高考生物总复习 考点2 基因工程的操作工具及基本步骤(5年34考)新人教版必修2(1)

1 考点2 基因工程的操作工具及基本步骤(5年34考)

(2013新课标卷Ⅰ、Ⅱ，广东卷、浙江卷、福建卷、天津卷、山东卷，2012新课标卷、浙江卷、福建卷……)

一、概念

又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，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。

二、操作工具

1．基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶)

(1)分布：主要在微生物体内。

(2)特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。

(3)实例：EcoR Ⅰ限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。

(4)切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。

(5)作用：基因工程中重要的切割工具。在微生物体内能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。

2．基因的“针线”——DNA连接酶

(1)催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。

(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。

(3)催化结果：形成重组DNA。

3．常用的运载体——质粒

(1)本质：小型环状DNA分子

(2)作用 ①作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制

(3)条件 ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制②有多个限制酶切点③有标记基因

三、操作步骤

提取目的基因 2  目的基因：人们所需的特定基因取得途径 直接分离目的基因 人工合成目的基因

①反转录法②根据蛋白质中氨基酸的序列推测出核苷酸序列，通过化学方法人工合成DNA

↓

目的基因与运载体结合 用一定的限制酶切割质粒用同一种限制酶切割目的基因加入DNA连接酶质粒和目的基因结合成重组DNA分子

↓

将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细

胞的方法

↓

目的基因的检测与鉴定 检测：根据受体细胞中是否具有标记基因， 判断目的基因导入与否鉴定：受体细胞是否表现目的基因控制的性 状，如棉花抗虫性状的表现

特别提醒 (1)微生物常被用做受体细胞的原因是其具有繁殖快、代谢快、目的基因产物多的特点。(2)动物受体细胞一般选用受精卵，植物受体细胞可以是体细胞，但需与植物组织培养技术相结合。

四、应用

1．作物育种：利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉等。

2．药物研制：利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、 干扰素、乙肝疫苗等。

3．环境保护：如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏 3 的石油，处理工业废水等。

思维激活

(1)DNA连接酶和DNA聚合酶有何不同？

(2)运载体和细胞膜上的载体相同吗？

提示 (1)DNA连接酶是修复愈合DNA片段间单链上的缺口，使之形成磷酸二酯键。DNA聚合酶是DNA分子复制时，按模板链的要求，逐个把脱氧核苷酸连接起来，形成DNA的子链。

(2)不同。①运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等。

②位于细胞膜上的载体是蛋白质，与控制物质进出细胞有关系。

考查杂交育种与基因工程育种

(2013·浙江理综，32)在玉米中，控制某种除草剂抗性(简称抗性，T)与除草剂敏感(简称非抗，t)、非糯性(G)与糯性(g) 的基因分别位于两对同源染色体上。有人以纯合的非抗非糯性玉米(甲)为材料，经过EMS诱变处理获得抗性非糯性个体(乙)；甲的花粉经EMS诱变处理并培养等，获得可育的非抗糯性个体(丙)。

请回答：

(1)获得丙的过程中，运用了诱变育种和______________育种技术。

(2)若要培育抗性糯性的新品种，采用乙与丙杂交，F1只出现抗性非糯性和非抗非糯性的个体；从F1中选择表现型为______________的个体自交，F2中有抗性糯性个体，其比例是__________。

(3)采用自交法鉴定F2中抗性糯性个体是否为纯合子。若自交后代中没有表现型为____________的个体，则被鉴定个体为纯合子；反之则为杂合子。请用遗传图解表示杂合子的鉴定过程。

(4)拟采用转基因技术改良上述抗性糯性玉米的抗虫性。通常从其它物种获得________，将其和农杆菌的________用合适的限制性核酸内切酶分别切割，然后借助________连接，形成重组DNA分子，再转移到该玉米的培养细胞中，经筛选和培养等获得转基因抗虫植株。

解析 (1)甲ttGG产生的花粉为tG，在EMS在诱变下通过花药离体培养获得单倍体tg，再由单倍体tg获得可育的丙非抗糯性ttgg，需要秋水仙素处理使染色体加倍，这个过程属于单倍体育种。(2)甲ttGG通过诱变产生乙TtGG，乙和丙ttgg杂交，可以获得TtGg和ttGg，从中选出表现型为抗性非糯性TtGg的个体自交，F2中有抗性糯性T__gg的个体，其比例为316。(3)采用自交法，纯合子不会发生性状分离，杂合子出现性状分离。F2中抗性糯性T__gg的个体有可能为TTgg，其自交结果不会出现性状分离。如果出现性状分离且抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1则为杂合子Ttgg。(4)转基因技术的第一步是获取目的基因，可以从其它生物直 4 接获取抗虫基因，用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和质粒，然后在DNA连接酶的作用下将其拼接到载体质粒上构建基因表达载体(农杆菌转化法中是将目的基因插入Ti质粒的T—DNA中)，然后通过农杆菌转化法导入到受体细胞玉米细胞中，通过组织培养获得抗虫植株，最后鉴定和筛选。

答案 (1)单倍体 (2)抗性非糯性

316 (3)非抗糯性 如图

抗性糯性∶非抗糯性＝3∶1

(4)抗虫基因(或目的基因) Ti质粒 DNA连接酶

[对点强化]

1．下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是( )。

A．基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因

B．通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用

C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNA

D．若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题

解析 基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因；在基因工程的实验操作中一定要注意用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA和运载体DNA，使它们产生相同的黏性末端；若转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，则仍可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。

答案 B

2．(2013·西城区质检)我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。下图为培育转基因水稻过程示意图，请分析回答有关问题。 5

(1)铁结合蛋白基因来自菜豆，且基因的脱氧核苷酸序列已知，可以用________法获得此目的基因或用________扩增目的基因。

(2)构建重组Ti质粒时，通常要用________分别切割________。将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用________处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入。

(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得________；培养基3与培养基2的区别是________。检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻________。

(4)为研究外源基因的遗传方式，将T0代植株上收获的种子种植成T1代株系，检测各单株的潮霉素抗性。在检测的多数T1代株系内，抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的比例为3∶1，此结果说明外源基因的遗传符合________。有少数T1代株系的所有植株都表现为对潮霉素敏感，但其体内能检测到铁结合蛋白基因，造成这一结果最可能的原因是________________________。

解析 对脱氧核苷酸序列已知的基因可以用化学合成法得到，或用PCR技术扩增。用来切割目的基因和质粒的是限制性核酸内切酶。将目的基因导入细菌时，需要用CaCl2处理使细菌处于感受态，便于目的基因导入。将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可获得含重组质粒的愈伤组织；培养基3的作用是诱导愈伤组织再分化，所以与培养基2的区别是生长素和细胞分裂素的比例不同。检测培育转基因水稻的目的基因(铁结合蛋白基因)是否表达，需要检测转基因水稻种子中铁的含量。潮霉素抗性植株的后代出现抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的比例为3∶1，说明其遗传符合孟德尔的基因分离定律。若转基因植株中检测到铁结合蛋白基因，却对潮霉素敏感，可能是潮霉素抗性其因没表达或丢失。

答案 (1)化学合成(从基因文库中获取) PCR (2)(同种)限制性核酸内切酶 含目的基因的DNA片段和质粒

CaCl2 (3)含有重组质粒(有潮霉素抗性)的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的比例不同

(成熟)种子中铁含量

(4)基因分离定律 潮霉素抗性基因没有表达(或“潮霉素抗性基因丢失”)