第55课时 基因工程的基本工具和基本操作程序-【红对勾讲与练·讲义】2026年高考生物大一轮复习全新方案基础版(单选版)

294红对购构·讲与练·高三生物·基础版 C.普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体 下列叙述正确的是 D.生产中对提供精子的波尔公山羊无须筛选 A.经胚胎移植产生的后代与受体均保持一致 5.(2023·天津卷)多种方法获得的早期胚胎，均 B.①需获得MⅡ期的去核卵母细胞 需移植给受体才能获得后代。下图列举了几项 C②能大幅改良动物性状 技术成果。 D.③可通过②技术实现扩大化生产，①②可通 ①试管动物（如：高产试管奶牛） 过③技术实现性状改良 早期胚胎移植受体」 胚胎 子宫 →②克隆动物（如：克隆猴） 》温馨提示 ③转基因动物（如：乳汁中含人干 扰素的山羊) 学习至此，请完成训练54 第55课时 基因工程的基本工具和基本操作程序 1.概述基因工程是在微生物学、生物化学和分子生物学等学科的基础上发展起来的。2.阐明重组 DNA技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。3.阐明基因工程的 课标 基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目 解读 的基因及其表达产物的检测与鉴定等步骤。4.DNA的粗提取与鉴定实验。5.利用聚合酶链式反应 (PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。 考点一 重组DNA技术的基本工具 梳理>必备知识 (2)DNA连接酶 ①作用：将限制酶切割下来的DNA片段 1.基因工程的概念 ,恢复被限制酶切开的 概念 磷酸二酯键 操作 分子水平 水平 原理基因重组 AATT 创造出更符 按照 CTTAAG 合人们需要 手段 通过 等 的新的 目的 技术，赋予生物 ②类型 和 新的遗传特性 常用类型E.coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 操作 克服远缘杂交不 生物体外 环境 优点亲和的障碍，定向 来源 T4噬菌体 改造生物的 都可以缝合 ,但E.coli DNA 与杂交育种相比 特点 连接酶连接具有平末端的DNA片段的 与诱变育种相比 效率要远远低于T4DNA连接酶 2.基因工程的基本工具 (1)限制性内切核酸酶（限制酶） (3)载体 存 ①作用：携带 进人受体细胞。 主要存在于原核生物中 ②种类：质粒、噬菌体、动植物病毒等。 识别双链DNA分子的某种特定 块 能自我复制 用 并使每一条链中特定部位的 ③条件有一个至多个 断开 有特殊的 ·种限制酶只能识别 ⊙辨析与表达 性 ,并且能在特定的位点上切割DNA (1)通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传 分子 性状。 () 果 产生 或平末端 (2)E,coli DNA连接酶既能连接黏性末端，也能 连接平末端。 第十单元生物技术与工程295 (3)DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限 (1)应选择酶切位点位于目的基因两端的限制 制性内切核酸酶切割形成的黏性末端。 酶，如图1可选择PsI;不能选择酶切位点位 于目的基因内部的限制酶，如图1不能选 (4)若两种限制酶的识别序列相同，则形成的末端 择SmaI。 一定能通过DNA连接酶相互连接。( (2)为避免目的基因及质粒的自身环化、反向连 (5)限制性内切核酸酶识别序列越短，则该序列在 接，也可使用不同的限制酶（非同尾酶）切割目 DNA中出现的概率就越大 ( 的基因所在片段和质粒（双酶切），如图1可选 (6)质粒上常有特殊的标记基因，以便于重组 择用PstI和EcoR I两种限制酶（但要确保质 DNA分子的筛选 () 粒上也有这两种酶的切割位点)。 (7)载体（如质粒）通常采用抗生素合成基因作为 (3)切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的 筛选的标记基因。 所有标记基因，即至少要保留一个标记基因，以 提升>关键能力 用于重组DNA的鉴定和筛选，如图2中的质粒 1.与DNA有关的酶的比较 不能使用SmaI切割。 名称 作用部位 作用底物 作用结果 达成>核心素养 1.(2024·湖南卷)某同学将质粒DNA进行限制 磷酸二 将DNA切成 限制酶 DNA 酶酶切时，发现DNA完全没有被酶切，分析可 酯键 两个片段 能的原因并提出解决方法。下列叙述错误的是 将两个DNA片 () DNA 磷酸二 DNA片段 段连接为一个 连接酶 酯键 A.限制酶失活，更换新的限制酶 DNA分子 B.酶切条件不合适，调整反应条件如温度和酶 将单个脱氧核 的用量等 DNA 磷酸二 脱氧核 苷酸依次连接 C.质粒DNA突变导致酶识别位点缺失，更换 聚合酶 酯键 苷酸 到DNA单链 正常质粒DNA 末端 D.酶切位点被甲基化修饰，换用对DNA甲基 化不敏感的限制酶 将DNA片段 DNA(水 磷酸二 DNA 水解为单个脱 2.(2024·青海西宁一模)Sau3AI和Bam H I 解)酶 酯键 氧核苷酸 的识别序列及切割位点如表所示。某细菌 DNA分子经Sau3AI和Bam H I分别切割以 将双链DNA 后，可形成4个和2个大小不同的片段。下列 碱基对之 分子局部解旋 解旋酶 DNA 有关叙述正确的是 间的氢键 为单链，形成 两条长链 限制酶名称 识别序列和切割位点 Bam H I G￥GATCC 将单个核糖核 RNA 磷酸二 核糖核 苷酸依次连接 Sau3A I GATC 聚合酶 酯键 苷酸 到RNA单链 A.两种限制酶切割后形成的黏性末端不相同 末端 B.能被Sau3AI识别的DNA位点均能被 模 2.限制酶的选择方法 Bam H I识别 块 根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上 C.该DNA分子上有2个BamH I不能识别 五 的限制酶切割位点以及是否破坏目的基因和标 但Sau3AI能识别的酶切位点 记基因等来确定限制酶的种类。 D.该DNA分子经Sau3AI和BamH I共同 Pst I Sma I Pst I 切割后可形成6个片段 ↑抗病基因↑ EcoR I 3.某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒 SmaI EcoR I Sma 口标记基因 介导进入大肠杆菌细胞内，来表达产生生长激 图1 图2 素。已知质粒中存在两个抗性基因：A是抗链 296红对构·讲与练·高三生物·基础版 霉素基因，B是抗氨苄青霉素基因，且目的基因 体这些专门的工具酶 要插入基因B中，而大肠杆菌不带有任何抗性 C.可用含氨苄青霉素的培养基检测大肠杆菌中 基因。下列叙述正确的是 ( 是否导入了重组质粒 A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒 D.在含链霉素培养基中能生长的可能是符合生 B.研究过程需要使用限制酶、DNA连接酶和载 产要求的大肠杆菌 考点二 基因工程的基本操作程序 梳理>必备知识> 2.基因表达载体的构建一基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在 中稳定存在， 1.目的基因的筛选与获取 并且遗传给下一代，同时使目的基因能够表达 (1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用 于改变受体细胞 或获得预期 和发挥作用。 等的基因。 (2)基因表达载体的组成及作用 (2)筛选合适的目的基因 目的基因：编码蛋白质的基因或具有调 控作用的因子 ①从相关的已知 的基因中进行筛 基因 RNA聚合酶识别和结合的部位 选是较为有效的方法之 表达载体 终止子：转录的终点，在转录过程中 复制 起调控作用 ②利用 和序列比对工具进行 原点 鉴别受体细胞中是否含有 筛选。 (3)目的基因的获取 (3)构建过程 ①人工合成 载体（质粒） 外源DNA ②常用 特异性地快速扩增目的基因。 同一 种限制酶切割→ 原理DNA半保留复制 定的缓冲液，DNA模板，2种 ,4种 两个切口，获得 一个切口， —DNA连接酶 和 的DNA聚合酶 目的基因 条件 两个黏性末端 通过控制 使DNA复制在体外反复进行 基因表达载体（重组质粒） 仪器一PCR扩增仪 3.将目的基因导入受体细胞 受体细胞 导人方法 内容 当温度超过90℃时，双链DNA 解聚为单链 ①用微量注射器将含 变性 多红工3} 的DNA溶液直接注人 加热至90-95℃ 中 3'TITT5'5'TTTT3 花粉管 ②植物受粉后，剪去柱头，将 通道法 温度下降到50℃左右时 DNA溶液滴在花柱切面上， 通过碱基互补配对与两条单链 DNA结合 植物细胞 使目的基因借助花粉管通道 复性 进入胚囊 5' gm'5gg 3 引物I 引物Ⅱ 农杆菌细胞内的Ti质粒上的 农杆菌 可携带目的基因整 当温度上升到72℃左右时，溶液中 块五 的4种脱氧核苷酸在」 转化法 合到受体细胞的 的作用下，根据碱基互补配 DNA上 延伸 、对原则合成新的DNA链 多血务T 3'3 动物细胞 常用受体细胞： 引物I 引物Ⅱ 技术 用Ca+处理细胞，使细胞处 结果成 扩增 Ca2+处 原核细胞 于一种能吸收周围环境中 理法 鉴定采用 来鉴定PCR的产物 DNA分子的生理状态 第十单元生物技术与工程 297 4.目的基因的检测与鉴定 (2)扩增规律 目的基因转 是否插入录 mRNA译 蛋白质 个体 循环次数 1 2 3 ↓检测 检测 检测 检测 DNA分 4 8 2” 接种实验等 子数 分子水平检测 个体生物学 水平鉴定 含引物A (或B)的 ○辨析与表达 1 3 7 2"-1 DNA分 (1)目的基因就是指编码蛋白质的基因。( 子数 (2)DNA片段的PCR扩增实验中反应缓冲液中 的Mg+能够激活耐高温的DNA聚合酶。 同时含引 物A、B的 0=2-22=22-2 6=23-2 2”-2 (3)一个基因表达载体一般包括目的基因、标记基 DNA分 因、起始密码子和终止密码子等结构。( 子数 (4)培育抗虫棉时，将抗虫基因插入农杆菌Tⅰ质 粒的T-DNA片段内。 ) 共消耗的 2=21+1 26=22+1 -214=22+1-22"+1-2 (5)若受体细胞为大肠杆菌，则需先用Ca+处理， 引物数量 更利于其实现转化。 ( ) 注第三轮循环开始出现双链等长的目的基因 (6)若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则 片段。 说明基因工程项目获得成功。 ( 2.PCR技术和DNA复制的比较 (7)检测转基因抗虫棉是否具有抗虫性状时，选择 转基因棉花与普通棉花分别接种等量棉铃虫 PCR技术 DNA复制 进行比较。 () 体外(PCR 细胞内（主要是 (8)(选择性必修3P79旁栏思考)用PCR可以扩 场所 扩增仪中) 细胞核内) 增mRNA吗？ DNA在高温下 解旋 解旋酶催化 变性解旋 方式 (9)(选择性必修3P80正文拓展)为什么不直接 把目的基因导入受体细胞，而要用载体？ 解旋酶、DNA聚 耐高温的DNA聚合酶←酶→ 合酶 在较高温度下进行， 温度条件→细胞内温和条件 需控制温度 DNA片段←合成对象→DNA分子 提升>关键能力 相同点 1.PCR过程循环 模 (1)图示 均需要模板(DNA双链)、原料 第一轮 第二轮 第三轮 (四种脱氧核苷酸)、能量、酶 五 循环 循环 循环 第n轮循环 达成>核心素养》 模板 1B AB- B DNA ·A 1.(2024·河北秦皇岛二模)图1是质粒和目的基 AiB= A构建数学模型 B B一AB 因示意图，箭头表示相关限制酶的酶切位点。 ·A B ·A B B 图2列出了几种限制酶识别序列及其切割位 B 点。下列相关叙述错误的是 () 298 红对构·讲与练·高三生物·基础版 BamH I GGATCC C.表达载体的元件中必须含有标记基因，也一 BamH I CCTAGG 抗生素 定有复制原点 抗性基因 HidⅢ AAGCTT HindⅢ D.质粒、动植物病毒、噬菌体均可作为克隆载体 SmaI→ 质粒 -EcoR I TTCGAA 和表达载体 EcoR I GAATTC CTTAAG 3.(2024·吉林长春模拟)如图是某转基因植物 EcoR T EcoR I ，之 SmaI CCCGGG 的培育过程，将抗菜青虫的B抗虫蛋白基因 BamH I Sma I HindllⅢ GGCCCC 转移到油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品 图1 图2 种。这一品种在生长过程中能产生特异性的 A.对图1质粒改造时插人的SmaI酶切位点 杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，可大大减轻 越多，质粒的热稳定性越低 菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，并能减 B.若用单酶切法构建基因表达载体，应用EcoR I 少农药使用，保护生态环境。下列叙述正确 同时酶切质粒和目的基因 的是 ) C.若用双酶切法，可用Bam H I和HindⅢ同 目的基因插》入 染色体DNA中 时酶切质粒和目的基因 Br抗虫蛋 白基因 农杆道⊙感跳 ⑦培养， D.来自真核细胞的目的基因在大肠杆菌中进行 Ti质粒 构建基因 表达，合成的蛋白质通常不具备生物活性 表达载体 2.(2024·辽宁沈阳模拟)根据用途可将基因工程 A.含重组质粒的农杆菌细胞将B1抗虫蛋白基 中常用的载体分为克隆载体和表达载体两种， 因导入油菜中，是基因工程的核心步骤 克隆载体的目的是复制出更多的目的基因，而 B.构建的基因表达载体上除了目的基因外，还 表达载体的目的是使外源基因在受体中高效表 必须有抗性基因、终止密码子等 达。下列有关叙述错误的是 () C.将重组的质粒导入农杆菌细胞过程中需用 A.克隆载体必须具备的元件是复制原点、启动 NaCI处理以利于基因表达载体进入细胞 子和终止子 D.为了检测Bt抗虫蛋白基因转录的mRNA是 B.可将克隆载体导入Ca+处理过的大肠杆菌 否翻译成了蛋白质，可采用抗原一抗体杂交 中进行复制 技术 考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定 梳理>必备知识 (3)方法步骤 研磨材料 新鲜洋葱，加 液充分研磨 1.DNA的粗提取与鉴定 获取含DNA 用纱布过滤、放于冰箱中静置取 (1)提取DNA的原理：DNA不溶于 的滤液 上清液：或离心取 但某些蛋白质溶于 利用这一原理，可 ,上清液中可能含有DNA、RNA 以及蛋白质、脂质、糖类 以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度 在上清液中加入体积相等的体积分数 模 的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于 为 的预冷酒精，静置后用玻璃 DNA的析出 棒沿 搅拌，卷起白色丝状 五 的NaCl溶液。 物，用滤纸吸干水分：或离心取沉淀 (2)鉴定DNA的原理：在一定温度下，DNA遇 物，晾干 将丝状物或沉淀物溶解在 试剂会呈现蓝色，因此 试剂 溶解DNA 的NaCI溶液中 可以作为鉴定DNA的试剂。 在溶有DNA的溶液中加入 试剂，混合均匀后，将试管在沸 DNA的鉴定 水中加热 ，待试管冷却后， 溶液变成 第十单元生物技术与工程 299 2.DNA片段的扩增及电泳鉴定 ○辨析与表达 (1)电泳鉴定PCR产物的原理 (1)粗提取的DNA溶于2mol/LNaC1溶液中，加 ①电泳：DNA分子具有可解离的基团，在一定 入二苯胺试剂后显蓝色。 () 的 下，这些基团可以带上正电荷或负 电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着 (2)DNA的粗提取与鉴定实验中可利用DNA在 与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是 酒精中溶解度较大的特点来提取DNA。 电泳。 ) ②鉴定原理：PCR的产物一般通过 (3)在提取白色丝状物时单向搅拌比双向搅拌更 电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率 有利于获得结构完整的DNA。 () 与凝胶的 和构象等有 (4)电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着 关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长 与它所带电荷相同的电极移动的原理。 为 nm的 灯下被检测出来。 ( (2)PCR实验操作步骤 (5)电泳鉴定时，在带电量相同的情况下相对分子 按照配方或PCR试剂盒的 移液 用 质量越大的DNA片段距离加样孔越远。 说明书，向微量离心管中依次加入各组分 ( (6)PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定， 混合→盖严 的盖子 在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓 度、DNA分子的大小和构象等有关。( ) 将微量离心管放在离心机里，离心约 (7)(选择性必修3P74探究·实践拓展)DNA的 离心 10s,使反应液集中在管的 粗提取实验中在过滤时能否用滤纸代替纱布？ 将装有反应液的微量离心管放在 反应→ 中，设置好PCR仪的循环程序进 行反应 提醒①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实 验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前 提升>关键能力 必须进行高压灭菌处理。 1.DNA的粗提取与鉴定关键点拨 ②在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试 剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。 (1)加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓， (3)DNA的电泳鉴定 以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不 琼脂糖凝胶制备：根据待分离DNA片段 能形成丝状沉淀。 的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液 (2)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为 (一般质量分数为0.8%一1.2%) 实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细 胞核（无核DNA)。可选用鸡血细胞作为材料。 凝胶板制备：将温热的琼脂糖溶液迅速倒 2.DNA片段的扩增及电泳鉴定关键点拨 人模具，插入合适大小的梳子，形成加样 (1)PCR中的解旋过程：PCR过程中不需要解 电 孔，待凝胶溶液完全凝固后，小心拔出梳 旋酶，需要通过升高温度打开氢键，但此时的温 子，取凝胶放入电泳槽内 鉴 度不会破坏磷酸二酯键，因此，DNA加热变性 模 点样：加电泳缓冲液，然后用 将扩增 块 后变为单链，并未分解成单体。 得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液的混 五 合液加入加样孔内，留一孔加标准参照物 (2)PCR需要两种引物，它们分别是能与两条 DNA母链的一段碱基序列互补配对的核酸单 电泳：接通电源，设定好电压，一般为1一 链。用于PCR的引物长度通常为20~30个核 5V/cm,进行电泳，待指示剂前沿迁移接 苷酸，引物自身不能有连续4个碱基的互补序 近凝胶边缘时，停止电泳 列，两种引物之间不能有连续4个碱基的互补 观察：在 下观察和照相 序列. 3002构·讲与练·高三生物·基础版 (3)PCR循环之前，常要进行一次预变性，预变2.在进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验时，下 性的目的是增加大分子模板DNA彻底变性的 列有关操作的表述错误的是 ( 概率。 A.PCR反应体系中加入两种特异性引物以获 (4)判断DNA扩增成功的方法：①可以通过计 得引物之间的DNA片段 算DNA含量来评价扩增的效果。②电泳检测 B.PCR不同循环过程中变性的温度及时间相 的方法，可以通过在紫外灯下直接观察DNA带 同以使DNA充分解旋 的分布及粗细程度来评价扩增的效果。 C.根据DNA片段大小配制一定质量分数的琼 脂糖溶液以便分离DNA分子 达成>核心素养 D.调节电泳缓冲液pH使DNA分子相关基团 1.(2024·黑龙江大庆一模)下列有关“DNA的粗 带电荷 提取与鉴定”“DNA片段的扩增和电泳鉴定”实 3.下列关于凝胶电泳实验操作的叙述，错误的是 验的叙述，错误的是 ( ) A.DNA粗提取实验中利用“DNA不溶于酒精， A.加样孔应靠近负极端，以便带负电的DNA 某些蛋白质溶于酒精”的原理初步分离DNA 分子向正极移动 B.“在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现 B.接通电源后电泳一段时间，离加样孔越近的 蓝色”，可利用此原理对DNA进行鉴定 DNA分子越小 C.凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓 C.紫外灯照射下，凝胶上条带的荧光强度与 度、电压的大小、DNA分子的大小等有关 DNA含量呈正相关 D.凝胶载样缓冲液中加入的核酸染料能与 D.通过观察指示剂在凝胶中迁移的位置来判断 DNA分子结合，便于在紫外灯下观察 何时停止电泳 演练》高考真题 1.(2024·安徽卷)下列关于“DNA的粗提取与鉴3.(2024·吉林卷)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定 定”实验的叙述，错误的是 ( PCR产物的实验，下列叙述正确的是 A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提 A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA 取的效率会降低 片段的大小 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异， B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示 可初步分离DNA DNA分子的具体位置 C.DNA在不同浓度NaCI溶液中溶解度不同， C.在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极 该原理可用于纯化DNA粗提物 迁移速率越快 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应， D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被 可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 检测出来 2.(2024·河北卷)下列相关实验操作正确的是 4.(2023·重庆卷)某小组通过PCR(假设引物长 度为8个碱基，短于实际长度)获得了含有目的 模 A.配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖 基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切（下 块 核苷酸溶液作为扩增原料 图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。 B.利用添加核酸染料的凝胶对PCR产物进行 下列叙述错误的是 ) 电泳后，在紫外灯下观察结果 限制酶SpeI5'-ACTAGT-3'NMeI5-GCTAGC3-'CoI5-GCGC-3 识别序列 3'-TGATCA-5' 3'-CGATCG-5' 3-CGCG-5 C.将配制的酵母培养基煮沸并冷却后，在酒精 灯火焰旁倒平板 扩增获得5'-AGCTAGCAATGCTC..…ATGAACTGCGCA3 的DNA片段3'-TCGATCGTTACGAG·TACTTGACGCGT-5' D.将接种环烧红，迅速蘸取酵母菌液在培养基 ①酶切 5'-CTAGCAATGCTC..........ATGAACTGCG-3 上划线培养，获得单菌落 3-GTTACGAG...TACTTGAC-5' 第十单元生物技术与工程 301 A.其中一个引物序列为5'-TGCGCAGT-3 温度下发生的扩增过程是 B.步骤①所用的酶是SpeI和CfoI C.用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了 (2)将hCD46接入质粒应选用的限制酶组合是 2个片段 。 为提高转基因效率，同时避免 D.酶切片段和载体连接时，可使用E.coli 标记基因进入胚胎体内，应选用 DNA连接酶或T4DNA连接酶 限制酶组合将重组质粒变为线性DNA 5.(2024·福建卷)病毒感染初期，机体会分泌干 (3)为获取大量胚胎用于移植，可用激素处理小 扰素并作用于细胞受体IFNAR来应对感染。 鼠a,使其 。 将胚胎移植到小鼠c的子 麻疹是由麻疹病毒感染引起的急性传染病。已 宫中，应选用桑葚胚的原因是 知人白细胞分化抗原46(hCD46)是麻疹病毒入 侵细胞的主要受体，小鼠没有该受体，科研人员 (4)利用PCR技术对子代小鼠进行hCD46基 构建hCD46转基因小鼠用于相关研究，部分流 因检测，应设置不加DNA模板的对照组，目的 程如图所示 是 Age1语动EoR (5)若能进一步构建既表达hCD46受体又敲除 IFNAR基因的小鼠，则该小鼠对麻疹病毒具有 高易感性，原因是 A 胚胎移 子代小眼 》温馨提示 回答下列问题： 学习至此，请完成训练55 (1)利用PCR技术获取目的基因hCD46,复性 第56课时基因工程的应用、蛋白质工程 及生物技术的安全性与伦理问题 1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.概 述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。 课标 3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。4.举例说出日常生 解读 活中的转基因产品。5.探讨转基因技术在应用过程中带来的影响。6.举例说出生殖性克隆人面临的 伦理问题。7.分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。8.举例说明 历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害。9.认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散。 考点一基因工程的应用 梳理>必备知识 生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 例如，利用转基因技术大量生产凝乳酶 模 基因工程的应用 食品工业 培养抗性植物：如转基因抗虫植物、转 五 基因抗病植物、转基因抗除草剂植物等 牛凝乳 改良植物的品质：如转基因玉米（赖氨 酶基因 酵 大量可产 农 构 导 培 酸的含量高) 建 重组质粒 生凝乳酶 菌 养 业 提高动物的生长速率：如转基因鲤鱼 的酵母菌 质粒 改善畜产品的品质：如转基因牛物细胞培养技术，并没有进行核移植， C错误；可借助胚胎移植技术将类囊胚 移植到相应的雌性受体中继续胚胎发 育，从而可以用来研究类囊胚的后续 发育，D正确 2.B促性腺激素能作用于卵巢，藏羊甲 需用促性腺激素处理使其卵巢卵泡发 育和超数排卵，A正确；从卵巢中刚采 集的卵母细胞需培养成熟（减数第二 次分裂中期)后才可与获能的精子进 行体外受精，B错误：在胚胎移植前要 对接受胚胎的受体和供体进行同期发 情处理，使供体和受体的生理状况相 同，因此受体藏羊丙需和藏羊甲进行 同期发情处理，C正确；后代丁是由藏 羊甲的卵母细胞和藏羊乙的精子结合 形成的受精卵发育而来的，因此后代 丁的遗传物质来源于藏羊甲和藏羊 乙，D正确。 3.A由表可知，雌激素甲低浓度时促进 卵裂，高浓度时抑制卵裂，A错误；与 对照组相比，添加1g/mL雌激素甲 的组别，其第一极体排出率较高，而添 加10g/mL和100g/mL雌激素甲 的组别，其第一极体排出率较低，说明 甲浓度过高柳制第一极体的排出，B正 确；添加1g/mL的雌激素甲，卵裂数 增多，即该条件可提高受精后胚胎发 育能力，C正确；据题表数据可知，本实 验中，卵母细胞成熟的判断标准是第 一极体的排出，D正确。 4.D选择遗传性状优良、生产能力强的 健康波尔母山羊作为供体，进行超数 排卵处理，A正确：胚胎移植前，采集 部分滋养层细胞进行遗传学检测，B正 确；山羊和绵羊是不同的物种，具有生 殖隔离，不能将山羊的胚胎移植到绵 羊子宫中发育，即普通品质的健康杜 泊母绵羊不适合作为受体，C正确：生 产中需选择品质良好的波尔公山羊提 供精子，D错误。 5.D子代动物的遗传性状与供体基本 一致，但与受体无关，A错误：核移植 过程中需要处于MⅡ期的去核卵母细 胞，而①是培育试管动物，需要培育到 适宜时期（桑葚胚或囊胚等时期）进行 胚胎移植，B错误；②是克隆动物，是 无性生殖的一种，不能大幅改良动物 性状，C错误：②技术可得到大量同种 个体，为③提供了量产方式，转基因技 术可导入外源优良基因，③技术可为 ①②提供改良性状的方式，D正确。 第55课时基因工程的基本 工具和基本操作程序 考点一重组DNA技术的 基本工具 …》梳理·必备知识《… 1.生物类型生物产品人们的愿望 转基因遗传性状 2.(1)核苷酸序列磷酸二酯键 一种 特定的脱氧核苷酸序列黏性末端 (2)①拼接成新的DNA分子磷酸二 酯键②大肠杆菌 黏性末端和平 未端 (3)①外源DNA片段③限制酶切割 位点标记基因 辨析与表达 (1)/ (2)√ (3)×(4)×(5)/ (6)/ (7)X 476红对沟·讲与练·高三生物· …》达成·核心素养《… 1.B限制酶失活会使DNA完全不被酶 切，此时应更换新的限制酶，A正确； 酶切条件不合适通常会使切割效果下 降，需调整反应条件如温度和pH等， 调整酶的用量没有作用，B错误；质粒 DNA突变会导致限制酶的识别位，点缺 失，进而造成限制酶无法进行切割，此 时应更换为正常质粒DNA,C正确；质 粒DNA上酶切位，点被甲基化修饰，会 导致对DNA甲基化敏感的限制酶无 法进行酶切，此时应换用对DNA甲基 化不敏感的限制酶，D正确。 2.C BamH I和Sau3AI限制酶切割 后形成的黏性末端均为GATC -,A 错误；分析表格可知，Bam H I的识别 序列为GGATCC,Sau3AI的识别序 列为GATC,由此可知，能被BamH I 识别的序列中包含了被Sau3AI识别 的序列，所以能被Bam H I识别的 DNA位，点也一定能被Sau3AI识别， 但能被Sau3AI识别的DNA位，点不 一定能被BamH I识别，B错误；分析 题意，某细菌DNA分子经Sau3AI和 Bam H I分别切割以后，可形成4个 和2个大小不同的片段，由此可知，该 细菌DNA分子上有4个Sau3AI的 酶切位，点，有2个Bam H I的酶切位 点，则该DNA分子上有2个Bam H I 不能识别但Sau3AI能识别的酶切位 点，同时用两种酶共同处理，会形成4个 大小不同的DNA片段，C正确，D错误。 3.D导入大肠杆菌的质粒可能为重组 质粒，也可能为普通质粒，A错误；构 建基因表达載体过程中需要限制酶和 DNA连接酶，戟体不属于酶，B错误； 由于目的基因要插入基因B中，抗氨 苄青霉素基因被破坏，工程菌不能抗 氨苄青露素，因此不能用含氨苄青霉 素的培养基检测大肠杆菌中是否导入 了重组质粒，C错误：由于重组质粒中 抗链霉素基因完好，因此在含链霉素 培养基中能生长的可能是符合生产要 求的大肠杆菌，D正确 考点二基因工程的基本操作程序 …》梳理·必备知识《… 1.(1)性状表达产物(2)①结构和功 能清晰②序列数据库(3)①目的 基因②PCR引物脱氧核苷酸 耐高温温度两种引物耐高温的 DNA聚合酶指数形式琼脂糖凝胶 电泳 2.(1)受体细胞(2)启动子标记基因 目的基因 3.目的基因 子房T-DNA染色体 显微注射受精卵 4.PCR等技术 抗原一抗体杂交抗 虫、抗病 辨析与表达 (1)×(2)/ (3)×(4)/(5)、/ (6)×(7)/ (8)mRNA不可以直接扩增，因为PCR 是用DNA双链作模板的，不能直接 用单链RNA做PCR,必须把mRNA 逆转录成单链cDNA之后再做PCR (9)游离的DNA片段进入受体细胞， 般会直接被分解，就算可以进行转录 并翻译成蛋白质，游离的DNA片段 也无法随着细胞分裂而进行复制，导 基础版 致子代细胞中不再含有目的基因 若将目的基因插入载体构建基因表 达载体，再将构建的基因表达载体导 入受体细胞中，由于基因表达载体可 以在受体细胞内复制，随着细胞分 裂，基因表达载体会带着目的基因存 在于每个子代细胞中。这样，基因工 程才有意义 …》达成·核心素养《… 1.A对图1质粒改造时插入的SmaI 酶切位，点越多，插入的C一G碱基对越 多，含有的氢键越多，则质粒的热稳定 性越高，A错误；若用单酶切法构建基 因表达载体，用BamH I或HindⅢ酶 切时目的基因只出现一个黏性末端， 用SmaI酶切时会破坏目的基因和抗 生素抗性基因，所以应该使用EcoR I 同时酶切质粒和目的基因，B正确；若 用双酶切法，既要保证目的基因形成 的黏性末端与质粒正确连接，又要保 证目的基因的完整性和质粒中有标记 基因，所以可用BamH I和HindⅢ同 时酶切质粒和目的基因，C正确；真核 细胞的基因表达合成的蛋白质，通常 需要内质网、高尔基体对其进行加工， 才有生物活性，而大肠杆菌无内质网 高尔基体，故来自真核细胞的目的基 因在大肠杆菌中进行表达，合成的蛋 白质通常不具备生物活性，D正确。 2.A克隆载体的目的是复制出更多的 目的基因，克隆载体必须具备的元件 是复制原点、标记基因，而启动子和终 止子是参与转录过程的元件，A错误； Ca+可使细胞处于一种能吸收周围环 境中DNA分子的生理状态，因此可将 克隆载体导入C+处理过的大肠杆菌 中进行复制，B正确；表达载体的目的 是使外源基因在受体中高效表达，包 括转录和翻译，因此表达载体的元件 中必须含有标记基因（用来筛选表达 载体)，也需要复制原点，保证表达载 体能在受体细胞中自我复制，C正确： 质粒、动植物病毒、噬菌体都能将外源 基因导入受体细胞，故质粒、动植物病 毒、噬菌体均可作为克隆载体和表达 载体，D正确。 3.D基因工程的核心步骤是基因表达 载体的构建，A错误；基因表达载体除 了具有目的基因外，还必须有启动子、 终止子等，此外还有标记基因，通常是 抗生素抗性基因，终止密码子位于 mRNA上，B错误；将重组的质粒导入 农杆菌细胞过程中需用CaCl2处理使 其处于一种能吸收周围环境中DNA 分子的生理状态，以利于基因表达载 体进入细胞，C错误：抗原与抗体的结 合具有特异性，为了检测Bt抗虫蛋白 基因转录的mRNA是否翻译成了蛋白 质，可采用抗原一抗体杂交技术，D正确。 考点三DNA的粗提取与鉴定、 DNA片段的扩增及电泳鉴定 》梳理·必备知识《… 1.(1)酒精酒精2mol/L (2)二苯胺二苯胺 (3)研磨上清液95%一个方向 2mol/L二苯胺5min蓝色 2.(1)①pH②琼脂糖凝胶浓度 DNA分子的大小300紫外(2)微 量移液器离心管底部PCR仪 (3)微量移液器紫外灯 辨析与表达 (1)× (2)× (3)/ (4)×(5)× (6)/ (7)不能，因为DNA会被吸附到滤纸上 而大量损失，影响最终提取的 DNA量 …》达成·核心素养《 1.D利用“DNA不溶于酒精，某些蛋白 质溶于酒精”的原理可以初步分离得 到DNA,A正确；在沸水浴条件下， DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，可利 用此原理对DNA进行鉴定，B正确： DNA分子在凝胶中的迁移速率与凝胶 的浓度，电压的大小，DNA分子的大 小、电荷数和构象等有关，C正确；琼脂 糖凝胶制备过程中加入的核酸染料能 与DNA分子结合，使DNA在波长为 300nm的紫外灯下可以被检测出来， D错误。 2.B利用PCR技术扩增目的基因时， 由于DNA聚合酶只能从3'端延伸 DNA链，因此要用两种引物才能确保 DNA两条链同时被扩增，引物I延伸 而成的DNA单链会与引物Ⅱ结合，进 行DNA的延伸，这样，DNA聚合酶只 能特异地复制处于两个引物之间的 DNA序列，因此PCR反应体系中加入 两种特异性引物以获得引物之间的 DNA片段，A正确。PCR不同循环过 程中变性的温度及时间一般相同，但 如果模板的G和C碱基含量较高，变 性时间可能延长，以使DNA充分解 旋，B错误。PCR的产物一般通过琼 脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA 分子的迁移速率与凝胶 的浓度、DNA 分子的大小和构象 因 此根据 DNA片段大小配制一定质量分数的琼 脂糖溶液以便分离DNA 分子，C正 确。DNA 具有可解离的基团，在 一定的pH下，这些基团可以带上正电 荷或负电荷，因此调节电泳缓冲液pH 可使DNA分子相关基团带正电荷或 负电荷，D正确。 3.B靠近加样孔的一端为负极端，接通 电源，带负电的DNA分子向正极移动 而使不同DNA逐渐分离，A正确：相 对分子质量大小会影响物质在电泳时 的迁移速率，DNA片段相对分子质量 越大，迁移速度就越慢，相对分子质量 越小，迁移速度就越快，电泳 一段时 间，离加样 ,越近的DN ·迁移速 度越慢，相对分子质量越大，B错误；为 了便于对分离后的DNA 片段进行检 测，在凝胶制备中加入核酸染料，能够 与DNA分子结合发荧光，DNA含量 越多，荧光强度越大，即凝胶上条带的 荧光强度与DNA含量呈正相关，C正 确；，点样时，将扩增得到的PCR产物与 凝胶载样缓冲液（内含指示剂）混合， 根据指示剂在凝胶中迁移的位置判断 是否停止电泳，D正确。 …》演练·高考真题《 1.D研磨液有利于DNA的溶解，将其 更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降 低，A正确：根据DNA不溶于酒精，但 细胞中的某些蛋白质溶于酒精的原 理，可初步分离DNA,B正确：DNA在 NaCI溶液中的溶解度随着NaCl溶液 的浓度的变化而改变，因此可用不同 浓度的NaCI溶液对DNA进行提纯，C 正确：在沸水浴的条件下，DNA遇二苯 胺试剂会呈现蓝色，二苯胺试剂可用 于鉴定DNA,D错误。 2.BPCR的原理是DNA半保留复制， DNA的单体是脱氧核苷酸，配制PCR 反应体系时，加入4种脱氧核苷酸的等 量混合液作为扩增原料，A错误；琼脂 糖凝胶制备过程中加入的核酸染料能 与DNA分子结合，凝胶中的DNA分 子通过染色，可以在波长为300nm的 紫外灯下被检测出来，B正确；将配制 的酵母培养基高温灭菌并冷却到不烫 手(50℃左右)后，在酒精灯火焰旁倒 平板，C错误；将接种环烧红，待冷却后 (避免菌种被烫死)，蘸取酵母菌液在培 养基上划线培养，获得单菌落，D错误。 3.A 琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分 子在凝胶中的迁移速率和分辨率，琼 脂糖凝胶的浓度通常是根据所需分离 的DNA片段大小来选择的。对于较 大的DNA片段，比如基因组DNA或 质粒DNA,通常选择较低浓度的琼脂 糖凝胶，因为它们需要更大的孔径来 有效迁移。而对于较小的DNA片段， 比如PCR产物或酶切片段，则需要选 择较高浓度的琼脂糖凝胶，以提供更 好的分辨率和分离效果，A正确。凝 胶戟样缓冲液中的指示剂通常是一种 颜色较深的染料，可以作为电泳进度 的指示分子，当指示剂前沿迁移接近 凝胶边缘时，停止电泳，B错误。在琼 脂糖凝胶电泳中，当电场作用时，DNA 片段实际上是向正极迁移的，而不是 向负极迁移。同时，DNA片段的迁移 速率与其大小成反比，即DNA片段越 长，迁移速率越授，C错误。琼脂糖凝 胶中的DNA分子需染色后，才可在波 长为300nm的紫外灯下被检测出来， D错误。 4.B由于引物只能引导子链从5'端到 3端延伸，根据碱基互补配对原则，其 中一个引物序列为5'-TGCGCAGT-3',A 正确：根据三种酶的酶切位，点可知，左 侧的钻性末端是使用NheI切割形成 的，右侧的钻性末端是用CfoI切割 形成的，B错误；用步骤①的酶对戟体 进行酶切，即用NheI和CfoI进行 切割，由于载体为环状DNA分子，切 割之后至少获得2个片段，C正确；图 中形成的是黏性末端，而E.coli DNA 连接酶和T4DNA连接酶既可连接平末 端，又可连接黏性末端，只是E.coli DNA 连接酶连接平末端的效率很低，D正确。 5.(1)两种引物分别与含hCD46基因的 两条模板链结合 (2)EcoR I和VotI AgeI和 HindII (3)超数排卵桑葚胚易于在小鼠子 宫中着床 (4)排除PCR体系中外源DNA的 污染 (5)该小鼠能被麻疹病毒感染，且干扰 素无法作用于FNAR以应对感染 解析：PCR是聚合酶链式反应的缩写 PCR是一项在生物体外复制特定 DNA片段的核酸合成技术。通过这一 技术，可以获取大量的目的基因。PCR 扩增反应需要两种引物、模板DNA、原 料(4种脱氧核苷酸)、酶（耐高温的 DNA聚合酶)等。PCR反应过程是变 性→复性→延伸。(1)利用PCR技术 获取目的基因hCD46,复性温度下发 生的变化是两种引物分别与解开的两 条模板链进行碱基互补配对，为子链 的延伸做准备，即表现为两种引物分 别与含hCD46基因的两条模板链结 合。(2)结合图示可知，质粒中以及目 的基因的两端含有限制酶EcoR I和 VotI的识别序列，且这两个序列位于启 动子和终止子之间，因此，将hCD46接 入质粒应选用的限制酶组合是EcoR I 和VotI。为提高转基因效率，同时避 免标记基因进入胚胎体内，应选用 AgeI和HindⅢ限制酶组合将重组 质粒变为线性DNA,因为这两种限制 酶可以将重组质粒分为含目的基因的 片段和含有标记基因的片段。(3)为 获取大量胚胎用于移植，可用激素处 理小鼠a,使其超数排卵，为获取大量 的供体胚胎做准备。将胚胎移植到小 鼠c的子宫中，通常选用桑葚胚是因为 桑葚胚易于在小鼠子宫中着床，进而 可以提高胚胎的存活率。(4)利用 PCR技术对子代小鼠进行hCD46基 因检测，应设置不加DNA模板的对照 组作为空白对照，这样可以排除PCR 体系中外源DNA的污染，提高实验结 果的可信度。(5)若能进一步构建既 表达hCD46受体又敲除IFNAR基因 的小鼠，则该转基因小鼠能接受抗原 刺激，进而机体会分泌干扰素，但干扰 素无法与相应的受体结合，因为转基 因小鼠的受体IFNAR无法表达，因而 干扰素无法起作用，因此，该小鼠对麻 疹病毒具有高易感性。 第56课时基因工程的应用、 蛋白质工程及生物技术的 安全性与伦理问题 考点一基因工程的应用 )》梳理·必备知识《 供体乳腺中特异表达的基因的启动 子受精卵显微注射所需的药物 辨析与表达 (1)/(2)×(3)×(4)/(5)X 》达成·核心素养《《… 1.A制备乳腺生物反应器时，需将目的 基因（药用蛋白基因）与乳腺中特异表 达的基因的启动子等调控元件重组在 一起，然后导入哺乳动物的受精卵中， A错误；将能够分泌特异性抗体的B 淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细 胞融合，再进行二次筛选，获得能产生 特定抗体的杂交瘤细胞，从而获得单 克隆抗体，B正确；植物细胞的次生代 谢物含量很低，从植物组织提取会大 量破坏植物资源，利用植物细胞培养 技术实现次生代谢物的工厂化生产， 可获得大量植物细胞次生代谢物，不 会大量破坏植物资源，对于环境保护 具有重要意义，C正确：以植物作为生 物反应器，将携带抗原基因的载体导 入受体细胞，获得转基因植物，在植物 体内表达和修饰这类特定抗原，成为 具有免疫活性的蛋白质，再制成疫苗 D正确。 2.D虾青素具有强大的清除氧自由基 的能力，而氧自由基是导致衰老和癌 参考答案477