第三章 基因工程——2022-2023学年高二生物学人教版（2019）选择性必修三大单元“四步复习法” 第一步：单元学习目标整合
1. | 认识三种基本工具，阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的特点及作用。 |
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3. | 针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某转基因产品的方案。 |
4. | 尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。 |
5. | 举例说出基因工程在遗传育种、疾病与生态环境保护方面的应用 |
| 国外体育明星 6. | 举例说出蛋白质工程崛起的缘由，概述蛋白质工程的基本原理，简述蛋白质工程已有的实际应用。 |
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第二步：单元思维导图回顾知识
第三步：单元重难知识易混易错
（一）基因工程的概念与原理
1.基因工程的概念
（1）操作场所：生物体外。
（2）操作技术：转基因等技术。
（3）操作结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
（4）操作水平：DNA分子水平。
2.基因工程的原理
蓬莱市人事局基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因（目的基因）在宿主细胞中稳定和高效地表达。
具体地说，基因工程就是在DNA分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
3.基因工程的诞生和发展
（1）基因工程的诞生
①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
②1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
③1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
④20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 ⑤1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
（2）基因工程的发展
①1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。
②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
③1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。
④1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。
⑤21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。
⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。
（二）DNA重组技术的基本工具
1.限制性内切核酸酶（又称限制酶）——“分子手术刀”
（1）来源：主要来自原核生物。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
rs690（3）结果：产生黏性末端或平末端。
（4）应用：已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同（填“相同”或“不同”），说明限制酶具有专一性。
连接酶——“分子缝合针”
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
（2）种类
种类 | E·coli DNA连接酶 | T4 DNA连接酶 |
来源 | 大肠杆菌 | T4噬菌体 |
特点 | 缝合黏性末端 | 缝合黏性末端和平末端 |
作用 | 缝合双链DNA片段，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键 |
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3.基因进入受体细胞的载体——生产力研究“分子运输车”
（1）种类
①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的、环状的、裸露的DNA分子，独立于拟核之外。
②λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。
（2）目的
①将目的基因转运到宿主细胞中去。
②在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
（3）必备条件
①在宿主细胞中保存下来并大量复制。
②有多个限制酶切割位点。
③有一定的标记基因，便于筛选。
④对受体细胞无害。
4.重组DNA分子的模拟操作
（1）材料用具：剪刀代表EcoRⅠ，透明胶条代表DNA连接酶。
（2）切割位点：
①分别从两块硬纸板上的一条DNA链上出—GAATTC—序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。
②再从另一条链上互补的碱基之间寻EcoR Ⅰ相应的切口剪开。
（3）操作结果：若操作正确，不同颜的黏性末端应能互补配对；否则，说明操作有误。
5.DNA的粗提取与鉴定
（1）实验原理
当归注射液
①DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精。
②DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。
③在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝。
（2）实验步骤
✓称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。
↓
玛格丽特阿特伍德✓漏斗中垫纱布，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。
↓
✓在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。
↓
✓取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混匀后，将试管置于沸水中加热5 min。
↓
✓结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝。
例：用A和B两种限制酶同时和分别处理同一DNA片段，限制酶对应切点一定能切开。两种酶切位点及酶切产物电泳分离结果如图1和图2所示。下列叙述错误的是( )
A.图1中限制酶A、B识别的核苷酸序列不相同
B.图1中X代表的碱基对数为4500
C.推测图1中Y是限制酶B的酶切位点
D.推测图2中①是限制酶A处理得到的酶切产物
【答案】C
【解析】酶具有专一性，每种限制酶只能识别一种特定的碱基序列并在指定的位置对DNA分子进行切割，故A正确；根据图2中A+B酶处理结果得到4500、3500、1500和500个碱基对的四种片段，因此4500个碱基对对应的是X片段的碱基对数目，故B正确；图2中①有6000、3500和500个碱基对的三个片段，切割后得到的片段中有3500对碱基说明与限制酶A有关，结果中还有500对碱基与Y点之后的碱基对数量相等，这也是限制酶A切割得到的结果，若Y代表酶A，则Y与限制酶A之间的碱基对数为4500+1500=6000，故Y对应的是限制酶A的酶切位点，C错误；图2中①有6000、3500和500个碱基对的三个片段，切割后得到的片段中有3500对碱基说明与限制酶A有关，结果中还有500对碱基与Y点之后的碱基对数量相等，这也是限制酶A切割得到的结果，若Y代表酶A，则Y与限制酶A之间的碱基对数为4500+1500=6000，故Y对应的是限制酶A，D正确。
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