新高考一轮复习人教版基因工程学案2

第35讲基因工程

内容标准细化核心素养

生命观念结构与功能观:基因的结构与功能相适应。

分析与综合：理解PCR原理•推断PCR反应所需的条件，深入

科学思维分析转基因生物的安全性，生物技术的伦理问题，学会理性对

待科学技术与社会发展的关系。

1.掌握基因工程的基本工具与操作程序。

实验方案设计:针对人类某一需求，设计获得某一转基因产品

2.理解基因工程的应用与蛋白质工程。科学探究

的方案并就其中的某些问题展开探究。

能够基于基因工程应用的事实，运用基因工程的原理，参与有

社会责任关推广和应用基因工程产品等社会行为的讨论，理性地作出个

人决策。

------------------------［课前自主检测］

判断正误并找到课本原文

1.限制酶都是从原核生物中分离纯化出来的，它们能够识别双链DNA分子

的特定核昔酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。(选择性必修3

P71)(X)

2.大多数限制酶的识别序列由6个核苜酸组成，DNA分子经限制酶切割产

生的DNA片段末端通常有黏性末端和平末端两种形式。(选择性必修3P71)(V)

3.DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷

酸二醋键，其中E.co〃DNA连接酶可以连接两种末端。(选择性必修3P72)(X)

4.质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外具有自我复制能

力的环状双链DNA分子。(选择性必修3P72)(V)

5.在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进

行过人工改造的。(选择性必修3P72)(V)

6.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现紫色，因此二苯胺试剂可以作

为鉴定DNA的试剂。(选择性必修3P74)(X)

7.目的基因主要是指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产

药物等相关的基因。(选择性必修3P76)(V)

8.PCR反应需提供DNA模板，2种弓|物，4种核糖核苗酸和耐高温的DNA

聚合酶。(选择性必修3P77)(X)

9.基因表达载体需含有目的基因、标记基因、启动子、终止子等。（选择性

必修3P80）（V）

10.启动子位于基因的上游，是DNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因

转录出mRNA。（选择性必修3P80）（X）

H.在构建基因表达载体时，只能用同种限制酶切割目的基因和载体。（选择

性必修3P80）（X）

12.将目的基因导入植物细胞常用的方法有花粉管通道法和农杆菌转化法。

（选择性必修3P80）（V）

13.可通过PCR技术检测目的基因是否成功插入或目的基因是否转录出了

mRNA,也可以检测目的基因是否翻译成蛋白质。（选择性必修3P82）（X）

14.基因表达载体的构建方法是一样的，但将目的基因导入受体细胞的方法

不是完全相同的。（选择性必修3P82）（X）

15.电泳是指在电场的作用下，带电分子会向着与它所带电荷相同的电极移

动。（选择性必修3P84）（X）

16.PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定，在凝胶中DNA分子的迁

移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。（选择性必修3P84）（V）

17.PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸储水等在使用前没必要进行高

压灭菌处理。（选择性必修3P85）（X）

18.基因工程技术已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量

等方面。（选择性必修3P87）（V）

19.利用基因工程技术，建立移植器官工厂是目前基因工程取得实际应用成

果非常多的领域。（选择性必修3P90）（X）

20.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基

础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足

人类生产和生活的需求。（选择性必修3P93）（V）

21.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。（选择

性必修3P93)(V)

22.蛋白质工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。（选择性必修3

P93）（X）

23.要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过改造氨基酸序列来完成。

（选择性必修3P94）（X）

24.蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出发一设计预期的蛋白

质结构一推测应有的氨基酸序列一找到并改变相对应的脱氧核昔酸序列（基因）或

合成新的基因一获得所需要的蛋白质。（选择性必修3P94）（V）

25.蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依

赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。（选择性必修3P95）（V）

26.对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成

果最多的领域，是因为微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环

境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。（选择性必修3P101）（V）

27.我国对转基因技术的方针是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎

重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。（选择性必修3P104）（V）

28.生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。（选择性必修3

P106）（V）

29.治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来

修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。（选择性必修3

P106）（V）

30.中国政府积极支持制定《禁止生殖性克隆人国际公约》，坚决反对克隆人,

不允许进行任何生殖性克隆人实验。（选择性必修3P108）（V）

31.我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生

殖性克隆人实验。（选择性必修3P108）（V）

32.我国政府同样禁止进行治疗性克隆实验。（选择性必修3P108）（X）

33.生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。（选择性必修3

Plll）（V）

34.生物武器的致病能力强、攻击范围广。它可以直接或通过食物、生活必

需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成大

规模伤亡，但对植物无害。（选择性必修3P111）（X）

（2018•北京高考）用XhoI和SalI两种限制性内切核酸酶分别处理同一DNA

片段，酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是（）

XhoISallSallSallXhoI

图1的切位点图

①②

图2电泳结果示意图

A.图1中两种酶识别的核昔酸序列不同

B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA

C.泳道①中是用SalI处理得到的酶切产物

D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA

答案D

解析图1中，两种限制性内切核酸酶的酶切位点不同，说明两种限制性内

切核酸酶识别的核音酸序列不同，A正确。图2中，两种酶的酶切产物都为DNA

片段，都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图，判断两种酶切

DNA后得到的DNA片段数；再结合泳道①②电泳结果知，泳道①是用Sa/I处

理得到的酶切产物，C正确。能被限制性内切核酸酶酶切的DNA片段仍为双链

DNA,D错误。

---------------P知识自主梳理］------------------------

-基因工程的概念及基本工具

1.基因工程概念

基因工程的别

基因拼接技术或回重组DNA技术

名

操作环境生物体外

操作对象园基因

操作原理国基因重组

操作水平回DNA分子水平

基本过程剪切一拼接一导入一表达

目的创造出更符合人们需要的即生物类型和生物产品

优点克服远缘杂交不亲和障碍，四定向改造生物的遗传性状

2.DNA重组技术的基本工具

(1)限制性内切核酸酶(简称：邺艮制酶)

①本质：蛋白质。

②来源：主要是从国原核生物中分离纯化出来的。

③作用：识别双链DNA分子的某种特定的四核昔酸序列,并且使每一条链

中特定部位的四磷酸二酯键断开。

④结果：产生圜黏性末端或陷平末端。

例：如下图所示，EcoRI限制酶识别的碱基序列是四一GAATTC—,切害U位

点在四G和A之间;SmaI限制酶识别的碱基序列是园一CCCGGG一,切割位点

在四C和G之间;说明限制酶具有园特异性。

5z”

3r

5,

3,

瓜1黏性末端

图

应CCcGGG

I—I+III

GGGCCC

，

中轴线(切点)⑲平末端

图2

(2)DNA连接酶

①作用：将限制酶切割下来的DNA片段四拼接成新的DNA分子。

②类型

常用类型E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶

来源小大肠杆菌T4噬菌体

功能只“缝合”眼黏性末端“缝合”囚黏性末端和平末端

结果恢复被限制酶切开的小磷酸二酯键

笔记空间

深入思考

限制酶为何不切割自身DNA?

提示限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的核甘酸序列,

并在特定的位点上进行切割。限制酶不切割自身DNA的原因是自身DNA中不存

在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

③DNA连接酶和限制酶的关系

5'飞mT'限制酶、1TT品葭

3,mAfS,、DNA连接醐CTTAA+_G_

(3)载体

①载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。

②常用载体：©质粒。其他载体：噬菌体、因动植物病毒等。

③质粒

a.概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞

回拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状因双链DNA分子。

b.特点：能自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA复制；有一个

至多个因限制酶切割位点;用作载体的质粒都经过人工改造；有特殊四标记基因,

便于重组DNA的筛选。

3.实验：DNA的粗提取与鉴定

(1)提取DNA的原理

DNA不溶于圜酒精,但某些蛋白质溶于园酒精，利用这一原理，可以初步分

离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于典

2mol/L的NaCl溶液。

(2)鉴定DNA的原理

在圆一定温度下,DNA遇圜二钮试剂会呈现蓝色，因此四二苯胺试剂可以

作为鉴定DNA的试剂。

(3)实验步骤(以洋葱为例)

制取洋葱研磨液一过滤或离心，取上清液一加入预冷的体积分数为95%的酒

精，获得沉淀物一溶于2moi/L的NaCl溶液中，用二苯胺试剂鉴定。

二基因工程的基本操作程序

(一)目的基因的筛选与获取

1.目的基因的筛选：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为

有效的方法之一。

2.目的基因的获取

［构建基因文库

(1)获取方法《人工合成

、利用PCR技术

⑵利用PCR获取和扩增目的基因

在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因

PCR含义

的核昔酸序列进行大量复制的技术

PCR原理DNA回半保留复制

模板由目的基因两条链

要

求原料4种脱氧核昔酸

酶耐高温的四DNA聚合酶

引物一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链因核酸

在一定的缓冲溶液中进行；需要控制温度的变化

续表

当温度上升到四吼Z以上时，双链

DNA解聚为单链

变性

190-95X.

3।।।।।।।।।55।।।।।।।।।3

温度下降到四球G左右时，两种引物通

PCR反应过

过回碱基互补配对与两条单链DNA结

复性

程合

打U1』1”5,,3,

引物I引物n

72℃左右时，圆耐高温的DNA聚合酶从

延伸引物3,端开始进行互补链的合成

引物I'引物n

DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3,端延伸DNA

扩增方向

链，即DNA的合成方向总是从子链的四5,端向3,端延伸

方式指数形式扩增（约为2%”为扩增循环的次数）

结果四短时间内大量扩增目的基因

产物鉴定琼脂糖凝胶电泳

（二）基因表达载体的构建一基因工程的核心工作

1.操作目的

使目的基因在受体细胞中回稳定存在,并且可以在遗传给下一代,同时，使

目的基因能够四表达和发挥作用。

2.组成

目的基因

1位置：基因的一上游

F、画启动子《功能:是一RNA聚合酶识别和结合的部

U]位，驱动基因的匝I甚圣

Nf位置:基因的，下游

复制原点'」\园终止子■[功能：回RNA聚合醐脱离部位,终止

\回转录

‘国标记基因:鉴别受体细胞中是否含有四且电期

3.构建过程

载体（质粒）DNA分子（含目的基因）

同种限制酶或能产生

——圆相同末端的限制酶切割——>

▼

带有

末

黏

性

末

平

端

或带有因根同黏性末端（或

口

切

端平末端）的目的基因片段

|网DNA连接施

重组DNA（重组质粒）

(三)将目的基因导入受体细胞

1.将目的基因导入植物细胞

(1)花粉管通道法一我国独创的方法

操作方式：可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入1子房中；

可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在圆花柱切面上,

使目的基因借助四花粉萱通道进入胚囊。

(2)农杆菌转化法

农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的四

T-DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的回染色体

DNA±O如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，通过农杆菌的转化作用，就

可以使目的基因进入植物细胞。

2.将目的基因导入动物细胞

(1)方法：-显微注射技术,最常用的方法。

(2)受体细胞：动物的网受精卵。

(3)结果：这个受精卵将发育成具有新性状的动物。

3.将目的基因导入微生物细胞

(1)受体细胞：原核生物(使用最广泛的是大肠杆菌)。

(2)方法：用的量处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子

的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。

(四)目的基因的检测与鉴定

1.分子水平检测

(1)通过PCR等技术检测转基因生物的染色体DNA上是否插入目的基因或检

测目的基因是否转化出mRNAo

(2)检测目的基因是否翻译成蛋白质

①方法：♦抗原一抗体杂交(蛋白质与蛋白质之间)。

②过程：从转基因生物中提取四蛋白质,用相应的国抗建进行抗原一抗体杂

交，若有杂交带出现，表明目的基因已翻译成蛋白质。

2.个体生物学水平鉴定

植物可进行抗虫或抗病的的接种实验,以确定是否有抗性以及抗性的程度。

(五)实验：DNA片段的扩增及电泳鉴定

1.PCR仪

PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器。一次PCR一般要经历30

次循环。

2.电泳鉴定PCR产物的原理

⑴电泳

DNA分子具有可解离的基团，在一定的圈也下，这些基团可以带上正电荷

或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相圆反的电极移

动，这个过程就是电泳。

(2)鉴定原理

PCR的产物一般通过町琼脂糖凝胶电泳来鉴定。

在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的曲浓度、的DNA分子的大小和构象

等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长科300nm的"紫外灯下被检

测出来。

3.注意事项

(1)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和

蒸储水等在使用前必须进行的高压孔菌处理。

(2)该实验所需材料可以直接从公司购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在他

-20_℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。

(3)在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头

都必须更换。

(4)在进行操作时，一定要戴好一次性手套。

笔记空间

深入思考

获得转基因动物时，通常选择受精卵做受体细胞的原因？

提示受精卵全能性高，可使目的基因在相应的组织细胞内表达。

三基因工程的应用

（一）基因工程在农牧业方面的应用

1.转基因抗虫植物。

2.转基因抗病植物。

3.转基因抗除草剂植物。

4.改良植物的品质：改良植物的营养价值；改良观赏价值。

5.提高动物的生长速率。

6.改善畜产品品质。

（二）基因工程在医药卫生领域的应用

1.基因工程在医药领域的应用

项目基因来源

作用成果

应用或处理

对微生物或动植物生产出细胞因子、

利用微生物或动植使细胞可以生产药

的细胞进行基因改抗体、疫苗、激素

物细胞生产药物物

造等基因工程药物

乳腺生物反应器获

药用蛋白基因和回

得抗凝血酶、血清

转基因哺乳动物批乳腺中特异表达的分泌乳汁来生产相

白蛋白、生长激素

量生产药物基因的启动子等调应的药品

和Q-抗胰蛋白酶

控组件重组

等医药产物

在器官供体基因组①抑制因抗原决定结合圆克隆技术,

转基因动物作园器

中导入某种调节因基因的表达;尝试培育没有园免

官移植的供体（设

子，或设法除去抗②不能合成相应抗疫排斥反应的转基

想）

原决定基因原因克隆猪器官

2.基因工程药物的作用

可用于预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、四传染病、糖尿病、类风湿关节

炎等疾病。

(三)基因工程在食品工业方面的应用

1.应用：可以利用基因工程菌生产电食品工业用酶、氨基酸和维生素等。

2.基因工程技术生产的工业用酶的优点

相比从天然产物中提取的酶，用基因工程技术获得的工业用酶的纯度更高，

而且它的生产成本显著降低，生产效率较高。

3.基因工程在其他方面的应用

(1)培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染。

(2)利用经过基因改造的微生物生产能源等。

四蛋白质工程的原理和应用

1.概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作

为基础，通过回改造或合成基因,来改造现有蛋白质，或制造一种因新的蛋白质,

以满足人类生产和生活的需求。

2.基本思路：预期蛋白质功能一设计预期的国蛋白质结构，推测应有的因氨

基酸序列f找到并改变相对应的四脱氧核昔酸序列或合成新的基因一获得所需要

的蛋白质。

3.应用

(1)医药工业方面

(2)在其他工业方面：广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。

(3)农业方面

4.蛋白质工程难度很大的原因

蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。

五生物技术的安全性与伦理问题

1.转基因产品的安全性

⑴转基因成果

［转基因微生物方面(研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多)

〈转基因动物方面

、转基因植物方面

(2)理性看待转基因技术

我国态度：研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；

管理上要严格，坚持依法监管。

2.关注生殖性克隆人

(1)治疗性克隆与生殖性克隆

类型项目治疗性克隆生殖性克隆

区目的治疗疾病用于生育、获得人的复制品

别

产物细胞、组织、器官新个体

联系都属于回无性生殖;遗传信息不变

(2)中国政府态度：囚中国不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。

3.禁止生物武器

(1)生物武器的种类：即致病菌、病毒、生化毒剂等。

(2)中国政府的态度：在任何情况下回不发展、不生产、不储存生物武器,并

反对生物武器及其技术和设备的扩散。

笔记空间

特别提醒

比较试管婴儿技术与设计试管婴儿技术

①过程区别:设计试管婴儿比试管婴儿多出的过程是上图中的d遗传学诊断。

②应用不同：试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，而设计试管婴儿主要

用于白血病、贫血症等疾病的治疗。

③相同点：两者都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移

植，都属于有性生殖。

-----------------P考点题型突破］-----------------

考点1基因工程的操作工具

题型一基因工程的操作工具

1.下列关于载体的相关叙述错误的是（）

A.目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒

B.天然质粒均可以直接用作载体将目的基因送入受体细胞

C.载体DNA分子上要有一个至多个限制酶切割位点

D.载体上的标记基因有利于筛选含重组DNA的细胞

答案B

解析天然质粒往往不能直接作为载体，要根据不同的目的和需求进行人工

改造。

2.（2016•全国卷HI改编）图a中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRI、

BamHI和Sau3AI三种限制酶的识别序列与切割位点，图b为某种表达载体的

示意图（载体上的EcoRI、Sau3AI的切点是唯一的）。

—GAATTC——一GGATCC——GATC——

—CTTAAG——CCTAGG——CTAG—

ttt

图a

2姮*oRI

3AI

复制原点u节终止子

w

抗生素抗性基因

图b

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)经瓦”HI酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后

的产物连接，理由是

(2)若某人利用图b所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重

组子，如图c所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有

，不能表达的原因是

(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有

和,其中既能连接黏性末端又能连接平

末端的是_________________O

答案(I)SOM3AI两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子

的下游，二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可)

（3）E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶（其他合理答案也可）

解析（1）分析图a可知，限制酶Sau3AI与BamHI切割DNA后形成的黏

性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。

（2）构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基

因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均

不能被转录。

（3）常见的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA

连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。

知识拓展

与DNA相关的六种酶的比较

名称作用部位底物作用结果

限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段

将两个DNA片段连接

DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段

为一个DNA分子

以单链DNA为模板，

DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核昔酸将单个脱氧核昔酸依

次连接到单链末端

将DNA片段水解为单

DNA（水解）酶磷酸二酯键DNA

个脱氧核昔酸

将双链DNA分子局部

解旋酶碱基对之间的氢键DNA

解旋为单链

以DNA一条链为模

RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核昔酸板，将单个核糖核昔酸

依次连接到单链末端

题型二DNA-的粗提取与鉴定

3.（2020.海南选择性考试改编）下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙

述，错误的是（）

A.羊的成熟红细胞可作为提取DNA的材料

B.提取植物细胞的DNA与提取动物细胞的DNA的方法可能稍有不同

C.预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解

D.在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色

答案A

解析羊的成熟红细胞没有细胞核，因此不可作为提取DNA的材料，A错

误；预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解，同时根据某些蛋

白质溶于酒精，而DNA不溶于酒精的特性将其析出，C正确；在沸水浴条件下，

DNA与二苯胺反应呈现蓝色，据此鉴定DNA的存在，D正确。

4.下列关于“DNA的粗提取和鉴定”实验依据原理的叙述，错误的是（）

A.利用DNA不溶于酒精溶液，而蛋白质能溶于酒精溶液，可将DNA与蛋

白质分离

B.利用高温能使蛋白质变性，却对DNA没有影响的特性，可将DNA与蛋

白质分离

C.在用预冷的酒精沉淀DNA时，要用玻璃棒沿一个方向搅拌，防止DNA

断裂

D.利用DNA能溶于2mol/L的NaCl溶液，可将提取的丝状物或沉淀物溶

解于NaCl溶液中

答案B

解析高温能使蛋白质、DNA变性，蛋白质在60〜80℃发生变性，DNA在

80℃以上变性。

考点2基因工程的基本操作程序

题型一基因工程的基本操作程序

1.（2020.北京丰台期末）缺乏维生素A就容易导致夜盲症，营养不良，甚至

有一些能够威胁生命。而胡萝卜素可以在人体内转化成维生素A,科学家尝

试通过转基因技术生产富含胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶（其基因用阿V

表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtl表示)参与口-胡萝卜素的合成。依据以

上信息，下列分析正确的是()

A.重组质粒中的目的基因含有psy基因和cH基因

B.构建重组质粒需要限制酶、DNA聚合酶

C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞

D.PCR技术既可扩增特定的基因也可检测目的基因表达

答案A

解析根据题中八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与B-胡萝卜素的

合成可知，重组质粒中的目的基因含有psy基因和cH基因，A正确；构建重组

质粒需要限制酶、DNA连接酶，B错误；PCR技术既可扩增特定基因，也可用于

检测目的基因是否导入受体细胞，但要检测目的基因是否表达应该用抗原一抗体

杂交法，D错误。

2.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

聚合酶链式反应(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弓I物1弓I物2o.............

kujtZ22----------vm

94%：步骤1…占二』:继篆漉荒

........

Rs72.1步骤3

55℃步骤2

55℃|步骤2

72℃步骤3

EZ3-..............第二轮循环一

94/步骤「=_____

(1)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(弓|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

要避免引物之间出现,干扰引物与模板的结合。

(2)图中步骤1代表,步骤2代表退火，步骤3代表,这三

个步骤组成一轮循环。

⑶PCR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。

（4）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

答案（1）限制性内切核酸酶切割碱基互补配对（2）变性（解旋）延伸（3）

引物与模板GC含量高（4）②③

解析（3）退火表示引物与模板相连，若退火温度过高会破坏引物与模板的碱

基配对。由于G-C之间有三个氢键，A-T之间有两个氢键，所以G-C含量越

高的引物，退火温度越高。

（4）PCR反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高，导致引物与模板不

能相连；或引物间相互配对，引物自连，不能与模板相连。因此，可通过降低退

火温度或重新设计引物进行改进。

3.用基因工程技术生产竣酸酯酶（CarE）制剂的流程如图所示。回答下列问题：

翳亲露TmRNA阵向用CwE基因||表达载体

懿器口一制剂H工程菌留大肠杆菌闺籍春

⑴①过程所需的酶是_______。该方法获取的目的基因________（填“有”或

“无”）启动子。实现②过程常用技术。

（2）过程③将重组表达载体导入大肠杆菌时，首先用Ca2+处理大肠杆菌，目的

是____________________________o然后将溶于缓冲液中与该

大肠杆菌混合，在一定温度下完成转化。

（3）过程④可利用等技术鉴定CwE基因是否已导入大肠杆菌。

答案（D逆转录酶无PCR

（2）使大肠杆菌处于较易吸收周围环境中DNA分子的生理状态重组表达载

体（或重组质粒）（3）PCR

解析（1）过程①是以mRNA为模板合成cDNA的逆转录（反转录）过程,此过

程需要逆转录酶的参与。mRNA中无启动子的转录片段，所以获取的目的基因无

启动子。过程②可表示使用PCR技术扩增目的基因的过程。

(2)过程③表示将重组表达载体导入大肠杆菌。用Ca2+处理大肠杆菌的目的是

使大肠杆菌处于较易吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载

体溶于缓冲液中与该大肠杆菌混合，在一定温度下完成转化。

(3)过程④是目的基因的检测与鉴定，可利用PCR等技术鉴定目的基因(即

CcE基因)是否导入大肠杆菌。

技法提升

PsiISmaIPsiI

甲乙

⑴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Ps"、Ps”和

EcoRIo

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Smal。

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(也可以是能形成相同黏性

末端的不同限制酶)，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将不能自主复制。

2.如何筛选出含有目的基因的受体细胞

重组质粒

载体

细菌含氨节青霉素含四环素

的培养基的培养基

(1)原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某

种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如图，目的基因插入

了四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。

(2)被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含质

粒的细菌。

(3)筛选方法：将转化后的细菌先放在含氨茉青霉素的培养基上培养，能生长

的是含重组质粒的细菌和含质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用灭菌

的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4,则在含四

环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5菌落。最后，可在含

氨芾青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。

题型二DNA一片段的扩增及电泳鉴定

4.下列关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”的相关叙述错误的是()

A.在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象

等有关

B.凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测

出来

C.PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸储水等在使用前必须进行高压

灭菌处理

D.实验中所用的缓冲液和酶应分装成小份，在4c储存

答案D

解析实验中所用的缓冲液和酶应在-20℃储存。

5.使用PCR仪具体实验操作顺序应为（）

①设计好PCR仪的循环程序②按配方准备好各组分

③用微量移液器在微量离心管中依次加入各组分④进行PCR反应⑤离

心使反应液集中在离心管底部

A.②③⑤④①B.①⑤③②④

C.②③⑤①④D.④②⑤③①

答案C

解析PCR反应的操作步骤一般分为准备一移液一混合一离心一反应。因

PCR仪是一种自动控制温度的仪器，设计好循环程序就可以进行反应了。

考点3基因工程的应用

题型基因工程的应用

1.（2020.浙江7月选考）下列关于基因工程的叙述，正确的是（）

A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则一定

有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定

B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定

为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的

转入无关

C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，

抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表

达抗性基因RNA

D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某

种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质粒上一定至少

有3个被该酶切开的位置

答案D

解析若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶，该酶会破坏重组

质粒的结构，不利于重组质粒在受体中保持结构稳定，A错误；抗除草剂基因转

入某抗盐植物获得的2个稳定遗传品系中有抗除草剂不抗盐的品系，表明抗盐性

的改变与抗除草剂基因的转入有关，B错误；在DNA检测均含目的基因的条件

下，抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表达，抗性鉴定为不抗除草剂说明

目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋白质，还有可能是目的基因没有转录，

C错误；因为质粒为环形，用某限制酶完全酶切后出现3条带，说明酶切后的产

物中有3种不同分子量的DNA,可以推测出质粒上至少有3个位置被该酶切开，

D正确。

2.（2020.全国卷HI）W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿

照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过

程如图所示。

（1）步骤①中需要使用的工具酶有O步骤②

和③所代表的操作分别是_______和O步骤④称为o

（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基

因动物的（答出2点即可）的限制。

（3）一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中

染色体DNA所含的遗传信息（填“相同”或“不同”），原因是

（4）从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主

要技术有（答出2点即可）。

答案（1）限制性内切核酸酶、DNA连接酶显微注射体外培养胚胎移

⑵性别、年龄

(3)相同两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵

(4)体外受精、胚胎移植

解析(1)由图示可知，步骤①为构建基因表达载体，需使用同种限制酶切割

目的基因和载体，再由DNA连接酶连接，形成重组表达载体；步骤②为将重组

表达载体导入动物细胞，常用的方法为显微注射法；步骤③为体外培养；步骤④

将早期胚胎导入代孕母体，为胚胎移植。

(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W,可从动物一出生就收

集产物，且不受动物的性别的限制。

(3)在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝

分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。

(4)步骤③为体外早期胚胎培养，步骤④为胚胎移植，均属于胚胎工程，胚胎

分割、体外受精等也是胚胎工程常用的技术手段。

题后归纳

有关基因工程应用的四个易错点

(1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的

个体。

(2)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成

多肽后产生毒性。

(3)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。

(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个

体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。

考点4蛋白质工程的原理和应用

题型蛋自质工程的过程及与基.因工程的关系

1.科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶第352位的苏氨

酸变成异亮氨酸，将二氢毗咤二竣酸合成酶中104位的天冬氨酸变成异亮氨酸，

就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。此操作过程

是()

A.直接通过分子水平改造蛋白质

B.直接改造相应的mRNA

C.直接改造相应的基因

D.重新合成新的基因

答案C

解析蛋白质工程需要通过改造基因，或合成新基因实现。

2.(2015・全国卷n)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：

(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