全国高考生物大一轮复习第十二单元现代生物科技专题第42讲基因工程及其安全性名师精编课件

1、第十二单元第十二单元 现代生物科技专题现代生物科技专题 第第42讲讲 基因工程及其安全性基因工程及其安全性 第十二单元第十二单元 现代生物科技专题现代生物科技专题 1.基因工程的诞生基因工程的诞生() 2.基因工程的原理及技术基因工程的原理及技术(含含PCR技术技术)() 3.基因工程的应用基因工程的应用() 4蛋白质工程蛋白质工程() 5.实验：实验：DNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定 基因工程的操作工具基因工程的操作工具 1基因工程的概念理解基因工程的概念理解 (1)供体：提供目的基因。供体：提供目的基因。 无菌无菌 。 (2)操作环境：操作环境：_DNA分子分子 水平。水平。 (3)操作

2、水平：操作水平：_(4)原理：基因重组。原理：基因重组。 (5)受体：表达目的基因。受体：表达目的基因。 受体生物受体生物 体内表达。体内表达。 (6)本质：性状在本质：性状在_远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和 障碍，定向改造生物的遗传性障碍，定向改造生物的遗传性(7)优点：克服优点：克服_状。状。 2DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 (1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称：限制酶简称：限制酶) 原核原核 生物中分离纯化出来的。生物中分离纯化出来的。 来源：主要是从来源：主要是从_核苷酸序列核苷酸序列 ，并使每并使每作用：作用：识别双链识别双链DNA分子的某种特定分子的某种特定_条

3、链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 黏性末端黏性末端 或平末端。或平末端。 结果：产生结果：产生_(2)DNA连接酶连接酶 项目项目 Ecoli DNA连接酶连接酶 来源来源 功能功能 T4DNA连接酶连接酶 T4噬菌体噬菌体 大肠杆菌大肠杆菌 _连接黏性末端连接黏性末端 黏性末端和平末端黏性末端和平末端 连接连接_磷酸二酯磷酸二酯 键键 结果结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_ (3)载体载体 化学本质：双链环状化学本质：双链环状DNA分子分子? ? ? ? ?能自我复制能自我复制? ?常用载

4、体：质粒常用载体：质粒? ? 限制酶限制酶 ? ?特点特点? ?有一个至多个有一个至多个_切割位点切割位点? ?有特殊的有特殊的_? ?标记基因标记基因 ? ? ?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。 具备的条件具备的条件 a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。 一个至多个限制酶一个至多个限制酶 切割位点，以便与外源基因连接。切割位点，以便与外源基因连接。 b有有_标记基因标记基因 ，以便进行筛选。，以便进行筛选。 c具有特殊的具有特殊的_作用作用 运载工具运载工具 ，将目的基因转移到宿主细胞内。，将目的基因转移到宿

5、主细胞内。 a作为作为_b利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 1限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(限制酶限制酶) (1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称。无论是奇数个碱基还识别序列的特点：呈现碱基互补对称。无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如，以中心线，以中心线CCAGGA为轴，两侧碱基互补对称；为轴，两侧碱基互补对称；=以以=为轴，两侧碱基互为轴，两侧碱基互GGTCCT补对称。补对称。 (2)切割后末端的种类切割后末端的种类 (3)限制酶的选择技巧限制酶的选择技巧 根据目的基因两端

6、的限制酶切割位点确定限制酶的种类根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类 a应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。 b不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能如图甲不能选择选择Sma。 c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，如图甲也可选择用同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst和和EcoR两种限制酶两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点但要

7、确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。 根据质粒的特点确定限制酶的种类根据质粒的特点确定限制酶的种类 a所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。同的黏性末端。 b质粒作为载体必须具备标记基因等，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所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶如图乙中限制酶 Sma会破坏标记基因；会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不只一个，则切割重组后可能丢失某些如果所选酶的切割位点不只一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重

8、组后的片段进入片段，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。受体细胞后不能自主复制。 2限制酶和限制酶和DNA连接酶的关系连接酶的关系 (1)限制酶和限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)限制酶不切割自身限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。识别序列或识别序列已经被修饰。 (3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。连接酶起作用时，不需要模板。 3载体上标记基因的标记原理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

9、因要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，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，原理如图所示：图所示： 关于基因工程工具的几个易错点关于基因工程工具的几个易错点 (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶

10、。限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质，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，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。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或平末端。相同的黏性末端或平末端。 (4)将一个基因从将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产分子上切割下来，需要切两处，同时产生生4个黏性末端或平末端。个黏性末端或平末端。 (5)不同不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，分子用

11、同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个同一个DNA分子用不同的限制酶切割，分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不产生的黏性末端一般不相同。相同。 (6)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。基因工程的载体是程的载体是DNA分子，分子，能将目的基因导入受体细胞内；能将目的基因导入受体细胞内； 膜载体膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。 (7)基因工程中有基因工程中有3种工具，但工具酶只有种工具，但工具酶只有2种。种。 1(2016高考全国卷乙，高考全国卷乙，40)某一质粒载体如图所示，外某一

12、质粒载体如图所示，外源源DNA插入到插入到Amp或或Tet中会导致相应的基因失活中会导致相应的基因失活(Amp表示氨苄青霉素抗性表示氨苄青霉素抗性基因，基因，Tet表示四环素抗性基因表示四环素抗性基因)。 有人将此质粒载体用有人将此质粒载体用Bam H 酶切后，与用酶切后，与用Bam H 酶切获得的目的基因混合，加入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。连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。 rrrr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

13、基因、含有质粒载体、含有插入有三种，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：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质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有能自我复制、具有标记基因能自我复制、具有标记基因 _(答出两点即可答出两点即可)， 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。子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大

14、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 二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养分的，其原因是分的，其原因是_ 含有质粒载体含有质粒载体基上均不生长基上均不生长 和和 _ 含有插入了目的基因的含有插入了目的基因的 _；并且；并且_重组质粒重组质粒(或答含有重组质粒或答含有重组质粒) 的细胞也是不能区分的，的细胞也是不能区分的，其原因其原因_二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 。 是是_在上述筛选的基础上，若要筛选含有插

15、入了目的基因的重组质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四环素四环素 的固体培养基。的固体培养基。 粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA受体细胞受体细胞 。 复制所需的原料来自复制所需的原料来自_解析：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，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。在细胞中能够自我复制，且含有特殊的标记基因。(2)未被转化未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因

16、的大肠杆菌中均未导入质粒载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，用法区分二者。根据题图，用 BamH 切割质粒后将四环素抗性切割质

17、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。的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。复制所需原料来自受体细胞。 2(2016高考全国卷丙，高考全国卷丙，40)图图(a)中的三个中的三个DN

18、A片段上依次表片段上依次表示出了示出了EcoR 、Bam H 和和Sau3A 三种限制性内切酶的识三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图为某种表达载体的示意图(载体上的载体上的EcoR 、Sau3A 的切点是唯一的的切点是唯一的)。 根据基因工程的有关知识，回答下列问题：根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经经Bam H 酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接，理由是酶切后的产物连接，理由是_两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端两种酶切割后产生的片段具有相同的黏

19、性末端 _。 (2)若某人利用图若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有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，如图目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿所示。这三种重组子中，不能在宿甲和丙甲和丙 主细胞中表达目的基因产物的有主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原，不能表达的原 甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在因是因是_ 终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录 _。 (3)DNA连接酶是将两个连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶

20、，常见的有片段连接起来的酶，常见的有Ecoli DNA连接酶连接酶 T4DNA连接酶连接酶 _和和_，其中既能连，其中既能连T4DNA连接酶连接酶 。 接黏性末端又能连接平末端的是接黏性末端又能连接平末端的是_解析：解析：(1)由图由图(a)可知，尽管可知，尽管Bam H 和和Sau3A 两种限制酶两种限制酶的识别位点不相同，的识别位点不相同，但两种酶切割后产生的但两种酶切割后产生的DNA片段具有相同片段具有相同的黏性末端，的黏性末端，故被故被Bam H 酶切后得到的目的基因可以与图酶切后得到的目的基因可以与图(b)中表达载体被中表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接。酶切后的产物连接。(2)

21、运载体上的启动运载体上的启动子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，故这两个运载基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。体上的目的基因都不能被转录和翻译。(3)常见的常见的DNA连接酶连接酶是是Ecoli DNA连接酶和连接酶和T4DNA连接酶，但作用有所差别，连接酶，但作用有所差别，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端，而连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端，而Ecoli DNA连接酶只能连接黏性末端。连接酶只能连接黏性末

22、端。 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 1目的基因的获取目的基因的获取 编码蛋白质编码蛋白质 的基因，也可以是一些具调的基因，也可以是一些具调(1)目的基因：主要指目的基因：主要指_控作用的因子。控作用的因子。 基因文库基因文库 中获取中获取从从_? ? ? ?人工人工? ? ?利用利用mRNA反转录合成反转录合成? ?(2)方法方法? ? DNA合成仪合成仪 ? ?通过通过_用化学方法人工合成用化学方法人工合成? ?合成合成? ? ? ?利用利用PCR技术扩增技术扩增2基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的核心基因工程的核心 在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传在受体细胞中

23、稳定存在，并且可以遗传(1)目的：使目的基因目的：使目的基因_ 给下一代给下一代 ，同时使目的基因能够表达和发挥作用。，同时使目的基因能够表达和发挥作用。 _(2)基因表达载体的组成基因表达载体的组成 RNA聚合酶聚合酶 转录转录 目的基因目的基因 (3)构建过程构建过程 3将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法农杆菌转化法 、基因枪法、花粉管通道法。、基因枪法、花粉管通道法。 (1)植物：植物：_显微注射显微注射 技术。技术。 (2)动物：动物：_(3)微生物：感受态细胞法。微生物：感受态细胞法。 4目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 DNA分子杂交分子杂交 (1)

24、利用利用_技术检测目的基因的有无。技术检测目的基因的有无。 分子杂交技术分子杂交技术检测目的基因的转录。检测目的基因的转录。 (2)利用利用_ 抗原抗原抗体杂交抗体杂交 检测目的基因的翻译。检测目的基因的翻译。 (3)利用利用_(4)利用个体生物学水平的检测鉴定重组性状的表达。利用个体生物学水平的检测鉴定重组性状的表达。 1基因组文库与部分基因文库基因组文库与部分基因文库 基因文基因文 库类型库类型 基因组文库基因组文库 部分基因文库部分基因文库 (cDNA文库文库) 某种生物发育的某个某种生物发育的某个 时期的时期的mRNA 反转录反转录 cDNA 与载体与载体连接导入连接导入 受体菌群体受

25、体菌群体 某种生物全部某种生物全部DNA 构建基构建基 因文库因文库 的过程的过程 限制酶限制酶 许多许多DNA片段片段 与载体与载体连接导入连接导入 受体菌群体受体菌群体 2.PCR技术技术 (1)原理：原理：DNA复制。复制。 (2)需要条件：需要条件：模板模板DNA、引物、引物、四种脱氧核苷酸、四种脱氧核苷酸、热稳定热稳定DNA聚合酶聚合酶(Taq 酶酶)。 (3)过程：过程：DNA受热变性解旋为单链、受热变性解旋为单链、冷却后引物与单链相应互冷却后引物与单链相应互补序列结合，补序列结合， 然后在热稳定的然后在热稳定的DNA聚合酶作用下延伸合成互补聚合酶作用下延伸合成互补链。链。 3将目

26、的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 生物种类生物种类 植物植物 动物动物 微生物微生物 常用方法常用方法 农杆菌转化法农杆菌转化法 显微注射技术显微注射技术 感受态细胞法感受态细胞法 主要受体主要受体 细胞细胞 体细胞体细胞 受精卵受精卵 原核细胞原核细胞 生物种类生物种类 植物植物 动物动物 2微生物微生物 Ca 处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞重重组表达载体组表达载体DNA分子与感受态细分子与感受态细胞混合胞混合感受态感受态细胞吸收细胞吸收DNA分分子子 将目的基因插入将目的基因插入 将含有目的基将含有目的基到到Ti质粒的质粒的T- DNA上上转转转化过程转化过程 因的表达载体因

27、的表达载体提纯提纯取卵取卵入农杆菌入农杆菌导入导入 (受精卵受精卵)显显植物细胞植物细胞整合整合 微注射微注射受精受精到受体细胞的染到受体细胞的染 卵发育卵发育获得获得色体色体DNA上上具有新性状的具有新性状的表达表达 动物动物 4.目的基因检测与鉴定的目的基因检测与鉴定的“四个层面四个层面” 基因工程操作过程中的几个易错点基因工程操作过程中的几个易错点 (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。位。 (2)基因工程

28、操作过程中只有第三步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没有碱基互补配对现象：第一步存在逆转录法获得DNA，第二，第二步存在黏性末端连接现象，第四步存在检测分子水平杂交。步存在黏性末端连接现象，第四步存在检测分子水平杂交。 (3)农杆菌转化法原理：农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，农杆菌易感染植物细胞，并将其并将其Ti质粒质粒上的上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体转移并整合到受体细胞染色体DNA上。上。 (4)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受

29、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。体细胞染色体基因组中。 (5)标记基因的种类和作用：标记基因的作用标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目筛选、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、发光基因因(表达产物为带颜色的物质表达产物为带颜色的物质)等。等。 (6)受体细胞的选择：受体细胞的选择：受体细胞常用植物受精卵或体细胞受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织经组织培养培养)、动物受精卵、动物受精卵(一般不用体细

30、胞一般不用体细胞)、微生物、微生物(大肠杆菌、酵母大肠杆菌、酵母菌菌)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酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，；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，也没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质。因是它无细胞核，也没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质。 (7)还应注意的问题有：还应注意的问题有： 基因表达载体中，基因表达载体中， 启动子启动子(DN

31、A片段片段)起始密码子起始密码子(RNA)；终止子终止子(DNA片段片段)终止密码子终止密码子(RNA)。 基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。 1(高考全国卷改编高考全国卷改编)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制性内切酶切割限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有分子后产生的片段，其末端类型有黏性末端黏性末端 和和_平末端平末端 。 _(2)质粒运载体用质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下：切割后产生的片段如下： AATTCG GCTTAA为使运载体与

32、目的基因相连，含有目的基因的为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用除可用EcoR切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具切割产生的切割产生的DNA片段末端与片段末端与 EcoR切割产生的相同切割产生的相同有的特点是有的特点是_。 (3)按其来源不同，基因工程中所使用的按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，连接酶有两类，大肠杆菌大肠杆菌 T4 即即_DNA连接酶和连接酶和_DNA连接酶。连接酶。 cDNA(或或DNA) mRNA(或或RNA) (4)反转录作用的模板是反转录作用的模板是_， 产物是产物是_。PCR

33、 技术。技术。 若要在体外获得大量反转录产物，常采用若要在体外获得大量反转录产物，常采用_噬菌体噬菌体 和和_动植物病毒动植物病毒也可作为运也可作为运 (5)基因工程中除质粒外，基因工程中除质粒外，_载体。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，原因是理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源外源DNA)的能力极弱的能力极弱 _。 解析：解析：限制性内切酶切割限制性内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，分子形成的末端通常有两种，即即黏性末端和平

34、末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具黏性末端和平末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，有相同的黏性末端，因而当使用除因而当使用除 EcoR之外的其他酶进行切之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，一是大肠杆菌，二是二是T4噬菌体。噬菌体。反转录是由反转录是由RNA形成形成DNA的的过程，过程，获得大量反转录产物时常用获得大量反转录产物时常用PCR扩增技术。扩增技术。基因工程常基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为用的运载体是质粒，除此以外，噬菌

35、体和动植物病毒也可作为运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态其处于感受态(此状态吸收外源此状态吸收外源DNA的能力增强的能力增强)。 2(2016高考天津卷，高考天津卷，7)人血清白蛋白人血清白蛋白(HSA) 具有重要的医用具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。的两条途径。 总总RNA (1)为获取为获取HSA基因，基因，首先需采集人的血液，首先需采集人的血液，提取提取_ (或或mRNA)合成总合成总

36、 _cDNA，然后以，然后以cDNA为模板，采用为模板，采用PCR技技术扩增术扩增HSA基因。基因。 下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。向。 (2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内B 特异表达特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是的载体，需要选择的启动子是_(填写字填写字母，单选母，单选)。 A人血细胞启动子人血细胞启动子 C大肠杆菌启动子大肠杆菌启动子 B水稻胚乳细

37、胞启动子水稻胚乳细胞启动子 D农杆菌启动子农杆菌启动子 (3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质， _ 吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成 其目的是其目的是功转化功转化 _。 (4)人体合成的初始人体合成的初始HSA多肽，多肽， 需要经过膜系统加工形成正确空需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径间结构才有活性。与途径相比，选择途径相比，选择途径获取获取rHSA的优的优 _ 水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行多

38、肽进行势是势是高效加工高效加工 _。 HSA 的生的生(5)为证明为证明rHSA具有医用价值，须确认具有医用价值，须确认rHSA与与_物学功能一致。物学功能一致。 解析：解析：(1)cDNA是以是以mRNA为模板逆转录得到的，要合成总为模板逆转录得到的，要合成总cDNA，需要采集人的血液，提取总，需要采集人的血液，提取总RNA(或或mRNA)。PCR扩扩增目的基因时增目的基因时DNA的合成方向总是从子链的的合成方向总是从子链的5端向端向3端延伸，端延伸，两条模板链指导合成的子链延伸方向相反。两条模板链指导合成的子链延伸方向相反。(2)启动子具有物种启动子具有物种和组织的特异性，要构建在水稻胚乳

39、细胞内特异表达和组织的特异性，要构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的的载体，应选择水稻胚乳细胞的启动子。载体，应选择水稻胚乳细胞的启动子。(3)自然条件下农杆菌可自然条件下农杆菌可感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有感染感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有感染能力，当植物受损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合能力，当植物受损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合 物，吸引农杆菌移向这些细胞。水稻为单子叶植物，利用农杆物，吸引农杆菌移向这些细胞。水稻为单子叶植物，利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中添加酚类物质，可吸引农杆菌移菌转化水稻受体细胞的过程中添加酚类物质

40、，可吸引农杆菌移向水稻受体细胞，这时农杆菌中的向水稻受体细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的质粒上的T- DNA可转移可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。上。(4)大肠大肠杆菌为原核生物，只有核糖体一种细胞器，不能对翻译形成的杆菌为原核生物，只有核糖体一种细胞器，不能对翻译形成的肽链进行加工修饰，肽链进行加工修饰，水稻为真核生物，水稻为真核生物，细胞内具有生物膜系统，细胞内具有生物膜系统，能对来自核糖体的初始能对来自核糖体的初始rHSA多肽进行高效加工。多肽进行高效加工。(5)HSA具有具有重要的医用价值，要证明重要的医用价值，要证明rHSA

41、具有医用价值，须确认具有医用价值，须确认rHSA与与HSA的生物学功能一致。的生物学功能一致。 基因工程的应用与蛋白质工程基因工程的应用与蛋白质工程 1基因工程的应用基因工程的应用 生长速度生长速度 从而提高产品产量；从而提高产品产量；(1)动物基因工程：动物基因工程： 用于提高动物用于提高动物_药物药物 ；用转基因动；用转基因动用于改善畜产品品质；用转基因动物生产用于改善畜产品品质；用转基因动物生产_供体供体 等。等。 物作器官移植的物作器官移植的_(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆抗逆 转基因植物；利用转基因改良植

42、物的转基因植物；利用转基因改良植物的_品质品质 。 _(3)比较基因治疗与基因诊断比较基因治疗与基因诊断 项目项目 基因基因 治疗治疗 原理原理 操作过程操作过程 正常基因正常基因 导入有基因导入有基因利用利用_基因表达基因表达 以表达出正常以表达出正常_ 缺陷的细胞中，缺陷的细胞中，进展进展 临床临床 实验实验 性状来治疗性状来治疗(疾病疾病) DNA探针探针 与病与病制作特定制作特定_碱基互补配对碱基互补配对 人样品人样品DNA混合，分析杂交混合，分析杂交_基因基因 诊断诊断 临床临床 应用应用 带情况带情况 2.蛋白质工程蛋白质工程 (1)流程图流程图 写出流程图中字母代表的含义：写出流

43、程图中字母代表的含义： 转录转录 ，翻译翻译 ，分子设计分子设计 ，多肽链多肽链 ，预期功能预期功能 。A_B._C._D._E._ 新的蛋白质新的蛋白质 。 (2)结果：改造了现有蛋白质或制造出结果：改造了现有蛋白质或制造出_现有蛋白质现有蛋白质 进行改造，改良生物进行改造，改良生物(3)应用：主要集中应用于对应用：主要集中应用于对_性状。性状。 1基因工程的应用基因工程的应用 (1)乳腺生物反应器乳腺生物反应器 优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。 操作过程：获取目的基因操作过程：获取目的基因构建基因表达载体构建基因表达载体显微注射导显微注射导入

44、哺乳动物受精卵中入哺乳动物受精卵中形成早期胚胎形成早期胚胎将胚胎移植到受体动物将胚胎移植到受体动物子宫内子宫内发育成转基因动物发育成转基因动物在雌性个体中目的基因表达，从在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所需蛋白质。分泌的乳汁中提取所需蛋白质。 (2)基因工程药品基因工程药品 生产方式：利用基因工程培育生产方式：利用基因工程培育“工程菌工程菌”来生产药品。来生产药品。 a“工程菌工程菌”：用基因工程的方法，得到使外源基因高效率表：用基因工程的方法，得到使外源基因高效率表达的菌类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含达的菌类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基

45、因的土壤农杆菌菌株等。有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。 b通过基因工程生产的药品，通过基因工程生产的药品， 从化学成分上分析都应该是蛋白从化学成分上分析都应该是蛋白质类。质类。 成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 2蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较 (1)区别区别 项目项目 蛋白质工程蛋白质工程 基因工程基因工程 预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预设计预获取目的基因获取目的基因基因表达基因表达过程过程 期的蛋白质结构期的蛋白质结构推测应推测应载体的构建载体的构建将目的基因将目的基因有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到相找到相导入受

46、体细胞导入受体细胞目的基因目的基因对应的脱氧核苷酸序列对应的脱氧核苷酸序列 的检测与鉴定的检测与鉴定 项目项目 蛋白质工程蛋白质工程 定向改造或生产人类所定向改造或生产人类所需的蛋白质需的蛋白质 基因工程基因工程 定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类以获得人类所需的生物类型和生物产品型和生物产品 实质实质 结果结果 可生产自然界没有的蛋可生产自然界没有的蛋只能生产自然界已有的蛋只能生产自然界已有的蛋白质白质 白质白质 (2)联系联系 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。工程。 基因工程中

47、所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、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。改造。 有关基因工程应用的四个易错点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。生体型巨大的个体。 (2)Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。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。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

48、作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是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、泌乳量、蛋白含量等都是应雌性个体，个体本身的繁殖速度、泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。该考虑的因素。 命题命题 1 基因工程的应用基因工程的应用 1 为了增加油菜种子的含油量，为了增加油菜种子的含油量， 研究人员尝试将酶研究人员尝试将酶D基因与位基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。因油菜品种。 PCR 法从法从(1)研究人员依据基因的已知序列设计引物，采用研究人员依据基因的已知序列

49、设计引物，采用_陆地棉基因文库中获取酶陆地棉基因文库中获取酶D基因，从拟南芥基因文库中获取转基因，从拟南芥基因文库中获取转运肽基因。所含三种限制酶运肽基因。所含三种限制酶(Cla、Sac、Xba)的切点如图的切点如图Cla酶和酶和 DNA 连接连接 所示，则用所示，则用_酶处理两个基因后，可得到酶处理两个基因后，可得到A和和D _端端(填图中字母填图中字母)相连的融合基因。相连的融合基因。 (2)将上述融合基因插入如图所示将上述融合基因插入如图所示Ti质粒的质粒的TDNA中，构建中，构建基因表达载体基因表达载体(或重组质粒或重组质粒) 并导入农杆菌中。将获得的农杆并导入农杆菌中。将获得的农杆_

50、四环素四环素 的固体平板上培养得到含融合基因的单菌的固体平板上培养得到含融合基因的单菌菌接种在含菌接种在含_落，再利用液体培养基振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。落，再利用液体培养基振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。 (3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞 ，进一步筛选后获得，进一步筛选后获得_转基因油菜细胞，该细胞通过转基因油菜细胞，该细胞通过植物组织培养植物组织培养_ 技术，可培育成转技术，可培育成转基因油菜植株。基因油菜植株。 抗原抗原抗体杂交抗体杂交 (