2019届高考生物一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 第35讲 基因工程及其安全性学案

第35讲基因工程及其安全性1．基因工程的诞生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ) 3.基因工程的应用(Ⅱ)4．蛋白质工程(Ⅰ) 5.实验：DNA的粗提取与鉴定基因工程的操作工具1．基因工程的概念理解(1)供体：提供目的基因。

(2)操作环境：无菌。

(3)操作水平：DNA分子水平。

(4)原理：基因重组。

(5)受体：表达目的基因。

(6)本质：性状在受体生物体内表达。

(7)优点：克服远缘杂交不亲和障碍，定向改造生物的遗传性状。

2．限制性核酸内切酶(简称：限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

(2)作用：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

(3)结果：产生黏性末端或平末端。

3．DNA连接酶(1)功能：缝合被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

(2)不同DNA连接酶的比较[连一连](选修3 P6“寻根问底”改编)DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？试简要说明。

答案：不相同。

DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。

4．载体(1)常用载体：质粒，其化学本质是独立于拟核之外的双链环状DNA分子。

(2)其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

(3)特点及意义限制性核酸内切酶MunⅠ和限制性核酸内切酶Eco RⅠ的识别序列及切割位点分别是和。

如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头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。

答案：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。

考向1 限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用1．(2016·高考全国卷Ⅲ)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了Eco RⅠ、Bam HⅠ和Sau3AⅠ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Eco RⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经Bam HⅠ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)由图(a)可知，尽管Bam HⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶的识别位点不相同，但两种酶切割后产生的DNA片段具有相同的黏性末端，故被Bam HⅠ酶切后得到的目的基因可以与图(b)中表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。

(2)运载体上的启动子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。

(3)常见的DNA连接酶是E·coli DNA连接酶和T4DNA 连接酶，但作用有所差别，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端，而E·coli DNA连接酶只能连接黏性末端。

答案：(1)Sau3A Ⅰ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)E·coli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶考向2 载体的作用和特点分析2．(2016·高考全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Amp r或Tet r中会导致相应的基因失活(Amp r表示氨苄青霉素抗性基因，Tet r表示四环素抗性基因)。

有人将此质粒载体用Bam HⅠ酶切后，与用Bam HⅠ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________。

解析：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有：具有一个或多个限制酶酶切位点、具有标记基因、能够在宿主细胞中复制表达等。

(2)由于未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞，均不含氨苄青霉素抗性基因，因而在含有氨苄青霉素的培养基上都不能生长，所以是不能区分的；含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞，因二者都含氨苄青霉素抗性基因，在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长，因此也是不能区分的。

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的单菌落，还需使用含有四环素的固体培养基；因目的基因插入后，导致四环素抗性基因(Tet r)失活，含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌在该培养基中不能生长，而含有质粒载体的则能正常生长。

(3)噬菌体侵染细菌时，其进入细菌的DNA，利用细菌细胞中的物质合成子代噬菌体的DNA和蛋白质外壳。

据此推知：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受体细胞。

答案：(1)能自我复制、具有标记基因、具有一个至多个限制酶切割位点(答出两点即可)(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)受体细胞载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。

目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。

当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：基因工程的基本操作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。

(2)方法⎩⎪⎨⎪⎧从基因文库中获取人工合成⎩⎪⎨⎪⎧利用mRNA 反转录合成通过DNA 合成仪用化学方法人工合成利用PCR 技术扩增 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．将目的基因导入受体细胞如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？ (2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的DNA 上？ (3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？答案：(1)目的基因是Bt 毒蛋白基因，载体是Ti 质粒。

用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。

(2)采用的方法是农杆菌转化法。

由于Ti 质粒上的T ­DNA 可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA 上，而目的基因又插入到了T­DNA 上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA 上。

(3)抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。

1．(2017·高考全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA 序列的机制。

已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。

回答下列问题：(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A ，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A ，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用____________作为载体，其原因是________________________________________________________________________。

(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。

因为与家蚕相比，大肠杆菌具有________________________________________________________________________(答出两点即可)等优点。