第一章 基因工程 章末总结 学案（含答案）

1、章末总结章末总结 知识建网 要语必背 1 限制性核酸内切酶可识别双链 DNA 分子上的特定核苷酸序列， 并在特定位点上切割 DNA 分子。 2质粒作为基因工程的载体需具备的条件有：能在宿主细胞内稳定保存并自我复制；具有一 个至多个限制酶切割位点；具有标记基因。 3基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还 必须有启动子、终止子以及标记基因等。 4将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。将目的基因 导入动物细胞常用显微注射法，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2 处理法)。 5 检测目的基因是否导入受体细胞常用 DNA 分子杂交法

2、； 检测是否转录， 常用分子杂交法； 检测是否翻译，常用抗原抗体杂交技术。 6 蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构， 而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的 改造。 7 蛋白质工程的基本途径是： 从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有 的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列利用基因工程技术合成新的蛋白质。 一、几种重要酶的比较 种类 项目 限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶 解旋酶 作用底物 DNA 分子 DNA 分子片段 脱氧核苷酸 DNA 分子 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对间的氢键 作用特点 切割目的基因及载 体，能专一性识别双 链DNA分子上特

3、定的 核苷酸序列，并且使 每一条链中特定部位 的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键断开 将双链 DNA 片 段“缝合”起 来，恢复被限制 酶切开了的两个 核苷酸之间的磷 酸二酯键 只能将单个 脱氧核苷酸 添加到脱氧 核苷酸链上 将 DNA 两条链 之间的氢键打开 作用结果 形成黏性末端或平口 末端 形成重组 DNA 分子 形成新的 DNA 分子 形成单链 DNA 分子 特别提醒 在基因工程中逆转录酶也常被使用。逆转录酶又称 RNA 指导的 DNA 聚合酶， 是以 RNA 为模板合成 DNA 所需的酶。逆转录酶催化的反应叫逆转录。在这个过程中，遗传 信息流动的方向是从 RNA 到 DNA，正好与转录过

4、程相反，故称逆转录。 例1 下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化， 图中依次表示限制性核酸内切酶、 DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶、RNA 聚合酶作用的正确顺序是( ) A B C D 答案 C 解析 图中是限制性核酸内切酶切割 DNA 分子；是 DNA 连接酶将两个 DNA 分子的缝 隙缝合起来；是在解旋酶的作用下 DNA 分子双链解开成单链；为 DNA 复制时以解开的 两条单链为模板，在 DNA 聚合酶的作用下合成脱氧核苷酸子链；是以 DNA 的一条链为模 板，在 RNA 聚合酶作用下转录产生 RNA。 二、易混概念辨析 基因工程的基本操作程序中存在多组易混的概念，它们是学

5、习中的难点，只有把它们的 区别和联系搞清楚，才能正确掌握关于基因工程的基本操作程序的知识。下面是对几组易混 概念的辨析。 1基因文库、基因组文库、部分基因文库 (1)从定义上区分 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个 受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。基因文库是指储存有某种生物基因 的菌群的总称。 基因组文库：如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。 部分基因文库：指含有一种生物的一部分基因的基因文库，如 cDNA 文库。 (2)从范围上区分：基因文库包含基因组文库和部分基因文库。基因组文库有某一种生物的全

6、 部基因，它的范围要大于部分基因文库。 2启动子、终止子、起始密码子、终止密码子 (1)从定义上区分 启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导 RNA 聚合酶与基因 的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA 聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码 区正常地进行转录。 终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍 RNA 聚合酶的移动，并使其从 DNA 模板链上脱离下来。 密码子：指信使 RNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使 RNA 上四种碱基的组合 方式有 64 种，其中决定氨基酸的密码子有 61 种，3 种是终止密码子。 终止密码

7、子：是信使 RNA 上能够终止蛋白质合成的密码子。 起始密码子：位于信使 RNA 上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。 (2)从本质上区分：启动子和终止子都是 DNA 分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起 始密码子和终止密码子都位于信使 RNA 上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码 子不能决定任何一种氨基酸。对于相似或相关概念，通过比较分析的方法找出区别与联系， 会加深对这些知识的理解与掌握。 例 2 下列关于 cDNA 文库和基因组文库的说法，不正确的是( ) AcDNA 文库中的 DNA 来源于 mRNA 的反转录过程 B如果某种生物的 cDNA 文库中的某个基

8、因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性 状相同，则这两个基因的结构也完全相同 CcDNA 文库中的基因都没有启动子 D一种生物的 cDNA 文库可以有许多种，但基因组文库只有一种 答案 B 解析 由于基因转录时只有编码区段才能转录，所以以 mRNA 反转录成的 DNA 就只有外显 子区段，而缺少内含子和启动子等非编码区段，和原来的基因结构不相同。 1EcoR和 Sma限制酶识别的序列均由 6 个核苷酸组成，但切割后产生的结果不同，其 识别序列和切割位点(图中箭头处)分别如下图所示，请据图分析下列说法正确的是( ) A所有限制酶的识别序列均由 6 个核苷酸组成 BSma切割后产生的是黏性末端

9、 C用 DNA 连接酶连接平口末端和黏性末端的效率一样 D细菌细胞内的限制酶可以切割外源 DNA，防止外源 DNA 入侵 答案 D 解析 大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由 4、5 或 8 个核苷酸组成，故 A 错误；据图分析，Sma限制酶切割后产生的是平口末端，故 B 错误； 用 DNA 连接酶连接平口末端的效率比黏性末端低，故 C 错误；细菌细胞内限制酶可以切割 外源 DNA，防止外源 DNA 入侵，是一套完善的防御机制，故 D 正确。 2 下面是 3 种限制酶对 DNA 分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点， 切出的断面为黏 性末端)。相关叙述错误

10、的是( ) 限制酶 1： GATC 限制酶 2：CCGC GG 限制酶 3：G GATCC A不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性 B限制酶 2 和 3 识别的序列都包含 6 个碱基对 C限制酶 1 和 3 剪出的黏性末端相同 D能够识别和切割 RNA 分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶 2 答案 D 解析 酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，A 项正确；据图可知， 限制酶 2 和 3 识别的序列分别是CCGCGG和GGATCC，均包含 6 个碱基对，B 项正 确； 限制酶 1 和 3 剪出的黏性末端相同， 均为 GATC， C 项正确； 限制酶只能识别

11、特定的 DNA 序列，因此三种限制酶均不能识别和切割 RNA 中核糖核苷酸序列，D 项错误。 3下列有关基因工程的叙述，正确的是( ) ADNA 连接酶的作用是使互补的黏性末端之间发生碱基 A 与 T，C 与 G 之间的配对 B基因工程中使用的载体最常见的是大肠杆菌 C载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞并可促进目的基因的表达 D基因工程造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异 答案 D 解析 DNA 连接酶的作用对象是磷酸二酯键， A 错误；基因工程中使用的载体最常见的是质 粒，B 错误；载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞，但是不能促进目的基因的

12、表达， C 错误； 基因工程能按照人们的意愿定向地改造生物的遗传性状， 其原理是基因重组， D 正确。 4我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达， 培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是( ) A抗虫基因的提取和运输需要专用的工具和载体 B重组 DNA 分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递到近缘作物，从而造成基因污染 D转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的 答案 D 解析 抗虫基因的提取和运输都需要工具酶(限制酶和 DNA 连接酶)和载体， 故 A 正确； DNA 分子包括内含子和外显子，所

13、以 DNA 分子中增加一个碱基对，不一定影响蛋白质的功能， 故 B 正确；转基因作物可通过花粉将外源基因传递到近缘作物，从而造成基因污染，故 C 正 确；转基因棉花是否具有抗虫特性，应该直接用害虫来食用棉花叶片，做毒性检测，抗生素 抗性检测往往用于对标记基因进行检测，以确定外源基因是否导入受体细胞，故 D 错误。 5下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是( ) A基因表达载体构建过程中需要限制酶和 DNA 连接酶 B图中愈伤组织分化产生的再生植株的基因型一般都相同 C卡那霉素抗性基因中含有相关限制酶的识别和切割位点 D转基因抗虫棉有性生殖产生的部分后代不能稳定保持抗虫性状 答案 C

14、 解析 基因表达载体构建过程中需要限制酶对目的基因和载体进行切割，需要 DNA 连接酶 将目的基因和载体进行连接，A 正确；愈伤组织分化产生的再生植株若不发生突变，其基因 型都是一样的，B 正确；卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的识别和切割位点，否则会破 坏抗性基因，C 错误；进行有性生殖会发生基因重组，部分后代抗虫性状不能稳定遗传，D 正确。 6随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，下列关于基因污染的说法中，不正确的 是( ) A转基因作物可能通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库 B杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性 C基因污染是一种不可以增殖的污染

15、 D基因污染难以清除 答案 C 解析 基因污染指基因工程中的目的基因转移到生物体内可能对生物多样性、生态环境和人 体健康造成潜在风险和威胁，而且会随着生物的繁殖过程不断增殖，故 C 项是错误的。 7 科学家为提高玉米中赖氨酸含量， 计划将天冬氨酸激酶的第 352 位的苏氨酸变成异亮氨酸， 将二氢吡啶二羧酸合成酶中 104 位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸， 就可以使玉米叶片和 种子中的游离赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( ) A直接通过分子水平改造蛋白质 B直接改造相应的 mRNA C对相应的基因进行操作 D重新合成新的基因 答案 C 解析 蛋白质工程的

16、目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋 白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常 困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可 以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 8下列关于基因工程技术的叙述，正确的是( ) A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别 6 个核苷酸序列 BPCR 反应中温度的周期性改变是为了 DNA 聚合酶催化不同的反应 C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 答案 D 解析 限制酶的识别序列多

17、数为 6 个核苷酸序列，也有少数为 4、5 或 8 个核苷酸序列，A 错 误；DNA 聚合酶只能催化脱氧核苷酸合成 DNA 片段，不能催化其他反应，B 错误；控制抗 生素合成的基因不在质粒上，通常采用载体质粒上的抗生素抗性基因作为筛选标记基因，C 错误；抗虫基因成功插入到植物细胞染色体上后，是否能正常表达，还需要其他控制元件如 启动子、终止子等控制，D 正确。 9某些适应寒冷环境的生物，能够产生一类抑制冰晶生长(能降低水溶液冰点的大分子)的蛋 白质，即抗冻蛋白。科学家利用昆虫抗冻蛋白(AFPS)基因的异源表达，现已成功地提高了双 子叶植物烟草的抗冻能力。请分析回答下列相关问题： (1)为使抗冻

18、蛋白基因在烟草细胞中高效表达， 需要把来自 cDNA 文库的抗冻蛋白基因片段正 确插入基因表达载体的_和_之间。 (2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、 _、 4 种脱氧核糖核苷酸和 DNA 模板， 扩增过程可以在 PCR 扩增仪中完成。 (3)将 AFPS 基因导入烟草细胞中，常用_法，此操作过程中使用的载体是 _。 若要检测烟草是否产生了抗冻蛋白， 一般采用_法检测杂交带。 (4)假如用得到的二倍体转基因抗冻植株自交，子代中抗冻与不抗冻植株的数量比为 151， 可推测该抗冻基因整合到了_(填“一对同源染色体的一 条上”“两条非同源染色体上”或“一对同

19、源染色体的两条上”)。 答案 (1)启动子 终止子 (2)引物 耐热性的 DNA 聚合酶(或 TaqDNA 聚合酶)(两空位置可 互换) (3)农杆菌转化 Ti 质粒 抗原抗体杂交 (4)两条非同源染色体上 解析 (1)为使抗冻蛋白基因在烟草细胞中高效表达， 需要把来自 cDNA 文库的抗冻蛋白基因 片段正确插入基因表达载体的启动子和终止子之间。(2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要在 反应体系中添加一对引物、耐热性的 DNA 聚合酶(或 TaqDNA 聚合酶)、4 种脱氧核糖核苷酸 和 DNA 模板。(3)将目的基因导入植物细胞中，常用农杆菌转化法，此操作过程中使用的载 体是 Ti

20、质粒。检测目的基因是否翻译成相应的蛋白质，可采用抗原抗体杂交技术。(4)假 如用得到的二倍体转基因抗冻植株自交，子代中抗冻与不抗冻植株的数量比为 151(为 9331 的变式)，说明该抗冻基因整合到了两条非同源染色体上，遵循基因的自由组合 定律。 10如图所示为正常人和镰刀型细胞贫血症患者血红蛋白基因的部分区域及镰刀型细胞贫血 症的基因治疗过程，请据图回答下列问题： 图 1 图 2 (1)根据图 1 正常人与患者血红蛋白基因碱基序列比较，可知镰刀型细胞贫血症是由于 _造成的。 (2)已知限制酶 E 识别序列为 CCGG， 若用限制酶 E 分别完全切割正常人和患者的血红蛋白基 因部分区域(见图

21、1)， 那么正常人的会被切成_个片段； 如果某人的血红蛋白基因部分区 域经限制酶 E 完全切割后，共出现 170、220、290 和 460 个碱基对的四种片段，那么该人的 基因型是_(以 P 表示正常基因，P表示异常基因)。 (3)根据图 2 基因治疗过程写出以下结构或细胞的名称： A_；C.动物病毒；D._细胞。 (4) 该 方 法 属 于 _( 填 “ 体 内 ” 或 “ 体 外 ”) 基 因 治 疗 ， 其 特 点 是 _。 答案 (1)基因突变 (2)3 P P (3)合成血红蛋白的正常基因(目的基因) 造血干 (4)体外 操作复杂，但效果较为可靠 解析 (1)根据图 1 正常人与患

22、者血红蛋白基因碱基序列比较，正常人的 C/G 对换成了 A/T 对从而导致患病，可知镰刀型细胞贫血症是由于发生了碱基对的替换，是基因突变造成的。 (2)已知限制酶 E 识别序列为 CCGG，正常人的基因含有两个 CCGG 序列，会被切两次，成 为 3 个片段；如果某人的血红蛋白基因部分区域经限制酶 E 完全切割后，共出现 170、220、 290 和 460 个碱基对的四种片段，说明前三者是正常基因被切割的结果，后者不能被切，说 明为异常基因，所以该人的基因型是 P P。(3)根据图 2 基因治疗过程可知 A 为目的基因；C 为动物病毒；D 为造血干细胞。(4)该方法属于体外基因治疗，其特点是操作复杂但效果较为 可靠。