【高中生物】《生物技术及工程》第3章 第2节 基因工程的基本操作程序（附练习及应用答案）

第3章 基因工程

第 2 节 基因工程的基本操作程序

到社会中去

提示：参见本节正文中的内容。（P76） 

旁栏思考题

mRNA 不可以直接扩增，需要将它逆转录成 cDNA 再进行扩增。由 mRNA 逆转录形成 cDNA 的过程是：

第一步，逆转录酶以 RNA 为模板合成一条与 DNA 链，形成 RNA-DNA 杂交分子。第二步，核酸酶 H 降解 RNA-DNA 杂交分子中的使之变成单链 DNA。

第三步，以单链 DNA 为模板，在 DNA 聚合酶的作用下合成另 DNA 链，形成双链 DNA 分子(图 3-1)。

 旁栏思考题 

有人采用总 DNA 注射法进行遗传转化，即将一个生物的总 DNA 提取出来，花粉管通道法导入受体植物，没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气也无法确定哪些基因导入了受体植物。（P80）

1. 提示：这是一个开放性的问题，需要学生查找资料来回答。随着田间监测数据的更科研论文发表 ，每年学生获得的证据是不一样的。例如，科研人员对长江流域种植的抗虫棉进行了监测，2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中抗及高抗水平；2013 年的数据表明，如果棉田周围存在大量天然庇护所，靶标害虫棉铃虫、红铃虫等基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度等国的多个实验室中，通过毒抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转基因抗虫棉品种。教师要注意引导学生搜集的证据，如科研论文、权威的官方报道等。（P83）

2. 科研人员想出的延缓棉铃虫对 Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有很多，主要可以分为几个方面。

(1) 基因策略。该策略是在分子水平上提高转基因抗虫棉的抗虫性和抗虫持久性，包括在棉花中转入多个杀虫基因、构建组织特异性表达的启动子、提高杀虫基因的表达量等。例如，最早种植的抗虫棉中只转入了一种 Bt基因，抗性比较单一；现在经常将两种或两种以上的 Bt基因(如 CrylAa和 CryIAc基因)同时转入棉花细胞，这样既可以提高杀虫活性，又可以延缓害虫抗性的产生和发展，还可以通过不同基因间的互补作用扩大抗虫范围。

(2) 田间策略。这是在种植时采取的措施，如提供庇护所、与其他作物轮作或套种等。

例如，在澳大利亚和美国等地普遍采取的措施是在转基因棉田中，总面积的 4%种植不使用任何杀虫剂的非转基因棉花，或在转基因棉田周围种植 20%~30%面积的可使用化学杀虫剂的非转基因棉花；在印度， 一些地区要求，在转基因棉田周围至少种植 5 行或者 20%面积的非转基因棉花。我国除新疆棉区及大型农场需设计专门的庇护所外，其他棉区如长江、黄河流域棉区多采用多种作物混作的耕作制度(如将转基因抗虫棉与番茄、向日葵、高粱、玉米、辣椒等棉铃虫寄主作物混作)，这些作物可以构成天然的庇护所， 一般无须种植非转基因棉花作为庇护所。这样做的原理是为少部分害虫提供一个正常的取食环境，始终保持一定的敏感目标害虫种群。这样，即使目标害虫对转基因抗虫棉产生了抗性，但是因为其与敏感目标害虫交配，后代抗性基因会发生分离，所以抗性目标害虫的种群也不至于迅速增加。

(3) 国家宏观调控策略。该策略包括实施分区种植管理、加强抗性监测、进行严格的安全性评价等。（P83）

练习与应用

一、概念检测

1．(1)√(2)× (3)× （P83）

2．D（P83）  

二、拓展应用

1．外源基因插入基因组中可能为单位点插入，或者同一染色体多位点插入，或者不同染色体多位点插入。大多数情况下，插入的位点难以做到定点插入；插入的拷贝数也是随机的。因此，外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。例如，科研人员在对转 GUS 基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的烟草进行基因表达分析时，发现部分转基因植株的染色体 DNA 中整合了多个拷贝的基因，从而导致 GUS 基因失活。除此之外，外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。（P83） 

2．(1)ctrl 基因和 psy 基因；Pmi 基因；将目的基因送入水稻细胞。（P83）

(2) 不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的识别序列，限制酶可能将它切断。（P83）

(3) 提示：维生素 A在人体内具有非常重要的生理功能，对视力、骨骼生长、免疫功能等都有调节作用。但是，人体不能合成维生素 A，需要从食物中摄取。维生素 A缺乏症是南亚地区常见的由营养不良导致的疾病，该地区的居民一般以籼稻作为主食。β-胡萝ト素是维生素 A的前体，在人体内它可以转化为维生素 A。因此，科学家将两个参与 β-胡萝ト素合成的酶的基因转入了籼稻中，使其胚乳中富含 β-胡萝ト素，期望让人们通过日常食用主食就能补充足够量的维生素 A，从而降低维生素 A缺乏症的患病率。关于“是否要推广“黄金大米””的争论主要围绕其安全性、有效性等方面展开。在学生交流讨论的过程中， 教师要注意引导他们理性地表明观点和参与讨论。（P83）

探究•实践

1. 可以通过在紫外灯下直接观察 DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。（P85）

2. 如果扩增不成功，可能的原因有： 漏加了 PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体；退火温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。（P85）