资源简介

(共186张PPT)
第4讲　基因工程及生物技术的安全性与伦理问题
选择性必修3　生物技术与工程
第十单元　生物技术与工程
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，通过______等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在__________水平上进行设计和施工的，因此又叫作__________技术。
转基因
DNA分子
重组DNA
考点1　重组DNA技术的基本工具
二、基本工具
1．限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”
(1)来源：主要是从________中分离纯化出来的。
(2)作用特点：具有专一性，表现在两个方面
①识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。
②使每一条链中特定部位的__________断开。
原核生物
磷酸二酯键
(3)作用结果：产生________________。
黏性末端或平末端
2．DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)作用：将限制酶切割下来的DNA片段_______________，恢复被限制酶切开的两个脱氧核苷酸之间的__________。
(2)类型
常用类型 E．coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶
来源 大肠杆菌 T4噬菌体
特点 只缝合________ 缝合________________
“缝合”起来
磷酸二酯键
黏性末端
黏性末端和平末端
3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)作用：将外源基因送入受体细胞。
(2)常用载体：________________________。
(3)最常用载体：____。
①本质：裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的__________________。
质粒、噬菌体、动植物病毒
质粒
环状双链DNA分子
②特点
能自我复制，或整合到____________，随受体DNA同步复制有一个至多个______________，便于限制酶识别切割,有特殊的________，便于重组DNA分子的筛选
受体DNA上
限制酶切割位点
标记基因
1．用两种不同的限制酶切割目的基因的优点是什么？(选择性必修3　P71“文字信息”)
提示：防止质粒和目的基因的自我环化及质粒和目的基因的反向连接。
2．DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？试简要说明。(选择性必修3　P72“旁栏思考”)
提示：不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。
3．限制酶不切割细菌本身的DNA分子，其原因是什么？(选择性必修3　P74“拓展应用”)
提示：含有某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌含有某种限制酶，它本身的DNA也不会被切断，并且可以防止外源DNA入侵。
1．基因工程的原理是基因重组，此种变异是定向的。 ( )
2．重组DNA技术的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。 ( )
提示：重组DNA技术的基本工具有限制酶、DNA连接酶和载体。
3．DNA连接酶“缝合”目的基因与载体之间的氢键。 ( )
提示：DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。
√
×
×
4．大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。 ( )
5．做载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 ( )
6．DNA粗提取时，洋葱研磨液经纱布过滤后，应放在－4 ℃冰箱中放置几分钟。 ( )
提示：DNA粗提取时，洋葱研磨液经纱布过滤后，应放在4 ℃冰箱中放置几分钟。
√
√
×
1．实践中常用某些病毒载体作为基因工程工具，除具备普通“质粒载体”的条件外，还应具有的条件是________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________(答出两点即可)。
提示：对靶细胞具有较高的转化效率；不能增殖，对细胞无害
2．用T4 DNA连接酶构建基因表达载体时，研究人员常选用能产生黏性末端的限制酶，理由是__________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：T4 DNA连接酶连接黏性末端的效率高于连接平末端的效率
1．与DNA有关的酶的比较
名称 作用部位 作用底物 作用结果
限制酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA切成两个片段
DNA连接酶 磷酸二酯键 DNA片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子
名称 作用部位 作用底物 作用结果
DNA聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 将单个脱氧核苷酸依次连接到DNA单链末端
DNA(水解)酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
名称 作用部位 作用底物 作用结果
解旋酶 碱基对之间的氢键 DNA 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链
RNA聚合酶 磷酸二酯键 核糖核苷酸 将单个核糖核苷酸依次连接到RNA单链末端
2．限制酶的选择方法
图甲　　　　　　图乙
根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。
(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。
(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)，与图乙所示质粒连接。
1．CRISPR—Cas9基因组编辑系统由向导RNA(也叫SgRNA)和Cas9蛋白组成，向导RNA识别并结合靶基因DNA，Cas9蛋白切断双链DNA形成两个末端。这两个末端通过“断裂修复”重新连接时通常会有个别碱基对的插入或缺失，从而实现基因敲除，原理如图所示。
CRISPR－Cas9基因组编辑技术有时存在编辑出错而造成脱靶，试分析脱靶最可能原因。
提示：其他DNA序列也含有与向导RNA(SgRNA)互补配对序列 ，造成向导RNA(SgRNA)错误结合而脱靶，而且SgRNA的序列越短，脱靶率会越高。
2．限制性内切核酸酶EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
考向1基因工程工具酶的应用
1．(2022·山东济南模拟)如表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断的以下说法中，正确的是(　　)
限制酶名称 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点
BamHⅠ ↓　　　 GGATCC KpnⅠ 　　　↓
GGTACC
EcoRⅠ ↓　　　 GAATTC Sau3AⅠ ↓　　　
GATC
HindⅠ ↓ GTYRAC SmaⅠ ↓
CCCGGG
(注：Y＝C或T，R＝A或G。)
A．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B．限制酶切割后一定形成黏性末端
C．不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端
D．限制酶的切割位点在识别序列内部
C　[由图可知，由于Y＝C或T，R＝A或G，因此HindⅠ可以识别多种核苷酸序列，A错误；限制酶切割后可能形成黏性末端或平末端，B错误；不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端，如BamHⅠ和Sau3AⅠ，C正确；限制酶的切割位点在识别序列内部或外部，如Sau3AⅠ，D错误。]
考向2基因工程载体的应用
2．(2022·北京朝阳区二模)农杆菌特有的T-DNA能够提高其对宿主细胞的转化，进而使宿主长出冠瘿瘤。如图为T-DNA上的部分结构，有关分析错误的是(　　)
A．T-DNA是Ti质粒上特有的序列，在基因工程中广泛应用
B．T-DNA整合到宿主细胞基因组DNA上可能会导致基因突变
C．T-DNA结构的完整性是诱导宿主植株产生冠瘿瘤的重要条件
D．农杆菌通过改变植物激素的种类与比例诱导细胞的分化方向
A　[T-DNA是农杆菌特有的序列，该序列可存在于农杆菌所有DNA中，不是Ti质粒所特有的，A错误；基因突变是指DNA分子中碱基对的增添、替换和缺失而引起基因结构的改变，故T-DNA整合到宿主细胞基因组DNA上可能会导致基因突变，B正确；基因的结构决定功能，基因要表达功能应保证其具有完整性，故T-DNA结构的完整性是诱导宿主植株产生冠瘿瘤的重要条件，C正确；据图可知，重组质粒上有生长素合成基因和细胞分裂素合成基因，两者比例不同可决定植物根或茎的分化，D正确。]
一、目的基因的筛选与获取
1．筛选合适的目的基因
(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变____________或获得____________等的基因。主要是指__________的基因。
(2)筛选目的基因的方法：从相关的已知__________清晰的基因中进行筛选是较为有效地方法之一。
受体细胞性状
预期表达产物
编码蛋白质
结构和功能
考点2　基因工程的基本操作程序
2．利用PCR获取和扩增目的基因
(1)原理：DNA半保留复制。
(2)条件：DNA模板、2种引物、____________________和4种脱氧核苷酸。
耐高温的DNA聚合酶
(3)PCR反应过程
(4)PCR产物的鉴定：
常采用______________来鉴定。
琼脂糖凝胶电泳
二、基因表达载体的构建——基因工程的核心
1．构建基因表达载体的目的
(1)使目的基因在受体细胞中________，并且可以遗传给下一代。
(2)使目的基因能够____和发挥作用。
稳定存在
表达
2．基因表达载体的组成
转录
RNA聚合酶
3．基因表达载体的构建过程
三、将目的基因导入受体细胞
　　　 　
粉管通道
T DNA
染色体DNA
显微注射
受精卵
Ca2+
四、目的基因的检测与鉴定
　　
染色体
DNA
目的基因
mRNA　
抗原—抗体
1．PCR反应体系中需要同时加入两种引物的原因是什么？(选择性必修3　P78“图3－5”)
提示：DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链，且DNA两条单链的序列不同，用两种引物才能确保DNA两条链同时被扩增。
2．研究人员在研究转基因烟草中外源卡那霉素抗性基因的遗传稳定性时，发现44株转基因烟草中有4株该基因的遗传不符合孟德尔遗传规律，在它们的自交后代中出现了较多的没有卡那霉素抗性的植株。请查找相关资料，尝试对这个问题作出解释。(选择性必修3　P83“拓展应用”)
提示：外源基因插入基因组中可能为单位点插入或者同一染色体多位点插入或者不同染色体多位点插入。外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。除此之外，外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。
1．目的基因主要指编码蛋白质的基因。 ( )
2．Bt基因是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因。 ( )
3．DNA复制的引物使DNA聚合酶能够从引物的5′端开始连接脱氧核苷酸。 ( )
提示：DNA复制的引物使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。
√
√
×
4．PCR扩增完成后，常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。 ( )
5．随着转化方法的研究，农杆菌侵染水稻、玉米等多种单子叶植物也取得了成功。 ( )
6．检测目的基因是否表达可用抗原—抗体杂交技术。 ( )
√
√
√
1．为了满足应用需要，会在载体中人工构建诱导型启动子，其作用在于_____________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：当诱导物存在时，激活或抑制目的基因的表达
2．如果将某种抗性基因导入受体细胞后，仅一条染色体含抗性基因，该基因的传递遵循孟德尔分离定律。判断依据是____________
__________________________________________________________。
提示：抗性基因导入受体细胞后，仅一条染色体含有抗性基因，另一条没有其等位基因，相当于杂合子
1．目的基因的获取方法
(1)利用PCR获取和扩增目的基因。
(2)人工合成目的基因
①逆转录法：主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下：
目的基因的mRNA
―――→
双链DNA（目的基因）
逆转录
②化学合成法：依据某一蛋白质的氨基酸序列，推测出其基因序列，然后直接合成目的基因，其过程如下：
(3)从基因文库中获取目的基因
根据目的基因的有关信息，例如：根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。
2．筛选出含有目的基因的受体细胞的方法——载体表型选择法
(1)方法1(如图)
①原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如图所示，目的基因插入了四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。
②被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含质粒的细菌。
③筛选方法：将混合处理后的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用无菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，图中能生长的菌落为2、3、4，则在含四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5菌落。最后，可在含氨苄青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。
(2)方法2：β-半乳糖苷酶显色反应选择法
β-半乳糖苷酶显色反应选择法，即我们常说的蓝白斑筛选法，也是一种常用的检测目的基因是否导入受体细胞的方法。这种检测方法用到的载体上有LacZ基因，其表达产物为无活性的α肽段。受体细胞可以合成无活性的ω肽段。α肽段与ω肽段结合后可以产生有活性的β-半乳糖苷酶，该酶能将无色的5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷(X-gal)水解成蓝色产物。如果目的基因插入LacZ基因的多克隆位点，重组载体转入受体细胞后就不能产生β-半乳糖苷酶，X-gal也就无法水解成蓝色产物，因此在筛选平板上含有重组载体的菌落呈白色。
3．基因表达载体中启动子、终止子的来源
(1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，目的基因中已含有启动子、终止子，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上接上特定的启动子、终止子。
(2)如果目的基因是通过逆转录或人工方法合成的，则目的基因是不含启动子和终止子的。因此，构建基因表达载体时，需要与质粒结合之前，需要在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。
1．设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如图)，请分别说明理由。
(1)第1组：__________________________________；
(2)第2组：________________________________。
提示：(1)引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效　(2)引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效
2．研究人员利用基因工程技术将油料作物紫苏DGAT1基因导入四尾栅藻，获得转基因的产油微藻，利用地热废水培养，不仅能生产生物柴油，还能治理地热废水。为检测转基因四尾栅藻对地热废水的去污能力，研究人员设计实验并得到相应实验结果如表。
指标 总氮(mg/L) 总磷(mg/L) 氟化物(mg/L)
废水培养基 23.2 4.32 4.56
培养转基因四尾栅藻11天后 1.9 0.45 0.84
该实验不能说明转DGAT1基因显著提高了四尾栅藻的去污能力，请进一步完善实验设计。
实验设计：________________________________________________　
__________________________________________________________
提示：应添加对照组：废水培养非转基因四尾栅藻11天后，检测总氮、总磷和氟化物的含量。
考向1考查目的基因的获取
1．(2022·江苏苏州模拟)递减PCR是常规PCR技术的发展，如图表示递减PCR各阶段温度及时间控制。相关叙述错误的是(　　)
A．PCR反应体系中应加入Taq DNA聚合酶、模板DNA、dNTP、引物、缓冲液等物质
B．第1阶段的目的是使模板DNA充分解旋，减少DNA复杂结构对扩增的影响
C．第2阶段中退火温度较高可减少引物与模板链的非特异性结合，为第3阶段提供更多正确的模板
D．第4阶段72 ℃下维持10 min ，主要目的是使子链与互补模板链结合形成双螺旋
D　[结合题意分析可知，PCR反应体系中应加入Taq DNA聚合酶(催化DNA子链的形成)、模板DNA、dNTP(原料)、引物、缓冲液等物质，A正确；据图可知，第1阶段是在96 ℃条件下处理4 min，该阶段的目的是使模板DNA在高温下充分解旋，得到单链DNA，以减少DNA复杂结构对扩增的影响，B正确；引物的碱基数量越少变性时破开的氢键越少，则退火温度越低，但能与引物发生配对的片段就越多，目标DNA获得率越低，故第2阶段中退火温度较高可减少引物与模板链的非特异性结合，为第3阶段提供更多正确的模板，C正确；72 ℃下维持10 min，主要目的是使引物链延伸，以形成新的脱氧核苷酸链，D错误。]
考向2考查基因工程的基本操作程序
2．(2022·湖北华中师大一附中模拟)为了获得抗蚜虫棉花新品种，研究人员将雪花莲凝集素基因(GNA)和尾穗苋凝集素基因(ACA)与载体(pBI121)结合，然后导入棉花细胞。下列叙述错误的是(　　)
A．用限制酶BsaBⅠ和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA－ACA融合基因
B．与只用KpnⅠ相比，KpnⅠ和XhoⅠ处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确
C．在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞即为成功转入目的基因的细胞
D．用PCR技术可检测GNA和ACA基因是否导入棉花细胞中
C　[由图可知，GNA、ACA都含有限制酶BsaBⅠ的酶切位点，故用限制酶BsaBⅠ和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA－ACA融合基因，A正确；图中质粒与ACA－GNA上都含有KpnⅠ和XhoⅠ的酶切位点，与只用KpnⅠ相比，KpnⅠ和XhoⅠ处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确，避免反向连接，B正确；在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞为成功转入目的基因的细胞或含有普通质粒的细胞，C错误；PCR技术，可用来检测目的基因是否导入受体细胞，即用PCR技术可检测GNA和ACA基因是否导入棉花细胞中，D正确。]
3．(2023·广东广州六校联考)图1表示新型冠状病毒的结构示意图，其中蛋白S(刺突糖蛋白)通过与人体黏膜细胞表面的ACE2受体结合而进入细胞，蛋白M能刺激机体产生免疫反应；图2表示科研人员研制新冠疫苗的一条技术路线。请据图回答下列问题。
图1
图2
(1)蛋白S和ACE2受体的化学本质________(填“相同”或“不同”)，蛋白M在免疫过程中属于________。
(2)图2中，过程①需要的一种特殊酶是________。过程②是基因工程的核心，形成的重组DNA中含
有的组件包括_____________________________________________
__________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)过程③需要用________处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种____________________的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。
(4)疫苗Ⅱ导入实验动物体内，________(填“一定”或“不一定”)能引起免疫反应，理由是____________________________________
__________________________________________________________
_________________________________________________________。
[解析]　(1)新型冠状病毒的蛋白S是糖蛋白，细胞膜上的受体也是糖蛋白，所以两者的化学本质相同。新型冠状病毒的蛋白M可以引起人体发生免疫反应，所以在免疫过程中蛋白M属于抗原。(2)过程①指的是通过逆转录获得目的基因的过程，该过程需要逆转录酶。重组DNA中包括目的基因、标记基因、启动子、终止子和复制原点等组件。(3)将目的基因导入微生物时，需要先用Ca2+处理微生物，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(4)疫苗Ⅱ中的有效成分是DNA，而DNA不能充当抗原，只有表达出蛋白M才能引起免疫反应。目的基因导入动物体内后还需要进行检测，确定目的基因是否表达。
[答案]　(1)相同　抗原　(2)逆转录酶　目的基因、标记基因，启动子，终止子、复制原点(答出任意2点即可)　(3)Ca2+(或CaCl2)　能吸收周围环境中DNA分子　(4)不一定　疫苗Ⅱ含有能表达出蛋白M的基因，该基因在动物体内只有表达出蛋白M才能引起免疫反应，目的基因导入动物体内不一定能够表达，需要进行进一步的检测(答案合理即可)
一、基因工程的应用
器官移植
生长
考点3　基因工程的应用及蛋白质工程
二、蛋白质工程
1．概念
(1)基础：蛋白质分子的________及其与________的关系。
(2)手段：改造或合成基因。
(3)结果：对现有蛋白质进行改造或制造出__________。
结构规律
生物功能
新的蛋白质
2．流程图

写出流程图中字母代表的含义：
A．____，B．____，C．________，D．______，E．________。
转录
翻译
分子设计
多肽链
预期功能
3．蛋白质工程的应用
(1)医药工业方面：研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。
(2)其他工业方面：改进__的性能或开发新的________。
(3)农业方面：通过改造某些____________________，增加粮食的产量；改造微生物____________，设计优良微生物农药，防治病虫害。
酶
工业用酶
参与调控光合作用的酶
蛋白质的结构
1．利用大肠杆菌可生产出重组人胰岛素，联系前面细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的胰岛素，可用大肠杆菌吗？(选择性必修3　P87“从社会中来”)
提示：不可用。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的内质网、高尔基体等结构，无法对核糖体合成的肽链进行加工。
2．野外种植转基因抗A害虫植物的同时，还种植一定量的同种不抗虫植物，可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。试分析其中的原因。(选择性必修3　P88“文字信息”)
提示：种植一定量的同种不抗虫植物，对抗性害虫的选择作用减弱。
3．对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 原因是什么？(选择性必修3　P93“文字信息”)
提示：通过对基因的操作来实现基因控制蛋白质的合成。基因能遗传给下一代。
1．转基因抗病农作物不需要使用农药。 ( )
提示：转基因抗病农作物减少了农药的使用。
2．基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物。 ( )
×
√
3．利用基因工程技术，将人胰岛素的基因转入大肠杆菌后，大肠杆菌内表达出的胰岛素与人的胰岛素结构相同。 ( )
提示：大肠杆菌属于原核生物，无内质网和高尔基体对核糖体产生的肽链进行加工，故表达出的胰岛素与人的胰岛素结构不同。
4．蛋白质工程常借助计算机建立蛋白质的三维结构模型。 ( )
5．对蛋白质的结构设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 ( )
6．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 ( )
×
√
√
√
1．用膀胱生物反应器也能生产干扰素，与乳腺生物反应器相比，其优势是___________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________(答出两点即可)。
提示：不受年龄限制；不受性别限制；提取简单、高效
2．利用转基因技术培育的抗虫、耐除草剂转基因玉米成为农业害虫控制和杂草防除的有效手段，其优点有______________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：能够有效减少化学药剂的施用，降低人工成本，提高玉米产量和品质，有利于保护生态环境和生物多样性
1．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 感受态细胞法
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
2．蛋白质工程与基因工程的比较
(1)区别
项目 蛋白质工程 基因工程
基本思路或过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
项目 蛋白质工程 基因工程
实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型和生物产品
结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质
(2)联系
①蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。
②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。
1．结核病是由结核分枝杆菌(简称结核菌)引起的致死性疾病，接种卡介苗是预防结核病的有效手段。近年来，耐药结核病不断出现。我国科研者研制出了一种重组耐药卡介苗(RdrBCG)，即在原有卡介苗的基础上引入Ag85B和Rv2628两个新的基因，用于辅助治疗耐药结核病。
在重组质粒建构过程中，使用到了限制酶PstⅠ。结合图示所给酶切位点(灰色底色)等信息，写出重组质粒的制备过程。
提示：将Rv2628与质粒混合，加入限制酶PstⅠ和NdeⅠ后，再加入DNA连接酶形成重组质粒1，再将重组质粒1与Ag85B混合，加入限制酶BamHⅠ和HindⅢ，再加入DNA连接酶形成如图所示的重组质粒。
2．通过对Bt蛋白质三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现若将该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt蛋白质能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt蛋白进行改造，以提高其致死率，写出其实验设计思路。
实验设计思路：____________________________________________　
__________________________________________________________
__________________________________________________________
提示：参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基对序列所在的基因位置，将这些碱基对序列进行缺失处理。
考向1考查基因工程的应用
(1)在构建基因表达载体时，________(填“能”或“不能”)选用PstⅠ切割质粒和含肿瘤坏死因子基因的DNA片段，其原因是__________________________________；若用HindⅢ和BglⅡ切割含肿瘤坏死因子基因的DNA片段，除选用HindⅢ和BglⅡ组合外还可以选用____________________组合切割质粒。
(2)利用PCR技术扩增TNF基因时，扩增过程可以在________中自动完成。已知DNA复制时，只能从子链的5′端向3′端开始延伸，据此可知应选择下图甲、乙、丙、丁四种引物中的________作为引物，若扩增4次，共需要引物________个。
科学家需将TNF基因与______________重组在一起，通过____________等方法，导入哺乳动物的____________中，由其发育成的转基因动物进入泌乳期后，可以在其分泌的乳汁中获取所需要的TNF。
[答案]　(1)不能　用PstⅠ切割质粒会破坏四环素抗性基因　HindⅢ、BamHⅠ　(2)PCR仪　乙、丙　30　乳腺细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件　显微注射　 受精卵
(教师用书独具)
(2022·山东临沂二模)甜柿鲜果肉中含丰富的可溶性糖、微量元素、维生素和β-胡萝卜素等多种成分，营养价值高，深受消费者喜爱。甜柿自然脱涩的涩味程度与乙醛代谢关键酶基因(PDC)的表达情况有关。为筛选PDC基因调控蛋白，科研人员利用质粒A和质粒G(如图1、图2所示)，进行了相关研究。
　
图3
(1)启动子位于基因首端，存在RNA聚合酶和多种调控蛋白的结合位点，共同影响基因的表达。PDC基因的启动子序列未知，可利用限制酶将基因组DNA进行酶切，然后在__________的作用下将已知序列信息的接头片段连接在PDC基因的上游，根据__________和PDC基因编码序列设计引物进行PCR扩增。再将扩增所得PDC基因启动子与质粒A连接并导入代谢缺陷型酵母菌，可用__________的培养基筛选出成功转化的酵母菌Y1。
(2)已知质粒G上的AD基因表达出的AD蛋白与待测蛋白结合形成的融合蛋白足够靠近启动子时，才能够激活后续基因的转录。现从甜柿中提取的总mRNA经________过程合成不同片段的cDNA，然后分别插入质粒G中的________(填序号1～5)位点以获得不同的重组质粒(G1、G2……)，理由是____________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)已知插入的不同cDNA片段指导合成不同的待测蛋白，只有待测蛋白为PDC基因调控蛋白时，与AD蛋白形成的融合蛋白才能激活PDC基因启动子。请结合上述实验过程和图3，完善筛选PDC基因调控蛋白的实验思路及预期结果。____________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
筛选得到PDC基因调控蛋白在农业生产中的应用前景是
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
[解析]　(1)该操作为目的基因和载体的酶切和连接，限制酶切割后需要在DNA连接酶的作用下连接，即在DNA连接酶的作用下将已知序列信息的接头片段连接在PDC基因的上游；体外扩增基因常用的方法是PCR技术，DNA复制常需要引物，根据接头片段和PDC基因编码序列设计引物；由质粒A的图谱可知，带有选择功能的基因片段有尿嘧啶合成基因、金担子素抗性基因两种，但是金担子素抗性基因无法启动，所以选择尿嘧啶合成基因作为选择依据，则用不含尿嘧啶的培养基可筛选出成功转化的酵母菌Y1。(2)科研人员从甜柿
中提取mRNA，逆转录形成的各种cDNA；将cDNA与质粒G连接后导入酵母菌，cDNA片段要插入启动子和终止子之间，且不能破坏目的基因，故选择2作为cDNA的插入位点。(3)要筛选PDC基因调控蛋白，可将携带不同 cDNA 片段的重组质粒 G1 、G2……分别导入酵母菌 Y1 中，然后分别置于含金担子素的培养基上培养。若能在培养基上生长，则该酵母菌含有的cDNA 所表达的蛋白质即为 PDC 基因调控蛋白；甜柿自然脱涩的涩味程度与乙醛代谢关键酶基因(PDC)的表达情况有关，可通过改变调控蛋白的表达量进而调控 PDC 基因的表达，达到控制甜柿的自然脱涩进程的目的。
[答案]　(1)DNA连接酶　接头片段　不含尿嘧啶　(2)逆转录(或反转录)　2　插入位点需要在AD基因的启动子和终止子之间，且不能破坏AD基因　(3)实验思路：将携带不同cDNA片段的重组质粒G1 、G2……分别导入酵母菌 Y1 中，然后分别置于含金担子素的培养基上培养。预期结果：若能在培养基上生长，则该酵母菌含有的cDNA 所表达的蛋白质即为 PDC 基因调控蛋白　可通过改变调控蛋白的表达量进而调控 PDC 基因的表达，达到控制甜柿的自然脱涩进程的目的
考向2考查蛋白质工程及应用
2．(2021·辽宁选择性考试)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　)
A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B．加入连接肽需要通过改造基因实现
C．获得N1的过程需要进行转录和翻译
D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境
D　[在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N1的活性需先将其与底物分别置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。]
一、DNA的粗提取与鉴定
1．实验原理
　　　　
酒精
NaCl溶液
2 mol/L
二苯胺
蓝色
考点4　(探究·实践)DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增及电泳鉴定
2．实验步骤
二苯胺
白色丝状物
二、DNA片段的扩增及电泳鉴定
1．实验基础
(1)PCR原理：利用了______________原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。
(2)电泳：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷____的电极移动，这个过程就是电泳。
(3)PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的__________等有关。
DNA的热变性
相反
大小和构象
2．实验步骤
(1)DNA片段的扩增
　　
微量移液器
微量离心管
使反应液集中在管的底部
(2)DNA片段的电泳鉴定
①根据待分离DNA片段的大小，用__________配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液。在______或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后，加入适量的________混匀。
②将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子，以形成加样孔。
电泳缓冲液
沸水浴
核酸染料
③待凝胶溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝胶放入______内。
④将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶______为宜。
⑤将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合，再用__________将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。留一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物。
⑥接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5 V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。
⑦取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。
电泳槽
1mm
微量移液器
1．DNA粗提取中的注意事项
(1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。
(2)加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。
(3)二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。
(4)提取植物细胞的DNA时，加入的洗涤剂能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。
(5)在DNA进一步提纯时，选用冷却的95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。
2．DNA片段的扩增及电泳鉴定的注意事项
(1)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头、蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
(2)缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。
(3)在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。
(4)在进行操作时，一定戴好一次性手套。
1．如图是“DNA的粗提取和鉴定”实验中几个重要操作的示意图，下列叙述错误的是(　　)
①　　　 ②　　 ③　　　　④
A．图①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白质可溶于酒精
B．图①和图③都需用玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌的目的相同
C．若图③操作后接图②操作，则DNA留在滤液中
D．若图④操作后接图②操作，则DNA留在纱布上
B　[图①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白质可溶于酒精，以便除去溶于酒精的杂质，提取含杂质较少(或较纯净)的DNA，A正确；图①玻璃棒搅拌的目的是提取出含杂质较少的DNA，图③玻璃棒搅拌的目的是溶解细胞核内的DNA，B错误；图③操作是加入蒸馏水，破碎细胞，图②操作是过滤，获取含DNA的滤液，使DNA留在滤液中，C正确；图④操作是去除滤液中杂质，析出DNA，图②操作是过滤，将DNA留在纱布上，D正确。]
2．(2022·山东等级考)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是(　　)
A．过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质
B　[低温时DNA酶的活性较低，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解，A正确；离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在95%的冷酒精中与DNA一起析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。]
3．(2022·山东济南三模)稻米胚乳直链淀粉含量高会导致食用品质差。研究发现，水稻蜡质基因(Wx)编码直链淀粉合成酶。若Wx基因中第226位碱基是正常的G，该位点所在的内含子能被正常剪接，胚乳中直链淀粉含量高，基因型记做GG；若该位点突变成T，则不能被正常剪接，胚乳中直链淀粉的合成水平会降低，基因型记做TT。为检测Wx基因该位点碱基是G或T，研究人员以待测水稻叶片总DNA为材料，以Wx基因片段设计引物如图所示，对PCR扩增产物经AccⅠ酶切后电泳。已知引物1为5′－GCTTCACTTCTCTGCTTGTG－3′，两引物之间无另外的AccⅠ酶的识别位点。下列叙述正确的是(　　)
高直链淀粉含量(GG)和中等直链淀粉含量(TT)水稻品种中蜡质基因部分DNA顺序
A．该实验中需设计的引物2为5′－TTCAACTCT-CGTTAAATCAT－3′
B．若酶切产物只能观察到450 bp的DNA条带，则表明该水稻品种为TT型
C．GT杂合型水稻品种酶切电泳结果为3条条带
D．组成上述两种淀粉合成酶的氨基酸的种类不同，数目相同
C　[由引物1的碱基序列及图示所给引物1设计区碱基序列所在的DNA链为非模板链，故引物1的碱基序列与非模板链的碱基序列相同，而引物2要以引物2设计区碱基序列所在的DNA链为模板，故引物2的碱基序列应与所给序列碱基互补配对，该实验中需设计的引物2为5′－ATGATTTAACGAGAGTTGAA－3′，A错误。若酶切产物只能观察到450 bp的DNA条带，则表明第226位碱基是正常的G，该位点所在的内含子能被正常剪接，该水稻品种为GG型，B错误。若
Wx基因中第226位碱基是正常的G，该位点所在的内含子能被正常剪接，胚乳中直链淀粉含量高，基因型记做GG；若该位点突变成T，则不能被正常剪接，胚乳中直链淀粉的合成水平会降低，基因型记做TT，故GT杂合型水稻品种的G能被酶切成两段，而T不能被酶切，故酶切电泳结果为3条条带，C正确。组成上述两种淀粉合成酶的氨基酸的数目不同，D错误。]
一、转基因成果
1．基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是__________________。
2．转基因动物方面，科学家将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜。
对微生物的基因改造
考点5　生物技术的安全性与伦理问题
3．转基因植物方面，目前已经培育出了大批具有____、____、________和耐储藏等新性状的作物。种植转基因植物面积较大的国家有美国、巴西、阿根廷、加拿大等；种植的转基因作物中____和____最多，其次是棉花和油菜。
抗虫
抗病
抗除草剂
大豆
玉米
二、对转基因产品安全性的争论
伦理道德观念
三、理性看待转基因技术
1．需要以完备的相关科学知识为基础，即清晰地了解转基因技术的____和________。
2．应看到人们的观点受到许多复杂的________________等因素的影响。
3．要靠确凿的____和严谨的逻辑进行思考和辩论。
原理
操作规程
政治、经济和文化
证据
四、关注生殖性克隆人
1．生殖性克隆：指通过____技术产生独立生存的新个体。
2．治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。
3．我国______、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
克隆
不赞成
五、禁止生物武器
1．种类：致病菌类、______、生化毒剂类等。
2．中国政府的态度：在任何情况下______________、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
病毒类
不发展、不生产
1．将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，可以防止转基因花粉传播的原因是什么？(选择性必修3　P102“相关信息”)
提示：由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。
2．我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细胞，这种诱导方法与转入转录因子诱导产生iPS细胞相比，其优点是什么？(选择性必修3　P108“文字信息”)
提示：避免了转入转录因子诱导iPS细胞可能带来的致癌风险。
3．有一种神秘的“X疾病(Disease X)”，它是由未知病原体造成的大规模流行性疾病，一旦暴发可能导致数百万人死亡。你认为这种未知病原体的来源可能有哪些？(选择性必修3　P113“拓展应用”)
提示：这种未知病原体可能来自其他动物或者高科技实验室、由某些科学家制造出来，还有可能是在自然界中经过突变产生的。
1．转基因技术已被用于减少啤酒酵母双乙酰的生成。 ( )
2．理性看待转基因技术，最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 ( )
3．可以运用重组DNA技术进行生殖性克隆人研究。 ( )
提示：不允许任何人进行生殖性克隆人研究。
√
√
×
4．生物武器仅包括病毒类。 ( )
提示：生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。
5．提供骨髓中的造血干细胞并不会对婴儿的健康造成损伤。 ( )
6．克隆动物实验存在流产率高、胎儿畸形率高和出生后死亡率高等问题。 ( )
×
√
√
1．转基因植物所携带的目的基因可能传递给非转基因植物，造成基因污染。如果将目的基因导入叶绿体DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？_______________________________________。
提示：叶绿体基因不会通过花粉传给下一代
2．治疗性克隆获得的组织器官在移植时一般不会出现排异反应，其根本原因是什么？_________________________________________
__________________________________________________________。
提示：治疗性克隆获得的组织和器官的绝大多数遗传物质和患者相同
1．关注转基因生物的优缺点
优点 缺点
(1)解决粮食短缺问题 (2)减少农药使用，从而减少环境污染 (3)节省生产成本，降低粮食售价 (4)增加食物营养，提高附加价值 (5)增加食物种类，提升食物品质 (6)提高生产效率，带动相关产业发展 (1)可能产生新病毒和新的过敏原
(2)可能产生抗除草剂的杂草
(3)可能使疾病的传播跨越物种障碍
(4)可能会损害生物多样性
(5)可能干扰生态系统的稳定性
2．比较试管婴儿和设计试管婴儿
(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程(如图所示)
(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点
项目 试管婴儿 设计试管婴儿
不同点 技术手段 无须进行遗传学诊断 进行遗传学诊断
应用 主要解决不孕夫妇的生育问题 主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预防及治疗
相同点 二者都是体外受精、体外进行早期胚胎培养，再经过胚胎移植，从生殖方式上都为有性生殖 2017年8月，科学家运用基因组编辑技术在人类的早期胚胎中修正了与肥厚型心肌病发生相关的基因MYBPC3的突变，使胚胎携带正常MYBPC3基因的概率提高了20%左右。你认为该不该允许对人类胚胎进行基因组编辑的相关研究？请说出你的理由。
提示：不允许。由于目前该技术存在一系列安全风险和伦理问题，如可能会出现“设计婴儿”，“基因脱靶”问题，导入基因与细胞内原有基因相互作用的问题，病毒基因植入问题，因此应禁止将对胚胎细胞进行基因编辑的技术应用于临床。
考向1考查生物技术的安全性问题
1．下面关于生物武器的叙述，错误的是(　　)
A．世界各国都应当禁止在任何情况下生产、储存和发展生物武器
B．生物武器利用致病菌、病毒、生化毒剂、干扰素及重组致病菌等形成杀伤力
C．生物武器传染性强、作用范围广，应严格禁止
D．消除生物武器威胁、防止生物武器扩散是生物安全防控的重要方面
B　[干扰素为细胞因子，非生物武器，B错误。]
(教师用书独具)
(2022·山东泰安三模)植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。叶绿体遗传转化体系是近几年发展起来的一种新的植物生物反应器。叶绿体转化是以同源重组原理将外源目的基因整合到目标叶绿体基因组中的一种方式，是一种高表达、安全性极高的遗传转化方法。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．植物生物反应器涉及的现代生物学技术是基因工程和植物细胞工程
B．构建的基因表达载体中含有叶绿体特异启动子，使得目的基因只能在叶绿体中表达
C．植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散
D．把目的基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子一定含有此目的基因
D　[植物生物反应器首先需要用基因工程技术将目的基因导入植物细胞，其次需要采用植物细胞工程技术将转基因植物细胞培育成转基因植株或转基因植物组织或转基因植物悬浮细胞，因此涉及基因工程和植物细胞工程技术，A正确；要使得目的基因只能在叶绿体中表达，则构建的基因表达载体中要含有叶绿体特异性启动子，B正确；由于受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，因此植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散，C正确；把该基因导入叶绿体DNA中，叶绿体DNA存在于细胞质中，在配子产生过程中并不遵循遗传定律，所以将来产生的配子中不一定含有抗病基因，D错误。]
考向2考查生物技术的伦理问题
2．(2022·湖北华中师大一附中模拟预测)当前生物技术发展非常迅猛，很多生物技术的应用已经与我们的日常生活密切相关。下列有关生物技术的说法或做法正确的是(　　)
A．设计试管婴儿是指通过遗传咨询有选择地生育优良性状的小孩
B．在我国，通过生殖性克隆有可能解决一些夫妇不孕不育的问题
C．胚胎工程繁育良种时，供体和受体母畜都要进行同期发情处理
D．对囊胚进行胚胎分割时，必须对整个胚胎进行均等分割
C　[设计试管婴儿是指通过胚胎移植前对胚胎进行遗传学诊断有选择地生育符合特殊要求的小孩，通过遗传咨询有选择地生育优良性状的小孩能降低遗传病的发生概率，A错误；在我国，通过试管婴儿技术有可能解决一些夫妇不孕不育的问题，B错误；胚胎工程繁育良种时，供体和受体母畜都要进行同期发情处理，保证胚胎移植前后生理环境的相同，C正确；对囊胚进行胚胎分割时，必须对内细胞团进行均等分割，D错误。]
3．(2022·辽宁沈阳模拟预测)下列关于生物技术安全性和伦理问题的叙述，正确的是(　　)
A．基因身份证含有致病基因和易感基因等涉及个人敏感基因的信息
B．生物武器种类包括致病菌、干扰素、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌
C．抗除草剂基因通过花粉传播到杂草形成“超级杂草”会造成食物安全问题
D．国际上大多数国家在转基因食品标签上都有警示性标记，并注明可能的危害
A　[基因身份证是指把个人的致病基因和易感基因检测出来，记录在磁卡上，做成个人基因身份证，A正确；生物武器种类包括致病菌、病毒、生化毒剂以及经过基因重组的致病菌等，干扰素不属于生物武器，B错误；抗除草剂基因通过花粉传播到杂草形成“超级杂草”会影响生物多样性，会造成生物安全问题，C错误；转基因食品上只标明原料来自转基因生物，并未标明其危害，D错误。]
1．核心概念
(1)(选择性必修3 P67)基因工程：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
(2)(选择性必修3 P72)质粒：一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
(3)(选择性必修3 P76)目的基因：指在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
(4)(选择性必修3 P81)转化：指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
(5)(选择性必修3 P84)电泳：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。　
(6)(选择性必修3 P106)生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。
2．结论语句
(1)(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
(2)(选择性必修3 P72)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。这些质粒上常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
(3)(选择性必修3 P74)DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。
(4)(选择性必修3 P77)PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供DNA模板，分别与两条模板链结合的2种引物，4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。
(5)(选择性必修3 P80)基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，它还必须含有启动子、终止子等。
(6)(选择性必修3 P84)在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。
(7)(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
(8)(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
(9)(选择性必修3 P103)理性看待转基因技术，最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。
(10)(选择性必修3 P107)我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
1．(2022·全国乙卷改编)新冠病毒感染出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疾病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。
真题体验·感悟高考
(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________________________(答出一种情况即可)；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_____________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
[解析]　(1)分析题意可知，新冠病毒的遗传物质是RNA，而RT-PCR法需要先得到cDNA，由RNA到DNA的过程属于逆转录过程，逆转录过程需要的酶是逆转录酶(反转录酶)。(2)PCR过程需要加入引物，设计引物时应有一段已知目的基因的核苷酸序列，在该过程中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中的特异性核苷酸序列来进行；PCR过程每次循环分为3步，分别为变性(超过90 ℃)、复性(50 ℃左右)、延伸(72 ℃左右)，故其中温度最低的一步是复性。(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，说明该个体曾经感染过新冠病毒(或注射过新冠疫苗)，机体发生特异性免疫反应，产生抗体，将病毒消灭，则核酸检测为阴性，但由于抗体有一定的时效性，能在体内存在一段时间，故抗体检测为阳性；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明该个体体内仍含有病毒的核酸，机体仍进行特异性免疫过程，能产生抗体，则说明该人已经感染新冠病毒，为患者。(4)基因工程的基本操作流程是：获
取目的基因→基因表达载体的构建(基因工程的核心)→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定，结合题意，本基因工程的目的是获得大量的S蛋白，故具体流程为：获取S蛋白基因→构建S蛋白基因与载体结合的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 (检测受体能否产生S蛋白)。
[答案]　(1)逆转录酶(或反转录酶)　(2)特异性核苷酸序列　复性　(3)曾感染新冠病毒，已康复(或注射过新冠疫苗)　已感染新冠病毒，是患者　(4)获取S蛋白基因→构建S蛋白基因与载体结合的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定(检测受体能否产生S蛋白)
2．(2021·福建选择性考试)微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT基因导入大肠杆菌构建工程菌。回答下列问题：
(1)根据枣树的MTcDNA的核苷酸序列设计了相应的引物(图1甲)，通过PCR扩增MT基因。已知A位点和B位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置。选用的引物组合应为________。
图1
(2)本实验中，PCR所用的DNA聚合酶扩增出的MT基因的末端为平末端。由于载体E只有能产生黏性末端的酶切位点，需借助中间载体P将MT基因接入载体E。载体P和载体E的酶切位点及相应的酶切序列如图1乙所示。
①选用________酶将载体P切开，再用________(填“T4 DNA”或“E．coli DNA”)连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P′。
②载体P′不具有表达MT基因的________和________。选用________酶组合对载体P′和载体E进行酶切，将切下的MT基因和载体E用DNA连接酶进行连接，将得到的混合物导入到用________离子处理的大肠杆菌，筛出MT工程菌。
(3)MT基因在工程菌的表达量如图2所示。结果仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌，理由是_____________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
图2
[解析]　(1)密码子位于mRNA上，是决定氨基酸的三个相邻碱基，起始密码子分别控制翻译的开始和结束，故为保证基因的正常表达，一对引物应分别位于位点A和位点B的两侧，故选择引物1和引物4。(2)①为得到平末端，可用EcoRⅤ酶将载体P切开；由于E．coli DNA连接酶只能连接黏性末端，而T4 DNA连接酶可以连接平末端，结合题意可知，MT基因的末端为平末端，故需要用T4 DNA连接酶将MT基因与载体P相连，构成重组载体P′。②载体P′是重组质粒，故不含有表达MT基因的启动子和终止子；为避免自身环化和反向连
接，可选用两种酶切割两种载体，据图可知，载体P′和载体E均含有XhoⅠ和PstⅠ酶，故可选用XhoⅠ和PstⅠ酶进行酶切；将目的基因导入大肠杆菌的方法是钙离子处理法。(3)由于尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定，故即使MT工程菌的MT蛋白相对含量较高，也无法说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT工程菌。
[答案]　(1)引物1和引物4　(2)EcoRⅤ　T4 DNA　启动子　终止子　XhoⅠ和PstⅠ　钙　(3)尚未在个体生物学水平上对MT工程菌吸附重金属的能力进行鉴定
3．(2021·广东选择性考试)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高生产率。
回答下列问题：
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有________________(答出两种即可)。
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，方法有______________(答出两种即可)。
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备____________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有__________________。
(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是_________________。在分子水平上，可以通过改变____________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。
[解析]　(1)获得目的基因的方法除PCR技术外，还有从基因文库中获取、人工合成等方法。(2)蛋白酶可分解蛋白质，但不会分解DNA；蛋白质在高温条件下会变性失活，而DNA虽然在高温时会变性，但在低温时又会复性，因此在制备高质量的DNA模板时，去除蛋白可采用酶解法或高温处理。(3)将大肠杆菌作为基因工程的受体细胞时，首先应用Ca2+处理，使其成为能吸收外界DNA的感受态细胞。检测目的基因是否成功表达出酶蛋白可采用抗原—抗体杂交技术。(4)酶的作用条件有适宜的温度、pH等，温度过低，酶的活性会降低，温
度过高、强酸或强碱的情况下，酶的活性会降低甚至失活，依据题图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系，这4种酶的最适反应条件不同，会导致可溶性淀粉的分解效率降低。可通过蛋白质工程实现对酶特性的改造和优化，在分子水平上，改变酶相应基因的碱基序列，从而改变酶蛋白的结构，最终实现优化酶特性的目的。
[答案]　(1)从基因文库中获取、人工合成　(2)酶解法(使用蛋白酶进行水解)、高温处理　(3)感受态　抗原—抗体杂交技术　(4)可溶性淀粉的分解效率降低　酶相应基因的碱基序列
(教师用书独具)
(2020·江苏高考改编)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如图(以EcoRⅠ酶切为例)：
请据图回答问题：
(1)步骤Ⅰ用的EcoRⅠ是一种______________酶，它通过识别特定的________切割特定位点。
(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′-羟基与5′-磷酸间形成________；PCR循环中，升温到95 ℃是为了获得________；耐高温的DNA聚合酶的作用是催化________________。
(3)若如表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物，步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是____________(从引物①②③④中选择，填编号)。
DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)
已知序列
PCR引物 ①5′-AACTATGCGCTCATGA-3′
②5′-GCAATGCGTAGCCTCT-3′
③5′-AGAGGCTACGCATTGC-3′
④5′-TCATGAGCGCATAGTT-3′
(4)对PCR产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列)，结果正确的是________。
A．5′-AACTATGCG┈┈AGCCCTT-3′
B．5′-AATTCCATG┈┈CTGAATT-3′
C．5′-GCAATGCGT┈┈TCGGGAA-3′
D．5′-TTGATACGC┈┈CGAGTAC-3′
[解析]　(1)根据题图可知，步骤Ⅰ是获取目的DNA片段，所用的酶EcoRⅠ是一种限制酶，其能识别特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)步骤Ⅱ是将目的DNA片段连接成环状，其中DNA连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间的3′-羟基和5′-磷酸间形成磷酸二酯键。PCR循环中，升高温度到95 ℃是为了打开氢键使双链解旋，获得DNA单链，耐高温的DNA聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到引物3′端，合成DNA子链。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始延
伸DNA子链，因为DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸，故为扩增未知序列，选择的与模板链相结合的引物应为5′-TCATGAGCGCATAGTT-3′(引物④)和5′-GCAATGCGTAGCCTCT-3′(引物②)。(4)分析题意可知，片段F的两端为限制酶EcoR Ⅰ切割后产生的黏性末端，因此其5′端序列应为AATT-，3′端序列应为-TTAA，B正确。
[答案]　(1)限制性内切核酸(或限制)　核苷酸序列　(2)磷酸二酯键　DNA单链　以DNA为模板的DNA链的延伸　(3)②④　(4)B

展开更多......

收起↑