高考生物第十一单元第39讲

1、第39讲基因工程考纲要求1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理和技术()。3.基因工程的应用()。考点一基因工程的诞生及其操作工具1基因工程的诞生(1)概念：把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另外一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。(2)核心：构建重组DNA分子。(3)诞生时间：20世纪70年代。(4)理论基础：DNA是生物遗传物质的发现，DNA双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定。(5)技术保障：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现和运用。2基因工程的工具(1)限制性核酸内切酶来源：主要从原核生物中分离纯化出来。作用a

2、特异性识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。b切割两个核苷酸之间的化学键。结果：产生粘性末端。(2)DNA连接酶作用：将具有相同粘性末端的两个DNA片段连接在一起。(3)质粒从存在位置看，在细菌中独立于拟核之外。从化学成分上看，为双链环状DNA分子。从功能上看，能自主复制。从结构上看，常含有抗生素抗性基因。思维诊断(1)限制性核酸内切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)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体()(4)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()(5)DNA连接酶能够将任意2个

3、DNA片段连接在一起(×)题组限制性核酸内切酶、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，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A BC D答案C解析限制性核酸内切酶可在特定位点对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连接酶可将限制性核酸内切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Bgl(AGATCT)

4、、EcoR(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是()A用EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体B用Bgl和EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体C用Bgl和Sau3A切割目的基因和P1噬菌体载体D用EcoR和Sau3A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EcoR和Sau3A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。与DNA有关的酶的比较项目作用底物作用部位形成产物限制性核酸内切酶DNA分子磷酸二酯键粘性末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚

5、合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNADNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸考点二基因工程的原理、技术及应用1基因工程的原理和技术观察基因工程的操作过程图，分析每一步骤的操作程序(1)获得目的基因获取方法(2)形成重组DNA分子用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA，以产生相同的粘性末端。用DNA连接酶连接两个切口(即相同的粘性末端)，形成重组DNA分子。(3)将重组DNA分子导入受体细胞常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。导入方法：用氯化钙处理大肠杆菌，可以增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使重组质

6、粒容易进入。(4)筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达筛选：用含抗生素的培养基培养受体细胞，选择含重组质粒的受体细胞。表达：目的基因在宿主细胞内表达，产生人们需要的功能物质。2基因工程的应用(1)基因工程与遗传育种转基因植物培育优点转基因动物a含义：转入了外源基因的动物。b培育优点：省时、省力。(2)基因工程与疾病治疗基因工程药物如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。(3)基因工程与生态环境保护利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型生物塑料。改造分解石油的细菌，提高其

7、分解石油的能力。利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。 思维诊断(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(2014·江苏，23D)()(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(2011·四川，5D)(×)(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

8、为受体(×)题组一目的基因的获取及基因表达载体的构建1下图表示用化学方法合成目的基因的过程。据图分析，下列叙述正确的是()A过程需要DNA连接酶B过程需要限制性核酸内切酶C目的基因的碱基序列是已知的D若某质粒能与目的基因重组，则该质粒和目的基因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。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据图表回答问题：限制性核酸内切酶SmaEcoRPst切割位点CCCGGGGGGCCCGAATTCCTTAAGCTGCAGGACGTC(1)假设所用的限制性核酸内切酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoR和Pst酶切

9、含有目的基因的DNA，能得到_种DNA片段。如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切产物再加入DNA连接酶，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_、_、_。(2)为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是_、_。答案(1)4质粒载体质粒载体连接物目的基因目的基因连接物质粒载体目的基因连接物(2)EcoRSma解析(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoR和1个Pst的酶切位点，3个切点全部切开，则形成4种DNA片段。质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoR切割，目的基因两端和质粒的切口处的粘性末端相同，只考虑两个DNA片段相连，则会形成

10、3种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。(2)为了防止自身环化和任意连接，可选用EcoR和Sma两种酶同时切割。与基因工程操作有关的6个易错点总结(1)目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，所以目的基因应插入到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(将重组DNA分子导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。(4)转化的实质是目的基因整合到受体细胞基因中。(5)一般情况下，用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制性核

11、酸内切酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。题组二基因工程的操作及应用实例分析3.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：(1)获取目的基因的主要途径包括从基因文库中获取和_。(2)过程需要的酶有_、_。(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外，还必须含有启动子、终止子和_，这样才能构成一个完整的基因表达载体。

12、(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的_，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中的_上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。答案(1)化学方法合成(2)限制性核酸内切酶DNA连接酶(3)标记基因(4)转化作用染色体DNA解析(1)获取目的基因的主要途径有从基因文库中和化学方法合成。(2)过程为形成重组DNA分子，需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上，进而使目的基因能够稳

13、定遗传和表达。基因工程中的几种检测方法探究高考明确考向1(2012·浙江，6)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是()A提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因BB利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞答案A解析获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR扩增，A正确；形成重组DNA分子时是将目

14、的基因与载体连接起来，形成重组载体，再导入受体菌中贮存和扩增，提取目的基因时不需要使用限制性核酸内切酶，B错误；连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶，C错误；将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌，D错误。2(2011·浙江，6)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是()A每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaD每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子答案C解析大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都

15、至少含一个重组质粒，A项正确；作为载体的条件为至少含一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；作为重组DNA应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。3(2014·江苏，23)下列关于基因工程技术的叙述，错误的是(多选)()A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列BPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地

16、插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达答案ABC解析A项，限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列，但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。B项，PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。另外，耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，变性和复性过程不需要酶的催化。C项，载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，而不是抗生素合成基因。D项，目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。4(2014·新课标，40)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，

17、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”

18、)。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

19、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。练出高分1基因工程中，需使用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性核酸内切酶的识别序列和切点是GATC。(1)根据已知条件和下图中信息回答：上述质粒用限制性核酸内切酶_切割，目的基因用限制性核酸内切酶_切割。将切下的目的基

20、因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的_。请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：_。(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是_。答案(1)DNA连接酶检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞(2)DNA结构基本相同和基本组成单位相同解析(1)两个DNA片段能否连接关键是看所形成的粘性末端是否相同。用同一种限制性核酸内切酶切割肯定露出相同的粘性末端。在这里限制性核酸内切酶、虽是两种不同的限制性核酸内切酶，但是它们切割产生的粘性末端相同，因而也可以用DNA连接酶将其连接起来。(2)不同基因拼接成功的基础是DNA的空间结构和基本单位相同。2通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物

21、。科学家运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。(2)请画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。GGATCC(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是_，“插入”时用的工具是_，其种类有_。答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2) (3)基因的结构是相同的载体质粒、动植物病毒及噬菌体的衍生物解析本题主要考查各种工具在基因工程中的作用，要明确限制性核酸内切酶的作用是切取目的基因，

22、DNA连接酶起“缝合”作用，载体能把目的基因导入受体细胞。3科学家通过基因工程成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉，其过程大致如下图所示，据图回答下面的问题。(1)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有TDNA，把目的基因插入Ti质粒的TDNA中是利用TDNA_的特性。(2)抗虫基因转入普通棉花植株内并成功表达的过程，在基因工程中称为_。(3)将目的基因导入受体细胞中的方法很多，该题中涉及的是_。(4)目的基因能否在棉花植株体内稳定维持和表达其遗传物质的关键是_。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。答案(1)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上(2)转化(3)农杆菌转化法(

23、4)目的基因是否插入了受体细胞的染色体 DNA上DNA分子杂交技术解析农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法，利用它能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，以及其Ti质粒上的TDNA能转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体 DNA上的特点，可以把目的基因插入其质粒的TDNA中，借助其作用使目的基因成功导入受体细胞。4大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的载体。某限制性核酸内切酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出半乳糖苷酶。当培养基中含有IPTG和Xgal时，Xgal便会被半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落。反之，则形成

24、白色菌落。下图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。请分析并回答问题。(1)对已获得的目的基因可利用_技术进行扩增。(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复_键。(3)将试管中的物质和大肠杆菌共同置于试管的目的是_；大肠杆菌需事先用Ca2进行处理，目的是_。(4)将试管中的菌液接种于选择培养基上，培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出_。 (5)若观察到培养基上出现_色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是_答案(1)PCR(2)磷酸二酯(3)进行转化使大肠杆菌细胞处于感受态(4)导入pUC

25、18质粒的大肠杆菌(5)白无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落5干扰素是治疗癌症的药物，成分是一种糖蛋白，它必须从血液中提取，每升人血只能提取0.05 g，所以价格昂贵。现在美国加利福尼亚的基因公司用如图的方式生产干扰素，请据图回答下列问题。(1)从人的淋巴细胞中取出_，使它同质粒相结合，然后移植到酵母菌体内，让酵母菌_。(2)酵母菌能用_方式繁殖，速度很快，能大量生产_，不但提高了产量，也降低了成本。(3)有人尝试将干扰素基因与大肠杆菌的质粒重组，转入大肠杆菌体内后，形成“工程菌”，此种操作能制备到干扰素吗？_，请说明理由：_(4)中国青年科学家陈炬成功地把人的干扰素基因移植到烟

26、草的DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力，试分析：人的基因之所以能接到植物体内，其物质基础是_。烟草有了抗病能力，这表明烟草体内产生了_。这个事实说明，人和植物共用一套_，蛋白质合成方式_。答案(1)干扰素基因合成干扰素(2)出芽生殖干扰素(3)不能大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，无法合成糖蛋白(4)DNA结构基本相同干扰素遗传密码基本相同6科学家将大麦细胞中的LTP1基因利用基因工程手段导入啤酒酵母菌中，使其产生LTP1蛋白，使酿出的啤酒泡沫更加丰富。具体的操作过程如图所示，请据图回答问题。(1)图中所示的基因工程操作步骤的A和C分别是_、_。(2)由图中可以看出，所用的载

27、体甲是_，载体甲的化学本质是_。(3)简要说明获得乙的方法步骤：_。(4)已知甲中含有抗青霉素基因(非LTP1基因的插入位点)，而啤酒酵母菌没有青霉素抗性，试说明如何检测和筛选出含有目的基因的啤酒酵母菌？_。(5)转基因啤酒酵母菌合成LTP1蛋白的场所是_，原料是_，LTP1基因在转基因啤酒酵母菌中的遗传信息传递过程是_。答案(1)获得目的基因将目的基因导入受体细胞(2)质粒环状DNA(3)用同种限制性核酸内切酶分别处理LTP1基因和质粒，然后用DNA连接酶将处理后的LTP1基因和质粒连接起来，即可获得重组质粒乙(4)用含青霉素的培养基培养啤酒酵母菌，如果啤酒酵母菌有青霉素抗性(正常繁殖)，说明导入成功；如果啤酒酵母菌没有青霉素抗性(死亡)，说明没有导入(5)核糖体氨基酸解析此题以转基因啤酒酵母菌为例综合考查了基因工程的工具和主要操作步骤以及基因表达的相关知识。由图可知，A过程表示从大麦细胞中提取LTP1基因(目的基因)。由于甲为环状DNA，应是从大肠杆菌中提取出的质粒。用同种限制性核酸内切酶分别处理LTP1基因和质粒，然后用DNA连接酶将处理后的LTP1基因和质粒连接起来，即可获得重组质粒乙。在