衡水中学2020届一轮复习生物用书选修一+选修三

选修三现代生物科技专题

第34讲基因工程

［最新考纲］1.基因工程的诞生（I）。2.基因工程的原理及技术（含PCR技术H）。

3.基因工程的应用（II）。4.蛋白质工程（I）。5.实验：DNA的粗提取与鉴定。

考点一基因工程的基本工具及操作过程

I考点自主植理I夯基固本提精华

1.基因工程的基本工具

⑴限制性核酸内切酶（限制酶）

①来源：主要从原核生物中分离纯化而来。

②作用：识别特定的核特酸序列并切开特定部位的两个核的酸之间的磷酸二酯键。

③结果：产生黏性末端或平末端。

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。

切点

GAA

-TTC

—IIEccRIGAATTC

cTTIIII+I

AAGCTTAAG

-t

中轴线切点黏性末端

图1

中轴线（切点）平末端

图2

（2）DNA连接酶

①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。

②类型

常用类型E-coliDNA连接酶T4DNA连接酶

来源大肠杆菌T4噬菌体

功能只“缝合”黏性末端“缝合”黏性末端和平末端

结果恢复被限制酶切开的两个核昔酸之间的磷酸二酯键

⑶载体

，化学本质：双链环状DNA分子

「能自我复制__________

①常用载体—质粒《特点J有一个至多个限制酶切割

|a_________

〔〔有特殊的标记基因

②其他载体：入噬菌体衍生物、动植物病毒等。

③载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。

[■度思考?

⑴基因工程2种工具酶的化学本质分别是什么？运载体的种类有哪些？

提示限带!I醵DNA连接酶其化学本质均为蛋白质。运载体的种类有质粒（常用）、

入噬菌体衍生物、动植物病毒等。

⑵限制酶为何不切割自身DNA?

提示限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的

位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA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。

⑶限制性核酸内切酶MzmI和限制性核酸内切酶EcoRI的识别序列及切割位点

分别是।和'o如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头

—CAATTG——GAATTC—

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哪一种？并指明理由。

目的基因

含目的基因的DNA片段

提示适合的质粒是①。由图可知，质粒②上无标记基因，不适合作为载体；质

粒③和④的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点，使用该酶后将会导致

标记基因遭破坏，故均不宜选作载体。

2.基因工程的基本操作程序

(1)目的基因的获取

①目的基因：主要指编码蛋白质的基因,也可以是一些具调控作用的因子。

戈押罐批转录合成

②获取方法,合成j通过DNA合成仪用化学方法人工合成

、利用PCR技术扩增

⑵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基因表达载体的组成

「目的基因

.RNA聚合酶识别和结合的部

基因——启动子•-----------

•位.驱动基因转录

表达

载体-终止子：RNA聚合酶脱离部位.终止姐

作用为鉴别受体细胞中是否

一标记基因：..

含有目的基因

③构建过程

质粒DNA分子

|同种限制♦处理

一个切口两个切口

两个型__________获得q的基因

7DNA连接］

18组DNA分子(虫组质粒)

⑶将目的基因导入受体细胞

受体细胞种类不同，导入方法不同

生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞

常用方法农杆菌转化法显微注射法转化法

受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞

将目的基因插入到Ti质将含有目的基因的表Ca2+处理细胞一感

粒的T—DNA上一导入达载体提纯f取卵(受受态细胞一重组表

转化过程农杆菌一侵染植物细胞精卵)一显微注射一受达载体与感受态细

一整合到受体细胞的染精卵发育一获得具有胞混合一感受态细

色体DNA上一表达新性状的动物胞吸收DNA分子

(4)目的基因的检测与鉴定

［深度思卷？

1.下列物质或过程哪一项不影响磷酸二酯键数目变化？请逐项分析说明。

①RNA聚合酶、逆转录酶、丁的酶②DNA聚合酶、DNA连接酶、DNA酶③

遗传信息的翻译、PCR中DNA解链

④cDNA文库的构建、基因突变过程

提示③RNA聚合酶、逆转录麟口Taq酶的作用都会导致磷酸二酯键的数量增

加，DNA聚合酶和DNA连接酶的作用都会导致磷酸二酯键的数量增加，而DNA

酶的作用会导致磷酸二酯键的数量减小，遗传信息的翻译会增加肽键的数目，PCR

中DNA解链会减少氢键的数目，这两个过程都不会影响磷酸二酯键的数目，

cDNA文库的构建需要使用逆转录酶，这会导致磷酸二酯键数目增加，基因突变

是指基因中碱基对的增添、缺失和替换，其中增添和缺失会导致磷酸二酯键数目

改变。

2.（教材P4“寻根问底”改编）根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原

核生物中的作用是什么吗？

提示原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是,生物在长期的进化过

程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的

一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保

证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA使之失效，

从而达到保护自身的目的。

3.（教材P6"旁栏思考题”解答）想一想，具备什么条件才能充当“分子运输

车”？

提示能自我复制、有一个或多个切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等。

|应试对接高考|感悟高考找规律

1.（2016•全国课标卷I,40）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到4/叩「或Tef

中会导致相应的基因失活表示氨茉青霉素抗性基因，改/表示四环素抗性基

因）。有人将此质粒载体用Ba〃汨1酶切后，与用Ba〃汨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：

⑴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。

⑵如果用含有氨茉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。

⑶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

自于。

解析（1）作为运载体必须具备如下特点：①能自主复制，从而在受体细胞中稳定

保存；②含标记基因，以供重组DNA的鉴定和选择；③具1或多个限制酶切割

位点以便外源DNA插入。（2）在含有氨节青霉素的培养基上，只有具有Amp「的大

肠杆菌才能够生长。而Amp「位于质粒上，故未被转化的和仅含环状目的基因的

大肠杆菌细胞中无Amp"故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载体的和含有插

入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有Amp「因而能在培养基中生长。目的

基因的插入破坏了质粒载体的Tetr,故含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆

菌不能在含有四环素的平板上生长从而与仅含有质粒载体的大肠杆菌得以区分。

（3）噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成DNA,需借助宿主细胞完成DNA

复制。

答案（1）能自我复制、具有标记基因

⑵二者均不含有氨茶青霉素抗性基因，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）二者均含有氨茶青霉素抗性

基因，在该培养基上均能生长四环素

⑶受体细胞

2.如图为农杆菌转化法示意图。请回答以下问题：

黏性末端

外源基因

币:细质粒

转革闪的

、烟草

植物染色体DNA带外源族因整合T-DNA

⑴图中①过程用到的工具酶的特点是

⑵图中②过程用到的工具酶是，该过程是基因工程最核心的步骤，

即O

⑶图中③过程，需使用溶液处理农杆菌使其成为感受态。

(4)图中④过程的原理是o

(5)检测基因工程是否成功。首先，应检测，

这是目的基因能否在真核细胞内稳定遗传的关键；其次，利用法检

测目的基因是否转录出相应的mRNA；最后，利用法检测目的基因

是否翻译成蛋白质。

答案(1)能识别特定的脱氧核甘酸序列并且在特定位点切开DNA分子(2)DNA

连接酶基因表达载体的构建(3)氯化钙(4)植物细胞的全能性(5)转基因生

物的染色体上是否插入目的基因分子杂交抗原一抗体杂交

|题后反思|

⑴诠释基因组文库与部分基因文库

基因文库类型基因组文库部分基因文库(cDNA文库)

某种生物全部某种生物发育的某个时

DNA期的mRNA

构建基因文库的|限制薛］反转录

过程许多DNA片段cDNA

与载体］连接导入与载体］连接导入

受体菌群体受体苗群体

⑵诠释PCR技术

①原理：体外DNA复制

②需要条件：模板DNA、引物、四种脱氧核昔酸、热稳定DNA聚合酶(Tag酶)

③过程：DNA受热(90~95°C)变性解旋为单链、冷却(55〜60℃)后RNA引物与

单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸(70~75℃)合成互补链。

(3)诠释基因表达载体

启动子：位于目的基因首端,它是RNA聚合酶

识别和结合的部位,驱动转录出mRNA

，目的基因位于此区间

j.-jf

正达就体

制原点经止「终止子：位于目的基因尾端.

可启动施生素抗它是使转录终止的一段有特

“复制殊结构的DNA短片段

过程”

标记基因可作为制备筛选工程

菌株选择培养基”参照”

（4）农杆菌转化法原理

植物受损伤时伤口处分泌物可吸引农杆菌f农杆菌中Ti质粒上的T-DNA可转

移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上（若将目的基因插入到Ti质粒的T

-DNA上，则目的基因将被一起带入）

考点二基因工程的应用及蛋白质工程

|考点自主椅理|夯基固本提精华

1.基因工程的应用

⑴动物基因工程：用于提高动物生氐速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品

质；用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的供体等。

⑵植物基因工程：培育抗虫转基因植物（如抗虫棉）、抗病转基因植物（如转基因烟

草）和抗逆转基因植物（如抗寒番茄）；利用转基因改良植物的品质（如新花色矮牵

牛）。

⑶比较基因治疗与基因诊断:

原理操作过程进展

利用正常基因导入有基因缺

基因治疗基因表达陷的细胞中，以表达出正常临麻实验

性状来治疗（疾病）

制作特定DNA探针与病人

基因诊断碱基互补配对样品DNA混合，分析杂交临床应用

带情况

2.蛋白质工程

⑴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：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。

⑵操作过程

从预期的蛋白质功能出发f设计预期的蛋白质结构f推测应有的氨基酸序列f找

到相对应的脱氧核甘酸序列（基因）f基因表达f产生需要的蛋白质。其流程图如

分子

DNA合成

基因氨基酸序列设计蛋白质一预期功能

」mRNA|—*

DNA多肽链三维结构一生物功能

翻译

中心法则

I深度思考？

1.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？

提示基因工程是遵循中心法则，从DNA-mRNA-＞蛋白质f折叠产生功能，基

本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋

白质的功能一蛋白质应有的高级结构一蛋白质应具备的折叠状态f推测应有的氨

基酸序列一找到相对应的脱氧核苗酸序列。

2.（教材P26旁栏思考题解答）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质

分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？

提示毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：

⑴任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，

而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被

改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。⑵对基因进行改造比对蛋白质直接改造要

容易操作，难度要小得多。

|应就对接高考|感悟高考找规律

1.（2015•全国卷II,40）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0）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：

⑴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。

⑵以P基因序列为基础，获得Pi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：

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

⑶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甘酸序列，据此获得基因，

再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对合成蛋白质的生物进行鉴定。

答案（1）氨基酸序歹！1（或结构）（2）PPiDNA和RNA（或遗传物质）

DNAfRNA、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

2.科学工作者将抗虫毒蛋白基因通过载体转入棉花细胞，对抵抗棉铃虫有很好的

作用。请回答与该抗虫棉培育有关的问题。

⑴抗虫毒蛋白基因是从苏云金芽胞杆菌中获得的，获得该基因需要使用的酶是

,该酶作用的化学键是。

⑵将含有抗虫毒蛋白基因的基因表达载体导入棉花体细胞中的常用方法是

;要将已经成功接收基因表达载体的棉花体细胞培育成一个新的植

株需要用到的生物技术是o

⑶在研制抗虫棉的过程中，利用标记基因可以快速检测基因表达载体是否导入棉

花细胞，然而，即使基因表达载体已经导入棉花细胞，也不能确定转基因过程已

经取得成功。因此，在该项工程的最后阶段，需要做一系列检测。例如，用放射

性同位素标记的作探针，可以分别检测棉花细胞中是否有;

向棉花细胞的匀浆中加入特定的，可以检测棉花细胞中是否能够产生抗

虫毒蛋白。

（4）我国西北的一些地区年降雨量很小，只适宜种植少数的草本植物，但却被硬性

规定种植转基因的抗虫棉，结果造成减产。这个案例主要违背了生态工程的

_______原理。

答案（1）限制性核酸内切酶（限制酶）磷酸二酯键（2）农杆菌转化法植物组织培

养（3）含有目的基因的DNA片段目的基因和由目的基因转录而来的mRNA抗

体（4）协调与平衡

I题后归纳|

蛋白质工程与基因工程的比较

项目蛋白质工程基因工程

定向改造生物的遗传特性，以获得人类

定向改造或生产人类所需蛋

实质所需的生物类型或生物产品（基因的异体

白质

表达）

结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质

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

联系对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合

成实现

考点三PCR技术与DNA的粗提取与鉴定

|考点自主梳理|夯基固本提精华

1.PCR技术

（l）PCR原理：DNA复制原理,即：

|双链|加热，双螺旋结构解体[W

|DNA|缓慢冷却,分离的DNA链重新结合〔DNA

（2）PCR反应过程

过程说明图解

1，］口□口口口|5,

13

变性当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链］约9SW

Alllllllllll•»•»lllllllllll-i

温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配

1115

复性yJlllllVM?U山」彳

•511*1''引物n

对与两条单链DNA结合

72C左右时，TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA

LuJJ.ll111IIVylllllILLLU.y

延伸5引物1•JIWII

新链由5端向3,端延伸

⑶结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着

重复次数的增多，DNA分子就以2"的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩

增仪中完成的。

2.DNA的粗提取与鉴定

⑴实验原理

⑵操作流程

I深度思考？

⑴为什么加入蒸储水能使鸡血细胞破裂？

提示蒸储水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，

使血细胞破裂，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂（细胞膜和核膜

的破裂）,从而释放出DNA。

⑵若用植物细胞提取DNA需加入洗涤剂和食盐，其作用是什么？

提示洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的

主要成分是NaCl,有利于DNA的溶解。

⑶为什么反复地溶解与析出DNA,能够去除杂质？

提示用高盐浓度的溶液溶解DNA,能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓

度使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出

DNA,就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。

|应试对接高考|感悟高考找规律

1.（2015•广东卷，3）关于DNA的实验，叙述正确的是（）

A.用兔的成熟红细胞可提取DNA

B.PCR的每个循环一般依次经过变性一延伸一复性三步

C.DNA溶液与二苯胺试剂混合，沸水浴后生成蓝色产物

D.用甲基绿对人的口腔上皮细胞染色，细胞核呈绿色，细胞质呈红色

解析DNA的粗提取和提纯，所用原料一般是鸡血或者菜花，不能使用哺乳动物

成熟的红细胞,因为其中不含细W新型ffl胞器，极相是取^DNA,A不正确；PCR

又称多聚酶链式反应，每个循环包括高温变性-低温复性-中温延伸三个步骤，

而且顺序不能颠倒，B错误；在沸水浴的条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色，

因此，二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂，C正确；甲基绿染液只能染DNA成绿

色，细胞核中含有大量DNA分子，故用甲基绿对人的口腔上皮细胞染色，细胞

核呈绿色，用甲基绿无法对细胞质进行染色，D错误。

答案C

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。

豆制1

加热至Wf降温至55t加热至72夫II

DNA样品年呦DNA

两个完整的双

模板

能DNA分干

⑴PCR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。

⑵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o

(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。

解析打开DNA双链需破坏碱基对间的氢键；弓物的游离端为5端，即合成DNA

时从新链的5，一3,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,gP2X2,°-2

=2"-2O

答案(1)多聚酶链式反应氢变性解旋

⑵3,热稳定DNA聚合酶四种脱氧核甘酸碱基互补配对

⑶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2"-2

|归纳提炼|

1.生物体内DNA复制与PCR反应的区别

体内DNA复制PCR反应

在解旋酶作用下，细胞提供能加热至90℃,双链全部解开，不需

解旋

量，部分解开要解旋酶

引物一小段RNA可以是RNA或单链DNA分子片段

在引物基础上，一条链连续合分别从两条链的引物端开始，都是

合成子链

成，另一条链不连续合成连续合成，控制温度72℃

特点边解旋边复制，半保留复制体外迅速扩增

TaqDNA

不需要需要

聚合酶

循环次数受生物体自身控制30多次

生物体内的DNA复制和PCR体外DNA扩增都需要模板、四种脱氧

相同点

核甘酸，且都需要在一定的缓冲溶液中进行

2.DNA的粗提取与鉴定中的“234”

①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸收水破裂；

加蒸储水2次②加到含DNA的2mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物

质的量浓度下降到0.14mol/L,使DNA析出

①过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液；

用纱布过滤3次②滤取0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA（黏稠物）；

③过滤溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液

①加2mol/L的NaCl溶液,溶解提取的细胞核物质；

②用0.14mol/L的NaCl溶液使DNA析出；

用NaCl溶液4次

③用2mol/L的NaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物；

④用2mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA

易错•防范清零

［易错清零］

易错点1误认为目的基因的插入是“随机”的

点拨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，若目的基因插入到启动子内

部，启动子将失去原功能。

易错点2混淆启动子与起始密码子，终止子与终止密码子，不明确标记基因的

作用

点拨启动子工起始密码子，终止子W终止密码子

⑴启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识

别、结合的部位。

⑵终止子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程

停止。

⑶起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。

（4）标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是

否含有目的基因（目的基因是否导入成功），从而将含目的基因的细胞筛选出来。

易错点3误认为切取目的基因与切取载体时“只能”使用“同一种酶”

点拨(1)在获取目的基因和切割载体时通常用同种限制酶，以获得相同的黏性末

端。但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的

作用下目的基因与载体也可以连接起来。

⑵为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓“环化”可用不同的限

制酶分别处理目的基因和载体，使目的基因两侧及载体上具有两个不同的黏性

禾麻。

易错点4误认为基因工程可导致受体细胞或生物产生“新基因”或“新蛋白

质”

点拨基因工程的实质是“基因重组”，它是将外源基因导入受体细胞，使该基

因在受体细胞中表达——由于“外源基因”是自然界已存在的“现成”基因，故

基因工程并未产生新基因，由此目的基因表达时也未产生新蛋白质，基因工程只

不过是让受体细胞(或生物)"实现了外源基因的表达”。

［规范答题］

下图表示培育“华恢1号”抗虫水稻的主要流程，据图回答下列问题：

人工合成

含

含

杀虫

重

组

杀虫基因含杀虫

的

基因

质

粒的“华恢

(crylA)31

胚

基因的水稻

农

①土

壤号”抗

细胞

杆

重组质菌

虫水稻

农杆菌Ti粒

质粒

(1)杀虫基因通过①〜④过程，最终在宿主细胞内维持稳定和表达的过程叫做

⑵杀虫基因(crylA)是根据几种Bt毒蛋白的分子结构，设计并人工合成的，这属

于工程的技术范畴。

⑶组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造。下图是天然土壤农杆菌Ti质粒

结构示意图(示部分基因及部分限制酶作用位点)，据图回答下列问题：

限制醯n皿।

限制酶限制酶1

编码产物控制I

编码产物控制合

合成叫噪乙酸

成细胞分裂素

限制酶II、

终止子

四环素抗性基因

卡那霉素抗性

编码产物能激活基因

T-DNA转移

兔制原点

①人工改造质粒时，要使抗虫基因能成功表达，还应插入

②人工改造质粒时，用限制酶（填I或II）处理，其目的是：第一，去除

质粒上的（基因），保证T—DNA进入水稻细胞后不会促进细胞的分

裂和生长；第二，使质粒带有单一限制酶作用位点，有利于。第三，使

质粒大小合适，可以提高转化效率等。

—G

⑷若限制酶H切割DNA分子后形成的黏性末端为llca，则该酶识别的核甘

酸序列是______________

答卷采样•原处纠错纠错依据

转化答题不规范未使用“专业术语”

叼fife

/启力＞42

思维定势，未顾及图示中已存在“终止子”

拈梃

份旦生目破用】;也宓涿

思维混乱，未能把握酶I、酶n切割目的及结果

1加

理解错误，未能据已知黏性末端还原为双链序列从

阳GTCDNA

GACQTC而确认切割位点

随堂•真题演练

1.（2014•课标H,40）植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从

该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者

的耐旱性。

回答下列问题：

⑴理论上，基因组文库含有生物的_______基因；而cDNA文库中含有生物的

________基因。

⑵若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中

出所需的耐旱基因。

⑶将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物的体细胞

中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确

表达，应检测此再生植株中该基因的，如果检测结果呈阳性，再在田间

试验中检测植株的是否得到提高。

（4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比

为3：1时，则可推测该耐旱基因整合到了（填“同源染色体

的一条上”或“同源染色体的两条上”）。

答案（1）全部部分（其他合理答案也可）（2）筛选（其他合理答案也可）（3）乙

表达产物（其他合理答案也可）耐旱性（4）同源染色体的一条上

2.（2013•全国新课标I）阅读如下资料：

资料甲科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级

小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。

资料乙T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行

了改造，使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与

第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

资料丙兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵发育成的

胚胎移植到兔乙体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个

体的体内发育。

回答下列问题：

⑴资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用

法。构建基因表达载体常用的工具酶是和o

在培育有些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是0（2）

资料乙中的技术属于工程的范畴。该工程是指以分子生物学相

关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对进行改造，或制造一

种的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成

该酶肽链的序列发生了改变。

⑶资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到

种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体

的技术。在资料丙的实例中，兔甲称为体，兔乙称为体。

解析（1）基因工程中，将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。构建基因表达

载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶（限制酶）和DNA连接酶。当植物体受到损

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，农杆

菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA

上，因此用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，农杆菌的作用是将目的基

因导入受体细胞。（2）资料乙中是对T4溶菌酶进行改造，属于蛋白质工程。蛋白

质工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋

白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。改造后的T4溶菌酶和原T4溶菌酶

相比，第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，即肽链中的氨基酸序列发生改变。

答案（1）显微注射限制性核酸内切酶DNA连接酶

农杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中（2）

蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸

⑶同供受

3.（2016•天津卷，7）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值，只能从血浆中制备。

下图是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

⑴为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取合成总cDNA,然后

以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。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向。

[11]HSA基因「■

⑵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特异表达rHSA的

载体，需要选择的启动子是（填写字母，单选）。

A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子

C.大肠杆菌启动子D.农杆菌启动子

⑶利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是

（4）人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有

活性。与途径H相比，选择途径1获取rHSA的优势是o

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与的生物学功能一致。

解析（1）总cDNA是由细胞内mRNA经逆转录获得。DNA两条链是反向平行的，

另一条引物扩增方向应向左。（2）据题意，启动子具有物种特异性，它应与受体细

胞启动子一致，应选B。⑶在农杆菌转化时，加入某物质，其目的应为“促进”

或“有利于”转化，推测酚类物质可吸引农杆菌侵染水稻受体细胞。（4）水稻是真

核细胞，具有对分泌蛋白加工的内质网和高尔基体。□途径受体为大肠杆菌，没

有上述细胞器。（5）制备的rHSA应具有与HSA相同的生物学功能才具有医用价值。

答案⑴总RNA（或mRNA）

=................................'CT

।।HSA基因।.।

（2）B（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化（4）水稻是真

核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工（5）HSA

4.（2016•海南卷，31）基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：

⑴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。

⑵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

⑶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。

（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有

和颗粒O

解析（1）获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从自然界已有的物种中分

离，（2）植物的成熟叶片中基因选择性表达，因此由所有RNA逆转录形成的cDNA

文库中只含有叶细胞已转录（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）在基因表达载体中，启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。采用

原核生物作为基因表达载体的受体细胞，由于易于培养，最常选用大肠杆菌（或细

菌）。⑷将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗

粒有金粉和铝粉颗粒。

答案（1）人工合成生物材料（2）cDNA文库中只含有叶细胞已转录（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（或答细菌）

（4）金粉鸨粉

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1.（2016•云南师大附中检测）请根据基因工程的有关知识回答下列问题：

（l）cDNA文库属于文库，其构建方法是：用某种生物发育的某个时期的

反转录产生的cDNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中。

⑵切割DNA分子的工具是,它能使每一条链中特定部位的两个核甘酸

之间的键断开，从而形成黏性末端或平末端。

⑶基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，其中只能“缝合”黏性末端的是

DNA连接酶；既可以“缝合”黏性末端，又可以“缝合”平末端的是

DNA连接酶。

⑷将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是;如果受体细胞是大肠杆

菌，需要用处理细胞，使之成为感受态细胞。

解析（1）基因文库包括基因组文库和部分基因文库，cDNA文库属于部分基因文

库。⑵限制酶可切割DNA分子，使磷酸二酯键断开。⑶Eco/iDNA连接酶只能

“缝合”黏性末端。T4DNA连接酶既可以“缝合”黏性末端,又可以“缝合”平

末端。（4）将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法；如果受体细

胞是大肠杆菌，需要用Ca2+处理细胞，使之成为感受态细胞。

答案（1）部分基因mRNA⑵限制性核酸内切酶（限制酶）磷酸二酯

⑶E-coliT4（4）农杆菌转化法Ca2+

2.（2016・皖南八校三模）科研小组将大麦的抗旱基因（HVA）导入小麦细胞，并用植

物组织培养的方法培育成高抗旱性小麦植株。回答下列问题：

⑴该科研小组采用技术培育抗旱小麦，该生物技术的核心步骤是

o若要获得大量抗旱基因，可通过技术对抗旱基因进行扩增。

⑵要确定抗旱基因在小麦细胞中是否成功表达，从分子水平上鉴定，可采用的方

法是;若要进行个体水平检测，则需要把转基因小麦植株分别种植在

不同的田地，以检测其是否有抗性及抗性程度。

⑶在培育成功的转基因抗旱小麦的繁育过程中，抗旱基因和标记基因（填

“遵循”或“不遵循”）基因的分离规律，理由是。

解析⑴分析题意可知，科