2027届高考生物人教版一轮复习导学案：基因工程的应用、蛋白质工程及实验

该高中生物学高考复习学案系统覆盖基因工程应用、蛋白质工程及实验核心考点，将DNA粗提取与鉴定、PCR扩增及电泳鉴定等实验技术与基因工程农牧医药应用、蛋白质工程原理有机整合，通过基础自测题和考向分类训练，引导学生自主梳理知识逻辑，构建从技术操作到应用实践的完整认知体系。 亮点在于诊断性自测与进阶式能力培养设计，如开篇设置6道基础判断题检测知识盲区，能力进阶模块按考向精选2024-2026年真题，结合创新情境（如胶原蛋白基因工程菌构建问题）培养科学思维和探究实践素养。每个考点配有规律方法总结（如基因工程与蛋白质工程判断技巧），帮助学生自主诊断提升，教师可通过学情精准指导，实现个性化复习。

2027届高考生物人教版一轮复习导学案：基因工程的应用、蛋白质工程及实验 课标要求：1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.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。3.活动：DNA的提取和鉴定。4.活动：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　实验：DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定 1．DNA的粗提取与鉴定 （1）实验原理 （2）操作流程 提醒　①搅拌要规范：加入酒精，用玻璃棒搅拌时动作要轻缓，且要向同一个方向搅拌，以免DNA分子断裂，导致DNA分子不能形成丝状沉淀。②不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核（无DNA），可选用鸡血细胞作材料。 2．DNA片段的扩增 （1）原理：DNA的热变性原理。 （2）PCR实验的操作步骤 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必须进行高压蒸汽灭菌处理。②每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。 3．DNA片段的电泳鉴定 （1）原理 ①电泳的原理：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动。 ②鉴定的原理：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分子的大小和构象等有关；凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。 （2）过程 （3）结果分析与评价 ①成功扩增出DNA片段的判断依据是可以在紫外灯下直接观察到DNA条带。 ②进行电泳鉴定的结果应该是一条条带。如图所示，该片段大小约为750 bp。 提醒　电泳时，DNA的相对分子质量越大，迁移速率越慢；DNA的相对分子质量越小，迁移速率越快。 能力进阶 考向1　DNA的粗提取与鉴定 1．（2024·安徽卷）下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是（　　） A．实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B．利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C．DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D．将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 解析：D　研磨液有利于DNA的释放，故将研磨液换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低，A正确；DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可初步分离DNA，B正确；DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl浓度的变化而改变，因此可用不同浓度的NaCl溶液对DNA进行粗提取，C正确；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被呈现蓝色，二苯胺试剂用于鉴定DNA，D错误。 2．（2026·河北邢台模拟）如图是“DNA 的粗提取与鉴定”实验中的一个操作步骤示意图。下列相关叙述错误的是（　　） A.选用植物细胞提取DNA 时需先研磨破碎细胞 B．所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显 C．选用动物细胞提取DNA时，可选用鸡血提取 D．试管1的作用是证明物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色 解析：D　提取植物材料的DNA应先破坏细胞结构，让DNA释放出来，A正确；图示实验的试管中溶液的液面高于烧杯中的液面，可能导致加热不充分，试管2中溶液蓝色变化不明显，B正确；鸡血细胞富含DNA，可以用来进行“DNA的粗提取与鉴定”实验，C正确；图中试管1起对照作用，目的是证明沸水浴下物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂不会出现蓝色，而DNA遇二苯胺试剂出现蓝色，D错误。 考向2　DNA片段的扩增及电泳鉴定 3．（2024·黑吉辽卷）关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是（　　） A．琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小 B．凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置 C．在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快 D．琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来 解析：A　应根据待分离DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液，A正确；凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示电泳的进度，B错误；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，在同一电场作用下，DNA片段（带负电）越长，DNA向正极迁移的速率越慢，C错误；凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。 4．研究者分别选取小麦感病品系和抗病品系的叶片，对候选染色体1和2上的相关基因进行 PCR 扩增，泳道1、2分别对应染色体1、2相关基因PCR产物，结果如图1所示。DNA序列分析发现抗病基因的出现是感病基因缺失一部分碱基序列造成的，图2 为感病基因序列示意图。下列分析错误的是（　　） A．在PCR扩增时，所用引物越短，引物特异性越低 B．两个PCR产物分子量接近时适当延长电泳时间，凝胶中这两个条带距离会变大 C．推测抗病品系抗病性状出现的根本原因是染色体2上感病基因发生突变 D．推测图1中泳道2的条带是选用引物1和引物2进行PCR扩增后的电泳结果 解析：D　PCR技术中，引物是与模板DNA特定序列结合的短单链核酸；引物越短，能与之互补结合的DNA序列就越多，特异性就越低；反之，引物越长，特异性越高，A正确；电泳时，DNA分子在凝胶中因分子量差异而分离；分子量接近的DNA分子，在电场中移动速率相近；适当延长电泳时间，会让这种速率差异带来的位移差更明显，两个条带的距离就会变大，B正确；根据题意，抗病基因的出现是感病基因缺失一部分碱基序列造成的，碱基序列发生改变，属于基因突变；再结合图1，抗病品系在染色体2对应的泳道没有特异条带，推测抗病品系抗病性状出现的根本原因是染色体2上感病基因发生突变，C正确；图1中泳道2，感病品系有条带，抗病品系无条带，根据题干DNA序列分析发现抗病基因的出现是感病基因缺失一部分碱基序列造成的，引物3和缺失片段进行互补，因此推测图1中泳道2的条带是选用引物1和引物3进行PCR扩增后的电泳结果，D错误。 考点二　基因工程的应用与蛋白质工程 1．基因工程的应用 （1）基因工程在农牧业方面的应用 （2）基因工程在医药卫生领域的应用 （3）基因工程在食品工业方面的应用 2.蛋白质工程的原理和应用 （1）蛋白质工程的概念 （2）蛋白质工程的基本原理 （3）蛋白质工程的应用 3．蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 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→目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 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 结果 生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质 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，是对现有蛋白质的改造或制造一种新的蛋白质，必须通过改造或合成基因实现 基础自测 （1）（选必3 P88“正文”）“转基因抗虫植物”也可以用于抵抗各种植物疾病。（×） （2）（选必3 P90“资料卡”）干扰素是我国批准生产的第一个基因工程药物。（√） （3）（选必3 P91“相关信息”）用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。（√） （4）（选必3 P93“正文”）对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。（×） （5）（选必3 P94“正文”）蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。（×） （6）（选必3 P96“到社会中去”）蛋白质工程的应用为酶制剂产业的发展提供了强大助力。（√） 能力进阶 考向1　基因工程的应用 1．（2025·河南名校联考）科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称之为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M基因导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的是（　　） A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物 B．含M基因的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上 C．即使M基因在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定 D．番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存 解析：B　用PCR技术对M基因扩增时，需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；含M基因的T-DNA插入到番茄染色体DNA上才能稳定存在和表达，而不是将整个Ti质粒插入到番茄染色体上，B错误；即使M基因在番茄中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，以确定实际效果，C正确；番茄种植容易，成本相对较低且易储存，D正确。 2．（2025·福建宁德期末）利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是（　　） A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体 B．通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代 C．通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞 D．山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶 解析：C　要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要山羊乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代，B正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵，C错误；山羊乳腺细胞中含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。 考向2　蛋白质工程的原理和应用 3．（2026·河南平顶山模拟）天然人白细胞介素-2（IL-2）是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸（Cys125）残基以游离方式存在，另两个（Cys58和Cys105）缩合成活性所必需的二硫键。人们利用定位诱变技术将基因中编码Cys125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cys125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对的发生，而且产生的新IL-2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是（　　） A．天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B．人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程 C．可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2，从而改善其稳定性 D．利用定位诱变后的基因表达新IL－2的过程不遵循中心法则 解析：B　白细胞介素属于免疫活性物质，但不是抗体，A错误；蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题干信息可知，通过题中过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构，从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 4．（2026·湖北八校联考）科学家利用蛋白质工程技术将水蛭素（一种可用于预防和治疗血栓的蛋白质）第47位的天冬酰胺替换为赖氨酸，显著提高了它的抗凝血活性，流程图如下。已知天冬酰胺对应的密码子为AAU、AAC，赖氨酸对应的密码子为AAA、GUA等。下列叙述错误的是（　　） A．上图的操作流程是从预期的水蛭素功能出发的 B．在这项替换研究中目前可行的直接操作对象是基因 C．上图中大分子物质a和b的单体序列均是唯一的 D．用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质 解析：C　据图分析，通过分析预期的水蛭素功能推导出蛋白质的结构，进而明确氨基酸序列，最终确定基因中脱氧核苷酸的排列顺序，A正确；蛋白质的改造工程直接改变的是控制蛋白质合成所对应的基因，B正确；由于密码子的简并，从氨基酸序列推导出的mRNA单体序列不是唯一的，进而导致基因的单体序列也不是唯一的，C错误；基因工程是利用已有的基因生产蛋白质，而蛋白质工程是通过改造基因从而获得原本没有的蛋白质，因此用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质，D正确。 规律方法 判断基因工程和蛋白质工程 （1）如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列替换、增添或敲除某几个碱基，则属于蛋白质工程。 （2）如果合成的蛋白质是自然界中已存在的蛋白质（天然蛋白质），则是基因工程；如果合成的蛋白质与天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的蛋白质，则为蛋白质工程。 课堂训练 1．（2025·全国卷）琼脂糖凝胶电泳常用于核酸样品的分析，样品1～4的电泳结果如图所示（“＋”“－”分别代表电泳槽的阳极和阴极）。已知样品1和2中的DNA分子分别是甲和乙，甲只有限制酶R的一个酶切位点，样品3和4中有一个样品是甲的酶切产物。下列叙述错误的是（　　） A．配制琼脂糖凝胶时需选用适当的缓冲溶液 B．该实验条件下甲、乙两种DNA分子均带负电荷 C．甲、乙两种DNA分子所含碱基对的数量可能不同 D．据图推测样品3可能是甲被酶R完全酶切后的产物 解析：D　配制琼脂糖凝胶时选用适当缓冲溶液，可维持电泳过程中体系的pH稳定，保证核酸分子正常移动，A正确；电泳时，样品向阳极移动，说明在该实验条件下甲、乙两种DNA分子均带负电荷，符合核酸分子在电泳中的带电特性，B正确；电泳中，DNA分子的迁移速率与分子大小、电荷的多少等多种因素有关；甲、乙电泳条带位置虽然相同，但影响DNA分子的迁移速率的因素很多，所以两种DNA分子所含碱基对的数量可能不同，C正确；甲只有限制酶R的一个酶切位点，若被酶R完全酶切，只会得到2种DNA片段（2个条带），这两个条带的碱基数量比甲要少，迁移的距离要比甲更远，所以据图推测样品4才是甲被限制酶R完全酶切后的产物，D错误。 2．（2025·江西卷）为了获得抗白叶枯病的水稻品种，研究人员构建了含有抗病基因D的重组Ti质粒（如图），通过农杆菌转化法将D基因导入水稻种子诱导的愈伤组织，最终获得抗病植株。下列叙述正确的是（　　） A．水稻愈伤组织细胞中RNA聚合酶无法识别U6启动子 B．在含重组Ti质粒的农杆菌中U6启动子不能驱动卡那霉素抗性基因表达 C．农杆菌侵染愈伤组织后所用的筛选培养基中需加入卡那霉素 D．愈伤组织再分化获得的含有D基因的幼苗属于抗病植株 解析：B　将T-DNA整合到水稻愈伤组织的染色体DNA后，若要使D基因表达并使水稻植株表现出抗病性状，那么D基因上游的U6启动子需被水稻愈伤组织细胞中RNA聚合酶识别， A错误；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，并能够驱动基因转录出mRNA，最终表达出蛋白质；由图得出，上述重组Ti质粒中的U6启动子并非位于卡那霉素抗性基因的上游，因而不能驱动卡那霉素抗性基因的表达，B正确；愈伤组织多指将植物体的某一组织、器官置于特定培养基中培养，诱导产生的无定形的组织团块；当农杆菌侵染愈伤组织后，T-DNA整合到水稻细胞染色体的DNA中，通常情况下，若D基因能表达，那么T-DNA上的潮霉素抗性基因也能表达，从而使得导入T-DNA的水稻愈伤组织具有潮霉素抗性基因；卡那霉素抗性基因不位于T-DNA上，不会发生上述生理过程，因此，在农杆菌侵染愈伤组织后所用的筛选培养基中需加入潮霉素， C错误；检测是否成功获得转基因品种一般需要经历两个阶段，首先是分子水平的检测，包括检测目的基因是否导入宿主细胞、检测在宿主细胞中目的基因是否转录出mRNA或最终表达出蛋白质，其次，还需要进行个体生物学水平的鉴定，因此愈伤组织再分化获得的含有D基因的幼苗不一定是抗病植株， D错误。 创新情境 胶原蛋白基因工程菌 胶原蛋白（Collagen）是人体中含量最丰富的蛋白质，约占人体总蛋白的30%，广泛存在于皮肤、骨骼、肌腱、韧带、血管等。近年来，随着抗衰老和健康消费市场的兴起，胶原蛋白成为美容、医疗和保健品领域的热门话题。如图表示科学家将合成胶原蛋白的基因 kit导入大肠杆菌构建基因工程菌的过程。回答下列问题： 角度1　考查基因表达载体的组成 （1）基因工程的核心工作是构建基因表达载体，该载体必须包含______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________（答出3点即可）等元件。 角度2　考查引物的作用与设计 （2）用图中方法得到的kit基因较少，可以采用PCR技术进行扩增，需要先利用目的基因的碱基序列设计引物，引物的作用是__________________________。已知基因kit的部分序列见下，则设计的引物为_____________________________________________（按照5′端到3′端的方向填写）。 5′—CGGGATCCA………………AGAATTCCG—3′ 3′—GCCCTAGGT………………TCTTAAGGC—5′ 为使目的基因与质粒成功连接，需要对PCR的引物进行改造，具体的做法是______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 角度3　围绕优点与理由进行设问 （3）过程②一般使用双酶切的方法构建基因表达载体，与单酶切相比，其优点是______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 图中操作可初步筛选出成功导入重组质粒的大肠杆菌的理由是______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 答案：（1）目的基因、标记基因、复制原点、启动子、终止子　（2）使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　5′－CGGAATTCT－3′和5′－CGGGATCCA－3′　在两种引物的5′端添加限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的识别序列　（3）双酶切后，目的基因的两端和载体的两端碱基序列不同，可防止目的基因和载体的自身环化及反向连接　只有导入重组质粒的大肠杆菌含有硫链丝菌素抗性基因，能够在添加硫链丝菌素的培养基甲中生长、繁殖形成菌落 解析：（1）基因工程的核心工作是构建基因表达载体，该载体必须包含目的基因、标记基因、复制原点、启动子、终止子等元件。其中目的基因是人们需要导入并表达的基因；启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA；终止子能使转录在所需要的地方停止；标记基因用于筛选含有目的基因的受体细胞。（2）引物是一小段单链DNA或RNA，它能与模板DNA特定序列互补配对，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。已知基因kit的部分序列为5′－CGGGATCCA………………AGAATTCCG－3′，3′－GCCCTAGGT……… ………TCTTAAGGC－5′，根据引物与模板链的3′端通过碱基互补配对且方向为5′端到3′端的原则，设计的引物为5′－CGGGATCCA－3′和5′－CGGAATTCT－3′。为使目的基因与质粒成功连接，需要在两种引物的5′端添加限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的识别序列，这样通过PCR扩增得到的目的基因两端就含有与质粒相同的限制酶切割位点，便于用相同的限制酶切割后进行连接，因为HindⅢ在复制原点上存在识别位点，故不添加其识别序列。（3）过程②一般使用双酶切的方法构建基因表达载体，与单酶切相比，双酶切后，目的基因的两端和载体的两端碱基序列不同，可防止目的基因和载体的自身环化及反向连接。图中质粒上含有抗生素抗性基因作为标记基因，重组质粒导入大肠杆菌后，能使大肠杆菌获得相应的抗生素抗性，在含有相应抗生素的培养基上，只有导入重组质粒的大肠杆菌含有硫链丝菌素抗性基因，能够在添加硫链丝菌素的培养基甲中生长、繁殖形成菌落，因此可以通过在含有相应抗生素的培养基上培养大肠杆菌，初步筛选出成功导入重组质粒的大肠杆菌。 2027届高考生物人教版一轮复习导学案 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $