第3章基因工程第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具1.P70從社會中來：番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會大大下降。科學家通過精心設(shè)計，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。

DNA雙螺旋的直徑只有2nm，對如此微小的分子進行操作,是一項非常精細的工作，更需要專門的“分子工具”。那么，科學家究竟用到了哪些“分子工具”?這些“分子工具”各具有什么特征呢?提示：科學家用到了限制酶、DNA連接酶、載體等“分子工具”。限制酶能識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并將DNA雙鏈切斷，形成具有黏性末端或平末端的片段。DNA連接酶催化磷酸二酯鍵的形成，即催化一個DNA片段3'端的羥基與另ー個DNA片段5'端的磷酸基團上的羥基連接起來形成酯鍵。載體上可以插入外源基因，它能攜帶該基因進入受體細胞，并在受體細胞中進行自我復(fù)制，或者整合到受體DNA上，隨著受體DNA同步復(fù)制。載體一般還帶有標記基因，以便進行重組DNA分子的篩選。（P70）2.P71旁欄思考題：你能根據(jù)所掌握的知識，推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么嗎?提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在長期的進化過程中形成了套完善的防御機制。限制酶就是它的一種防御性工具。當外源DNA入侵時，它會利用限制酶來切割外源DNA，使之失效，以保證自身的安全。（P71）3.P72旁欄思考題：DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?提示：不是一回事。雖然DNA連接酶和DNA聚合酶都是催化磷酸二酯鍵形成的酶，但兩者存在顯著的區(qū)別。DNA聚合酶只能催化單個核苷酸加到已有的核酸片段3'末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是催化兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是催化單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。DNA聚合酶以一條DNA鏈為模板，催化形成與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶催化具有互補黏性末端或平末端的DNA片段連接起來，它不需要模板。此外，兩者雖然都是蛋白質(zhì)，但它們的組成和性質(zhì)各不相同。（P72）4.P73思考·討論：重組DNA分子請你根據(jù)圖3-3中的相關(guān)信息找到兩條片段上EcoR

I的識別序列和切割位點。然后，用剪刀進行“切割”。待切割位點全部切開后，將從下面那條DNA鏈上切下的片段重組到上面那條DNA鏈的切口處，并用透明膠條將切口粘連起來。討論（1）剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？

提示：剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。

（2）你制作的黏性末端的堿基能不能互補配對?如果不能，可能是什么原因造成的?提示：根據(jù)學生實際操作的情況進行指導(dǎo)。如果制作的黏性末端的堿基不能互補配對可能是剪切位點或連接位點選得不對，也可能是其他原因。（3）你插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎?提示：不能，因為基因的長度一般在100個堿基對以上。5.P73到社會中去：隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)和銷售“分子工具的公司大量涌現(xiàn)。感興趣的話，你可以登錄這些公司的網(wǎng)站，查詢和了解相關(guān)產(chǎn)品的特點、價格和使用說明等。有些這樣的公司已成功上市，你還可以通過分析公司的股票價格走勢，大致了解公司的經(jīng)營狀況以及投資者目前對該行業(yè)的認可程度。提示：在調(diào)查中需要了解企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品的種類和產(chǎn)量、銷售渠道和銷售情況等，這樣才有可能對企業(yè)的經(jīng)營狀況進行正確的判斷。（P73）6.P74練習與應(yīng)用一、概念檢測1.DNA連接酶是重組DNA技術(shù)常用的一種工具酶。下列相關(guān)敘述正確的是(C)

A.能連接DNA分子雙鏈堿基對之間的氫鍵B.能將單個脫氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯健

C.能連接用同種限制酶切開的兩條DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵

D.只能連接雙鏈DNA片段互補的帖性末端，不能連接雙鏈DNA片段的平末端

2.在重組DNA技術(shù)中，將外源基因送入受體細胞的載體可以是(A)

A.大腸桿菌的質(zhì)粒B.切割DNA分子的酶C.DNA片段的黏性末端D.用來識別特定基因的DNA探針二、拓展應(yīng)用1.想一想。為什么限制酶不切制細菌本身的DNA分子?提示：迄今為止，在基因工程操作中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們可以識別DNA上特定的堿基序列并使特定部位的磷酸二酯鍵斷開。微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，可以將外源入侵的DNA降解。細菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因為含有某種限制酶的細胞的DNA分子或者不具備這種限制酶的識別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶，也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA入侵。（P74）3.有2個不同來源的DNA片段A和B.

A片段用限制酶SpeI進行切制，B片段分別用限制酶HindIII.

XbaI。EcoRV和XhoI進行切制。各限制酶的識別序列和切制位點如下。(1)哪種限制酶切制B片段產(chǎn)生的DNA能與限制酶SpeI切制A片段產(chǎn)生的DNA片連接?為什么?

提示：XbaⅠ。因為XbaⅠ與SpeⅠ切割產(chǎn)生了相同的黏性末端。

(2)不同的限制酶切制可能產(chǎn)生相同的末端，這在基因工程操作中有什么意義?提示：識別DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。同尾酶使構(gòu)建載體時，切割位點的選擇范圍擴大。例如，我們選擇了用某種限制酶切割載體，如果目的基因的核苷酸序列中恰好含有該限制酶的識別序列，那么用該限制酶切割含有目的基因的DNA片段時，目的基因就很可能被切斷；這時可以考慮用合適的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的識別序列)來獲取目的基因。7.P75探究與實踐：DNA的粗提取及鑒定結(jié)果分析與評價

（1）你提取出白色絲狀物或沉淀物了嗎?用二苯胺試劑鑒定的結(jié)果如何?提示：觀察提取的DNA的顏色，

如果不是白色絲狀物，說明DNA中的雜質(zhì)較多。二苯胺試劑鑒定呈現(xiàn)藍色說明實驗基本成功:如果不呈現(xiàn)基色，可明能原因有所提取的DNA含量低或者在實驗操作過程中出現(xiàn)了失誤等。（2）你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些雜質(zhì)嗎?

提示：本實驗租提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等雜質(zhì)。

（3）與其他同學提取的DNA進行比較，看看實驗結(jié)果有何不同，分析產(chǎn)生差異的原因。

提示：本實驗可以采取分組的方式進行。可以選取不同的實驗材料:也可以在閱資科了解其他提取DNA的方法，對同種材料采用不同的方法。最后從多方面比較實驗結(jié)果，如DNA的純度、DNA的顏色、二苯胺試劑顯色的深淺等，看看哪種實驗材料、哪種方法提取效果更好。

8.P75進一步探究：本實驗只是對DNA進行了粗提取，請查閱資料，了解實驗室提取純度較高的DNA的一一種方法，并與本實驗中所使用的方法進行比較，總結(jié)兩種方法的異同。提示：實驗室提取純度較高的DNA的方法有不少。例如，可以先加人質(zhì)量分數(shù)為25%的SDS溶液，使蛋白質(zhì)變性與DNA分開;再加人氯仿-異丙醇混合液(體積比為24:1)，通過離心將蛋白質(zhì)及其他雜質(zhì)除去，取上清液;可重復(fù)上述操作幾次，直至上清液變成透明的黏稠液體。此外由于苯酚可以迅速使蛋白質(zhì)變性，抑制核酸酶的活性，因此還可以先用苯酚處理，再離心分層，這時DNA溶于上層水相，蛋白質(zhì)變性后存在于酷層中，用吸管、微量移液器等實驗用具就可以將兩者分開。教師可以根據(jù)學校的條件讓學生自己設(shè)計實驗方案，比較實驗結(jié)果。第2節(jié)基因工程的基本操作程序1.P76從社會中來：1997年，我國政府首次批準商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。到2015年，我國已有成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種100多個，減少農(nóng)藥用量40萬噸，增收節(jié)支社會經(jīng)濟效益450億元。你知道轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲的機制是什么嗎?培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉一般需要哪些步驟?提示：參見本節(jié)正文中的內(nèi)容。2.P79旁欄思考題：用PCR技術(shù)可以擴增mRNA嗎?提示：mRNA不可以直接擴增，需要將它逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進行擴增。由mRNA逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程是：第一步，逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與DNA鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H降解RNA-DNA雜交分子中的使之變成單鏈DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(圖3-1)。3.P80旁欄思考題：將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細胞不是更簡便嗎?如果這么做，效果會怎樣?提示：有人采用總DNA注射法進行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個生物的總DNA提取出來，花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒有進行基因表達載體的構(gòu)建。這種方法針對性差，完全靠運氣也無法確定哪些基因?qū)肓耸荏w植物。（P80）4.P83到社會中去：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在世界范圍內(nèi)被廣泛種植，有效控制了棉鈴蟲的種群數(shù)量，顯著減少了農(nóng)藥的用量。面對棉鈴蟲的危害，有了抗蟲棉是否就可以一勞永逸、高枕無憂呢?根據(jù)棉鈴蟲對傳統(tǒng)農(nóng)藥產(chǎn)生抗性的發(fā)展歷史，科研人員推測棉鈴蟲存在對Bt抗蟲蛋白產(chǎn)生抗性的可能。請你查閱資料，了解以下問題。

（1）在實際種植過程中，棉鈴蟲是否對轉(zhuǎn)Bt基因的抗蟲棉產(chǎn)生了嚴重的抗性?證據(jù)是什么?提示：這是一個開放性的問題，需要學生查找資料來回答。隨著田間監(jiān)測數(shù)據(jù)的更科研論文發(fā)表，每年學生獲得的證據(jù)是不一樣的。例如，科研人員對長江流域種植的抗蟲棉進行了監(jiān)測，2011年的數(shù)據(jù)顯示，大部分轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的抗蟲性屬于中抗及高抗水平；2013年的數(shù)據(jù)表明，如果棉田周圍存在大量天然庇護所，靶標害蟲棉鈴蟲、紅鈴蟲等基因的抗蟲棉產(chǎn)生明顯抗性。在我國、澳大利亞、印度等國的多個實驗室中，通過毒抗性篩選，已經(jīng)培育出多個高抗水平的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種。教師要注意引導(dǎo)學生搜集的證據(jù)，如科研論文、權(quán)威的官方報道等。（2）科研工作者在沒有發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲出現(xiàn)抗性之前，就應(yīng)該想辦法應(yīng)對。他們想出的延緩棉鈴蟲對Bt抗蟲蛋白產(chǎn)生抗性的措施有哪些?這些措施的原理是什么?有效嗎?提示：科研人員想出的延緩棉鈴蟲對Bt抗蟲蛋白產(chǎn)生抗性的措施有很多，主要可以分為幾個方面。①基因策略。該策略是在分子水平上提高轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗蟲性和抗蟲持久性，包括在棉花中轉(zhuǎn)入多個殺蟲基因、構(gòu)建組織特異性表達的啟動子、提高殺蟲基因的表達量等。例如，最早種植的抗蟲棉中只轉(zhuǎn)入了一種Bt基因，抗性比較單一；現(xiàn)在經(jīng)常將兩種或兩種以上的Bt基因(如CrylAa和CryIAc基因)同時轉(zhuǎn)入棉花細胞，這樣既可以提高殺蟲活性，又可以延緩害蟲抗性的產(chǎn)生和發(fā)展，還可以通過不同基因間的互補作用擴大抗蟲范圍。②田間策略。這是在種植時采取的措施，如提供庇護所、與其他作物輪作或套種等。例如，在澳大利亞和美國等地普遍采取的措施是在轉(zhuǎn)基因棉田中，總面積的4%種植不使用任何殺蟲劑的非轉(zhuǎn)基因棉花，或在轉(zhuǎn)基因棉田周圍種植20%~30%面積的可使用化學殺蟲劑的非轉(zhuǎn)基因棉花；在印度，一些地區(qū)要求，在轉(zhuǎn)基因棉田周圍至少種植5行或者20%面積的非轉(zhuǎn)基因棉花。我國除新疆棉區(qū)及大型農(nóng)場需設(shè)計專門的庇護所外，其他棉區(qū)如長江、黃河流域棉區(qū)多采用多種作物混作的耕作制度(如將轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與番茄、向日葵、高粱、玉米、辣椒等棉鈴蟲寄主作物混作)，這些作物可以構(gòu)成天然的庇護所，一般無須種植非轉(zhuǎn)基因棉花作為庇護所。這樣做的原理是為少部分害蟲提供一個正常的取食環(huán)境，始終保持一定的敏感目標害蟲種群。這樣，即使目標害蟲對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生了抗性，但是因為其與敏感目標害蟲交配，后代抗性基因會發(fā)生分離，所以抗性目標害蟲的種群也不至于迅速增加。③國家宏觀調(diào)控策略。該策略包括實施分區(qū)種植管理、加強抗性監(jiān)測、進行嚴格的安全性評價等。2.P83練習與應(yīng)用一、概念檢測1.研究人員將一種海魚的抗凍蛋白基因afp整合到土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上，然后用它侵染番茄細胞，獲得了抗凍的番茄品種。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)afp基因是培育抗凍番茄用到的目的基因。()

(2)構(gòu)建含有afp基因的Ti質(zhì)粒需要限制酶、DNA連接酶和核酸酶。()

(3)只要檢測出番茄細胞中含有afp基因，就代表抗凍番茄培育成功。()

(1)√(2)×(3)×

2.利用PCR既可以快速擴增特定基因，也可以檢測基因的表達。下列有關(guān)PCR的敘述錯誤的是(D)

A.

PCR用的DNA聚合酶是一種耐高溫酶B.變性過程中雙鏈DNA的解開不需要解旋酶

C.復(fù)性過程中引物與模板鏈的結(jié)合遵循堿基互補配對原則

D.延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP和4種核糖核苷酸

二、拓展應(yīng)用

1.研究人員在研究轉(zhuǎn)基因煙草中外源卡那霉素抗性基因的遺傳穩(wěn)定性時，發(fā)現(xiàn)44株轉(zhuǎn)基因煙草中有4株該基因的遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律，在它們的自交后代中出現(xiàn)了較多的沒有卡那霉素抗性的植株。請查找相關(guān)資料，嘗試對這個問題作出解釋。提示：外源基因插入基因組中可能為單位點插入，或者同一染色體多位點插入，或者不同染色體多位點插入。大多數(shù)情況下，插入的位點難以做到定點插入；插入的拷貝數(shù)也是隨機的。因此，外源基因在轉(zhuǎn)基因植物中的遺傳是很復(fù)雜的。例如，科研人員在對轉(zhuǎn)GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的煙草進行基因表達分析時，發(fā)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)基因植株的染色體DNA中整合了多個拷貝的基因，從而導(dǎo)致GUS基因失活。除此之外，外源基因丟失、基因重排等也都可能影響外源基因的穩(wěn)定性。2.八氫番茄紅素合酶(其基因用psy表示)和胡蘿卜素脫飽和酶(其基因用crtl表示)參與β-胡蘿卜素的合成。pmi為磷酸甘露醇異構(gòu)酶基因，它編碼的蛋白質(zhì)可使細胞在特殊培養(yǎng)基上生長。科學家將psy和crtl基因轉(zhuǎn)入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡蘿卜素，由此生產(chǎn)出的大米稱為“黃金大米”。請根據(jù)以上信息回答下列問題。(1)科學家在培育“黃金大米”時，將crtl和psy基因?qū)撕琾mi基因的質(zhì)粒中，構(gòu)建了質(zhì)粒pSYN12424。該項研究的目的基因是_________________________標記基因是_______，質(zhì)粒pSYN12424的作用是___________________。

提示：ctrl基因和psy基因；Pmi基因；將目的基因送入水稻細胞。

(2)在構(gòu)建質(zhì)粒載體時，目

的基因序列中能否含有用到的限制酶的識別序列?為什么?

提示：不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的識別序列，限制酶可能將它切斷。

(3)請查找相關(guān)資料，了解科學家為什么要培育“黃金大米”以及當前關(guān)于“是否要推廣*黃金大米””的各種爭論。你還可以提出自己的看法，并與同學交流討論。提示：維生素A在人體內(nèi)具有非常重要的生理功能，對視力、骨骼生長、免疫功能等都有調(diào)節(jié)作用。但是，人體不能合成維生素A，需要從食物中攝取。維生素A缺乏癥是南亞地區(qū)常見的由營養(yǎng)不良導(dǎo)致的疾病，該地區(qū)的居民一般以秈稻作為主食。β-胡蘿ト素是維生素A的前體，在人體內(nèi)它可以轉(zhuǎn)化為維生素A。因此，科學家將兩個參與β-胡蘿ト素合成的酶的基因轉(zhuǎn)入了秈稻中，使其胚乳中富含β-胡蘿ト素，期望讓人們通過日常食用主食就能補充足夠量的維生素A，從而降低維生素A缺乏癥的患病率。關(guān)于“是否要推廣“黃金大米””的爭論主要圍繞其安全性、有效性等方面展開。在學生交流討論的過程中，教師要注意引導(dǎo)他們理性地表明觀點和參與討論。3.P85探究·實踐：DNA片段的擴增及電泳鑒定結(jié)果分析與評價

（1）你是否成功擴增出DNA片段?判|斷的依據(jù)是什么?

提示：可以通過在紫外燈下直接觀察DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結(jié)果。

（2）你進行電泳鑒定的結(jié)果是幾條條帶?如果不止一+

條條帶，請分析產(chǎn)|生這個結(jié)果的可能原因。提示：如果擴增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反應(yīng)成分，各反應(yīng)成分的用量不當，PCR程序設(shè)置不當?shù)取Ｈ绻麛U增結(jié)果不止一條條帶，可能的原因有：引物設(shè)計不合理，它們與非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚體；退火溫度過低；DNA聚合酶的質(zhì)量不好等。第3節(jié)基因工程的應(yīng)用1.P87從社會中來：胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物--重組人胰

島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有哪些應(yīng)用呢?提示：可以讓學生結(jié)合學過的知識和自己的生活經(jīng)歷，如使用過用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品來進行說明。（P87）2.P91異想天開：假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上了健康人的生活。在生活中，他會遭到歧視嗎?對此你怎么看?提示：生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟后重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價值。（P91）3.P92到社會中去：轉(zhuǎn)基因技術(shù)自誕生以來，發(fā)展迅速，研發(fā)對象已涵蓋至少35科、200多種的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。請調(diào)查:

（1）目前我國批準發(fā)放了哪些轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書和進口安全證書?

提示：截至2019年年底，我國批準發(fā)放過轉(zhuǎn)基因耐儲藏番茄、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽牛、轉(zhuǎn)基因抗病辣椒、轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米以及轉(zhuǎn)基因耐除草劑大豆的生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。批準了轉(zhuǎn)基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的進口安全證書，但我國進口的基本上是轉(zhuǎn)基因棉花的纖維，其他進口轉(zhuǎn)基因作物的用途僅限于用作加工原料；我國沒有批準任何一種轉(zhuǎn)基因糧食作物種子進口到我國境內(nèi)商業(yè)化種植。

（2）你或你的親朋好友在日常生活中使用的生物產(chǎn)品，哪些在生產(chǎn)過程中用到了轉(zhuǎn)基因技術(shù)?提示：根據(jù)實際情況回答。（P92）4.P92練習與應(yīng)用一、概念檢測1.將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列敘述，正確的是(C)

A.轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物

C.大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長澈素的變異可以遺傳D.大腸桿菌質(zhì)粒標記基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等

2.下列不屬于基因工程應(yīng)用的是(A)

A.培育青霉菌并從中提取青霉素B.利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物

C.制造一種能分解石油的“超級細菌"D.制造一種能產(chǎn)生干擾索的基因工程菌

二、拓展應(yīng)用

1.除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)Ｒ坏匾种艵PSP合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一.就是培

育抗草甘膦的作物。

(1)下面是探究“轉(zhuǎn)人外源EPSP合酶基因能否使矮牽牛抗草甘騰”的流程，請補充完整。①用_______________等處理目的基因和Ti質(zhì)粒，構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒;

②將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)人農(nóng)桿菌中;

③利用含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染_______________細胞，再通過培育得到轉(zhuǎn)基因植株;

④用草甘膦同時噴灑轉(zhuǎn)基因植株和對照組植株。結(jié)果:對照組植株死亡，轉(zhuǎn)基因植株存活，但也受到了影響。

結(jié)論:____________________________________________________________

提示：①限制酶和DNA連接酶；③矮牽牛；④轉(zhuǎn)基因矮牽牛對草甘膦產(chǎn)生了一定的抗性。

(2)請思考并回答下列問題。

①在該實驗中，對照組是怎樣設(shè)計的?

提示：對照組為非轉(zhuǎn)基因矮牽牛。②如果增加轉(zhuǎn)入的外源EPSP合酶基因的數(shù)量，轉(zhuǎn)基因矮牽牛對草甘膦的抗性是否會增加?請你給出進-一步探究的思路。

提示：理論上增加轉(zhuǎn)入的外源EPSP合酶基因的數(shù)量，矮牽牛體內(nèi)EPSP合酶的表達水平會升高，它對草甘膦的抗性會增強。探究思路：將不同拷貝數(shù)的EPSP合酶基因分別轉(zhuǎn)入矮牽牛細胞中，培育轉(zhuǎn)基因植株，比較它們對草甘膦抗性的差異。

2.下圖是某同學畫的兩幅基因工程卡通圖。一幅是一頭能進行光合作用的奶牛，一幅是一株能同時結(jié)出多種蔬滎和水果的植物。你能像這位同學-樣，展開想象的翅膀，用圖畫、文字或用音樂創(chuàng)作等，來暢想基因工程的未來嗎?略。第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.P93從社會中來：你見過用細菌畫畫嗎?右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細茵“畫”的美妙圖案。這些細茵能夠發(fā)出熒光，是因為在它們的體內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。

最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學家通過改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細胞內(nèi)生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。那么，科學家是怎樣對蛋白質(zhì)分子進行設(shè)計和改造的呢?提示：科學家解析了多管水母綠色熒光蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，并利用計算機進行輔助設(shè)計。在此基礎(chǔ)上再采用定點突變的技術(shù)將綠色熒光蛋白發(fā)光基團正下方的第203位的蘇氨酸替換為酪氨酸，從而獲得了一種新的綠色熒光蛋白的衍生物一一黃色熒光蛋白。（P93）2.P93旁欄思考題：你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系?我國科學家承擔了什么任務(wù)?提示：人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領(lǐng)域重大的國際合作科研項目。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣布成立。2003年，該組織正式提出啟動兩項重大國際合作項目：一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是由美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”；由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院土牽頭，這是中國科學家第一次領(lǐng)銜重大國際科研協(xié)作計劃。它的目標是通過對肝臟蛋白質(zhì)高通量、規(guī)模化的研究，解析肝臟蛋白質(zhì)在生理、病理過程中的功能意義，為重大肝病的預(yù)防、診斷、治療和新藥的研發(fā)提供重要的科學依據(jù)。2010年，該計劃“兩譜、兩圖、三庫”的目標初步實現(xiàn)。我國科學家完成了人類肝臟蛋白質(zhì)組表達譜和修飾譜，繪制了蛋白質(zhì)相互作用連鎖圖和定位圖。“三庫”則是建立符合國際標準的肝臟標本庫、發(fā)展規(guī)模化抗體制備技術(shù)并建立肝臟蛋白質(zhì)抗體庫和建立完整的肝臟蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫。人類蛋白質(zhì)組計劃取得的成果有力推動了蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，為它提供了重要的理論支持。2014年6月，中國人類蛋白質(zhì)組計劃啟動。（P93）3.P94思考·討論：（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。

提示：每種氨基酸都有對應(yīng)的密碼子，只要査一下密碼子表，就可以將題中的氨基酸序列的編碼序列査出來。但是由于題中的氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個密碼子編碼的，因此其堿基排列組合起來就比較復(fù)雜，至少可以排列出32種，可以讓學生根據(jù)學過的排列組合的知識自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)密碼子推出mRNA序列為GCU(或C，或A，或G)UGGAAA(或GGAA(或G)UUU(或C)，再根據(jù)堿基互補配對原則推出脫氧核苷酸序列為CGA(或G，或T或C)ACTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因?提示：確定目的基因的堿基序列后，可以人工合提示：成目的基因或從基因文庫中獲取目的基因。對基因的改造經(jīng)常會用到基因定點突變技術(shù)來進行堿基的替換、增添等。4.P94異想天開：能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的宿主細胞中，讓宿主細胞生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢?提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。利用改造后的動物細胞、微生物細胞等可以生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)，但這些蛋白質(zhì)往往都是自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計出來的、自然界中不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)如何行使功能了解得還不夠，很難設(shè)計出一個全新的而又具有功能的蛋白質(zhì)。即使設(shè)計并獲得了一個全新的蛋白質(zhì)，它的生理生化特性、用它生產(chǎn)的蛋白質(zhì)食品的安全性等都需要長期深入的研究。5.P96到社會中去：酶制劑在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等方面都有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，酶制劑的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個市場可觀的新興產(chǎn)業(yè)。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用又為酶制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強大助力。請查閱資料，了解我國酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，分析蛋白質(zhì)工程在酶制劑產(chǎn)業(yè)中的作用。提示：酶用作工業(yè)催化劑，比無機催化劑具有更大的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：由于酶促反應(yīng)能在常溫、常壓和中性pH條件下進行，因此可以節(jié)省大量的能源和設(shè)備投資；生產(chǎn)過程中不會造成嚴重的污染，符合環(huán)境保護的要求；生產(chǎn)過程簡單、效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低。因此,酶制劑在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，通過引進國外先進設(shè)備、優(yōu)良菌種以及開發(fā)新型酶制劑，我國酶制劑產(chǎn)業(yè)保持了較快的增長態(tài)勢，品種越來越豐富，產(chǎn)品的市場競爭力也在不斷提升。2016年，我國工業(yè)酶制劑年產(chǎn)量達120萬噸，年增長率保持在10%左右。在全球范圍內(nèi)，我國酶制劑的市場份額已占到了30%左右，我國進入酶制劑生產(chǎn)大國的行列。在酶制劑產(chǎn)業(yè)中，蛋白質(zhì)工程被廣泛用于開發(fā)酶的新品種或改進酶的性能，如提高酶的熱穩(wěn)定性，增加某些被用作去污劑的酶的去污效率等。（P96）6.P96練習與應(yīng)用一、概念檢測1.蛋白質(zhì)工程可以說是基因工程的延伸。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)基因工程需要在分子水平對基因進行操作，蛋白質(zhì)工程不需要對基因進行操作。(

)(2)蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有()

(3)蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性。()

(1)x(2)x(3)√

2.蛋白質(zhì)工程是在深人了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進行的，它最終要達到的目的是(D)

A.分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)B.研究蛋白質(zhì)的氨基酸組成

C.獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息D.改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的需求

3.水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。研究人員發(fā)現(xiàn)，用賴氨酸替換水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在這項替換研究中，目前可行的直接操作對象是(A)A.基因B.氨基酸C.多肽鏈D.蛋白質(zhì)

二、拓展應(yīng)用

T4溶菌酶是一種重要的工業(yè)用酶，但是它在溫度較高時容易失去活性。為了提高T4溶菌酶的耐熱性，科學家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結(jié)構(gòu)進行了研究。然后以此為依據(jù)對相關(guān)基因進行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼帷Ｓ谑牵谠摪腚装彼崤c第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，T4溶菌酶的耐熱性得到了提高。這項工作屬于什么工程的范疇?在該實例中引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是什么?如果要將該研究成果應(yīng)用到生產(chǎn)實踐，還需要做哪些方面的工作?提示：這項工作屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是基因的堿基序列發(fā)生了變化。如果要將改造后的T4溶菌酶應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，還有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，因此它的一些基本特性需要重新明確，包括它能耐受的溫度范圍、催化反應(yīng)的最適溫度、酶活力的大小等；需要建立規(guī)模化生產(chǎn)該酶的技術(shù)體系，評估生產(chǎn)成本等。6.P98復(fù)習與提高1.某動物體內(nèi)含有研究者感興趣的日的基因，研究者欲將該基因?qū)舜竽c桿菌的質(zhì)粒中保存。該質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因(AmpR).LacZ基因及-些酶切位點，其結(jié)構(gòu)和簡單的操作步驟如下圖所示。請根據(jù)以上信息回答下列問題。

(1)在第②步中，應(yīng)怎樣選擇限制酶?

提示：應(yīng)選擇用相同的限制酶或切割能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段。并且注意限制酶的切割位點不能位于目的基因的內(nèi)部，以防破壞目的基因，限制酶也不能破壞質(zhì)粒的啟動子、終止子、標記基因、復(fù)制原點等結(jié)構(gòu)。

(2)在第③步中，為了使質(zhì)粒DNA與目的基因能連接，還需要在混合物中加入哪種物質(zhì)?提示：加入DNA連接酶。選用含有AmpR和LacZ基因的質(zhì)粒進行實驗有哪些優(yōu)勢?

提示：該質(zhì)粒便于進行雙重篩選。標記基因AmpR基因可用于檢測質(zhì)粒是否導(dǎo)