2012高三生物总复习教案 第46讲 基因工程
教学案
【考纲要求】
遗传的基本规律
考纲要求
具体内容
(1)基因工程的诞生
(2)基因工程的原理及技术
(3)基因工程的应用
I
Ⅱ
I
实验内容
(1)基因工程的具体操作步骤、过程与方法
(2)从动物组织、植物器官中粗提取DNA的基本操作步
骤与DNA鉴定操作过程
实验与探
究能力
【考点分析】
考点
试卷类型
越型
基因工程的操作工具
2007·全国·理综
选择题
2007·广东·生物
选择题
2008·全国·理综
选择题
基因工程的操作步骤及应
用选择题
2007·广东·生物
选择题
2007·海南·生物
非选择题
2007·山东·理综
非选择题
2007·江苏·生物
非选择题
2007·天津·理综
非选择题
2008·山东·理综
非选择题
2008·海南·生物
非选择题
2008·江苏·生物
非选择题
2008·江苏·生物
选择题
2009·安徽·生物
选择题
2009·浙江·生物
选择题
2009·重庆·生物
选择题
2009·上海·理综
选择题
2009·天津·生物
非选择题
2009·重庆·生物
非选择题
2009·江苏·生物
非选择题
2009·上海·生物
非选择题
【考点预测】
从近几年的高考试题看，考点主要集中在考查基因工程的基本工具、操作程序、DNA分子的提取与鉴定上。基因工程的工具和步骤仍是本专题的重点内答，今年高考命题可能会从以下几个方面展开：
1．基因工程的基本工具。
2．基本操作程序的四个步骤。
3．基因工程的应用等知识点。
本专题内容侧重考查学生现代科学技术方面的知识应用能力，主要要是以填空题的形式呈现。
【知识梳理】
基因工程
概念
诞生历程
基本工具
操作程序应用
【重点解析】
考点一 基因工程的工具及其操作程序
1．基因工程的基本工具
2．基因工程的基本操作程序
(1)目的基因的获取
①从基因文库中获取目的基因
优点：有了基因文库，就可以随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。
②人工合成目的基因
③利用PCR技术扩增目的基因
a．PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。
b．目的：通过指数式扩增获取大量的目的基因。
(2)基因表达载体的构建
①目的’：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。
②基因表达载体的组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因。
a．启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。
b．终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。
C．标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因(目的基因是否导人成功)。
③基因表达载体的构建方法
(3)将目的基因导入受体细胞
①目的：目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
②受体细胞种类不同，导入方法不同
③受体生物不同，所用的受体细胞种类也不相同
a．植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整植株)。
b．动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到严格限制)。
④转化实质：目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。
(4)目的基因的检测与鉴定
【例l】为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。
(1)获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性核酸内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处。(填“a”或“b”)
(2)将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。
(3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。
(4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。
解析：限制酶可水解DNA分子中特定位点的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，DNA连接酶可催化两个脱氧核苷酸分子之间磷酸二酯键的形成；运用农杆菌转化法、基因枪法或花粉管通道法将目的基因导入受体细胞之后，还需利用植物组织培养技术将受体细胞培养成植株。
答案：
(1)a a
(2)基因枪(花粉管通道)
(3)植物组织培养脱分化(去分化) 再分化
(4)耐盐基因(目的基因) 一定浓度盐水浇灌(移栽到盐碱地中)
考点二、基因工程的应用
1．基因工程的应用
(1)植物基因工程成果
①抗虫转基因植物(抗虫棉是转入Bt毒蛋白基因培育的)。
②抗病转基因植物(病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因)。
③抗逆转基因植物(生物的抗性基因)。
④转基因改良植物(营养价值、实用价值、观赏价值)。
(2)动物基因工程成果
①提高动物生长速度(外源生长激素基因)。
②改善畜产品的品质。
③转基因动物生产药物(牛、山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、a一抗胰蛋白酶)。
④转基因动物作器官移植的供体(导入调节因子抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因，培育没有免疫排斥反应的转基因克隆器官)。
(3)基因工程药物
①来源：主要来自转基因工程菌。
②成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
③作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
(4)基因治疗
①概念：是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，是目前治疗遗传病最有效的手段。
②成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。
③方法
a．体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。
b．体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。如1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。
【实战训练】
（09安徽卷）1．2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是
A．追踪目的基因在细胞内的复制过程
B．追踪目的基因插入到染色体上的位置
C．追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布
D．追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构
答案：C
解析：将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。故C正确。
（09浙江卷）2．下列关于基因工程的叙述，错误的是
A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
答案：D
解析：基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才有生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。所以D错误。
（09重庆卷）3.下表有关基因表达的选项中，不可能的是
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
答案：D
解析：抗虫棉叶肉细胞中存在细菌抗虫蛋白基因，细菌抗虫蛋白基因能够表达产生细菌抗虫蛋白；正常人皮肤细胞中含有人酪氨酸酶基因，人酪氨酸酶基因能够表达产生人酪氨酸酶；大肠杆菌工程菌细胞存在动物胰岛素基因，动物胰岛素基因能够表达产生动物胰岛素；兔成熟红细胞中无细胞核，所以无兔血红蛋白基因不能表达产生兔血红蛋白。此题为容易题，识记理解类。
（09上海理综卷）4．科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功表达。图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是
A．基因自由组合定律 B．半保留复制原则
C．基因分离定律 D．碱基互补配对原则
答案：D
解析：本题考查基因工程的相关知识，重组质粒依据的是粘性末端的碱基互补配对原则。
（09天津卷）5．（30分）水稻种子中70％的磷以植酸形式存在。植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子，同时，排出的大量磷进入水体易引起水华。
（1）磷元素除了形成植酸外，还可以出现在下列_____________分子或结构中（多选）。
A.核糖 B.ATP C.核糖体 D.核膜
（2）种植芦苇能有效抑制水华的发生，表明芦苇与引起水华的藻类关系是_____________。
（3）植酸酶可降解植酸，在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的_____________ 利用率。
（4）酵母菌中植酸的活性较高。下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。
据图回答：
①植酸酶________________（Ⅰ/Ⅱ）属于分泌蛋白。
②若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同，其差异体现在______________________。
③提纯的植酸酶需做活性条件测定。右图为测定结果。
图中的自变量可为____________________________(答一种)；
因变量可以通过测定______________________来表示。
（5）为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。
据图回答：
①图中基因组文库____________（小于/等于/大于）cDNA文库。
②B过程需要的酶是______________；A、C过程中_____________（可以/不可以）使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
③目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中___________。和_____________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是_________________________。
（6）已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程。图中两对相对性形状分别由两对基因控制，并独立遗传。
采用上图育种过程，需从_______________代开始筛选，经筛选淘汰后，在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是______________。选留植株多代自交，经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品性。
答案：
（1）BCD
（2）竞争关系
（3）营养成分
（4）①I
②氨基酸的种类、数量和排列顺序不同
③温度（或PH） 单位时间内植酸的降解量（或植酸降解产物的生成量）
（5）①大于
②逆转录酶 可以
③DNA cDNA耐高温
（6）F2 1/9
解析：本题考查物质的元素组成、生物的种间关系、蛋白质、酶、基因工程、遗传定律的相关知识，涉及的知识点较多，综合性很强。（1）只有核糖中不含磷元素，ATP（磷酸基团）、核糖体（含RNA）、核膜（含磷脂）中均含有磷元素。（2）芦苇能抑制水华的发生，表明芦苇与水华的藻类关系是竞争。（3）植酸易同铁、钙等金属离子或蛋白质结合排出体外，是多种动物的抗营养因子，而植酸酶可降解植酸，因此在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的营养成分的利用率。（4）分析图可知，植酸酶Ⅱ需要经过两次离心，因此植酸酶Ⅰ属于分泌蛋白。若植酸酶Ⅰ和Ⅱ的肽链组成不同，其差异体现在氨基酸的种类、数量和排列顺序的不同。从图的可看出，自变量可为温度或pH，因变量可以通过测定单位时间内植酸的降解量或植酸降解量产物的生成量来表示。（5）分析获取植酸酶基因的流程图可知，图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶，因为A、C过程都能获得含目的基因的菌株，所以可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。（6）根据上图育种过程，所需性状在F2代中才开始出现，所以应从F2代开始筛选。从图中可以看出，低植酸抗病是双显性（在F2中占9/16），经筛选淘汰后，在选留的植株中纯合体所占的比例是1/9。
（09重庆卷）6.（16分）小鼠基因敲除技术获得2007年诺贝尔奖，该技术采用基因工程、细胞工程、杂交等手段使小鼠体内的某一基因失去功能，以研究基因在生物个体发育和病理过程中的作用。例如现有基因型为BB的小鼠，要敲除基因B，可先用体外合成的突变基因b取代正常基因B，使BB细胞改变为Bb细胞，最终培育成为基因敲除小鼠。
（1）基因敲除过程中外源基因是否导入受体细胞，可利用重组质粒上的 检测。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，则可能导致细胞内的 被激活，使小鼠细胞发生癌变。
（2）通过基因敲除，得到一只AABb小鼠。假设棕毛基因A、白毛基因a、褐齿基因B和黄齿基因b均位于常染色体上，现要得到白毛黄齿新类型小鼠，用来与AABb小鼠杂交的纯合亲本的基因型是 ，杂交子代的基因型是 。让F1代中双杂合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中带有b基因个体的概率是 。不带B基因个体的概率是 。
（3）在上述F1代中只考虑齿色这对性状，假设这对性状的遗传属X染色体伴性遗传，则表现黄齿个体的性别是 ，这一代中具有这种性别的个体基因是 。
答案：
（1）标记基因；原癌基因
（2）aaBB；AaBb；12/16（3/4）；4/16（1/4）
（3）雄性（♂）；XBY、XbY
解析：
（1）作为质粒的一个条件之一就是要具有标记基因，以检测外源基因是否导入受体细胞。
癌变的产生就是原癌基因由抑制态变激活态。
（2）根据题意AABb基因敲除小鼠的表现型是棕毛褐齿，现要得到白毛黄齿新类型小鼠（aabb），应选取用与AABb小鼠杂交的纯合亲本的基因型是，用图解表示：
亲本：AABb X ―――
子代：aabb
则此亲本必含有a基因，而又是纯合的基因型只能为aabb或aaBB，而aabb是要培育的新品种不可能有，所以只用选用基因型为aaBB的亲本，
亲本：AABb X aaBB
子一代：1/2AaBb 1/2 AaBB
F1代中双杂合基因型AaBb的雌雄小鼠相互交配即自交,由于是常染色体遗传,即Bb自交后代的基因型及比例为:1/4BB、2/4Bb、1/4bb，带有b基因个体的概率是3/4，不带B基因个体的概率是1/4。（只考虑B和b这一对基因的计算，用基因分离定律）
也可两对同时计算用自由组合定律，AaBb自交得1/4AAX1/4BB、1/4AAX2/4Bb、1/4AAX１/4bb、2/4AaX1/4BB、2/4AaX2/4Bb、24AaX１/4bb、1/4aaX1/4BB、1/4aaX2/4Bb、1/4aaX１/4bb、可得带有b基因个体的概率是12/16，不带B基因个体的概率是4/16。
（3）假设齿色性状的遗传属X染色体伴性遗传，则亲本都为褐齿，基因型为XBXb 和 XＢY，则F1代的基因型为XBXb、XＢXＢ、XBＹ、XbY，其中XbY为黄齿是雄性个体，雄性个体基因还有XBＹ。
此题考查学生对两大遗传定律的理解与掌握情况及基因工程的有关知识。
（09江苏卷）7．（7分）苏云金杆菌（Bt）能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图（为抗氨苄青霉素基因），据图回答下列问题。
（1）将图中①的DNA用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后，反应管中有 种DNA片段。
（2）图中②表示 HindⅢ与BamHⅠ酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得 种重组质粒；如果换用Bst l与BamHⅠ酶切，目的基因与质粒连接后可获得 种重组质粒。
（3）目的基因插入质粒后，不能影响质粒的 。
（4）图中③的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的T—DNA导人植物细胞，并防止植物细胞中 对T—DNA的降解。
（5）已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞 。
（6）生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的
基因频率的增长速率。
答案：
（1）4
（2）2 1
（3）复制
（4）DNA水解酶
（5）表面无相应的特异性受体
（6）抗性
解析：本题考查基因工程的相关知识。（1）由于上述两种酶形成的末端不一样，所以被两种不同的限制酶切割之后所形成的片段有AA、AB、BA、BB四种切法形成的四种片段。（A表示HindⅢ，B表示BamHⅠ）（2）同时被两种限制酶切割有两种不同的目的基因，即AB和BA，所以重组质粒有两种。Bst l与BamHⅠ酶切割的末端一样，所以同时用这两种限制酶切割只能形成一种目的基因，所以只能形成一种重组质粒。（3）质粒要进行复制才能更多的表达出产物，所以重组之后要能复制。（4）酶具有专一性，对T—DNA的降解酶为DNA水解酶。（5）生物的细胞表面的受体具有特异性，人类肠上皮细胞没有昆虫肠上皮细胞表面的特异受体。所以该毒素蛋白对人类的风险相对较小（6）自然选择是普遍存在的，纯种种植自然选择会使害虫抗性基因频率快速增长。所以混合种植降低害虫的抗性基因频率的增长速率。
（09上海卷）8.（9分）人体细胞内含有抑制癌症发生的P53基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。
（1）目的基因的获取方法通常包括________和________。
（2）上图表示从正常人和患者体内获取的P53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改编的碱基对，这种变异被称为________。
（3）已知限制酶E识别序列为CCGG,若用限制酶E分别完全切割正常人和患者的P53基因部分区域（见上图），那么正常人的会被切成________个片段，而患者的则被切割成长度为________对碱基和________对碱基的两种片段。
（4）如果某人的P53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基对的四种片段，那么该人的基因型是________（以P+表示正常基因，Pn表示异常基因）。
答案：
（1）从细胞中分离 通过化学方法人工合成
（2）见下图
基因碱基对的替换（基因突变）
（3）3 460 220
（4）
解析：本题主要考查基因工程相关知识。
（1）目的基因的获取方法有直接分离和化学方法人工合成两种；
（2）仔细对比正常人与患者的基因序列可知是CG碱基对变为了TA碱基对，这种变化属于基因突变；
（3）正常人P53基因终于两个限制酶E的识别序列，完全切割后可产生三个片段，患者P53基因中有一个限制酶E的识别序列发生突变，且突变点位于识别位点内，这样患者就只有一个限制酶E的识别序列，切割后产生两个片段，分别为290+170=460对碱基，220对碱基；
（4）正常人经限制酶E完全切割后产生三个片段，290对碱基、170对碱基和220对碱基，患者产生两个片段460对碱基和220对碱基，则该人的基因型应为P+P-。
【名师点拨】
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较
比较项目
DNA聚合酶
DNA连接酶
形成磷酸二酯键的方式
只能将单个脱氧核苷酸连接起来，形成磷酸二酯键
是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键
不
同
点
是否需要模板
以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链
是将DNA双链上的两个缺VI同时连接起来，因此DNA连接酶不需要模板
是否参与基因工程
没有参与
在基因工程中，DNA连接酶可以作为连接运载体和目的基因的“针线”
①两者化学本质都是蛋白质。
②两者均属于酶，具有酶的基本属性和特点。
相
同
点
③两者都能形成磷酸二酯键，即在相邻核苷酸的3位碳原子的羟基与5位碳原子上所连接的磷酸基团的羟基之间形成。
④两者均参与DNA的复制、逆转录等过程。
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