高考生物一轮复习 第32讲 基因工程学案Word文档格式.docx

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考点　基因工程

1.基因工程

（1）广义概念：

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）基因工程原理：

基因重组。

（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

①来源：

主要从原核生物中分离纯化出来。

②作用

a.特异性识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。

b.切割相应两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③结果：

产生粘性末端或平末端。

（2）DNA连接酶

作用：

将具有相同粘性末端或平末端的两个DNA片段连接在一起，形成磷酸二酯键。

（3）载体

①常用载体－质粒：

在细菌中独立于拟核之外，为双链环状DNA分子，能自主复制和稳定存在，常含有特殊的抗生素抗性基因作为标记基因，以供目的基因筛选。

②其他载体：

噬菌体、动植物病毒等。

3.基因工程的基本操作步骤

4.基因工程的应用

（1）用于遗传育种：

定向变异，目的性强；

克服远缘杂交不亲和的障碍。

（2）用于疾病治疗：

①生产基因工程药物，如胰岛素、乙肝疫苗等。

②基因治疗：

向目标细胞中引入正常功能的基因，纠正或补偿基因缺陷，达到治疗的目的。

如对B型血友病治疗获得成功。

（3）用于生态环境保护

1.（2015·

10月浙江选考　节选）科研人员拟将已知的花色基因（目的基因）转入矮牵牛的核基因组中，培育新花色的矮牵牛。

请回答：

（1）为了获得大量的目的基因，将其与含有抗生素抗性基因的质粒DNA形成重组DNA，再与经________（A.氯化钙　B.氯化钠　C.蔗糖　D.葡萄糖）处理的大肠杆菌液混合，使重组DNA进入大肠杆菌。

（2）从扩大培养的大肠杆菌中提取含有目的基因的DNA，用________分别切割含目的基因的DNA和农杆菌的Ti质粒，然后用DNA连接酶连接，形成重组DNA并导入农杆菌。

（3）提取叶片组织的DNA，采用PCR技术________目的基因，鉴定目的基因是否成功导入。

（4）为判断本研究是否达到预期目的，可比较转基因植株和非转基因植株的________性状。

解析　

（1）用氯化钙处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于感受态，使重组DNA能够进入大肠杆菌，完成重组DNA的导入。

（2）用限制性核酸内切酶分别切割含目的基因的DNA和农杆菌的Ti质粒，然后用DNA连接酶连接，形成重组DNA分子。

（3）采用PCR技术可对特定DNA片段进行扩增。

（4）检测转基因植物中目的基因的表达情况，可以对转基因植物个体的相应性状变化进行鉴定，本研究中可以比较转基因植株和非转基因植株的花色来鉴定。

答案　

（1）A　

（2）限制性核酸内切酶　（3）扩增　（4）花色

2.（2016·

4月浙江选考　节选）兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶，拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中，以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力，请回答：

从兔肝细胞中提取mRNA，在________酶的作用下形成互补DNA，然后以此DNA为模板扩增得到基因E。

在相关酶的作用下，将基因E与Ti质粒连接在一起，形成________，再导入用氯化钙处理的________，侵染矮牵牛叶片。

解析　mRNA在逆转录酶的作用下形成互补DNA。

将基因E与Ti质粒连接在一起，形成重组DNA分子。

重组DNA分子可导入用氯化钙处理的农杆菌细胞，再用处理的农杆菌侵染矮牵牛叶片，从而使基因E整合到矮牵牛细胞的染色体DNA上。

答案　逆转录　重组DNA分子（重组质粒）　农杆菌

本题组对应选修三P1～P12，基因工程

1.限制性核酸内切酶和DNA连接酶为基因的分离和重组提供了必要手段，而载体能够将外源基因运送到细胞中实现基因工程的目的。

2.质粒是能够自主复制的双链环状DNA分子，独立于拟核之外存在，是一种特殊的遗传物质。

3.基因工程的基本操作步骤有：

目的基因的获得、重组DNA的形成、重组DNA导入受体细胞、筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达五个方面，其中核心是构建重组DNA分子。

4.基因治疗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。

5.利用农杆菌Ti质粒介导，可以将目的基因导入植物受体细胞中，并整合到染色体DNA中，实现稳定表达。

角度1　基因工程工具

1.已知一双链DNA分子，用限制性核酸内切酶Ⅰ切割得到长度为120kb（kb：

千碱基对）片段；

用限制性核酸内切酶Ⅱ切割得到40kb和80kb两个片段；

同时用限制性核酸内切酶Ⅰ和限制性核酸内切酶Ⅱ切割时，得到10kb、80kb和30kb3个片段。

据此分析该双链DNA分子结构及酶切位点情况为（　　）

解析　根据题意，该DNA用限制性核酸内切酶Ⅰ切割后得1条片段，故为环状DNA，根据两酶的作用特点，可知酶切图谱为D。

答案　D

2.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.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

解析　限制性核酸内切酶可在特定位点对DNA分子进行切割，①为限制性核酸内切酶。

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，

④为DNA聚合酶。

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，②为DNA连接酶。

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，③为解旋酶。

答案　C

1.限制性核酸内切酶

（1）识别序列的特点：

呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的（如下图），以中心线为轴，两侧碱基互补对称；

以

为轴，两侧碱基互补对称。

（2）切割后产生末端的种类——粘性末端和平末端：

当限制性核酸内切酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是粘性末端，而当限制性核酸内切酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的是平末端。

2.限制性核酸内切酶与DNA连接酶的关系

3.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

粘性末端或平末端

DNA连接酶

DNA片段

重组DNA分子

DNA聚合酶

脱氧核苷酸

子代DNA

解旋酶

碱基对中的氢键

形成脱氧核苷酸单链

DNA（水解）酶

游离的脱氧核苷酸

角度2　基因工程原理和技术、应用

1.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B

B.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B

C.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

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；

题干中已指明基因B序列已知，故常用化学方法人工合成和PCR技术扩增基因，而从基因文库中获取序列未知的目的基因，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。

答案　A

2.科学家将外源目的基因与大肠杆菌的质粒进行重组，并在大肠杆菌中成功表达。

下图表示构建重组质粒和筛选含目的基因的大肠杆菌的过程。

请据图回答问题：

（1）步骤①和②中常用的工具酶是________和________。

（2）图中质粒上有抗氨苄青霉素和抗四环素两个标记基因，经过①和②步骤后，有些质粒上的________基因内插入了外源目的基因，形成重组质粒，由于目的基因的分隔使得该抗性基因失活。

（3）步骤③是________的过程，为了促进该过程，应该用________处理大肠杆菌。

（4）步骤④将三角瓶内的大肠杆菌接种到含四环素的培养基C上培养，目的是筛选________，能在C中生长的大肠杆菌有________种。

（5）步骤⑤：

用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D（含氨苄青霉素和四环素）和E（含四环素）两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。

含目的基因的菌落位于________（D、E）上，请在图中相应的位置上圈出来。

解析　

（1）形成重组DNA分子需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶两种工具酶。

（2）由图可知，有些质粒上的氨苄青霉素抗性基因被切开并接入了外源目的基因。

（3）步骤③是将重组质粒（目的基因）导入大肠杆菌（受体细胞）的过程；

应用CaCl2溶液处理大肠杆菌增加大肠杆菌细胞壁的通透性，利于重组质粒进入大肠杆菌。

（4）步骤④的目的是筛选含四环素抗性基因的大肠杆菌，能在C中生长的大肠杆菌有2种，一种是只含有四环素抗性基因的大肠杆菌，另一种是含有四环素抗性基因和目的基因的大肠杆菌。

（5）含有目的基因的大肠杆菌不抗氨苄青霉

素，不能在含有氨苄青霉素的培养基中生长，因此含有目的基因的菌落存在于E上。

答案　

（1）限制性核酸内切酶　DNA连接酶　

（2）氨苄青霉素抗性　（3）将重组质粒（目的基因）导入大肠杆菌（受体细胞）　CaCl2溶液　（4）含四环素抗性基因的大肠杆菌　2　（5）E

1.受体细胞与导入方法

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

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

受精卵

细菌细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体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→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

2.基因工程中的几种检测方法

（时间：

40分钟　分数：

100分）

1.下图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，①②③④表示实验过程，请据图回答，下列说法正确的是（　　）

A.外源基因能够导入并大量复制的物质基础是自然界共用一套密码子

B.②过程能定向改变原生质体的遗传特性

C.③过程只能通过液体悬浮培养技术才能实现

D.基因工程技术与花药离体培养技术相结合可快速获得纯合棉花植株

解析　外源基因能够正确表达的物质基础是自然界共用一套密码子，A错误；

基因工程能定向改造生物的性状，B正确；

愈伤组织培养时用固体培养基，而液体悬浮培养可以将愈伤组织分散成单细胞，C错误；

花药离体培养得到单倍体幼苗后再用秋水仙素处理才能获得纯合植株，D错误。

答案　B

2.科学家在河南华溪蟹中找到了金属硫蛋白基因，并以农杆菌的质粒为载体，采用转基因方法培育出了汞吸附能力极强的转基因烟草。

下列有关该烟草培育的说法错误的是（　　）

A.需用特定的限制性核酸内切酶切割烟草的核酸

B.转基因烟草与原烟草之间一般不会出现生殖隔离

C.通过农杆菌转入重组质粒的植物细胞是单个烟草细胞或原生质体

D.金属硫蛋白基因的两端与作为载体的质粒至少存在着一段核苷酸序列相同的片段

解析　在基因工程中，需要用特定的限制性核酸内切酶切割目的基因和运载体，而不切割烟草的核酸，A错误；

转基因烟草和原来烟草之间一般不会出现生殖隔离，B正确；

通过农杆菌导入目的基因的植物细胞是单个烟草细胞或原生质体，C正确；

目的基因的两端与载体至少存在一段核苷酸序列相同的片段，便于目的基因插入，D正确。

3.chlL基因是蓝藻拟核DNA上控制叶绿素合成的基因。

为了研究该基因对叶绿素合成的控制，需要构建缺失chlL基因的蓝藻细胞。

技术路线如下图所示，对此技术描述中，正确的是（　　）

A.②过程共形成2个磷酸二酯键

B.①②过程都需要使用限制性核酸内切酶和DNA连接酶

C.该项技术操作成功的标志是目的基因的表达

D.红霉素抗性基因是标记基因，用于筛选含有chlL基因的受体细胞

解析　②过程共形成4个磷酸二酯键，A错误；

①过程和②过程需要限制性核酸内切酶切割和DNA连接酶连接，形成重组质粒，B正确；

因最终得到的是无chlL基因的蓝藻，故操作成功的标志并不是目的基因的表达，C错误；

插入红霉素抗性基因后chlL基因被破坏，因此不可能是筛选含有chlL基因的受体细胞，D错误。

4.下面是关于获得能产生人干扰素大肠杆菌的问题。

（1）用限制性核酸内切酶识别人干扰素基因和质粒中一段特定的________并切割，然后用________连接形成重组DNA。

该质粒是一种含抗生素抗性基因的________核酸分子。

A.双链环状B.单链环状

C.双链线状D.单链线状

（2）将含人干扰素基因的重组质粒导入到大肠杆菌，经含有________的培养基筛选等过程，最终获得能产生人干扰素的大肠杆菌。

解析　

（1）限制性核酸内切酶能够识别一段特定的核苷酸序列，并在特定的部位将DNA分子切割，DNA连接酶可以将两个DNA片段通过磷酸二酯键连接起来。

质粒是含有抗生素抗性基因的双链环状核酸分子。

（2）将含人干扰素基因的重组质粒导入大肠杆菌，经含有抗生素的培养基筛选等过程，最终获得能产生人干扰素的大肠杆菌。

答案　

（1）核苷酸序列　DNA连接酶　A　

（2）抗生素

5.（2017·

宁波模拟　节选）新一代基因编辑工具由Cas9（一种限制性核酸内切酶）和向导RNA构成。

该复合体能与DNA分子上的特定序列结合，并在合适位点切断DNA双链（如下图所示）。

DNA被切断后，细胞会启动DNA损伤修复机制，在此基础上如果为细胞提供一个修复模板，细胞就会按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变，从而实现基因编辑。

（1）在将编码Cas9的基因导入真核细胞的转基因操作中，若控制合成Cas9的基因序列已知，可用________方法合成目的基因，再构建________导入真核细胞，该过程中需要使用的酶是________（A.限制性核酸内切酶　B.DNA连接酶　C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶　D.DNA聚合酶）。

上述转基因操作成功的标志是________。

（2）如图所示，基因编辑工具发挥作用时，向导RNA分子的序列与基因组DNA中特定碱基序列因为________所以能结合在一起，然后由Cas9催化________键断裂，从而使DNA分子断裂。

（3）一般来说，在使用基因编辑工具对不同基因进行编辑时，应使用Cas9和________（填“相同”或“不同”）的向导RNA进行基因的相关编辑。

解析　

（1）在基因工程中，当目的基因序列已知，可用化学方法合成目的基因，通过使用限制性核酸内切酶和DNA连接酶处理目的基因和载体DNA，构建出含目的基因的重组DNA分子，再导入受体细胞。

转基因操作成功的标志是目的基因表达成功，即合成了Cas9。

（2）向导RNA分子的序列与基因组DNA中特定碱基序列因为碱基序列互补所以能结合在一起，然后由Cas9催化磷酸二酯键断裂，从而使DNA分子断裂。

（3）在使用基因编辑工具对不同基因进行编辑时，应使用Cas9和不同的向导RNA进行基因的相关编辑，因为不同的向导RNA会与不同的基因部分互补配对，实现对不同基因进行编辑的目的。

答案　

（1）化学　含目的基因的重组DNA分子　C　控制Cas9基因的成功表达（或合成了Cas9）　

（2）碱基序列互补　磷酸二酯　（3）不同

6.在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中，不需要的是（　　）

A.用携带目的基因的农杆菌侵染植物细胞

B.用选择培养基筛选导入目的基因的细胞

C.用聚乙二醇诱导转基因细胞的原生物质融合

D.用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽

解析　农杆菌转化法是基因工程中常用的将目的基因导入植物细胞的方法，A正确；

筛选含目的基因的受体细胞，可以在选择培养基上针对标记基因进行，B正确；

在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的过程中没有涉及原生质体融合，C错误；

获得含目的基因的受体细胞后还要经过植物组织培养过程才能得到转基因植物，在植物组织培养过程中需要调整培养基中的生长素和细胞分裂素浓度配比，诱导其完成脱分化和再分化进程，D正确。

7.下列有关基因工程的叙述，正确的是（　　）

A.DNA连接酶只能将同一种限制性核酸内切酶切割而成的粘性末端连接起来

B.目的基因导入受体细胞后，受体细胞即发生基因突变

C.目的基因与质粒结合的过程发生在细胞外

D.常使用的载体有大肠杆菌、噬菌体和动植物病毒等

解析　DNA连接酶能将碱基互补的粘性末端或者平末端连接起来，A错误；

目的基因导入受体细胞后，受体细胞即发生基因重组，B错误；

常使用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒，D错误。

8.下列有关基因工程的叙述，正确的是（　　）

A.质粒上的标记基因可能会在基因工程操作中被破坏

B.限制性核酸内切酶能识别所有的核苷酸序列

C.利用细菌质粒构建的重组质粒不能用于真核生物的基因工程

D.受体细胞若能表达质粒载体上的标记基因，即表明重组质粒成功导入

解析　在形成重组DNA时，目的基因可以插入质粒上的标记基因，利用插入失活进行筛选；

限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列并在特定部位切割DNA分子；

重组质粒可以导入真核细胞，也可导入原核细胞；

质粒上的标记基因能表达，只能说明质粒成功导入了，不能说明重组后的质粒也导入成功了。

9.我国自主研制的复制型艾滋病疫苗，是把艾滋病病毒的核酸的几个重要片段逆转录后插入天花病毒DNA中，形成重组病毒疫苗。

该疫苗具有复制能力，可以持续刺激免疫系统，使人产生较强的免疫能力。

该疫苗研制过程中（　　）

A.运用了RNA病毒容易突变的能力

B.运用了基因工程手段，使用质粒作为运载体

C.通常需要利用动物的细胞培养技术

D.该重组病毒的形成说明艾滋病病毒和天花病毒具有相同的遗传物质

解析　整个过程没有涉及基因突变，把艾滋病病毒的核酸的几个重要片段逆转录后插入天花病毒DNA中会导致基因发生重组，不同的生物的DNA能发生重组是由于两者的结构是相同的，都是双螺旋并且基本单位都一样，都遵循碱基互补配对原则，A、D错误；

本题中的运载体是选用天花病毒，B错误；

艾滋病病毒和天花病毒都是动物病毒，所以会涉及动物的细胞培养技术，C正确。

10.（2017·

10月新高考联盟　节选）利用现代生物技术，让已知碱基序列的人胰岛素原基因表达，获得基因产品。

（1）可以用________方法获得目的基因（人胰岛素原基因）。

（2）目的基因与质粒在________的作用下，形成重组质粒。

重组质粒是否转移到大肠杆菌宿主细胞中，可用含有四环素的培养基进行筛选，原因是重组质粒上有________基因。

（3）经过培养，目的基因在宿主细胞内大量扩增，并合成人胰岛素原。

若要使目的基因在细胞外大量扩增，可用________技术扩增。

（4）将该目的基因利用________（A.显微注射法　B.农杆菌转化法　C.细胞融合法　D.氯化钙诱导法）导入牛受精卵，经胚胎体外培养获得早期胚胎，经________转移到受体的输卵管或子宫角，可获得转基因牛。

解析　

（1）在已知碱基序列的前提下，人胰岛素原基因通常采用化学合成法获得。

（2）目的基因与质粒在限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用下，形成重组质粒。

重组质粒是否转移到大肠杆菌宿主细胞中，可用含有四环素的培养基进行筛选，原因是重组质粒上有四环素抗性基因。

（3）若要使目的基因在细胞外大量扩增，可用PCR技术扩增。

（4）将该目的基因利用显微注射法导入牛受精卵，经胚胎体外培养获得早期胚胎，经胚胎移植转移到受体的输卵管或子宫角，可获得转基因牛。

答案　

（1）化学合成　

（2）限制性核酸内切酶、DNA连接酶　四环素抗性基因　（3）PCR　（4）A　胚胎移植

11.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T－DNA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。

解析　

（1）过程①需用同种限制性核酸内切酶对含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T－DNA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）若过程④仅获得大量的根，则应在培养基中增加细胞分裂素浓度以获得芽；

部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是芽顶端合成的生长素向基部运输，促进根的分化。

（4）检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是投放棉铃虫，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。

答案　

（1）限制性核酸内切　选择　

（2）T－DNA　筛选获得T－DNA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

12.（2017·

金丽衢十二校　节选）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：

BamHⅠ

BclⅠ

Sau3AⅠ

HindⅢ

识别序列及切割位点

G↓GATCCCCTAG↑G

T↓GATCAACTAG↑T

↓