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第3节 基因工程及其应用
课标解读
简述基因工程的原理和应用，关注转基因生物和转基因食品的安全性。
知识网络体系
概念 按照人类的意愿把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程原理
基因剪刀 限制性核酸内切酶
工具 基因针线 DNA连接酶
基因的运载体 质粒、噬菌体和动植物病毒
提取目的基因
操作步骤 目的基因与运载体结合
将目的基因导入受体细胞
目的基因的表达和检测
作物育种
基因工程的应用
药物研制
转基因生物和转基因食品的安全性
重难点归纳
重点　1、基因工程操作的工具和基本步骤。
2、基因工程在医药卫生方面的重要作用。
3、基因工程在农牧业方面取得的成果及前景。
难点　基因操作的工具和基本步骤。
复习策略
深入理解基因工程的概念，结合图形掌握基因工程操作的工具和基本步骤。并和实际应用联系起来，进一步巩固有关知识。
经典例题
例题1 在现代发酵工程中，利用下列哪一项技术，有目的地改造原有的菌种并且提高其产量（ ）
A．细胞融合 B．诱变育种 C．克隆 D．DNA重组技术
解析 基因工程即DNA重组技术是指按照人类的愿望，将不同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转入细胞内进行扩增，并表达产生所需蛋白质的技术。基因工程能够打破种属的界限，在基因水平上改变生物遗传性，并通过工程化为人类提供有用产品及服务。
答案 D
例题2 要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是 （ ）
①限制酶 ②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶
A、①② B、③④ C、①④ D、②③
解析 用选定的限制性内切酶同时切割运载体和目的基因，才能各自产生相同的粘性末端，它们通过碱基互补配对交错相接。留下的缺口是在DNA连接酶的作用下封闭而形成一个完整的DNA分子，目的基因即被插入到运载体中。B、C、D都不对，因DNA重组不需解旋酶和还原酶。
答案： A
例题3（2004 天津模拟）下列关于生物工程相关知识的叙述，正确的是
A.在基因工程操作中为了获得重组质粒，必须用相同的限制性内切酶，露出的黏性末端可以不相同
B.若要生产转基因抗病水稻，可将目的基因先导入到大肠杆菌中，再转入水稻细胞中
C.植物体细胞杂交，能克服远源杂交不亲和的障碍，培育出的新品种一定不是单倍体
D.基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复
解析 相同的限制性内切酶，切出的黏性末端肯定相同，生产转基因抗病水稻是直接将目的基因导入水稻细胞中。基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
答案 C
例题4 (2003 上海）艾滋病病毒（HIV）是一种球形的RNA病毒，HIV侵染T淋巴细胞并繁殖新一代病毒的过程示意图，如右图所示。请回答下列问题：
（1）图中①表示病毒正侵染淋巴细胞。进入寄主细胞的是病毒的 。
（2）遗传学上将过程②称为 。
（3）③和④的信息传递过程分别称为 。
（4）HIV有Ⅰ和Ⅱ两种类型，其中Ⅰ型又有7个亚型，Ⅰ型的基因组中4个主要基因的变异率最高可达22％。多达100种左右的HIV变异株是目前研制疫苗的主要困难，因此切断传播途径是惟一行之有效的预防措施，HIV众多变异类型是 的结果，这种变异的特点与一般生物的不同之处是 ，其原因是 。
（5）2002年12月1日是国际第15个 日。
（6）据最近研究认为，引起“严重急性呼吸系统综合症”（SARS）的病原体可能是 。它和HIV一样，遗传信息的传递是按照 的规律进行的（可以用简图表达）。
解析（1）对于病毒而言，其组成的化学成分为蛋白质和核酸（DNA或RNA），核酸是它的遗传物质，位于病毒粒子的中心，蛋白质构成病毒粒子的外壳。病毒侵染细胞时，将其遗传物质注入细胞内部，从而产生与它相同的后代。艾滋病病毒是一种RNA病毒，RNA是它的遗传物质。
（2）由于某些RNA病毒体内含有逆转录酶，在被其感染的细胞中，出现以病毒RNA为模板合成DNA的现象，叫逆转录。
（3）细胞内生物大分子间遗传信息的传递是有规律的，即中心法则。图示的③过程表示遗传信息从双螺旋的DNA到单链的RNA的转录过程。图示的④过程表示由RNA决定蛋白质外壳合成的翻译过程。
（4）基因突变是产生新基因的根本来源，能使生物的性状出现差别。HIV众多变异类型是基因突变的结果。大部分生物的遗传物质是DNA，双螺旋结构使其分子具有相对的稳定性，因而对于某一物种而言，发生基因突变的频率较低，且突变具有不定向性，有害的变异较多，一般不利于生物的生存。而艾滋病病毒I型的基因组中4个主要基因的变异频率最高可达22％，其变异频率较高，存在的多达100种左右的HIV变异株说明突变的多方向性。这同HIV的遗传物质是RNA有着密切的关系，RNA为单链结构，其分子中的碱基易受到外界环境因素的影响，导致遗传信息发生改变，使HIV产生多种变异株。
（5）本题的最后两小题只要关心生活，同实际相联系，不难回答。
答案（1）RNA （2）逆转录 （3）转录和翻译 （4）基因突变 突变频率高和突变方向多 单链R的结构不稳定 （5）世界艾滋病 （6）SARS冠状病毒
基础试题训练（每题2分，共40分）
1、在基因工程中，切割载体和含有目的基因的DNA片段时，需使用
A.同种限制酶 B.两种限制酶 C.同种连接酶 D.两种连接酶
2、（2004 北京海淀）下列关于基因工程的叙述，正确的是
A.基因工程经常以抗菌素的抗性基因为目的基因
B.细菌质粒是基因工程最常用的运载体
C.通常选用不同的限制性内切酶分别处理含目的基因DNA和运载体DNA
D.为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
3、人们将苏云金杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中，成功培育出抗虫棉。这个过程中利用的主要原理是
A.基因突变，DNA→RNA→蛋白质 B.基因重组，DNA→RNA→蛋白质
C.基因工程，DNA→RNA→蛋白质 D.染色体变异，DNA→RNA→蛋白质

4、（2001 广东综）植物基因工程往往需要接受外来DNA的细胞经有丝分裂形成植株。细胞每次分裂时DNA都复制一次．每次复制都是（ ）
A．母链和母链，子链和子链，各组成一条子代DNA
B．每条子链和它的母链组成子代DNA
C．每条子链随机地和两条母链之一组成子代DNA
D．母链降解，重新形成两个子代DNA
5、不属于基因工程生产的药物是 （ ）
A、 干扰素 B、青霉素 C、白细胞介素 D、乙肝疫苗
6、下列实践与基因工程无关的是 （ ）
A、 利用DNA探针检测饮用水是否含病毒 B、 选择“工程苗”来生产胰岛素
C、 用不育系来培育杂种一代 D、 培育转基因抗虫棉
7、（2004 无锡调研）发酵工程中，能通过多种途径培育优良品种。其中能定向培育优良菌种的方法是
A.人工诱变和基因工程 B.人工诱变和细胞工程
C.人工诱变、基因工程和细胞工程 D.基因工程和细胞工程
8、基因工程技术中的目的基因主要来源于 （ ）
A、自然界现存生物体内的基因 B、自然突变产生的新基因
C、人工诱变产生的新基因 D、科学家在实验室内人工合成的新基因
9、将重组DNA导入细菌生产激素或蛋白质的过程一般称为（ ）
A．基因工程 B．细菌工程 C．酶工程 D．微生物工程
10、切取动物控制合成生长激素的基因，注入鲇鱼受精卵中，与其DNA整合后产生生长激素，从而使鲇鱼比同种正常鱼增大3～4倍。此项研究遵循的原理和这项技术分别是（ ）
A．DNA→RNA→蛋白质和转基因技术 B．RNA→DNA→蛋白质和DNA重组技术
C．DNA→蛋白质→RNA和转基因技术 D．RNA→蛋白质→RNA和细胞核移植技术
11、将人的胰岛素基因，通过基因工程的方法转入大肠杆菌细胞内，结果在大肠杆菌细胞内表达而产生胰岛素，说明不同种生物共用一套（ ）
A．遗传信息 B．遗传密码 C．DNA D．RNA
12、不属于基因工程操作工具的是 （ ）
A、目的基因 B、运载体 C、DNA连接酶 D、限制性内切酶
13、质粒之所以能做基因工程的运载体，是由于它 （ ）
A．含蛋白质从而能完成生命活动 B．能够自我复制而保持连续性
C．是RNA能够指导蛋白质的合成 D．具有环状结构能够携带目的基因
14．当前生物化学的研究方法和技术在工农业生产上被广泛应用的一项新技术是（ ）
A．酶工程 B．遗传工程 C．发酵工程 D．细胞工程
15．英国克隆羊“多利”的产生、“抗虫棉”的培育、“番茄马铃薯”的创造、单克隆抗体的制备、抗生素的生产依次是下列哪项生物技术取得的成果（ ）
①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程
A．①②②③④ B．②①③②②③ C．①②④③③ D．①②①③②
16、21世纪被认为是生物的世纪，目前基因芯片可以在很短时间内观察病变细胞，并分析出数种由于基因变异而引起的疾病。以下与基因芯片有关的叙述中，不正确的是
A.利用基因芯片可以进行基因鉴定 B.基因芯片可以检测变异基因
C.基因芯片可以改造变异基因 D.基因芯片技术能识别碱基序列
17、在人类染色体DNA不表达的碱基对中，有一部分是串联重复的短序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列可用于
A.生产基因工程药物 B.侦查罪犯
C.遗传病的产前诊断 D.基因治疗
18、（2003 新课程理综高考）采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
19、基因工程中，科学家常用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是
A.结构简单，操作方便 B.繁殖速度快
C.遗传物质含量少、简单 D.性状稳定，变异少
20、（2004 徐州）在下列基因操作的四个基本步骤中，不需要进行碱基互补配对的步骤是
A.人工合成目的基因 B.将目的基因导入受体细胞
C.目的基因与运载体结合 D.目的基因的检测和表达
二、非选择题（每空3分，共60分）
21、某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法将基因a转移到马铃薯植物中，经检测，Amy在成熟块茎细胞的细胞间隙中发现。若将右图作块茎细胞，请据图回答（题内如有括号，请在其中写出结构的标号，线上写有关内容）:
(1)a已整合到图中[ ]________结构中。
(2)在细胞核是以a为模板合成Amy的_________。
(3)Amy合成后，经[ ]______加工分泌到细胞外，定位在细胞间隙中。
(4)以本图比作块茎细胞的缺陷是该图中多画了［ ］_____________。
22、1978年，美国科学家利用生物工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人类胰岛素。请回答：
(1)上述人类胰岛素的合成是在_________处进行的，其决定氨基酸排列顺序的mRNA的模板是由___________基因转录而成的。
(2)合成的该胰岛素含有51个氨基酸，由2条多肽链组成，那么决定它合成的基因中至少应含有碱基________个，若核苷酸的平均分子量为300，则与胰岛素分子对应的mRNA的分子量应为________；若氨基酸的平均分子量为90，该胰岛素的分子量约为_________。
(3)不同种生物之间的基因移植成功，说明了生物共用的是同一套____________。
(4)从进化的角度分析，它能说明____________________。
23、基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用。基因工程基本操作流程如下图所示，请据图回答：
⑴基因工程的剪接过程需要在 酶的作用下才能完成。
⑵重组运载体导入宿主细胞后，筛选的依据是 ；重组克隆后鉴定的目标是 。
⑶培育工程菌的途径除了图中所示的外，还可以通过 的方法获得。利用工程菌生产表达产物的后处理技术的中心环节是 。
⑷若利用工程菌生产乙肝疫苗，则影响产量的主要环境因素是 。
⑸在谷氨酸生产中，如培养液内谷氨酸棒状杆菌的含量升高而谷氨酸含量降低，则可能的原因是 。
创新设计训练
24、干扰素是治疗癌症的重要物质。人血液中每升只能提取0.05 mg干扰素，因其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：
（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的____________，并使之与一种叫 的DNA结合，然后移到酵母菌内，从而让酵母菌来_____________。
（2）酵母菌能用_________方式繁殖，速度很快，所以能在较短时间内生产大量_________。利用这种方法不仅产量高，并且成本较低。
（3）科学家陈炬在这方面也作出了突出贡献，他成功地把人的干扰素基因嫁接到烟草的DNA分子上，其物质基础和结构基础________________________________________。
（4）烟草具有了抗病毒能力，这表明烟草体内产生了________________，由此可见，烟草和人体合成蛋白质的方式是____________。从进化角度来考虑，证明了人和植物的起源是_____________________。

第3节 基因工程及其应用
1、A 解析 用同种限制酶切割运载体和含有目的基因的DNA片段，可使二者产生互补的黏性末端，能形成一个完整的重组DNA。
2、B解析 抗虫基因、抗病基因、贮藏蛋白的基因、干扰素基因等都是目的基因。处理目的基因DNA和运载体DNA的酶相同。
3、B 解析 基因工程是一种技术手段，而不是生物学原理。
4、B 5、B 6、C 7、D解析：人工诱变是不定向的，既有有利变异又有有害变异。
8、A 解析目前，基因工程技术中的基因主要来源于自然界现存在生物体内的基因，野生动植物是自然界最大的基因库，因此，我们要保护好野生动植物。
9、 A 10、A 11、B 12、A 13、B 14、A 15、B 16、C 17、B
18、C 解析 基因工程一般要经历四个步骤：提取目的基因，目的基因与运载体结合，将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测和表达。所以在导入目的基因前，首先要获得目的基因即本题中的编码毒素蛋白质的DNA序列，然后要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。完成上述两步以后才将目的基因导入受体细胞即棉的体细胞或受精卵，目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制，所以上述③④操作是正确的。①将毒素蛋白注射到棉受精卵中，没有获得目的基因，②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中没有将目的基因与受体细胞结合，所以①②是错误的操作。
19、B 解析 目的基因导入受体细胞后，随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快，在很短时间内就能获得大量的目的基因。
20、B 解析 用人工方法使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，主要是借助于幼苗或病毒侵染细胞的途径。在此过程中不需要碱基互补配对。
21、（1）[8] 染色体（DNA） （2）mRNA (3)[5]高尔基体 (4)[4]叶绿体
22、（1）大肠杆菌核糖体 人类胰岛素 （2）306 45900 3708 （3）遗传密码 （4）地球上的一切生物都是由共同的祖先进化而来的
23、（1）限制性内切酶和DNA连接酶 （2）标记基因是否表达 目的基因是否表达（3）细胞工程和诱变育种 发酵（4）温度、pH、氧气等⑸培养液中的营养比例不协调（或碳氮比不协调）
24、解析：（1）基因工程又叫基因拼接技术，一般要先将目的基因与运载体（质粒等）结合，然后导入受体细胞中进行表达。（2）以酵母菌等微生物作受体细胞，主要原因是由于它们繁殖快，可使目的基因得到快速表达。（3）不同来源的DNA之所以能整合到一起，是由于它们在结构和组成上是一致的。（4）人的基因在烟草中表达，表明了遗传物质表达的统一性。
答案（1）干扰素基因 质粒 合成干扰素 （2）出芽生殖 干扰素 （3）都是脱氧核苷酸组成的，都有双螺旋结构 （4）干扰素 相同的 相同的