高考生物一輪復(fù)習(xí) 第十二單元 第41講 基因工程及其安全性課件.ppt

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第十二單元現(xiàn)代生物科技專題 第41講基因工程及其安全性 第十二單元現(xiàn)代生物科技專題 考綱考頻 1 基因工程的誕生 3年1考 2 基因工程的原理及技術(shù) 3年7考 3 基因工程的應(yīng)用 3年8考 4 蛋白質(zhì)工程 3年3考 5 轉(zhuǎn)基因生物的安全性 3年6考 6 生物武器對(duì)人類的威脅 3年3考 第十二單元現(xiàn)代生物科技專題 一 基因工程的概念理解1 供體 提供目的基因 2 操作環(huán)境 3 操作水平 水平 4 原理 基因重組 5 受體 表達(dá)目的基因 6 本質(zhì) 性狀在 體內(nèi)表達(dá) 7 優(yōu)點(diǎn) 克服 障礙 定向改造生物的遺傳性狀 無(wú)菌 DNA分子 受體生物 遠(yuǎn)緣雜交不親和 二 DNA重組技術(shù)的基本工具1 限制性核酸內(nèi)切酶 簡(jiǎn)稱 限制酶 1 來(lái)源 主要是從 生物中分離純化出來(lái)的 2 作用 識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定 并使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi) 3 結(jié)果 產(chǎn)生 或平末端 原核 核苷酸序列 黏性末端 2 DNA連接酶 大腸桿菌 黏性末端和平末端 質(zhì)粒 限制酶切割位點(diǎn) 標(biāo)記基因 PCR技術(shù) 啟動(dòng)子 標(biāo)記基因 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射 DNA分子雜交 分子雜交技術(shù) 抗原 抗體雜交 四 基因工程的應(yīng)用 抗逆 器官移植 五 蛋白質(zhì)工程1 目標(biāo) 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求 對(duì) 進(jìn)行分子設(shè)計(jì) 2 操作手段 基因修飾或基因合成 3 設(shè)計(jì)流程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)應(yīng)有的 序列 找到相對(duì)應(yīng)的 序列 基因 六 轉(zhuǎn)基因生物的安全性1 轉(zhuǎn)基因成果 1 工程菌 DNA重組微生物 2 基因制藥 3 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 4 轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 氨基酸 脫氧核苷酸 生物反應(yīng)器 2 安全性問(wèn)題 1 食物安全 產(chǎn)生毒性蛋白質(zhì) 新的過(guò)敏原 營(yíng)養(yǎng)成分改變 2 生物安全 生物入侵 破壞生物 3 環(huán)境安全 破壞生態(tài)系統(tǒng)的 和人類生活環(huán)境 3 理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù) 1 需要正確的 趨利避害 不能因噎廢食 2 制定符合本國(guó)利益的政策和法規(guī) 最大程度地保證轉(zhuǎn)基因 的安全性 滯后效應(yīng) 多樣性 穩(wěn)定性 社會(huì)輿論導(dǎo)向 技術(shù)和產(chǎn)品 七 禁止生物武器1 種類 病菌 病毒 生化毒劑及經(jīng)過(guò) 的致病菌 2 我國(guó)政府態(tài)度 任何情況下不發(fā)展 不生產(chǎn) 不儲(chǔ)存生物武器 并反對(duì)生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴(kuò)散 基因重組 1 以下關(guān)于基因工程的操作工具的說(shuō)法正確的是 A 所有的限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列B 質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體C 載體必須具備的條件之一是 具有多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn) 以便與外源基因連接D DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵解析 每一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種 或者一類 特定的核苷酸序列 不同的限制性核酸內(nèi)切酶所識(shí)別的核苷酸序列不同 質(zhì)粒是常用的載體 但不是唯一的 DNA連接酶連接的是兩個(gè)被同一限制性核酸內(nèi)切酶切割的DNA片段的切口 互補(bǔ)的堿基之間通過(guò)氫鍵連接 C 2 下圖表示轉(zhuǎn)基因動(dòng) 植物的培育過(guò)程 據(jù)圖分析下列有關(guān)敘述正確的是 A 在獲得目的基因的過(guò)程中 需要使用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具酶B 受體細(xì)胞A B一定均為受精卵C 過(guò)程需要用到胚胎體外培養(yǎng) 胚胎移植等生物技術(shù)D 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞B時(shí)常使用大腸桿菌作為工具去侵染植物細(xì)胞 C 解析 選項(xiàng)A 在獲得目的基因的過(guò)程中 需要使用限制性核酸內(nèi)切酶 但不需要DNA連接酶 說(shuō)法錯(cuò)誤 選項(xiàng)B 受體細(xì)胞A將發(fā)育為轉(zhuǎn)基因綿羊 屬于動(dòng)物細(xì)胞 當(dāng)受體細(xì)胞為動(dòng)物細(xì)胞時(shí) 最常選用的是受精卵細(xì)胞 受體細(xì)胞B將發(fā)育為轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉 屬于植物細(xì)胞 當(dāng)受體細(xì)胞為植物細(xì)胞時(shí) 常常選用的是體細(xì)胞 說(shuō)法錯(cuò)誤 選項(xiàng)C 通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的含有目的基因的受體細(xì)胞 必須經(jīng)過(guò)胚胎體外培養(yǎng)以獲得早期胚胎 再經(jīng)過(guò)胚胎移植技術(shù)在受體子宮中發(fā)育 說(shuō)法正確 選項(xiàng)D 在培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉時(shí) 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞時(shí) 常借助土壤農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞 而非大腸桿菌 說(shuō)法錯(cuò)誤 3 2014 高考天津卷 為達(dá)到相應(yīng)目的 必須通過(guò)分子檢測(cè)的是 A 攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選B 產(chǎn)生抗人白細(xì)胞介素 8抗體的雜交瘤細(xì)胞的篩選C 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉植株抗蟲(chóng)效果的鑒定D 21三體綜合征的診斷 B 解析 根據(jù)受體菌是否對(duì)鏈霉素產(chǎn)生抗性進(jìn)行攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選 不需要分子檢測(cè) A錯(cuò)誤 用特定選擇培養(yǎng)基篩選出的雜交瘤細(xì)胞 還需要進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè) 才能獲得足夠多的能分泌抗人白細(xì)胞介素 8抗體的雜交瘤細(xì)胞 B正確 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉是否具有抗蟲(chóng)特性 需要做抗蟲(chóng)的接種實(shí)驗(yàn) C錯(cuò)誤 21三體綜合征可通過(guò)用顯微鏡直接觀察體細(xì)胞中的21號(hào)染色體數(shù)目的方法進(jìn)行檢測(cè) D錯(cuò)誤 4 2013 高考江蘇卷 下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全性的敘述中 錯(cuò)誤的是 A 我國(guó)已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強(qiáng)制實(shí)施了產(chǎn)品標(biāo)識(shí)制度B 國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家都在轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)簽上警示性注明可能的危害C 開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理是保障轉(zhuǎn)基因生物安全的前提D 目前對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭(zhēng)論主要集中在食用安全性和環(huán)境安全性上 B 解析 我國(guó)農(nóng)業(yè)部頒布了 農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理辦法 要求對(duì)轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品及其加工品加貼標(biāo)注 以方便消費(fèi)者自主選擇 但國(guó)際上并非大多數(shù)國(guó)家都在轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)簽上警示性注明可能的危害 A項(xiàng)正確 B項(xiàng)錯(cuò)誤 目前對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭(zhēng)論主要集中在轉(zhuǎn)基因食物的安全性和轉(zhuǎn)基因生物對(duì)環(huán)境安全的影響上 但這些通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理等都是可以解決的 C D兩項(xiàng)正確 考點(diǎn)一基因工程的操作工具 考點(diǎn)二基因工程的基本操作程序和應(yīng)用 考點(diǎn)一基因工程的操作工具 堿基互補(bǔ)對(duì)稱 堿基互補(bǔ) 2 切割后末端的種類 2 限制酶和DNA連接酶的關(guān)系 1 限制酶和DNA連接酶的作用部位都是 2 限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的 3 DNA連接酶起作用時(shí) 不需要模板 磷酸二酯鍵 識(shí)別序列或識(shí)別序列已經(jīng)被修飾 3 作為載體的條件及作用 穩(wěn)定并能復(fù)制 一個(gè)至多個(gè) 標(biāo)記基因 鑒定和選擇 深度思考1 下圖為部分雙鏈DNA片段切斷a b處的酶分別是什么酶 DNA連接酶的作用位點(diǎn)是什么 a或b 2 切取1個(gè)目的基因和切割質(zhì)粒時(shí)用限制酶分別切割幾次 3 質(zhì)粒是基因工程中經(jīng)常選用的載體 如圖Ampr表示青霉素抗性基因 Tetr表示四環(huán)素抗性基因 限制酶Pst EcoR 和Hind 切割形成的末端均不相同 如果用限制酶Pst EcoR 和Hind 對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行切割 用1種酶 2種酶和3種酶分別切割時(shí) 則形成的DNA片段共幾種 其中含有完整四環(huán)素抗性基因的DNA片段的比例是多少 4 基因工程中的載體與細(xì)胞膜上物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體有何不同 1 圖1表示含有目的基因D的DNA片段長(zhǎng)度 bp即堿基對(duì) 和部分堿基序列 圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列 現(xiàn)有Msp BamH Mbo Sma 4種限制性核酸內(nèi)切酶 它們識(shí)別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C CGG G GATCC GATC CCC GGG 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間依次由 連接 2 若用限制酶Sma 完全切割圖1中DNA片段 產(chǎn)生的末端是 末端 其產(chǎn)物長(zhǎng)度為 3 若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對(duì)被T A堿基對(duì)替換 那么基因D就突變?yōu)榛騞 從雜合子中分離出圖1及其對(duì)應(yīng)的DNA片段 用限制酶Sma 完全切割 產(chǎn)物中共有 種不同長(zhǎng)度的DNA片段 脫氧核糖 磷酸 脫氧核糖 平 537bp 790bp 661bp 4 4 若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過(guò)同種限制酶處理后進(jìn)行連接 形成重組質(zhì)粒 那么應(yīng)選用的限制酶是 在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后 為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌 一般需要用添加 的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng) 經(jīng)檢測(cè) 部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá) 其最可能的原因是 BamH 抗生素B 同種限制酶切割形成的末端相同 部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接 解析 1 一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的兩個(gè)堿基之間是通過(guò) 脫氧核糖 磷酸 脫氧核糖 相連的 要注意與兩條脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間通過(guò)氫鍵相連進(jìn)行區(qū)分 2 從Sma 的識(shí)別序列和切點(diǎn)可見(jiàn) 其切割后產(chǎn)生的是平末端 圖1中DNA片段有Sma 的兩個(gè)識(shí)別序列 故切割后產(chǎn)生的產(chǎn)物長(zhǎng)度為537 534 3 bp 790 796 3 3 bp和661 658 3 bp三種 3 圖示方框內(nèi)發(fā)生堿基的替換后 形成的d基因失去了1個(gè)Sma 的識(shí)別序列 故D基因 d基因用Sma 完全切割后產(chǎn)物中除原有的3種長(zhǎng)度的DNA片段外 還增加一種 537 790 bp的DNA片段 4 目的基因的兩端都有BamH 的識(shí)別序列 質(zhì)粒的啟動(dòng)子后抗生素A抗性基因上也有BamH 的識(shí)別序列 故應(yīng)選用的限制酶是BamH 此時(shí)抗生素B抗性基因作為標(biāo)記基因 故篩選時(shí)培養(yǎng)基中要添加抗生素B 若重組質(zhì)粒已導(dǎo)入了受體細(xì)胞卻不能表達(dá) 很可能是因?yàn)橛猛N限制酶切割后 目的基因和質(zhì)粒有兩種連接方式 導(dǎo)入受體細(xì)胞的重組質(zhì)粒是目的基因和質(zhì)粒反向連接形成的 考點(diǎn)二基因工程的基本操作程序和應(yīng)用 基因文庫(kù) PCR 較小 反轉(zhuǎn)錄酶 2 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1 基因表達(dá)載體的組成及作用 目的基因 啟動(dòng)子 終止子 標(biāo)記基因 2 基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程 同種限制酶切割 DNA連接酶 3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 體細(xì)胞 顯微注射技術(shù) T DNA 染色體DNA 顯微注射 Ca2 DNA 4 目的基因的檢測(cè)與鑒定 DNA分子雜交 分子雜交 抗原 抗體雜交 深度思考1 2014 高考廣東卷T25改編 下圖為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶 CarE 制劑的流程 1 過(guò)程 分別需使用哪一類酶 2 過(guò)程 使用的感受態(tài)細(xì)胞可用哪種溶液制備 3 過(guò)程 欲鑒定目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞可利用什么方法 2 2014 高考全國(guó)卷 T40 4 假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交 子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3 1時(shí) 則可推測(cè)該耐旱基因整合到了什么位置上 答 同源染色體的一條上 或 同源染色體的兩條上 提示 1 1 逆轉(zhuǎn)錄酶 限制酶 2 CaCl2溶液 3 DNA分子雜交 2 同源染色體的一條上 2 2015 福建普高畢業(yè)班質(zhì)檢 為探究SHH基因與角化囊腫發(fā)生的相關(guān)性 科研人員利用SHH基因的非模板鏈轉(zhuǎn)錄合成的RNA作為探針 進(jìn)行分子雜交實(shí)驗(yàn) 以檢測(cè)SHH基因在角化囊腫中的表達(dá)情況 其基本流程如下圖 Amp表示氨芐青霉素抗性基因 LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá) 請(qǐng)回答 1 重組載體中SHH基因轉(zhuǎn)錄合成RNA探針時(shí) 需要 不需要 啟動(dòng)子 2 步驟 中 用Ca2 處理大腸桿菌 使之成為 細(xì)胞 然后導(dǎo)入重組載體 實(shí)驗(yàn)中 用添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌 未導(dǎo)入質(zhì)粒的細(xì)菌將會(huì)死亡 原因是這些細(xì)菌不含有 基因 3 能表達(dá)LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和X gal的培養(yǎng)基上會(huì)形成藍(lán)色菌落 易于識(shí)別 根據(jù)上述原理可以初步判斷 藍(lán)色 白色 菌落中的大腸桿菌為重組菌 4 將制備的探針加入角化囊腫切片中 探針將與 形成雜交帶 進(jìn)而判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況 需要 感受態(tài) Amp 或氨芐青霉素抗性或抗性 白色 SHH轉(zhuǎn)錄的mRNA 解析 1 重組載體中SHH基因表達(dá)需要啟動(dòng)子 2 大腸桿菌細(xì)胞用Ca2 處理后就成為感受態(tài)細(xì)胞 能在添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存的細(xì)菌含有氨芐青霉素抗性基因 沒(méi)有氨芐青霉素抗性基因的細(xì)菌將會(huì)死亡 3 能表達(dá)LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和X gal的培養(yǎng)基上會(huì)形成藍(lán)色菌落 重組菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá) 重組菌在含有IPTG和X gal的培養(yǎng)基上會(huì)形成白色菌落 4 判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況 也就是判斷SHH基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 易錯(cuò)點(diǎn)1基因工程操作工具易錯(cuò)辨析 點(diǎn)撥 1 限制酶是一類酶 而不是一種酶 2 限制酶的成分為蛋白質(zhì) 其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件 高溫 強(qiáng)酸或強(qiáng)堿均易使之變性失活 3 在切割目的基因和載體時(shí)要求用同一種限制酶 目的是產(chǎn)生相同的黏性末端 4 將一個(gè)基因從DNA分子上切割下來(lái) 需要切兩處 同時(shí)產(chǎn)生4個(gè)黏性末端 5 不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同 同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割 產(chǎn)生的黏性末端一般不相同 6 限制酶切割位點(diǎn)應(yīng)位于標(biāo)記基因之外 不能破壞標(biāo)記基因 以便于進(jìn)行檢測(cè) 7 基因工程中有3種工具 但工具酶只有2種 易錯(cuò)點(diǎn)2基因工程操作過(guò)程中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤 點(diǎn)撥 1 目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的 基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控 所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位 2 基因工程操作過(guò)程中只有第三步 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 沒(méi)有堿基互補(bǔ)配對(duì)現(xiàn)象 第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA 第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象 第四步存在檢測(cè)分子水平雜交 3 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理 農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞 并將其Ti質(zhì)粒上的T DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上 4 目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi) 并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程 稱為轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中 5 標(biāo)記基因的種類和作用 標(biāo)記基因的作用 篩選 檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 常見(jiàn)的有抗生素抗性基因 發(fā)光基因 表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì) 等 6 受體細(xì)胞的選擇 受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞 經(jīng)組織培養(yǎng) 動(dòng)物受精卵 一般不用體細(xì)胞 微生物 大腸桿菌 酵母菌 等 要合成糖蛋白 有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌 需內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體的加工 分泌 一般不用支原體 原因是它營(yíng)寄生生活 一定不能用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞 原因是它無(wú)細(xì)胞核 也沒(méi)有核糖體等細(xì)胞器 不能合成蛋白質(zhì) 7 還應(yīng)注意的問(wèn)題有 基因表達(dá)載體中 啟動(dòng)子 DNA片段 起始密碼子 RNA 終止子 DNA片段 終止密碼子 RNA 基因表達(dá)載體的構(gòu)建是最核心 最關(guān)鍵的一步 在體外進(jìn)行 易錯(cuò)點(diǎn)3基因工程應(yīng)用中的易錯(cuò)分析 點(diǎn)撥 1 Bt毒蛋白基因編碼的Bt毒蛋白并無(wú)毒性 進(jìn)入昆蟲(chóng)消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性 2 青霉素是誘變后的高產(chǎn)青霉菌產(chǎn)生的 不是通過(guò)基因工程改造的工程菌產(chǎn)生的 3 動(dòng)物基因工程主要為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 不是為了產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體 1 限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶和質(zhì)粒是基因工程中常用的三種工具酶 2 DNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏合 形成重組DNA 3 E coliDNA連接酶既可以連接平末端 又可以連接黏性末端 4 Taq酶是用PCR儀對(duì)DNA分子擴(kuò)增過(guò)程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶 5 基因表達(dá)載體中含有啟動(dòng)子和密碼子 6 如果某種生物的cDNA文庫(kù)中的某個(gè)基因與該生物的基因組文庫(kù)中的某個(gè)基因控制的性狀相同 則這兩個(gè)基因的結(jié)構(gòu)也完全相同 7 目的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞后 隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制 傳給子代細(xì)胞并表達(dá) 8 蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 定向改變分子的結(jié)構(gòu) 9 2013 廣東卷T3C 目前在抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物 首先要做的是依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽 10 2014 重慶卷T4D 利用基因工程培育抗蟲(chóng)植物時(shí) 只要表現(xiàn)出抗蟲(chóng)性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異