高中生物選修3第1講基因工程

現(xiàn)代生物科技專題

：XIANDAISHENGWUKEJIZHUANTI

第1講基因工程

考

綱

要

求

1.基因工程的誕生（I）

2.基因工程的原理及技術（含PCR技術）（11）

3.基因工程的應用（H）

4.蛋白質(zhì)工程（I）

核

心

素

養(yǎng)

1.基因的結構與功能。（生命觀念）

2.基因工程的操作流程圖及蛋白質(zhì)的流程圖等。（科學思維）

3.基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程。（科學探究）

4.正確看待轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全問題。（社會責任）

考點一基因工程的基本工具及基本程序

［知識?能力?素養(yǎng)】

材?研賣

1.基因工程的概念

（1）概念：按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基

因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物

類型和生物產(chǎn)品。

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⑵優(yōu)點

①與雜交育種相比：克服了遠緣雜交不親和的障礙。

②與誘變育種相比：定向改造生物的遺傳性狀。

2.基因工程的基本工具

(1)限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酸)。

①來源：主要來自原核生物。

②特點：具有專一性,表現(xiàn)在兩個方面：

識別——雙鏈DNA分子的某種特定核昔酸序列。

切割——特定核甘酸序列中的特定位點。

③作用：斷裂特定的兩個核昔酸之間的磷酸二酯鍵。

④結果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。

(2)DNA連接酶

種類E-coliDNA連接酶T4DNA連接酶

來源大腸桿菌T4噬菌體

特點縫合黏性末端縫合黏性末端和平末端

作用縫合雙鏈DNA片段，恢復兩個核昔酸之間的磷酸二酯鍵

⑶載體

①種類：質(zhì)粒、入噬菌體的衍生物、動植物病毒等。

［能自我復制

②質(zhì)粒的特點《有一個至多個限制酶的切割位點

〔有特殊的標記基因

③運載體的作用：攜帶外源DNA片段進入受體細胞。

3.基因工程的基本程序

⑴目的基因的獲取

①從基因中獲取

么波［利用mRNA反轉(zhuǎn)錄合成

②人工口成］通過DNA合成儀用化學方法人工合成

③利用PCR技術擴增

⑵基因表達載體的構建——基因工程的核心

①目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同

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時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。

②基因表達載體的組成

「目的基因

一復制原點

篡回一啟動子:RNA聚合酶識別和結合的部位,

表達—驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄

回國一終止子:RNA聚合酶脫離部位，終止轉(zhuǎn)錄

L標記基因：為鑒別受體細胞中是否含有

目的基因

⑶將目的基因?qū)胧荏w細胞

①轉(zhuǎn)化含義：目的基因進入受體細胞內(nèi),并且在受體細胞內(nèi)遺傳和表達的

過程。

②轉(zhuǎn)化方法

生物類型植物動物微生物

大腸桿菌或酵母菌

受體細胞體細胞受精卵

等

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、

常用方法顯微注射法感受態(tài)細胞法

花粉管通道法

(4)目的基因的檢測與鑒定

方法檢測或鑒定目的水平

DNA分子雜交技術檢測目的基因的有無

分子雜交技術目的基因是否轉(zhuǎn)錄個體水平

抗原一抗體雜交目的基因是否翻譯

抗蟲或抗病接種實驗是否具有抗蟲抗病特性分子水平

4.PCR技術

⑴原理：DNA雙鏈復制。

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(模板：DNA母鏈

I酶:酶

(2)條件］引物：分別與單鏈相應序列相結合

、原料：分別為dCTP、dATP、dGTP、dTTP。

'變性：90~95℃條件下受熱變性后解鏈為單鏈

(3)過程復性：55~60℃條件下，引物與單鏈相應互補

序列結合

、延伸：70~75℃條件下在酗踵作用下合成子鏈

(4)結果：上述三步反應完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，

隨著重復次數(shù)的增多，DNA分子就以2"的形式增加。PCR的反應過程都是在

PCR擴增儀中完成的。

1.基因工程技術使用限制酶需注意的四個問題

(1)獲取目的基因和切割載體時，經(jīng)常使用同一種限制酶(也可使用能切出相

同末端的不同限制酶)，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。

(2)獲取一個目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。

(3)限制酶切割位點的選擇，必須保證標記基因的完整性，以便于檢測。

(4)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶

切割目的基因和質(zhì)粒。

2.載體上標記基因的作用

載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體

細胞沒有抵抗相關抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞

后，抗性基因在受體細胞內(nèi)表達，使受體細胞能夠抵抗相應抗生素，所以在受

體細胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細胞，原理

如圖所示：

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進入受在含有家子青鑫索

Ampr體細I____I的培養(yǎng)基上培養(yǎng)一

含有抗氨若直只有含布.載體,

青霉素基因

大腸桿菌中有的并旦載體上的

的質(zhì)粒

有載體進入，有基因表達的大

的沒有載體進入腸桿菌才能存

活并增殖

3.基因工程操作的四個易錯點

(1)目的基因的插入位點不是隨意的，基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控,

所以目的基因應插入啟動子與終止子之間的部位。

(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互

補配對現(xiàn)象。

(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染雙子葉或裸子植物的細胞，并將其Ti

質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細胞染色體DNA上。

(4)啟動子W起始密碼子，終止子W終止密碼子

啟動子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止；起始

密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。

-提升1

儂生命觀念—結構與功能觀加

1.非洲爪蟾核糖體蛋白基因可以與質(zhì)粒重組，并且在大腸桿菌細胞中表達,

其遺傳學基礎是什么？

提示：非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒均具有相同的組成單位和雙螺旋結

構，且不同生物的密碼子相同。

少科學思維一模型勺建模以

2.用箭頭及簡要的文字簡述基因組和部分基因構建過程。

限制酶

提示：基因組的構建過程：某種生物全部DNA----------＞許多DNA片段

分別與載體

----------＞受體菌群體。

連接導入

反轉(zhuǎn)錄

部分基因的構建過程為：某種生物發(fā)育的某個時期的mRNA——?

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與載體

cDNA----------?受體菌群體。

連接導入

［考法?考技?考能】

考法1＞考查基因工程的工具

1.(2019?沈陽市東北育才學校高三模擬)青蒿素是最有效的抗瘧疾藥物，但

野生黃花蒿青蒿素產(chǎn)量低，為緩解青蒿素供應不足的狀況，科學家將51s基因和

tmr基因?qū)朦S花蒿的愈傷組織從而獲得了黃花蒿的冠瘦組織，改造過程用到的

部分結構如圖。

⑴科學家將目的基因?qū)朦S花蒿愈傷組織細胞的常用方法是

(2)圖中結構P、T是基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，其中結構P的作用

。為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，并將含有目的基

因的細胞篩選出來，圖中還缺少的結構是0

(3)在獲得轉(zhuǎn)基因的冠瘦組織過程中，是核心步驟，

在具體操作中常常使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的限制酶對目的基因和運載體

的兩端分別進行切割，這樣做的好處是。

(4)T-DNA的作用是可以使,并插入到植物細胞中

染色體的DNA上，要檢測目的基因是否插入到冠瘦組織細胞的染色體DNA上,

可采用技術。

(5)與愈傷組織相比，冠瘦組織的生長速度更快，原因可能是

［解析］(1)目的基因?qū)胫参锛毎姆椒ㄓ修r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉

管通道法，而導入植物細胞最常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，因此，科學家將目的基因?qū)?/p>

入黃花蒿愈傷組織細胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。

(2)圖中結構P、T與基因的轉(zhuǎn)錄有關，即基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，T為終止子,

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則P為啟動子，它的作用是RNA聚合酶識別和結合的部位。為了鑒別受體細胞

中是否含有目的基因，并將含有目的基因的細胞篩選出來，圖中還缺少的結構

是標記基因。

(3)在獲得轉(zhuǎn)基因的冠瘦組織過程中，基因表達載體的構建是核心步驟，在

具體操作中常常使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的限制酶對目的基因和運載體的

兩端分別進行切割，這樣做的好處是可以避免目的基因和運載體的自身連接成

環(huán)和反向連接。

(4)T-DNA的作用是可以使目的基因進入植物細胞，并插入到植物細胞中染

色體的DNA上，要檢測目的基因是否插入到冠瘦組織細胞的染色體DNA上，

可采用DNA分子雜交技術。

(5)冠瘦組織的生長與細胞的分裂和伸長等有關，由此推知冠瘦組織的生長

速度更快,原因可能是5s和加r基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長素和細胞分裂素，

促進其生長。

［答案］(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法Q)RNA聚合酶識別和結合的部位標記基因

(3)基因表達載體的構建(或構建基因表達載體)可以避免目的基因和運載體的

自身連接成環(huán)和反向連接(4)目的基因進入植物細胞DNA分子雜交(5)加s

和麗r基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長素和細胞分裂素，促進了冠瘦組織的生長

考法2〉基因工程的操作程序

2.(2019?晉冀魯豫高三聯(lián)考)真核生物基因中通常含內(nèi)含子，而原核生物基

因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制。

研究發(fā)現(xiàn)綠色木霉合成并分泌的環(huán)氧化水解酶可降解黃曲霉素Bl?現(xiàn)有含綠色

木霉的菌液，為獲得環(huán)氧化水解酶，研究小組進行以下兩種嘗試：

(1)方法一

①從含有綠色木霉的菌液中提取細胞的mRNA,在_______酶的催化下，

合成cDNA。

②以cDNA為模板，通過_______技術大量擴增，獲得目的基因。

③構建目的基因表達載體，導入大腸桿菌的體內(nèi)。

④目的基因在大腸桿菌體內(nèi)正常轉(zhuǎn)錄，但是翻譯產(chǎn)生的環(huán)氧化水解酶沒有

生物活性，需做進一步的處理加工，原因在于。

(2)方法二

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①提取綠色木霉的全部DNA,選用適當?shù)拿柑幚砗?，會獲得一些

小的DNA片段。

②選擇一些合適的載體與獲取的DNA片段構建基因表達載體。與從cDNA

中獲取目的基因構建表達載體所用載體相比，該載體組成不需要添加

___________________成分。

③載體和這些DNA片段連接起來，導入受體菌的群體中儲存。

④從這些受體菌的群體中篩選出含有目的基因的受體菌，分離出目的基因，

將該目的基因和載體結合，通過________法導入大腸桿菌體內(nèi)。

⑤該目的基因在大腸桿菌的體內(nèi)正常轉(zhuǎn)錄，但其不能進行翻譯，原因在于

［解析］⑴以mRNA合成cDNA的過程為逆轉(zhuǎn)錄。以已知的cDNA為模板

擴增目的基因的過程稱為PCR技術。綠色木霉為真核生物，合成并分泌的環(huán)氧

化水解酶為分泌蛋白，而大腸桿菌為原核生物，細胞內(nèi)無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，

因此在其體內(nèi)翻譯產(chǎn)生的環(huán)氧化水解酶沒有生物活性。

(2)由提取綠色木霉的全部DNA獲取一些小的DNA片段需要用限制酶進行

處理。從cDNA中獲取目的基因中無啟動子和終止子。將該目的基因?qū)氪竽c

桿菌的方法為轉(zhuǎn)化法。從基因組里分離出的該目的基因在大腸桿菌的體內(nèi)正常

轉(zhuǎn)錄，但其不能進行翻譯，原因在于目的基因中存在內(nèi)含子。

［答案］(1)①逆轉(zhuǎn)錄②PCR④環(huán)氧化水解酶是分泌蛋白，需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和

高爾基體加工(2)①限制②啟動子、終止子④轉(zhuǎn)化⑤目的基因中存在內(nèi)

含子

3.(2019?郴州市高三二模)甘蔗黃葉綜合癥是一種由甘蔗黃葉病毒所引起的

禾本科植物病毒，科學家通過甘蔗黃葉病毒外殼蛋白基因(簡稱CP蛋白基因)轉(zhuǎn)

化植物來獲得抗病轉(zhuǎn)基因新品種。

(1)首先從甘蔗黃葉綜合癥的病葉中提取RNA,此過程中為了防止RNA被

分解，需加入抑制劑，以提取的RNA為模板通過________獲得cDNA。

⑵對獲取的cDNA進行PCR擴增,在此反應體系中，除了模板DNA、dNTP

外，還需加入,獲得大量的cDNA需要在4c的低溫下保存?zhèn)溆茫?/p>

因是。

(3)將cDNA和質(zhì)粒用同一種限制酶切割，產(chǎn)生相同的平末端，再用

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將二者進行連接(填“E?co〃DNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)。在培養(yǎng)基上接

種培養(yǎng)大腸桿菌作為受體細胞，同時加入一定量的CaCL低溫冷卻液，目的是制

備細胞，其具有的特殊功能是o

(4)為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，

并從血清中分離獲得作為檢測劑。

［解析］(l)RNA酶可將RNA水解，因此為了防止RNA被分解，需加入

RNA酶抑制劑；以RNA為模板獲得cDNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄。

(2)采用PCR技術擴增目的基因時的條件有模板DNA、dNTP、引物、Taq

酶(熱穩(wěn)定DNA聚合酶)；獲得大量的cDNA需要在4c的低溫下保存?zhèn)溆?，?/p>

因是高溫條件下，易使DNA分子中的氫鍵斷裂，雙螺旋結構打開而發(fā)生變性。

(3)DNA連接酶包括E-coliDNA連接酶、TdDNA連接酶，這二者都能連接

黏性末端，此外T4DNA連接酶還可以連接平末端。用CaC12處理微生物細胞可

使其成為感受態(tài)細胞，其具有的特殊功能是能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子。

(4)為檢測大腸桿菌是否產(chǎn)生CP蛋白，需要將病毒顆粒注射入兔子體內(nèi)，

并從血清中分離獲得CP蛋白抗體(黃葉病毒外殼蛋白抗體)作為檢測劑。

［答案】(l)RNA酶逆轉(zhuǎn)錄(2)引物、7hq酶(熱穩(wěn)定DNA聚合酶)高溫

條件下，易使DNA分子中的氫鍵斷裂，雙螺旋結構打開而發(fā)生變性(3)T4DNA

連接酶感受態(tài)能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子(4)CP蛋白抗體(黃葉病毒外

殼蛋白抗體)

考點二基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程

［知識?能力?素養(yǎng)】

制圓-研i賣1

1.植物基因工程

⑴培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物：用于殺蟲的基因主要是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。

(2)抗病轉(zhuǎn)基因植物：使用最多的是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。

⑶抗逆轉(zhuǎn)基因植物：抗逆基因有抗旱基因、抗除草劑基因等。

(4)利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)：如提高玉米中某種氨基酸含量、延長番茄

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儲存時間、培育就花色的矮牽牛等。

2.動物基因工程

(1)提高動物生長速度：將外源生長激素基因轉(zhuǎn)入動物體內(nèi),可以提高產(chǎn)量。

(2)用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,可以使轉(zhuǎn)基

因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。

(3)用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物：將藥用蛋白基因與乳腺蛋白的啟動子等調(diào)控組

件重組在一起，培育乳腺生物反應器。

(4)用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體。

3.基因工程藥品

(1)受體細胞：多為原核細胞。原因是其繁殖快、多為單細胞，遺傳物質(zhì)相

對較少。

(2)方式：利用基因工程培育“工程菌”來生產(chǎn)藥品。

(3)成果：利用“工程菌”可生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗、激素等。

4.基因治療

(1)概念：把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，達到

治療疾病的目的。

(2)類型：體外基因治療和體內(nèi)基因治療。

(3)實質(zhì)：正常基因的表達掩蓋病變基因的表達，達到治療疾病的目的。

(4)成果：將腺昔酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細胞中,治療復合型免疫缺

陷癥。

5.蛋白質(zhì)工程

⑴概念

以蛋白質(zhì)分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎,通過基因修飾或

基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)

和生活的需求。

(2)流程圖

寫出流程圖中字母代表的含義：

A.轉(zhuǎn)錄，B.翻逢，C.分子設計,D.多肽鏈,E.預期功能。

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⑶蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較

①區(qū)別

項目蛋白質(zhì)工程基因工程

預期蛋白質(zhì)功能一設計預期的

獲取目的基因f基因表達載體

蛋白質(zhì)結構一推測應有的氨基

過程的構建一將目的基因?qū)胧荏w

酸序列f找到相對應的脫氧核

細胞一目的基因的檢測與鑒定

昔酸序列

定向改造生物的遺傳特性,以獲

定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋

實質(zhì)得人類所需的生物類型和生物

白質(zhì)

產(chǎn)品

結果可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)

②聯(lián)系

a.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。

b.基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進行修飾、改造。

〃科學思維—演繹與推理勿

1.利用轉(zhuǎn)基因技術獲得的已整合藥用蛋白基因的轉(zhuǎn)基因小鼠分泌的乳汁中

檢測不到藥用蛋白，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是什么？

提示：藥用蛋白基因沒有轉(zhuǎn)錄或翻譯。

〃科學思維一模地與建模"

2.研究發(fā)現(xiàn)，如果將白喉桿菌類毒素20位和24位的氨基酸改變?yōu)榘腚装?/p>

酸，免疫效果更好，請寫出此種技術的基本流程。

提示：從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設計預期的蛋白質(zhì)結構f推測應有的氨基

酸序列一找到相對應的脫氧核昔酸序列。

加科學探究—實驗設計加

3.請簡要寫出從個體水平鑒定抗蟲棉是否培育成功的設計思路。

提示：取一定量長勢良好的轉(zhuǎn)基因棉花植株接種適量的棉鈴蟲作為實驗組,

取等量長勢一致的普通棉花植株接種等量棉鈴蟲作為對照組。在相同且適宜的

條件下培養(yǎng)一段時間，觀察并統(tǒng)計兩組棉花葉片的受損程度。

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［考法?考技，考能】

考法1＞基因工程的應用

1.(2019?河北省武邑中學高三質(zhì)檢)植物甲含有A基因，其編碼的蛋白質(zhì)中

富含賴氨酸。科學家通過基因工程培育出的轉(zhuǎn)基因玉米也能合成甲的富含賴氨

酸的蛋白質(zhì)，使玉米中賴氨酸的含量比原來提高30%。請回答：

(1)在獲取目的基因時，常從甲的細胞中提取富含賴氨酸的蛋白質(zhì)的mRNA,

并利用mRNA人工合成cDNAo上述人工合成cDNA的過程稱作；與

甲細胞中的A基因相比，cDNA中不具有調(diào)控基因表達的

__________________________________等組件。

(2)在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)基因時，需將目的基因插入到質(zhì)粒的T-DNA中，

原因是。將攜帶了目的基因的農(nóng)桿菌和玉米薄壁組

織細胞共培養(yǎng)時，需用酚類化合物對玉米細胞進行處理，這種處理的作用是

(3)在獲得轉(zhuǎn)基因玉米后，可采用核酸分子雜交技術對玉米細胞中是否存在

A基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進行檢測，檢測時需用制作基因探針。

(4)實驗發(fā)現(xiàn)，某攜帶了A基因的玉米植株(乙)自交，其子代中富含賴氨酸

的個體占15/16,而用乙的體細胞離體培養(yǎng)所產(chǎn)生的植株100%富含賴氨酸。將

玉米體細胞離體的培養(yǎng)成完整植株的過程稱為。若乙中的A基

因都能表達，且不考慮突變和染色體交叉互換，乙自交子代富含賴氨酸的個體

占15/16,原因是o

［解析］(1)根據(jù)題意分析，上述人工合成cDNA的過程是以RNA為模板合

成DNA的過程，為逆轉(zhuǎn)錄過程；與A基因相比，人工合成的cDNA中不含啟

動子、終止子和內(nèi)含子。

(2)農(nóng)桿菌細胞中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA(可轉(zhuǎn)移DNA)能進入玉米細胞并整合

到玉米染色體DNA上，因此在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)基因時，需將目的基因插入

到質(zhì)粒的T-DNA中。將攜帶了目的基因的農(nóng)桿菌和玉米薄壁組織細胞共同培養(yǎng)

時，需用酚類化合物對玉米細胞進行處理，以吸引農(nóng)桿菌對玉米細胞進行侵染。

(3)檢測A基因(目的基因)可以用DNA分子雜交法，該過程需要用含A基因

的DNA片段(或A基因)制作基因探針。

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（4）將玉米體細胞離體的培養(yǎng)成完整植株的過程為植物組織培養(yǎng)。根據(jù)題意

分析，將某攜帶了A基因的玉米植株（乙）自交，其子代中富含賴氨酸的個體占

15/16,即只有1/16（1/4X1/4）的個體不富含賴氨酸，相當于兩對雜合子的自交實

驗，說明乙的體細胞中有2條非同源染色體上含有A基因，所產(chǎn)生的配子中只

有3/4的配子含A基因。

［答案］（1）逆轉(zhuǎn)錄啟動子、終止子、內(nèi)含子（2）T-DNA能進入并整合到

玉米染色體DNA上吸引農(nóng)桿菌對玉米細胞進行侵染（3）含A基因的DNA

片段（或A基因）（4）組織培養(yǎng)乙的體細胞中有2條非同源染色體上含有A基

因，所產(chǎn)生的配子中只有3/4的配子含A基因

2.（2019?保定市高三期末）干擾素具有抗病毒、抑制腫瘤及免疫調(diào)節(jié)等多種

生物活性。質(zhì)粒中的LzcZ基因可表達出爐半乳糖昔酶，當培養(yǎng)基中含有IPTG

和X-gal時，X-gal便會被*半乳糖甘酶水解成藍色，大腸桿菌形成藍色菌落，

反之則形成白色菌落。如圖是將人干擾素基因?qū)氪竽c桿菌，培養(yǎng)后生產(chǎn)干擾

素的過程。

（1）在獲得干擾素基因后，常采用PCR技術大量擴增。該技術的基本過程是

目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，與單鏈相應互補序列結

合，然后在DNA聚合酶的作用下進行,如此重復循環(huán)多次。

（2）過程①最好選用的限制酶是,在進行②過程前，需事先用

Ca2+處理大腸桿菌使其處于o為了篩選含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌，需

要在培養(yǎng)大腸桿菌的培養(yǎng)基中額外加入，培養(yǎng)一段

時間后挑選出_______（填“藍色”或“白色”）的菌落進一步培養(yǎng)獲得大量目

的菌。

（3）某些干擾素可抑制腫瘤細胞DNA的合成，通過減緩細胞

分裂過程抑制腫瘤。還有些干擾素可提高吞噬細胞將抗原呈遞給

的能力，從而在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。

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［解析］(l)PCR技術的基本過程是在高溫下，目的基因DNA受熱變性后解

鏈為單鏈；溫度降低，引物與單鏈相應互補序列結合；然后，溫度回升時，在

DNA聚合酶的作用下進行互補鏈的合成，如此重復循環(huán)多次。

(2)為了產(chǎn)生相同的黏性末端，獲取目的基因和切割載體時通常使用同種限

制酶。由題圖可知，質(zhì)粒和目的基因均具有EcoRV、和EcoRi限制酶

切割位點，但EcoRV限制酶會破壞干擾素基因，因此過程①不能選用該酶，最

好選用5amm(I和EcoRI限制酶。將重組質(zhì)粒導入大腸桿菌細胞，需事先用Ca2

+處理大腸桿菌細胞，使大腸桿菌細胞處于感受態(tài)。選用5a,〃川11和EcoRi限

制酶切割質(zhì)粒和目的基因，重組質(zhì)粒中青霉素基因完好，可正常表達，對青霉

素具有抗性；而ZzicZ基因被破壞，無法表達出半乳糖菩酶,無法使無色的IPTG

和X-gal變藍，顯白色。因此，在培養(yǎng)基中加入IPTG、X-gal和青霉素，只有

成功導入目的基因的重組質(zhì)粒的細菌(即目的菌)才能不被青霉素殺死，同時表現(xiàn)

為白色。

(3)痣細胞的增殖方式為有絲分裂。因此，某些干擾素可抑制腫瘤細胞DNA

的合成，通過減緩細胞有絲分裂過程抑制腫瘤。還有些干擾素可提高吞噬細胞

將抗原呈遞給T淋巴細胞的能力，從而在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。

［答案］(1)引物互補鏈的合成(或延伸)和EcoRi感受態(tài)

IPTG、X-gal和青霉素白色(3)有絲T淋巴細胞

考法2＞蛋白質(zhì)工程及應用

3.香港大學的研究人員將某印度芥菜的"MGS基因編碼的蛋白質(zhì)的第359

位氨基酸“絲氨酸”替換成“丙氨酸”后形成s359a蛋白，通過一定的方法獲得

新HMGS基因，然后將其導入番茄細胞，獲得類胡蘿卜素增加111%的轉(zhuǎn)基因

番茄，該番茄具有強抗氧化性。請回答下列問題：

(1)請按照蛋白質(zhì)工程的原理寫出獲得新HMGS基因的基本途徑：

(2)如圖的4種質(zhì)粒中，E表示EcoRI的切割位點，將這些質(zhì)粒用EcoRI

充分切割后，產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為個，接著將新

"MGS基因分別與這4組酶切產(chǎn)物、DNA連接酶在適宜環(huán)境下混合，編號為1、

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2、3、4組，結果發(fā)現(xiàn)除第組外，其余3組都有含新HMGS基因的基

因表達載體(重組質(zhì)粒)出現(xiàn)?；虮磉_載體的組成除目的基因和標記基因外，還

包括及復制原點。

(3)若質(zhì)粒3是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒，則圖示E所處的位置在Ti質(zhì)粒上的

,將含新HMGS基因的重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌導入番茄細胞，成功獲得

含新“MGS基因的轉(zhuǎn)基因番茄，將其果實色素提取后，用法分離，可

發(fā)現(xiàn)濾紙條上___________(填顏色)的條帶比第4組的寬。

［解析］(1)蛋白質(zhì)工程的原理為從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設計預期的蛋

白質(zhì)結構—推測應有的氨基酸序列一找到相對應的脫氧核普酸序列(基因)，由此

可寫出獲得新HMGS基因的基本途徑：從s359a蛋白的功能出發(fā)f設計s359a

蛋白的結構-將HMGS蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸一找到并改造

HMGS基因的脫氧核普酸序列。

(2)圖中質(zhì)粒1、2、3、4上的限制酶EcoRI切割位點分別為3、2、1、0,

用EcoRI充分切割后，產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為3、2、1、0。

第4組無EcoRI切割位點，因此無法構建基因表達載體?；虮磉_載體的組成

包括目的基因、標記基因、啟動子、終止子以及復制原點。

(3)Ti質(zhì)粒上的T-DNA可將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞且整合到受體細胞染

色體的DNA上。色素的提取方法為紙層析法。新HMGS基因?qū)敕鸭毎?/p>

獲得的類胡蘿卜素增加，因此濾紙條上橙黃色和黃色的條帶比第4組的寬。

［答案］(1)從s359a蛋白的功能出發(fā)f設計s359a蛋白的結構-將HMGS

蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸一找到并改造HMGS基因的脫氧核昔酸序

列［或從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設計預期的蛋白質(zhì)結構一推測應有的氨基酸序

列一找到相對應的脫氧核昔酸序列(基因)］(2)3、2、1、04啟動子和終止子

(3)T-DNA紙層析橙黃色和黃色

真題體驗I感悟高考淬煉考能

1.(2019?全國卷I)基因工程中可以通過PCR技術擴增目的基因?；卮鹣?/p>

列問題。

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(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因中獲得?；?/p>

包括和0

(2)生物體細胞內(nèi)的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是。在

體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的

條件是.上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的

(3)目前在PCR反應中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原

因是___________________________________________

［解析］⑴基因包括基因組和cDNA。(2)生物體細胞內(nèi)DNA復制開始時

是利用解旋酶進行解旋的，而在體外利用PCR技術擴增月的基因時，則是通過

加熱至90?95°C進行解旋的，二者都破壞了堿基對之間的氫鍵。(3)在PCR過

程中，要加熱至90?95C,所以使用熱穩(wěn)定性高的酶，而不使用在高溫下

會失活的大腸桿菌DNA聚合酶。

［答案］⑴基因組cDNA

(2)解旋酶加熱至90?95c氫鍵

(3)7hq酶熱穩(wěn)定性高，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活

2.(2018?全國卷I)回答下列問題：

(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組

后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還

證明了_________________________________

________________________________________(答出兩點即可)。

(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2+參與的方法導入大腸桿菌細胞；而

體外重組的噬菌體DNA通常需與組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染

的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，

可作為重組噬菌體宿主細胞的是。

(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時，表達出的蛋白質(zhì)可能

會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應選用的大腸桿菌作

為受體細胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應添加的抑制劑。

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［解析］(1)兩位科學家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸

桿菌細胞中并進行了表達，因此，該研究可以證明：質(zhì)?？梢宰鳛檩d體，真核

細胞的基因在原核細胞中也可以表達(不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)

?？梢赃M入受體細胞等。(2)目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持

穩(wěn)定和表達的過程稱為轉(zhuǎn)化，將質(zhì)粒導入大腸桿菌時，常用的轉(zhuǎn)化方法是首先

用Ca2+處理大腸桿菌細胞，使其成為感受態(tài)。噬菌體DNA沒有侵染能力，體外

重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體才能完成侵染過程。噬

菌體多寄生在細菌中，但不能寄生在心肌細胞和葉肉細胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)

不被降解，則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶，因此，實驗中應選用蛋白酶缺陷

型的大腸桿菌作為受體細胞。同理，在蛋白質(zhì)純化過程中，也不能使蛋白質(zhì)降

解，因此，應添加蛋白酶抑制劑。

［答案］(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞；真核生物基因可在原核細胞

中表達

(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或噬菌體蛋白)細菌

⑶蛋白酶缺陷型蛋白酶

3.(2018?全國卷H)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色

熒光，這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達。某科研團隊將某種病毒的

外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5,末端，獲得了LLGFP融合基因(簡稱

為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0,構建了真核表達載體PL其部分結構和酶切位點

的示意圖如下，圖中E1?E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。

啟動子L1基因GFP基因終止子

ElE2E3E4

回答下列問題：

⑴據(jù)圖推斷，該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶

是?使用這兩