一輪復(fù)習(xí)人教版基因工程學(xué)案

第37講基因工程

［素養(yǎng)目標(biāo)］

1.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)，理解基因工程原理、技術(shù)和應(yīng)用。(生命觀(guān)念)

2.從基因工程誕生的歷程中，體會(huì)科學(xué)發(fā)展的曲折性和必然性。(科學(xué)思維)

3.理清DNA的粗提取與鑒定的原理及操作流程。(科學(xué)探究)

考點(diǎn)1重組DNA技術(shù)的基本工具

授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第462頁(yè)

督必備知識(shí)梳理

1.基因工程的概念

(1)手段：按照人們的愿望，通過(guò)轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物新的遺傳特性。

(2)目的：創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品。

(3)水平：分子水平。

(4)基礎(chǔ)：生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科。

2.基因工程的基本工具

(1)限制性?xún)?nèi)切核酸醐—“分子手術(shù)刀”

色會(huì)—主要存在于原核生物中

ziyT識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核昔酸序列,并使每一

笠—條鏈中特定部位的磷酸二一謔面開(kāi)

居、［一種限制一只能識(shí)別一種特定的脫氧核甘酸序列,

胃t并且能在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子

花三末端的磅)—黏性耒端和平耒端

(2)DNA連接酶——“分子縫合針”

〃｛俞)將雙鏈DNA片段縫合起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的

兩個(gè)脫氧核甘酸之間的磷酸二醛

ATTC

M-4-1--M

|CT-A

E-coliDNA連接酶=(種類(lèi))<=>T4DNA連接酶

大腸桿菌=(來(lái)源)u>T4噬菌體

只縫合黏性末端<=■(特?點(diǎn)g黏性末端和平末端都可縫合

(3)基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車(chē)”

①作用：將外源基因送入受體細(xì)胞中。

②種類(lèi)：質(zhì)狼、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。

③條件：

a.具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn),供外源DNA片段插入其中。

b.能在受體細(xì)胞中進(jìn)行包魅復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。

c.具有標(biāo)記基因,便于重組DNA分子的篩選。

口易錯(cuò)易混診斷

1.（選擇性必修3P70圖3-1）重組DNA技術(shù)所需要的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體。

（X）

2.（選擇性必修3P71正文）切割質(zhì)粒的限制性?xún)?nèi)切核酸酶均能特異性地識(shí)別6個(gè)核甘酸序

列。（X）

3.（選擇性必修3P72“旁欄思考”）DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事。（X）

4.（選擇性必修3P72正文）DNA連接酶可以連接目的基因與載體的氫鍵，形成重組DNA。

（X）

5.（選擇性必修3P72正文）載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選的標(biāo)記基因。（X）

：3教材深挖拓展

1.選擇性必修3P71“旁欄思考”：根據(jù)所掌握的知識(shí)，推測(cè)限制酶存在于原核生物中的主

要作用是_______________________________________________________________

_______________________________________________________________________________O

提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套

完善的防御機(jī)制。限制酶就是它的一種防御性工具。當(dāng)外源DNA入侵時(shí)，它會(huì)利用限制酶

來(lái)切割外源DNA,使之失效，以保證自身的安全

2.選擇性必修3P74"拓展應(yīng)用1”：限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子是因?yàn)?/p>

提示：含有某種限制酶的細(xì)胞的DNA分子或者不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者通過(guò)甲

基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)

3.選擇性必修3P72正文拓展：天然的DNA分子是否可以直接用作基因工程載體？為什

么？

提示：不可以。具有能自我復(fù)制、有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)、有標(biāo)記基因及對(duì)受體細(xì)胞

無(wú)害等特點(diǎn)的DNA分子才可以直接用作基因工程的載體。實(shí)際上天然的DNA分子一般不

完全具備上述條件，往往需要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。

?關(guān)鍵能力提升

1.基因工程的理論基礎(chǔ)［科學(xué)思維］

,、:①基因是控制生物性狀的遺傳

外源基因在受體〕理論:物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位

細(xì)胞內(nèi)表達(dá)基礎(chǔ)》；②遺傳信息的傳遞都遵循中心

------—1:法則

:③生物界共用一套遺傳密碼

復(fù)

制

①DNA的基本組成單位都是四

種脫氧核甘酸

（二二L1理論:②DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配

基因拼接I嬴1對(duì)原則

'③雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都

：是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

2.與DNA有關(guān)的幾種酶的比較［生命觀(guān)念］

:柞而欣礪怖前部Q陸而話(huà)殖

VVV

4DNA磷酸將DNA切成兩個(gè)或多

限制酶Q分子二酯鍵個(gè)片段

DNA連9DNA分磷酸將兩個(gè)DNA片段連接

接酶子片段二酯鍵為一個(gè)DNA分子

以DNA單鏈為模板，

DNA聚o脫氧核磷酸將單個(gè)脫氧核甘酸依

合酶B甘酸二酯鍵次連接到單鏈末端

nN.礎(chǔ)甘葉也將雙鏈DNA分子局部

解旋梅0群鬃*舞為單鏈，形成兩條

DNA水DNA磷酸將DNA片段水解為單

解酶分子二酯鍵個(gè)脫氧核甘酸

3.標(biāo)記基因的作用［科學(xué)思維］

標(biāo)記基因可用于檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞:

含有

節(jié)青

素的

養(yǎng)基

培養(yǎng)

只有含有載體,

并且載體上的

抗性基因表達(dá)

有載體進(jìn)入，有的大腸桿菌才

的沒(méi)有載體進(jìn)入能存活并增殖

：3情境式探究

［探究意圖：以限制酶的功能為情境信息考查理解能力］

如圖表示兩種限制酶識(shí)別DNA分子的特定序列，并在特定位點(diǎn)對(duì)DNA分子進(jìn)行切割的示

意圖，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

甲5f—T-C—G—A—A—T—T-C—

3'—kG-C—T—T—A—A—G—

EcoR1|

—T—C—GA—A-T—T-C—

—A—G-C-T-T-A-AG-

乙5'—G-T—T—A—A—C—

3'—C—A—A—T—T—G—

I

-G-T-TA-A~C—

—C—A—AT—T—G—

(l)EcoRI和助aI的識(shí)別序列和識(shí)別位點(diǎn)分別是什么？產(chǎn)生的末端分別是哪種類(lèi)型？

提示：EcoRI限制酶的識(shí)別序列是-GAATTC-,切割位點(diǎn)在G、A之間，切斷磷酸二酯鍵，

產(chǎn)生的是黏性末端，HpaI限制酶的識(shí)別序列是-GTTAAC-,切割位點(diǎn)在T、A之間，切斷磷

酸二酯鍵，產(chǎn)生的是平末端。

(2)DNA連接酶有哪兩種？來(lái)源有什么不同？作用有什么不同？

提示：DNA連接酶有兩種，即E.co/iDNA連接酶和T4DNA連接酶。前者來(lái)源于大腸桿菌，

后者是從T4噬菌體中分離出來(lái)的。DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末

端之間連接起來(lái)，不能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接。而T4DNA連接酶既能將雙

鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，又能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接，

但連接平末端之間的效率比較低。

聚核心素養(yǎng)突破

突破點(diǎn)1以限制酶的功能為載體考查生命觀(guān)念及科學(xué)思維

1.如圖是3種限制性?xún)?nèi)切核酸酶對(duì)DNA分子的識(shí)別序列和剪切位點(diǎn)圖(箭頭表示切點(diǎn)，切

出的斷面為黏性末端)。下列敘述錯(cuò)誤的是()

限制酸1：-^GATC-;限制酶2：-CCGC‘GG-;限制酶3：-G‘GATCC-

A.不同的限制醐有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，體現(xiàn)了醉的專(zhuān)一性

B.限制酶2和3識(shí)別的序列都包含6個(gè)核甘酸

C.限制酶1和3剪出的黏性末端相同

D.能夠識(shí)別和切割RNA分子內(nèi)一小段核甘酸序列的酶只有限制酶2

解析：不同的限制酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)體現(xiàn)了酶具有專(zhuān)一性，A正確；據(jù)圖可知，

限制酶2和3識(shí)別的序列分別是CCGCGG和GGATCC,均為6個(gè)核昔酸，B正確；限制酶

1和3剪出的黏性末端相同，均為一GATC,C正確；限制酶只能識(shí)別特定的DNA序列，因

此三種限制酶均不能識(shí)別和切割RNA中核糖核甘酸序列，D錯(cuò)誤。

答案：D

2.下列是基因工程的有關(guān)問(wèn)題，請(qǐng)回答：

(1)限制性?xún)?nèi)切核酸酶可以識(shí)別雙鏈DNA分子中的特定核甘酸序列，并可以使每條鏈中特定

部位的兩個(gè)核甘酸之間的(填化學(xué)鍵名稱(chēng))斷裂，形成的末端總體可分為兩種類(lèi)

型，分別是.

⑵目的基因和載體重組時(shí)需要的工具酶是，和限制性?xún)?nèi)切核酸酶相比，它對(duì)所重組

的DNA兩端堿基序列（填“有”或“無(wú)”）專(zhuān)一性要求。

GGATCC’的舉再GATC

CCTAGGCTAG

注：GeneI和GeneII表7K兩

種標(biāo)記基因

O表示限制施僅有的識(shí)別

》"序列放大

（3）如圖表示構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)的某種質(zhì)粒與目的基因。己知限制酶I的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)

是一G,GATCC—,限制醐II的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)是一‘GATC—。分析可知，最好選擇限

制酶切割質(zhì)粒，限制酶切割目的基因所在的DNA,這樣做的好處分別是

解析：（1）限制性?xún)?nèi)切核酸酶（限制酶）能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核甘酸序列，并

且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核昔酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)，經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA

片段末端通常有兩種形式，分別為黏性末端和平末端。

（2）目的基因和載體重組時(shí)需要DNA連接酶恢復(fù)所連接的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵。多

種限制酶切割，形成不同的切割位點(diǎn)，所用的DNA連接酶對(duì)所連接的DNA兩端堿基序列

沒(méi)有專(zhuān)一性要求。

（3）由題干及圖示可知，限制酶I的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)是一G'GATCC—，限制酶I切割質(zhì)

粒不會(huì)把兩個(gè)標(biāo)記基因都破壞，最好選擇限制酶I切割質(zhì)粒。限制酶0的識(shí)別序列和切點(diǎn)是

—'GATC—,目的基因兩端均有限制酶H的識(shí)別序列，因此用限制酶II切割目的基因所在的

DNAo

答案：（1）磷酸二酯鍵黏性末端和平末端（2）DNA連接酶無(wú)（3）1II限制酶I切割

質(zhì)粒不會(huì)把兩個(gè)標(biāo)記基因都破壞目的基因兩端均有限制酶II的識(shí)別序列

突破點(diǎn)2以基因工程中的載體為載體考查生命觀(guān)念與科學(xué)思維

3.某研究所的研究人員擬將生長(zhǎng)激素基因通過(guò)質(zhì)粒介導(dǎo)進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，已知質(zhì)粒中

存在兩個(gè)抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨葦青霉素基因，目的基因要插入到基因B

中，且大腸桿菌本身不帶有任何抗性基因。下列敘述正確的是（）

A.導(dǎo)入大腸桿菌的質(zhì)粒一定為重組質(zhì)粒

B.抗生素抗性基因是目的基因表達(dá)的必要條件

C.成功導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌可以在含氨苦青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)

D.能在含鏈霉素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的大腸桿菌不一定符合生產(chǎn)要求

解析：導(dǎo)入大腸桿菌的質(zhì)?？赡転橹亟M質(zhì)粒，也可能為普通質(zhì)粒，A錯(cuò)誤；抗生素抗性基因

是標(biāo)記基因，是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出

來(lái)，與目的基因表達(dá)無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；由于目的基因要插入到基因B中，即抗氨羊青霉素基因

被破壞，即工程菌不能抗氨羊青霉素，因此成功導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌不能在含氨羊青霉

素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，C錯(cuò)誤；能在含鏈霉素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的大腸桿菌可能含有重組質(zhì)?；?/p>

普通質(zhì)粒，因此不一定符合生產(chǎn)要求，D正確。

答案：D

4.某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入A〃/或笈尸中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活（4叩「表示

氨革青霉素抗性基因，改戶(hù)表示四環(huán)素抗性基因）。有人將此質(zhì)粒載體用及/〃汨I酶切后，與

用及/〃汨I酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直

接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分

別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮?/p>

下列問(wèn)題：

⑴質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有

（答出兩點(diǎn)即可），而作為基因表達(dá)載體，除滿(mǎn)足上

述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。

（2）如果用含有氨葦青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅

含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是

并且________________和的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是

在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使

用含有的固體培養(yǎng)基。

（3）基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自。

解析：（1）質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的基本條件有：有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA

片段（基因）插入其中；在受體細(xì)胞中能自我復(fù)制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA

進(jìn)行同步復(fù)制；有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇；等等。（2）在培養(yǎng)基中加入

氨羊青霉素進(jìn)行篩選，其中未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨

羊青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活，二者不能區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和

含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨羊青霉素抗性基因，都能在此培養(yǎng)基

上存活，二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進(jìn)一步篩選出

來(lái)，還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。（3）某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞

后，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自受體細(xì)胞。

答案：(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(答出兩點(diǎn)即可)

(2)二者均不含有氨芳青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)含有質(zhì)粒載體含有插入

了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨羊青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基

上均能生長(zhǎng)四環(huán)素(3)受體細(xì)胞

3點(diǎn)2基因工程的基本操作程序

授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第465頁(yè)

■8必備知識(shí)梳理

1.目的基因的篩選與獲取

(1)篩選合適的目的基因

①目的基因：在基因工程的設(shè)計(jì)和操作中，用于改變受體細(xì)胞性狀或獲得預(yù)期表達(dá)產(chǎn)物等的

基因。主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。

②篩選目的基因的方法:從相關(guān)的己知結(jié)構(gòu)和功熊清晰的基因中進(jìn)行篩選是較為有效的方法

之一。

(2)利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因

①原理：DNA半保留復(fù)制。

②條件：DNA模板、2種引物、耐高溫的DNA聚合酶和4種脫氧核昔酸。

③擴(kuò)增過(guò)程

過(guò)程說(shuō)明圖解

；1III11111口1：

變性溫度上升到90℃以上，雙鏈DNA解聚為單鏈190-951C

3'???????????5?????1?????3*

1.11J.1.L.L'!111J

溫度下降到50°C左右，兩種引物通過(guò)堿基互補(bǔ)配

引物I

復(fù)性5

對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合“『口」」」」二

引物II

溫度上升到72℃左右，溶液中的4種脫氧核甘酸:.1J.111.I11..II.13-

延伸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互引物I

:,J1LUJ」」」」」「

補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈引物n

2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建

(1)構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的

①使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代。

②使目的基因能夠里和發(fā)揮作用。

(2)基因表達(dá)載體的組成

位置:基因的上避

咽聚合旃識(shí)別和結(jié)合的部位,

功能取動(dòng)基因的錢(qián)圣

表達(dá)載體目的基因:人們所需要的基因

位置：基因的下游

終止子

功能：終止轉(zhuǎn)錄

標(biāo)記基因:用于目的基因的檢測(cè)與篩選

(3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程

外源DNA

同一種限制的或產(chǎn)生相

同末端的限制酶切割

一個(gè)切口,yDNA連接酶兩個(gè)切口，獲得

目的基因

兩個(gè)黏性末端

基因表達(dá)載體

3,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

類(lèi)型方法說(shuō)明特點(diǎn)

將目的基因插入到農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA經(jīng)濟(jì)、有效，適用于雙子葉

菌轉(zhuǎn)上f轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌f用農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞一植物和裸子植物，尤其適用

化法將目的基因整合到植物細(xì)胞的染色體DNA于雙子葉植物，但單子葉植

植物

上f目的基因表達(dá)物也獲得了成功

細(xì)胞

用微量注射器將含目的基因的DNA溶液直

農(nóng)桿花粉

接注入子房中:在植物受粉后的一定時(shí)間簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，我國(guó)科學(xué)家獨(dú)

濘通

內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切創(chuàng)的一種方法

道法

面上，使目的基因借助花粉管通道進(jìn)入胚囊

將含有目的基因的表達(dá)載體提純一取卵(受

顯微

動(dòng)物精卵)f顯微注射一注射了目的基因的受精將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞最

注射

細(xì)胞卵，經(jīng)胚胎早期培養(yǎng)后，移植到雌性動(dòng)物的為有效的方法

技術(shù)

輸卵管或子宮內(nèi)一獲得具有新性狀的動(dòng)物

微生Ca2+Ca2+處理細(xì)胞一細(xì)胞處于一種能吸收周?chē)h(huán)

物細(xì)處理境中DNA分子的生理狀態(tài)一基因表達(dá)載體簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效

胞法導(dǎo)入

4.目的基因的檢測(cè)與鑒定

檢測(cè)水平檢測(cè)目的檢測(cè)方法

分子水平目的基因是否插入到轉(zhuǎn)基因生物染色體DNARCR

上

目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA

目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)抗原一抗體雜交

如抗蟲(chóng)、抗病的接種

個(gè)體水平轉(zhuǎn)基因生物是否表現(xiàn)出相應(yīng)的特性

實(shí)驗(yàn)

口易錯(cuò)易混診斷

1.（選擇性必修3P76正文）目的基因就是指編碼蛋白質(zhì)的基因。（X）

2.（選擇性必修3P77“相關(guān)信息”）用PCR方法擴(kuò)增目的基因時(shí)不必知道基因的全部序列。

（V）

3.（選擇性必修3P80正文）基因工程操作的核心步驟是目的基因的獲取。（X）

4.（選擇性必修3P80正文和圖3-6）基因表達(dá)載體中含有啟動(dòng)子和密碼子。（X）

5.（選擇性必修3P82正文）抗蟲(chóng)基因即使成功地插入植物細(xì)胞染色體DNA上也未必能正常

表達(dá)。（V）

6.（選擇性必修3P82正文）從大腸桿菌細(xì)胞中獲得人胰島素基因的mRNA,說(shuō)明目的基因

完成了表達(dá)。（X）

口教材深挖拓展

1.選擇性必修3P77“相關(guān)信息”改編：Bt抗蟲(chóng)蛋白造成害蟲(chóng)死亡的原因是

提示：當(dāng)Bt抗蟲(chóng)蛋白被分解為多肽后，多肽與害蟲(chóng)腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)

胞膜穿孔，最后造成害蟲(chóng)死亡

2.選擇性必修3P77“相關(guān)信息”改編：PCR的引物是

____________________________________________________________________O

用于PCR的引物長(zhǎng)度通常為個(gè)核甘酸。

提示：一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)的短單鏈核酸20-30

3.選擇性必修3P79“旁欄思考”：PCR可以擴(kuò)增mRNA嗎？

提示：不可以，因?yàn)镻CR是用DNA雙鏈做模板的，不能直接用單鏈RNA做PCR,必須把

mRNA逆轉(zhuǎn)錄成單鏈cDNA之后再做PCR。

?關(guān)鍵能力提升

1.圖解PCR的擴(kuò)增過(guò)程［科學(xué)探究］

溫度上升到72七左右，在耐高溫的

DNA聚合海作用下合成子鏈q

5'3

3'?5'、

第一個(gè)循環(huán)合成

兩個(gè)DNA絲,加工麻

需要擴(kuò)增的刪皿皿刪

DNA序列1I

PCR擴(kuò)增儀

溫度下降到50七左

上巳溫度上升到90V.

右時(shí)紀(jì)性，兩種引物

JWr以上，雙鏈DNA與單鏈DNA結(jié)合

解聚為單鏈

5Tnnnnnnn^^^3

tnnnnnnnnnnj

nnnnnnnnnnn

②復(fù)性

①變性

PCR11較中不用至每法就*至中高溫質(zhì)才能打寸象就但此時(shí)

的溫度不令破壞馬波二防狼。囪，匕雙鈕PMV。找生姓方更為

單銃，并未分海欣卓秣。

⑴在PCR過(guò)程中實(shí)際加入的為dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP),既可作為合成DNA

子鏈的原料，又可為DNA的合成提供能量。

(2)引物既可以是DNA單鏈，也可以為RNA單鏈。細(xì)胞內(nèi)的DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，也需要引

物，一般為RNA片段。

(3)真核細(xì)胞和細(xì)菌的DNA聚合酶都需要Mg?+激活。因此，PCR反應(yīng)緩沖溶液中一般要添

加Mg2+,

(4)PCR的擴(kuò)增結(jié)果：DNA分子以指數(shù)形式擴(kuò)增(約為2〃，其中n為擴(kuò)增循環(huán)次數(shù))

2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建［生命觀(guān)念］

(1)圖解限制酶的選擇原則

PstlSmalPstl標(biāo)記鶻尸dI

IJ、(臚用I

甲乙

①不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇Ps/I,而不選擇S〃?al。

②保留標(biāo)記基因原則：質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞

這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中不選擇SmaI。

③確保出現(xiàn)相同黏性末端原則：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶，如圖甲中Psfl；

為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,

如圖甲也可選擇PstI和EcoRI兩種限制酶。

(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類(lèi)

其切點(diǎn)不

在啟動(dòng)子

止,n其會(huì)破壞啟動(dòng)子,

與終止子HmdII-不宜選擇

之間，不

NdeI

宜選擇XbaI其位于后動(dòng)子、終

抗生素,止子之間，宜選擇

抗性基因終止子戶(hù)BamHI

其會(huì)破樂(lè)終止子，

EcoRI

因其位于不宜選擇

標(biāo)記基因,

不宜選擇KpnI

復(fù)制原點(diǎn)被破壞后，目的基因不能在受體細(xì)胞中復(fù)制，不宜選擇

⑶根據(jù)Ti質(zhì)粒的T-DNA片段選擇限制酶，圖中甲、乙、丁Ti質(zhì)粒均不宜選取，而丙Ti質(zhì)

粒宜選取(設(shè)切割目的基因的限制酶為XhaI和SacI)o

T-DNAT-DNAXbaISacIXbaIXbaI

T-DNA./T-DNA

甲\乙丙T\

切割心點(diǎn)雖

切割位點(diǎn)位于T-DNA

切割位點(diǎn)不位于上，而旦含I、在T-DNA±,

Sac1兩種切割位點(diǎn)，但缺乏SacI

上

T-DNA恰與目的基因兩端切割位點(diǎn)

切割位點(diǎn)相同

3.篩選出含有目的基因的受體細(xì)胞［科學(xué)思維］

細(xì)菌含氨芳青霉素含四環(huán)素

的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基

(1)原理：將目的基因插入含有兩種抗生素抗性基因的載體時(shí)，如果插入某種抗生素抗性基因

內(nèi)部，則會(huì)導(dǎo)致該抗生素抗性基因失活。如圖，目的基因插入了四環(huán)素抗性基因內(nèi)部，則四

環(huán)素抗性基因失活。

(2)被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌有三種：含環(huán)狀目的基因的細(xì)菌、含重組質(zhì)粒的細(xì)菌、含質(zhì)粒的細(xì)菌。

(3)篩選方法：將細(xì)菌先放在含氨芳青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，能生長(zhǎng)的是含重組質(zhì)粒的細(xì)菌和

含質(zhì)粒的細(xì)菌，如圖1、2、3,4、5菌落，再利用滅菌的絨布影印到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，

如圖能生長(zhǎng)的菌落為2、3、4,則在含四環(huán)素培養(yǎng)基上不生長(zhǎng)的即為含有目的基因的菌落,

如圖1、5菌落。最后，可在含氨芳青霉素的培養(yǎng)基上挑取1、5菌落進(jìn)行培養(yǎng)。

口情境式探究

［探究意圖：以基因表達(dá)載體圖示為情境信息考查理解能力］

分析基因表達(dá)載體模式圖，回答下面問(wèn)題。

(1)標(biāo)記基因的作用是什么？常用什么基因來(lái)作標(biāo)記基因？

提示：標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)

胞篩選出來(lái)。

常見(jiàn)的標(biāo)記基因?yàn)榭股乜剐曰?，如氨羊青霉素抗性基因；四環(huán)素抗性基因。

(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，目的基因應(yīng)在哪個(gè)位置？為什么？

提示：由圖知，目的基因要插入啟動(dòng)子和終止子之間，這是因?yàn)閱?dòng)子使轉(zhuǎn)錄開(kāi)始，是RNA

聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位：終止子位于基因的尾端，使轉(zhuǎn)錄終止；只有順序正確目的基因才

能正常轉(zhuǎn)錄。

(3)為什么不能將目的基因插入載體的標(biāo)記基因中？

提示：標(biāo)記基因用于鑒定受體細(xì)胞是否成功導(dǎo)入目的基因，以便將含目的基因的細(xì)胞篩選出

來(lái)，若有目的基因插入，則標(biāo)記基因被破壞，無(wú)法進(jìn)一步篩選。

「核心素養(yǎng)突破

突破點(diǎn)1以PCR技術(shù)與應(yīng)用為載體考查生命觀(guān)念及社會(huì)責(zé)任

1.農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T-DNA可以轉(zhuǎn)移并隨機(jī)插入被侵染植物的染色體DNA中。研究者

將圖中被侵染植物的DNA片段連接成環(huán)，并以此環(huán)為模板進(jìn)行PCR,擴(kuò)增出T-DNA插入

位置兩側(cè)的未知序列，以此可確定T-DNA插入的具體位置。下列說(shuō)法不正確的是()

未知序列引物①T-?NA引物②未知序列

限制酶切點(diǎn)引物③引物④限制酶切點(diǎn)

注：子鏈從引物的3'端開(kāi)始延伸

A.PCR擴(kuò)增依據(jù)的是DNA分子雙鏈復(fù)制的原理

B.進(jìn)行PCR擴(kuò)增需要耐高溫的DNA聚合酶

C.利用圖中的引物②③組合可擴(kuò)增出兩側(cè)的未知序列

D.通過(guò)與受體細(xì)胞的基因組序列比對(duì)，可確定T-DNA的插入位置

解析：PCR擴(kuò)增依據(jù)的是DNA分子雙鏈復(fù)制的原理，是體外獷增DNA的一種方式，A正

確；PCR技術(shù)需要在高溫條件下進(jìn)行變性，故進(jìn)行PCR擴(kuò)增需要耐高溫的DNA聚合酶，B

正確：由于DNA的兩條鏈反向平行，且子鏈從引物的3'端開(kāi)始延伸，故利用圖中的引物

①④組合可擴(kuò)增出兩側(cè)的未知序列，C錯(cuò)誤；通過(guò)與受體細(xì)胞的基因組序列比對(duì)，可確定

T-DNA的插入位置，D正確。

答案：C

2.（2020?江蘇卷）如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡(jiǎn)捷地分析出已知序

列兩側(cè)的序列，具體流程如下圖（以EcoRI酶切為例）:

染色體DNA

G；AATTC]

I酶切CTTAAiGJ

混合的DNA片段

5'1___________________?________________r片段

、未知序列已知序列"7未知序列g(shù)'F

II連接|DNA連接施

環(huán)狀DNA

PCR產(chǎn)物

IV測(cè)序、分析

5,3'片段F的

完整序列

請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題:

⑴步驟I用的EcoRI是一種酶，它通過(guò)識(shí)別特定的切割特定位點(diǎn)。

⑵步驟H用的DNA連接酶催化相鄰核甘酸之間的3'-羥基與5'-磷酸間形成

;PCR循環(huán)中，升溫到95℃是為了獲得；左qDNA聚合酶的作

用是催化。

（3）若下表所列為已知的DNA序列和設(shè)計(jì)的一些PCR引物，步驟HI選用的PCR引物必須是

（從引物①②③④中選擇，填編號(hào)）。

DNA序列（虛線(xiàn)處省略了部分核甘酸序列）

5-AACTATGCGCTCATGA.............GCAATGCGTAGCCTCT-3,

已知序列I??I?1?????????I??I????1IIIII1?I

S^-TTGATACGCGAGTACT.............CGTTACGCATCGGAGA-5,

?5z-AACTATGCGCTCATGA-3'

②5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3'

PCR引物

③5'-AGAGGCTACGCATTGC-3'

④5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'

⑷對(duì)PCR產(chǎn)物測(cè)序，經(jīng)分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中（虛線(xiàn)處省略

了部分核甘酸序列），結(jié)果正確的是。

A.5-'AACTATGCG-------------AGCCCTT-3

B.5/AATTCCATG--------------CTGAATT-3'

C.5-zGCAATGCGT--------------TCGGGAA-3,

D.5-'TTGATACGC--------------CGAGTAC-3,

解析：（1）步歌I用的EcoRI是一種限制性?xún)?nèi)切核酸酶，它通過(guò)識(shí)別特定的核昔酸序列來(lái)進(jìn)

行切割。（2）步驟H中用DNA連接酶催化相鄰核甘酸之間的3'-羥基與5'-磷酸間形成磷

酸二酯鍵。PCR循環(huán)中，升溫到95"C是為了解開(kāi)DNA雙鏈獲得DNA單鏈，TaqDNA聚

合酶的作用是催化以DNA為模板延伸形成子鏈的過(guò)程。（3）PCR過(guò)程中，根據(jù)已知的DNA

序列合成兩個(gè)引物，要注意模板鏈和引物的方向是相反的，引物的核甘酸序列要能夠和相應(yīng)

模板的核甘酸序列發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，環(huán)狀DNA圖中顯示PCR過(guò)程是從已知DNA序列的

兩端分別向相反方向形成子鏈，一個(gè)引物是與已知DNA序列的第一條鏈的左端互補(bǔ)結(jié)合，

向左側(cè)方向延伸形成子鏈，該引物是④，另一個(gè)引物是與已知DNA序列的第二條鏈的右端

互補(bǔ)結(jié)合，向右側(cè)方向延伸形成子鏈，該引物是②。（4）圖中由片段F形成的環(huán)狀DNA的未

—OAATTC-

一CTTAAG-'

知序列中有一個(gè)EcoRI限制酶的切割位點(diǎn)，而EcoRI識(shí)別的位點(diǎn)是f因此

片段F的單鏈中的一端應(yīng)含有"AATTC--------------”序列，另一端應(yīng)含有“TTAAG----------

一一”序列，只有B項(xiàng)符合題意。

答案：（1）限制性?xún)?nèi)切核酸（或限制）核甘酸序列（2）磷酸二酯鍵DNA單鏈以DNA為

模板的DNA鏈的延伸⑶②④（4）B

［易錯(cuò)警示］

（1）細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體化學(xué)本質(zhì)不同：細(xì)胞膜上的載體化學(xué)成分是蛋白質(zhì)；

基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒（DNA）,也可能是生物，如噬菌體、動(dòng)植物病毒等。

（2）PCR中的復(fù)性不一定均為引物與DNA模板結(jié)合。復(fù)性時(shí)，引物與DNA模板的結(jié)合是隨

機(jī)的，也存在DNA解開(kāi)的兩條鏈的結(jié)合。

（3）PCR反應(yīng)的結(jié)果不都是所需的DNA片段。因?yàn)榈谝淮窝h(huán)得到的DNA片段只有一種引

物，比所需的DNA片段要長(zhǎng)，從第二次循環(huán)才出現(xiàn)所需的DNA片段，這樣的片段存在兩

種引物。

（4）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，利用蛋白質(zhì)工程改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了

改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。

突破點(diǎn)2以基因工程的操作程序?yàn)檩d體考查科學(xué)探究

3.下列關(guān)于目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的敘述，不正確的是（）

A.花粉管通道法的操作之一是用微量注射器將含有目的基因的溶液直接注入子房中

B.顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中采用最多的方法

C.大腸桿菌最常用的轉(zhuǎn)化方法是使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變

D.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法

解析：花粉管通道法的操作之一是用微量注射器將含有目的基因的溶液直接注入子房中；目

的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞常用的方法是顯微注射技術(shù)；大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是用鈣離

子處理細(xì)胞，使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變，從而完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的方法是花

粉管通道法。

答案：D

4.菊花是一種雙子葉植物，易感桃蛇。桃場(chǎng)不但直接影響植物生長(zhǎng)，還是多種植物病毒的

傳播媒介。雪花蓮凝集素基因GNA的表達(dá)產(chǎn)物能有效抑制桃螃生長(zhǎng)，某科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用農(nóng)桿

菌轉(zhuǎn)化法獲得了轉(zhuǎn)GNA基因菊花?下列有關(guān)敘述不正確的是()

A.受體細(xì)胞可以選擇菊花葉片細(xì)胞或桃蛟細(xì)胞

B.將目的基因GNA插入Ti質(zhì)粒的T-DNA上構(gòu)建表達(dá)載體

C.可以將菊花葉片取下與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞

D.應(yīng)用抗蟲(chóng)接種實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)轉(zhuǎn)基因菊花對(duì)桃蛇的抗性及抗性的程度

解析：要獲得轉(zhuǎn)基因菊花，可以選擇菊花葉片細(xì)胞作為受體細(xì)胞，但不能選擇桃財(cái)細(xì)胞作為

受體細(xì)胞，A錯(cuò)誤；Ti質(zhì)粒的T-DNA可以轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，并且整合到受體細(xì)胞染色體

的DNA上，根據(jù)這一特點(diǎn)，構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)，應(yīng)該將目的基因GM4插入Ti質(zhì)粒的T-DNA

上，B正確；可以將菊花葉片取下與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞，并再生成植株，C

正確；已知雪花蓮凝集素基因GNA的表達(dá)產(chǎn)物能有效抑制桃財(cái)生長(zhǎng)，故應(yīng)用抗蟲(chóng)接種實(shí)驗(yàn)，

檢測(cè)轉(zhuǎn)基因菊花對(duì)桃胡的抗性及抗性的程度，D正確。

答案：A

考點(diǎn)3基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第471頁(yè)

需必備知識(shí)梳理

1.基因工程的應(yīng)用

(I)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用

①轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物；②轉(zhuǎn)基因抗病植物；③轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物；④改良植物的品質(zhì)；⑤提

高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率;

⑥改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。

(2)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

①對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們生產(chǎn)藥物。

②讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物。

③嘗試將建立移植器官工廠(chǎng)的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。

(3)在食品工業(yè)方面的應(yīng)用：利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。

2.蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

（1）蛋白質(zhì)工程的概念

⑶蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

①醫(yī)藥工業(yè)方面：研發(fā)藥物，如延長(zhǎng)干擾素的保存時(shí)間；降低小鼠單克隆抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)

的強(qiáng)度。

②其他工業(yè)方面：改進(jìn)醛的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶。

③農(nóng)業(yè)方面：通過(guò)改造某些參與調(diào)控光合作用的酶,增加糧食產(chǎn)量；改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)

構(gòu)，設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥，防治病蟲(chóng)害。

口易錯(cuò)易混診斷

1.（選擇性必修3P88正文）來(lái)自蘇云金桿菌的W毒蛋白基因只能應(yīng)用于棉花。（義）

2.（選擇性必修3P88正文）“轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物”也可以用于抵抗各種植物疾病。（X）

3.（選擇性必修3P90“資料卡”）干擾素是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)基因工程藥物。（J）

4.（選擇性必修3P91“相關(guān)信息”）用基因工程的方法，使得外源基因得到高效表達(dá)的菌類(lèi)

一般稱(chēng)為基因工程菌。（J）

5.（選擇性必修3P93黑體）對(duì)蛋