1、第十單元 現代生物科技專題 第第4141課時課時 基因工程的基本工具和基基因工程的基本工具和基本操作程序本操作程序高頻考點突破高頻考點突破考點一考點一 基因工程的概念理解和理論基礎基因工程的概念理解和理論基礎1.1.基因工程的概念理解基因工程的概念理解 (1)(1)操作環境：體外操作環境：體外關鍵步驟關鍵步驟“表達載體的構表達載體的構 建建”的環境。的環境。 (2) (2)優點優點 與雜交育種相比：克服遠緣雜交不親和障礙。與雜交育種相比：克服遠緣雜交不親和障礙。 與誘變育種相比：定向改造生物性狀。與誘變育種相比：定向改造生物性狀。 (3)(3)操作水平：分子水平。操作水平：分子水平。 (4)(

2、4)原理原理: :基因重組。基因重組。 (5)(5)本質本質: :甲甲( (供體提供目的基因供體提供目的基因) ) 乙乙( (受體表達受體表達 目的基因目的基因),),即基因未變、合成蛋白質未變即基因未變、合成蛋白質未變, ,只是合只是合 成場所的轉移。成場所的轉移。2.2.基因工程的基本原理和理論基礎概括如下圖基因工程的基本原理和理論基礎概括如下圖 提醒提醒 若題目強調若題目強調“目的基因目的基因”的表達過程的表達過程, ,則只則只 包括包括“轉錄和翻譯轉錄和翻譯”兩個過程兩個過程, ,不包括目的基因的不包括目的基因的 復制。復制。對位訓練對位訓練1. 1. 目的基因導入受體細胞后，是否可以

3、穩定維持和目的基因導入受體細胞后，是否可以穩定維持和 表達其遺傳特性表達其遺傳特性, ,只有通過鑒定與檢測才能知道。只有通過鑒定與檢測才能知道。 下列屬于目的基因檢測和鑒定的是下列屬于目的基因檢測和鑒定的是 ( )( ) 檢測受體細胞中是否有目的基因檢測受體細胞中是否有目的基因 檢測受體檢測受體 細胞中是否有致病基因細胞中是否有致病基因 檢測目的基因是否轉檢測目的基因是否轉 錄出了錄出了mRNA mRNA 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質檢測目的基因是否翻譯成蛋白質 A.A.B.B. C. C.D.D.C2.2.科學家通過基因工程的方法，能使大腸桿菌產生科學家通過基因工程的方法，能使大腸桿菌產生

4、人的胰島素。以下敘述錯誤的是人的胰島素。以下敘述錯誤的是（ ） A.A.可用含抗生素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入可用含抗生素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入 了重組質粒了重組質粒 B.B.導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達 C.C.DNADNA連接酶和限制性核酸內切酶都是構建重組連接酶和限制性核酸內切酶都是構建重組 質粒必需的工具酶質粒必需的工具酶 D.D.目的基因的檢測與鑒定表達過程中沒有發生堿目的基因的檢測與鑒定表達過程中沒有發生堿 基互補配對基互補配對D考點二考點二 基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.1.限制性核酸內切酶限制性核酸內切酶“分

5、子手術刀分子手術刀” (1)(1)來源來源: :主要是從原核生物中分離純化出來的。主要是從原核生物中分離純化出來的。 (2)(2)化學本質：蛋白質。化學本質：蛋白質。 (3)(3)作用作用 (4)(4)作用特點：特異性作用特點：特異性, ,即限制酶可識別特定的脫即限制酶可識別特定的脫 氧核苷酸序列氧核苷酸序列, ,切割特定位點。切割特定位點。 (5)(5)切割方式切割方式催化作用催化作用,所以可重復利用所以可重復利用可用于可用于DNADNA的切割獲取目的基因和載體的切割的切割獲取目的基因和載體的切割錯位切：產生兩個相同的黏性末端錯位切：產生兩個相同的黏性末端平切：形成平末端平切：形成平末端 提

6、醒提醒 切割的化學鍵為磷酸二酯鍵。切割的化學鍵為磷酸二酯鍵。 在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶, , 目的是產生相同的黏性末端。目的是產生相同的黏性末端。 將一個基因從將一個基因從DNADNA分子上切割下來分子上切割下來, ,需要需要2 2個限制個限制 酶酶, ,同時產生同時產生4 4個黏性末端。個黏性末端。 不同不同DNADNA分子用同一種限制酶切割產生的黏性末分子用同一種限制酶切割產生的黏性末 端都相同端都相同, ,同一個同一個DNADNA分子用不同的限制酶產生的分子用不同的限制酶產生的 黏性末端不相同。黏性末端不相同。2.DNA2.DNA連

7、接酶連接酶“分子縫合針分子縫合針”常用類型常用類型E Ecoli coli DNADNA連接連接酶酶T T4 4 DNADNA連接酶連接酶來源來源大腸桿菌大腸桿菌T T4 4噬菌體噬菌體功能功能連接黏性末端連接黏性末端連接黏性末端或連接黏性末端或平末端平末端結果結果恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵的磷酸二酯鍵 拓展提升拓展提升 DNADNA連接酶與連接酶與DNADNA聚合酶的比較聚合酶的比較DNA DNA 連接酶連接酶DNA DNA 聚合酶聚合酶作用實質作用實質都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵酯鍵是否需模板

8、是否需模板不需要不需要需要需要連接連接DNADNA鏈鏈雙鏈雙鏈單鏈單鏈作用過程作用過程在兩個在兩個DNADNA片段之片段之間形成磷酸二酯鍵間形成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加到已將單個核苷酸加到已存在的核酸片段的存在的核酸片段的33端的羥基上端的羥基上, ,形成磷酸形成磷酸二酯鍵二酯鍵作用結果作用結果將兩個將兩個 DNADNA片段連片段連接成重組接成重組 DNADNA分子分子合成新的合成新的DNADNA分子分子3.3.基因進入受體細胞的載體基因進入受體細胞的載體“分子運輸車分子運輸車” (1)(1)類型類型 提醒提醒 質粒本質是質粒本質是DNA,DNA,不是細胞器不是細胞器; ;特點特點: :小小

9、型環狀。型環狀。 (2)(2)功能：將目的基因導入受體細胞。功能：將目的基因導入受體細胞。 (3)(3)應具備條件應具備條件 能在宿主細胞內穩定保存并大量復制；能在宿主細胞內穩定保存并大量復制； 有一個至多個限制酶的切割位點有一個至多個限制酶的切割位點, ,以便于與外源以便于與外源 基因連接；基因連接； 有特殊的遺傳標記基因有特殊的遺傳標記基因, ,供重組供重組DNADNA的檢測和鑒定。的檢測和鑒定。最常用載體最常用載體:質粒質粒其他載體其他載體:噬菌體的衍生物、動植物病毒等噬菌體的衍生物、動植物病毒等 提醒提醒 一般來說一般來說, ,天然載體往往不能滿足人類的天然載體往往不能滿足人類的 所有

10、要求所有要求, ,因此人們根據不同的目的和需要因此人們根據不同的目的和需要, ,對某對某 些天然的載體進行人工改造。些天然的載體進行人工改造。 常見的標記基因有抗生素基因、產生特定顏色常見的標記基因有抗生素基因、產生特定顏色 的表達產物基因、發光基因等。的表達產物基因、發光基因等。 作為載體必須具有多個限制酶切點作為載體必須具有多個限制酶切點, ,而且每種酶而且每種酶 的切點最好只有一個。因為某種限制酶只能識別的切點最好只有一個。因為某種限制酶只能識別 單一切點單一切點, ,若載體上有一個以上的酶切點若載體上有一個以上的酶切點, ,則切割則切割 重組后可能丟失某些片段重組后可能丟失某些片段,

11、,若丟失的片段含復制起若丟失的片段含復制起 點區點區, ,則進入受體細胞后便不能自主復制。一個載則進入受體細胞后便不能自主復制。一個載 體若只有某種限制酶的一個切點體若只有某種限制酶的一個切點, ,則酶切后既能把則酶切后既能把 環打開接納外源環打開接納外源DNADNA片段片段, ,又不會丟失自己的片段。又不會丟失自己的片段。 注意與細胞膜上載體的區別注意與細胞膜上載體的區別, ,兩者的化學本質和兩者的化學本質和 作用都不相同。作用都不相同。 質粒能自我復制質粒能自我復制, ,既可在自身細胞、受體細胞也既可在自身細胞、受體細胞也 可在體外復制。可在體外復制。對位訓練對位訓練3.3.下列關于下列關

12、于DNADNA連接酶作用的敘述，正確的是連接酶作用的敘述，正確的是（ ） A.A.將單個核苷酸加到某將單個核苷酸加到某DNADNA片段末端，形成磷酸片段末端，形成磷酸 二酯鍵二酯鍵 B.B.將斷開的兩個將斷開的兩個DNADNA片段的骨架連接起來，重新片段的骨架連接起來，重新 形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵 C.C.連接兩條連接兩條DNADNA鏈上堿基之間的氫鍵鏈上堿基之間的氫鍵 D.D.只能將雙鏈只能將雙鏈DNADNA片段互補的黏性末端之間連接片段互補的黏性末端之間連接 起來，而不能將雙鏈起來，而不能將雙鏈DNADNA片段平末端之間進行片段平末端之間進行 連接連接B考點三考點三 基因工程的基本操

13、作程序基因工程的基本操作程序1.1.基因工程圖解基因工程圖解: :抗蟲棉的培育過程抗蟲棉的培育過程2.2.基本操作程序基本操作程序 (1)(1)目的基因的獲取目的基因的獲取 從基因文庫從基因文庫( (基因組文庫或基因組文庫或cDNAcDNA文庫文庫) )中獲取中獲取文庫類型文庫類型cDNAcDNA文庫文庫基因組文庫基因組文庫文庫大小文庫大小小小大大基因中啟動子基因中啟動子無無有有基因中內含子基因中內含子無無有有基因多少基因多少某種生物的部分基因某種生物的部分基因某種生物的全部基因某種生物的全部基因物種之間的物種之間的基因交流基因交流可以可以部分基因可以部分基因可以說明說明基因文庫的組建過程就包

14、含基因工程的基本基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優點是操作簡便點是操作簡便,缺點是工作量大缺點是工作量大,具有一定的具有一定的盲目性盲目性 人工合成目的基因人工合成目的基因: :常用的方法有化學合成法和常用的方法有化學合成法和 反轉錄法。反轉錄法。 化學合成法化學合成法: :蛋白質蛋白質 氨基酸序列氨基酸序列 RNARNA 堿基序列堿基序列 DNADNA堿基序列堿基序列 用用4 4種脫氧核種脫氧核 苷酸人工合成目的基因苷酸人工合成目的基因 反轉錄法反轉錄法: :分離出供體細胞分離出供體細胞mRNA mRNA 單鏈單

15、鏈DNADNA 合成目的基因合成目的基因 分析分析推測推測推測推測逆轉錄酶逆轉錄酶DNADNA聚合酶聚合酶 PCRPCR擴增技術與擴增技術與DNADNA復制的比較復制的比較PCRPCR技術技術DNADNA復制復制相相同同點點原理原理DNADNA復制復制( (堿基互補配對堿基互補配對) )原料原料四種游離的脫氧核苷酸四種游離的脫氧核苷酸條件條件模板、模板、ATPATP、酶、原料、引物、酶、原料、引物不不同同點點解旋解旋方式方式DNADNA在高溫下變性解旋在高溫下變性解旋解旋酶催化解旋酶催化場所場所體外復制體外復制(PCR(PCR擴增儀擴增儀) )主要在細胞核內主要在細胞核內酶酶熱穩定的熱穩定的D

16、NADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶酶) ) 細胞內含有的細胞內含有的DNADNA聚合酶聚合酶結果結果在短時間內形成大量的在短時間內形成大量的DNADNA片段片段形成整個形成整個DNADNA分子分子 (2) (2)基因表達載體的構建基因表達載體的構建最核心步驟最核心步驟 基因表達載體的組成基因表達載體的組成: :啟動子、目的基因、終止啟動子、目的基因、終止 子以及標記基因等。子以及標記基因等。 提醒提醒 與載體相比較與載體相比較, ,增加啟動子、目的基因和增加啟動子、目的基因和 終止子三個基因片段終止子三個基因片段, ,其功能各不相同。其功能各不相同。 啟動子啟動子(DNA(DNA片段片段

17、)起始密碼子起始密碼子(RNA);(RNA);終止子終止子 (DNA(DNA片段片段)終止密碼子終止密碼子(RNA)(RNA)。 基因表達載體的構建方法基因表達載體的構建方法 提醒提醒 該過程把三種工具該過程把三種工具( (只有兩種工具酶只有兩種工具酶) )全用全用 上了上了, ,是最核心、最關鍵的一步是最核心、最關鍵的一步, ,在體外進行。在體外進行。 (3)(3)將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞細胞細胞類型類型常用常用方法方法受體受體細胞細胞轉化過程轉化過程植物植物細胞細胞農桿菌農桿菌轉化法轉化法體細胞體細胞將目的基因插入將目的基因插入TiTi質粒的質粒的T-DNAT-DNA上

18、上轉入農桿菌轉入農桿菌導入植物細胞導入植物細胞整合整合到受體細胞的到受體細胞的DNADNA上上動物動物細胞細胞顯微注顯微注射技術射技術受精卵受精卵將含有目的基因的表達載體提純將含有目的基因的表達載體提純取卵取卵獲得受精卵獲得受精卵顯微注射顯微注射早早期胚胎培養期胚胎培養胚胎移植胚胎移植發育成為發育成為 具有新性狀的動物具有新性狀的動物微生微生物細物細胞胞CaCa2+2+處處理增大理增大細胞壁細胞壁通透性通透性原核原核細胞細胞或酵或酵母菌母菌用用CaCa2+2+處理細胞處理細胞感受態細胞感受態細胞重組重組表達載體表達載體DNADNA分子與感受態細胞混合分子與感受態細胞混合 感受態細胞吸收感受態細

19、胞吸收 提醒提醒 唯一不涉及到堿基互補唯一不涉及到堿基互補配對的操作配對的操作步驟。步驟。 微生物做受體細胞主要是個體微小微生物做受體細胞主要是個體微小, ,代謝旺盛代謝旺盛, , 繁殖速度快繁殖速度快, ,獲得目的基因產物多。獲得目的基因產物多。 植物細胞還可用基因槍法和花粉管通道法。植物細胞還可用基因槍法和花粉管通道法。 (4)(4)目的基因的檢測和表達目的基因的檢測和表達對位訓練對位訓練4.4.下列有關基因工程技術的敘述下列有關基因工程技術的敘述, ,正確的是（正確的是（ ） A.A.重組重組DNADNA技術所用的工具酶是限制酶、連接酶技術所用的工具酶是限制酶、連接酶 和載體和載體 B.

20、B.所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸 序列序列 C.C.選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌 繁殖快繁殖快 D.D.只要目的基因進入受體細胞就能實現表達只要目的基因進入受體細胞就能實現表達C5.5.利用外源基因在受體細胞中表達，可生產人類所利用外源基因在受體細胞中表達，可生產人類所 需要的產品。下列選項中能說明目的基因完成了需要的產品。下列選項中能說明目的基因完成了 在受體細胞中表達的是在受體細胞中表達的是（ ） A A棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因 B B大腸

21、桿菌中檢測到人胰島素基因及其大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNAmRNA C C山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNADNA序列序列 D D酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白D解題思路探究解題思路探究思維誤區警示思維誤區警示易錯分析易錯分析 基因工程中易錯點辨析不清基因工程中易錯點辨析不清 (1)(1)基因工程中有基因工程中有3 3種工具種工具, ,但工具酶只有但工具酶只有2 2種。種。 (2)(2)工具酶本質為蛋白質工具酶本質為蛋白質, ,載體本質為小型載體本質為小型DNADNA分分子子, ,但不一定是環狀。但不一定是環狀。 (3)(

22、3)標記基因的作用標記基因的作用篩選、檢測目的基因是篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞否導入受體細胞, ,常見的有抗生素抗性基因、發光基常見的有抗生素抗性基因、發光基因因, ,表達產物為帶顏色物質等。表達產物為帶顏色物質等。 (4) (4)受體細胞中常用植物受精卵或體細胞受體細胞中常用植物受精卵或體細胞( (經組織經組織培養培養) )、動物受精卵、動物受精卵( (一般不用體細胞一般不用體細胞) )、微生物、微生物大腸桿菌、酵母菌等大腸桿菌、酵母菌等, ,但要合成糖蛋白、有生物活性但要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必需用真核生物酵母菌的胰島素則必需用真核生物酵母菌需內質網、高需內質網、高爾基體

23、的加工、分泌。一般不用支原體爾基體的加工、分泌。一般不用支原體, ,原因是它營原因是它營寄生生活寄生生活; ;一定不能用哺乳動物成熟紅細胞一定不能用哺乳動物成熟紅細胞, ,原因是它原因是它無細胞核無細胞核, ,不能合成蛋白質。不能合成蛋白質。糾正訓練糾正訓練1.(1.(20092009浙江卷浙江卷,3,3) )下列關于基因工程的敘述下列關于基因工程的敘述, ,錯誤錯誤 的是的是 ( )( ) A. A.目的基因和受體細胞均可來自動、植物目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生或微生物物 B.B.限制性核酸內切酶和限制性核酸內切酶和DNADNA連接酶是兩類常用的工連接酶是兩類常用的工 具酶具酶

24、C.C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原 無生物活性無生物活性 D.D.載體上的抗性基因有利于篩選含重組載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNADNA的細胞的細胞 和促進目的基因的表達和促進目的基因的表達 解析解析 基因工程中目的基因和受體細胞均可來自基因工程中目的基因和受體細胞均可來自 動、植物或微生物動、植物或微生物; ;常用的工具酶是限制性核酸內常用的工具酶是限制性核酸內 切酶和切酶和DNADNA連接酶連接酶; ;人胰島素原基因在大腸桿菌中人胰島素原基因在大腸桿菌中 表達的胰島素原無生物活性表達的胰島素原無生物活性, ,只有經過一定的物質只有

25、經過一定的物質 激活以后激活以后, ,才有生物活性。載體上的抗性基因主要才有生物活性。載體上的抗性基因主要 是有利于篩選含重組是有利于篩選含重組DNADNA的細胞的細胞, ,不能促進目的基不能促進目的基 因的表達。所以因的表達。所以D D錯誤。錯誤。答案答案 D2.(2.(20092009重慶卷重慶卷,2,2) )下表有關基因表達的選項中下表有關基因表達的選項中, ,不不 可能的是可能的是 ( )( )基因基因表達的的細胞表達的的細胞表達產物表達產物A A細菌抗蟲蛋白基因細菌抗蟲蛋白基因抗蟲棉葉肉細胞抗蟲棉葉肉細胞細菌抗蟲蛋白細菌抗蟲蛋白B B人酪氨酸酶基因人酪氨酸酶基因正常人皮膚細胞正常人皮

26、膚細胞人酪氨酸酶人酪氨酸酶C C動物胰島素基因動物胰島素基因大腸桿菌工程菌大腸桿菌工程菌細胞細胞動物胰島素動物胰島素D D兔血紅蛋白基因兔血紅蛋白基因兔成熟紅細胞兔成熟紅細胞兔血紅蛋白兔血紅蛋白 解析解析 細菌抗蟲蛋白基因可通過轉基因技術轉入細菌抗蟲蛋白基因可通過轉基因技術轉入 棉花體內棉花體內, ,在棉花的葉肉細胞中表達產生細菌抗蟲在棉花的葉肉細胞中表達產生細菌抗蟲 蛋白蛋白, ,使棉花具有抗蟲能力使棉花具有抗蟲能力; ;人酪氨酸酶基因可在人酪氨酸酶基因可在 正常人的皮膚細胞中表達產生酪氨酸酶正常人的皮膚細胞中表達產生酪氨酸酶, ,酪氨酸酶酪氨酸酶 催化酪氨酸轉化為黑色素催化酪氨酸轉化為黑色

27、素; ;動物胰島素基因可通過動物胰島素基因可通過 轉基因技術轉移到大腸桿菌體內轉基因技術轉移到大腸桿菌體內, ,在大腸桿菌工程在大腸桿菌工程 菌細胞中合成動物胰島素菌細胞中合成動物胰島素; ;兔屬于哺乳動物兔屬于哺乳動物, ,其成其成 熟的紅細胞中沒有細胞核熟的紅細胞中沒有細胞核, ,所以不可能表達出血紅所以不可能表達出血紅 蛋白。蛋白。 答案答案 D3.(3.(20092009安徽卷安徽卷,4,4)2008)2008年諾貝爾化學獎授予了年諾貝爾化學獎授予了 “ “發現和發展了水母綠色熒光蛋白發現和發展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學的三位科學 家。如果將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因家。如果

28、將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因 連接起來組成一個融合基因連接起來組成一個融合基因, ,再將該融合基因轉入再將該融合基因轉入 真核生物細胞內真核生物細胞內, ,表達出的蛋白質就會帶有綠色熒表達出的蛋白質就會帶有綠色熒 光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是( )( ) A. A.追蹤目的基因在細胞內的復制過程追蹤目的基因在細胞內的復制過程 B.B.追蹤目的基因插入到染色體上的位置追蹤目的基因插入到染色體上的位置 C.C.追蹤目的基因編碼的蛋白質在細胞內的分布追蹤目的基因編碼的蛋白質在細胞內的分布 D.D.追蹤目的基因編碼的蛋白質的空間結構追蹤目的基因編碼

29、的蛋白質的空間結構 解析解析 將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連 接起來組成一個融合基因接起來組成一個融合基因, ,將該融合基因轉入真核將該融合基因轉入真核 生物細胞內生物細胞內, ,表達出的蛋白質帶有綠色熒光表達出的蛋白質帶有綠色熒光, ,從而從而 可以追蹤目的基因編碼的蛋白質在細胞內的分可以追蹤目的基因編碼的蛋白質在細胞內的分 布。故布。故C C正確。正確。 答案答案 C知識知識綜合應用綜合應用重點提示重點提示 通過通過“抗蟲作物培育過程的有關基因工程知識抗蟲作物培育過程的有關基因工程知識”的考查的考查, ,提升提升“綜合運用所學知識解決自然界和社會綜

30、合運用所學知識解決自然界和社會生活中有關生物學問題生活中有關生物學問題”的能力。的能力。典例分析典例分析 ( (20092009江蘇卷江蘇卷,34,34) )蘇云金桿菌蘇云金桿菌(Bt)(Bt)能產生具有殺能產生具有殺 蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉BtBt毒素蛋白基因植毒素蛋白基因植 物的培育過程示意圖物的培育過程示意圖(amp(ampr r為抗氨芐青霉素基因為抗氨芐青霉素基因),), 據圖回答下列問題。據圖回答下列問題。 (1) (1)將圖中將圖中的的DNADNA用用HinHindd、BamBamHH完全酶切后完全酶切后, , 反應管中有反應管中有 種種DNADNA片

31、段。片段。 (2)(2)圖中圖中表示表示HinHindd與與BamBamHH酶切、酶切、DNADNA連接酶連接酶 連接的過程連接的過程, ,此過程可獲得此過程可獲得 種重組質粒種重組質粒; ; 如果換用如果換用BstBst與與BamBamHH酶切酶切, ,目的基因與質粒連目的基因與質粒連 接后可獲得接后可獲得 種重組質粒。種重組質粒。 (3)(3)目的基因插入質粒后目的基因插入質粒后, ,不能影響質粒的不能影響質粒的 。 (4)(4)圖中圖中的的TiTi質粒調控合成的質粒調控合成的virvir蛋白蛋白, ,可以協助可以協助 帶有目的基因的帶有目的基因的T-DNAT-DNA導入植物細胞導入植物細

32、胞, ,并防止植物并防止植物 細胞中細胞中 對對T-DNAT-DNA的降解。的降解。 (5) (5)已知轉基因植物中毒素蛋白只結合某些昆蟲腸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受體上皮細胞表面的特異受體, ,使細胞膜穿孔使細胞膜穿孔, ,腸細胞腸細胞 裂解裂解, ,昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風險相對昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風險相對 較小較小, ,原因是人類腸上皮細胞原因是人類腸上皮細胞 。 (6)(6)生產上常將上述轉基因作物與非轉基因作物混生產上常將上述轉基因作物與非轉基因作物混 合播種合播種, ,其目的是降低害蟲種群中的其目的是降低害蟲種群中的 基基 因頻

33、率的增長速率。因頻率的增長速率。 解析解析 本題重點考查轉基因技術的相關知識本題重點考查轉基因技術的相關知識, ,需特需特 別注意基因工程的步驟、別注意基因工程的步驟、DNADNA的復制、基因工程的的復制、基因工程的 操作工具等知識。本題需特別注意圖示過程操作工具等知識。本題需特別注意圖示過程, ,從中從中 獲取有效信息獲取有效信息, ,然后結合課本知識即可正確解答。然后結合課本知識即可正確解答。 答案答案 (1)4 (2)2 1 (3)(1)4 (2)2 1 (3)復制復制 (4)DNA(4)DNA水解酶水解酶 (5)(5)表面無相應的特異性受體表面無相應的特異性受體 (6)(6)抗性抗性定

34、時檢測定時檢測組題說明組題說明特別推薦特別推薦 綜合應用題綜合應用題11、3 3；知識拓展提升；知識拓展提升 題題22、6 6、8 8。考點考點題號題號基因工程的工具基因工程的工具1 18 8基因工程的步驟基因工程的步驟1.(1.(20092009福建理綜福建理綜,32,32) )轉基因抗病香蕉的培育過程轉基因抗病香蕉的培育過程 如圖所示。質粒上有如圖所示。質粒上有PstPst、SmaSma、EcoEcoRR、ApaApa 等四種限制酶切割位點。請回答等四種限制酶切割位點。請回答: : (1) (1)構建含抗病基因的表達載體構建含抗病基因的表達載體A A時時, ,應選用限制酶應選用限制酶 ,

35、,對對 進行切割。進行切割。 (2)(2)培養基中的卡那霉素會抑制香蕉愈傷組織細胞培養基中的卡那霉素會抑制香蕉愈傷組織細胞 的生長的生長, ,欲利用該培養基篩選已導入抗病基因的香欲利用該培養基篩選已導入抗病基因的香 蕉細胞蕉細胞, ,應使基因表達載體應使基因表達載體A A中含有中含有 , , 作為標記基因。作為標記基因。 (3) (3)香蕉組織細胞具有香蕉組織細胞具有 , ,因此因此, , 可以利用組織培養技術將導入抗病基因的香蕉組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。圖中織細胞培育成植株。圖中、依次表示組織培依次表示組織培 養過程中香蕉組織細胞的養過程中香蕉組織細胞的

36、 。 解析解析 本題考查基因工程的有關知識。本題考查基因工程的有關知識。(1)(1)從圖可從圖可 看出看出, ,只有只有PstPst、EcoEcoRR兩種酶能保持抗病基因兩種酶能保持抗病基因結結 構的完整性構的完整性, ,所以構建含抗病基因的表達載體所以構建含抗病基因的表達載體A A時時, , 應選用限制酶應選用限制酶PstPst、EcoEcoRR兩種酶兩種酶, ,對抗病基因對抗病基因的的 DNADNA和質粒進行切割。和質粒進行切割。 (2)(2)卡那霉素能抑制香蕉愈傷組織細胞的生長卡那霉素能抑制香蕉愈傷組織細胞的生長, ,欲欲 利用該培養基篩選已導入抗病基因的香蕉細胞利用該培養基篩選已導入抗

37、病基因的香蕉細胞, ,應應 使基因表達載體使基因表達載體A A中含有抗卡那霉素基因中含有抗卡那霉素基因, ,以此作以此作 為標記基因。為標記基因。 (3)(3)香蕉組織細胞具有全能性香蕉組織細胞具有全能性, ,因此因此, ,可以利用組織可以利用組織 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。圖中植株。圖中、依次表示組織培養過程中香蕉依次表示組織培養過程中香蕉 組織細胞的脫分化和再分化。組織細胞的脫分化和再分化。 答案答案 (1)(1)PstPst、EcoEcoR R 含抗病基因的含抗病基因的DNADNA、 質粒質粒 (2)(2)抗卡那霉素基因抗

38、卡那霉素基因 (3)(3)全能性全能性 脫分化、再分化脫分化、再分化2.(2.(20082008江蘇卷江蘇卷,32,32) )將動物致病菌的抗原基因導入將動物致病菌的抗原基因導入 馬鈴薯制成植物疫苗馬鈴薯制成植物疫苗, ,飼喂轉基因馬鈴薯可使動物飼喂轉基因馬鈴薯可使動物 獲得免疫力。以下是與植物疫苗制備過程相關的獲得免疫力。以下是與植物疫苗制備過程相關的 圖和表。圖和表。 表表1 1 引物對序列表引物對序列表引物對引物對A AP1 AACTGAAATGTAGCTATCP1 AACTGAAATGTAGCTATCP2 TTAAGTCCATTACTCTAGP2 TTAAGTCCATTACTCTAG引

39、物對引物對B BS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS2 AGCTGGCGTTTAGCCTCGS2 AGCTGGCGTTTAGCCTCG 請根據以上圖表回答下列問題請根據以上圖表回答下列問題: : (1) (1)在采用常規在采用常規PCRPCR方法擴增目的基因的過程中方法擴增目的基因的過程中, ,使使 用的用的DNADNA聚合酶不同于一般生物體內的聚合酶不同于一般生物體內的DNADNA聚合酶聚合酶, , 其最主要的特點是其最主要的特點是 。 (2)PCR(2)PCR過程中退火過程中退火( (復性復性) )溫度必須根據引物的堿溫度必須根據引物的堿

40、基數量和種類來設定。表基數量和種類來設定。表1 1為根據模板設計的兩對為根據模板設計的兩對 引物序列引物序列, ,圖圖2 2為引物對與模板結合示意圖。請判為引物對與模板結合示意圖。請判 斷哪一對引物可采用較高的退火溫度？斷哪一對引物可采用較高的退火溫度？ 。限制酶限制酶Alu Alu I IEco Eco R IR IPst Pst I ISmaSma I I切割切割位點位點AGCTAGCTTCGATCGAGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTGCAGCTGCAGGACGTCGACGTCCCCGGGCCCGGGGGGCCCGGGCCC (3) (3)圖圖1 1步驟步驟所用的所用的

41、DNADNA連接酶對所連接的連接酶對所連接的DNADNA兩兩 端的堿基序列是否有專一性要求？端的堿基序列是否有專一性要求？ 。 (4)(4)為將外源基因轉入馬鈴薯，圖為將外源基因轉入馬鈴薯，圖1 1步驟步驟轉基因轉基因 所用的細菌所用的細菌B B通常為通常為 。 (5)(5)對符合設計要求的重組質粒對符合設計要求的重組質粒T T進行酶切。假設進行酶切。假設 所用的酶均可將識別位點完全切開，請根據圖所用的酶均可將識別位點完全切開，請根據圖1 1中中 標示的酶切位點和表標示的酶切位點和表2 2所列的識別序列，對以下酶所列的識別序列，對以下酶 切結果作出判斷。切結果作出判斷。 采用采用EcoEcoR

42、 R I I和和Pst Pst I I酶切酶切, ,得到得到 種種DNADNA片斷。片斷。 采用采用EcoEcoR R I I和和Sma Sma I I酶切酶切, ,得到得到 種種DNADNA片斷。片斷。 解析解析 (1)PCR(1)PCR技術中需通過高溫使技術中需通過高溫使DNADNA解旋解旋, ,故所故所 用用DNADNA聚合酶的耐熱性必須要好。聚合酶的耐熱性必須要好。(2)(2)退火溫度與退火溫度與 時間時間, ,取決于引物的長度、堿基組成及其濃度取決于引物的長度、堿基組成及其濃度, ,還還 有靶基因序列的長度。含有有靶基因序列的長度。含有(G+C)(G+C)多的引物多的引物, ,可采可

43、采 用相對較高的退火溫度。用相對較高的退火溫度。(3)DNA(3)DNA聚合酶與限制酶聚合酶與限制酶 不同不同, ,從將從將DNADNA由由5 5端點開始復制到端點開始復制到3 3端的酶端的酶, ,不具不具 有特異性。有特異性。(4)(4)農桿菌的細胞中有一段農桿菌的細胞中有一段T-DNA,T-DNA,農桿農桿 菌通過侵染植物傷口進入細胞后菌通過侵染植物傷口進入細胞后, ,可將可將T-DNAT-DNA插入插入 到植物基因中到植物基因中, ,因此因此, ,農桿菌是一種天然的植物遺農桿菌是一種天然的植物遺 傳轉化體系傳轉化體系, ,常用作植物轉基因工程中的載體。常用作植物轉基因工程中的載體。 (5

44、)(5)對于重組質粒對于重組質粒, ,EcoEcoRIRI能切開能切開M M和和X X連接處連接處, ,PstPstI I能能 在在M M和和N N之間專一切點處切開之間專一切點處切開, ,將將DNADNA分為兩個片段分為兩個片段; ; EcoEcoRIRI仍能切開仍能切開M M處處, ,SmaSmaI I則不能識別則不能識別N N和和Y Y重新結合重新結合 形成的連接點形成的連接點, ,只能得到只能得到1 1個個DNADNA片段。片段。 答案答案 (1)(1)耐高溫耐高溫 (2)(2)引物對引物對B (3)B (3)否否 (4)(4)農桿菌農桿菌 (5)(5)2 2 1 13.3.基因工程中

45、基因工程中, ,需使用的限制酶切割目的基因和質粒需使用的限制酶切割目的基因和質粒, , 便于重組和篩選。已知限制酶便于重組和篩選。已知限制酶的識別序列和切的識別序列和切 點是點是GGGATCC,GATCC,限制酶限制酶的識別序列和切點的識別序列和切點 是是GATCGATC。 (1) (1)根據已知條件和圖回答：根據已知條件和圖回答： 上述質粒用限制酶上述質粒用限制酶 切割切割, ,目的基因目的基因 用限制酶用限制酶 切割。切割。 將切下的目的基因片段插入質粒的切口處將切下的目的基因片段插入質粒的切口處, ,還要還要 加入適量的加入適量的 。 請指出質粒上至少要有一個標記基因的理由：請指出質粒上

46、至少要有一個標記基因的理由： 。 (2)(2)不同生物的基因可以拼接的結構基礎是不同生物的基因可以拼接的結構基礎是 。 (3)(3)大腸桿菌是首先成功表達外源基因的宿主菌大腸桿菌是首先成功表達外源基因的宿主菌, , 但不能表達結構復雜的蛋白質但不能表達結構復雜的蛋白質, ,哺乳類細胞、昆蟲哺乳類細胞、昆蟲 細胞表達系統雖然能表達結構復雜的哺乳類細胞細胞表達系統雖然能表達結構復雜的哺乳類細胞 蛋白蛋白, ,但操作復雜但操作復雜, ,表達水平低表達水平低, ,不易推廣使用。基不易推廣使用。基 因工程中常選用酵母菌作為受體細胞因工程中常選用酵母菌作為受體細胞, ,請從細胞結請從細胞結 構等方面分析用

47、酵母菌作受體細胞能克服上述不構等方面分析用酵母菌作受體細胞能克服上述不 足的理由：足的理由： 。 答案答案 (1)(1) DNADNA連接酶連接酶 檢測重組質檢測重組質 粒粒( (或目的基因或目的基因) )是否導入受體細胞是否導入受體細胞 (2)DNA(2)DNA結構結構 基本相同基本相同( (其他合理答案均可其他合理答案均可) (3) (3)單細胞真核單細胞真核 生物生物, ,含有加工、修飾蛋白質的內質網和高爾基體含有加工、修飾蛋白質的內質網和高爾基體; ; 繁殖速度繁殖速度快快, ,能很快得到大量的目的基因能很快得到大量的目的基因; ;培養培養 成本低成本低; ;容易培養容易培養4.4.在

48、培育轉基因植物的研究中在培育轉基因植物的研究中, ,卡那霉素抗性基因卡那霉素抗性基因 (kan(kanr r) )常作為標記基因常作為標記基因, ,只有含卡那霉素抗性基因只有含卡那霉素抗性基因 的細胞才能在卡那霉素培養基上生長。下圖為獲的細胞才能在卡那霉素培養基上生長。下圖為獲 得抗蟲棉的技術流程。得抗蟲棉的技術流程。 請據圖回答：請據圖回答： (1)A(1)A過程需要的酶有過程需要的酶有 。 (2)B(2)B過程及其結果體現了質粒作為載體必須具備過程及其結果體現了質粒作為載體必須具備 的兩個條件是的兩個條件是 。 (3)C(3)C過程的培養基除含有必要營養物質、瓊脂和過程的培養基除含有必要營

49、養物質、瓊脂和 激素外激素外, ,還必須加入還必須加入 。 (4)(4)如果利用如果利用DNADNA分子雜交原理對再生植株進行檢分子雜交原理對再生植株進行檢 測測,D,D過程應該用過程應該用 作為探針。作為探針。 (5)(5)科學家發現轉基因植株的卡那霉素抗性基因的科學家發現轉基因植株的卡那霉素抗性基因的 傳遞符合孟德爾遺傳規律。傳遞符合孟德爾遺傳規律。 將轉基因植株與將轉基因植株與 雜交雜交, , 其后代中抗卡那霉素型與卡那霉素敏感型的數量其后代中抗卡那霉素型與卡那霉素敏感型的數量 比為比為1111。 若該轉基因植株自交若該轉基因植株自交, ,則其后代中抗卡那霉素型則其后代中抗卡那霉素型 與

50、卡那霉素敏感型的數量比為與卡那霉素敏感型的數量比為 。 若將該轉基因植株的花藥在卡那霉素培養基上若將該轉基因植株的花藥在卡那霉素培養基上 作離體培養作離體培養, ,則獲得的再生植株群體中抗卡那霉素則獲得的再生植株群體中抗卡那霉素 型植株占型植株占 % %。 解析解析 重組質粒的獲得需要限制酶和重組質粒的獲得需要限制酶和DNADNA連接酶連接酶; ; 作為載體必須具備以下幾個條件：一是能夠在宿作為載體必須具備以下幾個條件：一是能夠在宿 主細胞中復制并穩定保存主細胞中復制并穩定保存; ;二是具有多個限制酶切二是具有多個限制酶切 點點, ,以便與外源基因連接以便與外源基因連接; ;三是具有某些標記基

51、因三是具有某些標記基因, , 便于進行篩選等。便于進行篩選等。B B過程體現出了其中的一、三兩過程體現出了其中的一、三兩 條。轉基因植株與非轉基因植株雜交后條。轉基因植株與非轉基因植株雜交后, ,后代表現后代表現 型比例為型比例為11,11,說明轉基因植株為雜合子說明轉基因植株為雜合子, ,該雜交該雜交 過程相當于測交過程相當于測交; ;如果自交如果自交, ,則后代比例應為則后代比例應為31;31; 卡那霉素對花粉進行了選擇卡那霉素對花粉進行了選擇, ,保留下了抗卡那霉素保留下了抗卡那霉素 的植株。的植株。 答案答案 (1)(1)限制酶和限制酶和DNADNA連接酶連接酶 (2)(2)具有標記基

52、因具有標記基因; ; 能在宿主細胞中復制并穩定保存能在宿主細胞中復制并穩定保存 (3)(3)卡那霉素卡那霉素 (4)(4)放射性同位素放射性同位素( (或熒光分子或熒光分子) )標記的抗蟲基因標記的抗蟲基因 (5)(5)非轉基因植株非轉基因植株 31 31 1001005.5.如圖為利用生物技術獲得生物新品種的過程如圖為利用生物技術獲得生物新品種的過程, ,據圖據圖 回答：回答： (1)(1)在基因工程中在基因工程中,AB,AB為為 技術技術, ,利用利用 的原理是的原理是 , ,其中其中為為 過程。過程。 (2)(2)加熱至加熱至9494的目的是使的目的是使DNADNA中的中的 鍵鍵 斷裂斷

53、裂, ,這一過程在細胞內是通過這一過程在細胞內是通過 的的 作用來完成的。作用來完成的。 (3) (3)當溫度降低時當溫度降低時, ,引物與模板末端結合引物與模板末端結合, ,在在DNADNA聚聚 合酶的作用下合酶的作用下, ,引物沿模板鏈延伸引物沿模板鏈延伸, ,最終合成兩條最終合成兩條 DNADNA分子分子, ,此過程中的原料是此過程中的原料是 , , 遵循的原則是遵循的原則是 。 (4)(4)目的基因導入綿羊受體細胞常用目的基因導入綿羊受體細胞常用 技術。技術。 (5)BD(5)BD為抗蟲棉的培育過程為抗蟲棉的培育過程, ,其中其中過程常用的過程常用的 方法是方法是 , , 要確定目的基

54、因要確定目的基因( (抗蟲基因抗蟲基因) )導入受體細胞后是否導入受體細胞后是否 能穩定遺傳并表達能穩定遺傳并表達, ,需進行檢測和鑒定工作需進行檢測和鑒定工作, ,請寫請寫 出在個體生物學水平上的鑒定過程：出在個體生物學水平上的鑒定過程： 。 解析解析 (1)AB(1)AB為體外為體外DNADNA復制即復制即PCRPCR技術技術, ,與體內與體內 DNADNA復制原理相同復制原理相同, ,解旋方式不同解旋方式不同,PCR,PCR技術是用高技術是用高 溫變性使其解旋。溫變性使其解旋。 (2)94(2)94時時DNADNA雙鏈解旋雙鏈解旋, ,破壞的是兩條鏈之間的氫破壞的是兩條鏈之間的氫 鍵鍵,

55、 ,而在細胞內而在細胞內DNADNA復復制解旋時解旋酶制解旋時解旋酶起相同作用。起相同作用。(3)PCR(3)PCR技術與技術與DNADNA復制過程原理是相同的復制過程原理是相同的, ,即堿基即堿基 互補配對互補配對, ,原料均為原料均為4 4種脫氧核苷酸。種脫氧核苷酸。 (4)(4)轉基因動物培育中目的基因的導入常用顯微注轉基因動物培育中目的基因的導入常用顯微注 射技術。射技術。 (5)(5)將目的基因導入植物細胞常用的方法為農桿菌將目的基因導入植物細胞常用的方法為農桿菌 轉化法轉化法, ,其優點是能將外源基因導入到受體細胞的其優點是能將外源基因導入到受體細胞的 染色體染色體DNADNA分子

56、上分子上; ;在個體水平上鑒定在個體水平上鑒定, ,即通過生物即通過生物 體所體現的性狀來判斷體所體現的性狀來判斷, ,抗蟲棉應具有的性狀為害抗蟲棉應具有的性狀為害 蟲吞食后使其死亡。蟲吞食后使其死亡。 答案答案 (1)PCR DNA(1)PCR DNA復制復制 DNADNA解旋解旋 (2)(2)氫氫 解旋酶解旋酶 (3)4(3)4種脫氧核苷酸種脫氧核苷酸 堿基互補配對原則堿基互補配對原則 (4)(4)顯微注射顯微注射 (5)(5)農桿菌轉化法農桿菌轉化法 讓害蟲吞食轉基因棉花的葉子讓害蟲吞食轉基因棉花的葉子, , 觀察害蟲的存活情況觀察害蟲的存活情況, ,以確定性狀以確定性狀6.6.下圖下圖

57、a a表示基因工程中經常選用的載體表示基因工程中經常選用的載體pBR322pBR322 質粒質粒,Amp,Ampr r表示氨芐青霉素抗性基因表示氨芐青霉素抗性基因,Tet,Tetr r表示四環表示四環 素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中, ,將將 使該基因失活使該基因失活, ,而不再具有相應的抗性。為了檢查而不再具有相應的抗性。為了檢查 載體是否導入原本沒有載體是否導入原本沒有AmpAmpr r和和TetTetr r的大腸桿菌的大腸桿菌, ,將將 大腸桿菌培養在含氨芐青霉素的培養基上。得到大腸桿菌培養在含氨芐青霉素的培養基上。得到 如圖如圖b b的

58、結果的結果( (黑點表示菌落黑點表示菌落) )。再次滅菌的絨布按。再次滅菌的絨布按 到圖到圖b b的培養基上的培養基上, ,使絨布面沾上菌落使絨布面沾上菌落, ,然后將絨布然后將絨布 平移按到含四環素的培養基上培養平移按到含四環素的培養基上培養, ,得到如圖得到如圖c c的的 結果結果( (空圈表示與空圈表示與b b對照無菌落的位置對照無菌落的位置) )。據此分析。據此分析 并回答：并回答： (1)pBR322 (1)pBR322質粒的基本組成單位是質粒的基本組成單位是 。 該基因工程中該基因工程中, ,質粒上的質粒上的AmpAmpr r、TetTetr r稱為稱為 基因。基因。 (2)(2)與圖與圖c c空圈相對應的圖空圈相對應的圖b b中的菌落