2020高考生物一輪復(fù)習(xí)第1講基因工程教學(xué)案蘇教選修3

2020版高考生物一輪復(fù)習(xí)第1講基因工程教教案蘇教版選修32020版高考生物一輪復(fù)習(xí)第1講基因工程教教案蘇教版選修346/46羃PAGE46螈螀莆袁膅蚅膀蕆薀羈膅莃芅芅薁莇羇罿膇蟻芅襖羈芇蠆膀羆膄蒞蒃莂膇膇莁螅蒂蒅莆葿肇衿莈蒄肄薄羅袀羇芇蕿薇節(jié)蚄薄芁羈聿袀芆襖螄膃螞袈蕆肁肅膂襖羆肅螈膈肈肈蒀襖薆腿蚈羀芀袆羂羄膅薀薈莈蒁蚅芁肄螄羈蒈肀蒈蒄螃膄莃莂莈薈蠆蕆肁芃芆蕿莈芀袀芆蚃莃裊羀艿蚈膁羅袁蒃蒄莁腿蒀肈肈蒃蒃肅螂聿袇荿螇螁薃羇膃罿蕿薁薅芃蚃薆艿衿肇螂莄薂螃膅蝕衿蝿蝿莇肄袃螄肁蒅芇羀膆莂羂芃蒂蒞罿芁裊羄羂膆袃芆莇膈羈節(jié)肂螅肀膆腿葿蚇螄膂莄蒁膆袁蝕蒆肂節(jié)羃袂肆羋袂芄莀莂袇節(jié)羆羀衿芇袃蒂蒆荿袆蒈肀肆膁薂肅螀螆膀芁裊蚃裊蚄膁蚆蚈羋袈羈羅芃薂薇莀葿蚇薃肅肆羃薇螈螀莆袁膅蚅膀蕆薀羈膅莃芅芅薁莇羇罿膇蟻芅襖羈芇蠆膀羆膄蒞蒃莂膇膇莁螅蒂蒅莆葿肇衿莈蒄肄薄羅袀羇芇蕿薇節(jié)蚄薄芁羈聿袀芆襖螄膃螞袈蕆肁肅膂襖羆肅螈膈肈肈蒀襖薆腿蚈羀芀袆羂羄膅薀薈莈蒁蚅芁肄螄羈蒈肀蒈蒄螃膄莃莂莈薈蠆蕆肁芃芆蕿莈芀袀芆蚃莃裊羀艿蚈膁羅袁蒃蒄莁腿蒀肈肈蒃蒃肅螂聿袇荿螇螁薃羇膃罿蕿薁薅芃蚃薆艿衿肇螂莄薂螃膅蝕衿蝿蝿莇肄袃螄肁蒅芇羀膆莂羂芃蒂蒞罿芁裊羄羂膆袃芆莇膈羈節(jié)肂螅肀膆腿葿蚇螄膂莄蒁膆袁蝕蒆肂節(jié)羃袂肆羋袂芄莀莂袇節(jié)羆羀衿芇袃蒂蒆荿袆蒈肀肆膁薂肅螀螆膀芁裊蚃裊蚄膁蚆蚈羋袈羈羅芃薂薇莀葿蚇薃肅肆羃薇螈螀莆袁膅蚅膀蕆薀羈膅莃芅芅薁莇羇罿膇蟻芅襖羈芇蠆膀羆膄蒞蒃莂膇膇莁螅蒂蒅莆葿肇衿莈蒄肄薄羅袀羇芇蕿薇節(jié)蚄薄芁羈聿袀芆襖螄膃螞袈蕆肁肅膂襖羆肅螈膈肈肈蒀襖薆腿蚈羀芀袆羂羄膅薀薈莈蒁蚅芁肄螄羈蒈肀蒈蒄螃膄莃莂莈薈蠆蕆肁芃芆蕿莈芀袀芆蚃莃裊羀艿蚈膁羅袁蒃蒄莁腿蒀肈肈蒃蒃肅螂膅袇莆螇螈薃羃膃肅蕿蚇薅莀蚃薂艿羅肇袈莄蚈螃膁蝕裊蝿裊莇膀袃螀肁薂芇肆膆蒈羂荿蒂蒂罿芇裊羀羂節(jié)袃莂莇芄羈羋肂袂肀節(jié)腿蒆蚇袁膂蒁蒁膂袁蚇蒆腿節(jié)肀袂肂羋羈芄莇莂袃節(jié)羂羀裊芇罿蒂蒂荿羂蒈膆肆芇薂肁螀袃膀莇裊蝿裊蝕膁螃蚈莄袈肇羅艿薂蚃莀薅蚇蕿肅膃羃薃螈螇莆袇膅螂膀蒃薀肈膅蒀芅莁薁蒃羇羅膇蚈芅羀羈莃蠆芆羆芀蒞蕿莂芃膇蕆螅薈蒅莂葿膄衿蒄蒄肀薄羈袀肄芇蚅薇莈蚄薀芁羄聿袆芆羀螄腿螞襖蕆肈肅膈襖肅2020版高考生物一輪復(fù)習(xí)第1講基因工程教教案蘇教版選修3

第1講基因工程

[考綱顯現(xiàn)]1.基因工程的出生(Ⅰ)2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ)3.

基因工程的應(yīng)用(Ⅱ)4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ)

考點(diǎn)一|基因工程的基本工具

1．基因工程的看法

(1)看法：是指在體外經(jīng)過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，爾后導(dǎo)入受體細(xì)胞，并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。

(2)遺傳原理：基因重組。

(3)優(yōu)點(diǎn)

①與雜交育種對照：戰(zhàn)勝了遠(yuǎn)緣雜交不親和的阻擋。

②與誘變育種對照：定向改造生物的遺傳性狀。

2．基因工程的基本工具

限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。

①本源：主要來自原核生物。

②特點(diǎn)：擁有專一性，表現(xiàn)在兩個方面：

鑒別——雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。

切割——特定核苷酸序列中的特定位點(diǎn)。

③作用：斷裂特定的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

④結(jié)果：產(chǎn)生黏性尾端或平尾端。

(2)DNA連接酶種類

E·coli

_DNA連接酶

T4DNA連接酶

本源

大腸桿菌

T4噬菌體

特點(diǎn)

作用

縫合雙鏈

縫合黏性尾端縫合黏性尾端和平尾端

DNA片段，恢復(fù)兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵

載體

①種類：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。

能自我復(fù)制

②質(zhì)粒的特點(diǎn)有一個至多個限制酶的切割位點(diǎn)

有特其余標(biāo)記基因

③作用：攜帶外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞。

[思慮回答]

1．原核生物中限制酶為什么不切割自己的DNA?

提示：原核生物中不存在該酶的鑒別序列或鑒別序列已被修飾等。

2．圖甲表示EcoRⅠ限制酶及DNA連接酶的作用表示圖，圖乙表示SmaⅠ限制酶的作用

表示圖。請據(jù)圖回答以下問題：

請寫出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識其余堿基序列以及切割位點(diǎn)。

提示：EcoRⅠ限制酶識其余堿基序列是GAATTC，切割位點(diǎn)在G和A之間；SmaⅠ限制酶識其余堿基序列是CCCGGG，切割位點(diǎn)在G和C之間。

限制酶和DNA連接酶的作用部位相同嗎？DNA連接酶起作用時，可否需要模板？提示：相同，都是磷酸二酯鍵。不需要模板。

1．基因工程技術(shù)使用限制酶需注意的四個問題

(1)獲得目的基因和切割載體時，經(jīng)常使用同一種限制酶(也可使用能切出相同尾端的不相同限制酶)，目的是產(chǎn)生相同的黏性尾端或平尾端。

(2)獲得一個目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個黏性尾端或平尾端。

限制酶切割位點(diǎn)的選擇，必定保證標(biāo)記基因的完滿性，以便于檢測。

為防范目的基因和質(zhì)粒的自己環(huán)化和隨意連接，也可使用不相同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒。

2．限制酶和DNA連接酶的關(guān)系

限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。

限制酶不切割自己DNA的原因是原核生物中不存在該酶的鑒別序列或鑒別序列已經(jīng)被

修飾。

(3)DNA連接酶起作用時，不需要模板。

3．載體(1)條件與目的條件目的牢固并能復(fù)制目的基因牢固存在且數(shù)量可擴(kuò)大有一個至多個限制酶切可攜帶多個或多種外源基因割位點(diǎn)擁有特其余標(biāo)記基因便于重組DNA的判斷和選擇作用①作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。

◎考法1觀察限制酶、DNA連接酶等酶的作用

[解題指導(dǎo)]確定選擇限制酶種類的方法

1．依照目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類(1)應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。(2)不能夠選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能夠選擇SmaⅠ。為防范目的基因和質(zhì)粒的自己環(huán)化和隨意連接，也可使用不相同的限制酶切割目的基因

和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要保證質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。

2．依照質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類

所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以保證擁有相同的黏性尾端。

質(zhì)粒作為載體必定具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如

圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；若是所選酶的切點(diǎn)不僅一個，則切割重組后可能扔掉某些片段，若扔掉的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能夠自主復(fù)制。

1．(2016·全國卷Ⅲ)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3A

Ⅰ三種限制性內(nèi)切酶的鑒別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的表示圖(載體上的EcoR

Ⅰ、Sau3AⅠ的切點(diǎn)是唯一的)。

圖(a)圖(b)

依照基因工程的相關(guān)知識，回答以下問題：

(1)經(jīng)BamHⅠ酶切后獲得的目的基因能夠與上述表達(dá)載體被________酶切后的產(chǎn)物連

接，原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)

所示。這三種重組子中，不能夠在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有

________，不能夠表達(dá)

的原因是_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

圖(c)

(3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常有的有___________和______________，

其中既能連接黏性尾端又能連接平尾端的是________。解析：(1)由題圖可知，BamHⅠ和Sau3AⅠ兩種限制性內(nèi)切酶的共同鑒別序列是錯誤!，兩者切割能夠形成相同的黏性尾端，所以經(jīng)BamHⅠ酶切獲得的目的基因能夠與圖(b)所示表達(dá)載體被3AⅠ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達(dá)載體中，啟動子應(yīng)位于目的基因的首端，Sau停止子應(yīng)位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉(zhuǎn)錄，再完成翻譯過程，即順利表達(dá)。圖中甲所示的目的基因插入在啟動子的上游，丙所示目的基因插入在停止子的下游，兩者的目的基因均不能夠被轉(zhuǎn)錄，所以目的基因不能夠表達(dá)。(3)常有的DNA連接酶有·coliDNA連接E44酶和TDNA連接酶，其中TDNA連接酶既能連接黏性尾端又能連接平尾端。答案：(1)Sau3AⅠ兩種酶切割后產(chǎn)生的片段擁有相同的黏性尾端(2)甲和丙甲中目的基因插入在啟動子的上游，丙中目的基因插入在停止子的下游，兩者的目的基因均不能夠

被轉(zhuǎn)錄(3)E·coli

DNA連接酶

T4DNA連接酶

T4DNA連接酶

2．下表是幾種限制酶鑒別序列及其切割位點(diǎn)，圖

1、圖

2中標(biāo)了然相關(guān)限制酶的酶切位

點(diǎn)，其中切割位點(diǎn)相同的酶不重復(fù)注明。請回答以下問題：

圖1圖2

用圖中質(zhì)粒和目的基因成立重組質(zhì)粒，應(yīng)采用________兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，經(jīng)過________酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入

處于________態(tài)的大腸桿菌。(2)為了精選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在精選平板培育基中增加________，平板上長出的菌落，常用PCR判斷，所用的引物組成為圖2中________。(3)若HⅠ酶切的DNA尾端與BclⅠ酶切的DNA尾端連接，連接部位的6個堿基對序列Bam為________，對于該部位，這兩種酶________(填“都能”“都不能夠”或“只有一種能”)切開。若用Sau3AⅠ切圖1質(zhì)粒最多可能獲得________種大小不相同的DNA片段。

解析：(1)選擇的限制酶應(yīng)在目的基因兩端且在質(zhì)粒中存在鑒別位點(diǎn)，故能夠用來切割的

限制酶為BclⅠ、HindⅢ、BamHⅠ和Sau3AⅠ，但由于BamHⅠ和Sau3AⅠ可能使質(zhì)粒中的啟動

子扔掉或破壞抗性基因，所以應(yīng)采用BclⅠ、HindⅢ兩種限制酶切割。酶切后的載體和目的基

因片段，經(jīng)過DNA連接酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入感覺態(tài)的大

腸桿菌中，使其增殖。(2)依照質(zhì)粒上抗性基因，為了精選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)

在精選平板培育基中增加四環(huán)素。平板上長出的菌落，常用PCR判斷，目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物需要與單鏈兩端相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，故所用引物組成是圖2中的引物甲和引物丙。(3)若BamHⅠ酶切的DNA尾端和BclⅠ酶切的DNA尾端連接，連接部位的6個堿基對序列為TGATCCGGATCA，由于兩種酶均不能夠鑒別該部位的堿基對序列，所用兩種酶都不能夠切ACTAGGCCTAGT

開該部位。(4)依照BclⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ的酶切位點(diǎn)，Sau3AⅠ在質(zhì)粒上有三個酶切位點(diǎn)，

完滿酶切可獲得記為A、B、C三種片段，若部分位點(diǎn)被切開，可獲得AB、AC、BC、ABC四種

片段，所以用

Sau3AⅠ切質(zhì)粒最多可能獲得

7種大小不相同的

DNA片段。

答案：(1)

BclⅠ和

HindⅢ

DNA連接

感覺

四環(huán)素引物甲和引物丙TGATCCGGATCA(3)ACTAGG都不能夠(4)7CCTAGT◎考法2觀察載體的作用及特點(diǎn)等3．(2016·全國卷Ⅰ)某一質(zhì)粒載體以下列圖，外源DNA插入到r或r中會以致相應(yīng)AmpTetrr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用的基因失活(Amp表示氨芐青霉素抗性基因，TetBamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混雜，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用獲得的混雜物直接轉(zhuǎn)變大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)變，有的被轉(zhuǎn)變。被轉(zhuǎn)變的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹨韵聠栴}：

(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有________________________(答

出兩點(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需擁有啟動子和停止子。

若是用含有氨芐青霉素的培育基進(jìn)行精選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)變的

和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能夠區(qū)分的，其原因是______________________；而且

________________和________________的細(xì)胞也是不能夠區(qū)分的，其原因是

_________________________________________。

在上述精選的基礎(chǔ)上，若要精選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有

________的固體培育基。

(3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后能夠作為載體，其

DNA復(fù)制所需的原料來自于

________。解析：(1)質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的基本條件有：有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)，供外源

DNA片段(基因)插入其中；在受體細(xì)胞中能自我復(fù)制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體

DNA進(jìn)行同步復(fù)制；有特其余標(biāo)記基因，供重組DNA的判斷和選擇等等。(2)在培育基中加入

氨芐青霉素進(jìn)行精選，其中未被轉(zhuǎn)變的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨

芐青霉素抗性基所以都不能夠在此培育基上存活，兩者不能夠區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和

含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因，都能在此培育基

上存活，兩者也不能夠區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進(jìn)一步精選出

來，還需要使用含有四環(huán)素的固體培育基。(3)某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞

后，其

DNA復(fù)制所需的原料來自于受體細(xì)胞。

答案：(1)

能自我復(fù)制、擁有標(biāo)記基因、擁有一至多個限制酶切割位點(diǎn)

(答出兩點(diǎn)即可

)

(2)兩者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培育基上均不生長

含有質(zhì)粒載體

含有插

入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)兩者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培育基上均能生長四環(huán)素(3)受體細(xì)胞

考點(diǎn)二|基因工程的基本操作及其應(yīng)用

1．基因工程的基本程序

(1)目的基因的獲得

①從基因文庫中獲得

利用mRNA反轉(zhuǎn)錄合成②人工合成經(jīng)過DNA合成儀用化學(xué)方法人工合成

③利用PCR技術(shù)擴(kuò)增

(2)基因表達(dá)載體的成立——基因工程的核心

①目的：使目的基因在受體細(xì)胞中牢固存在，而且能夠遺傳給下一代

能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

②基因表達(dá)載體的組成

，同時使目的基因

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

①轉(zhuǎn)變含義：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，而且在受體細(xì)胞內(nèi)遺傳和表達(dá)的過程。②轉(zhuǎn)變方法生物種類植物動物微生物受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵大腸桿菌或酵母菌等常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變法、基因槍顯微注射法感覺態(tài)細(xì)胞法法、花粉管通道法

目的基因的檢測與判斷方法

檢測或判斷目的

水平

DNA分子雜交技術(shù)

檢測目的基因的有無

分子雜交技術(shù)

目的基因可否轉(zhuǎn)錄

分子水平

抗原—抗體雜交

目的基因可否翻譯

抗蟲或抗病接種實(shí)驗(yàn)

可否擁有抗蟲抗病特點(diǎn)

個體水平

原理：DNA雙鏈復(fù)制。

條件

模板：DNA母鏈

酶：Taq酶

引物：分別與單鏈相應(yīng)序列相結(jié)合

原料：分別為dCTP、dATP、dGTP、dTTP。

變性：90～95°C條件下受熱變性后解鏈為單鏈

↓

過程復(fù)性：55～60°C條件下，引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合

↓

延伸：70～75°C條件下在Taq酶作用下合成子鏈

(4)結(jié)果：上述三步反應(yīng)完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，跟重視復(fù)次數(shù)的增加，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。

3．乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較

含義

①乳腺生物反應(yīng)器是指派外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達(dá)，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白。

②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因獲得高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。

兩者差異

比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器工程菌基因結(jié)構(gòu)動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)細(xì)菌和酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與基真相同人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同等細(xì)胞器，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動物的受精卵微生物細(xì)胞導(dǎo)入目的基顯微注射法感覺態(tài)細(xì)胞法

因的方式

需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需不需嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對

生產(chǎn)條件的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界其影響不大

條件

藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細(xì)胞中提取

[思慮回答]

1．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上，可否牢固遺傳？說明理

由。

提示：一般不能夠。由于僅把目的基因整合到線粒體DNA或葉綠體DNA上，細(xì)胞分裂可能

以致目的基因扔掉，所以無法牢固遺傳。

2．用箭頭及必要的文字簡述基因組文庫和部分基因文庫成立過程。

提示：(1)基因組文庫的成立過程為：限制酶分別與載體某種生物全部DNA――→好多DNA片段――→受連接導(dǎo)入體菌集體。(2)部分基因文庫的成立過程為：反轉(zhuǎn)錄與載體某種生物發(fā)育的某個時期的mRNA――→cDNA――→受連接導(dǎo)入體菌群。

1．基因工程操作的四個易錯點(diǎn)

目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的，基因表達(dá)需要啟動子與停止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動子與停止子之間的部位。

基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象。

(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變法原理：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。

啟動子≠初步密碼子，停止子≠停止密碼子

啟動子和停止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和停止；初步密碼子和停止

密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和停止。

2．基因表達(dá)載體的成立方法

3．目的基因的檢測與判斷

◎考法1觀察基因工程的基本操作程序

1．(2018·湖北武漢2月調(diào)研)如圖是獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的技術(shù)流程表示圖。請回答：

(1)A→B利用的技術(shù)稱為________，其中②過程需要熱牢固的________酶才能完成。

圖中將目的基因?qū)朊藁?xì)胞需要經(jīng)過C過程，該過程為成立______________，其目的是使目的基因在受體細(xì)胞中牢固存在且能夠遺傳給下一代，并能表達(dá)。

(3)上述流程表示圖中，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞所采用的方法是______________法，該

方法一般________(填“合適”或“不合適”)用于將目的基因?qū)雴螕?jù)葉植物。

從F→G的過程利用的主要技術(shù)為____________，欲確定抗蟲基因在G體內(nèi)可否表達(dá)，在個體水平上需要做________實(shí)驗(yàn)。若是抗蟲基因?qū)氤晒?，且與某條染色體的

DNA整合起

來，該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉可視為雜合子，將該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉自交一代，預(yù)計(jì)后代中抗蟲植株占

________。解析：(1)A→B是

PCR技術(shù)中的操作，②過程是

PCR技術(shù)中的延伸過程，需要耐熱的

DNA

聚合酶參加。(2)過程C是成立基因表達(dá)載體。(3)圖中顯示，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞的方

法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變法，該方法不適于將目的基因?qū)雴螕?jù)葉植物，這是由于農(nóng)桿菌對大多數(shù)單子葉植物沒有感染力。

(4)F→G過程是將棉花體細(xì)胞培育形成新的個體，

需要采用植物組織培

養(yǎng)技術(shù)；檢測抗蟲基因在轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)可否表達(dá)，在個體水平上需要做抗蟲接種實(shí)驗(yàn)；假設(shè)抗蟲基由于

A，則該雜合子基因型能夠表示為

A0，A0自交，后代中抗蟲植株

A_和非抗蟲植

株

00分別占

3/4、1/4

。

答案：(1)PCRTaqDNA聚合(2)基因表達(dá)載體

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變不合適(4)植物組織培育抗蟲接種3/4

◎考法2觀察基因工程技術(shù)的應(yīng)用

2．(2017·全國卷Ⅱ)幾丁質(zhì)是好多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。

經(jīng)過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力。回答以下問題：(1)在進(jìn)行基因工程操作時，

若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的

mRNA，常采用嫩葉而不采用

老葉作為實(shí)驗(yàn)資料，原因是

__________________。提取

RNA時，提取液中需增加

RNA酶控制

劑，其目的是

_________________________。

以mRNA為資料能夠獲得cDNA，其原理是

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要經(jīng)過質(zhì)粒載體而不能夠直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________(答出兩點(diǎn)即

可)。

當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒

有提高，依照中心法規(guī)解析，其可能的原因是

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

解析：(1)與老葉對照，嫩葉組織細(xì)胞易破碎，簡單提取到幾丁質(zhì)酶的mRNA。提取RNA時，提取液中增加RNA酶控制劑可防范RNA被RNA酶催化降解。

以mRNA為模板，依照堿基互補(bǔ)配對原則，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)

能夠獲得cDNA。

因該目的基因是經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄形成的，無表達(dá)所需的啟動子，也無在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制所需的復(fù)制原點(diǎn)等，所以在受體細(xì)胞內(nèi)不能夠牢固存在和表達(dá)，也不能夠遺傳下去。

(4)成立基因表達(dá)載體時，DNA連接酶能催化目的基因和質(zhì)粒載體這兩個DNA片段之間形

成磷酸二酯鍵。

轉(zhuǎn)基因植株的基因組中含有幾丁質(zhì)酶基因，但該植株抗真菌的能力并沒有提高，可能

是由于轉(zhuǎn)錄或翻譯異常，即幾丁質(zhì)酶基因未能正常表達(dá)。

答案：(1)嫩葉組織細(xì)胞易破碎防范RNA降解(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模

板依照堿基互補(bǔ)配對的原則能夠合成cDNA(3)目的基因無復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無表達(dá)所需啟

動子

(4)磷酸二酯鍵

(5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常

3．(2019·福建高三質(zhì)檢

)苜蓿是目前我國種植最廣的豆科牧草，但是病菌經(jīng)常威脅著苜

蓿的生長。為提高產(chǎn)量，研究人員將溶菌酶基因(LYZ基因)和綠色熒光蛋白基因(GFP基因)連

接為LYZ-GFP基因，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變法將其導(dǎo)入苜蓿細(xì)胞中，并經(jīng)過組織培育成功獲得了抗

病植株。圖1表示Ti質(zhì)粒，其中Vir區(qū)的基因產(chǎn)物是T-DNA轉(zhuǎn)移的必備條件；圖2表示含

有LYZ-GFP基因的DNA片段。圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)?；卮鹨韵聠栴}：成立含有LYZ-GFP基因的重組質(zhì)粒時，應(yīng)采用限制酶________進(jìn)行切割，原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(2)據(jù)圖解析，在培育轉(zhuǎn)基因苜蓿植株過程中，應(yīng)選擇LYZ-GFP基因中的GFP基由于標(biāo)記

基因，而不選擇質(zhì)粒中原有的卡那霉素抗性基由于標(biāo)記基因，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是________________________。

(3)在組織培育過程中，對愈傷組織進(jìn)行顯微檢測，若

________，則表示細(xì)胞中

GFP基因

存在并表達(dá)。選擇含有GFP基因的愈傷組織為資料，用PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測LYZ基因，需采用一段

____________________合成引物，該過程所用到的酶必定擁有________的特點(diǎn)。

對該苜蓿植株進(jìn)行病菌接種實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過觀察其抗病程度能夠進(jìn)行個體生物學(xué)水平的判斷，原因是

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

解析：(1)據(jù)圖2可知，成立含有LYZ-GFP基因的重組質(zhì)粒時，含有LYZ-GFP基因的片段

有三個酶切位點(diǎn)，基因兩側(cè)沒有相同限制酶，應(yīng)該使用雙酶切法，限制酶Ⅲ為必選。依照圖1

結(jié)合農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變法的原理，所用限制酶切割位點(diǎn)必定在T-DNA片段上，限制酶Ⅰ會切斷Ti質(zhì)

粒自己的四環(huán)素抗性基因，但GFP基因、卡那霉素抗性基因都能夠作為標(biāo)記基因。所以應(yīng)選

擇限制酶Ⅰ和Ⅲ。限制酶Ⅱ會破壞質(zhì)粒中的

Vir

區(qū)的基因，不能采用。

(2)據(jù)圖

1可知，若

LYZ-GFP基因在

T-DNA片段上，就能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的

DNA上，

便于追蹤檢測

LYZ基因的表達(dá)情況，這是采用

GFP基由于標(biāo)記基因的優(yōu)點(diǎn)。而卡那霉素抗性

基因不在

T-DNA片段上，不能夠整合到苜蓿細(xì)胞染色體的

DNA上，所以相對不宜采用。

(3)GFP基因的表達(dá)產(chǎn)物是綠色熒光蛋白，對愈傷組織進(jìn)行顯微檢測時，若觀察到綠色熒

光，則表示細(xì)胞中的GFP基因存在并表達(dá)。

進(jìn)行PCR技術(shù)擴(kuò)增并檢測LYZ基因的前提，要有一段已知的LYZ基因的核苷酸序列以便合成引物。PCR擴(kuò)增過程使用的DNA聚合酶擁有耐高溫或熱牢固的特點(diǎn)。

(5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶，依照免疫學(xué)知識得知：溶菌酶是免疫活性物質(zhì)，能夠殺

滅病菌。所以轉(zhuǎn)基因成功的苜蓿植株會表現(xiàn)出抗病特點(diǎn)。答案：(1)

Ⅰ和Ⅲ(對

Ti

質(zhì)粒和含有

LYZ-GFP基因的片段

)

選擇限制酶Ⅰ和限制酶Ⅲ能

獲得

LYZ-GFP基因，不會破壞質(zhì)粒中的

Vir

區(qū)的基因，使目的基因的插入位點(diǎn)位于

T-DNA片

段上

(2)LYZ-GFP

基因在

T-DNA片段上，能整合到苜蓿細(xì)胞染色體的

DNA上，便于追蹤檢測

LYZ基因的表達(dá)情況(3)觀察到綠色熒光(4)LYZ基因的核苷酸序列

定”)(5)LYZ基因能夠表達(dá)出溶菌酶，溶菌酶能夠殺滅病菌，表現(xiàn)出抗病特點(diǎn)

考點(diǎn)三|蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用

耐高溫

(或“熱穩(wěn)

蛋白質(zhì)工程

緣由：基因工程原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)。

基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。

手段：基因修飾或基因合成。

目的：合成滿足人類生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)。

流程圖

寫出流程圖中字母代表的含義：

A．轉(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計(jì)，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。

結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。

(7)應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，改良生物性狀。

[思慮回答]

1．對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該經(jīng)過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)，為什么不能夠直接對蛋白質(zhì)分

子進(jìn)行操作？

提示：若是對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造，即使改造成功了，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法

遺傳。

2．絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，簡要表述酶工程與蛋白質(zhì)工程有何差異和聯(lián)系？

提示：酶工程的重點(diǎn)在于對已存在的酶的合成充分利用，而蛋白質(zhì)工程則是對已存在的蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾改造或制造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。酶工程是蛋白質(zhì)工程的一部分。

蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較

1．差異

項(xiàng)蛋白質(zhì)工程

基因工程

目預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)

過構(gòu)→推斷應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對程

應(yīng)的脫氧核苷酸序列

實(shí)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)質(zhì)

獲得目的基因→基因表達(dá)載體的成立

→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基

因的檢測與判斷

定向改造生物的遺傳特點(diǎn)，以獲得人

類所需的生物種類和生物產(chǎn)品

結(jié)可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)

只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)

果

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。

基因工程中所利用的某些酶需要經(jīng)過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。

◎考法觀察蛋白質(zhì)工程的原理及應(yīng)用

(2015·全國卷Ⅱ)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個

氨基酸組成。若是將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)

(P1)不僅保留

P的功能，而且擁有了酶的催化活性。回答以下問題：

(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，能夠考慮對蛋白質(zhì)的

________進(jìn)行改造。

以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的路子有修飾________基因或合成________基因。

所獲得的基因表達(dá)時是依照中心法規(guī)的，中心法規(guī)的全部內(nèi)容包括________的復(fù)制，以及遺

傳信息在不相同分子之間的流動，即：

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本路子是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，經(jīng)過

__________________和__________________，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，此后還需要對蛋白質(zhì)的生物

________進(jìn)行判斷。

解析：(1)

從題中所述資料可知，將

P分子中

158位的絲氨酸變成亮氨酸，

240位的谷氨

酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過程是經(jīng)過對組成蛋白質(zhì)的氨基酸的

排列序次進(jìn)行改造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的功能。

(2)在蛋白質(zhì)工程中，目的基因能夠以P基因序列為基礎(chǔ)，對生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修

飾，也能夠經(jīng)過人工合成法合成新的P1基因。

中心法規(guī)的內(nèi)容以下列圖：

由圖可知，中心法規(guī)的全部內(nèi)容包括：DNA以自己為模板進(jìn)行的復(fù)制，DNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳達(dá)給RNA，最后RNA經(jīng)過翻譯將遺傳信息表完成蛋白質(zhì)；在某些病毒中RNA可自我復(fù)制(如煙草花葉病毒等)，在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA(如HIV)，這是對中心法規(guī)的補(bǔ)充。

蛋白質(zhì)工程的基本路子是預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推斷應(yīng)有的氨

基酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過該過程獲得的蛋白質(zhì)，需要對其生物功能進(jìn)行判斷，以保證其發(fā)揮正常作用。

答案：(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))

(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)

錄、翻譯)

(3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推斷氨基酸序列功能

真題體驗(yàn)|感悟高考淬煉考能

1．(2018·全國卷Ⅰ)回答以下問題：

博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸

桿菌細(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證了然質(zhì)粒能夠作為載體外，還證了然

________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。

體外重組的質(zhì)?？山?jīng)過Ca2＋參加的________方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞；而體外重組的噬菌體

DNA平時需與

________組裝成完滿噬菌體后，才能經(jīng)過侵染的方法將重組的噬菌體

DNA

導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是

________。

真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會被降解。

為防范蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采用____________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)增加________的控制劑。

解析：(1)兩位科學(xué)家將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá)，所以，該研究能夠證明：質(zhì)粒能夠作為載體，真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可

以表達(dá)(不相同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)粒能夠進(jìn)入受體細(xì)胞等。(2)目的基因進(jìn)入

受體細(xì)胞內(nèi)，而且在受體細(xì)胞內(nèi)保持牢固和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)變，將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時，

常用的轉(zhuǎn)變方法是：第一用Ca2＋辦理大腸桿菌細(xì)胞，使其成為感覺態(tài)。噬菌體DNA沒有侵染

能力，體外重組的噬菌體DNA平時需與外殼蛋白組裝成完滿噬菌體才能完成侵染過程。噬菌

體多寄生在細(xì)菌中，但不能夠寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中。(3)若要使蛋白質(zhì)不被降解，則大

腸桿菌體內(nèi)不能夠存在蛋白酶，所以，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采用蛋白酶弊端型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。

同理，在蛋白質(zhì)純化過程中，也不能夠使蛋白質(zhì)降解，所以，應(yīng)增加蛋白酶控制劑。

答案：(1)體外重組的質(zhì)粒能夠進(jìn)入受體細(xì)胞；真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)

轉(zhuǎn)變外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細(xì)菌

蛋白酶弊端型蛋白酶

2．(2018·全國卷Ⅱ)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光，這一特點(diǎn)可用于檢測細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊(duì)將某種病毒的外殼蛋白

(L1)

基因連接在

GFP基因的5′尾端，獲得了L1-GFP交融基因(簡稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，成立了真核

表達(dá)載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點(diǎn)的表示圖以下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性尾端

各不相同。

回答以下問題：

(1)據(jù)圖推斷，該團(tuán)隊(duì)在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是

使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證________，也是為了保證________________。

________。

(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培育的牛皮膚細(xì)胞后，若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，則說明

L1基

因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了

________和________過程。

為了獲得含有甲的牛，該團(tuán)隊(duì)需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的

________移入牛的______________中、體外培育、胚胎移植等。(4)為了檢測甲可否存在于克隆牛的不相同組織細(xì)胞中，某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行判斷，在鑒準(zhǔn)時應(yīng)分別以該牛不相同組織細(xì)胞中的________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。解析：(1)據(jù)圖示信息解析：將L1-