人教版全国2生物新高考名师指点：选修三 基因工程

选修三现代生物科技专JS

第31讲基因工程

最新考纲全国卷考情

2018•全国卷I（38）、

1.基因工程的诞生（工）

2018•全国卷口（38）、

2.基因工程的原理及技术（含PCR技

2017•全国卷I（37）、

术）（n）

2017•全国卷11（37）、

3.基因工程的应用（口）

2017•全国卷叫37）、

4.蛋白质工程（工）

2016•全国卷I（40）、

5.实验：DNA的粗提取与鉴定

2016•全国卷111（40）

考点一基因工程的基本工具及操作过程

|考点自主梳理|夯基固本提精华

1.基因工程的基本工具

Q）限制性核酸内切酶（限制酶）

①来源：主要从原核生物中分离纯化而来。

②作用识别特定的核昔酸序列并切开特定部位的两个核昔酸之间的磷酸二酯键。

③作用结果

在识别序列中心轴线两侧切开।3

__-----------：-2----------＞黏性末端

结果一在识别序列中心轴线处切开-T句

-------------------------»平末端

(2)DNA连接酶

①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。

②类型

常用类型£co〃DNA连接酶T4DNA连接酶

来源大肠杆菌T4噬菌体

“缝合“黏性末端和平

功能只"缝合"黏性末端

—I-XLU

结果恢复被限制酶切开的两个核甘酸之间的磷酸二酯键

⑶载体

①条件：能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点；具有标记

基因。

最常用：质粒

②种类

［其他:人噬菌体的衍生物、动植物病毒等

③作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。

2.基因工程的基本操作程序

(1)目的基因的获取

①目的基因：主要指编码蛋白质的基因,也可以是一些具醺作用的因子。

〃从基因文库中获取

人力利用mRNA反转录合成

②获取方法〈’

合成|通过DNA合成仪用化学方法人工合成

、利用PCR技术扩增

(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心

①目的：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,同时使目

的基因能够表达和发挥作用。

②基因表达载体的组成

一目匕的基二因拟转载的“外源基因”

启动子R\A聚合酶识别和结合的部

基因---------------------

」,位,驱动基因转录

表达一

终止子

载体-RNA聚合酶脱离部位，终止的昱

标记基因作用为鉴别受体细胞中是否

含有目的基因

③构建过程

质譬_______________DN.分子

|同种限制酶处理

一个切口两个切口

两个末端获得目的基因

X____________，

]DNA连接酶

重组DNA分子（重组质粒）

⑶将目的基因导入受体细胞的〃三种类型〃

①导入植物细胞一农杆菌转化法（花粉管通道法、基因枪法）。其受体细胞为体

细胞或受精卵。

农杆菌在自然条件下易感染双子叶植物和裸子植物，并将其Ti质粒上的T-DNA

转移并整合到受体细胞染色体DNA上。

②导入动物细胞——显微注射法其受体细胞为受精卵。

③导入微生物细胞—感受态细胞法，需用Ca2+处理获得感受态细胞使其能吸

收DNA分子。

3.目的基因检测与鉴定的〃两个水平〃

因与性状|

鉴定|

个体生物学水

平.如抗虫（病）

接种实验

:是否显示:;是否显示:;是否表现:

:杂交带：:特定性状:

-----------7

分子水平检漱个体水平检测

。提升探究

1.限制性核酸内切酶例如工和限制性核酸内切酶后。R工的识别序列及切割位

II

点分别是和。如图表示四种质粒和目的基因，其中箭

—CAATTG——GAATTC—

头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阻影部分表示标记基因。适

于作为图示目的基因载体的质粒是哪一种？并指明理由。

目的基因

沅落■■凰篇

含目的基因的DNA片段

①②③④

提示适合的质粒是①。由图可知，质粒②上无标记基因，不适合作为载体；质

粒③和④的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点，使用该酶后将会导致

标记基因遭破坏，故均不宜选作载体。

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。请思考：

切

—JIA

GATTC

—

—A'IIII

cTTAAG

中轴线切点黏性末端

中轴线(切点)平末端

图2

(1)&闲I限制酶和SmaI限制酶的化学本质是什么?其单体是什么？两类酶识

别的碱基序列及切割的位点分别是什么？

提示蛋白质氨基酸后。R工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具有何种特性？

提示专一性。

(3)要将图1中的末端再连接起来，需要用哪类连接酶，若连接图2的末端呢？

提示连接图1中的黏性末端既可用£coliDNA连接酶，也可用T4DNA连接

酶，连接图2中平末端只能用T4DNA连接酶。

3.已知限制性核酸内切酶工的识别序列和切点是——,限制性核酸内

切酶口的识别序列和切点是一1GATC—,根据图示思考下列问题：

(1)切割目的基因应选用哪类限制酶？切割质粒呢？请说明理由。

(2)限制性核酸内切酶I和限制性核酸内切酶口切割后获得的黏性末端是否相

同？

(3)将基因表达载体导入受体细胞后，进行筛选时，培养基中应添加填“青霉素"

还是"四环素")？为什么？

提示⑴由于限制酶I识别位点一G1GATCC一，限制酶口识别位点为

—IGATC—,由此可见限制酶II也可切割限制酶I的位点，图中显示目的基因两

端分别有限制酶I、限制酶口识别位点，故使用限制酶口时，可在目的基因两端

同时作切割，从而切出"目的基因"，然而，倘若使用限制酶口切割质粒，则会

同时破坏质粒中的两个“标记基因"，故只能使用限制酶工切割质粒。

相同(均具

(2)GATC—)0

(3)青霉素因使用限制酶I后，四环素抗性基因已被破坏。

［重点•串讲整合］

1.诠释基因表达载体

(1)分段解读

启动子：位于目的基因首端,它是RNA聚合酣

识别和结合的部位,驱动转录出mRNA

，目的基因位于此区间

花达我体终止子：位于目的基因尾端.

员制原点终止

可启动抗生素抗.它是使转录终止的一段福

“复制R

殊结构的DNA短片段

过程”

标记基因可作为制备筛选工程

菌株选择培养基“参照”

⑵载体上标记基因的标记原理辨析

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，倘若在选择培养

基中不能存活，则表明无质粒转入，当然不会有"目的基因"转入，能存活时必

含该载体，原理如下图所示：

2.四类受体细胞的筛选与判定

当用相应的限制酶切割了目的基因与载体后，可将二者混合，加入DNA连接酶

进行连接反应，用得到的混合物直接转化受体细胞，其结果有如下四种：

'此受体细胞中未进入“载体”,故不具备

四一种

一标记基因赋予的特性——在选择培养

种

.基中将被淘次

受

体.（1）只含目的基因的.因其缺乏“标记基

细因”赋予特性，在选择培养基中也被淘汰

胞（2）只含载体的.因其具备••标七基因''赋予

三种的特性在选择培养基中可生存而“被选出”

（3）含有基因表达载体（如重组质粒）的.

因其具备“标记基因”赋予的特性,故可被

特定选择培养基选择保留——这才是人

们真正需要的受体细胞

上述四类受体细胞中通过“标记基因"（制备的培养基）可区分出①②与③④，而

通过DNA分子杂交技术，可进一步区分③与④。

点悟："标记基因"筛选后为何还需应用"DNA分子杂交技术”确认目的基因

是否转入？

经上述步骤筛选得到的受体细胞，只是含特定（具有标记基因）的载体，然而，该

载体上是否成功嵌入了目的基因，还不能确定，故仍需使用"目的基因"作探针,

利用DNA分子杂交技术，检测受体细胞的质粒上是否含目的基因。

3.诠释基因组文库与部分基因文库

基因文库类型基因组文库部分基因文库（cDNA文库）

某种生物发育的某

某种生物全部DNA

个时期的mRNA

限制酶

V

构建基因文库1反转录

许多DNA片段

的过程cDNA

分别与载体］连接导入

与载体］连接导入

受体菌群体

受体菌群体

①含某种生物全部基因①含该种生物"部分”基因

其他区别②有启动子、有内含子②无启动子，无内含子

③部分可与其他生物基因交流③均可与其他生物基因交流

1应试对接高考感悟高考找规律

1.（2018•全国卷口，38）［生物——选修3:现代生物科技专题］

某种荧光蛋白（GFP）在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检

测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白（L1）基因连接在

GFP基因的5'末端，获得了LI-GFP融合基因（简称为甲），并将其插入质粒P0,

构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中El~E4四

种限制酶产生的黏性末端各不相同。

启动子L1基因GFP基因终止子

ElE2E3E4

回答下列问题：

⑴据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶

是。使用这两种酶进行酶切是为了保证，也是为了保

证。

⑵将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说

明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了和过程。

（3）为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的

移入牛的中、体外培养、胚胎移植等。

（4）为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴

定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的（填"mRNA""总

RNA"或"核DNA"）作为PCR模板。

解析（1）据图示信息分析:将LI-GFP融合基因（甲）插入质粒时使用酶E1和E4

进行酶切，既能保证LI-GFP融合基因的完整，又能保证LI-GFP融合基因与

载体的正确连接。（2）目的基因在受体细胞中的表达包括转录和翻译两个过程。⑶

将体外培养的含有目的基因的动物体细胞核移入该动物的去核卵母细胞中，经过

体外胚胎培养、胚胎移植等技术可获得转基因动物。（4）检测目的基因是否存在于

克隆牛的不同组织细胞中，采用PCR技术鉴定时，应以该牛不同组织细胞中的核

DNA作为PCR模板。

答案（1）E1和E4甲的完整甲与载体正确连接

（2）转录翻译⑶细胞核去核卵母细胞（4）核DNA

2.（2016•全国卷I,40）某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Amp或Tef

中会导致相应的基因失活（力加表示氨茉青霉素抗性基因，7^■表示四环素抗性

基因）。有人将此质粒载体用由m分1酶切后，与用仍加〃工酶切获得的目的基

因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，

结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含

有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

回答下列问题：

启动子

O,R，mHI

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有（答出两点即可），

而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如果用含有氨节青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被

转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_____________；

并且和的细胞也是不能区分的，其原因是.

在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单

菌落，还需使用含有的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来

自于________________________________________________________0

解析Q）作为运载体必须具备如下特点：①能自主复制，从而在受体细胞中稳定

维持和表达；②含标记基因，以供重组DNA的鉴定和选择；③具1~多个限制

酶切割位点以便外源DNA插入。（2）在含有氨节青霉素的培养基上，只有具有

力S的大肠杆菌才能够生长。而位于质粒上，故未被转化的和仅含环状

目的基因的大肠杆菌细胞中无Ampf,故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载

体的和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有Ampf因而能在培养基

中生长。目的基因的插入破坏了质粒载体的心?•，故含有插入了目的基因的重组

质粒的大肠杆菌不能在含有四环素的平板上生长，从而与仅含有质粒载体的大肠

杆菌得以区分。（3）噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成DNA,需借助宿

主细胞完成DNA复制。

答案（1）能自我复制、具有标记基因

（2）二者均不含有氨羊青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体

含有插入了目的基因的重组质粒（或答含有重组质粒）二者均含有氨羊青霉素抗

性基因，在该培养基上均能生长四环素

（3）受体细胞

考点二基因工程的应用及蛋白质工程

I考点自主旋理I夯基固本提精生

1.基因工程的应用

（1）动物基因工程：用于提高动物生区速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品

质；用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的供体等。

（2）植物基因工程：培育抗虫转基因植物（如抗虫棉）、抗病转基因植物（如转基因烟

草）和抗逆转基因植物（如抗寒番茄）；利用转基因改良植物的品质（如新花色矮牵

牛）。

（3）比较基因治疗与基因诊断：

X原理操作过程进展

利用正赏基因导入有基因缺陷的细胞中，

基因治疗基因表达临床实验

以表达出正常性状来治疗(疾病)

碱基互补制作特定DNA探针与病人样品DNA混

基因诊断临床应用

配对合，分析杂交带情况

2.蛋白质工程

Q)流程图

蛋向质—E

三维结构―-生物功能

A.转录,B.噩,C.分子设计,D.多肽链,E.预期功能。

(2)手段：基因修饰或基因合成。

(3)结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。

(4)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。

「提升探究

1.既然存在基因工程，为什么还要改造蛋白质？

提示基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。

2.（教材P26旁栏思考题解答）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质

分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？

提示毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：

Q）件可一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，

而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被

改造过的蛋白质分子还是无法遗传的；（2）蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因

的结构相对简单，容易改造。

|应试对接高考|感悟高考找规律

1.（2018♦海南卷,31）［选修3:现代生物科技专题］

甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农杆菌转

化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题：

（1）用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜（填"受伤的"或"完好的"）叶片

与含重组质粒的农杆菌共培养，选用这种叶片的理由是_______________。

（2）若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中已转移到

植物细胞中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交，

发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为1：1，则说明甜蛋白基因

已经整合到（填"核基因组""线粒体基因组"或"叶绿体基因组"）

中。

(3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材料获

得脱毒苗，应选用作为外植体进行组织培养。

(4)通常，基因工程操作主要有4个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、

将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概

括为______________________________________________________

解析(1)当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农

杆菌移向这些细胞，因此用农杆菌感染时，优先选用黄瓜受伤的叶片。

(2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，说明目的基因——甜蛋白基因在受体细

胞中已经完成表达；若甜蛋白基因整合到线粒体基因组或叶绿体基因组中，在遗

传时遵循母系遗传，不会出现固定的分离比，所以子代中含甜蛋白个体数与不含

甜蛋白个体数之比为1:1,则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组。

(4)基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转

基因等技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出符合人们需要的新生物类型和

生物产品。

答案(1)受伤的叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这

些细胞

(2)甜蛋白基因核基因组(3)茎尖(4)按照人们的愿望进行设计，并通过体外

DNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新

生物类型

2.(2015♦全国卷口，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(Pi)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：

⑴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Pi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：

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

(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甘酸序列，据此获得基因，

再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对合成蛋白质的生物进行鉴定。

答案（1）氨基酸序列（或结构）（2）PPiDNA和RNA（或遗传物质）

DNA-RNA、RNA-DNA、RNA-蛋白质（或转录、逆转录、翻译）⑶设计蛋

白质的结构推测氨基酸序列功能

|归纳提升|

蛋白质工程与基因工程的比较

项目蛋白质工程基因工程

定向改造生物的遗传特性，以获

实质定向改造或生产人类所需蛋白质得人类所需的生物类型或生物产

品（基因的异体表达）

结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质

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，因为

联系对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合

成实现

考点三PCR技术与DNA的粗提取与鉴定

|考点自主梳理|夯基固本提精华

LPCR技术

（DPCR含义：即多聚酶链式反应,是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸

合成技术。

⑵原理：DNA双链复制。

(3)前提：有一段已知目的基因的核苜酸序列,以便据其合成引物。

(4)条件：除需引物及控制温度外，还必须有耐高温的DNA聚合酶(原7酶)

(5)PCR反应过程

过程说明图解

S-1111II11II11y

变性加热至90~95℃,DNA解链为单链J约

3IIIIIIITITT•»fTTTTVTiiII3

冷却至55~60℃,两种引物结合到互补

||||||11111111M(||||||

复性引物13'引物II'

DNA链

加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶

y.l.l..l.lLILLLU-ry.LUJlLlllUj

5引物I3§引物•、

延伸n

延伸方向：$-3，

(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成

(6)结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随

着重复次数的增多,DNA分子就以2"的形式增加——PCR的反应过程都是在

PCR扩增仪中完成的。

2.DNA的粗提取与鉴定

⑴实验原理

DNA在物质的量浓度为

DNA不溶于DNA与二苯胺

().14mol/LNaCl溶液中

薪度最低酒精作用显现蓝色

III

粗分离进一步提纯鉴定DNA

⑵操作流程

材料的选取选用DNA含量相对莪高的生物组织

▼

破碎细胞鸡血细胞一加起置水一用玻璃棒搅

(以鸡血为例)拌一用纱布过滤一收集滤液

I利用DNA在不同浓度的NaCl溶液

去除杂质|一中溶解度的不同,通过控制NaCl溶

液的浓度去除杂质

将处理后的溶液过滤•加入与滤液

DXA的析出体积相等的、冷却的体积分数为

95%的酒精

在溶有DNA的NaCl溶液中加入工

DXA的鉴定苯胺试剂,混合均匀后将试管在沸

水中加热5min.溶液变成蓝色

(3)DNA与蛋白质在NaCl溶液中的溶解度比较

物质的量浓度为2物质的量浓度为0.14

溶解规律

mol/LNaCl溶液mol/LNaCl溶液

I溶解O度

DNA溶解析出

「Mm。"NaCl溶液

NaCl溶液浓度从2

蛋白质部分发生盐析沉淀溶解

mol/L降低过程中溶

解度逐渐增大

C提升探究

仔细观察图示过程，请思考：

开开dCTP

皿A丽皿UUdATP

nOdGTP

dTTP

模板DNA

冷却至55~607加热至70~73t

引物结合到互补DNA链从引物起始进行

互补链的合成

(1)图中方法可以获得大量目的基因，这是一种什么技术方法？其原理是什么？

(2)图中A、B分别是什么?其单体是否相同?

⑶过程①②③的名称是什么？过程①首先要将反应体系的温度升高到90~

95℃,其目的是什么？如果是在体内，该过程如何完成？

提示(1)图中方法为PCR技术，该技术是生物体外复制特定DNA片段的核酸合

成技术，其原理是DNA双链复制。

(2)图中A为引物，B为热稳定DNA聚合酶(后g酶)，二者单体不同，前者单体

为核甘酸，后者单体为氨基酸。

(3)①为变性，②为复性,③为延伸，过程①升温到90-95℃,目的是使目的基

因受热变性后解链为单链，该过程若发生于体内，需在解旋酶作用下解旋为两条

单链(且为边解旋边复制)。

|应试对接高考|感悟高考找规律

L(PCR技术)(2017♦经典高考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，

某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程

菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：

模板DNA用物I引物2

一口(Z3

Mt步骤1

C3(ZZ

55V步骤2

n

tza

72t步骤3

—_______第二轮循环

----------0——94t.步骤I

(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过获得用

于PCR扩增。

(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建

重组质粒，在引物中需要增加适当的位点。设计引物时需要避免引物之

间形成,而造成引物自连。

(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤

组成一轮循环。

(4)PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的

碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但的

引物需要设定更高的退火温度。

⑸如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有o（填

序号：①升高退火温度②降低退火温度③重新设计引物）。

解析⑴由mRNA获得目的基因片段需通过逆转录获得的片段为cDNAo

（2）为方便构建重组质粒，宜在引物中增加适当的限制酶位点以便使复制出的目的

基因两端含限制酶切点；设计引物时，需避免引物之间碱基互补配对，以防引物

间自连。

（3）图中步骤1为高温下实现DNA变性解链。

（4）PCR扩增时，若退火温度过高会破坏引物与模板间的碱基互补配对，DNA片

段中G与C间可形成三个氢键，G—C比例越高时DNA分子越稳定，其退火温

度应越局。

（5）若PCR反应得不到任何扩增产物，则可通过降低退火温度及重新设计引物等

措施，以便使引物与模板结合，从而进行后序扩增过程。

答案（1）逆转录cDNA（2）限制性核酸内切酶碱基互补配对（3）变性（4）

引物与模板G-C含量高

⑸②③

2.（DNA的粗提取与鉴定）DNA的粗提取与鉴定的实验（如图）：

2moI/LNaCl溶液

鸡血细胞液DNA浓盐溶液

⑴本实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡的全血，主要原因是鸡血细胞液中

含量较高，另外本实验不适合用哺乳动物的血细胞液，原因是____________

(2)图中A所示加入蒸储水的目的是,

(3)通过图中B所示步骤取得滤液后，再向滤液中加入2mol/L的NaCI溶液的目

的是________________________________________________________

(4)图中C所示加入蒸储水的目的是

(5)为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA,可用试剂进行检验，在

沸水浴条件下，冷却后可以看到颜色反应为色。

答案Q)DNA哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核

(2)使血细胞吸水涨破，释放出核物质DNA

(3)使DNA溶解于NaCI溶液中

(4)使DNA的溶解度下降而析出

(5)二苯胺蓝

I归纳提升|

(l)DNA的粗提取与鉴定实验中的"2、4、4"

①加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破:②加到含DNA的2mol/L

加蒸储水

的NaCI溶液中，使NaCI溶液的物质的量浓度稀释到0.14mol/L,

2次

使DNA析出

①过滤血细胞破裂流，得到含细胞核物质的滤液；②过滤用2mol/L

用纱布过的NaCI充分溶解的DNA,滤去溶液中的杂质；③滤取0.14mol/L

滤4次的NaCI溶液中析出的DNA(黏稠物);④过滤溶有DNA的2mol/L

的NaCI溶液

①加2mol/L的NaCI溶液溶解提取的细胞核物质②用0.14mol/L

的NaCI溶液使DNA析出;③用2mol/L的NaCI溶液，溶解滤取

用NaCI

的DNA黏稠物；④用2mol/L的NaCI溶液，溶解丝状物用于鉴定

DNA

⑵细胞内DNA复制和体外扩增DNA(PCR)

细胞内DNA复制体外DNA扩增(PCR)

解旋边解旋边复制高温解旋，双链完全分开

酶解旋酶、DNA聚合酶热稳定DNA聚合酶

引物RNADNA、RNA

期体内温和条件同皿日

能量ATP不加

循环次数生物体自身控制30多次

提供DNA模板；4种脱氧核昔酸为原料；子链延伸的方向都是从5'

相同点

到3,端

澄清易混易错•强化科学思维

［易错易混］

易错点1目的基因插入载体的部位是随机的吗？

点拨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，若目的基因插入到启动子内

部，启动子将失去原功能。

易错点2混淆常考的8种酶

点拨归纳如下

作用于DNA.切开其

限制酶

磷酸二酯键.形成黏

性末端或平末端

DMA连接酶通过形成磷酸二酯键

连接两DNA片段

催化单个脱氧核甘酸

DMA聚合酶

DNA连接至已有片段或引

相关物上

解旋酶断开碱基对间的氢键

的酶

形成单链

DMA水解酶断开磷酸二酯键，水

解DNA产生单体

Taq酶耐高温（90—以上）

的DNA聚合酶

RNA聚合酶催化核糖核昔酸连接成

RNA

RNA链

相关

RNA水解酶断开磷酸二酯键•使

的酶

RNA水解为单体

易错点3混淆启动子与起始密码，终止子与终止密码

点拨启动子。起始密码子，终止子声终止密码子

Q）启动子：一段有特殊结构的DNA片段，其位于基因的首端—它是RNA聚

合酶识别、结合的部位。

（2）终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，其位于基因的尾端—其作用是使

转录过程停止。

(3)起始密码子和终止密码子位于mRNA上,二者分别控制翻译过程的启动和终

止。

易错点4切割目的基因与切割载体时是否"只能"使用"同一种酶"？

点拨(1)在获取目的基因和切割载体时通常用同种限制酶，以获得相同的黏性末

端。但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的

作用下目的基因与载体也可以连接起来。

(2)为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓"环化”可用不同的限

制酶分别处理目的基因和载体，使目的基因两侧及载体上切口两侧均具有两个不

同的黏性末端，但又能彼此嵌入。

［规范答题］

下表中列出了几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头

表示相关限制性核酸内切酶的酶切位点。请回答下列问题：

限制酶Bu/z?HIHindiaEcoRISmaI

▼iJ

识别序列及GGATCCAAGCTTGAATTCCCCGGG

切割位点CCTAGGTTCGAACTTAAGGGGCCC

AAft

RamY\1目的

:1

"Q质粒BJH；””二外源DNA

II

图1困2

(1)一个图1所示的质粒分子经SmaI切割前后，分别含有几个游离的磷酸基

团？.

(2)组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造，人工改造质粒时，要使目的基因

能成功表达，还应插入o若对图中质粒进行改造，插入的Smal酶切位

点越多，质粒的热稳定性越低还是越高？

(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，能否使用SmaI切割？为什么?

(4)构建重组质粒时能否使用防〃旧工和H/77am两种限制酶同时处理质粒、外源

DNA?,如果能同时使用8a777HI和H/T7Hli两种限制酶，与只使用

EcoRI相比较,其优点在于______________________________________0

(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入酶。

⑹重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。

(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收

蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在的培养基中培养，以完成目的基因

表达的初步检测。

答卷采样错因分析

⑴久2

考虑问题不全面，没有认真分析题中的图示质粒。

(2;

正确答案：启动子和终止子

闱才纷鼬mI瓜平林屏加捻

偿期和斗成训碑洞减国

思维定热势，理解错误，误认为构建重组质粒时只能使用同一

种限制酶切割。

3、

正确答案是：能，可以防止止质粒和含目的基因的外源DNA

片段自身环化

混淆DNA聚合酶与DNA连接酶

代）阿③^再3

正确答案：DNA连接酶

«）龙碉睛妫有山道©k儡⑦

答题不严密，必须强调蔗糖为唯一碳源

17）合k

正确答案：蔗糖为唯一含碳营养物质

探索高考命题的奥秘（九）

［教材原型］

1.(人教版选修三P3"内文")博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体

蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可

以作为载体外，还证明了体外重组的质粒可以进入受体细膻1宴核翎基因可在

原核细胞中表达。

转换视角1

［2018•全国卷I,38(，回答下列问题：

⑴博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导

入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了

_____________________________________________________________(答出两

点即可)。

答案体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达

［教材原型］

2.(人教版选修三P2"内文")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，如果说他们的工作为基

因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是DNA可以从一种生物个体转

移到另一种生物个体。

转换视角2

［2017•全国卷工，38（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，如果说他们的工作为基因工程

理论的建立提供了启示,那么,这一启示是__________________________

答案DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

［教材原型］

3.（人教版选修三P6"内文"）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件

有：①能宣主复制上②具有标记基因上③具有一个或多个限制醒切位点。

转换视角3

［2016•全国卷I,40（1）］质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有

（答出两点即可）。

答案能自我复制、具有标记基因

［教材原型］

4.（人教版选修三P13"内文"）在基因工程中，常用Ca2+处理大肠杆菌，其目的

是使之成为感受态细胞，容易吸收周围环境中的DNA分子，进而使重组质粒导

入细菌细胞内（或提高受体细胞的转化率）。

转换视角4

［2014•海南卷，(4)］下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内,制备"工程菌"

的示意图。

A>—o...

◎c)———.o)o)

B(⑥)转化细胞工程萌

D

据图回答：

在基因工程中，常用Ca2+处理D,其目的是_______