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第一讲基因工程考纲展示1基因工程的诞生()2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()3.基因工程的应用()4.蛋白质工程()5.实验：DNA的粗提取与鉴定6.转基因生物的安全性()7.生物武器对人类的威胁()授课提示：对应学生用书第249页一、基因工程的工具1限制性核酸内切酶(1)分离于：原核生物中。(2)作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。2DNA连接酶(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)种类Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合”3.载体(1)条件：能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点；具有标记基因。(2)种类(3)作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。(4)特点：可在细胞中自我复制或整合到染色体DNA上随染色体DNA进行同步复制。二、基因工程的操作程序1获取目的基因(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。 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)基因表达载体的组成 (3)构建过程3.方法4.三、基因工程的应用1转基因生物(1)概念：是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。(2)优点：运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。2基因工程的应用(1)动物基因工程：用于提高动物生长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。(2)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转基因植物；利用转基因改良植物的品质。(3)基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。(4)基因治疗：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。实例：ADA基因缺陷症的基因治疗。四、蛋白质工程1缘由：基因工程原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。2基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。3手段：基因修饰或基因合成。4目的：合成满足人类生产和生活需求的蛋白质。5流程：6蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白质改造的原因(1)改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。(2)对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造要容易操作，难度要小得多。五、转基因生物的安全性1转基因成果 (1)工程菌DNA重组微生物。(2)基因制药。(3)转基因动物生物反应器。(4)转基因农作物。2安全性问题(1)食物安全：滞后效应(产生毒性蛋白质)、新的过敏原、营养成分改变。(2)生物安全：生物入侵，破坏生物多样性。(3)环境安全：破坏生态系统的稳定性和人类生活环境。3理性看待转基因技术(1)需要正确的社会舆论导向，趋利避害，不能因噎废食。(2)制定符合本国利益的政策和法规，最大限度地保证转基因技术和产品的安全性。六、禁止生物武器1种类：病菌、病毒、生化毒剂及经过基因重组的致病菌等。2我国政府态度：任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。1限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。2DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。3质粒是常用的载体，它是一种小型的双链环状DNA分子，具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。4目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。5基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。6目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法。有关基因工程的7个易混易错点(1)在切割目的基因和载体时用同一种限制酶，目的是产生相同的末端。(2)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个末端。(3)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的末端一般不相同。(4)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。(5)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；膜上载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(6)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。(7)基因表达载体中，启动子(DNA片段)起始密码子(位于mRNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(位于mRNA)；基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。授课提示：对应学生用书第250页考点一基因工程的概念与操作工具分析核心考点通关1基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果(优点)定向改造生物性状，创造出人类需要的基因产物或生物类型2.“分子手术刀”限制性核酸内切酶(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是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。(2)切割后末端的种类(3)限制酶的选择技巧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Pst。b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，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst和EcoR 两种限制酶(但要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，以确保产生相同的末端。b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量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不止一个，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，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。3“分子缝合针”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)类型种类Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能特性只能连接黏性末端可以连接黏性末端和平末端，但连接平末端之间的效率较低相同点都缝合磷酸二酯键，如图：4.载体(1)条件与目的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(2)作用作为运载工具，将目的基因导入宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。5DNA连接酶与限制酶的关系(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是该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。(3)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(4)DNA连接酶起作用时不需要模板。6限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较名称作用部位作用底物形成产物限制酶磷酸二酯键DNA分子带黏性末端或平末端的DNA片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段重组DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸子代DNA分子热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸子代DNA分子DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA分子游离的脱氧核苷酸解旋酶碱基对间的氢键DNA分子脱氧核苷酸长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸单链RNA分子针对训练1萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导入大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。请你根据已有的知识回答下列有关问题：(1)在此转基因工程中，目的基因是_，具体操作过程中如图所示的黏性末端是由_种限制性核酸内切酶作用产生的。(2)将此目的基因导入大肠杆菌体内需要载体的帮助，则作为载体必须具备能够在宿主细胞内复制并稳定保存，以及_(至少答出两点)等条件。(3)在此转基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内_的过程称为转化。最常用的转化方法是首先用Ca2处理大肠杆菌，目的是_。(4)目的基因在受体细胞是否能转录出mRNA，可用_技术来检测；目的基因是否表达出相应的蛋白质，除了通过大肠杆菌是否发光来确定外，还可以通过_特异性反应来判断。解析：(1)在此转基因工程中，目的基因是荧光素酶基因；图中所示的黏性末端是由2种限制性核酸内切酶作用产生的，其中第一个和第三个是由一种限制酶切割产生的，另外两个是由另一种限制酶切割产生的。(2)作为基因工程的载体必须具备的条件：要具有限制酶的切割位点；要有标记基因(如抗性基因)，以便于重组细胞的筛选；能在宿主细胞中稳定存在并复制；是安全的，对受体细胞无害，而且要易从供体细胞分离出来。(3)基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。最常用的转化方法是首先用Ca2处理大肠杆菌，目的是使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围DNA分子的状态。(4)检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因，常用DNA分子杂交技术；检测目的基因是否表达出相应的蛋白质，常用抗原抗体杂交技术。答案：(1)荧光素酶基因2(2)具有特定的限制酶切割位点、具有某些标记基因(3)维持稳定和表达使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围DNA分子的状态(或使大肠杆菌处于感受态细胞状态)(4)分子杂交抗原抗体考点二基因工程的操作步骤核心考点通关1目的基因的获取(1)直接分离法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)构建基因文库的过程PCR技术a原理：DNA复制。b需要条件：模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。c过程：DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。(2)人工合成法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)基因表达载体的组成及作用(3)基因表达载体的构建过程3将目的基因导入受体细胞(转化)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。转化的关键是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(1)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受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞的染色体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与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子(2)基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同培育转基因植物：受体细胞可以是受精卵、体细胞(需经植物组织培养成为完整植株)。培育转基因动物：受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。生产蛋白质产品：一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞，因原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。4目的基因的检测与鉴定易混易错基因工程操作过程中的5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，第四步存在检测分子水平杂交。(3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。(4)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。(5)受体细胞的选择：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，也没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质。针对训练2(2017宁夏固原中学月考)科学家通过基因工程，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入到普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉。其过程大致如图所示：(1)基因工程的操作程序主要包括四个步骤，其核心是_。(2)获取Bt毒蛋白基因的方法一般有_、_等。(3)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有TDNA，把目的基因插入Ti质粒的TDNA中是利用了TDNA的_特点。Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为_。(4)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是_。(5)一个基因表达载体的组成必须有_等。(6)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是_。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。若从个体水平如何检测？_。解析：基因工程一般包括四个基本操作步骤，其中基因表达载体的构建是基因工程的核心。一个基因表达载体的组成必须有启动子、终止子、标记基因和目的基因。获取目的基因的方法有三种：从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成等。将目的基因导入受体细胞的过程，称为转化。将目的基因导入植物细胞一般采用农杆菌转化法，还有基因枪法、花粉管通道法等，农杆菌转化法是利用了Ti质粒的TDNA的可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA分子上的特点。目的基因是否插入至受体细胞的染色体DNA分子上，是目的基因能否在棉花植株内维持和表达其遗传特性的关键。检测目的基因是否成功导入的方法有两类，一是从分子水平通过DNA分子杂交技术或抗原抗体杂交技术进行鉴定，二是从个体水平通过抗虫的接种实验来进行检测。答案：(1)基因表达载体的构建(2)从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成等(任意两个均可)(3)可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA分子上转化(4)农杆菌转化法(5)启动子、终止子、目的基因和标记基因(四者缺一不可)(6)目的基因是否插入至受体细胞的染色体DNA分子上DNA分子杂交技术进行抗虫的接种实验考点三基因工程的应用与蛋白质工程核心考点通关一、基因工程的应用1植物基因工程外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物(1)抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因；(2)抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒烟草、抗病毒小麦抗逆转基因植物抗逆基因：调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米改良品质的转基因植物优良性状基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与植物花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛2.动物基因工程外源基因类型及举例成果举例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抑制抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪3.基因治疗与基因诊断基因治疗基因诊断原理基因重组及基因表达DNA分子杂交方法将正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，以达到治疗疾病的目的制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况，判断患者是否出现了基因异常或携带病原体进展临床实验临床应用易混易错(1)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”，而青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程改造的工程菌产生的。(2)用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(3)动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作。二、蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别原理中心法则的逆推、中心法则基因重组过程预期蛋白质功能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的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(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程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 针对训练3干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在70 条件下保存半年，给广大患者带来了福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一定符合_的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。(4)对天然蛋白质进行改造，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？_。原因是_。解析：(1)蛋白质工程的基本流程为根据预期的蛋白质功能，设计出预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，合成相对应的脱氧核苷酸序列。(2)蛋白质工程的实质是通过对基因改造或基因合成，制造自然界不存在的、符合人们生产和生活需要的蛋白质。(3)蛋白质的空间结构十分复杂，很难根据预期功能来预测出空间结构。(4)基因控制蛋白质的合成，对基因的改造相当于间接改造了蛋白质。答案：(1)预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造(3)空间(或高级)(4)应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是改造了蛋白质，并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。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；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多授课提示：对应学生用书第254页练全国高考真题知考查重点1(2016高考全国卷)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后，与用BamH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：(1)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。(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。(3)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)质粒作为载体应具备的基本条件有：能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因，所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因，所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能，所以可用含有四环素的培养基筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒，病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，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)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞2(2016高考全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。 AATTC GATCC GATCCTTAAG CCTAGG CTAG 图(a)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)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(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。解析：(1)分析图(a)可知，限制酶Sau3A与BamH切割DNA后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能被转录。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(3)EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶3(2015高考全国卷)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(P1)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：(1)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。(2)以P基因序列为基础，获得P1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：_。(3)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苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析：(1)蛋白质的功能与结构相关，若要改变蛋白质的功能，需要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后，可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、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4(2014高考新课标全国卷)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：(1)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。(2)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。(3)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31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”)。解析：(1)基因组文库包含某种生物的全部基因，cDNA文库又称为部分基因文库，含有生物的部分基因。(2)植物甲基因组文库中有该种植物的全部基因，从中可筛选出耐旱基因。(3)植物乙的耐旱性低，所以植物乙体细胞作为受体细胞；要确定耐旱基因是否正确表达，应检测该基因的表达产物，对于个体水平的检测，应在干旱的田间进行试验，检测植物乙耐旱性是否得到了提高。(4)将耐旱基因看作A，不耐旱基因看作a，AaAa耐旱与不耐旱数量比为31，则耐旱基因整合到了同源染色体的一条上。答案：(1)全部部分(2)筛选 (3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上练各地市模拟知命题热点5(2017吉林长春质量检测)2,4D作为除草剂在农田中大量使用，研究人员认为它是某种淋巴癌的致病因子。为降低2,4D的危害，科研人员通过基因工程技术构建了能高效降解2,4D的基因工程菌。请回答：(1)在农业生产上常会使用_浓度2,4D对麦田进行除草，在杀死杂草的同时却不会对小麦生长造成损害，原因是_。(2)从被2,4D污染的土壤中得到能降解2,4D的细菌，从该细菌中提取RNA，构建_文库，进一步获得目的基因。(3)PCR技术扩增目的基因的过程：目的基因DNA受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在_作用下进行延伸，如此重复循环多次，使目的基因的数量呈_形式扩增。(4)一个基因表达载体的组成中要有标记基因，标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中_。欲知基因工程成功与否，需要进行_水平的检测，有时还需进行_水平的鉴定。解析：(1)2,4D是生长素类似物，利用不同植物对其敏感程度不同，可用其除去麦田杂草。(2)从工程菌中提取RNA构建的基因文库是部分基因文库(cDNA文库)。(3)PCR技术用热稳定DNA聚合酶(Taq酶)延伸，多次循环呈指数(2n)增长。(4)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因。欲知基因工程成功与否，需要进行分子水平的检测，有时还需进行个体生物学水平的鉴定。答案：(1)高不同植物对2,4D的敏感程度不同(2)cDNA(部分基因)(3)热稳定DNA聚合酶(或Taq)指数(4)是否含有目的基因分子个体生物学(个体)授课提示：对应学生用书第371页一、选择题1(2017河北沧州模拟)如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：(1)写出b过程的表达式_。(2)人工合成目的基因的方法有：_；_。(3)将目的基因和载体(质粒)结合的工具酶有_酶和_酶。(4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的_中，导入基因成功表达的标志是_。解析：应用基因工程技术从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉。Bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。要使某种动物的乳汁中含有某种抗体，目的基因一般导入受精卵中。则由此受精卵发育成的哺乳动物的所有体细胞中都含有目的基因。检测导入基因是否成功表达的标志是看目的基因的产物蛋白质，棉花细胞中检测出Bt基因合成杀虫晶体蛋白是基因成功表达的标志。答案：(1)Bt基因mRNA原毒素(晶体蛋白)(2)以目的基因的mRNA为模板反转录为单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成双链DNA依照蛋白质的氨基酸序列，通过密码子推算出基因序列，然后直接合成目的基因(3)限制性核酸内切DNA连接(4)受精卵动物乳汁中含此种抗体2根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)cDNA文库属于_基因文库，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_连接后储存在一个受体菌群中。(2)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苷酸之间的_断开，形成黏性末端或平末端。(3)基因工程中所使用的DNA连接酶有两类。既可以“缝合”黏性末端，又可以“缝合”平末端的是_DNA连接酶。(4)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，才能吸收DNA分子。解析：(1)基因文库包括基因组文库和部分基因文库如cDNA文库。cDNA文库构建的方法是：用某种生物发育的某个时期的mRNA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。(2)切割DNA分子的工具是限制酶，它作用的化学键是磷酸二酯键。限制酶切割DNA后形成黏性末端或平末端。(3)基因工程中所使用的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类，前者只可“缝合”黏性末端，后者既可以“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，才能吸收DNA分子。答案：(1)部分mRNA载体(2)限制性核酸内切酶磷酸二酯键(3)T4(4)农杆菌转化法Ca23回答以下有关基因工程的知识：(1)获取目的基因时，可从基因文库中直接提取，而基因文库包括_和_，其中要用到反转录技术的是_。(2)构建基因表达载体时，用限制酶切割质粒载体可产生“”的片段，该限制酶识别的核苷酸序列是_，用限制酶切割含有目的基因的DNA，两种酶切割DNA产生的末端能拼接在一起，则限制酶必须具有_的特点。(3)将目的基因导入受体细胞时，如果受体细胞是水稻(单子叶植物)细胞，则常用的方法是_；如果受体细胞是大肠杆菌，则需要用钙离子处理，处理后的细胞具有_的特点。(4)检测与鉴定目的基因时，检测目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是_。鉴定目的基因是否成功表达，除了分子水平检测外，还可以从_水平进行鉴定。解析：cDNA文库中的DNA是由mRNA经逆转录酶催化合成的；一个完整的基因表达载体包括启动子、终止子、标记基因、目的基因和复制原点等；将目的基因导入单子叶植物细胞内常用的方法是基因枪法。答案：(1)基因组文库部分基因文库(如cDNA文库)cDNA文库(2)切割产生的DNA片段末端与限制酶切割产生的相同(3)基因枪法容易从周围环境吸收DNA分子(4)检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因(生物)个体4(2017内蒙古鄂尔多斯模拟)下图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：(1)图中cDNA文库_(填“大于”“小于”或“等于”)基因组文库。(2)过程提取的DNA需要_的切割，B过程是_。(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用_扩增的方法，其原理是_。(4)目的基因获取之后，需要进行_，其组成必须有_以及标记基因等，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。(6)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性，需要对现有蛋白质进行改造，这要通过蛋白质工程。首先要设计预期的_，再推测应有的氨基酸序列，找到相对应的_。(7)除植物基因工程硕果累累之外，在动物基因工程、基因工程药物和基因治疗等方面也取得了显著成果，请列举出至少两方面的应用：_。解析：(1)cDNA文库为部分基因文库，它小于代表该物种全部基因的基因组文库。(2)过程是提取目的基因，可用限制性核酸内切酶切割，B过程是以mRNA为模板合成DNA，即逆转录过程。(3)获取目的基因的方法包括直接分离法、人工合成法及用PCR技术扩增目的基因等。PCR技术扩增目的基因的原理是DNA复制。(4)目的基因和载体结合形成重组质粒被称为基因表达载体的构建，基因表达载体包括启动子、目的基因、标记基因、终止子、复制原点等。(5)将目的基因导入双子叶植物细胞常用的方法为农杆菌转化法，目的基因导入后可用DNA分子杂交技术进行检测。(6)设计新的蛋白质，对蛋白质进行改造需要用蛋白质工程。首先要对蛋白质结构进行设计，再推断蛋白质应有的氨基酸序列，然后推断对应的目的基因的碱基序列，最终合成目的基因。(7)基因工程在医学方面具有重要作用，如基因诊断、基因治疗、生产基因工程药物等。答案：(1)小于(2)限制酶逆转录(3)PCR技术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(6)蛋白质结构脱氧核苷酸序列(7)乳腺生物反应器；体外基因治疗复合型免疫缺陷综合征(其他合理答案也可)5为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。(1)获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性核酸内切酶作用于图中的_(填“a”或“b”)处，DNA连接酶作用于_(填“a”或“b”)处。(2)将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和_法。(3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用_技术，该技术的核心是_和_。(4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的_作探针进行分子杂交检测，又要用_方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。解析：(1)根据题意和图示分析可知：a处为磷酸二酯键，b处为氢键。限制酶主要从原核生物中分离纯化出来，能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。DNA连接酶连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。所以限制性核酸内切酶作用于图中的a处，DNA连接酶作用于a处。(2)将重组DNA分子导入植物受体细胞的常用方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。(3)由导入目的基因的植物细胞培养成植株需要利用植物组织培养，利用植物细胞的全能性，通过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成新的植株。(4)要确定耐盐转基因水稻是否培育成功，需要用放射性同位素标记的目的基因作探针进行分子杂交检测；又要用一定浓度的盐水浇灌方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。答案：(1)aa(2)基因枪(3)植物组织培养脱分化(去分化)再分化(4)耐盐基因(目的基因)一定浓度盐水浇灌(植株移栽到盐碱地中)6农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题：(1)要获得该抗病基因，可采用_、_等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是_。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用_进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是()A.B.C. D.(3)切割完成后，采用_将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为_。(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去_棉花细胞，利用植物细胞具有的_性进行组织培养，从培养出的植株中_出抗病的棉花。(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是()A淀粉 B脂类C蛋白质 D核酸(6)转基因棉花获得的_是由该表达产物来体现的。解析：获得抗病基因常用的方法是从细胞中直接分离目的基因或根据mRNA碱基顺序和蛋白质的氨基酸序列人工合成目的基因；在基因工程中，常用的载体是质粒；可以先用同一种限制性核酸内切酶把目的基因和载体切开，使二者产生相同的黏性末端；再用DNA连接酶将载体和目的基因连接起来，构成重组DNA分子；用已导入重组DNA分子的农杆菌感染棉花细胞，并用组织培养的方法把这样的棉花细胞培育成植株，从中筛选出有抗病性状的棉花；最后进行鉴定，可将普通棉和抗病棉花同时让病毒感染，观察其表现即可。答案：(1)从细胞中分离化学方法人工合成Ti质粒(2)限制性核酸内切酶(限制酶)A(3)DNA连接酶重组DNA(4)感染全能筛选(选择)(5)C(6)抗病性状7转基因动物可以作为生物反应器来生产某些营养物质、珍贵药物等。请根据所学知识，将下面培育转基因牛的操作程序补充完整。(1)构建基因表达载体：在构建基因表达载体时常要用到_两种工具酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有_以及标记基因等，其中标记基因的作用是_。(2)体外受精获得受精卵：将采集的精子经_处理后与处于_期的卵子结合形成受精卵。判断卵子是否受精的重要标志是_。(3)将目的基因导入受精卵：通常采用_技术将目的基因导入受精卵。(4)早期胚胎培养：哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及_等物质。当胚胎发育到_阶段时，可进行胚胎移植。(5)胚胎移植：在胚胎移植前要对接受胚胎的受体母牛进行_处理。移植后，还要对受体母牛进行妊娠检查。解析：(1)基因工程中常用的两种工具酶是限制酶和DNA连接酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。(2)采集的精子经获能处理后才能与处于减数第二次分裂中期的卵子结合形成受精卵。(3)常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞。(4)哺乳动物胚胎培养需要“两盐”(无机盐和有机盐)、“两素”(激素和维生素)、“两酸”(核苷酸和氨基酸)和动物血清等。牛的胚胎一般要发育到桑椹胚或囊胚阶段才可以进行移植。(5)胚胎移植时要对受体动物进行同期发情处理。答案：(1)限制酶、DNA连接酶启动子、终止子鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来(2)获能减数第二次分裂中在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体 (3)显微注射(4)动物血清桑椹胚或囊胚(5)同期发情8(2017安徽合肥模拟)基因敲除是应用DNA重组原理发展起来的一门新兴技术。“基因敲除
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