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第33講　基因工程
[目標(biāo)要求]　1.基因工程的誕生。2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))。3.基因工程的應(yīng)用。4.蛋白質(zhì)工程。5.實(shí)驗(yàn)：DNA的粗提取與鑒定。
考點(diǎn)一　基因工程的操作工具

1．基因工程的概念
基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(lèi)型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。
2．基因工程的基本工具
(1)限制性核酸內(nèi)切酶

提醒：將一個(gè)基因從DNA分子上切割下來(lái)需要切兩處，同時(shí)產(chǎn)生四個(gè)黏性末端或平末端。
教材中的隱性知識(shí)　源于選修3 P4“尋根問(wèn)底”
①原核生物中存在限制酶的意義是什么？
提示　原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保證自身安全，防止外來(lái)病原物的危害。
②限制酶來(lái)源于原核生物，為什么不能切割自己的DNA分子？
提示　限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾。
(2)DNA連接酶
①作用：將限制酶切割下來(lái)的DNA片段拼接成新的DNA分子，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

②類(lèi)型
常用類(lèi)型
E·coli DNA連接酶
T4 DNA連接酶
來(lái)源
大腸桿菌
T4噬菌體
特點(diǎn)
只縫合黏性末端
縫合黏性末端和平末端

教材中的隱性知識(shí)　源于選修3 P6“尋根問(wèn)底”：DNA連接酶和DNA聚合酶不是(填“是”或“不是”)一回事。原因是：①DNA連接酶連接的是兩個(gè)DNA片段，而DNA聚合酶是把單個(gè)的脫氧核苷酸連接到已有的DNA片段上。②DNA聚合酶起作用時(shí)需要以一條DNA鏈為模板，而DNA連接酶不需要模板。
(3)載體


(1)切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均能特異性地識(shí)別6個(gè)核苷酸序列(　×　)
(2)限制酶只能用于切割目的基因(　×　)
(3)限制酶也可以識(shí)別和切割RNA(　×　)
(4)DNA連接酶能將兩堿基通過(guò)氫鍵連接起來(lái)(　×　)
(5)E·coli DNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端(　×　)
(6)載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選的標(biāo)記基因(　×　)

(1)不同種生物的基因能拼接的理論基礎(chǔ)是：①DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸；②DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則；③雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
(2)外源基因在受體細(xì)胞內(nèi)能表達(dá)的理論基礎(chǔ)是：①基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位；②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則；③生物界共用一套遺傳密碼。

1．與DNA有關(guān)的酶的比較
名稱
作用部位
作用底物
作用結(jié)果
限制酶
磷酸二酯鍵
DNA
將DNA切成兩個(gè)片段
DNA連接酶
磷酸二酯鍵
DNA片段
將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子
DNA聚合酶或熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)
磷酸二酯鍵
脫氧核苷酸
將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到DNA單鏈末端
DNA(水解)酶
磷酸二酯鍵
DNA
將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸
解旋酶
堿基對(duì)之間的氫鍵
DNA
將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長(zhǎng)鏈
RNA聚合酶
磷酸二酯鍵
核糖核苷酸
將單個(gè)核糖核苷酸依次連接到RNA單鏈末端

2.圖解限制酶的選擇原則

(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstⅠ，而不選擇SmaⅠ。
(2)保留標(biāo)記基因原則：質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中不選擇SmaⅠ。
(3)確保出現(xiàn)相同黏性末端原則：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶，如圖甲中PstⅠ；為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(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，如圖甲也可選擇PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶。

考向一　基因工程工具酶的應(yīng)用
1．某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過(guò)基因工程的方法，將基因a與載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過(guò)程的敘述，正確的是(　　)

A．獲取基因a的限制酶的作用部位是圖中的①
B．基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒
C．連接基因a與載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的②
D．一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核糖核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子
答案　A
2．某質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)如圖所示?，F(xiàn)有BamHⅠ、MboⅠ、PalⅠ三種限制酶，它們識(shí)別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為G↓GATCC、↓GATC、GG↓CC。已知目的基因的兩端均有后兩種限制酶的識(shí)別序列?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(1)從表達(dá)載體的組成上看，氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因?qū)儆? 。通常該結(jié)構(gòu)必須具備的特性有：表達(dá)產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞無(wú)害、表達(dá)產(chǎn)物及產(chǎn)物的功能便于檢測(cè)、表達(dá)產(chǎn)物及產(chǎn)物的功能在受體細(xì)胞中本身 (填“不存在”或“已存在”)。
(2)上述三種限制酶中，能切割產(chǎn)生平末端的酶是 ，能切割產(chǎn)生相同黏性末端的酶是
。
(3)若將質(zhì)粒和目的基因通過(guò)同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，應(yīng)選用的限制酶是
_______________(填“MboⅠ”或“PalⅠ”)。不選用另一種酶的原因是
。
答案　(1)標(biāo)記基因　不存在　(2)PalⅠ　BamHⅠ、MboⅠ　(3)PalⅠ　若用MboⅠ處理會(huì)破壞質(zhì)粒中的兩個(gè)標(biāo)記基因，不利于重組質(zhì)粒的鑒定與選擇
考向二　基因工程載體的應(yīng)用
3．質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，下列有關(guān)質(zhì)粒的說(shuō)法正確的是(　　)
A．質(zhì)粒不僅存在于細(xì)菌中，也存在于某些病毒中
B．細(xì)菌的基因只存在于質(zhì)粒上
C．質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于細(xì)菌擬核DNA之外的細(xì)胞質(zhì)中
D．質(zhì)粒是基因工程中的重要工具酶之一
答案　C
4．下列有關(guān)基因工程中載體的說(shuō)法，正確的是(　　)
A．在進(jìn)行基因工程操作中，被用作載體的質(zhì)粒都是天然質(zhì)粒
B．所有的質(zhì)粒都可以作為基因工程中的載體
C．質(zhì)粒是一種獨(dú)立于細(xì)菌染色體外的鏈狀DNA分子
D．作為載體的質(zhì)粒DNA分子上應(yīng)有對(duì)重組DNA進(jìn)行鑒定和選擇的標(biāo)記基因
答案　D
解析　在進(jìn)行基因工程操作中，被用作載體的質(zhì)粒是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的，A錯(cuò)誤；具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)、具有標(biāo)記基因的質(zhì)粒才可以作為基因工程中的載體，B錯(cuò)誤；質(zhì)粒是一種獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA外的環(huán)狀DNA分子，C錯(cuò)誤；作為載體的質(zhì)粒DNA分子上應(yīng)有對(duì)重組DNA進(jìn)行鑒定和選擇的標(biāo)記基因，而且能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，D正確。
考點(diǎn)二　基因工程的基本操作程序

1．目的基因的獲取
(1)目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。
(2)獲取目的基因的方法
①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取

③用化學(xué)方法直接人工合成
2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心
(1)目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。
(2)基因表達(dá)載體的組成及作用

(3)構(gòu)建過(guò)程

3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞
生物種類(lèi)
植物
動(dòng)物
微生物
常用方法
農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法
顯微注射法
感受態(tài)細(xì)胞法
(用Ca2＋處理)
受體細(xì)胞
體細(xì)胞或受精卵
受精卵
原核細(xì)胞
轉(zhuǎn)化過(guò)程
將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到植物細(xì)胞的染色體的DNA上→表達(dá)
將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→胚胎移植→獲得具有新性狀的動(dòng)物
Ca2＋處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子

4.目的基因的檢測(cè)與鑒定


(1)目的基因就是指編碼蛋白質(zhì)的基因(　×　)
(2)用PCR方法擴(kuò)增目的基因時(shí)需要設(shè)計(jì)兩種引物(　√　)
(3)用PCR方法擴(kuò)增目的基因時(shí)不必知道基因的全部序列(　√　)
(4)抗蟲(chóng)基因即使成功地插入植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)(　√　)
(5)應(yīng)用DNA探針技術(shù)，可以檢測(cè)轉(zhuǎn)基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其是否完成表達(dá)
(　×　)

(源于選修3 P11圖1－10)據(jù)圖回答問(wèn)題：

構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。一個(gè)基因表達(dá)載體的組成包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子及標(biāo)記基因等。圖中抗生素抗性基因的作用是作為標(biāo)記基因，鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。

1．幾種獲取目的基因方法的比較
項(xiàng)目
從基因文庫(kù)中獲取
人工合成
方法
從基因組文庫(kù)中獲取
從cDNA文庫(kù)中獲取
化學(xué)合成法
反轉(zhuǎn)錄法
過(guò)
程
供體細(xì)胞中的DNA
↓限制酶
許多DNA片段
↓插入
載體
↓導(dǎo)入
受體菌群(基因組文庫(kù))
↓
外源DNA擴(kuò)增，產(chǎn)生特定性狀
↓分離
目的基因
目的基因的
mRNA
↓反轉(zhuǎn)錄
單鏈DNA
↓合成
雙鏈DNA
↓插入
載體
↓導(dǎo)入
受體菌群
(cDNA文庫(kù))
↓分離
目的基因
蛋白質(zhì)的氨
基酸序列
↓推測(cè)
mRNA的核
苷酸序列
↓推測(cè)
基因的核苷
酸序列
↓化學(xué)合成
目的基因
目的基因的mRN A
↓反轉(zhuǎn)錄
單鏈DNA
↓合成
雙鏈DNA
(即目的
基因)
說(shuō)
明
將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫(kù)，包括基因組文庫(kù)和cDNA文庫(kù)
適用于片段較小，核苷酸序列已知的目的基因；利用DNA合成儀合成
以RNA為模板，需要逆轉(zhuǎn)錄酶

2.PCR技術(shù)相關(guān)分析
(1)PCR技術(shù)的過(guò)程

關(guān)于引物的2點(diǎn)提醒：①引物是一小段單鏈的DNA或RNA，作為新子鏈的合成起點(diǎn)，只能結(jié)合在母鏈的3′端；②只有通過(guò)引物，DNA才可以開(kāi)始進(jìn)行復(fù)制。
(2)PCR技術(shù)和DNA復(fù)制的比較

3．基因表達(dá)載體構(gòu)建過(guò)程

若考慮兩兩相連，則DNA連接酶連接DNA片段會(huì)出現(xiàn)三種情況：目的基因與目的基因的連接、目的基因與質(zhì)粒的連接、質(zhì)粒與質(zhì)粒的連接，需篩選出重組質(zhì)粒。

考向一　目的基因的獲取途徑
5．如圖表示基因工程中獲取目的基因的示意圖，下列相關(guān)敘述不正確的是(　　)

A．③表示PCR技術(shù)，用來(lái)擴(kuò)增目的基因
B．若獲取的目的基因相同，則圖中基因組文庫(kù)小于cDNA文庫(kù)
C．要從基因文庫(kù)中得到所需的目的基因可以根據(jù)目的基因的相關(guān)信息來(lái)獲取
D．若基因比較小，核苷酸序列又已知，可以通過(guò)化學(xué)方法直接人工合成獲取
答案　B
6．(2019·全國(guó)Ⅰ，38)基因工程中可以通過(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫(kù)中獲得。基因文庫(kù)包括______________和 。
(2)生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制開(kāi)始時(shí)，解開(kāi)DNA雙鏈的酶是 。在體外利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時(shí)，使反應(yīng)體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是 。上述兩個(gè)解鏈過(guò)程的共同點(diǎn)是破壞了DNA雙鏈分子中的 。
(3)目前在PCR反應(yīng)中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是
。
答案　(1)基因組文庫(kù)　cDNA文庫(kù)
(2)解旋酶　加熱至90～95 ℃　氫鍵
(3)Taq酶熱穩(wěn)定性高，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會(huì)失活
解析　(2)生物體細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制開(kāi)始時(shí)是利用解旋酶進(jìn)行解旋的，而在體外利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時(shí)，則是通過(guò)加熱至90～95 ℃進(jìn)行解旋的，二者都破壞了堿基對(duì)之間的氫鍵。(3)在PCR過(guò)程中，要加熱至90～95 ℃，所以使用熱穩(wěn)定性高的Taq酶，而不使用在高溫下會(huì)失活的大腸桿菌DNA聚合酶。
考向二　基因工程的基本操作程序
7．土壤農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞時(shí)，Ti質(zhì)粒上的T－DNA片段轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞的基因組中。利用農(nóng)桿菌以Ti質(zhì)粒作為載體進(jìn)行轉(zhuǎn)基因，下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
A．目的基因應(yīng)插入T－DNA片段外，以防止破壞T－DNA
B．用Ca2＋處理農(nóng)桿菌，以利于其侵染植物細(xì)胞
C．Ti質(zhì)粒是一種環(huán)狀DNA分子，屬于細(xì)菌的擬核DNA
D．T－DNA片段有利于介導(dǎo)外源DNA整合到植物細(xì)胞的染色體上
答案　D
解析　目的基因應(yīng)插入T－DNA片段上，通過(guò)農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞；若受體細(xì)胞為微生物，常采用Ca2＋處理，使微生物細(xì)胞成為感受態(tài)細(xì)胞；Ti質(zhì)粒分布在細(xì)菌擬核DNA之外；T－DNA有助于外源DNA片段整合到植物細(xì)胞的染色體上。
8．(2017·全國(guó)Ⅲ，38)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個(gè)片段組成，編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成，如圖1所示。

回答下列問(wèn)題：
(1)現(xiàn)要通過(guò)基因工程的方法獲得蛋白乙，若在啟動(dòng)子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，則所構(gòu)建的表達(dá)載體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞后不能翻譯出蛋白乙，原因是
。
(2)某同學(xué)在用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過(guò)程中，在PCR反應(yīng)體系中加入了DNA聚合酶、引物等，還加入了序列甲作為 ，加入了 作為合成DNA的原料。
(3)現(xiàn)通過(guò)基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白，要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細(xì)胞增殖的作用，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)：將一定量的含T淋巴細(xì)胞的培養(yǎng)液平均分成四組，其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一組作為對(duì)照，培養(yǎng)并定期檢測(cè)T淋巴細(xì)胞濃度，結(jié)果如圖2。
①由圖2可知：當(dāng)細(xì)胞濃度達(dá)到a時(shí)，添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細(xì)胞濃度不再增加，此時(shí)若要使T淋巴細(xì)胞繼續(xù)增殖，可采用的方法是 。
細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，CO2的作用是 。
②僅根據(jù)圖1、圖2可知，上述甲、乙、丙三種蛋白中，若缺少 (填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段，則會(huì)降低其刺激T淋巴細(xì)胞增殖的效果。
答案　(1)編碼乙的DNA序列起始端無(wú)ATG，轉(zhuǎn)錄出的mRNA無(wú)起始密碼子　(2)模板　四種游離的脫氧核苷酸　(3)①進(jìn)行細(xì)胞傳代培養(yǎng)　維持培養(yǎng)箱中的pH　②C
解析　(1)因?yàn)榫幋a乙的DNA序列起始端無(wú)ATG，轉(zhuǎn)錄出的mRNA無(wú)起始密碼子，因此所構(gòu)建的表達(dá)載體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞后不能翻譯出蛋白乙。
(2)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的條件需要：模板DNA、四種脫氧核苷酸、一對(duì)引物、熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)。序列甲作為模板DNA，DNA的原料為四種游離的脫氧核苷酸。
(3)①動(dòng)物細(xì)胞可以通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)(傳代培養(yǎng))繼續(xù)增殖。細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，需要?dú)怏w環(huán)境，其中氣體CO2的作用是維持培養(yǎng)箱中的pH。②分析坐標(biāo)圖：對(duì)比甲和乙蛋白刺激T淋巴細(xì)胞增殖情況發(fā)現(xiàn)：最終效果相當(dāng)，只是增殖時(shí)間不同，可以推斷出A、E片段編碼的肽段不會(huì)降低T淋巴細(xì)胞增殖效果。將丙蛋白分別與甲和乙蛋白刺激T淋巴細(xì)胞增殖情況比較發(fā)現(xiàn)：丙蛋白降低了T淋巴細(xì)胞增殖。丙序列與甲和乙序列相比較，缺少了C片段，也就是說(shuō)若缺少C片段所編碼的肽段，則會(huì)降低其刺激T淋巴細(xì)胞增殖的效果。
9．據(jù)報(bào)道，美國(guó)科研人員通過(guò)基因轉(zhuǎn)移技術(shù)，從根本上治愈了實(shí)驗(yàn)小鼠所患的Ⅰ型糖尿病。這種技術(shù)把選定的X基因?qū)胍认?，這些基因隨后得到整合并促使消化系統(tǒng)和其他類(lèi)型的細(xì)胞制造胰島素。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)在基因工程中，X基因稱為 。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增X基因時(shí)，需要在反應(yīng)體系中添加的有機(jī)物質(zhì)是 、 、4種脫氧核糖核苷酸和熱穩(wěn)定DNA聚合酶，擴(kuò)增過(guò)程可以在PCR擴(kuò)增儀中完成。
(2)將X基因?qū)胄∈篌w內(nèi)之前，需要操作的核心步驟是 ，此步驟最常用的運(yùn)載工具是 ，所需要的酶是限制酶和 。
(3)X基因的檢測(cè)可從分子水平和個(gè)體水平兩方面進(jìn)行，在分子水平上通常采用 技術(shù)檢測(cè)X基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，在個(gè)體水平上應(yīng)檢測(cè)
。
答案　(1)目的基因　引物　模板DNA　(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建　質(zhì)粒　DNA連接酶　(3)DNA分子雜交　實(shí)驗(yàn)小鼠所患的Ⅰ型糖尿病是否被根治




考點(diǎn)三　基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

1．基因工程的應(yīng)用
表現(xiàn)方面
具體內(nèi)容
植物基因工程
①抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物；
②抗病轉(zhuǎn)基因植物；
③抗逆轉(zhuǎn)基因植物；
④利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物
動(dòng)物基因工程
①提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量；
②用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)；
③用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物，如乳腺生物反應(yīng)器；
④用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體
基因工程藥物
控制藥品合成的相應(yīng)基因
基因治療
①體外基因治療；
②體內(nèi)基因治療

特別提醒　(1)青霉素是青霉菌產(chǎn)生的，不是通過(guò)基因工程產(chǎn)生的。
(2)動(dòng)物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體。
(3)原核生物的基因(如抗蟲(chóng)基因)可以作為真核生物(棉花)的目的基因。
(4)Bt毒蛋白基因產(chǎn)生的Bt毒蛋白只在某些昆蟲(chóng)腸道的堿性環(huán)境中才能表現(xiàn)出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，腸道細(xì)胞也無(wú)特異性受體，因此，Bt毒蛋白不會(huì)對(duì)人畜產(chǎn)生危害。
2．蛋白質(zhì)工程
(1)概念
①基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。
②手段：基因修飾或基因合成。
③結(jié)果：對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造出新的蛋白質(zhì)。
(2)流程圖

A．轉(zhuǎn)錄、B.翻譯、C.分子設(shè)計(jì)、D.多肽鏈、E.預(yù)期功能。
教材中的隱性知識(shí)　源于選修3 P26“旁欄問(wèn)題”：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？原因是什么？
提示　應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造。主要原因有：①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳。

(1)轉(zhuǎn)基因抗病農(nóng)作物不需要使用農(nóng)藥(　×　)
(2)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因?yàn)閷⑷说难灏椎鞍谆驅(qū)肓藙?dòng)物的乳腺細(xì)胞中(　×　)
(3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用(　×　)
(4)蛋白質(zhì)工程的目的是改造或合成人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)(　√　)
(5)蛋白質(zhì)工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)(　√　)
(6)蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)(　×　)

(源于選修3 P17“正文”)從某些生物中分離出具有殺蟲(chóng)活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲(chóng)性，已成為防治作物蟲(chóng)害的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)此回答問(wèn)題：
(1)用于殺蟲(chóng)的基因主要是Bt毒蛋白的基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制基因、植物凝集素基因等。
(2)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉抗蟲(chóng)的原理是Bt毒蛋白在昆蟲(chóng)腸道內(nèi)被分解成相對(duì)分子質(zhì)量比較小的、有毒的多肽，與腸上皮細(xì)胞特異性受體結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，最后造成昆蟲(chóng)死亡。
(3)抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物的種植優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在減少使用化學(xué)農(nóng)藥造成的環(huán)境污染，減輕使用化學(xué)農(nóng)藥對(duì)人類(lèi)健康的損害，降低生產(chǎn)成本等。

1．動(dòng)物反應(yīng)器
(1)外源基因：藥用蛋白基因。
(2)表達(dá)條件：藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等。
(3)受體生物——牛、山羊等動(dòng)物。
(4)種類(lèi)：乳腺生物反應(yīng)器和膀胱反應(yīng)器。
2．工程菌
(1)概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類(lèi)細(xì)胞株系。
(2)外源基因：控制合成抗體、疫苗、激素等的基因。
(3)受體細(xì)胞：微生物細(xì)胞。
(4)特點(diǎn)：細(xì)菌內(nèi)沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，產(chǎn)生的藥物可能沒(méi)有活性。
(5)藥物提?。簭奈⑸锛?xì)胞中提取。
3．體外基因治療與體內(nèi)基因治療的比較
　　方法
比較　　
體外基因治療
體內(nèi)基因治療
不
同點(diǎn)
途徑
從患者體內(nèi)獲取某種細(xì)胞→體外完成基因轉(zhuǎn)移→篩選、細(xì)胞擴(kuò)增→輸入體內(nèi)
直接向患者體內(nèi)組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因
特點(diǎn)
操作復(fù)雜，但效果可靠
方法較簡(jiǎn)單，但效果難以控制
相同點(diǎn)
都是將外源基因?qū)氚屑?xì)胞，以糾正缺陷基因，目前兩種方法都處于臨床試驗(yàn)階段

4.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較
項(xiàng)目
蛋白質(zhì)工程
基因工程
區(qū)別
原理
中心法則的逆推、中心法則
基因重組
實(shí)質(zhì)
定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì)
定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品(基因的異體表達(dá))
結(jié)果
可生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)
生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)
聯(lián)系
①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)；②基因工程所利用的某些酶需要通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造


考向一　基因工程的應(yīng)用
10．紅細(xì)胞生成素(EPO)是體內(nèi)促進(jìn)紅細(xì)胞生成的一種激素物質(zhì)，是當(dāng)今最成功的基因工程藥物，可用于治療腎衰性貧血等疾病。由于天然EPO來(lái)源極為有限，目前臨床使用的紅細(xì)胞生成素主要來(lái)自基因工程技術(shù)生產(chǎn)的重組人紅細(xì)胞生成素(rhEPO)。其簡(jiǎn)要生產(chǎn)流程如圖，下列相關(guān)敘述正確的是(　　)

A．過(guò)程①用到的工具酶有DNA聚合酶、限制酶和DNA連接酶
B．構(gòu)建的重組表達(dá)載體中終止子的作用是終止翻譯過(guò)程
C．檢測(cè)重組細(xì)胞是否表達(dá)出rhEPO常用抗原—抗體雜交技術(shù)
D．用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)EPO可將人EPO基因?qū)氩溉閯?dòng)物體細(xì)胞獲得
答案　C
解析　過(guò)程①構(gòu)建基因的表達(dá)載體，需用限制酶切割目的基因和載體，并用DNA連接酶連接，該過(guò)程無(wú)需DNA聚合酶參與，A錯(cuò)誤；終止子的作用是終止轉(zhuǎn)錄過(guò)程，B錯(cuò)誤；檢測(cè)重組細(xì)胞是否表達(dá)出rhEPO，可利用抗原—抗體特異性結(jié)合的原理，采用抗原—抗體雜交技術(shù)檢測(cè)，C正確；采用細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)EPO成本比較高，可以采用乳腺生物反應(yīng)器，將基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)入雌性哺乳動(dòng)物受精卵中，使EPO基因在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，通過(guò)分泌的乳汁來(lái)生產(chǎn)EPO，目前還不能直接用高度分化的體細(xì)胞克隆哺乳動(dòng)物，D錯(cuò)誤。
11．甜蛋白是一種高甜度的特殊蛋白質(zhì)。為了改善黃瓜的品質(zhì)，科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將一種甜蛋白基因成功導(dǎo)入黃瓜細(xì)胞，得到了轉(zhuǎn)基因植株。回答下列問(wèn)題：
(1)用農(nóng)桿菌感染時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用黃瓜 (填“受傷的”或“完好的”)葉片與含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌共同培養(yǎng)，選用這種葉片的理由是
。
(2)若在轉(zhuǎn)基因黃瓜中檢測(cè)到這種甜蛋白，則表明該重組質(zhì)粒中的 已轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中且能夠表達(dá)；用該轉(zhuǎn)基因黃瓜的某一植株與一株非轉(zhuǎn)基因植株雜交，發(fā)現(xiàn)子代中含甜蛋白個(gè)體數(shù)與不含甜蛋白個(gè)體數(shù)之比為1∶1，則說(shuō)明甜蛋白基因已經(jīng)整合到 (填“核基因組”“線粒體基因組”或“葉綠體基因組”)中。
(3)假設(shè)某種轉(zhuǎn)基因作物因?yàn)槭艿讲《靖腥径鴾p產(chǎn)，若要以該轉(zhuǎn)基因作物為材料獲得脫毒苗，應(yīng)選用
作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)。
(4)通常，基因工程操作主要有4個(gè)步驟，即目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。因此，基因工程的含義可概括為
。
答案　(1)受傷的　葉片傷口處的細(xì)胞會(huì)分泌大量的酚類(lèi)化合物，可吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞　(2)甜蛋白基因　核基因組　(3)莖尖　(4)按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(lèi)型和生物產(chǎn)品
解析　(1)農(nóng)桿菌能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，當(dāng)植物體受到損傷時(shí)，傷口處的細(xì)胞會(huì)分泌大量的酚類(lèi)化合物，吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞，這時(shí)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T－DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。所以選擇受傷的黃瓜葉片與含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌共同培養(yǎng)。(2)甜蛋白基因是目的基因，若在轉(zhuǎn)基因黃瓜中檢測(cè)到該甜蛋白，表明該重組質(zhì)粒中的甜蛋白基因已轉(zhuǎn)移至植物細(xì)胞中且能夠表達(dá)；非轉(zhuǎn)基因植株無(wú)甜蛋白基因，用OO表示，與轉(zhuǎn)基因黃瓜(用AO表示)的某一植株雜交，子代含甜蛋白個(gè)體數(shù)與不含甜蛋白個(gè)體數(shù)之比為1∶1，說(shuō)明轉(zhuǎn)基因黃瓜是雜合子，且甜蛋白基因整合到核基因組中。(3)植物分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒含量少，甚至無(wú)病毒，利用其作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)，可獲得脫毒苗。
12．(2018·天津，10)甲型流感病毒為RNA病毒，易引起流感大規(guī)模流行。我國(guó)科學(xué)家在2017年發(fā)明了一種制備該病毒活疫苗的新方法，主要環(huán)節(jié)如下。
(1)改造病毒的部分基因，使其失去在正常宿主細(xì)胞內(nèi)的增殖能力。以病毒RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄成對(duì)應(yīng)DNA后，利用 技術(shù)擴(kuò)增，并將其中某些基因(不包括表面抗原基因)內(nèi)個(gè)別編碼氨基酸的序列替換成編碼終止密碼的序列。與改造前的基因相比，改造后的基因表達(dá)時(shí)不能合成完整長(zhǎng)度的 ，因此不能產(chǎn)生子代病毒。將該改造基因、表面抗原等其他基因分別構(gòu)建重組質(zhì)粒，并保存。
(2)構(gòu)建適合改造病毒增殖的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。設(shè)計(jì)合成一種特殊tRNA的基因，其產(chǎn)物的反密碼子能與(1)中的終止密碼配對(duì)結(jié)合，并可攜帶一個(gè)非天然氨基酸(Uaa)。將該基因與__________連接后導(dǎo)入宿主細(xì)胞。提取宿主細(xì)胞的 進(jìn)行分子雜交鑒定，篩選獲得成功表達(dá)上述tRNA的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。
(3)利用轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞制備疫苗。將(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(2)中的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞，并在補(bǔ)加___________的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，則該宿主細(xì)胞能利用上述特殊tRNA，翻譯出改造病毒基因的完整蛋白，產(chǎn)生大量子代病毒，用于制備疫苗。特殊tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，識(shí)別其啟動(dòng)子的酶是 (單選)。
A．病毒的DNA聚合酶 B．宿主的DNA聚合酶
C．病毒的RNA聚合酶 D．宿主的RNA聚合酶
(4)上述子代病毒不能在正常宿主細(xì)胞中增殖，沒(méi)有致病性，因此不經(jīng)滅活或減毒即可制成疫苗。與不具侵染性的流感病毒滅活疫苗相比，該病毒活疫苗的優(yōu)勢(shì)之一是可引起 免疫，增強(qiáng)免疫保護(hù)效果。
答案　(1)PCR　多肽(或蛋白質(zhì))　(2)載體　總RNA　(3)非天然氨基酸(Uaa)　D　(4)細(xì)胞
解析　(1)體外進(jìn)行DNA擴(kuò)增采用的技術(shù)手段是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR技術(shù))。將基因內(nèi)個(gè)別編碼氨基酸的序列改造成編碼終止密碼的序列后，在翻譯時(shí)終止密碼提前出現(xiàn)，不能合成完整長(zhǎng)度的多肽(或蛋白質(zhì))。
(2)為了使目的基因能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并正常表達(dá)，需要將目的基因與載體連接后導(dǎo)入受體細(xì)胞。利用分子雜交技術(shù)鑒定，篩選獲得成功表達(dá)目的RNA的細(xì)胞時(shí)，需提取宿主細(xì)胞的總RNA。
(3)將(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(2)中的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞，宿主細(xì)胞內(nèi)由于沒(méi)有Uaa，翻譯將會(huì)在終止密碼處停止，將不能翻譯出改造病毒基因的完整蛋白，所以要想翻譯出完整蛋白，需要在培養(yǎng)基中加入U(xiǎn)aa。轉(zhuǎn)錄時(shí)，識(shí)別啟動(dòng)子的酶為RNA聚合酶，因?yàn)檗D(zhuǎn)錄在宿主細(xì)胞中進(jìn)行，所以轉(zhuǎn)錄用的酶為宿主細(xì)胞的RNA聚合酶。
(4)不具有侵染性的滅活病毒不能進(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi)，只會(huì)引發(fā)體液免疫，而減毒的活疫苗雖然不能在人體細(xì)胞內(nèi)正常增殖，但可以侵入人體細(xì)胞，能引起人體產(chǎn)生細(xì)胞免疫，增強(qiáng)免疫保護(hù)效果。
考向二　蛋白質(zhì)工程
13．某生物中發(fā)現(xiàn)一種基因的表達(dá)產(chǎn)物是具有較強(qiáng)抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人員預(yù)期在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的蛋白質(zhì)藥物，下一步要做的是(　　)
A．合成編碼多肽P1的DNA片段
B．構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體
C．設(shè)計(jì)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
D．利用抗原—抗體雜交的方法對(duì)表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)
答案　C
14．干擾素可以用于治療病毒感染和癌癥，但在體外保存相當(dāng)困難。如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，那么，在－70 ℃條件下可以保存半年，這需要利用蛋白質(zhì)工程來(lái)完成。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程是按照 進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)工程與之相反。蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò) ，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造新的一種蛋白質(zhì)，以滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。
(2)若將干擾素的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，推測(cè)相應(yīng)的脫氧核苷酸序列 (填“是”或“不是”)唯一的?？衫肞CR技術(shù)擴(kuò)增相應(yīng)基因，該技術(shù)的前提是要有一段 ，以便根據(jù)這一序列合成引物。
(3)科學(xué)家在基因工程和蛋白質(zhì)工程中常用大腸桿菌作為受體細(xì)胞，原因是其
(答出兩點(diǎn)即可)。
大腸桿菌常用的轉(zhuǎn)化方法：首先用 處理后成為 細(xì)胞，再與重組表達(dá)載體混合于緩沖溶液中完成轉(zhuǎn)化。
(4)干擾素基因是否翻譯出蛋白質(zhì)，可用 (填物質(zhì))進(jìn)行檢測(cè)。
答案　(1)中心法則　基因修飾或基因合成(缺一不可)　(2)不是　已知目的基因的核苷酸序列　(3)繁殖快，為單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)相對(duì)較少　Ca2＋　感受態(tài)　(4)(干擾素)抗體
解析　(2)由于絲氨酸對(duì)應(yīng)的密碼子有四個(gè)，若將干擾素的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，相應(yīng)的脫氧核苷酸序列不唯一，可利用PCR技術(shù)擴(kuò)增相應(yīng)基因，該技術(shù)需要引物，要根據(jù)已知目的基因的核苷酸序列合成引物。(4)可用抗原—抗體雜交法來(lái)檢測(cè)干擾素基因是否翻譯出蛋白質(zhì)。
考點(diǎn)四　DNA的粗提取與鑒定

1．基本原理
(1)DNA的粗提取
①原理：利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，提取DNA，去除其他成分。
②DNA與蛋白質(zhì)在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異
比較項(xiàng)目
DNA
蛋白質(zhì)
溶
解
性
2 mol·L－1
NaCl溶液中

溶解
析出
0.14 mol·L－1
NaCl溶液中
析出
溶解
酒精溶液中
析出
溶解
耐
受
性
蛋白酶
無(wú)影響
水解
高溫
80 ℃以上變性
不能忍受60～80 ℃的高溫

(2)DNA的鑒定：DNA＋二苯胺藍(lán)色。
2．操作流程


(1)提取DNA時(shí)，如果沒(méi)有雞血材料，可用豬血代替(　×　)
(2)進(jìn)行DNA的粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入洗滌劑后用力進(jìn)行快速、充分地研磨(　×　)
(3)洗滌劑能瓦解細(xì)胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度(　×　)
(4)在溶有DNA的NaCl溶液中，加入二苯胺試劑即呈藍(lán)色(　×　)
(5)在DNA的粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)中，用菜花替代雞血作為實(shí)驗(yàn)材料，其實(shí)驗(yàn)操作步驟相同
(　×　)
(6)實(shí)驗(yàn)中兩次使用蒸餾水的目的不同(　√　)


(源于選修1 P55～56)下圖為“DNA粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作，請(qǐng)仔細(xì)觀察并分析①～④操作的目的分別是什么？


①使雞血細(xì)胞吸水漲破釋放出核物質(zhì)；
②析出DNA，除去溶于酒精的雜質(zhì)；
③使DNA溶解在2 mol·L－1NaCl溶液中；
④稀釋NaCl溶液使其濃度接近0.14 mol·L－1，除去溶于濃度為0.14 mol·L－1NaCl溶液的雜質(zhì)。

1．DNA的粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)中的“2、4、4”
實(shí)驗(yàn)操作
實(shí)驗(yàn)操作的目的
加蒸餾水2次
①加到雞血細(xì)胞液中，使血細(xì)胞吸水漲破；②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度稀釋到0.14 mol/L，使DNA析出
用紗布過(guò)濾4次
①過(guò)濾血細(xì)胞破裂液，得到含細(xì)胞核物質(zhì)的濾液；②過(guò)濾用2 mol/L的NaCl溶液充分溶解的DNA，濾去溶液中的雜質(zhì)；③濾取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；④過(guò)濾溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液
用NaCl溶液4次
①加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的細(xì)胞核物質(zhì)；②用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出；③用2 mol/L的NaCl溶液，溶解濾取的DNA黏稠物；④用2 mol/L的NaCl溶液，溶解絲狀物用于鑒定DNA

2.注意事項(xiàng)
(1)本實(shí)驗(yàn)不能用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞作實(shí)驗(yàn)材料，原因是哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核(無(wú)DNA)?？蛇x用雞血細(xì)胞作材料。
(2)加入洗滌劑后，動(dòng)作要輕緩、柔和，否則容易產(chǎn)生大量的泡沫，不利于后續(xù)步驟的操作。加入酒精和用玻璃棒攪拌時(shí)，動(dòng)作要輕緩，以免加劇DNA分子的斷裂，導(dǎo)致DNA分子不能形成絮狀沉淀。
(3)二苯胺試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，否則會(huì)影響鑒定的效果。
(4)提取植物細(xì)胞的DNA時(shí)，加入的洗滌劑能溶解細(xì)胞膜，有利于DNA的釋放；加入食鹽(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。
(5)在DNA進(jìn)一步提純時(shí)，選用冷卻的體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液的作用是溶解雜質(zhì)和析出DNA。

考向一　DNA的粗提取
15．下列關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)原理的敘述，正確的是(　　)
A．利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白質(zhì)不溶于酒精溶液的特點(diǎn)，可將DNA與蛋白質(zhì)分離
B．利用85 ℃的高溫能使蛋白質(zhì)變性卻對(duì)DNA沒(méi)有影響的特性，將DNA與蛋白質(zhì)分離
C．利用DNA在2 mol·L－1NaCl溶液中溶解度最大的特點(diǎn)，可將DNA與雜質(zhì)分離
D．在DNA濾液中加入嫩肉粉，通過(guò)木瓜蛋白酶的作用，可將DNA與蛋白質(zhì)分離
答案　D
16．某生物興趣小組開(kāi)展DNA粗提取的相關(guān)探究活動(dòng)，具體步驟如下：
材料處理：稱取新鮮的花菜、辣椒和蒜黃各2份，每份10 g，剪碎后分成兩組，一組置于20 ℃條件下、另一組置于－20 ℃條件下，分別保存24 h。
DNA的粗提?。?br /> 第一步：將上述材料分別放入研缽中，各加入15 mL研磨液，充分研磨。用兩層紗布過(guò)濾，取濾液備用。
第二步：先向6只小燒杯中分別注入10 mL濾液，再加入20 mL體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒緩緩地向一個(gè)方向攪拌，使絮狀物纏繞在玻璃棒上。
第三步：取6支試管，分別加入等量的2 mol·L－1的NaCl溶液溶解上述絮狀物。
DNA的鑒定：在上述試管中各加入4 mL二苯胺試劑，混合均勻后，置于沸水中加熱5 min，待試管冷卻后比較溶液的顏色深淺，結(jié)果如下表。
材料保存溫度
花菜
辣椒
蒜黃
20 ℃
＋＋
＋
＋＋＋
－20 ℃
＋＋＋
＋＋
＋＋＋＋

注：“＋”越多表示藍(lán)色越深。
分析上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，回答下列問(wèn)題：
(1)該探究性實(shí)驗(yàn)的課題名稱是
。
(2)第二步中“緩緩地”攪拌，這是為了減少
。
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論并分析。
①結(jié)論1：與20 ℃相比，相同實(shí)驗(yàn)材料在－20 ℃條件下保存，DNA的提取量較多。
結(jié)論2： 。
②針對(duì)結(jié)論1，請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼慕忉專(zhuān)?
。
(4)氯仿密度大于水，能使蛋白質(zhì)變性沉淀，與水和DNA均不相溶，且對(duì)DNA影響極小。為了進(jìn)一步提高DNA純度，依據(jù)氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作的步驟是
，然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液使DNA析出。
答案　(1)探究不同材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響　(2)DNA斷裂　(3)①等質(zhì)量的不同實(shí)驗(yàn)材料，在相同的保存溫度下，從蒜黃中提取的DNA量最多?、诘蜏匾种屏讼嚓P(guān)酶的活性，DNA降解速度慢　(4)將第三步獲得的溶液與等量的氯仿充分混合，靜置一段時(shí)間，吸取上清液
解析　(1)從表格可以看出，該實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)自變量：材料和溫度，所以該探究性實(shí)驗(yàn)的課題名稱為“探究不同材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響”。低溫抑制了相關(guān)酶的活性，DNA降解速度慢，提取的DNA量較多。(2)第二步中用玻璃棒攪拌的目的是獲取DNA絮狀物，所以若攪拌速度快，易造成DNA斷裂。(3)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論可從兩個(gè)方面來(lái)考慮：①相同材料在不同保存溫度下的結(jié)論；②不同材料在相同保存溫度下的結(jié)論。(4)氯仿能使蛋白質(zhì)變性，而對(duì)DNA影響極小，所以可將第三步獲得的溶液與氯仿混合，又因氯仿密度大于水，所以蛋白質(zhì)沉淀位于溶液下部，DNA位于上清液中。
考向二　DNA分子的鑒定
17．實(shí)驗(yàn)中對(duì)DNA進(jìn)行鑒定時(shí)，做如下操作：
試管
序號(hào)
A
B
1
加2 mol/L的NaCl溶液5 mL
加2 mol/L的NaCl溶液5 mL
2
不加
加入提取的DNA絲狀物并攪拌
3
加4 mL二苯胺試劑，混勻
加4 mL二苯胺試劑，混勻
4
沸水浴5 min
沸水浴5 min
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象


實(shí)驗(yàn)結(jié)論



(1)根據(jù)上圖，完成表格空白處的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
(2)對(duì)于B試管，完成1、2、3的操作后溶液顏色如何變化？
。
(3)在沸水浴中加熱的目的是 ，同時(shí)說(shuō)明DNA對(duì)高溫有較強(qiáng)的 。
(4)A試管在實(shí)驗(yàn)中的作用是 。
(5)B試管中溶液顏色的變化程度主要與 有關(guān)。
答案　(1)溶液不變藍(lán)色　溶液逐漸變藍(lán)色　DNA在沸水浴的情況下與二苯胺反應(yīng)呈現(xiàn)藍(lán)色　(2)溶液顏色基本不變　(3)加快顏色反應(yīng)速度　耐受性　(4)對(duì)照　(5)加入試管中的DNA(絲狀物)的多少
解析　與A試管相比，B試管中含DNA絲狀物，其他條件均完全相同，A、B兩試管形成對(duì)照。本實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)反應(yīng)條件是沸水浴加熱5 min，這樣可加快顏色反應(yīng)的速度，觀察對(duì)比兩試管的顏色時(shí)要等到冷卻以后。




1．核心概念
(1)(選修3 P1)基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(lèi)型和生物產(chǎn)品。
(2)(選修3 P6)質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。
(3)(選修3 P9)目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。
(4)(選修3 P12)轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。
(5)(選修3 P23)基因治療：把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是治療遺傳病的最有效手段。

2．教材結(jié)論性語(yǔ)句
(1)(選修3 P4)實(shí)現(xiàn)基因工程操作過(guò)程至少需要三種工具，即準(zhǔn)確切割DNA的“手術(shù)刀”、將DNA片段再連接起來(lái)的“縫合針”、將體外重組好的DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞的“運(yùn)輸工具”。
(2)(選修3 P5)當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端；而當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線處切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的則是平末端。
(3)(選修3 P5～6)E·coli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，不能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接。而T4 DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端，但連接平末端之間的效率比較低。
(4)(選修3 P8～14)獲取目的基因是實(shí)施基因工程的第一步；基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實(shí)施基因工程的第二步，也是基因工程的核心；將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞是實(shí)施基因工程的第三步；目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳持性，只有通過(guò)檢測(cè)與鑒定才能知道，這是基因工程的第四步工作。
(5)(選修3 P11)一個(gè)基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動(dòng)子、終止子以及標(biāo)記基因等。
(6)(選修3 P26)基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。
(7)(選修3 P27)蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求。

1．(2020·浙江7月選考，24)下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是(　　)
A．若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)用到的限制性核酸內(nèi)切酶，則一定有利于該重組質(zhì)粒進(jìn)入受體并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
B．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物獲得2個(gè)穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)基因品系，抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入無(wú)關(guān)
C．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物獲得轉(zhuǎn)基因植株，其DNA檢測(cè)均含目的基因，抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達(dá)了抗性蛋白而后者只表達(dá)抗性基因RNA
D．已知不同分子量DNA可分開(kāi)成不同條帶，相同分子量的為一條帶，用某種限制性核酸內(nèi)切酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)3條帶。表明該質(zhì)粒上一定至少有3個(gè)被該酶切開(kāi)的位置
答案　D
解析　基因工程中，若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)用到的限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)，重組質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌體內(nèi)后，該限制酶可以切割重組質(zhì)粒，使重組質(zhì)粒不能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，A項(xiàng)錯(cuò)誤；將抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物獲得2個(gè)穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)基因品系，抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽，若抗除草劑基因轉(zhuǎn)入到抗鹽基因的編碼區(qū)，破壞了抗鹽基因，則會(huì)出現(xiàn)由抗鹽到不抗鹽的改變，可說(shuō)明抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入有關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物獲得轉(zhuǎn)基因植株，其DNA檢測(cè)均含目的基因，抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑，則前者應(yīng)表達(dá)了抗性蛋白，而后者可能表達(dá)了抗性基因RNA但不能進(jìn)行翻譯過(guò)程，也可能沒(méi)有表達(dá)出抗性基因RNA，C項(xiàng)錯(cuò)誤；已知不同分子量DNA可分開(kāi)成不同條帶，相同分子量的為一條帶，用某種限制性核酸內(nèi)切酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)幾條帶則表明該質(zhì)粒上一定至少有幾個(gè)被酶切開(kāi)的位置，注意若完全酶切鏈狀DNA后，出現(xiàn)3條帶，則表明該鏈狀DNA上一定至少有2個(gè)被酶切開(kāi)的位置，D項(xiàng)正確。
2．(2019·江蘇，10)下列關(guān)于DNA粗提取與鑒定的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)
A．用同樣方法從等體積兔血和雞血中提取的DNA量相近
B．DNA析出過(guò)程中，攪拌操作要輕柔以防DNA斷裂
C．預(yù)冷的酒精可用來(lái)進(jìn)一步純化粗提的DNA
D．用二苯胺試劑鑒定DNA需要進(jìn)行水浴加熱
答案　A
解析　哺乳動(dòng)物(如兔)成熟的紅細(xì)胞中無(wú)細(xì)胞核和眾多細(xì)胞器，不能提取到DNA，故兔血不宜作為該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料，A錯(cuò)誤；為防止DNA斷裂，在DNA析出過(guò)程中攪拌操作要輕柔且沿著一個(gè)方向，B正確；DNA不溶于酒精溶液，但是細(xì)胞中的某些蛋白質(zhì)溶于酒精溶液，預(yù)冷的酒精溶液可用來(lái)進(jìn)一步純化粗提的DNA，C正確；在沸水浴的條件下，DNA遇二苯胺呈現(xiàn)藍(lán)色，因此，用二苯胺試劑鑒定DNA需要進(jìn)行水浴加熱，D正確。
3．(2020·天津，11)閱讀下列材料，回答下題。
在應(yīng)用基因工程改變生物遺傳特性，進(jìn)而利用種間關(guān)系進(jìn)行生物防治方面，中國(guó)科學(xué)家取得了許多重要進(jìn)展。
資料一　人類(lèi)使用化學(xué)農(nóng)藥防治害蟲(chóng)，致使環(huán)境不斷惡化。王成樹(shù)等從黃肥尾蝎中克隆出一種神經(jīng)毒素基因AalT，將其導(dǎo)入能寄生在許多害蟲(chóng)體內(nèi)的綠僵菌中，增強(qiáng)綠僵菌致死害蟲(chóng)的效應(yīng)，可有效控制蟲(chóng)害大規(guī)模爆發(fā)。
資料二　小麥赤霉病是世界范圍內(nèi)極具毀滅性的農(nóng)業(yè)真菌病害。王宏偉、孔令讓等從長(zhǎng)穗偃麥草中克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7。將Fhb7導(dǎo)入小麥，其表達(dá)產(chǎn)物可減輕赤霉菌對(duì)小麥的感染，從而避免小麥赤霉病大規(guī)模爆發(fā)。
資料三　瘧疾由受瘧原蟲(chóng)感染的雌按蚊通過(guò)叮咬在人群中傳播。王四寶等從幾種微生物中克隆出5種不同抗瘧機(jī)制的基因，將它們導(dǎo)入按蚊的腸道共生菌AS1中。在按蚊腸道內(nèi)，AS1工程菌分泌的基因表達(dá)產(chǎn)物可殺滅瘧原蟲(chóng)。因AS1可在按蚊親代和子代種群中擴(kuò)散，所以在含AS1工程菌按蚊的群落中，瘧疾傳播一般可被阻斷。
目的基因是基因工程的關(guān)鍵要素。關(guān)于上述資料中涉及的目的基因，下列分析正確的是(　　)
A．來(lái)源：必須從動(dòng)物、植物或微生物的基因組文庫(kù)中直接獲取
B．作用：上述基因表達(dá)產(chǎn)物一定影響防治對(duì)象的生長(zhǎng)或存活
C．轉(zhuǎn)化：均可采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞
D．應(yīng)用：只有將目的基因?qū)敕乐螌?duì)象才能達(dá)到生物防治目的
答案　B
解析　資料一、二、三中的目的基因都是科學(xué)家從生物體內(nèi)直接分離并克隆的，并非從動(dòng)物、植物或微生物的基因組文庫(kù)中直接獲取，A項(xiàng)錯(cuò)誤；資料一中，基因表達(dá)產(chǎn)物能有效控制蟲(chóng)害大規(guī)模爆發(fā)，資料二中，基因表達(dá)產(chǎn)物能避免小麥赤霉病大規(guī)模爆發(fā)，資料三中，基因表達(dá)產(chǎn)物可殺滅瘧原蟲(chóng)，阻斷瘧疾的傳播，說(shuō)明上述基因表達(dá)產(chǎn)物一定影響防治對(duì)象的生長(zhǎng)或存活，B項(xiàng)正確；資料一中將神經(jīng)毒素基因AalT導(dǎo)入綠僵菌中，資料三中將5種不同抗瘧機(jī)制的基因?qū)氚次玫哪c道共生菌AS1中，受體細(xì)胞均是細(xì)菌，將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常采用感受態(tài)細(xì)胞法；資料二中將抗赤霉病主效基因Fhb7導(dǎo)入小麥，小麥屬于單子葉植物，農(nóng)桿菌能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，而對(duì)大多數(shù)單子葉植物沒(méi)有感染能力，因此將目的基因?qū)胄←溂?xì)胞不可采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，而是采用基因槍法，基因槍法是單子葉植物中常用的一種基因轉(zhuǎn)化方法，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在資料一中將神經(jīng)毒素基因AalT導(dǎo)入綠僵菌中防治害蟲(chóng)，資料三中將5種不同抗瘧機(jī)制的基因?qū)氚次玫哪c道共生菌AS1中殺滅瘧原蟲(chóng)，兩者均未直接導(dǎo)入防治對(duì)象中，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4．(2020·山東，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強(qiáng)?？蒲腥藛T將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動(dòng)子序列的定點(diǎn)編輯，從而獲得了3個(gè)突變品系。
(1)將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，所需的酶是
，重組載體進(jìn)入水稻細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為 。
(2)根據(jù)啟動(dòng)子的作用推測(cè)，Wx基因啟動(dòng)子序列的改變影響了 ，
從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個(gè)突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列 (填“發(fā)生”或“不發(fā)生”)改變，原因是__________
。
(3)為檢測(cè)啟動(dòng)子變化對(duì)Wx基因表達(dá)的影響，科研人員需要檢測(cè)Wx基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA (Wx mRNA)的量。檢測(cè)時(shí)分別提取各品系胚乳中的總RNA，經(jīng) 過(guò)程獲得總cDNA。通過(guò)PCR技術(shù)可在總cDNA中專(zhuān)一性的擴(kuò)增出Wx基因的cDNA，原因是
。
(4)各品系Wx mRNA量的檢測(cè)結(jié)果如圖所示，據(jù)圖推測(cè)糯性最強(qiáng)的品系為 ，原因是

。

答案　(1)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶　轉(zhuǎn)化
(2)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的識(shí)別和結(jié)合　不發(fā)生　編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動(dòng)子
(3)逆轉(zhuǎn)錄(或反轉(zhuǎn)錄)　引物是根據(jù)Wx基因的一段已知序列設(shè)計(jì)合成的(或引物能與Wx基因的cDNA特異性結(jié)合)
(4)品系3　品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，直鏈淀粉合成量最少，糯性最強(qiáng)
解析　(1)構(gòu)建基因表達(dá)載體需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶，可以對(duì)目的基因和載體進(jìn)行切割和連接，重組載體進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化。(2)RNA聚合酶與啟動(dòng)子識(shí)別和結(jié)合后啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，啟動(dòng)子的序列改變會(huì)影響與RNA聚合酶的識(shí)別和結(jié)合，從而改變基因的轉(zhuǎn)錄，3個(gè)突變品系中改變的是啟動(dòng)子的序列，影響mRNA的轉(zhuǎn)錄，而編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含有啟動(dòng)子的序列，所以編碼合成的直鏈淀粉酶的氨基酸序列不發(fā)生改變。(3)通過(guò)mRNA獲得cDNA是逆轉(zhuǎn)錄(或反轉(zhuǎn)錄)過(guò)程。PCR過(guò)程中需要模板、原料、酶、引物等，其中引物是根據(jù)已知基因上的一段序列合成的，這樣要從總cDNA中專(zhuān)一性的擴(kuò)增出Wx基因的cDNA，關(guān)鍵是要根據(jù)Wx基因的一段已知序列合成出相應(yīng)的引物。(4)據(jù)題中信息可知，水稻胚乳中直鏈淀粉所占比例越小，糯性越強(qiáng)，題圖中品系3中的Wx mRNA量最少，這樣合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，則合成的直鏈淀粉所占比例最小，糯性最強(qiáng)。
5．(2020·天津，16)Ⅰ型糖尿病是因免疫系統(tǒng)將自身胰島素作為抗原識(shí)別而引起的自身免疫病。小腸黏膜長(zhǎng)期少量吸收胰島素抗原，能誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)識(shí)別該抗原后應(yīng)答減弱，從而緩解癥狀。科研人員利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，使乳酸菌在小鼠腸道內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生人胰島素抗原，為此構(gòu)建重組表達(dá)載體，技術(shù)路線如下。

據(jù)圖回答：
(1)為使人胰島素在乳酸菌中高效表達(dá)，需改造其編碼序列。下圖是改造前后人胰島素B鏈編碼序列的起始30個(gè)核苷酸序列。據(jù)圖分析，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中，該段序列所對(duì)應(yīng)的片段內(nèi)存在堿基替換的密碼子數(shù)有 個(gè)。

(2)在人胰島素A、B肽鏈編碼序列間引入一段短肽編碼序列，確保等比例表達(dá)A、B肽鏈。下列有關(guān)分析正確的是 (多選)。
A．引入短肽編碼序列不能含終止子序列
B．引入短肽編碼序列不能含終止密碼子編碼序列
C．引入短肽不能改變A鏈氨基酸序列
D．引入短肽不能改變?cè)艘葝u素抗原性
(3)在重組表達(dá)載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶僅有圖示的酶切位點(diǎn)。用這兩種酶充分酶切重組表達(dá)載體，可形成 種DNA片段。
(4)檢測(cè)轉(zhuǎn)化的乳酸菌發(fā)現(xiàn)，信號(hào)肽－重組人胰島素分布在細(xì)胞壁上。由此推測(cè)，信號(hào)肽的合成和運(yùn)輸所經(jīng)歷的細(xì)胞結(jié)構(gòu)依次是 。
(5)用轉(zhuǎn)化的乳酸菌飼喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段時(shí)間后，小鼠體內(nèi)出現(xiàn)人胰島素抗原，能夠特異性識(shí)別它的免疫細(xì)胞有 (多選)。
A．B細(xì)胞 B．T細(xì)胞 C．吞噬細(xì)胞 D．漿細(xì)胞
答案　(1)6　(2)ABCD　(3)3　(4)核糖體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞壁　(5)AB
解析　(1)據(jù)圖分析，人胰島素B鏈編碼序列的起始30個(gè)核苷酸序列改造后，第6、15、16、18、21、24、30位的核苷酸與改造前不同，則轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的密碼子中第2、5、6、7、8、10個(gè)密碼子發(fā)生了堿基的替換。(2)在人胰島素A、B肽鏈編碼序列間引入一段短肽編碼序列，以確保等比例表達(dá)A、B肽鏈。若引入的短肽編碼序列含有終止子序列，則會(huì)使控制合成胰島素的基因在表達(dá)時(shí)提前終止轉(zhuǎn)錄過(guò)程，引起構(gòu)成胰島素的肽鏈變短；若引入的短肽編碼序列含有終止密碼子編碼序列，則會(huì)使控制合成胰島素的基因在表達(dá)時(shí)提前終止翻譯過(guò)程，引起構(gòu)成胰島素的肽鏈變短；引入的短肽編碼序列應(yīng)當(dāng)位于A鏈和B鏈之間，不能改變A、B鏈的氨基酸序列，也不能改變?cè)艘葝u素抗原性，新產(chǎn)生的胰島素具備原有的抗原性才能在被小腸黏膜吸收后，誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)識(shí)別該抗原后應(yīng)答減弱，從而緩解癥狀，因此A、B、C、D四個(gè)選項(xiàng)均正確。(3)在重組表達(dá)載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶的酶切位點(diǎn)共有3個(gè)，則用這兩種限制酶充分酶切后，能夠?qū)h(huán)狀的重組表達(dá)載體切成3種不同長(zhǎng)度的鏈狀DNA片段。(4)該信號(hào)肽－重組人胰島素是在乳酸菌的核糖體上合成的，分布在細(xì)胞壁上，則其合成和運(yùn)輸過(guò)程是在核糖體上合成，經(jīng)過(guò)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞膜運(yùn)輸，最后到達(dá)細(xì)胞壁。(5)用轉(zhuǎn)化的乳酸菌飼喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段時(shí)間后，小鼠體內(nèi)出現(xiàn)的人胰島素抗原會(huì)引起小鼠機(jī)體發(fā)生特異性免疫反應(yīng)，該過(guò)程中能夠特異性識(shí)別抗原的細(xì)胞包括B細(xì)胞、T細(xì)胞、效應(yīng)T細(xì)胞和記憶細(xì)胞。吞噬細(xì)胞對(duì)抗原的識(shí)別不具有特異性，漿細(xì)胞不能識(shí)別抗原。
課時(shí)精練
1．藍(lán)藻兼具微生物和植物的優(yōu)點(diǎn)，是一種獨(dú)特的基因工程受體系統(tǒng)。很多藍(lán)藻含有質(zhì)粒，但其質(zhì)粒不能直接作為載體，需要構(gòu)建成穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體，才能使目的基因在藍(lán)藻中有效的復(fù)制和表達(dá)。回答下列問(wèn)題：

(1)據(jù)圖1推測(cè)，與普通基因表達(dá)載體相比，穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體既能在 中復(fù)制，也能在 中復(fù)制。為了篩選轉(zhuǎn)入了穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體的藍(lán)藻，應(yīng)在選擇培養(yǎng)基中添加 。
(2)選大腸桿菌作為受體細(xì)胞時(shí)，應(yīng)選用 處理，使其成為感受態(tài)細(xì)胞。采用基因槍法將目的基因?qū)胨{(lán)藻前，可使用 (填“纖維素酶和果膠酶”“溶菌酶”或“膠原蛋白酶”)去除藍(lán)藻的細(xì)胞壁。
(3)已知DNA復(fù)制時(shí)，子鏈的延伸方向是5′→3′。使用PCR技術(shù)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因藍(lán)藻中是否存在人胸腺素基因，可選擇圖2中1、2、3、4四種單鏈DNA片段中的 作為引物，此過(guò)程還需要 酶。
答案　(1)大腸桿菌　藍(lán)藻　卡那霉素　(2)Ca2＋　溶菌酶　(3)2和3　熱穩(wěn)定DNA聚合(或Taq)
解析　(1)據(jù)圖1可知，該穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體中存在大腸桿菌質(zhì)粒復(fù)制原點(diǎn)，也存在藍(lán)藻質(zhì)粒復(fù)制原點(diǎn)，推斷該穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體既能在大腸桿菌中復(fù)制，也能在藍(lán)藻中復(fù)制。該穿梭質(zhì)粒表達(dá)載體上有卡那霉素抗性基因，因此應(yīng)在選擇培養(yǎng)基中添加卡那霉素進(jìn)行篩選。(2)大腸桿菌作為受體細(xì)胞時(shí)，需用Ca2＋處理，使其成為感受態(tài)細(xì)胞。藍(lán)藻細(xì)胞壁的主要成分為肽聚糖，可選擇溶菌酶去除藍(lán)藻的細(xì)胞壁。
2．如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出來(lái)的殺蟲(chóng)晶體蛋白質(zhì)基因及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的圖解。請(qǐng)據(jù)圖回答下面的問(wèn)題：

(1)圖中a過(guò)程要用到的酶是 。
(2)在進(jìn)行圖中b過(guò)程時(shí)，由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的十分簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的方法是 ，此外，也經(jīng)常采用 法。若要培育轉(zhuǎn)基因綿羊，則此過(guò)程要用 的方法。
(3)為確定抗蟲(chóng)棉是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的 作探針進(jìn)行分子雜交測(cè)試，又要在個(gè)體水平上鑒定，后者具體過(guò)程是 。
(4)活化的毒性物質(zhì)應(yīng)是一種 分子，可以全部或部分嵌合于昆蟲(chóng)的細(xì)胞膜上，使細(xì)胞膜產(chǎn)生孔道，導(dǎo)致細(xì)胞由于滲透平衡的破壞而破裂。
答案　(1)限制性核酸內(nèi)切酶　(2)花粉管通道法　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化　顯微注射　(3)殺蟲(chóng)晶體蛋白質(zhì)基因(或目的基因)　讓害蟲(chóng)吞食抗蟲(chóng)棉葉子，觀察害蟲(chóng)的存活狀態(tài)(其他答案合理也可)　(4)多肽
解析　(1)圖中a過(guò)程是提取目的基因，用到的酶是限制酶(限制性核酸內(nèi)切酶)。(2)b過(guò)程是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞?；ǚ酃芡ǖ婪ㄊ俏覈?guó)科學(xué)家所創(chuàng)，此外農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法也可將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。若以動(dòng)物受精卵為受體細(xì)胞，則常用顯微注射技術(shù)。(3)檢測(cè)目的基因是否成功表達(dá)，可在分子水平檢測(cè)，用殺蟲(chóng)晶體蛋白質(zhì)基因(或目的基因)作探針，進(jìn)行分子雜交。在個(gè)體水平上進(jìn)行鑒定時(shí)，可以讓害蟲(chóng)吞食抗蟲(chóng)棉葉子，觀察害蟲(chóng)的存活狀態(tài)。(4)活化的毒性物質(zhì)是晶體蛋白在蛋白酶的作用下得到的，應(yīng)該是多肽。
3．如圖是將乙肝病毒表面主蛋白基因HBsAg導(dǎo)入巴斯德畢赤酵母菌生產(chǎn)乙肝疫苗的過(guò)程圖。巴斯德畢赤酵母菌是一種甲基營(yíng)養(yǎng)型酵母，能將甲醇作為其唯一碳源。該酵母菌體內(nèi)無(wú)天然質(zhì)粒，科學(xué)家改造出了圖1所示的pPIC9K質(zhì)粒用作載體，其與目的基因形成的重組質(zhì)粒經(jīng)酶切后可以與酵母菌染色體發(fā)生同源重組，將目的基因整合于染色體中以實(shí)現(xiàn)表達(dá)。已知當(dāng)甲醇作為唯一碳源時(shí)，該酵母菌中AOX1基因受到誘導(dǎo)而表達(dá)[5′AOX1和3′AOX1(TT)分別是基因AOX1的啟動(dòng)子和終止子]。請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：

(1)為實(shí)現(xiàn)HBsAg基因和pPIC9K質(zhì)粒重組，應(yīng)該選擇 切割質(zhì)粒，并在HBsAg基因兩側(cè)的A和B位置接上 ，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是 。
(2)酶切獲取HBsAg基因后，需用 將其連接到pPIC9K質(zhì)粒上，形成重組質(zhì)粒，并將其導(dǎo)入大腸桿菌以獲取 。
(3)步驟3中應(yīng)選用限制酶 來(lái)切割重組質(zhì)粒以獲得重組DNA，然后再將其導(dǎo)入巴斯德畢赤酵母菌細(xì)胞。
(4)為了確認(rèn)巴斯德畢赤酵母菌轉(zhuǎn)化是否成功，在培養(yǎng)基中應(yīng)該加入 以便篩選；若要檢測(cè)轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞中是否含有HBsAg基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，可以用 方法進(jìn)行檢測(cè)。
(5)轉(zhuǎn)化的酵母菌在培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時(shí)間后，需要向其中加入 以維持其生活，同時(shí)誘導(dǎo)HBsAg基因表達(dá)。
答案　(1)SnaBⅠ和AvrⅡ　相應(yīng)的限制酶識(shí)別序列　確保定向連接(或避免質(zhì)粒和目的基因自身環(huán)化及反向連接)　(2)DNA連接酶　大量重組質(zhì)?！?3)BglⅡ　(4)卡拉霉素　分子雜交　(5)甲醇
解析　(1)圖中質(zhì)粒含有SnaBⅠ、AvrⅡ、BglⅡ、SacⅠ 4種限制酶切割位點(diǎn)，其中SacⅠ位于啟動(dòng)子上，BglⅡ位于終止子上。如果將HBsAg基因和pPIC9K質(zhì)粒重組，只能用限制酶SnaBⅠ和AvrⅡ切割質(zhì)粒，所以應(yīng)在HBsAg基因兩側(cè)的A和B位置接上SnaBⅠ、AvrⅡ限制酶的識(shí)別序列。這兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端不同，這樣可以避免質(zhì)粒和目的基因自身環(huán)化，還可以防止目的基因和質(zhì)粒反向連接。(2)獲取目的基因后，需要用DNA連接酶將目的基因和載體連接形成重組質(zhì)粒，并將其導(dǎo)入大腸桿菌以獲取大量重組質(zhì)粒。(3)步驟3是要獲取含有5′AOX1－3′AOX1段基因，應(yīng)選用限制酶BglⅡ來(lái)切割重組質(zhì)粒獲得重組DNA，然后將其導(dǎo)入巴斯德畢赤酵母菌細(xì)胞。(4)5′AOX1－3′AOX1段基因含有卡拉霉素抗性基因，因此在培養(yǎng)基中加入卡拉霉素以便篩選導(dǎo)入重組質(zhì)粒的目的菌。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄應(yīng)該用分子雜交技術(shù)。(5)巴斯德畢赤酵母菌是一種甲基營(yíng)養(yǎng)型酵母菌，能將甲醇作為其唯一碳源，同時(shí)甲醇能誘導(dǎo)AOX1基因表達(dá)。所以轉(zhuǎn)化的酵母菌在培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時(shí)間后，需要向其中加入甲醇以維持其生活，同時(shí)誘導(dǎo)HBsAg基因表達(dá)。
4．(2021·大慶質(zhì)檢)鐮刀型細(xì)胞貧血癥是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子β-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，導(dǎo)致功能異常。回答下列問(wèn)題：
(1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血紅蛋白基因的 序列發(fā)生改變。
(2)將正常的血紅蛋白基因?qū)牖颊叩墓撬柙煅杉?xì)胞中，可以合成正常的血紅蛋白達(dá)到治療的目的。此操作 (填“屬于”或“不屬于”)蛋白質(zhì)工程，理由是該操作
。
(3)用基因工程方法制備血紅蛋白時(shí)，可先提取早期紅細(xì)胞中的 ，以其作為模板，在 酶的作用下反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA，cDNA與載體需在限制酶和 酶的作用下，構(gòu)建基因表達(dá)載體，導(dǎo)入受體菌后進(jìn)行表達(dá)。
(4)檢測(cè)受體菌是否已合成血紅蛋白，可從受體菌中提取 ，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行 雜交，若出現(xiàn)雜交帶，則表明該受體菌已合成血紅蛋白。
答案　(1)堿基對(duì)(或脫氧核苷酸)　(2)不屬于　沒(méi)有對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造(或沒(méi)有對(duì)基因進(jìn)行修飾)　(3)mRNA(或RNA)　逆轉(zhuǎn)錄　DNA連接　(4)蛋白質(zhì)　抗原—抗體
解析　(1)編碼血紅蛋白的基因中堿基對(duì)的替換導(dǎo)致編碼的氨基酸種類(lèi)改變。(2)蛋白質(zhì)工程通過(guò)基因修飾或基因合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新蛋白質(zhì)，由于該操作中沒(méi)有對(duì)蛋白質(zhì)或基因進(jìn)行改造或修飾，因此不屬于蛋白質(zhì)工程。(3)因血紅蛋白基因只在早期紅細(xì)胞中表達(dá)，所以可從其中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA。構(gòu)建基因表達(dá)載體需要限制酶和DNA連接酶。(4)目的基因是否表達(dá)可以通過(guò)從受體菌中提取蛋白質(zhì)，進(jìn)行抗原—抗體雜交實(shí)驗(yàn)加以判斷。
5．已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中第158位的絲氨酸變成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的 進(jìn)行改造。
(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾 基因或合成 基因。所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括 的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即： 。
(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過(guò)____________________和 ，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物 進(jìn)行鑒定。
答案　(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他合理答案也可)
(2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、反(逆)轉(zhuǎn)錄、翻譯)
(3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)　推測(cè)氨基酸序列　功能
解析　(1)從題中所述資料可知，將P分子中第158位的絲氨酸變成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過(guò)程是通過(guò)對(duì)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序進(jìn)行改造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的功能。(2)在蛋白質(zhì)工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ)，對(duì)生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修飾，也可以通過(guò)人工合成法合成新的P1基因。中心法則的內(nèi)容如圖所示：

由圖可知，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括：DNA以自身為模板進(jìn)行的復(fù)制，DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給RNA，最后RNA通過(guò)翻譯將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì)；在某些病毒中RNA可以自我復(fù)制(如煙草花葉病毒)，在某些病毒中能以RNA為模板反(逆)轉(zhuǎn)錄合成DNA(如HIV)，這是對(duì)中心法則的補(bǔ)充。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)該過(guò)程得到的蛋白質(zhì)，需要對(duì)其生物功能進(jìn)行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。
6．(2020·沈陽(yáng)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(yīng)不足的狀況，科學(xué)家將tms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癭組織，改造過(guò)程用到的部分結(jié)構(gòu)如圖所示。分析回答下列問(wèn)題：

(1)科學(xué)家將目的基因?qū)朦S花蒿愈傷組織細(xì)胞的常用方法是 。
(2)圖中結(jié)構(gòu)P、T是基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，其中結(jié)構(gòu)P的作用是 。為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，并將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)，圖中還缺少的結(jié)構(gòu)是 。
(3)在獲得轉(zhuǎn)基因的冠癭組織過(guò)程中， 是核心步驟。
(4)T－DNA的作用是使 ，并插入到植物細(xì)胞中染色體的DNA上，要檢測(cè)目的基因是否插入冠癭組織細(xì)胞的染色體DNA上，可采用 技術(shù)。
(5)與愈傷組織相比，冠癭組織的生長(zhǎng)速度更快，原因可能是
。
答案　(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(2)RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位　標(biāo)記基因　(3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建　(4)目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞　DNA分子雜交　(5)tms和tmr基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素，促進(jìn)了冠癭組織的生長(zhǎng)
解析　(1)目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法、顯微注射技術(shù)、Ca2＋處理法，而導(dǎo)入植物細(xì)胞最常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(2)圖中結(jié)構(gòu)P、T是基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，其中結(jié)構(gòu)P為啟動(dòng)子，其作用是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位。
7．下面為“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的一些重要操作示意圖，據(jù)圖回答下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題：


(1)正確的操作順序是
(用圖中字母和箭頭表示)。
(2)上圖C、E步驟都加入蒸餾水，但其目的不同，分別是 和
。
(3)圖A步驟中所用酒精必須經(jīng)過(guò) 才能使用，該步驟的目的是
。
(4)為鑒定A中所得到的絲狀物的主要成分為DNA，可滴加 試劑，沸水浴加熱5 min，如果出現(xiàn) ，則該絲狀物的主要成分為DNA。
答案　(1)C→B→E→D→A　(2)使雞血細(xì)胞吸水漲破　降低NaCl溶液的濃度，使DNA析出　(3)充分冷卻　提取含雜質(zhì)少(或較純凈)的DNA　(4)二苯胺　藍(lán)色

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