2017_2018学年高中生物第一章基因工程章末整合提升同步备课教学案浙科版选修3

- 1 - 第一章 基因工程 知识系统构建

必背要语 1．限制性核酸内切酶可识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。 2．质粒作为基因工程的载体需具备的条件有：能在宿主细胞内稳定保存并自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有标记基因。 3．基因表达载体的构建是基因工程的核心，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。 4．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。将目的基因导入动物细胞常用显微注射法，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2＋处理法)。 5．检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交法；检测是否转录，常用分子杂交法；检测是否翻译，常用抗原—抗体杂交技术。 6．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的- 2 -

改造。 7．蛋白质工程的基本途径是：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→利用基因工程技术合成新的蛋白质。 规律方法整合 整合一 几种重要酶的比较 种类 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

作用特点 切割目的基因及载体，能专一性识别双链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 将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上 将DNA两条链之间的氢键打开

作用结果 形成黏性末端或平口末端 形成重组DNA分子 形成新的DNA分子 形成单链DNA分子

特别提醒 在基因工程中逆转录酶也常被使用。逆转录酶又称RNA指导的DNA聚合酶，是以RNA为模板合成DNA所需的酶。逆转录酶催化的反应叫逆转录。在这个过程中，遗传信息流动的方向是从RNA到DNA，正好与转录过程相反，故称逆转录。 例1 下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶、RNA聚合酶作用的正确顺序是( )

A．①②③⑤④ B．①②④③⑤ C．①④②③⑤ D．①④③⑤② 答案 C 解析 图中①是限制性核酸内切酶切割DNA分子；②是DNA连接酶将两个DNA分子的缝隙缝合起来；③是在解旋酶的作用下DNA分子双链解开成单链；④为DNA复制时以解开的两条单- 3 -

链为模板，在DNA聚合酶的作用下合成脱氧核苷酸子链；⑤是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶作用下转录产生RNA。 整合二 易混概念辨析 基因工程的基本操作程序中存在多组易混的概念，它们是学习中的难点，只有把它们的区别和联系搞清楚，才能正确掌握关于基因工程的基本操作程序的知识。下面是对几组易混概念的辨析。 1．基因文库、基因组文库、部分基因文库 (1)从定义上区分 ①基因文库：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。基因文库是指储存有某种生物基因的菌群的总称。 ②基因组文库：如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。 ③部分基因文库：指含有一种生物的一部分基因的基因文库，如cDNA文库。 (2)从范围上区分：基因文库包含基因组文库和部分基因文库。基因组文库有某一种生物的全部基因，它的范围要大于部分基因文库。 2．启动子、终止子、起始密码子、终止密码子 (1)从定义上区分 ①启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。 ②终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。

③密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的密码子有61种，3种是终止密码子。 ④终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。 ⑤起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。 (2)从本质上区分：启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。对于相似或相关概念，通过比较分析的方法找出区别与联系，会加深对这些知识的理解与掌握。 - 4 -

例2 基因表达载体中启动子的作用是( ) A．使目的基因的导入更容易 B．具有RNA聚合酶的结合部位，启动转录过程 C．鉴别受体细胞是否导入目的基因 D．具有DNA聚合酶的结合部位，启动复制过程 答案 B 解析 启动子在表达载体中位于目的基因的首端，具有RNA聚合酶的结合部位，可启动转录过程。鉴别受体细胞是否导入目的基因是标记基因的作用。故B正确。 热点考题集训 1．EcoRⅠ和SmaⅠ限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成，但切割后产生的结果不同，其识别序列和切割位点(图中箭头处)分别如下图所示，请据图分析下列说法正确的是( )

A．所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成 B．SmaⅠ切割后产生的是黏性末端 C．用DNA连接酶连接平口末端和黏性末端的效率一样 D．细菌细胞内的限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵 答案 D 解析 也有少数限制酶的识别位点由4、5或8个核苷酸序列组成，故A错误；据图分析，SmaⅠ限制酶切割后产生的是平口末端，故B错误；用DNA连接酶连接平口末端的效率比黏性末端低，故C错误；细菌细胞内限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵，是一套完善的防御机制，故D正确。 2．下面是3种限制酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点，切出的断面为黏性末端)。相关叙述错误的是( ) 限制酶1：—↓GATC— 限制酶2：—CCGC↓GG— 限制酶3：—G↓GATCC— A．不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性 B．限制酶2和3识别的序列都包含6个碱基对 C．限制酶1和3剪出的黏性末端相同 D．能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2 答案 D 解析 酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，A项正确；据图可知，限制酶2和3识别的序列分别是—CCGCGG—和—GGATCC—，均为6个碱基对，B项正确；限制酶1和3剪出的黏性末端相同，均为GATC，C项正确；限制酶只能识别特定的DNA序列，因此三- 5 -

种限制酶均不能识别和切割RNA中核糖核苷酸序列，D项错误。 3．下列有关基因工程的叙述，正确的是( ) A．DNA连接酶的作用是使互补的黏性末端之间发生碱基A与T，C与G之间的配对 B．基因工程中使用的载体最常见的是大肠杆菌 C．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞并可促进目的基因的表达 D．基因工程造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异 答案 D 解析 DNA连接酶的作用对象是磷酸二酯键，A错误；基因工程中使用的载体最常见的是质粒，B错误；载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但是不能促进目的基因的表达，C错误；基因工程能按照人们的意愿定向地改造生物的遗传性状，其原理是基因重组，D正确。 4．我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是( ) A．抗虫基因的提取和运输需要专用的工具和载体 B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递到近缘作物，从而造成基因污染 D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的 答案 D 解析 抗虫基因的提取和运输都需要工具酶(限制酶和DNA连接酶)和载体，故A正确；DNA分子包括内含子和外显子，所以DNA分子中增加一个碱基对，不一定影响蛋白质的功能，故B正确；转基因作物可通过花粉将外源基因传递到近缘作物，从而造成基因污染，故C正确；转基因棉花是否具有抗虫特性，应该直接用害虫来食用棉花叶片，做毒性检测，抗生素抗性检测往往用于对标记基因进行检测，以确定外源基因是否导入受体细胞，故D错误。 5．下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是( )

A．基因表达载体构建过程中需要限制酶和DNA连接酶 B．图中愈伤组织分化产生的再生植株的基因型一般都相同 C．卡那霉素抗性基因中含有相关限制酶的识别和切割位点 D．转基因抗虫棉有性生殖产生的部分后代不能稳定保持抗虫性状 答案 C 解析 基因表达载体构建过程中需要限制酶对目的基因和载体进行切割，需要DNA连接酶将目的基因和载体进行连接，A正确。愈伤组织分化产生的再生植株若不发生突变，其基因型都- 6 -

是一样的，B正确。卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的识别和切割位点，否则破坏了抗性基因，C错误。进行有性生殖会发生基因重组，部分后代抗虫性状不能稳定遗传，D正确。 6．随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生，下列关于基因污染的说法中，不正确的是( ) A．转基因作物可能通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库 B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性 C．基因污染是一种不可以增殖的污染 D．基因污染难以清除 答案 C 解析 基因污染指基因工程中的目的基因转移到生物体内可能对生物多样性、生态环境和人体健康造成潜在风险和威胁，而且会随着生物的繁殖过程不断增殖，故C项是错误的。 7．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104 位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( ) A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的mRNA C．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因 答案 C 解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 8．下列关于基因工程技术的叙述，正确的是( ) A．切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列 B．PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应 C．载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D．抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达 答案 D 解析 限制酶的识别序列多数为6个核苷酸序列，也有少数为4、5或8个核苷酸序列，A错误；DNA聚合酶只能催化脱氧核苷酸合成DNA片段，不能催化其他反应，B错误；控制抗生素合成的基因不在质粒上，通常采用载体质粒上的抗生素抗性基因作为筛选标记基因，C错误；抗虫基因成功插入到植物细胞染色体上后，是否能正常表达，还需要其他控制元件如启动子、终止子等控制，D正确。