一道基因工程試題的分析與啟示

摘 要 闡述了基因工程的原理及技術是高中生物的重要組成部分，是當前生命科學研究的熱點和前沿。從近幾年的江蘇省高考命題中可以看出，基因工程的考查是高考試卷的一個重要組成部分。并就2014年南通二模一道基因工程的試題進行分析，并提出幾點看法。

關鍵詞 基因工程 試題分析 教學啟示

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 試題重現

（2014南通市二模生物試卷第33題）科研人員通過基因工程實現了β-甘露聚糖酶基因在豬腸道野生酵母菌中的表達，使原來不能被豬利用的粗纖維在豬腸道內被分解成可直接吸收的單糖。圖1為構建工程菌的部分過程，其中介導序列能引導載體整合到酵母菌的染色體DNA上。請回答：

（1） ①過程中需要的工具酶是 [1] ，②③過程中需要的工具酶是 [2] 。

（2） 同尾酶是指切割DNA分子后能產生相同黏性末端的限制酶，圖中4種限制酶中屬于同尾酶的是

[3] 。

（3） 重組表達載體中的介導序列引導目的基因整合到酵母菌的染色體DNA上，其意義在于[4] 。

（4） ①過程從野生酵母菌染色體DNA中PCR擴增介導序列時，科研人員設計了如下一對引物：[GAATTCC] GACCTCAAATCAGGTAGG和TFGCAT TGACTTACA [CCTAGG] ，其中下劃線部分序列設計的依據是 [5] ，方框部分序列設計的目的是

[6] 。

（5） 對重組表達載體進行酶切鑒定，假設所用的酶均可將識別位點完全切開。若使用EcoR I和Sal I酶切，得到 [7] 種DNA片斷；若使用EcoR I和BamH I酶切，得到 [8] 種DNA片斷。

參考答案：（1） 熱穩定性DNA聚合酶（Taq酶或耐高溫的DNA聚合酶） DNA連接酶 （2） BamHⅠ和Bgl Ⅱ （3） 使目的基因能隨工程菌染色體穩定遺傳和表達 （4） 介導序列兩端的部分DNA序列 使擴增出的介導序列兩端含有限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ的識別序列 （5） 3 2

2 試題評價

2.1 命題角度

本題主要考查基因工程的原理及技術應用，對基礎知識考查的同時，也注重培養學生收集和處理科學信息的能力，考查了學生在獲取新知識、新概念，如“同尾酶”的時候，解決實際問題的能力。

2.2 難度分析

南通市某縣本題整體及各小題數據統計情況見表2

本題總分9分，平均分3.136分，難度0.35，偏難。

2.3 錯因分析與指導

33-[1]的錯誤答案有：“解旋酶、DNA聚合酶”、“DNA熱穩定聚合酶”、“TAq酶”、“Tap酶”、“Dap酶”等。

33-[2]的錯誤答案有：“DNA聚合酶”、“DNA內接酶”等。學生出現這樣的錯誤答案主要原因是生物學專業術語書寫不規范，DNA連接酶與DNA聚合酶作用混淆不清。①過程是PCR技術，利用的是DNA雙鏈復制原理，所用的需要熱穩定性DNA聚合酶進行催化。②、③過程是重組質粒構建的過程，所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，因限制酶圖中已經給出，只需答DNA連接酶。

33-[3]的錯誤答案有：“EcoRⅠ和BamHⅠ”、“BamHⅠ”、“BglⅡ”等。就其原因是因為不理解同尾酶的概念。同尾酶是指切割DNA分子后能產生相同黏性末端的限制酶，根據已知的4中限制酶的序列比較，BamHⅠ和BglⅡ切割后產生的黏性末端的序列互補，符合要求。

33-[4]的錯誤答案主要有：只寫“穩定存在”、“穩定遺傳”、“能復制”、“使目的基本表達”。在本小題中學生對構建基因表達載體的意義理解不透徹。重組表達載體中的介導序列引導目的基因整合到酵母菌的染色體DNA上，就是為了使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳給下一代，同時目的基因能夠表達和發揮作用。

33-[5]錯誤答案主要有：“堿基互補配對原則”、“目的基因的堿基序列”、“β-甘露聚糖酶基因的堿基序列”、“限制酶識別序列”、“啟動子序列”。33-[6]錯誤答案有：“讓引物自己不發生堿基互補配對”、“讓引物自己不發生堿基互補配對，防止自身環化”、“有啟動子和終止子，控制擴增的起始和終止”等。本小題學生不能從題干材料中提取有效信息回答相應問題，對于引物設計的依據和原則區分不清。

①過程從野生酵母菌染色體DNA中PCR擴增介導序列時，需要設計一對引物，能分別識別與介導序列兩端的部分DNA序列，并與之配對，從而擴增出所需目的基因片段，同時要考慮到介導序列與質粒載體整合，所以介導序列兩端需含有限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ的識別序列，以便形成介導序列質粒載體。

33-[7]錯誤答案有：“2、4、5、6”等。33-[8]錯誤答案有：“1、3、4、6”等。學生在解答本小題時沒有看清酶切的對象是重組表達載體，對重組表達載體上具有的酶切位點識別錯誤，特別是“同尾酶切割后再連接形成的序列已經不能被原來的限制酶識別”這一點不能作出正確的判斷。也有部分學生因時間不夠，猜測得出的答案。

對重組表達載體進行酶切鑒定，假設所用的酶均可將識別位點完全切開，使用EcoRⅠ和SalⅠ酶切時，重組表達載體上有2個EcoRⅠ酶切位點，1個SalⅠ酶切位點，使用EcoRⅠ和BamHⅠ酶切時，重組表達載體上有2個EcoRⅠ酶切位點，因為BamHⅠ和BglⅡ是同尾酶，切割后的黏性末端互補，但DNA連接酶縫合好后序列發生變化，BamHⅠ和BglⅡ都不可以繼續識別和切割，多以BamHⅠ的切割位點為0。在解決本小題時應該注意：在質粒載體、介導序列質粒載體、克隆載體進行酶切并形成重組表達載體是一定要看清啟動子、介導序列、β-甘露聚糖酶基因的位置關系以便理解該題。

3 教學啟示

在復習、鞏固基因工程原理及技術時，教師應注意以下幾點：

① 注重生物學專業術語的書寫規范訓練和相近概念的比較復習。例如：區分好同尾酶、同裂酶、DNA聚合酶、Taq酶和DNA連接酶。

② 注意從基因表達載體的組成來分析構建基因表達載體的意義，便于學生在理解基礎上形成長時記憶。

③ 對于限制酶、PCR技術等重難知識，要設計相應的專題復習，注意拓展知識的寬度和挖掘知識的深度，幫助學生構建有效的知識網絡。

④ 加強材料信息題的訓練，培養學生從材料中提取有效信息的能力、圖文轉換能力、遷移運用能力。