版高考生物全国一轮复习教师全本 第十一单元现代生物科技专题.docx

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版高考生物全国一轮复习教师全本第十一单元现代生物科技专题

第1讲　基因工程

考纲要求

全国课标卷五年考频统计

2018高考预期

1.基因工程的诞生Ⅰ

2.基因工程的原理及技术（含PCR）Ⅱ

3.基因工程的应用Ⅱ

4.蛋白质工程Ⅰ

2012，T40；2013，T40

（1）

（2）

2014全国Ⅱ，T40

2015全国Ⅰ，T40；2015全国Ⅱ，T40

2016全国乙，T40；2016全国丙，T40

基因工程的原理、操作步骤，

在农业、工业、医学等方面的应用

考点1　基因工程的操作工具

1．限制酶

（1）存在：

____________中。

（2）作用：

__________________________________，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的________________断开。

2．DNA连接酶

（1）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。

（2）种类

E·coliDNA连接酶

T4DNA连接酶

来源

________

________

特点

只“缝合”________末端

黏性末端和平末端都可“缝合”

3.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。

（2）种类

（3）作用：

________________。

答案：

1.

（1）原核生物　

（2）识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列　磷酸二酯键　（3）黏性末端　平末端

2．

（2）大肠杆菌　T4噬菌体　黏性

3．

（2）质粒　λ噬菌体的衍生物　（3）携带外源DNA片段进入受体细胞

注意：

（1）基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。

（2）限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

（3）限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较

名称

作用部位

作用底物

形成产物

限制酶

磷酸二酯键

DNA分子

带黏性末端或平末端的DNA片段

DNA连接酶

磷酸二酯键

DNA片段

重组DNA分子

DNA聚合酶

磷酸二酯键

脱氧核苷酸

子代DNA分子

热稳定DNA聚合酶

磷酸二酯键

脱氧核苷酸

子代DNA分子

DNA（水解）酶

磷酸二酯键

DNA分子

游离的脱氧核苷酸

解旋酶

碱基对间的氢键

DNA分子

脱氧核苷酸长链

RNA聚合酶

磷酸二酯键

核糖核苷酸

单链RNA分子

题组精练]

1．图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。

请回答下列问题。

（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由__________连接。

（2）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为__________________________________。

（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。

（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________________的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是______________。

解析：

（1）题干中强调“一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基”，可通过画出DNA结构示意图解决。

（2）SmaⅠ识别并切割的序列为CCC↓GGG，所以产生的末端为平末端，经SmaⅠ切割后，DNA片段会形成三个小的DNA片段，按切割位点算分别是：

534＋3＝537（bp）；796－3－3＝790（bp）；658＋3＝661（bp）。

（3）用SmaⅠ切割基因D，会形成537bp、790bp、661bp三种类型。

题图1中虚线方框内C—G被T—A替换，失去了一个酶切位点，则会被切割成534＋796－3＝1327（bp）和658＋3＝661（bp）两种类型。

所以一共会得到537bp、790bp、1327bp、661bp4种类型的片段。

（4）根据基因D和质粒的核苷酸序列可知，可选用BamHⅠ和MboⅠ进行切割，但MboⅠ会破坏掉两种抗生素抗性基因，因此只能用BamHⅠ进行切割。

答案：

（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖

（2）平　537bp、790bp、661bp

（3）4

（4）BamHⅠ　抗生素B　同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接

2．下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。

请回答下列问题：

（1）用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用________两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过________酶作用后获得重组质粒。

为了扩增重组质粒，需将其转入处于________态的大肠杆菌。

（2）为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中________。

（3）若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为________，对于该部位，这两种酶________（填“都能”、“都不能”或“只有一种能”）切开。

（4）若用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得________种大小不同的DNA片段。

解析：

（1）选择的限制酶应在目的基因两端且在质粒中存在识别位点，故可以用来切割的限制酶为BclⅠ、HindⅢ、BamHⅠ和Sau3AⅠ，但由于BamHⅠ和Sau3AⅠ可能使质粒中的启动子丢失或破坏抗性基因，所以应选用BclⅠ、HindⅢ两种限制酶切割。

酶切后的载体和目的基因片段，通过DNA连接酶作用后获得重组质粒。

为了扩增重组质粒，需将其转入感受态的大肠杆菌中，使其增殖。

（2）根据质粒上抗性基因，为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加四环素。

平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物需要与单链两端相应互补序列结合，故所用引物组成是图2中的引物甲和引物丙。

（3）若BamHⅠ酶切的DNA末端和BclⅠ酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为

，由于两种酶均不能识别该部位的碱基对序列，所用两种酶都不能切开该部位。

（4）根据BclⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点，Sau3AⅠ在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，所以用Sau3AⅠ切质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。

答案：

（1）BclⅠ和HindⅢ　DNA连接　感受

（2）四环素　引物甲和引物丙

（3）

　都不能　（4）7

1．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。

2．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，原理如下图所示：

考点2　基因工程的操作过程与应用

1．目的基因的获取

（1）目的基因：

主要指____________的基因，也可以是一些具________作用的因子。

（2）方法

注意：

（1）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）

构建基因文库的过程

（2）PCR技术

①原理：

DNA复制

②需要条件：

模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）

③过程：

DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。

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______________________，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

（3）构建过程

3．将目的基因导入受体细胞

（1）受体细胞种类不同，导入方法不同

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

____________

____________

____________

受体细胞

体细胞

________

原核细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→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）基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同

①培育转基因植物：

受体细胞可以是受精卵、体细胞（需经植物组织培养成为完整植株）。

②培育转基因动物：

受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。

③生产蛋白质产品：

一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞，因原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

4．目的基因的检测与鉴定

答案：

1.

（1）编码蛋白质　调控　

（2）基因文库　mRNA反转录　DNA合成仪

2．

（1）在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代

（2）RNA聚合酶　转录　转录　目的基因　（3）同种限制酶　DNA连接

3．

（1）农杆菌转化法　显微注射法　感受态细胞法　受精卵

注意：

（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，目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。

（1）基因工程操作过程中只有第三步（将目的基因导入受体细胞）没有碱基互补配对现象。

（3）农杆菌转化法原理：

农杆菌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。

题组精练]

1．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）cDNA文库属于________基因文库，其构建方法是：

用某种生物发育的某个时期的________反转录产生的cDN