全国通用版高考生物一轮复习 第十单元 现代生物科技专题 第37讲 基因工程 新人教版doc.docx

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全国通用版高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第37讲基因工程新人教版doc

（全国通用）2019版高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第37讲基因工程新人教版

1.基因工程的概念

（1）供体：

提供目的基因。

（2）操作环境：

体外。

（3）操作水平：

分子水平。

（4）原理：

基因重组。

（5）受体：

表达目的基因。

（6）本质：

性状在受体体内的表达。

（7）优点：

克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。

2.DNA重组技术的基本工具

（1）限制性核酸内切酶（简称：

限制酶）

①来源：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②作用：

识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③结果：

产生黏性末端或平末端。

（2）DNA连接酶

①种类：

按来源可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

②作用：

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③DNA连接酶和限制酶的关系

（3）载体

①种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒的特点

[诊断与思考]

1.判断下列说法的正误

（1）限制酶只能用于切割目的基因（　×　）

（2）DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来（　×　）

（3）E·coliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端（　×　）

（4）质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体（　√　）

（5）载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达（　√　）

2.下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。

请据图回答：

（1）请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点。

提示　EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。

（2）以上实例说明限制酶有何特性？

提示　说明限制酶具有专一性。

题组一　限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用

1.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（　　）

A.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

答案　C

解析　限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。

2.若要利用某目的基因（见图甲）和P1噬菌体载体（见图乙）构建重组DNA（见图丙），限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和Sau3AⅠ（↓GATC）。

下列分析合理的是（　　）

A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体

答案　D

解析　解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同。

题组二　载体的作用及特点分析

3.下列关于载体的叙述中，错误的是（　　）

A.载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子

B.对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点

C.目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒

D.载体具有某些标记基因，便于对其进行切割

答案　D

解析　载体必须具备的条件有：

①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；③具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入到载体中；④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。

4.如图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是（　　）

A.HindⅢB.EcoRⅠ

C.EcoBD.PstⅠ

答案　C

解析　A处有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用A～D中的EcoB切割时，才能让目的基因插入到A处。

1.确定限制酶的种类

（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PstⅠ。

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SmaⅠ。

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PstⅠ和EcoRⅠ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SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，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。

2.载体上标记基因的标记原理

载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。

目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。

当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：

考点二　基因工程的操作过程与应用

1.基因工程的操作过程与应用

（1）基因工程的操作步骤

①

—

↓

②

—组成

↓

③

—方法

↓

④

（2）基因工程的应用：

培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。

（3）目的基因导入不同受体细胞的过程

生物种类

植物

动物

微生物

常用方法

农杆菌转化法

显微注射技术

感受态细胞法

受体细胞

体细胞或受精卵

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→整合到受体细胞染色体的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DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

（4）基因治疗与基因诊断的不同点

原理

操作过程

进展

基因治疗

基因表达

利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗（疾病）

临床实验

基因诊断

碱基互补配对

制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况

临床应用

2.蛋白质工程

（1）流程图

写出流程图中字母代表的含义：

A.转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。

（2）结果：

改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。

（3）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。

[诊断与思考]

1.判断下列说法的正误

（1）抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达（　√　）

（2）应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达（　×　）

（3）将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株（　√　）

（4）利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中（　×　）

（5）为培育出抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体（　×　）

（6）蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构（　×　）

（7）目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽（　√　）

2.如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：

（1）该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？

一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？

提示　目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。

用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。

（2）该实例中，采用何种方法导入目的基因？

为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？

提示　采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的TDNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了TDNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。

（3）该实例中，检测目的基因是否表达常见的方法有哪两种？

提示　抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。

题组一　目的基因的获取及基因表达载体的构建

1.

如图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A.过程①需要DNA连接酶

B.过程②需要限制性核酸内切酶

C.目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的

D.若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同

答案　C

解析　题图所示为化学方法合成目的基因的过程。

①②过程依赖碱基互补配对原则进行。

质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。

2.下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。

下列有关说法中正确的是（　　）

A.图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物

B.图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶

C.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列

D.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来

答案　D

解析　图示表示基因表达载体的构建过程，这是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶一般来自原核生物，A错误；此表达载体构建时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸内切酶，B错误；限制酶具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割，C错误；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。

题组二　基因工程的操作及应用实例分析

3.下面图1为某植物育种流程，图2表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。

下列相关叙述错误的是（　　）

A.图1子代Ⅰ与原种保持遗传稳定性，子代Ⅱ和子代Ⅲ选育原理相同

B.图1子代Ⅲ选育显性性状需自交多代，子代Ⅴ可能发生基因突变和染色体变异

C.图2中①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与

D.图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质

答案　D

解析　子代植株Ⅰ是体细胞培养产生的，利用的原理是植物细胞的全能性，属于无性繁殖，所以与原种保持着遗传稳定性；子代植株Ⅱ为基因工程育种产生的、子代植株Ⅲ为杂交育种产生的，选育的原理都为基因重组，A正确；子代Ⅲ的选育过程为杂交育种，如果需要显性纯合子，则一定要自交选育多代；子代Ⅴ的选育过程需要用物理因素、化学因素等来处理生物，所以可能发生基因突变和染色体变异，B正确；图2中①过程是构建基因表达载体，其完成需要限制酶和DNA连接酶的参与，C正确；图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多个同种蛋白质分子，D错误。

题组三　蛋白质工程概念和过程的辨析

4.现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。

下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：

（1）该生产流程中应用到的现代生物技术有__________、______________（写出其中两种）。

（2）图中A、B分别表示____________________________、______________________。

（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行__________________检测，对受体动物的处理是用________________进行同期发情处理。

（4）蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是___________________________________________________。

答案　

（1）蛋白质工程　基因工程　胚胎移植技术（任写两种）　

（2）推测应有的氨基酸序列　基因表达载体

（3）DNA（核酸）分子杂交　促性腺激素　（4）改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作）

解析　

（1）由图分析知该生产流程中应用到的现代生物技术有蛋白质工程、基因工程、胚胎移植技术等。

（2）图中A、B分别表示推测应有的氨基酸序列、基因表达载体。

（3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行DNA分子杂交，对受体动物的处理是用促性腺激素进行同期发情处理。

（4）由于改造后的基因能够遗传（且改造基因易于操作），因此蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质。

1.几种目的基因获取方法的比较

方法

从基因文库中获取

人工合成

从基因组文

库中获取

从部分基因文库，如cDNA文库中获取

化学合成法

反转录法

过

程

供体细胞中的DNA

↓限制酶

许多DNA片段

↓插入

载体

↓导入

受体菌群

（基因组文库）

↓

外源DNA扩增产生特定性状

↓分离

目的基因

目的基因的mRNA

↓反转录

单链DNA

↓合成

双链DNA

↓插入

载体

↓导入

受体菌群

（cDNA文库）

↓分离

目的基因

　蛋白质的氨基酸序列

↓推测

mRNA的核苷酸序列

↓推测

结构基因的核苷酸序列

↓化学合成

目的基因

目的基因mRNA

↓反转录

单链DNA

↓合成

双链DNA即目的

基因

2.基因表达载体中启动子、终止子的来源

（1）如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。

（2）如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。

若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载

体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。

3.基因工程中的几种检测方法

4.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。

知识网络　答题语句

网络构建

要语强记

1.限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。

2.DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。

3.质粒是常用的载体，它是一种小型的双链环状DNA分子，具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。

4.目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。

5.基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。

6.目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法。

探究高考　明确考向

1.（2015·重庆，6）下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是（　　）

A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得

B.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原（起）点

C.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来

D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用

答案　C

解析　人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过反转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。

2.（2014·广东，25）利用基因工程技术生产羧酸酯酶（CarE）制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是（多选）（　　）

A.过程①需使用逆（反）转录酶

B.过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因

C.过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备

D.过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞

答案　AD

解析　A项，过程①是通过反转录获取DNA，反转录过程需要用到反转录酶。

B项，过程②指的是从cDNA文库中获取目的基因，不需要利用PCR技术，也用不到解旋酶。

C项，过程③中使用的感受态细胞要用CaCl2溶液制备，而不是用NaCl溶液制备。

D项，过程④鉴定目的基因是否已经导入受体细胞，可以用标记的目的基因为探针来检测受体细胞中是否存在目的基因，即利用DNA分子杂交鉴定。

3.（2015·全国Ⅱ，40）已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。

如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。

回答下列问题：

（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________________进行改造。

（2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括______________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：

________________________________________________________________________。

（3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________________________________________________________________

和____________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。

答案　

（1）氨基酸序列（或结构）（其他答案合理也可）

（2）P　P1　DNA和RNA（或遗传物质）　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质（或转录、逆转录、翻译）

（3）设计蛋白质的结构　推测氨基酸序列　功能

解析　

（1）对蛋白质的氨基酸序列（或结构）进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。

（2）以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括

，即：

DNA、RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质（或转录、逆转录、翻译）。

（3）蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，推测相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。

经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。

4.（2015·四川，9）将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，其过程如下图所示：

注：

农杆菌中Ti质粒上只有TDNA片段能转移到植物细胞中。

（1）过程①需用同种__________________酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。

为将过程②获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用________培养基。

（2）过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让________进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是

________________________________________________________________________。

（3）若过程④仅获得大量的根，则应在培养基中增加__________________以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是_________________________________________。

（4）检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是__________________。

种植转基因抗虫棉能减少________的使用，以减轻环境污染。

答案　

（1）限制性核酸内切（限制）　选择　

（2）TDNA　筛选出获得TDNA片段的植物细胞　（3）细胞分裂素浓度　芽顶端合成的生长素向基部运输，促进根的分化

（4）投放棉铃虫　农药

解析　

（1）构建重组DNA分子的过程需要用同一种限制性核酸内切酶（限制酶）切割目的基因和质粒，以便产生相同的黏性末端。

只允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基叫做选择培养基，这里只允许含重组质粒的农杆菌生长，应使用选择培养基。

（2）过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让重组质粒中的TDNA片段进入棉花细胞，除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是筛选出含目的基因的受体细胞。

（3）生长素可诱导根的形成，细胞分裂素可诱导芽的形成。

在没有激素的培养基上的芽也长出了根，可能与芽自身合成生长素并向下运输促进根的形成有关。

（4）检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是直接接种害虫，观察其生存情况。

种植转基因抗虫棉能减少农药的使用，以减轻环境污染。

练出高分

1.如图为某种质粒的简图，小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点，P为转录的启动部位。

已知目的基因的两端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点，受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，在DNA连接酶作用下，生成由两个DNA片段之间连接形成的产物有两种

B.DNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来形成一个重组质粒，该过程形成两个磷酸二酯键

C.为了防止目的基因反向粘连和质粒自身环化，酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ

D.能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞

答案　C

解析　如果将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，则酶切后二者的黏性末端相同，在DNA连接酶作用下，生成由两个DNA片段之间连接形成的产物有三种，其中只有一种符合基因工程的需求；DNA连接酶的作用是将酶切后的目的基因和质粒的黏性末端连接起来形成重组质粒，该过程形成4个磷酸二酯键；为了防止目的基因和质粒自身环化，酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ，这样切割后得到的DNA片段两侧的黏性末端不同；由于受体细胞为无任何抗药性的原核细