新高考高中生物二輪復(fù)習 基因工程教案(一)

專題29基因工程

1真題多維細目表

考點

真題涉分題型難度設(shè)題情境素養(yǎng)要素

基因T.程

2020浙江7月選考,242基因工程的原理及應(yīng)用選擇中基因工程綜合科學探究一結(jié)果分析

2020浙江1月選考,29（二）8基因工程的原理及應(yīng)用非選擇難基因工程與植物克隆科學探究一實驗設(shè)計、結(jié)果分析

2018浙江4月選考,32（二）7基因工程的原理及應(yīng)用非選擇難基因工程與植物克隆科學探究一實臉設(shè)計、結(jié)果分析

利用基因工程技術(shù)提高

2016浙江4月選考,32（二）7基因工程的原理及應(yīng)用非選擇中科學探究一實驗設(shè)計、結(jié)果分析

矮牽牛對甲酹的代謝能力

2命題規(guī)律與趨勢

懣篁內(nèi)容本專題主要考查基因工程的原理及應(yīng)用包會棗養(yǎng)考查科學探究素養(yǎng)中的實驗設(shè)計、結(jié)果分析要素.

寇蚯本專題為高頻考點,選考分值約為7分。碰還預(yù)計選考中,基因工程在實踐中的應(yīng)用仍是考查的重點,

耍還題型以非選擇題形式出現(xiàn).難度中等或偏難，在麗花往與植物克隆相結(jié)合,具有?定的靈活度。

試題情境與生產(chǎn)生活相結(jié)合，主要考今基因工程技術(shù)在實

瑞砥用。

3典例分析解讀

屬于目的基因[2018浙江4月選考，32（二），7分]WI答與基因工程和植物克隆有關(guān)的問題：

（I）將含某抗蟲基因的載體和含卡那俄索抗性基因的載體pBI121均用限制性核酸內(nèi)屬于標記基因

提示后面需要切酶a0R1酶切，在切口處形成o選取m抗蟲基因的DNA片段與切割后

作相應(yīng)處理以

恢復(fù)細菌狀態(tài)的pBI121用DNA連接酶連接，在兩個片段相鄰處形成_________,獲得重組質(zhì)粒

（2）已知用CaCI,處理細菌,會改變其某些生理狀態(tài)k取CaCl?處理過的農(nóng)桿菌與重

組質(zhì)粒在離心管內(nèi)進行混合等操作,使重組質(zhì)粒進入農(nóng)桿菌,完成實驗在

取自然生長的離心管中加入液體培養(yǎng)基，置于搖床慢速培養(yǎng)一段時間，其目的是

植物組織進行

,從而表達卡那寄索抗性基因，并大量增殖。繼代培養(yǎng)的次

培養(yǎng)，先要進

數(shù)會影響愈傷

行消毒（3）取田間不同品種水稻的幼胚,先進行然后接種到培養(yǎng)基中培養(yǎng)，幼組織耳生出

胚發(fā)生’形成愈傷組織.并進行繼代培養(yǎng)用含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染愈植株

傷組織.再培養(yǎng)愈傷組織，以便獲得抗蟲的轉(zhuǎn)基因水稻;影響愈傷組織能否成功再生

出植株的因索有：培養(yǎng)條件如光溫、培養(yǎng)基配方如植物激索配比以及

（答出2點即可）。

考點清單令學生用書P275

兩個來源不同的DNA用相同的限制性核酸內(nèi)切酶切割，形

考點基因工程

成相同的粘性末端(或平末端)。DNA連接酶能催化磷酸與脫

一、基因工程的含義與工具氧核糖之間化學鍵的形成,將兩個DNA末端的縫隙“縫合”起

1.基因工程與遺傳工程：基因工程是狹義的遺傳工程。廣來。如圖：

義的遺傳工程泛指把?種生物的遺傳物質(zhì)(細胞核、染色體脫氧飛雌嚅耦,飛口雌黑耦”

核糖核酸等)移到另一種生物的細胞中去，并使這種遺傳物質(zhì)所口忖丹用后皿口加憤日日麗口皿皿

帶的遺傳信息在受體細胞中表達。1_____同種限制性______________^1

?一鍛內(nèi)切n?

2.基因工程的核心:構(gòu)建重組DNA分子。

:::?哪唧1頓雌嚅相

3.基因工程的工具

(1)限制性核酸內(nèi)切酶

①來源:主要是從微生物(如細菌)中分離純化出來的。

DNA連接博

②功能:識別并切開每條鏈中特定位點上的兩個脫氧核甘

飛加冊黑照用

酸之間的磷酸二酯鍵。

③特點:具有專一性，表現(xiàn)在以下兩個方面：

a.識別DNA分子中某種特定的核甘酸序列；b.使每一條鏈限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接施作用示意圖

中特定位點的兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(2)兒種易混淆醐的比較

④作用結(jié)果：產(chǎn)生粘性末端或平末端。名稱功能應(yīng)用

(2)DNA連接酶

特異性地切斷DNA鏈中的磷酸二

限制酶重組DNA技術(shù)

功能:將末端堿基互補的2個DNA片段連接起來。酯鍵

(3)載體

DNA形成連接DNA片段之間的磷酸二

①最常用的載體——質(zhì)粒基因工程

連接酶酯鍵

實質(zhì):能夠自主復(fù)制的雙鏈環(huán)狀DNA分子，是一種特殊的

DNA形成連接DNA片段與單個脫氧核

遺傳物質(zhì)，在細菌中以獨立于擬核之外的方式存在。DNA復(fù)制

聚合酶甘酸之間的磷酸二酯鉞

②其他載體小噬菌體、植物病毒和動物病毒等。

RNA形成連接RNA片段與單個核糖核

二、基因工程的三大操作工具轉(zhuǎn)錄和RNA復(fù)制

聚合酶甘酸之間的磷酸二酯鍵

1.限制性核酸內(nèi)切酶

以RNA為模板獲

(1)限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)的作用逆轉(zhuǎn)錄酶作用于磷酸二酯鍵

得DNA

限制酶切割時斷開的是DNA分子中的磷酸二酯鍵(即相鄰

DNA

脫氧核件酸間的鍵)，而不是兩條鏈之間的氫鍵。如圖：使堿基對之間的氫鍵斷裂DNA復(fù)制

解旋酶

DNA

使DNA分子所有磷酸二酯鍵斷裂水解DNA

水解酶

3.載體的種類及作用

(1)載體應(yīng)具備的特征

①能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制。

②有1個或多個限制性核酸內(nèi)切酹切點，以便與外源基因

連接。

③具有某些標記基因，以便進行篩選,，

(2)限制性核酸內(nèi)切醐具有專一性，表現(xiàn)在兩個方面:

載體的種類

①識別雙鏈DNA分子中特定的核甘酸序列。(2)

②切割特定序列中的特定位點。如圖：①細菌質(zhì)粒,最常用大腸桿菌質(zhì)粒。

切y②人噬菌體和某些動植物病毒，

一般來說,天然的載體往往不能滿足人們的所有要求，因此

人們根據(jù)不同目的和需求,對某些天然的載體進行人工改建。

\雄性末端)(3)作用

GAATTC一是用它作為運載工具，將目的基因送到宿主細胞中去;二

IIcTTAAG||是利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。

(粘性末端)

限制性核酸內(nèi)切能切割DNA分子示意圖

2.DNA連接前

(1)DNA連接酶的作用

專題29基因工程153

續(xù)表續(xù)表

Z1PCR技術(shù)DNA復(fù)制

知能拓展

相原理DNA雙鏈復(fù)制（堿基互補配對）

（1）用限制酶切割DNA分子時，破壞的是DNA分子中的

同原料四種游離的脫氧核甘酸

磷酸二酯鍵。

點

條件模板、筋、能量等

（2）粘性末端是指DNA分子被限制酶切開后，切口處的

W

兩個末端伸出的由若干特定核昔酸組成的單鏈。DNA在高溫下變性解旋解旋酶催化

方式

（3）質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體。大腸桿菌、枯草

不

場所體外復(fù)制主要在細胞核內(nèi)

桿菌、土壤農(nóng)桿菌等細菌中都有質(zhì)粒，質(zhì)粒上面一般含幾個到同

前熱穩(wěn)定的DNA聚合酶細胞內(nèi)含有的DNA聚合酶

幾百個基因，控制著細菌的抗藥性、固氮、抗生素合成等性狀。點

由于土壤農(nóng)桿菌很容易感染植物細胞，使細胞生有瘤狀物，所在短時間內(nèi)形成大量

結(jié)果形成整個DNA分子

以科學家培育轉(zhuǎn)基因植物時，常常用土壤農(nóng)桿菌中的質(zhì)粒作的DNA片段

載體。（2）形成重組DNA分子

（4）細菌在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機載體（質(zhì)粒）DNA分子（含目的基因）

L—同種限制性一|

制，其限制性核酸內(nèi)切酶可以識別和切割DNA上的特定的堿核酸內(nèi)切酣切常|

基序列，降解外源DNA,而其自身的DNA并不受該核酸內(nèi)切獲得粘性末端獲得目的基因

福的作用。II

]tDNA連接施

三、基因工程的基本操作步驟重組DNA分子（環(huán)狀重組質(zhì)粒）

①一般采用同種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和目的基因，

1.獲得目的基因

以獲得相同的粘性末端（或平末端），以利于形成重組DNA分

（1）目的基因：人們所需要的基因。如:人的胰島素基因、植

子，但有時用不同的限制性核酸內(nèi)切酶處理也可以獲得相同的

物的抗病基因等。

粘性末端（或平末端）。

序列未知:從基因文庫中獲取

②目的基因的插入可能會破壞轉(zhuǎn)基因生物原有基因的結(jié)

⑵獲取方法序列已知（化學方法合成

（I聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）擴增構(gòu)，影響轉(zhuǎn)基因生物的正常生長，甚至死亡。

③限制性核酸內(nèi)切酶只識別DNA分子中特定的核背酸序

2.形成重組DNA分子

列，對RNA不起作用。

一般用相同的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割含有目的基因的

④用DNA連接酶連接時，可形成3種不同的連接物：目的

供體DNA分子和載體（如質(zhì)粒），使其產(chǎn)生相同的粘性末端（或

基因一載體連接物、載體一載體連接物、目的基因一目的基因連

平末端）燃后用DNA連接醐將兩者連接在一起，形成重組DNA

接物,導(dǎo)入受體細胞后，可利用抗性基因的差異進行篩選。

分子。

（3）將重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞

3.將重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞

常用的受體細胞:大腸桿菌、枯草桿菌、醉母菌和動植物細生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞

胞等。常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)Ca?.處理法

4.篩選含有目的基因的受體細胞受體細胞體細胞受精卵原核細胞

（I）篩選原因:并不是所有的細胞都接納了重組DNA分子。

將目的基因插入將重組DNA分用Ca%處理細胞使之

（2）篩選方法舉例：質(zhì)粒上有抗生素如四環(huán)素的抗性基因，

Ti質(zhì)粒的T-DNA子提純一＞取卵成為感受態(tài)細胞一重

所以含有這種重組質(zhì)粒的受體細胞就能夠在有四環(huán)素的培養(yǎng)基

上一導(dǎo)入農(nóng)桿（受精卵）一顯組DNA分子與感受

轉(zhuǎn)化過程

上生長，而沒有接納重組質(zhì)粒的細胞在這種培養(yǎng)基上不能生長，菌一＞侵染植物細微注射一受精卵態(tài)細胞混合-＞感受態(tài)

這樣就能篩選出含有重組DNA分子的受體細胞。胞T目的基因穩(wěn)發(fā)育一獲得具有細胞吸收重組DNA

5.目的基因的表達定維持和表達新性狀的動物分子

目的基因在宿主細胞中表達，產(chǎn)生人們需要的功能物質(zhì)口

（4）篩選含有目的基因的受體細胞

四、基因工程步驟分析

①原理:質(zhì)粒上有抗生素抗性基因等標記基因o

1.基因工程基本操作“五步曲”②方法:利用選擇培養(yǎng)基篩選。

（1）獲得目的基因③舉例：

①序列未知:建立一個包括目的基因在內(nèi)的基因文庫，再從

所有受體細胞劌含四環(huán)素培養(yǎng)基甦活的受體細胞

基因文庫中獲取°

②序列已知：化學方法（如逆轉(zhuǎn)錄法）合成或者用PCR擴增導(dǎo)入培養(yǎng)

目的基因。

重組DNA分子

③PCR技術(shù)與DNA復(fù)制的比較/缶初二:?出苴田、含重組DNA分子的受體細胞

（質(zhì)粒上有四環(huán)素抗性基因）

PCR技術(shù)DNA復(fù)制在實際應(yīng)用中還有：

a.檢測是否插入目的基因，利用DNA分子雜交技術(shù)，目的基

因DNA一條鏈（作探針）與受體細胞中提取的DNA雜交，看是

否有雜交帶。

154)

b.檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,利用核酸分子雜交技術(shù)，目的的DNA分離出來;用化學法或熱處理法使樣品DNA解旋;將事

基因DNA一條鏈(作探針)與受體細胞中提取的mRNA雜交，看先制作好的DNA探針引入化驗樣品中，這些已知的經(jīng)過標記的

是否有雜交帶。探針若能夠在化驗樣品中找到互補鏈，則與之結(jié)合(雜交)在一

(5)目的基因的表達：看到目的性狀或分離到目的基因表達起，找不到互補鏈的DNA探針，則可以被洗脫c這樣通過對遺

產(chǎn)物留在樣品中的標記過的DNA探針進行基因分析,就能檢出病人

①檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)：從轉(zhuǎn)基因生物中提取所得的病。

蛋白質(zhì),用相應(yīng)的抗體進行抗原一抗體雜交。3.基因治療

②個體生物學水平的鑒定：如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗(1)原理:利用正?；蚣m正或補償基因的缺陷，即把正常

蟲性狀。基因?qū)牖颊唧w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治

2.有關(guān)基因工程操作注意事項療疾病的目的。

(1)基因文庫中的基因保存在受體菌中,(2)方法:有體外基因治療和體內(nèi)基因治療,體外基因治療

(2)原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少，有利方法療效較好。如重度免疫缺陷癥的體外基因治療方法：

于目的基因的復(fù)制與表達，因此常采用大腸桿菌等原核生物作

T淋巴細胞的突變r缺陷的T淋巴細胞一

為受體細胞。腺由酸脫氮醪基因［轉(zhuǎn)人培養(yǎng)

正常腺仔/脫城傍基因轉(zhuǎn)化

(3)植物細胞的全能性較高，可經(jīng)植物組織培養(yǎng)過程成為完患者廿一注射許多正常用殖、培養(yǎng)#景T玳R如腌

整植物體，因此受體細胞可以是受精卵也可以是體細胞；動物基憾組織中詡巴細胞Jl.-ffllWL.HUBS

L-體內(nèi)的T淋巴細胞產(chǎn)生腺甘酸脫找醉

因工程中的受體細胞一般是受精卵。

體內(nèi)基因治療:用基因工程的方法，白:接向人體組織細胞中

(4)操作工具有三種，但常用工具酶有兩種,載體不是酶;在

轉(zhuǎn)移基因。

基因工程操作步驟”獲得目的基因”和“形成重組DNA分子”兩

個過程中通常用同種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的粘性末端(或平七、基因工程與生態(tài)環(huán)境保護

末端)；DNA連接酶只在“形成重組DNA分子”操作中用到。1.利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)聚羥基烷酯，用于合成可降解的新

(5)一般情況下,用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和含型塑料。

有目的基因的DNA片段，但有時可用兩種限制性核酸內(nèi)切酶分2.改造分解石油的細菌，提高其分解石油的能力。

別切割質(zhì)粒和目的基因，這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因3.利用轉(zhuǎn)基因微生物吸收環(huán)境中的重金屬、降解有毒化合

和目的基因之間的連接◎物和處理工業(yè)廢水°

(6)標記基因的種類和作用:標記基因的作用——篩選、檢

\考點通關(guān)

測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光

基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等°［2019浙江綠色評價聯(lián)盟選考適應(yīng)卷,32(二)］擬南芥中有抗

五、基因工程與遺傳育種凍基因苜蓿是溫帶地區(qū)重要的牧草，低溫是制約其生長

1.轉(zhuǎn)基因植物的限制因子之一。如圖是培育轉(zhuǎn)基因抗凍苜蓿植株的過程示

捽打伊占(a.所需時間較短意圖,據(jù)圖回答下列問題：

首門以,"b.克服遠緣親本難以雜交的缺陷含的DNA聲》［目的基因)

2.轉(zhuǎn)基因動物

(1)含義:轉(zhuǎn)入了外源基因的動物。(擬焉F］|質(zhì)粒，

(2)培育優(yōu)點:省時、省力。

六、基因工程與疾病治療(1)圖中的①過程先要用某種限制性核酸內(nèi)切酶斷開DNA片

1.基因工程藥物段中的個磷酸二酯鍵得到目的基因，再通過—

技術(shù)獲得大量的目的基因。這些目的基因

名稱成分用途傳統(tǒng)方法基因工程方法

必須要與質(zhì)粒等載體重組后再導(dǎo)入宿主細胞，其主要原因

治療胰島素

從豬和羊的是目的基因經(jīng)重組后在宿主細胞內(nèi)能實現(xiàn)

胰島素蛋白質(zhì)依賴型糖通過大腸桿菌生產(chǎn)

胰腺中提取

尿病(A.轉(zhuǎn)錄B.復(fù)制C.翻譯D.整合到宿主DNA中)。

(2)圖中的②過程的農(nóng)桿菌經(jīng)轉(zhuǎn)化成功后再去感染苜蓿組織

通過基因工程,使人

治療病毒性從人血液塊，這種轉(zhuǎn)基因方法的主要優(yōu)點有

干擾素糖蛋白向細胞干擾素基因

肝炎和腫瘤提取

獲得克隆和表達

______________________________(至少寫出二點)o

通過基因工程利用

乙型肝預(yù)防乙

蛋白質(zhì)酵母菌和哺乳動物(3)圖中的③過程若是通過胚胎發(fā)生途徑實現(xiàn)的，須將愈傷組

炎疫苗型肝炎

細胞生產(chǎn)織經(jīng)培養(yǎng)得到大量的單細胞，再轉(zhuǎn)移到含有適

X當配比的的培養(yǎng)基中繼續(xù)

2.基因診斷

分化成胚狀體，最后形成相應(yīng)的植株。

(1)方法:DNA分子雜交法(即DNA探針法)，該方法是根

據(jù)堿基互補配對原則，把互補的雙鏈DNA解開,把單鏈的DNA答案(1)4PCR(聚合酶鏈式反應(yīng))B(2)易于導(dǎo)入

小片段用同位素、熒光分子或化學發(fā)光催化劑等進行標記，之后重組質(zhì)粒易于將目的基因整合到植物的染色體DNA上

同被檢測的DNA中的同源互補序列雜交,從而檢出所要查明的(3)液體懸浮營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)劑

DNA或基因。分))解析(1)題圖中的①先要用某種限制性核酸內(nèi)切酷斷開

(2)步驟:抽取病人的組織或體液作為化驗樣品；將樣品中DNA片段中的4個磷酸二酯鍵才能切下目的基因，再通過

專題29基因工程155

PCR技術(shù)獲得大量的目的基因。這些目的基因必須要與質(zhì)粒染色體DNA上。(3)題圖中的③過程若是通過胚胎發(fā)生途徑

等載體重組后再導(dǎo)入宿主細胞,其主要原因是目的基因經(jīng)重實現(xiàn)的,須將愈傷組織經(jīng)液體懸浮培養(yǎng)得到大量的單細胞,即

組后在宿主細胞內(nèi)能實現(xiàn)復(fù)制。(2)題圖中的②過程的農(nóng)桿胚性細胞,再轉(zhuǎn)移到含有適當配比的營養(yǎng)物質(zhì)和植物生長調(diào)

菌經(jīng)轉(zhuǎn)化成功后再去感染苜蓿組織塊,這種轉(zhuǎn)基因方法的主節(jié)劑的培養(yǎng)基中繼續(xù)分化成胚狀體,最后形成相應(yīng)的植株。

要優(yōu)點有易于導(dǎo)入重組質(zhì)粒、易于將目的基因整合到植物的

素養(yǎng)提升夕學生用書P278

提升限制性核酸內(nèi)切酶作用分析科學思維

方法詮釋片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受

體細胞后不能自主復(fù)制。

1.限制酶

限制酶具有專一性，表現(xiàn)在兩個方面：對點提升

(1)識別DNA分子中特定的核件酸序列。識別序列的特素養(yǎng)體現(xiàn):本題通過基因「?程操作中限制酶類型的選擇,考查了

點:呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，都科學思維素養(yǎng)中的演繹與推理要素C

可以找到一條中軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基(科學思維一演繹與推理)表中是幾種限制酶識別序列及其切

CCCC割位點，圖1、圖2中標注了相關(guān)限制酶的酶切位點，其中切割

是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如:［「二】以中心線為軸，兩側(cè)堿基互

位點相同的酶不重復(fù)標注。請回答下列問題：

補對稱;以:為軸，兩側(cè)堿基互補對稱。限制酶BamHIBelISa”3AIHindDI

(,(,ICCI

識別序列及GGATCCTGATCAGATCAAGCTT

切割位點CCTAGGACTAGTCTAG.TTCGAA

1

(2)切割特定序列中的特定位點，使每一條鏈中特定部位的

兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷開。

如:EcoR1識別GAATTC序列，將G與A之間的磷酸二酯

鍵切開。如圖所示：

切割點?

1r-m-r-i~~pIIIiiiiiII

GAA'TTC____GAATTC

IAGIIIAAGIIfiamHI引物甲防nd1D

中&線確1點粘性末端J--1

2.限制酶選擇的注意事項■0—r

PitISmaIP$t\Bell/引物內(nèi)引物乙Sau3AI

［工J《WEcoRI

小枇病基也RI目的基因

圖2

圖甲圖乙

(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制幅的種類：(1)用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用

①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，

PstIO通過酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴增重組質(zhì)

②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能