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6.2基因工程及其应用(Ⅰ)目标导航1.理解基因工程的概念。2.简述基因工程的原理。3.了解基因操作的工具和基本步骤。一、基因工程的概念和原理1．基因工程的概念和原理(1)基因工程又叫__________技术或______________技术。(2)操作水平：在________________上进行操作。(3)目的：按自己的意愿__________地改变生物的遗传性状。(4)操作环境：生物体外。(5)原理：基因重组。2．基因工程的操作工具____________、____________、________________是基因工程最基本的工具。(1)基因的“剪刀”是指________________________(简称限制酶)。该物质能识别一种特定的____________序列，并在特定的切点上________DNA分子。例如，大肠杆菌中的一种叫EcoRⅠ的限制酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。(2)基因的“针线”即________________，可以“缝合”________________和________交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。(3)基因工程中，目前常用的运载体有________、__________和________________等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞________或____________外能够自主复制的很小的________________分子。作为运载体需具备的条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。②有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。③有标记基因，以便筛选。3．有性生殖和基因工程中的基因重组的区别有性生殖：基因重组――→发生在同一物种间基因工程：基因重组――→发生在不同物种间二、基因工程操作的一般步骤知识点一基因工程的概念和原理1．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是()A．定向提取生物体的DNA分子B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”C．在生物体外对DNA分子进行改造D．定向地改造生物的遗传性状2．能够打破物种界限，定向改造生物遗传性状，按照人们的意愿培育生物新品种的方法有()A．诱变育种和转基因技术B．杂交育种和诱变育种C．杂交育种和基因工程D．基因工程知识点二基因工程操作的一般步骤3．在基因工程中使用到限制性核酸内切酶，其作用是()A．将目的基因从染色体上切割出来B．识别并切割特定的DNA碱基序列C．将目的基因与运载体结合D．将目的基因导入到受体细胞内4．有关基因工程的叙述中，错误的是()A．DNA连接酶可以将带有黏性末端的碱基对连接起来B．限制酶用于切割目的基因和运载体C．目的基因须由运载体导入受体细胞D．人工合成的目的基因不用限制酶切割基础落实1．下列关于基因工程的叙述，错误的是()A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达2．DNA连接酶的主要功能是()A．使DNA复制时母链与子链之间形成氢键B．使黏性末端碱基之间形成氢键C．将两条DNA末端之间的缝隙连接起来D．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的键连接起来3．下列四条DNA分子，彼此间具有黏性末端的一组是()A．①②B．②③C．③④D．②④4．据图所示，有关工具酶功能的叙述错误的是()①限制酶可以切断a处②DNA连接酶可以连接b处③解旋酶可以使b处解开④DNA连接酶可以连接c处A．①③B．②④C．①②D．③④5．下列关于质粒的叙述，正确的是()A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器B．质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子C．质粒只有在侵入受体细胞后才能在受体细胞内复制D．细菌质粒的复制过程是在受体细胞外独立进行的能力提升6．不属于质粒被作为基因工程运载体的理由的是()A．可以复制B．有多个限制酶切割位点C．具有标记基因D．环状DNA7．下列关于基因操作工具的叙述中，正确的是()A．限制酶一定识别GAATTC碱基序列B．基因工程所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体C．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列D．目的基因就是指重组DNA质粒8．现有一长度为1000bp的DNA分子，用EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ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()题号12345678答案9.农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现欲采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题：(1)要获得该抗病基因，可采用____________、____________等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的运载体是__________。(2)切割完成后，采用__________酶将运载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为______________________。(3)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去__________棉花细胞，利用植物细胞具有的__________性进行组织培养，从培养出的植株中____________出抗病的棉花。(4)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是()A．淀粉B．脂类C．蛋白质D．核酸(5)转基因棉花获得的__________是由该表达产物来体现的。10．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(Kanr)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)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用______________作为探针。(5)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______%。答案知识清单一、1.(1)基因拼接DNA重组(2)DNA分子水平(3)直接定向2．基因剪刀基因针线基因的运载体(1)限制性核酸内切酶核苷酸切割(2)DNA连接酶脱氧核糖磷酸(3)质粒噬菌体动植物病毒拟核细胞核环状DNA对点训练1．D[基因工程是按照人们的意愿，定向改变生物的遗传性状，从而培育出人们所需要的生物类型。]2．D[杂交育种是利用同种生物的不同品种进行交配，然后选育出新品种的方法；诱变育种是利用人工条件诱发基因突变，导致新基因的产生，但基因突变具有不定向性；基因工程可以将控制特定性状的基因从一种生物体内转移到另一种生物体内，使基因实现了跨物种的转移，定向改造生物的遗传性状。]3．B[限制酶具有专一性，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子；在切割出目的基因的同时，需要用同一种限制酶切割质粒DNA；限制酶不能直接从染色体上切割目的基因。将目的基因与运载体结合时使用DNA连接酶。将目的基因导入受体细胞时要使用运载体作为运输工具。]4．A[DNA连接酶是将黏性末端的脱氧核糖和磷酸连接起来，形成磷酸二酯键。]课后作业1．D[基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才有生物活性。运载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达，所以D错误。]2．C[DNA连接酶催化DNA双链外侧磷酸和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，它与碱基之间的氢键无关。]3．D[黏性末端是DNA被一些限制性核酸内切酶切出的两游离端，碱基是互补配对的，图中②④符合要求。]4．B[DNA连接酶可连接由脱氧核糖和磷酸交替构成的DNA骨架上的切口处，图中c处应为一个DNA单位——脱氧核苷酸的一部分而不是切口，故④所述不正确。b处为碱基对间的氢键，解旋酶可使其断开，但连接酶不作用于此处，故②所述也不正确。]5．B[质粒是一个小型的环状DNA分子，可以进入到细菌细胞内部。质粒是基因工程中一个重要的运载体，通常利用质粒与目的基因结合形成重组DNA分子，然后将重组的DNA分子导入受体细胞。]6．D[作为运载体的质粒，应具有标记基因，能在受体细胞内稳定地保存并复制，并且具有多个限制酶切割位点。细菌拟核中的DNA呈环状，但不能作为运载体。]7．C[不同的限制酶能识别不同的碱基序列；运载体不属于工具酶；目的基因和运载体质粒结合后才叫重组质粒。]8．D[由第一个条件“用EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子长度仍是1000bp”可知，该DNA分子为环状结构，且只有一个EcoRⅠ酶切位点，同理可知该DNA分子上有两个KpnⅠ酶切位点，故可排除A、B、C三项。]9．(1)从细胞中分离化学方法人工合成Ti质粒(2)DNA连接重组质粒(3)感染全能筛选(选择)(4)C(5)抗病性状解析获得抗病基因常用的方法是从细胞中直接分离目的基因或根据mRNA碱基顺序和蛋白质的氨基酸序列人工合成目的基因；在基因工程中，常用的运载体是质粒；可以先用限制性核酸内切酶把目的基因和运载体切出相同的黏性末端，再用DNA连接酶将运载体和目的基因连接起来，构成重组DNA分子；用导入重组DNA分子的农杆菌感染棉花细胞，并用组织培养的方法把这样的棉花细胞培育成个体，从中筛选出有抗病性状的棉花，最后进行鉴定，可把普通棉和抗虫棉在同等条件下让害虫吞食，观察其效果即可。10．(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)放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因(5)①非转基因植株②3∶1③100解析重组质粒的获得需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶；作为运载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿主细胞中复制并稳定保存；二是具有多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接；三是具有某些标记基因，便于进行筛选等。B过程体现出了其中的一、三两条。转基因植株与非转基因植株杂交后，后代表现型比例为1∶1，说明转基因植株为杂合子，该杂交过程相当于测交；如果自交，则后代比例应为3∶1；卡那霉素对花粉进行了选择，保留下了抗卡那霉素型的植株。