专题17-基因工程-高考生物复习核心要点必背知识清单(填空版).docx

专题17 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具(建议25分钟)
1.基因工程是指按照人们的愿望，通过 等技术，赋予生物新的 ，创造出更符合人们需要的新的 和 。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作 技术。
2.基因工程的基本工具是 、 、 。
①限制性核酸内切酶又称 ，被称为“分子手术刀”。这类酶 (主要、全部)是从
生物中分离纯化出来的。它们的作用是
。大多数限制酶的识别序列由 个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由 核苷酸组成。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 末端和 末端。
② 被称为“分子缝合针”，其作用是 。基因工程中的DNA连接酶，分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为 连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为 连接酶。这两类酶都是将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的 ， 连接酶只能将只有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段。而 连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率比较 (低、高)。
③基因进人受体细胞的 被称为“分子运输车”，通常是利用 作为载体，它是一种
的、结构 (简单、复杂)、独立于 之外，并具有 能力的 分子。质粒DNA分子上有 至 限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插人其中。携带外源DNA片段的质粒进人受体细胞后，在细胞中进行 ，或整合到 上。质粒上常有特殊的 基因，如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等基因，这些基因的作用是 。
3.在基因工程中使用的载体除质粒外，还有 、 等。它们来源不同，在大小、结构、复制方式以及插人外源DNA片段大小上也有很大差别。
4.在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过
的。载体DNA 必需、不必)是安全的， (会、不会)对受体细胞有害，或 (进入、不进人)到除受体细胞外的其他生物细胞中去。
5.DNA连接酶与DNA聚合酶的区别是
。
6.限制酶不剪切细菌本身的DNA的原因是

。
实验：DNA的粗提取
1. 实验原理: DNA、RNA领自质和腊质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，
选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。例如，DNA (溶于、不溶于)酒精，但某些蛋白质 (溶于、不溶于)酒精，利用这一原理， 可以初步分离DMA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中 不同，它能溶于2mo/L的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇
试剂会呈现蓝色，因此可以作为鉴定DNA的试剂。
2.目的要求:了解DNA 的物理和化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理:学会DNA相据取的方法以及用 试剂对DNA进行鉴定。
3.材料:新鲜洋葱、猪肝等、体积分数为 的酒精、研磨液、2mo/L的NaCl溶液、 试剂和蒸馏水等。
4.方法步骤
(1)称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒人10mL研磨液，充分研磨。
(2) 在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在 ℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。
(3)在上清液中加入体积相等的、 的酒精溶液，静置2 - 3min,溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的 ，用玻璃棒沿 搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分;或者将溶液倒人塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min,弃上清液，将管底的沉淀物晾干。
(4)取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入4mL的 试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。
5.结果分析与评价
(1)二苯胺试剂 (需要、不需要)现用现配，蓝色深浅与DNA含量有关。
(2)相提取DNA中可能含有和DNA理化性质接近的核蛋白、多塘等杂质。

第2节 基因工程的基本操作程序(建议30分钟)
培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤:目的基因的筛选与获取、 、将目的基因导人受体细胞、 。
第一步:目的基因的筛选与获取
1.基因工程中，用于改变 或获得 等的基因就是目的基因，目的基因主要是指 的基因，如与生物抗逆性、生产药物等相关的基因。培育转基因抗虫棉用到的目的基因是 基因，简称 基因，是从 生物中获取的。当
蛋白被分解为多肽后，多肽与害虫肠上皮细胞的 结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。这种蛋白只有在某类昆虫肠道的 (酸、中、碱)性环境中才能表现出毒性，这种蛋白对人和牲畜不会产生上述影响的原因是
。
2. 筛选合适的目的基因:从相关的已知 清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法。3.利用PCR 目的基因
(1) PCR 是 的缩写。它是一项根据 的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
(2) DNA复制所需的基本条件
打开DNA双链在体内需要 酶(体外用 代替)； 提供DNA复制的模板；合成DNA子链的原料是 ；催化合成 DNA子链需要 酶，该酶在真核细胞和细菌都需要 激活。引物是指
。其作用是 。
(3) PCR反应需要在一定的 溶液中才能进行，该溶液中一般要添加 离子，需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的 种引物，用于PCR的引物长度通常为 个核苷酸，4种 核苷酸和 的DNA聚合酶:同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。
(4)扩增的过程:目的基因DNA 后解为单链， 与单链相应互补序列结合:然后以单链DNA为模板，在 酶作用下进行延伸，即将4种脱氧核苷酸加到引物的3，端，如此重复循环多次，即成 形式扩增(约为2n，其中心为扩增循环的次数)。每次循环一般可以分为 (当温度上升到 ℃左右时，双链DNA解聚为单链)， ( 当温度下降到 ℃两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合)和 (当温度上升到 ℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶作用下， 根据碱基互补配对原则合成新的DNA链）三步。该过程可以在 中自动完成，完成以后，常采用
来鉴定PCR的产物。
第二步:基因表达载体的构建
4.基因表达载体除 、 外，它还必须有启动子、终止子等。启动子是
片段，位于基因的 游，紧挨 的起始位点，它是 酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因 出mRNA,最终表达出人类需要的蛋白质。有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建 启动子，当 存在时，可以 基因的表达。终止子使转录在所需要的地方停下来，它位于基因的 游，是一段有特殊序列结构的
片段。
5. 在构建抗虫棉的基因表达载体时，首先会用一定的 酶切割载体，使它出现一个切口；然后用 限制酶或能产生 的限制酶切割含有目的基因的DNA片段;再利用

酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。
第三步:将目的基因导入受体细胞
6.我国科学家采用独创的一种方法是 法，将Bt基因导人了棉花细胞。此种方法有多种操作方式。例如，可以用微量注射器将含 的DNA溶液直接注人子房中;可以在植物受粉后的一定时间内，剪去桂头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使 借助花粉管通道进入胚囊。
7. 将日的基因导人植物细胞常用的方法是 法。
①转化是指 。
②农杆菌是一种在 土壤中生活的微生物，能在自然条件下侵染 植物和 植物，而对大多 植物没有侵染能力。农杆菌细胞内含有 质粒，当它侵染植物细胞后，能将
（ 的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的
上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插人Ti质粒的 中，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。
第四步:目的基因的检测与鉴定
8.目的基因进入受体细胞后，是否 其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。
① 的检测，包括通过PCR等技术检测棉花的染色体DNA上是否插人目的基因或检测目的基因是否转录出了 ；从转基因作物中提取蛋白质，用相应的抗体进行 杂交，检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质等。
② 水平的鉴定。例如，通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。
9.在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建 来获取目的基因，并且由于不同转基因产品所需要的目的基因不同，受体细胞又有植物、动物、微生物之分，因此基因表达载体的构建方法以及将目的基因导人受体细胞的方法也不是完全相同的。例如，将目的基因导人动物受精卵最常用的一种方法是利用 将目的基因注人动物的受精卵中，这个受精卵将发育成为具有新性状的动物。在基因工程操作中，常用原核生物作为受体细胞，其中以 应用最为广泛。一般先用 处理该种细胞，使细胞处于一种能 的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导人其中。

实验：DNA片段的扩增及电泳鉴定
实验原理
1. 利用PCR可以在体外进行DNA片段的扩增。PCR利用了DNA的 原理，通过调节温度来控制DNA双链的 。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。一次PCR 一般要经历 次循环。
2. DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是 。PCR的产物-般通过 来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与 、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过 ，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。

目的要求
1.了解PCR和电泳鉴定的基本原理。
2.尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。
材料用具：PCR仪、微量离心管、 微量移液器、一次性吸液枪头、 电泳装置(包括电泳仪，电泳槽等)、4种脱氧核苷酸的等量混合液、 种引物、 酶、模板DNA、扩增缓冲液、无菌水、电泳缓冲液、凝胶载样缓冲液、琼脂糖和核酸染料等。
方法步骤
1.用微量移液器校照配方成PCR试制盒的说明书。在微量离心管中依次加入各组分。
2.待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖。格微量离心官放人高心机里，离心约0，使反应液集中在管的 部。
3.设置好PCR仪的循环程序。将装有反应液的微量离心管放人PCR仪中进行反应。
4.根据待分离DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制质量体积比为0.8%-1.2%的 溶液。在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后，加入适量的 混匀。
5.将温热的 溶液迅速倒入模具，并插人合适大小的梳子，以形成 。
6.待凝胶溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝胶放入电泳槽内。
7.将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶 为宜。
8.将扩增得到的PCR产物与 (内含指示剂)混合，再用微量移液器将混合液缓慢注人凝胶的加样孔内。留个加样孔加人指示分子大小的标准参照物。
9.接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，般为 1-5Vem.待指示剂前沿迁移接近 时，停止电泳。
10.取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。
注意
1.为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微证离心管松头和旅确水等在使用前必须进行 处理。
2.缓冲液和酶应分装成小份，并在 ℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。
3.在向微量离心管管中添加反应组分时，传吸取种试制后， 移液器上的枪头都必须里换。
4. 在进行操作时，一定要戴好一次性手套。

第3节 基因工程的应用(建议15分钟)
一、基因工程在农牧业方面的应用
基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面。
1.转基因抗虫植物:从某些生物中分离出具有 的基因，将它导人作物中培育出具有抗虫性的作物，是目前防治作物虫害的一种发展趋势。
2.转基因抗病植物:将来源于某些病毒、真菌等的 导人植物中，培育出了转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
3.转基因抗除草剂植物:将 的基因导人作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。这样在喷酒除草剂时，田间杂草会被杀死而作物不会受到损伤。目前e经获得转基因抗除草剂玉米大豆、油菜和甜菜等
4.改良植物的品质:将必需氨基酸含量多的 基因导人植物中，可以提高这种氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。我国科学家成功地将与植物 的基因导人矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。
5.提高动物的生长速率:外源 基因的表达可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导人动物体内，以提高动物的生长速率。
6.改善畜产品的品质:为了解决乳糖不耐受这一问题，科学家将 基因导人奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。

二、基因工程在医药卫生领域的应用
7.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，这些药物包括
等，它们可以用来 人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的 ，在临床上被广泛用于治疗中
(病毒、细菌)感染性疾病。
8.利用基因工程技术让哺乳动物批量生产药物。科学家将 基因与乳腺中特异表达的基因的 在一起，通过 的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进人泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为
或 。
9.人体移植器官短缺是一个世界性难题，由于猪的
，这样可以用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。实现这一目标的最大难题是 ，目前科学家正尝试利用基因程技术对的对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体基因组组中导人某种 ，以抑制 基因的表达，或设法除去 基因，然后再结合克隆技术培育出不会引起 反应的抓不基因克隆猪。

三、基因工程在食品工业方面的应用
10.利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用牌复联积和准生家等明印同防的巴一种普遍使用的甜味剂，主要由 和 形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。
11.基因工程菌一般是指 。

第4节 蛋白质工程的原理和应用(建议15分钟)
1.蛋白质工程是指以蛋白质分子的 及其与 的关系作为基础，通过
基因，来改造现有蛋白质，或制造一种 的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代 工程，是包含多学科的综合科技工程。
2.蛋白质工程崛起的缘由:基因工程原则上只能生产自然界中 的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类 的需要。例如，玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶即 酶和 酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到定浓度 就会抑制这两种酶的活性， 所以赖氨酸含 量很难提高。如果将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成 氨酸， 将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成 氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量提高几倍。
3.蛋白质工程的基本原理: 对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成 来完成。天然蛋白质合成的过程是按照 法则进行的，而蛋白质工程却与之相反，它的基本思路是
。
4. 蛋白质工程的应用
(1)科学家希望对胰岛案进行改造，从而降低它的 作用。科学家已通过改造胰岛素基因实现了对相应氨基酸序列的改造，使B28位脯氨酸替换为 氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合。
(2)干扰索在体外保存相当困难，如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 氨酸，那么在-70℃的条件下，干扰素可以保存半年。
(3)蛋白质工程被广泛用于改进酶的 或开发新的工业用酶。
(4)在农业方面，科学家正在尝试改造某些参与调控 的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量;还有科学家利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治 的效果增强。
5.蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的
，而这种高级结构往往十分复杂。