届 一轮复习 人教版 基因工程 学案1.docx

届 一轮复习 人教版 基因工程 学案1.docx

《届 一轮复习 人教版 基因工程 学案1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届 一轮复习 人教版 基因工程 学案1.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届一轮复习人教版基因工程学案1

2020届一轮复习人教版基因工程学案

【最新考纲】　1.基因工程的诞生（Ⅰ）。

2.基因工程的原理及技术（含PCR技术）（Ⅱ）。

3.基因工程的应用（Ⅱ）。

4．蛋白质工程（Ⅰ）。

考点一　基因工程的操作工具

见学生用书P205

1．基因工程的概念

（1）供体：

提供目的基因。

（2）操作环境：

体外。

（3）操作水平：

分子水平。

（4）原理：

基因重组。

（5）受体：

表达目的基因。

（6）本质：

性状在受体体内的表达。

（7）优点：

克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。

2．DNA重组技术的基本工具

（1）限制性核酸内切酶（简称：

限制酶）

①来源：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②作用：

识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③结果：

产生黏性末端或平末端。

（2）DNA连接酶

①种类：

按来源可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

②作用：

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③DNA连接酶和限制酶的关系

（3）载体

①种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒的特点

　诊断辨析

（1）限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。

（　×　）

（2）切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。

（　×　）

（3）DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来。

（　×　）

（4）E·coliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。

（　×　）

（5）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。

（　√　）

　热图解读

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。

请据图回答：

（1）EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点分别是什么？

（2）以上实例说明限制酶具有________。

（3）要将图2中的末端再连接起来，需要________连接酶。

提示　

（1）EcoRⅠ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C和G之间。

（2）专一性　（3）T4DNA

考向一　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　限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端，因此作用于①；DNA聚合酶用于DNA分子的复制，能在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此作用于④；DNA连接酶能在具有相同碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，因此作用于②；解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开，故作用于③。

故选C。

答案　C

2．如图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是（　　）

A．HindⅢB．EcoRⅠ

C．EcoBD．PstⅠ

解析　A处有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用A～D中的EcoB切割时，才能让目的基因插入A处。

答案　C

整合提升

确定限制酶的种类

1．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PstⅠ。

（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SmaⅠ。

（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，如图甲也可选择用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，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不能自主复制。

考向二　载体的作用及特点分析

3．（2017·北京）为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。

下列操作与实验目的不符的是（　　）

A．用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒

B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞

C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞

D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上

解析　目的基因C和质粒都有可被EcoRⅠ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A项正确；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B项正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C项错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D项正确。

答案　C

高考教材

本题以选修三P6“图1－5大肠杆菌及质粒载体结构模式图”、P11“图1－10基因表达载体模式图”以及选修一P22“筛选菌株”“选择培养基”为源，从知识内容上考查基因工程的原理及技术等，从目标要求上考查考生的理解能力和新情境中的分析、判断等能力

跟|题|变|式

4．下列关于载体的叙述中，错误的是（　　）

A．载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子

B．对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点

C．目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒

D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割

解析　载体必须具备的条件有：

①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；③具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入载体中；④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。

答案　D

5．下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：

（1）a代表的物质和质粒的化学本质都是__________________________________________________，

二者还具有其他共同点，如：

①__________________________________________________，

②________________（写出两条即可）。

（2）若质粒DNA分子的切割末端为

，则与之连接的目的基因切割末端应为____________；可使用____________把质粒和目的基因连接在一起。

（3）氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为__________________________________________________________，其作用是________________________________________________________。

（4）下列常在基因工程中用作载体的是（　　）

A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因

B．土壤农杆菌环状RNA分子

C．大肠杆菌的质粒

D．动物细胞的染色体

解析　

（1）a代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。

（2）质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。

（3）质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对含重组DNA的受体细胞进行鉴定和筛选。

（4）作为载体必须具备的条件有①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；②有多个限制性核酸内切酶的切点；③有特定的标记基因，便于筛选。

常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNA分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。

答案　

（1）DNA　能够自我复制　具有遗传特性

（2）

　DNA连接酶

（3）标记基因　供含重组DNA的受体细胞鉴定和选择

（4）C

整合提升

载体上标记基因的标记原理

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，原理如图所示：

考点二　PCR技术

见学生用书P207

1．PCR原理：

DNA复制原理，即

2．PCR反应过程

过程

说明

图解

变性

当温度上升到90_℃以上时，双链DNA解聚为单链

复性

温度下降到50_℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合

延伸

72℃左右时，Taq酶有最大活性，可使DNA新链由5′端向3′端延伸

3.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2n的形式增加。

PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。

1．（2017·江苏）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：

（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发生________，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。

（5）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________（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　

（1）PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。

（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）时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。

为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间发生碱基互补配对。

（3）根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火（复性），步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。

（4）退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。

因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。

（5）如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。

答案　

（1）逆转录　cDNA　

（2）限制性核酸内切酶识别　碱基互补配对

（3）变性

（4）引物与模板　GC含量高

（5）②③

高考教材

本题以选修三P10“利用PCR技术扩增目的基因”、选修一P60～P61“PCR的反应过程”为源，从知识内容上考查基因工程的原理及技术（含PCR技术）等，从目标要求上考查考生获取信息的能力，综合运用的能力

跟|题|变|式

2．下列有关多聚酶链式反应扩增DNA片段技术的说法，不正确的是（　　）

A．扩增过程利用DNA的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合

B．需要的物质有DNA模板、4种脱氧核苷酸、1种引物、DNA热聚合酶

C．扩增至第三轮时，同时含2段引物的DNA分子占3/4

D．每扩增一次，都要经过变性、复性和延伸三步

解析　本题主要考查PCR扩增技术的相关知识，意在考查考生的识记能力和理解能力。

扩增过程需要两种引物（分别与两条模板链相结合）；扩增至第三轮时，共合成8个DNA分子片段，同时含2段引物的DNA分子有6条，占3/4。

答案　B

3．（2018·河北重点中学联考）在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析，PCR技术能快速扩增DNA片段，在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝，有效地解决了因为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的问题。

据图回答相关问题：

（1）在相应的横线上写出引物Ⅱ，并在复性这一步骤中将引物Ⅱ置于合适的位置。

（2）在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。

（3）若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32P标记，请分析循环一次后生成的DNA分子的特点：

___________________________________________，循环n次后生成的DNA分子中不含放射性的单链占总单链的比例为________。

（4）PCR反应过程的前提条件是_____________________________，PCR技术利用DNA的________原理解决了这个问题。

（5）在对样品DNA进行分析的过程中发现，DNA掺杂着一些组蛋白，要去除这些组蛋白可加入的物质是________________________。

解析　

（1）DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，所以引物就提供了3′端，子链延伸方向为5′→3′，引物Ⅰ与b链部分碱基互补，引物Ⅱ则与a链部分碱基互补，且连接到a链的3′端，故引物Ⅱ的结构为5′—G—A—OH。

（2）经过一次循环后，产生的两个DNA分子分别含有引物Ⅰ和引物Ⅱ。

（3）由于作为原料的四种脱氧核苷酸被32P标记，所以新合成的子链均含有放射性，一次循环后的两个DNA各有一条链含32P，若复制n次，共产生子链2n×2；其中只有DNA母链不含32P，则其所占比例为2/（2n×2）＝1/2n。

（4）DNA复制是以两条母链为模板，按照碱基互补配对原则进行的。

因此，首先要解旋，使两条母链碱基暴露出来，才能按照碱基互补配对的原则把相应的核苷酸一个个地连接起来。

DNA分子在80～100℃的温度范围内变性，双链解开成单链，当温度慢慢降低时，又能重新结合形成双链。

（5）本题考查了DNA中杂质蛋白质的去除，利用酶的专一性，应加入蛋白酶。

答案　

（1）5′—G—A—OH　

5′—G—G……T—C—3′

HO—A—G—5′

（2）3′—C—C……A—G—5′　5′—G—G……T—C—3′

5′—G—G……T—C—3′　3′—C—C……A—G—5′

（3）每个DNA分子各有一条链含32P　1/2n

（4）DNA解旋　热变性　（5）蛋白酶

整合提升

细胞内DNA复制与体外DNA扩增（PCR技术）的比较

异同点

细胞内DNA复制

PCR

不同点

解旋

解旋酶，边解旋边复制

80～100℃高温解旋，双链完全分开

酶

解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶

Taq酶

引物

RNA

DNA或RNA

能量

ATP

不加

温度

体内温和条件

高温

子链合成

一条链连续（先导链），另一条链不连续，先合成片段，再由DNA连接酶连接（滞后链）

两条子链均连续合成

相同点

①提供DNA模板；

②四种脱氧核苷酸作原料；

③子链延伸的方向都是从5′端到3′端

考点三　基因工程的基本操作程序

见学生用书P208

1．目的基因的获取

（1）直接分离法

（2）人工合成法

2．基因表达载体的构建

（1）基因表达载体的组成及作用

（2）基因表达载体的构建过程

3．将目的基因导入受体细胞

生物

种类

植物

动物

微生物

常用

方法

农杆菌转化法

显微注射法

感受态细胞法或

Ca2＋处理法

受体

细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化

过程

将目的基因插入Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的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DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

4．目的基因的检测与鉴定

　热图解读

如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：

（1）该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？

一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？

（2）该实例中，采用何种方法导入目的基因？

为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？

（3）该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？

提示　

（1）目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。

用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。

（2）采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的TDNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入了TDNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。

（3）抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。

考向一　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Ⅰ的过程。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A．过程①需要DNA连接酶

B．过程②需要限制性核酸内切酶

C．目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的

D．若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同

解析　题图所示为用化学方法合成目的基因的过程。

①②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。

答案　C

2．下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。

下列有关说法中正确的是（　　）

A．图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物

B．图示中构建基因表达载体时，需要用到一种限制性核酸内切酶

C．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列

D．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来

解析　图示表示基因表达载体的构建过程，这是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶一般来自原核生物，A错误；此表达载体构建时需要用到EcoRⅠ、PstⅠ限制性核酸内切酶，B错误；限制酶具有特异性，即一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列并在特定的位点切割，C错误；抗卡那霉素基因作为标记基因，主要作用是筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。

答案　D

整合提升

1．几种目的基因获取方法的比较

（1）基因文库的分类：

按外源DNA片段的来源分类

种类

（3）构建基因文库的目的

为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。

2．基因表达载体中启动子、终止子的来源

（1）如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。

（2）如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。

若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。

考向二　基因工程的操作过程

3．（2017·全国卷Ⅰ）真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。

已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。

回答下列问题：

（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是__________________________________。

（2）若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________作为载体，其原因是__________________________。

（3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。

因为与家蚕相比，大肠杆菌具有________________（答出两点即可）等优点。

（4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是________________________（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。

（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__________________________________________________________。

解析　

（1）人是真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。

大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。

（2）噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。

题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。

（3）大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。

（4）常用抗原—抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体移到另一种生物个体。

答案　

（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A

（2）噬菌体　噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕

（3）繁殖快、容易培养

（4）蛋白A的抗体

（5）DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

高考教材

本题以选修三P8～P15“基因工程的基本操作程序”、必修二P42～P43“肺炎双球菌的转化实验”为源，从知识内容上考查基因工程的原理及技术，基因工程的应用等，从目标要求上考查考生的理解能力、分析与综合能力。

本题发出的信号：

注意备考过程中必修与选修的结合

跟|题|变|式

4．（2017·全国卷Ⅱ）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。

通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。

回答下列问题：

（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是_____________________。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_________________________________