1.1 DNA重组技术的基本工具
[课时作业]
一、选择题
1．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分子水平上进行操作
A．①②③④⑤⑥ B．①③④⑤⑥
C．①②③⑤⑥ D．①③⑤⑥
解析：基因工程的目的是按照人的意愿，定向改造生物性状；技术手段是体外DNA重组技术和转基因技术；操作水平是DNA分子水平；基因工程只是实现了基因重组，并没有改造基因。
答案：B
2．下列实践活动包含基因工程技术的是( )
A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
解析：本题主要考查不同育种方式所用到的技术。A项为单倍体育种，用到植物组织培养技术；B项为传统的杂交育种；C项抗病植株的培育用到基因工程技术和植物组织培养技术；D项为诱变育种。
答案：C
3．下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是( )
A．将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键
B．将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键
C．连接两条DNA链上碱基之间的氢键
D．只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，而不能将双链DNA片段平末端之间进行连接
解析：DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，将两个DNA片段连接成重组DNA分子。DNA聚合酶是将单个核苷酸加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯键，合成新的DNA分子。
答案：B
4．基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA连接酶、载体三种工具。以下有关基本工具的叙述，正确的是( )
A．所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成
B．所有DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端
C．真正被用作载体的质粒都是天然质粒
D．原核生物内的限制酶可切割入侵的DNA分子而保护自身
解析：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列是由4、5或8个核苷酸组成；DNA连接酶包括E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，前者只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来；在基因工程操作中真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
答案：D
5．下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是( )
A．①② B．①③
C．①④ D．②③
解析：同种限制酶识别的核苷酸序列相同，产生的黏性末端单链区段间能够通过碱基互补配对形成双链。
答案：B
6．据图判断，有关工具酶功能的叙述错误的是( )
A．限制性核酸内切酶可以切断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
解析：a处指的是两个相邻脱氧核苷酸之间的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键，而c处指的是同一个脱氧核苷酸内的脱氧核糖和磷酸之间的化学键。
答案：D
7．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、限制酶、解旋酶
B．限制酶、解旋酶、DNA连接酶
C．解旋酶、限制酶、DNA连接酶
D．限制酶、DNA连接酶、解旋酶
解析：解旋酶可催化碱基之间氢键(①)的断裂，限制酶可使两个核苷酸之间的磷酸二酯键(②)断开，而DNA连接酶则催化磷酸二酯键(③)的形成。
答案：C
8.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的限制酶的作用部位是上图中的①
B．连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
C．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
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
解析：①为磷酸二酯键，②为氢键，DNA连接酶和限制酶都是作用于磷酸二酯键，不能作用于氢键。
答案：B
9．俄罗斯研究人员曾经在贝加尔湖中发现了一些微生物突变种，其体内含有以前未发现的限制性核酸内切酶，能够将进入微生物体内的外来病毒的脱氧核糖核酸“切割”开，从而杀死病毒。对这些微生物突变种体内的新发现的限制酶进行分析，正确的说法是( )
A．该限制酶广泛分布在一切原核生物中
B．该限制酶能切割自身的突变DNA
C．该限制酶切割DNA产生有黏性末端的DNA片段
D．该限制酶有望推动基因工程的进一步发展
解析：该限制酶是在某些微生物突变种体内发现的，说明其在原核生物中的分布没有普遍性，A项错。该限制酶能切割病毒的DNA，对自身有免疫作用，B项错。由题干材料无法确定该限制酶切割DNA产生的末端是黏性末端还是平末端，C项错。新限制酶的发现增加了限制酶的类型，有望推动基因工程的进一步发展，D项对。
答案：D
10．如图所示，若用两种识别序列完全不同的限制酶E和F，从基因组DNA上切下目的基因，并将之取代质粒pZHZ1(3.7 kb,1 kb＝1 000对碱基)上相应的E—F区域(0.2 kb)，那么所形成的重组质粒pZHZ2( )
A．既能被E也能被F切开
B．能被E但不能被F切开
C．既不能被E也不能被F切开
D．能被F但不能被E切开
解析：欲用目的基因取代质粒pZHZ1上相应的E－F区域，需要用酶E和F将质粒E－F区域切下，构建的重组质粒pZHZ2仍然存在酶E和F识别的位点。
答案：A
11．下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。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( )
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。
答案：C
12．现有一长度为1 000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn Ⅰ单独酶切后得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
解析：“现有一长度为1 000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp”说明此DNA分子是环状DNA分子，排除A、B两项，“用EcoRⅠ、KpnⅠ酶同时切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子”确定只能选D。
答案：D
二、非选择题
13．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分子后产生的片段，其末端类型有________和________。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
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)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)基因工程中除质粒外，________和________也可作为运载体。
(5)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
解析：当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。为使运载体与目的基因相连，用另一种限制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。根据酶的来源不同，可以将DNA连接酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为大肠杆菌DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。基因工程中除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等也可作为运载体。
答案：(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同
(3)大肠杆菌T4 (4)噬菌体 动植物病毒
(5)
14．(2016·高考全国卷Ⅲ节选)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是__________________________________________________________________________。
(2)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶。常见的有________和________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________。
解析：(1)由题图可知，BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamHⅠ酶切得到的目的基因可以与圈(b)所示表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)常见的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。
答案：(1)Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)E·coliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶(其他合理答案也可)
15．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图A、图B中的箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
限制酶
BamHⅠ
Hind Ⅲ
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A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BamH Ⅰ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、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)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了____________________。
解析：(1)质粒切割前的DNA是双链环状DNA，所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键，故没有游离的磷酸基团。从图A可以看出，质粒上只含有一个SmaⅠ的切点，因此被该酶切割后，质粒变为线性双链DNA分子，因每条链上含有一个游离的磷酸基团，所以切割后的DNA含有2个磷酸基团。(2)SmaⅠ酶切位点中含碱基对C—G越多，插入的SmaⅠ酶切位点越多，氢键越多，热稳定性就越高。(3)目的基因和质粒的抗生素抗性基因中都含有SmaⅠ酶切位点，使用SmaⅠ切割时会破坏质粒的抗性基因和目的基因。(4)质粒是环状DNA，其中有一个EcoRⅠ的识别位点，经切割后容易自身环化，目的基因中有2个EcoRⅠ的识别位点，经切割后也容易形成环状DNA，而同时使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA，形成的黏性末端不同，因此不会形成环状DNA。(5)将切割后的DNA片段连接成重组质粒需要加入DNA连接酶。(6)将导入重组质粒的微生物在含抗生素的培养基中培养，能正常生长的表明导入了目的基因。
答案：(1)0、2
(2)高
(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源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)鉴别和筛选含有目的基因的细胞
1.2 基因工程的基本操作程序
[课时作业]
一、选择题
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的主要原因是( )
A．结构简单，操作方便
B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少，易操作
D．性状稳定，变异少
解析：微生物一般具有以下几个特点：①个体微小，结构简单。②繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代。③代谢类型多，活性强。④易变异，相对于高等生物而言，较容易发生变异。在基因工程中，主要是利用它快速繁殖的特点，可以提供更多的基因产物。
答案：B
2．下列关于基因工程的叙述，正确的是 ( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物
B．限制酶和DNA连接酶都能识别特定的碱基序列，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具有生物活性
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
解析：目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制酶和DNA连接酶，前者能识别特定的碱基序列；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性；载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。
答案：A
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。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
解析：基因的表达即控制蛋白质的合成，只有合成了相应的蛋白质才能证明目的基因完成了在受体细胞中的表达。
答案：D
4．要检测受体DNA中是否成功插入了目的基因，需要用基因探针，这里的基因探针是指( )
A．用于检测疾病的医疗器械
B．带标记的与目的基因互补的核酸序列
C．带标记的蛋白质分子
D．人工合成的免疫球蛋白
解析：本题中基因探针是指用放射性同位素或荧光分子标记的与目的基因互补的核酸序列，利用碱基互补配对原则，检测目的基因是否导入受体细胞的DNA中。
答案：B
5．用某人的胰岛素基因制成的DNA探针，检测下列物质，能形成杂交带的是( )
①人胰岛A细胞中的DNA
②人胰岛B细胞的mRNA
③人胰岛A细胞的mRNA
④人肝细胞的DNA
A．①②③④ B．①②③
C．①②④ D．②
解析：人体内所有细胞均含有胰岛素基因，胰岛B细胞能够表达胰岛素基因，含有由胰岛素基因转录产生的mRNA，所以①②④中的细胞均可以跟胰岛素基因制成的DNA探针配对形成杂交分子；胰岛A细胞不表达胰岛素基因，因此不含有该基因转录产生的mRNA。
答案：C
6．在基因工程操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是( )
A．人工合成目的基因
B．目的基因与运载体结合
C．将目的基因导入受体细胞
D．目的基因的检测和表达
解析：在基因工程的基本步骤中，只有将目的基因导入受体细胞的过程不进行碱基互补配对。因为目的基因的获取需要限制酶切取碱基序列，构建运载体需要DNA连接酶连接黏性末端，目的基因的检测也需要碱基互补配对。
答案：C
7．下列用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是( )
A．通过害虫吃棉叶看其是否死亡
B．转基因生物基因组DNA与DNA探针能否形成杂交带
C．转基因生物中提取的mRNA与DNA探针能否形成杂交带
D．转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带
解析：分子水平的检测包括三个方面：通过DNA分子杂交检测目的基因是否插入受体细胞染色体的DNA上；通过RNA与DNA杂交，检测目的基因是否转录；通过抗原—抗体杂交，检测目的基因是否翻译。通过害虫取食棉叶看其是否死亡，属于个体生物学水平的检测。
答案：A
8．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中由三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是( )
A．促使目的基因导入受体细胞中
B．促使目的基因在受体细胞中复制
C．促使目的基因容易被检测出来
D．检测目的基因是否成功表达
解析：发光蛋白基因与抗生素标记基因作用相同，都可以与目的基因拼接到同一运载体上，检测到发光蛋白，则表明目的基因被导入受体细胞。
答案：C
9．如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是( )
A．基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建
B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别
C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
解析：由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，所以基因表达载体的构建也会有所差别，不可能千篇一律。
答案：B
10．以下甲、乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法中错误的是( )
A．甲方法可建立该细菌的基因组文库
B．乙方法可建立该细菌的cDNA文库
C．甲方法要以脱氧核苷酸为原料
D．乙方法需要逆转录酶参与
解析：甲方法是从细菌的DNA中直接提取，故可以建立该细菌的基因组文库；乙方法是由信使RNA逆转录的目的基因，故可以建立该细菌的cDNA文库。甲方法中，只要利用限制酶将原DNA切断即可，不需要以脱氧核苷酶为原料。乙方法需要逆转录酶的参与。
答案：C
11.如图表示细胞膜上乙酰胆碱(一种神经递质)受体基因的克隆技术操作过程，下列相关分析中正确的是( )
A．获得该mRNA的最佳材料是受精卵
B．构建基因表达载体最可能使用的载体是大肠杆菌
C．完成过程①②必不可少的酶分别是逆转录酶、DNA聚合酶
D．探针筛选的目的是淘汰被感染的细菌，获得未被感染的细菌
解析：该受体基因在神经细胞中表达，获得该mRNA的最佳材料是神经细胞。构建基因表达载体最可能使用的载体是质粒。探针筛选的目的是检测是否存在目的cDNA。
答案：C
12．蓝藻拟核DNA上有控制叶绿素合成的ch1L基因。某科学家通过构建该种生物缺失ch1L基因的变异株细胞，以研究ch1L基因对叶绿素合成的控制，技术路线如下图所示，下列相关叙述错误的是( )
A．①②过程应使用不同的限制性内切酶
B．①②过程都要使用DNA连接酶
C．终止密码子是基因表达载体的重要组成部分
D．若操作成功，可用含红霉素的培养基筛选出该变异株
解析：限制性内切酶有特异性，①②过程要切割的DNA序列不同，故应使用不同的限制性内切酶；DNA连接酶的作用是连接被切开的磷酸二酯键，使ch1L基因、红霉素抗性基因与质粒结合；基因表达载体由目的基因、启动子、终止子、标记基因组成，终止密码子是mRNA上密码子的一种，表示一次翻译的结束；变异株中ch1L基因被重组基因替换，重组基因中有红霉素抗性基因，故可用含红霉素的培养基筛选出该变异株。
答案：C
二、非选择题
13．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。最后还要检测目的基因是否翻译成了病毒蛋白质，利用的技术是________________。
解析：(1)病毒由核酸和蛋白质组成，其蛋白质外壳具有抗原特性，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的过程属于逆转录，需要逆转录酶。(2)基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因。构建基因表达载体一般用一定的限制酶切割质粒，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)标记基因的表达可检测目的基因是否导入受体细胞，除此之外还可以用DNA杂交法和抗原—抗体杂交技术进行检测。
答案：(1)抗原 逆转录酶
(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 启动子、终止子、标记基因
(3)感受态
(4)标记基因 病毒蛋白基因(目的基因) 抗原—抗体杂交技术
14．大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的运载体。某限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β-半乳糖苷酶。当培养基中含有IPTG和X-gal时，X-gal便会被β-半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。反之，则形成白色菌落。下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。请分析并回答：
(1)对已获得的目的基因可利用________技术进行扩增。
(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复________键。
(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是__________________；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，目的是_________________________________。
(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上培养，培养基中应含有大肠杆菌必需的营养物质________________________________和生长因子，还应加入IPTG、X-gal以及氨苄青霉素，其中加入氨苄青霉素的作用是筛选出____________________________。
(5)若观察到培养基上出现________色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)PCR技术是一种体外扩增DNA的方法。(2)DNA连接酶的作用是催化磷酸二酯键的形成。(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是进行转化；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，使其转变为能吸收周围环境中DNA分子的感受态。(4)培养基中应含有大肠杆菌必需的营养物质，包括碳源、氮源、无机盐、水和生长因子。氨苄青霉素抗性基因作为标记基因，作用是筛选出导入pUC18质粒的大肠杆菌。(5)若观察到培养基上出现白色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落，故不利于重组质粒的筛选。
答案：(1)PCR (2)磷酸二酯 (3)进行转化 使大肠杆菌细胞处于感受态 (4)碳源、氮源、无机盐、水
导入pUC18质粒的大肠杆菌 (5)白 无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落
15．(2016·高考全国卷Ⅰ)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。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载体，其DNA复制所需的原料来自于________。
解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；等等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。
答案：(1)能自我复制、具有标记基因(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
1.3 基因工程的应用
[课时作业]
一、选择题
1．下列关于基因工程的叙述中，正确的是( )
①基因工程是人工进行基因重组的技术，是在分子水平上对生物遗传作人为干预
②基因治疗是基因工程技术的应用
③基因工程打破了物种与物种之间的界限
④DNA探针可用于病毒性肝炎的诊断、遗传性疾病的诊断、改造变异的基因、检测饮用水病毒含量
A．②③④ B．①②③
C．①②④ D．①③④
解析：基因工程的优点是能定向地改变生物的性状，突破了物种之间的生殖隔离界限。利用DNA分子杂交技术，以DNA分子做探针可用于检测某些遗传性疾病、饮用水中某些病毒的存在等，但遗传病包括单基因遗传病、多基因遗传病和染色体遗传病，其中染色体异常遗传病不能用DNA探针诊断，另外，DNA探针也不能改造变异的基因，④错误。
答案：B
2．以下关于抗病毒转基因植物成功表达后的说法，正确的是( )
A．可以抵抗所有病毒
B．对病毒的抗性具有局限性或特异性
C．可以抵抗害虫
D．可以稳定遗传，不会变异
解析：抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，并不是所有病毒，也不可以抗虫。抗病毒基因的存在可能会增大变异的可能性。
答案：B
3．下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是 ( )
A．器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题
B．猪的内脏构造、大小和血管分布与人极为相似
C．灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪
D．无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因
解析：猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物，是目前人体最理想的器官供体。为解决免疫排斥问题，必须除去抗原决定基因，或在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达。 无论以哪种动物作为供体，都面临免疫排斥问题，D正确。
答案：C
4．“工程菌”是指( )
A．用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系
B．用遗传工程的方法，使同种不同株系的菌类杂交，得到的新细胞株系
C．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
D．从自然界中选取能迅速增殖的菌类
解析：在基因工程中，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系称为工程菌。
答案：C
5．基因治疗是人类治疗疾病的一种崭新手段，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
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。
答案：B
6．利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%，体型大50%。在基因工程操作过程中，生长激素基因的受体细胞最好采用( )
A．乳腺细胞 B．体细胞
C．受精卵 D．精巢
解析：转基因绵羊生长速率提高，原因是产生的生长激素多，在基因工程操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵。
答案：C
7．近年来基因工程的发展非常迅速，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法不正确的是( )
A．用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症
B．用DNA探针检测病毒性肝炎
C．用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症
D．用基因替换的方法治疗21三体综合征
解析：基因工程是基因水平上的现代生物技术，而21三体综合征属于染色体异常遗传病，患者的第21号染色体比正常人多一条，无法从基因水平上治疗。
答案：D
8．1976年，美国的H.Boyer 教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌体内，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物。上述的“表达”是指该基因在大肠杆菌体内( )
A．能进行DNA的复制
B．能进行转录
C．能合成人的生长激素
D．能控制合成人的生长抑制素释放因子
解析：人的生长抑制素释放因子是蛋白质，是由相应的基因控制合成的。
答案：D
9．转基因动物表达重组蛋白多以乳腺、唾液腺和膀胱为靶位。在这些表达器官中，通过构建合适的载体，选择适当的启动子和调控序列可产生比正常水平高得多的重组蛋白。选择不同表达器官生产重组蛋白时，关于它们的“相同点”判断正确的是( )
A．转基因动物的性别相同
B．目的基因的表达机制大体相同
C．启动子的碱基序列相同
D．转基因动物表达目的基因的发育阶段相同
解析：以乳腺为重组蛋白的表达靶位时，应选择雌性动物且进入泌乳期才能实现重组蛋白的表达；而以唾液腺和膀胱为靶位时，对动物的性别没有要求且任何发育阶段均可表达重组蛋白。目的基因的表达均包括转录和翻译，表达机制大体相同。以不同的组织器官作为表达重组蛋白的靶位时，应选择与该器官对应的特异性启动子构建基因表达载体。
答案：B
10．我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是( )
A．启动子对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少
B．重组DNA分子中改变一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失
C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染
D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的
解析：启动子是RNA聚合酶识别和结合位点，没有启动子，目的基因无法转录。根据是否具有抗生素抗性可用来筛选含有目的基因的细胞，而不能用来检测转基因棉花是否具有抗虫特性。
答案：D
11．腺苷酸脱氨酶(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．腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病
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；腺苷酸脱氨酶(ADA)基因缺陷症属于先天性免疫缺陷病。
答案：A
12．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
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表达
解析：目的基因导入受精卵中，因此转基因羊的体细胞中都含有目的基因。DNA聚合酶催化DNA复制过程，而不作用于转录。乳腺蛋白基因的启动子与人凝血因子基因重组在一起，导入受精卵中，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异表达。
答案：A
二、非选择题
13．多聚半乳糖醛酸酶(PG)能降解果胶使细胞壁破损。成熟的番茄果实中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜。利用基因工程减少PG基因的表达，可延长果实保质期。科学家将PG基因反向接到Ti质粒上，导入番茄细胞中，得到转基因番茄，具体操作流程如图。据图回答下列问题：(原生质体是去掉细胞壁的植物细胞)
(1)若已获取PG的mRNA，可通过________获取PG基因。重组质粒转移到大肠杆菌中的目的是____________________________________________。
(2)用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可用含有________的培养基进行筛选，理由是____________________________。
之后，还需将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，观察细胞________现象来鉴别细胞壁是否再生。
(3)由于导入的目的基因能转录出反义RNA，且能与__________________互补结合，因此可抑制PG基因表达的翻译过程。若__________________，则可确定转基因番茄培育成功。
解析：(1)PG的mRNA在逆转录酶的作用下，逆转录为PG基因。重组质粒转移到大肠杆菌中，目的是大量复制目的基因。(2)根据图示，PG基因插在四环素抗性基因中间，在BamHⅠ酶作用下，四环素抗性基因被破坏了，即重组质粒中含卡那霉素抗性基因，但不含四环素抗性基因，故含有PG基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可用含有卡那霉素的培养基进行筛选。若将其置于质量分数为25%的蔗糖溶液中，可通过观察细胞是否发生质壁分离现象来鉴别细胞壁是否再生。(3)根据图示，导入的目的基因能转录出PG反义RNA，天然PG基因转录产生正常的RNA，这两种RNA能互补结合，从而抑制了PG基因的正常表达。若番茄果实的保质期延长，则确定转基因番茄培育成功。
答案：(1)逆转录法 大量复制目的基因(或克隆目的基因)
(2)卡那霉素 重组质粒中含卡那霉素抗性基因而四环素抗性基因被破坏 是否发生质壁分离
(3)天然的PG基因转录的mRNA 番茄果实的保质期延长
14．下面为从苏云金芽孢杆菌中获取抗虫基因(简称Bt基因)培育转基因抗虫棉的图解。
请回答：
(1)图中a过程要用到的酶是________________。
(2)在进行图中b过程时，由我国科学家独创的十分简便经济的方法是________________，此外，也通常采用________法。若要培育转基因绵羊，则此过程要用________的方法。
(3)为确定抗虫棉是否培育成功，既要用放射性同位素标记的________作探针进行分子杂交测试，又要在个体生物学水平上鉴定，后者具体过程是___________。
(4)活化的毒性物质应是一种________分子，可以全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上，使细胞膜产生孔道，导致细胞由于渗透平衡的破坏而破裂。
(5)我国在“863”计划资助下开展Bt抗虫棉、抗虫水稻等研究，可以减少农药、杀虫剂的使用，这将对________起到重要作用。
解析：(1)切割DNA分子以获取目的基因需用限制性核酸内切酶。
(2)将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法，其中由我国科学家独创的方法是花粉管通道法，最常用的方法是农杆菌转化法。将目的基因导入动物细胞的方法通常是显微注射法。
(3)DNA探针是指用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段。个体生物学水平上的鉴定是通过检测其是否表现出抗虫性状。
(4)活化的毒性物质是由原毒素经蛋白酶处理而成，而原毒素是Bt基因表达的产物，为蛋白质，经蛋白酶处理后为多肽。
(5)Bt抗虫棉等可以在不使用农药的前提下防虫、治虫，避免了使用农药对环境造成污染。
答案：(1)限制性核酸内切酶(限制酶)
(2)花粉管通道法 农杆菌转化 显微注射
(3)目的基因(或Bt基因) 让害虫吞食抗虫棉叶子，观察害虫的存活状态(合理即可)
(4)多肽 (5)环境保护
15．干扰素是一种抗病毒特效药，能抵抗肝炎、狂犬病等由病毒引起的感染，并对治疗乳腺癌、骨髓癌及某些白血病也有一定的疗效。传统的干扰素生产方法是从人的血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。中国科学院院士侯云德等人成功地研制了下图所示的干扰素生产方法。
(1)从上图可以看出，侯云德等人研制成功运用了________的方法生产干扰素。
(2)干扰素在人体内是由________________产生分泌的，其化学本质是________。
(3)在该方法中，目的基因是______________，载体是______，受体细胞是________。
(4)图中过程①需要的工具酶是__________________，过程②需要的工具酶是________________。
(5)图中A的名称是________，它重组成功的物质基础是________________的结构组成相同。
(6)过程③在基因工程中称为________。
解析：(1)从图中可以看出，该过程为将外源基因(干扰素基因)导入酵母菌细胞，并表达成功——生产出干扰素，因而该技术为基因工程。
(2)干扰素是由人体的效应T淋巴细胞产生的一种糖蛋白。
(3)据图可知目的基因为干扰素基因，载体是细菌中的质粒，受体细胞是酵母菌。
(4)切割目的基因和质粒要用同一种限制性核酸内切酶，而将它们连接起来要用DNA连接酶。
(5)质粒和干扰素基因的DNA分子组成成分相同，结构相似，并都遵循碱基互补配对原则。
(6)图中③是利用重组质粒将干扰素基因导入酵母菌细胞的过程，在基因工程中称为转化。
答案：(1)基因工程
(2)效应T淋巴细胞 蛋白质
(3)干扰素基因 质粒 酵母菌
(4)限制性核酸内切酶 DNA连接酶
(5)重组载体(重组质粒) 干扰素基因的DNA与细菌质粒DNA
(6)转化
1.4 蛋白质工程的崛起
[课时作业]
一、选择题
1．下列不属于蛋白质工程崛起理由的是( )
A．自然界已有的蛋白质能满足特定物种生存的需要
B．转基因生物表达出的新型蛋白质是其他物种早已存在的
C．自然界现有蛋白质的功能与特点不一定能满足人类的需要
D．现有蛋白质的特点可能限制了其自身的大量合成
解析：蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，其崛起的主要缘由是：基因工程只能生产出自然界已有的蛋白质，这些蛋白质虽然能满足特定物种生存的需要，却不一定能满足人类的某种特殊需要，所以需要对蛋白质进行改造。A项叙述与改造蛋白质的缘由无关，真正的缘由还是现有的蛋白质不一定能满足人类的需要。D项是对现有蛋白质不能满足人类某项需求的特点的描述。
答案：A
2．蛋白质工程的目标是( )
A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质
B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质
D．生产大量的蛋白质
解析：蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
答案：C
3．当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )
A．都与天然产物完全相同
B．都与天然产物不相同
C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同
D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同
解析：基因工程合成的是自然界已存在的蛋白质，与相应天然产物完全相同。蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质，与天然产物不相同。
答案：C
4．下列有关蛋白质工程和基因工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
解析：蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因而实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。
答案：B
5．蛋白质工程在实施中最大的难题是( )
A．生产的蛋白质无法应用
B．发展前景太窄
C．对于大多数蛋白质的高级结构不清楚
D．无法人工合成目的基因
解析：蛋白质发挥功能依赖于其高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够，这是蛋白质工程在实施中的最大难题。
答案：C
6．蛋白质工程的实质是( )
A．改造基因结构 B．改造蛋白质结构
C．改变肽链结构 D．改变氨基酸结构
解析：蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，其实质就是改造基因结构。
答案：A
7．下列有关蛋白质工程的叙述中，错误的是( )
A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系
B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终推测出脱氧核苷酸序列的过程
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程的体现
D．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
解析：蛋白质结构的多样性决定蛋白质功能的多样性，在实施蛋白质工程的准备阶段，只有收集到大量的蛋白质结构的信息，才能从其中寻求到某一结构跟预期的蛋白质功能之间的关系，从而据其构建出某一段氨基酸序列，此氨基酸序列成为构建脱氧核苷酸序列(即基因)的依据，A、B项正确。T4溶菌酶是蛋白质，对其改造属于蛋白质工程，C项正确。在蛋白质工程中，基因修饰后可以表达出改造的蛋白质，基因合成后可以制造出新的蛋白质。
答案：D
8．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是 ( )
A．替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能
B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C．重新设计与创造一种蛋白酶
D．减少此酶在片剂中的含量
解析：蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。
答案：A
9．增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是( )
A．将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞
B．切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基
C．更换天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基
D．将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞
解析：玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。
答案：C
10．科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．基因突变 D．组织培养
解析：题目中的操作中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、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应为蛋白质工程。
答案：B
11．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍，下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
解析：蛋白质工程的直接操作对象是基因。
答案：C
12．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度的效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗人的糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是( )
A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素
C．将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的糖尿病
D．根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素
解析：由于猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以可通过蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但在分子设计和胰岛素的生产方面都存在着很多困难，所以不是最佳方案。
答案：A
二、非选择题
13．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)代表蛋白质工程操作思路的过程是_______________________，
代表中心法则内容的是________。(填写数字)
(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：
①________，②________，③________，④________，⑤________。
(3)蛋白质工程的目的是_________，通过_________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。
解析：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即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→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)。
答案：(1)④⑤ ①②③
(2)转录 翻译 折叠 分子设计 DNA合成
(3)对蛋白质的结构进行分子设计 基因修饰或基因合成
(4)相反
14．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。下面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什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的蛋白质进行改造。根据新的胰岛素中氨基酸序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
答案：(1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
15．绿色荧光蛋白(GFP)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过程示意图，据图回答：
(1)图中通过过程①②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的1个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程。
②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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：(1)中①问相对比较简单，书写要关注DNA序列与限制酶识别序列的区别，不要遗漏了酶和黏性末端的正确表达。②问中由于两种限制酶切割形成的黏性末端是相同的，可以互补配对，因此可用DNA连接酶进行相互“缝合”。
(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法。
(3)基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因；获得转基因猪，可以解决医学上供体器官不足和免疫排斥问题。
(4)蛋白质工程正确的操作过程是②①③④。
答案：(1)①(只写出切割后形成的部分即可)
②可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(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 供体器官不足和免疫排斥
(4)②①③④
