版高考生物一轮复习鸭部分现代生物科技专题精准备课学案.docx

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版高考生物一轮复习鸭部分现代生物科技专题精准备课学案

选考部分现代生物科技专题

考点一　基因工程的操作工具

[思维导图·成一统]

[基础速练·固根基]

1．判断下列叙述的正误

（1）限制酶只能用于切割目的基因（×）

（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）载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因（×）

（6）每个重组质粒至少含一个限制酶识别位点（√）

（7）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（×）

（8）质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体（√）

（9）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（√）

（10）外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制（×）

2．结合图示完成下列问题

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。

（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G和C之间；说明限制酶具有专一性。

（2）限制酶和DNA连接酶作用的化学键是磷酸二酯键。

（3）限制酶为何不切割其所在生物自身的DNA?

提示：

自身的DNA序列中不存在该酶的识别位点或识别序列已经被修饰。

[题组练透·过考点]

题组一　限制性核酸内切酶及DNA连接酶的作用

1．（2016·江苏高考）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：

限制酶

BamHⅠ

BclⅠ

Sau3AⅠ

HindⅢ

识别序列及切割位点

图1

图2

（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）基因工程中选择合适的限制酶切割质粒和目的基因时，应保留目的基因和至少一个标记基因结构的完整性，即遵循“目的基因切两侧，标记基因留一个”的基本原则，最好选择切割产生不同末端的两种限制酶同时切割质粒和目的基因，以避免目的基因的反向插入带来的不正常表达，因此据图分析应选择的限制酶为BclⅠ和HindⅢ，切割后质粒上保留的四环素抗性基因作为标记基因。

酶切后的载体和目的基因通过DNA连接酶的作用形成重组质粒，重组质粒需要导入Ca2＋处理后的处于感受态的大肠杆菌（处于感受态的大肠杆菌细胞膜的通透性大大增加，便于重组质粒进入）。

（2）由上述分析可知，为了筛选出导入重组质粒的大肠杆菌，应先配制含四环素的选择培养基，平板上长出的菌落为导入普通质粒或重组质粒的大肠杆菌菌落，进一步鉴定出导入重组质粒的大肠杆菌，可利用PCR扩增的方式，结合电泳技术来分析处理。

DNA的两条链是反向平行的，在PCR过程中，当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链，因此应选择引物甲和引物丙。

（3）因为BclⅠ和BamHⅠ酶切产生的黏性末端相同，所以可以被DNA连接酶连接，连接部位的6个碱基对序列为

，但是连接后形成的DNA中不再具有BclⅠ和BamHⅠ的识别序列，连接部位不能被这两种酶切开。

（4）由图可知，能被限制酶BclⅠ和BamHⅠ切割的序列也能被Sau3AⅠ识别并切割，因此图中质粒上存在3个Sau3AⅠ的切割位点，若将3个切割位点之间的DNA片段分别编号为a、b和c，则完全酶切（3个切割位点均被切割）会产生3种大小的DNA片段，即为a、b和c；考虑只切1个切割位点，有三种情况，都产生一种大小的DNA片段，即大小均为a＋b＋c；考虑切2个切割位点，则会产生a＋b、c、a＋c、b、b＋c、a几种不同大小的DNA片段。

综上所述，若用Sau3AⅠ识别并切割图中质粒，最多可获得7种大小的DNA片段，即为a＋b＋c、a＋b、a＋c、b＋c、a、b、c。

答案：

（1）BclⅠ和HindⅢ　连接　感受　

（2）四环素

引物甲和引物丙　（3）

都不能　（4）7

[归纳拓展]　与DNA有关的酶的归纳与比较

比较项目

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用底物

DNA分子

DNA分

子片段

脱氧核苷酸

DNA分子

作用部位

磷酸二酯键

磷酸二酯键

磷酸二酯键

碱基对

间的氢键

形成产物

黏性末端

或平末端

形成重组

DNA分子

新的

DNA分子

形成单

链DNA

题组二　载体的特点及作用

2．下面是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代表的物质是大型环状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）若质粒DNA分子的切割末端和目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对，则可使用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，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。

（4）常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

答案：

（1）DNA　能够自我复制　具有遗传特性

　DNA连接酶

（3）标记基因　供重组DNA的鉴定和选择

（4）C

[归纳拓展]　全面理解基因工程中的载体

（1）应具备的条件：

①能在受体细胞中复制并稳定保存，可使目的基因稳定存在且数量可扩大。

②具有一个至多个限制酶切点，可供外源DNA片段插入。

③具有标记基因，可供重组DNA的鉴定和选择。

（2）与膜载体的区别：

基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。

考点二　基因工程的基本操作程序

[思维导图·成一统]

[基础速练·固根基]

1．判断下列叙述的正误

（1）设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列（×）

（2）用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列（√）

（3）PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶（×）

（4）将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。

每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada（×）

（5）为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体（×）

（6）把目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法（√）

（7）抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达（√）

（8）检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原－抗体杂交技术（×）

（9）应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达（×）

2．填表比较DNA复制和PCR技术

比较项目

细胞内DNA复制

PCR技术

不

同

点

解旋

在解旋酶作用下边解旋边复制

80～100℃高温解旋，双链完全分开

酶

DNA解旋酶、DNA聚合酶

TaqDNA聚合酶

引物

RNA

一般为DNA

温度

体内温和条件

高温

相

同

点

①需提供DNA复制的模板；②以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

3．填空识记PCR技术的基本原理

类似于DNA的天然复制过程，由变性—复性—延伸三个基本反应步骤构成。

（1）模板DNA的变性：

模板DNA经加热至95_℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的DNA的双链解开，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备。

（2）模板DNA与引物的复性：

模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55_℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合。

（3）引物的延伸：

DNA模板引物结合物在Taq_DNA聚合酶的作用下，以四种脱氧核苷酸为反应原料，DNA母链为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。

重复循环变性—复性—延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又成为下次循环的模板。

4．填图识记基因表达载体的组成及作用

5.结合抗虫棉的培育过程图填空

（1）从图中可以看出，目的基因是Bt毒蛋白基因，使用的载体是Ti质粒，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。

（2）请写出两种检测目的基因是否表达的方法：

抗原－抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。

[题组练透·过考点]

题组一　基因工程的操作程序

1．（2016·海南高考）基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：

（1）在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即____________和从____________中分离。

（2）利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是_______________________

________________________________________________________________________。

（3）在基因表达载体中，启动子是________聚合酶识别并结合的部位。

若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是____________。

（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有________和________颗粒。

解析：

（1）获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从自然界已有的物种中分离。

（2）植物的成熟叶片中基因选择性表达，因此由所有RNA逆转录形成的cDNA文库中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因。

（3）在基因表达载体中，启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。

采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，由于易于培养，最常选用大肠杆菌（或细菌）。

（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。

答案：

（1）人工合成　生物材料

（2）cDNA文库中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因

（3）RNA　大肠杆菌（或答细菌）　（4）金粉　钨粉

2．（2014·全国卷Ⅱ，节选）植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。

若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。

回答下列问题：

（1）理论上，基因组文库含有生物的________基因，而cDNA文库中含有生物的________基因。

（2）若要从植物甲中获得目的基因，应首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。

（3）将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物__________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。

要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的__________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的__________是否得到提高。

解析：

（1）基因组文库中含有该生物的全部基因，而cDNA文库又称部分基因文库，含有该生物的部分基因。

（2）基因组文库中含有该生物的全部基因，需要将目的基因筛选出来。

（3）利用农杆菌转化法将耐旱基因转移到不耐旱的植物乙的体细胞中，经植物组织培养技术得到再生植株。

要确定耐旱基因是否表达，需要检测再生植株中有无该基因的表达产物，如果呈阳性，再在个体水平上检测该植株的耐旱性是否得到提高。

答案：

（1）全部　部分　

（2）筛选　（3）乙　表达产物　耐旱性

[归纳拓展]　几种获取目的基因方法的比较

　　方法

　　　从基因文库中获取

人工合成

过　　程

从基因组文

库中获取

从部分基因文

库，如cDNA

文库中获取

化学

合成法

反转

录法

题组二　PCR技术的原理和应用

3．（2017·江苏高考）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：

（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（复性），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（复性）温度的设定是成败的关键。

退火（复性）温度过高会破坏________________的碱基配对。

退火（复性）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（复性）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（复性）温度　②降低退火（复性）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形成碱基互补配对。

（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（复性）温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火（复性）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（复性）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（复性）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（复性）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　碱基互补配对　（3）变性　（4）引物与模板　GC含量高　（5）②③

4．在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。

PCR技术（多聚酶链式反应）可以使样品DNA扩增，获得大量DNA分子。

该技术的原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制（如下图）。

（1）图中的变性、延伸分别是指________________________________________、

________________________________________________________________________。

（2）假设PCR反应中的DNA模板只有1个，第一轮循环的产物2个子代DNA为N1，第二轮的产物4个子代DNA为N2，N1、N2中分别含有模板DNA单链的DNA分别有________个、________个。

若继续循环，该DNA片段共经过30次循环后能形成________个DNA片段。

（3）某样品DNA分子中共含3000个碱基对，碱基数量满足：

（A＋T）/（G＋C）＝1/2。

若经5次循环，至少需要向试管中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。

（不考虑引物所对应的片段）

（4）若下图为第一轮循环产生的产物。

请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物。

解析：

（1）变性的实质是DNA双链解旋；延伸是以DNA单链为模板，按碱基互补配对原则合成子链的过程。

（2）由于PCR原理为DNA双链复制，其特点是半保留复制，所以无论复制几次，模板链一直存在于2个DNA分子中。

DNA复制的数量变化是指数式增长方式。

（3）由（A＋T）/（G＋C）＝1/2可知A∶T∶G∶C＝1∶1∶2∶2，所以A的比例为1/6，在一个DNA分子中的数量为3000×2×（1/6）＝1000（个），5次循环的DNA数为32个，所以利用原料合成的DNA数相当于32－1＝31（个）,至少需腺嘌呤脱氧核苷酸为31×1000＝31000（个）。

（4）画图的关键是注意引物A、B的位置和两引物所对应的模板链。

答案：

（1）模板DNA双链解旋形成单链　在DNA聚合酶的作用下，利用原料脱氧核苷酸合成新的DNA链　

（2）2　2　230　（3）31000　（4）如图

[归纳拓展]　从五个方面正确理解PCR技术

（1）DNA单链有方向性，DNA母链的3′端对应着子链的5′端，即DNA的两条链是反向平行的。

（2）注意不同酶的作用：

解旋酶的作用是使DNA两条链的氢键断开，而DNA聚合酶与DNA连接酶都是催化形成磷酸二酯键的。

（3）DNA聚合酶是将单个核苷酸加到已有的单链片段的3′端上，需要模板，而DNA连接酶连接的是两条DNA片段的缺口，不需要模板。

（4）PCR过程中无解旋酶，破坏氢键需要升高温度，但此时的温度还不能破坏磷酸二酯键，因此，热变性后产生的是DNA单链，并不是脱氧核苷酸。

（5）复性只是引物与DNA单链的结合，并未形成子链DNA，子链DNA是在延伸阶段形成的。

题组三　基因工程的操作实例

5．（2018·唐山模拟）基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用。

基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答问题：

（1）图中A是____________。

（2）不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是______________________，也说明了生物共用一套________________。

（3）研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是__________。

（4）科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明目的基因（抗枯萎病的基因）已______。

如果把该基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子中__________（填“一定”或“不一定”）含有抗病基因。

解析：

（1）图中A是运载目的基因的载体。

（2）基因工程的操作基础是不同生物的DNA结构基本相同，且共用一套遗传密码子。

（3）基因工程又称DNA重组技术，其变异原理为基因重组。

（4）如果把抗枯萎病的基因导入叶绿体DNA中，将来产生的雌配子中可能含有抗病基因，雄配子中不含抗病基因。

答案：

（1）载体　

（2）不同生物的DNA结构基本相同　遗传密码子　（3）基因重组　（4）表达　不一定

[归纳拓展]　基因工程的理论基础

（1）构建基因表达载体的基础：

①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。

②DNA分子都遵循碱基互补配对原则。

③DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

（2）外源基因在受体细胞内表达的基础：

①基因是控制生物性状的遗传单位。

②遗传信息的传递都遵循中心法则。

③生物界共用一套遗传密码。

6．（2018·威海模拟）科学家将人的生长激素基因与某种细菌（不含抗生素抗性基因）的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达（如下图）。

请据图分析回答：

（1）过程①所示获取目的基因的方法是________________。

（2）细菌是理想的受体细胞，这是因为它_________________________________________

________________________________。

（3）质粒A与目的基因结合时，首先需要用______________酶将质粒切开“缺口”，然后用____________________酶将质粒与目的基因“缝合”起来。

（4）若将细菌B先接种在含有______________的培养基上能生长，说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；若将细菌B再重新接种在含有________的培养基上不能生长，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。

（5）检测工程菌中的生长激素基因是否转录出mRNA和是否翻译出生长激素，可采用的技术分别是______________、________________________。

解析：

（1）图中过程①是以RNA为模板，通过逆转录法获取目的基因。

（2）细菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等优点，因此是基因工程中的理想的受体细胞。

（3）构建基因表达载体时，需先用限制酶分别切割目的基因和载体，再用DNA连接酶将两者连接起来。

（4）质粒A和重组质粒中都有完整的抗氨苄青霉素基因，因此细菌有氨苄青霉素抗性说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；重组质粒中四环素抗性基因内插入了目的基因，不能表达，因此细菌对四环素无抗性则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。

（5）检测mRNA和生长激素（蛋白质）的技术分别是分子杂交和抗原－抗体杂交。

答案：

（1）逆转录法（反转录法）　

（2）繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少　（3）限制性核酸内切　DNA连接　（4）氨苄青霉素　四环素　（5）分子杂交　抗原－抗体杂交

7．研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV的烟草，主要流程如图所示：

（1）科学家首先从绞股蓝细胞中提取抗TMV基因转录的RNA，然后合成目的基因。

图中过程①表示________，获得的DNA必须在两侧添加________和________。

（2）由图分析，在过程③构建的重组Ti质粒上应该含有卡那霉素抗性基因作为____________，重组Ti质粒导入烟草体细胞的方法是______________。

解析：

（1）利用mRNA获得目的基因的方法是逆转录法，目的基因的