>>>訾玉玲

一、 原題呈現

[生物——選修3：現代生物科技專題]

基因工程中可以通過PCR技術擴增目的基因。回答下列問題。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫中獲得。基因文庫包括_____和_____。

（2）生物體細胞內的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是 。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是 。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的_____。

（3）目前在PCR反應中使用Taq酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是_____。

二、參考答案

（1）基因組文庫 cDNA文庫

（2）解旋酶 加熱至 90℃ ～95℃ 氫鍵

（3）Taq酶熱穩定性高，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活

三、試題對比與評價

筆者對2016年到2019年全國Ⅰ卷選修3部分的試題進行了對比，如下表：

2016——2019年全國Ⅰ卷選修3試題比較

2019年選修3試題注重對基礎知識的考查，根據抽樣模擬數據分析，為近四年來平均分最高，考生作答情況良好，滿分率大于25%，高于13分的人數超過1/3，成績圖呈現出不完全正態分布。當然，評價試卷難度不能只看某一道試題，雖然38題比較容易，但全卷整體答題情況顯示試題是難易適中的。

圖1

2019年全國Ⅰ卷理綜生物38題分值分布圖

（橫軸為分數，縱軸為某得分考生占考生總數的比例）

四、易錯解析

圖2

2019年全國Ⅰ卷理綜生物38題模擬抽樣1

圖3

2019年全國Ⅰ卷理綜生物38題模擬抽樣2

通過對抽樣答題情況分析，匯總錯誤原因如下。

1.概念混淆

基因文庫、基因組文庫和部分基因文庫中cDNA文庫的概念層級關系弄不清楚，把基因組文庫答成“基因文庫”，把cDNA文庫答成“cDNA”等含義模糊的答案。甚至有的同學自創用語，把教材中“國家圖書館”的比喻當成“國家基因庫”，基礎知識亟待加強。

2.“酶”和“鍵”不清

各種酶催化的化學鍵不清楚，該答的化學鍵寫成“空間結構”“堿基結構”等。

3.答案不全

PCR反應中使用Taq酶而不用大腸桿菌DNA聚合酶的原因，應該同時答出“Taq酶熱穩定性高”和“大腸桿菌DNA聚合酶高溫下會失活”兩層含義，但很多同學只答出其中一層含義。甚至有個別同學出現圖3中的科學性錯誤。

五、教材相關知識再梳理

1.基因文庫、基因組文庫和部分基因文庫中的cDNA文庫

基因文庫是將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物不同的基因。根據所含基因的不同可以分為基因組文庫和部分基因文庫，部分基因文庫重點介紹了cDNA文庫。人教版選修3教材第10頁“生物技術資料卡”中，介紹了基因文庫的構建方法，并列表對比了兩種文庫的區別。對于真核生物來說，基因組文庫包含了基因的外顯子、內含子和編碼區上游及下游的非編碼序列，而cDNA文庫來源于編碼區轉錄成的mRNA的反轉錄，不包含內含子和非編碼區。原核基因的基因組文庫的基因包含編碼區和非編碼區，而cDNA文庫不包含非編碼區。

2.DNA復制和PCR技術

這兩個過程的共同點是都需要模板和脫氧核苷酸為原料，主要不同體現在以下幾點。

①發生的場所不同：DNA復制在細胞內，PCR技術在細胞外，主要在PCR擴增儀內。

②解旋方式不同：DNA復制在解旋酶催化下完成解旋，而PCR技術中DNA在高溫作用下解旋。

③涉及的酶的種類不同：細胞內DNA復制依賴解旋酶和DNA聚合酶等催化，而PCR技術中要使用耐高溫的Taq酶，因其特殊性不需要每個循環加酶，使成本降低，技術簡捷。

④溫度條件不同：DNA復制在細胞內溫和溫度下完成，而PCR技術需要控制溫度，在較高溫度下進行。

⑤引物來源不同：細胞內DNA復制通常從固定的起始點開始，先合成RNA引物，再合成DNA片段，最后把片段連接成完整的子鏈，進而形成子代DNA。為什么在細胞內DNA合成由RNA引物引發？因為DNA聚合酶不能啟動新鏈合成，只能催化已有鏈的延長。RNA聚合酶只要有模板存在，不需要引物就可以轉錄出新的RNA。因此，細胞內先由RNA聚合酶合成RNA引物，DNA聚合酶再從RNA引物的3ˊ端開始合成新的DNA鏈。PCR技術中需要人工合成與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物，引物延伸一般在72℃下進行。

3.相關酶的辨析

①解旋酶：這一類酶包括許多蛋白質，它們作用的底物是DNA，利用ATP釋放能量，作用結果是斷開堿基對之間的氫鍵，驅動DNA兩條鏈分開，形成單鏈DNA。

②限制酶：基因工程中重要的工具酶之一，通過對DNA分子特定位點中的磷酸二酯鍵的水解實現切割作用，限制酶切割DNA的方式有兩種，交錯切割形成黏性末端，平整切割形成平末端。

③DNA酶：作用于DNA分子，斷開磷酸二酯鍵，將DNA水解成單個的脫氧核苷酸。

④DNA聚合酶：一般是識別出模板DNA鏈上的一個堿基，按照堿基互補配對原則，從細胞質中“選出”一個互補的脫氧核苷酸（dNTP），借助形成磷酸二酯鍵，進而形成新的DNA。

⑤Taq酶：是從水生棲熱菌中分離出來的，作用效果與DNA聚合酶相同，特點是熱穩定性高，耐高溫，可以耐受90℃以上的高溫而不失活。人教版選修3教材16頁“拓展視野”中，介紹了中國科學家對PCR的貢獻——發現并分離了耐高溫的DNA聚合酶。

⑥DNA連接酶：是基因工程重要的工具酶之一，具有底物專一性，能在DNA雙鏈中的單鏈缺口處，將兩個核苷酸以5ˊ端磷酸根與3ˊ端羥基共價連接，催化修復斷裂的單鏈DNA的磷酸二酯鍵，進而封閉缺口，形成新的DNA。該酶不同于DNA聚合酶的是作用于DNA分子片段而非單個脫氧核苷酸。

六、備考建議

基因工程這項新興技術在育種、基因治療、藥物生產等方面，都有廣泛應用。最近四年選修3考查的重點都在基因工程，說明這部分內容具有先進技術的典型性，但不等于高考對選修3的考查僅僅局限在基因工程。再向前追溯幾年，細胞工程、胚胎工程、生態工程的知識都曾經是考查的內容。因此，2020年的備考需要抓全冊，不偏廢，有重點，無虛焊。

1.抓大不放小，避免知識遺漏

在知識主線的牽引下，抓核心重點知識，如“基因工程”復習中的“二、三、四”，即兩種工具酶、三種工具、四步曲，必須熟記熟背，全面理解，系統掌握。但是對于一些細節也要關注，如：Ti質粒上T-DNA怎樣從農桿菌轉移到植物細胞內？構建基因表達載體時會出現哪些錯誤的連接方式？這些連接方式通過怎樣的方法可以篩選出來？復習時不能眉毛胡子一把抓，而是把教材知識清障之后，有重點地縱橫聯系，要做到“點點通，連成線；線線清，聚成面”，讓選修3的知識脈絡清晰，體系完整。

因為選修3是現代生物科技專題，每一個工程技術都是相對成熟、廣泛應用的，所以，任何一個專題的復習都不能只停留在概念的背誦上，而要聯系具體實例，真正掌握這項技術在生產生活實踐中的具體應用，能夠分析和解決現實問題，做到弄懂原理、知道過程、熟練應用。

2.挖不同主線，構建多級網絡

《現代生物科技專題》共有4大工程，以工程技術為主線可以對比這4個工程的原理、技術和目的等。以每一章前邊的“科技探索之路”為主線，可以串起每一個工程發展的過程及學習內容所處的位置。如基因工程中除了之前的“二、三、四”外，還可以以“受體細胞”為主線，總結轉基因植物、轉基因動物和轉基因微生物的方法及應用。“細胞工程”可以以細胞工程技術為主線，或者以全能性大小為主線進行復習。“胚胎工程”和“生態工程”也可以挖掘出不同主線，構建出有主干有分支的知識網絡，做到廣角透視，形成“枝繁葉茂”的知識樹。