1.涵蓋范圍

本單元包括選修3全部內(nèi)容一一基因工程、細胞工程、胚胎工程、生物技術(shù)的安全性和倫理

問題以及生態(tài)工程。

2.考情分析

(1)考查力度：占分比重相對穩(wěn)定，如山東理綜只出一個8分的簡答題。

(2)考查內(nèi)容

①基因工程中三種工具。

②基因工程操作四步曲。

③基因工程成果一一轉(zhuǎn)基因生物實例及安全性討論。

④細胞工程中植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交。

⑤動物細胞培養(yǎng)和單克隆抗體的制備及應用。

⑥核移植技術(shù)。

⑦胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。

⑧干細胞的研究。

(3)考查形式

①有的省將選修與必修有機結(jié)合，既可出簡答題也可出選擇題。

②有的省如山東省全部以簡答題形式呈現(xiàn)，且不與必修聯(lián)系。

3.復習指導

(1)復習線索

①以基因工程的具體成果(如抗蟲棉)為主線，系統(tǒng)復習基因工程的操作工具和操作步驟等知

識點。

②以植物的組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)復習其他細胞工程技術(shù)手段。③以體內(nèi)受

精作用和個體發(fā)育過程為基礎(chǔ)，系統(tǒng)復習胚胎工程的流程。

(2)復習方法

①圖解法復習基因工程和胚胎工程。

②比較法復習植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng);植物體細胞雜交和動物細胞融合及單克隆抗體

制備。

③關(guān)注熱點科研成果，注意知識的實踐應用。

第37講基因工程

［考綱要求］L基因工程的誕生(I)。2.基因工程的原理及技術(shù)(II)。3.基因工程的應用

(II)o4.蛋白質(zhì)工程(I)。

英破考點歸納提煉學案式操作遞進式突破

考點一聚焦基因工程的概念及基本工具

I核心突破I

1.分析基因工程的概念

(1)供體：提供目的基因。

(2)操作環(huán)境:體外。

(3)操作水平：分子水平。

(4)原理：基因重組。

(5)受體：表達目的基因。

(6)本質(zhì)：性狀在受體體內(nèi)表達。

(7)優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。

2.基因工程的基本工具(判一判)

(1)限制酶只能用于切割目的基因(X)(2)

限制酶切割DNA分子具有特異性(V)

(3)限制酶切割DNA分子后可產(chǎn)生黏性末端和平末端兩種類型(V)

(4)DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來(X)

(5)E-coliDNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端

(X)

(6)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體(V)

(7)載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(V)

易錯警示巧辨基因工程操作工具的8個易錯點

(1)限制酶是一類酶，而不是一種酶。

(2)限制酶的成分為蛋白質(zhì)，其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件，高溫、強酸或強堿均易使

之變性失活。

(3)在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。

(4)將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產(chǎn)生4個黏性末端。

(5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個DNA分子用不同的限

制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。

(6)限制酶切割位點應位于標記基因之外，不能破壞標記基因，以便于進行檢測。

(7)基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體不同。基因工程中的載體是DNA分子，能

將目的基因?qū)胧荏w細胞內(nèi)；膜載體是蛋白質(zhì)，與細胞膜的通透性有關(guān)。

(8)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。

I命題探究I

1.如圖所示為部分雙鏈DNA片段，下列有關(guān)基因工程中工具酶ob

功能的敘述錯誤的是()

A.切斷a處的酶為限制酶VVOEBQ/JX

B.連接a處的酶為DNA連接酶\二

C.切斷b處的酶為DNA解旋酶\0^==匚乂入

D.連接b處的酶為RNA聚合酶

答案D

解析限制酶能識別特定的核昔酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子，通常形成黏

性末端，即能切割DNA鏈外側(cè)的磷酸二酯鍵(圖中的a處)，內(nèi)側(cè)堿基對之間的氫鍵(b處)可

通過DNA解旋酶水解。DNA連接酶將切斷的磷酸二酯鍵進行連接，即圖中的a處。RNA聚合

酶的作用是催化DNA的轉(zhuǎn)錄。

2.限制酶MunI和限制酶EcoRI的識別序列及切割位點分別是一CIAATTG—和

-GIAATTC-o如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因，其中，箭頭所指部位為限制酶的識別位點，

質(zhì)粒的陰影部分表示標記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是()

目的基因

鑫—金

含目的基因的DNA片段

答案A

解析由圖可知，質(zhì)粒B上無標記基因，不適合作為載體；質(zhì)粒C和D的標記基因上都有限

制酶的識別位點；只有質(zhì)粒A上既有標記基因，且MunI的切割位點不在標記基因上。

I歸納提煉I

1.與DNA有關(guān)的酶

(1)五種相關(guān)酶的比較

作用底物作用部位形成產(chǎn)物

限制酶'DNA分子磷酸二酯鍵黏性末端或平末端

DNA連接酶DNA片段磷酸二酯鍵重組DNA分子

DNA聚合酶脫氧核甘酸磷酸二酯鍵子代DNA

堿基對間

DNA解旋酶DNA分子形成脫氧核甘酸單鏈

的氫鍵

DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯鍵游離的脫氧核昔酸

(2)限制前和DNA連接酶之間的關(guān)系圖示

.....限制醐—

IIIIII..............I111111

GAATTCi--G+AATTC

CTTAAGDNACTTAAG

[…連接酶11,114-

2.對載體的分析

條件目的

穩(wěn)定并能復制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴大

有一個至多個限制酶切割位點可攜帶多個或多種外源基因

具有特殊的標記基因便于重組DNA的鑒定和選擇

考點二基因工程的操作步驟

I核心突破I

觀察基因工程的操作過程，分析每一步驟的操作程序

抗蟲棉的培育過程

②從出生不到

10d的小牛的

①從大腸桿菌胃中分離出編

中提取質(zhì)粒碼凝乳的的基因

限制懵切/質(zhì)粒丫

割位點飛凝乳的基因

④含布?凝乳的基因的質(zhì)

③利用限制粒被大腸桿菌吸收

酶和DNA連

⑤轉(zhuǎn)化的細

接酶，將凝

菌在發(fā)酥罐

乳醒基因插

中培養(yǎng)

人質(zhì)粒中

電因工程技術(shù)生產(chǎn)凝乳陶的過程

1①從基因文庫中獲取

(1)獲取目的基因一｛②利用PCR技術(shù)擴增

【③通過化學方法人工合成

'①目的基因

②啟動子

⑵基因表達載體的構(gòu)建一組成V

③終止子

、④標記基因

'①植物：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因

槍法、花粉管通道法

⑶將目的基因?qū)胧荏w細胞一方法《

②動物：顯微注射技術(shù)

、③微生物：感受態(tài)細胞法

〃①利用DNA分子雜交技術(shù)檢測目的

基因的有無

②利用分子雜交技術(shù)檢測目的基因的

轉(zhuǎn)錄

(4)目的基因的檢測與鑒定《

③利用抗原一抗體雜交技術(shù)檢測目的基

因的翻譯

④利用個體生物學水平的鑒定檢測重

、組性狀的表達

易錯警示基因工程操作的8個易錯點

(1)目的基因的插入位點不是隨意的

基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應插入到啟動子與終止子之間的部位。

(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象

第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA,第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象，第四步檢測存在分子水平雜

交方法。

(3)原核生物作為受體細胞的優(yōu)點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少。

(4)一般情況下，用同一種限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的片段，但有時可用兩種限制酶

分別切割質(zhì)粒和目的基因，這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。

(5)目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化

的實質(zhì)是目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。

(6)不熟悉標記基因的種類和作用：標記基因的作用一一篩選、檢測目的基因是否導入受體

細胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。

(7)對受體細胞模糊不清：受體細胞常用植物受精卵或體細胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動物受精卵(一

般不用體細胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必

須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)；一般不用支原體，原因是它營寄

生生活；一定不能用哺乳動物成熟的紅細胞，原因是它無細胞核，不能合成蛋白質(zhì)。

(8)還應注意的問題有：①基因表達載體中，啟動子(DNA片段)#起始密碼子(RNA)；終止子

(DNA片段)W終止密碼子(RNA)。②基因表達載體的構(gòu)建是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外

進行。

I命題探究I

3.下列有關(guān)基因工程操作的敘述中，正確的是()

A.用同種限制酶切割載體與目的基因可獲得相同的黏性末端

B.以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因與原基因的堿基序列相同

C.檢測到受體細胞含有目的基因就標志著基因工程操作的成功

D.用含抗生素抗性基因的質(zhì)粒作為載體是因為其抗性基因便于與外源基因連接

答案A

解析一種氨基酸可以由多種密碼子控制，因此以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基

因與原基因通常不同；只有目的基因表達，使受體表現(xiàn)出目標性狀或獲得目標產(chǎn)物才標志著

基因工程操作的成功;抗生素抗性基因作為標記基因，用于檢測目的基因是否導入受體細胞。

4.浙江大學農(nóng)學院喻景權(quán)教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，一種植物激素一一油菜素內(nèi)酯能促進農(nóng)藥

在植物體內(nèi)的降解和代謝。用油菜素內(nèi)酯處理后，許多參與農(nóng)藥降解的基因(如P450基因和

紅霉素抗性基因)的表達和酶活性都得到提高，在這些基因“指導”下合成的蛋白酶能把農(nóng)

藥逐漸轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)或低毒甚至無毒物質(zhì)，有的則被直接排出體外。某課題組進一步進

行了如下的實驗操作，請回答下列問題：

接培

含農(nóng)藥的種養(yǎng)

土壤樣品.

闡頷

無農(nóng)藥的曲.落在平

土壤樣品'1板上生長

(1)獲得油菜素內(nèi)酯合成酶基因的方法有。步驟①

用PCR技術(shù)擴增基因時用到的耐高溫酶通常是指；步驟②

用到的酶有_____________________________________________________________

⑵圖中導入重組質(zhì)粒的方法是,在導入之前應用一定濃度的

__________________處理受體細菌。

(3)導入重組質(zhì)粒2以后，往往還需要進行檢測和篩選，可用制成探

針，檢測是否導入了重組基因，在培養(yǎng)基中加入可將含有目的基因的細胞

篩選出來。

(4)請你為該課題命名：。

答案(1)從cDNA文庫中獲取、從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術(shù)(任

選其中兩項即可)TaqDNA聚合酶限制酶和DNA連接酶

(2)轉(zhuǎn)化法氯化鈣溶液

(3)紅霉素抗性基因紅霉素

(4)探究油菜素內(nèi)酯能否促進土壤中農(nóng)藥的分解

解析進行基因工程操作時，首先要獲取目的基因，其方法有多種：從cDNA文庫中獲取、

從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術(shù)等。在構(gòu)建基因表達載體的過程中，

用到的工具酶有限制酶和DNA連接酶。圖中的受體細胞是細菌，故用轉(zhuǎn)化法導入基因表達載

體，導入后，需檢驗和篩選。從圖中可以看出，最終是通過對照實驗來檢驗轉(zhuǎn)基因細菌對土

壤中殘留農(nóng)藥的分解能力。

I歸納提煉I

1.獲取目的基因

〃從基因組文庫中獲?。杭从孟拗泼高M行切割、

分離

(1)直接分離〈從cDNA文庫中獲取：即利用mRNA反轉(zhuǎn)錄

形成

、利用PCR擴增技術(shù)：獲取大量目的基因

(2)人工化學合成：適用于分子較小的基因。

2.基因表達載體的構(gòu)建一一基因工程的核心

(1)目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因

能夠表達和發(fā)揮作用。

〃目的基因

啟動子：為RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)

動轉(zhuǎn)錄mRNA

(2)基因表達載體組成《終止子：使轉(zhuǎn)錄終止的一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA

短片段

標記基因：為了鑒別受體細胞中是否含有目的

、基因

(3)構(gòu)建過程

、載體（質(zhì)粒年DNA分子,

一種限制性核

酸內(nèi)切前

二個切口~~兩個切門

、兩個黏性末端獲取目的基因.

"v"

[DNA連接博

重組DNA分子（重組質(zhì)粒）

3.將目的基因?qū)胧荏w細胞

生物種類植物動物微生物

常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細胞法

受體細胞體細胞受精卵原核細胞

將目的基因插入到Ti質(zhì)將含有目的基因的表達Ca2+處理細胞一感受態(tài)

粒的T-DNA上f農(nóng)桿菌載體提純一取卵（受精細胞f重組表達載體DNA

轉(zhuǎn)化過程f導入植物細胞f整合卵）一顯微注射f受精卵分子與感受態(tài)細胞混合

到受體細胞的DNA上一發(fā)育f獲得具有新性狀一感受態(tài)細胞吸收DNA

表達的動物分子

4.目的基因的檢測與鑒定

目的基因

是否插入

檢

測

DNA分分子抗原f

子雜交雜交體雜交

現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)

象象象

是否出現(xiàn)是杳出現(xiàn)是否出現(xiàn)

雜交帶雜交帶雜交帶

分子水平檢測

考點三關(guān)注基因工程的應用和蛋白質(zhì)工程

I核心突破|

1.基因工程的應用（判一判）

（1）我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉轉(zhuǎn)入的抗蟲基因是Bt毒蛋白基因（V）

（2）利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因為將人

的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌毎校╔）

（3）由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用（X）

（4）為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體（X）

（5）目前，植物基因工程技術(shù)主要應用于提高農(nóng)作物的抗逆性、生產(chǎn)某些天然藥物、改良農(nóng)

作物的品質(zhì)、作器官移植的供體（X）

（6）基因工程藥物主要來源于轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)（X）

（7）基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾

病的目的（V）

2.蛋白質(zhì)工程

（1）概念理解

①基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系.

②操作：基因修飾或基因合成。

③結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。

④目的：滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。

(2)操作過程：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設(shè)計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應有的氨基酸序列

一找到相對應的脫氧核甘酸序列(基因)一基因表達一產(chǎn)生需要的蛋白質(zhì)。

易錯警示(1)有關(guān)基因工程應用的易錯點:①動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，

而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。②DNA分子作探針進行檢測時應檢測單鏈，即將待測雙鏈

DNA分子打開。③Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并無毒性，進入昆蟲消化道被分解成

多肽后產(chǎn)生毒性。④青霉素是青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程產(chǎn)生的。⑤并非所有個體都

可作為乳腺生物反應器。操作成功的應該是雌性個體，個體本身的繁殖速度較高，泌乳量、

蛋白含量等都是應該考慮的因素。⑥基因治療后，缺陷基因沒有改變?；蛑委熓前颜；?/p>

因?qū)胧荏w細胞中，以表達正常產(chǎn)物從而治療疾病，對原來細胞中存在缺陷的基因沒有清除

或改變。(2)有關(guān)蛋白質(zhì)工程的易錯點：①對蛋白質(zhì)分子進行改造，其本質(zhì)是改變其基因組

成。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳。②蛋白質(zhì)

工程的實質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新基因或者改造老基因，是基因工程的發(fā)展與延續(xù)。

③蛋白質(zhì)工程與DNA分子重組技術(shù)是分不開的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA

連接酶。

I命題探究I

5.科學家利用基因工程技術(shù)可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。目前科學

家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要

藥品。請回答有關(guān)問題：

(1)將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子、終止子和等重組在一起，就

可構(gòu)建基因表達載體，再通過技術(shù)即可導入受精卵中。

(2)制備乳腺生物反應器的過程中，目的基因的受體細胞為,性染色體組成為

(3)為確定受體細胞中染色體的DNA上是否插入了目的基因，可利用技術(shù)進行

檢測，一般是用放射性同位素標記作探針。

(4)轉(zhuǎn)化成功的受精卵發(fā)育成胚胎需要進行體外培養(yǎng)，在培養(yǎng)液中要加入等天

然成分。

答案(1)標記基因顯微注射(2)受精卵XX(3)DNA分子雜交含有目的基因的DNA

片段(4)血清

解析基因表達載體的組成，除了目的基因，還必須有啟動子、終止子及標記基因。顯微注

射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動物操作中采用最多、也最有效的方法。制備乳腺生物反應器的過程中，子

代個體須有乳房，所以受體為雌性，其性染色體組成為XX。將含有目的基因的DNA片段用

放射性同位素標記作探針，用DNA分子雜交技術(shù)可檢測目的基因是否成功插入了受體細胞染

色體的DNA上。

6.胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長

的時間才能進入血液，而進入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果受到影響。如圖是

用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：

生華制備與重折隹麗硝產(chǎn)迪

I新?胰島素II高級，結(jié)構(gòu)I

在大腸桿菌或其他I計算機設(shè)

細胞中表達［訃及作圖

|新的胰島素基因下_人工合成DNA「新的胰、索模型|

（1）構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是

（2）通過DNA合成形成的新基因應與結(jié)合后轉(zhuǎn)移到中

才能得到準確表達。

（3）若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有、一

和發(fā)酵工程。

（4）圖中從胰島素模型到新的胰島素基因合成的基本思路是什么？

答案（1）蛋白質(zhì)的預期功能（2）載體大腸桿菌等受體細胞（3）蛋白質(zhì)工程基因工程

（4）根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出控制其合成的基因中的脫氧核昔酸序列，然后

利用DNA合成儀合成出新的胰島素基因

解析（1）蛋白質(zhì)工程首先要根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子

設(shè)計，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是預期胰島素的功能，即速效胰島素。（2）

合成的目的基因應與載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達載體后導入受體細胞中才能表達。（3）利用蛋

白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素，需合成新的胰島素基因，改造好的目的基因需要通過基因工程轉(zhuǎn)

入受體細胞，并在生產(chǎn)中要借助工程菌，所以還需要發(fā)酵過程，因此，此過程涉及蛋白質(zhì)工

程、基因工程、發(fā)酵工程。（4）由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因，其基本思路是根據(jù)新的

胰島素中氨基酸的序列，推測出控制其合成的基因中的脫氧核甘酸序列，然后利用DNA合成

儀來合成出新的胰島素基因。

I歸納提煉I

1.乳腺生'物反應器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較

比較項目乳腺生物反應器工程菌

動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基細菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人

基因結(jié)構(gòu)

本相同類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異

細菌細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，

基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同