新课标2026年高考生物一轮复习第36讲基因工程夯基提能作业本

一、引言基因工程，作为现代生物技术的核心组成部分，不仅深刻改变了我们对生命世界的认知，也在医药、农业、环保等领域展现出巨大的应用潜力。在高考生物中，基因工程是考查的重点与难点，要求同学们不仅要掌握基本概念和操作流程，更要能理解其原理并进行综合运用。本讲作业本旨在帮助同学们巩固基因工程的基础知识，提升解题能力，为后续的复习打下坚实基础。二、夯实基础(一)核心概念辨析1.基因工程的概念：基因工程又称为基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。2.基因工程的原理：基因工程的原理是基因重组。3.基因工程的核心步骤：构建基因表达载体。(二)基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶（限制酶）*来源：主要从原核生物中分离纯化而来。*功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。*结果：产生黏性末端或平末端。2.DNA连接酶*功能：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。*种类：常用的有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。3.载体*作用：将目的基因送入受体细胞。*具备的条件：*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，供外源DNA片段插入。*具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。*常用载体：质粒（最常用）、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。(三)基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取*目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。*获取方法：*从基因文库中获取。*利用PCR技术扩增目的基因。PCR技术的原理是DNA双链复制，需要耐高温的DNA聚合酶（如Taq酶）。*人工合成：适用于基因比较小，且核苷酸序列已知的情况。2.基因表达载体的构建（核心步骤）*组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因+复制原点等。*启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA。*终止子：位于基因的尾端，使转录在所需要的地方停止。*标记基因：用于鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。3.将目的基因导入受体细胞*转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。*常用方法：*导入植物细胞：农杆菌转化法（最常用）、基因枪法、花粉管通道法。*导入动物细胞：显微注射技术（最常用）。*导入微生物细胞：常用Ca²⁺处理法，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（这种细胞称为感受态细胞）。4.目的基因的检测与鉴定*分子水平的检测：*检测目的基因是否插入受体细胞的基因组：常用DNA分子杂交技术。*检测目的基因是否转录出mRNA：常用分子杂交技术（与DNA分子杂交类似，但探针是针对mRNA的）。*检测目的基因是否翻译成蛋白质：常用抗原—抗体杂交技术。*个体水平的鉴定：如抗虫、抗病的接种实验等。(四)基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、利用转基因改良植物的品质等。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物（如乳腺生物反应器）、用转基因动物作器官移植的供体等。3.基因工程药物：如人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、干扰素等。4.基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，分为体外基因治疗和体内基因治疗。(五)蛋白质工程1.概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。2.实质：改造基因（基因修饰或基因合成）。3.基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。三、能力提升(一)选择题（单选）1.下列关于限制酶的说法，正确的是（）A.限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端D.限制酶的作用部位是特定核苷酸之间的氢键2.在基因工程中，常用的“分子缝合针”是指（）A.限制酶B.DNA连接酶C.质粒D.DNA聚合酶3.下列哪项不是基因表达载体的必需组成部分（）A.启动子B.终止子C.标记基因D.起始密码子4.将目的基因导入植物细胞最常用的方法是（）A.显微注射法B.农杆菌转化法C.Ca²⁺处理法D.基因枪法5.目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。下列属于目的基因分子水平检测的是（）A.棉花抗虫性状的鉴定B.大肠杆菌中是否产生了人的胰岛素C.利用PCR技术检测受体细胞中是否含有目的基因D.转基因牛是否表现出目的基因控制的性状(二)非选择题6.下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答：（示意图略，此处假设有一个标准的基因工程操作流程图，包含获取目的基因、构建表达载体、导入受体细胞、筛选鉴定等步骤）(1)图中②过程需要______酶的参与，该酶的作用是识别特定的核苷酸序列并在特定的切点切割DNA分子。(2)图中③过程所用的载体通常是______，构建基因表达载体时，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及______等。(3)图中④过程表示将______导入受体细胞，通常选用的受体细胞是______（填“大肠杆菌”或“酵母菌”），原因是______。(4)为了检测人胰岛素基因是否成功表达，可采用______技术，若出现杂交带，则表明目的基因已表达出相应的蛋白质。7.某科研小组欲将抗虫基因导入棉花细胞，获得抗虫棉。请回答下列问题：(1)从苏云金芽孢杆菌中获取的抗虫基因，需要与______结合构建成基因表达载体，才能导入棉花细胞。(2)常用农杆菌转化法将抗虫基因导入棉花细胞，农杆菌中的Ti质粒上的______可将目的基因转移至棉花细胞的染色体DNA上。(3)抗虫基因导入棉花细胞后，可通过______技术将其培养成完整的抗虫棉植株，该技术的原理是______。(4)为了确定抗虫棉是否培育成功，既要进行分子水平的检测，也要进行个体水平的鉴定。个体水平的鉴定方法是______。四、易错警示与方法指导1.限制酶与DNA连接酶的作用辨析：限制酶“切开”磷酸二酯键，DNA连接酶“缝合”磷酸二酯键。不要与DNA聚合酶的作用（将单个脱氧核苷酸连接到DNA链上）混淆。2.启动子与起始密码子、终止子与终止密码子的区别：启动子和终止子位于DNA上，分别控制转录的起始和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译的起始和终止。3.载体的必备条件：并非所有的质粒都能作为载体，必须具备多个限制酶切点、标记基因等条件。4.目的基因检测与鉴定的层次：分子水平的检测包括DNA、mRNA、蛋白质三个层面；个体水平的鉴定是看是否表现出相应的性状。5.基因工程与蛋白质工程的关系：基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以生产自然界不存在的新的蛋白质。学习建议：*构建知识网络，将基因工程的工具、操作程序、应用等内容串联起来，形成系统认知。*关注教