（江苏专用）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基因工程的应用与蛋白质工程题型难度设题情境试题结构素养要素２０１９江苏单科，１６２基因工程技术单选易生物技术操作对遗传物质的改造问题并列分析与判断２０１９江苏单科，２９８基因工程的应用非选择中通过基因工程、动物细胞工程和胚胎移植技术培育转基因猪问题并列方案探讨２０１９江苏单科，３３８基因工程非选择难构建重组质粒问题递进演绎与推理２０１８江苏单科，３２８ＰＣＲ扩增、蛋白质合成非选择中利用基因工程大量制备α－淀粉酶问题并列生命观念、归纳与概括、图表分析２０１７江苏单科，３３８ＰＣＲ扩增非选择中ＭＴ基因的扩增问题递进结构与功能观、归纳与概括、模型分析２０１６江苏单科，３３９基因工程的基本工具非选择难以图表为载体问题递进分析与判断、模型与建模２０１５江苏单科，３２９基因工程的原理及技术非选择难利用工程菌生产人胰岛素问题递进结构与功能观、科学思维五年均分１０．４６题／５卷１题／５卷考频（基于５年江苏卷分析）常见考法（基于课程标准分析）命题规律与趋势０１考查内容１．本专题为高频考点，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。２．对基因工程内容多集中在对基因工程基本工具和ＰＣＲ的考查，以及基因表达载体的构建、相关的筛选、鉴定方法等方面。０２题型难度１．考查题型主要为非选择题。２．试题难度为中等偏难。０３关联考点１．本专题试题与融合植物细胞工程、动物细胞工程及胚胎工程进行综合考查，也有以基因工程基本操作为背景的单独考查。２．多以优良植物品种培育、特殊蛋白质制品的生产为背景考查基因工程的应用。０４核心素养１．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，体现了对科学素养、社会责任的考查。２．考生需具备的素养要素有分析与推断、审视或论证、演绎与推理等。０５命题规律１．结合最近几年的高考，预计２０２０年高考中考查的重点还会延续以往考向，特别是对基因工程的基本工具、构成基因表达载体与ＰＣＲ技术的综合性考查。２．本专题中的“蛋白质工程”将结合在基因工程中组题考查，可能是高考的新考向，也应该加以重视。３．对于学科核心素养的考查主要体现在生命观念、科学思维方面。０６备考建议１．熟记基因工程基本工具、基本操作程序、鉴定方法、蛋白质工程等基础知识，加强对基因表达载体图形的理解与应用。２．通过必要的题型训练，巩固基础知识、掌握解答本专题试题的解题方法，并进行归纳总结，以达到触类旁通之效。专题２６　基因工程１４９　　对应学生用书起始页码Ｐ２８６考点１基因工程的工具与操作程序　　一、基因工程的基本工具１．限制性核酸内切酶（限制酶）和ＤＮＡ连接酶限制性核酸内切酶（分子手术刀）ＤＮＡ连接酶（分子针线）区别来源大多来自原核生物Ｅ·ｃｏｌｉＤＮＡ连接酶来自大肠杆菌，Ｔ４ＤＮＡ连接酶来自Ｔ４噬菌体作用识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割ＤＮＡ分子把两条ＤＮＡ末端之间的缝隙“缝合”起来实质使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开使ＤＮＡ片段之间形成磷酸二酯键结果形成黏性末端或平末端形成重组ＤＮＡ分子联系（１）都作用于磷酸二酯键，但作用相反；（２）ＤＮＡ连接酶与限制性核酸内切酶（限制酶）的关系　　２．载体（即运载体）（分子运输车）（１）常用载体：质粒、噬菌体、动、植物病毒。（２）必备条件①能在受体细胞中复制并稳定保存；②具有一至多个限制酶切割位点，供外源ＤＮＡ片段插入；③具有标记基因，供重组ＤＮＡ的鉴定和选择。（３）作用①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。　　二、基因工程的操作程序１．获取目的基因（１）直接分离法：直接从生物基因组中分离目的基因。基因文库类型基因组文库部分基因文库（ｃＤＮＡ文库）构建基因文库的过程某生物内全部ＤＮＡ　　限制酶↓许多ＤＮＡ片段与载体连接导入↓受体菌群体某种生物某个时期的ｍＲＮＡ　　逆转录↓ｃＤＮＡ与载体连接导入↓受体菌群体文库大小及包含的基因多少文库大，包含了某种生物的全部基因文库小，包含了某种生物的部分基因　　（２）人工合成化学合成法：针对已知核苷酸序列的较小基因反转录法：以ＲＮＡ为模板，在逆转录酶的作用下人工合成{（３）利用ＰＣＲ扩增：有选择地大量扩增目的基因或序列。①ＰＣＲ技术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。②原理：ＤＮＡ复制。③需要条件：模板ＤＮＡ、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定ＤＮＡ聚合酶（Ｔａｑ聚合酶）、离子、ＰＣＲ扩增仪。④方法：ＤＮＡ受热变性解旋为单链、冷却后ＲＮＡ引物与单链相应互补序列结合、在ＤＮＡ聚合酶作用下延伸合成互补链。⑤特点：呈指数式扩增。⑥过程：在９４℃高温下ＤＮＡ解旋→冷却到４０～６０℃，引物结合到互补ＤＮＡ链→温度回升到７２℃左右，热稳定ＤＮＡ聚合酶的最适反应温度，从引物起始进行互补链的合成。⑦结果：形成大量的目的基因。子代ＤＮＡ总数２ｎ２个４个８个只含引物Ⅰ的ＤＮＡ占１／２ｎ１个１个１个只含引物Ⅱ的ＤＮＡ占１／２ｎ１个１个１个同时含引物Ⅰ和引物Ⅱ的占ＤＮＡ（２ｎ－２）／２ｎ０个２个６个含引物Ⅰ的ＤＮＡ占（２ｎ－１）／２ｎ１个３个７个含引物Ⅱ的ＤＮＡ占（２ｎ－１）／２ｎ１个３个７个　　⑧ＰＣＲ技术和ＤＮＡ分子复制的比较ＰＣＲ技术ＤＮＡ分子复制模板相同，均以ＤＮＡ分子双链为模板原料四种游离的脱氧核苷酸或ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＡＴＰ、ｄＴＴＰ四种游离的脱氧核苷酸解旋过程高温（９４℃），不需要酶常温，需要解旋酶ＤＮＡ聚合酶热稳定ＤＮＡ聚合酶（Ｔａｑ聚合酶），最适温度（７２℃左右）普通ＤＮＡ聚合酶，高温失活引物需要不需要　　２．基因表达载体的构建（制备重组ＤＮＡ分子）（１）形成过程􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１５０　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）　　（２）基因表达载体的组成及作用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显微注射法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→整合到受体细胞的染色体ＤＮＡ上→表达目的基因表达载体提纯→取受精卵→显微注射→受精卵移植→新性状动物首先用Ｃａ２＋处理大肠杆菌细胞，使细胞壁的通透性增大，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。其次是将重组表达载体ＤＮＡ分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收ＤＮＡ分子，完成转化过程　　４．目的基因的检测和表达类型步骤检测内容方法结果分子检测第一步目的基因是否进入受体细胞ＤＮＡ分子杂交技术（ＤＮＡ和ＤＮＡ之间）第二步目的基因是否转录出信使ＲＮＡ分子杂交技术（ＤＮＡ和ＲＮＡ之间）第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原—抗体杂交技术是否成功显示出杂交带个体水平检测包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性比较，以确定功能是否相同等　　巧记基因工程操作程序中的“三、一、三、四”　　（１）构建基因文库时，是否需要限制性核酸内切酶和ＤＮＡ连接酶？为什么？提示：需要。因为基因文库中不是直接保管相应基因的，基因文库中的基因是保存在受体菌中的。（２）在构建基因表达载体时，获取目的基因和切割载体，只能使用同一种限制性核酸内切酶切割吗？为什么？　　提示：不是。也可使用能切出相同黏性末端的不同限制性核酸内切酶，这种切割的目的是让目的基因和运载体产生相同的黏性末端，便于二者的连接。（３）构建基因表达载体时，目的基因的插入点并不是随意的，需要插入在哪个部位？为什么？提示：目的基因需要插在启动子和终止子之间，因为基因表达需要启动子和终止子的调控。（４）启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子。它们分布在哪些物质中？提示：①启动子在ＤＮＡ分子中，而起始密码子在ｍＲＮＡ中。②终止子在ＤＮＡ分子中，而终止密码子在ｍＲＮＡ中。考点２基因工程的应用与蛋白质工程　　一、基因工程的应用１．植物基因工程的应用外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物　抗虫基因：Ｂｔ毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物　（１）抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因；（２）抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物　抗逆基因：调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米改良品质的转基因植物　　优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐贮存番茄、新花色矮牵牛　　２．动物基因工程的应用外源基因类型及举例成果举例提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题２６　基因工程１５１　　　　（１）用基因工程生产的药品，从经学成分上分析都应该是蛋白质类。（２）动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，不是为产生体型巨大的个体。（３）并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作。　　３．基因治疗与基因诊断基因治疗基因诊断原理基因重组及基因表达ＤＮＡ分子杂交方法将正常基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，以达到治疗的目的制作特定ＤＮＡ探针与病人样品ＤＮＡ混合，根据碱基互补配对原则，分析杂交带情况进展临床试验临床应用　　二、比较法区分蛋白质工程与基因工程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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成ＤＮＡ→表达出蛋白质获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的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，以获得人类所需的生物类型或生物产品（基因的异体表达）结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界中已有的蛋白质联系①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②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造　　三、转基因生物的安全性及伦理问题１．转基因生物存在安全性问题的原因（１）目前对基因的结构、基因间的相互作用、调控机制都了解得相当有限。（２）目的基因往往是异种生物的基因。（３）外源基因插入宿主基因组的部位是随机的。２．转基因生物可能引发的安全性问题主要表现方面内容食物安全问题①出现滞后效应；②出现新的过敏原；③营养成分改变；④侵犯宗教信仰或素食者的权益等生物安全问题①通过基因重组产生“超级杂草”；②成为“入侵的外来物种”，威胁其他生物生存；③重组出对人类或其他生物有害的病原体；④转基因植物的花粉中含有的毒蛋白或过敏蛋白可通过食物链的传递，最后进入其他动物和人体内环境安全问题①打破自然物种的原有界限，破坏生态系统稳定性；②可能会对人类生活环境造成二次污染等　　３．理性对待转基因技术：趋利避害，不能因噎废食。　　（１）什么是“工程菌”？提示：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系，一般称为“工程菌”。（２）蛋白