基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
（一)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，因此具有专一性.
（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。 2.“分子缝合针\"——DNA连接酶
（1）两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较： ①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区 别：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来； 而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体,能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低.
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。 DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 3。“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)最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状D
NA分子。
（3)其它载体: 入噬菌体的衍生物、动植物病毒
（二）基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的获取
1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。
2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。 3。PCR技术扩增目的基因 （1）原理:DNA双链复制
（2）过程：第一步：加热至90~95℃DNA解链;第二步：冷却到55~60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成. 第二步:基因表达载体的构建
1。目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。 2。组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
(1)启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。
(3)标记基因的作用：是为了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。常用的标记基因是抗生素基因。
第三步：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：
将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。 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。
1
将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 ，最常用的
2+
原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca处理细胞，使其成为 感受态细胞 ，再将 重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。 3。重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。 第四步：目的基因的检测和表达
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了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与 mRNA杂交.
3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是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。 4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
（三）基因工程的应用
1。植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质. 2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。 3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。
（四)蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，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。(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）
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高中生物选修3第一章基因工程习题
2
一．单选题：每小题只有一个选项最符合题意。 1．下列有关基因工程的叙述，正确的是:（ ）
A．DNA连接酶的作用是将两个黏性末端的碱基连接起来 B．目的基因导入受体细胞后,受体细胞即发生基因重组 C．目的基因与载体结合的过程发生在细胞外
D．常使用的运载体有大肠杆菌、噬菌体和动植物病毒等 2．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抗性基因为目的基因 B．细菌质粒是基因工程常用的载体
C．通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA,用另一种处理运载体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细胞 3．与“限制性核酸内切酶”作用部位完全相同的酶是：( ）
A．反转录酶 B．RNA聚合酶 C．DNA连接酶 D．解旋酶 4．限制酶的作用实际上就是把DNA中某些化学键打断，一种能专一识别GAATTC的限制酶，断裂的化学键是：（ ） A．G与A之间的氢键 B．G与C之间的氢键
C．A与T之间的氢键 D．鸟嘌呤脱氧核苷酸与腺嘌呤脱氧核苷酸之间的键 5．下面图中a、b、c、d代表的结构不正确的是：（ )
A．a—质粒DNA B．b-限制性内切酶 C．c—DNA聚合酶 D．d—目的基因 6．下列哪一项不是基因工程运载体必须具备的条件（ ）
A．能在宿主细胞中复制并保存 B．具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 C．具有标记基因，便于进行筛选 D．是环状形态的DNA分子 7．目的基因与运载体结合所需的条件是：（ )
①被同一种限制酶切割 ②运载体具有标记基因 ③用RNA聚合酶连接 ④用DNA连接酶连接 ⑤用四种脱氧核苷酸作原料 ⑥ATP提供能量 A．①③④⑥ B．①②④⑤ C．①④⑥ D．②③⑤ 8．苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是:（ ) A．是否有抗生素抗性 B．是否能检测到标记基因 C．是否有相应的性状 D．是否能分离到目的基因 11．下列不可作为基因工程中的标记基因的是：( ）
A．抗性基因 B．发光基因 C．有色基因 D．贮藏蛋白的基因 12．下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是：( ） A 供体 质粒 剪刀 限制性内切酶 针线 DNA连接酶 限制性内切酶 DNA连接酶 限制性内切酶 运载体 提供目的基因的生物 质粒 质粒 提供目的基因的生物 受体 大肠杆菌等 大肠杆菌等 大肠杆菌等 质粒 B 提供目的基因的生物 DNA连接酶 C 提供目的基因的生物 限制性内切酶 D 大肠杆菌等 DNA连接酶
13．1987年，美国科学家将萤火虫的萤光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达。长成的植物通体光亮,堪称自然界的奇迹。这一研究成果表：（ ）
①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码
③烟草植物体内合成了萤光素 ④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同
3
A．①和③ B．②和③ C．①和④ D．①②③④
14．人们常用DNA进行亲子鉴定。其原理是:从被测试者的血滴或口腔上皮提取DNA,用限制性内切酶将DNA样本切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特别的DNA“探针”去寻找特定的目的基因。DNA“探针”与相应的基因凝聚在一起，然后，利用特别的染料在X光下，便会显示由DNA探针凝聚于一起的黑色条码。被测试者这种肉眼可见的条码很特别，一半与母亲的吻合，一半与父亲的吻合。反复几次过程，每一种探针用于寻找DNA的不同部位形成独特的条码,用几组不同的探针，可得到超过99.9%的父系分辨率.请问,DNA“探针\"是指：（ ）
A．某一个完整的目的基因
B．目的基因片段的特定DNA
C．与目的基因相同的特定双链DNA D．与目的基因互补的特定单链DNA
15．应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指：（ ） A．人工合成的免疫球蛋白的DNA分子 B．人工合成的苯丙氨酸羟化酶的DNA分子
C．用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子 D．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
16．2003年我国科学工作者用基因工程迅速研制出“非典”诊断盒。其作用及机理是：（ ） A．治疗“非典”,利用的是抗原抗体反应 B．诊断“非典”，利用的是DNA分子杂交原理 C．诊断“非典”，利用的是抗原抗体反应 D．治疗“非典”，利用的是DNA分子杂交原理
17．为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物,科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中。其原因是：（ ）
A．叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中 B．受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞
C．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流 D．植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比
18．随着转基因技术的发展，基因污染也逐渐产生。下列有关基因污染的说法不正确的是：( ） A．转基因作物可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．基因污染是一种不能增殖的污染 D．基因污染较难清除
19．美国农业部指导农民在种植转基因农作物时，要求农民在转基因农作物的行间种植一些普通的非转基因农作物，供害虫取食,这种做法的主要目的是:（ ）
A．保护物种多样性 B．保护害虫的天敌
C．减缓害虫抗性基因频率增加的速率 D．维持农田生态系统中的能量流动
20．多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历下述三十多次循环:95℃下使模板DNA变性、解链→55℃下复性（引物与DNA模板链结合）→72℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述中不正确的是：（ ）
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现 B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成 C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸 D．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高
21．质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转移成功.外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置（插入点有a、b、c）,请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是：（ )
细菌在含青霉素 培养基上生长情况 细菌在含四环素 培养基上生长情况4 ① 能生长 能生长 ② 能生长 不能生长 ③ 不能生长 能生长
A．①是c；②是b；③是a B．①是a和b;②是a；③是b C．①是a和b；②是b；③是a D．①是c；②是a;③是b
22．在向开放水体中放养转基因鱼时，必须有可靠的措施使其不能繁殖后代，以免对生态系统造成不可预测的破坏。下列利用普通二倍体鱼培育三倍体转基因鱼的技术不合理的是：（ ） A．设法使染色体数目加倍以获得四倍体 B．将目的基因导入二倍体或四倍体的受精卵 C．将转基因四倍体纯种与二倍体进行杂交 D．让二倍体鱼的精子染色体数目加倍再受精 23．DNA探针能检测到标本上的：（ )
A．遗传密码 B．遗传信息 C．蛋白质序列 D．细胞结构 24．DNA探针能用于检测：( )
A．地方性甲肿病患者 B．乙肝患者 C．骨质软化病患者 D．缺铁贫血病患者 25．基因工程产物可能存在着一些安全性问题,但不必担心：（ ) A．三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼的杂交，进而导致自然种群被淘汰
B．运载体的标记基因（如抗生素基因）可能指导合成有利于抗性进化的产物 C．目的基因（如杀虫基因）本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D．目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，从而可能打破生态平衡 26．基因治疗是指：( ）
A．运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变而恢复正常 B．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的 C．把健康的外源基因导人到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 D．对有缺陷的基因进行修复，使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
27．在DNA 测序工作中,需要将某些限制性内切酶的限制位点在 DNA上定位，使其成为 DNA 分子中的物理参照点。这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶 HindⅢ，BamHⅠ和二者的混合物分别降解一个 4kb（1kb即1千个碱基对）大小的线性DNA 分子，降解产物分别进行凝胶电泳,在电场的作用下，降解产物分开,如下图所示。
据此分析，这两种限制性内切酶在该DNA 分子上的限制位点数目是以下哪一组?（ ） A．HindⅢ1个，BamHⅠ2个 B．HindⅢ2个,BamHⅠ3个 C．HindⅢ2个，BamHⅠ1个 D．HindⅢ和BamHⅠ各有2个
28．细菌蛋白质在极端环境条件下可通过肽链之间的二硫键维持稳定。已知不同的多肽产物可因分子量不同而以电泳方式分离。下列左图是一个分析细菌蛋白的电泳结果图,“—\"代表没加还原剂,“+”代表加有还原剂，还原剂可打断二硫键,“M”代表已知分子量的蛋白质，右侧数字代表蛋白质或多肽的相对分子量。根据左侧结果，右列哪个图案最能代表
该细菌原本的多肽结构（注
b b b b b b
意：“一”代表二硫键）:( ）
5
A
B C
29．全世界每年有成百上千人由于吃毒蘑菇而身亡，其中鹅膏草碱就是一种毒菇的毒素，它是一种环状八肽.若20种氨基酸的平均分子量为128，则鹅膏草碱的分子量约为:（ ） A．1024
B．898
C．880 D．862
第Ⅱ卷非选择题
三．非选择题：
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
以单链为模板合成子代DNA DNA互补链分离开为单链 循环重复
微量DNA样品 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 .
31.（8分）下图a示基因工程中经常选用的运载体——pBR322质粒，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中，将使该基因失活，而不再具有相应的抗性。为了检查运载体是否导入原本没有Ampr 和Tetr的大肠杆菌（受体细胞），将大肠杆菌涂布在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图b的结果（黑点表示菌落）。再将灭菌绒布按到培养基上,使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图c的结果（空圈表示与b对照无菌落的位置)。
据此分析并回答：
（1)pBR322质粒的化学本质是 ,其控制着 等性状，质粒的复制必须在 中完成。 （2）根据用途，题中所用培养基属于 ，与图c空圈相对应的图b中的菌落表现型是 ，由此说明目的基因插入了 中。
rrabc 6
（3）若用pBR322质粒作为运载体，通过基因工程生产食品，是否存在食品安全性问题？试说明理由. 32．(7分）通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物.运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，
↓
下图表示了这一技术的基本过程,在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是一GGATCC一，请回答:
（1）从羊染色体中“剪下，，羊蛋白质基因的酶是 .人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是 。 (2）请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
（3）人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是 ，“插入”时常用的工具是 . 33．（8分）下面甲图中DNA决定某一多肽链中的酪氨酸和丙氨酸过程示意图，乙图示样品 DNA经PCR技术（聚合酶链式反应）扩增，可以获取大量DNA克隆分子.分析回答：
（1)甲图中含有 种核苷酸；丙氨酸的遗传密码子是 。该图表示了DNA中遗传信息的 过程。 （2）有一种贫血症是血红蛋白分子的一条多肽链上,一个酪氨酸被一个苯丙氨酸所替代造成的。此种贫血症的根本原因是 ，即 发生了改变。
（3）乙图的“PCR”与人体内的DNA复制相比有何特殊之处？ 。
(4）现在要通过“PCR\"得到甲图中DNA片段的1024个克隆片段，则至少要向试管中加入 个腺嘌呤脱氧核苷酸。
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