【单元结构层次图】
【专题突破】
一、DNA探针及其应用
DNA探针的应用所依据的原理是DNA杂交。 DNA杂交是指DNA片段在适合的条件下能和与之互补的另一个片段结合。如果对最初的DNA片段进行标记，即做成探针。
DNA探针的制备方法：方法一、根据翻译产物蛋白质的氨基酸序列查出相应的核苷酸序列（约30个氨基酸对应的90个左右的核苷酸序列），再从中选出两个片段，用化学方法合成这两个片段并作同位素标记，即成为探针。方法二、用所需的信使RNA逆转录成DNA，标记后作为探针。
探针的应用：1.应用于从基因文库中准确提取目的基因。
2.应用于检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因和检测目的基因是否转录出了mRNA。
3.应用于鉴定物种亲缘关系。
4.应用于疾病的诊段和治疗。
5.应用于环境监测
例1．用β－珠蛋白的DNA探针可以检测出的遗传病是( )
A．镰刀型细胞贫血症 B．白血病
C．坏血病 D．苯丙酮尿症
解析：本题考查DNA探针的基本知识。用β一珠蛋白的DNA探针可以检测出镰刀型细胞贫血症，用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酮尿症，用白血病患者的细胞分离出来的癌基因制备的DNA探针，可以用来检测白血病，坏血病是由于缺乏维生素D而引起的。
答案：A
点评：血红蛋白是由4条多肽链组成的，其中一条为β－珠蛋白多肽链。
例2.目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是
①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录 ④检测目的基因是否翻译蛋白质
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
解析：本题考查目的基因的检测，涉及到DNA探针。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，使DNA探针与基因组DNA杂交；检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是用基因探针与mRNA杂交；最后检测目的基因是否翻译了蛋白质，方法是进行抗原－抗体杂交。
答案：C
点评：正确理解和掌握目的基因的检测步骤和方法是做好本题的关键。
［跟踪练习］
1．应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指
A．人工合成的免疫球蛋白的DNA分子
B．人工合成的苯丙氨酸羟化酶的DNA分子
C．用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子
D．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
2.下列技术依据DNA分子杂交原理的是：
①用DNA分子探针诊断疾病 ②B淋巴细胞与骨髓癌细胞杂交 ③快速灵敏的检测饮用水中病毒的含量 ④目的基因与运载体结合形成重组DNA分子
A．②③ B．①③ C．③④ D．①④
【单元测试卷】
说明：本测试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分
第Ⅰ卷：1－40题，每题1分，第Ⅱ卷：41－46题，共60分，满分100分，考试时间：90分钟
第Ⅰ卷 （本卷共40个小题，每小题1分，共40分）
选择题（每小题只有一个选项最符合题意，请将所选选项涂在答题卡上，每小题1分，共40分）
1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是
A.将目的基因从染色体上切割出来
B.识别并切割特定的DNA核苷酸序列
C.将目的基因与运载体结合
D.将目的基因导入受体细胞
2.基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原因不包括
A.繁殖速度快 B.遗传物质相对较少
C.多为单细胞，操作简便 D.DNA为单链，变异少
3.下列有关基因工程的应用中，对人类不利的是( )
A.制造“工程菌”用于药品生产
B.制造“超级菌”分解石油.农药
C.重组DNA诱发受体细胞基因突变
D.导入外源基因替换缺陷基因
4.下列有关PCR技术的叙述，不正确的是：
A．PCR技术是利用碱基互补配对的原则
B．PCR技术可用于基因诊断，判断亲缘关系等
C．PCR技术需在体内进行
D．PCR技术经过变形、复性、延伸三个阶段
5.下列关于基因治疗的说法正确的是
A．基因治疗只能治疗一些遗传病
B．基因治疗的主要方法是让患者口服一些健康的外源基因。
C．基因治疗的主要原理是引入健康基因修复患者的基因缺陷
D．基因治疗在发达国家已成为一种常用的临床治疗手段
6.治疗白化病.苯丙酮尿症等人类遗传疾病的根本途径是
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.采取基因疗法替换致病基因
7．不是基因工程方法生产的药物是
A．干扰素 B．白细胞介素 C．青霉素 D．乙肝疫苗
8．在PCR扩增前，需要将下列哪些物质加入微量离心管中？（ ）
①模板DNA②模板RNA③DNA解旋酶④耐高温的DNA聚合酶⑤引物⑥PCR缓冲液⑦脱氧核苷酸贮备液⑧核苷酸贮备液
A．①④⑤⑥⑦ B．①③④⑤⑥⑧ C．②③④⑤⑥⑦ D．①④⑥⑦⑧
9．人胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，据此推测胰岛细胞中（ ）
A．只有胰岛素基因
B．比人受精卵的基因要少
C．既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因
D．有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因
10．在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是
A．限制酶和连接酶 B．限制酶和水解酶
C．限制酶和运载体 D．连接酶和运载体
11．随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，关于基因污染的下列说法不正确的是
A．转基因作物可通过花粉散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库
B．基因污染是一种不可以扩散的污染
C．杂草.害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性
D．转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存
12．PCR技术的操作步骤依次是（ ）
A．高温变性 、中温延伸、低温复性 B. 高温变性、低温复性、中温延伸
C．中温延伸、高温变性、低温复性 D. 中温延伸、低温复性、高温变性
13．在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要（ ）
①DNA连接酶 ②同一种限制性内切酶 ③RNA聚合酶 ④具有标记基因的质粒
⑤目的基因 ⑥四种脱氧核苷酸
A．③⑥ B．②④ C．①⑤ D．①②④
14．下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是（）
A．a通常存在于细菌体内，目前尚未发现真核生物体内有类似的结构
B．b识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开
C．c连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对
D．若要获得真核生物的d，则一般采用人工合成方法
15.一种新发现的细菌质粒有a、b、c三基因，右图表示用限制性内切酶处理后得到的片段。下列有关叙述中不正确的是
A.基因a、b、c对该细菌的生长、繁殖是非必要的
B.基因a控制合成的蛋白质含有m个氨基酸，比水稻中控制合成含有m个氨基酸蛋白质的基因长度要短得多
C.在完整的质粒中若利用某药物阻止基因a的表达，则基因b、c也不能表达
D.组成基因a、b、c的基本单位相同，而且基因a、b、c都有RNA聚合酶的结合位点
16．基因工程产物可能存在着一些安全性问题，但不必担心
A.三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼的杂交，进而导致自然种群被淘汰
B.运载体的标记基因（如抗生素基因）可能指导合成有利于抗性进化的产物
C.目的基因（如杀虫基因）本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D.目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，从而可能打破生态平衡
17．1976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，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物，此文中的表达是指该基因在大肠杆菌
A．能进行DNA复制 B．能进行转录和翻译
C．能控制合成抑制生长素释放因子 D．能合成人的生长激素
18．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是
A．人工合成基因 B．制备重组DNA分子
C．转化受体细胞 D．目的基因的检测和表达
19．人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体加工合成。通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是
A．大肠杆菌 B．酵母菌 C．T4噬菌体 D．质粒DNA
20．1976年人类首次获得转基因生物，即将人的生长激素抑制因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达。这里的表达是指该基因在大肠杆菌内 ( )
A．能进行DNA复制 B．能进行转录和复制
C．能合成人的生长激素 D．能合成抑制生长激素释放因子
21．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是
A．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
22．某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白质酶抑制剂，积累于茎中，让取食它的害虫的消化酶受抑制，无法消化食物而死。下列就该玉米对人类的安全性评论中，不符合生物学原理的是
A．安全，玉米的蛋白酶抑制剂对人体的消化酶很可能无影响，因为人体消化酶和害虫消化酶结构上存在差异
B．安全，人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏，不抑制人体消化酶
C．不安全，玉米的食用部分也可能含有蛋白酶抑制剂，食用后使人无法消化蛋白质而患病
D．不安全，玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链在人体细胞内表达，使人无法消化食物而患病
23．基因在动物中存在于：①染色体 ②核糖体 ③叶绿体 ④高尔基体 ⑤线粒体
A．①②④ B．①⑤ C．①②⑤ D．①③⑤
24．苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导人棉花细胞是否已表达，其检测方法是 ( )
A．是否能检测到标记基因 B．是否有抗生素抗性
C．是否能分离到目的基因 D．是否有相应的性状
25．基因治疗是把健康的外源基因导入 ( )
A．有基因缺陷的细胞中 B．有基因缺陷的染色体中
C．有缺陷的细胞器中 D．有基因缺陷的DNA分子中
26．质粒是基因工程最常用的运载体，它的主要特点是： ( )
①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居”
A．①③⑤⑦ B．②④⑥ C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦
27.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
28.某研究所将从植物细胞提取的控制合成脂肪酶的基因改造后，经过一定的技术手段导入酵母菌细胞中。通过大规模培养这种酵母菌来提取大量的、自然界中从来没有的脂肪酶，添加在洗涤剂中，取得了很好的经济效益。此酶除了保持原来的特性外，还具有耐高温、耐碱、抗氧化等优良特性。这种优质脂肪酶的研制过程不包括
A.基因工程 B.蛋白质工程 C.基因修复 D.第二代基因工程
29.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
30.作为基因的运输工具——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的保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与其结合
D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存
31.水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp.Gly.Ser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.促使目的基因导入宿主细胞中 B.促使目的基因在宿主细胞中复制
C.使目的基因容易被检测出来 D.使目的基因容易成功表达
32.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白质，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，据以上信息，下列叙述正确的是
A.Bt基因的化学成分是蛋白质 B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因
D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
33．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是
A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B．有利于对目的基因是否导入进行检测
C．增加质粒分子的分子量 D．便于与外源基因连接
34.半乳糖血症病人由于细胞内不能合成1—膦酸半乳糖尿苷酰转移酶，从而导致体内过多的半乳糖积聚，引起肝、脑等受损。美国的一位科学家用带有半乳糖苷酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这种治疗疾病的方法称为
A.免疫治疗 B.化学治疗 C.基因治疗 D.药物治疗
35．基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术，涉及生命科学、信息学、微电子学、材料学等众多的学科，固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子，而待测DNA分子被用同位素或能发光的物质标记。如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对的，它们就会结合起来，并在结合的位置发出荧光或者射线，出现“反应信号”，下列说法种错误的是
A.基因芯片的工作原理是碱基互补配对 B.待测的DNA分子可以直接用基因芯片测序
C.待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因芯片测序
D.由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列，因而具有广泛的应用前景，好比能识别身份的“基因身份证”
36．在基因诊断技术中，所用DNA探针必须存在一定的放射性同位素，其作用是
A．为形成杂交DNA分子提供能量 B．引起探针DNA产生不定向的基因突变
C．作为探针DNA的示踪元素 D．增加探针DNA的分子量
37．限制性内切酶能识别特定的DNA序列并进行剪切，不同的限制性内切酶可以对不同的核酸序列进行剪切。现以3种不同的限制性内切酶对6.2kb大小的线状DNA进行剪切后。用凝胶电泳分离各核酸片段，实验结果如图所示。请问：3种不同的限制性内切酶在此DNA
片段上相应切点的位置是
38.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
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
39．科学家将一段控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在第一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。以下描述不正确的是（ ）
A．这些鸡是转基因工程的产物 B．这种变异属于可遗传的变异
C．该过程运用了胚胎移植技术 D．该技术可定向改造生物
40．科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并分泌人的抗体。相关叙述正确的是
①该技术将导致定向变异
②DNA连接酶把目的基因与运载体粘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
⑤该羊的产生要用到核移植技术
⑥该羊的产生要用到胚胎移植技术
A．①②③④ B．③④⑥ C．②③④⑤ D．①③④⑥
第Ⅱ卷 非选择题（本卷共6个小题，共60分）
41．（10分）下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。
（1）能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？ ，为什么？
。
（2）过程②必需的酶是 酶，过程③必需的酶是 酶。
（3）若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行4次，至少需要提供胸腺嘧啶 个。
（4）在利用AB获得C的过程中，必须用 切割A和B，使它们产生 ，再加入 ，才可形成C。
（5）为使过程⑧更易进行，可用 （药剂）处理D。
42．（13分）科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉花的细胞中与棉花的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：
（1）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是___ ______，此工具主要存在于___________中，其特点是_______________________。
（2）苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用________________酶将苏云金芽孢杆菌的____________切成许多片段，然后将这些片段_________，再通过_________转入不同的受体细胞，让它们在各个受体细胞中大量_________，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把_____________分离出来。
（3）进行基因操作一般要经过的四个步骤是_______________、_____________、____________、_____________。
43．(10分) 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程将a转移到马铃薯植物中。经检测，Amy在成熟块茎细胞的细胞间隙中发现。请回答：
(1)在基因工程中，a叫______________，提取它的一个必要步骤是__________________。它与基因运载工具_________结合前还必须经过的处理步骤是_____ ____。
(2)Amy在成熟块茎细胞间隙中的发现，说明细菌的基因a已整合到上图中的［ ］_________或［ ］_________结构中。
(3)合成Amy的过程分为转录和翻译两大步骤，Amy合成并分泌到细胞外，定位在细胞间隙中，参与该过程的细胞器有［ ］____________________________， (4)Amy的基本组成单位是_________，各组成单位间靠_________相连。
(5)以本图比作马铃薯块茎的缺陷细胞是该图多画了［ ］_________。
44．（8分）资料显示，近十年来，PCR技术（DNA聚合酶链式反应技术）成为分子生物实验的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制的特性，在试管中进行DNA的人工复制（如下图），在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于活的生物体。请据图回答：
（1）加热至94℃的目的是使DNA样品的 键断裂，这一过程在生物体细胞内是通过
酶的作用来完成的。通过分析得出新合成的DNA分子中，A=T，C=G，这个事实说明DNA分子的合成遵循 。
（2）新合成的DNA分子与模板DNA分子完全相同的原因是 和
。
（3）通过PCR技术使DNA分子大量复制时，若将一个用15N标记的模板DNA分子（第一代）放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制到第五代时，含15N标记的DNA分子单链数占全部DNA总单链数的比例为 。
（4）PCR技术不仅为遗传病的诊断带来了便利，而且改进了检测细菌和病毒的方法。若要检测一个人是否感染了艾滋病病毒，你认为可以用PCR扩增血液中的（ ）
A．白细胞DNA B．病毒蛋白质 C．血浆抗体 D．病毒核酸
45．（9分）基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：
（1）图中A是 ；在基因工程中，需要在 酶的作用下才能完成剪接过程。
（2）在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有 。（用图解中序号表示）
（3）不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是 ，也说明了生物共用一套 。
（4）研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是 。
（5）科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明 。如果把该基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子中 （填“一定”或“不一定”）含有抗病基因。
46.（9分）已知鸡的成熟红细胞合成β珠蛋白，胰岛细胞合成胰岛素。用编码上述两种蛋白质的基因作探针，分别对两种细胞中提取的总DNA片段进行杂交，结果显示为实验一；分别对两种细胞中提取的总RNA片段进行杂交，结果显示为实验二：
实验一 细胞总DNA 实验二 细胞总RNA
成熟红细胞 胰岛细胞 成熟红细胞 胰岛细胞
β珠蛋白基因 ＋ ＋ ＋ 一
胰岛素基因 ＋ ＋ 一 ＋
注：＋为阳性结果；一为阴性结果
（1）实验一结果表明： 。
实验二结果表明： 。
（2）试分析：成熟红细胞合成β珠蛋白而不合成胰岛素的原因是： 。
（3）在实验二的DNA分子探针杂交实验中碱基配对的原则是 。
（4）试判断：合成蛋白质的遗传密码是否在探针上，并说明理由：
。
专题1：基因工程 标准答案及解析
第1节 DNA重组技术的基本工具【针对性练习】标准答案及解析
1.答案：B
解析：酶具有高效性、专一性、多样性，同时酶受温度和酸碱度的影响，一种限制性内切酶能识别DNA分子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的专一性。
2.答案：C
解析：酶具有专一性不同的限制性内切酶能识别不同的碱基序列；质粒是基因工程中常用的
运载体，但不是唯一的；基因治疗主要是对基因有缺陷的细胞导入正常的基因。
3.答案：C
解析：同一种限制性内切酶切割的黏性末端相同且能碱基互补．
4.答案：D
解析：彼此间具有粘性末端的游离末端能碱基互补．
5.答案：D
解析：限制核酸性内切酶和DNA连接酶都作用在a处，但作用不同，分别是切断和连接磷酸二酯键，解旋酶作用于碱基之间的氢键，使双链ＤＮA解旋．
6.答案：D
解析：作为运载体能在受体细胞中友好寄居且自主复制有多个限制酶切点，为了便于检测，常常选择具有标记基因的质粒。同时，请同学们注意DNA连接酶也作用于a处，它是将单个脱氧核苷酸连接成DNA长链的酶。
7.答案：C
解析：在基因工程技术中必须用同一种限制性内切酶将目的基因切下和切割运载体，然后将重组基因导入受体细胞．
8.答案：C
解析：DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接形成磷酸二酯键；RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录；不同的限制性内切酶能识别不同的碱基序列；而动物细胞培养时用胰蛋白酶处理离体的动物组织，使其分散成单个细胞。
9.答案：D
解析：限制酶的作用除了用来提取目的基因外，还用同一种限制酶处理运载体，以便形成相同的黏性末端。
10.答案：A
解析：DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接形成磷酸二酯键；限制酶是将目的基因从已知ＤＮＡ上切下来，限制酶的作用除了用来提取目的基因外，还用同一种限制酶处理运载体以便形成相同的黏性末端；目的基因除由运载体导入受体细胞外，还可用注射法农杆菌转化法等．
11. 答案：C
解析：酶具有专一性，不同的限制性内切酶能识别不同的碱基序列,由图示可知，该限制酶能识别的碱基序列是GAATTC，切点在G和A之间 ．
12.答案：B
解析：质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子，在导入宿主细胞后能在宿主细胞内复制，并能稳定地保存。
13.答案：B
解析：作为运载体能在受体细胞中稳定地保存且自主复制，有多个限制酶切点，为了便于检测，常常选择具有标记基因的质粒。科学家常选用的细菌质粒往往带有抗菌素抗性基因，抗性基因的主要作用是有利于检测目的基因否导入受体细胞。
14.答案：C
解析：这一过程是目的基因与运载体重组的过程，该过程用限制酶来提取目的基因外，还用同一种限制酶处理运载体，以便形成相同的黏性末端，并用DNA连接酶将目的基因与运载体结合起来。
15.答案：D
解析：不同的限制酶识别不同的核苷酸序列并识别不同的切点，只要切下的游离碱基互补即可互补黏合，由图示可知BamHI和BglII都可切下序列—GATC— 故末端互补序列—GATC—
16.答案：A
解析：: 由图示可知用限制酶 HindⅢ处理后，DNA沉淀中有两种不同大小的线性DNA 分子，表明该酶有一个限制位点；用BamHⅠ降解后有三个不同大小的线性DNA 分子，表明该酶有两个限制位点。
17.答案：A
解析：将游离末端重新结合形成ＤＮＡ使用的是连接酶，DNA聚合酶则是将大量单个的脱氧核苷酸结合起来形成ＤＮＡ分子；RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录；限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸碱基序列．
18.答案：（1）
（2）碱基互补配对 重组DNA
（3）（某些）病毒 mRNA
解析：（1）限制性内切酶是一类能识别特定核苷酸序列并在特定位点切割双链DNA的“基因剪刀”。被限制酶识别的序列往往正反读顺序相同，断裂的位置交错，但又是围绕着一个轴线（对称轴）对称排列，因此，互补链的切割位点也在GA之间，对称轴且两边的碱基对称，补全下右图中的互补链，对称轴以及切割后的产物应为：
（2）DNA连接酶是基因操作的“针线”，将切下来DNA片段拼接成新的DNA分子，是靠DNA连接酶来完成的，通过碱基互补配对将两条DNA连接起来，并恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，形成重组DNA 。
（3）逆转录酶也常被用于基因工程，其存在于某些病毒中，催化以 mRNA为模板合成DNA的过程。只含有表达的遗传信息，而没有调控序列。
19.答案：（1）蛋白质的合成 （2）脱氧核苷酸 A对T C对G （3）转录 信使RNA
转运RNA 核糖体 4 20 转运RNA （4）雌、雄
解析：（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，表明基因决定蛋白质的合成，在基因的控制下，合成相应的药用蛋白。
（2）人的基因和异种生物的基因的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸，都是有遗传效应的DNA片段，具有双螺旋结构，基因中碱基配对的规律都是严格遵循碱基互补配对，即：A对T C对G 。
（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过转录和翻译两个步骤。转录需要的模板是DNA，在翻译中需要的模板是信使RNA ，原料是游离的氨基酸，直接能源是ATP，搬运工兼装配工是转运RNA，将氨基酸连接成蛋白质的场所是核糖体，“翻译”可理解为将由4个“字母”组成的核酸“语言”（即DNA中含有4种脱氧核苷酸），翻译成由20个“字母”组成的蛋白质“语言”，（即组成蛋白质的氨基酸有20种）从整体来看转运RNA 在翻译中识别信使RNA上的信息，充任着“译员”。
20.答案：限制性内切酶 碱基互补配对 3／4叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递在下一代中显现出来
解析：(1) 科学家在进行上述基因操作时，要用同一种限制性内切酶分别切割质粒和目的基因，这样在目的基因和质粒上切出相同的黏性末端，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过碱基互补配对而黏合。
(2) 将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子，该杂合子表现有抗除草剂特性，表明抗除草剂特性的基因是显性基因。杂合子自交后代中携带显性基因的几率是3／4。
(3)经过减数分裂过程产生的配子，花粉几乎不携带细胞质基因，只携带细胞核基因，为了防止基因扩散，在转基因操作中，一般将目的基因导入细胞质（线粒体、叶绿体DNA中），目的基因就不会通过花粉传递到下一代中并显现出来。
第2节 基因工程的基本操作程序【针对性练习】标准答案及解析
1.答案：A
解析：基因工程是DNA分子水平的操作，在操作中，往往用同一种限制酶切割目的基因与运载体，并用DNA连接酶将目的基因与运载体连接，而带有目的基因的运载体是否进入受体细胞需检测是否有目的基因产物。
2.答案：D
解析：检测实验是否成功，用害虫直接食用，看害虫是否死亡即可，非常方便，如果死亡表明产生了基因产物，即表明实验成功。
3.答案：A
解析：动物个体是由受精卵发育来的，要培育转基因动物，目的基因应导入受精卵。
4.答案：D
解析：目的基因的定位由限制酶的切口决定，目的基因由运载体转运到受体细胞后，目的基因随运载体的复制而复制，表达而表达。
5.答案：D
解析：基因工程的设计和施工往往在DNA分子水平上进行，目前基因工程所用的目的基因中，原核生物基因从供体细胞中直接分离得到，真核生物基因一般用人工合成，目的基因导入受体细胞后不一定表达，所以要检测是否有基因产物的生成。
6.答案：C
解析：由题意知，一个目的基因中含胞嘧啶脱氧核苷酸540个，目的基因扩增4代后为16个目的基因，需从外界吸收540×（16－1）=8100个胞嘧啶脱氧核苷酸
7.答案：C
解析：人的基因转入动物体内后需复制，并转录翻译生成基因表达产物，不需进行RNA以自身为模板自我复制，RNA以自身为模板自我复制往往发生在某些RNA病毒中。
8.答案：C
解析：科学家用基因工程的方法创造出的能分解石油的“超级细菌”综合了几种细菌分解不同烃类的基因，因此它同时能分解石油中的四种烃类。
9.答案：D
解析：基因工程是利用基因进行基因治疗或生产基因产物蛋白质，而杂交育种是利用了 基因重组原理。
10.答案：A
解析：在基因工程技术中，辐射诱变法可以获得符合要求的新基因；反转录法、人工合成法都可以获得目的基因，从基因文库中获取只是提取已获得的目的基因。
11.答案：B
解析：根据定义可知，“转基因动物”是指基因组中插入外源基因的动物。
12.答案：C
解析：基因探针的工作原理是碱基互补配对，所制成的探针是单链DNA分子，待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因探针测序，用基因探针技术可以进行疾病诊断和环境监测。
13.答案：C
解析：抗药性基因存在于细胞质的质粒上，不是控制细菌新陈代谢、生长发育、繁殖等的主要的核基因，细菌抗药性差异不是同一种细菌的主要差异。
14.答案：A
解析：种子的萌发需要细胞增殖，进行DNA复制和蛋白质的合成；细菌二分裂过程也进行DNA复制和蛋白质的合成；目的基因与运载体的结合需将黏性末端连接；但分泌蛋白的加工和运输是在内质网和高尔基体内完成的，不发生碱基互补配对。
15.答案：D
解析：生物体内的正常细胞是分化的细胞，细胞内虽含有生物本物种全套的遗传物质，但基因会出现有选择的表达，癌细胞含有端粒酶，说明癌细胞中含有合成端粒酶的基因，这样正常细胞也应该含有合成端粒酶的基因，只是该基因在正常细胞中没有表达，所以A正确；题中“DNA损伤”是指DNA断下一段，使DNA变短，端粒酶能修复DNA损伤，说明端粒酶能将断下的DNA小段连接到原DNA分子上，所以，B正确；由题意可知：细胞的衰老、死亡是由于DNA损伤所致，所以，C正确；若克隆动物通过转基因技术获得端粒酶基因，细胞DNA将不再变短，细胞将变成癌细胞，所以，D错误。
16.答案：C
解析：从题意看，转基因作物的基因可随花粉传播到野生植物中，同时对天然植物的遗传多样性构成威胁，为防止基因污染，可采取相应措施，不应一味禁止转基因作物的研究，杂交和转基因实质上都是基因重组，但二者有着较大的区别，不可混淆。
17.答案：⑴目的 四种脱氧核苷酸 限制性内切酶 黏性末端 DNA连接 ⑵豇豆 水稻 ⑶转录 ⑷让多种害虫食用水稻叶片
解析：⑴CpTI基因是基因工程中的基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的本质是DNA片段，基本组成单位是四种脱氧核苷酸，在①过程中，首先要用同一种限制性内切酶切开，暴露出相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。限制性内切酶 和DNA连接酶作用部位相同但作用恰恰相反。
⑵在转基因过程中，目的基因从豇豆中获取转入水稻，因此供体细胞是豇豆，受体细胞是水稻。
⑶由基因到信使RNA的过程叫转录。
⑷豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）。CpTI基因从豇豆中获取转入水稻，如果表达，水稻应该表现为抗虫，检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是让多种害虫食用水稻叶片。
18.答案：（1）B （2）胰岛
（3）①DNA分子；TTAAG和GAATT ②半保留复制；蛋白质； 转录； 翻译
解析：（1）糖尿病是一种常见病，根据发病原因可分为糖尿病Ⅰ型（由胰岛素分泌不足引起）和糖尿病Ⅱ型（由肾小管重吸收功能不足引起），目前对糖尿病Ⅰ型的治疗，大多采用激素疗法，这种激素就是胰岛素。
（2）在人体的胰腺内，产生胰岛素的细胞群，称为胰岛。
（3）①质粒存在于细菌细胞内，从其分子结构看，可确定它是一种DNA分子，根据碱基配对的规律，在连接酶的作用下，a段与b段拼接，c段与d段拼接，切点分别位于GA之间和AG之间，则b段与c段分别是TTAAG和GAATT。②质粒由一个变成二个，二个变成四个是DNA复制，它的特点是半保留复制，基因在生物细胞中控制合成蛋白质的过程，需要经过转录和翻译两个步骤。
19.答案：（1）基因突变 （2） GTT和GTC； 氨基酸数量减少。
（3）碱基互补配对原则， 基因替换。
解析：（1）乳光牙致病基因一段碱基序列发生改变，是基因突变的结果。 （2）密码子位于信使RNA上由DNA转录链转录，谷氨酰胺密码子分别是CAA和CAG，所以基因上对应的碱基序列是 GTT和GTC（遵循碱基互补）；由于突变后原来决定谷氨酰胺(一种氨基酸)密码子的序列变成决定终止的密码子的序列，所以原来谷氨酰胺以后的氨基酸就不能翻译出来，导致所决定的肽链结构中氨基酸数量变少。
（3）DNA分子做探针技术是遵循碱基互补配对原则，基因治疗中最有效的方法是用正常的基因替换异常的基因。
20.答案：（1）重组DNA（重组质粒） DNA连接酶 （2）供重组DNA的鉴定和选择
（3）检验转基因啤酒酵母能否产生LTPl蛋白
解析：（1）LTPl基因是目的基因，与质粒结合成为重组质粒（重组DNA），在重组质粒的合成时，限制酶的作用除了用来提取目的基因外，还用同一种限制酶处理运载体（质粒），以便形成相同的黏性末端．并用DNA连接酶将目的基因与质粒连接成重组DNA（质粒）
（2）目的基因的作用是：①检测目的基因是否被拼接到运载体上 ②运载体是否导入了受体细胞。
（3）LTPl基因的表达产物是LTPl蛋白，检验转基因啤酒酵母能否产生LTPl蛋白就可以检测LTPl基因在啤酒酵母菌中是否表达。
第3节 基因工程的应用【针对性练习】标准答案及解析
1.答案：C
解析：利用基因工程培育抗虫作物的目的就是提高产量、减少农药的用量，从而减少环境污染。
2.答案：C
解析：基因工程制药是制药行业突起的一支新军，它最突出的特点是，用基因工程方法获取的药品产量比用传统方法明显提高。
3.答案：D
解析：兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循碱基互补配对原则，并且共用一套密码子，说明兔子和大肠杆菌有共同的原始祖先，由于血红蛋白基因和大肠杆菌DNA控制合成的产物不同，说明它们的核苷酸数量、排列顺序不同，但两者的空间结构都是双螺旋结构，虽然兔子和大肠杆菌有共同的祖先，但这一点与转基因技术无关，所以，D项错误。
4.答案：C
解析：DNA探针、基因探针技术可用于疾病诊断和环境监测。
5.答案：C
解析：“工程菌”是指用遗传工程的方法，把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到新细胞株系。
6.答案：A
解析：由题意知：嫁接到烟草上的番茄叶中含有烟碱，说明烟碱肯定不是番茄叶合成的，只能由根部合成。
7.答案：C
解析：基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，应该是蛋白质类产品，白细胞介素－2 ，干扰素，乙肝疫苗都是蛋白质。
8.答案：D
解析：将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内，移植的是细胞器，由于是在细胞器水平上按照人们的意愿改变细胞，属于细胞工程技术，不属于基因工程技术。
9.答案：C
解析：基因突变的特点之一是：基因突变有利的方面往往不多，所以重组DNA诱发受体细胞基因突变，对人类害大于利。
10.答案：C
解析：基因工程育种可以定向改变性状，具有极强的目的性，育种周期短，同时克服远缘杂交不亲和的障碍，在现在的育种技术中占有越来越重要的地位。
11.答案：C
解析：转基因绵羊生长速率提高，原因是产生的生长激素多，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵。
12.答案：A
解析：①是基因重组 ②是转基因技术，属于基因重组③是基因突变 ④基因修饰，属于基因突变 ⑤是转基因技术，属于基因重组
13.答案：D
解析：基因治疗是把正常基因导入基因有缺陷的病人体内，使该基因的表达产物发挥功效，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传疾病的最有效的手段。
14.答案：C
解析：肿瘤的发生除了基因表达与调控水平出现了变化外，还可能是环境作用的结果。
15.答案：A
解析：基因治疗中最常用的载体是病毒，此时科学家抑制逆转录病毒的某种活性防止它们引起疾病，使之能被安全地使用，它们不能自我复制。
16.答案：（1）胰岛素 胰岛B （2）B （3）①质粒 目的基因（或胰岛素基因） 重组质粒 受体细胞（或大肠杆菌） ②人工合成 ③同一种限制性内切酶 黏性末端 DNA连接
解析：（1）糖尿病是一种常见病，根据发病原因可分为糖尿病Ⅰ型（由胰岛素不足引起）和糖尿病Ⅱ型（由肾小管重吸收功能不足引起），目前对糖尿病Ⅰ型的治疗，大多采用激素疗法，这种激素就是胰岛素。胰岛素由胰岛B细胞分泌。
（2）糖尿病患者体内的胰岛素含量比健康人低，降血糖的能力就低，因此糖尿病患者体内的血糖含量就高，选B曲线。 （3）①该小题要求学生对转基因的知识掌握的比较牢固。 ②此题中目的基因是真核生物的基因，在实践中常用人工合成。 ③在转基因工程构建重组基因时，除了用限制酶来提取目的基因外，还用同一种限制性内切酶切割质粒，暴露出相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。
17.答案：（1）基因工程 发酵工程
（2）人工合成基因（或根据人胰岛素的氨基酸序列，人工合成胰岛素基因）
（3）—G↓GATCC— （4）EcoRI和DNA连接酶
解析：（1）利用大肠杆菌生产人胰岛素必须首先在大肠杆菌内导入人的胰岛素基因（基因工程），然后将转基因大肠杆菌进行大量培养（发酵工程）
（2）人的胰岛素基因是真核生物的基因，在实践中常用人工合成的方法（或根据人胰岛素的氨基酸序列，人工合成胰岛素基因）合成。
（3）EcoRI（一种限制性核酸内切酶）识别序列和切点是—G↓GATCC— （4）在转基因工程构建重组基因时，除了用限制酶来提取目的基因外，还用同一种限制性内切酶（EcoRI——切割质粒，暴露出相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。
18.答案：(1)目的基因 (2)①目的基因；基因重组 ②遗传密码；共同的原始祖先 ③核糖体
(3)不定向的；定向的(4)只要学生用生物学知识来说明，就可以给分。(不赞成。因为基因被吃入后，和其他生物大分子物质一样被消化分解，不可能以原状进入细胞，更不可能补充或整合到人体原有的基因组中去。赞成。因为基因吃下后，消化分解为简单物质，可以作为DNA的原料)
解析：(1) 大肠杆菌等微生物是基因工程最早的突破口和常用的实验材料，它结构简单，是原核生物，无复杂细胞器，容易从体内取出和导入目的基因 ，同时大肠杆菌繁殖速度快，产量大，成本低。成为科学家常用的工程菌。
(2)①a是大肠杆菌体内正常的质粒，b是导入目的基因后的重组质粒；目的基因和原有基因构成基因重组。 ②略 ③基因控制合成的产物是蛋白质，场所是核糖体。
(3)略 (4)此问题是开放性问题，只要学生用生物学知识来说明就可以，但观点要和原因必须统一。答不赞成的观点，要强调基因被消化成无物种特异性的核苷酸，答赞成的观点，要强调核苷酸是合成核酸的原料。
19.答案：（1）24 22条常染色体和X.Y染色体 （2）共同的原始祖先 （3）有利于疾病的诊断和治疗；有利于研究生物的进化；有利于培育动植物品种；有利于研究基因表达的调控机制。
解析：（1）人类基因组计划（HGP）启动于1990年，由美、英、法、日、德和中国的科学家合作进行研究，人类基因组计划需测定人类所有常染色体对中的各一条和两条性染色体，共计24条染色体上碱基的排列顺序，它们分别是 22对常染色体中的各一条即（22条）和X、Y染色体
（2）从人类与小鼠、果蝇等生物有共同的基因这一事实，可以看出人类与小鼠、果蝇等生物有共同的原始祖先
（3）略，见答案。
20.答案：（1）细菌与棉花的DNA结构相同 （2）毒蛋白 遗传密码 相同 （3）DNA（基因）→RNA→蛋白质 （4）减少农药对环境的污染，保护生态环境或生态平衡 （5）基因突变 （6）正面影响：基因诊断与治疗.转基因动植物与农牧业.仪器工业.环境监测.净化污染.生物制药等。负面影响：重组的基因可能使生物发生突变.生态遭破坏（减少生物多样性），滥用基因工程制造生物武器，重组基因的生物可能会产生一些难以预测的危害等。
解析：（1）基因工程中转基因的结构基础是目的基因与受体细胞基因的结构相同（即细菌与棉花的DNA结构相同）
（2）“转基因抗虫棉”具有抗害虫的能力，这表明棉花体内产生了抗虫的物质——毒蛋白。这个事实说明，细菌的基因能在植物棉花内表达，表明细菌和植物共用一套遗传密码，蛋白质合成都由DNA按照转录和翻译的方式合成。 （3）“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程就是基因控制蛋白质的合成的过程，可表示为DNA（基因）→RNA→蛋白质
（4）转基因抗虫棉减少了药物的使用，进而减少农药对环境的污染，保护生态环境或生态平衡
（5）“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，属于变异中的基因突变
（6）此题主要考察学生对基因工程的了解。正面影响：基因诊断与治疗、转基因动植物与农牧业、仪器工业、环境监测、净化污染、生物制药等。负面影响：重组的基因可能使生物发生突变、生态遭破坏（减少生物多样性），滥用基因工程制造生物武器，重组基因的生物可能会产生一些难以预测的危害等。
第4节 蛋白质工程的崛起【针对性练习】标准答案及解析
1.答案：D
解析：蛋白质工程被称为第二代基因工程，蛋白质是基因表达的产物，基因工程是蛋白质工程的基础。
2.答案：D
解析：牛奶中含有乳球蛋白和酪蛋白等物质，在奶汁的形成过程中核糖体合成、内质网、高尔基体进一步加工并分泌，线粒体为之提供能量。
3.答案：D
解析：用基因替换的方法治疗人的某种遗传病属于基因工程。
4.答案：D
解析：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。A和B都是将外源基因导入体内生产产品或治疗疾病，都属于基因工程；蛋白质工程是通过对DAN分子进行改造，从而产生出不同的蛋白质，与基因工程相关。杂交没有进行体外DNA重组和转基因技术，与基因工程无关。
5.答案：C
解析：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起培育转基因动物，转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌的乳汁来生产所需的药品，因而称为乳腺生物反应器。
6. 答案：A
解析：一个氨基酸可以对应一个或多个密码子，而密码子是mRNA上特定的碱基序列，按照氨基酸的顺序可以确定mRNA碱基序列。
7. 答案：B
解析：蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出定向的改造，蛋白质工程是在分子水平上首先对DNA分子直接进行操作，进而定向改变蛋白质分子结构。
8. 答案：B
解析：将目的基因导入受体细胞只是基因工程的一项操作。而在基因工程与蛋白质工程中都涉及基因的复制与表达，最终合成符合人类需要的蛋白质产品。
9. 答案：B
解析：合成目的基因、将两个物种基因重组 、基因治疗都是基因工程的内容，而设计需要的蛋白质分子是蛋白质工程的内容。
10. 答案：C
解析：蛋白质工程的目标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。
11. 答案：B
解析：蛋白质工程可以改造酶的结构，通过改造蛋白质分子中某些活性部位的1个或几个氨基酸残基，有目的地提高酶的适应低温的能力，进而提高洗衣粉在低温时的洗衣效果。
12. 答案：D
解析：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。而要对现有蛋白质进行改造，必须首先弄清原来蛋白质的结构与功能。
13.答案：D
解析：构成多肽链的氨基酸数目、种类、排列顺序及构成蛋白质的多肽链的数目、蛋白质的空间结构决定了蛋白质结构多样性，而构成蛋白质的氨基酸的结构特点是至少含有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
14. 答案：C
解析：第一代药物所合成的是自然界中存在的蛋白质，第二代重组药物所合成的是自然界中不存在的新的蛋白质。
15. 答案：C
解析：蛋白质工程的目的是获得人类需要的蛋白质，基因工程除了获得人类需要的蛋白质外，还可以进行基因治疗等；通过蛋白质工程改造后的蛋白质是自然界不存在的蛋白质；蛋白质工程通过改造基因的结构达到改造蛋白质的目的。
16.答案：C
解析：蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
17.答案：D
解析：干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70℃的条件下，可以保存半年。
18.答案：D
解析：自然界中不存在的蛋白质的合成首先根据人们对蛋白质的需求对蛋白质分子的结构进行设计。
19.答案：D
解析：蛋白质工程在设计蛋白质结构后，根据蛋白质的氨基酸序列推测mRNA碱基序列，这个过程依据氨基酸所对应的密码子。
20.答案：BD
解析：蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，在改造中，有的对原有蛋白质作出较大的修整设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，这属于大改；有的改造较大，是在蛋白质分子中替代某一肽段或结构，称为中改；而较小的改造是改造蛋白质分子中某些活性部位的1个或几个氨基酸残基通过定点诱变技术，以获得人类所需要的目的蛋白质，可改变的结构较小，是小改。
21.答案：（1）根据氨基酸序列反推出mRNA密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为
（2）根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA序列，利用四种脱氧核苷酸进行人工合成。
解析：本题的突破口是：基因通过转录和翻译，控制蛋白质的合成。（1）是按照中心法则进行逆向推导，（2）是按照中心法则进行正向推导。
22.答案：（1）密码子 信使RNA 碱基互补配对 （2）启动子 终止子 DNA连接（酶） （3）基因工程
解析：（1）蛋白质工程从氨基酸序列推基因中的脱氧核苷酸，氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系枢纽是信使RNA，信使RNA 由脱氧核酸转录，而密码子是信使RNA上特定的能决定一个氨基酸的三个相邻的碱基序列。
（2）由人工合成的基因只是基因的编码序列，完整的基因还包括启动子、终止子等结构，把启动子、终止子等DNA片段连接到基因的编码区需要DNA连接（酶）。
（3）由基因合成蛋白质涉及基因工程。
第4节 蛋白质工程的崛起【五年高考及经典模拟回放】答案
1A 2B 3A 4C 5A 6C 7C 8D 9A
10.（1）蛋白质工程 （2）1 （3）稳定 少数氨基酸的替换
专题【跟踪练习】答案：
1.答案：D
解析：DNA分子杂交是让不同生物的两条DNA单链进行杂交形成杂合双链区通过观察杂交部位的多少来确定DNA分子碱基排列情况，从而确定基因是否发生病变，用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子便于观察。
2.答案：B
解析：DNA分子杂交是让不同生物的两条DNA单链进行杂交形成杂合双链区的部位越多，说明两种生物之间的亲缘关系越近，DNA分子杂交原理可应用于对疾病的诊断和病毒的检测。
【单元测试卷】答案及评分标准：
第Ⅰ卷（本卷共40个小题，每小题1分，共40分）
1.答案：B
解析：限制性核酸内切酶与DNA连接酶是基因工程中常用的工具酶。其中，限制性核酸内切酶能识别并切割特定的DNA核苷酸序列。
2.答案：D
解析：细菌等原核生物的细胞中DNA也是双链的。作为基因工程中的受体细胞，必须满足繁殖速度快，遗传物质相对较少，多为单细胞，操作简便等条件。
3.答案：C
解析：基因突变一般对受体细胞是有害的，若重组DNA能诱发受体细胞基因突变，则对人类不利。
4.答案：C
解析：PCR技术是聚合酶链式反应的简称，是在体外快速大量复制DNA片段的一种新技术。
5.答案：C
解析：基因治疗是指将健康基因导入有缺陷的细胞内，以达到修复的目的。
6.答案：D
解析：治疗白化病.苯丙酮尿症等人类遗传疾病的根本途径是，改变患者的遗传物质，可以采取基因疗法替换致病基因，从而达到治愈的目的。
7.答案：C
解析：通过基因工程技术可以生产干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗等药物，青霉素是从青霉菌体内提取出来的。
8.答案：A
解析：本题属于识记内容。PCR扩增技术需要①模板DNA、④耐高温的DNA聚合酶、⑤引物、⑥PCR缓冲液、⑦脱氧核苷酸贮备液。
9.答案：C
解析：本题考查细胞的全能性和基因的选择性表达。人的胰岛细胞中既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因，只不过是没有表达而已。
10.答案：A
解析：在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
11.答案：B
解析：基因污染是可以随着自然界中的生物扩散的，譬如，通过转基因作物可通过花粉散落到它的近亲作物上，从而污染生物基因库；杂草.害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性；转基因生物还有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。
12.答案：B
解析：PCR技术的操作步骤依次：是高温变性、低温复性、中温延伸。故本题正确答案为B。
13.答案：A
解析：在基因工程的操作过程中，需要用同一种限制性内切酶切割目的基因与运载体，并用DNA连接酶将二者的黏性末端连接起来，所选择的质粒必须具有标记基因，以便于进行目的基因的检测。
14.答案：D
解析：真核生物的基因是由外显子和内含子构成的，内含子部分不决定编码蛋白质。因此，要想获得真核生物的基因，最好采用人工合成的方法。
15.答案：C
解析：基因是控制生物性状的结构与功能的基本单位，是有遗传效应的DNA片段。基因具有一定的独立性和完整性，基因与基因之间一般不会相互抑制。
16.答案：A
解析：三倍体转基因鲤鱼细胞中有三个染色体组，与正常鲤鱼杂交，不能产生后代。
17.答案：B
解析：基因的表达是通过转录和翻译实现的。
18.答案：C
解析：在将目的基因转入受体细胞的过程中，不进行碱基互补配对。
19.答案：B
解析：人是真核生物，其基因只能在真核生物细胞内表达。在题目提供的四个选项中，只有酵母菌是真核生物。
20.答案：D
解析：基因的表达是通过转录和翻译实现的，在本题中的表达是指在大肠杆菌细胞内能合成抑制生长激素释放因子。
21.答案：C
解析： 合成目的基因及其与运载体的结合都有碱基互补配对：目的基因的检测实质是标记基因的表达，也有碱基互补配对；目的基因的表达道理一样。
22.答案：D
解析：D选项是错误的。玉米的蛋白酶抑制剂基因在人体的消化道内会被分解成脱氧核苷酸，使其结构遭到破坏而失去遗传效应。
23.答案：B
解析：基因是有遗传效应的DNA片段，在动物体内含有DNA的结构只有染色体和线粒体。
24.答案：D
解析：基因能够通过控制蛋白质的结构而控制生物的性状。若要检测苏云金芽孢杆菌的抗虫基因在棉花细胞中是否已经表达，可以通过检测是否有相应的性状来进行。
25.答案：A
解析：基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，从而达到治疗疾病的目的。
26.答案：C
解析：基因工程中最常用的运载体是质粒，它具有①能自主复制、③结构很小、⑥环状DNA、⑦能“友好”地“借居”等优点。
27.答案：D
解析：基因能够通过控制蛋白质的结构而控制生物的性状。若要检测苏云金芽孢杆菌的抗虫基因在棉花细胞中是否已经表达，可以通过检测是否有相应的性状来进行。
28.答案：C
解析：在这种优质脂肪酶的研制过程利用了基因工程、蛋白质工程、第二代基因工程等技术手段，但没有涉及到基因修复，基因修复主要应用于受损的细胞或组织中。
29.答案：D
解析：蛋白质工程是直接对基因结构进行操作的。
30.答案：C
解析：运载体是基因工程中的运输工具，运载体必须具有某些标记基因，以便目的基因能够与其结合。
31.答案：C
解析：由于Asp、Gly、Ser具有发光现象，在基因工程操作中可以根据这一现象来进行目的基因的检测。
32.答案：C
解析：将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，Bt基因就会表达出特异的杀虫蛋白质，从而产生对菜青虫有显著抗性。这也体现了基因对性状的控制。
33.答案：B
解析：质粒是基因工程中最常用的运载体，作为运载体必须具备一定的条件，如要有标记基因，以便于对受体细胞中是否导入目的基因进行检测。
34.答案：C
解析：本题中采用的方法是借助噬菌体将正常基因导入了患者体内，以达到治疗疾病的目的，这种治疗方法称为基因治疗。
35.答案：B
解析：基因芯片技术的原理是利用了DNA分子的杂交。待测DNA分子必须先解旋为单链才能进行测序。因为碱基存在与DNA分子内部，并且以氢键形式相连接。
36.答案：C
解析：DNA探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子，放射性同位素的作用是作为探针DNA的示踪元素。
37.答案：D
解析：限制性内切酶具有特异性，一种限制性内切酶能识别特定的DNA序列并进行剪切，且不同的限制性内切酶可以对不同的核酸序列进行剪切。根据题目中的信息通过分析可知，正确选项为D。
38.答案：B
解析：转基因牛是指基因组中增加外源基因的，即白蛋白基因的牛。
39.答案：C
解析：将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，药物蛋白基因就会随着受体DNA的复制而复制，并能够表达出药物蛋白。而且这种性状是可以遗传的。
40.答案：B
解析：本题考查基因工程的有关知识。蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料，受精卵是理想的受体，该羊的产生要用到胚胎移植技术。
第Ⅱ卷 非选择题（本卷共6个小题，共60分）
41．［除第（1）小题第2空2分外，其余，每空1分，共10分］（1）不能， 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达（或未转录），不能形成胰岛素mRNA 。 （2）逆转录 解旋。
（3）15（a－b）。（4）同一种限制性内切酶 相同的黏性末端 DNA连接酶 （5）CaCl2 。
解析：本题考查基因工程的操作步骤及基因工程技术中常用的工具，如限制性内切酶、DNA连接酶等。
42．（每空1分，共13分）（1）限制酶 微生物 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割（2）限制性内切 DNA 分别与运载体结合 运载体 复制 带有目的基因的DNA片段（3）提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达
解析：在基因工程中用到的限制酶具有特异性，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割。基因工程的操作步骤是：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和表达。
43. （每空1分，共10分）(1) 目的基因 用限制酶切出粘性末端 运载体 限制酶使质粒露出粘性末端 (2)⑤ 细胞核 ⑧ 线粒体 (3) ⑦⑥④⑧ 核糖体.内质网.高尔基体.线粒体 (4)氨基酸 肽键 (5)③ 叶绿体
解析：本题考查了基因工程与细胞结构的联系。在作答过程中要注意仔细审题，抓住关键信息。
44．［除第（2）小题每空2分外，其余每空1分，共9分］（1）氢， 解旋， 碱基互补配对原则。
（2）DNA分子中独特的双螺旋结构 复制过程中严格遵循碱基互补配对原则。
（3）1/16 。 （4） D
解析：本题考查PCR技术。PCR技术是聚合酶链式反应的简称，是一种在体外条件下快速复制DNA的高新技术手段。通过PCR技术使DNA分子大量复制时，同样遵循碱基互补配对原则，其复制方式仍然是半保留复制。检测一个人是否感染了艾滋病病毒，可以通过检测该人的血液中是否含有病毒核酸来判定。
45．［除第（3）小题第1空2分外，其余每空1分，共9分］（1）运载体 限制性核酸内切酶和DNA连接 （2）①②④
（3）不同生物的DNA结构基本形式相同 密码子
（4）基因重组 （5）目的基因（抗枯萎病的基因）已表达 不一定
解析：基因工程的操作基础是不同生物的DNA结构基本形式相同，且共用一套遗传密码子。在基因工程中常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。基因工程的操作步骤包括提取目的基因；目的基因与运载体结合；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测和表达四步。只有第三步将目的基因导入受体细胞过程不遵循碱基互补配对原则。
46.［除第（3）小题1分外，其余每空2分，共9分］（1）两种细胞均存在β珠蛋白基因和胰岛素基因 成红细胞中有表达β珠蛋白的mRNA,而没有表达胰岛素的mRNA； 胰岛细胞反之 （2）基因选择性表达的结果 （3） A一U，G一C （4）不在 因为探针是用DNA片段做的，而遗传密码存在于mRNA上
解析：细胞具有全能性，构成一个个体的所有体细胞都具有本物种全部的基因。即在鸡的成熟红细胞和胰岛细胞中既有β珠蛋白基因，又有胰岛素基因，只不过成熟红细胞中的胰岛素基因没有表达，胰岛细胞中的β珠蛋白基因同样没有表达。DNA分子探针的原理是DNA的杂交，遵循碱基互补配对原则。
B
⑩
⑨
⑧
⑦
⑥
⑤
②
④
③
重复进行
大量的A
人胰岛素
人胰岛素
①
A
胰岛素
mRNA
大肠杆菌
人胰岛细胞
D
C
PAGE
40第3节 基因工程的应用
【本节重难点】
重点：1.基因工程在农业和医疗等方面的应用
难点：1.基因治疗
【知识精讲】
教材梳理
知识点一 植物基因工程的应用
植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
1.提高抗逆性
（1）常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。
（2）常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
（3）其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。
2.改良植物品质
由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
3.生产药物
基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、
α－干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素－2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。
知识点二 动物基因工程的应用
1.用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
2.用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。
3.用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。
知识点三 基因治疗
1.概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。
2.方法：体外基因治疗和体内基因治疗
体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。
体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。
说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。
教材拓展
拓展点一 该节内容是对第2节知识的综合运用，是近几年及今后几年高考的主考点。在学习这部分知识时，要注意以下几点：
1.熟练、灵活掌握第2节的基础知识，形成系统的、完善的知识体系
2.目的基因来自其他生物，目的基因和受体细胞的基因构成基因重组，这是基因工程的原理。
3.常考知识为基因操作的基本步骤
4.相关知识为DNA的结构和复制、基因控制蛋白质的合成及对性状的控制、基因突变、酶的性质和作用、其他生物工程等
5.解决的方法是学好相关知识，达到灵活运用程度，进行知识迁移。
拓展点二 基因治疗的过程（以镰刀形细胞贫血症的治疗为例）
步骤 过程
获取正常的血红蛋白基因 用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因
形成重组载体 用同一种限制性核酸内切酶在载体DNA上切开一个切口，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上，形成重组载体
重组载体的转化与筛选 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中，并将重组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞。
将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞产生含正常血红蛋白的红细胞，以根治镰刀形细胞贫血症
拓展点三 利用微生物生产药物的优越性
所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：
1.利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。
2.可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。
3.降低生产成本，减少生产人员和管理人员。
【典题分类精析】
考点一、植物基因工程的应用
例1．下列说法正确的是
A．用基因工程方法培育抗虫植物也能抗病毒
B．基因工程在畜牧业上应用的目的是培育体型巨大、品质优良的动物
C．任何一种假单孢杆菌都能分解四种石油成分，因此，假单孢杆菌是“超级细菌”
D．基因工程在农业生产上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物
分析：本题考查基因工程的应用。用基因工程方法培育的抗虫植物(如抗虫棉)不能抗病毒；科学家培养超级动物的更重要的目的是利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，获得人类所需要的各类物质(如激素、酶、抗体等)；每一种假单孢杆菌只能分解石油中的某一种成分，科学家利用生物工程的方法，把能分解三个烃类的基因转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的超级细菌。
答案：D
点评：抗虫和抗病毒不是一回事，抗虫棉转入的基因能够合成毒蛋白，害虫吃了这种毒蛋白后，能抑制害虫正常的新陈代谢，而对病毒不起作用，所以，抗虫棉抗虫而不抗病毒。（参见知识点1）
例2.金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：
（1）获得②一般用 的方法，①和②结合能形成③，最重要的是①和②经处理后具有 。
（2）在⑤→⑥过程中，获得抗病基因的金茶花细胞将经历 和 过程后才能形成⑦。
（3）抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统能够识别来自另一种生物的DNA的___________。
（4）欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是____________________。通过转基因方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 。
分析：要获得具有抗病基因的重组载体，首先用限制性内切酶切出抗病基因（目的基因），并用同一种限制性内切酶在质粒这一环状DNA上切口，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起，形成重组载体。将重组载体导入茶花细胞中，由这一细胞发育成的植株就产生了抗病性，说明抗病基因已得到了表达。如果重组载体存在于茶花细胞的细胞质中，则抗病基因在茶花的有性生殖中符合细胞质遗传，即产生的雌配子中含有抗病基因，而雄配子中一般不含有抗病基因。如果重组载体整合到了茶花细胞和中的DNA分子上，则抗病基因在茶花的有性生殖中基因发生重组，产生的配子中也不一定含有抗病基因。因此，保持后代都具有抗病性状的最好方法是无性繁殖，如植物组织培养（克隆）。
答案：（1） 人工合成基因 相同的黏性末端 （2） 脱分化 再分化
（3）脱氧核苷酸序列（遗传信息或碱基序列） （4） 植物组织培养 不一定
点评：绝大多数目的基因导入受体细胞中后，跟染色体DNA结合，属于核遗传。
考点二、动物基因工程的应用
例3．原有基因通过DNA重组技术得以改造的动物称为转基因动物。现在这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，人类控制蛋白质合成的基因可以替代羊染色体上的相似基因，右图表示了这一技术的基本过程。请回答：
（1）人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊染色体内，原因是 。
（2）从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是 。
将人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中的酶是 。
（3）将人体蛋白质基因导入羊体内并成功地表达，使羊产生新的性状。这种变异属于
。
（4）举出两例说明转基因技术的应用：
① ；
② 。
（5）假设人体蛋白质基因含有12000个碱基对，则该基因控制合成的蛋白质共有 个氨基酸。
分析：本题考查识图能力、理解能力、分析问题能力和表达水平。主要考查知识点是：蛋白质的结构、基因对性状的控制、转基因技术、蛋白质的简单计算、应用等知识点。（1）人体蛋白质基因要能够“插入”到羊染色体内，必须要求人的DNA分子和羊染色体的DNA分子具有相同的空间结构和化学组成。（2）基因的“剪刀”是限制性内切酶，基因的“针线”是DNA连接酶。（3）通过将人的基因重新组合到羊的DNA分子中，从而使羊产生新的性状，所以这种变异属于基因重组。（4）实际的例子还有：培育抗虫棉、培育“向日葵豆”植株、基因治疗、在动物的乳腺细胞中培育人类需要的激素、抗体、酶等。（5）按照基因中每3对碱基决定1个氨基酸即可计算得出。
答案：（1）①人和羊DNA分子的空间结构、化学组成相同；②有互补的碱基序列（答出其中一点即可） （2）限制性内切酶；DNA连接酶（3）基因重组 （4）①培育转基因超级动物；②提供器官移植的来源（其他合理答案亦给分）（5）4000
点评：目的基因导入受体细胞后，绝大多数跟染色体DNA结合。 ——知识点2
考点三、基因治疗
例4．如果通过转基因技术，成功改造了某血友病女性的造血干细胞，使其凝血功能全部恢复正常。当她与正常男性结婚，婚后所生子女的表现型为
A．儿子、女儿全部正常
B．儿子、女儿中各一半正常
C．儿子全部有病，女儿全部正常
D．儿子全部正常，女儿全部有病
分析：通过转基因技术改造人的造血干细胞，就是将健康人的正常基因导入患者体内，合成凝血因子，恢复正常的凝血功能。
答案：C
点评：血友病为X染色体上的隐性遗传病，本题中完成转基因的细胞只有造血干细胞，而正常的体细胞和精原细胞没有进行转基因，女性患者所产生的卵细胞仍然含有血友病基因，所以，所生男孩都患病。这是做错本题的主要原因。
例5. 18.1990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因，而患先天性体液兔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。
（1）为使体外培养细胞的工作成功，必须考虑的培养条件是 ，培养液须含有 。
（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，兔疫能力趋于正常是由于产生了 ，产生这种物质的两个基本步骤是 、 。
分析：基因治疗把健康的外源基因导人有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。导入的健康的基因能在受体细胞（白细胞）中通过转录和翻译合成相应的基因产物（抗体），使病人体内的抗体水平恢复正常，达到治疗的目的。
答案：（1）pH渗透压、温度以及无菌等； 有机物、无机盐、维生素、O2、水等
（2）运载体 腺苷脱氨酶基因 白细胞 （3）抗体（或腺苷脱氨酶） 转录 片翻译
点评：抗体的化学本质是蛋白质，蛋白质是通过转录和翻译合成的。
考点四、生物防治与化学防治
例6．随着科学技术的发展，化学农药的产量和品种逐年增加。但害虫的抗药性也不断增强，对农作物的危害仍然很严重，如近年来棉铃虫在我国大面积爆发成灾，造成经济损失每年达100亿元以上，针对这一情况，科学家开展了“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将抗虫基因导人棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。请回答下列问题：
(1)害虫抗药性的增强是 的结果；
(2)“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可以表示为 。
(3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是
。
(4)科学家们预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此现象来源于 。
分析：本题考查基因工程在农业生产上的应用。(1)农药对害虫抗药性的变异讲行定向的选择，使抗药性强的个体生存下来，经过逐代积累，使害虫的抗药性得以增强。 (2)基因是生物性状的内在控制因素，基因对生物性状的控制过程包括转录和翻译过程：。(3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是减少农药用量，减轻农药对环境的污染，保护生态系统的稳定性。 (4)此种转基因抗虫棉独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，说明基因发生了变化，此现象来源于基因突变。
答案：（1）农药对害虫抗药性的变异进行定向选择
（2）（3）减少农药使用量，减轻农药对环境的污染，保护生态系统的稳定性（4）基因突变
点评：转基因生物的信息表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的，转基因生物要适应环境，同时对环境也会造成影响。 ——知识点1、拓展点1
考点五、利用微生物生产药物的优越性
例7.用大肠杆菌生产胰岛素应用的生物工程的组合是
①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程
A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④
分析： 本题考查基因工程与其他工程之间的区别与联系。一个产品的开发中，通常是由几个工程彼此合作来完成的。用大肠杆菌生产胰岛素直接是发酵工程；而把人的胰岛素基因转入大肠杆菌，是由基因工程完成的；而基因工程所用的工具酶，来自酶工程。
答案：C
点评：各种工程的联系：基因工程和细胞工程是上游工程，发酵工程和酶工程是下游工程，基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获得，酶工程中酶的生产，一般要通过微生物发酵的方法来进行。各种工程分支领域之间存在着交叉渗透的现象。
【针对性练习】
1.利用基因工程培育抗虫作物的直接优点是
A.减少虫灾的发生 B.减少能量消耗 C.减少农药的用量 D.净化了环境
2.基因工程药品的优点
A.价值昂贵 B.采用复杂的基因工程技术获得
C.生产效率高 D.直接利用生物特种基因
3.目前科学家把兔子血红蛋白基因导入到大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列所叙述的哪一项不是这一先进技术的理论依据
A.所有生物共用一套遗传密码子 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都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循碱基互补配对原则，都具有相同的空间结构
D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
4.基因工程在诊断遗传病上发展尤为迅速，目前可以对几十种遗传病进行快速诊断，所采用的方法是
A.基因工程生产药物 B.导入正常基因 C.合成DNA探针 D.用“工程菌”治疗疾病
5. “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，把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到新细胞株系
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
6．在烟草的叶片中含有大量的烟碱，当把烟草嫁接到番茄上时，烟草的叶就不含烟碱了。反之，嫁接到烟草上的番茄叶中却含有烟碱。这说明
A．烟草根部能合成烟碱
B．烟草叶受番茄的影响，遗传性状发生改变
C．番茄叶受烟草的影响，遗传性状发生改变
D．只有依赖烟草根部吸收某种物质，烟草叶片才能合成烟碱
7.基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，不包括
A.白细胞介素－2 B.干扰素 C.聚乙二醇 D.乙肝疫苗
8.下列各项不属于基因工程在实际中应用的是
A.转基因抗虫棉的培育成功 B.利用DNA探针检测饮用水中有无病毒
C.培育工程菌使之能产生胰岛素 D.将一种植物细胞内的叶绿体移入另一种植物细胞内
9.下列有关基因工程技术的应用中，对人类不利的是
A.制造“工程菌”用于药品生产 B.创造“超级菌”分解石油、DDT
C.重组DNA诱发受体细胞基因突变 D.导入外源基因替换缺陷基因
10.下列不属于基因工程育种优点的是
A.育种周期短 B.克服远缘杂交不亲和的障碍 C.据盲目性 D.目的性强
11.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
12.下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是
①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻 ②我国科学家将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉 ③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒 ④科学工作者将猪的胰岛素转变成人的胰岛素 ⑤将人的α－抗胰蛋白酶基因导入到羊的DNA分子中
A.①②⑤ B.①②④⑤ C.②④⑤ D.①②③④⑤
13.下列不属于基因治疗的是：
A．用正常的基因去弥补有缺陷的基因
B．转移基因以刺激免疫力，用于肿瘤和爱滋病的治疗
C．将可抑制癌基因转录的DNA序列导入癌细胞，抑制其增殖
D．摄入“健康基因”
14.对肿瘤的论述错误的是：
A．肿瘤的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果
B．与肿瘤相关的基因包括癌基因、抑癌基因及DNA错配修复基因等
C．肿瘤的发生只是基因表达与调控水平出现了变化
D．基因芯片技术对肿瘤能进行早期诊断
15.对基因治疗安全性的问题叙述不当的是：
A．基因治疗中最常用的载体是病毒，它们能自我复制
B．在基因治疗中，科学家抑制逆转录病毒的某种活性防止它们引起疾病，使之能被安全地使用
C．使用病毒载体运载基因，它们可能会更多地改变目标细胞
D．目的基因插入载体DNA的位置可能出现错误，导致癌症和其他损伤的产生
16.糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，以致发达国家把它列为第三号“杀手”。
图甲
（1）目前对糖尿病Ⅰ型的治疗，大多采用激素疗法，所用激素为_____________，由_________________细胞分泌。
（2）让一健康人和糖尿病患者于空腹时同时口服葡萄糖，服用量按每人每千克体重1克计算，随后每隔一段时间，测定各人的血糖浓度，如图甲所示，图中表示糖尿病患者的曲线是_______________________。
（3）这种治疗用的激素过去主要是从动物的内脏中提取，数量有限，20世纪70年代后，开始采用基因工程的方法生产，如图乙所示，请回答：
图乙
①指出图中2、4、6、7的名称:
2_____________，4_____________，6_____________，7_____________。
②一般获取4采用的方法是_____________。
③6的获得必须用_____________切割3和4，使它们产生相同的_____________，再加入适量的_____________酶，才可形成。
17.下面是利用大肠杆菌生产人胰岛素的有关问题，请回答：
（1）利用大肠杆菌生产人胰岛素必须应用____________和___________等工程学手段。
（2）为了获得人的胰岛素基因通常采用________________________________的方法，
（3）大肠杆菌质粒经EcoRI（一种限制性核酸内切酶）切割后所形成的黏性末端之一是
，则EcoRI的识别序列和切点是___________（切点用箭头标在序列上）。
（4）要将人的胰岛素基因插入上述质粒切口形成重组质粒必须利用的工具酶是__ _。
18.1980年美国科学家应用DNA重组技术，制备出能生产
人胰岛素的基因工程菌，让其生产胰岛素，用于治疗糖尿病，
其生产过程如右图：
（1）大肠杆菌等微生物是基因工程最早的突破口和
常用的实验材料，这是因为：
①大肠杆菌结构简单，容易从体内取出和导入 ；
②大肠杆菌繁殖速度快，产量大，成本低。
（2）大肠杆菌(基因工程苗)生产人胰岛素的原理是“目的基
因”与大肠杆菌的DNA分子结合，并在大肠杆菌繁殖时随
DNA一起复制，形成的新大肠杆菌菌株，且“目的基因”在
大肠杆菌内实现了遗传信息成功的表达。请根据上述叙述回
答下列问题：
①图中的大肠杆菌b不同于大肠杆菌a的特点是b含有 ，这种变异属于可
遗传变异类型中的 。
②“目的基因”能在大肠杆菌内表达功能，说明人和大肠杆菌共用一套 ，也说明
人和大肠杆菌具有 。
③“目的基因”能在大肠杆菌内实现遗传信息成功的表达，说明大肠杆菌具有一种细胞器
是 。
（3）自然界中生物的变异是 的，而以上的基因工程技术使大肠杆菌按照人们
目的发生 的变异。
（4）有人提出“吃基因补基因”的观点，你是否赞成，试从新陈代谢角度简要说明理由。
19．人类基因组计划（HGP）启动于1990年，由美.英.法.日.德和中国的科学家合作进行研究。2000年6月26日，六国科学家绘制出人类基因组框架。今年2月12日，科学家对基因的面貌又有新的发现，经过初步测定和分析，人类基因组共有32亿个碱基对，包含了大约3万到4万个蛋白编码基因，研究还表明，人类蛋白质基因有61%与果蝇同源，
43%与线虫同源，46%与酵母同源。 人类17号染色体上的全部基因几乎都可以在小鼠11号染色体上找到。根据以上材料回答以下问题：
（1）人类基因组计划需测定人类 条染色体上碱基的排列顺序，它们分别是 。
（2）人类与小鼠，果蝇等生物有共同的基因，说明这些生物在进化上具有
。
（3）你认为完成人类基因给计划有哪些意义？
20.随着科学技术的发展，化学农药的产量和品种逐年增加，但害虫的抗药性也不断增强，对农作物危害仍然很严重。如近年来，棉铃虫在我国大面积暴发成灾，造成经济损失每年达100亿以上。针对这种情况，江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将某种能产生抗虫毒蛋白细菌的抗虫基因导入棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。
就以上材料，分析回答：
（1）抗虫基因之所以能接到植物体内去，原因是___________________。
（2）“转基因抗虫棉”具有抗害虫的能力，这表明棉花体内产生了抗虫的_____________物质。这个事实说明，害虫和植物共用一套_____________，蛋白质合成的方式是_____________的。
（3）“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可表示为___________________。
（4）该项科技成果在环境保护上的作用是___________________。
（5）科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此现象来源于___________。
（6）基因导入工程技术已在多方面得到应用，请各举一例说明该技术的应用可能带来的正负面影响。
【课后答案点拨】
思考与探究（P25）
1.解析：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。
【拓展阅读】我国基因治疗癌症水平世界领先
本报深圳10月22日电 记者易运文今天从深圳市政府召开的新闻发布会上获悉：世界上首个基因治疗药物在中国领得“出生证”。由深圳市赛百诺基因技术有限公司研制开发的抗癌药——“重组人p53腺病毒注射液”，10月16日获得国家食品药品监督管理局颁发的新药证书。这标志着我国在基因治疗药物研制和产业化方面已达世界领先
水平。
据悉，目前在临床上使用“今又生”（Gendicine）已治疗了头颈部肿瘤等多种不同的肿瘤。临床试验结果表明，“今又生”使用安全、疗效显著，由于“今又生”属缺陷性重组腺病毒，在体内对细胞只发生一交性感染，不能繁殖，因此使用安全性高，腺病毒DNA不整合到人细胞基因组中，无长期毒性。
据有关专家介绍，目前已知的104种肿瘤中至少有56种恶性肿瘤是因为p53发生突变引起的。p53是一种抑制肿瘤的基因，是细胞内关键的“看家基因”，可影响多种基因的表达，调节细胞生长，防止细胞癌变。高表达的p53蛋白质能有效刺激机体的特异性抗肿瘤免疫反应，杀伤肿瘤细胞。
据了解，基因治疗是指以改变人的遗传物质为基础的生物治疗，因此基因治疗针对的是疾病的根源——异常的基因本身，在癌症、心血管病、遗传病和艾滋病等治疗方面有广泛的应用前景，但自1990年美国的第一个人体基因治疗试验以来，一直没有一种安全有效的基因治疗药物正式问世。
在未来几十年中，以分子遗传学为基础的个体癌危险评估的有效性将提供更个体化的预防措施：当人们面临个人的危险评估与以人群为基础的危险评估相对立时，生活方式的改变比较容易实现。
事实上，生活方式的改变仅能预防某些肿瘤的发生，而目前不可能预测化学预防药物何时能成为可有药物。同时，分子遗传学更进一步的澄清以及新肿瘤标记物的出现等最直接的结果仅可能使危险状态下个体的忧虑增加，此类发展将最终导致治愈率的必善，但也可能使原发肿瘤定位不明的病例数大大增加。虽然要知道这些病人以后能否使用现有的细胞毒化学疗法治疗是很困难的，但在这种情况下，某种现实主义的乐观态度是正确的，即使不清楚基因治疗在未来是否能是药物发展的新的黄金时代。
经典的药物筛选将逐渐被抛弃，并将被合理设计以干扰特殊目标的小分子取代，这些特殊目标涉及信号转导、转录控制、有丝分裂的细胞凋亡、血管生成和转移发生。现在许多将成为合理的药物设计基础的相关基因已经被分离出来。虽然BcrAb1酪氨酸激酶抑制剂ST1571在治疗慢性骨髓性白血病（CML）方面取得了初步的结果，但研究人员目前正在证明该结果将是第一个非常有前途的实例。在患有CML时，第9和第22条染色体的平衡易位造成融合蛋白Bcr—Ab1活性酪氨酸激酶的一种组成。目前还不能肯定这类“更聪明”的药物是否将部或完全地区性取代传统的细胞毒药物。作者认为不会发生这种情况，但将会发生各种药理学方法的联合应用。例如细胞毒药物可能仍被用于肿瘤抑制，或者某些新药可能被用于对细胞毒药物有耐药性的肿瘤治疗。
预计到2020年每年可有2千万个新癌症病例，其中大多数在发展中国家。这些国家十分贫穷，无力支付蛋白酶抑制剂和艾滋病的三重治疗费用，这种情况可能很快便会在癌症和其他变性疾病中重新发生。考虑到世界经济和全球政治的状况，可以确信这个总是将与人类一起走向可预知的未来。
【五年高考回放】
1．［2006广东高考］下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（ ）
A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒
D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
答案：B
解析：基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,达到治疗的目的,并不是把缺陷基因诱变成正常基因;基因诊断是用放射性同 位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA 分子杂交的原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的;基因探针具有专一性,一种基因探针只能检测水体中的一种相应的病毒;原核生物的基因与真核生物一样都为DNA,可以用于真核生物的遗传改良。
2．［2006全国高考］玉米子粒的胚乳黄色（A）对白色（a）为显性，非糯（B）对糯（b）为显性。两对性状自由组合。今有两种基因型纯合的玉米子粒，其表现型为：黄色非糯、白色糯。
⑴请用以上两种玉米子粒作为亲本，通过杂交试验获得4种子粒，表现型分别为黄色非糯、黄色糯、白色非糯、白色糯，比例接近1:1:1:1（用遗传图解回答）。若亲本不变，要获得上述4种子粒，但比例接近9:3:3:1，则这个杂交试验与前一个杂交试验的主要区别是什么？（用文字回答）
。
⑵如果上述白色糯玉米不抗某种除草剂，纯合黄色非糯玉米抗该除草剂，其抗性基因位于叶绿体DNA上，那么，如何用这两种玉米 亲本通过杂交试验获得抗该除草剂的白色糯玉米？
。
⑶现有多株白色糯玉米，对其花粉进行射线处理后，在进行自交。另一些白色糯玉米植株，花粉不经射线处理，进行自交。结果，前者出现黄色糯子粒，后者全部结白色糯子粒。由此可推测，黄色子粒的出现是基因发生_______________的结果，其实质是射线诱发_______________的分子结构发生了改变。
⑷在适宜时期，取基因型杂合黄色非糯植株（体细胞染色体为20条）的花粉进行离体培养，对获得的幼苗用_____________________进行处理，得到一批可育的植株，其染色体数为____________，这些植株均自交，所得子粒性状在同一植株上表现____________（一致、不一致），在植株群体中表现_______________（一致、不一致）。
⑸采用基因工程技术改良上述玉米的品质时，选用大豆种子贮藏蛋白基因为目的基因。该目的基因与作为_____________________的质粒组装成为重组DNA分子时，需要用________________________和连接酶。为便于筛选获得了目的基因的受体细胞，所用的质粒通常具有________________________。将目的基因导入离体的玉米体细胞后，需要采用______________________________技术才能获得具有目的基因的玉米植株。
答案：（1）AABB × aabb F1 AaBb × aabb
F1 AaBb AaBb ：Aabb ：aaBb ：aabb
1 ： 1 ： 1 ： 1
前一个实验是F1进行测交，后一个实验让F1进行自交。
（2）选择黄色非糯玉米为母本，白色糯玉米为父本进行杂交，获得F1。在以为F1母本，白色糯玉米为父本进行杂交，获得的杂交后代中就会有抗除草剂的白色糯玉米。
或答：
AABB♀ × ♂ aabb F1 AaBb♀ × ♂aabb
F1 AaBb AaBb：Aabb：aaBb：aabb
第二次杂交后代中就会有抗除草剂的白色糯玉米
（3）突变 DNA（4）秋水仙素 20 一致 不一致
（5）运载体 限制性内切酶 标记基因 植物组织培养。
解析：(1) 先让纯合亲本进行杂交,得到Fl,再让Fl与隐性纯合子进行测交,可得到四种表现型的后代,且比例为 1 : 1 : 1 : 1, Fl自交可得到表现型比例为 9 : 3 : 3 : 1 的后代,注意遗传图解要规范书写。 (2)选择纯合的黄色非糯玉米作母本,白色糯玉米为父本进行杂交,得到杂合的F1,再以Fl为母本，白色糯玉米为父本进行杂交,就可获得符合要求的品种。 (3)射线 照射可以诱发基因突变,属可遗传变异。(4)花粉离体培养得到的单倍体用秋水仙素处理,可得到表现型不同的纯合子,自交不会发生性状分离。 (5)基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内,并在其中进行表达,在这一过程中,常用带有标记基因的质粒作为运载体，目的是便于检测转基因是否成功,常用的工具酶有限制性内切酶和DNA连接酶。
3．[2004北京高考]转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。在大田中种植转基因抗虫棉的同时，间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。这种做法的主要目的是（ ）
A．维持棉田物种多样性 B．减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度
C．使食虫鸟有虫可食 D．维持棉田生态系统中的能量流动
答案：B
解析：考查自然选择对基因频率的影响。生物进化 的过程实质是基因频率改变的过程,而基因频率的改变速度取决于环境变化的剧烈程度,环境变化越剧烈。基因频率变化越迅速。就本题而言,在大田种植转基因抗虫棉的同时,间隔种植非转基因抗虫棉或其他植物,目的是保持现有环境 与原来环境的少量相似性,以减缓因环境的剧烈变化对基因进行选择而引起基因频率变化的速度。
4. ［2002上海高考］为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，其水分利用率提高了20％。这项技术的遗传学原理是（ ）
A、基因突变 B、基因重组 C、基因复制 D、基因分离
答案：B
解析：基因工程技术的操作原理是基因重组。
5.［2000山西高考］番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟的激素的合成能力，可使番茄贮藏时间延长。这种转基因番茄已于1993年在美国上市。请回答：
(1)促进果实成熟的重要激素是 。
(2)在培育转基因番茄的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运载工具”是 。
(3)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程培育新品种的主要优点是
。
答案：（1）乙烯 （2）限制性内切酶 DNA连接酶运载体 运载体 （3）目的性强、育种周期短、克服远源杂交不亲和的障碍
解析：能够促进果实成熟的植物激素主要是乙烯。在基因操作中，基因的“剪刀”是限制基因的“针线”是DNA连接酶，基因的“运载工具”是运载体。基因工程的主要优点是目的性强、育种周期短、克服远源杂交不亲和的障碍。
PAGE
21第4节 蛋白质工程的崛起
【本节重难点】
重点：1.为什么要开展蛋白质工程的研究
2.蛋白质工程的原理
难点：1.蛋白质工程的原理
【知识精讲】
教材梳理
知识点一 蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。
说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解：
1.蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
2.蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。3.蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。
知识点二 蛋白质工程的原理：蛋白质工程的目标——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。其基本途径是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。其流程图如下：
知识点三 蛋白质工程的实例：①.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在－70℃条件下，保存半年。②.玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。
说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。
知识点四 蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。
说明：学习该部分知识时要联系蛋白质的结构，特别要理解蛋白质的空间结构对其功能的影响，如：高温使蛋白质的空间结构发生变化，导致蛋白质变性；同时要根据所学知识，发挥自己的想象能力，解决如何在蛋白质工程操作中不使蛋白质的空间结构改变，而了解能行使正常功能的蛋白质的结构？
教材拓展
拓展点一 蛋白质工程与基因工程的主要区别：蛋白质工程主要是根据蛋白质精细结构和生物活性的作用机制之间的关系，利用基因工程手段，按人类需要定向改造天然的蛋白质分子，甚至创造新的自然界根本就不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程与基因工程密不可分，基因工程是通过基因操作把外援基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质，蛋白质工程则更进一步，根据分子设计方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现对其编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质。天然蛋白质是通过漫长进化过程，由自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比在实验室里加快了进化过程，能更快、更有效地为人类需要服务。
拓展点二 蛋白质工程的内容：蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。
总结：学法指导：学习蛋白质工程时，要结合基因控制蛋白质的合成过程、基因工程以及蛋白质的生理功能等知识，只有在这些知识的基础上，才能学好蛋白质工程；同时，要关注当前关于蛋白质工程的发展，以加深对蛋白质工程的理解。
【典题分类精析】
考点一、蛋白质工程的概念
例1.以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ ）
A、蛋白质工程以基因工程为基础
B、蛋白质工程就是酶工程的延伸
C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
分析：本题考查蛋白质工程的概念。蛋白质工程是指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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。所以，蛋白质是以基因工程为基础。蛋白质工程是以基因工程为基础，又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质，还可以需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，从而合成自然界中本来不存在的蛋白质。
点评：正确理解蛋白质工程的概念及与其它生物工程的关系，是解答本题的关键所在。
考点二、蛋白质工程的原理
例2.科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17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.细胞工程
分析：本题考查蛋白质工程的原理及产物。基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然蛋白质。题目中的操作涉及到的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然的β－干扰素，而是经过改造的，而是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。
大案:B
点评：对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度较小，而且改造过的蛋白质还可以遗传下去。
考点三、蛋白质工程的实例
例3.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用来治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，如何长期保存，科学家发现干扰素中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，可以保存半年。你来设想一下，能不能让动物生产能够长期储存的干扰素？采用什么方法？
分析：本题考查蛋白质的原理及实例。根据题意，已知干扰素蛋白质氨基酸序列，再根据科学家的发现，把干扰素的半胱胺酸换成丝氨酸，反推信使RNA碱基序列，再反推DNA碱基序列，然后进行基因改造，将改造的基因导入动物细胞就能生产长期储存的干扰素。
答案：能生产长期储存的干扰素。用氨基酸序列反推信使RNA序列，再反推DNA序列，然后进行基因改造。
点评：解答本题的思路是：蛋白质在体外保存时间短，是由于蛋白质的结构决定的，影响办法改变蛋白质的结构，这样自然想到应改变DNA的结构，即蛋白质工程的原理及过程。
考点四、蛋白质工程的进展和前景
27.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，只有对热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是
A.对此酶中的少数氨基酸替换，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全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
分析：本题考查蛋白质工程的进展与前景。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，蛋白质的功能是由其一级和空间结构共同决定，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
点评：目前对蛋白质功能的改变，主要是改变蛋白质中个别氨基酸，最根本的做法是改变控制合成该蛋白质的基因的结构。
考点五、蛋白质工程与基因工程的主要区别
例4.人类正常血红蛋白（HbA）β链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC，当β链第63位组氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出现异常血红蛋白质（HbM），导致一种贫血症，β链第63位组氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。
（1）写出正常血红蛋白基因中，决定β链第63位组氨酸密码子的碱基组成。
（2）在决定β链第63 位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任何一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？
（3）若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗目的，请问：此操作属于蛋白质工程吗？为什么？
分析：（1）在基因中的碱基对的排列顺序决定的信使RNA中碱基排列顺序、信使RNA进入细胞质后与核糖体结合起来，指导蛋白质的合成，血红蛋白异常，归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变引起的，由于蛋白质中的氨基酸主要有20种，而决定氨基酸的密码子有61种，所以一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种密码子决定。
（2）在决定组氨酸密码子的DNA三个碱基对中任意一个碱基发生变化不一定都产生异常的血红蛋白，这是因为一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种不同的密码子来决定。
（3）基因工程是将外源基因转移到受体细胞后，可以产生它本来不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状，实质上，基因工程产生的只能是自然界已经存在的蛋白质，而蛋白质工程则是通过对基因进行加工修饰或进行基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，而题目中只将正常的外源基因导入病人细胞中，合成的都是天然存在的正常的蛋白质，所以，不是蛋白质工程，应属于基因工程。
答案：（1）
（2）不一定，原因是当 中的第三对碱基发生A、T→G、C或G、C→A、T的变化后，产生的密码子分别为CAC或CAU，仍为组氨酸的密码子，因而不会影响产生正常的血红蛋白。
（3）不属于蛋白质工程，因为此操作是将健康的正常的目的基因导入有缺陷的受体细胞，合成的蛋白质仍为天然存在的蛋白质，所以，不是蛋白质工程，而是属于基因工程技术。
点评：总结：基因中的碱基对发生改变不一定引起生物性状的改变，原因有以下几点：①基因碱基对改变，必将引起信使RNA上密码子的改变，但由于一种蛋白质可能对应着几种不同的密码子，所以，所控制的蛋白质不一定发生改变 ②在①的基础上，蛋白质结构改变，该蛋白质的功能不一定改变 ③如果该碱基对不在结构基因中，就不决定蛋白质中氨基酸的序列，就不影响蛋白质的结构和功能。
考点六、蛋白质工程的内容
例1．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资改造成新的蛋白质
分析：本题考查蛋白质的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括组成蛋白质的氨基酸的化学成分分析。
答案：C
点评：蛋白质工程改造的对象是编码蛋白质的DNA序列。
【针对性练习】
1.蛋白质工程的基础是（ ）
A.发酵工程 B.细胞工程 C.胚胎工程 D.基因工程
2．牛奶中含有乳球蛋白和酪蛋白等物质，在奶汁的形成过程中，与上述物质的合成和分泌有密切关系的细胞结构是 ( )
A.核糖体、线粒体、中心体、染色体 B．线粒体、内质网、高尔基体、核膜
C. 核糖体、线粒体、质体、高尔基体 D．线粒体、核糖体、内质网、高尔基体
3.下面各项中与蛋白质工程没有直接关系的是
A.利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构
B.研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列
C.设计和制造自然界中没有的人工蛋白质
D.用基因替换的方法治疗人的某种遗传病
4.下列与基因工程无关的是( )
A.培养利用“工程菌”生产胰岛素 B.基因治疗 C.蛋白质工程 D.杂交育种
5.乳腺生物反应器可用于：
A．动物抗病育种 B．分泌大量乳汁 C．生产药用蛋白 D．治疗人类疾病
6.已知氨基酸序列如何确定mRNA碱基序列
A.氨基酸的密码子 B.基因碱基对序列 C.mRNA上U的位置 D.tRNA序列
7.关于蛋白质工程的说法错误的是
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分直接进行操作，定向改变分子结构
C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
8.下列哪项是基因工程与蛋白质工程的主要区别
A.合成符合人类需要的蛋白质 B.将目的基因导入受体细胞
C.基因的复制与表达 D.产品符合人类需要
9.下列那项是蛋白质工程的内容
A.合成目的基因 B.设计需要的蛋白质分子 C.将两个物种基因重组 D.基因治疗
10.蛋白质工程的重要方面是
A.合成基因 B.基因表达 C.蛋白质分子设计 D.蛋白质分子的改变
11.添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗衣效果。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
12.蛋白质工程中的蛋白质分子设计的首要任务是
A.改变控制蛋白质合成的基因 B.合成新基因
C.构建新蛋白质的分子模型 D.弄清原来蛋白质的结构与功能
13.下列各项与蛋白质结构多样性无关的是
A.氨基酸数目、种类、排列顺序 B.构成蛋白质的多肽链的数目
C.构成蛋白质的肽链的空间结构 D.氨基酸至少含一个氨基和一个羧基
14.当前医学上，第二代生物技术药物正逐渐取代第一代多肽蛋白质类替代治疗剂。则第一代药物与第二代重组药物分别是
A.都与天然产物完全相同 B.都与天然产物不相同
C.第一代药物与天然产物相同、第二代重组药物与天然产物不同
D. 第一代药物与天然产物不相同、第二代重组药物与天然产物相同
15．下列说法正确的是
A．蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质，所以两者没有区别
B． 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C．蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的
16.蛋白质工程的实质是
A.改造蛋白质 B.改造mRNA C.改造基因 D.改造氨基酸
17.干扰素经改造可以长期储存，从蛋白质水平上应改变的是
A.胱氨酸 B.精氨酸 C.谷氨酸 D.半胱氨酸
18.自然界中不存在的蛋白质的合成首先应设计
A.基因结构 B.mRNA结构 C.氨基酸序列 D.蛋白质结构
19.蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据是
A.基因功能 B.蛋白质功能 C.氨基酸序列 D.mRNA密码子序列
20．（多选）蛋白质工程根据被改造部位的多少，可以分为“大改”、“中改”、“小改”。其中属于“小改”的是
A．设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质
B．改造蛋白质分子中某些活性部位的1个或几个氨基酸残基
C．在蛋白质分子中替代某一肽段或结构域
D．通过定点诱变技术，以获得人类所需要的目的蛋白质
21.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－…
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？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）？
22．(7分)蛋白质工程是指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、生产的过程。下面是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题：
（1）图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的 ，后者位于 分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸之间存在着 关系。
（2）通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上 和 ，在这个过程中需要 酶的参与。
（3）完成④过程需要涉及 技术。
【课后答案点拨】
思考与探究（P28）
1.解析：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。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。
在基础理论研究方面，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。
2.答：基因工程是遵循中心法则，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，可以创造自然界不存在的蛋白质。
3.解析：酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
讨论（P27）
1.每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以让学生根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。
2.确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
异想天开（P27）
解析：理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。
旁栏思考题（P26）
1.解析：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
2.答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。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。
【拓展阅读】
1.动物乳腺生物反应器
1987年美国科学家戈登（Gordon）等人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋白──tPA（组织型纤溶酶原激活物），展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。利用动物乳腺生产高价值产品的方式称为动物乳腺反应器。
为什么要用动物乳腺作为反应器生产高价值的蛋白质产品呢？这是因为动物乳房是一种高度分化的专门化腺体，合成蛋白质的能力非常强，尤其是一些经过长期的遗传改良，专门产奶的乳用动物品种，蛋白质合成能力更是惊人。一头优质奶牛，一年可产奶10 000 kg。即便是一只奶山羊，一年也可产奶2 000 kg。
动物乳腺生物反应器归纳起来有四大优点：①产量高，且易收获目标产品，可以随乳汁分泌而排出动物体外；②目标产品的质量好。动物乳腺组织不仅具有按遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备一整套对蛋白进行修饰和加工的能力，如糖基化、羧化、磷酸化以及分子组装等，而微生物和植物系统都不具备这种全面的蛋白质后加工能力；③产品成本低；④从奶牛中提取产品，操作比较简单。
正因为利用动物乳腺生物反应器生产高附加值的产品有上述优点，目前利用动物乳腺生物反应器生产医用蛋白质已成为一种风险投资产业，受到科学家、商界和医药界的高度重视。目前瞄准的目标医药产品有：①血液蛋白质，如表1-2所示，这些血液蛋白质有巨大的经济效益，其中利用奶牛生产的凝血酶Ⅲ已通过第三期临床实验，即将投放市场。②第二代医用蛋白质，主要有抗体、降钙素、人的生长激素、胰岛素等药物蛋白，乳白蛋白、乳铁蛋白等营养蛋白，疫苗，组织修复物等。③生产“人源化牛奶”，即用成人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因，使牛奶变成像人奶的一种基因工程奶。
表1-2 一些医用蛋白质的需求情况
第8因子 第9因子 C蛋白 凝血酶Ⅲ 抗胰蛋白酶 血纤蛋白原 白蛋白
市场需求量 304 g 4 kg 10 kg 21 kg 5 t 150 kg 315 t
单价（美元/g）290万 4万 1万 7 000 500 1 000 3.50
总价值（亿美元）8.82 1.60 1.00 1.50 2.50 1.50 11.20
动物乳腺生物反应器的做法与转基因动物的操作是相同的，只是为了将目标产品在乳汁中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，即在目标产品蛋白质编码框的前面加上乳腺组织中特异表达的启动子等，构建成表达载体后通过注射导入受精卵中，再将其送入母体动物内，发育成动物个体，这个转基因动物就会在奶中产生所需要的目标产品。
2.当前生命科学中的几个前沿研究领域
基因组学 基因组学是阐明各种生物基因组DNA中碱基对的排列顺序，破译相关的遗传信息的学科。目前除人类基因组的测序工作已完成外，水稻基因组、拟南芥基因组、鸡基因组等也已完成，这些工作的相继完成为揭示生命奥秘提供了基本的资料。
功能基因组学 基因组测序工作的完成只是为人类从基因水平认识生命本质，提供了基本的资料。功能基因组学就是要揭示每个基因在生命活动中的具体功能，为勾画整个生命蓝图，充分利用基因资料打下基础。发现新的功能基因和新的基因功能的确定，从而获得知识产权，已成为当前生命领域世界各国竞相争夺的“制高点”。
结构基因组学 结构基因组学是继人类基因组计划之后又一个大的科学热点，是在生物的整体水平测定出全部蛋白质分子的三维结构，以及蛋白质之间、蛋白质与核酸之间、蛋白质与多糖之间、蛋白质和核酸以及多糖之间的精细三维结构，获得这些蛋白质在整个生命活动中的三维结构全息图，即单个蛋白质的三维结构，以及蛋白质与其他生物大分子结合后的复合体的三维结构状态与生命活动的关系，从而在生命整体水平上理解生命的原理。结构基因组学的研究进展，将对人类疾病机理的阐明、疾病的防治有重要意义。
蛋白质组学 蛋白质组学是独立于基因组学发展的一门新兴的前沿学科。它是研究一个完整的生物体（或细胞等）所表达的所有蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白质之间的相互作用等，从蛋白质水平上全面认识生物体的生理活动和病理过程。
生物信息学 生物信息学是综合运用生物学、信息学、数学以及计算机科学等诸多学科的理论和方法，处理和分析大规模复杂的生物信息的交叉学科。从浩瀚的生物信息数据中找出某些规律和共同点，从而揭示生命的奥秘和利用对人类有用的生物信息。
【五年高考及经典模拟回放】
1．［2006潍坊模拟］1982年，美国科学家将人的生长素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中得到了体型巨大的“超级小鼠”。此项研究遵循的原理是（ ）
A DNA---RNA---蛋白质 B RNA---DNA---蛋白质
C DNA---蛋白质---RNA D RNA---蛋白质---DNA
答案：A
解析：生长素基因能够通过转录和翻译产生生长素，此过程可以用DNA---RNA---蛋白质表示。
2．［2006潍坊模拟］蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种？（ ）
①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构
A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④
答案：B
解析：蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。故本题的正确的答案为B。
3. ［2006泰安模拟］关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是（ ）
A．都是分子水平上的操作 B．基因工程就是改造基因的分子结构
C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构
D．基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在的蛋白质
答案：A
解析：基因工程的操作对象是基因，属于分子水平；蛋白质工程的操作对象是蛋白质分子，二者都属于分子水平的操作。
4．［2006安丘模拟］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。下图示意蛋白质工程流程，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
解析：在遗传学上，把由DNA到mRNA的过程称为转录，由mRNA到蛋白质的过程称为翻译。
5. ［2006太原模拟］蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
答案：C
解析：蛋白质工程的基本流程是：预期蛋白质功能，蛋白质分子结构设计，据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列，DNA合成。
6. ［2006湛江模拟］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.肌肉蛋白
答案：C
解析：蛋白质工程可以通过一定的技术手段改造蛋白质的结构，制造出自然界中不存在的蛋白质，大大丰富了自然界中蛋白质的种类。
7.［2006萧山模拟］下列各项中不属于蛋白质工程在医学上应用的是（ ）
A.基因芯片用于HIV诊断 B. t-PA用于医治心肌梗死
C.速效胰岛素用于治疗糖尿病 D. 人—鼠嵌合抗体用于识别、杀伤肿瘤细胞
答案：A
解析：基因芯片用于HIV诊断属于基因工程中的基因诊断，不属于蛋白质工程。
8. ［2006潍坊模拟］枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。
（1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 。
（2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有 个碱基对发生变化。
（3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质的 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质进行 。
答案：（1）蛋白质工程 （2）1 （3）稳定 少数氨基酸的替换
解析：本题考查蛋白质工程的有关问题。基因中的3个碱基对决定mRNA上3个碱基，mRNA上3个碱基决定一个氨基酸。利用生物技术改造蛋白质能够提高蛋白质的稳定性。
生产相应
蛋白质
④
③
②
①
推测相应基因中
脱氧核苷酸序列
推测应有
氨基酸序列
设计预期
蛋白质结构
预期
蛋白质功能
PAGE
26专题1 基因工程
第1节 DNA重组技术的基本工具
【本节重难点】
重点：DNA重组技术所需的三种基本工具的作用
难点：基因工程载体所需要具备的条件
【知识精讲】
教材梳理
知识点一 基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。
注意：对本概念应从以下几个方面理解：
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
基本过程 剪切→拼接→导入→表达
结果 人类需要的基因产物
知识点二 基因工程的基本工具
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
（1）限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。
（2）限制性内切酶的功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。
（3）限制性内切酶的切割方式：①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。
注意：比较有关的DNA酶
（1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基
（2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94℃）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。
（3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。
（4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。
2.DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）DNA连接酶的分类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。
（2）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
（1）分子运载车的分类：①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。
（2）运载体使用的目的：①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
（3）作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制 ②有多个限制性内切酶切点 ③有一定的标志基因，便于筛选。
思维探究：知识点3、4、5主要是介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。在这部分内容学习时，应关心的问题之一是：限制酶从哪里寻找？我们可以联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而联想到可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。这样就对“限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的认识提高了一个层次。
DNA连接酶──DNA片段的“分子缝合针”，在这里同学们很容易想到碱基互补配对或DNA聚合酶，这是很自然的。但只考虑到碱基互补配对原则还是不够的，我们可以从原有的知识出发，要想到限制酶切开的DNA中膦酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，这个地方还没有连接起来，又是怎样连接的呢？这样自然而然地想到DNA连接酶。
基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应该深入思考每一个条件的内涵，通过深思熟虑，才能真正明确为什么要有这些条件才能充当载体。
教材拓展
拓展点一 限制酶所识别序列的特点
限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如： 以中心线为轴，两侧碱基互补对称； 以 为轴，两侧碱基互补对称。
拓展点二 DNA连接酶连接的是什么部位？
DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。
【典题分类精析】
考点一、基因工程的概念
例1．（2005高考广东）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人工诱变 D、基因工程育种的优点之一是目的性强
分析：本题考查的知识点是基因工程的概念。解答本题的关键是理解基因工程的概念。基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造(目的性强)和重新组合(基因重组)，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物.但并不是所有的基因产物对人类都有益的。所以选D。
答案：D
点评：正确理解基因工程的概念是解题的关键。
考点二、基因工程的基本工具
例2.下列关于限制酶的说法不正确的是
A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．不同的限制酶切割DNA的切点不同
D．限制酶的作用是用来提取目的基因
分析：此题主要考察限制酶的有关知识。解答本题的关键是理解限制酶的来源和限制酶的特点。限制酶主要是从原核生物中分离出来的，并不是广泛存在于各种生物中；一种限制酶能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开；DNA分子经限制酶切割形成黏性末端和平末端两种。
答案：B
点评：考察有关限制酶的题目，主要是考察限制酶的特点，这一点一定要牢记。
例3．在基因工程中用来完成基因的剪接的工具是
A．限制酶和连接酶 B．限制酶和水解酶
C．限制酶和运载体 D连接酶和运载体
分析：本题考查限制酶和连接酶的有关知识。解答本题的关键是“剪接”二字，是既剪又接。限制性内切酶(即限制酶)是剪切基因的“剪刀”，DNA连接酶是将DNA末端之间的缝隙“缝合”起来的“基因的针线”。所以，剪接工具是限制酶和连接酶。
答案：A
点评：本题注意审题，剪接是既剪又接，需要限制酶和连接酶。
例4．有关基因工程的叙述正确的是
A．限制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
分析：本题综合考察了基因工程中所用到的工具。在基因工程中，不仅要用限制酶切割目的基因，还要用同一种限制酶在质粒上切割出一个切口，使目的基因与质粒切口的黏性末端能进行碱基互补配对，所以A错；重组质粒是在细胞外进行的，所以B错；并不是所有的质粒都可作运载体，在科学研究中，人们通常只是用大肠杆菌的质粒(其上有抗药基因)作运载体，所以C错；在人工合成目的基因的方法中，有一种方法是根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，最后通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。所以D项正确。
答案：D
点评：解答本题时要综合考虑基因工程的基本工具的特点、条件、适用范围。
例5．下列哪项通常不被用作基因工程的运载体
A．细菌质粒 B．噬菌体
C．动植物病毒 D．细菌核区的DNA
分析：本题考察基因工程中的工具——运载体。解答本题的关键是记住、理解运载体必须具备的条件和课本上讲的常用运载体。作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制 ②有多个限制性内切酶切点 ③有一定的标志基因，便于筛选。记住常用的运载体有：质粒、噬菌体、动植物病毒等。细菌的核区由一个大型的环状DNA分子反复折叠缠绕而成，控制着细菌的主要性状，所以一般不被用作基因工程的运载体。
答案：D
点评：牢记作为运载体必须具备的3个条件是解答本题的关键。
考点三、限制酶所识别序列的特点
例6．［2005天津］（1）限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性未端。___________________________
②请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后形成的黏性未端。_____________________
③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未端能否连接起来？为什么？________________________________________________________
分析：本题主要考察黏性末端的知识。解答本题的关键是理解限制酶的特点。在切割目的基因和运载体时，一定要使用同一种限制性内切酶，这样，切出的切口才一样，才能进行碱基互补配对连接起来。两个黏性末端只要一样就可以进行碱基互补配对，再通过DNA连接酶连接起来。
答案：（1）
③可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的（或“是可以互补的”）。
点评：限制酶所识别的是特定的碱基序列，并在特定部位进行切割，限制酶不同，所识别的碱基序列不同，黏性末端不同。但不同的粘性末端有时是可以进行拼接的，如：黏性末端。两者不要混淆。
【针对性练习】
1．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的
A．酶的高效性 B．酶的专一性 C．酶的多样性 D．酶的催化活性受外界条件影响
2．以下说法正确的是
A．所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列
B．质粒是基因工程中惟一的运载体
C．运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
3.下列黏性末端属于同一种限制性内切酶切割的是（ ）
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
4.下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
5．依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是
A．切断a处的酶为限制核酸性内切酶
B．连接a处的酶为DNA连接酶
C．切断b处的酶为解旋酶
D．切断b处的为限制性内切酶
6．不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A．能复制 B．有多个限制酶切点
C．具有标记基因 D．它是环状DNA
7.基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是
A.目的基因 限制性内切酶 运载体 体细胞
B.重组DNA RNA聚合酶 限制性内切酶 连接酶
C.工具酶 目的基因 运载体 受体细胞
D.模板DNA 信使RNA 质粒 受体细胞
8．下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是
A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接
B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录
C．一种DNA限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因
D．胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞
9.下列关于限制酶的说法不正确的是
A.限制酶广泛存在于各种生物中，尤其在微生物细胞中分布最多
B.不同的限制酶识别不同的核苷酸序列
C.限制酶能识别不同的核苷酸序列，体现了酶的专一性
D.限制酶的作用只是用来提取目的基因
10．有关基因工程的叙述中，不正确的是
A.DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来 B.限制性内切酶可用于目的基因的获得
C.目的基因须由运载体导入受体细胞 D.人工合成目的基因不用限制性内切酶
11．下图所示限制酶切割基因分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列和切点是
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
12.下列关于质粒的叙述，正确的是 （ ）
A、质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B、质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子
C、质粒只有在导入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制
D、细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的
13．科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是
A．提高受体细胞在自然环境中的耐热性 B．有利于检测目的基因否导入受体细胞
C．增加质粒分子的相对分子质量 D．便于与外源基因连接
14．下图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步需用到的工具是
A．DNA连接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶 D．DNA聚合酶和RNA聚合酶
15．限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸碱基序列。下图为四种限制酶BamHI，EcoRI，HindⅢ以及BglⅡ的辨识序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列为何？
A. BamHI和EcoRI；末端互补序列—AATT—
B. BamHI和HindⅢ；末端互补序列—GATC—
C. EcoRI和HindⅢ；末端互补序列—AATT—
D. BamHI和BglII；末端互补序列—GATC—
16．在DNA 测序工作中，需要将某些限制性内切核酸酶的限制位点在 DNA上定位，使其成为 DNA 分子中的物理参照点。这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶 HindⅢ，BamHⅠ和二者的混合物分别降解一个 4kb（1kb即1千个碱基对）大小的线性DNA 分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。
据此分析，这两种限制性内切核酸酶在该DNA 分子上的限制位点数目是以下哪一组？
A．HindⅢ1个，BamHⅠ2 个 B．HindⅢ2个，BamHⅠ3个
C．HindⅢ2个，BamHⅠ1 个 D．HindⅢ和BamHⅠ各有2 个
17.两个核酸片段在适宜的条件下，经X酶的作用，发生下述变化，则X酶是
A.连接酶 B.RNA聚合酶 C.DNA聚合酶 D.限制酶
18．基因工程中涉及多种工具酶：
（1）限制性内切酶是一类能识别特定核苷酸序列并在特定位点切割双链DNA的“基因剪刀”。被限制酶识别的序列往往正反读顺序相同，断裂的位置交错，但又是围绕着一个轴线（对称轴）对称排列，如下左图。PstI和EcoRI都是限制酶。请补全下右图中的互补链，画出对称轴以及切割后的产物。
（2）DNA连接酶是基因操作的“针线”，其作用是把基于 能力而粘贴在一起但存在的切口封闭，进而才可能形成有意义的 。
（3）逆转录酶也常被用于基因工程，其存在于 （生物）中，催化以 为模板合成DNA的过程。
19.利用基因工程生产蛋白质药物，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，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从乳汁或尿液中提取药物。
（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 。
（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种____________构成，基因中碱基配对的规律都是 __________。
（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过 和翻译两个步骤。在翻译中需要的模板是 ，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬运工兼装配工是 ，将氨基酸的肽键连接成蛋白质的场所是________，“翻译”可理解为将由____个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由 个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看 在翻译中充任着“译员”。
（4）利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。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 动物都可生产药物。
20.在某一特定的植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体。把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。
(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种 分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过 而黏合。
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ，
(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是
。
【课后答案点拨】
思考与探究（P7）
1. 不能。连接如下：
2和7能连接形成：…ACGT…
…TGCA…；
4和8能连接形成：…GAATTC…
…CTTAAG…；
3和6能连接形成：…GCGC…
…CGCG…；
1和5能连接形成：…CTGCAG…
…GACGTC…。
解析：限制酶具有特异性，一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的部位切开。
2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？
解析：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵（本题不要求学生回答的完全，教师可参考教师用书中的提示，根据学生的具体情况，给予指导。上述原则也应适用于其他章节中有关问题的回答。）。
3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？
解析：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。
（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。
（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
4.网上查询：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
解析：迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。
P4寻根问底：
根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
解析：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。
寻根问底（P6）：
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E.coli连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？
（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。
（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。
此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。
模拟制作讨论题（P6）：
1. 你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗？
提示：不能。因为一般基因有上千个碱基对。
2. 如果你操作失误，碱基不能配对。可能是什么原因造成的？
解析：可能是剪切位点或连接位点选得不对（也可能是其他原因）。
P6旁栏思考题：
想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？
解析：能自我复制、有一个或多个切割位点、有标记基因位点及对受体细胞无害等。
【拓展阅读】
1.磷酸二酯键
磷酸二酯键全称为3′,5′－磷酸二酯键，是核酸中核苷酸的连接方式，组成了核酸的一级结构。在核酸中一个核苷酸核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称3′,5′－磷酸二酯键。若干个核苷酸间以3′,5′－磷酸二酯键连接成的多核苷酸链为核酸。在链的一端的一个核苷酸核糖上第5位连接的磷酸只有一个酯键，称此核苷酸为DNA链的5′磷酸末端或5′端。另一端核苷酸上第3位的羟基是自由的，所以此核苷酸称为3′羟基末端或3′端。链内的核苷酸第5位上的磷酸已形成二酯键，第3位上的羟基也已参与二酯键的形成，故称核苷酸残基。
2. 影响限制性内切酶活性的因素
（1）DNA纯度
在DNA样品中若含有蛋白质，或没有去除干净制备过程中所用的乙醇、EDTA、SDS、酚、氯仿和某些高浓度金属离子，均会降低限制酶的催化活性，甚至使限制酶不起作用。
（2）核酸内切限制酶的缓冲液
核酸内切限制酶的标准缓冲液包括氯化镁、氯化钠或氯化钾、Tris-HCL、巯基乙醇或二硫苏糖醇(DTT)以及牛血清白蛋白(BSA)等。
使用所有限制酶均可发挥活性的一种缓冲液。
不同限制性内切酶对NaCl浓度的要求不同，这是不同限制酶缓冲液组成上的一个主要的不同。据此可分为高盐、中盐和低盐缓冲液，在进行双酶解或多酶解时，若这些酶切割可在同种缓冲液中作用良好，则几种酶可同时酶切；若这些酶所要求的缓冲液有所不同，可采用以下三种方法进行消化反应：先用要求低盐缓冲液的限制性内切酶消化DNA，然后补足适量的NaCl，再用要求高盐缓冲液的限制酶消化；
先用一种酶进行酶解，然后用乙醇沉淀酶解产物，再重悬于另一缓冲液中进行第二次酶解。
（3）酶切消化反应的温度
DNA消化反应的温度，是影响限制内切酶活性的一个重要因素。不同的核酸内切限制酶，具有各自的最适反应温度。多数限制内切酶的最适反应温度是37℃，少数限制性内切酶的最适反应温度高于或低于37℃。
（4）DNA的分子结构
DNA分子构型对核酸内切限制酶的活性有很大影响，如消化超螺旋的DNA比消化线性DNA用酶量要高出许多倍。
有些限制酶在消化它们自己的处于不同部位的限制位点，其效率也有明显差异。
限制性内切酶反应的终止 通常是采用65℃条件下温浴5min；
加终止反应液（如0.5mol/L的EDTA使之在溶液中的终浓度达到10 mol/L）螯合Mg2 ，以终止反应。
【五年高考回放】
1．［2006四川高考］用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是( )
A．常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒
B．DNA连接酶和DNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达
答案：B
解析：构建重组质粒必需的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶，其作用部位是磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而DNA聚合酶的作用是在DNA复制过程中用于连接碱基间的氢键，故B选项错误。
2．［2006江苏高考］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．基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少
B．重组DNA分子中增加一个碱基对，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
答案：D
解析：基因具有特异性，一种基因只能控制一种性状的表达。抗虫基因能表达出致毒蛋白，导致害虫因食用抗虫棉后死亡 ，而不能产生对抗生素的抗性。因此，转基因棉花是否具有抗虫特性是不能通过检测棉花抗生素的抗性对来确定的。
3．[2005江苏高考]在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体．把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。
(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种 分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过 而黏合。
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ，原因是 。
(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导人叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是 。
答案：(1)限制性内切酶 碱基互补配对
(2)3／4 雌雄配子各有1／2含抗除草剂基因；受精时，雌雄配于随机结合
(3)叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递丽在下一代中显现出来
解析：1）在切割质粒和目的基因时，要用同一种限制性内切酶，使其产生相同的黏性末端，然后加入适量的DNA连接酶，质粒的黏性末端与目的基因的黏性末端就会通过碱基互补配对而结合，形成一个重组DNA分子。
（2）既然该植株可以看作是杂合子，我们假设该杂合子的基因类型为Aa，其中A为抗除草剂基因，a为不抗除草剂基因，则Aa自交后→1AA：2 Aa：1aa，故具有抗除草剂的植株占总数的3/4。
（3）叶绿体DNA为细胞质基因，故把目的基因导入叶绿体后，给基因的遗传方式就属于细胞质遗传，其特点为母系遗传，且后代一般不出现一定的分离比。因此，目的基因就不会因为有性生殖而导致花粉把此性状传递给近缘物种，从而避免了基因污染。
4．［2003上海高考］“人类基因组计划”中的基因测序工作是指测定 （ ）
A．DNA的碱基对排列顺序 B．mRNA的碱基排列顺序
C．蛋白质的氨基酸排列顺序 D．DNA的基因排列顺序
答案：A
解析：“人类基因组计划”就是分析测定人类基因组的核苷酸序列，而基因是有遗传效应的DNA片段，所以“人类基因组计划”中的基因测序工作就是测定DNA（基因）的碱基对排列顺序。本题答案为A。
5．［2003上海高考］下列关于基因工程的叙述，正确的是（ ）
A．基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因
B．细菌质粒是基因工程常用的运载体
C．通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNA
D．为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
答案：B
解析：在基因工程操作过程中，需要用同一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA和运载体DNA；细菌质粒是基因工程常用的运载体，目的基因导入的受体细胞有多种，不仅仅是受精卵。
6.［2002上海高考］下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（ ）
①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻 ②我国科学家将素云金杆菌的某些基因移植到棉花体内③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒④我国科学家通过体细胞克隆技术培养出克隆牛
A、① B、①② C、②②③ D、②③④
答案：B
解析：培育太空椒利用的原理是基因突变，体细胞克隆技术培养出克隆牛是利用了细胞的全能性。超级水稻的培育和抗虫棉的培育根据的原理是基因重组。
PAGE
6第2节 基因工程的基本操作程序
【本节重难点】
重点：基因工程基本操作程序的四个步骤
难点：（1）从基因文库中获取目的基因
（2）利用PCR技术扩增目的基因
【知识精讲】
教材梳理
基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
知识点一 目的基因的获取
1.获取目的基因是实施基因工程的第一步。目的基因的获取方法主要有两种：①从自然界中已有的物种中分离出来 ②用人工的方法合成。
2.基因文库——将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，成为基因文库。
基因文库根据其大小可分为基因组文库和部分基因文库。
受体细胞是指接受目的基因的细胞，即表达载体导入的细胞。
基因工程常用的受体有细菌、真菌、动植物细胞
3.PCR技术扩增目的基因
原理：DNA复制
做法：已知一段目的基因的核苷酸序列→据已知序列合成引物→DNA扩增
结果：扩增出许多结构相同的目的基因。
注意：学习该部分知识时，常出现将目的基因的来源和目的基因的提取相混淆，致使不理解课本所讲，原因是课本都用了“获取目的基因”字样。目的基因的来源是：①从自然界中已有的物种中分离出来。 ②用人工的方法合成。目的基因的提取是指在基因工程操作时怎样获得目的基因。常用方法有二：①从基因文库中直接获取 ②如果需要大量的目的基因，需要对目的基因进行PCR技术扩增。不管是从基因文库中获取的目的基因，还是需要进行扩增的目的基因，其来源既可能是从自然界中已有的物种中分离出来，也可能是人工合成的。
知识点二 基因表达载体的构建
基因表达载体的构建是基因工程的核心。其中心内容是使目的基因与运载体结合，形成重组运载体，最后通过重组运载体将目的基因导入受体细胞。
注意：在学习时应注意以下几点：
1.构建表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
2.基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因
3.所选运载体应具备的条件：（1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。
（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
知识点三 将目的基因导入受体细胞
（1）转化——目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。
说明：此处的“转化”与肺炎双球菌的转化实验中的“转化”的含义相同。
（2）基因工程中常用的受体细胞有：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤脓杆菌、酵母菌和动植物细胞
（3）将目的基因导入受体细胞的方法：根据受体和运载体的类型不同，所采用的导入方法也不同。目前常用的方法有：①将目的基因导入植物细胞——脓杆菌转化法，还有基因枪法和花粉管通道法。②将目的基因导入动物细胞——显微注射技术③将目的基因导入微生物细胞——Ca＋处理细胞法
说明：将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，同学们可以上网查询更多的方法和具体过程。
知识点四 目的基因的监测与鉴定
（1）检测对象：①检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因
②检测目的基因是否转录出了mRNA ③检测目的基因是否翻译成蛋白质
（2）检测方法：分子检测法——①和②都是DNA分子杂交技术，③抗原－抗体杂交法
形态检测法——可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达
说明：基因操作过程中有多个步骤需要检测，此处只讲了目的基因的检测，还有目的基因是否被整合到了运载体上，运载体是否进入了受体细胞等都需要检测，具体过程见拓展点2。
知识点五 教材深化：人工合成目的基因的过程：
①目的基因转录成的mRNA 单链DNA双链DNA（目的基因）
②蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因
教材拓展
拓展点一 标记基因和标记基因的作用
课本上提到运载体要有标记基因，其作用是供重组DNA鉴定和筛选，那么怎样利用标记基因进行鉴定和筛选呢？请同学们阅读下面一段文字：运载体中所携带的一些抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因）及发光基因等，能控制一些特殊物质的合成，利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体，这些基因就叫做标志基因。
在用限制酶切割目的基因和运载体、表达载体构建及将目的基因导入受体细胞，这一系列过程都是在人为控制条件下，在有关酶的作用下自行完成的，而不是人为条件下一个一个处理的，是很多对象同时进行的，这样，就会出现有的运载体被限制酶切割开，有的运载体没有被限制酶切割开，没有被限制酶切割开的运载体，就不可能连接上目的基因，只有被限制酶切开的运载体才有可能拼接上目的基因。我们就必须选择出连接上目的基因的重组运载体（即表达载体），然后进行扩增，得到大量的表达载体。然后把大量的表达载体和大量的受体细胞放在一起，在一定的人为条件下，让其自行导入受体细胞，这样，在导入受体细胞时，就会出现有的受体细胞被导入了表达载体，有的细胞没有导入表达载体，我们再选出含有表达载体的受体细胞，进行扩增，培养。在上述过程中要进行两步筛选，一是筛选含有运载体的受体细胞，其过程是在含有相应抗菌素的培养基上培养，只有获得运载体的受体细胞才能继续生长，这样便可筛选出含有运载体的受体细胞。二是筛选含有目的基因的受体细胞，其过程是从每个菌落取一部分再接种到含另一种抗生素的培养基上培养，由于目的基因插入该标记基因中，致使该基因不能表达，因而受体细胞不能在含该抗生素的培养基上生存，据此可以从该菌落剩余部分的菌体中筛选出含目的基因的受体细胞。注意：在基因操作的基本步骤中要进行多次筛选。
拓展点二 从基因文库中找到所需要的基因
从基因文库中找到目的基因是一件比较复杂的事情，要根据目的基因已有的某些信息来进行。下面介绍一种根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。
第一步，通过PCR方法将目的基因已知的部分核苷酸序列扩增出来，进行放射性同位素标记（也可以用别的标记方法进行，如生物素、荧光素等），即用标记了放射性同位素的目的DNA片段作为探针，与扩增出来的DNA杂交。
第二步，将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上（也可以用其他类型的膜），然后，通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质，并使DNA固定在膜上。
第三步，按Southern杂交的方法进行杂交。
第四步，在X光底片上出现黑斑的菌落，这表明这个菌落中含有所需要的目的基因（若选用别的标记方法，有阳性信号的菌落则含有所需要的目的基因）。
第五步，从该菌落中再提取目的基因。
拓展点三 PCR的扩增过程
PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。PCR的扩增反应过程包括以下几个主要过程。
第一步：将反应体系（包括双链模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核糖核苷酸以及酶促反应所需的离子等）加热至90～95 ℃，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补链聚合反应的模板。
第二步：将反应体系降温至55～60 ℃，使两种引物分别与模板DNA链3′端的互补序列互补配对，这个过程称为复性。
第三步：将反应体系升温至70～75 ℃，在耐高温的DNA聚合酶催化作用下，将与模板互补的单个核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA链延伸，产生一条与模板链互补的DNA链。
上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
【典题分类精析】
考点一、目的基因的获取
例1．1993年，我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的最新转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于
A．普通棉花的基因突变 B．棉铃虫变异形成的致死基因
C．在棉铃虫体内寄生的线虫基因 D．苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因
分析：1993年，中国农业科学院的科学家成功地将原核生物苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因转入棉植株，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。
答案：D
点评：目的基因主要来源是原核生物。
例2．［2005高考全国］镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是
A.解旋酶 B.DNA连接酶 C.限制性内切酶 D.RNA聚合酶
分析：本题考查的知识点是DNA分子杂交原理。选项B、 D可以直接排除。对于选A可能理解为的：既然是检测突变的部位,那么很自然想到用该基因的探针，进行碱基互补配对杂交而检测之(相关知识见教材鉴定人猿亲缘关系和基因工程处都有所涉及)，但是分子杂交的前提必须是单链DNA，于是很自然想到用解旋酶处理被检测基因。但是，解开DNA双链结构不一定要用解旋酶，在高温或者用强碱溶液处理也可以得到单链DNA，而且题干上也有"必须使用的酶"的叙述，所以可以排除A选项。
对于C选项的理解：限制酶只是把原DNA切成很多片段，其中某个片段可能包含突变的目的基因，然后再用化学方法处理成单链，最后再和探针杂交，根据放射性(或荧光)出现部位而检测出突变部位，这种技术其实就是所谓的基因诊断。
如不用限制酶把DNA切割成若干片段，通过其他方法把DNA处理成单链，然后与DNA探针杂交，但是，已经变性成单链的DNA很有可能常温下复性，可能回折重新形成许多双链区，如果恰恰突变部位及其临近区域和该单链其他区域结合成双链，那么必然影响探针与相应部位的结合，也就无法准确检测到突变部位。
答案：C
点评：本题易错选A，用探针检测DNA，DNA必须解旋，但解旋不一定要用解旋酶，这一点可联系肺炎双球菌的转化实验，高温使DNA解旋。
考点二、基因表达载体的构建
例3．［2006高考江苏］基因工程又叫基因拼接技术。
（1）在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一是：以目的基因转录的___________为模板，__________成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成__________。
（2）基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、____________。若将真核基因在原核细胞中表达，对该目的基因的基本要求是_________。
（3）假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有_________种环状DNA分子，它们分别是_______________。
分析：本题考查的是基因工程的相关知识。熟练掌握基因工程的四个步骤是解答本题的关键。基因工程很容易与其他知识相联系命制综合题，如基因操作基本步骤中目的基因的获取常与“中心法则”、“碱基互补配对原则”相结合，还可与基因的结构、发酵工程、基因的遗传定律相结合进行综合考查，是学习和重点之一。完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。在基因工程中，人工合成目的基因的途径有两条，其中之一就是以信使RNA这模板经过反转录合成目的基因；基因工程常用的受体有细菌、真菌、动植物细胞；原核生物的基因中无内含子，若将真核生物的基因转入原核生物，需除去内含子部分；在本题操作过程中，若在含有同一种限制酶切割的运载体和目的基因混合物中，加入DNA连接酶将会形成3种环状DNA分子，运载体自连而成的环状DNA分子，目的基因自连而成的环状DNA分子，运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子。
答案：(1)信使RNA(mRNA) 逆转录(反转录) 双链DNA(目的基因) (2)动植物细胞 除去内含子 (3)3 运载体自连的、目的基因自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子
点评：解答该类题目的方法是熟练掌握课本知识，并对课本知识进行深化、拔高。
考点三、将目的基因导入受体细胞
例4．基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )
A．结构简单，操作方便
B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少、简单
D．性状稳定,变异少
分析：本题考查基因工程的受体细胞。目的基因导入受体细胞后，随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快。在很短的时间内就能获得大量的目的基因。
答案：B
点评：基因工程常用的受体有细菌、真菌、动植物细胞。解答这类题目的方法应结合受体细胞的特点回答。
考点四、目的基因的监测与鉴定
例5.目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是
①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录信使RNA ④检测目的基因是否翻译蛋白质
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
分析：本题考查目的基因的检测的相关知识。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，使DNA探针与基因组DNA杂交。检测目的基因是否转录出了信使RNA，方法是用基因探针与信使RNA杂交。最后检测目的基因是否翻译了蛋白质，方法是进行抗原－抗体杂交。
答案：C
点评：基因工程中需要进行监测的步骤较多，请同学们利用比较对比的方法进行记忆和运用。
形态检测法——可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达
考点五、人工合成目的基因的过程
例6．科学家已经能够通过基因工程的方法，能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是（ ）
A．采用反转录的方法得到的目的基因有启动子、终止子
B．用同种限制酶处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端而形成重组DNA分子
C．番茄的叶肉细胞可作为受体细胞
D．启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不可缺少的
分析：本题主要考查了基因工程的有关知识。反转录法获取目的基因时，由于是根据氨基酸的序列推测基因中的碱基序列，因此，合成的基因中并不含有启动子、终止子。在基因工程中，必须用相同的限制酶处理质粒和目的基因的DNA，这样可产生相同的黏性末端以便能而形成重组DNA分子。基因工程中，常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等，因此番茄的叶肉细胞可作为受体细胞。在基因表达的过程中，启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达也能起一定的作用，是不可缺少的，它位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出信使RNA，最终获得所需的蛋白质，因此，只有A答案错误。
答案：A
点评：启动子、终止子不属于结构基因，不能翻译出蛋白质，因此，采用反转录的方法不能得到。但启动子、终止子是基因表达不可缺少的。
考点六、标记基因和标记基因的作用
例7.根据实验原理和材料用具，设计实验确定细菌质粒的抗菌素基因所控制的抗菌素的类别。
实验原理：作为运载体的质粒，需要有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。有抗性基因的质粒可用作运载体。
材料用具：青霉素、四环素各10万单位溶液，菌种试管，灭菌的含细菌培养基的培养皿，酒精灯，接种环，一次性注射器，无菌水，恒温箱
方法步骤：
第一步：取3个含培养基的培养皿，分别编号为1、2、3号，用三支注射器分别向3个培养基中注入1ml无菌水，、青霉素液、四环素液，并使之均匀分布之整个培养基表面。
第二步： 。
第三步： 。
结果预期：
。
分析：运载体中所携带的一些抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因）及发光基因等，能控制一些特殊物质的合成，利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体，这些基因就叫做标志基因。目的基因中的标志基因最少要有2个，1个是用来检测运载体是否进入了受体细胞，另一个是用来检测目的基因是否被拼接到运载体上；第一个标志基因要保证其完整性，能够进行表达，若受体细胞表现出该基因所控制的性状，说明运载体已进入受体细胞；第二个标志基因是插入目的基因的部位，由于目的基因的插入破坏了起结构，不能表达其所控制的性状，若受体细胞没有表达出第二个基因所控制的性状，说明目的基因已进入受体细胞。
答案：第二步：将接种环在酒精灯上灼烧，在酒精灯旁用接种环挑取等量菌种，分别培养在三个不同的培养基上，置于恒温箱内，培养一段时间。
第三步：将接种后的培养基放在37℃的恒温箱中培养24小时。
预期结果：①1号培养基内细菌正常生长，2、3号内的细菌死亡，说明细菌无抗青霉素基因，无抗四环素基因；②1、2号培养基内细菌正常生长，3号培养基内细菌死亡，说明细菌有抗青霉素基因，无抗四环素基因；③1、3号培养基内细菌正常生长，2号培养基内细菌死亡，说明细菌质粒无抗青霉素基因，有抗四环素基因；④1、2、3号培养基内细菌都正常生长，说明细菌质粒既有抗青霉素基因，又有抗四环素基因。
点评：本题较难理解，原因是对基因工程中的检测了解不深、不全造成的。两个基因的作用不同是导致做错该题的原因。
考点七、从基因文库中找到所需要的基因
例8．有关基因工程的叙述正确的是( )
A．限制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
分析：在基因工程中，不仅要用限制酶切割目的基因，还要用同一种限制酶在质粒上切割出一个切口，使目的基因与质粒切口的黏性末端能进行碱基互补配对，所以A错；重组质粒是在细胞外进行的，所以B错；并不是所有的质粒都可作运载体，在科学研究中，人们通常只是用大肠杆菌的质粒(其上有抗药基因)作运载体，所以C错；在人工合成目的基因的方法中，有一种方法是根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，最后通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。所以D项正确。
答案：D
点评：基因文库中的基因的来源，有的是从自然界获取的，有的是人工合成的。
考点八、PCR的扩增过程
例9．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历下述三十多次循环：95℃下使模板DNA变性、解链→55℃下复性（引物与DNA模板链结合）→72℃下引物链延伸（形成新的脱氧核苷酸链）。下列有关PCR过程的叙述中不正确的是
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现
B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成
C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
D．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高
分析：本题考查PCR扩增过程。解题的关键是要全面理解PCR扩增过程。DNA分子被破坏是指DNA分子被解旋成两条长链，破坏的部位是连接两条长链之间的氢键，方法有多种，用解旋酶、高温等都可使DNA解旋，A项正确。B中引物有引物两种，分别与模板DNA链3′端的互补序列互补配对。C中的原料不正确，合成DNA的原料是四种脱氧核苷酸。PCR技术中DNA合成过程中的温度在70～75 ℃，所以，D选项正确。
点评：要正确理解PCR扩增过程，才能做好本题。易错点：①合成DNA的原料是四种脱氧核苷酸 ②使DNA解旋的方法。
【针对性练习】
1.基因工程是DNA分子水平的操作，下列有关基因工程的叙述中，错误的是( )
A.限制酶只用于切割获取目的基因
B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处理
C.基因工程所用的工具酶是限制酶，DNA连接酶
D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测
2.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
3.转基因动物转基因时的受体细胞是( )
A.受精卵 B.精细胞 C.卵细胞 D.体细胞
4.在基因工程操作中，运载体的本质是双链DNA分子，下列功能不能由运载体完成的是
A.目的基因的转运 B.目的基因的扩增
C.目的基因的表达 D.目的基因的定位
5．下列关于基因工程的说法中，正确的是
A．基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的
B．目前基因工程所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的
C．只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么目的基因一定能成功进行表达
D．基因工程能使科学家打破物种界限，定向改造生物性状
6. 在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸460 个），放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是
A．540 个 B．7560个 C．8100 个 D．17280 个
7．利用基因工程生产蛋白质药物的方法之一是将人的基因转入动物体内，再饲养这些转基因动物，从动物乳汁或尿液中提取药物。这一过程不涉及 （ ）
A．DNA按照碱基互补配对原则自我复制 B．DNA以其一条链为模板合成RNA
C．RNA以自身为模板自我复制 D．按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质
8.1975年，科学家用基因工程的方法创造出了一种能分解石油的“超级细菌”，下列关于此种细菌的说法正确的是
A．与一般细菌相比它体积特别巨大 B．它是现在唯一能分解石油的细菌
C．它同时能分解石油中的四种烃类 D．与一般细菌相比，它繁殖速度极快
9.下列与基因工程无关的是( )
A.培养利用“工程菌”生产胰岛素 B.基因治疗
C.蛋白质工程 D.杂交育种
10.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.从基因文库中获取 C.反转录法 D.人工合成法
11．“转基因动物”是指 ( )
A．含有可利用基因的动物 B．基因组中插入外源基因的动物
C．本身具有抗体蛋白类的动物 D．能表达基因信息的动物
12．下列有关“基因探针”的叙述，不正确的是
A．基因探针的工作原理是碱基互补配对
B．待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因探针测序
C．待测的DNA分子可以直接用基因探针测序
D．基因探针技术可用于疾病诊断和环境监测
13．细菌抗药性基因存在于
A．核区的DNA B． RNA C．质粒 D．小的直线型DNA
14．碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中：
①种子的萌发 ②病毒的增殖过程 ③细菌的二分裂过程 ④目的基因与运载体的结合
⑤DNA探针的使用 ⑥分泌蛋白的加工和运输
A．①②③④⑤ B．①②③④⑤⑥ C．②④⑤ D．②③⑤⑥
15.研究发现，癌细胞能产生一种酶叫端粒酶，它能修复细胞分裂时产生在染色体端的DNA的损伤，使损伤部位得以愈合，避免了老化趋势，因此癌细胞能无限增值。而正常细胞没有这种端粒酶，所以通常分裂50次左右就会由于DNA的损伤而衰老死亡。就以上材料分析，以下说法错误的是
A.正常细胞内也应该有控制这种端粒酶合成的基因的存在
B.端粒酶的功能类似于基因工程中DNA连接酶
C.研究端粒酶基因的作用机理有助于揭开细胞衰老之谜
D.克隆动物若通过基因工程获得端粒酶基因可使其寿命达到正常甚至更长
16.美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野玉米后发现，这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌基因内的转基因作物的基因，由此可见 ①转基因作物的基因可传播到野生植物中 ②转基因作用可对天然植物的遗传多样性构成威胁 ③为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究 ④自然杂交过程实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别。其中正确的说法是
A.①②③④ B.③ C.①② D.①
17.豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示：
请根据以上材料，回答下列问题：
⑴CpTI基因是基因工程中的 基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是 ，在①过程中，首先要用 酶切开，暴露出 ，再用 酶连接。
⑵在转基因过程中，供体细胞是 ，受体细胞是 。
⑶②过程称为 。
⑷检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是 。
18．糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，以致西方发达国家把它列为第三号“杀手”。
（1）目前对糖尿病Ⅰ型的治疗，大多采用激素疗法，这种激素是
A．甲状腺激素 B．胰岛素 C．胰高血糖素 D．性激素
（2）在人体的胰腺内，产生这种激素的细胞群，称为__________________。
（3）这种治疗用的激素过去主要从动物（如猪、牛）中得到。自70年代遗传工程（又称基因工程）发展起来以后，人们开始采用这种高新技术生产，其操作的基本过程如下图所示：
①图中的质粒存在于细菌细胞内，从其分子结构看，可确定它是一种 。根据碱基配对的规律，在连接酶的作用下，把图中甲与乙拼接起来（即重组），若a段与d段的碱基序列分别是AATTC和CTTAA，则b段与c段分别是 。
②细菌进行分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成二个，二个变成四个……，质粒的这种增加方式在遗传学上称为 。目的是基因通过活动（即表达）后，能使细菌产生治疗糖尿病的激素。这是因为基因具有 合成的功能。它的过程包括____________ 和 两个阶段。
19．人类牙病的一种性状表现是由于牙本质发育不良，导致牙釉质易破碎，使儿童
时期牙齿就易受损伤，该病称为乳光牙。我国科学家在研究中发现，控制该遗传病的基因
是DSPP基因。该基因的第3外显子的一段碱基序列由原来决定谷氨酰胺(一种氨基酸)密码
子的序列变成决定终止的密码子的序列。请回答：
（1） 乳光牙致病基因是 形成的。
（2）已知谷氨酰胺密码子分别是CAA和CAG，那么DSPP基因第3外显子与上述密码子相对应的碱基序列是_ ；由于第3外显子碱基序列的变化，导致所决定的肽链结构的显著改变是 ，因此使牙齿发育异常。
（3）科学家对乳光牙致病基因进行检测是用被标记的DNA分子做探针，鉴定基因的碱基序列，这种方法遵循的原则是 ；如果科学家要对该病进行基因治疗，应采取的方法是 。
20.酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用等，是提取核苷酸、三磷酸腺苷等多种生化产品的原料，还可用于生产维生素、氨基酸等。科学家将使啤酒产生丰富泡沫的LTPl基因植入啤酒酵母菌中，使其产生LTPl蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒，具体的操作过程如下：
请据图回答问题：
（1）若图中LTPl基因与B结合产生的C是_____________，通常在体外完成，此过程必需有DNA限制性核酸内切酶和_____________酶。
（2）标记基因的作用是 。
（3）检测LTPl基因在啤酒酵母菌中是否表达可以通__________________________。
【课后答案点拨】
思考与探究（P15）
1.答：不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是：
（1） 生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达；
（2） 通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录；
（3） 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；
（4） 为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等；
（5） 有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。
2.解析：农杆菌可分为根瘤农杆菌和发根农杆菌，在植物基因工程中以根瘤农杆菌的Ti质粒介导的遗传转化最多。根瘤农杆菌广泛存在于双子叶植物中。据不完全统计，约有93属643种双子叶植物对根瘤农杆菌敏感。裸子植物对该菌也敏感。当这些植物被该菌侵染后会诱发肿瘤。近年来，也有报道该菌对单子叶植物也有侵染能力。
根瘤农杆菌侵染植物是一个非常复杂的过程。根瘤农杆菌具有趋化性，即植物的受伤组织会产生一些糖类和酚类物质吸引根瘤农杆菌向受伤组织集中。研究证明，主要酚类诱导物为乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，这些物质主要在双子叶植物细胞壁中合成，通常不存在于单子叶植物中，这也是单子叶植物不易被根瘤农杆菌侵染的原因。近年来还发现一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有诱导作用。酚类物质和糖类物质既可以作为根瘤农杆菌的趋化物，又可以作为农杆菌中Ti质粒上Vir区（毒性区）基因的诱导物，使Vir区基因活化，导致T-DNA的加工和转移，从而侵染植物细胞。
需要注意的是农杆菌中不同的菌株，侵染能力有差别，在基因工程中需要加以选择使用。利用农杆菌侵染单子叶植物进行遗传转化时，是需要加上述酚类物质的，同时单子叶植物种类不同，农杆菌侵染进行遗传转化的效果也有很大差异。
如果想将一个抗病毒基因转入小麦，也可以用农杆菌，但要注意两点：①要选择合适的农杆菌菌株，因为不是所有的农杆菌菌株都可以侵染单子叶植物；②要加趋化和诱导的物质，一般为乙酰丁香酮等，目的是使农杆菌向植物组织的受伤部位靠拢（趋化性）和激活农杆菌的Vir区（诱导）的基因，使T-DNA转移并插入到染色体DNA上。
3.解析：有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。
4.解析：基本操作如下：
（1）从小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的编码序列（cDNA）。
（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。
（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明β-珠蛋白基因已进入其中。
（4）培养进入了β-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取β-珠蛋白。
求异思维（P8）
解析：1970年，特明（H.M. Temin）和巴尔的摩（D. Baltimore）证实了RNA病毒中含有一种能将RNA转录成DNA的酶，这种酶被称为依赖RNA的DNA聚合酶，由于与中心法则中的从DNA到RNA的转录是反向的，所以称为反转录酶（reverse transcriptase）。
反转录酶既可以利用DNA又可以利用RNA作为模板合成与之互补的DNA链。像其他DNA聚合酶一样，反转录酶也以5′→3′方向合成DNA（图1-3）。
cDNA合成过程是：第一步，反转录酶以RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
寻根问底
1（P9）.解析：构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。
2（P11）.解析：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物中的总DNA提取出来，通过注射或花粉管通道法导入受体植物，没有进行表达载体的构建，这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定什么基因导入了受体植物。此法目前争议颇多，严格来讲不算基因工程。
【拓展阅读】
1. 基因工程载体的构建需要考虑哪些方面的因素？道理何在？
主要考虑以下几方面的因素。
（1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器。
（2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。
（3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。
2. 什么是分子杂交技术的显示带？
分子杂交技术是基因工程中使用频率很高的一项技术，主要用于检测和鉴定，可以分为核酸分子之间的杂交和蛋白质分子之间的杂交。常用的技术有：
Southern杂交──DNA和DNA分子之间的杂交。目的基因是否整合到受体生物的染色体DNA中，这在真核生物中是目的基因可否稳定存在和遗传的关键。如何证明这一点，就需要通过Southern杂交技术。基本做法是：第一步，将受体生物DNA提取出来，经过适当的酶切后，走琼脂糖凝胶电泳，将不同大小的片段分开；第二步，将凝胶上的DNA片段转移到硝酸纤维素膜上；第三步，用标记了放射性同位素（或生物素）的目的DNA片段作为探针与硝酸纤维素膜上的DNA进行杂交；第四步，将X光底片压在硝酸纤维素膜上，在暗处使底片感光；第五步，将X光底片冲洗，如果在底片上出现黑色条带，则表明受体植物染色体DNA上有目的基因。
Northern杂交──DNA和RNA分子之间的杂交。它是检测目的基因是否转录出mRNA的方法，具体做法与Southern杂交相同，只是第一步从受体植物中提取的是mRNA而不是DNA，杂交带的显现也与Southern杂交相同。
Western杂交──蛋白质分子（抗原—抗体）之间的杂交。它是检测目的基因是否表达出蛋白质的一种方法。具体做法是：第一步，将目的基因在大肠杆菌中表达出蛋白质；第二步，将表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出抗体（一抗）；第三步，从转基因生物中提取蛋白质，走凝胶电泳；第四步，将凝胶中的蛋白转移到硝酸纤维素膜上；第五步，将抗体（一抗）与硝酸纤维素膜上的蛋白杂交，这时抗体（一抗）与目的基因表达的蛋白（抗原）会特异结合。由于这种抗原—抗体的结合显示不出条带，所以加入一种称为二抗的抗体，它可以与一抗结合，二抗抗体上带有特殊的标记。如果目的基因表达出了蛋白质，则结果为阳性。
【五年高考回放】
1.［2006四川高考］基因工程技术可使大甩手杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是
A.常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒
B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达
答案：B
解析：在基因过程中，如果以质粒作为载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个切口，露出黏性末端。然后用同一切割酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就会通过碱基互补配对而结合，形成一个重组DNA分子。在全部的受体细胞中，真正能够摄入DNA分子的受体细胞是很少的，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。RNA聚合酶主要用于RNA的录制过程，在基因工程中并非必须使用。
2．［2006 全国高考］采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是（ ）
A．人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍
B．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
C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
答案：B
解析：人体细胞是真核细胞,其基因中含有内含子,其碱基对数大于氨基酸数的三倍;山羊的受精卵中导入人凝血因子基因,长成的山羊每个体细胞中都含有这种基因;DNA连接酶是把两条DNA链末端之间的缝隙"建合"起来,而不是参与转录。基因工程外源基因的导入多采用人工的方法,使体外重组的DNA分子转移到受体细胞,在本题中可采用显微注射法。
3．［2006上海高考］农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。
（1）要获得该抗病基因，可采用______________________、______________________等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是______________________。
（2）要使载体与该抗病基因连接，首先应使用__________________进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是____________
(3)切割完成后，采用_________酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为_____________。
(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该杆菌去__________棉花细胞，利用植物细胞具有的_______________性进行组织培养，从培养出的植株中_________出抗病的棉花。
（5）该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是 （ ）
A．淀粉 B．脂类 C．蛋白质 D．核酸
（6）转基因棉花获得的______________________是由该表达产物来体现的。
答案：(1)从细胞中分离 化学方法人工合成 Ti质粒 (2)限制性内切酶(限制酶) A (3)DNA连接酶 重组DNA (4)感染 全能 筛选(选择)(5)C (6)抗病性状
解析：基因工程有四步曲，解答本题时应紧扣这四步曲。获得抗病基因常用的方法是从细胞中直接分离目的基因或根据mRNA碱基顺序和蛋白质的氨基酸序列人工合成目的基因；在基因工程中,常用的载体是质粒可以先用限制性内切酶把目的基因和运载体切出相同的棋性末端；再用 DNA 连接酶将运载体和目的基因连接起来,构成重组DNA分子；用导入重组DNA分子的农杆菌感染棉花细胞,并用组织培养的方法把这样的棉花细胞培育出个体,从中筛选出有抗病性状的棉花；最后进行鉴定,可把普通棉和抗虫棉在同等条件下让害虫吞食, 观察其效果 即可。
4.［2005全国高考］科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述，错误的是（ ）
A.采用反转录的方法得到的目的基因有内含子
B.基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的
C.马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞
D.用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子
答案：A
解析：制取目的基因的方法有多种，其中反转录法是人工合成目的基因的方法之一，它是以成熟的RNA作为模板通过反转录来合成目的基因，不含有基因的内含子，因而选A。其他三个选项都是关于基因工程操作的正确论述。
5．[2005江苏高考]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：B
解析：通过转基因技术可以把动物体内的基因转移到植物体内，可以让植物表达动物蛋白，这属于基因工程育种。
6．[2004天津高考]下列技术依据DNA分子杂交原理的是（ ）
① 用DNA分子探针诊断疾病
② B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的杂交
③ 快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量
④ 目的基因与运载体结合形成重组DNA分子
A．②③ B．①③ C．③④ D． ①④
答案：B
解析：该题用到生物工程方面的知识，尤其是基因工程方面，DNA探针的应用是利用了DNA分子杂交的原理。
7.［2003全国高考］采用基因工程的方法培育抗虫棉，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，注射到棉的受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列，导入细菌用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵（ ）
A.①② B. ②③ C. ③④ D. ④①
答案：C
解析：在将目的基因导入受体细胞的过程中，需要借助于运载体，具体操作是把目的基因与运载体相结合，形成重组基因后才能实现目的基因的导入。因此正确的答案是③④。
8.［2002广东、河南高考］（多选）科学家将含人的α－抗胰蛋白酶基因的DNA片段，注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的羊能分泌含α－抗胰蛋白酶的奶。这一过程涉及
A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制 B.DNA以其一条链为模板合成RNA
C.RNA以自身为模板自我复制 D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质
答案：ABD
解析：由受精卵发育成性成熟个体的过程中，DNA按照碱基互补配对原则进行自我复制。α－抗胰蛋白酶基因随着受体DNA进行转录和翻译，并最终表达出含α－抗胰蛋白酶的奶。而RNA以自身为模板的自我复制过程，只出现在极少数RNA病毒中。
PAGE
15
