（北京专用）2020届高考生物一轮复习 专题26 基因工程教师用书（PDF，含解析）

第十一单元　现代生物科技专题专题２６　基因工程真题多维细目表真题涉分考点基因工程的工具与操作程序ＰＣＲ技术及基因工程的应用题型难度设题情境试题结构素养要素２０１９北京ꎬ４６基因工程的操作程序选择中原型情境的实验探究问题并列科学思维、科学探究２０１８北京ꎬ５/３０(２)６/２限制性核酸内切酶/ＰＣＲ产物电泳结果选择/非选择中原型情境的基础判断、陌生情境的实验探究问题并列、从个体水平到分子水平逐级深入分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１７北京ꎬ５/３０(２)６/２基因工程/ＰＣＲ产物电泳结果选择/非选择中原型情境的基础判断、陌生情境的实验探究问题并列分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１６北京ꎬ３１(３)４ＰＣＲ技术非选择中陌生情境的实验探究从个体水平到分子水平逐级深入分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１５北京ꎬ５６筛选导入目的基因的细胞选择易原型情境的基础判断问题并列分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１４北京ꎬ２９(１)/３１(１)２/４ＰＣＲ引物/基因工程非选择中/易原型情境的基础判断、陌生情境的实验探究从个体水平到分子水平逐级深入分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１３北京ꎬ５/３０(１)６/８ＰＣＲ原理/基因工程选择/非选择中/易原型情境的基础判断、陌生情境的实验探究从细胞水平到分子水平逐级深入分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１２北京ꎬ５６基因工程选择中原型情境的基础判断问题并列分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究２０１１北京ꎬ３１(５)(６)８基因工程ＰＣＲ引物非选择中陌生情境的实验探究逐级深入分子水平的结构与功能观、科学思维、科学探究十年均分６.６考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容１.本专题为高频考点ꎬ近几年每年都有涉及ꎮ集中在对基因工程的基本工具和步骤以及ＰＣＲ的考查ꎮ２.高考对本专题的考查涉及基因工程基本工具、基本操作程序、基因工程的应用及蛋白质工程等知识ꎮ对基因工程基本操作程序的考频较高ꎮ０２题型难度１.题型中选择题、非选择题均有ꎮ２.纵观近几年高考试题ꎬ高考对本专题的考查难度多为中等ꎬ对基础知识掌握的要求提高ꎮ０３关联考点１.本专题试题通常融合植物细胞工程、动物细胞工程及胚胎工程综合考查ꎬ也有以基因工程基本操作为背景的单独考查ꎮ２.试题多以优良植物品种培育、特殊蛋白质制品的生产为背景ꎬ综合考查基因工程的应用ꎮ０４核心素养试题通过基因工程基本操作程序、蛋白质工程应用分析等形式ꎬ体现了对科学素养、社会责任的考查ꎮ专题２６　基因工程１４１　　对应学生用书起始页码Ｐ２７９考点１基因工程的工具与操作程序　　一、基因工程的工具１.限制性核酸内切酶(限制酶)(１)存在:主要在原核生物中ꎮ(２)作用:识别双链ＤＮＡ分子的某种特定核苷酸序列ꎬ并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ꎮ(３)形成末　端类型在识别序列中心轴线两侧切开→黏性末端在识别序列中心轴线处切开→平末端{２.ＤＮＡ连接酶(１)作用:将双链ＤＮＡ片段“缝合”起来ꎬ恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键ꎮ(２)常见的ＤＮＡ连接酶种类Ｅ􀅰ｃｏｌｉＤＮＡ连接酶Ｔ４ＤＮＡ连接酶来源大肠杆菌Ｔ４噬菌体特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合”　　３.载体(１)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存ꎻ具有启动子、终止子ꎻ具有一至多个限制酶切割位点ꎻ具有标记基因ꎮ(２)种类最常用:质粒其他:λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等{(３)作用:携带外源ＤＮＡ片段进入受体细胞ꎮ(４)特点:可在受体细胞中进行自我复制或整合到染色体ＤＮＡ上ꎬ随染色体ＤＮＡ进行同步复制ꎮ二、基因工程的基本操作程序１.获取目的基因(１)目的基因:主要指编码蛋白质的基因ꎬ也可以是一些具∙调控作用的因子∙∙∙∙∙∙∙ꎮ(２)方法从基因文库中获取人工合成利用ｍＲＮＡ反转录合成通过ＤＮＡ合成仪用化学方法人工合成{通过设计特定的引物ꎬ利用ＰＣＲ技术获取目的基因ìîíïïïïï２.基因表达载体的构建———基因工程的核心(１)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在ꎬ并且可以遗传给下一代ꎬ同时ꎬ使目的基因能够表达和发挥作用ꎮ(２)基因表达载体的组成基因表达载体启动子:ＲＮＡ聚合酶识别和结合的部位ꎬ驱动基因转录目的基因终止子:ＲＮＡ聚合酶脱离部位ꎬ终止转录标记基因:作用为鉴别受体细胞中是否含有目的基因(３)构建过程３.将目的基因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、基因枪法、花粉管通道法显微注射法Ｃａ２＋参与的转化法主要受体细胞体细胞受精卵原核细胞　　４.目的基因的检测与鉴定　　如何构建基因文库?[提示]　考点２ＰＣＲ技术及基因工程的应用　　一、ＰＣＲ技术———聚合酶链式反应１.原理:ＤＮＡ双链复制ꎮ２.ＰＣＲ反应过程过程说明图解变性当体系温度上升到９０℃以上时ꎬ双链ＤＮＡ解聚为单链􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１４２　　５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)续表过程说明图解复性温度降到５０℃左右ꎬ两种引物通过碱基互补配对与两条单链ＤＮＡ结合延伸温度上升到７２℃左右时ꎬ在Ｔａｑ酶的作用下ꎬＤＮＡ新链由５′端向３′端延伸　　３.ＰＣＲ技术操作的一般过程(１)配制ＰＣＲ反应体系１０×扩增缓冲液１０μＬ４种ｄＮＴＰ混合物(终浓度)各１００~２５０μｍｏｌ/Ｌ引物(终浓度)各５~２０μｍｏｌ/Ｌ模板ＤＮＡ０.１~２μｇＴａｑ酶５~１０ＵＭｇ２＋(终浓度)１~３ｍｍｏｌ/Ｌ补加双蒸水１００μＬ　　(２)设定并运行反应程序(３)ＰＣＲ产物的检测———琼脂糖凝胶电泳技术ꎮ二、基因工程的应用与蛋白质工程１.动物基因工程与植物基因工程的应用实例(１)动物基因工程:用于提高动物生长速度从而提高产品产量ꎻ用于改善畜产品品质ꎻ用转基因动物生产药物ꎻ用转基因动物作器官移植的供体等ꎮ(２)植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物ꎻ利用转基因改良植物的品质ꎮ２.基因诊断与基因治疗(１)基因诊断:又称为ＤＮＡ诊断ꎬ是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体ꎮ　　(２)基因治疗①概念:把正常基因导入病人体内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ꎮ②成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中ꎬ使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶ꎬ然后ꎬ再将这种淋巴细胞转入患者体内ꎬ从而治疗复合型免疫缺陷症ꎮ③类型体外基因治疗→从病人体内获得某种细胞ꎬ在体外完成基因转移ꎬ再输回患者体内体内基因治疗→直接向人体组织细胞中转移基因３.蛋白质工程(１)蛋白质工程的概念　　　基础　→蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系手段　→基因修饰或基因合成目的　→合成满足人类生产和生活需求的蛋白质　　概　念　　(２)基本流程预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列　　为什么ＰＣＲ过程中ꎬ到第三个循环才出现目标片段?[提示]　如图所示:􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题２６　基因工程１４３　　对应学生用书起始页码Ｐ２８１一　辨认、比较基因工程的基本术语(科学思维)１.与ＤＮＡ有关的几种酶名称作用作用部位作用结果参与过程限制酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列磷酸二酯键形成黏性末端或平末端ＤＮＡ连接酶连接两个ＤＮＡ片段磷酸二酯键形成重组ＤＮＡ分子基因工程ＤＮＡ聚合酶在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸　磷酸二酯键形成新的ＤＮＡ分子ＤＮＡ复制解旋酶使碱基间氢键断裂碱基间氢键形成脱氧核苷酸链ＤＮＡ复制逆转录酶以ＲＮＡ为模板合成ＤＮＡ磷酸二酯键形成新的ＤＮＡ分子反转录、基因工程　　２.蛋白质工程与基因工程的比较与判断(１)二者的比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→得到转基因生物→目的基因检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性ꎬ以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程ꎬ因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质ꎬ必须通过基因修饰或基因合成实现　　(２)二者的判断方法①根据对基因的操作方法如果仅将基因用限制酶从ＤＮＡ片段中切割下来ꎬ没有对编码蛋白序列进行修饰、加工ꎬ或仅对其调控序列进行加工ꎬ则属于基因工程ꎻ如果将目的基因进行了一些实质性的改造ꎬ如对编码蛋白序列进行了碱基对替换或增添或去除ꎬ则属于蛋白质工程ꎮ②根据目的基因的合成方式基因工程和蛋白质工程都可以反转录合成目的基因ꎬ或根据蛋白质的氨基酸序列先合成ｍＲＮＡꎬ再合成目的基因ꎮ如果合成时ｍＲＮＡ或氨基酸序列没有经过改造ꎬ则为基因工程ꎻ如果ｍＲＮＡ或氨基酸序列经过了改造、ｍＲＮＡ或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的ꎬ则为蛋白质工程ꎮ③根据合成的蛋白质种类如果合成的蛋白质是天然蛋白质ꎬ则是基因工程ꎻ如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异ꎬ甚至是自然界中没有的ꎬ则为蛋白质工程ꎮ１.基因文库中不是直接保管相应基因ꎬ而是将基因保存在受体菌中ꎮ２.获取目的基因和切割载体时ꎬ经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)ꎬ目的是产生相同的黏性末端或平末端ꎮ(１)限制性核酸内切酶主要切割外源ＤＮＡꎬ对自身的ＤＮＡ不起作用ꎬ具有自身保护的特点ꎮ(２)在基因工程中被同一种限制性核酸内切酶切割的目的基因和载体ꎬ具有相同的末端ꎬ将它们的末端连接起来ꎬ就可以形成重组ＤＮＡ分子ꎮ形成重组ＤＮＡ分子需要ＤＮＡ连接酶ꎬ而且这是基因工程中构建重组载体的必要环节ꎮ(３)质粒ＤＮＡ分子上限制性核酸内切酶切割位点的选择ꎬ必须保证至少有一个标记基因是完整的ꎬ如果标记基因全部被切开则不便于鉴定与选择ꎮ(４)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将连接物导入受体细胞后ꎬ可利用抗性基因的差异进行筛选ꎮ(５)ＤＮＡ连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键ꎬ而不是两条链之间互补配对碱基之间的氢键ꎮ它与限制性核酸内切酶的作用是相反的ꎬ二者的关系可用下图表示:３.目的基因的插入位点不是随意的ꎮ基因表达需要启动子与终止子的调控ꎬ所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位ꎮ４.启动子≠起始密码子ꎬ终止子≠终止密码子(１)启动子在ＤＮＡ分子中ꎬ而起始密码子在ｍＲＮＡ中ꎮ(２)终止子在ＤＮＡ分子中ꎬ而终止密码子在ｍＲＮＡ中ꎮ据图所示ꎬ有关工具酶功能的叙述不正确的是(　　)　　Ａ.限制性核酸内切酶可以切断ａ处Ｂ.ＤＮＡ聚合酶可以连接ａ处Ｃ.解旋酶可以使ｂ处解开􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１４４　　５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)Ｄ.ＤＮＡ连接酶可以连接ｃ处思路导引　思路分析题图ꎬ确定字母所代表的含义明确限制酶、ＤＮＡ聚合酶、ＤＮＡ连接酶及解旋酶的作用位置解析　限制性核酸内切酶能够识别双链ＤＮＡ分子的某种特定的核苷酸序列ꎬ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ꎬＡ项正确ꎻＤＮＡ聚合酶可将游离的单个脱氧核苷酸加到正在合成的ＤＮＡ子链上ꎬ形成磷酸二酯键ꎬＢ项正确ꎻｂ处表示氢键ꎬ解旋酶可以使氢键断开ꎬＣ项正确ꎻＤＮＡ连接酶能将两个ＤＮＡ片段连接起来ꎬ使它们之间形成磷酸二酯键ꎬ但不能连接ｃ处的化学键ꎬＤ项错误ꎮ答案　Ｄ１