基因工程(新人教版)

本专题包括：选修3专题15全部内容。基因工程内容在必修2教材中有简单的涉及，主要侧重于基本原理的阐述，而本专题则是侧重于基因工程基本技术和应用前景的介绍，是选修3中的一个主要的命题领域。细胞工程的内容包括植物细胞工程和动物细胞工程2节，胚胎工程包括体内受精和早期细胞发育，体外受精和早期胚胎培养、胚胎工程的应用及前景3节，其中单克隆抗体的制备和应用是近几年发展的热点，其制备过程和应用原理是考点，以非选择题形式出现时应特别注意语言的严谨性和准确性。胚胎工程的内容是新课标教材新增添的内容，也是生物技术的重要组成部分，将成为今后高考的热点。,从近几年新课标地区生物试题看，知识点分布主要集中在以下几个方面：1“基因工程的原理、技术与应用”考点无疑是本专题近几年新课标高考的最大热点，如2010全国5、2010浙江理综2、2010天津理综7、2010江苏生物27、2009浙江理综3、2009江苏生物34等都考查了基因工程的工具与操作技术和应用。2细胞工程中动物的细胞培养及应用在近几年的新课标试题中屡次出现，如2010浙江理综、2009江苏生物32、2009浙江理综1等题都考查了动物细胞的培养。,植物组织培养与植物细胞杂交在农业生产中的应用极为广泛，也成为新课标高考的“宠儿”，高考试题中的比重开始升温，如2010江苏生物24、2010全国新课标40、2010广东理综24、2009江苏生物31、2009福建理综32等题。3“胚胎工程”考点也开始升温，2010高考试卷中，如2010江苏生物16和17、2010上海生物29和2010山东理综35，则重点考查了胚胎工程的应用以及其他技术手段的关系。随着新课标高考的深入，该部分内容的考查还会增加。4生物技术的安全性和伦理问题在近几年的高考中主要集中在转基因生物对生态系统的影响辨析上，如2010江苏生物18、2010上海综合18和2009广东生物39(4)等。,复习中要特别注意本专题中采用的生物技术的原理，例如PCR技术的基本原理，基因表达载体中各部分的功能等，通过阅读材料，形成正确的认识，避免答题中因主观臆断而造成失分。,1(2010全国，5)下列叙述符合基因工程概念的是()AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上答案B,解析本题考查了基因工程的概念及操作过程。A选项所述内容属于细胞工程；C选项属于诱变育种；D选项属于生物的寄生；B选项中将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株，符合基因工程的概念和特点，因此选B。,A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞答案A,解析本题考查通过基因工程产生转基因植物的过程。用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，用同种限制性内切酶分别切割烟草的运载体和抗除草剂的基因，因限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA，故A错误。构建基因的表达载体完成后将其导入烟草细胞内，最后还需要将其放入含除草剂的培养基中进行筛选，选出抗除草剂的细胞进行植物组织培养。故B、C、D正确。,3(2010江苏，18)下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加C动物的生长激素基因转入植物后不能表达D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题答案A,解析本题考查转基因生物可能带来的生态安全性问题。转基因抗虫植物，由于对害虫进行定向选择，可以导致昆虫抗性基因频率增加；由于动植物的遗传物质组成成分、结构以及信息传递、表达的方式都相同，因此动物生长素基因导入植物可能得到表达；转基因的生物基因虽然来自自然，但是在异种生物中得到表达，因此会使受体具有某些原来物种不具有的新性状，就可能对其他个体的生存或相关物种的生存带来直接或间接地危害。,4(2010天津理综，7)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamH、Hind、Sma直线所示为三种限制酶的酶切位点。,据图回答：(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用_限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含_的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是_(填字母代号)。A启动子BtetRC复制原点DampR,(3)过程可采用的操作方法是_(填字母代号)。A农杆菌转化B大肠杆菌转化C显微注射D细胞融合(4)过程采用的生物技术是_。(5)对早期胚胎进行切割，经过程可获得多个新个体。这利用了细胞的_性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用_(填字母代号)技术。A核酸分子杂交B基因序列分析C抗原抗体杂交DPCR,答案(1)Hind和BamH氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C解析(1)在将目的基因插入运载体构建表达载体时，为了避免目的基因的随意插入，应在让目的基因与运载体上同时形成两种相同的黏性末端，即目的基因的一端与运载体一端是同一种黏性末端，而目的基因的另一端与运载体的另一端是同一种黏性末端，因此要用两种限制酶同时切割目的基因与运载体，根据题目所给图中可知，在目的基因与运载体都有BamH与HindH的酶切位点，因此用这两种酶；,(2)能使目的基因在乳腺细胞中正常表达的调控序列应是启动子，B、D只是标记基因，而复制原点是表达载体复制的起点，因此应选A。(3)由图可知，过程是将重组载体导入动物细胞受精卵的过程，此过程应用到的技术是显微注射法，而农杆菌转化法与大肠杆菌转化法主要应用于植物细胞，因此选C；(4)过程是将早期胚胎移入受体母牛的过程，因此应用到的技术是胚胎移植技术。由于早期胚胎的细胞具有较高的全能性，对早期胚胎进行切割以后，每一部分都可能发育成一个个体，因此此处应回答全能性；,检测目的基因是否表达，是看个体细胞是否是在目的基因的控制下合成了目的产物，因此应用抗原抗体反应，看是否出现杂交带，如出现杂交带，则目的基因正常表达了；(5)核酸分子杂交与测定DNA序列只是能够证明目的基因已导入到受体细胞中，而不能证明是否转录与翻译；PCR扩增是为了得到大量目的基因而应用到的技术。,要点归纳一、基因工程的理论基础1基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质；(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋。2外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的基本单位，具有独立性；(2)遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向；(3)生物界共用一套密码子。,二、DNA重组技术的基本工具1限制性内切酶(1)来源：主要从原核生物中分离。(2)功能：能够识别双链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。(3)切割后的末端有黏性末端和平末端两种。2DNA连接酶(1)功能：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。(2)作用位点：两个核苷酸之间的磷酸二酯键。,3基因进入受体细胞的载体(1)载体种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒，最常用的载体是质粒。(2)条件：能在宿主细胞中保存下来并大量复制；有一个至多个限制酶切割点以供外源DNA插入；有特殊的遗传标记基因，便于筛选。感悟拓展限制性内切酶切割位点所处的位置必须在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。,一、DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,(1)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸片段的3末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。(2)DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此，DNA连接酶不需要模板。,二、限制酶和DNA连接酶的区别与联系,三、载体的特点及作用(1)一般来说，天然载体往往不能同时具备载体必须具备的条件，所以在基因工程中需要根据不同的需要，对载体进行人工改建。现在所使用的质粒载体几乎都是经过改建的。(2)作为载体必须具有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制性内切酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，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，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。,(3)大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒。它存在于细菌的细胞质中，上面一般含几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素合成等性状。由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞，使细胞生有瘤状物。所以科学家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒做载体。(4)注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。,典例导悟1下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是()A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B限制性内切酶的活性受温度影响C限制性内切酶能识别和切割RNAD限制性内切酶可从原核生物中提取解析限制性内切酶主要存在于微生物中。一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并能在特定的切点上切割DNA分子。其作用对象不是RNA分子，故C错。答案C,除了下列哪一项之外，其余的都是基因工程的运载体所必须具备的条件()A能在宿主细胞中复制并保存B具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C具有标记基因，便于进行筛选D是环形状态的DNA分子答案D解析原核细胞如细菌的核DNA也是环状DNA，但不能作运载体，因为它不具备A、B、C三个条件。,要点归纳1目的基因的获取：从基因文库中获取；利用PCR技术扩增目的基因；人工合成，常用的方法是反转录法和化学合成法。,2基因表达载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。,(2)组成：目的基因；启动子：位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA；终止子：位于基因的尾端，使转录停止；标记基因：鉴别受体细胞中是否含目的基因。,3将目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测和鉴定,感悟拓展1终止子位于基因的末端，使转录停止。终止密码位于mRNA上，使翻译终止。2原核细胞、真核细胞基因结构的比较,3.DNA复制、PCR技术与基因克隆,典例导悟2科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是()A采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子,解析采用反转录的方法得到目的基因的过程是以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因。由于信使RNA中没有与内含子相对应的部分，所以采用反转录的方法得到的目的基因不存在内含子。基因非编码区对于基因的表达具有调控作用。植物细胞的全能性很容易得到表达，所以转基因植物培育过程中的受体细胞可以是植物的体细胞。限制酶具有专一性，只有用同一种限制酶处理才能获得相同的黏性末端，才能够形成重组DNA分子。答案A,采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵ABCD,答案C解析根据基因工程一般要经历四个步骤分析，上述操作是正确的。将毒素蛋白注射到棉受精卵中，没有获得目的基因，将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中，没有将目的基因与受体细胞DNA结合，所以是错误的操作。,要点归纳1基因工程的应用,2.蛋白质工程与基因工程比较,感悟拓展1注意的几个问题动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段，在临床上未开展、未实现这方面的治疗。DNA分子制作探针进行检测时应检测单链，即将双链DNA分子打开。Bt毒蛋白基因产生的Bt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。青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程生产的。,2基因工程和蛋白质工程都属于分子水平的操作，蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成自然界不存在的蛋白质，所以被形象地称为第二代基因工程。,典例导悟3科学家将干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为()A基因工程B蛋白质工程C基因突变D细胞工程,解析基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质；蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的干扰素也不是天然干扰素，而是经过改造的，是人类所需的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。答案B,蛋白质工程的实质是()A改造蛋白质B改造mRNAC改造基因D改造氨基酸答案C,命题热点1基因工程综合考查【例1】如图为基因工程中，利用农杆菌作为载体，培育出新性状植株的过程，请据图分析回答：,(1)将携带外源基因的DNA导入植物细胞中所用到的工具酶有_。(2)图示中，目的基因导入植物细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，可以通过_来确定。导入目的基因的植物细胞一般需要通过_的方法，培育成能表现新性状的植株。(3)利用基因工程进行育种，可以培育出具有新性状的植株，这种育种方法的优点是什么？_。,(4)通过基因工程，科学家已经培育出了许多具有抗虫、抗病、抗除草剂等全新性状的农作物，但也有人对转基因产品的安全性提出了疑问，试从正反两方面阐述你对这一问题的认识。_。,答案(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶(2)检测转化的植物有没有显示出目的基因控制的性状植物组织培养(3)能打破生物种属的界限；在分子水平上定向改变生物的遗传特性(4)安全：多环节、严谨的安全性评价，可以保证转基因食品的安全；转基因农作物要表现其新性状，必须有一定条件；种植抗虫转基因农作物，可减少农药用量不安全：可能会出现新的过敏源；导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病毒杂交，从而重组出新的病原体；重组的微生物降解化合物过程中会产生中间产物，造成二次污染,解析本题综合考查了基因工程、细胞工程及转基因的安全性问题。外源基因导入受体细胞用到的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；若受体细胞是植物细胞，导入目的基因后需经组织培养培育成具有新性状的植株；利用基因工程进行育种能打破生物种属的界限，属于分子水平上对生物遗传特性进行的改造；通过基因工程已培