1.研究内容
通过基因工程技术分析蛋白质的 ，对蛋白质进行分离纯化，测定蛋白质的序列并对其 进行分析，通过计算机辅助设计 ，对编码蛋白质的DNA进行 等。
2.应用举例
(1)工业
改造天然生物酶或者设计制造出全新的 ，使其适应特殊的工业过程。DNA编码序列基础梳理结构与功能突变区定点突变改造人工酶或人工蛋白(2)农业
改造 酶，使其固定CO2能力提高，光呼吸作用减弱，就能提高光合作用的效率。
(3)环保
改造 ，转移到微生物或植物中，加强吸附重金属的能力，保护生态环境。RuBP羧化金属硫蛋白知识拓展 基因的定点诱变技术
基因定点诱变技术的具体操作方法较多，其中PCR法是目前常用的方法之一。PCR法利用人工合成带有突变位点的诱变引物，通过PCR扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可以合成所需的蛋白质。1.⑤过程和①②过程有何不同？答案 ⑤过程和①②过程基本相反。答案 都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的；蛋白质工程操作时，经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。2.基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？问题探究下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：答案答案 不同。(1)操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。
(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。答案 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。因为对现有蛋白质进行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。4.有人把蛋白质工程称为第二代基因工程，你如何理解？3.蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？答案解析 富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质，基因工程只是把该蛋白质基因转入玉米细胞，并使之合成该蛋白质，属于基因工程；更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，是对自然界中已有的蛋白质进行改造，属于蛋白质工程。拓展应用3.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于
A.基因工程、基因工程 B.蛋白质工程、蛋白质工程
C.基因工程、蛋白质工程 D.蛋白质工程、基因工程答案解析4.某多肽链的一段氨基酸序列是：
……—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—……
(部分氨基酸的密码子为：甲硫氨酸—AUG；色氨酸—UGG；苯丙氨酸—UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核糖核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。答案(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因(DNA)?
___________________________________________________________________________________。答案根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA碱基对序列，利用四种脱氧核糖核苷酸进行人工合成蛋白质工程与基因工程比较蛋白质工程的崛起蛋白质工程的诞生定义
局限蛋白质工程的研究与应用 改造
合成新的蛋白质
第二代__________蛋白质基因工程当堂检测1.蛋白质工程制造的蛋白质是
A.天然蛋白质
B.稀有蛋白质
C.自然界中不存在的蛋白质
D.尚没有制造出来23451解析 蛋白质工程是对基因进行改造进而产生符合人们需要的蛋白质，因此不再是天然的蛋白质。答案解析√2.添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗涤效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是
A.基因工程 B.蛋白质工程
C.诱变 D细胞工程答案23415解析 可通过蛋白质工程实现对蛋白质改造的目的。解析√234153.科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病毒活性，并且提高了贮存稳定性。该生物技术为
A.蛋白质工程 B.基因工程
C.基因突变 D.细胞工程√答案解析解析 题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然β－干扰素，而是经过改造的，是具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。4.基因工程与蛋白质工程的区别是
A.基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B.基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以不是天
然存在的蛋白质
C.基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)的操作
D.基因工程完全不同于蛋白质工程2341答案5解析√解析 蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求，而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，因此，基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。234155.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：23415(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___________________。蛋白质的预期功能答案(2)通过人工合成DNA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__________
____________________________________________________________________________________________________。答案运载体大肠杆菌等受体细胞23415蛋白质工程基因工程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糖核苷酸序列，然
后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
