第3章 基因工程- 备战2023年高考生物一轮复习知识清单（新教材）

第3章　基因工程科技探索之路1．基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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，因此又叫作重组DNA技术。（P67）2．1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。（P68）3．1958年，梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。随后不久，克里克提出中心法则。（P68）4．1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。（P68）5．1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。（P69）6．1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。此后，基因工程进入了迅速发展的阶段。（P69）7．1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。（P69） 第1节　重组DNA技术的基本工具1．切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，简称限制酶，这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。它们能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开，产生黏性末端或平末端两种形式的末端。（P71）2．DNA连接酶分为两类，一类是E.coli DNA连接酶，另一类是T4DNA连接酶。后者既可以“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相对较低。（P72）3．质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。（P72）4．在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。这些质粒上常有特殊的标记基因，如四环素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等，便于重组DNA分子的筛选（如下图）。（P72）大肠杆菌及质粒结构模式图5．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。（P73）6．载体必须具备的条件：①能在受体细胞中保存下来并能自我复制；②具有1个或多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。③具有标记基因。（P72）7．DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。（P74“探究·实践”）抽默6：　　　1．1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．DNA连接酶分为两类，一类是　　　　　　　　　　　　，另一类是　　　　　　　　。后者既可以缝合双链DNA片段互补的　　　　　　，又可以缝合双链DNA片段的　　　　，但连接后者的效率相对较低。3．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有　　　　　　　　等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。4．载体必须具备的条件：①能在受体细胞中保存下来并能　　　　　　；②具有1个或多个　　　　　　　　　　　　，以便与外源基因连接。③具有　　　　　　　　。5．载体上有特殊的标记基因，其作用是__________________________________________________________________________________________________________________。6．DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在　　　　　　的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇　　　　　　试剂会呈现　　　　，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。7．原核生物中的限制酶不切割自身DNA的原因是________________________________________________________________________________________________________。抽默6答案：1．DNA可以在同种生物的不同个体之间转移　2.E.coli DNA连接酶　T4DNA连接酶　黏性末端　平末端　3.噬菌体、动植物病毒4．自我复制　限制酶切割位点　标记基因　5.便于重组DNA分子的筛选　6.不同浓度　二苯胺　蓝色　7.原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰第2节　基因工程的基本操作程序1．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、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。（P76）2．PCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，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。（P77）3．PCR技术可以分为变性、复性和延伸三步。（如下图）（P78）4．PCR反应过程可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动完成，完成以后，常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。（P79）5．基因表达载体要包括以下四个基本的结构：目的基因、启动子、终止子、标记基因。（P80）6．构建基因表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。（P80）7．启动子位于目的基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位。（P80）8．标记基因的作用：鉴别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。（或供重组DNA的鉴定和选择）。9．熟悉基因表达载体构建的过程。10．花粉管通道法有多种操作方式。例如，可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中；可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。除此之外，将目的基因导入植物细胞常用的方法还有农杆菌转化法。（P81）11．转化是指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。（P81“资料卡”）12．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双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T－DNA（可转移的DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插入Ti质粒的T－DNA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。（如下图）（P81“资料卡”）13．检查转基因抗虫棉是否培育成功，首先是分子水平的检测，包括通过PCR等技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因是否转录出了mRNA；从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。其次，还需要进行个体生物学水平的鉴定。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。（P82）14．培育转基因抗虫棉的四个步骤，其实就反映了基因工程的基本操作程序。（P82）基因工程的基本操作流程图15．在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。（P82）16．将目的基因导入动物受精卵最常用的一种方法是利用显微注射将目的基因注入动物的受精卵中，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，其中以大肠杆菌应用最为广泛。研究人员一般先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。（P82）                 第3节　基因工程的应用1．科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射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入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。（P90）2．用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。（P91“相关信息”）3．目前，科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。（P91）                   第4节　蛋白质工程的原理和应用1．蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。（P93）2．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，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生产和生活的需要。（P93）3．蛋白质工程的基本思路是：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质（如下图）。（P94）蛋白质工程的基本思路抽默7：　　1．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、　　　　　　　　　　　　、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。2．PCR反应需要在一定的　　　　中才能进行，需提供DNA模板，2种　　　　，4种脱氧核糖核苷酸和　　　　　　　　酶。3．PCR技术可以分为变性、复性和延伸三步。（如下图）4．PCR反应过程可以在PCR扩增仪（PCR仪）中自动完成，完成以后，常采用　　　　　　　　　　　　来鉴定PCR的产物。5．基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，还必须含有　　　　　　　　等。6．构建基因表达载体的目的：_______________________________________________________________________________________________________________________7．启动子位于目的基因的　　　　，它是　　　　识别和结合的部位。8．标记基因的作用：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。（P80）9．转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持　　　　　　的过程。10．检查转基因抗虫棉是否培育成功，首先是分子水平的检测，包括通过　　　　　　　　检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因是否转录出了　　　　；从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行　　　　　　杂交，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。其次，还需要进行　　　　　　　　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。11．将目的基因导入受体细胞的方法受体细胞类型方法植物细胞农杆菌转化法、　　　　　　法动物细胞　　　　　（注射到受精卵内）微生物细胞　　　　　　　　　　12.在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的　　　　　　等有关。抽默7答案：1．基因表达载体的构建　2.缓冲溶液　引物　耐高温的DNA聚合　3.90℃　碱基互补配对　72℃　4.琼脂糖凝胶电泳　5.启动子、终止子　6.使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用　7.上游　RNA聚合酶　8.鉴别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。(或供重组DNA的鉴定和选择)　9.稳定和表达　10.PCR等技术　mRNA　抗原—抗体　个体生物学　11.花粉管通道　显微注射技术　感受态细胞法(Ca2＋处理法)　12.大小和构象