資源簡介

(共88張PPT)
第3節　基因工程的應用
必備知識·素養奠基
一、基因工程在農牧業方面的應用
1.發展:
(1)農牧業:1996-2017年,全世界轉基因作物的種植面積增加了一百多倍,_____
是世界上轉基因作物種植面積最大的國家。2017年,我國轉基因作物種植面積
居世界第___位。
(2)動物:第一種用于食用的轉基因動物——_______________在美國獲得批準上
市。
美國
八
轉基因大西洋鮭
2.實例:
連一連:基于基因工程在改良動植物品種、提高作物和畜產品的產量等方面的應用,將下列轉基因生物和選用的目的基因連線
二、基因工程在醫藥衛生領域的應用
1.生產藥物:
(1)常見的藥物:細胞因子、_____、疫苗和激素等。我國生產的重組_________、
血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子
等基因工程藥物均已投放市場。
(2)批量生產藥物:_____________反應器。
①目的基因:_________基因。
②啟動子:_______________________的啟動子。
③受體細胞:_______。
抗體
人干擾素
乳腺(房)生物
藥用蛋白
乳腺中特異性表達的基因
受精卵
2.移植器官:在器官供體的基因組中導入某種調節因子,以抑制_____________
的表達,或設法除去_________基因,培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克
隆豬器官。
抗原決定基因
抗原決定
【激疑】培養乳腺生物反應器轉基因動物時為什么要選用乳腺中特異性表達的基因的啟動子?
提示:乳腺生物反應器通過分泌的乳汁提取相應的基因表達的產品,乳腺中特異性表達的啟動子可讓目的基因在乳腺細胞中表達。
三、基因工程在食品工業方面的應用
1.氨基酸:利用轉基因生物合成阿斯巴甜的原料——_________和_________。
2.酶:利用轉基因生物生產奶酪的_____酶;利用轉基因生物加工轉化糖漿的
_____酶;利用轉基因生物加工烘烤食品、制造生物能源的___酶等。
3.維生素。
天冬氨酸
苯丙氨酸
凝乳
淀粉
脂
關鍵能力·素養形成
知識點　基因工程的應用
1.三種轉基因生物的培育過程:
(1)轉基因植物生產過程圖解(以抗蟲棉生產過程為例):
(2)轉基因動物生產過程圖解(以轉基因牛生產過程為例):
(3)轉基因微生物生產過程圖解(以可生產干擾素的酵母菌的培育過程為例):
2.乳腺生物反應器:
(1)操作過程:
(2)乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的區別:
比較內容
乳腺生物反應器
工程菌
含義
指讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異性表達,利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白
指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系
受體基因結構與人類基因結構差異
動物基因結構與人類的基因結構基本相同
細菌和酵母菌的基因結構與人類有較大差異
基因表達
合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同
細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞
動物受精卵
微生物細胞
比較內容
乳腺生物反應器
工程菌
目的基因
導入方式
顯微注射法
感受態細胞法
生產條件
不需嚴格滅菌;溫度等外界條件對其影響不大
需嚴格滅菌,嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取
從動物乳汁中提取
從微生物細胞或其
培養液中提取
生產設備
畜牧業生產、提取
設備
工業生產,設備精良
【特別提醒】目的基因的來源
來自其他生物的能表現出優良性狀的外源基因,并不都是來自細菌、病毒等微生物,如抗凍蛋白基因來自魚類。
　
【素養案例】
科學家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品。大致過程如圖所示。下列有關說法錯誤的是
(　　)
A.通過③形成的重組質粒具有人的藥用蛋白基因、乳腺中特異表達的基因的啟動子、終止子和標記基因等
B.④通常采用農桿菌轉化法
C.在轉基因母牛的乳腺細胞中人的藥用蛋白基因才會得以表達,因此可以從乳汁中提取藥物
D.該技術生產藥物的優點是產量高、質量好、易提取
　【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。要讓藥用蛋白基因在乳腺細胞內表達并分泌含藥物的乳汁,重組質粒上還必須具有乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控組件,A項正確;轉基因動物通常利用的受體細胞是受精卵,采用顯微注射技術,B項錯誤;只有母牛到達泌乳期,乳腺細胞才會表達相應的藥用蛋白基因,乳汁中含有藥物,C正確;從乳汁里提取藥物,優點突出,使動物本身成為“批量生產藥物的工廠”,D項正確。
【素養·探究——母題追問】
(1)科學思維——演繹與推理
培育轉基因牛,為什么不選用體細胞而選用受精卵作為受體細胞?
提示:動物已分化的體細胞全能性受到限制,而受精卵分化程度低,全能性容易表達。
(2)科學思維——批判性思維
某同學認為過程①②獲得的精子和卵母細胞可以直接受精獲得受精卵,你認為他的說法對嗎?說明你的理由。
提示:不正確,精子需要獲能,卵母細胞需要發育到MⅡ才能具有受精的能力。
【素養·遷移】
　下列有關動物基因工程的說法,錯誤的是
(　　)
A.將外源生長激素基因導入動物體內可提高動物生長速率
B.將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組中,使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低
C.利用基因工程技術,得到的乳腺生物反應器可以解決很多重要的藥品的生產問題
D.用轉基因動物作為器官移植的供體時,由于導入的是調節因子,而不是目的基因,因此無法抑制抗原的合成
【解析】選D。用轉基因動物作為器官移植的供體時,可將器官供體基因組導入某種調節因子,以抑制抗原決定基因的表達,或設法除去抗原決定基因,再結合克隆技術,培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆器官。
【補償訓練】
　　在實驗室里用四環素培育轉基因的雄性蚊子,這些蚊子與雌性蚊子交配的后代也需要四環素才能生存,但在環境中不可能找到,于是會慢慢死去。該技術有望減少登革熱等疾病的發生。下列關于該技術的說法正確的是
(　　)
A.轉基因技術能定向改變蚊子的基因,屬于基因突變
B.該轉基因蚊子屬于新的物種
C.需要四環素才能生存這一特性是基因和環境共同作用的結果
D.該技術的其中一個環節是構建基因表達載體,需要用到限制酶和DNA聚合酶
【解析】選C。轉基因技術能定向改變蚊子的基因,屬于基因重組,A項錯誤;該轉基因蚊子具有新的基因,但仍能與雌性蚊子交配產生后代,沒有出現生殖隔離,所以不屬于新的物種,B項錯誤;由于產生的后代需要四環素才能生存,說明這一特性是基因和環境共同作用的結果,C項正確;該技術的其中一個環節是構建基因表達載體,需要用到限制酶和DNA連接酶,D項錯誤。
【課堂回眸】
課堂檢測·素養達標
　【概念·診斷】　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.基因工程20世紀70年代興起后,得到飛速的發展,在農牧業、醫藥衛生和食品工業等方面展示了廣闊的前景,下列有關描述正確的是________。?
①轉基因抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌
②利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品,如人的血清白蛋白、生長激素等
③科學家利用基因工程技術除去抗原決定基因培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官
④應用工程菌生產乙肝疫苗,在制造該工程菌時,應向酵母菌中導入乙肝病毒的表面抗原基因
⑤“轉基因植物”是指植物體細胞中出現了新基因的植物
【解析】選②③④。轉基因抗蟲棉具有抗蟲的特性,但不具有抗病毒、細菌和真菌的特性,①錯誤;利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品,如人的血清白蛋白、生長激素等,②正確;科學家利用基因工程技術除去抗原決定基因或者導入抑制因子抑制抗原決定基因的表達,培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官,③正確;應用工程菌生產乙肝疫苗,在制造該工程菌時,應向酵母菌中導入乙肝病毒的表面抗原基因,使工程菌能夠合成乙肝病毒的表面
抗原,④正確;“轉基因植物”是指利用基因工程獲得的植物體,植物體出現新基因不一定是轉基因植物,如基因突變產生新基因的植物不是轉基因植物,⑤錯誤。
2.動物基因工程前景廣闊,最令人興奮的是利用基因工程技術使哺乳動物成為乳腺生物反應器,以生產所需要的藥品,如轉基因動物生產人的生長激素。科學家培養轉基因動物成為乳腺生物反應器時
(　　)
A.僅僅利用了基因工程技術
B.不需要乳腺中特異表達的基因的啟動子
C.利用農桿菌轉化法將人的生長激素基因導入受精卵中
D.需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”
【解析】選D。科學家培養轉基因動物時除涉及基因工程外,還涉及其他現代生物技術;生產生長激素時需要將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起,通過顯微注射技術導入哺乳動物的受精卵中,然后將受精卵送入母體內使其生長發育成轉基因動物。因為藥物是伴隨乳汁產生的,所以要進入泌乳期才能批量生產。
3.下列有關目的基因的操作能夠改善畜產品品質的是
(　　)
A.將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內
B.將腸乳糖酶的基因導入奶牛的基因組
C.將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達
D.將Bt毒蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現表達
【解析】選B。將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內是提高鯉魚的生長速率;導入腸乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量少,改善了牛奶的品質;將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達是乳腺生物反應器的應用;Bt毒蛋白基因是抗蟲基因,能夠提高植物的抗性。
4.2020年5月22日國際醫學權威期刊《柳葉刀》上發表了新冠病毒疫苗1期臨床試驗的成果。該試驗是由陳薇院士等人領銜的團隊開展的研究,試驗中使用的疫苗是一種腺病毒載體重組新冠病毒疫苗(基因重組疫苗),該疫苗接種108名健康的成年志愿者后,在志愿者體內均產生了特定的免疫應答。下列敘述正確的是
(　　)
A.該疫苗的制備不需要用到DNA連接酶
B.志愿者接受重組新冠病毒疫苗的接種后,體內產生被動免疫
C.主要通過檢測志愿者體內新冠病毒的含量來評價試驗的有效性
D.相對于普通人來說,對腺病毒已具有免疫力的個體使用該疫苗的效果要差
【解析】選D。重組基因疫苗需要將腺病毒的基因和新冠病毒的基因進行連接,所以需要DNA連接酶,A錯誤;疫苗刺激機體產生特異性免疫屬于主動免疫,B錯誤;接種疫苗后,主要通過檢測志愿者體內新冠病毒的抗體來評價試驗的有效性,C錯誤;由于重組病毒含有腺病毒的抗原,所以對腺病毒已具有免疫力的個體使用該疫苗的效果比普通人要差,D正確。
5.(2020·浙江7月選考)下列關于基因工程的敘述,正確的是
(　　)
A.若受體大腸桿菌含有構建重組質粒時用到的限制性核酸內切酶,則一定有利于該重組質粒進入受體并保持結構穩定
B.抗除草劑基因轉入某抗鹽植物獲得2個穩定遺傳轉基因品系,抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉入無關
C.抗除草劑基因轉入某植物獲得轉基因植株,其DNA檢測均含目的基因,抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達了抗性蛋白而后者只表達抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分開成不同條帶,相同分子量的為一條帶。用某種限制性核酸內切酶完全酶切環狀質粒后,出現3條帶。表明該質粒上一定至少有3個被該酶切開的位置
【解析】選D。本題主要考查基因工程的內容。若受體大腸桿菌含有構建重組質粒時用到的限制性核酸內切酶,則該酶會對進入受體的重組質粒進行切割,不利于其保持結構穩定,A項錯誤;抗除草劑基因轉入抗鹽植物,獲得了抗除草劑抗鹽品系和抗除草劑不抗鹽品系,不抗鹽品系的產生可能是轉入的抗除草劑基因插入抗鹽基因內,影響其表達造成的,B項錯誤;轉基因植物中均含抗除草劑基因,但存在抗除草劑和不抗除草劑兩種植株,前者表達了抗性蛋白,后者抗除草劑基因可能未轉錄出mRNA,或轉錄出的mRNA未能翻譯成蛋白質,C項錯誤;某種限制性核酸內切酶完全酶切環狀質粒后,出現3條帶,即3種不同分子量DNA,因此環狀質粒上至少有3個酶切位點,D項正確。
【思維·躍遷】
6.科學家將魚抗凍蛋白基因轉入番茄,使番茄的耐寒能力大大提高,可以在相對寒冷的環境中生長。質粒上有PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ四種限制性內切核酸酶切割位點,下圖是轉基因抗凍番茄培育過程的示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因),其中①～④是轉基因抗凍番茄培育過程中的相關步驟,甲、乙表示相關結構或細胞。請據圖作答:
(1)在構建重組DNA時,可用一種或多種限制性內切核酸酶進行切割,為了避免目的基因和載體在酶切后產生的末端發生任意連接,在此實驗中應該選用限制性內切核酸酶______________分別對魚抗凍蛋白基因和質粒進行切割,切割后產生的DNA片段分別為____________、__________種。?
(2)基因工程中核心步驟是__________(填序號),該步驟的目的是________
______________________________________。為了使目的基因正常表達,其首端必須有啟動子,它是______________識別和結合的部位。若限制酶切出了平末端,要選擇______________(填“E.coli
DNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)進行連接。?
(3)圖中將魚抗凍蛋白基因導入番茄細胞的方法稱為______________。它是利用載體Ti質粒中含有__________________,可以將目的基因整合到宿主細胞的染色體上。?
【解析】(1)據圖分析,魚的抗凍蛋白基因(目的基因)上具有三種限制酶切割位點,PstⅠ酶的切割位點位于目的基因的兩側,SmaⅠ酶的切割位點位于目的基因的左側,而
AluⅠ酶的切割位點位于目的基因的中央,因此不宜選用
AluⅠ酶;質粒上有
PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ四種限制酶切割位點,因此應該選擇
PstⅠ、SmaⅠ
分別切割目的基因和質粒,切割后目的基因所在的
DNA
產生
4
種DNA
片段,質粒產生
2
種
DNA
片段。
(2)圖中①～④分別表示:基因表達載體的構建、目的基因導入受體細胞、脫分化、再分化。基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建,即圖中的①步驟,目的是使目的基因穩定存在并能遺傳下去,使目的基因能表達及發揮作用;基因表達載體中的啟動子是
RNA聚合酶識別和結合的位點;T4
DNA
連接酶可以連接平末端。
(3)將目的基因導入番茄細胞等植物細胞常用農桿菌轉化法,利用載體
Ti
質粒中含有
T-DNA,可以將目的基因整合到宿主細胞的染色體上。
答案:(1)PstⅠ、SmaⅠ　4
　2
(2)①　使目的基因穩定存在并能遺傳下去,使目的基因能表達及發揮作用　RNA
聚合酶　T4
DNA連接酶
(3)農桿菌轉化法　T-DNA
【拓展·探究】
7.冠狀病毒是一類具有包膜的RNA病毒,某些冠狀病毒如新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)會感染人類并引起呼吸綜合征。應對傳染性強的病毒感染,需要靈敏的檢測試劑盒及免疫效果持久的疫苗。最新的疫苗開發技術是核酸疫苗(包括DNA疫苗和RNA疫苗),其制作流程如圖所示。
(1)新型冠狀病毒流行期間,建議市民外出一定要戴口罩,其目的是________。(多選)?
A.控制傳染源
B.切斷傳播途徑
C.防止病原體擴散
D.發揮非特異性免疫作用
(2)如圖新型冠狀病毒標出的四種結構中,最先激活免疫系統的是____________。(用圖中的字母做答)?
(3)在DNA疫苗制備過程中,通常需要使用限制酶切割DNA分子。在如圖所示的限制酶識別序列中,限制酶作用的化學鍵是[　
]____________。?
(4)寫出圖中能表示制備DNA疫苗過程的編號__________。?
(5)DNA或RNA疫苗接種到人體后,其表達產物均會刺激機體產生免疫反應。據圖和所學知識,描述兩者在人體內表達過程的差異______________。?
【解析】(1)傳染病的流行必須具備三個基本環節:傳染源、傳播途徑和易感人群。在這三個環節中,缺少其中的任何一個環節,新的傳染都不會發生。在新型冠狀病毒流行期間,建議市民外出一定要戴口罩的目的是切斷傳播途徑和防止病原體擴散,即B、C正確。(2)如圖新型冠狀病毒標出的四種結構a、b、c、d分別表示表面蛋白質、脂質包膜、衣殼、RNA,其中最先激活免疫系統的是a。(3)
限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。據此可知:在如圖所示的限制酶識別序列中,限制酶作用的化學鍵是[e]磷酸二酯鍵。(4)圖中能表示制備DNA疫苗過程的編號是[①]提取病毒的RNA→[②]逆轉錄→[③]構建基因表達載體→[④]將構建的基因表達載體導入受體細胞(大腸桿菌)→[⑥]利用工程菌生產DNA疫苗。(5)DNA疫苗接種到人體后,經歷轉錄和翻譯表達出病毒的抗原結構,而RNA疫苗接種到人體后,直接翻譯出病毒的抗原結構。
答案:(1)B、C　(2)a　(3)[e]磷酸二酯鍵
(4)①②③④⑥
(5)DNA疫苗接種到人體后,經歷轉錄和翻譯表達出病毒的抗原結構,而RNA疫苗接種到人體后,直接翻譯出病毒的抗原結構
課時素養評價
十四　基因工程的應用
【基礎達標】
(20分鐘·70分)
一、選擇題(共6小題,每小題5分,共30分)
1.能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是
(　　)
A.單倍體育種
B.雜交育種
C.基因工程育種
D.多倍體育種
【解析】選C。要讓動物蛋白在植物體內表達,必須將控制動物蛋白合成的相關基因導入植物細胞中并讓其表達,因此需要通過基因工程技術才能實現。
2.上海醫學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法,使轉基因動物乳汁中的藥用蛋白含量提高了30多倍。下列有關敘述正確的是
(　　)
A.“轉基因動物”是指體細胞中出現了新基因的動物
B.“提高基因的表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因
C.只在轉基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白,是因為人白蛋白基因只在牛乳腺細胞中是純合的
D.轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因,但不發生轉錄、翻譯,故不能合成人白蛋白
【解析】選D。轉基因動物是指細胞中被轉入了外源基因的動物,并非出現新基因,故A錯誤;“提高基因的表達水平”是指增強白蛋白基因的表達,白蛋白基因數目沒有增多,故B錯誤;“轉基因動物”一般用到的受體細胞是受精卵,發育個體的幾乎所有細胞中都有相同的外源基因,故C錯誤;轉基因牛的白蛋白基因也是選擇性表達的,在肌肉細胞中不能表達,故D正確。
3.下列有關植物基因工程的成果的敘述正確的是
(　　)
A.轉基因抗蟲棉改善了作物的品質
B.將毒素蛋白基因直接導入水稻的受精卵,可以得到抗蟲水稻
C.轉入調節細胞滲透壓的基因,有利于植物抗鹽堿、抗干旱
D.植物細胞中沒有質粒,所以不能利用質粒作為植物基因工程的載體
【解析】選C。轉基因抗蟲棉使作物獲得了抗蟲特性,但沒有改善作物的品質,A錯誤;將目的基因導入受體細胞前需要先構建基因表達載體,B錯誤;轉入調節細胞滲透壓的基因,有利于植物抗鹽堿、抗干旱,C正確;可以利用質粒作為植物基因工程的載體,D錯誤。
4.轉基因食品已大量進入我們的日常生活,如轉基因西紅柿、轉基因草莓等,涉及的問題甚至關系到國家之間的貿易競爭。下列關于轉基因大豆的敘述不正確的是
(　　)
A.培育過程中可能用到抗病、抗蟲等抗性基因
B.目的基因的受體細胞可以是大豆受精卵,也可以是體細胞
C.轉基因大豆的種植過程中減少了農藥等的使用量,生產成本更低
D.固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一
【解析】選D。植物基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病等),因此在轉基因大豆的培育過程中,有可能用到了抗蟲、抗病等抗性基因提高大豆的抗病蟲能力,選項A正確;由于大豆細胞具有全能性,因此無論是受精卵還是體細胞都可以作為受體細胞,使目的基因導入后隨之遺傳,選項B正確;轉基因大豆由于抗逆能力提高,自身具有抗蟲特性,因此可以減少殺蟲農藥的使用量,降低生產成本,選項C正確;轉基因大豆相比普通大豆而言,其品質得到明顯改良,可能轉入了抗蟲、抗病等基因提高了抗逆性。轉入固氮基因對于改善大豆的品質沒有明顯作用,因此無須將固氮基因作為目的基因,選項D錯誤。
5.科學家在河南華溪蟹中找到了金屬硫蛋白基因,并以質粒為載體,采用轉基因方法培育出了硫吸收能力極強的轉基因煙草。下列有關該煙草培育的說法正確的是
(　　)
A.金屬硫蛋白基因需插入質粒上,才能轉移到受體細胞中
B.需用特定的限制酶切割煙草的核酸
C.同種限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段,又可以切割質粒,因此不具有專一性
D.轉基因煙草與原煙草相比基因組成發生了變化,導致兩者出現生殖隔離
【解析】選A。金屬硫蛋白基因需插入質粒上,才能轉移到受體細胞中,A正確;在基因工程中,需用特定的限制酶切割目的基因和運載體,而不是切割煙草的核酸,B錯誤;限制酶具有專一性,能識別特定的脫氧核苷酸序列,C錯誤;轉基因煙草與原煙草之間一般不會出現生殖隔離,D錯誤。
6.目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉基因抗蟲棉,以下說法正確的是(　　)
A.蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后直接進入棉花的葉肉細胞表達
B.抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后,即可通過傳粉、受精,使抗蟲性狀遺傳下去
C.標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因
D.轉基因抗蟲棉即使經過多代種植,棉鈴蟲也不會產生抗性,這樣可以有效消滅棉鈴蟲
【解析】選C。蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后,需要將重組質粒先導入農桿菌,運用農桿菌轉化法將目的基因導入棉花的葉肉細胞中再表達,選項A錯誤;抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后,只有將葉肉細胞通過植物組織培養才可將該基因傳給后代,由于生殖細胞中無抗蟲基因,憑借傳粉、受精的有性生殖方法無法將其抗蟲性狀遺傳給后代,選項B錯誤;標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來,選項C正確;轉基因抗蟲棉經過多代種植后,棉鈴蟲可能會產生抗性,使抗蟲效果有所下降,選項D錯誤。
二、非選擇題(共2小題,共40分)
7.(20分)新冠病毒是RNA病毒,對其進行檢測的方法有兩種:核酸檢測和抗原—抗體雜交檢測。如圖表示新冠病毒核酸檢測的部分流程。
(1)以病毒的RNA為模板通過①____________________過程合成cDNA,再對cDNA進行PCR擴增,整個過程為RT-PCR。?
(2)進行
RT-PCR需要加入的酶是________________和________________。?
(3)一次病毒核酸檢測歷時需16小時,為了快速檢測可采用抗原—抗體雜交,這一技術的關鍵是要生產出能與新冠病毒結合的特異性抗體。首先向小鼠體內注射________________,從小鼠的________________(器官)中獲取已免疫的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,經過多次______________獲得能產生特定抗體的雜交瘤細胞,培養后分離提純,從而獲得大量抗體。該抗體的優點有:________
______________________,請舉出兩例這種抗體在現實中的兩大具體應用:______________________________。?
【解析】(1)以RNA為模板合成DNA的過程為逆轉錄或反轉錄,故題圖中以病毒的RNA為模板合成cDNA的過程為①逆轉錄,再對cDNA進行PCR擴增,這項技術稱為RT-PCR。
(2)RT-PCR是擴增DNA的過程,因為加入的模板是RNA,故需要加入的酶是逆轉錄酶和Taq酶。
(3)若采用抗原—抗體雜交技術進行病毒檢測,需要制備能與新冠病毒結合的特異性抗體,單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高且能夠大量制備的優勢,故設計的思路是設法獲得能產生該特異性抗體的雜交瘤細胞,步驟如下:①向小鼠體內注射新冠病毒的抗原蛋白(或滅活的新冠病毒),目的是要獲得能產生特異性抗體的效應B細胞;②從免疫小鼠的脾臟中提取B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,經多次篩選獲得能產生特異性抗體的雜交瘤細胞;③將雜交瘤細胞在體外條件下做大規模培養或注射到小鼠腹腔內增殖,從培養液或小鼠腹水中可以提取大量的單克隆抗體。該抗體具有特異性強、靈敏度高、并可大量制備等優點。單克隆抗體可以作為診斷試劑、用于治療疾病和運載藥物等實際應用。
答案:(1)逆轉錄(反轉錄)
(2)逆轉錄酶　Taq酶(熱穩定性強的DNA聚合酶)
(3)新冠病毒的抗原蛋白(或滅活的新冠病毒)　脾臟(免疫器官)　篩選　特異性強、靈敏度高、并可大量制備　作為診斷試劑、用于治療疾病和運載藥物
8.(20分)在某些深海魚中發現的抗凍蛋白基因afp對提高農作物的抗寒能力有較好的應用價值。如圖所示是獲得轉基因萵苣的技術流程,請據圖回答下列問題:
(1)獲取目的基因的主要途徑包括從自然界已有的物種中分離和________。?
(2)①過程需要的酶有__________、__________。?
(3)如果受體細胞C1是土壤農桿菌,則將目的基因導入它的__________上,使目的基因進入受體細胞C2,并將其插入受體細胞C2中__________上,使目的基因的遺傳特性得以穩定維持和表達,形成轉基因萵苣,經②過程獲得的轉基因萵苣中的目的基因是否表達,在分子水平上可用__________法進行檢測,如果出現雜交帶,說明目的基因已經表達蛋白質產品,轉基因萵苣培育成功。?
(4)基因工程的應用除了以上之外還有很多,如用轉基因動物作器官移植的供體,其主要優點是避免__________反應。?
【解題關鍵】解答本題需關注以下兩點:
(1)圖示信息:過程①表示基因表達載體的構建;“受體細胞C1”表示土壤農桿菌細胞;“受體細胞C2”表示植物細胞。
(2)關鍵信息:將目的基因導入植物受體細胞最常用的方法是土壤農桿菌轉化法。
【解析】(1)目的基因的獲取可采取直接分離的方法,也可以采用人工方法合成,人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。
(2)提取目的基因需限制酶,將目的基因與載體結合需DNA連接酶,故①過程需要的酶有限制酶和DNA連接酶。
(3)將目的基因導入植物受體細胞最常用的方法是農桿菌轉化法,將目的基因導入它的Ti質粒的T-DNA上,使目的基因進入受體細胞C2,并將其插入受體細胞C2中染色體DNA上,使目的基因的遺傳特性得以穩定維持和表達,形成轉基因萵苣。檢測目的基因是否翻譯成蛋白質,方法是從轉基因生物中提取蛋白質,用相應的抗體進行抗原—抗體雜交。
(4)基因工程的應用還有很多,如用轉基因動物作器官移植的供體,其主要優點是避免免疫排斥反應。
答案:(1)(用反轉錄等方法進行)人工合成
(2)限制酶　DNA連接酶
(3)Ti質粒的T-DNA　染色體DNA
抗原—抗體雜交
(4)免疫排斥
【能力提升】(10分鐘·30分)
1.(6分)科學家將正常的腺苷脫氨酶(ADA)基因轉入缺乏該基因的患者血液的T細胞中,重組T細胞大量增殖后回輸到體內,用于治療嚴重的復合免疫缺陷癥(SCID),過程如下圖所示。下列說法錯誤的是
(　　)
A.圖中的病毒可作為攜帶ADA基因進入T細胞的載體
B.T細胞1是受體細胞,回輸前可能需要對T細胞2嚴格篩選
C.需要在無菌、無毒的環境下培養T細胞1和T細胞2
D.此治療方法較為可靠,患者的T細胞均能合成ADA
【解析】選D。由圖示過程可以看出,以病毒為載體,攜帶人的正常ADA基因進入T細胞1,A正確;從圖示過程可以判斷T細胞1是受體細胞,T細胞2為重組細胞,因基因表達受很多條件影響,回輸前必需對T細胞2進行篩選,篩選出ADA基因能正常表達的T細胞2,B正確;由動物細胞培養的條件可知,在動物細胞體外培養時,首先要保證被培養的細胞處于無菌、無毒的環境,C正確;患者體內的T細胞,有的是來自自身細胞的分化,有的是來自回輸的,只有回輸的T細胞才能合成ADA,D錯誤。
2.(6分)(不定項)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成,科學家將該基因的反義基因導入番茄細胞內,培育轉基因延熟番茄,延長其儲藏期。反義基因的作用機制如圖所示,下列說法正確的是
(　　)
A.有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的
B.乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的是互補的
C.乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達產物,可促進果實成熟
D.因為不存在核糖體,所以無乙烯生物合成酶生成
【解析】選A、B。由圖示可以看出,有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的,A正確;由圖示原理,反義mRNA能夠與乙烯生物合成酶基因轉錄出來的有意義mRNA進行雜交形成雙鏈,并且有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的,所以,可以推測乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的模板鏈是互補的,B正確;乙烯生物合成酶基因的表達產物是酶,可以控制乙烯的合成,乙烯不是其表達產物,C錯誤;翻譯過程是以mRNA為模板合成蛋白質的過程,圖示兩種mRNA雜交在一起進而阻斷了乙烯生物合成酶基因的有意義mRNA的翻譯過程,D錯誤。
【實驗·探究】
3.(18分)(2020·山東等級考)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉,直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻,實現了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯,從而獲得了3個突變品系。
(1)將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時,所需的酶是__________,重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為__________。?
(2)根據啟動子的作用推測,Wx基因啟動子序列的改變影響了____________,從而改變了Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比,3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“發生”或“不發生”)改變,原因是
______________________。?
(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響,科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA(Wx
mRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA,經__________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA,原因是________________________________________。?
(4)各品系Wx
mRNA量的檢測結果如圖所示,據圖推測糯性最強的品系為______________,原因是________________________________。?
【解析】本題主要考查基因工程的知識。
(1)將目的基因和質粒構建成重組載體時,需要使用的酶是限制性核酸內切酶和
DNA連接酶,將重組載體導入受體細胞內并維持穩定表達的過程稱為轉化。(2)
啟動子是RNA聚合酶識別并結合的位點,Wx啟動子序列的改變會影響RNA聚合酶
與啟動子識別和結合,從而影響基因的轉錄過程。根據題意可知,該基因工程中
編輯的是啟動子序列,而啟動子序列不參與編碼直鏈淀粉的氨基酸,因此3種突
變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉的氨基酸序列不發生改變。(3)以細胞中
的RNA為原料合成cDNA的過程需經逆轉錄過程,PCR技術能擴增DNA分子中特定
片段的目的基因,原因是引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的,而PCR技術擴增的是處于兩種引物之間的DNA序列。(4)根據圖示可知,品系3的Wx
mRNA最少,控制合成的直鏈淀粉合成酶最少,直鏈淀粉合成量最少,糯性最強。
答案:(1)限制性核酸內切酶和DNA連接酶　
轉化
(2)RNA聚合酶與啟動子識別和結合　不發生　
編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動子　
(3)逆轉錄　引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的
(4)品系3　
品系3的Wx
mRNA最少,控制合成的直鏈淀粉合成酶最少,直鏈淀粉合成量最少,糯性最強
【補償訓練】
　　我國科學家屠呦呦因青蒿素的研究榮獲2015年諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素是目前世界上最有效的治療瘧疾藥物,為青蒿植株的次級代謝產物,其化學本質是一種萜類化合物,其生物合成途徑如圖1所示。正常青蒿植株的青蒿素產量很低,難以滿足臨床需求,科學家為了提高青蒿素產量,將棉花中的FPP合成酶基因導入了青蒿植株并讓其成功表達,獲得了高產青蒿植株,過程如圖2所示。
(1)研究人員從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因后,可以采用____________技術對該目的基因進行大量擴增,該技術除了需要提供模板和游離的脫氧核苷酸外,還需要提供__________________、____________________等條件。
(2)圖2中的①為____________________,形成過程中需要________________等;棉花FPP合成酶基因能夠和質粒連接成①的主要原因是________________。(3)若②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存,則原因是______________。
(4)由題意可知,除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外,還可以通過哪些途徑來提高青蒿素的產量?(試舉一例)__________________。
【解析】(1)PCR技術可在體外快速擴增目的基因,PCR的條件:模板(目的基因)、原料(四種脫氧核苷酸)、引物、熱穩定DNA聚合酶。(2)圖2中的①為構建的基因表達載體(重組質粒),形成過程中需要限制酶切割目的基因和載體,再用DNA連接酶連接。由于切割棉花FPP合成酶基因和質粒后,具有相同的黏性末端,兩者能夠連接成①基因表達載體。(3)重組質粒中含有標記基因,若②不能在含抗生素Kan的培養基上生長,說明重組質粒未導入農桿菌。(4)據圖分析可知,FPP在ADS基因表達的情況下,生成青蒿素,或者抑制SQS基因的表達,降低FPP生成其他萜類化合物的量,因此要提高青蒿素的產量,可以通過抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)這些途徑。
答案:(1)PCR　引物　熱穩定DNA聚合酶
(2)基因表達載體(重組質粒)　限制酶和DNA連接酶　切割后具有相同的黏性末端
(3)重組質粒沒有導入農桿菌
(4)抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)?第3節　基因工程的應用　
必備知識·素養奠基
一、基因工程在農牧業方面的應用
1.發展:
(1)農牧業:1996-2017年,全世界轉基因作物的種植面積增加了一百多倍,美國是世界上轉基因作物種植面積最大的國家。2017年,我國轉基因作物種植面積居世界第八位。
(2)動物:第一種用于食用的轉基因動物——轉基因大西洋鮭在美國獲得批準上市。
2.實例:
連一連:基于基因工程在改良動植物品種、提高作物和畜產品的產量等方面的應用,將下列轉基因生物和選用的目的基因連線
二、基因工程在醫藥衛生領域的應用
1.生產藥物:
(1)常見的藥物:細胞因子、抗體、疫苗和激素等。我國生
產的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場。
(2)批量生產藥物:乳腺(房)生物反應器。
①目的基因:藥用蛋白基因。
②啟動子:乳腺中特異性表達的基因的啟動子。
③受體細胞:受精卵。
2.移植器官:在器官供體的基因組中導入某種調節因子,以抑制抗原決定基因的表達,或設法除去抗原決定基因,培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
培養乳腺生物反應器轉基因動物時為什么要選用乳腺中特異性表達的基因的啟動子?
提示:乳腺生物反應器通過分泌的乳汁提取相應的基因表達的產品,乳腺中特異性表達的啟動子可讓目的基因在乳腺細胞中表達。
三、基因工程在食品工業方面的應用
1.氨基酸:利用轉基因生物合成阿斯巴甜的原料——天冬氨酸和苯丙氨酸。
2.酶:利用轉基因生物生產奶酪的凝乳酶;利用轉基因生物加工轉化糖漿的淀粉酶;利用轉基因生物加工烘烤食品、制造生物能源的脂酶等。
3.維生素。
關鍵能力·素養形成
知識點　基因工程的應用
1.三種轉基因生物的培育過程:
(1)轉基因植物生產過程圖解(以抗蟲棉生產過程為例):
(2)轉基因動物生產過程圖解(以轉基因牛生產過程為例):
(3)轉基因微生物生產過程圖解(以可生產干擾素的酵母菌的培育過程為例):
2.乳腺生物反應器:
(1)操作過程:
獲取目的基因(如人血清白蛋白基因、人生長激素基因等)
構建基因表達載體(目的基因與乳腺中特異表達的基因
的啟動子等調控組件重組)
導入哺乳動物受精卵(顯微注射技術)
進行早期胚胎培養后送入母體
發育成轉基因動物
利用分泌的乳汁生
產所需的藥品
(2)乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的區別:
比較內容
乳腺生物反應器
工程菌
含義
指讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異性表達,利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白
指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系
受體基因結構與人類基因結構差異
動物基因結構與人類的基因結構基本相同
細菌和酵母菌的基因結構與人類有較大差異
基因表達
合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同
細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞
動物受精卵
微生物細胞
目的基因導入方式
顯微注射法
感受態細胞法
生產條件
不需嚴格滅菌;溫度等外界條件對其影響不大
需嚴格滅菌,嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取
從動物乳汁中提取
從微生物細胞或其培養液中提取
生產設備
畜牧業生產、提取設備
工業生產,設備精良
【特別提醒】目的基因的來源
來自其他生物的能表現出優良性狀的外源基因,并不都是來自細菌、病毒等微生物,如抗凍蛋白基因來自魚類。
　科學家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品。大致過程如圖所示。下列有關說法錯誤的是
(　　)
A.通過③形成的重組質粒具有人的藥用蛋白基因、乳腺中特異表達的基因的啟動子、終止子和標記基因等
B.④通常采用農桿菌轉化法
C.在轉基因母牛的乳腺細胞中人的藥用蛋白基因才會得以表達,因此可以從乳汁中提取藥物
D.該技術生產藥物的優點是產量高、質量好、易提取
【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。要讓藥用蛋白基因在乳腺細胞內表達并分泌含藥物的乳汁,重組質粒上還必須具有乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控組件,A項正確;轉基因動物通常利用的受體細胞是受精卵,采用顯微注射技術,B項錯誤;只有母牛到達泌乳期,乳腺細胞才會表達相應的藥用蛋白基因,乳汁中含有藥物,C正確;從乳汁里提取藥物,優點突出,使動物本身成為“批量生產藥物的工廠”,D項正確。
【素養·探究——母題追問】
　(1)科學思維——演繹與推理
培育轉基因牛,為什么不選用體細胞而選用受精卵作為受體細胞?
提示:動物已分化的體細胞全能性受到限制,而受精卵分化程度低,全能性容易表達。
(2)科學思維——批判性思維
某同學認為過程①②獲得的精子和卵母細胞可以直接受精獲得受精卵,你認為他的說法對嗎?說明你的理由。
提示:不正確,精子需要獲能,卵母細胞需要發育到MⅡ才能具有受精的能力。
【素養·遷移】
　下列有關動物基因工程的說法,錯誤的是
(　　)
A.將外源生長激素基因導入動物體內可提高動物生長速率
B.將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組中,使獲得的轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低
C.利用基因工程技術,得到的乳腺生物反應器可以解決很多重要的藥品的生產問題
D.用轉基因動物作為器官移植的供體時,由于導入的是調節因子,而不是目的基因,因此無法抑制抗原的合成
【解析】選D。用轉基因動物作為器官移植的供體時,可將器官供體基因組導入某種調節因子,以抑制抗原決定基因的表達,或設法除去抗原決定基因,再結合克隆技術,培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆器官。
【補償訓練】
　　在實驗室里用四環素培育轉基因的雄性蚊子,這些蚊子與雌性蚊子交配的后代也需要四環素才能生存,但在環境中不可能找到,于是會慢慢死去。該技術有望減少登革熱等疾病的發生。下列關于該技術的說法正確的是
(　　)
A.轉基因技術能定向改變蚊子的基因,屬于基因突變
B.該轉基因蚊子屬于新的物種
C.需要四環素才能生存這一特性是基因和環境共同作用的結果
D.該技術的其中一個環節是構建基因表達載體,需要用到限制酶和DNA聚合酶
【解析】選C。轉基因技術能定向改變蚊子的基因,屬于基因重組,A項錯誤;該轉基因蚊子具有新的基因,但仍能與雌性蚊子交配產生后代,沒有出現生殖隔離,所以不屬于新的物種,B項錯誤;由于產生的后代需要四環素才能生存,說明這一特性是基因和環境共同作用的結果,C項正確;該技術的其中一個環節是構建基因表達載體,需要用到限制酶和DNA連接酶,D項錯誤。
【課堂回眸】
課堂檢測·素養達標
【概念·診斷】　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.基因工程20世紀70年代興起后,得到飛速的發展,在農牧業、醫藥衛生和食品工業等方面展示了廣闊的前景,下列有關描述正確的是________。?
①轉基因抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌
②利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品,如人的血清白蛋白、生長激素等
③科學家利用基因工程技術除去抗原決定基因培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官
④應用工程菌生產乙肝疫苗,在制造該工程菌時,應向酵母菌中導入乙肝病毒的表面抗原基因
⑤“轉基因植物”是指植物體細胞中出現了新基因的植物
【解析】選②③④。轉基因抗蟲棉具有抗蟲的特性,但不具有抗病毒、細菌和真菌的特性,①錯誤;利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品,如人的血清白蛋白、生長激素等,②正確;科學家利用基因工程技術除去抗原決定基因或者導入抑制因子抑制抗原決定基因的表達,培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官,③正確;應用工程菌生產乙肝疫苗,在制造該工程菌時,應向酵母菌中導入乙肝病毒的表面抗原基因,使工程菌能夠合成乙肝病毒的表面抗原,④正確;“轉基因植物”是指利用基因工程獲得的植物體,植物體出現新基因不一定是轉基因植物,如基因突變產生新基因的植物不是轉基因植物,⑤錯誤。
2.動物基因工程前景廣闊,最令人興奮的是利用基因工程技術使哺乳動物成為乳腺生物反應器,以生產所需要的藥品,如轉基因動物生產人的生長激素。科學家培養轉基因動物成為乳腺生物反應器時
(　　)
A.僅僅利用了基因工程技術
B.不需要乳腺中特異表達的基因的啟動子
C.利用農桿菌轉化法將人的生長激素基因導入受精卵中
D.需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”
【解析】選D。科學家培養轉基因動物時除涉及基因工程外,還涉及其他現代生物技術;生產生長激素時需要將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起,通過顯微注射技術導入哺乳動物的受精卵中,然后將受精卵送入母體內使其生長發育成轉基因動物。因為藥物是伴隨乳汁產生的,所以要進入泌乳期才能批量生產。
3.下列有關目的基因的操作能夠改善畜產品品質的是
(　　)
A.將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內
B.將腸乳糖酶的基因導入奶牛的基因組
C.將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達
D.將Bt毒蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現表達
【解析】選B。將草魚的生長激素基因導入鯉魚體內是提高鯉魚的生長速率;導入腸乳糖酶基因的奶牛的牛奶中乳糖含量少,改善了牛奶的品質;將人血清白蛋白的基因改造后在山羊的乳腺中表達是乳腺生物反應器的應用;Bt毒蛋白基因是抗蟲基因,能夠提高植物的抗性。
4.2020年5月22日國際醫學權威期刊《柳葉刀》上發表了新冠病毒疫苗1期臨床試驗的成果。該試驗是由陳薇院士等人領銜的團隊開展的研究,試驗中使用的疫苗是一種腺病毒載體重組新冠病毒疫苗(基因重組疫苗),該疫苗接種108名健康的成年志愿者后,在志愿者體內均產生了特定的免疫應答。下列敘述正確的是
(　　)
A.該疫苗的制備不需要用到DNA連接酶
B.志愿者接受重組新冠病毒疫苗的接種后,體內產生被動免疫
C.主要通過檢測志愿者體內新冠病毒的含量來評價試驗的有效性
D.相對于普通人來說,對腺病毒已具有免疫力的個體使用該疫苗的效果要差
【解析】選D。重組基因疫苗需要將腺病毒的基因和新冠病毒的基因進行連接,所以需要DNA連接酶,A錯誤;疫苗刺激機體產生特異性免疫屬于主動免疫,B錯誤;接種疫苗后,主要通過檢測志愿者體內新冠病毒的抗體來評價試驗的有效性,C錯誤;由于重組病毒含有腺病毒的抗原,所以對腺病毒已具有免疫力的個體使用該疫苗的效果比普通人要差,D正確。
5.(2020·浙江7月選考)下列關于基因工程的敘述,正確的是
(　　)
A.若受體大腸桿菌含有構建重組質粒時用到的限制性核酸內切酶,則一定有利于該重組質粒進入受體并保持結構穩定
B.抗除草劑基因轉入某抗鹽植物獲得2個穩定遺傳轉基因品系,抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉入無關
C.抗除草劑基因轉入某植物獲得轉基因植株,其DNA檢測均含目的基因,抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達了抗性蛋白而后者只表達抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分開成不同條帶,相同分子量的為一條帶。用某種限制性核酸內切酶完全酶切環狀質粒后,出現3條帶。表明該質粒上一定至少有3個被該酶切開的位置
【解析】選D。本題主要考查基因工程的內容。若受體大腸桿菌含有構建重組質粒時用到的限制性核酸內切酶,則該酶會對進入受體的重組質粒進行切割,不利于其保持結構穩定,A項錯誤;抗除草劑基因轉入抗鹽植物,獲得了抗除草劑抗鹽品系和抗除草劑不抗鹽品系,不抗鹽品系的產生可能是轉入的抗除草劑基因插入抗鹽基因內,影響其表達造成的,B項錯誤;轉基因植物中均含抗除草劑基因,但存在抗除草劑和不抗除草劑兩種植株,前者表達了抗性蛋白,后者抗除草劑基因可能未轉錄出mRNA,或轉錄出的mRNA未能翻譯成蛋白質,C項錯誤;某種限制性核酸內切酶完全酶切環狀質粒后,出現3條帶,即3種不同分子量DNA,因此環狀質粒上至少有3個酶切位點,D項正確。
【思維·躍遷】
6.科學家將魚抗凍蛋白基因轉入番茄,使番茄的耐寒能力大大提高,可以在相對寒冷的環境中生長。質粒上有PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ四種限制性內切核酸酶切割位點,下圖是轉基因抗凍番茄培育過程的示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因),其中①～④是轉基因抗凍番茄培育過程中的相關步驟,甲、乙表示相關結構或細胞。請據圖作答:
(1)在構建重組DNA時,可用一種或多種限制性內切核酸酶進行切割,為了避免目的基因和載體在酶切后產生的末端發生任意連接,在此實驗中應該選用限制性內切核酸酶______________分別對魚抗凍蛋白基因和質粒進行切割,切割后產生的DNA片段分別為____________、__________種。?
(2)基因工程中核心步驟是__________(填序號),該步驟的目的是____________
______________________________________。為了使目的基因正常表達,其首端必須有啟動子,它是______________識別和結合的部位。若限制酶切出了平末端,要選擇______________(填“E.coli
DNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)進行連接。?
(3)圖中將魚抗凍蛋白基因導入番茄細胞的方法稱為______________。它是利用載體Ti質粒中含有__________________,可以將目的基因整合到宿主細胞的染色體上。?
【解析】(1)據圖分析,魚的抗凍蛋白基因(目的基因)上具有三種限制酶切割位點,PstⅠ酶的切割位點位于目的基因的兩側,SmaⅠ酶的切割位點位于目的基因的左側,而
AluⅠ酶的切割位點位于目的基因的中央,因此不宜選用
AluⅠ酶;質粒上有
PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ四種限制酶切割位點,因此應該選擇
PstⅠ、SmaⅠ
分別切割目的基因和質粒,切割后目的基因所在的
DNA
產生
4
種DNA
片段,質粒產生
2
種
DNA
片段。
(2)圖中①～④分別表示:基因表達載體的構建、目的基因導入受體細胞、脫分化、再分化。基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建,即圖中的①步驟,目的是使目的基因穩定存在并能遺傳下去,使目的基因能表達及發揮作用;基因表達載體中的啟動子是
RNA聚合酶識別和結合的位點;T4
DNA
連接酶可以連接平末端。
(3)將目的基因導入番茄細胞等植物細胞常用農桿菌轉化法,利用載體
Ti
質粒中含有
T-DNA,可以將目的基因整合到宿主細胞的染色體上。
答案:(1)PstⅠ、SmaⅠ　4
　2
(2)①　使目的基因穩定存在并能遺傳下去,使目的基因能表達及發揮作用　RNA
聚合酶　T4
DNA連接酶
(3)農桿菌轉化法　T-DNA
【拓展·探究】
7.冠狀病毒是一類具有包膜的RNA病毒,某些冠狀病毒如新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)會感染人類并引起呼吸綜合征。應對傳染性強的病毒感染,需要靈敏的檢測試劑盒及免疫效果持久的疫苗。最新的疫苗開發技術是核酸疫苗(包括DNA疫苗和RNA疫苗),其制作流程如圖所示。
(1)新型冠狀病毒流行期間,建議市民外出一定要戴口罩,其目的是________。(多選)?
A.控制傳染源
B.切斷傳播途徑
C.防止病原體擴散
D.發揮非特異性免疫作用
(2)如圖新型冠狀病毒標出的四種結構中,最先激活免疫系統的是________
____________。(用圖中的字母做答)?
(3)在DNA疫苗制備過程中,通常需要使用限制酶切割DNA分子。在如圖所示的限制酶識別序列中,限制酶作用的化學鍵是[　
]____________。?
(4)寫出圖中能表示制備DNA疫苗過程的編號__________。?
(5)DNA或RNA疫苗接種到人體后,其表達產物均會刺激機體產生免疫反應。據圖和所學知識,描述兩者在人體內表達過程的差異______________。?
【解析】(1)傳染病的流行必須具備三個基本環節:傳染源、傳播途徑和易感人群。在這三個環節中,缺少其中的任何一個環節,新的傳染都不會發生。在新型冠狀病毒流行期間,建議市民外出一定要戴口罩的目的是切斷傳播途徑和防止病原體擴散,即B、C正確。(2)如圖新型冠狀病毒標出的四種結構a、b、c、d分別表示表面蛋白質、脂質包膜、衣殼、RNA,其中最先激活免疫系統的是a。(3)限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。據此可知:在如圖所示的限制酶識別序列中,限制酶作用的化學鍵是[e]磷酸二酯鍵。(4)圖中能表示制備DNA疫苗過程的編號是[①]提取病毒的RNA→[②]逆轉錄→[③]構建基因表達載體→[④]將構建的基因表達載體導入受體細胞(大腸桿菌)→[⑥]利用工程菌生產DNA疫苗。(5)DNA疫苗接種到人體后,經歷轉錄和翻譯表達出病毒的抗原結構,而RNA疫苗接種到人體后,直接翻譯出病毒的抗原結構。
答案:(1)B、C　(2)a　(3)[e]磷酸二酯鍵
(4)①②③④⑥
(5)DNA疫苗接種到人體后,經歷轉錄和翻譯表達出病毒的抗原結構,而RNA疫苗接種到人體后,直接翻譯出病毒的抗原結構
十四　基因工程的應用　　　　　　　　　
　(20分鐘·70分)
一、選擇題(共6小題,每小題5分,共30分)
1.能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是
(　　)
A.單倍體育種
B.雜交育種
C.基因工程育種
D.多倍體育種
【解析】選C。要讓動物蛋白在植物體內表達,必須將控制動物蛋白合成的相關基因導入植物細胞中并讓其表達,因此需要通過基因工程技術才能實現。
2.上海醫學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法,使轉基因動物乳汁中的藥用蛋白含量提高了30多倍。下列有關敘述正確的是
(　　)
A.“轉基因動物”是指體細胞中出現了新基因的動物
B.“提高基因的表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因
C.只在轉基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白,是因為人白蛋白基因只在牛乳腺細胞中是純合的
D.轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因,但不發生轉錄、翻譯,故不能合成人白蛋白
【解析】選D。轉基因動物是指細胞中被轉入了外源基因的動物,并非出現新基因,故A錯誤;“提高基因的表達水平”是指增強白蛋白基因的表達,白蛋白基因數目沒有增多,故B錯誤;“轉基因動物”一般用到的受體細胞是受精卵,發育個體的幾乎所有細胞中都有相同的外源基因,故C錯誤;轉基因牛的白蛋白基因也是選擇性表達的,在肌肉細胞中不能表達,故D正確。
3.下列有關植物基因工程的成果的敘述正確的是
(　　)
A.轉基因抗蟲棉改善了作物的品質
B.將毒素蛋白基因直接導入水稻的受精卵,可以得到抗蟲水稻
C.轉入調節細胞滲透壓的基因,有利于植物抗鹽堿、抗干旱
D.植物細胞中沒有質粒,所以不能利用質粒作為植物基因工程的載體
【解析】選C。轉基因抗蟲棉使作物獲得了抗蟲特性,但沒有改善作物的品質,A錯誤;將目的基因導入受體細胞前需要先構建基因表達載體,B錯誤;轉入調節細胞滲透壓的基因,有利于植物抗鹽堿、抗干旱,C正確;可以利用質粒作為植物基因工程的載體,D錯誤。
4.轉基因食品已大量進入我們的日常生活,如轉基因西紅柿、轉基因草莓等,涉及的問題甚至關系到國家之間的貿易競爭。下列關于轉基因大豆的敘述不正確的是
(　　)
A.培育過程中可能用到抗病、抗蟲等抗性基因
B.目的基因的受體細胞可以是大豆受精卵,也可以是體細胞
C.轉基因大豆的種植過程中減少了農藥等的使用量,生產成本更低
D.固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一
【解析】選D。植物基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病等),因此在轉基因大豆的培育過程中,有可能用到了抗蟲、抗病等抗性基因提高大豆的抗病蟲能力,選項A正確;由于大豆細胞具有全能性,因此無論是受精卵還是體細胞都可以作為受體細胞,使目的基因導入后隨之遺傳,選項B正確;轉基因大豆由于抗逆能力提高,自身具有抗蟲特性,因此可以減少殺蟲農藥的使用量,降低生產成本,選項C正確;轉基因大豆相比普通大豆而言,其品質得到明顯改良,可能轉入了抗蟲、抗病等基因提高了抗逆性。轉入固氮基因對于改善大豆的品質沒有明顯作用,因此無須將固氮基因作為目的基因,選項D錯誤。
5.科學家在河南華溪蟹中找到了金屬硫蛋白基因,并以質粒為載體,采用轉基因方法培育出了硫吸收能力極強的轉基因煙草。下列有關該煙草培育的說法正確的是
(　　)
A.金屬硫蛋白基因需插入質粒上,才能轉移到受體細胞中
B.需用特定的限制酶切割煙草的核酸
C.同種限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段,又可以切割質粒,因此不具有專一性
D.轉基因煙草與原煙草相比基因組成發生了變化,導致兩者出現生殖隔離
【解析】選A。金屬硫蛋白基因需插入質粒上,才能轉移到受體細胞中,A正確;在基因工程中,需用特定的限制酶切割目的基因和運載體,而不是切割煙草的核酸,B錯誤;限制酶具有專一性,能識別特定的脫氧核苷酸序列,C錯誤;轉基因煙草與原煙草之間一般不會出現生殖隔離,D錯誤。
6.目前人類利用基因工程的方法成功培育出轉基因抗蟲棉,以下說法正確的是
(　　)
A.蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后直接進入棉花的葉肉細胞表達
B.抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后,即可通過傳粉、受精,使抗蟲性狀遺傳下去
C.標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因
D.轉基因抗蟲棉即使經過多代種植,棉鈴蟲也不會產生抗性,這樣可以有效消滅棉鈴蟲
【解析】選C。蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因與質粒結合后,需要將重組質粒先導入農桿菌,運用農桿菌轉化法將目的基因導入棉花的葉肉細胞中再表達,選項A錯誤;抗蟲基因導入棉花葉肉細胞后,只有將葉肉細胞通過植物組織培養才可將該基因傳給后代,由于生殖細胞中無抗蟲基因,憑借傳粉、受精的有性生殖方法無法將其抗蟲性狀遺傳給后代,選項B錯誤;標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來,選項C正確;轉基因抗蟲棉經過多代種植后,棉鈴蟲可能會產生抗性,使抗蟲效果有所下降,選項D錯誤。
二、非選擇題(共2小題,共40分)
7.(20分)新冠病毒是RNA病毒,對其進行檢測的方法有兩種:核酸檢測和抗原—抗體雜交檢測。如圖表示新冠病毒核酸檢測的部分流程。
(1)以病毒的RNA為模板通過①____________________過程合成cDNA,再對cDNA進行PCR擴增,整個過程為RT-PCR。?
(2)進行
RT-PCR需要加入的酶是________________和________________。?
(3)一次病毒核酸檢測歷時需16小時,為了快速檢測可采用抗原—抗體雜交,這一技術的關鍵是要生產出能與新冠病毒結合的特異性抗體。首先向小鼠體內注射________________,從小鼠的________________(器官)中獲取已免疫的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,經過多次______________獲得能產生特定抗體的雜交瘤細胞,培養后分離提純,從而獲得大量抗體。該抗體的優點有:_______
_______________________,請舉出兩例這種抗體在現實中的兩大具體應用:______________________________。?
【解析】(1)以RNA為模板合成DNA的過程為逆轉錄或反轉錄,故題圖中以病毒的RNA為模板合成cDNA的過程為①逆轉錄,再對cDNA進行PCR擴增,這項技術稱為RT-PCR。
(2)RT-PCR是擴增DNA的過程,因為加入的模板是RNA,故需要加入的酶是逆轉錄酶和Taq酶。
(3)若采用抗原—抗體雜交技術進行病毒檢測,需要制備能與新冠病毒結合的特異性抗體,單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高且能夠大量制備的優勢,故設計的思路是設法獲得能產生該特異性抗體的雜交瘤細胞,步驟如下:①向小鼠體內注射新冠病毒的抗原蛋白(或滅活的新冠病毒),目的是要獲得能產生特異性抗體的效應B細胞;②從免疫小鼠的脾臟中提取B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,經多次篩選獲得能產生特異性抗體的雜交瘤細胞;③將雜交瘤細胞在體外條件下做大規模培養或注射到小鼠腹腔內增殖,從培養液或小鼠腹水中可以提取大量的單克隆抗體。該抗體具有特異性強、靈敏度高、并可大量制備等優點。單克隆抗體可以作為診斷試劑、用于治療疾病和運載藥物等實際應用。
答案:(1)逆轉錄(反轉錄)
(2)逆轉錄酶　Taq酶(熱穩定性強的DNA聚合酶)
(3)新冠病毒的抗原蛋白(或滅活的新冠病毒)　脾臟(免疫器官)　篩選　特異性強、靈敏度高、并可大量制備　作為診斷試劑、用于治療疾病和運載藥物
8.(20分)在某些深海魚中發現的抗凍蛋白基因afp對提高農作物的抗寒能力有較好的應用價值。如圖所示是獲得轉基因萵苣的技術流程,請據圖回答下列問題:
(1)獲取目的基因的主要途徑包括從自然界已有的物種中分離和________
________________。?
(2)①過程需要的酶有__________、__________。?
(3)如果受體細胞C1是土壤農桿菌,則將目的基因導入它的__________上,使目的基因進入受體細胞C2,并將其插入受體細胞C2中__________上,使目的基因的遺傳特性得以穩定維持和表達,形成轉基因萵苣,經②過程獲得的轉基因萵苣中的目的基因是否表達,在分子水平上可用__________法進行檢測,如果出現雜交帶,說明目的基因已經表達蛋白質產品,轉基因萵苣培育成功。?
(4)基因工程的應用除了以上之外還有很多,如用轉基因動物作器官移植的供體,其主要優點是避免__________反應。?
【解題關鍵】解答本題需關注以下兩點:
(1)圖示信息:過程①表示基因表達載體的構建;“受體細胞C1”表示土壤農桿菌細胞;“受體細胞C2”表示植物細胞。
(2)關鍵信息:將目的基因導入植物受體細胞最常用的方法是土壤農桿菌轉化法。
【解析】(1)目的基因的獲取可采取直接分離的方法,也可以采用人工方法合成,人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。
(2)提取目的基因需限制酶,將目的基因與載體結合需DNA連接酶,故①過程需要的酶有限制酶和DNA連接酶。
(3)將目的基因導入植物受體細胞最常用的方法是農桿菌轉化法,將目的基因導入它的Ti質粒的T-DNA上,使目的基因進入受體細胞C2,并將其插入受體細胞C2中染色體DNA上,使目的基因的遺傳特性得以穩定維持和表達,形成轉基因萵苣。檢測目的基因是否翻譯成蛋白質,方法是從轉基因生物中提取蛋白質,用相應的抗體進行抗原—抗體雜交。
(4)基因工程的應用還有很多,如用轉基因動物作器官移植的供體,其主要優點是避免免疫排斥反應。
答案:(1)(用反轉錄等方法進行)人工合成
(2)限制酶　DNA連接酶
(3)Ti質粒的T-DNA　染色體DNA
抗原—抗體雜交
(4)免疫排斥
(10分鐘·30分)
1.(6分)科學家將正常的腺苷脫氨酶(ADA)基因轉入缺乏該基因的患者血液的T細胞中,重組T細胞大量增殖后回輸到體內,用于治療嚴重的復合免疫缺陷癥(SCID),過程如下圖所示。下列說法錯誤的是
(　　)
A.圖中的病毒可作為攜帶ADA基因進入T細胞的載體
B.T細胞1是受體細胞,回輸前可能需要對T細胞2嚴格篩選
C.需要在無菌、無毒的環境下培養T細胞1和T細胞2
D.此治療方法較為可靠,患者的T細胞均能合成ADA
【解析】選D。由圖示過程可以看出,以病毒為載體,攜帶人的正常ADA基因進入T細胞1,A正確;從圖示過程可以判斷T細胞1是受體細胞,T細胞2為重組細胞,因基因表達受很多條件影響,回輸前必需對T細胞2進行篩選,篩選出ADA基因能正常表達的T細胞2,B正確;由動物細胞培養的條件可知,在動物細胞體外培養時,首先要保證被培養的細胞處于無菌、無毒的環境,C正確;患者體內的T細胞,有的是來自自身細胞的分化,有的是來自回輸的,只有回輸的T細胞才能合成ADA,D錯誤。
2.(6分)(不定項)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成,科學家將該基因的反義基因導入番茄細胞內,培育轉基因延熟番茄,延長其儲藏期。反義基因的作用機制如圖所示,下列說法正確的是
(　　)
A.有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的
B.乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的是互補的
C.乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達產物,可促進果實成熟
D.因為不存在核糖體,所以無乙烯生物合成酶生成
【解析】選A、B。由圖示可以看出,有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的,A正確;由圖示原理,反義mRNA能夠與乙烯生物合成酶基因轉錄出來的有意義mRNA進行雜交形成雙鏈,并且有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的,所以,可以推測乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的模板鏈是互補的,B正確;乙烯生物合成酶基因的表達產物是酶,可以控制乙烯的合成,乙烯不是其表達產物,C錯誤;翻譯過程是以mRNA為模板合成蛋白質的過程,圖示兩種mRNA雜交在一起進而阻斷了乙烯生物合成酶基因的有意義mRNA的翻譯過程,D錯誤。
【實驗·探究】
3.(18分)(2020·山東等級考)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉,直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻,實現了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯,從而獲得了3個突變品系。
(1)將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時,所需的酶是__________,重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為__________。?
(2)根據啟動子的作用推測,Wx基因啟動子序列的改變影響了____________,從而改變了Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比,3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“發生”或“不發生”)改變,原因是
______________________。?
(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響,科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA(Wx
mRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA,經__________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA,原因是________________________________________。?
(4)各品系Wx
mRNA量的檢測結果如圖所示,據圖推測糯性最強的品系為______________,原因是________________________________________。?
【解析】本題主要考查基因工程的知識。
(1)將目的基因和質粒構建成重組載體時,需要使用的酶是限制性核酸內切酶和DNA連接酶,將重組載體導入受體細胞內并維持穩定表達的過程稱為轉化。(2)啟動子是RNA聚合酶識別并結合的位點,Wx啟動子序列的改變會影響RNA聚合酶與啟動子識別和結合,從而影響基因的轉錄過程。根據題意可知,該基因工程中編輯的是啟動子序列,而啟動子序列不參與編碼直鏈淀粉的氨基酸,因此3種突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉的氨基酸序列不發生改變。(3)以細胞中的RNA為原料合成cDNA的過程需經逆轉錄過程,PCR技術能擴增DNA分子中特定片段的目的基因,原因是引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的,而PCR技術擴增的是處于兩種引物之間的DNA序列。(4)根據圖示可知,品系3的Wx
mRNA最少,控制合成的直鏈淀粉合成酶最少,直鏈淀粉合成量最少,糯性最強。
答案:(1)限制性核酸內切酶和DNA連接酶　
轉化
(2)RNA聚合酶與啟動子識別和結合　不發生　
編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動子　
(3)逆轉錄　引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的
(4)品系3　
品系3的Wx
mRNA最少,控制合成的直鏈淀粉合成酶最少,直鏈淀粉合成量最少,糯性最強
【補償訓練】
　　我國科學家屠呦呦因青蒿素的研究榮獲2015年諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素是目前世界上最有效的治療瘧疾藥物,為青蒿植株的次級代謝產物,其化學本質是一種萜類化合物,其生物合成途徑如圖1所示。正常青蒿植株的青蒿素產量很低,難以滿足臨床需求,科學家為了提高青蒿素產量,將棉花中的FPP合成酶基因導入了青蒿植株并讓其成功表達,獲得了高產青蒿植株,過程如圖2所示。
(1)研究人員從棉花基因文庫中獲取FPP合成酶基因后,可以采用____________技術對該目的基因進行大量擴增,該技術除了需要提供模板和游離的脫氧核苷酸外,還需要提供__________________、____________________等條件。
(2)圖2中的①為____________________,形成過程中需要________________等;棉花FPP合成酶基因能夠和質粒連接成①的主要原因是__________________
________________________。(3)若②不能在含有抗生素Kan的培養基上生存,則原因是______________________。
(4)由題意可知,除了通過提高FPP的含量來提高青蒿素的產量外,還可以通過哪些途徑來提高青蒿素的產量?(試舉一例)__________________。
【解析】(1)PCR技術可在體外快速擴增目的基因,PCR的條件:模板(目的基因)、原料(四種脫氧核苷酸)、引物、熱穩定DNA聚合酶。(2)圖2中的①為構建的基因表達載體(重組質粒),形成過程中需要限制酶切割目的基因和載體,再用DNA連接酶連接。由于切割棉花FPP合成酶基因和質粒后,具有相同的黏性末端,兩者能夠連接成①基因表達載體。(3)重組質粒中含有標記基因,若②不能在含抗生素Kan的培養基上生長,說明重組質粒未導入農桿菌。(4)據圖分析可知,FPP在ADS基因表達的情況下,生成青蒿素,或者抑制SQS基因的表達,降低FPP生成其他萜類化合物的量,因此要提高青蒿素的產量,可以通過抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)這些途徑。
答案:(1)PCR　引物　熱穩定DNA聚合酶
(2)基因表達載體(重組質粒)　限制酶和DNA連接酶　切割后具有相同的黏性末端
(3)重組質粒沒有導入農桿菌
(4)抑制SQS基因的表達(或增強ADS基因的表達)?

展開更多......

收起↑