郭亮

基因工程是生物工程的重要领域，是当前生命科学研究的热点和前沿。多年来，有关基因工程的内容是生物高考考查频率较高的知识点。

命题分析

一点通

从近三年高考生物试卷可看出，高考真题涉及基因工程的内容，有如下特点：

①考查頻率较高，几乎年年考查。

②考点相对集中，主要考查基因工程中的各种工具和程序，尤其是各种工具酶的切割位点的确定，获取目的基因的方法，基因表达载体的构建及导入，目的基因的筛选方法等。

③命题有时从新的情境提出问题，让考生去解决新情境中的新问题。

④有的命题与细胞工程、胚胎工程、克隆技术等内容结合，考查考生综合运用生物工程技术手段解决实际问题的能力；或与遗传变异等知识结合，考查考生综合运用能力。

失分点

这样的高考试题，对成绩中上的考生来说，失分点主要在综合性题型；而对成绩中等偏下的考生来说，基础题型也是失分的重要方面。

那么，考生如何在高三备考的最后阶段快速准确地掌握该考点的知识及解题技巧，从而提高高考成绩？经实践，笔者用“数字法”帮助大家解决这个问题。

解锁“数字法”密钥

一、用“数字法”总结提炼知识密码

（一）基础密码“1234”——开启基因工程知识复习之钥

1.密码解读

“1”，即一个原理：基因重组

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。故依据的原理为基因重组。

2.密码点津

本密码概括的是基因工程板块的基础知识，故称为“基础1234”。掌握这些知识，可以应对高考常出现的基础考查。高考试题中选择题和非选择题都常以图表的形式考查考生的基础知识以及理解和解决实际问题的能力，所以复习过程中要掌握好基础密码，利用相应的表格、流程图、示意图进行研读，以便突破重点和难点。

（二）程序密码“2233”——把握基因工程操作程序要点之诀

1.密码解读

“2”，即获取目的基因的两种方法

2.密码点津

本密码解读的是基因工程操作程序的更深层次的知识，可以称为“程序2233”，是对基因工程基础知识的补充和深化。高考试题中有时会针对个别知识专题进行考查，有时会在综合题型中进行主要考查。建议复习时运用表格法（如上）列出明细，比较异同，便于掌握。尤其是按照密码“2233”掌握不同程序的几个要点，然后结合相关图表综合运用。

（三）概念密码“411”——辨析基因工程易混概念之码

1.密码解读

2.密码点津

一般情况下，这些易混概念是解答基因工程试题的关键点。概念不清，做题就容易出错。高考考试中，单独考查概念的频率不高，往往结合图表，在综合考查基因工程知识的时候，顺带考查。复习时，牢记密码“411”，通过上述表格对比，搞清它们之间的联系和区别非常关键。

二、用密码知识化解基因工程高频考点难题

热点1：有关基因工程程序的考查

1.考题精析

例1 （2016·海南卷）基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：

（1）在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_______和从_______中分离。

（2）利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA 文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是 _______。

（3）在基因表达载体中，启动子是_______聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_______。

（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_______和_______颗粒。

【解析】（1）获取目的基因主要有两大途径，即人工合成和从生物材料中分离，前者通过反转录法或人工化学合成法，后者通过基因文库提取实现。

（2）cDNA文库中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因，故cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少。

（3）基因表达载体中，启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。因细菌繁殖快，故常采用的细菌是大肠杆菌。

（4）基因枪法是单子叶植物的常用的基因转化方法，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒，成本较高。

【答案】（1）人工合成 生物材料

（2）cDNA文庫中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因

（3）RNA 大肠杆菌（或答细菌）

（4）金粉 钨粉

【点评】本题主要考查基因工程的基础知识。根据相关密码，掌握要点知识，即可回答。但需要注意的是所考查的知识，如基因枪法等，考点较偏，如果考生对书本不熟，基础不牢固，就会容易丢分。

2.考点预测

【预测1】图1是农杆菌转化法的示意图。以下相关叙述，正确的是（ ）

A.①的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与

B.②侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到植物细胞的染色体上

C.③含Ti质粒的农杆菌导入植物细胞的过程叫转化

D.④过程培育出的植株不一定表现出抗虫性状

【答案】D

【点评】本题利用教材流程图，综合考查基因工程各程序知识，是高考的常见题型，如2014年重庆卷、2014年广东卷等。本来此类题难度不大，但浓缩在选择题中考查，难度就增加了。

【预测2】为了获得更多的青蒿素，研究人员尝试利用酵母进行转基因的方法进行生产。研究发现，酵母细胞也能够产生青蒿酸合成的中间产物FPP（如图2所示，实线框内为青蒿细胞中青蒿酸的合成途径）。请回答下列问题：

（1）在FPP合成酶基因的表达过程中，完成过程中①需要______________酶催化。

（2）根据图示的代谢过程，若科学家用基因工程技术培育能产生青蒿酸的酵母细胞，需要向酵母细胞中导入_____________、_____________等。在基因工程的操作过程中，为了目的基因在受体细胞中能稳定存在、复制和表达，使其发挥作用，需要构建_____________。

（3）实验发现，改造后的酵母菌细胞的基因能正常表达，但酵母菌合成的青蒿酸仍很少，根据图解分析，其原因可能是____________。

（4）利用酵母细胞生产青蒿酸的明显优势有________________________________________（答对一个要点即可）。

【答案】

（1）RNA聚合

（2）ADS酶基因 CYP71AV1酶基因 基因表达载体

（3）酵母细胞中FPP部分用于合成固醇（或FRG9酶容易表达）

（4）细胞繁殖快（或生理代谢旺盛，或易培养，或成本低，或能克服地域性种植的限制）

【点评】根据热点材料考查基因工程的基本操作程序要点，是高考常有的命题方式。解答这类问题，要会结合密码知识，根据图表和材料进行分析。

热点2：有关构建重组质粒的考查

1.考题精析

例2 （2016·全国新课标卷Ⅲ）图3（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，（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3（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4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________________________。

【解析】（1）Sau3AⅠ酶切割的目的基因和BamHⅠ酶切割载体产生的片段具有相同的的黏性末端，故可连接。

（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·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶；既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。

【答案】（1）Sau3AⅠ 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（2）甲、丙 甲中的目的基因插入在启动子的上游，丙中的目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录

（3）E·coliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶

【点评】构建重组质粒的相关知识是基因工程高考试题中最常见的考查点之一。考查要点是重组质粒的结构，以及重组质粒的构建过程。解答这类题，要掌握以下知识：

重组质粒的结构包括启动子、终止子、目的基因、标记基因、复制原点等，缺一不可。

構建重组质粒则要遵循几个原则：（1）保证得到的目的基因不被破坏。（2）作为运载体的质粒保证至少一个标记基因不被破坏。此外，应注意启动子、终止子、复制原点等不被破坏。（3）目的基因与质粒之间能得到一种或两种彼此相同的黏性末端（平切口不考虑）。 同时要注意不同酶切方法的运用：（1）一般情况下，单种酶在切割目的基因和运载体时常常要用同一种限制性内切酶，从而产生相同的黏性末端。（2）两种或两种以上的限制酶去切割含目的基因的DNA片段和运载体。较常见的是用同一组两种限制酶去切割含目的基因的DNA 片段和运载体，两者都会产生具有两种不同的黏性末端的DNA片段（两个末端分别用A与B表示）。当构成重组质粒时，由相同酶切开的目的基因的A 端与质粒的A 端通过碱基互补连接，目的基因的B端与质粒的B端通过碱基互补连接。用多种酶切的优点：（1）可防止目的基因与质粒的自身环化。多酶切后目的基因与运载体的两侧的黏性末端不相同，因此不能发生自身首尾相连成环状DNA分子。（2）可实现目的基因与质粒的定向连接。

2.考点预测

【预测3】图5是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。请回答：

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有____________（答出两点即可），而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如图5所示，若对1中的质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性将会____________。

（3）如图5所示，用2中的人乳铁蛋白目的基因和1中的质粒构建重组质粒时，选用的限制酶是____________（从“EcoRⅠ”“BamHⅠ/ HindⅢ”“SmaⅠ/ HindⅢ”中选择）。不能选择其他限制酶的理由分别是________________________________________________。

【答案】

（1）能自我复制、具有标记基因

（2）提高

（3）BamHⅠ/ HindⅢ 若选EcoRⅠ会破坏质粒的复制原点；若选SmaⅠ/ HindⅢ，则构建的重组质粒没有标记基因或复制原点

【点评】本题考查重组质粒的结构和构建，是近年来最常见的基因工程题型。

热点3：有关基因工程知识应用的考查

1.考题精析

例3 （2016·天津卷）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值，只能从血浆中制备。图6是利用基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

（1）为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。

（2）启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是____________（填字母，单选）。

A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子

C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子

（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是________________________________________________。

（4）人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是____________________________________。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与____________的生物学功能一致。

【解析】（1）合成总cDNA需要提取细胞中所有的mRNA，然后通过反转录过程。采用PCR技术扩增HSA基因时，两条引物分别与模板链的5ˊ端结合，扩增方向相反。

（2）根据启动子通常具有物种及组织特异性，在水稻胚乳细胞内特异性表达rHSA，需要选择水稻胚乳细胞启动子。

（3）农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，酚类物质可吸引农杆菌移向水稻体细胞，有利于目的基因的转移。

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工，而大肠杆菌是原核生物，细胞中不具有膜结构的细胞器。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。

【答案】（1）总RNA（或mRNA）

（2）B

（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化

（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工

（5）HSA

【点评】一般来说，基因工程的应用考查体现了本专题知识和其他章节知识的综合。如与本专题相关的必修内容：酶的特性、遗传变异知识等。再如与本专题相关的选修内容：细胞工程、胚胎工程等。本题通过人血清白蛋白的制备来考查基因工程的应用，同时兼考查启动子、cDNA文库等概念，以及原核细胞和真核细胞的膜系统的知识。解答这类试题，掌握密码知识是基础。

2.考点预测

【预测4】人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图7所示（注：基因B为高血压相关基因）。

（1）进行过程①之前，需对人工采集的精子进行____________处理。完成过程②常采用的方法是____________。过程④中，为了防止污染，通常还要在细胞培养液中添加一定量的____________。

（2）从人体细胞中获取基因B时用到的工具酶是____________，在构建的基因表达载体中，高血压相关基因的首端必须有____________，它是RNA聚合酶的识别和结合部位。

（3）图示中甲为____________（时期）的去核卵母细胞，过程⑤的操作技术叫作____________。

（4）要在分子水平上检测成功导入的B基因在大鼠中是否成功表达，可采用____________方法，如果高血压相关基因已在大鼠体内成功表达，可用其建立高血压转基因动物模型。

【答案】（1）获能 显微注射法 抗生素

（2）限制性核酸内切酶（限制酶） 启动子

（3）减数第二次分裂中期（MⅡ中期） 核移植

（4）抗原-抗体杂交

【点评】本题综合考查基因工程、细胞工程和胚胎工程的知识。其中，对基因工程的基本概念、操作程序进行了重点考查。

★《求学》提醒：通过数字密码，快速掌握基因工程的知识，是解答基因工程类高考试题的基础和关键。尤其在复习的最后阶段，通过数字密码，简化知识记忆方式，把书读薄，从而提高高考复习效率。当然，由于篇幅有限，对有些常出现的考点，如PCR技术、基因探针检测等没有详细分析，考生复习时也要予以重视。