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2019-2020年高考生物 考前30天沖刺押題系列 專題18 基因工程 一、考綱解讀 考綱下載 考綱解讀 命題規(guī)律 命題趨勢 1.基因工程的誕生(Ⅰ) 1.了解基因工程誕生的歷程。 2.掌握基因工程的原理、基本工具及操作步驟。 3.能運(yùn)用基因工程的原理去解決實(shí)際生活中的問題，了解基因工程在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面的應(yīng)用。 4.了解蛋白質(zhì)工程的原理及其與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系。 命題角度主要側(cè)重于基因工程的原理、技術(shù)與應(yīng)用，基因工程的應(yīng)用成為高考考查的熱點(diǎn)，具體表現(xiàn)在對(duì)以材料為背景的信息題進(jìn)行分析解答與過程設(shè)計(jì)。 命題形式上，新課標(biāo)區(qū)的山東、寧夏、廣東和海南都是以選做簡答題的形式出現(xiàn)，而上海在考查中形式最為多樣，兼具了單選、多選以及簡答的多種形式。生物工程倫理與安全性考查相對(duì)較弱，主要為觀點(diǎn)性題目，考查方式難以預(yù)計(jì)。 單純的基因工程的題目越來越少，而與胚胎工程、微生物的培養(yǎng)、克隆技術(shù)、組織培養(yǎng)等知識(shí)綜合考查學(xué)生解決實(shí)際問題的能力的概率越來越高，特別是理綜試題。預(yù)計(jì)xx高考這種命題趨勢還會(huì)存在。 2.基因工程的原理及技術(shù)(Ⅱ) 3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ) 4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ) 熱點(diǎn)題型1 透徹理解原理，解答與基因工程工具和操作程序題 【例1】某研究所的研究人員將生長激素基因通過質(zhì)粒介導(dǎo)進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，來表達(dá)產(chǎn)生生長激素。已知質(zhì)粒中存在兩個(gè)抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因要插入到基因B中，而大腸桿菌不帶有任何抗性基因。下列敘述正確的是 A．導(dǎo)入大腸桿菌的質(zhì)粒一定為重組質(zhì)粒 B． RNA聚合酶是構(gòu)建該重組質(zhì)粒必需的工具酶 C．可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒 D．在含氨芐青霉素培養(yǎng)基中不能生長，但在含鏈霉素培養(yǎng)基中能生長的可能是符合生產(chǎn)要求的大腸桿菌 【例2】下圖是從酵母菌獲取某植物需要的某種酶基因的流程，結(jié)合所學(xué)知識(shí)及相關(guān)信息回答下列問題： （1）圖中cDNA文庫 基因組文庫（填“大于”、“等于”或者“小于”）。 （2）①過程提取的DNA需要 的切割，B過程是 。 （3）為在短時(shí)間內(nèi)大量獲得目的基因，可用 擴(kuò)增的方法，其原理是 。 （4）目的基因獲取之后，需要進(jìn)行 ，其組成必須有 以及標(biāo)記基因等，此步驟是基因工程的核心。 （5）將該目的基因?qū)肽畴p子葉植物細(xì)胞，常采用的方法是 ，其能否在此植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是 ，可以用 技術(shù)進(jìn)行檢測。 【例3】下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圈l、圈2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請回答下列問題： （1）一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)Sma Ⅰ切割前后，分別含有 個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。 （2）若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越 。 （3）用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用Srna Ⅰ切割，原因是 。 （4）與只使用EcoR I相比較，使用BamH Ⅰ和Hind Ⅲ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止 。 （5）為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入 酶。 （6）重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了 。 （7）為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以完成目的基因表達(dá)的初步檢測。 題型攻略 【知識(shí)儲(chǔ)備】1.基因組文庫和cDNA文庫比較 文庫類型 cDNA文庫 基因組文庫 文庫大小 小 大 基因中啟動(dòng)子 無 有 基因多少 某種生物的部分基因 某種生物的全部基因 物種之間的基因交流 可以 部分基因可以 說明 基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便,缺點(diǎn)是工作量大,具有一定的盲目性 2.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 細(xì)胞類型 常用方法 受體細(xì)胞 轉(zhuǎn)化過程 植物細(xì)胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 體細(xì)胞 將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA上→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA上 動(dòng)物細(xì)胞 顯微注射 受精卵 將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→發(fā)育成為 具有新性狀的動(dòng)物 微生物細(xì)胞 Ca2+處理 原核細(xì)胞或酵母菌 用Ca2+處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收 3. 目的基因的檢測和表達(dá) 4.幾個(gè)應(yīng)注意的問題 ①基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA);終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)；②基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法：該過程把三種工具(只有兩種工具酶)全用上了,是最核心、最關(guān)鍵的一步,在體外進(jìn)行。 【易錯(cuò)指導(dǎo)】（1）不注意區(qū)分基因工程中的工具和工具酶；①基因工程中有3種工具（包括運(yùn)載體）,但工具酶只有2種（不包括運(yùn)載體）；②工具酶本質(zhì)為蛋白質(zhì),載體本質(zhì)為小型DNA分子,但不一定是環(huán)狀（最常見的運(yùn)載體為質(zhì)粒，動(dòng)植物病毒等也可作為運(yùn)載體）。（2）不熟悉標(biāo)記基因的種類和作用；標(biāo)記基因的作用——篩選、檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞,常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因,表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色物質(zhì)等。（3）對(duì)受體細(xì)胞模糊不清；受體細(xì)胞中常用植物受精卵或體細(xì)胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動(dòng)物受精卵(一般不用體細(xì)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需用真核生物酵母菌（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(dòng)物成熟紅細(xì)胞,原因是它無細(xì)胞核,不能合成蛋白質(zhì)。 熱點(diǎn)題型2 關(guān)注發(fā)展方向，解答基因工程綜合應(yīng)用題 【例1】下列不屬于利用基因工程技術(shù)制取的藥物是(　　) A.從大腸桿菌體內(nèi)制取白細(xì)胞介素 B.在酵母菌體內(nèi)獲得干擾素 C.在青霉菌內(nèi)獲取青霉素 D.在大腸桿菌內(nèi)獲取胰島素 【例2】下列關(guān)于基因工程應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的是 ( ) A.基因治療需要將正常基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞 B.基因診斷的基本原理是DNA分子雜交 C.一種基因探針只能檢測水體中的一種病毒 D.原核基因不能用來進(jìn)行真核生物的遺傳改良 【解析】：本題考查基因工程的應(yīng)用。理解基因治療、基因診斷的概念和DNA分子雜【例3】利用動(dòng)物乳腺生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)稱為動(dòng)物乳腺反應(yīng)器技術(shù)。xx年我省青島“嶗山奶山羊乳腺生物反應(yīng)器的研制”項(xiàng)目通過鑒定，該項(xiàng)目生產(chǎn)的藥用蛋白具有表達(dá)效率高、成本低、安全性高、易于分離純化的優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等醫(yī)藥產(chǎn)品，造福人類健康。下圖為利用生物技術(shù)獲得生物這一新品種和抗蟲棉的過程，據(jù)圖回答： 　?、旁诨蚬こ讨校珹表示 ，如果直接從蘇云金桿菌中獲得抗蟲基因，①過程使用的酶區(qū)別于其他酶的特點(diǎn)是 ，B表示 。 　　⑵在研究過程中，研究人員首先從相關(guān)基因組中獲取了目的基因，并采用____ 技術(shù)對(duì)目的基因進(jìn)行了擴(kuò)增，然后將目的基因與質(zhì)粒等載體組合形成了重組載體。在重組載體的構(gòu)建過程中需要的工具酶有______________________________。 　?、腔虮磉_(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心，一個(gè)完整的基因表達(dá)載體至少包括哪些部分? 。 　?、葘⒛康幕?qū)胧荏w細(xì)胞的過程中，在③過程中一般是采用 方法，在②過程中一般采用 方法，受體細(xì)胞一般是 。 　?、捎捎谵D(zhuǎn)基因表達(dá)產(chǎn)物存在于山羊的乳汁中，檢測其體內(nèi)是否出現(xiàn)藥用蛋白，在分子水平上的檢測方法及結(jié)果是什么? 。 　?、室_定目的的基因（抗蟲基因）導(dǎo)入棉花細(xì)胞后，是否能穩(wěn)定遺傳并表達(dá)，需進(jìn)行檢測和鑒定工作，請寫出在個(gè)體水平上的鑒定過程： 。 【解析】：本題主要考查基因工程的工具、步驟和應(yīng)用。熟悉各個(gè)步驟是正確解答該題的關(guān)鍵?；蚬こ痰墓ぞ哂邢拗泼?、DNA連接酶、運(yùn)載體等，其中限制酶具有專一性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。基因工程包括四個(gè)步驟：目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。目的基因的獲取一般有3種途徑：從基因文庫中獲取目的基因；利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因；通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成。一個(gè)完整的基因表達(dá)載體至少包括目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等部分。基因基因的檢測與鑒定有四種方法：采用DNA分子雜交技術(shù)檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因，檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定（進(jìn)行抗蟲或抗病的接種實(shí)驗(yàn)）。 題型攻略 【知識(shí)儲(chǔ)備】基因工程在疾病的診斷和治療中的作用舉例。 (1)基因診斷：基因診斷是用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子做探針,利用DNA分子雜交原理,鑒定被檢測標(biāo)本上的遺傳信息,達(dá)到檢測疾病的目的。 (2)基因治療：把健康動(dòng)物的正?；?qū)牒腥毕莼虻氖荏w細(xì)胞中,存在基因缺陷的病人細(xì)胞中既含有缺陷基因,又含有通過基因工程導(dǎo)入的正常基因, 在病人體內(nèi)兩種基因都能表達(dá),正?；虻谋磉_(dá)產(chǎn)物掩蓋了缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物,從而治愈了有基因缺陷的疾病。 【易錯(cuò)指導(dǎo)】對(duì)乳腺(膀胱)反應(yīng)器與微生物生產(chǎn)基因產(chǎn)品混淆不清 乳腺生物反應(yīng)器與微生物生產(chǎn)的比較 乳腺生物反應(yīng)器 微生物生產(chǎn)(原核生物) 基因結(jié)構(gòu) 動(dòng)物基因結(jié)構(gòu)與人類的相同 與人類基因結(jié)構(gòu)不同 基因表達(dá) 與天然蛋白質(zhì)活性沒有區(qū)別 由于缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器,產(chǎn)物可能不具有生物活性 產(chǎn)物提取 從乳汁中較易分離提取 從細(xì)胞中提取,較為復(fù)雜 生產(chǎn)設(shè)備 畜牧業(yè)生產(chǎn);提取設(shè)備 工業(yè)生產(chǎn);設(shè)備精良 熱點(diǎn)題型3理清區(qū)別與聯(lián)系，解答蛋白質(zhì)工程與基因工程綜合應(yīng)用題 【例1】下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法,錯(cuò)誤的是 ( ) A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),使之更加符合人類需要 B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作,定向改變分子的結(jié)構(gòu) C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白質(zhì)分子 D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分,又稱為第二代基因工程 【例2】某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似，只有對(duì)熱穩(wěn)定性較差，進(jìn)入人體后容易失效。現(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療食物的消化不良，最佳方案是 A.對(duì)此酶中的少數(shù)氨基酸替換，以改善其功能 B.將此酶與人蛋白酶進(jìn)行拼接，形成新的蛋白酶 C.重新設(shè)計(jì)與創(chuàng)造一種全新的蛋白酶 D.減少此酶在片劑中的含量 【例3】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(huì)堆積在皮下,要經(jīng)過較長的時(shí)間才能進(jìn)入血液,而進(jìn)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(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過程,請據(jù)圖回答有關(guān)問題： (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(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。 (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 、 和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么？ 。 題型攻略 【知識(shí)儲(chǔ)備】基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 區(qū)別 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→推測相對(duì)應(yīng)的脫氧核 苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出 蛋白質(zhì) 獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 →目的基因的檢測與鑒定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 結(jié)果 生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 一般是生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì),必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn) 【易錯(cuò)指導(dǎo)】很多同學(xué)誤認(rèn)為蛋白質(zhì)工程的直接改造對(duì)象是蛋白質(zhì)。 實(shí)際上，之所以稱為蛋白質(zhì)工程，是因?yàn)檎麄€(gè)過程是以研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能為起點(diǎn)，以改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能為最終目的；但改造蛋白質(zhì)是通過對(duì)基因的改造來實(shí)現(xiàn)的。