第09講基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)。2.舉例說出基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。3.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用價(jià)值，關(guān)注基因工程的進(jìn)展。【基礎(chǔ)知識】一、基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用1.培育抗逆性品種將某些生物的抗蟲基因、某些病毒、真菌的抗病基因、降解或抵抗某種除草劑的基因、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉(zhuǎn)移到作物體內(nèi)，將從根本上改變作物的特性。如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。抗蟲基因作物的意義：減少農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)的成本，減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。2.改良植物的品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的營養(yǎng)價(jià)值、觀賞價(jià)值等。歸納總結(jié)類型項(xiàng)目抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物方法從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入植物中將抗病基因?qū)胫参镏谢蚍N類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①抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因②抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因成果轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草和抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等意義減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，降低了對人體健康的損害1.抗逆基因：利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因使作物抗鹽堿、抗干旱，導(dǎo)入魚的抗凍蛋白基因使作物抗寒；導(dǎo)入抗除草劑基因使作物抗除草劑。2.成果：抗鹽堿、抗干旱的煙草；抗寒的番茄；抗除草劑的大豆、玉米等。四、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)1.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩祝@得的轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照組提高30%。2.將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕眩@得了轉(zhuǎn)基因延熟番茄。3.將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)氚珷颗＃@得了轉(zhuǎn)基因矮牽牛。轉(zhuǎn)基因作物及其目的基因作物種類目的基因抗蟲棉、水稻來自蘇云金芽孢桿菌的Bt毒蛋白基因抗煙草花葉病毒的煙草、抗病毒的小麥病毒外殼蛋白基因和病毒復(fù)制酶基因抗真菌的煙草幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因抗鹽堿和干旱的煙草調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因耐寒的番茄、煙草來自魚類的抗凍蛋白基因抗除草劑大豆、玉米抗除草劑基因富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)基因延熟番茄控制果實(shí)成熟的基因轉(zhuǎn)基因矮牽牛與植物花青素代謝有關(guān)的基因異想天開：發(fā)熒光的煙草熒光素和熒光酶基因二、動(dòng)物基因工程的應(yīng)用應(yīng)用項(xiàng)目基因來源成果提高動(dòng)物的生長速度外源生長激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)腸乳糖酶基因轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子乳腺（房）生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體抑制或除去抗原決定基因利用克隆技術(shù)培育沒有免疫排斥反應(yīng)的豬器官三、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生方面的應(yīng)用1.基因工程藥物（1）概念：利用轉(zhuǎn)基因的工程菌生產(chǎn)的藥物。（2）原理：通過基因工程技術(shù)，使外源基因在工程菌細(xì)胞內(nèi)高效表達(dá)。（3）成果：人胰島素、細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。（4）作用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。2.基因治療（1）概念：把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。（2）體外基因治療：體內(nèi)基因治療：是直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。（3）成果：將腺苷酸脫氨酶基因成功轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞，治療復(fù)合型免疫缺陷癥。（4）現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗(yàn)階段。3.乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義將外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系受體基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)差異動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)有較大差異基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動(dòng)物受精卵微生物細(xì)胞目的基因?qū)敕绞斤@微注射法感受態(tài)細(xì)胞法生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取生產(chǎn)設(shè)備畜牧業(yè)生產(chǎn)、提取設(shè)備工業(yè)生產(chǎn)，設(shè)備精良4.基因診斷和基因治療1.基因診斷（1）方法：DNA分子雜交法（DNA探針法）（2）原理：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，把互補(bǔ)的雙鏈DNA解開，把單鏈的DNA小片段用同位素、熒光分子或化學(xué)發(fā)光催化劑等進(jìn)行標(biāo)記。之后與被檢測DNA中的同源互補(bǔ)序列雜交，從而檢出所要查明的DNA或基因。（3）具體步驟：抽取組織液或體液作樣品→分離樣品DNA化學(xué)法樣品DNA解旋加標(biāo)記的DNA探針洗脫，與標(biāo)記的DNA探針結(jié)合的片段基因檢測病人所得疾病。2.基因治療基因治療類型體內(nèi)基因治療體外基因治療現(xiàn)狀目前處于初期的臨床實(shí)驗(yàn)階段用于治療的基因種類從健康人體分離得到的功能正常的基因、反義基因、編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因四、蛋白質(zhì)工程一、基因工程的不足1.基因工程的不足（1）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新性狀。（2）不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。2.天然蛋白質(zhì)的不足（1）天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。（2）對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)，主要原因如下：①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的基因可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳。②對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易，難度要小得多。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1.概念：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。2.目標(biāo)：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。3.手段：通過基因修飾或基因合成，進(jìn)而指導(dǎo)合成所需蛋白質(zhì)。4.途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）。5.原理：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，到找到相對應(yīng)的基因，即中心法則的逆推。6.最終結(jié)果：生產(chǎn)出自然界從來沒有過的蛋白質(zhì)。7.蛋白質(zhì)的改造方法①“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)。②“中改”：在蛋白質(zhì)分子中替代—個(gè)肽段或—個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。③“小改”：改造蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)氨基酸殘基8.蛋白質(zhì)工程流程圖三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1.前景誘人：用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)。2.難度很大：主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。【技法提升】一、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較1.基因工程和蛋白質(zhì)工程二者在操作上的基本思路比較（1）基因工程遵循中心法則，從DNA→mRNA→多肽鏈→形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。（2）蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→多肽鏈應(yīng)有的氨基酸序列→基因應(yīng)有的堿基序列，可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。2.二者的區(qū)別與聯(lián)系基因工程蛋白質(zhì)工程操作對象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本過程目的基因的獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)實(shí)質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類需要的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)結(jié)果生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物（自然界已有的蛋白質(zhì)）可以創(chuàng)造出自然界不存在的新蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的二、“三看法”判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程1.一看對基因的操作方法：如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經(jīng)過對編碼蛋白序列進(jìn)行修飾、加工，或僅對其調(diào)控序列進(jìn)行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經(jīng)過了一些實(shí)質(zhì)性的改造，如對編碼蛋白序列進(jìn)行了堿基替換或增添或缺失某幾個(gè)堿基，則屬于蛋白質(zhì)工程。2.二看目的基因的合成方式：基因工程和蛋白質(zhì)工程中都可以通過反轉(zhuǎn)錄合成目的基因，或根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成時(shí)mRNA或氨基酸序列沒有經(jīng)過改造，則為基因工程技術(shù)；如果mRNA或氨基酸序列經(jīng)過了改造，或mRNA或氨基酸序列是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期的功能人工設(shè)計(jì)的，則為蛋白質(zhì)工程技術(shù)。3.三看合成的蛋白質(zhì)種類：如果合成的蛋白質(zhì)是天然蛋白質(zhì)，則是基因工程；如果合成的蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質(zhì)工程。【考點(diǎn)剖析】考點(diǎn)一：基因工程在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用例1．下圖是某轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻培育流程圖，下列有關(guān)分析錯(cuò)誤的是（）A.毒蛋白基因的獲得需要DNA連接酶

B.①過程所依據(jù)的理論基礎(chǔ)之一是DNA分子結(jié)構(gòu)的相似性

C.該基因工程的基本原理是讓毒蛋白基因在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定和高效地表達(dá)

D.④過程依據(jù)植物細(xì)胞的全能性原理【答案】A【解析】目的基因的獲得需要限制性核酸內(nèi)切酶，不需要DNA連接酶，A項(xiàng)錯(cuò)誤；①過表示目的基因和運(yùn)載體結(jié)合，理論基礎(chǔ)就是DNA分子結(jié)構(gòu)的相似性，B項(xiàng)正確；該基因工程的基本原理是讓毒蛋白基因在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定和高效地表達(dá)，C項(xiàng)正確；④表達(dá)植物組織培養(yǎng)，原理為植物細(xì)胞的全能性，D項(xiàng)正確。考點(diǎn)二：基因工程在畜牧業(yè)方面的應(yīng)用例2．（多選題）科學(xué)家培養(yǎng)的轉(zhuǎn)基因奶牛的乳腺細(xì)胞能夠合成并分泌人凝血因子，這是動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研究的重大進(jìn)展。下列敘述不正確的是（）A.在該轉(zhuǎn)基因牛中，人凝血因子基因只存在于乳腺細(xì)胞，而不存在于其他體細(xì)胞中B.“提高基因表達(dá)水平”是指設(shè)法使牛的乳腺細(xì)胞中含有更多的人凝血因子基因C.人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后，DNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNAD.轉(zhuǎn)基因奶牛需要進(jìn)入泌乳期才能批量生產(chǎn)人凝血因子【答案】ABC【解析】根據(jù)題意，在該轉(zhuǎn)基因工程中，人凝血因子基因?qū)氲氖荏w細(xì)胞是牛的受精卵，由該受精卵發(fā)育形成的個(gè)體的各種體細(xì)胞（成熟的紅細(xì)胞除外）中都存在人凝血因子基因，A錯(cuò)誤；“提高基因表達(dá)水平”是指設(shè)法使牛的乳腺細(xì)胞合成更多的人凝血因子，B錯(cuò)誤；人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后，RNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA，C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)基因奶牛需要進(jìn)入泌乳期才能批量生產(chǎn)人凝血因子，D正確。考點(diǎn)三、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生方面的應(yīng)用例3．動(dòng)物基因工程前景廣闊，最令人興奮的是利用基因工程技術(shù)使哺乳動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器，以生產(chǎn)所需要的藥品，如轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人的生長激素。科學(xué)家培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器時(shí)（）A.僅僅利用了基因工程技術(shù)B.不需要乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子C.利用基因槍法將人的生長激素基因?qū)胧芫阎蠨.需要進(jìn)入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”【答案】D【解析】科學(xué)家培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物時(shí)除涉及基因工程技術(shù)外，還涉及其他現(xiàn)代生物技術(shù)，如胚胎移植等，A錯(cuò)誤；構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)需要將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，B錯(cuò)誤；常通過顯微注射法將目的基因?qū)氩溉閯?dòng)物的受精卵中，然后將受精卵經(jīng)胚胎早期培養(yǎng)一段時(shí)間后，送入母體內(nèi)使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，C錯(cuò)誤；由于轉(zhuǎn)入的目的基因在乳腺中可以高效表達(dá)，所以進(jìn)入泌乳期后可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，D正確。考點(diǎn)四、蛋白質(zhì)工程例4.蛛絲的強(qiáng)度和柔韌度得益于蛛絲蛋白的特殊布局，使它產(chǎn)生了一個(gè)由堅(jiān)硬的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)構(gòu)成的混合區(qū)域。有人試圖通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推測出其相應(yīng)的基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對蠶絲蛋白的修改，從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅(jiān)韌的絲。此過程運(yùn)用的技術(shù)及流程分別是（）A.基因突變；DNA→RNA→蛋白質(zhì)B.基因工程；RNA→RNA→蛋白質(zhì)C.基因工程；DNA→RNA→蛋白質(zhì)D.蛋白質(zhì)工程；蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)【答案】D【解析】根據(jù)題干信息“通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推測出其相應(yīng)的基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對蠶絲蛋白的修改，從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅(jiān)韌的絲”可知，該過程運(yùn)用的技術(shù)是蛋白質(zhì)工程，操作的流程是蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)，D正確。【真題演練】1.（2023·廣東高考真題）非細(xì)胞合成技術(shù)是一種運(yùn)用合成生物學(xué)方法，在細(xì)胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標(biāo)產(chǎn)物的新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達(dá)等。中國科學(xué)家設(shè)計(jì)了4步酶促反應(yīng)的非細(xì)胞合成路線（如圖），可直接用淀粉生產(chǎn)肌醇（重要的醫(yī)藥食品原料），以期解決高溫強(qiáng)酸水解方法造成的嚴(yán)重污染問題，并可以提高產(chǎn)率。回答下列問題：（1）研究人員采用PCR技術(shù)從土壤微生物基因組中擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。此外，獲得酶基因的方法還有___________。（答出兩種即可）（2）高質(zhì)量的DNA模板是成功擴(kuò)增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時(shí)必須除去蛋白，方法有___________。（答出兩種即可）（3）研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí)，首先應(yīng)制備___________細(xì)胞。為了檢測目的基因是否成功表達(dá)出酶蛋白，需要采用的方法有___________。（4）依圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個(gè)反應(yīng)體系。若這些酶最適反應(yīng)條件不同，可能導(dǎo)致的結(jié)果是___________。在分子水平上，可以通過改變___________，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。【答案】（1）基因文庫中獲取、人工合成法（2）鹽析法、酶解法或高溫變性（3）感受態(tài)抗原-抗體雜交技術(shù)（4）有的酶失活而使反應(yīng)中斷基因的堿基序列【解析】基因工程技術(shù)的基本步驟：（1）目的基因的獲取：從基因文庫中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成。（2）基因表達(dá)載體的構(gòu)建：是基因工程的核心步驟，基因表達(dá)載體包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等。（3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：根據(jù)受體細(xì)胞不同，導(dǎo)入的方法也不一樣．將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法；將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞最有效的方法是顯微注射法；將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法。（4）目的基因的檢測與鑒定：分子水平上的檢測：①檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因--DNA分子雜交技術(shù)；②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA--分子雜交技術(shù)；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)--抗原-抗體雜交技術(shù)。個(gè)體水平上的鑒定：抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等。（1）分析題意，研究人員從土壤微生物基因組中擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因采用了PCR技術(shù)，此外獲得酶基因的方法還有從基因文庫中獲取和人工合成法。（2）高質(zhì)量的DNA模板是成功擴(kuò)增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時(shí)必須除去蛋白，可根據(jù)DNA和蛋白質(zhì)的溶解性、對酶、高溫和洗滌劑的耐受性去除蛋白質(zhì)，方法有鹽析、酶解法或高溫變性法等。（3）研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí)，首先應(yīng)制備感受態(tài)細(xì)胞，即利用鈣離子處理大腸桿菌，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，使其易于接受外來的DNA分子。基因工程中，酶基因（目的基因）成功表達(dá)的產(chǎn)物酶蛋白的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，常用抗原-抗體雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。（4）依圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個(gè)反應(yīng)體系。由于酶的作用條件較溫和，若這些酶最適反應(yīng)條件不同，則可能導(dǎo)致有的酶失活而使反應(yīng)中斷。在分子水平上，可以通過改變基因的堿基序列，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。2.（2023·河北高考真題）采礦污染和不當(dāng)使用化肥導(dǎo)致重金屬鎘（Cd）在土壤中過量積累。利用植物修復(fù)技術(shù)將土壤中的Cd富集到植物體內(nèi)，進(jìn)行后續(xù)處理（例如，收集植物組織器官異地妥善儲存），可降低土壤中Cd的含量。為提高植物對Cd污染土壤的修復(fù)能力，研究者將酵母液泡Cd轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（YCF1）基因?qū)胧茉囍参铮z測了相關(guān)指標(biāo)。回答下列問題：（1）為獲取YCF1基因，將酵母細(xì)胞的全部DNA提取、切割后與載體連接，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，這個(gè)群體稱為__________。（2）將DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，所需要的兩種酶是__________。構(gòu)建的重組基因表達(dá)載體中必須含有標(biāo)記基因，其作用是______________________________。（3）進(jìn)行前期研究時(shí)，將含有YCF1基因的重組載體導(dǎo)入受試雙子葉植物印度芥菜，采用最多的方法是__________。研究者進(jìn)一步獲得了轉(zhuǎn)YCF1基因的不育楊樹株系，采用不育株系作為實(shí)驗(yàn)材料的目的是______________________________。（4）將長勢一致的野生型和轉(zhuǎn)基因楊樹苗移栽到Cd污染的土壤中，半年后測定植株干重（圖1）及不同器官中Cd含量（圖2）。據(jù)圖1可知，與野生型比，轉(zhuǎn)基因植株對Cd具有更強(qiáng)的__________（填“耐性”或“富集能力”）；據(jù)圖2可知，對轉(zhuǎn)基因植株的__________進(jìn)行后續(xù)處理對于緩解土壤Cd污染最為方便有效。（5）已知YCF1特異定位于轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的液泡膜上。據(jù)此分析，轉(zhuǎn)基因楊樹比野生型能更好地適應(yīng)高Cd環(huán)境的原因是____________________。相較于草本植物，采用楊樹這種喬木作為Cd污染土壤修復(fù)植物的優(yōu)勢在于___________（寫出兩點(diǎn)即可）。【答案】（1）基因組文庫（2）限制酶和DNA連接酶便于目的基因的篩選和鑒定（3）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法避免目的基因在自然界中的擴(kuò)散（4）耐性莖葉（5）YCF1可通過主動(dòng)運(yùn)輸將Cd離子運(yùn)到液泡中，提高了細(xì)胞液的濃度，有利于植株吸水楊樹具有發(fā)達(dá)的根系和高大的樹冠，更適應(yīng)污染礦區(qū)等不良環(huán)境，同時(shí)可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便運(yùn)輸、利用【解析】基因文庫包括基因組文庫和cDNA文庫，基因組文庫包含該物種的全部基因，cDNA文庫是部分基因文庫。據(jù)圖1可知，與野生型比，轉(zhuǎn)基因植株地上部分、地下部分和整株干重均增加；據(jù)圖2可知，轉(zhuǎn)基因植株的莖、葉中Cd含量高于野生型。（1）為獲取YCF1基因，將酵母細(xì)胞的全部DNA提取、切割后與載體連接，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，這個(gè)群體含有酵母菌的全部基因，稱為基因組文庫。（2）將DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，需要用限制酶切割供體DNA和質(zhì)粒，以產(chǎn)生相同的黏性末端，然后用DNA連接酶進(jìn)行連接。基因表達(dá)載體中的標(biāo)記基因可用于目的基因的篩選和鑒定。（3）農(nóng)桿菌容易侵染雙子葉植物，其質(zhì)粒中的T-DNA可轉(zhuǎn)移并插入到受體細(xì)胞DNA中，將含有YCF1基因的重組載體導(dǎo)入受試雙子葉植物印度芥菜，采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。考慮轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性，采用不育株系作為實(shí)驗(yàn)材料，可避免目的基因在自然界中的擴(kuò)散。（4）根據(jù)分析可知，與野生型比，轉(zhuǎn)基因植株地上部分、地下部分和整株干重均增加，說明轉(zhuǎn)基因植株在Cd污染的土壤中生長較好，即對Cd具有更強(qiáng)的耐性；據(jù)圖2分析，轉(zhuǎn)基因植株的莖、葉中Cd含量高于野生型，因此對轉(zhuǎn)基因植株的莖、葉進(jìn)行后續(xù)處理，可使轉(zhuǎn)基因植株持續(xù)發(fā)揮富集Cd的作用，對于緩解土壤Cd污染最為方便有效。（5）YCF1特異定位于轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的液泡膜上，可通過主動(dòng)運(yùn)輸將Cd離子運(yùn)到液泡中，提高了細(xì)胞液的濃度，有利于植株吸水，所以轉(zhuǎn)基因楊樹比野生型能更好地適應(yīng)高Cd環(huán)境。相較于草本植物，楊樹具有發(fā)達(dá)的根系和高大的樹冠，更適應(yīng)污染礦區(qū)等不良環(huán)境，同時(shí)可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便運(yùn)輸、利用，作為Cd污染土壤修復(fù)植物更具有優(yōu)勢。3.（2021天津）16.乳酸菌是乳酸的傳統(tǒng)生產(chǎn)菌，但耐酸能力較差，影響產(chǎn)量。釀酒酵母耐酸能力較強(qiáng)，但不產(chǎn)生乳酸。研究者將乳酸菌的乳酸脫氫酶基因（LDH）導(dǎo)入釀酒酵母，獲得能產(chǎn)生乳酸的工程菌株。下圖1為乳酸和乙醇發(fā)酵途徑示意圖，圖2為構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)所需的關(guān)鍵條件。

（1）乳酸脫氫酶在轉(zhuǎn)基因釀酒酵母中參與厭氧發(fā)酵的場所應(yīng)為___________。（2）獲得轉(zhuǎn)基因釀酒酵母菌株的過程如下：①設(shè)計(jì)引物擴(kuò)增乳酸脫氫酶編碼序列。為使擴(kuò)增出的序列中編碼起始密碼子的序列由原核生物偏好的GTG轉(zhuǎn)變?yōu)檎婧松锲玫腁TG，且能通過雙酶切以正確方向插入質(zhì)粒，需設(shè)計(jì)引物1和2。其中引物1的5′端序列應(yīng)考慮___________和___________。②將上述PCR產(chǎn)物和質(zhì)粒重組后，導(dǎo)入大腸桿菌，篩選、鑒定，擴(kuò)增重組質(zhì)粒。重組質(zhì)粒上有____________，所以能在大腸桿菌中擴(kuò)增。啟動(dòng)子存在物種特異性，易被本物種的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)識別并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，因此重組質(zhì)粒上的乳酸脫氫酶編碼序列___________（能/不能）在大腸桿菌中高效表達(dá)。③提取重組質(zhì)粒并轉(zhuǎn)入不能合成尿嘧啶的釀酒酵母菌株，在___________的固體培養(yǎng)基上篩選出轉(zhuǎn)基因釀酒酵母，并進(jìn)行鑒定。（3）以葡萄糖為碳源，利用該轉(zhuǎn)基因釀酒酵母進(jìn)行厭氧發(fā)酵，結(jié)果既產(chǎn)生乳酸，也產(chǎn)生乙醇。若想進(jìn)一步提高其乳酸產(chǎn)量，下列措施中不合理的是___________（單選）。A.進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵條件 B.使用乳酸菌LDH基因自身的啟動(dòng)子C.敲除釀酒酵母的丙酮酸脫羧酶基因 D.對轉(zhuǎn)基因釀酒酵母進(jìn)行誘變育種【答案】（1）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（2）①.包含BamHI的識別序列②.將GTG改為ATG③.原核生物復(fù)制原點(diǎn)④.不能⑤.缺失尿嘧啶（3）B【解析】（1）酵母細(xì)胞厭氧發(fā)酵即無氧呼吸的場所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。（2）①設(shè)計(jì)引物1的5′端序列，應(yīng)考慮將編碼起始密碼子的序列由原核生物偏好的GTG轉(zhuǎn)變?yōu)檎婧松锲玫腁TG，以便目的基因在酵母細(xì)胞中更好的表達(dá)；同時(shí)能通過雙酶切以正確方向插入質(zhì)粒，需要包含BamHI的識別序列。②將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，重組質(zhì)粒上有原核生物復(fù)制原點(diǎn)，所以能在大腸桿菌中擴(kuò)增。由于啟動(dòng)子存在物種特異性，重組質(zhì)粒上帶有真核釀酒酵母基因的啟動(dòng)子，故重組質(zhì)粒上的乳酸脫氫酶編碼序列在大腸桿菌中不能高效表達(dá)。③在缺乏尿嘧啶的選擇培養(yǎng)基上，不能合成尿嘧啶的釀酒酵母菌株不能生存，導(dǎo)入重組質(zhì)粒的釀酒酵母菌株因?yàn)楂@得了尿嘧啶合成酶基因而可以正常生存，從而起到篩選作用。（3）進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵條件，使其更有利于乳酸菌的繁殖，可以提高其乳酸產(chǎn)量，A正確；由于啟動(dòng)子存在物種特異性，使用乳酸菌LDH基因自身的啟動(dòng)子，在酵母細(xì)胞中不表達(dá)，B錯(cuò)誤；敲除釀酒酵母的丙酮酸脫羧酶基因，使酵母菌不能釀酒，從而提高乳酸產(chǎn)量，C正確；對轉(zhuǎn)基因釀酒酵母進(jìn)行誘變育種，可能會出現(xiàn)乳酸菌的高產(chǎn)菌株，D正確。4.（2021福建,21）微生物吸附是重金屬廢水的處理方法之一。金屬硫蛋白（MT）是一類廣泛存在于動(dòng)植物中的金屬結(jié)合蛋白，具有吸附重金屬的作用。科研人員將棗樹的MT基因?qū)氪竽c桿菌構(gòu)建工程菌。回答下列問題：（1）根據(jù)棗樹的MTcDNA的核苷酸序列設(shè)計(jì)了相應(yīng)的引物（圖1甲），通過PCR擴(kuò)增MT基因。已知A位點(diǎn)和B位點(diǎn)分別是起始密碼子和終止密碼子對應(yīng)的基因位置。選用的引物組合應(yīng)為___________。（2）本實(shí)驗(yàn)中，PCR所用的DNA聚合酶擴(kuò)增出的MT基因的末端為平末端。由于載體E只有能產(chǎn)生黏性末端的酶切位點(diǎn)，需借助中間載體P將MT基因接入載體E。載體P和載體E的酶切位點(diǎn)及相應(yīng)的酶切序列如圖1乙所示。①選用___________酶將載體P切開，再用___________（填“T4DNA或“E·coli81DNA”）連接酶將MT基因與載體P相連，構(gòu)成重組載體P′。②載體P′不具有表達(dá)MT基因___________和___________。選用___________酶組合對載體P′和載體E進(jìn)行酶切，將切下的MT基因和載體E用DA連接酶進(jìn)行連接，將得到的混合物導(dǎo)入到用___________離子處理的大腸桿菌，篩出MT工程菌。（3）MT基因在工程菌的表達(dá)量如圖2所示。結(jié)果仍無法說明已經(jīng)成功構(gòu)建能較強(qiáng)吸附廢水中重金屬的MT工程菌，理由是___________。【答案】（1）引物1和引物4（2）①.EcoRV②.T4DNA③.啟動(dòng)子④.終止子⑤.XhoI和PstI⑥.鈣（3）尚未在個(gè)體生物學(xué)水平上對MT工程菌吸附重金屬的能力進(jìn)行鑒定【解析】（1）密碼子位于mRNA上，是決定氨基酸的三個(gè)相鄰堿基，起始密碼子分別控制翻譯的開始和結(jié)束，故為保證基因的正常表達(dá)，一對引物應(yīng)分別位于位點(diǎn)A和位點(diǎn)B的兩側(cè)，故選擇引物1和引物4。（2）①為得到平末端，可用EcoRV酶將載體P切開；由于E·coli81DNA連接酶只能連接黏性末端，而T4DNA連接酶可以連接平末端，結(jié)合題意可知，MT基因的末端為平末端，故需要用T4DNA連接酶將MT基因與載體P相連，構(gòu)成重組載體P′。②載體P′是重組質(zhì)粒，故不含有有表達(dá)MT基因的啟動(dòng)子和終止子；為避免自身環(huán)化和反向連接，可選用兩種酶切割兩種載體，據(jù)圖可知，載體P′和載體E均含有XhoI和PstI酶，故可選用XhoI和PstI酶進(jìn)行酶切；將目的基因?qū)氪竽c桿菌的方法是鈣離子處理法。（3）由于尚未在個(gè)體生物學(xué)水平上對MT工程菌吸附重金屬的能力進(jìn)行鑒定，故即使MT工程菌的MT蛋白相對含量較高，也無法說明已經(jīng)成功構(gòu)建能較強(qiáng)吸附廢水中重金屬的MT工程菌。5.（2021北京）16.新冠病毒（SARS-CoV-2）引起的疫情仍在一些國家和地區(qū)肆虐，接種疫苗是控制全球疫情的最有效手段。新冠病毒疫苗有多種，其中我國科學(xué)家已研發(fā)出的腺病毒載體重組新冠病毒疫苗（重組疫苗）是一種基因工程疫苗，其基本制備步驟是：將新冠病毒的S基因連接到位于載體上的腺病毒基因組DNA中，重組載體經(jīng)擴(kuò)增后轉(zhuǎn)入特定動(dòng)物細(xì)胞，進(jìn)而獲得重組腺病毒并制成疫苗。（1）新冠病毒是RNA病毒，一般先通過_______得到cDNA，經(jīng)_______獲取S基因，酶切后再連接到載體。（2）重組疫苗中的S基因應(yīng)編碼________。A.病毒與細(xì)胞識別的蛋白 B.與病毒核酸結(jié)合的蛋白C.催化病毒核酸復(fù)制的酶 D.幫助病毒組裝的蛋白（3）為保證安全性，制備重組疫苗時(shí)刪除了腺病毒的某些基因，使其在人體中無法增殖，但重組疫苗仍然可以誘發(fā)人體產(chǎn)生針對新冠病毒的特異性免疫應(yīng)答。該疫苗發(fā)揮作用的過程是：接種疫苗→________→_________→誘發(fā)特異性免疫反應(yīng)。（4）重組疫苗只需注射一針即可完成接種。數(shù)周后，接種者體內(nèi)仍然能檢測到重組腺病毒DNA，但其DNA不會整合到人的基因組中。請由此推測只需注射一針即可起到免疫保護(hù)作用的原因________。【答案】（1）①.逆轉(zhuǎn)錄/反轉(zhuǎn)錄②.PCR擴(kuò)增（2）A（3）①.（重組腺病毒）進(jìn)入細(xì)胞②.表達(dá)抗原（4）重組腺病毒DNA在人體細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)抗原，反復(fù)刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)。【解析】（1）新冠病毒是RNA病毒，其遺傳物質(zhì)是RNA，若要得到與其對應(yīng)的cDNA，則要進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄。用cDNA擴(kuò)增出目的基因——S基因，需要利用PCR擴(kuò)增技術(shù)。（2）重組疫苗作為抗原需要被人體免疫系統(tǒng)識別，而重組疫苗中的S基因是從新冠病毒中提取的，所以重組疫苗中的S基因應(yīng)編碼病毒與細(xì)胞都能識別的蛋白，A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。（3）重組疫苗對人體來說屬于外來異物，即抗原，故人體接種疫苗后，重組腺病毒進(jìn)入人體細(xì)胞，其在人體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)出抗原，引發(fā)機(jī)體產(chǎn)生特異性免疫——細(xì)胞免疫和體液免疫，因此該疫苗發(fā)揮作用的過程是：接種疫苗→（重組腺病毒）進(jìn)入細(xì)胞→表達(dá)抗原→誘發(fā)特異性免疫反應(yīng)。（4）接種疫苗后，由于長時(shí)間內(nèi)接種者體內(nèi)仍能檢測到重組腺病毒DNA，而DNA會不斷表達(dá)出S蛋白，S蛋白作為抗原刺激機(jī)體，故機(jī)體會反復(fù)針對抗原產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答。6．（2023·廣東高考真題）非細(xì)胞合成技術(shù)是一種運(yùn)用合成生物學(xué)方法，在細(xì)胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標(biāo)產(chǎn)物的新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達(dá)等。中國科學(xué)家設(shè)計(jì)了4步酶促反應(yīng)的非細(xì)胞合成路線（如圖），可直接用淀粉生產(chǎn)肌醇（重要的醫(yī)藥食品原料），以期解決高溫強(qiáng)酸水解方法造成的嚴(yán)重污染問題，并可以提高產(chǎn)率。回答下列問題：（1）研究人員采用PCR技術(shù)從土壤微生物基因組中擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。此外，獲得酶基因的方法還有___________。（答出兩種即可）（2）高質(zhì)量的DNA模板是成功擴(kuò)增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時(shí)必須除去蛋白，方法有___________。（答出兩種即可）（3）研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí)，首先應(yīng)制備___________細(xì)胞。為了檢測目的基因是否成功表達(dá)出酶蛋白，需要采用的方法有___________。（4）依圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個(gè)反應(yīng)體系。若這些酶最適反應(yīng)條件不同，可能導(dǎo)致的結(jié)果是___________。在分子水平上，可以通過改變___________，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。【答案】（1）基因文庫中獲取、人工合成法（2）鹽析法、酶解法或高溫變性（3）感受態(tài)抗原-抗體雜交技術(shù)（4）有的酶失活而使反應(yīng)中斷基因的堿基序列【解析】（1）分析題意，研究人員從土壤微生物基因組中擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因采用了PCR技術(shù)，此外獲得酶基因的方法還有從基因文庫中獲取和人工合成法。（2）高質(zhì)量的DNA模板是成功擴(kuò)增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時(shí)必須除去蛋白，可根據(jù)DNA和蛋白質(zhì)的溶解性、對酶、高溫和洗滌劑的耐受性去除蛋白質(zhì)，方法有鹽析、酶解法或高溫變性法等。（3）研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時(shí)，首先應(yīng)制備感受態(tài)細(xì)胞，即利用鈣離子處理大腸桿菌，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，使其易于接受外來的DNA分子。基因工程中，酶基因（目的基因）成功表達(dá)的產(chǎn)物酶蛋白的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，常用抗原-抗體雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。（4）依圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個(gè)反應(yīng)體系。由于酶的作用條件較溫和，若這些酶最適反應(yīng)條件不同，則可能導(dǎo)致有的酶失活而使反應(yīng)中斷。在分子水平上，可以通過改變基因的堿基序列，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。7.（2020海南高考生物,25）某課題組用生物技術(shù)制備轉(zhuǎn)基因小鼠的過程，如圖所示。回答下列問題。（1）通常把目的基因轉(zhuǎn)入雄原核而不是雌原核，從兩者形態(tài)差異上分析，原因是_______________。（2）把桑椹胚植入假孕母鼠子宮前，需要對胚胎進(jìn)行性別鑒定，目前最有效的方法是SRY-PCR法。操作的基本程序是：先從被測胚胎中取出幾個(gè)細(xì)胞，提取DNA，然后用位于Y染色體的性別決定基因，即SRY基因的一段堿基設(shè)計(jì)__________，以胚胎細(xì)胞中的DNA作為模板，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最后用SRY特異性探針檢測擴(kuò)增產(chǎn)物。出現(xiàn)陽性反應(yīng)者，胚胎為_________；出現(xiàn)陰性反應(yīng)者，胚胎為_________。（3）若目的基因的表達(dá)產(chǎn)物是某種特定的蛋白質(zhì)，檢測目的基因在子代轉(zhuǎn)基因小鼠中是否成功表達(dá)，常用的分子檢測方法是______________，檢測的基本思路是_________________。【答案】（1）雄原核比雌原核略大，在顯微鏡下容易操作（2）引物雄性雌性（3）抗原–抗體雜交技術(shù)從子代轉(zhuǎn)基因小鼠內(nèi)提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原–抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明小鼠內(nèi)存在相應(yīng)的蛋白質(zhì)，即目的基因成功表達(dá)。【解析】（1）通常來自精子的雄性原核較大，更容易容納外源DNA，，因此外源基因能夠容易整合到精子的染色體上，這是提高轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵。（2）目前，對胚胎的性別進(jìn)行鑒定的最有效最準(zhǔn)確的方法是SRY-PCR法，操作的基本程序是：從被測的囊胚中取出幾個(gè)滋養(yǎng)層細(xì)胞，提取DNA，然后用位于Y染色體上的性別決定基因（即SRY基因）的一段堿基作引物，在熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）催化作用下，以胚胎細(xì)胞中的DNA作為模板，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，再用SRY特異性探針檢測擴(kuò)增產(chǎn)物，與SRY特異性探針出現(xiàn)陽性反應(yīng)者，說明其含有Y染色體，胚胎為雄性；出現(xiàn)陰性反應(yīng)者，說明其不含Y染色體，胚胎為雌性。（3）檢測目的基因在子代轉(zhuǎn)基因小鼠中是否成功表達(dá)，常用的分子檢測方法是利用抗原抗體雜交技術(shù)，基本步驟：從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體（對抗體進(jìn)行同位素標(biāo)記）進(jìn)行抗原抗體雜交，如果出現(xiàn)雜交帶，表明目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品。【過關(guān)檢測】1.下列有關(guān)基因工程操作的敘述中，正確的是()

A.用同種限制酶切割載體與目的基因可獲得相同的粘性末端

B.檢測到受體細(xì)胞含有目的基因就標(biāo)志著基因工程操作的成功

C.以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因與原基因的堿基序列相同

D.用含抗生素抗性基因的質(zhì)粒作為載體是因?yàn)槠淇剐曰虮阌谂c外源基因連接【答案】A【解析】限制性內(nèi)切酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且切割形成特定的粘性末端，所以用同種限制酶切割運(yùn)載體與目的基因可獲得相同的黏性末端，這樣便于目的基因與運(yùn)載體連接形成重組DNA分子，A正確；目的基因在受體細(xì)胞中成功表達(dá)才表示基因工程操作成功，僅僅檢測到受體細(xì)胞含有目的基因，并不代表該基因可以正常的轉(zhuǎn)錄和翻譯，B錯(cuò)誤；真核生物基因有編碼區(qū)和非編碼區(qū)之分，并且編碼區(qū)包括外顯子和內(nèi)含子，而以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因只包含外顯子，沒有內(nèi)含子和非編碼序列，因此與原基因的堿基序列不同，C錯(cuò)誤；質(zhì)粒中抗生素抗性基因一般用于檢測目的基因是否成功導(dǎo)入受體細(xì)胞中，D錯(cuò)誤．

2.如表列舉了幾種限制酶的識別序列及其切割位點(diǎn)（箭頭表示相關(guān)酶的切割位點(diǎn)）。如圖是酶切后產(chǎn)生的幾種末端。下列說法正確的是()限制酶AluⅠBamHⅠSamⅠSau3AⅠ識別序列切割位點(diǎn)① ② ③ ④ ⑤A.BamHⅠ切割的是磷酸二酯鍵，AluⅠ切割的是氫鍵B.能被Sau3AⅠ識別的序列，一定也能被BamHⅠ識別C.DNA連接酶能連接②⑤，也能連接②④D.E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶都能連接①③【答案】C【解析】BamHⅠ與AluⅠ切割的均是磷酸二酯鍵，A錯(cuò)誤；BamHⅠ識別并切割序列，Sau3AⅠ識別并切割序列，故BamHⅠ能識別的堿基序列，Sau3AⅠ一定能識別，但是Sau3AⅠ能識別的序列，BamHⅠ不一定能識別，B錯(cuò)誤；②⑤的黏性末端相同，②④的黏性末端也相同，因此DNA連接酶能連接②⑤，也能連接②④，C正確；E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端，T4DNA連接酶既可以連接黏性末端也可以連接平末端，而題圖中①③均屬于平末端，故只能用T4DNA連接酶連接，D錯(cuò)誤。3.下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是()A.cDNA文庫中的基因可以進(jìn)行物種間的基因交流B.轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性可通過檢測棉花對某種害蟲的抗性來確定C.外源DNA必須位于重組質(zhì)粒的起始密碼子和終止密碼子之間才能進(jìn)行表達(dá)D.抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞至近緣作物，從而造成基因污染【答案】C【解析】基因工程可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，cDNA文庫中的基因沒有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，因此可以進(jìn)行物種間的基因交流，A正確；轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性可在個(gè)體生物學(xué)水平上通過檢測棉花對某種害蟲的抗性來確定，B正確；外源DNA必須位于重組質(zhì)粒的啟動(dòng)子和終止子之間才能進(jìn)行表達(dá)，而不是起始密碼子和終止密碼子之間，C錯(cuò)誤；抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞至近緣作物，從而造成基因污染，D正確。4.如圖表示利用基因工程生產(chǎn)黃金大米時(shí)所構(gòu)建的基因表達(dá)載體，其中基因I和基因Ⅱ是β-胡蘿卜素合成所必需的基因，基因Ⅲ表達(dá)的蛋白質(zhì)可使細(xì)菌在特殊培養(yǎng)基上生長。下列相關(guān)分析錯(cuò)誤的是()

A.A序列是該基因表達(dá)載體的復(fù)制原點(diǎn)B.基因Ⅲ的作用是便于篩選該重組質(zhì)粒C.β-胡蘿卜素是檢測基因I、基因Ⅱ表達(dá)的關(guān)鍵指標(biāo)之一D.圖中基因插入質(zhì)粒時(shí)需要限制酶和DNA連接酶【答案】A【解析】由題圖可知，每個(gè)基因前都存在A序列，可推測該序列應(yīng)為啟動(dòng)子序列，啟動(dòng)子是RNA聚合酶識別與結(jié)合的位點(diǎn)，一個(gè)質(zhì)粒一般只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，A分析錯(cuò)誤；由題意可知，基因Ⅲ表達(dá)的蛋白質(zhì)可使細(xì)菌在特殊培養(yǎng)基上生長，故該基因?qū)儆跇?biāo)記基因，可用于重組質(zhì)粒的篩選，B分析正確；在目的基因的檢測與鑒定中，性狀的表達(dá)是成功的關(guān)鍵，即β-胡蘿卜素的產(chǎn)生，C分析正確；基因插入質(zhì)粒需要限制酶和DNA連接酶的參與，D分析正確。5.大米是我們國家居民最重要的主食之一，現(xiàn)在水稻已經(jīng)成為我國廣泛種植的重要作物，我們國家稻谷總產(chǎn)量位居世界第一，因此提高水分利用效率對于旱作水稻的生產(chǎn)有重要意義。科學(xué)家從擬南芥中獲取功能基因HARDY（HRD），并將其轉(zhuǎn)入水稻中過量表達(dá)，提高了水稻的水分利用效率。下列說法中錯(cuò)誤的是()A.提取擬南芥總RNA獲得總cDNA的過程需要用到逆轉(zhuǎn)錄酶B.利用PCR技術(shù)選擇性地?cái)U(kuò)增HRD基因的cDNA要用到Taq酶C.將HRD基因?qū)氲剿炯?xì)胞中最常用的方法是基因槍法D.HRD基因表達(dá)可能會增強(qiáng)水稻根的吸水能力或者降低葉片蒸騰作用的速率【答案】C【解析】本題考查基因工程。由總RNA獲得總cDNA的過程是逆轉(zhuǎn)錄，需要逆轉(zhuǎn)錄酶，A正確；PCR過程需要用到Taq酶，B正確；將目的基因?qū)氲街参锛?xì)胞最常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，C錯(cuò)誤；HRD基因表達(dá)可提高水稻的水分利用效率，所以可能會增強(qiáng)水稻根的吸水能力或者降低葉片蒸騰作用速率，D正確。6.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。這項(xiàng)替換研究工作()A.原理是中心法則B.可行的直接操作對象是水蛭素C.可通過改造或修飾基因來實(shí)現(xiàn)D.改變了蛋白質(zhì)的活性而不改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)【答案】C【解析】本題考查蛋白質(zhì)工程。基因工程在原則上，只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照中心法則進(jìn)行的，而這項(xiàng)替換研究工作屬于蛋白質(zhì)工程，原理是中心法則的逆推，即從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測應(yīng)有的氨基酸序列，找到對應(yīng)的核苷酸序列，A錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程屬于第二代基因工程，依據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的需求，以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，設(shè)計(jì)出對應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過對原有基因進(jìn)行改造或合成新的基因，最終生產(chǎn)出一種新的蛋白質(zhì)，B錯(cuò)誤、C正確；結(jié)構(gòu)決定功能，氨基酸序列的改變會使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能同時(shí)發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。7.干擾素