1、高考生物一轮复习现代生物科技专题第1讲基因工程学案苏教版第1讲基因工程考纲要求全国卷五年考情1.基因工程的诞生()无考题2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)()2017卷T38，2017卷T38，2017卷T38，2016卷T40，2016卷T40，2015卷T403.基因工程的应用()2014卷T40，2013卷T404.蛋白质工程()2015卷T40，2015卷T40，2013卷T40考点一| 基因工程的基本工具(对应学生用书第241页)识记基础梳理1基因工程的概念及优点(1)概念：是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基
2、因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。(2)遗传原理：基因重组。(3)优点：与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。与诱变育种相比：能定向改造生物的遗传性状。2基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶来源：主要从原核生物中分离纯化而来。作用：识别特定的核苷酸序列并切开相应两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生黏性末端或平末端。(2)DNA连接酶常用类型Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接黏性末端连接黏性末端和平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(3)载体其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。理解深化探究1限制酶(1)识别序列的
3、特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。(2)切割后末端的种类2限制酶和DNA连接酶的关系(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。3载体(1)条件与目的条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择(2)作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主
4、细胞内对目的基因进行大量复制。运用考向对练1下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：限制酶BamHBclSau3AHind识别序列及切割位点GGATCCCCTAGGTGATCAACTAGTGATCCTAGAAGCTTTTCGAA图1图2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用_两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过_酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于_态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加_，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的
5、引物组成为图2中_。(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为_，对于该部位，这两种酶_(填“都能”、“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3A切图1质粒最多可能获得_种大小不同的DNA片段。解析(1)选择的限制酶应在目的基因两端且在质粒中存在识别位点，故可以用来切割的限制酶为Bcl、Hind、BamH和Sau3A，但由于BamH和Sau3A可能使质粒中的启动子丢失或破坏抗性基因，所以应选用Bcl、Hind两种限制酶切割。酶切后的载体和目的基因片段，通过DNA连接酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入感受态的大肠杆菌中，使其
6、增殖。(2)根据质粒上抗性基因，为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加四环素。平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物需要与单链两端相应互补序列结合，故所用引物组成是图2中的引物甲和引物丙。(3)若BamH酶切的DNA末端和Bcl酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为，由于两种酶均不能识别该部位的碱基对序列，所用两种酶都不能切开该部位。(4)根据Bcl、BamH和Sau3A的酶切位点，Sau3A在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，所以用Sau3A
7、切质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。答案(1)Bcl和HindDNA连接感受(2)四环素引物甲和引物丙(3)都不能(4)72(2018德州模拟)下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如_，_(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子的切割末端为，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_，其作用是_。(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A苏云金芽孢杆菌抗虫基因B土壤农杆菌环状RNA分子C大肠杆菌的质粒D动物细胞的染色体解析(1)a
8、代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。(4)作为载体必须具备的条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；有多个限制性核酸内切酶切点；有一定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNA分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体
9、的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。答案(1)DNA能够自我复制 具有遗传特性(2)DNA连接酶(3)标记基因供重组DNA的鉴定和选择(4)C技法总结 确定选择限制酶种类的方法 1根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。2根据质粒的特点确定限制酶的种类(1)所选
10、限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。(2)质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考点二| 基因工程的操作程序及应用(对应学生用书第243页)识记基础梳理1基因工程的基本操作程序(1)目的基因的获取方法从基因文库中获取。利用PCR技术扩增。通过化学方法人工合成。(2)基因表达载体的构建目的a使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。b使目的基因能够表达和发挥作用
11、。组成及作用(连线) .目的基因 .启动子 b转录的终点.终止子 c鉴别受体细胞中是否含有目的基因.标记基因 d能够控制特定性状答案dabc(3)将目的基因导入受体细胞(连线) 答案ba、c、ed(4)目的基因的检测与鉴定方法检测或鉴定目的水平DNA分子杂交技术检测目的基因的有无分子水平分子杂交技术目的基因是否转录抗原抗体杂交目的基因是否翻译抗虫或抗病接种实验是否具有抗虫抗病特性个体水平2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(1)含义乳腺生物反应器是指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。(2)
12、两者区别比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取理解深化探究1目的基因的获取途径(1)从基因文库中获取：包括基因组文库和cDNA文库等。(2)人工合成目的基因的常用方法化学合成法：已
13、知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。反转录法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。(3)通过PCR技术扩增目的基因利用DNA复制的原理在体外特异性的复制某DNA片段以获得大量的目的基因。2基因表达载体的构建方法3将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混
14、合感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定运用考向对练1(2018湖北武汉2月调研)如图是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图。请回答：(1)AB利用的技术称为_，其中过程需要热稳定的_酶才能完成。(2)图中将目的基因导入棉花细胞需要经过C过程，该过程为构建_，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在且可以遗传给下一代，并能表达。(3)上述流程示意图中，将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是_法，该方法一般_(填“适宜”或“不适宜”)用于将目的基因导入单子叶植物。(4)从FG的过程利用的主要技术为_，欲确定抗虫基因在G体内是否表达，在个体水平上需要做_实验。如果抗虫基因导入成功，且与某条染色体
15、的DNA整合起来，该转基因抗虫棉可视为杂合子，将该转基因抗虫棉自交一代，预计后代中抗虫植株占_。解析(1)AB是PCR技术中的操作，过程是PCR技术中的延伸过程，需要耐热的DNA聚合酶参与。(2)过程C是构建基因表达载体。(3)图中显示，将目的基因导入棉花细胞的方法是农杆菌转化法，该方法不适于将目的基因导入单子叶植物，这是因为农杆菌对大多数单子叶植物没有感染力。(4)FG过程是将棉花体细胞培育形成新的个体，需要采用植物组织培养技术；检测抗虫基因在转基因植株体内是否表达，在个体水平上需要做抗虫接种实验；假设抗虫基因为A，则该杂合子基因型可以表示为A0，A0自交，后代中抗虫植株A_和非抗虫植株00
16、分别占3/4、1/4。答案(1)PCRTaq DNA聚合(2)基因表达载体(3)农杆菌转化不适宜(4)植物组织培养抗虫接种3/42(2014全国卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表
17、达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。解析(1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将
18、耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为31，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。答案(1)全部部分(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上规律总结 基因工程的相关知识小结 1目
19、的基因的插入位点不是随意的，基因表达需要启动子与终止子的调控，目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。2基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。3农杆菌转化法原理：农杆菌易感染双子叶植物和裸子植物，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。考点三| 蛋白质工程及其与基因工程的关系(对应学生用书第244页)识记基础梳理1蛋白质工程(1)缘由：基因工程原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。(2)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(3)手段：基因修饰或基因合成。(4)目的：合成满足人类生产和生活需求的蛋白质。(5)流程图写出流程图中
20、字母代表的含义：A转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。(6)结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(7)应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。理解深化探究蛋白质工程与基因工程的比较1区别项目蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列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目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型和生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质2.联系(1)蛋白质工程是在基因工程的基础上，延
21、伸出来的第二代基因工程。(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。运用考向对练1(2018黑龙江大庆一中期末)镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的_序列发生改变。(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作_(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作_。(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的_，以其作为模板，在_酶的作用下反转录合成cDNA。cDN
22、A与载体需在限制酶和_酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取_，用相应的抗体进行_杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。解析(1)编码血红蛋白的基因中因碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。(2)蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质。(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原抗体杂交实验加以判断。答案
23、(1)碱基对(或脱氧核苷酸)(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)(3)mRNA(或RNA)逆转录DNA连接(4)蛋白质抗原抗体2胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)人工合成的DNA与_结合后，被转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)
24、图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是_。(5)下列关于蛋白质工程的说法错误的是 ()A蛋白质工程能定向改造蛋白质的结构，使之更加符合人类的需要B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其结构C蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子D蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程解析(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素(即速效胰岛素)的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后，被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对
25、原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。答案(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋
26、白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因(5)B技法总结 蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白质改造的原因 1改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传2对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造要容易操作，难度要小得多。真题验收| 感悟高考淬炼考能(对应学生用书第245页)1(2017全国卷)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是_。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用_作为载体，其原因是_。(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有_(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是_(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们
