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考点突破
考点一：DNA重组技术的基本工具
【考点精析】本考点包括三部分内容，即基因工程的概念、基因工程的工具和实验操作分析与评价等。《考纲》的要求是：理解基本工程工具的来源、作用特点及具备条件。08年的高考中，全国Ⅰ卷以选择题的形式考查了酶切后，结果的分析；山东卷、海南卷、江苏卷和广东卷都以非选择题形式考查了该考点的相关知识。下面从三个方面例析之。
【典例1】科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术----基因工程，实施该工程的最终目的是
A．定向提取生物体的DNA分子 B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造 D．定向地改造生物的遗传性状
【解析】定向地对DNA分子进行人工剪切等只是中间过程，定向地改造生物的遗传性状才是最终目的。答案：D。
【拓展延伸】基因工程的建立，凝聚着多代科学家的努力，他们的突出贡献，请复习时注意。
科学家 贡 献
沃森和克里克 发现并建立了DNA双螺旋结构
博耶和科恩 创立了基因工程
帕米特等 培育出了具有大鼠生长激素的小鼠
穆里斯 发明PCR技术
【典例2】下列关于限制酶的说法正确的是
A．限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D．限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
【解析】限制酶主要从原核生物中分离，限制酶的作用部位是特定序列中的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。答案：B。
【复习提示】有关限制酶的知识需注意以下几点：（1）限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中；（2）限制酶具有特异性，不同的限制酶切割DNA的位点不同；（3）限制酶的作用主要是用来提取出目的基因。
【典例3】下列有关说法正确的是
A．DNA连接酶和DNA聚合酶一样都需要模板，其目的都是为了合成DNA分子
B．DNA连接酶不需要四种脱氧核苷酸作为原料
C．DNA连接酶是在细胞核内合成的，而DNA聚合酶是在核糖体上合成的
D．DNA连接酶连接的是氢键和磷酸二脂键
【解析】DNA聚合酶和DNA连接酶都是形成磷酸二酯键，只是前者是将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，后者是将两个DNA片段通过形成磷酸二酯键连接起来；它们的化学本质都是蛋白质，都是在细胞内的核糖体上合成的。答案：B
【误区警示】DNA聚合酶需要四种脱氧核苷酸作为原料，但是DNA连接酶不需要。
【典例4】作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件及理由是
A．能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B．具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C．具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件
D．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选
【解析】质粒能够稳定地在宿主细胞内复制的特性，可以达到大量繁殖目的基因的目的，有更多的目的基因连同其载体，做起基因工程的成功率会更高。答案：A
【拓展延伸】标记基因的作用：即便于对目的基因是否导入受体细胞进行检测，有的时候也可以起到筛选作用，但是目的基因是否表达不能用标记基因来检测，只能通过是否表现出目的基因相应的性状来判断。选择限制酶时，要考虑不能破坏标记基因的核苷酸序列，否则就失去标记基因的作用。
【典例5】（2008高考理综全国卷I·4）已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是
A.3 B.4 C.9 D.12
【解析】此题考查基因工程的实际遇到的问题。可用数学的排列方法来巧解。用限制性酶切后，可产生的片段有以下几种可能：单一片段：a、b、c、d四种；两片段相连：ab、bc、cd三种；三片段相连的：abc、bcd两种，共9种，答案：C
　【考向指南】基因工程的工具平时的练习中大都侧重于其功能的考查，即哪一步操作使用哪一种工具；而本题则是考查工具操作的实验结果预测，这不仅需要掌握工具的功能，还要学会运用数学的方法对可能产生的结果进行判断。
考点二：基因工程的基本操作程序
考点精析：基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：第一步是目的基因的获取，第二步是基因表达载体的构建，第三步是将目的基因导入受体细胞，第四步是目的基因的检测与表达。下面从四个方面例析之。
【典例1】(06.广东)在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是
A．用mRNA为模板逆转录合成DNA
B．以4种脱氧核苷酸为原料人工合成
C．将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选
D．由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA
【解析】在已知基因碱基序列，且基因比较小的情况下，获得该基因的最佳方法是以4种脱氧核苷酸为原料直接人工合成，常用的仪器是DNA合成仪。答案：B
【复习提示】基因文库、基因组文库、部分基因文库三者的区别：
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：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。
【典例2】在基因表达载体的构建中，下列说法正确的是
①一个表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子
②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA
③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止
④所有基因表达载体的构建是完全相同的
A．②③ B．①④ C．①② D．③④
【解析】一个基因表达载体是由目的基因、启动子、终止子和标记基因组成的；启动子和终止子的作用是对转录的开始和终止进行控制。答案：A
【延伸拓展】表达载体是在原始载体（如天然质粒）的基础上，插入表达系统，如启动子、终止子和标记基因、多个酶切点等DNA序列，使其在受体细胞内易于表达又易于检测，更易于插入不同的目的基因。
【典例3】采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A、①② B、②③ C、③④ D、①④
【解析】将目的基因导入受体细胞时，是通过限制酶和DNA连接酶将目的基因和运载体结合起来，然后导入受体细胞的。将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中和将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中是不对的，没有运载体的协助，它们不能表达。答案：C
【归纳总结】常见的导入方法比较：
受体细胞种类 方法
植物细胞 （1）农杆菌转化法：目的基因插入农杆菌的Ti质粒--→通过侵染植物伤口进入细胞--→维持稳定表达；（2）基因枪法；（3）花粉管通道法。
动物细胞 DNA显微注射法：目的表达载体提纯--→取受精卵--→显微注射--→受精卵发育--→新性状动物
微生物细胞 感受态细胞法：Ca2+处理细胞--→成为感受态细胞--→表达载体与感受态细胞混合--→感受态细胞吸收DNA分子
【典例4】（原创题）某实验小组试图构建一个可以用来解释基因工程过程的模型， 描述重组体的DNA 是怎样形成的。准备的材料有： 塑料管片段(56 个), 图钉(15 个红的、15 个绿的、13 个蓝的和13 个黄的), 回形针(56个)。请你思考下列问题：
（1）本实验的第一步是制作模拟核苷酸，在此过程中，四种颜色的图钉代表________；
（2）第二步是模拟一个细菌质粒DNA，先做一条DNA 链，要求按照特定的图钉颜色顺序排列，把相邻的回形针连起来，再做互补链，并形成环状质粒DNA，相邻的回形针相连模拟______
（3）第三步是制作人类的DNA片段，方法与第二步相类似。假如按照GAATTC的顺序制作一条链，图钉排列的颜色顺序为绿-黄-黄-蓝-蓝-红，则另一条互补链图钉颜色排列为_________。
(4)第四步是模拟限制性内切酶作用切开质粒DNA，将人体DNA 和质粒DNA 片段混合, 想象在DNA 连接酶的作用下, 两者的DNA 互补末端连接在一起，形成重组DNA。此步的酶的作用是通过解开或连接________来模拟的。
【解析】本模拟实验中，四种颜色的图钉代表四种不同的碱基，回形针两边连接图钉，模拟磷酸二酯键，塑料管片段与各种图钉相连，模拟脱氧核糖和磷酸。答案：（1）四种碱基；(2)磷酸二酯键；（3）红-蓝-蓝-黄-黄-绿；（4）回形针。
【技巧点拔】模拟实验中模型选择的思维方法要遵循化繁为简的原则，把复杂的实际问题转化为理想的简单问题，使它保留并突出的主要因素，排除次要因素的干扰，模拟实验是科学性和假定性的辩证统一。
【典例5】运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有( )
A.抗虫基因 B.抗虫基因产物 C.新的细胞核 D.相应性状
【解析】抗虫棉中最简单、方便的方法是看该棉株是否抗虫。答案：D
【归纳总结】基因工程效果的检测方法，如下表：
类型 步骤 检测内容 方法 结果显示
分子检测 第一步 目的基因是否进入受体细胞 从转基因生物中提取DNA，用标记的目的基因作探针，进行DNA分子杂交 如果显示出杂交带，表明导入成功
第二步 目的基因是否转录出mRNA 从转基因生物中提到mRNA，分子杂交技术（DNA和mRNA之间） 如果显示出杂交带，表明转录成功
第三步 目的基因是否翻译出蛋白质 从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗原进行抗原抗体杂交 如有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品
个体水平鉴定 包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能是否相同。 如虫体发育不正常或植物不患病，则表明植物具有了抗虫或抗病特性；如与天然产品功能活性相同，则表明目的基因已翻译
考点三：基因工程的应用
考点精析：本考点常以最新科技为背景考查基因诊断、基因治疗、基因芯片、基因鉴定技术和基因兴奋剂等知识，此类试题常是“题在书外，理在书内”，在复习过程中要掌握并基本工程的基本原理，才能灵活运用。下面举两例。
【典例1】用特定的限制性核酸内切酶，将长链DNA切割成多长度不同的小段，再利用电泳技术将这些片段进行分离、放射性显影，即可获得DNA片段条状图谱，便是所谓的DNA指纹。
（1）DNA指纹法的应用之一是辩识家庭成员之间的关系。上图表示某家庭成员P、Q、R和S的DNA指纹图谱。据图推断Q、S与P最可能的关系，并说明理由。
（2）DNA指纹法的另一个应用是判断生物之间的进化关系。运用DNA指纹法判断生物进化的关系，需要存在怎样的假设？
【解析】读DNA指纹图谱，主要看电泳带的吻合度，分析图谱可以发现，P的DNA片段要么与Q吻合，要么与R吻合；S是也如此。由此可以得出：P和S均是R和Q的子女。在生物进化亲缘关系的分析中，电泳带吻合度越高，亲缘关系越近。答案：（1）Q是P的父亲，S是Q与R的儿子，即P的兄弟；子代的DNA有一半来自父亲，有一半来自母亲，P的DNA指纹除去与R吻合的片段以外，剩下部分与Q吻合，因此Q应该是P的父亲，而S的DNA片段有一半可以在Q上找到，另外一半可以在R上找到，因此S是Q与R的儿子，即P的兄弟。（2）两种生物的进化关系越密切，他们的DNA指纹样式就有越多相同的条纹。
【拓展延伸】DNA鉴定遵循着这样的规律：父母会把自己一半的DNA遗传给孩子，孩子DNA一半来自父亲一半来自母亲，孩子不可能没有父母的DNA。DNA鉴定就是根据这种遗传规律来判定是否具有亲子关系。
【典例2】（08广东39）天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转人酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：
⑴将淀粉酶基因切割下来所用的工具是 ，用 将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子 ，以完成工程菌的构建。
⑵若要鉴定淀粉酶基因是否插人酿酒酵母菌，可采用的检测方法是 ；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用 检测。将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。
⑶如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小
⑷微生物在基因工程领域中有哪些重要作用
【解析】本题要求考生能合理应用现代科技解决生产和生活中的生物学问题。针对目的基因是否成功插入转基因生物的染色体DNA上的检测方法多用DNA分子杂交技术；针对目的基因是否翻译出蛋白质的检测方法主要是抗原-抗体杂交的方法或直接检测蛋白质活性（即本题的淀粉酶活性）；第（4）题必须紧扣“微生物在基因工程领域中有哪些重要作用”的主题，依题回答，才能真正保证解题的成功。答案：⑴限制性核酸内切酶，DNA连接酶，导入酿酒酵母菌；⑵DNA分子杂交技术；抗原-抗体杂交或淀粉酶活性，该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基，水解淀粉后的区域，遇碘不再变蓝色，产生透明圈；⑶测定相同培养条件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产量；⑷①工具酶主要来自微生物；②最重要的目的基因供体库之一；③目的基因的载体之一；④作为受体细胞；⑤提供用于发酵的工程菌。
【技巧点拔】第二小题的最后一问和第三小题的问题，实质上是要求定性和定量检测工程菌产生的淀粉酶的活性来加以研究的。因为该工程菌若能产生的淀粉酶并分泌至培养基后，必然会水解淀粉，令工程菌附近的区域缺乏淀粉，遇碘不再变蓝色，产生透明圈。能产生透明圈，就意味着该转基因工程技术的成功。同时，还可以通过测定相同培养条件下不同工程菌菌株形成的透明圈的大小、透明圈形成的速率或者酒精产量、淀粉酶活性等指标来定量确定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小。
考点四：蛋白质工程
考点精析：本专点包括三个方面，即蛋白质工程的概念与基本原理、蛋白质工程的实例和蛋白质工程的进展和前景。此考点内容在近年的高考中还没有出现，但《考纲》要求“简述蛋白质工程”，预计会以选择题的形式考查其基本原理。下面举两例。
【典例1】科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为
A．基因工程 　　 B．蛋白质工程 C．基因突变 　 D．细胞工程
【解析】 基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产或或生活需要。答案：B
【复习提示】蛋白质工程研究领域内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。 其原理是预期功能→蛋白质三维结构→氨基酸序列（多肽链）→基因→具有预期功能的蛋白质。
【典例2】某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只有对热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是
A.对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
【解析】本题考查蛋白质工程的进展与前景。蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由其一级和空间结构共同决定，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。答案：A
【复习提示】目前对蛋白质功能的改变，主要是改变蛋白质中个别氨基酸，最根本的做法是改变控制合成该蛋白质的基因的结构。
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