2016年全国新课标卷Ⅰ理综第40题对“基因工程”复习的启示

安徽 许年历

2016年全国新课标卷Ⅰ理综第40题对“基因工程”复习的启示

安徽 许年历

基因工程是高中生物选修模块3《现代生物科技专题》教学中的重点和难点内容。在高考全国新课标卷Ⅰ中频繁考查，近五年中除2014年外都在第40题出现，且分值很大，在《普通高中生物课程标准》中，关于“基因工程”的教学要求较高的是：（1）基因工程的原理及技术（Ⅱ）；（2）基因工程的应用（Ⅱ）。

1.高考试题分析

【例1】（2016全国新课标卷Ⅰ，40）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。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。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：

（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）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_________________；并且_________和_________的细胞也是不能区分的，其原因是________________________。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单菌落，还需使用含有_______的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于_______。

【答案】（1）能自我复制、具有标记基因 （2）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 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒（或含有重组质粒） 二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 （3）受体细胞

【解析】在知识层面上来看，本题主要考查了基因工程的原理和技术，具体涉及质粒载体必须具备的基本条件、重组DNA分子的选择与鉴定、噬菌体（病毒）的生活特征等知识。从能力角度分析，本题主要考查了考生运用所学的基因工程的基本原理的知识，能从题干材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题的能力。试题的主要设问（第2小题）还涉及实验探究能力的考查。

【深度解读】抗生素抗性基因能使细菌对氨苄青霉素、四环素等抗生素产生抗性。题中的质粒载体酶切位点在Tetr（四环素抗性基因）内部，插入了目的基因后就会使其失去功能。因此，未被转化的大肠杆菌不含Ampr或Tetr，在含有氨苄青霉素或四环素的培养基上均不能生长。在转化的大肠杆菌中，含有环状目的基因的大肠杆菌也不含Ampr或Tetr，在含有氨苄青霉素或四环素的培养基上均不能生长；含有质粒载体的大肠杆菌含有Ampr和Tetr，在含有氨苄青霉素或四环素的培养基上均可以生长；含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌含有Ampr，Tetr因插入了目的基因而失活，所以只对氨苄青霉素具有抗性，在含有氨苄青霉素的培养基上可以生长，而在含有四环素的培养基上不能生长。如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞，因二者均不含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都不能生长，所以是不能区分的；含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞，因二者都含氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上都能生长，因此也是不能区分的。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；因目的基因插入后，导致Tetr（四环素抗性基因）失活，含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌在该培养基中不能生长，而含有质粒载体的能正常生长。具体做法是：将转化菌先涂布在含有氨苄青霉素的固体培养基上，并将存活的Ampr菌落原位影印到另一个含有四环素的固体培养基上，凡是在含有氨苄青霉素的固体培养基上生长，而不在含有四环素的固体培养基上生长的菌落，就必定是含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的克隆。

2.变式训练

【例2】（原创题）图甲为质粒载体pUC18的结构示意图，Ampr为氨苄青霉素抗性基因，ori为复制原点，lacZ是编码β-半乳糖苷酶的α-肽的基因，lacZ基因表达后，可形成有功能的β-半乳糖苷酶，进而将固体培养基中添加的底物X-Gal转化为蓝色的产物，外源DNA分子插入到lacZ基因中会使其失活。某研究小组将载体pUC18与含目的基因的DNA用同一种限制酶切割，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。图乙为在固体培养基上长出的受体菌菌落示意图（其中深色代表蓝色菌落，浅色代表白色菌落）。据图分析回答：

（1）为了提高转化效率，一般用_________处理大肠杆菌，使细胞处于一种能________的生理状态。作为受体细胞，大肠杆菌_______（填“含”或“不含”）氨苄青霉素抗性基因。

（2）为了筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌，需要在固体培养基中加入_________，否则，无法区分_______和_______。

（3）若要从图乙的菌落中分离目的基因，应选择______（填“蓝色”或“白色”）菌落，原因是________________________________。

（4）若要检测菌落中有没有表达出β-半乳糖苷酶，可用的分子杂交方法是_____________。

【答案】（1）Ca2+吸收环境中DNA分子 不含（2）氨苄青霉素 转化的大肠杆菌 转化了重组质粒的大肠杆菌（其他合理答案也给分） （3）白色 lacZ基因内插入目的基因后被破坏，不能表达出β-半乳糖苷酶，故菌落为白色，而蓝色菌落是转化了不含目的基因的质粒（其他合理答案也给分） （4）抗原-抗体杂交

3.复习对策

3.1 把概念的理解放在教与学的重要位置

在基因工程专题学习中，涉及的基本概念、术语等比较多，就学生的认知水平来说其中有些概念是较难理解的，如基因文库、标记基因、转化等。在复习中，可以基因工程基本操作程序为主线，将相关的概念进行整合连接，构建起概念图帮助理解或者以思维导图的方式进行理解。对于具体的概念，通过问题探究的方式进行建构，比如基因文库的概念，通过设计如下问题进行讨论：（1）什么是基因文库？（2）科学家是如何构建基因文库的？（3）如何从基因文库中获取目的基因？（4）基因组文库和cDNA文库的区别是什么？通过教材中的生物技术资料卡或者课外收集的资料等进行理解；再如标记基因概念的理解，通过设计如下问题进行讨论：（1）什么是标记基因？（2）常用的标记基因有哪些？（3）抗生素抗性基因的具体功能是什么？（4）对受体细胞的要求是什么？（5）如何利用标记基因进行重组DNA的选择和鉴定？通过教师的引导，提供有帮助的资料，学生进行思考和讨论，既能够加深理解标记基因的概念，又能够促进学生思维能力的提升。

3.2 重视逻辑思维和创造性思维能力的培养

生物学科是一门自然科学，也是实验科学，其发展离不开实验与理性思维的结合。在遇到生物学问题时，需要运用已有的知识与观点，通过比较、分析和推理等思维方法提出合理的解释，这里有着严密的思维逻辑，有时解释和解决问题，还需要大胆的想象，需要创造性思维能力的运用。在复习备考中，上述思维能力的训练提升是突破高考瓶颈的核心素养之一。基因工程内容的复习，可以通过具体的实例，比如我国科学家利用基因工程技术培育具有自主知识产权的“抗虫棉”的过程，结合选修3内容和必修2基因工程及分子遗传学相关基础知识，请学生思考和讨论，提出基因工程实施的思路、可能出现的问题及解决问题的办法。

3.3 把考纲能力要求的训练贯穿于高三复习备考的全过程

从2016年的高考试题来看，对于选修内容依靠死记硬背获得高分的复习策略是行不通的。理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力及综合运用能力是考试大纲中所明确规定的能力考查范围，在基因工程专题的复习中，教师要为学生搭建实验分析和设计的平台，创设新颖有效的问题情景，通过鼓励学生积极思考，主动表达，提升思维品质和解决问题的能力。

（作者单位：安徽省合肥一中）