1、第十单元 现代生物科技专题 第第4141课时课时 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频考点突破高频考点突破考点一考点一 基因工程的概念理解和理论基础基因工程的概念理解和理论基础1.1.基因工程的概念理解基因工程的概念理解 (1)(1)操作环境：体外操作环境：体外关键步骤关键步骤“表达载体的构表达载体的构 建建”的环境。的环境。 (2) (2)优点优点 与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。 与诱变育种相比：定向改造生物性状。与诱变育种相比：定向改造生物性状。 (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: :基因重组。基因重组。 (5)(5)本质本质: :甲甲( (供体提供目的基因供体提供目的基因) ) 乙乙( (受体表达受体表达 目的基因目的基因),),即基因未变、合成蛋白质未变即基因未变、合成蛋白质未变, ,只是合只是合 成场所的转移。成场所的转移。考点二考点二 基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀” (1)(1)来源来源: :主要是从原核生物中分离纯化出来的。主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)(2)化学本质：蛋白质。化学本质：蛋白质。 (3)(3)作用作用 (4)(4)作用特点：特异性作用特点：特异性,
3、,即限制酶可识别特定的脱即限制酶可识别特定的脱 氧核苷酸序列氧核苷酸序列, ,切割特定位点。切割特定位点。 (5)(5)切割方式切割方式催化作用催化作用,所以可重复利用所以可重复利用可用于可用于DNADNA的切割获取目的基因和载体的切割的切割获取目的基因和载体的切割错位切：产生两个相同的黏性末端错位切：产生两个相同的黏性末端平切：形成平末端平切：形成平末端 提醒提醒 切割的化学键为磷酸二酯键。切割的化学键为磷酸二酯键。 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶, , 目的是产生相同的黏性末端。目的是产生相同的黏性末端。 将一个基因从将一个基因从DNADN
4、A分子上切割下来分子上切割下来, ,需要需要2 2个限制个限制 酶酶, ,同时产生同时产生4 4个黏性末端。个黏性末端。 不同不同DNADNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末分子用同一种限制酶切割产生的黏性末 端都相同端都相同, ,同一个同一个DNADNA分子用不同的限制酶产生的分子用不同的限制酶产生的 黏性末端不相同。黏性末端不相同。2.DNA2.DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”常用类型常用类型E Ecolicoli DNADNA连接连接酶酶T T4 4 DNADNA连接酶连接酶来源来源大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体功能功能连接黏性末端连接黏性末端连接黏性末端或连接黏性
5、末端或平末端平末端结果结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键的磷酸二酯键 拓展提升拓展提升 DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNADNA 连接酶连接酶DNADNA 聚合酶聚合酶作用实质作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键酯键是否需模板是否需模板不需要不需要需要需要连接连接DNADNA链链双链双链单链单链作用过程作用过程在两个在两个DNADNA片段之片段之间形成磷酸二酯键间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的存在的核酸片段的33端的羟基上端的羟基
6、上, ,形成磷酸形成磷酸二酯键二酯键作用结果作用结果将两个将两个 DNADNA片段连片段连接成重组接成重组 DNADNA分子分子合成新的合成新的DNADNA分子分子3.3.基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车” (1)(1)类型类型 提醒提醒 质粒本质是质粒本质是DNA,DNA,不是细胞器不是细胞器; ;特点特点: :小小 型环状。型环状。 (2)(2)功能：将目的基因导入受体细胞。功能：将目的基因导入受体细胞。 (3)(3)应具备条件应具备条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；能在宿主细胞内稳定保存并大量复制； 有一个至多个限制酶的切割位点有一个至多个限制酶的
7、切割位点, ,以便于与外源以便于与外源 基因连接；基因连接； 有特殊的遗传标记基因有特殊的遗传标记基因, ,供重组供重组DNADNA的检测和鉴定。的检测和鉴定。最常用载体最常用载体:质粒质粒其他载体其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等噬菌体的衍生物、动植物病毒等对位训练对位训练3.3.下列关于下列关于DNADNA连接酶作用的叙述，正确的是连接酶作用的叙述，正确的是（ ） A.A.将单个核苷酸加到某将单个核苷酸加到某DNADNA片段末端，形成磷酸片段末端，形成磷酸 二酯键二酯键 B.B.将断开的两个将断开的两个DNADNA片段的骨架连接起来，重新片段的骨架连接起来，重新 形成磷酸二酯键形成磷酸
8、二酯键 C.C.连接两条连接两条DNADNA链上碱基之间的氢键链上碱基之间的氢键 D.D.只能将双链只能将双链DNADNA片段互补的黏性末端之间连接片段互补的黏性末端之间连接 起来，而不能将双链起来，而不能将双链DNADNA片段平末端之间进行片段平末端之间进行 连接连接B2.2.基本操作程序基本操作程序 (1)(1)目的基因的获取目的基因的获取 从基因文库从基因文库( (基因组文库或基因组文库或cDNAcDNA文库文库) )中获取中获取文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小小小大大基因中启动子基因中启动子无无有有基因中内含子基因中内含子无无有有基因多少基因
9、多少某种生物的部分基因某种生物的部分基因某种生物的全部基因某种生物的全部基因物种之间的物种之间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说明说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便点是操作简便,缺点是工作量大缺点是工作量大,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: :常用的方法有化学合成法和常用的方法有化学合成法和 反转录法。反转录法。 化学合成法化学合成法: :蛋白质蛋白质 氨基酸序列氨基酸序列 RNARNA 碱基序列碱基序列 D
10、NADNA碱基序列碱基序列 用用4 4种脱氧核种脱氧核 苷酸人工合成目的基因苷酸人工合成目的基因 反转录法反转录法: :分离出供体细胞分离出供体细胞mRNA mRNA 单链单链DNADNA 合成目的基因合成目的基因 分析分析推测推测推测推测逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶聚合酶 PCRPCR扩增技术与扩增技术与DNADNA复制的比较复制的比较PCRPCR技术技术DNADNA复制复制相相同同点点原理原理DNADNA复制复制( (碱基互补配对碱基互补配对) )原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATPATP、酶、原料、引物、酶、原料、引物不不同同点点解旋解旋方式方
11、式DNADNA在高温下变性解旋在高温下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制(PCR(PCR扩增仪扩增仪) )主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶酶) ) 细胞内含有的细胞内含有的DNADNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大量的在短时间内形成大量的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子 (2) (2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建最核心步骤最核心步骤 基因表达载体的组成基因表达载体的组成: :启动子、目的基因、终止启动子、目的基因、终止 子以及标记基因等。子以及标记基因等。 提醒提醒 与载体相比较与
12、载体相比较, ,增加启动子、目的基因和增加启动子、目的基因和 终止子三个基因片段终止子三个基因片段, ,其功能各不相同。其功能各不相同。 启动子启动子(DNA(DNA片段片段)起始密码子起始密码子(RNA);(RNA);终止子终止子 (DNA(DNA片段片段)终止密码子终止密码子(RNA)(RNA)。 基因表达载体的构建方法基因表达载体的构建方法 提醒提醒 该过程把三种工具该过程把三种工具( (只有两种工具酶只有两种工具酶) )全用全用 上了上了, ,是最核心、最关键的一步是最核心、最关键的一步, ,在体外进行。在体外进行。 (3)(3)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞细胞细胞类型
13、类型常用常用方法方法受体受体细胞细胞转化过程转化过程植物植物细胞细胞农杆菌农杆菌转化法转化法体细胞体细胞将目的基因插入将目的基因插入TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上转入农杆菌转入农杆菌导入植物细胞导入植物细胞整合整合到受体细胞的到受体细胞的DNADNA上上动物动物细胞细胞显微注显微注射技术射技术受精卵受精卵将含有目的基因的表达载体提纯将含有目的基因的表达载体提纯取卵取卵获得受精卵获得受精卵显微注射显微注射早早期胚胎培养期胚胎培养胚胎移植胚胎移植发育成为发育成为 具有新性状的动物具有新性状的动物微生微生物细物细胞胞CaCa2+2+处处理增大理增大细胞壁细胞壁通透性通透性原核原核细胞细
14、胞或酵或酵母菌母菌用用CaCa2+2+处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞重组重组表达载体表达载体DNADNA分子与感受态细胞混合分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收感受态细胞吸收 提醒提醒 唯一不涉及到碱基互补唯一不涉及到碱基互补配对的操作配对的操作步骤。步骤。 微生物做受体细胞主要是个体微小微生物做受体细胞主要是个体微小, ,代谢旺盛代谢旺盛, , 繁殖速度快繁殖速度快, ,获得目的基因产物多获得目的基因产物多。 植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。 (4)(4)目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达考点三考点三 基因工程的基本操作程序基因工程的基
15、本操作程序1.1.基因工程图解基因工程图解: :抗虫棉的培育过程抗虫棉的培育过程对位训练对位训练4.4.下列有关基因工程技术的叙述下列有关基因工程技术的叙述, ,正确的是（正确的是（ ） A.A.重组重组DNADNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶技术所用的工具酶是限制酶、连接酶 和载体和载体 B.B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸 序列序列 C.C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌 繁殖快繁殖快 D.D.只要目的基因进入受体细胞就能实现表达只要目的基因进入受体细胞就能实现表达C5.5.利用外源基
16、因在受体细胞中表达，可生产人类所利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所 需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了 在受体细胞中表达的是在受体细胞中表达的是（ ） A A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAmRNA C C山羊乳腺细胞中检测到人生长激素山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNADNA序列序列 D D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白D纠正训练纠正训练1.(1.(20092009浙江卷浙江卷,3,3)
17、 )下列关于基因工程的叙述下列关于基因工程的叙述, ,错误错误 的是的是 ( )( ) A. A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生或微生物物 B.B.限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNADNA连接酶是两类常用的工连接酶是两类常用的工 具酶具酶 C.C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原 无生物活性无生物活性 D.D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNADNA的细胞的细胞 和促进目的基因的表达和促进目的基因的表达 解析解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自基因工程中
18、目的基因和受体细胞均可来自 动、植物或微生物动、植物或微生物; ;常用的工具酶是限制性核酸内常用的工具酶是限制性核酸内 切酶和切酶和DNADNA连接酶连接酶; ;人胰岛素原基因在大肠杆菌中人胰岛素原基因在大肠杆菌中 表达的胰岛素原无生物活性表达的胰岛素原无生物活性, ,只有经过一定的物质只有经过一定的物质 激活以后激活以后, ,才有生物活性。载体上的抗性基因主要才有生物活性。载体上的抗性基因主要 是有利于筛选含重组是有利于筛选含重组DNADNA的细胞的细胞, ,不能促进目的基不能促进目的基 因的表达。所以因的表达。所以D D错误。错误。答案答案 D2.(2.(20092009重庆卷重庆卷,2,
19、2) )下表有关基因表达的选项中下表有关基因表达的选项中, ,不不 可能的是可能的是 ( )( )基因基因表达的的细胞表达的的细胞表达产物表达产物A A细菌抗虫蛋白基因细菌抗虫蛋白基因抗虫棉叶肉细胞抗虫棉叶肉细胞细菌抗虫蛋白细菌抗虫蛋白B B人酪氨酸酶基因人酪氨酸酶基因正常人皮肤细胞正常人皮肤细胞人酪氨酸酶人酪氨酸酶C C动物胰岛素基因动物胰岛素基因大肠杆菌工程菌大肠杆菌工程菌细胞细胞动物胰岛素动物胰岛素D D兔血红蛋白基因兔血红蛋白基因兔成熟红细胞兔成熟红细胞兔血红蛋白兔血红蛋白 解析解析 细菌抗虫蛋白基因可通过转基因技术转入细菌抗虫蛋白基因可通过转基因技术转入 棉花体内棉花体内, ,在棉花
20、的叶肉细胞中表达产生细菌抗虫在棉花的叶肉细胞中表达产生细菌抗虫 蛋白蛋白, ,使棉花具有抗虫能力使棉花具有抗虫能力; ;人酪氨酸酶基因可在人酪氨酸酶基因可在 正常人的皮肤细胞中表达产生酪氨酸酶正常人的皮肤细胞中表达产生酪氨酸酶, ,酪氨酸酶酪氨酸酶 催化酪氨酸转化为黑色素催化酪氨酸转化为黑色素; ;动物胰岛素基因可通过动物胰岛素基因可通过 转基因技术转移到大肠杆菌体内转基因技术转移到大肠杆菌体内, ,在大肠杆菌工程在大肠杆菌工程 菌细胞中合成动物胰岛素菌细胞中合成动物胰岛素; ;兔属于哺乳动物兔属于哺乳动物, ,其成其成 熟的红细胞中没有细胞核熟的红细胞中没有细胞核, ,所以不可能表达出血红所
21、以不可能表达出血红 蛋白。蛋白。 答案答案 D3.(3.(20092009安徽卷安徽卷,4,4)2008)2008年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了 “ “发现和发展了水母绿色荧光蛋白发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学的三位科学 家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因 连接起来组成一个融合基因连接起来组成一个融合基因, ,再将该融合基因转入再将该融合基因转入 真核生物细胞内真核生物细胞内, ,表达出的蛋白质就会带有绿色荧表达出的蛋白质就会带有绿色荧 光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( )( )
22、 A. A.追踪目的基因在细胞内的复制过程追踪目的基因在细胞内的复制过程 B.B.追踪目的基因插入到染色体上的位置追踪目的基因插入到染色体上的位置 C.C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D.D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构 解析解析 将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连 接起来组成一个融合基因接起来组成一个融合基因, ,将该融合基因转入真核将该融合基因转入真核 生物细胞内生物细胞内, ,表达出的蛋白质带有绿色荧光表达出的蛋白质带有绿色荧光, ,从而从而 可以追踪目的基因编
23、码的蛋白质在细胞内的分可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分 布。故布。故C C正确。正确。 答案答案 C 科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，并以质粒为运载体，采用转基因方法培育出了抗并以质粒为运载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。下列有关说法正确的是枯萎病的金花茶新品种。下列有关说法正确的是 A质粒是最常用的运载体之一，质粒的存在与否对宿主细胞生存有决定性的作用 B通过该方法获得的抗枯萎病金花茶，将来产生的花粉中不一定含有抗病基因 C该种抗枯萎病基因之所以能在金花茶细胞中表达，是因为两者的DNA结构相同 D为了保证金花茶植株
24、抗枯萎病，只能以受精卵细胞作为基因工程的受体细胞B 5MstII是一种限制性内切酶，它总是在是一种限制性内切酶，它总是在CCTGAGG的碱的碱基序列中切断基序列中切断DNA。下图显示了用。下图显示了用MstII处理后的正常处理后的正常血血红蛋白基因片断。镰刀型细胞贫血症的根本原因是红蛋白基因片断。镰刀型细胞贫血症的根本原因是血红蛋血红蛋白基因突变。下列有关叙述中，错误的是：白基因突变。下列有关叙述中，错误的是： A在起初的正常血红蛋白基因中有3个CCTGAGG序列 B若血红蛋白基因某一处CCTGAGG突变为CCTCCTG，则用MstII处理该基因后将产生 3个DNA片段 C将MstII酶用于镰
25、刀型细胞贫血症的基因诊断，若产生三个DNA片段，则血红蛋白基因是正常的 D将MstII酶用于的基因诊断，若产生四个DNA片段，则血红蛋白基因是正常的 9.（2008年日照模拟）基因污染是指在天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因，这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。下列叙述错误的是 （ ）A.基因工程间接导致了基因污染B.基因工程破坏了生物原有的基因组成C.基因工程是通过染色体的重组发生基因交换，从而获得了生物的新性状D.人类在发展基因工程作物时，没有充分考虑生物和环境之间的相互影响答案答案 C2.(2.(20082008江苏卷江苏卷,32,32) )将动物致病菌的抗原基因导入将动
26、物致病菌的抗原基因导入 马铃薯制成植物疫苗马铃薯制成植物疫苗, ,饲喂转基因马铃薯可使动物饲喂转基因马铃薯可使动物 获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的 图和表。图和表。 表表1 1 引物对序列表引物对序列表引物对引物对A AP1 AACTGAAATGTAGCTATCP1 AACTGAAATGTAGCTATCP2 TTAAGTCCATTACTCTAGP2 TTAAGTCCATTACTCTAG引物对引物对B BS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS2 AGCTGGCGTTTAGCCTCGS2 AGCT
27、GGCGTTTAGCCTCG 请根据以上图表回答下列问题请根据以上图表回答下列问题: : (1) (1)在采用常规在采用常规PCRPCR方法扩增目的基因的过程中方法扩增目的基因的过程中, ,使使 用的用的DNADNA聚合酶不同于一般生物体内的聚合酶不同于一般生物体内的DNADNA聚合酶聚合酶, , 其最主要的特点是其最主要的特点是 。 (2)PCR(2)PCR过程中退火过程中退火( (复性复性) )温度必须根据引物的碱温度必须根据引物的碱 基数量和种类来设定。表基数量和种类来设定。表1 1为根据模板设计的两对为根据模板设计的两对 引物序列引物序列, ,图图2 2为引物对与模板结合示意图。请判为
28、引物对与模板结合示意图。请判 断哪一对引物可采用较高的退火温度？断哪一对引物可采用较高的退火温度？ 。限制酶限制酶AluAlu I IEco Eco R IR IPstPst I ISmaSma I I切割切割位点位点AGCTAGCTTCGATCGAGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCTGCAGCTGCAGGACGTCGACGTCCCCGGGCCCGGGGGGCCCGGGCCC (3) (3)图图1 1步骤步骤所用的所用的DNADNA连接酶对所连接的连接酶对所连接的DNADNA两两 端的碱基序列是否有专一性要求？端的碱基序列是否有专一性要求？ 。 (4)(4)为将外源基因转入马铃
29、薯，图为将外源基因转入马铃薯，图1 1步骤步骤转基因转基因 所用的细菌所用的细菌B B通常为通常为 。 (5)(5)对符合设计要求的重组质粒对符合设计要求的重组质粒T T进行酶切。假设进行酶切。假设 所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1 1中中 标示的酶切位点和表标示的酶切位点和表2 2所列的识别序列，对以下酶所列的识别序列，对以下酶 切结果作出判断。切结果作出判断。 采用采用EcoEcoR R I I和和PstPst I I酶切酶切, ,得到得到 种种DNADNA片断。片断。 采用采用EcoEcoR R I I和和SmaSma I I酶切酶切,
30、,得到得到 种种DNADNA片断。片断。 解析解析 (1)PCR(1)PCR技术中需通过高温使技术中需通过高温使DNADNA解旋解旋, ,故所故所 用用DNADNA聚合酶的耐热性必须要好。聚合酶的耐热性必须要好。(2)(2)退火温度与退火温度与 时间时间, ,取决于引物的长度、碱基组成及其浓度取决于引物的长度、碱基组成及其浓度, ,还还 有靶基因序列的长度。含有有靶基因序列的长度。含有(G+C)(G+C)多的引物多的引物, ,可采可采 用相对较高的退火温度。用相对较高的退火温度。(3)DNA(3)DNA聚合酶与限制酶聚合酶与限制酶 不同不同, ,从将从将DNADNA由由5 5端点开始复制到端点
31、开始复制到3 3端的酶端的酶, ,不具不具 有特异性。有特异性。(4)(4)农杆菌的细胞中有一段农杆菌的细胞中有一段T-DNA,T-DNA,农杆农杆 菌通过侵染植物伤口进入细胞后菌通过侵染植物伤口进入细胞后, ,可将可将T-DNAT-DNA插入插入 到植物基因中到植物基因中, ,因此因此, ,农杆菌是一种天然的植物遗农杆菌是一种天然的植物遗 传转化体系传转化体系, ,常用作植物转基因工程中的载体。常用作植物转基因工程中的载体。 (5)(5)对于重组质粒对于重组质粒, ,EcoEcoRIRI能切开能切开M M和和X X连接处连接处, ,PstPstI I能能 在在M M和和N N之间专一切点处切
32、开之间专一切点处切开, ,将将DNADNA分为两个片段分为两个片段; ; EcoEcoRIRI仍能切开仍能切开M M处处, ,SmaSmaI I则不能识别则不能识别N N和和Y Y重新结合重新结合 形成的连接点形成的连接点, ,只能得到只能得到1 1个个DNADNA片段。片段。 答案答案 (1)(1)耐高温耐高温 (2)(2)引物对引物对B (3)B (3)否否 (4)(4)农杆菌农杆菌 (5)(5)2 2 1 17.(7.(20092009上海卷上海卷,37,37) )人体细胞内含有抑制癌症发生人体细胞内含有抑制癌症发生 的的p p5353基因基因, ,生物技术可对此类基因的变化进行生物技术
33、可对此类基因的变化进行 检测。检测。 (1) (1)目的基因的获取方法通常包括目的基因的获取方法通常包括 和和 。 (2)(2)上图表示从正常人和患者体内获取的上图表示从正常人和患者体内获取的p p5353基因基因 的部分区域。与正常人相比的部分区域。与正常人相比, ,患者在该区域的碱基患者在该区域的碱基 发生了改变发生了改变, ,在上图中用方框圈出发生改变的碱基在上图中用方框圈出发生改变的碱基 对。这种变异被称为对。这种变异被称为 。 (3)(3)已知限制酶已知限制酶E E的识别序列为的识别序列为CCGG,CCGG,若用限制酶若用限制酶E E 分别完全切割正常人和患者的分别完全切割正常人和患
34、者的p p5353基因部分区域基因部分区域 ( (见上图见上图),),那么正常人的会被切成那么正常人的会被切成 个个 片段片段; ;而患者的则被切割成长度为而患者的则被切割成长度为 对对 碱基和碱基和 对碱基的两种片段。对碱基的两种片段。 (4) (4)如果某人的如果某人的p p5353基因部分区域经限制酶基因部分区域经限制酶E E完全切完全切 割后割后, ,共出现共出现170170、220220、290290和和460460对碱基的四种片对碱基的四种片 段段, ,那么该人的基因型是那么该人的基因型是 (P(P+ +表示正常基表示正常基 因因,P,P- -表示异常基因表示异常基因) )。 解析
35、解析 (1)(1)目的基因既可以从供体细胞中直接提取目的基因既可以从供体细胞中直接提取, , 也可人工合成。也可人工合成。(2)(2)基因内部个别碱基对的替换为基因内部个别碱基对的替换为 基因突变。基因突变。(3)(3)据图分析可知据图分析可知, ,正常人会被切成三正常人会被切成三 个片段。个片段。(4)(4)由正常人被限制酶由正常人被限制酶E E切出来的具体片切出来的具体片 段可知段可知, ,该人的基因型是该人的基因型是P P+ +P P- -。 答案答案 (1)(1)从基因文库中获取从基因文库中获取 通过化学方法人工通过化学方法人工 合成合成 (2)(2)见下图见下图 基因碱基对的替换基因
36、碱基对的替换( (基因突变基因突变) (3)3 460 220) (3)3 460 220 (4)P (4)P+ +P P- -返回知识知识综合应用综合应用重点提示重点提示 通过通过“抗虫作物培育过程的有关基因工程知识抗虫作物培育过程的有关基因工程知识”的考查的考查, ,提升提升“综合运用所学知识解决自然界和社会综合运用所学知识解决自然界和社会生活中有关生物学问题生活中有关生物学问题”的能力。的能力。典例分析典例分析 ( (20092009江苏卷江苏卷,34,34) )苏云金杆菌苏云金杆菌(Bt)(Bt)能产生具有杀能产生具有杀 虫能力的毒素蛋白。下图是转虫能力的毒素蛋白。下图是转BtBt毒素
37、蛋白基因植毒素蛋白基因植 物的培育过程示意图物的培育过程示意图(amp(ampr r为抗氨苄青霉素基因为抗氨苄青霉素基因),), 据图回答下列问题。据图回答下列问题。 (1) (1)将图中将图中的的DNADNA用用HinHindd、BamBamH H完全酶切后完全酶切后, , 反应管中有反应管中有 种种DNADNA片段。片段。 (2)(2)图中图中表示表示HinHindd与与BamBamH H酶切、酶切、DNADNA连接酶连接酶 连接的过程连接的过程, ,此过程可获得此过程可获得 种重组质粒种重组质粒; ; 如果换用如果换用BstBst与与BamBamH H酶切酶切, ,目的基因与质粒连目的基
38、因与质粒连 接后可获得接后可获得 种重组质粒。种重组质粒。 (3)(3)目的基因插入质粒后目的基因插入质粒后, ,不能影响质粒的不能影响质粒的 。 (4)(4)图中图中的的TiTi质粒调控合成的质粒调控合成的virvir蛋白蛋白, ,可以协助可以协助 带有目的基因的带有目的基因的T-DNAT-DNA导入植物细胞导入植物细胞, ,并防止植物并防止植物 细胞中细胞中 对对T-DNAT-DNA的降解。的降解。 (5) (5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠 上皮细胞表面的特异受体上皮细胞表面的特异受体, ,使细胞膜穿孔使细胞膜穿孔, ,肠细胞肠细胞 裂
39、解裂解, ,昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对 较小较小, ,原因是人类肠上皮细胞原因是人类肠上皮细胞 。 (6)(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混 合播种合播种, ,其目的是降低害虫种群中的其目的是降低害虫种群中的 基基 因频率的增长速率。因频率的增长速率。 解析解析 本题重点考查转基因技术的相关知识本题重点考查转基因技术的相关知识, ,需特需特 别注意基因工程的步骤、别注意基因工程的步骤、DNADNA的复制、基因工程的的复制、基因工程的 操作工具等知识。本题需特别注意图示过程操作工具等知识。本题需
40、特别注意图示过程, ,从中从中 获取有效信息获取有效信息, ,然后结合课本知识即可正确解答。然后结合课本知识即可正确解答。 答案答案 (1)4 (2)2 1 (3)(1)4 (2)2 1 (3)复制复制 (4)DNA(4)DNA水解酶水解酶 (5)(5)表面无相应的特异性受体表面无相应的特异性受体 (6)(6)抗性抗性定时检测定时检测组题说明组题说明特别推荐特别推荐 综合应用题综合应用题1 1、3 3；知识拓展提升；知识拓展提升 题题2 2、6 6、8 8。考点考点题号题号基因工程的工具基因工程的工具1 18 8基因工程的步骤基因工程的步骤1.(1.(20092009福建理综福建理综,32,3
41、2) )转基因抗病香蕉的培育过程转基因抗病香蕉的培育过程 如图所示。质粒上有如图所示。质粒上有PstPst、SmaSma、EcoEcoR R、ApaApa 等四种限制酶切割位点。请回答等四种限制酶切割位点。请回答: : (1) (1)构建含抗病基因的表达载体构建含抗病基因的表达载体A A时时, ,应选用限制酶应选用限制酶 , ,对对 进行切割。进行切割。 (2)(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞 的生长的生长, ,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香 蕉细胞蕉细胞, ,应使基因表达载体应使基因表达载体A A
42、中含有中含有 , , 作为标记基因。作为标记基因。 (3) (3)香蕉组织细胞具有香蕉组织细胞具有 , ,因此因此, , 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组 织细胞培育成植株。图中织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培依次表示组织培 养过程中香蕉组织细胞的养过程中香蕉组织细胞的 。 解析解析 本题考查基因工程的有关知识。本题考查基因工程的有关知识。(1)(1)从图可从图可 看出看出, ,只有只有PstPst、EcoEcoR R两种酶能保持抗病基因两种酶能保持抗病基因结结 构的完整性构的完整性, ,所以构建含抗病基因的表达载体所以构建含抗病基因的
43、表达载体A A时时, , 应选用限制酶应选用限制酶PstPst、EcoEcoR R两种酶两种酶, ,对抗病基因对抗病基因的的 DNADNA和质粒进行切割。和质粒进行切割。 (2)(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长, ,欲欲 利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞, ,应应 使基因表达载体使基因表达载体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 为标记基因。为标记基因。 (3)(3)香蕉组织细胞具有全能性香蕉组织细胞具有全能性, ,因此因此, ,可以利用组织可以利用组织 培养技术将导入抗病
44、基因的香蕉组织细胞培育成培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成 植株。图中植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉依次表示组织培养过程中香蕉 组织细胞的脱分化和再分化。组织细胞的脱分化和再分化。 答案答案 (1)(1)PstPst、EcoEcoR R 含抗病基因的含抗病基因的DNADNA、 质粒质粒 (2)(2)抗卡那霉素基因抗卡那霉素基因 (3)(3)全能性全能性 脱分化、再分化脱分化、再分化3.3.基因工程中基因工程中, ,需使用的限制酶切割目的基因和质粒需使用的限制酶切割目的基因和质粒, , 便于重组和筛选。已知限制酶便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切的识别序列和切 点是点是GG
45、GATCC,GATCC,限制酶限制酶的识别序列和切点的识别序列和切点 是是GATCGATC。 (1) (1)根据已知条件和图回答：根据已知条件和图回答： 上述质粒用限制酶上述质粒用限制酶 切割切割, ,目的基因目的基因 用限制酶用限制酶 切割。切割。 将切下的目的基因片段插入质粒的切口处将切下的目的基因片段插入质粒的切口处, ,还要还要 加入适量的加入适量的 。 请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由： 。 (2)(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是不同生物的基因可以拼接的结构基础是 。 (3)(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌大肠杆菌是首
46、先成功表达外源基因的宿主菌, , 但不能表达结构复杂的蛋白质但不能表达结构复杂的蛋白质, ,哺乳类细胞、昆虫哺乳类细胞、昆虫 细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞 蛋白蛋白, ,但操作复杂但操作复杂, ,表达水平低表达水平低, ,不易推广使用。基不易推广使用。基 因工程中常选用酵母菌作为受体细胞因工程中常选用酵母菌作为受体细胞, ,请从细胞结请从细胞结 构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不 足的理由：足的理由： 。 答案答案 (1)(1) DNADNA连接酶连接酶 检测重组质检测重组质 粒粒( (或
47、目的基因或目的基因) )是否导入受体细胞是否导入受体细胞 (2)DNA(2)DNA结构结构 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)单细胞真核单细胞真核 生物生物, ,含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体; ; 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; ;培养培养 成本低成本低; ;容易培养容易培养4.4.在培育转基因植物的研究中在培育转基因植物的研究中, ,卡那霉素抗性基因卡那霉素抗性基因 (kan(kanr r) )常作为标记基因常作为标记基因, ,只有含卡那霉素抗性基因只有含卡那霉
48、素抗性基因 的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获 得抗虫棉的技术流程。得抗虫棉的技术流程。 请据图回答：请据图回答： (1)A(1)A过程需要的酶有过程需要的酶有 。 (2)B(2)B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备 的两个条件是的两个条件是 。 (3)C(3)C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和 激素外激素外, ,还必须加入还必须加入 。 (4)(4)如果利用如果利用DNADNA分子杂交原理对再生植株进行检分子杂交原理对再生植株进行检 测测,D,D过程应该用过
49、程应该用 作为探针。作为探针。 (5)(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的 传递符合孟德尔遗传规律。传递符合孟德尔遗传规律。 将转基因植株与将转基因植株与 杂交杂交, , 其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量 比为比为1111。 若该转基因植株自交若该转基因植株自交, ,则其后代中抗卡那霉素型则其后代中抗卡那霉素型 与卡那霉素敏感型的数量比为与卡那霉素敏感型的数量比为 。 若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上 作离体培养作离体培养, ,则获得的再生植株群
50、体中抗卡那霉素则获得的再生植株群体中抗卡那霉素 型植株占型植株占 % %。 解析解析 重组质粒的获得需要限制酶和重组质粒的获得需要限制酶和DNADNA连接酶连接酶; ; 作为载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿作为载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿 主细胞中复制并稳定保存主细胞中复制并稳定保存; ;二是具有多个限制酶切二是具有多个限制酶切 点点, ,以便与外源基因连接以便与外源基因连接; ;三是具有某些标记基因三是具有某些标记基因, , 便于进行筛选等。便于进行筛选等。B B过程体现出了其中的一、三两过程体现出了其中的一、三两 条。转基因植株与非转基因植株杂交后条。转基因植株与非转基因植
