版高考生物讲练一轮复习讲 核心考点全突破 选修31 基因工程 含答案.docx

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版高考生物讲练一轮复习讲核心考点全突破选修31基因工程含答案

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讲核心考点·全突破

考点一　基因工程的工具

1.与DNA有关的四种酶：

比较

项目

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用

底物

DNA分子

DNA分

子片段

脱氧核苷酸

DNA分子

作用

部位

磷酸二酯键

磷酸二酯键

磷酸二酯键

碱基对

间的氢键

形成

产物

黏性末端

或平末端

形成重组

DNA分子

新的

DNA分子

形成单

链DNA

2.限制酶：

（1）识别序列的特点：

呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如

，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；

以

为轴，两侧碱基互补对称。

（2）切割后末端的种类：

3.限制酶和DNA连接酶的作用关系：

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。

（2）原核生物限制酶不切割自身DNA的原因是不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

（3）DNA连接酶起作用时，不需要模板，但DNA聚合酶起作用时需要模板。

4.载体：

（1）条件与目的：

条　件

目　的

稳定并能复制

目的基因稳定存在且数量可扩大

有一个至多个

限制酶切割位点

可携带多个或多种外源基因

具有特殊的标记基因

便于重组DNA的鉴定和选择

（2）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。

【高考警示】

　　　　　基因工程操作基本工具的五个易错点

（1）在切割目的基因和载体时一般要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。

（2）将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。

（3）不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（4）限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。

（5）基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。

基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。

【典例】（2018·全国卷Ⅰ）回答下列问题：

（1）博耶（H.Boyer）和科恩（S.Cohen）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。

该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了____________________________________（答出两点即可）。

（2）体外重组的质粒可通过Ca2+参与的_________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与_______________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞，在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是_______________。

（3）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。

为防止蛋白质被降解，在实验中应选用________________的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加_____________________的抑制剂。

【解析】

（1）体外重组的质粒进入受体细胞才能使子代细胞具有目的基因，故体外重组的质粒，必须可以进入受体细胞。

目的基因是具有遗传效应的DNA片段，必须可在原核细胞中表达才能使受体细胞获得新性状。

（2）外源基因导入微生物受体细胞的方法是先用Ca2+处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，然后让重组表达载体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。

噬菌体属于专门侵染细菌的病毒，而心肌细胞和叶肉细胞均属于真核细胞，故可作为重组噬菌体宿主细胞的是细菌。

（3）由于大肠杆菌细胞内含有可以分解目的基因表达的蛋白质的酶，故实验中需要选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌，蛋白质纯化时需要抑制蛋白酶的活性。

答案：

（1）体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达　

（2）转化　外壳蛋白（或噬菌体蛋白）　细菌　（3）蛋白酶缺陷型　蛋白酶

（1）载体上的标记基因一般是抗生素抗性基因。

受体细胞应没有（填“有”或“没有”）抵抗相关抗生素的能力。

（2）题中能否把核糖体蛋白基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上？

为什么？

提示：

不能。

如果把核糖体蛋白基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，由于细胞分裂可能导致核糖体蛋白基因丢失，无法稳定遗传。

（2016·全国卷Ⅲ）图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图（b）为某种表达载体的示意图（载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的）。

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_________酶切后的产物连接，理由是____ _____________________________________________。

（2）若某人利用图（b）所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图（c）所示。

这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_______，不能表达的原因是____ ____________________________。

（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________________和_____________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_________。

【解题指南】

（1）图示信息：

图（a）中三种酶的识别序列，图（b）中终止子、启动子、图c中目的基因的插入位置。

（2）关键知识：

只有两种限制性核酸内切酶剪切时识别的序列相同时，才能被DNA连接酶连接；启动子是启动目的基因转录的，终止子终止转录过程，插入二者之间的目的基因才能正常表达。

【解析】本题主要考查限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用及基因表达载体的构建。

（1）BamHⅠ和Sau3AⅠ的共同识别序列是—GATC—，二者切割形成的黏性末端相同，可以被DNA连接酶连接。

（2）在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的前端，终止子应位于目的基因的后端，这样目的基因才能顺利地转录并完成翻译过程，即顺利表达，图中所示甲、丙均不符。

（3）常见的DNA连接酶有T4DNA连接酶和E·coliDNA连接酶，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。

答案：

（1）Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（2）甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录（其他合理答案亦可）

（3）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

限制酶的选择技巧

（1）根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类。

①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。

②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。

（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类。

①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。

②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制原点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。

③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点）。

【加固训练】

1.（2016·全国卷Ⅰ）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。

有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。

被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

回答下列问题：

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______________

________（答出两点即可）。

而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是____________；

并且_________和____________________的细胞也是不能区分的，其原因是___________________________________。

在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_____________的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_________。

【解题指南】解答本题的关键有两点：

（1）理解基因工程中载体的特点。

（2）熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。

【解析】本题考查基因工程的相关知识。

（1）质粒被选为基因工程的载体是因为：

具有一个或多个限制酶切点；具有自我复制能力；带有标记基因；对宿主细胞无害。

（2）未被转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，故这两种不可区分。

含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长，这两种也不可区分。

因目的基因插入位点在四环素抗性基因上，四环素抗性基因被破坏，在获得的单个菌落中各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上，不能生长的为要筛选的菌落，即含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

（3）噬菌体营寄生生活，能利用宿主细胞内的原料和场所进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。

答案：

（1）能自我复制、具有标记基因

（2）二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒（或含有重组质粒）　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长

四环素　（3）受体细胞

2.利用基因工程技术培育转基因抗冻番茄，该过程需要用多种限制酶，如图依次表示EcoRⅠ、SmaⅠ、NaeⅠ三种限制酶的识别序列及切割位点， 

请回答：

（1）上述限制酶在特定位点切割DNA，其实质是断开DNA分子每条链中特定部位的两个核苷酸之间的_________，切割后产生了_________末端。

（2）利用EcoRⅠ和NaeⅠ酶切得到某种鱼的抗冻蛋白基因，可与被EcoRⅠ和SamⅠ酶切后的质粒连接成重组质粒，原因是____________________________。

（3）重组质粒导入番茄后，欲检测抗冻蛋白基因是否转录出mRNA，需利用_________作探针。

（4）利用抗冻蛋白制备出相应的_________，然后进行抗原—抗体杂交，观察到杂交带出现，尚不足以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。

因此，还应将转基因番茄_________，以确定其耐寒能力是否提高。

【解析】

（1）限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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，产生黏性末端和平末端。

（2）EcoRⅠ酶切出黏性末端，SmaⅠ和NaeⅠ酶切出平末端，利用EcoRⅠ和NaeⅠ酶切得到某种鱼的抗冻蛋白基因，可与被EcoRⅠ和SmaⅠ酶切后的质粒连接成重组质粒，原因是相同的黏性末端之间可以连接，且不同的平末端之间也可以连接。

（3）欲检测目的基因是否转录出mRNA，需利用标记的含有目的基因的DNA片段作探针，进行核酸分子杂交，若出现杂交带，说明目的基因转录出了mRNA。

（4）利用抗冻蛋白制备出相应的抗体，然后进行抗原—抗体杂交，观察到杂交带出现，尚不足以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。

因此还应进行个体生物学水平的鉴定，将转基因番茄置于寒冷环境中培养，以确定其耐寒能力是否提高。

答案：

（1）磷酸二酯键　黏性末端和平

（2）相同的黏性末端之间可以连接，且不同的平末端之间也可以连接

（3）标记的含有目的基因的DNA片段（或“标记的抗冻蛋白基因”或“标记的含有目的基因的DNA单链”）

（4）抗体　置于寒冷环境中培养（或进行个体水平检测或进行抗冻实验） 

考点二　基因工程的基本操作程序

1.目的基因的提取：

2.基因表达载体的构建：

（1）基因表达载体的组成及作用：

（2）基因表达载体的构建过程：

3.将目的基因导入受体细胞：

生物种类

植　物

动　物

微生物

常用方法

农杆菌转化法

显微注射技术

感受态细胞法

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→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达

将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

4.目的基因的检测与鉴定：

【高考警示】

基因工程操作程序易错点剖析

（1）基因表达载体≠载体：

基因表达载体与载体相比增加了目的基因。

（2）目的基因的插入位点不是随意的：

基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入启动子内部，启动子将失去原功能。

（3）启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子：

启动子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译的启动和终止。

（4）切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。

如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。

【典例】（2019·全国卷Ⅰ）基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。

回答下列问题。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。

基因文库包括___________和_________。

（2）生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是___________。

在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是_________。

上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的___________。

（3）目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_____________________。

【解析】

（1）基因文库包括基因组文库和部分基因文库（cDNA文库），前者包括一种生物的全部基因，后者只包括一种生物的部分基因。

（2）体内进行DNA复制时，需要解旋酶和DNA聚合酶，解旋酶可以打开双链之间的氢键，DNA聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。

在体外进行PCR扩增时，利用高温变性即加热至90～95℃，破坏双链之间的氢键，使DNA成为单链。

解旋酶和高温处理都破坏了DNA双链中碱基对之间的氢键。

（3）由于在PCR过程中，需要不断地改变温度，该过程中涉及较高温度处理，大肠杆菌DNA聚合酶在高温处理下会变性失活，因此PCR过程中需要用耐高温的Taq酶催化。

答案：

（1）基因组文库　cDNA文库　

（2）解旋酶　加热至90～95℃　氢键　（3）Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活

（2018·全国卷Ⅱ）某种荧光蛋白（GFP）在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。

某科研团队将某种病毒的外壳蛋白（L1）基因连接在GFP基因的5′末端，获得了L1-GFP融合基因（简称为甲），并将其插入质粒P0，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1～E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。

回答下列问题：

（1）据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶是___________。

使用这两种酶进行酶切是为了保证_________，也是为了保证_______________。

（2）将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了___________和_____________过程。

（3）为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：

将能够产生绿色荧光细胞的_______________移入牛的________________中、体外培养、胚胎移植等。

（4）为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的_________（填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”）作为PCR模板。

【解析】

（1）将甲插入质粒P0时，为了保证甲（L1-GFP融合基因）的完整性，应该选择E1和E4两种酶切割，并且把目的基因插入启动子和终止子之间，从而使其能在受体细胞中表达。

（2）在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光表明基因已表达，而基因的表达包括转录和翻译两个过程。

（3）由（4）题意可知，获得含有L1-GFP融合基因（甲）的牛为克隆牛，需要用核移植技术，即将能够产生绿色荧光细胞的细胞核移入去核卵母细胞中。

（4）检测甲是否存在于牛的不同组织细胞中，可以采用PCR技术扩增，再用DNA分子杂交技术来检测，PCR技术中模板是DNA，并不是RNA。

答案：

（1）E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接

（2）转录　翻译

（3）细胞核　去核卵母细胞　（4）核DNA

“三三一一法”解决基因工程基本操作程序问题

三辨：

分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。

在切割目的基因和载体时，一般用同一种限制酶切割，也可用不同的限制酶切割。

三找：

找出标记基因、目的基因及其插入位点。

一般来说，质粒中至少有一个标记基因，如抗生素抗性基因。

明确目的基因的插入位点是在标记基因内部，还是在标记基因之外。

一析：

分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。

如果质粒中有一个标记基因，插入目的基因后不能破坏标记基因；如果质粒中有两个标记基因，则需看标记基因中是否有插入位点，如果某一标记基因中有插入位点，则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。

一判：

判断目的基因是否导入受体细胞的方法。

一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。

【加固训练】

1.（2017·全国卷Ⅰ）真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。

已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。

回答下列问题：

（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是____________________________________。

（2）若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用___________________作为载体，其原因是____________________________。

（3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。

因为与家蚕相比，大肠杆菌具有_____________________（答出两点即可）等优点。

（4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是_____________

______（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导。

如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_____________________。

【解析】本题主要考查了基因工程的相关知识。

（1）人体基因A有内含子，将获得的基因A导入大肠杆菌中，经过转录得到含有内含子的mRNA，因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。

内含子部分对应的mRNA序列阻断了蛋白A的合成。

（2）若用家蚕作为表达基因A的受体，选用昆虫病毒作为载体，不选用噬菌体作载体的原因是噬菌体的宿主细胞是细菌，噬菌体不能侵染家蚕。

（3）大肠杆菌是原核生物，原核生物作为受体细胞，有以下优点：

结构简单、繁殖速度快、容易培养等。

（4）要检测基因A是否翻译出蛋白A，最准确的方法是利用蛋白A的抗体，因抗体具有特异性，一种抗体只能与特定的蛋白质结合，可根据蛋白A抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白A。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的DNA转移到了另一种生物个体中，并表达合成了相应的蛋白质。

答案：

（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A

（2）噬菌体　噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕

（3）繁殖快，容易培养

（4）蛋白A的抗体

（5）DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

2.（2017·全国卷Ⅱ）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。

通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。

回答下列问题：

（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是__________________________。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是__________________________。

（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是 __________________________。

（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是____________________________________（答出两点即可）。

（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是_____________。

（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是____________________________________。

【解析】

（1）嫩叶相对于老叶，细胞壁较薄，较易破碎，容易提取几丁质酶的mRNA；由于RNA酶可降解RNA，提取RNA时，提取液中应添加RNA酶抑制剂，以防止所提取的RNA降解。

（2）以mRNA为模板、4种脱氧核苷酸为原料，在逆转录酶的作用下，按照碱基互补配对原则，mRNA可通过逆转录合成cDNA。

（3）目的基因中缺乏表达所需要的复制原点、启动子等，而质粒载体中含有，为了使目的基因在受体细胞中表达，应将目的基因与质粒载体形成重组质粒，导入受体细胞。

（4）DNA连接酶可将同种限制酶切割产生的末端连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（5）几丁质酶基因整合到植物基因组中，但植物抗真菌病的能力没有提高，说明几丁质酶基因在植物细胞中未表达。

依据中心法则可知，基因表达包括转录和翻译两个过程，可能是目的基因的转录或翻译过