新高考高中生物二轮复习 基因工程教案(一)

专题29基因工程

1真题多维细目表

考点

真题涉分题型难度设题情境素养要素

基因T.程

2020浙江7月选考,242基因工程的原理及应用选择中基因工程综合科学探究一结果分析

2020浙江1月选考,29（二）8基因工程的原理及应用非选择难基因工程与植物克隆科学探究一实验设计、结果分析

2018浙江4月选考,32（二）7基因工程的原理及应用非选择难基因工程与植物克隆科学探究一实脸设计、结果分析

利用基因工程技术提高

2016浙江4月选考,32（二）7基因工程的原理及应用非选择中科学探究一实验设计、结果分析

矮牵牛对甲酹的代谢能力

2命题规律与趋势

懑篁内容本专题主要考查基因工程的原理及应用包会枣养考查科学探究素养中的实验设计、结果分析要素.

寇蚯本专题为高频考点,选考分值约为7分。碰还预计选考中,基因工程在实践中的应用仍是考查的重点,

耍还题型以非选择题形式出现.难度中等或偏难，在丽花往与植物克隆相结合,具有•定的灵活度。

试题情境与生产生活相结合，主要考今基因工程技术在实

瑞砥用。

3典例分析解读

属于目的基因[2018浙江4月选考，32（二），7分]WI答与基因工程和植物克隆有关的问题：

（I）将含某抗虫基因的载体和含卡那俄索抗性基因的载体pBI121均用限制性核酸内属于标记基因

提示后面需要切酶a0R1酶切，在切口处形成o选取m抗虫基因的DNA片段与切割后

作相应处理以

恢复细菌状态的pBI121用DNA连接酶连接，在两个片段相邻处形成_________,获得重组质粒

（2）已知用CaCI,处理细菌,会改变其某些生理状态k取CaCl?处理过的农杆菌与重

组质粒在离心管内进行混合等操作,使重组质粒进入农杆菌,完成实验在

取自然生长的离心管中加入液体培养基，置于摇床慢速培养一段时间，其目的是

植物组织进行

,从而表达卡那寄索抗性基因，并大量增殖。继代培养的次

培养，先要进

数会影响愈伤

行消毒（3）取田间不同品种水稻的幼胚,先进行然后接种到培养基中培养，幼组织耳生出

胚发生’形成愈伤组织.并进行继代培养用含重组质粒的农杆菌侵染愈植株

伤组织.再培养愈伤组织，以便获得抗虫的转基因水稻;影响愈伤组织能否成功再生

出植株的因索有：培养条件如光温、培养基配方如植物激索配比以及

（答出2点即可）。

考点清单令学生用书P275

两个来源不同的DNA用相同的限制性核酸内切酶切割，形

考点基因工程

成相同的粘性末端(或平末端)。DNA连接酶能催化磷酸与脱

一、基因工程的含义与工具氧核糖之间化学键的形成,将两个DNA末端的缝隙“缝合”起

1.基因工程与遗传工程：基因工程是狭义的遗传工程。广来。如图：

义的遗传工程泛指把•种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧飞雌嚅耦,飞口雌黑耦”

核糖核酸等)移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所口忖丹用后皿口加愤日日丽口皿皿

带的遗传信息在受体细胞中表达。1_____同种限制性______________^1

♦一锻内切n♦

2.基因工程的核心:构建重组DNA分子。

:::®哪唧1顿雌嚅相

3.基因工程的工具

(1)限制性核酸内切酶

①来源:主要是从微生物(如细菌)中分离纯化出来的。

DNA连接博

②功能:识别并切开每条链中特定位点上的两个脱氧核甘

飞加册黑照用

酸之间的磷酸二酯键。

③特点:具有专一性，表现在以下两个方面：

a.识别DNA分子中某种特定的核甘酸序列；b.使每一条链限制性核酸内切酶和DNA连接施作用示意图

中特定位点的两个核甘酸之间的磷酸二酯键断开。(2)儿种易混淆醐的比较

④作用结果：产生粘性末端或平末端。名称功能应用

(2)DNA连接酶

特异性地切断DNA链中的磷酸二

限制酶重组DNA技术

功能:将末端碱基互补的2个DNA片段连接起来。酯键

(3)载体

DNA形成连接DNA片段之间的磷酸二

①最常用的载体——质粒基因工程

连接酶酯键

实质:能够自主复制的双链环状DNA分子，是一种特殊的

DNA形成连接DNA片段与单个脱氧核

遗传物质，在细菌中以独立于拟核之外的方式存在。DNA复制

聚合酶甘酸之间的磷酸二酯钺

②其他载体小噬菌体、植物病毒和动物病毒等。

RNA形成连接RNA片段与单个核糖核

二、基因工程的三大操作工具转录和RNA复制

聚合酶甘酸之间的磷酸二酯键

1.限制性核酸内切酶

以RNA为模板获

(1)限制性核酸内切酶(限制酶)的作用逆转录酶作用于磷酸二酯键

得DNA

限制酶切割时断开的是DNA分子中的磷酸二酯键(即相邻

DNA

脱氧核件酸间的键)，而不是两条链之间的氢键。如图：使碱基对之间的氢键断裂DNA复制

解旋酶

DNA

使DNA分子所有磷酸二酯键断裂水解DNA

水解酶

3.载体的种类及作用

(1)载体应具备的特征

①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。

②有1个或多个限制性核酸内切酹切点，以便与外源基因

连接。

③具有某些标记基因，以便进行筛选,，

(2)限制性核酸内切醐具有专一性，表现在两个方面:

载体的种类

①识别双链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点。如图：①细菌质粒,最常用大肠杆菌质粒。

切y②人噬菌体和某些动植物病毒，

一般来说,天然的载体往往不能满足人们的所有要求，因此

人们根据不同目的和需求,对某些天然的载体进行人工改建。

\雄性末端)(3)作用

GAATTC一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去;二

IIcTTAAG||是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

(粘性末端)

限制性核酸内切能切割DNA分子示意图

2.DNA连接前

(1)DNA连接酶的作用

专题29基因工程153

续表续表

Z1PCR技术DNA复制

知能拓展

相原理DNA双链复制（碱基互补配对）

（1）用限制酶切割DNA分子时，破坏的是DNA分子中的

同原料四种游离的脱氧核甘酸

磷酸二酯键。

点

条件模板、筋、能量等

（2）粘性末端是指DNA分子被限制酶切开后，切口处的

W

两个末端伸出的由若干特定核昔酸组成的单链。DNA在高温下变性解旋解旋酶催化

方式

（3）质粒是基因工程中最常用的载体。大肠杆菌、枯草

不

场所体外复制主要在细胞核内

杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒，质粒上面一般含几个到同

前热稳定的DNA聚合酶细胞内含有的DNA聚合酶

几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素合成等性状。点

由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞，使细胞生有瘤状物，所在短时间内形成大量

结果形成整个DNA分子

以科学家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒作的DNA片段

载体。（2）形成重组DNA分子

（4）细菌在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机载体（质粒）DNA分子（含目的基因）

L—同种限制性一|

制，其限制性核酸内切酶可以识别和切割DNA上的特定的碱核酸内切酣切常|

基序列，降解外源DNA,而其自身的DNA并不受该核酸内切获得粘性末端获得目的基因

福的作用。II

]tDNA连接施

三、基因工程的基本操作步骤重组DNA分子（环状重组质粒）

①一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因，

1.获得目的基因

以获得相同的粘性末端（或平末端），以利于形成重组DNA分

（1）目的基因：人们所需要的基因。如:人的胰岛素基因、植

子，但有时用不同的限制性核酸内切酶处理也可以获得相同的

物的抗病基因等。

粘性末端（或平末端）。

序列未知:从基因文库中获取

②目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结

⑵获取方法序列已知（化学方法合成

（I聚合酶链式反应（PCR）扩增构，影响转基因生物的正常生长，甚至死亡。

③限制性核酸内切酶只识别DNA分子中特定的核背酸序

2.形成重组DNA分子

列，对RNA不起作用。

一般用相同的限制性核酸内切酶分别切割含有目的基因的

④用DNA连接酶连接时，可形成3种不同的连接物：目的

供体DNA分子和载体（如质粒），使其产生相同的粘性末端（或

基因一载体连接物、载体一载体连接物、目的基因一目的基因连

平末端）燃后用DNA连接醐将两者连接在一起，形成重组DNA

接物,导入受体细胞后，可利用抗性基因的差异进行筛选。

分子。

（3）将重组DNA分子导入受体细胞

3.将重组DNA分子导入受体细胞

常用的受体细胞:大肠杆菌、枯草杆菌、醉母菌和动植物细生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞

胞等。常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca?.处理法

4.筛选含有目的基因的受体细胞受体细胞体细胞受精卵原核细胞

（I）筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。

将目的基因插入将重组DNA分用Ca%处理细胞使之

（2）筛选方法举例：质粒上有抗生素如四环素的抗性基因，

Ti质粒的T-DNA子提纯一＞取卵成为感受态细胞一重

所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养基

上一导入农杆（受精卵）一显组DNA分子与感受

转化过程

上生长，而没有接纳重组质粒的细胞在这种培养基上不能生长，菌一＞侵染植物细微注射一受精卵态细胞混合-＞感受态

这样就能筛选出含有重组DNA分子的受体细胞。胞T目的基因稳发育一获得具有细胞吸收重组DNA

5.目的基因的表达定维持和表达新性状的动物分子

目的基因在宿主细胞中表达，产生人们需要的功能物质口

（4）筛选含有目的基因的受体细胞

四、基因工程步骤分析

①原理:质粒上有抗生素抗性基因等标记基因o

1.基因工程基本操作“五步曲”②方法:利用选择培养基筛选。

（1）获得目的基因③举例：

①序列未知:建立一个包括目的基因在内的基因文库，再从

所有受体细胞刿含四环素培养基甦活的受体细胞

基因文库中获取°

②序列已知：化学方法（如逆转录法）合成或者用PCR扩增导入培养

目的基因。

重组DNA分子

③PCR技术与DNA复制的比较/缶初二:•出苴田、含重组DNA分子的受体细胞

（质粒上有四环素抗性基因）

PCR技术DNA复制在实际应用中还有：

a.检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基

因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是

否有杂交带。

154)

b.检测是否转录出了mRNA,利用核酸分子杂交技术，目的的DNA分离出来;用化学法或热处理法使样品DNA解旋;将事

基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的mRNA杂交，看先制作好的DNA探针引入化验样品中，这些已知的经过标记的

是否有杂交带。探针若能够在化验样品中找到互补链，则与之结合(杂交)在一

(5)目的基因的表达：看到目的性状或分离到目的基因表达起，找不到互补链的DNA探针，则可以被洗脱c这样通过对遗

产物留在样品中的标记过的DNA探针进行基因分析,就能检出病人

①检测目的基因是否翻译成蛋白质：从转基因生物中提取所得的病。

蛋白质,用相应的抗体进行抗原一抗体杂交。3.基因治疗

②个体生物学水平的鉴定：如转基因抗虫植物是否出现抗(1)原理:利用正常基因纠正或补偿基因的缺陷，即把正常

虫性状。基因导入患者体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治

2.有关基因工程操作注意事项疗疾病的目的。

(1)基因文库中的基因保存在受体菌中,(2)方法:有体外基因治疗和体内基因治疗,体外基因治疗

(2)原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，有利方法疗效较好。如重度免疫缺陷症的体外基因治疗方法：

于目的基因的复制与表达，因此常采用大肠杆菌等原核生物作

T淋巴细胞的突变r缺陷的T淋巴细胞一

为受体细胞。腺由酸脱氮醪基因［转人培养

正常腺仔/脱城傍基因转化

(3)植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完患者廿一注射许多正常用殖、培养#景T玳R如腌

整植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动物基憾组织中诩巴细胞Jl.-ffllWL.HUBS

L-体内的T淋巴细胞产生腺甘酸脱找醉

因工程中的受体细胞一般是受精卵。

体内基因治疗:用基因工程的方法，白:接向人体组织细胞中

(4)操作工具有三种，但常用工具酶有两种,载体不是酶;在

转移基因。

基因工程操作步骤”获得目的基因”和“形成重组DNA分子”两

个过程中通常用同种限制酶，目的是产生相同的粘性末端(或平七、基因工程与生态环境保护

末端)；DNA连接酶只在“形成重组DNA分子”操作中用到。1.利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新

(5)一般情况下,用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含型塑料。

有目的基因的DNA片段，但有时可用两种限制性核酸内切酶分2.改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。

别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因3.利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解有毒化合

和目的基因之间的连接◎物和处理工业废水°

(6)标记基因的种类和作用:标记基因的作用——筛选、检

\考点通关

测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光

基因(表达产物为带颜色的物质)等°［2019浙江绿色评价联盟选考适应卷,32(二)］拟南芥中有抗

五、基因工程与遗传育种冻基因苜蓿是温带地区重要的牧草，低温是制约其生长

1.转基因植物的限制因子之一。如图是培育转基因抗冻苜蓿植株的过程示

捽打伊占(a.所需时间较短意图,据图回答下列问题：

首门以,"b.克服远缘亲本难以杂交的缺陷含的DNA声》［目的基因)

2.转基因动物

(1)含义:转入了外源基因的动物。(拟焉F］|质粒，

(2)培育优点:省时、省力。

六、基因工程与疾病治疗(1)图中的①过程先要用某种限制性核酸内切酶断开DNA片

1.基因工程药物段中的个磷酸二酯键得到目的基因，再通过—

技术获得大量的目的基因。这些目的基因

名称成分用途传统方法基因工程方法

必须要与质粒等载体重组后再导入宿主细胞，其主要原因

治疗胰岛素

从猪和羊的是目的基因经重组后在宿主细胞内能实现

胰岛素蛋白质依赖型糖通过大肠杆菌生产

胰腺中提取

尿病(A.转录B.复制C.翻译D.整合到宿主DNA中)。

(2)图中的②过程的农杆菌经转化成功后再去感染苜蓿组织

通过基因工程,使人

治疗病毒性从人血液块，这种转基因方法的主要优点有

干扰素糖蛋白向细胞干扰素基因

肝炎和肿瘤提取

获得克隆和表达

______________________________(至少写出二点)o

通过基因工程利用

乙型肝预防乙

蛋白质酵母菌和哺乳动物(3)图中的③过程若是通过胚胎发生途径实现的，须将愈伤组

炎疫苗型肝炎

细胞生产织经培养得到大量的单细胞，再转移到含有适

X当配比的的培养基中继续

2.基因诊断

分化成胚状体，最后形成相应的植株。

(1)方法:DNA分子杂交法(即DNA探针法)，该方法是根

据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开,把单链的DNA答案(1)4PCR(聚合酶链式反应)B(2)易于导入

小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后重组质粒易于将目的基因整合到植物的染色体DNA上

同被检测的DNA中的同源互补序列杂交,从而检出所要查明的(3)液体悬浮营养物质和生长调节剂

DNA或基因。分))解析(1)题图中的①先要用某种限制性核酸内切酷断开

(2)步骤:抽取病人的组织或体液作为化验样品；将样品中DNA片段中的4个磷酸二酯键才能切下目的基因，再通过

专题29基因工程155

PCR技术获得大量的目的基因。这些目的基因必须要与质粒染色体DNA上。(3)题图中的③过程若是通过胚胎发生途径

等载体重组后再导入宿主细胞,其主要原因是目的基因经重实现的,须将愈伤组织经液体悬浮培养得到大量的单细胞,即

组后在宿主细胞内能实现复制。(2)题图中的②过程的农杆胚性细胞,再转移到含有适当配比的营养物质和植物生长调

菌经转化成功后再去感染苜蓿组织块,这种转基因方法的主节剂的培养基中继续分化成胚状体,最后形成相应的植株。

要优点有易于导入重组质粒、易于将目的基因整合到植物的

素养提升夕学生用书P278

提升限制性核酸内切酶作用分析科学思维

方法诠释片段，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。

1.限制酶

限制酶具有专一性，表现在两个方面：对点提升

(1)识别DNA分子中特定的核件酸序列。识别序列的特素养体现:本题通过基因「•程操作中限制酶类型的选择,考查了

点:呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都科学思维素养中的演绎与推理要素C

可以找到一条中轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基(科学思维一演绎与推理)表中是几种限制酶识别序列及其切

CCCC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

是反向对称重复排列的。如:［「二】以中心线为轴，两侧碱基互

位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：

补对称;以:为轴，两侧碱基互补对称。限制酶BamHIBelISa”3AIHindDI

(,(,ICCI

识别序列及GGATCCTGATCAGATCAAGCTT

切割位点CCTAGGACTAGTCTAG.TTCGAA

1

(2)切割特定序列中的特定位点，使每一条链中特定部位的

两个核甘酸之间的磷酸二酯键断开。

如:EcoR1识别GAATTC序列，将G与A之间的磷酸二酯

键切开。如图所示：

切割点।

1r-m-r-i~~pIIIiiiiiII

GAA'TTC____GAATTC

IAGIIIAAGIIfiamHI引物甲防nd1D

中&线确1点粘性末端J--1

2.限制酶选择的注意事项■0—r

PitISmaIP$t\Bell/引物内引物乙Sau3AI

［工J《WEcoRI

小枇病基也RI目的基因

图2

图甲图乙

(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制幅的种类：(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用

①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，

PstIO通过酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质

②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能