2023版高考生物一輪總復習第10單元生物技術(shù)與工程第40課基因工程

第40課基因工程

?學業(yè)質(zhì)量水平要求V

1.結(jié)合具體的應用實例，說明基因工程技術(shù)的原理、工具和操作過程。(科學思維)

2.通過對比分析蛋白質(zhì)工程和傳統(tǒng)基因工程的不同及應用價值。(科學思維、社會責任)

3.通過實際操作學會細胞中DNA的提取和鑒定方法，學習PCR技術(shù)原理和操作。(科學

思維、科學探究)

息纏口構(gòu)建必備知識培養(yǎng)關(guān)鍵能力

考點一重組DNA技術(shù)的基本工具

「概念梳理」

1.基因工程的概念

(1)手段：按照人們的愿望,通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物新的遺傳特性。

(2)目的：創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。

(3)水平：分子水平。

(4)基礎：生物化學、分子生物學和微生物學等學科。

2.基因工程的基本工具

(1)限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”

主要存在于原核生物中

識別雙鏈DNA分子的特定核菩酸序列.并使每一

條鏈中特定部位的磷酸二豳鍵斷開

葡通Q—黏性末端和平末端

(2)DNA連接睡一一“分子縫合針”

￡E.coliDNA連接陶?=（種類）U＞T4DNA連接酶

大腸桿菌＜=＞層遍］U＞T4噬菌體

只縫合黏性末端＜=麟嘉和平末端

I---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1

:將雙鏈DNA片段縫合起來.恢復被限制酶切開:

：的兩個脫銃核甘酸之間的磷酸二酯鍵

(3)基因進入受體細胞的載體一一“分子運輸車”

①作用：將外源基因送入受體細胞中。

②種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。

③條件：a.具有一個至多個限制酶切割位點,供外源DNA插入其中。

b.能在受體細胞中進行自我復制,或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復制。

c.具有標記基因,便于重組DNA分子的篩選。

「概念辨析」

1.重組DNA技術(shù)所需要的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體。(X)

2.切割質(zhì)粒的限制性內(nèi)切核酸酶均能特異性地識別6個核甘酸序列。(X)

3.DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事。(X)

4.DNA連接酶可以連接目的基因與載體的氫鍵，形成重組DNA。(X)

5.載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選的標記基因。(X)

概念深研」

1.基因工程的理論基礎

①基因是控制生物性狀的遺

外源基因在受體理論傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位

細胞內(nèi)表達②遺傳信息的傳遞都遵循中

心法則

③生物界共用一套遺傳密碼

或

制

0DNA的基本組成單位都是

四種脫氧核甘酸

［基因正接能②DNA分子都遵循堿基互補

配對原則

③雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)

都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

2.限制酶的選擇方法

根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點、質(zhì)粒上的限制酶切割位點以及是否破壞目的基因

和標記基因來確定限制酶的種類。

(1)應選擇醐切位點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇。SZI：不能選擇醐切

位點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaIo

(2)為避免目的基因及質(zhì)粒的自身環(huán)化、反向連接，也可使用不同的限制酶(非同尾酶)

切割目的基因所在片段和質(zhì)粒(雙酶切)，如圖甲可選擇用PstI和歷oRI兩種限制酶(但要

確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點)。

(3)切割質(zhì)粒的限制酶不能同時切開質(zhì)粒上的所有標記基因，即至少要保留一個標記基

因，以用于重組DNA的鑒定和選擇，如圖乙中的質(zhì)粒不能使用SmaI切害人

3.標記基因的作用：用于檢測目的基因是否導入受體細胞。

有載體進入?有的大腸桿菌才

的沒有載體進入能存活并增殖

「案例導引」

考向11基因工程中工具酶的分析

1.（2021?山東青島期末）下表為常用的限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）及其識別序列和切

割位點，由此推斷以下說法中，錯誤的是（）

識別序列和識別序列和

限制酶名稱限制酶名稱

切割位點切割位點

Bank\IG1GATCCKpn\GGTACIC

Ec出IC1AATTCSau3AIIGATC

HindllGTY1RACSmaICCC\GGG

（注：Y=C或T,R=A或G）

A.Hindll、S加I兩種限制酶切割后形成平末端

B.Sau3AI限制酶的切割位點在識別序列的外部

C.8a周I和Sau3AI兩種限制酶切割后形成相同的黏性末端

D.一種限制酶一定只能識別一種核甘酸序列

D解析：力力dll、SmaI兩種限制酶沿著中軸線切口切開，切割后形成平末端，A正確；

Sau3A［限制酶識別GATC序列，切割位點在識別序列的外部，B正確；艮就II限制酶識別

GGATCC序列，3Al限制前識別GATC序列，切割后形成相同的黏性末端GATC一,C正確；

一種限制酶也可以識別多種核昔酸序列，如HindII能識別GTYRAC序列，其中Y可以是C或

T,R可以是A或G,D錯誤。

2.下列關(guān)于DNA連接酶的相關(guān)敘述，正確的是（）

A.DNA連接醐需要模板，連接的是兩條鏈堿基對之間的氫鍵

B.DNA連接酶連接的是黏性（平）末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖

C.T4DNA連接酶只能連接黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖

D.E.c。//DNA連接醐既能連接平末端，又能連接黏性末端

B解析：DNA連接酶不需要模板，催化形成的是磷酸二酯鍵，A錯誤；DNA連接酶連接

的是黏性（平）末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖，使兩者之間形成磷酸二酯鍵，B正確;

T4DNA連接酶既可以連接黏性末端，也可以連接平末端，連接的是兩條鏈主鏈上的磷酸和

脫氧核糖，C錯誤；E.c。"DNA連接酶只能連接黏性末端，D錯誤。

考向2|基因工程中的載體的判斷

3.質(zhì)粒是基因工程中最常用的目的基因運載工具。下列有關(guān)敘述正確的是()

A.質(zhì)粒是只存在于細菌細胞質(zhì)中能自主復制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子

B.在所有的質(zhì)粒上總能找到一個或多個限制酶切割位點

C.攜帶目的基因的重組質(zhì)粒只有整合到宿主細胞的染色體DNA上才會隨后者的復制而

復制

D.質(zhì)粒上的抗性基因常作為標記基因供重組DNA的鑒定和選擇

D解析：質(zhì)粒不只分布于原核生物中，在真核生物一一酵母菌細胞內(nèi)也有分布，A錯

誤；并不是所有的質(zhì)粒都能找到限制酶的切割位點而成為合適的運載目的基因的工具，B錯

誤；重組質(zhì)粒進入受體細胞后，可以在細胞內(nèi)自我復制，也可以整合后復制，C錯誤；質(zhì)粒

上抗性基因常作為標記基因，D正確。

【易錯分析】細胞膜上的載體與基因工程中的載體的兩個“不同”

(1)化學本質(zhì)不同

①細胞膜上的載體的化學成分是蛋白質(zhì)。

②基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒(DNA),也可能是生物，如噬菌體、動植物病

毒等。

(2)功能不同

①細胞膜上的載體的功能是協(xié)助細胞膜控制物質(zhì)進出細胞。

②基因工程中的載體是一種“分子運輸車”，把目的基因?qū)胧荏w細胞。

考點二基因工程的基本操作程序

「概念梳理」

1.目的基因的篩選與獲取

(1)篩選合適的目的基因

①目的基因：在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產(chǎn)物

等的基因。主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。

②篩選目的基因的方法：從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中進行篩選是較為有效的

方法之一。

(2)利用PCR獲取和擴增目的基因

①原理：DNA復制。

②基本條件

參與的組分在DNA復制中的作用

高溫打開DNA雙鏈

DNA母鏈提供DNA復制的模板

4種脫氧核苜酸合成DNA子鏈的原料

耐高溫的DNA聚合酶催化合成DNA子鏈

使DNA聚合酶能夠從引物的匕端開始連接脫氧核昔

2種引物

酸

③擴增過程

溫度上升到72工左右，在耐高溫的

DNA聚合酶作用下合成子鏈上上

6

3'

5'||||||：1：1：1：1：1>1|1|1

3%1

111111111：13'第一個循環(huán)合成3，

我5'

兩個DNA分子:.TW,.」“n

需要擴增的?3'1

5'?I'l'I'nTITI'I'I'l③延伸

DNA序列3'，5

PCR獷增儀

溫度下降到50t左右

溫度上升到90T時復性，兩種引物

以上，雙鏈DNA與單鏈DNA結(jié)合

解聚為單鏈

5、

5'，3'

3，5，△5'

②復性

①變性

⑶構(gòu)建基因文庫來獲取目的基因

2.基因表達載體的構(gòu)建一一核心

⑴構(gòu)建基因表達載體的目的

①使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代。

②使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。

(2)基因表達教體的組成

啟位置：基因的上游

動

子)能JRNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,

”呢:i駁動基因的轉(zhuǎn)錄

表達載體目的基因：人們所需要的基因

的LNJ位置：基因的工避

終止子1功能：終止轉(zhuǎn)工

標記去因：用于目的基因的檢測與篩選

(3)基因表達載體的構(gòu)建過程

3.將目的基因?qū)胧荏w細胞

類型方法說明特點

經(jīng)濟、有效，適用于

將目的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T^DNA

農(nóng)桿雙子葉植物和裸子植

上一轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌一用農(nóng)桿菌侵染植物細

菌轉(zhuǎn)物，尤其適用于雙子

胞一將目的基因整合到植物細胞的夔魚

化法葉植物，但單子葉植

體DNA上一目的基因表達

物也獲得了成功

植物細胞

用微量注射器將含目的基因的DNA溶液

花粉直接注入子房中;在植物受粉后的一定

簡便、經(jīng)濟，我國科

管通時間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在

學家獨創(chuàng)的一種方法

道法花柱切面上，使目的基因借助花粉管通

道進入胚囊

將含有目的基因的表達載體一顯微注射

顯微到受精卵中一注射了目的基因的受精

動物將目的基因?qū)雱游?/p>

注射卵，經(jīng)胚胎早期培養(yǎng)后,移植到雌性動

細胞細胞最為有效的方法

技術(shù)物的輸卵管或子宮內(nèi)一獲得具有新性狀

的動物

Ca2++處理細胞一細胞處于一種能吸收周

微生物

處理圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)f基因表簡便、經(jīng)濟、有效

細胞

法達載體導入

4.目的基因的檢測與鑒定

檢測水平檢測目的檢測方法

目的基因是否插入到轉(zhuǎn)基因生物染色體

DNA上RCR

分子水平

目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA

目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)抗原一抗體雜交

個體水平轉(zhuǎn)基因生物是否表現(xiàn)出相應的特性如抗蟲、抗病的接種實驗

「概念辨析」

1.目的基因就是指編碼蛋白質(zhì)的基因。（X）

2.用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列。（V）

3.基因工程操作的核心步驟是目的基因的獲取。（X）

4.基因表達載體中含有啟動子和密碼子。（X）

5.抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體DNA上也未必能正常表達。（V）

6.從大腸桿菌細胞中獲得人胰島素基因的mRNA,說明目的基因完成了表達。

（X）

【教材細節(jié)命題】

1.（選擇性必修3P77相關(guān)信息改編）Bt抗蟲蛋白怎樣造成害蟲死亡？當Bt抗蟲蛋白

被分解為多肽后，多肽與害蟲腸上皮細胞的特異性受體結(jié)合，導致細胞膜穿孔，最后造成害

蟲死亡。

2.（選擇性必修3P77相關(guān)信息改編）如何理解PCR的引物？引物是一小段能與DNA母

鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸。用于PCR的引物長度通常為20?30個核甘酸。

概念）氽研」

1.PCR技術(shù)與DNA復制的比較

|PCR技術(shù)||DNA復制I

II

體外（PCR擴增儀中）-_I場所一細胞內(nèi)（主要是細胞核內(nèi)）

DNA在高溫下變性解旋-I解旋方式上解旋—催化

耐高溫DNA聚合前-~|醒一解旋—、DNA聚合醐等

DNAT引物kRNA

您較厚舞盤T溫度條件卜細胞內(nèi)溫和條件

仃，而悻制溫度I

DNA片段T合成:對象—DNA分子

|相，點|

均需要模板（DNA雙鏈）、原料（四種脫氧核甘酸），子鏈延伸方

向都是從5,端到3,端

2.基因表達載體的構(gòu)建

（1）根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類

其切點不

在啟動子■Xho\

其會破壞啟動子,

與終止子

HindHI-一不宜選擇

之間,7Nde\

宜選擇抗生素Xba\I.其位于啟動子、

Pst\抗性基因終止書"的HIJ終止子之間,宜

選擇

因其位于EcoRI一其會破壞終止子.

標記基因，不宜選擇

不宜選擇Kpn\

復制原點被破壞后，目的基因不能在受體細胞中復制.

不宜選擇

⑵根據(jù)Ti質(zhì)粒的T-DNA片段選擇限制醐，圖中甲、乙、丁Ti質(zhì)粒均不宜選取，而丙

Ti質(zhì)粒宜選取(設切割目的基因的限制酶為XbaI和SacI)。

T-DNAT-DNAXbaISacIXhaIXba\

T-DNAT-DNA

'XbaI；

甲E丙\T\

切割位點位于T-DNA切割位點雖在

V

上,而且含、T-DNA上但

切割位點不位XWISacI

兩種切割位點,恰與目的缺乏SacI切

于T-DNA上基因兩端切割位點相同割位點

3.篩選出含有目的基因的受體細胞

氨青

節(jié)

抗

霉

索

四環(huán)素抗需重組質(zhì)粒

因

性

性基因、基

細菌

的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基

(1)原理：將目的基因插入含有兩種抗生素抗性基因的載體時，如果插入某種抗生素抗

性基因內(nèi)部，則會導致該抗生素抗性基因失活。如圖，目的基因插入了四環(huán)素抗性基因內(nèi)部,

則四環(huán)素抗性基因失活。

(2)被轉(zhuǎn)化的細菌有三種：含環(huán)狀目的基因的細菌、含重組質(zhì)粒的細菌、含質(zhì)粒的細菌。

(3)篩選方法：將細菌先放在含氨節(jié)青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，能生長的是含重組質(zhì)粒的

細菌和含質(zhì)粒的細菌，如上圖1、2、3、4、5菌落。再利用滅菌的絨布影印到含有四環(huán)素的

培養(yǎng)基上，如上圖能生長的菌落為2、3、4,則在含四環(huán)素培養(yǎng)基上不生長的即為含有目的

基因的菌落，如上圖1、5菌落。最后，可在含氨葦青霉素的培養(yǎng)基上挑取1、5菌落進行培

養(yǎng)。

「案例導引」

考向11PCR技術(shù)與應用分析

1.（2021砌北卷）某實驗利用PCR技術(shù)獲取目的基因，實驗結(jié)果顯示除目的基因條帶（引

物與模板完全配對）外，還有2條非特異條帶（引物和模板不完全配對）。為了減少反應中非

特異條帶的產(chǎn)生，以下措施中有效的是（）

A.增加模板DNA的量B.延長熱變性的時間

C.延長延伸的時間D.提高復性的溫度

D解析：增加模板DNA的量可以提高反應速度，但不能有效減少非特異性條帶，A錯

誤；延長熱變性的時間和延長延伸的時間會影響變性延伸過程，但對于延伸中的配對影響不

大，故不能有效減少非特異性條帶，B、C錯誤；非特異性產(chǎn)物增加的原因可能是復性溫度

過低使引物與模板的結(jié)合位點增加，故可通過提高復性的溫度來減少反應中非特異性條帶的

產(chǎn)生，D正確。

2.新型冠狀病毒的檢測可以采用實時熒光RT-PCR（逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈式反應）的方法，RT

-PCR的具體過程如圖。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）

3'

5'

cl)NA

②

5T

______________z

3T

5'1Ml______________5

3Z5

A.過程①以mRNA為模板合成單鏈DNA

B.過程②③擬對單鏈cDNA進行"次循環(huán)的擴增，理論上需要〃個引物B

C.該技術(shù)用于對某些微量RNA病毒的檢測，可提高檢測的靈敏度

D.游離的脫氧核甘酸只能從引物的3'端開始連接

B解析：過程①是由mRNA形成單鏈DNA的過程，表示逆轉(zhuǎn)錄，A正確；決定實時熒光

RT-PCR擴增片段的是引物，過程②③擬對單鏈cDNA進行〃次循環(huán)的擴增，根據(jù)DNA分子半

保留復制特點可知，該過程理論上至少需要2"T個引物B,B錯誤；利用實時熒光RT-PCR技

術(shù)對某些微量RNA病毒進行檢測時可提高檢測的靈敏度，是因為增加了待測RNA逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生

DNA的數(shù)量（或濃度），便于檢測，C正確；游離的脫氧核甘酸只能從引物的3,端開始連接,

D正確。

【易錯提醒】PCR過程的兩點提醒

（1）復性不一定均為引物與DNA模板結(jié)合。復性時，引物與DNA模板的結(jié)合是隨機的，

也存在DNA解開的兩條鏈的結(jié)合。

（2）PCR反應的結(jié)果不都是所需的DNA片段。因為第一次循環(huán)得到的DNA片段只有一種

引物，比所需的DNA片段要長，從第二次循環(huán)才出現(xiàn)所需的DNA片段，這樣的片段存在兩種

引物。

考向21基因表達載體的構(gòu)建

3.下圖是利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物，生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程示意圖，其

中Ps”、Sma\s歷成1、他al為四種限制性內(nèi)切核酸酶。下列說法錯誤的是（）

A.圖示過程是基因工程的核心步驟

B.表達載體構(gòu)建時需要用到限制酶SmaI

C.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

D.除圖示組成外，表達載體中還應該含有啟動子和終止子等結(jié)構(gòu)

B解析：題圖過程為基因表達載體的構(gòu)建過程，是基因工程中的核心步驟，A正確。

構(gòu)建過程中需要將目的基因完整切割下來，此時要用到限制酶為〃、比。RI,B錯誤?？?/p>

卡那霉素基因是標記基因，目的是便于鑒定和篩選含有目的基因的細胞，C正確。基因表達

載體包括復制原點、啟動子、目的基因、終止子和標記基因等，D正確。

4.利用某目的基因（圖甲）和P1噬菌體載體（圖乙）構(gòu)建重組DNA。限制性內(nèi)切核酸酶或，

II.壇。RI和〃加dill的酶切位點分別如下圖所示（已知這三種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端不

同）。下列分析錯誤的是（）

BglIIHindIII

EcoRIEcoRI

甲

A.構(gòu)建重組DNA時，可用Bgn1和切./xini切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體

B.構(gòu)建重組DNA時;可用歷oRI和應加111切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體

C.圖乙中的P1噬菌體載體只用班加I切割后，含有兩個游離的磷酸基團

D.用歷樂I切割目的基因所在片段和P1噬菌體載體，再用DNA連接酶連接，只能產(chǎn)

生一種重組DNA

D解析：構(gòu)建重組DNA時，如果用密/II和〃力jdlH切割目的基因所在片段和P1噬菌體

載體，目的基因兩端將形成不同的黏性末端，同樣P1噬菌體載體也形成這兩種黏性末端，

因此它們可構(gòu)成重組DNA,A正確；分析圖甲，為加HI的酶切位點在第二個於樂I酶切位點

的左側(cè)，因此用&oRI和川切割目的基因所在片段，目的基因兩端將形成不同的黏性

末端，同樣用皮成I和必〃dill切割P1噬菌體載體也形成這兩種黏性末端，因此它們可構(gòu)成

重組DNA,B正確；Pl噬菌體載體為環(huán)狀DNA,其上只含有一個￡coRI的酶切位點，因此用

%oRI切割后，該環(huán)狀DNA分子變?yōu)殒湢頓NA分子，因每條DNA單鏈各含有一個游離的磷酸

基團，故切割后含有兩個游離的磷酸基團，C正確；用反。RI切割目的基因所在片段和P1

噬菌體載體后形成的黏性末端相同，可正向連接或反向連接，故可產(chǎn)生兩種重組DNA,D錯

誤。

【易錯提醒】

(1)基因工程中的基因表達載體力載體：基因表達載體與載體相比增加了目的基因。

(2)目的基因插入位點不是隨意的：基因表達載體需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目

的基因應插入啟動子和終止子之間的部位，若目的基因插入啟動子部位，啟動子將失去原功

能。

(3)切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶。如果兩種不同限制酶切割后形成的

黏性末端相同，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。

考向3|將目的基因?qū)胧荏w細胞及目的基因的檢測與鑒定的判斷

5.菊花是一種雙子葉植物，易感桃蠣。桃蠣不但直接影響植物生長，還是多種植物病

毒的傳播媒介。雪花蓮凝集素基因創(chuàng)%的表達產(chǎn)物能有效抑制桃蜥生長，某科研團隊運用農(nóng)

桿菌轉(zhuǎn)化法獲得了轉(zhuǎn)基因菊花。下列有關(guān)敘述錯誤的是()

A.受體細胞可以選擇菊花葉片細胞或桃蜘細胞

B.將目的基因G%插入Ti質(zhì)粒的T-DNA上構(gòu)建表達載體

C.可以將菊花葉片取下與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選轉(zhuǎn)化細胞

D.應用抗蟲接種實驗，檢測轉(zhuǎn)基因菊花對桃螃的抗性及抗性的程度

A解析：要獲得轉(zhuǎn)基因菊花，可以選擇菊花葉片細胞作為受體細胞，但不能選擇桃蜘

細胞作為受體細胞，A錯誤；Ti質(zhì)粒的T-DNA可以轉(zhuǎn)移到受體細胞中，并且整合到受體細胞

染色體的DNA上，根據(jù)這一特點，構(gòu)建表達載體時，應該將目的基因G必插入Ti質(zhì)粒的T-

DNA上，B正確：可以將菊花葉片取下與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選轉(zhuǎn)化細胞，并再生成植株,

C正確；已知雪花蓮凝集素基因的表達產(chǎn)物能有效抑制桃蜥生長，故應用抗蟲接種實驗,

檢測轉(zhuǎn)基因菊花對桃蜥的抗性及抗性的程度，D正確。

6.在全球氣候變暖和水資源缺乏加劇的情況下，保障我國“糧食安全”問題尤為重要。

玉米是重要的糧食作物，其葉片細胞中的P蛋白是一種水通道蛋白，由P基因編碼，在植物

生長發(fā)育過程中對水分的吸收具有重要的調(diào)節(jié)功能。為了探究P蛋白的超量表達對玉米生長

的影響，科研人員進行了超量表達P蛋白轉(zhuǎn)基因玉米的生理特性等研究。

超量表達P蛋白轉(zhuǎn)基因玉米獲得與鑒定。在超量表達P基因載體的構(gòu)建中，所用DNA

片段和Ti質(zhì)粒的酶切位點如圖1所示，P蛋白在玉米株系的表達量如圖2所示。

七

十

均

?

金

安

江

洱

dUiL

野生型ala2a3a4

玉米株系

圖2

回答下列問題:

（1）強啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，能被識別并結(jié)合，驅(qū)動基

因的持續(xù)轉(zhuǎn)錄。為使P基因在玉米植株中超量表達，應優(yōu)先選用酶組合,

將片段和Ti質(zhì)粒切開后構(gòu)建重組表達載體。T-DNA在該實驗中的作用是

（2）將農(nóng)桿菌浸泡過的玉米愈傷組織進行植物組織培養(yǎng)，培養(yǎng)基中需加入進行

篩選，篩選出的愈傷組織形成叢芽，最終獲得多個轉(zhuǎn)基因玉米株系。

（3）據(jù)圖2分析，選擇al、a2、a3玉米株系，作為超量表達P蛋白轉(zhuǎn)基因玉米的生理特

性研究的實驗材料，理由是_________________________________

解析：（1）根據(jù)“驅(qū)動基因的持續(xù)轉(zhuǎn)錄”可知，強啟動子能被RNA聚合酶識別并結(jié)合。

為使P基因在玉米植株中超量表達，應確保強啟動子和P基因不被破壞，故應優(yōu)先選用Banti

I和弘cI酶組合，將片段和Ti質(zhì)粒切開后構(gòu)建重組表達載體。T-DNA在該實驗中的作用是

將強啟動子和P基因帶入玉米細胞并整合到玉米細胞的染色體DNA上。（2）由圖1可知，潮

霉素抗性基因位于Ti質(zhì)粒的T-DNA上，能隨T-DNA整合到玉米細胞的染色體上，故將農(nóng)桿

菌浸泡過的玉米愈傷組織進行植物組織培養(yǎng)，培養(yǎng)基中需加入潮霉素進行篩選，篩選出的愈

傷組織可（再）分化形成叢芽，最終獲得多個轉(zhuǎn)基因玉米株系。（3）據(jù)圖2分析，al,a2、a3

玉米株系的P蛋白表達量顯著高于野生型玉米，故可以選擇al、a2、a3玉米株系，作為超

量表達P蛋白轉(zhuǎn)基因玉米的生理特性研究的實驗材料。

答案：（1）RNA聚合酶8a加I和SacI將強啟動子和P基因帶入玉米細胞并整合到玉

米細胞染色體DNA上（2）潮霉素（再）分化（3）al、a2、a3玉米株系的P蛋白表達量顯

著高于野生型玉米

考點三基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程

「概念梳理」

1.基因工程的應用

(1)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用：轉(zhuǎn)基因抗蟲植物、轉(zhuǎn)基因抗病植物、轉(zhuǎn)基因抗除草

劑植物、改良植物的品質(zhì)、提高動物的生長速率、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。

(2)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用

①對微生物或動植物的細胞進行基因改造,使它們生產(chǎn)藥物。

②讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物。

③嘗試將建立移植器官工廠的設想成為現(xiàn)實。

(3)在食品工業(yè)方面的應用：利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。

2.蛋白質(zhì)工程的原理和應用

(1)蛋白質(zhì)工程的概念

蛋白質(zhì)分子的結(jié)

基礎@目的合成滿足人類

構(gòu)規(guī)律及其氣生生產(chǎn)和生活需

物功能的關(guān)系求的要白質(zhì)

「段

［基因改造或基因合成J

(2)蛋白質(zhì)工程的基本原理

(3)蛋白質(zhì)工程的應用

①醫(yī)藥工業(yè)方面：研發(fā)藥物，如延長干擾素的保存時間；降低小鼠單克隆抗體誘發(fā)免疫

反應的強度。

②其他工業(yè)方面：改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶。

③農(nóng)業(yè)方面：通過改造某些參與調(diào)控光合作用的酶,增加糧食產(chǎn)量；改造微生物蛋白質(zhì)

的結(jié)構(gòu),設計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，防治病蟲害。

「概念辨析」

1.來自蘇云金桿菌的反抗蟲蛋白基因只能應用于棉花。(X)

2.“轉(zhuǎn)基因抗蟲植物”也可以用于抵抗各種植物疾病。(X)

3.干擾素是我國批準生產(chǎn)的第一個基因工程藥物。(V)

4.用基因工程的方法，使得外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌。

(J)

5.對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現(xiàn)的。(X)

概念深研」

1.乳腺生物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別

比較內(nèi)容乳腺生物反應器工程菌

指將外源基因在哺乳動物的乳

指用基因工程的方法，使外源基

含義腺中特異表達，利用動物的乳腺

因得到高效表達的菌類

組織生產(chǎn)藥物蛋白

合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)微生物合成的藥物蛋白可能沒

基因表達

相同有活性

受體細胞動物受精卵微生物細胞

目的基因

顯微注射法感受態(tài)細胞法

導入方式

需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所

不需嚴格滅菌；溫度等外界條件

生產(chǎn)條件需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等

對其影響不大

外界條件

從微生物細胞或其培養(yǎng)液中提

藥物提取從動物乳汁中提取

取

2.蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系

「螯目應〒.版］國畫〒胡，

y'---y---

從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)目的基因的篩選與

T設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)獲取一》基因表達載

一推測應有的氨基酸序列-畫］6體的構(gòu)建一籽目的

一找到并改變相對應的脫基因?qū)胧荏w細胞

氧核甘酸序列（基因）或合—目的基因的檢測

成新的基因一獲得所需蛋與鑒定

白質(zhì)定向改造生物的遺

南用g傳特性,以疾得人

定向改造或生產(chǎn)人類所需o畢J類所需的生物類型

的蛋白質(zhì)和生物產(chǎn)品

臚產(chǎn)自然界沒有的蛋白。率*錯器需然界已

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因

「程，是對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造新的蛋白質(zhì),必須

通過基因改造或基因合成實現(xiàn)

「案例導引」

考向11基因工程的應用

1.ACC合成酶是乙烯合成的關(guān)鍵酶，乙烯的合成會影響番茄的儲藏和運輸。下圖為科

學家利用ACC合成酶基因的反向連接構(gòu)建載體，通過基因工程設計的耐儲轉(zhuǎn)基因番茄流程

圖。

tet\四環(huán)素抗性基因

番茄組織培養(yǎng)農(nóng)桿菌

下列說法錯誤的是（）

A.引物的特異性是能夠從番茄DNA中獲取ACC合成酶基因的關(guān)鍵

B.反向連接的ACC合成酶基因合成的mRNA通過與正常的ACC合成酶基因的mRNA互補，

限制了細胞內(nèi)乙烯的合成

C.可以在培養(yǎng)基中加入氨茶青霉素和四環(huán)素，存活下來的細胞內(nèi)則含有攜帶目的基因

的質(zhì)粒

D.設計雙酶切處理目的基因及載體是為了更好地保證目的基因的反向連接

C解析：引物能與ACC合成酶基因通過堿基互補配對結(jié)合定位ACC合成酶基因的位置,

因此引物的特異性是能夠從番茄DNA中獲取ACC合成酶基因的關(guān)鍵,A正確;反向連接的ACC

合成酶基因合成的mRNA通過與正常的ACC合成酶基因的mRNA互補，使ACC合成酶基因不能

正常表達，從而限制細胞內(nèi)乙烯的合成，B正確；從題圖中可知，基因表達載體中ACC合成

酶基因破壞了四環(huán)素抗性基因，因此含有攜帶目的基因的質(zhì)粒的細胞能在含有氨葦青霉素的

培養(yǎng)基中存活，但不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中存活，C錯誤；設計雙能切處理目的基因及

載體是為了更好地保證目的基因的反向連接，D正確。

2.（2021?天津卷）乳酸菌是乳酸的傳統(tǒng)生產(chǎn)菌，但耐酸能力較差，影響產(chǎn)量。釀酒酵

母耐酸能力較強，但不產(chǎn)生乳酸。研究者將乳酸菌的乳酸脫氫酶基因（心血導入釀酒酵母，

獲得能產(chǎn)生乳酸的工程菌株。下圖1為乳酸和乙醇發(fā)酹途徑示意圖，圖2為構(gòu)建表達載體時

所需的關(guān)鍵條件。

葡萄糖

_____I____.

丙.酸

^酮酸脫痰酶

乙醛

乙醇脫氫酶

乳酸||乙—

乳酸菌釀酒酵母

圖1

含有乳酸菌?！ɑ虻腄NA片段

GTG