1、知識結構知識結構(對應學生用書對應學生用書P154)選修選修 現代生物科技專題現代生物科技專題知識研讀知識研讀(對應學生用書對應學生用書P154)專題專題基因工程基因工程( (一一) )1基因工程的誕生。2基因工程的原理及技術。3DNA的粗提取與鑒定。課程標準課程標準(即時鞏固解析為教師用書獨有)考點一考點一基因工程的基本工具一、與DNA分子相關的酶 種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用結果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子考點整合考點整

2、合二、載體1作用(1)作為運載工具，將目的基因轉移到宿主細胞內。(2)利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量復制。2具備的條件(1)能在宿主細胞內穩定保存并大量復制。(2)有多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接。(3)具有某些遺傳標記基因，以便進行篩選。3種類(1)質粒：一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，能夠自我復制的很小的雙鏈環狀DNA分子。(2)噬菌體的衍生物。(3)動植物病毒。【歸納總結】一般來說，天然載體往往不能滿足人類的所有要求，因此人們根據不同的目的和需要，對某些天然的載體進行人工改造。限制酶切割位點所處的位置必須是在所需的標記基因之外，這樣才能保證標記基因的完整性，

3、有利于對目的基因的檢測。【案例1】(2009福建理綜)轉基因抗病香蕉的培育過程如圖所示。質粒上有Pst、Sma、EcoR、Apa等四種限制酶切割位點。請回答：(1)構建含抗病基因的表達載體A時，應選用限制酶_，對_進行切割。(2)培養基中的卡那霉素會抑制香蕉愈傷組織細胞的生長，欲利用該培養基篩選已導入抗病基因的香蕉細胞，應使基因表達載體A中含有_，作為標記基因。(3)香蕉組織細胞具有_，因此，可以利用組織培養技術將導入抗病基因的香蕉組織細胞培育成植株。圖中依次表示組織培養過程中香蕉組織細胞的_。【解析解析】本題主要考查基因工程的相關知識。(1)由于限制酶Sma的切割位點在抗病基因中間，因此不能

4、用限制酶Sma來進行切割目的基因。要將目的基因從含抗病基因的DNA分子中切割下來，從圖中看需要用限制酶Pst和EcoR同時進行切割。而運載體要和目的基因含有相同的黏性末端才能進行連接，所以質粒也要用限制酶Pst和EcoR同時進行切割。(2)由于卡那霉素能抑制香蕉愈傷組織細胞的生長，所以構建的基因表達載體A中應含抗卡那霉素基因，作為標記基因。(3)由于香蕉組織細胞具有全能性，因此利用植物組織培養技術可將導入抗病基因的香蕉組織細胞培育成植株。 【答案答案】(1)Pst 、EcoR 含抗病基因的DNA、質粒 (2)抗卡那霉素基因 (3)全能性脫分化、再分化 【即時鞏固1】(2010江蘇)下表中列出了

5、幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請回答下列問題：限制酶BamHHindEcoRSma識別序列及切割位點GGATC CC CTAGGAAGCT TT TCGAAGAATT CC TTAAGCCCGGGGGGCCC(1)一個圖1所示的質粒分子經Sma切割前后，分別含有_個游離的磷酸基團。(2)若對圖中質粒進行改造，插入的Sma酶切位點越多，質粒的熱穩定性越_。(3)用圖中的質粒和外源DNA構建重組質粒，不能使用Sma切割，原因是_。(4)與只使用EcoR相比較，使用BamH和Hind兩種限制酶同時處理質粒、外源DNA的優點在于可以防止_。(5)為了獲取重組

6、質粒，將切割后的質粒與目的基因片段混合，并加入_酶。(6)重組質粒中抗生素抗性基因的作用是為了_。(7)為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉運蛋白基因，將重組質粒導入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在_的培養基中培養，以完成目的基因表達的初步檢測。【解析解析】本題綜合考查基因工程的過程及應用。(1)質粒是雙鏈環狀DNA分子，在Sma切割前沒有游離的磷酸基團，Sma作用于兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，切割產生的DNA片段末端是平末端，因而質粒經切割后含有2個游離的磷酸基團。(2)質粒的熱穩定性主要由氫鍵的數量決定，氫鍵數量越多，質粒的熱穩定性越高，反之則低，DNA分子中A與T之間存在2個氫鍵，

7、C與G之間存在3個氫鍵，因此DNA分子中GC堿基對越多，熱穩定性就越高，Sma識別CCCGGG序列，并在C和G之間將這段序列切開，也就是質粒中Sma酶切位點越多，GC堿基對越多，熱穩定性越高。(3)據圖1可知，Sma切割的位點在抗生素抗性基因之中，抗生素抗性基因是標記基因，應盡量避免破壞，據圖2可知Sma切割的位點在目的基因之中,破壞了目的基因,所以不能使用Sma切割。(4)用同種限制酶切割后的質粒和目的基因,在基因表達載體構建時，常形成三種直接方式，其中目的基因與目的基因的連接、質粒與質粒的連接是無效的連接，用兩種限制酶可避免此類現象。(5)基因表達載體的構建過程中需加DNA連接酶，連接脫氧

8、核糖和磷酸。(6)抗生素抗性基因屬于標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。(7)目的基因是蔗糖轉運蛋白基因，將其導入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體后，應進行目的基因的檢測與鑒定，可根據受體細胞是否含有蔗糖轉運蛋白，即是否具備吸收蔗糖的能力判斷基因工程是否成功，因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培養基中培養。 【答案答案】(1)0、2(2)高 (3)Sma會破壞質粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環化 (5)DNA連接(6)鑒別和篩選含有目的基因的細胞(7)蔗糖為唯一含碳營養物質考點二考點二基因工程基本操作程序分析一、目的基因的獲取途徑1直接分離：從自然

9、界已有的物種中分離，如從基因組文庫中獲取。2人工合成目的基因常用的方法有：(1)已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學方法合成，不需要模板。(2)以RNA為模板，在逆轉錄酶作用下人工合成。3PCR技術與DNA復制的比較PCR技術DNA復制相同點原理DNA雙鏈復制(堿基互補配對)原料四種游離的脫氧核苷酸條件模板、ATP、酶等不同點解旋方式DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化場所體外復制主要在細胞核內酶熱穩定的DNA聚合酶(Taq酶)細胞內含有的DNA聚合酶結果在短時間內形成大量的DNA片段形成整個DNA分子二、基因表達載體的構建1基因表達載體的組成：啟動子、目的基因、終止子以及標記基因

10、等。2基因表達載體的構建方法三、將目的基因導入受體細胞生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農桿菌轉化法顯微注射技術Ca2處理法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉化過程將目的基因插入Ti質粒的TDNA上農桿菌導入植物細胞整合到受體細胞的DNA表達將含有目的基因的表達載體提純取卵(受精卵)顯微注射受精卵發育獲得具有新性狀的動物Ca2處理細胞感受態細胞重組表達載體與感受態細胞混合感受態細胞吸收DNA分子四、目的基因的檢測與鑒定1分子水平檢測(1)導入檢測：DNA分子雜交技術，即使用放射性同位素標記的含目的基因的DNA片段作探針檢測。2個體生物學水平鑒定：對轉基因生物進行抗蟲或抗病的接種實驗。【案例

11、2】(2008海南)如圖為某種質粒表達載體簡圖，小箭頭所指分別為限制性內切酶EcoRI、BamHI的酶切位點，ampR為青霉素抗性基因，tctR為四環素抗性基因，P為啟動子，T為終止子，ori為復制原點。已知目的基因的兩端分別有包括EcoRI、BamHI在內的多種酶的酶切位點。據圖回答： (1)將含有目的基因的DNA與質粒表達載體分別用EcoRI酶切,酶切產物用DNA連接酶進行連接后，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產物有_、_、_三種。若要從這些連接物中分離出重組質粒，需要對這些連接產物進行_。(2)用上述3種連接產物與無任何抗藥性的原核宿主細胞進行轉化實驗。之后將這些宿主細胞接種到含四環

12、素的培養基中，能生長的原核宿主細胞所含有的連接產物是_；若接種到含青霉素的培養基中，能生長的原核宿主細胞所含有的連接產物是_。(3)目的基因表達時，RNA聚合酶識別和結合的位點是_，其合成的產物是_。(4)在上述實驗中，為了防止目的基因和質粒表達載體在酶切后產生的末端發生任意連接，酶切時應選用的酶是_。【解析解析】目的基因的DNA與質粒表達載體分別用EcoRI酶切后黏性末端相同，可以連接成目的基因與目的基因、目的基因與載體、載體與載體，需要分離純化才能得到重組質粒。EcoRI酶切破壞了載體中的四環素抗性基因，只有載體與載體轉化的原核宿主細胞在含四環素的培養基中能生長。因為青霉素基因沒有被破壞，

13、所以目的基因與載體、載體與載體轉化的原核宿主細胞在含青霉素的培養基中能生長。EcoRI和BamHI酶切后有2種黏性末端，不能任意連接。 【答案答案】(1)目的基因載體連接物載體載體連接物目的基因目的基因連接物分離純化(其他合理答案也可以) (2)載體載體連接物目的基因載體連接物、載體載體連接物 (3)啟動子mRNA(4)EcoRI和BamHI【即時鞏固2】(2008廣東)天然釀酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶類,用作發酵原料的淀粉需經一系列復雜的轉化過程才能被利用。研究者從某絲狀真菌中獲取淀粉酶基因并轉入釀酒酵母菌，獲得的釀酒酵母工程菌可直接利用淀粉產生酒精。請回答下列問題：(1)將淀粉酶基因切割

14、下來所用的工具是_，用_將淀粉酶基因與載體拼接成新的DNA分子，下一步將該DNA分子_，以完成工程菌的構建。(2)若要鑒定淀粉酶基因是否插入釀酒酵母菌，可采用的檢測方法是_；若要鑒定淀粉酶基因是否翻譯成淀粉酶，可采用_檢測；將該工程菌接種在含淀粉的固體平板培養基上，培養一定時間后，加入碘液，工程菌周圍出現透明圈,請解釋該現象發生的原因。_。(3)如何進一步鑒定不同的轉基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小？_。(4)微生物在基因工程領域中有哪些重要作用？_。 【解析解析】本題考查了與基因工程相關的知識。將基因切割下來的工具是限制酶，將基因與運載體結合在一起的是DNA連接酶，基因工程的基本流程是：獲取

15、目的基因，基因表達載體的構建，將目的基因導入受體細胞，目的基因的檢測與鑒定。目的基因的檢測與鑒定包括分子水平的檢測，如用DNA分子雜交技術來檢測基因或對應的mRNA，用抗原抗體雜交來檢測蛋白質，也包括個體生物學水平的鑒定。淀粉在工程菌分泌的淀粉酶的作用下被分解，加入碘液后，因工程菌周圍無淀粉而不變藍，故出現透明圈。 【答案答案】(1)限制性核酸內切酶DNA連接酶導入釀酒酵母菌 (2)DNA分子雜交抗原抗體雜交或淀粉酶活性該工程菌產生的淀粉酶可分泌至培養基中，培養基中淀粉被水解的區域，遇碘不再變藍色，產生透明圈 (3)測定相同培養條件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精產量(4)工具酶主要來自微生

16、物；最重要的目的基因供體庫之一；目的基因的載體之一；作為受體細胞；提供用于發酵的工程菌知識研讀知識研讀(對應學生用書對應學生用書P157)基因工程(二)1基因工程的應用。2蛋白質工程。課程標準課程標準(即時鞏固解析為教師用書獨有)考點一考點一基因工程的應用成果一、植物基因工程的成果1抗蟲轉基因植物：主要抗蟲基因有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。抗蟲棉、抗蟲番茄、抗蟲煙草都已獲得成功，既減少了殺蟲劑的使用，又保護了環境。2抗病毒轉基因植物：主要抗病毒的病毒外殼基因、病毒的復制酶基因、抗真菌的幾丁質酶基因和抗毒素合成基因。考點整合考點整合多種抗病毒植株已培育成

17、功并開始進行田間實驗、栽培。 3抗逆轉基因植物：主要有抗鹽堿、抗干旱的滲透壓調節基因、耐寒的抗凍蛋白基因、抗除草劑基因等，減輕了不利環境條件對農業生產造成的影響。 4利用轉基因改良植物品質：主要成果有培育賴氨酸含量較高的玉米、耐儲存的番茄、花色變異的矮牽牛花等。 二、動物基因工程的成果 1提高動物生長速度：導入外源生長激素基因、培育轉基因綿羊和轉基因鯉魚。 2改善畜產品的品質：如導入腸乳糖酶基因，生產低乳糖乳汁。3用轉基因動物生產藥物：利用乳腺反應器生產抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等醫藥產品。4用轉基因動物作器官移植的供體：利用基因工程抑制抗原決定簇基因的表達或除去抗原決定基因，培育出沒有免

18、疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。三、基因工程藥物利用轉基因工程菌生產出人類蛋白質藥物。四、基因治療 項目類型外源基因類型及舉例過程特點成果舉例體外基因治療腺苷酸脫氨酶基因從病人體內獲得某種細胞細胞培養體外完成基因轉移篩選并擴增培養重新輸入患者體內操作復雜，但成功率高治療復合型免疫缺陷癥體內基因治療治療遺傳性囊性纖維化病的基因外源基因載體攜帶體內相應組織細胞操作簡單，成功率低治療遺傳性囊性纖維化病【案例1】(2009江蘇)蘇云金桿菌(Bt)能產生具有殺蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉Bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因)，據圖回答下列問題。(1)將圖中的DNA用Hind、Ba

19、mH限制酶切后，反應管中有_種DNA片段。(2)圖中表示Hind與BamH酶切、DNA連接酶連接的過程，此過程可獲得_種重組質粒；如果換用Bst與BamH酶切，目的基因與質粒連接后可獲得_種重組質粒。(3)目的基因插入質粒后，不能影響質粒的_。(4)圖中的Ti質粒調控合成的vir蛋白，可以協助帶有目的基因的TDNA導入植物細胞，并防止植物細胞中_對TDNA的降解。(5)已知轉基因植物中毒素蛋白只結合某些昆蟲腸上皮細胞表面的特異性受體，使細胞膜穿孔，腸細胞裂解，昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風險相對較小，原因是人類腸上皮細胞_。(6)生產上常將上述轉基因作物與非轉基因作物混合播種，其目的是降低害

20、蟲種群中的_基因頻率的增長速率。【解析解析】本題考查基因工程的相關知識。(1)圖中的DNA有1個Hind酶切位點和2個BamH酶切位點，故用Hind、BamH完全酶切后，反應管中有4種DNA片段。(2)從圖中可知，Hind、BamH酶切后有2種片段有相應的末端,可與質粒重組；而Bst和BamH酶切后只有1種片段有相應的末端，可與質粒重組。(3)質粒要進行復制才能更多的表達出產物，所以重組之后要能復制。(4)酶具有專一性，TDNA的降解酶為DNA水解酶。(5)生物的細胞表面的受體具有特異性，人類腸上皮細胞沒有昆蟲腸上皮細胞表面的特異性受體，所以該毒素蛋白對人類的風險相對較小。(6)自然選擇是普遍

21、存在的，純種種植自然選擇會使害蟲抗性基因頻率快速增長，所以混合種植能降低害蟲的抗性基因頻率的增長速率。 【答案答案】(1)4(2)21(3)復制(4)DNA水解酶(5)表面無相應的特異性受體(6)抗性 【即時鞏固1】(2008山東理綜)為擴大可耕地面積，增加糧食產量，黃河三角洲等鹽堿地的開發利用備受關注。我國科學家應用耐鹽基因培育了耐鹽水稻新品系。(1)獲得耐鹽基因后，構建重組DNA分子所用的限制性內切酶作用于圖中的_處，DNA連接酶作用于_處。(填“a”或“b”)(2)將重組DNA分子導入水稻受體細胞的常用方法有農桿菌轉化法和_。(3)由導入目的基因的水稻細胞培養成植株需要利用_技術，該技術

22、的核心是_和_。(4)為了確定耐鹽轉基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標記的_作探針進行分子雜交檢測，又要用_方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。【解析解析】本題以社會的熱點和科技新進展為背景，通過轉基因水稻的培育綜合考查了基因工程的基本工具、基本操作程序和植物細胞工程等知識，屬于識記內容，要求簡單。(1)限制性核酸內切酶破壞的是相鄰兩個脫氧核苷酸之間的化學鍵。DNA連接酶的作用部位也是該處，但作用與限制酶正好相反。(2)重組DNA分子導入植物細胞常用的方法是農桿菌轉化法，也可以使用基因槍法或花粉管通道法。(3)目的基因的受體細胞是植物體細胞或受精卵，因此，要經過植物組織培養過程才能成為

23、植株。該過程的核心是脫分化和再分化。(4)目的基因是否導入受體細胞，用DNA分子雜交技術進行檢測，即以帶有放射性的目的基因的單鏈為探針，檢測受體細胞中是否含有能與探針進行配對雜交的DNA(目的基因)。檢測目的基因是否表達，可以用個體檢驗的方法,將植物栽培到高濃度鹽的環境中(如鹽堿地)，然后觀察其生活狀況。 【答案答案】(1)aa(2)基因槍法(花粉管通道法) (3)植物組織培養脫分化(去分化)再分化 (4)耐鹽基因(目的基因)一定濃度鹽水澆灌(移栽到鹽堿地中)考點二考點二蛋白質工程與基因工程的比較 項目區別與聯系蛋白質工程基因工程區別過程預期蛋白質功能設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找

24、到相對應的脫氧核苷酸序列獲取目的基因構建基因表達載體將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需的蛋白質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品結果可生產自然界沒有的蛋白質只能生產自然界已有的蛋白質聯系(1)蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程(2)基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造【案例2】2008年諾貝爾化學獎授予了三位在研究綠色熒光蛋白(GFP)方面做出突出貢獻的科學家。綠色熒光蛋白能在藍光或紫外光的激發下發出熒光。借助GFP發出的熒光就可以跟蹤蛋白質在細胞內部的移動情況，幫助推斷蛋白質的功能。GFP基因可

25、作為目的基因用于培育綠色熒光小鼠，如圖表示培育綠色熒光小鼠的基本流程：請根據上述材料回答下列問題：(1)用于培育綠色熒光小鼠的基因表達載體的組成必須有啟動子、_、_和_等。圖中過程常用的方法是_；過程利用的生物技術是_；在進行過程前，利用_可以獲得數目更多且基因型相同的綠色熒光小鼠。(2)GFP基因與目的基因一起構建到載體上不影響目的基因的表達，也不影響由目的基因控制合成的蛋白質的結構與功能，且對細胞無毒性，因此GFP基因可以作為基因表達載體上的_。(3)目前科學家們通過_工程制造出了藍色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等，該工程是直接改造GFP分子，還是改造GFP基因？_。該工程的基本流程是_。【解析

26、解析】基因表達載體由4部分組成，分別是目的基因、啟動子、終止子、標記基因。把目的基因導入動物受體細胞的常用方法是顯微注射技術。由受精卵培養得到早期胚胎，這屬于細胞培養技術，可以利用胚胎分割技術由一個胚胎獲得多個胚胎。GFP基因不影響目的基因控制合成的蛋白質的結構與功能，且對細胞無毒性，又可以發出熒光，因此可以作為標記基因。蛋白質工程是指通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，獲得各種各樣的自然界中沒有的蛋白質。蛋白質工程的基本流程：預期蛋白質功能設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應基因的脫氧核苷酸序列修飾(合成)相應的基因表達出相應蛋白質。 【答案答案】(1)GFP基因終止子標記基因顯微注射法早期胚胎培養技術胚胎分割(2)標記基因