【生物】2019届一轮复习人教版第35讲基因工程 学案

【生物】2019届一轮复习人教版第35讲基因工程 学案

第35讲　基因工程 ‎[考纲明细]　1.基因工程的诞生(Ⅰ)　2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)　3.基因工程的应用(Ⅱ)　4.蛋白质工程(Ⅰ)　实验：DNA的粗提取与鉴定 板块一　知识·自主梳理 一、基因工程的概念及基本工具 ‎1．基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。‎ ‎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：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。‎ ‎③结果：产生黏性末端或平末端。‎ 例：如下图所示，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；说明限制酶具有专一性。‎ ‎④本质：蛋白质。‎ ‎(2)DNA连接酶 ‎①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。‎ ‎②类型 ‎③DNA连接酶和限制酶的关系 ‎(3)载体 ‎①载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。‎ ‎②常用载体：质粒。其他载体：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。‎ ‎③质粒 a．概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。‎ b．特点：能自我复制；有一个至多个限制酶切位点；有特殊标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。‎ 二、基因工程的基本操作程序 ‎1．目的基因的获取 ‎(1)从基因文库中获取 ‎①前提条件：目的基因序列未知。‎ ‎②基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，可分为基因组文库和部分基因文库(如cDNA文库)。‎ ‎③构建过程 ‎(2)利用PCR技术扩增目的基因 ‎①PCR含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。‎ ‎②PCR原理：DNA双链复制。‎ ‎③前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。‎ ‎④要求 模板：目的基因两条链。‎ 原料：四种脱氧核苷酸。‎ 酶：热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。‎ 引物：人工合成的两条DNA片段(引物1，引物2)。‎ ‎⑤PCR反应过程 ‎⑥方式：指数形式扩增(2n，n为扩增循环的次数)。‎ ‎⑦结果：短时间内大量扩增目的基因。‎ ‎(3)人工合成 ‎①前提条件：核苷酸序列已知，基因比较小。‎ ‎②方法 a．反转录法：目的基因的mRNA单链DNA双链DNA(目的基因)‎ b．化学合成法：蛋白质的氨基酸序列mRNA 的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列目的基因 ‎2．基因表达载体的构建——基因工程的核心 ‎(1)操作目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。‎ ‎(2)组成 ‎(3)构建过程 ‎3．将目的基因导入受体细胞 ‎(1)目的基因导入植物细胞 ‎①农杆菌转化法：最常用的方法。‎ a．受体细胞：植物体细胞或受精卵。‎ b．操作过程：将目的基因插入Ti质粒的TDNA上―→转入农杆菌―→导入植物细胞―→TDNA上的目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上―→目的基因表达。‎ ‎②基因枪法：适用于单子叶植物，成本较高。‎ ‎③花粉管通道法：将目的基因通过花粉管通道导入受体细胞，十分简便经济。‎ ‎(2)目的基因导入动物细胞 ‎①方法：显微注射技术。‎ ‎②受体细胞：动物的受精卵。‎ ‎③操作过程：将含有目的基因的表达载体提纯―→取卵(受精卵)―→显微注射―→受精卵经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内―→获得具有新性状的动物。‎ ‎(3)目的基因导入微生物细胞 ‎①转化方法 a．用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。‎ b．感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子。‎ ‎②受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。‎ ‎③原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。‎ ‎4．目的基因的检测与鉴定 ‎(1)不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。‎ ‎(2)在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。‎ 三、基因工程的应用 ‎1．转基因植物 植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。‎ ‎2．转基因动物 动物基因工程在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。‎ ‎3．基因工程药物 ‎(1)来源：转基因的工程菌。‎ ‎(2)成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。‎ ‎(3)作用：用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。‎ ‎4．基因治疗 ‎(1)方法：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能。‎ ‎(2)效果：治疗遗传病的最有效的手段。‎ ‎(3)分类：体内基因治疗和体外基因治疗。‎ 四、蛋白质工程 ‎1．概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。‎ ‎2．设计流程：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎◆　深入思考 ‎1．用限制酶切割DNA分子时需注意哪些问题？‎ 提示　①获取目的基因和切割载体时，经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是产生相同的黏性末端或平末端。②获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。③限制酶切割位点的选择，必须保证标记基因的完整性，以便于检测。‎ ‎2．将目的基因导入受体细胞整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，能否稳定遗传？为什么？‎ 提示　一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无法稳定遗传。‎ ‎◆　自查诊断 ‎1．限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。(　　)‎ 答案　×‎ ‎2．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。(　　)‎ 答案　×‎ ‎3．抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。(　　)‎ 答案　√‎ ‎4．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。(　　)‎ 答案　×‎ ‎5．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。(　　)‎ 答案　×‎ 板块二　考点·题型突破 考点1‎ 基因工程的操作工具 题型一　限制性核酸内切酶及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，下面选项中能依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用顺序的是(　　)‎ A．①②③④ B．①②④③‎ C．①④②③ D．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分子复制时将单个脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶连接DNA片段；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．下列关于限制酶和DNA连接酶的理解正确的是(　　)‎ A．它们的功能都是起催化作用 B．DNA连接酶可以替代解旋酶 C．在基因工程操作中至少需要三种酶工具 D．一种限制酶既可以切出黏性末端也可以切出平末端 答案　A 解析　酶的功能就是具有催化作用，酶具有专一性，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，因此只能切出一种DNA片段末端。‎ 技法提升 ‎　DNA相关六种酶的比较 题型二　载体的作用及特点 ‎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 D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割 答案　D 解析　标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。‎ ‎4．限制性核酸内切酶MunⅠ和限制性核酸内切酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是(　　)‎ 答案　A 解析　由图可知，质粒B上无标记基因，不适合作为载体；质粒C和D的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点不适合作为载体。质粒A上MunⅠ的切割点不在标记基因上且两种限制酶切割后形成的黏性末端相同，所以质粒A适于作为目的基因的载体。‎ 考点2‎ 基因工程的基本操作程序 题型一　PCR技术的原理及应用 ‎1．多聚酶链式反应(PCR技术)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，其简要过程如下图所示。下列关于PCR技术叙述不正确的是(　　)‎ A．PCR技术是在实验室中以少量DNA制备大量DNA的技术 B．反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板 C．PCR体系中需添加从受体细胞中提取的解旋酶和DNA聚合酶 D．应用PCR技术与探针杂交技术可以检测基因突变 答案　C 解析　PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术，A正确；PCR技术需要模板DNA，且反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板，B正确；PCR的原理是DNA的复制，但变性时不需要解旋酶，C错误；应用PCR技术与探针杂交技术可以检测基因突变，D正确。‎ ‎2．PCR技术是分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图所示)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。‎ ‎(1)PCR的全称是________，94 ℃高温使DNA双链打开，这一步是打开________键，称为________。而这一过程在细胞内是通过________酶实现的。‎ ‎(2)当温度降低时，引物与模板________端结合，在________的作用下，引物沿模板延伸，此过程中原料是________，遵循的原则是________。‎ ‎(3)PCR技术的必要条件除模板、原料、ATP、酶以外，至少还 需要三个条件，即液体环境、适宜的________和________，前者由PCR仪自动调控，后者则靠________来维持。 ‎ ‎(4)DNA的复制需要引物，其主要原因是__________________。引物的实质是________，若将1个DNA分子拷贝10次，则需要在缓冲溶液中至少加入________个引物。‎ 答案　(1)多聚酶链式反应 氢 变性 解旋 ‎(2)3′ 热稳定DNA聚合酶 四种脱氧核苷酸　碱基互补配对 ‎(3)温度 pH 缓冲液 ‎(4)DNA的复制不能从头开始，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链 单链RNA或者单链DNA分子 211－2‎ 解析　打开DNA双链需破坏碱基对间的氢键；引物的游离端为5′端，即合成DNA时从新链的5′→3′端延伸，故引物需与模板的3′端结合；PCR所用液体环境需保障适宜的温度和pH，其pH可借助缓冲液维持；DNA复制不能从头开始，故必须提供引物。在DNA分子扩增时，需要2种引物，由于新合成的链都需要引物作为复制的起点，故所需的引物数目等于新合成的DNA链的数目，即2×210－2＝211－2。‎ 技法提升 ‎1.PCR技术与体内DNA复制的异同点 ‎2．正确理解PCR技术 ‎(1)DNA单链有方向性，DNA母链的3′端对应着子链的5′端，即DNA的两条链是反向平行的。‎ ‎(2)PCR过程中无解旋酶，破坏氢键需要升高温度，但此时的温度还不能破坏磷酸二酯键，因此，热变性后产生的是DNA单链，并不是脱氧核苷酸。‎ ‎(3)复性只是引物与DNA单链的结合，并未形成子链DNA，子链DNA是在延伸阶段形成的。‎ 题型二　目的基因的获取 ‎3．下列获取目的基因的方法中需要模板链的是(　　)‎ ‎①从基因文库中获取目的基因　②利用PCR技术扩增目的基因　③反转录法获得cDNA　④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因 A．①②③④ B．①②③‎ C．②③④ D．②③‎ 答案　D 解析　可依据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等从基因文库中获取目的基因，故①不需要模板；②利用PCR技术扩增目的基因需要DNA的两条链作为模板；③反转录法获得cDNA需要mRNA作为模板；④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因时，不需要模板。‎ ‎4．基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：‎ Ⅰ.(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即________和从________中分离。‎ ‎(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是______________________________________。‎ ‎(3)在基因表达载体中，启动子是________聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是________。‎ Ⅱ.将外源生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊的生长速度比一般绵羊提高30%，体型增大50%。外源生长激素基因除可以从基因组文库中获取外，还可通过以下途径合成：一是利用从供体动物的________细胞中提取的mRNA，在________酶催化下合成；二是通过分析生长激素的________序列推测基因的结构，进而人工合成。这两种途径合成的生长激素基因________(填“相同”或“不同”)，原因是____________________________________。‎ 答案　Ⅰ.(1)人工合成　已有物种　(2)cDNA文库中只含有叶片 细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因　(3)RNA　大肠杆菌(或细菌)‎ Ⅱ.垂体　逆转录　氨基酸　不同　一种氨基酸可能不只由一种密码子决定(密码子的简并性)‎ 解析　Ⅰ.(1)获取目的基因的途径，一是人工合成，二是从自然界已有物种中分离。‎ ‎(2)基因组文库中含有该植物的所有基因，而cDNA文库中只含有已经转录的基因。‎ ‎(3)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位；最常用的原核生物受体细胞是大肠杆菌。‎ Ⅱ.生长激素是垂体合成分泌的，故只有在垂体细胞中才能提取到生长激素基因转录形成的mRNA，再在逆转录酶的催化作用下合成生长激素基因。也可以通过分析生长激素的氨基酸序列，推测出其mRNA中的碱基序列，进而推测出生长激素基因中的碱基序列，最后用化学方法人工合成。因为决定氨基酸的密码子具有简并性，因而这两种方法合成的生长激素基因结构可能不同。‎ 技法提升 ‎　获取目的基因的方法选择 ‎(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中获取目的基因。‎ ‎(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法直接人工合成。‎ ‎(3)如果知道要扩增的目的基因及两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，可以通过PCR技术扩增目的基因。‎ 题型三　基因表达载体的构建 ‎5．在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是(　　)‎ ‎①一个表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子 ‎②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA ‎③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止 ‎④所有基因表达载体的构建是完全相同的 A．②③ B．①② C．①④ D．③④‎ 答案　C 解析　一个表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等，故①错误；启动子能启动转录过程，即有了启动子才能驱动基因转录出mRNA，故②正确；终止子的作用是使转录在所需要的地方停止，故③正确；不同的基因表达载体构建方法不同，故④错误。综上所述，C符合题意。‎ ‎6．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，需要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　图示表示基因表达载体的构建过程，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；此表达载体构建时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ两种限制性核酸内切酶，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。‎ ‎7．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。‎ 技法提升 ‎1.基因表达载体构建时限制酶的选择 ‎(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将不能自主复制。‎ ‎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，目的基因中已含有启动子、终止子，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上接上特定的启动子、终止子。‎ ‎(2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。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。‎ 题型四　目的基因的导入与检测 ‎8．下面为利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是(　　)‎ A．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与 B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上 C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状 D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 答案　D 解析　构建重组质粒需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶，不需要DNA聚合酶，A错误；含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒的TDNA整合到受体细胞的染色体上，而不是重组Ti质粒整合到受体细胞的染色体上，B错误；导入受体细胞的目的基因表达后，转基因植株方能表现出相应性状，若目的基因在受体细胞中不表达，转基因植株不能表现出相应性状，C错误；⑤表现出抗虫性状则表明该植株细胞发生了基因重组，基因重组是可遗传变异，D正确。‎ ‎9．[2017·吉林松原期末]为达到相应目的，必须通过分子检测的是(　　)‎ A．携带链霉素抗性基因受体菌的筛选 B．产生抗人白细胞介素－8抗体的杂交瘤细胞的筛选 C．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定 D．21三体综合征的诊断 答案　B 解析　携带链霉素抗性基因受体菌的筛选，可用含链霉素的培养 基进行培养，能存活的即含有相应的抗性基因，A错误；产生抗人白细胞介素－8抗体的杂交瘤细胞的筛选，细胞水平的筛选只能选出杂交瘤细胞，如筛选出产生特异性抗体的杂交瘤细胞，必须用抗原抗体杂交法从分子水平上进一步检测，B正确；转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定，用抗虫接种实验检测即可，C错误；21三体综合征的诊断，可用显微镜镜检观察检测，D错误。‎ ‎10．[2017·威海模拟]科学家将人的生长激素基因与某种细菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达(如下图)。请据图分析回答：‎ ‎(1)细菌是理想的受体细胞，这是因为它__________________。‎ ‎(2)质粒A与目的基因结合时，首先需要用________酶将质粒切开“缺口”，然后用________酶将质粒与目的基因“缝合”起来。‎ ‎(3)若将细菌B先接种在含有________的培养基上能生长，说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；若将细菌B再重新接种在含有________的培养基上不能生长，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。‎ 答案　(1)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 ‎(2)限制性核酸内切　DNA连接 ‎(3)氨苄青霉素　四环素 解析　(1)细菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等优点，因此是基因工程中的理想的受体细胞。‎ ‎(2)构建基因表达载体时，需先用限制酶分别切割目的基因和载体，再用DNA连接酶将两者连接起来。‎ ‎(3)质粒A和重组质粒中都有完整的抗氨苄青霉素基因，因此细菌有氨苄青霉素抗性说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；重组质粒中四环素抗性基因内插入了目的基因，不能表达，因此细菌对四环素无抗性则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。‎ 技法提升 ‎　如何筛选出含有目的基因的受体细胞 ‎(1)原理：将目的基因插入含有两种抗生素的载体时，如果插入某种抗生素基因内部，则会导致该抗生素基因失活。如图，目的基因插入了四环素基因内部，则四环素基因失活。‎ ‎(2)被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含质粒—质粒的细菌。‎ ‎(3)筛选方法：将含有重组质粒的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含质粒—质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用灭菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5菌落。最后，可在含氨苄青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。‎ 考点3‎ 基因工程的应用及蛋白质工程 题型一　基因工程的应用 ‎1．以下有关基因工程应用的说法正确的是(　　)‎ A．用基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒 B．基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大的动物 C．基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物 D．科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物中，或者改变这些氨基酸的合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量 答案　C 解析　基因工程培育的抗虫棉只能抗某种虫害，不能抗病毒，A错误；基因工程用于畜牧业主要是为了改良动物品种，改善畜产品的品质，B错误；想要提高植物的氨基酸含量，应将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，D错误。‎ ‎2．有一种单基因遗传病——α1抗胰蛋白缺乏症，患者会出现肺气肿及其他疾病。注射α1抗胰蛋白酶可治疗该病。图甲表示获取人α1抗胰蛋白酶基因的两种方法，图乙表示获取α1抗胰蛋白酶的方法。据图回答：‎ ‎(1)图甲表示的是基因工程中的________步骤。完成a过程的酶的作用特点是___________________________________________。‎ ‎(2)c过程需要的原料是________，遗传信息的传递方向是________。‎ ‎(3)图乙中的d表示________。‎ ‎(4)GEP(绿色荧光蛋白)基因的作用是__________________。‎ 答案　(1)目的基因的获取　识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子 ‎(2)四种脱氧核苷酸　RNA→DNA ‎(3)基因表达载体 ‎(4)筛选含有目的基因的受体细胞 解析　(1)图甲中方法1是用限制酶切割获得目的基因，方法2是用逆转录法获取目的基因。限制酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。‎ ‎(2)逆转录是以mRNA为模板合成DNA，所以原料是四种脱氧核苷酸，遗传信息是从RNA到DNA。‎ ‎(3)d表示基因表达载体。‎ ‎(4)标记基因的作用是筛选含有目的基因的受体细胞。‎ ‎3．肺细胞中的let7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let7基因导入肺癌细胞实 现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如下图1。‎ 请回答：‎ ‎(1)进行过程①时，需用________酶切开载体以插入let7基因。载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let7基因转录，该部位称为________。‎ ‎(2)进行过程②时，需用________酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。‎ ‎(3)研究发现，let7基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理如图2。据图分析，可从细胞中提取________进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中________(RAS mRNA/RAS蛋白)含量减少引起的。‎ 答案　(1)限制性核酸内切(或限制)　启动子　(2)胰蛋白　(3)RNA　RAS蛋白 解析　(1)过程①为基因表达载体的构建，该过程涉及的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶，需用限制酶切开载体以插入let7基因。完整的基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等，而启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点。‎ ‎(2)进行过程②时，用胰蛋白酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于细胞的传代培养。‎ ‎(3)从图中可以看出，RAS mRNA和let7基因转录的miRNA配 对形成杂交分子，从而抑制了癌基因RAS的表达，故可以提取RNA进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。‎ 技法提升 ‎　有关基因工程应用的四个易错点 ‎(1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。‎ ‎(2)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。‎ ‎(3)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。‎ ‎(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。‎ 题型二　蛋白质工程 ‎4．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，不正确的是(　　)‎ A．胰岛素的本质是蛋白质不宜口服使用 B．可通过测定DNA的序列确定突变是否成功 C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 D．该过程的操作对象是胰岛素分子 答案　D 解析　胰岛素的本质是蛋白质。只能注射，不宜口服使用，A正确；可通过测定DNA的序列确定突变是否成功，B正确；对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程，C正确；蛋白质工程的操作对象是基因，D错误。‎ ‎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____________________________‎ ‎_______________检测基因表达载体是否导入受体细胞，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　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)由图分析可知，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。‎ 技法提升 ‎　蛋白质工程与基因工程的比较 实验十六 DNA的粗提取与鉴定 ‎1．DNA粗提取和鉴定的原理 ‎(1)提取思路：利用DNA和其他物质在理化性质方面的差异，提取DNA。‎ ‎(2)DNA的性质(提取和鉴定原理)：‎ ‎①DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同 ‎②DNA不溶于酒精；‎ ‎③对酶、高温和洗涤剂的耐受性强；‎ ‎④DNA＋二苯胺试剂蓝色。‎ ‎2．DNA粗提取和鉴定的操作流程 ‎1．[2017·扬州江都中学段考]下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是(　　)‎ A．DNA既溶于2 mol/L的NaCl溶液也溶于蒸馏水 B．向鸡血细胞液中加蒸馏水是为了释放出DNA C．向浓盐溶液中加蒸馏水是为了析出DNA D．用菜花替代鸡血做实验，其实验操作步骤相同 答案　D 解析　DNA既溶于2 mol/L的NaCl溶液也溶于蒸馏水，A正确；向鸡血细胞液中加蒸馏水是为了让鸡血细胞吸水涨破，从而释放出DNA，B正确；向溶解DNA的浓盐溶液中加蒸馏水是为了降低DNA的溶解度，进而析出DNA，C正确；用菜花替代鸡血作为实验材料，其实验操作步骤不完全相同，如植物细胞有细胞壁，破碎细胞时需要研磨并加入食盐和洗涤剂，D错误。‎ ‎2．下列关于“DNA的粗提取和鉴定”实验依据原理的叙述，错误的是(　　)‎ A．利用DNA不溶于酒精溶液，而蛋白质能溶于酒精溶液，可 将DNA与蛋白质分离 B．利用高温能使蛋白质变性，却对DNA没有影响的特性，可将DNA与蛋白质分离 C．利用二苯胺与DNA沸水浴呈现蓝色可用于DNA的鉴定 D．在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离 答案　B 解析　高温能使蛋白质、DNA变性，蛋白质在60～80 ℃发生变性，而DNA在80 ℃以上才变性。‎ 技法提升 ‎　DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、4、4”‎ ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 板块三　方向·真题体验 ‎1．[2017·全国卷Ⅰ]真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：‎ ‎(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________。‎ ‎(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用__________作为载体，其原因是 ‎________________________________________________。‎ ‎(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有______________________________(答出两点即可)等优点。‎ ‎(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是__________________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。‎ ‎(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是______________________________________________________。‎ 答案　(1)基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A ‎(2)噬菌体　噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕 ‎(3)繁殖快、容易培养 ‎(4)蛋白A的抗体 ‎(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 解析　(1)人是真核生物，从人的基因组文库中获得的基因A有内含子，而受体细胞大肠杆菌是原核生物，原核生物基因中没有内含子，相应的就没有切除内含子对应的RNA序列的机制，故无法表达出蛋白A。‎ ‎(2)噬菌体是专一性侵染细菌的病毒，以细菌为宿主细胞，而昆虫病毒侵染的是昆虫，以昆虫为宿主细胞。家蚕属于昆虫，故应选用昆虫病毒作为载体。‎ ‎(3)与家蚕相比，大肠杆菌具有繁殖快、容易培养等优点，故要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。‎ ‎(4)检测基因A是否翻译出蛋白A，可用抗原—抗体杂交法。‎ ‎(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型细菌的DNA可以使R型细菌发生转化，说明可调控多糖荚膜产生的基因整合到了R型细菌的DNA分子中并成功得以表达。也就是说DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体并进行表达，这就为基因工程理论的建立提供了启示。‎ ‎2．[2017·全国卷Ⅱ]几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：‎ ‎(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是___________________________________。‎ ‎(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_________________________________________________________。‎ ‎(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是______________________________________(答出两点即可)。‎ ‎(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是________________________。‎ ‎(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是___________________________________________________。‎ 答案　(1)嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解 ‎(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA ‎(3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子 ‎(4)磷酸二酯键 ‎(5)目的基因的转录或翻译异常 解析　(1)与老叶相比，嫩叶组织细胞易破碎，容易提取到几丁质酶的mRNA。提取RNA时，提取液中添加RNA酶抑制剂可防止RNA被RNA酶催化降解。‎ ‎(2)以mRNA为模板，按照碱基互补配对原则，在逆转录酶的作用下，通过逆转录(反转录)可以获得cDNA。‎ ‎(3)因该目的基因是通过逆转录形成的，无表达所需的启动子，也无在受体细胞内进行复制所需的复制原点等，所以在受体细胞内不能稳定存在和表达，也不能遗传下去。‎ ‎(4)构建基因表达载体时，DNA连接酶能催化目的基因和质粒载体这两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。‎ ‎(5)转基因植株的基因组中含有几丁质酶基因，但该植株抗真菌的能力并没有提高，可能是由于转录或翻译异常，即几丁质酶基因未能正常表达。‎ ‎3．[2016·全国卷Ⅰ] 某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH Ⅰ酶切后，与用BamH Ⅰ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未 被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：‎ ‎(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有________________________________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。‎ ‎(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是________________________________________；并且____________和________________的细胞也是不能区分的，其原因是________________________________________________。‎ 在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________的固体培养基。‎ ‎(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自______________。‎ 答案　(1)能自我复制、具有标记基因 ‎(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素 ‎(3)受体细胞 解析　(1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，且含有特殊的标记基因。‎ ‎(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠 杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。根据题图，用BamHⅠ切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。‎ ‎(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。‎ ‎4．[2016·全国卷Ⅲ]图a中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图b为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。‎ 根据基因工程的有关知识，回答下列问题：‎ ‎(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是____________。‎ ‎(2)若某人利用图b所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图c所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是______________________________________________________。‎ ‎(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________________和________________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________________。‎ 答案　(1)Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 ‎(2)甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录 ‎(3)E·coli DNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶 解析　(1)由于限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后产生的片段具有相同的黏性末端，所以经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。‎ ‎(2)启动子是一段有特殊序列的DNA片段，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。终止子也是一段有特殊结构的DNA短片段，相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停止下来。在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达。而图甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，两者目的基因均不能转录，所以都不能表达目的基因的产物。‎ ‎(3)常见DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。‎ ‎5．[2015·全国卷Ⅱ]已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是 一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：‎ ‎(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。‎ ‎(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：________________________________________。‎ ‎(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________________和________________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。‎ 答案　(1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可)　(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)‎ ‎(3)设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能 解析　(1)由题干信息可知，改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。‎ ‎(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知，获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。‎ ‎(3)蛋白质工程的基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定，看是否达到人们的需求。‎ ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 限时规范特训 一、选择题 ‎1．下列关于基因工程技术的叙述，正确的是(　　)‎ A．切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列 B．PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应 C．载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D．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 答案　D 解析　切割质粒的限制性核酸内切酶可特异性识别4、5、6或8个核苷酸序列，A错误；PCR技术采用不同的温度是为了变性、复性和延伸，B错误；载体质粒通常含抗生素抗性基因作为标记基因，便于筛选重组质粒，C错误；抗虫基因即使成功插入到受体细胞的染色体上，也不一定能表达，需进一步检测鉴定，D正确。‎ ‎2．基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是(　　)‎ A．目的基因　限制酶　载体　受体细胞 B．重组DNA　RNA聚合酶　限制酶　连接酶 C．工具酶　目的基因　载体　受体细胞 D．模板DNA　mRNA　质粒　受体细胞 答案　C 解析　目的基因、限制酶、运载体、受体细胞是基因工程必需具备的条件，此外还需要DNA连接酶，A错误；重组DNA是由目的基因和质粒重组形成的，RNA聚合酶是转录需要的酶，基因工程技术不需要该种酶，B错误；限制酶和DNA连接酶属于工具酶，另外运载体、目的基因和受体细胞是基因工程中必需具备的条件，C正确；‎ mRNA是基因转录的产物，基因工程中不需要提供该物质，质粒是运载体中的一种，除了质粒还有动植物病毒和噬菌体衍生物，因此质粒不是基因工程中必需的，D错误。‎ ‎3．下图表示转基因动、植物的成功培育过程，有关叙述错误的是(　　)‎ A．目的基因导入受体细胞A前，受体细胞要用Ca2＋处理，使其处于感受态 B．①过程用到的生物技术包括动物细胞培养、胚胎移植 C．过程②要用到植物组织培养技术 D．可通过标记基因对受体细胞A、B进行筛选 答案　A 解析　受体细胞A一般为动物的受精卵，使用显微注射法，不需要用氯化钙处理，当受体细胞为微生物细胞时，才需要用氯化钙处理以增加细胞膜的通透性，A错误；由于受体细胞A一般为动物的受精卵，所以培养成转基因羊需要用到动物细胞培养、胚胎移植等技术，B正确；过程②需要将植物细胞培育成植株，所以要用到植物组织培养技术，C正确；标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，因此通过标记基因对受体细胞A、B进行筛选，D正确。‎ ‎4．下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是(　　)‎ A．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得 B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点 C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来 D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用 答案　C 解析　人肝细胞中胰岛素基因不表达，因而不存在胰岛素mRNA，A错误；复制原点是基因表达载体复制的起点，而胰岛素基因表达的起点是启动子，B错误；借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来，C正确；起始密码子和终止密码子在翻译过程中起作用，启动子和终止子在转录中起作用，D错误。‎ ‎5．[2017·无锡质检]下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　)‎ A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系 B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能 C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构 D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行重新设计 答案　D 解析　蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基序列→创造出自然界不存在的蛋白质，因此A、B、C正确；蛋白质工程是通过对基因的改造来实现对蛋白质的改造，而不是直接对氨基酸的分子结构进行重新设计，D错误。‎ 二、非选择题 ‎6．下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列问题。‎ ‎(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶________切割质粒，用限制酶________切割抗虫基因。①过程在________(填“体内”或“体外”)进行。‎ ‎(2)通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。‎ ‎(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是_________________________________________________。‎ ‎(4)⑤过程所用技术称为________，从遗传学角度来看，根本原因是根细胞具有______________________________________。‎ 答案　(1)Ⅱ　Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ)　体外 ‎(2)四环素 ‎(3)大量复制目的基因(抗虫基因)‎ ‎(4)植物组织培养　发育成完整个体的全部遗传物质 解析　(1)由图中目的基因片段两端的碱基序列可知，限制酶Ⅰ可以切割目的基因两端，限制酶Ⅱ能切割右端，故用酶Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ)切割可以获得目的基因，质粒上的两个酶切位点，分别在两个抗性基因上，用酶Ⅰ切割，两个抗性基因全被破坏，用酶Ⅱ切割保留一个四环 素抗性基因。‎ ‎(2)根据重组质粒与普通质粒上抗性基因的种类可知，如果成功导入质粒，则大肠杆菌可以在含四环素的培养基上生长，否则死亡，则该选择培养基中应该添加四环素。‎ ‎(4)⑤是将携带抗虫基因的根细胞培养成植株的过程，该过程为植物组织培养，细胞全能性是该技术的理论基础。‎ ‎7．[2017·威海模拟]人类在预防与诊疗传染性疾病的过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原，疫苗生产和抗体制备的部分流程如下图：‎ ‎(1)过程①代表的是________________。‎ ‎(2)过程③构建A基因重组载体时，必须使用限制性核酸内切酶和________________两种工具酶。由过程③构建A基因重组载体，其组成除了目的基因外，还必须有启动子、________________________以及复制原点等。‎ ‎(3)过程④要检测A基因是否进入受体细胞，常用的方法是________________法；要检测A基因在受体细胞内是否翻译出蛋白质，需用________________法。‎ ‎(4)过程⑦采用的生物技术是________________。‎ 答案　(1)逆转录　(2)DNA连接酶　终止子、标记基因　(3)DNA分子杂交　抗原—抗体杂交　(4)细胞融合技术 解析　(1)分析流程图可知①是逆转录过程。‎ ‎(2)构建A基因重组载体时，首先需用限制性核酸内切酶切割含有A基因的外源DNA分子和运载体，再用DNA连接酶连接A基因 和运载体形成A基因重组载体。重组载体的结构包括目的基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点等。‎ ‎(3)要检测目的基因是否进入受体细胞，常用的是DNA分子杂交法，检测目的基因是否表达可用抗原—抗体杂交的方法。‎ ‎(4)⑦是动物细胞融合过程，需采用细胞融合技术。‎ ‎8．[2017·湖北高三模拟]我国拥有自主知识产权的抗虫棉，是将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因导入到棉花的叶肉细胞中培育而成。回答下列问题：‎ ‎(1)在该基因工程中，Bt毒蛋白基因属于________________，离体棉花叶肉细胞属于________________。Bt毒蛋白基因可从基因组文库中获取，也可从cDNA文库中获取，含有基因中启动子的文库是________文库。‎ ‎(2)获取的Bt毒蛋白基因需要与载体结合构建基因表达载体。在基因工程中使用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、________________等，其中质粒的化学成分是________。‎ ‎(3)科学家最初做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉铃虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明Bt毒蛋白基因________________。为此，科学家对棉植株中的Bt毒蛋白基因进行了修饰，结果食用了棉叶的棉铃虫中毒死亡了，从变异类型分析，这种对Bt毒蛋白基因的修饰属于________。‎ ‎(4)转基因植物存在一定的安全性问题，为避免Bt毒蛋白基因通过花粉传播进入其他植物，一般将Bt毒蛋白基因转入棉花细胞的________________(填“细胞核”或“叶绿体”)。‎ 答案　(1)目的基因　受体细胞　基因组　(2)动植物病毒　DNA　(3)没有成功表达　基因突变　(4)叶绿体 解析　(1)在该基因工程中，Bt毒蛋白基因属于目的基因，离体棉花叶肉细胞属于受体细胞。Bt毒蛋白基因可从基因组文库中获取，也可从cDNA文库中获取，含有基因中启动子的文库是基因组文库。‎ ‎(2)在基因工程中使用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物 病毒等，其中质粒是小型环状DNA。‎ ‎(3)科学家最初做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明Bt毒蛋白基因没有成功表达。由题意，基因没有表达可能是缺少了启动子，所以基因修饰是给基因添加了启动子，即给基因添加了一段碱基序列。所以从变异的角度分析，基因修饰使基因得到表达属于基因突变。‎ ‎ (4)由于植物的花粉中含有细胞核，基本不含细胞质，因此为避免Bt毒蛋白基因通过花粉传播进入其他植物，一般将Bt毒蛋白基因转入棉花细胞的叶绿体中。‎ ‎9．[2017·郑州模拟]我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。下图为培育转基因水稻过程示意图，请分析回答：‎ ‎(1)铁结合蛋白基因来自菜豆，可通过________技术扩增获取，如果该基因脱氧核苷酸序列已知且比较小，还可用________方法直接人工合成。‎ ‎(2)铁结合蛋白基因需插入重组Ti质粒上的________之间。‎ ‎(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得________________；培养基3与培养基2的区别是__________________。检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因稻米中__________________。‎ ‎(4)将T0代植株上收获的种子种植成T1代株系，检测各单株的潮霉素抗性。若少数T1代株系的所有植株都表现为对潮霉素敏感，但其体内能检测到铁结合蛋白基因，造成这一结果最可能的原因是____________________。‎ 答案　(1)PCR　化学 ‎(2)启动子和终止子 ‎(3)含有重组质粒的愈伤组织　生长素和细胞分裂素的浓度比例不同(植物激素比例)　铁的含量 ‎(4)潮霉素抗性基因没有表达(或潮霉素抗性基因丢失等)‎ 解析　(1)获取目的基因的方法有三种：①从基因文库中获取，②利用PCR技术扩增，③人工合成(化学合成)。如果基因的脱氧核苷酸序列已知且比较小，可以通过DNA合成仪用化学合成法获得此目的基因，再用PCR技术进行扩增。‎ ‎(2)基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。‎ ‎(3)质粒上的标记基因为潮霉素抗性基因，因此通过培养基2的筛选培养，可以获得含有重组质粒的愈伤组织。培养基3中进行的是再分化过程，是通过生长素与细胞分裂素的浓度的比例调节的，所以培养基3与培养基2的区别是生长素和细胞分裂素的浓度比例不同。检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻成熟种子中铁的含量。‎ ‎(4)如果体内能检测到铁结合蛋白基因，而表现为对潮霉素敏感，最有可能的就是潮霉素抗性基因没有表达或者潮霉素抗性基因丢失。‎ ‎10．[2017·广东肇庆三模]“今又生”是我国为数不多的首创基因治疗药物之一，其本质是利用腺病毒和人P53基因(抑癌基因)拼装得到的重组病毒。人的P53蛋白可对癌变前的DNA损伤进行修复，使其恢复正常，或诱导其进入休眠状态或细胞凋亡，阻止细胞癌变。“今又生”的载体采用第一代人5型腺病毒，其致病力很弱，其基因不整合到宿主细胞的基因组中，无遗传毒性；载体经基因工程改造后，只 对细胞实施一次感染，不能复制，不会污染。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)在“今又生”的生产中，为了获得更高的安全性能，在载体一般应具备的条件中，科学家选择性地放弃了一般载体都应具有的________特点。检测P53基因的表达产物，可以采用____________________技术。‎ ‎(2)如果要大量扩增P53基因，一般采用PCR技术，该技术中需使用的一种特殊的酶______________________________。与体内DNA复制相比较，PCR反应要在______________________中才能进行，并且要严格控制______________条件。‎ ‎(3)如果要获得胚胎干细胞进行研究，则胚胎干细胞可来源于囊胚的__________________，或胎儿的原始性腺；在培养时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为____________。如果想继续培养则需要重新用________处理，然后分瓶继续培养，这样的培养过程通常被称为传代培养。‎ 答案　(1)自我复制　抗原—抗体杂交 ‎(2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)　一定的缓冲溶液　温度 ‎(3)内细胞团　接触抑制　胰蛋白酶 解析　(1)根据题干信息“载体经基因工程改造后，只对细胞实施一次感染，不能复制”可知，在“今又生”的生产中，为了获得更高的安全性能，科学家选择性地放弃了载体的自我复制功能。检测目的基因是否表达产生蛋白质可采用抗原—抗体杂交技术。‎ ‎(2) PCR技术是在较高温度下进行的，因此该技术中需使用热稳定DNA聚合酶；与体内DNA复制相比较，PCR反应要在一定的缓冲溶液中才能进行，并且要严格控制温度等条件。‎ ‎(3)胚胎干细胞来源于囊胚的内细胞团或胎儿的原始性腺；在培养时，细胞充满培养皿底部后停止分裂，这种现象称为接触抑制。如果想继续培养则需要重新用胰蛋白酶处理，然后分瓶继续培养，这样的培养过程通常被称为传代培养。‎ ‎11．[2017·黑龙江大庆一中期末]镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β－肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：‎ ‎(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的___________________________________________________序列发生改变。‎ ‎(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作__________________________________________________。‎ ‎(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。‎ ‎(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行________________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。‎ 答案　(1)碱基对(或脱氧核苷酸)‎ ‎(2)不属于　没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)‎ ‎(3)mRNA(或RNA)　逆转录　DNA连接 ‎(4)蛋白质　抗原—抗体 解析　(1)编码血红蛋白的基因中碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。‎ ‎(2)蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质。‎ ‎(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。‎ ‎(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原—抗体杂交实验加以判断。‎