基因工程及其應用1基因工程，又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。2DNA重組技術(shù)的基本工具至少需要三種：限制性核酸內(nèi)切酶基因的“剪刀”；DNA連接酶基因的“針線”；基因進入受體細胞的載體基因的運載體。3基因工程的基本程序主要包括四個步驟：提取目的基因；目的基因與運載體結(jié)合(基因工程的核心)；將目的基因?qū)胧荏w細胞；目的基因的檢測與鑒定。4基因工程在作物育種、藥物研制等方面取得了較大成果。一、基因工程的原理1含義2三種工具。(1)“剪刀”與“針線”。項目名稱作用剪刀限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)識別特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子針線DNA連接酶連接脫氧核糖和磷酸之間的缺口(2)運載體。作用：將外源基因送入受體細胞。種類：質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒等。質(zhì)粒：存在于許多細菌以及酵母菌等生物的細胞中，是擬核或細胞核外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子。3基因工程的步驟。二、基因工程的應用及轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性1基因工程的應用。2.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。1判斷正誤：(1)基因工程的操作過程可以產(chǎn)生新的基因，從而產(chǎn)生了基因突變。(×)解析：基因工程的實質(zhì)是基因重組，不能產(chǎn)生新的基因。(2)基因工程是將目的基因?qū)胧荏w細胞中并獲得相應性狀或基因產(chǎn)物，操作對象為基因，屬于分子水平。()(3)一種限制酶可以識別多種序列。(×)解析：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列。(4)質(zhì)粒是最為常用的運載體，它只能從原核生物中獲取。(×)解析：質(zhì)粒存在于許多細菌及酵母菌等生物的細胞中，不是只能從原核生物中獲取。2問題導學：(1)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性繁殖產(chǎn)生的后代都具有抗蟲特性嗎？為什么？提示：不一定。因為性狀分離或變異的原因，抗蟲棉的子代可能會失去抗蟲特性。(2)轉(zhuǎn)基因成功的標志是什么？提示：產(chǎn)生了目的基因的產(chǎn)物或具有了相應的性狀。1DNA整合到細胞染色體上的過程，屬于(B)A基因突變 B基因重組C基因分離 D染色體變異2如圖為DNA分子的某一片段，其中分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次為(D)ADNA連接酶、限制酶、解旋酶B限制酶、解旋酶、DNA連接酶C限制酶、DNA連接酶、解旋酶D解旋酶、限制酶、DNA連接酶3下列關(guān)于基因工程及其產(chǎn)品的說法中，不正確的是(D)A基因工程的一項關(guān)鍵技術(shù)是運載體與目的基因的結(jié)合B基因工程的優(yōu)勢是可定向地改造生物的遺傳性狀C基因工程是在DNA上進行的分子水平的設(shè)計施工D基因工程中產(chǎn)生的可遺傳變異屬于染色體變異4在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是(A)A用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C將重組DNA分子導入受精卵D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞5上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動物是指(B)A提供基因的動物B基因組中增加外源基因的動物C能產(chǎn)生蛋白的動物D能表達基因信息的動物6干擾素是一種糖蛋白，過去從人的白細胞中提取，產(chǎn)量很低。我國的科研人員成功運用基因工程技術(shù)提高了其產(chǎn)量，如圖為其原理過程圖。請據(jù)圖回答下面的問題。(1)圖中過程叫_。(2)圖中物質(zhì)的化學本質(zhì)是_，它作為運載體，必須具備的特點是_(寫出任意兩點)。(3)該過程中，供體細胞是_，受體細胞是_(填字母)，重組DNA分子是_(填序號)，在形成的過程中需要_。解析：(1)圖中為目的基因的提取過程。(2)圖中為從大腸桿菌中提取的質(zhì)粒；表示重組DNA分子。(3)在該過程中，供體細胞是人的體細胞，受體細胞是大腸桿菌b。答案：(1)提取目的基因(2)雙鏈環(huán)狀DNA分子(或DNA分子)具有一個或多個限制酶切割位點，在細胞中能夠自我復制，有特殊的標記基因等(3)人的體細胞bDNA連接酶一、選擇題1以下說法正確的是(C)A所有的限制酶只能識別同一種特定的核苷酸序列B質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體C運載體必須具備限制酶切點，以便與外源基因連接DDNA連接酶與DNA聚合酶作用相同2下圖表示一項重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟，字母X可能代表(C)A不能合成人胰島素的細菌細胞B能合成抗體的人類細胞C能合成人胰島素的細菌細胞D不能合成抗生素的人類細胞3中國新聞網(wǎng)報道，阿根廷科學家近日培育出了世界上第一頭攜帶有兩個人類基因的牛，因此有望生產(chǎn)出和人類母乳極其類似的奶制品。下列敘述正確的是(D)該技術(shù)將導致定向變異DNA連接酶將目的基因與運載體黏性末端的堿基對連接起來蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因提供資料受精卵是理想的受體A BC D4下列有關(guān)基因工程中運載體的說法，正確的是(D)A在基因工程的操作中，作為運載體的質(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運載體C質(zhì)粒是一種獨立于細菌染色體外的鏈狀DNA分子D作為運載體的質(zhì)粒DNA分子上應有對重組DNA分子進行鑒定和選擇的標記基因5某種轉(zhuǎn)基因玉米能高效合成一種多肽類的蛋白酶抑制劑，積累于莖葉中，讓取食它的害蟲的消化酶受抑制無法消化食物而死亡。下列就該玉米對人類安全性的評估中，不符合生物學原理的是(B)A不安全。這種玉米的果實中也可能含有蛋白酶抑制劑，使人食用后因無法消化食物而患病B不安全。該玉米的蛋白酶抑制劑基因可通過食物鏈富集并在人體細胞內(nèi)表達，使人體無法消化食物而患病C安全。因為人與害蟲消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對人體很可能無影響D安全。人類通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制劑已被高溫破壞，不會影響人的消化6如圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步驟需用到的工具是(C)ADNA連接酶和解旋酶BDNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶DDNA聚合酶和RNA聚合酶7將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是(C)A每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質(zhì)粒B每個重組質(zhì)粒至少含一個限制酶識別位點C每個限制酶識別位點至少插入一個adaD每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子解析：大腸桿菌成功表達出腺苷酸脫氨酶，說明這些大腸桿菌都至少含有一個重組質(zhì)粒；作為運載體的質(zhì)粒至少含有一個或多個限制酶酶切位點，但并不是每個限制酶酶切位點都至少插入一個ada；由于這些目的基因成功表達，所以每個ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子。二、非選擇題8在培育轉(zhuǎn)基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanR)常作為標記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長。下圖為獲得抗蟲棉的技術(shù)流程。請據(jù)圖回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：提取目的基因、_、將目的基因?qū)胧荏w細胞、_。(2)要使運載體與該抗蟲基因連接，A過程中首先應使用_進行切割。假如運載體被切割后，得到的分子末端序列為AATTCG，則能與該運載體連接的抗蟲基因分子的末端是()AGCTTAA BTAATCCCCTTTAG DAAATCT(3)切割完成后，采用_將運載體與該抗蟲基因連接，連接后得到的DNA分子稱為_。(4)(多選)如果轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有毒蛋白，將引起的安全性問題包括()A生物安全 B環(huán)境安全C食品安全 D倫理道德問題(5)來自蘇云金桿菌的抗蟲基因能在植物體內(nèi)成功表達，說明蘇云金桿菌和植物等生物共用_。解析：(1)基因工程的四個步驟中，第二、四步分別是目的基因與運載體結(jié)合、目的基因的檢測與鑒定。(2)切割目的基因時用限制酶，切割運載體時用同一種限制酶，切出的黏性末端必須是能夠完成堿基互補配對并且能連接在一起。(3)目的基因和運載體結(jié)合時，用DNA連接酶催化該過程，形成的分子稱為重組DNA分子。(4)由于目的基因是導入植物中，所以不可能發(fā)生與人直接相關(guān)的倫理道德問題。(5)同一種基因在不同生物體內(nèi)合成了相同的蛋白質(zhì)，說明這些生物的密碼子與氨基酸的對應關(guān)系是相同的。答案：(1)目的基因和運載體結(jié)合目的基因的檢測與鑒定(2)限制酶A(3)DNA連接酶重組DNA分子(4)A、B、C(5)一套遺傳密碼9質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，質(zhì)粒上有標記基因，如圖所示，通過標記基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同(若抗氨芐青霉素基因完整，則細菌能夠在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生存，若抗四環(huán)素基因完整，則細菌能夠在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中生存)。如圖表示外源基因的插入位置(插入點有a、b、c)。.(1)將導入了重組DNA分子的細菌放在含有四環(huán)素、氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，屬于基因工程操作中的_步驟。(2)在插入外源基因過程中用到的工具酶有_。.設(shè)計實驗探究外源基因插入的位置。(1)步驟。將導入外源基因的細菌進行培養(yǎng)產(chǎn)生大量細菌。分組：將細菌平均分成兩組并標號為1、2。培養(yǎng)：將第1組細菌放入含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，將第2組細菌放入_中培養(yǎng)。觀察并記錄結(jié)果。(2)預測實驗結(jié)果及結(jié)論。若1組、2組均能正常生長，則外源基因插入點是_；若1組能正常生長，2組不能生長，則外源基因插入點是_；若1組不能生長，2組能正常生長，則外源基因插入點是_。解析：.(1)抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因都屬于標記基因，其目的是便于目的基因的檢測與鑒定。(2)基因工程中用到的工具酶有限制酶和DNA連接酶。.若目的基因插入a點，則受體細胞既具有抗四環(huán)素的能力，又具有抗氨芐青霉素的能力；若目的基因插入b點，則受體細胞只具有抗四環(huán)素的能力；若目的基因插入c點，則受體細胞只具有抗氨芐青霉素的能力，由此可判斷目的基因插入的位置。答案：.(1)目的基因的檢測與鑒定(2)限制酶、DNA連接酶.(1)含四環(huán)素的培養(yǎng)基(2)acb- 8 -