备考生物科技发展，整合基因工程与相关知识

河北 刘晓菊

备考生物科技发展，整合基因工程与相关知识

河北 刘晓菊

“基因工程”是选修3的高考命题的重点，在近几年的高考题中都有考查。通过对近几年高考题及模拟题的分析，我们在复习这部分知识时，应注意以下几点：

一、注重基础知识点的记忆，学会从图中获取信息，学会专业术语的表达

在2016年的全国卷Ⅰ的40题中及2016年的全国卷Ⅲ的40题中都出现了对限制酶、DNA连接酶、质粒、基因表达载体的构建、标记基因及目的基因检测与鉴定的方法和原理等知识点的考查，题目难度不大，但要求学生能运用所学知识解决实际问题，尤其是恰当准确的表述，也就是专业术语的运用，体现了对能力的考查。

例1（2016·全国卷Ⅲ）．图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图（b）为某种表达载体示意图（载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的）。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被_______酶切后的产物连接，理由是__________。

（2）若某人利用图（b）所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图（c）所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有

，不能表达的原因是 。

（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________和________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________。

【答案】（1）Sau3AⅠ 限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末端相同 （2）甲、丙 甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，两者目的基因均不能转录 （3）E·coli DNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶。

【解析】（1）由于限制酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末端相同，所以经BamHⅠ切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AⅠ酶切割后的产物连接。（2）在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达；图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产物。（3）常见的DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。

二、关注基因工程与必修知识及基因工程与其他生物科技技术的综合

1.基因工程与必修知识结合命题

基因工程部分在高考题中也不一定以单一知识点形式呈现。例如2015年全国新课标卷Ⅰ的理综40题，把“基因工程”的内容与必修3中“免疫调节及HIV病毒知识”相结合。

例2（2015·全国卷Ⅰ）.HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：

（1）用基因工程方法制备HIV的某蛋白（目的蛋白）时，可先提取HIV中的_______，以其作为模板，在_______的作用下合成_______，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。

（2）从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_______。

（3）已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分________细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。

（4）人的免疫系统有________癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。

【答案】（1）RNA 逆转录酶 DNA （2）抗体 该种抗体可与HIV上相应抗原特异性结合 （3）T淋巴 （4）监控和清除

【解析】本题结合HIV病毒繁殖及免疫调节的相关知识考查基因工程的操作过程。（1）HIV是一种逆转录RNA病毒，侵入机体后，以 T 淋巴细胞作为宿主细胞，破坏机体免疫系统。若要获取HIV的某种蛋白质，需将HIV的遗传物质RNA提取出来，在逆转录酶的作用下合成双链DNA分子，从中提取出合成该种蛋白质的目的基因，构建基因表达的载体，导入到受体细胞中，让其在受体细胞中表达出相应蛋白质。（2）从受体细胞中分离纯化出该种蛋白质后，注射入机体，引发机体特异性免疫反应，浆细胞合成分泌出相应抗体，该种抗体能够检测血清中有无HIV的存在，因为该种抗体能够与HIV上相应蛋白质发生特异性结合。（3）HIV病毒专门攻击人体的 T 淋巴细胞，使体内 T 淋巴细胞数量减少，影响特异性免疫。（4）人体免疫系统具有防御、监控和清除的功能。

以2015年河北省为例，14.9万考生选答本题，平均得分9.73分，以第（1）题为例，来展示下考生答题情况。

第（1）题第1空的标准答案为“RNA”，少数考生由于对题目不理解，回答“mRNA”“tRNA”“目的基因”“核糖核苷酸”“DNA”等不正确或表述模糊的答案，未能得分；第2空标准答案为“逆转录酶”，少数考生答成“逆转录、反转录、DNA聚合酶、DNA连接酶”等错误答案，未能得分；第3空标准答案为“cDNA或DNA”，少部分考生对本题考查内容未能正确理解，给出了“dDNA”“DNA碳链”“RNA与DNA杂交链”“HIV的DNA”“重组DNA”“目的基因”“目的蛋白DNA”“脱氧核苷酸”等不合理答案，未能得分。

由此可见，在复习中，考生应重视专业术语的准确表达，牢记课本重点词语表述方式，夯实基础才能在高考中提高得分率。

2.基因工程与细胞工程知识结合命题

例3（2015·福建卷）.GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体（如图1所示），并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：

（1）在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是________。

（2）构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的________限制酶进行酶切。

（3）经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有三种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接（如图1所示）。为鉴定这3种连接方式，选择HpaⅠ酶和BamHⅠ酶对筛选的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第________泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。

（4）将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的________与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定的密度时，需进行________培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。

【答案】（1）使细胞分散开 （2）XhoⅠ （3）② （4）抗体传代

【解析】本题考查基因工程与细胞工程，并考查学生推理能力，运用所学知识分析问题和解决问题的能力。题中图形和文字信息结合，体现了生物学知识常以图表形式出现的特点，要求学生有较好的识图能力和理解能力。（1）动物细胞培养时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使细胞分散开。（2）质粒上有XhoⅠ识别位点，而且在启动子之后；目的基因两侧均有XhoⅠ限制酶的酶切位点，可切下目的基因，所以选用XhoⅠ限制酶进行酶切。（3）泳道①仅有一种条带，属于载体自连；泳道②有两种条带，且长度分别与质粒和GDNF基因长度相同，为正向连接；泳道③有两种条带，200 bp长度为反向连接时HpaⅠ酶和BamHⅠ酶双酶切后得到，据此推断③为反向连接。（4）检测基因是否表达采用抗原—抗体杂交法；培养动物细胞采用动物细胞培养法，当细胞密度达到一定程度，需要进行分瓶，进行传代培养。

3.基因工程与蛋白质工程的结合命题

例4（改编题）.某生物体内有基因A，该基因能控制合成A蛋白，A蛋白是某种药物的有效成分，下图是将A基因导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。据图回答：

（1）获得基因A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在________酶的催化下，合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的________序列，再通过________方法合成所需基因。

（2）利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有________、________、4种脱氧核糖核苷酸和_____________酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。

（3）下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是_______。

A. DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接

B. RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录

C. 一种DNA限制酶能识别一种核糖核苷酸序列

D. 胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞

（4）图中的C称________，在基因工程中，常用Ca2＋处理D，处理后D更易_______，此时D称为_______。

（5）图中最后一步“筛选”是指从转化细胞中筛选出能_______的大肠杆菌作为工程菌。

【答案】（1）逆转录 氨基酸 脱氧核苷酸 人工合成（化学） （2）引物 模板DNA 热稳定性DNA聚合（Taq）（3）C （4）重组DNA（或重组质粒） 吸收周围环境中的DNA 感受态细胞 （5）稳定遗传并能表达出A蛋白

【解析】（1）利用反转录法合成目的基因的过程：以mRNA为模板，在逆转录酶的催化下，合成单链的DNA，逆转录酶具有DNA聚合酶活性，在它的作用下，合成双链DNA；根据蛋白质来获得目的基因的过程：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的脱氧核苷酸序列，再通过人工合成方法合成所需基因。（2）PCR过程中需要引物、模板DNA、4种脱氧核糖核苷酸和热稳定性DNA聚合酶等条件，在PCR反应体系中应添加这些物质。（3）DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接，形成磷酸二酯键，A正确；RNA聚合酶能与基因上的RNA聚合酶结合位点结合，催化遗传信息的转录，B正确；一种DNA限制酶能识别一种“脱氧核糖核苷酸序列”而不是“核糖核苷酸序列”，C错；胰蛋白酶能将离体的动物组织细胞间质中胶原蛋白分解，使其分散成单个细胞，D正确。（4）由图可知，A为目的基因，B为运载体，二者结合在一起，形成的C是重组DNA（或重组质粒）；将目的基因导入微生物细胞，常用Ca2＋处理受体细胞，使之更易吸收周围环境中的DNA，称为感受态细胞，可以提高受体细胞的转化率。（5）目的基因导入受体细菌，是否可以稳定维持和表达其遗传性，可通过检测与鉴定，得到稳定遗传并能表达出A蛋白的细菌作为工程菌。

4.基因工程、胚胎工程和细胞工程综合命题

例5.毛角蛋白Ⅱ型中间丝（KIFⅡ）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFⅡ基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。

（1）过程①中最常用的运载工具是_______，这里也可以用动物病毒或________作运载工具，所需要的酶是限制酶和_______。

（2）在过程②中，用________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于________和5% CO2的混合的气体培养箱中进行培养。培养液中加入________达到无菌环境，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是_______。

（3）在过程③中，用________处理以获取更多的卵（母）细胞。成熟卵（母）细胞在核移植前需要显微操作将________吸出，处理后得到去核的卵母细胞。

（4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是________。在胚胎移植前，通过________技术可获得较多胚胎，此技术若选囊胚作材料，应注意的事项是_______。

【答案】（1）质粒 λ噬菌体的衍生物 DNA连接酶

（2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶） 95%空气 （一定量的）抗生素 维持培养液的pH值

（3）促性腺激素 细胞核和第一极体

（4）（早期）胚胎培养 胚胎分割 将内细胞团均等分割

从以上几道例题我们可以得到以下启示：在“现代生物科技专题”复习中，第一，要重视课本，夯实基础，掌握基本概念、识记基本流程、理解基本原理；第二，注重专业术语使用的准确性，区分相近易混的“关键词语”；第三，注重学科内知识的综合，尽量构建知识网络。第四，学会把基本操作流程图示化，学会从图表中获取关键信息，提高自身的图文转换能力。

同时在复习中要选做一些综合性强的题目，从中体会部分考点知识的特殊呈现形式，也训练自己的综合分析能力及实际运用知识解决问题的能力。

（作者单位：河北省卢龙县中学）