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第1页共10页第2节基因工程及其应用课标要求1.了解基因工程的基本原理和基本步骤；2.能够体会基因工程在工、农业、医药、食品的应用；3.关注转基因生物和转基因食品的安全性；4.比较多种育种方法的优缺点及应用推广。知识网络体系1．基因工程的基本原理：基因工程也叫基因拼接技术或DNA重组技术，即按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另外一种生物细胞中，定向改造生物的遗传性状。所以基因工程也是一种基因重组。2．基因工程的基本工具a.基因的“剪刀”：限制性内切酶。特点：一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。作用对象：磷酸二酯键。结果：产生黏性末端。b.基因的“针线”：DNA连接酶，能够将脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来。c.基因的运载体：运载体必须具备的三个条件：①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制。②有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。③具有标记基因，以便进行筛选。种类：一类是细菌质粒；另一类是噬菌体和某些病毒。使用目的：一是将目的基因运送到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。3．基因工程的基本步骤：提取目的基因：一是用鸟枪法直接分离基因；二是用人工合成的方法：即反转录法或根据已知的氨基酸序列合成DNA。目的基因与运载体结合：一般用同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子。目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒浸染细胞的方法。目的基因的检测和表达：检测是根据受体细胞是否具有某些标记基因所控制的性状来判断；表达是根据受体细胞是否表现出目的基因所控制的性状。4．基因工程的应用和转基因食品的安全性经典例题剖析例1．DNA测序工作中，需要将某些限制性内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点。这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶HindⅢ，BamHI和二者的混合物分别降解一个4kb(1kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示：据此分析，这两种限制性内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是以下哪一组?A、HindⅢl个，BamHI2个B、HindⅢ2个，BamHI3个C、HindⅢ2个，BamHI1个D、HindIII和BamHI各有2个解析:如果不能从上图直观体会,则可以画一直线图加深理解：4kb1．81.00.30.9第2页共10页答案：Ａ例2．一长度为1000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用Kpnl单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子，用EcoRl、Kpnl同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是：解析：解题首先要从题干的条件中去思考：用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，这就是突破口。答案：Ｄ例3．基因工程中，需用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是—G↓GATCC一，限制酶II的识别序列和切点是一↓GATC一。根据图示,判断下列操作正确的是：A．质粒用限制酶I切割，目的基因用限制酶II切割B．质粒用限制酶II切割，目的基因用限制酶I切割C．目的基因和质粒均用限制酶I切割D．目的基因和质粒均用限制酶II切割解析：重组是将目的基因连接到质粒分子上去，因此质粒上的切口应该能够嵌进目的基因。－ＧＧＡＴＣ——————ＧAＴＣＣ———ＣＣＴＡＧ——————ＣＴＡＧＧ——答案：Ａ例４．培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：（1）A过程需要的酶有_____________________。（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是___________。（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入___________。（4）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。①将转基因植株与_____________杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1：1。②若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为______。③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占——%。侵染抗虫基因含kan质粒重组质粒土壤农杆菌含重组质粒土壤农杆菌A构建导入B培养选择转基因抗虫植株再生植株愈伤组织离体棉花叶片组织C诱导选择分化D检测第3页共10页解析：标记基因在基因工程中的作用主要是检测重组质粒是否进入受体细胞内，因此在重组过程中并非被目的基因所取代，既然转基因植株表现出相应抗性，说明其是显性。答案：（1）限制性核酸内切酶和DNA连接酶（2）具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存（3）卡那霉素（4）①非转基因植株②3：1③100例５．对种植转基因农作物利弊有激烈的争论，假设正方认为种植转基因农作物对人类是有利的，反方认为种植转基因农作物是有潜在风险的。下列观点中支持正方的是A．转基因农作物会产生毒性蛋白或过敏蛋白B．转基因农作物的扩散会威胁生物的多样性C．推广种植抗虫棉可减少农药使用对环境的污染D．抗虫基因通过基因漂移而造成“基因污染”答案：Ｃ基础练习检测一、单项选择题：1.基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是()A．目的基因限制酶运载体受体细胞B．重组DNARNA聚合酶限制酶连接酶C．工具酶目的基因运载体受体细胞D．模板DNAmRNA质粒受体细胞2.在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点，这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶HindⅢ、BamHI和二者的混合物分别降解一个4kb(1kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。据此分析，这两种限制性核酸内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是()A．HindⅢ1个，BamHI2个B．HindⅢ2个，BamHI3个C．HindⅢ2个，BamHI1个D．HindⅢ和BamHI各有2个3.水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A.促使目的基因导入宿主细胞中B.使目的基因容易被检测出来C.促使目的基因在宿主细胞中复制D.使目的基因容易成功表达4．碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中()①种子的萌发②病毒的增殖过程③细菌的二分裂过程④目的基因与运载体的结合⑤DNA探针的使用⑥分泌蛋白的加工和运输A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥C．②④⑤D．②③⑤⑥5．下列有关基因工程技术的正确叙述是()第4页共10页A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达6．人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是()A．大肠杆菌B．T4噬菌体C．酵母菌D．质粒DNA7．下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()A．氨基酸的种类、数目、排列顺序B．构成蛋白质的多肽链的数目C．构成蛋白质的肽链的空间结构D．氨基酸至少含一个氨基和一个羧基8．在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是()A．化学合成法B．基因组文库法C．CDNA文库法D．聚合酶链反应9．有关基因工程的叙述正确的是()A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成在细胞内完成C.质粒都可作运载体D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料10．基因工程常用的受体细胞有()①大肠杆菌②枯草杆菌③支原体④动植物细胞A．①②③④B．①②③C．②③④D．①②④11．构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的()A、染色体DNAB、线粒体DNAC、总mRNAD、tRNA12．就分子结构而论，质粒是()A．环状双链DNA分子B．环状单链DNA分于C．环状单链RNA分子D．线状双链DNA分子13．若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是()A．减少氮肥的使用量，降低生产成本B．减少氮肥的使用量，节约能源C．避免氮肥过多引起环境污染D．改良土壤结构14．治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是()A．口服化学药物B．注射化学药物C．采用基因疗法替换致病基因D．利用辐射或药物诱发致病基因突变15．在基因诊断技术中，所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素，后者的作用是A．为形成杂交的DNA分子提供能量B．引起探针DNA产生不定向的基因突变C．作为探针DNA的示踪元素D．增加探针DNA的分子量第5页共10页16．基因工程生产胰岛素的主要原因是()A．工艺简单，容易操作B．生产量大，价格较低C．所生产的胰岛素可以用于口服D．.所生产的胰岛素疗效大大提高17．用于鉴定转化干细胞是否含重组DNA的最常用方法是()A．抗药性选择B．分于杂交选择C．RNA反转录D．免疫学方法18．蛋白质工程的基本操作程序正确是()①蛋白质分子结构合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白质的预期功能⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A．①→②→③→④→⑤→①B．⑤→④→③→②→①→②C．④→①→⑤→②→③→①D．②→③→⑤→①→②→④19、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，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分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶切后，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．3B．4C．9D．1220．当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是()A．都与天然产物完全相同B．都与天然产物不相同C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同二、多项选择题：21．一个基因表达载体的构建应包括()A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因22．抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是()A．病毒外壳蛋白基因B．几丁质酶基因C．抗毒素合成基因D．病毒的复制酶基因23．关于蛋白质工程的说法正确的是()A．蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D．蛋白质工程又称为第二代基因工程第6页共10页24．不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有()A．组成这些生物的DNA分子的空间结构和化学成分一致B．组成这些生物的DNA分子都遵循碱基互补配对原则C．这些生物在基因表达时共用一套遗传密码子D．这些生物的基因结构都是相同的25．用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于()A．克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜B．现代转基因生物技术可以迅速改变生物的基因组成C．现代生物技术可以迅速使新品种形成群落D．现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍三、非选择题：26．限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。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