（浙江专用）2020版高考生物一轮复习 专题29 基因工程教师用书（PDF，含解析）

第十单元现代生物科技专题专题２９　基因工程真题多维细目表真题涉分考点基因工程题型难度设题情境试题结构素养要素２０１８浙江４月选考ꎬ３２(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并列探究生命观念ꎻ科学探究２０１６浙江４月选考ꎬ３２(二)７基因工程的原理及应用非选择中利用基因工程技术提高矮牵牛对甲醛的代谢能力逐级探究生命观念ꎻ科学探究五年均分２.８考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容本专题主要考查基因工程的原理及应用ꎮ０２考频赋分本专题为高频考点ꎬ选考分值为７分ꎮ０３题型难度题型以非选择题形式出现ꎬ试题整体难度为中等偏难ꎮ０４命题特点设题情境多结合生产生活实际ꎬ考查考生的科学探究、知识迁移等能力ꎮ０５核心素养多考查生命观念和科学探究ꎮ０６命题趋势预计２０２０年高考中ꎬ基因工程在实践中的应用仍是考查的重点ꎬ科学思维的比重可能会增加ꎮ典例分析解读１４０　　５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)对应学生用书起始页码Ｐ２８０考点基因工程　　一、基因工程的含义与工具１.基因工程与遗传工程:基因工程是狭义的遗传工程ꎮ广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另一种生物的细胞中去ꎬ并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达ꎮ２.基因工程的核心:构建重组ＤＮＡ分子ꎮ３.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ꎮ②功能:识别并切开每条链中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键ꎮ③特点:具有专一性ꎬ表现在以下两个方面ꎮａ.识别ＤＮＡ分子中某种特定的核苷酸序列ꎻｂ.使每一条链中特定位点的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开ꎮ④作用结果:产生粘性末端或平末端ꎮ(２)ＤＮＡ连接酶功能:将末端碱基互补的２个ＤＮＡ片段连接起来ꎮ(３)载体①最常用的载体———质粒实质:能够自主复制的双链环状ＤＮＡ分子ꎬ是一种特殊的遗传物质ꎬ在细菌中以独立于拟核之外的方式存在ꎮ②其他载体:λ噬菌体、植物病毒和动物病毒等ꎮ　　二、基因工程的三大操作工具１.限制性核酸内切酶(１)限制性核酸内切酶(限制酶)的作用限制酶切割时断开的是ＤＮＡ分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键)ꎬ而不是两条链之间的氢键ꎮ如图:(２)限制性核酸内切酶具有专一性ꎬ表现在两个方面:①识别双链ＤＮＡ分子中特定的核苷酸序列ꎮ②切割特定序列中的特定位点ꎮ如图:２.ＤＮＡ连接酶(１)ＤＮＡ连接酶的作用两个来源不同的ＤＮＡ用相同的限制性核酸内切酶切割ꎬ形成相同的粘性末端(或平末端)ꎮＤＮＡ连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成ꎬ将两个ＤＮＡ末端的缝隙“缝合”起来ꎮ如图:(２)几种易混淆酶的比较名称功能应用限制酶特异性地切断ＤＮＡ链中的磷酸二酯键重组ＤＮＡ技术ＤＮＡ连接酶连接ＤＮＡ片段之间的磷酸二酯键基因工程ＤＮＡ聚合酶连接ＤＮＡ片段与单个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键ＤＮＡ复制ＲＮＡ聚合酶连接ＲＮＡ片段与单个核糖核苷酸之间的磷酸二酯键ＲＮＡ复制和转录逆转录酶作用于磷酸二酯键以ＲＮＡ为模板获得ＤＮＡＤＮＡ解旋酶使碱基对之间的氢键断裂ＤＮＡ复制ＤＮＡ水解酶使ＤＮＡ分子所有磷酸二酯键断裂水解ＤＮＡ　　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ꎮ②有１个或多个限制性核酸内切酶切点ꎬ以便与外源基因连接ꎮ③具有某些标记基因ꎬ以便进行筛选ꎮ(２)载体的种类①细菌质粒ꎬ最常用大肠杆菌质粒ꎮ②λ噬菌体和某些动植物病毒ꎮ一般来说ꎬ天然的载体往往不能满足人们的所有要求ꎬ因此人们根据不同目的和需求ꎬ对某些天然的载体进行人工改建ꎮ(３)作用一是用它作为运载工具ꎬ将目的基因送到宿主细胞中去ꎻ二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制ꎮ　　(１)用限制酶切割ＤＮＡ分子时ꎬ破坏的是ＤＮＡ分子中的磷酸二酯键ꎮ(２)粘性末端是指ＤＮＡ分子被限制酶切开后ꎬ切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链ꎮ(３)质粒是基因工程中最常用的载体ꎮ大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒ꎬ质粒上面一般含几个到几百个基因ꎬ控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素合成等性状ꎮ􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题２９　基因工程１４１　　由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞ꎬ使细胞生有瘤状物ꎬ所以科学家培育转基因植物时ꎬ常常用土壤农杆菌中的质粒作载体ꎮ(４)细菌在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制ꎬ其限制性核酸内切酶可以识别和切割ＤＮＡ上的特定的碱基序列ꎬ降解外源ＤＮＡꎬ而其自身的ＤＮＡ并不受该核酸内切酶的作用ꎮ　　三、基因工程的基本操作步骤１.获得目的基因(１)目的基因:人们所需要的基因ꎮ如:人的胰岛素基因、植物的抗病基因等ꎮ(２)获取方法序列未知:从基因文库中获取序列已知化学方法合成聚合酶链式反应(ＰＣＲ)扩增{{２.形成重组ＤＮＡ分子一般用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体ＤＮＡ(如质粒)ꎬ使其产生相同的粘性末端(或平末端)ꎬ然后用ＤＮＡ连接酶将两者连接在一起ꎬ形成重组ＤＮＡ分子ꎮ３.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、酵母菌和动植物细胞等ꎮ４.筛选含有目的基因的受体细胞(１)筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了重组ＤＮＡ分子ꎮ(２)筛选方法举例:质粒上有抗生素如四环素的抗性基因ꎬ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生长ꎬ而没有接纳重组质粒的细胞在这种培养基上不能生长ꎬ这样就能筛选出含有重组ＤＮＡ分子的受体细胞ꎮ５.目的基因的表达目的基因在宿主细胞中表达ꎬ产生人们需要的功能物质ꎮ　　四、基因工程步骤分析１.基因工程基本操作“五步曲”(１)获得目的基因①序列未知:建立一个包括目的基因在内的基因文库ꎬ再从基因文库中获取ꎮ②序列已知:化学方法(如逆转录法)合成或者用ＰＣＲ扩增目的基因ꎮ③ＰＣＲ技术与ＤＮＡ复制的比较ＰＣＲ技术ＤＮＡ复制相同点原理ＤＮＡ双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件模板、酶、能量等不同点解旋方式ＤＮＡ在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制主要在细胞核内酶热稳定的ＤＮＡ聚合酶细胞内含有的ＤＮＡ聚合酶结果在短时间内形成大量的ＤＮＡ片段形成整个ＤＮＡ分子　　(２)形成重组ＤＮＡ分子①一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因ꎬ以获得相同的粘性末端(或平末端)ꎬ以利于形成重组ＤＮＡ分子ꎬ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粘性末端(或平末端)ꎮ②目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结构ꎬ影响转基因生物的正常生长ꎬ甚至死亡ꎮ③限制性核酸内切酶只识别ＤＮＡ分子中特定的核苷酸序列ꎬ对ＲＮＡ不起作用ꎮ④用ＤＮＡ连接酶连接时ꎬ可形成３种不同的连接物:目的基因—载体连接物、载体—载体连接物、目的基因—目的基因连接物ꎬ导入受体细胞后ꎬ可利用抗性基因的差异进行筛选ꎮ(３)将重组ＤＮＡ分子导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ｃａ２＋处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ｔｉ质粒的Ｔ－ＤＮＡ上→导入农杆菌→侵染植物细胞→目的基因稳定维持和表达将重组ＤＮＡ分子提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物用Ｃａ２＋处理细胞使之成为感受态细胞→重组ＤＮＡ分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收重组ＤＮＡ分子　　(４)筛选含有目的基因的受体细胞①原理:质粒上有抗生素抗性基因等标记基因ꎮ②方法:利用选择培养基筛选ꎮ③举例:所有受体细胞接种→含四环素培养基筛选→活的受体细胞　导入　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑培养↓　　重组ＤＮＡ分子(质粒上有四环素抗性基因)　含重组ＤＮＡ分子的受体细胞在实际应用中还有:ａ.检测受体细胞的ＤＮＡ上是否插入目的基因ꎬ利用ＤＮＡ分子杂交技术ꎬ目的基因ＤＮＡ一条链(作探针)与受体细胞中提取的ＤＮＡ杂交ꎬ看是否有杂交带ꎮｂ.检测是否转录出了ｍＲＮＡꎬ利用核酸分子杂交技术ꎬ目的基因ＤＮＡ一条链(作探针)与受体细胞中提取的ｍＲＮＡ杂交ꎬ看是否有杂交带ꎮ(５)目的基因的表达:看到目的性状或分离到目的基因表达产物①检测目的基因是否翻译成蛋白质ꎬ方法是从转基因生物中提取蛋白质ꎬ用相应的抗体进行抗原—抗体杂交ꎮ②个体生物学水平的鉴定:如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状ꎮ２.有关基因工程操作易错分析(１)基因文库中的基因保存在受体菌中ꎮ(２)原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少ꎬ有利于目的基因的复制与表达ꎬ因此常采用大肠杆菌等原核生物作􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１４２　　５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)为受体细胞ꎮ(３)植物细胞的全能性较高ꎬ可经植物组织培养过程成为完整植物体ꎬ因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞ꎻ动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵ꎮ(４)操作工具有三种ꎬ但常用工具酶有两种ꎬ载体不是酶ꎻ在基因工程操作步骤“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ꎬ目的是产生相同的粘性末端(或平末端)ꎻＤＮＡ连接酶只在“形成重组ＤＮＡ分子”操作中用到ꎮ(５)一般情况下ꎬ用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的ＤＮＡ片段ꎬ但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因ꎬ这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接ꎮ(６)标记基因的种类和作用:标记基因的作用———筛选、检测目的基因是否导入受体细胞ꎬ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ꎮ　　五、基因工程与遗传育种１.转基因植物培育优点ａ.所需时间较短ｂ.克服远缘亲本难以杂交的缺陷{２.转基因动物(１)含义:转入了外源基因的动物ꎮ(２)培育优点:省时、省力ꎮ　　六、基因工程与疾病治疗１.基因工程药物名称成分用途传统方法基因工程方法胰岛素蛋白质治疗胰岛素依赖型糖尿病从猪和羊的胰腺中提取通过大肠杆菌生产干扰素糖蛋白治疗病毒性肝炎和肿瘤从人血液中提取通过基因工程ꎬ使人白细胞干扰素基因获得克隆和表达乙型肝炎疫苗蛋白质预防乙型肝炎通过基因工程利用酵母菌和哺乳动物细胞生产　　２.基因诊断(１)方法:ＤＮＡ分子杂交法(即ＤＮＡ探针法)ꎬ该方法是根据碱基互补配对原则ꎬ把互补的双链ＤＮＡ解开ꎬ把单链的ＤＮＡ小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记ꎬ之后同被检测的ＤＮＡ中的同源互补序列杂交ꎬ从而检出所要查明的ＤＮＡ或基因ꎮ(２)步骤:抽取病人的组织或体液作为化验样品ꎻ将样品中的ＤＮＡ分离出来ꎻ用化学法或热处理法使样品ＤＮＡ解旋ꎻ将事先制作好的ＤＮＡ探针引入化验样品中ꎬ这些已知的经过标记的探针若能够在化验样品中找到互补链ꎬ则与之结合(杂交)在一起ꎬ找不到互补链的ＤＮＡ探针ꎬ则可以被洗脱ꎮ这样通过对遗留在样品中的标记过的ＤＮＡ探针进行基因分析ꎬ就能检出病人所得的病ꎮ３.基因治疗(１)原理:利用正常基因纠正或补偿基因的缺陷ꎬ即把正常基因导入患者体内ꎬ使该基因的表达产物发挥功能ꎬ从而达到治疗疾病的目的ꎮ(２)方法:有体外基因治疗和体内基因治疗ꎬ体外基因治疗方法疗效较好ꎮ如重度免疫缺陷症的体外基因治疗方法:体内基因治疗:用基因工程的方法ꎬ直接向人体组织细胞中转移基因ꎮ　　七、基因工程与生态环境保护１.利用转基因植物生产聚羟基烷酯ꎬ用于生产可降解的新型塑料ꎮ２.改造分解石油的细菌ꎬ提高其分解石油的能力ꎮ３.利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解有毒化合物和处理工业废水ꎮ􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋对应学生用书起始页码Ｐ２８３限制性核酸内切酶作用分析(科学思维)１.限制酶限制酶具有专一性ꎬ表现在两个方面:(１