第一章 基因工程

第一章基因工程

一、工具酶的发现和基因工程的诞生

1、基因工程的概念：

（1）广义的遗传工程：泛指把一种生物的遗传物质（细胞核、染色体脱氧核糖核酸等）移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。

（2）基因工程：

就是把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。基因工程的核心是构建重组DNA分子。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。

（3）基因工程诞生的理论基础：

DNA是遗传物质的发现过程、DNA双螺旋结构的确立、遗传信息传递方式的认定。

2、基因工程的基本工具

（1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）

①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能切割（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），因此具有专一性。

例如：某种限制性核酸内切酶能识别的序列是GAATTC,能在G和A之间切割DNA，如下图所示。黏性末端

黏性末端

③结果：能将DNA分子切割成许多不同的片段。

备注：不同DNA分子用同一种限制性核酸内切酶切割形成的黏性末端都相同；同一个

DNA分子用不同限制性核酸内切酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（2）“分子缝合针”——DNA连接酶

①作用：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起（缝合磷酸二酯键）形成的DNA分子称为重组DNA分子。

因此，DNA连接酶具有缝合DNA片段的作用，可以将外源基因和载体DNA连接在一起。

（3）“分子运输车”——载体——质粒

①载体具备的条件：

1）能在受体细胞中复制并稳定保存。

2）具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。

3）具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

②最常用的载体——质粒：

质粒在细菌中以独立于拟核之外的方式

存在，是一种特殊的遗传物质，并具

有自我复制能力的双链环状DNA分子。

最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。

③其它载体：噬菌体的衍生物、动植物

病毒

二、基因工程的原理和技术

1、基因工程的基本原理：

是让人们感兴趣的基因（即目的基因）在宿主细胞中稳定和高效地表达。

为了实现基因工程的母版，通常要有多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等基本要素，并按照一定的程序进行操作：目的基因的获得、重组DNA的形成、重组DNA导入受体细胞（宿主细胞），筛选含有目的基因的受体细胞、基因表达。

2：目的基因的获得：

即获得我们所需要的基因，如人的胰岛素基因。

（1）目的基因：是指能编码蛋白质的结构基因。

（2）获得目的基因的两种方法：

①目的基因的序列已知：用化学方法合成目的基因。如胰岛素基因

或用聚合酶链式反应（PCR）扩增目的基因

②目的基因的序列未知：建立一个包括目的基因在内的基因文库，从基因文库中找到

目的基因

3、形成重组DNA分子：

就是将目的基因与载体DNA连接在一起。

通常是用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA（如质粒），就会在目的基因和载体DNA的两端形成相同的黏性末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子。

4、将重组DNA分子导入受体细胞

用适当的方法将形成的重组DNA分子转移到合适的受体细胞中。

常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。如用质粒作载体，宿主细胞应选择大肠杆菌，用氯化钙处理大肠杆菌，增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞。

5、筛选含有目的基因的受体细胞：

并不是所有细胞都接纳了重组DNA分子，因此需要筛选含有目的基因的受体细胞。采用选择性培养基筛选。

6、目的基因的表达：

目的基因在宿主细胞中表达，能产生人们需要的功能物质。

三：本章总结：

基因工程就是把一种生物的基因转入另一种生物体中，使其产生我们需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。基因工程的核心是构建重组DNA分子。DNA是遗传物质的发现过程、DNA双螺旋结构的确立和遗传信息传递方式的认定是基因工程诞生的理论基础，而限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现与应用，又为基因工程的创建提供了技术上的保障。

基因工程的操作一步包括：目的基因的获得、重组DNA的形成、重组DNA

导入受体细胞（也称宿主细胞）、筛选含有目的基因的受体细胞核母妃基因表达。

第二章克隆技术

一、什么是克隆

1、繁殖的方式：

（1）有性繁殖：经过异性生殖细胞的结合，产生合子，再由合子发育成下一代个体的繁殖方式。

（2）无性繁殖：不经过异性生殖细胞的结合，直接由母体产生下一代个体的繁殖方式。无限繁殖产生的个体保持了亲本的遗传性状，一次产生后代的数量可以很大，可以迅速扩大其种群的数量。

2、无性繁殖系：个体通过无性繁殖可连续传代并形成群体，这样的群体称为无性繁殖系。克隆就是指无性繁殖系。

3、克隆技术：

是指才众多的基因或细胞群体中通过无性繁殖和选择获得目的基因或特定类型细胞的操作技术。

在分子水平上，基因克隆是指某种目的基因的复制、分离的过程；

在细胞水平上，细胞克隆技术在利用杂交瘤制备单克隆抗体的技术中得到应用；在个体水平上，克隆技术就是一种通过单个细胞，特别是来自特定活体的单个体细胞进行无性繁殖从而产生新个体的过程或技术。

基因克隆和细胞克隆是现代生物技术中的关键技术。

从理论上说，由于细胞核具有基因组合全套遗传信息，生物的体细胞有潜力直接发育成胚胎和形成与核供体完全相同的个体克隆。

二、植物的克隆：

1、细胞全能性

（1）植物细胞全能性：指植物体的每个活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。

原因：从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性。

（2）植物细胞全能性的体现：

全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞①植物细胞全能性表达能力强：

实践表明，植物体的几乎所有组织（如根、茎、叶、花药、子房及幼胚等组织）的细胞，通过诱导都可再生新植株。即植物体的每个活细胞，即使是已经高度成熟和分化的细胞，都保持了恢复到分生状态的能力，都具有遗传上的全能性。所以植物的组织培养比动物更方便。

②不同植物或同种植物不同基因型个体的细胞全能性有差异：

由于不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间遗传性的差异，细胞全能性的表达程度大不相同。如拟南芥、烟草和番茄等能在多个世代中保持细胞全能性的表达；而小麦、要么和水稻等在多次继代培养后会丧失细胞全能性的表达能力。

③长期培养中，细胞全能性表达能力下降的原因：

1）遗传物质不可逆改变：

染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生，且其结果不可逆；

2）生长发育条件变化：

细胞或组织中激素平衡被打破，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变；

3）由于其他原因产生了缺乏成胚性的细胞系。

④植物克隆成功所需的条件：

1）深入探讨特定植物细胞全能性的表达条件（激素配比）；

2）在植物克隆实验中，选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型。

2.植物组织培养程序

（1）概念：

植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、生芽，最终形成完整的植株。

（2）培养过程：

离体的植物器官、组织或细胞―→愈伤组织―→试管苗―→植物体

脱分化再分化离体的植物器官、组织、细胞????愈伤组织????根芽???植物体

愈伤组织：一种相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织。（细胞排列疏松、无规则）

脱分化：已经高度分化的植物细胞，经过诱导重新恢复了分裂能力，产生愈伤组织的过程，又称去分化。

再分化：脱分化产生的愈伤组织经培养，重新分化根或芽等器官的过程。

组织培养具体过程：

①配制含有适当营养物质和植物生长调节剂的半固体培养基（灭菌）；

②问题：为什么要加较高渗透压的甘露醇？

③原因：防止原生质体吸水胀破。

④7、植物体细胞杂交技术

⑤在原生质体培养成功的基础上，形成了体细胞杂交技术（原生质体融合）。

⑥（1）概念：

⑦植物体细胞杂交是指将来自两个不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，

并把杂种细胞培育成新的植物体的方法。

⑧（2）过程：

⑨（3）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般

是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。

⑩（4）融合完成的标志：新细胞壁的形成。

?（5）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

?8、植物细胞工程：

?（1）概念：

?培养植物细胞（包括原生质体），借助基因工程方法，将外源遗传物质（DNA）导入受体细胞（包括原生质体）中或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。

?9、植物组织培养的应用：

?试管苗的快速繁殖、无病毒植物的培育、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产、转基因植物的培育等。

?练习：

?（1）为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？

?答：基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。

?（2）在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？答：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。

21（3）列举植物克隆的成就：

22答：1）细胞培养：如人工种子的制造，细胞产物的工厂化生产

232）器官培养：如无病毒植物的培育，试管苗快速繁殖

243）原生质体培养和植物细胞工程：转基因植物培养、培养作物新品种25三、动物的克隆

261、动物细胞、组织培养

27（1）动物细胞培养：就是从动物机体中取出相关的组织，经过机械消化或胰酶消化，使

28其分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生存、生长和繁殖。

29在某种程度上像体内一样呈现一定的组织特性。

30（2）动物组织培养：体外培养动物组织，使其维持生活状态或生长特性。

可以伴随组织分化，但最终成为细胞培养。

312、动物细胞培养过程：

32（1）培养条件：

33①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，

34以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物

35积累对细胞自身造成危害。

36②营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入

37血清(能促进细胞的生长、增殖和贴附)、血浆等天然成分。

38③温度：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。

39④气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。

40（2）动物细胞培养的过程：

41取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。

42（3）培养过程中的几点说明：

43①用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞：动物组织细胞间隙中含有一定量的胶原纤维蛋白质，将细胞网络形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。用蛋白酶可使其消化，从而使细胞相互分离。

44②原代培养和传代培养需要在CO2保养箱中保温培养：

45通过在培养箱内模拟形成一个类似细胞或组织在生物体内的生长环境，如恒定的pH值（7.2-7.4）、稳定的温度（37°C）、较高的相对湿度（95%）、稳定的CO2水平（5%），来对细胞或组织进行体外培养的一种装置。46③原代培养：从机体取出后立即进行的细胞、组织培养。

47④传代培养：将原代培养细胞分成若干份，接种到若干份培养基中，使其继续生长、增殖。

48⑤传代培养的原因：如果不进行传代培养，就会因细胞密度过大和代谢消耗引起营养枯竭，不能正常生长。

49（4）离体动物细胞的生长特性：

50①细胞贴壁：悬浮液中分散的细胞紧贴培养瓶内壁才能生长。

51②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂。

52③正常的生命活动：生长、分裂、有规律的衰老、死亡等现象，但不分化。

53（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养

54医学研究的各种细胞。

553、细胞系、细胞株：

56条件适合时，可以由传代细胞建成细胞系或细胞株。

57（1）细胞系：指可连续传代的细胞。原代培养物在首次传代时就成为细胞系。

58细胞系??连续细胞系：能连续培养的细胞系。如异倍体核型细胞

59?有限细胞系：不能连续培养的细胞系。如二倍体细胞

60连续细胞系：遗传物质改变，不死性

61有的连续细胞系是恶性细胞系，具有异体致瘤性；有的连续细胞系获得了不死性，但

62保留接触抑制现象，不致癌。

63（2）细胞株：通过一定的选择或纯化方法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞系。如：单抗细胞株

64细胞株一般具有恒定的染色体组型、同工酶类型、病毒敏感性和生化特性等。遗传物质未改变。动物基因组??一类基因：维持生存，各种细胞中都处于活动状态

65?一类基因：随着组织器官和发育阶段不同而选择性表达

66?有限细胞株：传代次数有限的细胞株细胞株??连续细胞株：可连续多次传代的细胞株

67细胞系泛指可传代的细胞，细胞株指具有特殊性质的细胞系。

68 4.克隆培养法（细胞克隆）：

69（1）概念：把一个单细胞从群体中分离出来单独培养，使之繁衍成一个新的细胞群体的技术，叫克隆培养法或细胞克隆。

70克隆培养异质性细胞系?????纯系（克隆）

71（2）特点：遗传性状均一、表现的性状相似，便于研究

72（3）细胞克隆的最基本要求：保证所建成的克隆来源于单个细胞

73（4）适合于克隆的细胞：对环境有较大适应范围和具有较强独立生存能力的细胞

74群体细胞＞单细胞

75无限细胞系、转化或肿瘤细胞系＞原代细胞、有限细胞系

76（5）提高细胞克隆形成率的措施：

77? 选择适宜的培养基

78? 添加血清（胎牛血清） (能促进细胞的生长、增殖和贴附)

79? 以滋养细胞支持生长（经射线照射的小鼠成纤维细胞）

80? 激素刺激（胰岛素等）

81? 使用CO2培养箱，调节PH

82（6）细胞克隆的主要途径

83从普通细胞系中分离出缺乏特殊基因的突变细胞系。

84用于研究细胞的遗传规律和生理特性。

855、细胞融合与细胞杂交：

86（1）细胞融合：指用自然或人工方法,使两个或多个不同的细胞融合成一个细胞的过程。

87（2）诱导融合的方法：1）生物法：灭活的仙台病毒诱导融合，是动物细胞融合所特有的

882）化学法：聚乙二醇诱导融合

893）物理法：电融合技术：效率很高

90（3）细胞杂交：基因型不同的细胞间的融合称为细胞杂交。

91（4）动物细胞融合技术的应用

92由于细胞杂交中染色体容易丢失，因此利用杂交细胞检测特定染色体丢失与特定基因产物减少的对应关系，可以进行基因定位。

93（5）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、

94肿瘤和生物新品种培育的重要手段。

95（6）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：

96动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物

976、杂交瘤技术和单克隆抗体制备：

98（1）杂交瘤技术：

99将抗体生成细胞同瘤细胞进行杂交的技术。该技术解决了抗血清的异质性问题。

100（2）杂交瘤技术制备单抗体：

101①抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、

102纯度低、特异性差。

103②杂交瘤技术制备单抗体的基本方法：

1041）用外界抗原刺激动物（如小鼠），使其发生免疫反应，使B淋巴细胞产生抗

105体；

1062）利用仙台病毒或聚乙二醇等作介导，使经免疫的动物的脾细胞与可以无限传

107代的骨髓瘤细胞融合；

1083）经过筛选、克隆培养，获得来自单一细胞的既能产生特异抗体、又能无限增

109殖的杂交瘤细胞克隆。

110③单克隆抗体的制备过程：

111④动物细胞全能性的表现程度

112受精卵＞胚胎干细胞＞多能干细胞＞单能干细胞＞体细胞

113低等动物细胞：全能性一般容易体现。

114癌细胞：仍能逆转为正常细胞。

115无论分化还是癌变，变化的都是表现型，基因组成的完整性可以保留。1168、动物难以克隆的根本原因：

117基因的选择性表达（差异表达），使得细胞中合成了专一的蛋白质，即动物细胞已经发生了分化。分化的细胞，其细胞核中物种的基因组完整，

具有全能性，但其基因组中的基因不同时进行活动，有的基因开放，有的基因关闭（如哺乳动物的红细胞），不能像受精卵那样发挥细胞的全能性，以此为起点进行细胞克隆，难度很大。

118?一类基因：维持生存，各种细胞中都处于活动状态动物基因组??一类基因：随着组织器官和发育阶段不同而选择性表达

1199、细胞核移植实验和动物的克隆繁殖：

120（1）核移植概念：就是利用一个细胞的细胞核（核供体）来取代另一细胞中的细胞核，形成一个重建的“合子”。

121（2）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。

122（3）选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。

123（4）体细胞核移植的大致过程是：

124核移植

125胚胎移植

126（5）多莉的培育用到了哪些技术？

127答：核移植、动物细胞培养、胚胎移植

128（6）体细胞克隆羊的培育成功，证明了什么？

129答：1）高度分化细胞经一定技术处理，也可回复到类似受精卵时期的功能。

1302）在胚胎和个体发育中，细胞质具有调控细胞核（包括异源的细胞核）发育的作用。

131（7）体细胞克隆羊成功的分子细胞生物学机理有哪些？

132答：1）重组卵细胞最初分裂时虽然复制了DNA，但转录并未开始1332）重组卵细胞的供体核DNA丢失了来源于乳腺细胞的阻止核基因表达的调节蛋白。

1343）重组卵细胞开始第三次分裂时，原乳腺细胞的调节蛋白全部被卵细胞质中的蛋白因子替换了，核DNA被重新编排，胚细胞开始表达自己的基因，进而调控胚在代孕母亲子宫中的进一步发育。。

1354）核移植前对乳腺细胞的营养限制性培养（调节牛血清浓度）和电脉冲细胞融合技术，有利于核的变化和细胞融合后基因表达分子开关启动。136（8）体细胞核移植技术的应用：

137①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育；②保护濒危物种，增大存活数量；③生产珍贵的医用蛋白；④作为异种移植的供体；

138⑤用于组织器官的移植等。

139（9）体细胞核移植技术存在的问题：

140克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。

141（10）动物克隆成功的条件：

1421）具有包含本物种完整基因组的细胞核的活细胞。如：乳腺上皮细胞；1432）能有效调控细胞核发育的细胞质物质。如：去核卵的细胞质；1443）完成胚胎发育的必要的环境条件。

145如：诱导重组细胞生长、分化的实验条件和怀胎母体的子宫环境14610、练习：

147（1）用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，其主要原因是这样的组织细胞（）

148A、容易产生各种变异 B、具有更强的全能性

149C、取材十分方便 D、分裂增殖的能力强

150（2）下列为有关动物细胞培养的叙述，其中不正确的是（）

151A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织

152B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞

153C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液154D．动物细胞培养只能传50代左右，所培养的细胞全部衰老死亡

155（3）用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是（）156A．都需用CO2培养箱 B．都须用液体培养基

157C．都要在无菌条件下进行 D．都可体现细胞的全能性

158（4）动物细胞克隆是指（）

159A．一个单细胞培养成一个新的细胞群的技术

160B．一个重组细胞经分裂、分化发育成一个动物个体的技术

161C．几个同种动物的细胞培养成一个新的细胞群的技术

162D．一个卵裂球经胚胎分割发育成四个细胞群的技术

163（5）某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列说法正确的是 ( )

164A.在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理

165B.细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞的呼吸

166C.甲、乙细胞在持续的原代培养过程中，乙会出现停止增殖的现象

167D.仅用该培养液也能用来培养乙肝病毒

168（6）下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 ( )

169A.培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体

170B.培养中的人B细胞能够无限地增殖 C.人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株 D.用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞（7）世界上第一只克隆绵羊“多莉”的培育等程序如图所示。请仔细看右图后回答问题：

1)图中ａ过程为__________。通过ａ过程形成的重组细胞核遗传物质与

质遗传物质各来自哪里？__________

1712)实施ａ时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的

172原因是：__________。

1733)b过程细胞分裂的方式是__________，此过程是否进

174行细胞分化？__________（答“有”或“无”） 4)图中c所指过程为__________ ，图中d指的是克隆

175绵羊“多莉”经过在母体子宫内__________后__________。

1765)“多莉”面部的毛色和性别与 __________绵羊相同，请根据遗传学原理说明判断依据：__________ 。

1776)若不考虑环境因素影响，多莉的性状是否全部像以上绵羊？为什么？1787）植物组织培养之后，克隆绵羊培育成功，证明动物__________。1798）图中技术具有多种用途，但是不能（）

2020高考生物二轮复习基因工程与克隆技术学前诊断

【2019最新】精选高考生物二轮复习基因工程与克隆技术学前诊断 分子β肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题： (1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的__________序列发生改变。 (2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作________________________。 (3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的____________，以其作为模板，在______________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在____________________酶的作用下，拼接构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。 (4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行__________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。 解析：(1)基因是具有遗传效应的DNA片段，遗传信息储存在基因碱基对的排列顺序中。(2)蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求，故题中所述不属于蛋白质工程。(3)利用逆转录法获取目的基因时，需先提取mRNA，在逆转录酶的作用下逆转录合成cDNA。cDNA与载体需要在限制酶和DNA连接酶的作用下拼接构建成基因表达载体，才可导入受体菌。(4)检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。 答案：(1)碱基对(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(3)mRNA 逆转录限制酶和DNA连接(4)蛋白质抗原—抗体 2．下图是科学家利用大肠杆菌生产人胰岛素的部分过程。请结合相关知识回答

高中生物第一章基因工程第一节基因工程概述第1课时基因工程的发展历程和工具知能演练轻巧夺冠苏教版选修3

第1课时基因工程的发展历程和工具 [随堂检测] 知识点一基因工程的发展历程 1．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是( ) A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的 B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能 C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据 D．基因工程必须在同物种间进行 解析：选D。基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物遗传性状。 知识点二基因工程的工具 2．下面是3种限制性核酸内切酶对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)。相关叙述错误的是( ) 限制酶1：↓GATC 限制酶2：CCC↓GGG 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和酶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 解析：选D。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CCCGGG和GGATCC，均为6个碱基对，故B项正确；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均为GATC，C项正确；限制酶只能识别特定的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，故D项错误。 3．对DNA连接酶的功能描述，正确的是( ) A．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的化学键连接起来 B．在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端 C．用于DNA复制时母链与子链间形成氢键 D．与DNA聚合酶作用的部位相同，作用对象不同

《基因工程的概述》word版

第一章基因工程 第一节基因工程的概述 【学习目标】 1、简述基因工程的概念含义，简述基因工程的诞生历程，认同基因工程的诞生和发展离不开理 论突破和技术创新 2、简述基因工程的原理，说出DNA重组技术的基本工具及其作用、特点，简述基因工程基本操 作程序，以及各步骤的一般方法、原理，模拟重组DNA分子的操作过程 【课前预习】 1、基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，在通过人工和等方法， 对生物的基因进行和，然后导入并使重组基因在中表达，产生人类需要的基因产物的技术。因而又叫DNA重组技术。基因工程是在水平上操作、改变生物遗传性状的技术，包括基因的、以及在受体细胞内的和过程。 2、为基因工程的创立作出了重要的理 论铺垫，而的发现，则直接促进了基因工程的诞生。 1973年，美国科学家将不同来源的两种DNA分子体外重组，并首次实现了在大肠杆菌中的表达。 3、“分子手术刀”：。其作用的特点是： 其产生的DNA末端有两种形式：和。 “分子针线”将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的。 4、“运载工具”。通常利用质粒作为载体。作为载体必须具备以下条 件：载体DNA必需有一个或多个的切割位点；载体DNA必需能在受体细胞中；载体DNA必需带有特殊的基因。 5、基因工程的基本操作步骤包括：①②、 ③、④ 6、PCR是一项在生物复制特定DNA片段的核酸合成技术。目的基因受热形 成，与结合，在的作用下延伸形成DNA。 【共同探究】

【思考题1】（10全国2）下列叙述符合基因工程概念的是 A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因 B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株 C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株 D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上 （一）DNA重组技术的基本工具 1、“分子手术刀”——限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。它在切割DNA时，特异性识别核苷酸序列，即只能在一定的DNA序列上进行切割，这种能被特意性识别的切割部位都具有回文序列。 这种酶主要在原核生物中存在，有何意义？这给我们在基因工程中有什么启发？ 【思考题2】下列关于限制酶的说法正确的是 A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少 B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端 D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键 【思考题3】（10浙江卷）在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是 A.用限制性核酸内切酶切割烟草茶叶病毒的核酸 B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C.将重组DNA分子导入原生质体 D. 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 【思考题4】（07广东）现有一长度为1000碱基对（by）的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco R1酶切后得到的DNA分子仍是1000 by，用Kpn1单独酶切得到400 by和600 by两种长度的DNA分子，用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200 by和600 by两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是D

(完整版)高中生物选修3第一章基因工程习题及答案

高中生物选修3第一章基因工程习题 1. SARS 病毒能引起非典型肺炎，医生在治疗实践中发现，非典病人治愈后，其血清可用于 治疗其他非典病人。有三位科学家分别从三个不同的方面进行了研究，其研究的方向如下图 所示。请根据下图回答： SARS 病毒 [丙的研究] 抽取血清 蛋白质X [乙的研究] 注射 注射 灭活或 培养 非典病人B 治愈的病人B 非典病人D 减毒处理 动物实验 健康人C 健康人C 健康人C 治愈的病人D （1）从免疫学的角度看，SARS 病毒对于人来讲属于 ，治愈的病人A 的血清中因 为含有 ，所以可用来治疗“非典”病人B 。 （2）甲的研究中，所合成或生产的蛋白质X 是 ，它可以通过化学的方法合成，也 可以通过生物学方法—— 技术生产。 （3）乙的研究目的主要是制造出 以保护易感人群。图中使健康人C 获 得抵抗“非典”病毒能力的过程，属于免疫学应用中的 免疫。 （4）图中丙主要研究不同国家和地区SARS 病毒的异同，再按照免疫学原理，为研究一种 或多种 提供科学依据。 2. 聚合酶链式反应(PCR 技术)是在实验室中以少量样品DNA 制备大量DNA 的生化技术， 反应系统中包括微量样品DNA 、DNA 聚合酶、引物、足量的4种脱氧核苷酸及ATP 等。 反应中新合成的DNA 又可以作为下一轮反应的模板，故DNA 数以指数方式扩增，其简要 过程如右图所示。 （1）某个DNA 样品有1000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链上碱基A:G:T:C=1:2:3:4，则 经过PCR 仪五次循环后，将产生 个DNA 分子，其中需要提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸的 数量至少是 个。 （2）分别以不同生物的DNA 样品为模板合成的各个新DNA 之间存在差异，这些差异是 。 （3）请指出PCR 技术与转录过程的三个不同之处： ① 。 ② 。 ③ 。 3. 逆转录病毒的遗传物质RNA 能逆转录生成DNA ，并进一步整合到宿主细胞的某条染色 体中。用逆转录病毒作为运载体可用于基因治疗和培育转基因动物等。 （1）病毒在无生命培养基上不能生长，必须依靠活细胞提供 循环重复 [甲的研究] 用激素等治疗 非典病人A 治愈的病人A 健康人合成或生产 其他辅助治疗 接种 提纯、

1.1基因工程概述(第1课时)

1.1基因工程概述（第1课时） （一）DNA 重组技术的基本工具 编制：张统省 审核：秦磊 校对：王曼 【学习目标】 1.简述基因工程的诞生过程和发展历程； 2.简述基因工程的概念 3.举例说出基因工程的工具 【自学质疑】 一、回顾： 1．遗传的物质基础是什么？ 2．生物体遗传的基本单位是什么？ 3．为什么生物界的各种生物间的性状有如此大的差别呢？4．生物的性状是怎样表达的？ 5．各种生物的性状都是基因特异性表达的结果，那么，人类能不能改造基因 呢？使原来本身没有某一性状的生物而具有某个特定的性状呢？ 6．各种生物间的性状千差万别，这是为什么呢？ 二、导学 1．基因工程的概念： 2. DNA 重组技术的基本工具 来源：主要从 中分离 功能：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列， 限制性内切酶 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷 （分子手术刀） 酸二酯键断开。 错位切 切割方式 平 切 黏性末端 切割后的DNA 末端： 平末端 功能：将切下来的DNA 片段拼接成新的DNA 分子 DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶：既能“缝合”双链DNA 片段互补的黏性末端， （分子缝合针） 种类 也能“缝合”双链DNA 片段的平末端 E ·coli DNA 连接酶：只能将双链DNA 片段互补的黏性末端连接 ①能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制 条件：②有一个至多个限制酶切点， 基因进入受体细胞的载体 ③有特殊的遗传标记基因，便于筛选。 （分子运输车） 质粒（常用） 种类： λ噬菌体的衍生物 动植物病毒 【质疑讨论】 1．什么是基因工程？ 2．、基因工程的工具酶有几种？分别是什么？ 3．基因的剪刀是什么？有什么作用特点？结果怎么样？ 4．基因的针线是什么？其主要作用是什么？ 5．基因的运输工具是什么？有什么作用？ 6．运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？ 7．质粒的结构是什么？质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？ 8.要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几个DNA 连接酶处理？ 质粒的特点： ①质粒是基因工程中最常用的运载体； 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； ②是细菌染色体外（即拟核DNA 外） 能自我复制的小型环状DNA 分子；质粒 的大小只有普通细菌染色体的1%左右； ③存在于许多细菌及酵母菌等微生物中； 质粒的存在对宿主细胞生存没有决定性 的作用； ④质粒的复制只能在宿主细胞内完成。 （自身细胞中也可） 【矫正反馈】 1．在基因工程中，科学家所用的“剪刀”、“针线”和“载体”分别是指( ) A.大肠杆菌病毒、质粒、DNA 连接酶 B.噬菌体、质粒、DNA 连接酶 C.DNA 限制酶、RNA 连接酶、质粒 D.DNA 限制酶、DNA 连接酶、质粒 2．不属于质粒被选为基因运载体的理由是 （ ） A ．能复制 B.有多个限制酶切点 C ．具有标记基因 D ．它是环状DNA 3．质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是 ①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居” A ．①③⑤⑦ B ．①④⑥ C ．①③⑥⑦ D ．②③⑥⑦

高中生物选修3第一章基因工程习题及答案word版本

第Ⅱ卷非选择题 三．非选择题： 29．（7分）SARS 病毒能引起非典型肺炎，医生在治疗实践中发现，非典病人治愈后，其血清可用于治疗其他非典病人。有三位科学家分别从三个不同的方面进行了研究，其研究的方向如下图所示。请根据下图回答： SARS 病毒 [丙的研究] 抽取血清 蛋白质X [乙的研究] 注射 注射 灭活或 培养 非典病人B 治愈的病人B 非典病人D 减毒处理 动物实验 健康人C 健康人C 健康人C 治愈的病人D （1）从免疫学的角度看，SARS 病毒对于人来讲属于 ，治愈的病人A 的血清中因为含有 ，所以可用来治疗“非典”病人B 。 （2）甲的研究中，所合成或生产的蛋白质X 是 ，它可以通过化学的方法合成，也可以通过生物学方法—— 技术生产。 （3）乙的研究目的主要是制造出 以保护易感人群。图中使健康人C 获得抵抗“非典”病毒能力的过程，属于免疫学应用中的 免疫。 （4）图中丙主要研究不同国家和地区SARS 病毒的异同，再按照免疫学原理，为研究一种或多种 提供科学依据。 30．（8分）聚合酶链式反应(PCR 技术)是在实验室中以少量样品DNA 制备大量DNA 的生化技术，反应系统中包括微量样品DNA 、DNA 聚合酶、引物、足量的4种脱氧核苷酸及ATP 等。反应中新合成的DNA 又可以作为下一轮反应的模板，故DNA 数以指数方式扩增，其简要过程如右图所示。 （1）某个DNA 样品有1000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链上碱基A:G:T:C=1:2:3:4，则经过PCR 仪五次循环后，将产生 个DNA 分子，其中需要提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量至少是 个。 （2）分别以不同生物的DNA 样品为模板合成的各个新DNA 之间存在差异，这些差异是 。 （3）请指出PCR 技术与转录过程的三个不同之处： ① 。 ② 。 循环重复 [甲的研究] 用激素等治疗 非典病人A 治愈的病人A 健康人合成或生产 其他辅助治疗 接种 提纯、

基因工程知识点全

第一章基因工程概述 1.什么是基因工程，基因工程的基本流程？ 基因工程（Genetic engineering）原称遗传工程。从狭义上讲，基因工程是指将一种或多 种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内， 使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。因此，供体、受体和载体称为基因工程的三大 要素。 1.分离目的基因 2.限制酶切目的基因与载体 3.目的基因和载体DNA在体外连接 4.将重组DNA分子转入合适的宿主细胞,进行扩增培养 5.选择、筛选含目的基因的克隆 6.培养、观察目的基因的表达 第二章基因工程的载体和工具酶 1. 基因工程载体必须满足哪些基本条件？ ?具有对受体细胞的可转移性或亲和性。 ?具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。 ?具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点。 ?具有合适的筛选标记。 ?分子量小，拷贝数多。 ?具有安全性。 2. 质粒载体有什么特征，有哪些主要类型？ 1、自主复制性 2、可扩增性 3、可转移性 4、不相容性 主要类型有 1.克隆质粒 2.测序质粒 3.整合质粒 4.穿梭质粒 5.探针质粒 6.表达质粒3. 质粒的构建 （1）删除不必要的 DNA 区域，尽量缩小质粒的分子量，以提高外源 DNA 片段的装载量。一般来说，大于20Kb 的质粒很难导入受体细胞，而且极不稳定。 （2）灭活某些质粒的编码基因，如促进质粒在细菌种间转移的 mob 基因，杜绝重组质粒扩散污染环境，保证 DNA 重组实验的安全，同时灭活那些对质粒复制产生负调控效应的基因， 提高质粒的拷贝数 （3）加入易于识别的选择标记基因，最好是双重或多重标记，便于检测含有重组质粒的受 体细胞。 （4）在选择性标记基因内引入具有多种限制性内切酶识别及切割位点的 DNA序列，即多克隆接头（Polylinker），便于多种外源基因的重组，同时删除重复的酶切位点，使其单一 化，以便环状质粒分子经酶处理后，只在一处断裂，保证外源基因的准确插入。 （5）根据外源基因克隆的不同要求，分别加装特殊的基因表达调控元件。 4. 什么是人工染色体载体？ 将细菌接合因子、酵母或人类染色体上的复制区、分配区、稳定区与质粒组装在一起， 即可构成染色体载体 5. 什么是穿梭载体？ 人工构建的、具有两种不同复制起点和选择标记、可以在两种不同的寄主细胞中存活和复制的载体。 6.入-噬菌体载体及构建 -DNA为线状双链DNA分子，长度为48.5kb，在分子两端各有12个碱基的单链互补粘性末端。 ?1缩短长度提高外源 DNA 片段的有效装载量删除重复的酶切位点 ?引入单一的多酶切位点接头序列，增加外源DNA片段克隆的可操作性 ?灭活某些与裂解周期有关基因。 ?使λ-DNA载体只能在特殊的实验条件下感染裂解宿主细菌，以避免可能出现的污染

基因工程概论

第一章基因工程概论 第一节基因工程的基本概述 一、基因工程的基本概念 1、基因工程的基本定义： 按照预先设计好的蓝图，利用现代分子生物学技术，特别是酶学技术，对遗传物质DNA 直接进行体外重组操作与改造，将一种生物（供体）的基因转移到另外一种生物（受体）中去，从而实现受体生物的定向改造与改良。 广义基因工程：DNA重组技术的产业化设计与应用。分为上游和下游技术。 2、上游技术：外源基因重组、克隆和表达的设计与构建（狭义基因工程） 3、下游技术：含有外源基因的生物细胞（基因工程菌或细胞）的大规模培养以及外源基因的表达、分离、纯化过程。 基因工程又称为：gene manipulation, gene cloning, recombinant DNA technoglogy, genetic modification, new genetics, molecular agriculture 二、基因工程的基本过程： 1、材料的准备：目的基因、载体、工具酶和受体细胞（宿主）的准备。用限制性内切酶分别将外源DNA和载体分子切开。 2、目的基因与载体DNA的体外重组，形成重组DNA分子。 3、重组的DNA分子引入受体细胞，并建立起无性繁殖系。 4、筛选出所需要的无性繁殖系，并保证外源基因在受体细胞中稳定遗传、正确表达。 进一步可将基本步骤概括为：切、接、转、增、检［步骤演示］

图1-1 基因工程的基本步骤 三、基因工程的基本原理： 主体战略思想是外源基因的高效表达，可从四方面达到目的： 1、利用载体DNA在受体细胞中独立于染色体DNA而自主复制的特性与载体分子重组，通过载体分子的扩增提高外源基因在受体细胞中的剂量，借此提高宏观表达水平。 2、筛选、修饰重组基因表达的转录调控元件：启动子、增强子、上游调控序列、操作子、终止子。 3、修饰和构建蛋白质生物合成的翻译调控元件：序列、密码子。 4、工程菌（微型生物反应器）的稳定生产及增殖。 第二节基因工程的发展 一、基因工程的诞生 基因工程是一项新兴的工程技术，它的诞生需要理论和技术上的支持： 1. 理论上的三大发现： 证明了生物的遗传物质是DNA（基因工程的先导） DNA的双螺旋结构和半保留复制机理 遗传信息的传递方式（中心法则）和三联体密码子系统的建立 2. 技术上的三大发现 限制性内切酶和DNA连接酶的发现（标志着DNA重组时代的开始） 载体的使用 1970年，逆转录酶的发现。 1973年，C o h e n等获得了抗四环素和新霉素的重组菌落T c r N e r，标志着基因工程的诞生。 二、基因工程的发展： 1. 1972-1976年，日本人，somatostatin； 2. 1978年，美国人，生长激素基因（HGH）； 3. 1980年，美国/瑞士人，a干扰素－基因； 4. 1984年，日本人，白细胞介素2（IL-2）； 三、基因工程的腾飞： 1. 1982年，美国人，大鼠生长激素基因转入小鼠； 2. 1983年，美国人，Ti质粒导入植物细胞（细菌Neor基因） 3. 1990年，美国人，腺苷脱氨酶（ADA）基因治疗，重度联合免疫缺陷症（SDID） 4. 1991年，美国倡导，人类基因组计划109bp，15年时间30亿USD； 5. 1997年，美国人，威尔英特克隆多利绵羊

基因工程概述

基因工程是通过基因操作，将目的基因或DNA片段与合适的载体连接转入目标生物细胞，通过复制，转录，翻译外援目的基因以及蛋白质的活性表达，使转基因生物获得新的遗传性状的操作。基因工程的目标是实现转基因生物性状的定向改良，技术上包括基因或DNA 的体外重组，转基因，重组子筛选与扩大繁育等多个环节，目的性和技术性都很强，需要严密的实验设计。基因工程的技术流程包括以下几个基本环节：目的基因克隆，载体的准备，目的基因与载体的连接，重组DNA转化/转染/转导，重组体的筛选与鉴定，最后是重组体的大量培养，外源基因表达效应分析与开发应用。从技术流程来看，基因工程包括四个基本条件：目的基因，载体，工具酶以及宿主细胞。 基因工程的发展经历了理论和技术的酝酿，诞生和快速发展等几个阶段。遗传物质DNA 的确定，DNA双螺旋结构的提出以及半保留复制机制的届是以及中心法则的提出为基因工程的诞生奠定了理论基础，而限制性内切酶核酸，连接酶的发现，载体的应用以及大肠杆菌转化体系的建立则为基因工程的诞生奠定了重要的技术基础。 基因工程能够真正应用离不开酶学，DNA重组技术的建立和发展是以各种核酸酶的发现和应用为基础的，特别是限制性内切核酸酶和DNA连接酶的发现和应用，使DNA分子的体外切割与连接真正成为可能。通过切割相邻两个核苷酸残疾之间的磷酸二酯键，从而使核酸分子多核苷酸链发生水解断裂的酶叫做核酸酶，把应用于基因工程的各种核酸酶统称为基因工程的工具酶。 基因工程中常用的工具酶有：限制性内切核酸酶（特异切割DNA），DNA连接酶（DNA 片段间连接，产生重组DNA分子），DNA聚合酶Ⅰ（切口平移制作高比活探针；3’突出末端DNA分子标记），Klenow片段（3’凹陷末端的补平；双链DNA 3’末端标记；延伸寡核苷酸引物合成探针），TaqDNA聚合酶（PCR），反转录酶（合成cDNA），碱性磷酸酶（去磷酸化，防止载体自身连接），RNA酶（去除基因中的RNA）。 限制性内切核酸酶（restriction endonuclease）,简称限制酶，是一类能够识别双链DNA 分子中的某种特定核苷酸序列，并切割DNA 双链结构的内切核酸酶。已经鉴定出的限制性内切核酸酶可以分为四种不同的类型：TypeⅠ，TypeⅡ，TypeⅢ，TypeⅣ。Ⅱ型限制性内切核酸酶只有一种多肽，以同源二聚体的形式存在，因为其识别和切割DNA分子具有严格的特异性，所以是基因工程中广泛使用的工具酶，被誉为基因克隆的“分子剪刀”。限制性核酸内切酶的活性受到以下几方面的影响：酶的纯度；DNA样品的纯度；DNA的甲基化程度；酶切反应的温度；DNA分子的构型；反应缓冲液；酶的星号活性；位点优势效应；末端切割。 DNA连接酶（DNA ligase）是能催化双链DNA片段靠在一起的3’ 羟基末端与5’ 段磷酸基团末端之间通过形成磷酸二酯键，使两末端连接的一种核酸酶。目前发现和利用的DNA 连接酶主要来源于大肠杆菌，T4噬菌体和耐热细菌。在连接反应中，首先ATP（有些连接酶是NAD+）与DNA连接酶反应，与连接酶生成一种共价结合的酶-AMP复合物，AMP激活DNA一条链的5’末端磷酸基团并转移到磷酸基团上，形成DNA-腺苷一磷酸复合物，最后3’-OH对激活的磷原子进行亲核攻击，形成磷酸二酯键，同时释放出AMP。其作用特点是：连接反应是耗能过程；不能够连接单链DNA分子；只能连接缺口不能连接裂口。影响连接反应的因素有：反应温度；连接酶浓度；ATP浓度；DNA片段末端。 基因工程的诞生，标志着人类打破历经数十亿年所形成的自然界固有的秩序，可跨物种进行基因交流，从源头上对生命进行控制或修饰，是人类从认识生命，探索生命奥秘的必然王国进入到改造生命的自由王国。基因工程对自然界和人类社会生活的影响之广，之深，是任何其他技术所无法比拟的。

2017届高考生物二轮复习基因工程与克隆技术学前诊断

“基因工程与克隆技术”学前诊断 考点一基因工程与蛋白质工程 β肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题： (1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的__________序列发生改变。 (2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作________________________。 (3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的____________，以其作为模板，在______________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在____________________酶的作用下，拼接构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。 (4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行__________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。 解析：(1)基因是具有遗传效应的DNA片段，遗传信息储存在基因碱基对的排列顺序中。 (2)蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求，故题中所述不属于蛋白质工程。(3)利用逆转录法获取目的基因时，需先提取mRNA，在逆转录酶的作用下逆转录合成cDNA。cDNA与载体需要在限制酶和DNA连接酶的作用下拼接构建成基因表达载体，才可导入受体菌。(4)检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。 答案：(1)碱基对(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(3)mRNA 逆转录限制酶和DNA连接(4)蛋白质抗原—抗体 2．下图是科学家利用大肠杆菌生产人胰岛素的部分过程。请结合相关知识回答问题： (1)除图示方法获得目的基因(人胰岛素基因)外，还可通过__________的方法获得目的基因。 (2)图示所获得的人胰岛素基因在大肠杆菌中不能表达，需要质粒为其提供________________等调控因子；质粒含有一个或多个__________切割位点，供目的基因插入

高中生物 第一章 基因工程 1.1.1 基因工程概述导学案苏教版选修3

高中生物第一章基因工程 1.1.1 基因工程概 述导学案苏教版选修3 【课标要求】 简述基因工程的诞生简述基因工程的原理及技术举例说出基因工程的应用 【教学目标】 1、简述基因工程所需3种基本工具的使用。 2、学习运用知识解决相关问题的能力。 3、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 【教学过程】 知识点 一、基因工程的诞生和发展 （一）诞生和发展理论铺垫：艾弗里证明了；沃森和克里克阐明了；尼伦贝格等 （二）基因工程的概念基因工程是指在通过人工“ ”和“ ”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入并使重组基因在中表达，产生。包括、以及。基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果 二、基因工程的工具“分子手术刀”（1）这类酶在生物体内能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活

力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。（2）由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶（简称_______）。（3）DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段，末端通常有两种形式，即和。 【例1】 下列关于限制酶的说法正确的是（） A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少 B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端 D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键 2、DNA连接酶“分子缝合针”拓展：根据DNA连接酶的来源不同，可以将它分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为Ecoli DNA连接酶。Ecoli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平口末端之间进行连接。另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。T4DNA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片段的平口末端，但连接平口末端之间的效率比较低。 【例2】 下图为DNA分子的切割和连接过程。(1)EcoRI是一种酶，其识别序列是，切割位点是与之间的键。切割结果产生的DNA片段末端形式为。(2)不同来源DNA片段结合，在这里需要的酶应是连

基因工程知识点全

第一章基因工程概述 1?什么是基因工程，基因工程的基本流程？ 基因工程（Genetic engineering ）原称遗传工程。从狭义上讲，基因工程是指将一种或多 种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。因此，供体、受体和载体称为基因工程的三大 要素。 1. 分离目的基因 2?限制酶切目的基因与载体 3. 目的基因和载体DNA在体外连接 4?将重组DNA分子转入合适的宿主细胞，进行扩增培养 5. 选择、筛选含目的基因的克隆 6. 培养、观察目的基因的表达 第二章基因工程的载体和工具酶 1. 基因工程载体必须满足哪些基本条件？ 具有对受体细胞的可转移性或亲和性。 具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。 具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点。 具有合适的筛选标记。 分子量小，拷贝数多。具有安全性。 2. 质粒载体有什么特征，有哪些主要类型？ 1、自主复制性 2、可扩增性 3、可转移性 4、不相容性 主要类型有1.克隆质粒2.测序质粒3.整合质粒4.穿梭质粒5.探针质粒6.表达质粒 3. 质粒的构建 （1）删除不必要的DNA区域，尽量缩小质粒的分子量，以提高外源DNA片段的装载量。一般来说，大于20Kb的质粒很难导入受体细胞，而且极不稳定。 （2）灭活某些质粒的编码基因，如促进质粒在细菌种间转移的mob基因，杜绝重组质粒扩 散污染环境，保证DNA重组实验的安全，同时灭活那些对质粒复制产生负调控效应的基因，提高质粒的拷贝数 （3 ）加入易于识别的选择标记基因，最好是双重或多重标记，便于检测含有重组质粒的受体细胞。（4）在选择性标记基因内引入具有多种限制性内切酶识别及切割位点的DNA序列，即多 克隆接头（Polylinker ），便于多种外源基因的重组，同时删除重复的酶切位点，使其单一化，以便环状质粒分子经酶处理后，只在一处断裂，保证外源基因的准确插入。 （5 ）根据外源基因克隆的不同要求，分别加装特殊的基因表达调控元件。 4. 什么是人工染色体载体？ 将细菌接合因子、酵母或人类染色体上的复制区、分配区、稳定区与质粒组装在一起，即可构成染色体载体 5. 什么是穿梭载体？ 人工构建的、具有两种不同复制起点和选择标记、可以在两种不同的寄主细胞中存活和 复制的载体。 6. 入-噬菌体载体及构建 hDNA为线状双链DNA分子，长度为48.5kb，在分子两端各有12个碱基的单链互补粘性末端。 1缩短长度提高外源DNA片段的有效装载量删除重复的酶切位点 引入单一的多酶切位点接头序列，增加外源DNA片段克隆的可操作性 灭活某些与裂解周期有关基因。 使入-DNA载体只能在特殊的实验条件下感染裂解宿主细菌，以避免可能出现的污染现 象的发生。加装选择标记，便于重组体的检测 7. M13单链噬菌体DNA载体

基因工程概述

基因工程进展概述 19世纪后期，一位修道士又开创了一个生物的新纪元，他就是孟德尔—“现代遗传学之父”。孟德尔通过豌豆杂交实验提出了基因的分离和自由组合定律，提出了遗传因子的概念，这算是基因被发现的源头。随后遗传学不断发展壮大起来，基因工程也不断发展起来。然后，到1909年丹麦科学家约翰逊提出了基因的概念来表示孟德尔的遗传因子，基因一词深入到了生命科学的世界中。 从1869年瑞士医生弗雷德里希·米歇尔发现DNA开始，到1919年菲巴斯·利文发现DNA的组成，再到威廉·阿斯特伯于1937年通过X光射线图阐明DNA 结构的规律性，再到1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型，生物遗传的另一重大发现慢慢呈现在人们眼前。期间，从格里菲斯的肺炎双球菌实验到艾弗里的“转化因子”的实验，再到赫尔希和蔡斯T2噬菌体转化实验人们逐步发现了DNA在生命世界中的作用。遗传的神秘面纱慢慢地被人们所揭开。 在摩尔根提出遗传学第三定律—基因的连锁交换定律，确立了基因在染色体上的学说之后，而染色体上的遗传物质就是DNA于是乎基因与染色体联系了起来。人们渐渐意识到基因就是具有遗传效应的DNA片段，携带着遗传信息。 人们又逐渐破译了遗传的秘密，从1957年F.H.C.克里克提出中心法则“DNA →RNA→蛋白质”，那时人们已慢慢清晰遗传到底是怎样进行的。再到1970年H.M.特明和D.巴尔的摩发现了“RNA→DNA”转化之后，克里克又完善了中心法则。当然最广泛的还是最初的那一条“DNA→RNA→蛋白质”。也就是说遗传信息表达的过程也清楚了。 之后人们也逐渐清晰的认识到基因是如何表达的，明白了DNA的转录过程，知道了基因表达过程是如何由外显子、内含子是如何调控的，于是人们更清晰的认识到基因表达的内涵。 随着尼伦伯格和马太破译出了第一个遗传密码，mRNA上的密码子逐渐被人们发现，而且把密码子与各个氨基酸相对应起来。对于人们对于遗传的表达更深一层了解。这样人们对于翻译过程也有了更多的了解。 就这样，基因表达过程在20世纪被人们发现了，先从基因说起也就是一个具有遗传效应的DNA片段，里面含有很多的碱基对，而这碱基对的排序便蕴藏着丰富的遗传信息。然后在RNA聚合酶结合基因上的启动子，转录产生mRNA，

基因工程与克隆技术

基因工程与克隆技术 考点1 基因工程 1.(2015·浙江10月选考,节选)从扩大培养的大肠杆菌中提取含有目的基因的DNA,用 分别切割含目的 基因的DNA 和农杆菌的Ti 质粒,然后用DNA 连接酶连接,形成重组DNA 并导入农杆菌。 2.(2016·浙江4月选考,节选)兔肝细胞中的基因E 编码代谢甲醛的酶,拟利用基因工程技术将基因E 转入矮牵牛中,以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力。请回答: (1)从兔肝细胞中提取mRNA,在 酶的作用下形成互补DNA,然后以此DNA 为模板扩增得到基因E 。在相关酶的作用下,将基因E 与Ti 质粒连接在一起,形成 ,再导入用氯化钙处理的 ,侵染矮牵牛叶片,将被侵染的叶片除菌后进行培养,最终得到转基因矮牵牛。其中培养过程正确的是 (A.叶片在含合适浓度生长素的培养基上分化形成愈伤组织 B.愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽 C.再生的芽在细胞分裂素含量高的培养基 上生根 D.愈伤组织在含合适浓度植物生长调节剂的培养基上脱分化形成再生植株)。 (2)取转基因矮牵牛叶片,放入含MS 液体培养基和适量浓度甲醛且密封的试管中。将试管置于 上,进行液体悬浮培 养。一段时间后测定培养基中甲醛的含量,以判断基因E 是否在转基因矮牵牛中正常表达。培养过程中液体培养基的作用: 一是提供营养;二是 ,从而使叶片保持正常的形态。 3.(2018·浙江4月选考,节选)回答与基因工程和植物克隆有关的问题: (1)将含某抗虫基因的载体和含卡那霉素抗性基因的载体pBI121均用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ酶切,在切口处形成 。选取含抗虫基因的DNA 片段与切割后的pBI121用DNA 连接酶连接,在两个片段相邻处形成 ,获得重组质粒。 (2)已知用CaCl 2处理细菌,会改变其某些生理状态。取CaCl 2处理过的农杆菌与重组质粒在离心管内进行混合等操作,使重组质粒进入农杆菌,完成 实验。在离心管中加入液体培养基,置于摇床慢速培养一段时间,其目的是 , 从而表达卡那霉素抗性基因,并大量增殖。 【考点梳理】 1.基因工程的工具 2.基因工程的原理与操作步骤 (1)基因工程的原理 ①基本原理:让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳 定和高效地表达。 ②基本要素:多种工具酶、目的基因、载体和宿主细胞等。 (2)基因工程的基本操作步骤 3.形成重组DNA 分子 (1)单酶切法（如右图）：将同一种限制性核酸内切酶切割的质粒与目的基因片 段混合,加入DNA 连接酶,两两连接的产物(重组DNA 分子)有以下3种:目的基因与目的基因的连接物;质粒与质粒的连接物;目的基因与质粒的连接物。其中,只有目的基因与质粒的连接物才是真正需要的。 (2)双酶切法

1.1基因工程概述教案苏教版选修三

醛酸酶基因的控制下，转录形成mRNAmRNA指导多聚半乳糖醛酸酶的合成，在多聚半乳糖醛酸酶的作用 下，细胞壁结构被破坏导致细胞软 化。 而在图1-6中，应用基因工程技术，番茄细胞中导入了抗多聚半乳糖醛酸酶基因，转录形成的mRNA不为蛋白质编码，而与指导多聚半乳糖醛酸酶合成的mRNA互补配对，使mRNA 不能翻译产生多聚半乳糖醛酸酶，达到番茄抗软化的目的。 并强调，抗多聚半乳糖醛酸酶基因是外源的目的基因。 对于活动中的“分析2 ”提示学生可以参考图1-6进行设计。 三、对学生进行课堂检测，反馈教学效果。 1. 在基因工程中，若目的基因 是真核生物的某基因，则用鸟枪法和合成法获得的目的基因有差异。下列关于这种差异的叙述中，正确的是（） A鸟枪法获得的目的基因不含内含子 B合成法获得的目的基因含有内含子 C合成法获得的目的基因需要用限制性内切酶处理 D鸟枪法获得的目的基因需要用限制性内切酶处理 2. 下列获取目的基因的方法中 需要模板链的是（） ①从基因文库中获取目的基因 ②利用PCR技术扩增目的基因 ③反转录法 ④通过DNA合成仪利用化学方法人 工合成 A①②③④B①②③ C②③④D②③ 3. 在基因工程技术中，下列何种目的基因一般以直接分离基因的方法获得（）A人的胰岛素基因B蚕的蚕丝蛋白基因C芽孢杆菌的抗虫蛋白D采豆储臧蛋白基因 4. 下列各项中，不可作为基因学生在老师的指导下依次认真分 析图1-5和图1-6。 学生参考教材中的图1-6进行设计：如果以大肠杆菌为受体，以人生长激素基因为目的基因，通过基因工程生产人生长激素的过程。

工程中的标记基因的是（） A抗性基因B发光基因 C产物具有颜色反应的基因 D储藏蛋白的基因 5. 培育转基因植物时，理想的 运载体是（） A 土壤农杆菌 B 大肠杆菌C硝化细菌 D 枯草杆菌 6. （多选）下列关于基因工程 的说法中，正确的是（） A基因工程可以定向地改变生物的性状 B基因工程可以克服远缘杂交不亲和的障碍 C基因工程可以从根本上治疗遗传病 D基因工程可以改善粮食作物的蛋白 质含量课后： 四、布置课后作业。 学生自我小结。 § 1.1基因工程的概述 -、基因工程的一般过程与技术 1. 基因工程的一般过程 2. 例：抗软化番茄是如何培育出来 的? 教学札记 三、其他补充教学资料（各位教师根据各班教学 特点选择补充资料，可另附纸）学生认真完成课堂检测的题目, 检查自己学习的效果。 板书设计

(整理)基因工程基础知识.

第一章基因工程 第一节基因工程概述 由于基因工程是在DNA分子水平上进行操作,因此又叫做重组DNA技术。 二．基因工程的基本工具 （一）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 1．来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 2．功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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。 3．结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 （二）“分子针线”——DNA连接酶 1．分类：根据酶的来源不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类 2．功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 ★两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较： ①相同点：都缝合磷酸二酯键 ②区别：E．coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接； T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。 (三)“分子运输车”——载体 1.载体具备的条件： ①能在受体细胞中复制并稳定保存； ②具有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入； ③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 2.基因工程常用的载体有：质粒、噬菌体和动、植物病毒等。 最早应用的载体是质粒，它是细菌细胞中的一种很小的双链环状DNA分子。 三．基因工程的基本过程

(一) 获得目的基因（目的基因的获取） 1.获取方法主要有两种：①从自然界中已有的物种中分离出来，如可从基因文库中获取。 ②用人工的方法合成。 ★获得原核细胞的目的基因可采取直接分离，获取真核细胞的目的基因一般是人工合成。 ★人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。 2.利用PCR技术扩增目的基因 （1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （2）目的：获取大量的目的基因 （3）原理：DNA双链复制 （4）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链为单链； 第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合； 第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。（5）特点：指数形式扩增 (二) 制备重组DNA分子（基因表达载体的构建） 1．重组DNA分子的组成：除了目的基因外，还必须有标记基因。 ★标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。 2．方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。 (三)转化受体细胞（将目的基因导入受体细胞） 1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 2.常用的转化方法： ①将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌介导转化技术（农杆菌转化法），其次 还有基因枪介导转化技术（基因枪法）和花粉管通道技术（花粉 管通道法）。 ②将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。 ③将目的基因导入微生物细胞：Ca＋处理法。 (四) 筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达（目的基因的检测与鉴定） 1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。 2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用DNA分子杂交技术。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如抗虫或抗病的鉴定等。 第二节基因工程的应用 1．运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是：能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。2．基因工程的应用