基因工程

默然好 2011-03-04

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典型例题

　　1．在基因工程中不会出现（）

　　A．DNA连接酶将黏性末端的碱基连接起来

　　B．限制性内切酶用于目的基因的获得

　　C．目的基因须有运载体导入受体细胞

　　D．人工合成目的基因不用限制性内切酶

　　【解析】基因工程中两个DNA分子的黏性末端的碱基间通过碱基互补配对的方式结合起来，但DNA分子的骨架——糖与磷酸的连接还未接上，DNA连接酶的作用就是使这个断裂处连接起来，因此A的说法是错误的，在基因工程中不会出现。

　　【答案】A

　　2．要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（）

　　①限制酶 ②连接酶

　　③解旋酶 ④还原酶

　　A．①② B．③④

　　C．①④ D．②③

　　【解析】目的基因与对应的运载体结合起来的过程是：先用限制酶分别处理目的基因和运载体，使之露出相同的黏性末端；将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处，再用DNA连接酶将处理好的目的基因和运载体的黏性末端接好，就完成了基因的重组。

　　【答案】 A

　　3．下列有关质粒的叙述，正确的是（）

　　A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器

　　B．质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子

　　C．质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制

　　D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的

　　【解析】

　　解答该题应从如下二个方面入手分析：

　　①质粒是一个小型的环状DNA分子，它可以进入细菌细胞，存在于细胞内，但它不足宿主细胞的细胞器。

　　③质粒是一个重要的运载体，通常利用质粒与目的基因结合，形成重组质粒，而后导入细菌细胞。

　　解答该题容易出现的思维障碍是把质粒看做细菌细胞中的一个细胞器。排除障碍要认清质粒仅是一个环状的DNA分子，不是细菌细胞结构的重要组成部分。

　　【答案】 B

　　4．下列不属于获取目的基因的方法是（）

　　A．“鸟枪法”

　　B．转录法

　　C．反转录法

　　D．根据已知氨基酸序列合成法

　　【解析】解答该题应从如下两个方面入手分析：

　　①获取目的基因的途径有两条：一条是直接分离基因，另一条是人工合成基因。直接分离基因也就是“鸟枪法”；人工合成基因又有两条途径，一条是“逆转录法”，另一条是根据已知的氨基酸序列合成基因。

　　②所谓转录是指以DNA的一条链为模板，遵循碱基互补配对原则，合成信使RNA的过程。此过程不能获得DNA（基因）。

　　解答该题容易出现的思维障碍是把几种获取的目的基因的途径混淆。

　　排除障碍可采取下列方法：

　　1．明确“鸟枪法”与“人工合成法”的不同。“鸟枪法”是从原有DNA分子中直接分离目的基因，盲目性大，工作量大；“人工合成基因法”是在人为作用下有目的的合成基因，目的性强，盲目性小。

　　2．区分“转录”与“逆转录”。转录是以DNA为模板形成信使RNA的过程；逆转录是以RNA为模板形成DNA的过程。

　　【选题角度】

　　本题考查的知识是基因操作的四步骤，考查了能力是获取信息的能力、应用基础知识连续实际，解决实际问题的能力。本题的第1、2两小问考查了对书本介绍过有关基因工程的基础知识的掌握情况，后面的几个问题则需要有一定的综合能力，才能分析出正确答案。

　　【答案】 B

　　5．如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：

　　（1）人工获得目的基因的途径一般有哪两条？

　　（2）如何将目的基因和质粒相结合形成重组质粒（重组DNA分子）？

　　（3）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高；导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。此处可以通过如下步骤来鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就是导入了质粒A或重组质粒，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是。

　　（4）若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是。原因是。

　　（5）导入细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么？

　　【解析】此题是对基因操作四步骤比较全面的考查，而且注意联系实际。

　　（1）据课本内容可知，人工获得目的基因的两条途径是：①将从细胞中提取分离出的以目的基因为模板转录为成的；②据蛋白质中氨基酸序列 mRNA中碱基序列 DNA碱基序列目的基因。

　　（2）将目的基因和质粒相结合形成重组质粒的过程是：①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；②用同种限制酶切断目的基因，产生相同的粘性末端；③将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。

　　（3）检测质粒或重组质粒是否导入受体细胞，均需利用质粒上某些标记基因的特性，即对已经导入质粒或重组质粒处理的、本身无相应特性的受体细胞进行检测，根据受体细胞是否具有相应的特性来确定。本题利用质粒上抗四环素和抗氨苄青霉素这两个特性以及它们在质粒上的位置进行目的基因是否导入受体细胞的检测。抗氨苄青霉素这种选择培养基培养经过导入质粒处理的受体细胞，凡能生长的则表明质粒导入成功；不能生长的则无质粒导入。

　　（4）抗四环素基因不仅在质粒上，而且它的位置正是目的基因插入质粒之处，因此有目的基因插入质粒形成重组质粒时，此处的抗四环素基因的结构和功能就会被破坏，当然含重组质粒的受体细胞就不能在含四环素的培养上生长，而质粒上无目的基因插入的，四环素基因结构是完整的，这种受体细胞就能在含四环素的培养基上生长。

　　（5）基因成功表达的标志是受体细胞通过转录、翻译过程合成出相应的蛋白质，即人的生长激素。

　　【答案】（1）、（2）、（5）见以上解析。

　　（3）普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因。

　　（4）现象：有的能生长，有的不能生长。原因导普通质粒A的细菌能生长，因为普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插入在抗四环素基因中，结构被破坏。

　　6．下列有关基因工程技术的叙述，正确的是（）

　　A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体

　　B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列

　　C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快

　　D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达

　　【解析】此题考查基因的操作工具、目的基因表达等知识。解答此类题目须明确以下三方面知识：（1）基因操作的工具有限制酶、连接酶；（2）一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，不同的限制酶识别的核苷酸序列不同；（3）运载体是基因的运输工具；（4）目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程；（5）导入受体细胞中的目的基因主要是为了表达，生产目的基因的产物，因此能够快速繁殖是选择受体细胞的重要条件之一。

　　据以上分析，A、B、D选项的说法均不正确，应选C。

　　解答此类题目易出现的思维障碍是：①审题不严，把运载体当成基因工程的工具酶；②存在一定的思维定势，脑海中只有细菌的质粒可作运载体，忽略了细菌也是常用的受体细胞之—这一知识。

　　排除障碍的方法是：

　　①严格审题；

　　②学习中多采用对比、归纳等思维方法，消除思维定势。

　　【答案】C

　　7．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．用于检测疾病的医疗器械

　　B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子

　　C．合成球蛋白的DNA

　　D．合成苯丙羟化酶的DNA片段

　　【解析】此题考查基因工程在诊断疾病方面的应用，解答此类题目须明确：基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。

　　根据以上分析：A、D、C选项均不是对基因探针的正确描述，应选B。

　　解答此类题目易出现的障碍是：对基本的概念，记不清楚，与干扰项混淆。

　　排除障碍的方法是：在理解基本概念的基础上，正确记忆。

　　【答案】 B

　考点1 DNA重组技术的基本工具

　　例1.基因工程要用到的操作工具——限制性核酸内切酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，这体现了酶的（）

A.高效性 B．具有多样性 C.专一性 D．催化活性受外界条件影响

　　解析：酶具有特性之一是具有专一性，它是指一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，这显然体现了酶的专一性。

　　答案：C

　　例2.如图为DNA分子的切割和连接过程：

　　（1）EcoRl是一种酶，其识别序列是，切割点是与之间的键。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接酶，此酶是通过在与之间形成键，而起“缝合”作用的。还有一种连接平末端的连接酶是。

　　解析：本题考查DNA限制酶和DNA连接酶的有关知识。从图中可看出EcoRⅠ限制酶可将DNA片段切割，应为限制酶，其识别序列是GAATTC，切点在G与A之间的磷酸二酯键，切割后产生的是黏性末端。DNA连接酶可将不同来源的DNA片段结合，由图中可看出，此酶是通过在G与A之间形成磷酸二酯键的形式连接两片段，连接的黏性末端，对应前面的EcoRⅠ限制酶，此酶应为 EcoRⅠDNA连接酶，T₄DNA连接酶可连接平末端。

　　答案：（1）限制性核酸内切 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯黏性末端（2）E·coli DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯 T₄DNA连接酶

　　考点2 基因工程的基本操作步骤

　　例3.下列关于基因工程的叙述，正确的是（）

　　A.基因工程常以抗菌素抗性基因作为目的基因

　　B.细菌质粒是基因工程最常用的载体

　　C.通常用一种限制酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNA

　　D.选择目的基因——人胰岛素基因时只能从胰岛B细胞中选取

　　解析：基因工程常以抗菌素抗性基因作为标记基因而不是目的基因；基因工程在实际操作中一定要注意用同一种限制酶来处理目的基因DNA和载体DNA，使它们产生相同的黏性末端；人胰岛素基因在所有细胞中均存在，只是在胰岛8细胞中能够表达，所以理论上在所有细胞中均可以提取，但是，由于只在胰岛8细胞中能够表达，所以在该细胞中较容易通过直接分离或人工合成法获得。

　　答案：B

　　例4.下列不属于基因工程中获取目的基因的方法的是（）

　A.利用DNA合成仪人工直接进行合成

　B.利用PCR技术扩增实现大量生产

　C.利用限制酶在受体细胞中获得

　D.从基因文库中获取

　　解析：获取目的基因的常用方法有直接分离法和人工合成法。目前常用的方法主要有以下几种：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成等等。直接分离法主要是利用限制酶在供体细胞中对DNA分子进行切割，然后再利用特定的方法进行筛选即可获得。

　　答案：C

　　例5.下列技术依据DNA分子杂交原理的是（）

①观察DNA在细胞中的分布 ②检测目的基因是否导入细胞 ③检测目的基因是否完全转录并翻译 ④检测目的基因是否进行转录

A.②③ B.①③ C.②④ D.①④

　　解析：观察DNA在细胞中的分布基本方法是利用甲基绿对细胞中的DNA分子进行染色，再利用显微镜进行观察目的基因是否导入以及是否转录出相应的RNA，一般是利用放射性同位素做标记（标记目的基因），利用DNA分子杂交原理来实现的。最后检测目的基因是否翻译出蛋白质方法很多，一般是利用抗原—抗体杂交的原理来实现的。

　　答案：C

　　例6.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导人目的基因的做法正确的是（）

　　①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中

　　③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵

A．①② B．②③ C．③④ D．①④

　　解析：基因工程一般要经历四个步骤；获取目的基因、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测和鉴定。所以在导人目的基因前，首先要获得目的基因即本题中的编码毒素蛋白的DNA序列，然后要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。完成上述两步以后才将目的基因导人受体细胞即棉的体细胞或受精卵，目的基因导人受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制，所以上述③④操作是正确的。①将毒素蛋白注射到棉受精卵；中，并没有获得目的基因，②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中没有将目的基因与受体细胞结合，所以①②是错误的操作。

　　答案：C

　　例7.下图表示基因工程中基因表达载体的构建过程，据图分析下列问题：

　　（1）从图中可看出，切割质粒和目的基因的限制酶是。

　　（2）插入的目的基因只是结构基因部分，其表达还需要调控序列，因而用作载体的质粒插入部位前须有，后须有。

　　（3）在图中右边的方框内画出甲、乙拼接后形成的重组质粒。

　　解析：（1）切割质粒和目的基因必须使用同一种限制酶，由图中碱基序列为GAATTC可知，使用的限制酶为EcoRⅠ限制酶。（2）一个完整的基因表达载体应包括目的基因、标记基N和启动子、终止子等，启动子和终止子是基因表达的调控序列。（3）按碱基互补配对原则，将切割后的目的基N和质粒连接即可。

答案：（1）EcoRⅠ限制酶（2）启动子终止子

　　考点3 基因工程的应用

　　例8.2003年在中国大地上最惨烈的事件就是“非典”侵袭、肆虐着人体的健康，夺取了许多人宝贵的生命。医院人满为患，“非典”与“发热”、“疑似”混杂在一起，让医生难以区分。我国科学工作者日夜奋战，利用基因工程迅速研制出“非典”诊断盒。其作用机理是（）

　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

　　解析：“非典”系由于“非典”病毒所致，其诊断过程是利用了DNA分子杂交原理，应用“非典”病毒的RNA进行逆转录，可得到DNA探针，再利用DNA探针对血液中的非典”病毒进行诊断；治疗“非典”利用的是抗原一抗体反应，“非典”病毒属于抗原，可引起机体产生免疫反应。

　　答案：B

　　例9.利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。2005年我省青岛“崂山奶山羊乳腺生物反应器的研制”项目通过鉴定，该项目生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类健康。下图为利用生物技术获得生物这一新品种和抗虫棉的过程，据图回答：

　　⑴在基因工程中，A表示，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶区别于其他酶的特点是，B表示。

　　⑵在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因，并采用____ 技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶有______________________________。

　　⑶基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分? 。

　　⑷将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用方法，在②过程中一般采用方法，受体细胞一般是。

　　⑸由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么? 。

　　⑹要确定目的的基因（抗虫基因）导入棉花细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：。

　　解析：主要考查基因工程的工具、步骤和应用。基因工程的工具有限制酶、DNA连接酶、运载体等，其中限制酶具有专一性：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。基因工程包括四个步骤：目的基因的获取、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。目的基因的获取一般有3种途径：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。基因基因的检测与鉴定有四种方法：采用DNA分子杂交技术检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，检测目的基因是否转录出了mRNA，检测目的基因是否翻译成蛋白质，进行个体生物学水平的鉴定（进行抗虫或抗病的接种实验）。

　　答案：⑴目的基因一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的位点上切割DNA分子重组DNA ⑵PCR（聚合酶链式反应）限制酶、DNA连接酶⑶一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。⑷农杆菌转化法显微注射技术受精卵⑸从转基因羊的乳汁中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交如果出现杂交带，表明奶牛中出现了抗原蛋白；如果不出现杂交带，表明奶牛中未出现抗原蛋白。⑹让害虫吞食转基棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状