第3章 基因工程 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，单选）

该高中生物学讲义通过“自我校对”知识列表、基因工程工具与操作步骤归纳表格及流程分解图，系统梳理基因工程核心内容，涵盖工具酶、操作流程（目的基因获取至检测鉴定）及应用，呈现知识内在逻辑与重难点分布。 讲义亮点在于结合高考真题（如2024江西卷γ-氨基丁酸生产案例）设计“信息处理-思维流程”分析，培养科学思维；对点练覆盖选择、填空等题型，分层设置，基础生可通过例题解析掌握方法，优秀生能深化综合应用，助力学生自主复习，为教师提供精准教学支持。

单元综合提升 [自我校对]　①限制性内切核酸酶　②DNA连接酶　③基因进入受体细胞的载体　④从基因库中获取　⑤目的基因的获取　⑥基因表达载体的构建　⑦农杆菌的转化法　⑧目的基因的导入　⑨目的基因检测　⑩目的基因的检测与鉴定　⑪提高农作物抗逆能力　⑫生产基因工程药物　⑬设计蛋白质结构 一、综合考查基因工程的流程 (2024·江西卷)γ-氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产γ-氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如下图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)①导入菌株E.coli A，构建了以L-谷氨酸钠为底物②高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coli B。下列叙述正确的是(　　) A.图中表明，可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB① B.E.coli B发酵生产γ-氨基丁酸时，L-谷氨酸钠的作用是供能② 学生用书⬇第123页 C.E.coli A和E.coli B都能高效降解γ-氨基丁酸③ D.可以用其他酶④替代NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒 [信息处理] 关键信息 分析理解 ① 题干信息“将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A” ② 题干信息“以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coli B”，所以L-谷氨酸钠是底物，不供能 ③ E.coli B含有L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)，可以生产γ-氨基丁酸，E.coli B是由E.coli A和重组质粒构建的，所以E.coli A和E.coli B均不能高效降解γ-氨基丁酸 ④ 题干信息没有体现其他酶的作用 [思维流程]　分析题意，可以从酿酒酵母S中筛选、分离出目的基因gadB，然后利用PCR扩增目的基因，A正确；由题意知，L-谷氨酸钠是生产γ-氨基丁酸的底物，不能用来供能，B错误；将目的基因(gadB)导入菌株E.coli A构建高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coli B，E.coli A和E.coli B均不能高效降解γ-氨基丁酸，C错误；根据题干提供的信息，无法推断出是否有其他酶能够替代NcoⅠ和KpnⅠ，D错误。 [规范作答]　A 1.归纳基因工程的基本工具 提醒：若用不同的限制酶切割出不同的黏性末端，则能使目的基因和载体定向连接，避免自身环化和反向连接，提高连接的有效性。 2.理解掌握基因工程的操作步骤 (1)目的基因的筛选与获取 (2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建 提醒：①启动子和终止子：启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA)上。②目的基因插入位置：启动子与终止子之间。③利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的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。 　(3)将目的基因导入受体细胞 (4)目的基因的检测与鉴定 提醒：PCR技术不仅可用于获取和扩增目的基因，还能用于检测受体细胞中是否含有目的基因或检测受体细胞中的目的基因是否转录出mRNA。　 对点练1.(2023·全国乙卷)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员 学生用书⬇第124页 以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白。丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题： (1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。通常，基因文库是指　　　　　　　　 　　　　　。 (2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为　　　　；②为　　　　，其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是　　　　　　　　　　　　 　　。 (3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。 (4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因　(2)终止子　启动子　被RNA聚合酶识别并结合，驱动GFP突变基因的转录　鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来　(3)密码子的简并，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同　(4)选择合适的载体，利用合适的限制酶和DNA连接酶将YFP基因和载体连接起来，构建基因表达载体，之后将基因表达载体导入酵母菌，检测其是否会发黄色荧光 解析：(1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。(2)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来。(3)结合题中信息可知，将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现有的大肠杆菌发绿色荧光，即GFP蛋白的荧光颜色，推测发绿色荧光的可能原因是GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同。(4)欲通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可通过基因工程的方法将目的基因导入酵母菌，之后检测酵母菌是否发黄色荧光，如果发黄色荧光，则可证明YFP基因能在真核细胞中表达，实验思路见答案。 对点练2.(2024·新课标卷，节选)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中，构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ～Ⅳ)、引物(P1～P4)的结合位置、片段甲替换区如下图所示，→表示引物5'→3'方向。回答下列问题： (1)限制酶切割的化学键是　　　　。为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因是　　　 　　　　　　　。 (2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和　　　　　　　　　　。 (3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是　　　　　　　　；若用该模板与引物P3和P4进行PCR，实验结果是　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)磷酸二酯键　保证N基因启动子、N基因、N基因终止子的完整性，确保N基因能够顺利表达　(2)C—G、U—A、A—T　(3)菌株B2的基因组DNA　无扩增产物 解析：(1)限制酶作用于DNA的磷酸二酯键。由题述可知，该过程是将重组质粒特定位点，接入M1、M2，再利用限制酶切出新的片段甲替换区(M1＋启动子＋N基因＋终止子＋M2)，再接入B1基因组中，得到B2，因此在M1和M2之间，需要保证N基因完整性，同时需要保证N基因能够正常表达，因此需要把M1接入启动子之前，M2接入终止子之后。(2)根据所给信息，向导RNA需要与对应DNA进行结合，结合期间，RNA的碱基会和DNA的碱基进行互补配对，根据碱基互补配对原则，配对方式包括G—C、C—G、U—A、A—T。(3)由题中信息“利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2”可知，用引物P1和P2进行PCR验证片段甲插入了细菌B1基因组所用的模板为菌株 B2的基因组DNA。结合题图分析可知，P4是以细菌B1基因组DNA为模板设计的引物，故以菌株B2的基因组DNA为模板，以P3和P4为引物进行PCR，不能扩增出目的条带。 二、综合考查基因工程相关酶的选择 (2023·新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　　) 学生用书⬇第125页 A.质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接① B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接② C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coli DNA连接酶连接 [信息处理] 关键信息 分析理解 图像 因为质粒含有四个限制酶的切割位点，一个抗生素标记基因 信息① E.coli DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，但E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶 信息② T4 DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键 [思维流程]　酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。 [规范作答]　C 对点练3.(2023·湖北高考真题)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是(　　) A.若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同 B.若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因 C.若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D.若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落 答案：D 解析：若用HindⅢ酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，A正确；若用PvuⅠ酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B正确；DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段，重组质粒的大小与质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C正确；SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用SphⅠ酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在含Tet的培养基中不能形成菌落，D错误。 对点练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)获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切(如下图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是(　　) A.其中一个引物序列为5'-TGCGCAGT-3' 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个片段 D.将酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶 答案：B 解析：根据扩增所得DNA片段可知，实验所用的两种引物序列为5'-TGCGCAGT-3'和5'-AGCTAGCA-3'，A正确；根据酶切后得到的黏性末端判断，步骤①所用的酶是NheⅠ和CfoⅠ，B错误；步骤①用两种酶切割载体(质粒)，质粒上至少有两个切口，至少产生2个片段，C正确；目的基因片段和质粒经酶切后产生的均为黏性末端，可用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶连接，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $