【一等奖教案】 第37讲 基因工程

3． 下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是
()
A．用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端
B．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同
C．检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功
D．用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接
答案 A 解析 一种氨基酸可以由多种密码子控制，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目 的基因与原基因通常不同；只有目的基因表达，使受体表现出目标性状或获得目标产物 才标志着基因工程操作的成功；抗生素抗性基因作为标记基因，用于检测目的基因是否 导入受体细胞。 4． 浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素——油菜素内酯能促进农药在 植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因(如 P450 基因和 红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把 农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一 步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：
④利用个体生物学水平的鉴定检测重
组性状的表达
易错警示 基因工程操作的 8 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，第四步检测存在分子水平 杂交方法。 (3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。 (4)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制 酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的 连接。 (5)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 化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (6)不熟悉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。 (7)对受体细胞模糊不清：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，不能合成 蛋白质。 (8)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA 片段)≠起始密码子(RNA)；终止 子(DNA 片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在 体外进行。
答案 A 解析 由图可知，质粒 B 上无标记基因，不适合作为载体；质粒 C 和 D 的标记基因上都 有限制酶的识别位点；只有质粒 A 上既有标记基因，且 MunⅠ的切割位点不在标记基因上。
1． 与 DNA 有关的酶 (1)五种相关酶的比较
限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶
作用底物 DNA 分子 DNA 片段 脱氧核苷酸
具有特殊的标记基因
目的 目的基因稳定存在且数量可扩大
可携带多个或多种外源基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择
考点二 基因工程的操作步骤 观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序
①从基因文库中获取 (1) 获取目的基因—②利用PCR技术扩增
③通过化学方法人工合成
①目的基因
②启动子 (2) 基因表达载体的构建—组成
(√)
(4)DNA 连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来
(×)
(5)E·coli DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端
(×)
(6)质粒是小型环状 DNA 分子，是基因工程常用的载体
(√)
(7)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达
(√)
易错警示 巧辨基因工程操作工具的 8 个易错点
1． 如图所示为部分双链 DNA 片段，下列有关基因工程中工具酶
功能的叙述错误的是
()
A．切断 a 处的酶为限制酶
B．连接 a 处的酶为 DNA 连接酶
C．切断 b 处的酶为 DNA 解旋酶
D．连接 b 处的酶为 RNA 聚合酶
答案 D
解析 限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割 DNA 分子，通常形 成黏性末端，即能切割 DNA 链外侧的磷酸二酯键(图中的 a 处)，内侧碱基对之间的氢键 (b 处)可通过 DNA 解旋酶水解。DNA 连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的 a 处。 RNA 聚合酶的作用是催化 DNA 的转录。 2． 限 制 酶 MunⅠ 和 限 制 酶 EcoRⅠ 的 识 别 序 列 及 切 割 位 点 分 别 是 —C↓AATTG— 和 —G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制酶的识别位 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 ( )
DNA 解旋酶
DNA 分子
DNA(水解)酶
DNA 分子
(2)限制酶和 DNA 连接酶之间的关系图示
作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对间
的氢键 磷酸二酯键
形成产物 黏性末端或平末端
重组 DNA 分子 子代 DNA
形成脱氧核苷酸单链
游离的脱氧核苷酸
2． 对载体的分析 条件
稳定并能复制 有一个至多个限制酶切割位点
(5)受体：表达目的基因。
(6)本质：性状在受体体内表达。
(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2． 基因工程的基本工具(判一判)
(1)限制酶只能用于切割目的基因
(×)
(2)限制酶切割 DNA 分子具有特异性
(√)
(3)限制酶切割 DNA 分子后可产生黏性末端和平末端两种类型
限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。
(7)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；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。
(8)基因工程中有 3 种工具，但工具酶只有 2 种。
3． 复习指导 (1)复习线索 ①以基因工程的具体成果(如抗虫棉)为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤 等知识点。 ②以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。 ③以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。 (2)复习方法 ①图解法复习基因工程和胚胎工程。 ②比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆 抗体制备。 ③关注热点科研成果，注意知识的实践应用。
2014 年高考生物大一轮复习 第十单元 第 37 讲 基因工程教案
1． 涵盖范围 本单元包括选修 3 全部内容——基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和 伦理问题以及生态工程。
2． 考情分析 (1)考查力度：占分比重相对稳定，如山东理综只出一个 8 分的简答题。 (2)考查内容 ①基因工程中三种工具。 ②基因工程操作四步曲。 ③基因工程成果——转基因生物实例及安全性讨论。 ④细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。 ⑤动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。 ⑥核移植技术。 ⑦胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。 ⑧干细胞的研究。 (3)考查形式 ①有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。 ②有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。
第 37 讲 基因工程 [考纲要求] 1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。3.基因工程的应用 (Ⅱ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。
考点一 聚焦基因工程的概念及基本工具
1． 分析基因工程的概念
(1)供体：提供目的基因。
(2)操作环境：体外。
(3)操作水平：分子水平。
(4)原理：基因重组。
(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。
(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易
使之变性失活。
(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。
(4)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端。
(5)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个 DNA 分子用不同的
(1)获得油菜素内酯合成酶基因的方法有____________________________________。步骤 ①用 PCR 技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指______________________________； 步骤②用到的酶有___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2) 图 中 导 入 重 组 质 粒 的 方 法 是 ____________ ， 在 导 入 之 前 应 用 一 定 浓 度 的 __________________处理受体细菌。 (3)导入重组质粒 2 以后，往往还需要进行检测和筛选，可用____________________制成 探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入________________可将含有目的基因 的细胞筛选出来。 (4)请你为该课题命名：____________________________________________________。 答案 (1)从 cDNA 文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或 PCR 扩增技 术(任选其中两项即可) TaqDNA 聚合酶 限制酶和 DNA 连接酶 (2)转化法 氯化钙溶液 (3)红霉素抗性基因 红霉素 (4)探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解 解析 进行基因工程操作时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从 cDNA 文库中获取、 从基因组文库中获取、人工合成目的基因或 PCR 扩增技术等。在构建基因表达载体的过 程中，用到的工具酶有限制酶和 DNA 连接酶。图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入 基因表达载体，导入后，需检验和筛选。从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验 转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。
因能够表达和发挥作用。
目的基因
启动子：为RNA聚合酶识别和结合的部位，驱 动转录mRNA (2) 基因表达载体组成 终止子：使转录终止的一段有特殊结构的DNA
短片段
标记基因：为了鉴别受体细胞中是否含有目的 基因
(3)构建过程
3． 将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物
动物
微生物
常用方法
农杆菌转化法
显微注射技术
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
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将目的基因插入到 Ti 质 将含有目的基因的表达 Ca 处理细胞→感受态
粒的 T­DNA 上→农杆菌 载体提纯→取卵(受精 细胞→重组表达载体 DNA
转化过程 →导入植物细胞→整合 卵)→显微注射→受精卵 分子与感受态细胞混合
到受体细胞的 DNA 上→ 发育→获得具有新性状 →感受态细胞吸收 DNA
③终止子
④标记基因
①植物：农杆菌转化法、基因
枪法、花粉管通道法 (3) 将目的基因导入受体细胞—方法
②动物：显微注射技术
③微生物：感受态细胞法
①利用DNA分子杂交技术检测目的
基因的有无 ②利用分子杂交技术检测目的基因的
转录 (4) 目的基因的检测与鉴定
③利用抗原—抗体杂交技术检测目的基
因的翻译
1． 获取目的基因
从基因组文库中获取：即用限制酶进行切割、
分离 (1)直接分离 从cDNA文库中获取：即利用mRNA反转录
形成
利用PCR扩增技术：获取大量目的基因
(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。
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
表达
的动物
分子
4． 目的基因的检测与鉴定
考点三 关注基因工程的应用和蛋白质工程
1． 基因工程的应用(判一判)