2018-2019學年高中生物 第一章 基因工程 第2課時 基因工程的原理和技術學案 浙科版選修3.doc

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第2課時　基因工程的原理和技術 知識內容 要求 考情解讀 基因工程的原理和技術 b 1.簡述基因工程的原理。 2.概述基因工程基本操作的幾個步驟。 一、基因工程的原理 1．基本原理 讓人們感興趣的基因(即目的基因)在宿主細胞中穩(wěn)定和高效地表達。 2．變異類型 基因工程屬于可遺傳變異中的基因重組。 歸納總結　(1)在基因工程中，不同DNA鏈的斷裂和連接產生DNA片段的交換和重新組合，形成了新的DNA分子，在這個操作中交換了DNA片段，故屬于基因重組。 (2)基因工程中的基因重組不同于減數分裂過程中的基因重組。前者屬于無性生殖中的重組，并發(fā)生在不同種生物間，打破了物種間的界線，可以定向地改造生物的遺傳特性，此操作均在細胞外進行。 例1　科學家用納米技術制造出一種“生物導彈”，可以攜帶DNA分子。把它注射入組織中，可以通過細胞的內吞作用進入細胞內，DNA被釋放出來，進入到細胞核內，最終整合到細胞染色體上，成為細胞基因組的一部分，DNA整合到細胞染色體中的過程屬于(　　) A．基因突變 B．基因重組 C．基因互換 D．染色體畸變 答案　B 解析　基因突變是基因內部結構的改變；染色體畸變是以染色體作為研究對象，探討染色體結構和數目的變化；基因工程是將外源基因導入受體細胞，得到人們所需要的產物，屬于基因重組。 例2　下列敘述符合基因工程基本原理的是(　　) A．B淋巴細胞與腫瘤細胞融合，雜交瘤細胞中含有B淋巴細胞中的抗體基因 B．將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株 C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，通過篩選獲得青霉素高產菌株 D．自然界中天然存在的噬菌體自行感染細菌后其DNA整合到細菌DNA上 答案　B 解析　基因工程是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內，使目的基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物，因此，B項為基因工程。 方法技巧　正確理解基因工程的五個方面 操作對象 人們感興趣的基因(即目的基因) 需要的基本要素 多種工具酶、目的基因、載體、宿主細胞等 常見目的基因 植物的抗蟲基因、抗病基因、抗除草劑基因、人胰島素基因和人干擾素基因等 完成的場所 體外構建重組DNA分子，宿主細胞內表達 完成的結果 目的基因穩(wěn)定和高效地表達，產生人們所需的功能物質 二、基因工程的基本操作步驟 1．獲得目的基因的方法 (1)已知序列——①用化學方法合成；②用聚合酶鏈式反應(PCR)擴增。 (2)未知序列——從基因文庫中獲得。 2．形成重組DNA分子 3．將重組DNA分子導入受體細胞 (1)常用受體細胞：大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌和動植物細胞等。 (2)導入方法舉例：用質粒作為載體，宿主細胞應該選擇大腸桿菌，用氯化鈣處理大腸桿菌，增加其細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質粒進入大腸桿菌宿主細胞。 4．篩選含有目的基因的受體細胞 (1)篩選原因：并不是所有的細胞都接納了重組DNA分子。 (2)篩選方法舉例：由于質粒上有抗生素如四環(huán)素抗性基因，所以含有這種重組質粒的受體細胞就能夠在有四環(huán)素的培養(yǎng)基中生長，而沒有接納重組DNA分子的細胞則不能在這種培養(yǎng)基上生長。經過培養(yǎng)，目的基因能夠和質粒一起在宿主細胞內大量擴增。 5．目的基因的表達 (1)目的基因的表達是指目的基因在宿主細胞中表達，產生人們需要的功能物質。 (2)常用方法：從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交，若有雜交帶出現，表明目的基因已成功表達。 探究1——比較異同 1．比較采用化學方法合成目的基因的兩條合成途徑 (1)利用目的基因轉錄的RNA，在逆轉錄酶的作用下，逆轉錄成單鏈DNA，根據堿基互補配對原則再合成雙鏈DNA，進而用PCR技術擴增目的基因。 (2)根據氨基酸序列，推測出相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測其DNA的核苷酸序列，再通過化學方法，以單核苷酸為原料合成DNA分子。 2．比較基因、目的基因、基因文庫、基因庫 比較項目 解讀 基因 通常指具有遺傳效應的DNA片段[某些病毒(如煙草花葉病毒)中是具有遺傳效應的RNA片段]，是控制生物性狀的遺傳物質的基本結構和功能單位 目的基因 基因工程操作中需要的外源基因，是編碼某種蛋白質的基因，如生物的抗逆性基因、抗蟲基因等 基因文庫 基因文庫屬于基因工程范疇，指將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因 基因庫 屬于遺傳范疇，是指一個生物種群的全部等位基因的總稱 探究2——理性思維 1．形成重組DNA分子 目的基因與載體結合的過程，實質上是不同來源的DNA重新組合的過程，是基因工程的核心。其基本過程如下(以質粒作為載體)，完善圖示，并思考問題： (1)為什么切割目的基因和載體要選用同一種限制性核酸內切酶？ 答案　選用同一種限制性核酸內切酶切割會產生相同的粘性末端，可以在DNA連接酶的作用下將切割的目的基因和載體連接起來。 (2)在實際的基因工程操作時往往用兩種限制性核酸內切酶分別切割目的基因的兩端以及載體，這樣做有什么好處？試分析原因。 ①如果用一種限制性核酸內切酶切割，目的基因兩側的末端以及質粒切口的兩個末端都是互補的，因此連接時可能會出現載體與載體、目的基因與目的基因、目的基因與載體三種連接情況，而符合要求的只有載體與目的基因的連接。如下圖所示。分子間的不同連接產物： ②如果用兩種不同的限制性核酸內切酶進行切割就可以有效避免載體與載體以及目的基因與目的基因的連接，提高連接的有效性，克服同種酶切的缺點。 (3) 一個重組DNA分子的組成至少應該包括：啟動子、終止子、目的基因、標記基因。原因如下：①目的基因是指編碼蛋白質的結構基因，若沒有啟動子，則導入的目的基因在受體細胞中無法轉錄。②目的基因的表達需要調控序列， 終止子相當于一盞紅色信號燈，使轉錄到此終止。③檢測目的基因是否導入受體細胞需要有篩選標記——標記基因。 (4)構建重組DNA分子所用到的酶：限制性核酸內切酶、DNA連接酶。 2．目的基因導入受體細胞的結果 上圖中發(fā)生②與發(fā)生①相比，②會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達，原因是在進行細胞分裂時，細胞核上的DNA經復制后平均分配到兩個子細胞中，保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，而①細胞分裂時，細胞質是不均分的，子細胞不一定含有目的基因。 歸納總結　重組DNA分子導入不同受體細胞的方法 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農桿菌轉化法(重組DNA分子導入農桿菌，再讓農桿菌感染植物細胞) 顯微注射法(將重組DNA分子提純，用顯微儀注射到受精卵中) 感受態(tài)細胞法(Ca2＋處理受體細胞，使其成為感受態(tài)細胞，再進行混合) 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 探究3——圖示解讀 根據下圖舉例說明篩選含目的基因的受體細胞的原理、方法： 1．篩選原因：不是所有細胞都接納了重組DNA分子。 2．篩選原理：質粒上有抗生素的抗性基因。 3．篩選方法：利用選擇培養(yǎng)基篩選。 4．檢測目的基因是否翻譯出蛋白質的方法是什么？其原理是什么？ 答案　抗原—抗體雜交法。原理是抗原能與相應抗體特異性結合。 5．檢測棉花中導入的抗蟲基因是否表達的最簡便的方法是什么？ 答案　用葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲，觀察棉鈴蟲是否死亡。 歸納總結　目的基因檢測與鑒定的“四個層面” 例3　(2017浙江綠色聯(lián)盟聯(lián)考)下列不能說明目的基因已成功導入受體細胞的是(　　) A．檢測受體細胞是否含有質粒 B．檢測受體細胞是否含有目的基因 C．檢測受體細胞是否含有目的基因的表達產物 D．檢測受體細胞是否含有目的基因轉錄出的mRNA 答案　A 解析　細胞中可能含有普通質粒，因此檢測細胞是否含有質粒不能說明目的基因是否已成功導入受體細胞，A符合題意。 例4　(2017杭州四校聯(lián)考節(jié)選)抗瘧藥青蒿素挽救了數百萬人的生命。中國女科學家屠呦呦由于在青蒿素研發(fā)所做的重大貢獻榮獲2015年諾貝爾生理學獎或醫(yī)學獎。青蒿中青蒿素的含量很低，科研工作者一直致力于提高青蒿素含量的研究。某研究小組給青蒿轉入青蒿素合成的關鍵基因fps，通過該基因的過量表達來提高青蒿素的產量，其過程如下圖所示(注：農桿菌中Ti質粒上只有T－DNA片段能轉移到植物細胞中)。 (1)提取青蒿的總RNA，在________酶作用下獲得青蒿的DNA片段。 (2)如果fps基因的基因序列已知，我們可以通過__________合成目的基因或者用PCR擴增目的基因；如果fps基因的基因序列未知，可以從__________獲取目的基因。 (3)過程①需用同種__________________酶對含fps基因的DNA和Ti質粒進行酶切。 (4)過程③中將青蒿細胞與農桿菌混合后共同培養(yǎng)，旨在讓____________進入青蒿細胞；除盡農桿菌后，還須轉接到含卡那霉素的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)，目的是______________________。 (5)下列有關基因工程的敘述正確的是(　　) A．大腸桿菌質粒上具有控制質粒DNA轉移的基因 B．基因工程的基本原理是讓目的基因在宿主細胞中穩(wěn)定存在和高效復制 C．用氯化鈣處理植物細胞，可增加細胞壁的通透性 D．將乙肝抗原導入酵母菌可以獲得能生產乙肝疫苗的工程菌 答案　(1)逆轉錄　(2)化學方法(人工)　基因文庫　(3)限制性核酸內切　(4)T－DNA(目的基因)　篩選獲得T－DNA片段(目的基因)的植物細胞　(5)A 解析　(1)利用RNA獲得DNA，采用逆轉錄法，在逆轉錄酶的作用下實現。(2)對于已知序列，可采用化學方法合成目的基因或用PCR擴增目的基因。若DNA序列未知，常從基因文庫中獲取。(3)過程①表示形成重組質粒，采用同種限制性核酸內切酶對含fps基因的DNA和Ti質粒進行酶切。(4)將青蒿細胞與農桿菌混合培養(yǎng)，目的是讓T－DNA(目的基因)進入青蒿細胞，實現目的基因導入受體細胞。將目的基因導入受體細胞后，需將細胞培養(yǎng)在含卡那霉素的培養(yǎng)基中，原因是質粒上含有卡那霉素的抗性基因，導入重組DNA分子的受體細胞可在培養(yǎng)基上存活，利于篩選獲得含T－DNA片段(目的基因)的植物細胞。(5)大腸桿菌質粒上具有控制質粒DNA轉移的基因，A正確；基因工程的基本原理是讓人們感興趣的基因在宿主細胞中穩(wěn)定地保存和表達，B錯誤；用氯化鈣處理微生物細胞，可增加細胞壁的通透性，C錯誤；將乙肝抗原基因導入酵母菌可以獲得能生產乙肝疫苗的工程菌，D錯誤。 易混易錯　導入微生物細胞(如大腸桿菌)：用CaCl2處理大腸桿菌，目的是增加大腸桿菌細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組DNA分子進入受體細胞。 1．(2018溫州瑞安期中)對基因工程操作的敘述，正確的是(　　) A．用限制性核酸內切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B．用顯微注射法將人生長激素基因直接注入動物的受精卵 C．用氯化鈣處理可增加細菌細胞膜的通透性，有利于目的基因的導入 D．利用DNA分子雜交技術無法檢測目的基因是否表達 答案　D 解析　限制性核酸內切酶只能切割特定的脫氧核苷酸序列，而煙草花葉病毒的核酸是由核糖核苷酸構成的，A錯誤；目的基因不能直接導入受體細胞，可用顯微注射法將含人生長激素基因的重組質粒注入動物的受精卵，B錯誤；用氯化鈣處理可增加細菌細胞壁的通透性，并使細菌處于感受態(tài)，從而有利于目的基因的導入，C錯誤；利用DNA分子雜交技術只能檢測目的基因是否導入，無法檢測目的基因是否表達，D正確。 2．下表關于基因工程中有關基因操作的名詞及對應的內容，正確的組合是(　　) 選項 A B C D 供體 質粒 提供目的基因的生物 提供目的基因的生物 大腸桿菌等 手術刀 限制性核酸內切酶 DNA連接酶 限制性核酸內切酶 DNA連接酶 縫紉針 DNA連接酶 限制性核酸內切酶 DNA連接酶 限制性核酸內切酶 載體 提供目的基因的生物 質粒 質粒 提供目的基因的生物 受體 大腸桿菌等 大腸桿菌等 大腸桿菌等 質粒 答案　C 解析　基因工程中供體指的是提供目的基因的個體，受體是指接受目的基因的個體，手術刀是限制性核酸內切酶，縫紉針是DNA連接酶，最常用的載體是質粒。 3．在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得該基因的最佳方法是(　　) A．用mRNA為模板逆轉錄合成DNA B．以4種脫氧核苷酸為原料人工合成 C．將供體DNA片段轉入受體細胞中，再進一步篩選 D．由蛋白質的氨基酸序列推測mRNA 答案　B 解析　因為已知基因的堿基序列，所以獲得該基因的最佳方法是以4種脫氧核苷酸為原料人工合成。 4．(2017寧波二模)轉入人胰島素原基因(已知序列)的大腸桿菌，可以合成人胰島素原，通過該項轉基因技術可有效地緩解臨床上胰島素不足的難題，從而為糖尿病患者帶來福音。在上述轉基因操作過程中，下列說法錯誤的是(　　) A．人胰島素原基因可用化學方法合成，并用PCR技術擴增 B．重組質粒導入受體細胞時通常用氯化鈣處理大腸桿菌 C．DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的堿基與脫氧核糖連接 D．胰島素原需進一步加工后才可獲得具有生物活性的胰島素 答案　C 解析　人胰島素原基因的序列是已知的，故可用化學方法合成，并用PCR技術擴增，A正確；由于受體細胞是大腸桿菌，所以在重組質粒導入受體細胞時，要先用氯化鈣處理大腸桿菌，以增加其細胞壁的通透性，B正確；DNA連接酶能使脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接，C錯誤；胰島素原沒有生物活性，需要進一步加工后才能成為有生物活性的胰島素，D正確。 5．(2017寧波十校期末)科學家將魚抗凍蛋白基因轉入番茄，使番茄的耐寒能力大大提高，可以在相對寒冷的環(huán)境中生長。質粒上有Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、Hind Ⅲ、Alu Ⅰ四種限制性核酸內切酶切割位點，下圖是轉基因抗凍番茄培育過程的示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因)，其中①～④是轉基因抗凍番茄培育過程中的相關步驟，Ⅰ、Ⅱ表示相關結構或細胞。請據圖回答下列問題： (1)在構建重組DNA時，可用一種或多種限制性核酸內切酶進行切割。為了避免目的基因和載體在酶切后產生的末端發(fā)生任意連接，在此實驗中應該選用限制性核酸內切酶______________分別對________________、____________進行切割，切割后產生的DNA片段分別為________、________種。 (2)培養(yǎng)基中的氨芐青霉素會抑制番茄愈傷組織細胞的生長，要利用該培養(yǎng)基篩選已導入魚的抗凍蛋白基因的番茄細胞，應使Ⅰ重組DNA中含有______________作為標記基因。 (3)研究人員通常采用______________法將魚抗凍蛋白基因導入番茄細胞內。 答案　(1)PstⅠ、SmaⅠ　含魚抗凍蛋白基因的DNA　質粒　4　2　(2)抗氨芐青霉素基因　(3)農桿菌轉化 解析　(1)分析題圖可知，對目的基因的切割方式有采用限制性核酸內切酶Pst Ⅰ酶切，或者采用限制性核酸內切酶PstⅠ和SmaⅠ混合酶切，相比前者，后者能夠保證目的基因與質粒的定向連接，防止酶切后產生的末端發(fā)生任意連接。所以使用PstⅠ、SmaⅠ對含有目的基因的DNA分子(含魚抗凍蛋白基因的DNA)和質粒進行切割，酶切含目的基因的DNA分子，片段有DNA片段左側→PstⅠ、PstⅠ→SmaⅠ、SmaⅠ→PstⅠ及PstⅠ→DNA片段右側4種DNA片段，酶切質粒，產生PstⅠ→SmaⅠ、SmaⅠ→PstⅠ2種DNA片段。(2)培養(yǎng)基中的氨芐青霉素抑制番茄愈傷組織的生長，分析圖示可知，質粒上含有抗氨芐青霉素基因，重組DNA中以其為標記基因，可以篩選含有重組質粒的受體細胞。(3)將目的基因導入植物細胞，采用的方法是農桿菌轉化法。 題組一　基因工程的基本原理 1．(2018金華模擬)下列選項中，能正確表示基因工程操作“五步曲”的是(　　) A．獲得目的基因→將重組DNA分子導入受體細胞→形成重組DNA分子→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 B．目的基因的表達→獲得目的基因→形成重組DNA分子→將重組DNA分子導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞 C．獲得目的基因→形成重組DNA分子→將重組DNA分子導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 D．形成重組DNA分子→獲得目的基因→將重組DNA分子導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 答案　C 解析　基因工程的操作中，首先需要獲得目的基因，然后將目的基因與載體拼接形成重組DNA分子，再導入受體細胞，由于部分細胞可能未導入成功，因此需要篩選含有目的基因的受體細胞，而導入的目的基因能否表達是基因工程最終是否成功的標志，故最后需要對目的基因的表達產物進行檢測，因此正確順序如C選項。 2．用基因工程技術可使大腸桿菌合成人的蛋白質。下列敘述中，不正確的是(　　) A．常用相同的限制性核酸內切酶處理目的基因和質粒 B．DNA連接酶和RNA聚合酶是構建重組質粒必需的工具酶 C．可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒 D．導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達 答案　B 解析　基因工程中限制性核酸內切酶和DNA連接酶是構建重組質粒必需的工具酶。質粒作為載體必須具有標記基因，導入的目的基因不一定能成功表達。 題組二　獲得目的基因、構建重組DNA分子 3．獲取目的基因的方法有多種，下列敘述不正確的是(　　) A．若目的基因的核苷酸序列未知，可從基因庫中獲得 B．可由相應的mRNA逆轉錄而來 C．可用PCR技術擴增 D．若目的基因的核苷酸序列是已知的，可用化學合成方法獲得 答案　A 解析　若目的基因的核苷酸序列未知，可從基因文庫中獲得，不是從基因庫中獲得，A錯誤；若目的基因的核苷酸序列已知，如胰島素基因，采用化學方法合成或用聚合酶鏈式反應(PCR)擴增目的基因，化學合成途徑如：利用目的基因轉錄的RNA，在逆轉錄酶的作用下，逆轉錄成單鏈DNA，進而用PCR技術擴增目的基因，B、C、D正確。 4．下列屬于獲得目的基因的方法是(　　) ①利用mRNA逆轉錄形成?、趶幕蛭膸熘刑崛　、蹚氖荏w細胞中提取?、芾肞CR技術?、堇肈NA轉錄?、奕斯ず铣? A．①②③⑤ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②④⑥ 答案　D 解析　目的基因應該是從供體細胞中提取，導入受體細胞中，而不能從受體細胞中獲取，所以③不是獲取目的基因的方法；利用DNA轉錄出來的是RNA，但目的基因是DNA，所以不能用DNA轉錄來獲取目的基因，⑤不正確。 5．下圖表示一項重要的生物技術，對圖中物質a、b、c、d的描述，正確的是(　　) A．a與d可以用不同的限制性核酸內切酶進行切割 B．b能識別特定的核苷酸序列，并將A與T之間的氫鍵切開 C．c連接雙鏈間的A和T，使粘性末端處堿基互補配對 D．b代表的是限制性核酸內切酶，c代表的是DNA聚合酶 答案　A 解析　據圖分析，此步驟為形成重組DNA分子，a、b、c、d分別表示質粒、限制性核酸內切酶、DNA連接酶、目的基因。質粒和含有目的基因的DNA用不同的限制性核酸內切酶切割也可能得到相同的粘性末端，A正確；限制性核酸內切酶切割DNA特定部位的2個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，B錯誤；DNA連接酶恢復被限制性核酸內切酶切開的磷酸二酯鍵，C錯誤；c代表DNA連接酶，D錯誤。 6．不屬于目的基因與載體結合過程的是(　　) A．用一定的限制性核酸內切酶切割質粒露出粘性末端 B．用同種限制性核酸內切酶切割目的基因露出粘性末端 C．將切下的目的基因的片段插入到質粒切口處 D．將重組DNA導入受體細胞中進行擴增 答案　D 解析　構建重組DNA分子時，首先需要用同種限制性核酸內切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和載體，以產生相同的粘性末端，A、B不符合題意；構建重組DNA分子時，還需要用DNA連接酶將目的基因與載體結合形成重組DNA分子，C不符合題意；將重組DNA導入受體細胞中進行擴增不屬于構建重組DNA分子的過程，屬于將目的基因導入受體細胞的過程，D符合題意。 題組三　將重組DNA分子導入受體細胞、篩選含有目的基因的受體細胞、目的基因的表達 7．科學家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶蛋白。以下有關該基因工程的敘述正確的是(　　) A．處理質粒和含有目的基因的DNA時通常用同一種限制性核酸內切酶 B．人工種植的轉基因馬鈴薯種群的人奶蛋白基因頻率將不會發(fā)生改變 C．馬鈴薯的葉肉細胞不可作為受體細胞 D．用CaCl2處理馬鈴薯的相關受體細胞，目的是增加細胞壁的通透性 答案　A 解析　為獲得相同的粘性末端，切割載體和目的基因時通常使用同一種限制性核酸內切酶，A正確；由于存在人工選擇，人工種植的轉基因馬鈴薯種群的人奶蛋白基因頻率會發(fā)生改變，B錯誤；植物體細胞可以作為受體細胞，C錯誤；當用細菌作為受體細胞時，用CaCl2處理，以增加細菌細胞壁的通透性，D錯誤。 8．如圖是將人的生長激素基因導入細菌B細胞內制備“工程菌”的示意圖。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因。下列說法正確的是(　　) A．將重組質粒導入細菌B常用的方法是顯微注射法 B．將完成導入過程后的細菌涂布在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能生長的只是導入了重組質粒的細菌 C．將完成導入過程后的細菌涂布在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，能生長的就是導入了質粒A的細菌 D．目的基因成功導入的標志是受體細胞能產生出人的生長激素 答案　C 解析　將重組DNA分子導入細菌B之前，一般要先用氯化鈣處理細胞，顯微注射法是將重組DNA分子導入動物細胞時常用的方法，A錯誤；質粒A中含有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因，而重組質粒中含抗氨芐青霉素基因，則在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能生長的是導入了質粒A或重組質粒的細菌，而其他的細菌則不能生長，B錯誤；由于重組質粒中的抗四環(huán)素基因被破環(huán)，所以能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長的是導入了普通質粒A的細菌，C正確；目的基因(人的生長激素基因)成功表達的標志是受體細胞能產生出人的生長激素，D錯誤。 9．錢永健先生因在研究綠色熒光蛋白方面的杰出成就而獲得2008年諾貝爾獎。在某種生物中檢測不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內后，結果可以檢測到綠色熒光。由此可知(　　) A．該生物的基因型是雜合的 B．該生物與水母有很近的親緣關系 C．綠色熒光蛋白基因在該生物體內得到了表達 D．改變綠色熒光蛋白基因的一個核苷酸對，就不能檢測到綠色熒光 答案　C 解析　在轉基因生物體內能檢測到綠色熒光，說明綠色熒光基因已在生物體內成功表達。 題組四　綜合應用 10．(2017臺州模擬)下列關于基因工程的敘述，錯誤的是(　　) A．目的基因和受體細胞均可來自動物、植物或微生物 B．限制性核酸內切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶 C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素無生物活性 D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達 答案　D 解析　目的基因來源于含有人們所需要性狀的一切生物，可以是動物、植物，也可以是真菌、細菌等；基因工程中一般要使用同種限制性核酸內切酶對目的基因和載體進行切割，以獲得具有相同粘性末端的目的基因和載體，在DNA連接酶的作用下，將目的基因和載體連接起來，形成重組DNA分子；人的胰島素原基因可以在大腸桿菌內表達，但是由于大腸桿菌是原核生物，沒有內質網、高爾基體等細胞器，合成的胰島素不具有胰島素的功能，即沒有生物活性；標記基因是為了檢測并篩選含重組DNA的細胞，對目的基因的表達沒有影響。 11．(2018舟山中學期中)某研究所的研究人員將生長激素基因通過質粒介導進入大腸桿菌細胞內，來表達產生生長激素。已知質粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因要插入到基因B中，而大腸桿菌不帶有任何抗性基因。下列敘述正確的是(　　) A．導入大腸桿菌的質粒一定為重組質粒 B．DNA聚合酶是構建該重組質粒必需的工具酶 C．可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒 D．在含氨芐青霉素培養(yǎng)基中不能生長，但在含鏈霉素培養(yǎng)基中能生長的可能是符合生產要求的大腸桿菌 答案　D 解析　導入大腸桿菌的質粒不一定是重組質粒，也可能是普通質粒，A錯誤；構建重組質粒需要限制性核酸內切酶和DNA連接酶，B錯誤；構建重組質粒時，由于目的基因的插入導致抗氨芐青霉素基因被破壞，因此導入重組質粒的大腸桿菌不能抗氨芐青霉素，即不可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒，C錯誤；構建重組質粒時，由于目的基因的插入導致抗氨芐青霉素基因被破壞，但抗鏈霉素基因沒有被破環(huán)，因此導入重組質粒的大腸桿菌在含鏈霉素培養(yǎng)基中能生長，但在含氨芐青霉素培養(yǎng)基中不能生長，D正確。 12．下圖是利用基因工程技術生產可食用疫苗的部分過程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ為四種限制性核酸內切酶。下列有關說法中正確的是(　　) A．圖示過程是基因工程的核心步驟，所需的限制性核酸內切酶均來自原核生物 B．圖示中構建基因表達載體(即重組DNA分子)時，需用到一種限制性核酸內切酶 C．一種限制性核酸內切酶只能識別一種特定的核糖核苷酸序列 D．抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗原基因的細胞篩選出來 答案　D 解析　圖示表示基因表達載體(即重組DNA分子)的構建過程，這是基因工程的核心步驟，所需的限制性核酸內切酶一般來自原核生物，A錯誤；此表達載體構建時需要用到EcoRⅠ、PstⅠ兩種限制性核酸內切酶，B錯誤；限制性核酸內切酶具有特異性，即一種限制性核酸內切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列并在特定的位點切割，C錯誤；抗卡那霉素基因作為標記基因，主要作用是篩選含有目的基因的受體細胞，D正確。 13．(2017諸暨中學統(tǒng)考)科學家將外源目的基因與大腸桿菌的質粒進行重組，并在大腸桿菌中成功表達。下圖表示構建重組質粒和篩選含目的基因的大腸桿菌的過程。請據圖回答下列問題： (1)步驟①和②中常用的工具酶是__________________和__________________。 (2)經過①和②步驟后，有些質粒上的____________________基因內插入了外源目的基因，形成重組質粒。 (3)步驟③是________________________的過程。為了促進該過程，應該用________處理大腸桿菌。 (4)步驟④是將三角瓶內的大腸桿菌接種到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基A中培養(yǎng)，目的是篩選________________________________。能在A中生長的大腸桿菌有__________種。 (5)步驟⑤是用無菌牙簽挑取A上的單個菌落，分別接種到B(含氨芐青霉素和四環(huán)素)和C(含四環(huán)素)兩個培養(yǎng)基的相同位置上。一段時間后，菌落的生長狀況如上圖所示。含有目的基因的菌落位于(填“B”或“C”)________上，請在圖中相應位置上圈出來。 答案　(1)限制性核酸內切酶　DNA連接酶　(2)氨芐青霉素抗性　(3)將重組質粒導入大腸桿菌　氯化鈣　(4)含四環(huán)素抗性基因的大腸桿菌　2　(5)C　如下圖所示 解析　(1)步驟①和②是將目的基因和質粒用同種限制性核酸內切酶進行切割，得到相同的粘性末端，然后用DNA連接酶將二者連接起來，形成重組質粒。 (2)質粒上有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，根據步驟①和②構建的重組質粒的圖像可知，部分質粒的氨芐青霉素抗性基因中插入了目的基因。 (3)據題圖可知，步驟③是將重組質粒導入受體細胞大腸桿菌中；用氯化鈣處理可增加大腸桿菌細胞壁的通透性，增強其對重組質粒的吸收能力。 (4)由于質粒上具有四環(huán)素抗性基因，且未被目的基因插入，因此，凡是導入質粒的大腸桿菌均對四環(huán)素具有抗性，可以存活，沒有導入質粒的不能存活，于是可以篩選出含四環(huán)素抗性基因的大腸桿菌；能夠在A上生長的大腸桿菌有2種，分別是導入空白質粒的大腸桿菌和導入重組質粒的大腸桿菌。 (5)目的基因的插入破壞了氨芐青霉素抗性基因，因此含有目的基因的大腸桿菌無法在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基B上存活，但能在C上存活，其所在位置即為B中未長出而C中長出菌落的位置。 14．(2016浙江名校協(xié)作體聯(lián)考節(jié)選)科研人員通過基因工程等技術，培育出了鐵含量比普通大米高60%的轉基因水稻，改良了稻米的營養(yǎng)品質。如圖為培育轉基因水稻過程示意圖，請分析回答： (1)基因工程的核心是__________________，鐵結合蛋白基因被稱為________基因。 (2)為篩選出含重組Ti質粒的愈傷組織，應在培養(yǎng)基2中添加適量的________，圖中由開花后水稻未成熟的胚轉變?yōu)橛鷤M織的過程為__________。 (3)檢測培育轉基因水稻的目的是否達到，需要檢測轉基因水稻__________________。 答案　(1)形成重組DNA分子(構建重組載體或構建重組DNA分子)　目的　(2)潮霉素　脫分化　(3)種子中的鐵含量(寫出鐵含量即可) 解析　(1)基因工程的核心是構建重組DNA分子，圖示中鐵結合蛋白基因是目的基因。(2)質粒上存在潮霉素抗性基因，應在培養(yǎng)基2中添加適量的潮霉素，導入重組DNA分子(或普通質粒)的愈傷組織才能在培養(yǎng)基上存活；由開花后水稻未成熟的胚轉變?yōu)橛鷤M織的過程為脫分化。(3)本實驗中，目的基因為鐵結合蛋白基因，若轉基因技術操作成功，則大米內鐵含量大大增加，因此檢測培育轉基因水稻的目的是否達到，需要檢測轉基因水稻種子中的鐵含量。 [自助加餐] 15．藍細菌擬核DNA上有控制葉綠素合成的chlL基因。某科學家通過構建該種生物缺失chlL基因的變異株細胞，以研究chlL基因對葉綠素合成的控制，技術路線如下圖所示，下列相關敘述錯誤的是(　　) A．①②過程應使用不同的限制性核酸內切酶 B．①②過程都要使用DNA連接酶 C．終止密碼子是重組DNA分子的重要組成部分 D．若操作成功，可用含紅霉素的培養(yǎng)基篩選出該變異株 答案　C 解析　限制性核酸內切酶有特異性，①②過程要切割的DNA序列不同，故應使用不同的限制性核酸內切酶；DNA連接酶的作用是連接被切開的磷酸二酯鍵，使chlL基因、紅霉素抗性基因與質粒結合；重組DNA分子由目的基因、啟動子、終止子、標記基因等組成，終止密碼子是mRNA上密碼子的一種，表示一次翻譯的結束；變異株中chlL基因被重組基因替換，重組基因中有紅霉素抗性基因，故可用含紅霉素的培養(yǎng)基篩選出該變異株。 16．為了增加菊花花色類型，研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1)，擬將其與質粒(圖2)重組，再借助農桿菌導入菊花中。 下列操作與實驗目的不符的是(　　) A．用限制性核酸內切酶EcoR Ⅰ和DNA連接酶構建重組質粒 B．用含C基因的農桿菌侵染菊花愈傷組織，將C基因導入細胞 C．在培養(yǎng)基中添加卡那霉素，篩選被轉化的菊花細胞 D．用分子雜交技術檢測C基因是否整合到菊花染色體上 答案　C 解析　在構建重組DNA分子時，為保證目的基因與載體的連接，需要用同種限制性核酸內切酶進行切割，才能產生相同的粘性末端，然后通過DNA連接酶進行連接，圖中目的基因的兩端和啟動子與終止子之間都有限制性核酸內切酶EcoRⅠ的切割位點，所以選用限制性核酸內切酶EcoRⅠ切割目的基因和載體，A項正確；菊花為雙子葉植物，將目的基因導入雙子葉植物細胞的常用方法是農桿菌轉化法，B項正確；圖2重組質粒中的抗性基因為潮霉素抗性基因，應該在培養(yǎng)基中添加潮霉素，篩選被轉化的菊花細胞，C項錯誤；要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，常用DNA分子雜交技術，D項正確。