备考2024届高考生物一轮复习讲义第十一章生物技术与工程课时6基因工程的基本工具与操作程序考点1基因工程的基本工具

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考点1 基因工程的基本工具
1.基因工程的概念
（1）手段：按照人们的愿望，通过[1] 转基因 等技术，赋予生物新的遗传特性。
（2）目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和[2] 生物产品 。
（3）操作水平：[3] 分子水平 。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作[4] 重组DNA技术 。
2.基因工程的基本工具
教材补遗[选必3P72“旁栏思考”]DNA连接酶和DNA聚合酶不是一回事。原因：①DNA连接酶是催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，而DNA聚合酶只能催化单个脱氧核苷酸加到已有的DNA片段3'末端的羟基上，形成磷酸二酯键；②DNA聚合酶起作用时需要以一条DNA链为模板，而DNA连接酶起作用时不需要模板。
3.与DNA有关的几种酶的比较
基础自测
1.重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。（× ）
2.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。（× ）
3.切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。（× ）
4.限制酶和DNA连接酶的作用部位一致，但作用相反。（ √ ）
5.所有DNA连接酶都能连接黏性末端和平末端。（× ）
6.载体的种类有质粒、噬菌体和动植物病毒等。（ √ ）
7.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选的标记基因。（× ）
深度思考
1.原核生物中存在限制酶的意义是什么？
提示 当外源DNA入侵时，原核生物会利用限制酶切割外源DNA以保证自身安全，这是原核生物在长期进化过程中形成的防御机制。
2.原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA？
提示 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰等。
3.基因工程中的载体与细胞膜上的载体相同吗？
提示 不同。基因工程中的载体通常是质粒、噬菌体、动植物病毒等，主要作用是携带外源基因进入受体细胞，并在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA进行同步复制；细胞膜上的载体一般为蛋白质，主要是运载要进入细胞的特定物质。
4.天然质粒一般不能直接用作基因工程载体的原因是什么？
提示 只有具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等特点的质粒才可以直接用作基因工程的载体。实际上天然质粒一般不完全具备上述条件，其往往需要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
研透高考 明确方向
命题点 基因工程所需的工具酶分析
1.[2023新课标]某同学拟用限制酶（酶1、酶2、酶3和酶4）、DNA连接酶为工具，将目的基因（两端含相应限制酶的识别序列和切割位点）和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是（C ）
A.质粒和目的基因都用酶3切割，用E.cliDNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.cliDNA连接酶连接
解析 只用一种限制酶切割质粒和目的基因，会使质粒和目的基因发生自身环化或者使目的基因在质粒中反向连接，而且酶3切割产生平末端，E.cliDNA连接酶不能连接具有平末端的DNA片段，A错误；用酶1切割目的基因，产生的是黏性末端，用酶3切割质粒，产生的是平末端，无法连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后，可使用T4DNA连接酶连接，使目的基因定向插到质粒中，C正确；用酶4切割质粒会破坏标记基因，不能选择酶4切割，D错误。
通性通法
图解限制酶的选择依据
甲乙
（1）根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类
①应选择位于目的基因两端的限制酶，如图甲中可选择PstⅠ。
②不能选择目的基因内部的限制酶，如图甲中不能选择Sma Ⅰ。
（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类
①通常选择与待切割目的基因相同的限制酶，以确保出现相同的黏性末端，如图乙中的PstⅠ。
②在只有一种标记基因时，选择的限制酶不能破坏标记基因，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因。
2.[2023保定模拟，10分]如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
（1）a和质粒的化学本质相同，都是 DNA ，二者还具有其他共同点，如 能够自我复制 （写出一条即可）。
（2）若质粒的切割末端为，则与之连接的目的基因切割的黏性末端应为；可使用 DNA连接酶 把质粒和目的基因连接在一起。
（3）氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上作为 标记基因 ，其作用是 便于重组DNA的鉴定和筛选 。
（4）下列常在基因工程中作为载体的是（C ）
A.苏云金杆菌抗虫基因
B.农杆菌环状RNA分子
C.大肠杆菌的质粒
D.动物细胞的染色体
（5）除质粒外，常用的载体还有 噬菌体 和 动植物病毒 等。
解析 （1）图中a是拟核DNA，拟核DNA和质粒的本质都是DNA分子，均能够自我复制。（2）DNA连接酶可以将具有互补末端的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子，若质粒的切割末端为，则与之连接的目的基因切割的黏性末端应为。（3）质粒上常具有标记基因（如抗生素的抗性基因），便于重组DNA的鉴定与筛选。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具；
2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤；
3.DNA的提取和鉴定；
4.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
基因工程的基本工具
2023：重庆T12、湖北T4和T22（4）、新课标T6；
2022：湖北T24（3）；
2021：湖北T7、全国乙T38
1.科学思维——建立模型：基因工程的操作流程。分析与综合：理解基因工程的工具；PCR的原理，推断PCR反应所需的条件；根据基因表达的过程，推断目的基因检测与鉴定的方式。
2.科学探究——通过DNA的粗提取与鉴定及DNA片段的扩增与鉴定的实际操作，培养科学探究能力
基因工程的基本操作程序
2023：辽宁T8和T25、江苏T22、天津T17、山东T25、湖南T19（2）、全国乙T38、浙江1月T24（5）；
2022：江苏T24、全国乙T38、辽宁T12和T24Ⅰ、天津T15；
2021：山东T25、辽宁T24、广东T22、湖北T16、全国甲T38、天津T16、江苏T23、福建T21、浙江6月T29（二）（2）；
2020：浙江7月T24和T29（二）（1）（2）、浙江1月T29（二）（2）；
2019：江苏T33、全国ⅠT38、天津T9
DNA的粗提取与鉴定及DNA片段的扩增与鉴定
2023：江苏T9D、广东T11；
2022：山东T13；
2021：山东T13；
2020：海南T10；
2019：江苏T10
命题分析预测
1.基因工程是高考的重点，常以科研或生产实践为情境，考查基因工程的基本工具及基本操作程序，也常与核酸的结构、遗传的物质基础、细胞工程、胚胎工程等知识相结合进行综合考查，多以非选择题形式呈现，但也可以选择题的形式呈现。
2.预计2025年高考试题仍可能延续往年的考查形式及特点，分层设置问题，多角度考查基因工程的工具、操作程序等相关知识，同时原因分析型试题的比例将大大增加
项目
种类
作用底物
作用结果
限制酶
DNA分子
切开磷酸二酯键，形成黏性末端或平末端
DNA连接酶
两个DNA分子片段
通过形成磷酸二酯键，进而形成新的DNA分子
DNA聚合酶
DNA片段、脱氧核苷酸
通过形成磷酸二酯键，进而形成新的单链DNA分子
DNA酶
[10] DNA分子
断开磷酸二酯键，形成脱氧核苷酸
解旋酶
双链DNA分子
断开碱基对间的氢键，形成单链DNA分子
RNA聚合酶
DNA片段、核糖核苷酸
通过形成磷酸二酯键，进而形成单链RNA分子