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生物选修三复习导学提纲（一）
专题一 基因工程
第一课时 1.1 DNA重组技术的基本工具
1.2 基因工程的基本操作程序
【课前导学】
1．1 DNA重组技术的基本工具
一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 和 ，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在 水平上进行设计和施工的，因此又叫做 。
二、限制性核酸内切酶
1、切割DNA的工具是 ，又称 。
2、这类酶在生物体内能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。
3、由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶（简称限制酶）。
4、DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段，末端通常有两种形式，即 和 。
三、DNA连接酶——“分子缝合针”
根据DNA连接酶的来源不同，可以将它分为两类：
一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为DNA连接酶。DNA连接酶只能将 连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。
另一类是从 分离出来的，称为T4DNA连接酶。T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的 ，又可以“缝合”双链DNA片段的 ，但连接 之间的效率比较低。
四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1、基因操作过程中使用载体两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。
2、现在通常使用的载体是 ，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA之外的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。
3、质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以 复制，也可整合细菌拟核DNA中，随着拟核DNA的复制而复制。
4、其他载体还有 和 等。
5、作为载体必须具备以下条件：
能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；
具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
具有某些标记基因，便于进行筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
1．2 基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取：
1、目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的 。
2．获取目的基因的方法
（1）从基因文库中获取目的基因
① 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 ，导人受体菌的群体中 ，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。
基因组文库：含有一种生物的 基因
② 种类
cDNA文库：含有一种生物的 基因
③ 目的基因的获取
根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 产物mRNA、基因的 产物蛋白质等特性获取目的基因。
（2）利用PCR技术扩增目的基因。
① PCR：是一项在生物体外 特定DNA片段的核酸合成技术。
② 条件：已知目的基因的 序列。
③ 过程：目的基因DNA受热形成 ，与 结合，然后在 ______的作用下进行延伸形成DNA。
④ 方式：指数扩增=2n（n为扩增循环的次数）
（3）人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。
二、基因表达载体的构建
1、表达载体的组成：目的基因+ + +标记基因等。
2、启动子：位于基因的 ，它是 结合
的部位，驱动基因转录产生mRNA。
3、终止子：位于基因的 ，终止 。
4、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且 给下一代；使目的基因 ____ 和发挥作用。
5、标记基因： 受体细胞是否含有目的基因。
6、不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差别。
三、将目的基因导入受体细胞
（一）转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和 的过程。
（二）方法
1、将目的基因导入植物细胞
（1）农杆菌转化法
① 农杆菌特点：易感染 植物和裸子植物，对___________植物没有感染力；Ti质粒的 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。
② 转化：目的基因插人 农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。
（2）基因枪法
基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。
（3）花粉管通道法
花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）
2．将目的基因导入动物细胞
（1）方法： 注射技术。
（2）操作程序：目的基因表达载体 →取卵（受精卵） →显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性动物的 _________________________内发育→新性状动物。
3．将目的基因导人微生物细胞
（1）原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。
（2）转化： 处理细胞→ 细胞→表达载体与感受态细胞混合→ ___ 细胞吸收DNA分子。
四、目的基因的检测与鉴定
1．检测
（1）方法：标记了的 、抗原抗体杂交。
（2）内容
① 检测转基因生物染色体的DNA是否插入 。
② 检测目的基因是否转录 。
③ 检测目的基因是否翻译成 。
2．鉴定： 鉴定、抗病鉴定等。
【总结归纳】
归纳点1 基因工程的概念
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
基本过程 剪切→拼接→导入→表达
结果 人类需要的基因产物
归纳点2 基因工程的工具及其比较
1、基因工程的操作工具
（1）分子手术刀——限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。目前已经发现了200多种限制酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。DNA分子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（如下图所示）。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。
注意：①用限制酶切割DNA分子时，被破坏的是DNA链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键）。
②黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。
（2）分子缝合针——DNA连接酶
从上图中可以看出，把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让二者的黏性末端按碱基互补配对原则形成双链，用DNA连接酶催化两条DNA链的相邻两个碱基之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。DNA连接酶有两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的．称为T4 DNA连接酶。E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4-DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率较低
（3）分子运输车一——基因进入受体细胞的载体
① 使用运载体的目的
在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。
② 运载体的种类
现在所利用的运载体主要有两类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNA之外的双链环状DNA。另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也有可能成为运载体。
③ 基因的运载体必须具备的条件
a．载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。
b．载体DNA必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DNA上随受体染色体DNA的复制而同步复制。
c．载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
d．载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，不能进入到除受体细胞以外的其他生物细胞中去。
e．载体DNA分子大小应适中，以便提取和在体外进行操作，太大则不便操作。
一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造现在使用的质粒载体几乎都是经过改造的。
【典题反馈】
题型1 考查基因工程工具酶的特点
例题1（多选题）右图为DNA分子结构示意图，对该图的正确描述是
A．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
B．解旋酶作用的部位是⑨
C．某限制性核酸内切酶可选择⑨处作为切点
D．DNA连接酶可连接⑩处断裂的化学键
反馈1 如图所示，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下述变化。则X酶是
A．DNA连接酶 B．RNA聚合酶 C．DNA聚合酶 D．限制酶
反馈2 限制性核酸内切酶I的识别序列和切点是一G↓GATCC一，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是一↓GATC一。在质粒上有酶I的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。
（1）请画出质粒被限制性核酸内切酶I切割后所形成的黏性末端。
_____________________________________________________________________________。
（2）请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。
_____________________________________________________________________________。
（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接 为什么 ______
_____________________________________________________________________________。
（4）基因工程中，如果要把相应的黏性末端连起来，要用__________酶。
题型2 考查基因工程操作的具体过程
反馈3 天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转入酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：
（1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是____________，用___________将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子___________，以完成工程菌的构建。
（2）若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌，可采用的检测方法是____________；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用__________________________________检测，将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。_______________________________________________________________________________________。
（3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小
__________________________________________________________________________________________。
（4）微生物在基因工程领域中有哪些重要作用
__________________________________________________________________________________________。
【课堂反馈】
1、下列关于限制酶的说法正确的是 （ ）
A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
2、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是 （ ）
① 从基因文库中获取目的基因 ② 利用PCR技术扩增目的基因
③ 反转录法 ④ 通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
A、①②③④ B、①②③ C、②③④ D、②③
3、科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子（抗虫基因首端），导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子（抗虫基因末端），导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是 （ ）
A、目的基因、启动子 B、目的基因、终止子
C、目的基因、启动子、终止子 D、目的基因、启动子、终止子、标记基因
4、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 （ ）
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中
②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中
③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
④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
A、①② B、②③ C、③④ D、①④
5、已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。如果该线性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。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是
A、3 B、4 C、9 D、12
6、质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
A、①是c；②是b；③是a B、①是a和b；②是a；③是b
C、①是a和b；C参是b；③是a D、①是c；②是a；③是b
7、以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，分析回答问题。
（1）其中①和 是由一种限制酶切割形成的 末端，两者要重组成一个DNA分子，所用DNA连接酶通常是 。
（2） 和 是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形成重组DNA片段，所用DNA连接酶通常是 。
8、下图为DNA分子的切割和连接过程。
（1）EcoRI是一种 酶，其识别序列是 ，切割位点是 与 之间的 键。切割结果产生的DNA片段末端形式为 。
（2）不同来源DNA片段结合，在这里需要的酶应是 连接酶，此酶的作用是在 与 之间形成 键，而起“缝合”作用的。还有一种连接平末端的连接酶是 。
9、治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物（如猪、牛）体获得的。自20世纪70年代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如图1—5所示：
（1）图中的质粒存在于细菌细胞中，从其分子结构看，可确定它是一种 。
（2）请根据碱基互补配对的原则判断，在连接酶的作用下，甲与乙能否拼接起来，并说明理由。
（3）细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成两个，两个变成四个……质粒的这种增加方式在遗传学上称为 。目的基因通过表达后，能使细菌产生胰岛素，这是因为基因具有控制 合成的功能。
10、下图是将人的生长激素基因导人细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导人细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：
______________________________________________ 。
（2）若把通过鉴定证明导人了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是 _______________________________ 。
原因是：______________________________________
（3）导人细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么
________________________________________________________________________________
生物选修三复习导学提纲（一）参考答案
【课前导学】
DNA重组 转基因技术 DNA分子 DNA重组技术 限制性核酸内切酶 限制酶
黏性末端 平末端 双链DNA片段互补的黏性末端之间 T4噬菌体 黏性末端
平末端 平末端 质粒 自我 λ噬菌体的衍生物 动植物病毒 结构基因
DNA片段 储存 所有 部分 核苷酸 染色体 转录 翻译 复制
核苷酸 单链 引物 DNA聚合酶 启动子 终止子 首端 RNA聚合酶识别
尾端 转录 可以遗传 能够表达 鉴别 表达 双子叶 大多数单子叶
T-DNA Ti质粒的T-DNA上 显微 提纯 雌 输卵管或子宫 C a2+ 感受态
（在一定的温度下促进）感受态 “探针”与基因组DNA杂交 是否插入了目的基因
是否转录出了mRNA 蛋白质 抗虫鉴定（抗虫、抗病鉴定属于个体生物学水平鉴定）
【典题反馈】
例题1 ABD
反馈1 A
反馈2
（3）可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的） （4）DNA连接酶
反馈3 （1）限制性核酸内切酶 DNA连接酶 导入酿酒酵母菌
（2）DNA分子杂交 抗原一抗体杂交或淀粉酶活性 该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基中，培养基中淀粉被水解的区域，遇碘不再变蓝色，产生透明圈
（3）测定相同培养条件下不同工程茵菌株的淀粉酶活性和酒精产量
（4）①工具酶主要来自微生物；②最重要的目的基因供体库之一；③目的基因的载体之一；④作为受体细胞；⑤提供用于发酵的工程菌
【课堂反馈】
1、B 2、D 3、D 4、C 5、C 6、A
7、（1）③ 平 T4DNA连接酶 （2） ② ④ 黏性 DNA连接酶
8、（1）限制酶 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 黏性末端 （2） DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 T4DNA连接酶
9、（1）DNA分子 （2）能 二者具有相同的黏性末端 （3）DNA复制 蛋白质
10、（1） 普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因
（2）有的能生长，有的不能生长期 导入普通质粒A的的细菌能生长，因为普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在四环素基因中，抗四环素基因中，抗四环素基因的结构被破坏
（3）活动 是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。
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w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
（1）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。以下步骤可鉴别得到的细菌是否导人了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导人了质粒A或重组质粒，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是
______________________________________________ 。
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