选修模块Ⅲ 现代生物科技专题专题1 基因工程——第一课时一、学问提纲：考点一：基因工程的概念及基本工具1、基因工程的概念：是指依据人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，给予生物以新的遗传特性，创建出更符合人们须要的新的生物类型和生物产品基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术a、操作环境：体外；操作水平：分子水平b、优点：与杂交育种相比是克服了远缘杂交不亲和的障碍；与诱变育种相比是定向改造生物的性状c、原理：基因重组d、本质：甲（供体：供应目的基因）导入 乙（受体：表达目的基因），即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移2、操作基本工具：（1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）a、来源：主要是从原核生物中分别纯化出来的化学本质：蛋白质作用：催化作用b、功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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（切割的化学键）断开，因此具有专一性c、结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端注：限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸2）“分子缝合针”——DNA连接酶a、两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区分：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低b、与DNA聚合酶作用的异同: DNA聚合酶（须要模板）只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端DNA连接酶（不须要模板）是连接两个DNA片段的末端共同点（实质）：形成磷酸二酯键3）“分子运输车”——运载体a、载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择b、最常用的载体是 质粒,它是一种袒露的、结构简洁的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制实力的双链小型环状DNA分子（不是细胞器）它既可在自身细胞、受体细胞内，也可在体外进行自我复制c、其它载体： λ噬菌体的衍生物、动植物病毒d、作用：将目的基因导入受体细胞注：真正被用作载体的质粒，都是在自然质粒的基础上进行过人工改造的考点二：基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获得1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因（主要有抗性基因、优质基因、药物基因、毒物降解基因、酶基因等）、具有调控作用的因子。
2.原核基因实行干脆分别获得：可从自然界中已有的物种中分别出来，如从基因组文库或cDNA文库中获得注：基因文库不是干脆保管相应基因，而是保存受体菌，在受体菌中含有相应的目的基因 真核基因是实行人工合成人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_3.PCR技术扩增目的基因（在生物体外：PCR扩增仪）（1）原理：DNA双链复制；原料：四种游离的脱氧核苷酸；条件：模板、原料、酶、引物、ATP（2）过程：第一步变性：加热至90～95℃DNA解链（不须要解旋酶）；其次步复性或退火：冷却到55～60℃，引物（两种DNA引物，留意区分在生物体内DNA复制时为RNA引物）结合到互补DNA链；第三步延长：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始互补链的合成3）结果：在短时间内形成大量的DNA片段（2n）其次步：基因表达载体的构建(最核心步骤，在体外进行)1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因（1）启动子：是一段有特别结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
启动子≠起始密码子）（2）终止子：也是一段有特别结构的DNA片段 ，位于基因的尾端终止子≠终止密码子）（3）标记基因的作用：利于目的基因的鉴定和筛选常用的标记基因是抗生素基因第三步：将目的基因导入受体细胞_（不涉及碱基互补配对）1.转化的概念：是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2.常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采纳最多的方法是 农杆菌转化法（感染双子叶植物和裸子植物，见教材P12图1-11），其次还有 基因枪法（单子叶植物常用）和 花粉管通道法（我国的转基因抗虫棉）等将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术此方法的受体细胞多是 受精卵将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的缘由是 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为 感受态细胞 ，再将 重组表达载体DNA分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在肯定的温度下促进感受态细胞汲取DNA分子，完成转化过程3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达第四步：目的基因的检测和表达1.首先要检测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采纳 DNA分子杂交技术。
2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是采纳 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交3.最终检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行抗原－抗体杂交 4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状，须要做抗虫或抗病的接种试验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度二、默写提纲（略）三、典例剖析：下图表示利用基因工程培育抗虫棉过程，请据图回答下列有关问题：（1）图中①步骤在基因工程中称为 需用到的两种工具酶分别是 和 2）质粒上的两种抗性基因称为 基因，其作用是 3）图中的重组质粒在组成上除了目的基因外，还必需有 、 和 4）为使图中②过程更易进行，可用 处理大肠杆菌5)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA，是利用T-DNA可转移至受体细胞并且整合到 的特点。
6）若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶 切割质粒，用限制酶 切割抗虫基因7）将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培育基上，若能够生长说明已导入了一般质粒或重组质粒，反之则说明没有导入8）在抗虫棉培育过程中，将目的基因导入棉花受体细胞采纳最多的方法是 9）④过程中的受体细胞假如采纳愈伤组织细胞，与采纳根细胞相比较，其优点是 10）⑤过程所用的现代生物技术称为 ，从遗传学角度来看，依据细胞通过⑤过程，能形成棉植株的根本缘由是根细胞具有 11）要确定抗虫基因导入后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和检定工作，则在个体水平上的鉴定过程可简述为： 。
经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子理论上，该转基因植株自交产生的F1代中，仍具有抗虫特性的植株占总数的 四、巩固训练：1．下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是 （ ）供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性内切酶DNA连接酶供应目的基因的生物大肠杆菌等B供应目的基因的生物DNA连接酶限制性内切酶质粒大肠杆菌等C供应目的基因的生物限制性内切酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切酶供应目的基因的生物质粒2．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道下列属于目的基因检测和鉴定的是 （ ）①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录信使RNA ④检测目的基因是否翻译蛋白质A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④3．科学家已经能够通过基因工程的方法，能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白。
以下有关该基因工程的叙述错误的是 （ ） A．采纳反转录的方法得到的目的基因有启动子、终止子 B．用同种限制酶处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端而形成重组DNA分子 C．番茄的叶肉细胞可作为受体细胞 D．启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不行缺少的4．有关基因工程的叙述正确的是 ( )A．限制酶只在获得目的基因时才用 B．重组质粒的形成是在细胞内完成的C．质粒都可以作为运载体 D．蛋白质的氨基酸排列依次可以为合成目的基因供应线索5. 多聚酶链式反应(PCR)是一种体外快速扩增DNA片段的技术PCR过程一般经验下述三十多次循环：95℃下使模板DNA变性、解链→55℃下复性（引物与DNA模板链结合）→72℃下引物链延长（形成新的脱氧核苷酸链）下列有关PCR过程的叙述中不正确的是 （ ）A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B．复性过程中两种DNA引物分别与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成C．延长过程中须要热稳定DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸D．PCR与细胞内DNA复制相比所须要酶的最适温度较高6. 镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了变更。
检测这种碱基序列变更必需运用的酶是 （ ）A.解旋酶 B.DNA连接酶 C.限制性内切酶 D.RNA聚合酶7．已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，假如该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段高☆考资☆源网现在多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切。