高中生物高考题分类题基因工程

知识点一基因工程的概念

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。

注意：对本概念应从以下几个方面理解：

知识点二基因工程的基本工具

1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

(1)限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。

(2)限制性内切酶的作用：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。

(3)限制性内切酶的切割方式及结果：①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。

2.DNA连接酶——“分子缝合针”

(1)来源：大肠杆菌、T4噬菌体

(2)DNA连接酶的种类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

(3)作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA 连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。

注意：比较有关的DNA酶

(1)DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基

(2)DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温(如94℃)、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。(3)DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。

(4)DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。

3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

(1)分子运载车的种类：①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。

(2)运载体作用：①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

(3)作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制②有多个限制性内切酶切点③有一定的标记基因，便于筛选。

教材拓展：

拓展点一限制酶所识别序列的特点

限制酶所识别的序列的特点是：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，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如：以中心线为轴，两侧碱基互补对称;为轴，两侧碱基互补对称。

拓展点二DNA连接酶连接的是什么部位?

DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。

【基因工程的基本操作程序】

教材梳理：

基因工程的基本操作步骤为四步曲：目的基因的获取;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。

一.目的基因的获取

1.目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。

2.目的基因的获取方法：

注:需要重点复习的内容有：a基因组文库与部分基因文库的含义及区别；建立基因文库的目的；如何从基因文库中获取目的基因；b逆转录法的过程，c PCR技术(原理、场所、条件、过程、特点)DNA复制与PCR技术列表比较。如下所示：

(1)从基因文库中获取

基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。

构建基因文库的目的：为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。

基因组文库：含有一种生物的所有基因。

部分基因文库(如cDNA文库)：含部分基因，可由mRNA反转录而来。

(2)利用PCR技术扩增目的基因

PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。

原理：DNA双链复制

原料：模板DNA;RNA引物;四种脱氧核苷酸;热稳定DNA聚合酶(Taq酶);

方法：DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA 聚合酶作用下延伸合成互补链。

过程：热变性(90-95℃)、退火(55-60℃)、延伸(70-75℃)。

特点：指数形式扩增

二.基因表达载体的构建(基因工程的核心—体外进行)

1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在;可以遗传给下一代;使目的基因能够表达和发挥作用。

3.方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。

目的基因与运载体结合(以质粒为运载体)

4.条件：同种限制酶、DNA连接酶、(目的基因、启动子、终止子、标记基因)

三.将目的基因导入受体细胞

转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

①导入植物细胞：常用农杆菌转化法(将构建的载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞)，基因枪法、花粉管通道法。

②导入动物细胞：显微注射法(将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中)

③导入微生物细胞：Ca2+处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。

提示：农杆菌转化法的原理是利用农杆菌(胞内寄生菌)对植物的感染而把目的基因导入受体细胞。

四.目的基因的检测和鉴定

分子检测：导入检测+表达检测

①导入检测：利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。

②表达检测：目的为了检测是否转录出了mRNA，利用DNA-mRNA分子杂交技术，

目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。

③表达检测：目的为了检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原-抗体杂交，看是否有杂交带。

个体水平的鉴定：进行抗虫、抗病的接种实验，根据其性状判断是否表达。

提示：①DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交;②抗原-抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物

进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的

【基因工程的应用】

教材梳理：

知识点一植物基因工程的应用

植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

1.提高抗逆性

(1)常用抗虫基因：用于抗虫(杀虫)的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。

(2)常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因;b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因

(3)其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。

2.改良植物品质

由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。知识点二动物基因工程的应用

1.用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。

2.用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。

3. 生产药物

基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、α-干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素-2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。

（3）在没有迁入迁出、突变和选择等条件下，一个由纯合果蝇组成的大种群个体间自由交配得到F1 ，F1中灰体果蝇8400只，黑檀体果蝇1600只。F1中e的基因频率为_______________，Ee的基因型频率为________。亲代群体中灰体果蝇的百分比为________。