文档内容
考情解读
1.基因工程的诞生。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)。3.基因工程的应用。4.蛋
白质工程。5.植物组织培养。6.动物细胞培养与体细胞克隆。7.细胞融合与单克隆抗
考
体。8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础。9.胚胎干细胞的移植。10.胚
点
胎工程的应用。11.转基因生物的安全性。12.生物武器对人类的威胁。13.生物技术中
的伦理问题。14.简述生态工程的原理。15.生态工程的实例。
1.考查题型：多以简答题呈现。
考 2.命题趋势：基因工程几乎每年均有考查，多以基因工程的基本程序为背景，既可单
情 独考查其中相关的生物学原理和注意事项，也常结合细胞工程和胚胎工程进行综合考
查。1．(选修3 P 正文)基因工程的工具包括 限制性核酸内切酶、 DNA 连接酶及载体 ，最常用
4～6
的载体是质粒。
2．(选修3 P 正文)获取目的基因常用的三种方法：从基因文库中获取目的基因、利用
8～11
PCR 技术扩增目的基因 及 通过 DNA 合成仪用化学方法直接人工合成 。
3．(选修3 P 正文)PCR技术扩增的过程是：目的基因DNA受热(90～95 ℃)变性后解链为
10
单链，引物与单链相应互补序列结合(55～60 ℃，即“复性”)，然后在 热稳定 DNA 聚合酶
( Taq 酶 ) 作用下延伸，如此重复循环。
4．(选修3 P 正文)基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成除目
11
的基因外，还必须有启动子、终止子及标记基因等。
5．(选修3 P 正文)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有
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目的基因的细胞筛选出来。
6．(选修3 P 正文)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基
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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
类的生产和生活的需求。
7.(选修3 P 正文)植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、
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细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最
终形成完整的植株。
8．(选修3 P 正文)进行植物体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，
36
获得具有活力的原生质体，再用物理法或化学法诱导原生质体融合。
9．(选修3 P 正文)动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物
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细胞融合、生产单克隆抗体等。
10．(选修3 P 正文)人们通常将动物组织经胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后的初次培养称为原
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代培养，将贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养称为传代培养。
11．(选修3 P 正文)动物细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞
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核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。
12．(选修3 P 正文)单克隆抗体制备过程中涉及两次筛选，第一次是利用特定的选择性培养
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基进行筛选，排除未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞，只留下杂交瘤细胞；第二
次是克隆化培养和抗体检测，获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
13．(选修3 P 正文)哺乳动物精子的发生是从初情期开始的连续过程，卵子的发生自胎
61～63
儿期即形成初级卵母细胞，排卵前后完成减数第一次分裂，至受精时完成减数第二次分裂。
14．(选修3 P 正文)当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，表明卵子已经完
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成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。
15．(选修3 P 正文)透明带反应及卵细胞膜反应是阻止多精入卵的两道屏障。
64～65
16．(选修3 P 正文)用促性腺激素处理，使实验动物排出更多的卵子，然后从输卵管中冲取
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卵子，直接与获能的精子在体外受精。17．(选修3 P 正文)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。要注意
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将内细胞团均等分割。
18．(选修3 P 正文)哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺
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中分离出来的一类细胞。
19．(选修3 P 正文)生态工程所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、
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协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。
考点一 基因工程(含 PCR 技术与应用)
1．基因工程的理论基础
2．基因工程的3种基本工具
3．熟记基因工程的四个操作步骤
(1)目的基因的获取途径(2)基因表达载体(重组质粒)的构建
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
4．图解记忆蛋白质工程
5．PCR技术原理与条件
6．PCR技术的过程1．(2021·全国乙，38)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类
需要的生物产品。在此过程中要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如
图所示。
回答下列问题：
(1) 常 用 的 DNA 连 接 酶 有 E·coli DNA 连 接 酶 和 T DNA 连 接 酶 ， 上 图 中
4
___________________酶切割后的 DNA 片段可以用 E·coli DNA 连接酶连接，上图中
______________________切割后的DNA片段可以用TDNA连接酶连接。
4
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是____________。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒 DNA分子上有复制原点，可以
保证质粒在受体细胞中______________；质粒DNA分子上有________________________，
便于外源DNA的插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素
可 筛 选 出 含 质 粒 载 体 的 宿 主 细 胞 ， 方 法 是
_____________________________________________。
(4)表达载体含有启动子，启动子是指_______________________________________________。
答案 (1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ (2)磷酸二酯键 (3)自我复制
一至多个限制酶切割位点 用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质
粒载体的宿主细胞 (4)位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的
部位，能驱动转录过程
解析 (1)限制酶EcoR Ⅰ和Pst Ⅰ切割形成的是黏性末端，限制酶Sma Ⅰ和EcoR Ⅴ
切割形成的是平末端，E·coli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏
性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而 T DNA连接酶来源于T 噬菌体，可用于连接黏性
4 4末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcoR Ⅰ 和Pst Ⅰ 切割后的DNA片段(黏性末
端)可以用E·coli DNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的 DNA片段，限制酶Sma Ⅰ
和EcoR Ⅴ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T DNA连接酶连接。
4
(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，能保
证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶的酶切位点，便于目
的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用
含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。
(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的
部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。
2．(2022·全国乙，38)新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要
作用。回答下列问题：
(1)新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT—PCR法。这种
方法的基本原理是先以病毒 RNA 为模板合成 cDNA，这一过程需要的酶是
________________，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是
否感染新冠病毒。
(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的
______________________来进行。PCR过程每次循环分为 3步，其中温度最低的一步是
______________。
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体)，若核酸检
测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明________________________(答出1种情况即可)；
若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明________________________。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具
有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白
S 。 基 因 工 程 的 基 本 操 作 流 程 是
______________________________________________________。
答案 (1)逆转录酶(或反转录酶) (2)特异性核苷酸序列 复性(或退火) (3)曾感染新冠病毒，
已康复 已感染新冠病毒，是患者 (4)获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞
→目的基因的检测与鉴定
解析 (1)以病毒RNA为模板合成cDNA是逆转录过程，这一过程需要的酶是逆转录酶(或
反转录酶)。获得cDNA后可通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检
测者是否感染新冠病毒。(2)为确保PCR扩增获得的是特异性序列，从而确保新冠病毒核酸
检测的准确性，设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的特异性核苷酸序列来进行。
PCR过程每次循环分为3步，即变性(90～95 ℃)→复性(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其
中温度最低的一步是复性(或退火)。(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测，若核
酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明他体内没有新冠病毒，但曾感染新冠病毒，已经康复；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明他体内已感染新冠病毒，是患者。
思维延伸——填充
(1)(2019·全国Ⅰ，38节选)在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA
解链为单链的条件是 加热至 90 ～ 95 _℃。在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA
聚合酶的主要原因是 Taq 酶热稳定性高，而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活 。
(2)(2018·江苏，32节选)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的 5 ′ 端加上
限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是 使 DNA
片段能定向插入表达载体，减少自连。
(3)(2018·海南，31节选)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜受伤的(填“受伤的”或“完好
的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，选用这种叶片的理由是叶片伤口处的细胞释放出
大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞。
(4)(2016·全国Ⅰ，40节选)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到氨苄青霉素抗性基因
(Ampr)或四环素抗性基因(Tetr)中会导致相应的基因失活。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切
后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混
合物直接转化大肠杆菌。如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述处理后大肠杆菌
细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是二者均不含有氨
苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长；并且含有质粒载体和含有插入了目的基因的重
组质粒的细胞也是不能区分的，其原因是二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均
能生长。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌
落，还需使用含有四环素的固体培养基。
(5)(2017·全国Ⅱ，38节选)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直
接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子(答
出两点即可)。
(6)(2017·全国Ⅰ，38节选)某同学从人的基因组文库中获得了基因A(有内含子)，以大肠杆菌
作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是 基因 A 有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产
物中与内含子对应的 RNA 序列不能被切除，无法表达出蛋白 A 。
(7)(2017·全国Ⅱ，38节选)若获得的转基因植株(目的基因——几丁质酶基因已经整合到植物
的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转
录或翻译异常。
(8)(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，
若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是 找到第 6 位氨基
酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第 6 位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱
基。
题组一 基因工程
1．(2022·四川内江高三模拟预测)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照
制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得 W，基本过程如图所示。
回答下列问题：
(1)该基因工程的目的基因是____________。通常要将目的基因与载体结合，而不是直接导
入 受 体 细 胞 ， 原 因 是
________________________________________________________________。
(2)步骤①中需要使用的工具酶有________________、________________，步骤②所代表的
操作是________________。④过程的早期胚胎能成功移植到代孕母体子宫中的免疫学基础是
______________________________________________________________________________。
(3)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器具有哪些优点____________________________
__________________________________________________________________(答出1点即可)。
(4)从上述流程可知，制备膀胱生物反应器涉及胚胎工程，在胚胎工程中所用到的主要技术
有__________________________________________________________________(答出 2 点即
可)。
答案 (1)W基因 结合后的目的基因才能在受体细胞内维持稳定和表达 (2)DNA连接酶
限制性核酸内切酶 显微注射 代孕母体对外来胚胎不发生免疫排斥反应 (3)动物一出生
就可收集到产物；从雌雄个体的尿液中均可收集到产物 (4)体外受精、胚胎移植
解析 (1)该基因工程的目的基因是能控制合成蛋白质W的W基因。将目的基因与载体结合
后再导入受体细胞中，目的基因才能在受体细胞内维持稳定和表达，故通常要将目的基因与
载体结合，而不是直接导入受体细胞。(2)步骤①为基因表达载体的构建，需要使用的工具
酶有DNA连接酶(基因的针线)和限制性核酸内切酶(基因的剪刀)，步骤②用显微注射的方法
将重组表达载体导入受精卵中。④为早期胚胎移植到代孕母体的子宫中，其免疫学基础是代
孕母体对外来胚胎不发生免疫排斥反应，否则移植的胚胎不能存活。(3)“乳腺细胞生物反
应器”只能从哺乳期雌性奶牛的乳汁中获取产物，与“乳腺细胞生物反应器”相比，“膀胱生物反应器”的优点是雌性和雄性奶牛的尿液中都可提取到产物，动物一出生就可收集到产
物，不受性别、年龄和时间的限制。(4)从上述流程可知，制备膀胱生物反应器涉及胚胎工
程，在胚胎工程中所用到的主要技术有体外受精技术、胚胎移植技术、胚胎分割技术、胚胎
冷冻保存技术等。
2．(2022·内蒙古海拉尔第二中学模拟预测)科研人员利用基因工程技术，从长穗偃麦草中获
取抗赤霉病主效基因Fhb7。将Fhb7导入小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染，从
而避免小麦赤霉病大规模爆发。图中EcoR Ⅰ、Sac Ⅰ、Hind Ⅲ和Pst Ⅰ是限制酶切割位
点。回答下列问题：
(1)基因工程的核心工作是_______________________________________________________。
(2)该基因工程操作中，先将Fhb7基因与质粒组装，最好选择________________两种限制酶，
再组装35S启动子，最好选择________________两种限制酶。组装后的重组质粒还缺少
________________。
(3)利用PCR技术扩增Fhb7基因的前提是________________________________，以便合成引
物，引物在温度为 __________________条件下结合到互补 DNA 链上，然后在
________________的催化下从引物开始进行互补链的合成。
(4)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是
基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么这一启示是
________________________________________________________________________。
答案 (1)基因表达载体的构建 (2)Sac Ⅰ和Pst Ⅰ EcoR Ⅰ和Sac Ⅰ 终止子和标记基
因 (3)要有一段已知的Fhb7(目的)基因的核苷酸序列 55～60 ℃ Taq酶(或热稳定DNA
聚合酶) (4)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
解析 (1)基因工程的核心工作是基因表达载体的构建。(2)该基因工程操作中，先将Fhb7基
因与质粒组装，最好选择Sac Ⅰ和Pst Ⅰ，再组装35S启动子时，最好选择EcoR Ⅰ和
Sac Ⅰ，可以做到不破坏目的基因和启动子。组装后的重组质粒还缺少终止子和标记基因。
(3)利用PCR技术扩增Fhb7基因的前提是要有一段已知的Fhb7(目的)基因的核苷酸序列用于
设计引物。复性时，温度冷却至55～60 ℃引物与模板链结合，接着在Taq酶或热稳定DNA
聚合酶的催化下从引物开始进行互补链的合成。(4)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S
型细菌的DNA将R型细菌转化为S型细菌，说明DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，为基因工程理论的建立提供了启示。
题组二 蛋白质工程
3．(2022·安徽合肥第八中学高三模拟预测)“海水稻”为我国特有的耐盐碱、高抗逆性水稻，
能在海边滩涂、内陆盐碱地生长，通过海水稻的种植可使中、重度盐碱地pH恢复到正常状
态。2017年以袁隆平院士为首的科研团队将野生海水稻中获得的抗盐基因 qST1.1导入普通
水稻培育出“海稻86”优质耐盐水稻品种(俗称“海水稻”)。回答下列问题：
(1)通过______________________酶将抗盐基因qST1.1和Ti质粒构建基因表达载体，利用
________________法导入水稻细胞，获得优质海水稻。从野生海水稻中提取总RNA为材料
可以获得抗盐基因qST1.1的cDNA，其原理是_______________________________________。
(2)有研究表明对qST1.1基因表达的蛋白质进行改造可以增加“海水稻”的耐盐性，利用蛋
白质工程改造qST1.1基因表达的蛋白质，基本思路是_________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(3)为快速繁殖“海水稻”幼苗，将导入目的基因的受体细胞进行________________可获得
试 管 苗 。 该 技 术 的 优 点 是
____________________________________________________________
______________________________________________________________________(答出2点)。
(4)水稻的秸秆燃烧不仅会污染环境还会造成能量的浪费，利用秸秆饲养家禽、家畜，粪便
发酵产生沼气做燃料，沼渣、沼液做为肥料等构建生态农业，利用的生态学原理有
________________________________、协调与平衡原理、系统学和工程学原理等(答出2点)。
答案 (1)限制酶和DNA连接 农杆菌转化 在逆转录酶的作用下，以RNA为模板按照碱
基互补配对的原则可以合成cDNA (2)根据改造后的qST1.1蛋白质中氨基酸的序列，推测
其基因中的脱氧核苷酸序列，利用 DNA合成仪来合成新的qST1.1基因 (3)植物组织培养
实现种苗的快速高效的繁殖，保证优良品种的遗传性状 (4)物质循环再生原理、整体性原
理
解析 (1)将目的基因与载体构建基因表达载体需要的工具酶是限制性核酸内切酶和 DNA连
接酶；导入植物细胞常用的方法为农杆菌转化法；通过 RNA获得抗盐基因cDNA利用的原
理是在逆转录酶的作用下，以RNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(2)蛋
白质工程的基本思路为根据改造后的qST1.1蛋白质中氨基酸的序列，推测其基因中的脱氧
核苷酸序列，利用DNA合成仪来合成新的qST1.1基因。(3)植物组织培养可以获得试管苗；
该项技术属于无性生殖，其优点是实现种苗的快速高效的繁殖，保证优良品种的遗传性状。
(4)生态农业利用的原理有物质循环再生(可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响)、整
体性原理(统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定)等。
