第十单元 第36讲.docx
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第十单元第36讲
考点一 基因工程的概念和基本工具
1．基因工程的概念
（1）供体：
提供目的基因。
（2）操作环境：
体外。
（3）操作水平：
分子水平。
（4）原理：
基因重组。
（5）受体：
表达目的基因。
（6）本质：
性状在受体体内的表达。
（7）优点：
克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2．DNA重组技术的基本工具
（1）限制性核酸内切酶（简称：
限制酶）
①来源：
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②作用：
识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列并断开特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
③结果：
产生黏性末端或平口末端。
（2）DNA连接酶
①作用：
将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
②DNA连接酶和限制酶的关系
（3）载体
①种类：
质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
②质粒的特点
[诊断与思考]
1．判断下列说法的正误
（1）限制酶只能用于切割目的基因（ × ）
（2）DNA连接酶能将两碱基通过形成氢键连接起来（ × ）
（3）E·coliDNA连接酶既可连接平口末端，又可连接黏性末端（ × ）
（4）质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体（ √ ）
（5）载体的作用是携带目的基因并导入受体细胞中，使之稳定存在并表达（ √ ）
2．下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。
请据图回答：
（1）请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点。
提示 EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。
（2）以上实例说明限制酶有何特性？
提示 专一性。
题组一 限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用
1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（ ）
A．①②③④B．①②④③
C．①④②③D．①④③②
答案 C
解析 限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。
2．若要利用某目的基因（见图甲）和P1噬菌体载体（见图乙）构建重组DNA（见图丙），限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和Sau3AⅠ（↓GATC）。
下列分析合理的是（ ）
A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
答案 D
解析 解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。
题组二 载体的作用及特点分析
3．下列关于载体的叙述中，错误的是（ ）
A．载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子
B．对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点
C．目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等
D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割
答案 D
解析 载体必须具备的条件有：
①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；③具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入到载体中；④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。
4．如图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是（ ）
A．HindⅢB．EcoRⅠ
C．EcoBD．PstⅠ
答案 C
解析 A处有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用A～D中的EcoB切割时，才能让目的基因插入到A处。
1．确定限制酶的种类
（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。
②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点）。
（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类
①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。
②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
2．载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。
目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。
当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：
考点二 基因工程的操作过程与蛋白质工程
1．基因工程的操作过程与应用
（1）基因工程的操作步骤
①
—
↓
②
—组成
↓
③
—方法
↓
④
（2）基因工程的应用：
培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。
（3）目的基因导入不同受体细胞的过程
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法
农杆菌转化法
显微注射法
感受态细胞法
受体细胞
体细胞或
受精卵
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的DNA上→表达
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
（4）基因治疗与基因诊断的不同点
原理
操作过程
进展
基因
治疗
基因表达
利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗（疾病）
临床
实验
基因
诊断
碱基互补
配对
制作特定DNA探针并与病人样品DNA混合，分析杂交带情况
临床
应用
2.蛋白质工程
（1）流程图
写出流程图中字母代表的含义：
A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。
（2）结果：
改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
（3）应用：
主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。
[诊断与思考]
1．判断下列说法的正误
（1）抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达（ √ ）
（2）应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达（ × ）
（3）将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株（ √ ）
（4）利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中（ × ）
（5）为培育出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（ × ）
（6）蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构（ × ）
（7）目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽（ √ ）
2．如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：
（1）该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？
一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？
提示 目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。
用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。
（2）该实例中，采用何种方法导入目的基因？
为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？
提示 采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的T DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了T DNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。
（3）该实例中，检测目的基因是否表达常见的方法有哪两种？
提示 抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。
题组一 获取目的基因及构建基因表达载体
1．下图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。
据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A．过程①需要DNA连接酶
B．过程②需要限制性核酸内切酶
C．目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的
D．若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同
答案 C
解析 题图所示为化学方法合成目的基因的过程。
①②过程依赖碱基互补配对原则进行。
质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。
2．下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。
下列有关说法中正确的是（ ）
A．图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物
B．图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶
C．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列
D．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
答案 D
解析 图示表示构建基因表达载体的过程，这是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶一般来自原核生物，A错误；构建基因表达载体时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸内切酶，B错误；限制酶具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割，C错误；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。
题组二 基因工程的操作及应用实例分析
3．下面图1为某植物育种流程，图2表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。
下列相关叙述错误的是（ ）
A．图1子代Ⅰ与原种保持遗传稳定性，子代Ⅱ和子代Ⅲ选育原理相同
B．图1子代Ⅲ选育显性性状需自交多代，子代Ⅴ可能发生基因突变和染色体变异
C．图2中①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与
D．图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质
答案 D
解析 子代植株Ⅰ是体细胞培养产生的，利用的原理是植物细胞的全能性，属于无性繁殖，所以与原种保持着遗传稳定性；子代植株Ⅱ为基因工程育种产生的、子代植株Ⅲ为杂交育种产生的，选育的原理都为基因重组，A正确；子代Ⅲ的选育过程为杂交育种，如果需要显性纯合子，则一定要自交选育多代；子代Ⅴ的选育过程需要用物理因素、化学因素等来处理生物，所以可能发生基因突变和染色体变异，B正确；图2中①过程是构建基因表达载体，其完成需要限制酶和DNA连接酶的参与，C正确；图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多个同种蛋白质分子，D错误。
4．为增加油菜种子的含油量，研究人员尝试从陆地棉基因库中获取的酶D基因与位于拟南芥叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得转基因油菜品种，酶D基因、转运肽基因所含三种限制酶（ClaⅠ、SacⅠ、XbaⅠ）的切点如图所示。
请回答下列问题：
（1）用限制酶________和______________酶处理两个基因后，可得到A、D端相连的目的基因。
（2）将上述目的基因插入如图所示质粒的____________中，构建__________________，然后将其导入农杆菌中。
（3）利用________________法将目的基因导入油菜叶片中，并通过筛选获得转基因油菜细胞，通过______________________技术可培育成转基因油菜植株。
（4）用__________________法可检测转基因油菜的染色体DNA上是否插入了目的基因，用__________________法可检测转基因油菜植株中的目的基因是否翻译成蛋白质。
答案
（1）ClaⅠ DNA连接
（2）T DNA 基因表达载体 （3）农杆菌转化 植物组织培养 （4）DNA分子杂交 抗原—抗体杂交
解析
（1）用限制酶ClaⅠ和DNA连接酶处理两个基因后，就能得到A、D端相连的目的基因。
（2）将上述目的基因插入题图所示质粒的T DNA中，构建基因表达载体，并导入农杆菌中。
（3）采用农杆菌转化法将目的基因导入油菜体细胞中。
获得转基因油菜细胞后，可通过植物组织培养技术将其培育成转基因油菜植株。
（4）用DNA分子杂交法可检测转基因油菜的染色体DNA上是否插入了目的基因，用抗原—抗体杂交法可检测转基因油菜植株中的目的基因是否成功表达出相关的蛋白质。
题组三 蛋白质工程概念和过程的辨析
5．现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。
下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：
（1）该生产流程中应用到的现代生物技术有__________、______________（写出其中两种）。
（2）图中A、B分别表示____________________________、______________________。
（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行__________________检测，对受体动物的处理是用________________进行同期发情处理。
（4）蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是_____________________________________________________。
答案
（1）蛋白质工程 基因工程 胚胎移植技术（任写两种）
（2）推测应有的氨基酸序列 基因表达载体 （3）DNA（核酸）分子杂交 促性腺激素 （4）改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作）
解析
（1）由图分析知该生产流程中应用到的现代生物技术有蛋白质工程、基因工程、胚胎移植技术等。
（2）图中A、B分别表示推测应有的氨基酸序列、基因表达载体。
（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行DNA分子杂交，对受体动物的处理是用促性腺激素进行同期发情处理。
（4）由于改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作），因此蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质。
1．几种目的基因获取方法的比较
方
法
从基因文库中获取
人工合成
从基因组文
库中获取
从部分基
因文库，如
cDNA文库中获取
化学合
成法
逆转
录法
过
程
2.基因表达载体中启动子、终止子的来源
（1）如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。
（2）如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过基因文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。
若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启
动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。
3．基因工程中的几种检测方法
4．蛋白质工程与基因工程的比较
（1）区别
项目
蛋白质工程
基因工程
过程
预期蛋白质功能→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
获取目的基因→构建基因表达载体→导入目的基因→检测和鉴定目的基因
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型和生物产品
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
（2）联系
①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。
②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。
考点三 转基因生物的安全性与生物武器
1．转基因生物的安全性
（1）转基因植物的安全性
①食用安全问题。
②对生态系统的影响
a．转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。
b．导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。
c．若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。
（2）转基因动物的安全性
①对人体健康的影响。
②对生态系统的影响。
（3）转基因生物安全性的保障措施
①保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。
②国家应建立相应的评估及预警机制。
2．生物武器的危害性
（1）所用微生物种类
①细菌：
霍乱弧菌、炭疽杆菌等。
②病毒：
埃博拉病毒、天花病毒等。
（2）被用作生物武器的方法
①将致病基因插入不致病的微生物体内。
②将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。
③用于研制针对某一特定种群的生物武器。
[诊断与思考]
1．判断下列说法的正误
（1）国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害（ × ）
（2）转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中（ √ ）
（3）目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上（ √ ）
（4）转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中（ × ）
（5）种植转基因植物有可能因基因扩散影响野生植物的遗传多样性（ √ ）
（6）我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆（ × ）
（7）我国反对生物武器，但我国在特殊情况下可以生产生物武器（ × ）
2．转基因生物存在安全性问题的原因
（1）目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
（2）目的基因往往是异种生物的基因。
（3）外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。
3．生物武器有哪些局限性？
提示
（1）生物武器主要指病原微生物，它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。
（2）受地形、方向等多种条件的影响。
（3）使用不易控制，使用不当可危害本方安全。
题组一 转基因技术的安全性分析
1．下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是（ ）
A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
答案 B
解析 本题用直选法。
对转基因食品只是要求标注“转基因**”等字样，并没有在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，B错误。
2．阅读以下材料，回答问题：
材料 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来，转基因鱼的研究取得很大进步。
如转入外源生长激素（GH）基因的鱼生长速度快，饵料转化率高，但鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。
最近，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。
（1）转基因鱼培育成功的物质基础是____________________________________________。
（2）已知人的GH是一个含有191个氨基酸的蛋白质，若将人的GH基因转移到鱼体内，则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是________个。
（3）转基因鱼通过较高的能量转化效率取得较高的特定生长率，以至生长快于非转基因鱼，蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。
其可能的原因是________________________________
________________________________________________________________________________________________________________。
（4）鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，试分析引起生态安全性问题的原因：
__________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
（5）多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，培育成功的三倍体“湘云鲫”，其形成过程是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）遗传物质都是DNA
（2）1146 （3）转基因鱼受体内合成了大量生长激素，生长激素能促进蛋白质合成 （4）转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有转基因，具有生长优势，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争，引起生态危机 （5）转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体，然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体 三倍体鱼不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争，引起生态危机
解析
（1）转基因技术就是通过基因拼接，把目的基因拼接到载体上，实质上是DNA之间的连接。
（2）GH是含有191个氨基酸的蛋白质，由于氨基酸、控制蛋白质合成的mRNA上的碱基数目及控制蛋白质合成的DNA上的碱基数目，三者的比值为1∶3∶6，所以转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是1146个。
（3）该转基因鱼转入的是生长激素基因，生长激素能促进生长，主要是促进蛋白质的合成和骨的生长。
（4）转基因鱼由于具有易于逃逸、扩散的特点，当这种鱼扩散到其他环境时，与其他种类的鱼杂交，被转入的基因就有可能转移到其他的鱼体内，造成基因污染；同时，由于该种转基因鱼具有较强的生长优势，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争时，优势明显，所以可能引起生态危机。
（5）三倍体鱼由于不能产生正常的生殖细胞，无法繁殖后代，因此不会造成生态危机。
题组二 生物武器的危害分析
3．生物武
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