1． 涵盖范围
本单元包括选修3全部内容——基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题以及生态工程。
2． 考情分析
(1)考查力度：占分比重相对稳定，如山东理综只出一个8分的简答题。
(2)考查内容
①基因工程中三种工具。
②基因工程操作四步曲。
③基因工程成果——转基因生物实例及安全性讨论。
④细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。
⑤动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。
⑥核移植技术。
⑦胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。
⑧干细胞的研究。
(3)考查形式
①有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。
②有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。
3． 复习指导
(1)复习线索
①以基因工程的具体成果(如抗虫棉)为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。
②以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。
③以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。
(2)复习方法
①图解法复习基因工程和胚胎工程。
②比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。
③关注热点科研成果，注意知识的实践应用。
第37讲 基因工程
[考纲要求] 1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅱ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。
考点一 聚焦基因工程的概念及基本工具
1． 分析基因工程的概念
(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． 基因工程的基本工具(判一判)
(1)限制酶只能用于切割目的基因 ( × )
(2)限制酶切割DNA分子具有特异性 ( √ )
(3)限制酶切割DNA分子后可产生黏性末端和平末端两种类型 ( √ )
(4)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来 ( × )
(5)E·coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端 ( × )
(6)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体 ( √ )
(7)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达 ( √ )
易错警示 巧辨基因工程操作工具的8个易错点
(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。
(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
(3)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。
(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。
(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。
(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。
(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。
1． 如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是 ( )
A．切断a处的酶为限制酶
B．连接a处的酶为DNA连接酶
C．切断b处的酶为DNA解旋酶
D．连接b处的酶为RNA聚合酶
答案 D
解析 限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，通常形成黏性末端，即能切割DNA链外侧的磷酸二酯键(图中的a处)，内侧碱基对之间的氢键(b处)可通过DNA解旋酶水解。DNA连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。RNA聚合酶的作用是催化DNA的转录。
2． 限制酶MunⅠ和限制酶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酶的识别位点；只有质粒A上既有标记基因，且MunⅠ的切割位点不在标记基因上。
1． 与DNA有关的酶
(1)五种相关酶的比较
作用底物
作用部位
形成产物
限制酶
DNA分子
磷酸二酯键
黏性末端或平末端
DNA连接酶
DNA片段
磷酸二酯键
重组DNA分子
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
磷酸二酯键
子代DNA
DNA解旋酶
DNA分子
碱基对间
的氢键
形成脱氧核苷酸单链
DNA(水解)酶
DNA分子
磷酸二酯键
游离的脱氧核苷酸
(2)限制酶和DNA连接酶之间的关系图示
2． 对载体的分析
条 件
目 的
稳定并能复制
目的基因稳定存在且数量可扩大
有一个至多个限制酶切割位点
可携带多个或多种外源基因
具有特殊的标记基因
便于重组DNA的鉴定和选择
考点二 基因工程的操作步骤
观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序
(1) 获取目的基因—
(2) 基因表达载体的构建—组成
(3) 将目的基因导入受体细胞—方法
(4) 目的基因的检测与鉴定
易错警示 基因工程操作的8个易错点
(1)目的基因的插入位点不是随意的
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。
(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象
第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。
(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。
(4)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。
(5)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。
(7)对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。
(8)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。
3． 下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是 ( )
A．用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端
B．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同
C．检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功
D．用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接
答案 A
解析 一种氨基酸可以由多种密码子控制，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同；只有目的基因表达，使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程操作的成功；抗生素抗性基因作为标记基因，用于检测目的基因是否导入受体细胞。
4． 浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素——油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因(如P450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：
(1)获得油菜素内酯合成酶基因的方法有____________________________________。步骤①用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指______________________________；步骤②用到的酶有___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)图中导入重组质粒的方法是____________，在导入之前应用一定浓度的__________________处理受体细菌。
(3)导入重组质粒2以后，往往还需要进行检测和筛选，可用____________________制成探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入________________可将含有目的基因的细胞筛选出来。
(4)请你为该课题命名：____________________________________________________。
答案 (1)从cDNA文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或PCR扩增技术(任选其中两项即可) TaqDNA聚合酶 限制酶和DNA连接酶
(2)转化法 氯化钙溶液
(3)红霉素抗性基因 红霉素
(4)探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解
解析 进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从cDNA文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或PCR扩增技术等。在构建基因表达载体的过程中，用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入基因表达载体，导入后，需检验和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。
1． 获取目的基因
(1)直接分离
(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。
2． 基因表达载体的构建——基因工程的核心
(1)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) 基因表达载体组成
(3)构建过程
3． 将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法
农杆菌转化法
显微注射技术
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
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． 目的基因的检测与鉴定
考点三 关注基因工程的应用和蛋白质工程
1． 基因工程的应用(判一判)
(1)我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因 ( √ )
(2)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 ( × )
(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 ( × )
(4)为培育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 ( × )
(5)目前，植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作器官移植的供体 ( × )
(6)基因工程药物主要来源于转基因动物生产 ( × )
(7)基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的 ( √ )
2． 蛋白质工程
(1)概念理解
①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
②操作：基因修饰或基因合成。
③结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
④目的：满足人类的生产和生活的需求。
(2)操作过程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→基因表达→产生需要的蛋白质。
易错警示 (1)有关基因工程应用的易错点：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。②DNA分子作探针进行检测时应检测单链，即将待测双链DNA分子打开。③Bt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。④青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。⑤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。⑥基因治疗后，缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。(2)有关蛋白质工程的易错点：①对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。②蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基因工程的发展与延续。③蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA连接酶。
5． 科学家利用基因工程技术可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。请回答有关问题：
(1)将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子和______________等重组在一起，就可构建基因表达载体，再通过____________技术即可导入受精卵中。
(2)制备乳腺生物反应器的过程中，目的基因的受体细胞为____________，性染色体组成为________。
(3)为确定受体细胞中染色体的DNA上是否插入了目的基因，可利用____________技术进行检测，一般是用放射性同位素标记________________________________作探针。
(4)转化成功的受精卵发育成胚胎需要进行体外培养，在培养液中要加入____________等天然成分。
答案 (1)标记基因 显微注射 (2)受精卵 XX (3)DNA分子杂交 含有目的基因的DNA片段 (4)血清
解析 基因表达载体的组成，除了目的基因，还必须有启动子、终止子及标记基因。显微注射技术是转基因动物操作中采用最多、也最有效的方法。制备乳腺生物反应器的过程中，子代个体须有乳房，所以受体为雌性，其性染色体组成为XX。将含有目的基因的DNA片段用放射性同位素标记作探针，用DNA分子杂交技术可检测目的基因是否成功插入了受体细胞染色体的DNA上。
6． 胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________________。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与____________结合后转移到______________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有____________、____________和发酵工程。
(4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么？___________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因
解析 (1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
1． 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
比较项目
乳腺生物反应器
工程菌
基因结构
动物基因的结构与人类基因的结构基本相同
细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异
基因表达
合成的药物蛋白与天然蛋白质相同
细菌细胞内没有内质网、高尔基体等，产生的药物蛋白可能没有活性
受体细胞
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
生产条件
不需严格灭菌，温度等条件对其影响不大
需严格灭菌，需严格控制工程菌所需的外界条件
药物提取
从动物乳汁中提取
从微生物细胞中提取
2．基因治疗与基因诊断
原理
操作过程
进展
基因
治疗
基因表达
把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
临床实验
基因
诊断
碱基互补配对
制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况
临床应用
3． 基因工程与蛋白质工程的比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果
生产自然界中没有的蛋白质
一般是生产自然界中已有的蛋白质
联系
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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成实现
1． (2012·浙江卷，6)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是 ( )
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
答案 A
解析 获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR技术扩增，A正确；基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来，形成重组载体，再导入受体菌中储存和扩增，提取目的基因时不需使用限制酶，B错误；连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶，C错误；将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌，D错误。
2． (2011·浙江卷，6)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是 ( )
A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
答案 C
解析 大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含一个重组质粒，A项正确；作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。
3． (2012·新课标全国卷，40)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有____________和____________。
(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_________________________________
_______________________________________。
(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即__________DNA连接酶和__________DNA连接酶。
(4)反转录作用的模板是______________，产物是______________________。若要在体外获得大量反转录产物，常采用____________技术。
(5)基因工程中除质粒外，____________和____________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_____________________________________________________________。
答案 (1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的末端相同(其他合理答案也可) (3)E·coli T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒(其他合理答案也可) (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(其他合理答案也可)
解析 (1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种类型。(2)为使运载体与目的基因相连，应使二者被切割后产生的末端相同，故用另一种限制酶切割产生的末端必须与EcoRⅠ切割产生的末端相同。(3)根据酶的来源不同，DNA连接酶分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。(4)mRNA(或RNA)为模板，合成DNA的过程称为逆转录，若要体外获得大量DNA分子，可以使用RCR技术。(5)在基因工程中，通常利用质粒作为运载体，另外噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。(6)大肠杆菌作为受体细胞时，常用Ca2＋处理，使之成为能吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。
4． (2012·江苏卷，32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。
请回答下列问题：
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由______________________连接。
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是____________末端，其产物长度为____________。
(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有____________种不同长度的DNA片段。
(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加____________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
(2)平 537 bp、790 bp、661 bp (3)4
(4)BamH Ⅰ 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
解析 (1)一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的，要注意两条脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从SmaⅠ的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有Sma Ⅰ的两个识别序列，故切割后产生的产物长度为537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三种。(3)图示方框内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个Sma Ⅰ的识别序列，故D基因、d基因用Sma Ⅰ完全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一种537＋790 bp的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamH Ⅰ的识别序列，质粒的启动子后的抗生素A抗性基因上也有BamH Ⅰ的识别序列，故应选用的限制酶是BamH Ⅰ，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。若重组质粒已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。
1． 下列一般不作为基因工程中的标记基因的是 ( )
A．四环素抗性基因
B．绿色荧光蛋白基因
C．产物具有颜色反应的基因
D．贮藏蛋白的基因
答案 D
解析 标记基因位于载体(质粒)上，以利于重组DNA的鉴定和选择，如四环素抗性基因、绿色荧光蛋白基因、产物具有颜色反应的基因等。
2． 若要利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA(图丙)，限制酶的酶切位点分别是BglⅡ(AGATCT)、EcoRⅠ(GAATTC)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准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。
3． 如图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。以下说法错误的是
( )
A．利用含有四环素的培养基可将含Ⅱ的细菌筛选出来
B．Ⅲ是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植株
C．⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质
D．①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与
答案 C
解析 ⑥是一个mRNA分子，可与多个核糖体结合形成多聚核糖体，由于翻译的模板是同一个mRNA分子，故翻译出的是同一种蛋白质。
4． 研究人员将鱼的抗冻基因导入番茄体内，获得抗冻能力明显提高的番茄新品种。下列操作合理的是 ( )
A．设计相应DNA单链片段作为引物，利用PCR技术扩增目的基因
B．利用限制酶和DNA聚合酶构建基因表达载体
C．将基因表达载体导入番茄细胞之前需用Ca2＋处理细胞
D．运用DNA分子杂交技术检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达
答案 A
解析 利用限制性核酸内切酶和DNA连接酶构建基因表达载体；将基因表达载体导入原核细胞之前需用Ca2＋处理，番茄细胞为真核细胞；运用抗原—抗体杂交技术可检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达。
5． 如图是从酵母菌中获取某植物需要的某种酶的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：
(1)图中cDNA文库________________基因组文库(大于、等于、小于)。
(2)①过程提取的DNA需要____________的切割，B过程是____________过程。
(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用的技术是______________________，其原理是________________________________________________________________________。
(4)目的基因获取之后，需要进行____________________，其组成必须有_______________
_____________及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。
(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是__________，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是________________，可以用____________________技术进行检测。
答案 (1)小于 (2)限制酶 逆转录
(3)PCR DNA复制
(4)基因表达载体的构建 启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)
(5)农杆菌转化法 目的基因是否整合到植物细胞的染色体上 DNA分子杂交
解析 (1)基因组文库是指将某生物的全部基因组DNA切割成一定长度的DNA片段克隆到某种载体上形成的集合；cDNA文库是由mRNA经逆转录形成的基因组成的，由于基因的选择性表达，cDNA文库小于基因组文库。(2)从供体细胞的DNA中获取目的基因，首先应用限制酶将目的基因从其所在的DNA分子上切割下来；B过程是以mRNA为模板合成DNA的过程，应为逆转录过程。(3)PCR技术是一种体外扩增DNA的方法，其原理为DNA复制，能将得到的目的基因在细胞外大量扩增。(4)基因表达载体包括目的基因、标记基因、启动子和终止子，其构建是基因工程的核心。(5)将目的基因导入某双子叶植物细胞常采用的方法是农杆菌转化法，目的基因只有整合到植物细胞的染色体上才能在植物体内稳定遗传，可通过DNA分子杂交的方法对目的基因是否整合到染色体上进行检测。
6． 在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：
(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和__________。
(2)①过程需要的酶有____________、____________________。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp，还必须含有启动子、终止子和____________，这样才能构成一个完整的基因表达载体。
(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的______________，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中______________________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用____________法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。
答案 (1)(用逆转录等方法进行)人工合成 (2)限制酶 DNA连接酶 (3)标记基因 (4)转化作用 染色体的DNA 抗原—抗体杂交
解析 (1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。(2)①过程为基因表达载体的构建过程，需要用到限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞染色体的DNA上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。
7． 科学家从预期人的生长激素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了双链DNA片段，获得双链DNA。
科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并使其成功地在大肠杆菌中表达。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—GGATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—GATC—。据图回答：
(1)为了精确地获取图中的重组质粒，应用____________切割质粒，用____________切割目的基因。
(2)将基因表达载体导入大肠杆菌B之前，要将大肠杆菌B放入一定浓度的____________溶液中处理，使之成为感受态的大肠杆菌。
(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的质粒进行重组并发挥其功能，是因为二者都是_______________。人的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为______________。
(4)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上能够生长，说明该菌已导入了__________________，反之则没有导入。
(5)上述方法制备人的生长激素，运用的现代生物技术是____________。
答案 (1)限制酶Ⅰ 限制酶Ⅱ (2)CaCl2 (3)规则的双螺旋结构 二者共用一套(遗传)密码子 (4)普通质粒或重组质粒 (5)蛋白质工程
解析 (1)根据图示分析可知，目的基因插在了质粒中含抗四环素基因的部位，而该位置有限制酶Ⅰ和Ⅱ的识别位点，但限制酶Ⅱ会同时在GeneⅠ和Ⅱ处切开，因此在构建基因表达载体过程中，应用限制酶Ⅰ切割质粒。目的基因的两侧均含有能被限制酶Ⅱ识别的碱基序列，所以用限制酶Ⅱ切割目的基因，能够露出两端的黏性末端。因此，为了精确地获取图中的重组质粒，应分别用限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割质粒和目的基因。(2)将基因表达载体导入大肠杆菌B之前，要将大肠杆菌B放入一定浓度的CaCl2溶液中处理，使之成为感受态的大肠杆菌。(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，是因为人的基因与大肠杆菌DNA分子的双螺旋结构相同。人的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为人和细菌共用一套(遗传)密码子。(4)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上能够生长，说明该菌已导入了普通质粒或重组质粒，因为普通质粒或重组质粒中都含抗氨苄青霉素基因。(5)科学家从预期人的生长激素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了双链DNA片段，获得双链DNA，从而合成人的生长激素，这运用了现代生物技术中的蛋白质工程。
【点此下载】