专题19基因工程与生物技术的安全性.ppt

专 题 19 晨背关键语句 导练感悟高考 热点 透析 高考 考点一 考点二 拾遗自主补给 冲刺直击高考 6基因工程的基本操作程序：目的基因的获取基因 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。 7获取目的基因的方法有从基因文库中获取，利用PCR 技术和人工合成法获取。 8基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记 基因等。 9目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因 枪法和花粉管通道法。 10目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法，常用 的受体细胞是受精卵。 11蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成对现有蛋白 质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 12面对转基因技术的利弊，正确的做法是趋利避害， 而不能因噎废食。 13基因身份证是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。 14生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂，以 及经过基因重组的致病菌。 1(2012浙江高考)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控 制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列 已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正 确的是( ) A提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经过逆转录获得互补的 DNA，再扩增基因B B利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中 获取基因B C利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞 命题立意 本题考查基因工程及其应用的相关知识。 知识依托 目的基因的获取可通过逆转录获得。基因工 程操作工具酶有限制酶和DNA连接酶。将目的基因导入受 体细胞需要运载体携带。 解析 选 获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的 mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR技术扩增；基 因文库构建时是将目的基因与载体连接起来，形成重组载体 ，再导入受体菌中储存和扩增，提取目的基因时不需使用限 制酶；连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶；将目的基因 导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌。 A 学车问答 学车问题回答 驾驶员模拟考试2016 科目一 科 目二 科目三 科目四 2(2012江苏高考)下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的 是 ( ) A种植转基因作物应与传统农业种植区隔离 B转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中 C种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传 多样性 D转基因植物的目的基因可能转入根际微生物 命题立意 本题主要考查转基因生物安全性相关问题。 知识依托 转基因作物可能通过花粉传给近缘作物造成基 因污染，因此需隔离种植。转基因作物被动物食用后，会被 消化分解为基本营养成分被吸收，不会转入动物体内。 解析 选 A项，种植转基因作物(如抗虫棉)应与传统农 业(普通棉花)种植区隔离，否则传统农业种植区的产量会受到 很大的影响；B项，目的基因的本质为DNA，动物食用后会 将其消化分解成小分子脱氧核苷酸，所以不会转入动物体细 胞中；C项，转基因作物可能由于目的基因通过花粉扩散而影 响野生植物的遗传多样性；D项，导入转基因生物的目的基因 有可能与感染转基因作物的某些细菌或病毒杂交，从而重组 得到对人类或其他生物有害的病原体。 B 3(2012新课标全国卷)根据基因工程的有关知识，回答下列 问题： (1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类 型有_和_。 (2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下： AATTC G G CTTAA 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用 EcoR切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶 必须具有的特点是_。 (3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类， 即_DNA连接酶和_DNA连接酶。 (4)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在 体外获得大量反转录产物，常采用_技术。 (5)基因工程中除质粒外，_和 _也可作为运载体。 (6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未 处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_。 命题立意 本题考查基因工程应用的相关知识。 知识依托 限制性内切酶能够特异性识别DNA分子中特定核 苷酸序列并在特定两个核苷酸间切割形成平末端或黏性末端。 重组质粒的构建需DNA连接酶。常用的DNA连接酶有大肠杆菌 连接酶和T4噬菌体DNA连接酶。质粒是常用的运载体，此外还 有噬菌体动植物病毒等。 解析：(1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两 种黏性末端和平末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连， 用另一种限制酶切割后形成的黏性末端必须与EcoR切割形成 的黏性末端相同。(3)DNA连接酶有大肠杆菌DNA连接酶和 T4DNA连接酶两类。(4)反转录的模板是mRNA，产物是DNA。 大量扩增反转录产物常采用PCR技术。(5)在基因工程中使用的载 体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。(6)经Ca2处理后处 于感受态的大肠杆菌才易吸收周围环境中的DNA分子。 答案：(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段末 端与EcoR切割产生的相同 (3)大肠杆菌 T4 (4)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的 能力极弱 4(2012福建高考)肺细胞中的let 7 基因表达减弱，癌基因 RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术 将let 7 基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖 受到抑制。该基因工程技术基本流程如下图1。 请回答： (1)进行过程时，需用_酶切开载体以插入let 7 基因。载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let7 基 因转录，该部位称为_。 (2)进行过程时，需用_酶处理贴附在培养皿壁上 的细胞，以利于传代培养。 (3)研究发现，let 7 基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理 如图2。据图分析，可从细胞中提取_进行分子杂交， 以直接检测let 7 基因是否转录。肺癌细胞 增殖受到抑制，可能是由于细胞中_(填“RASmRNA” 或“RAS”蛋白)含量减少引起的。 命题立意 本题考查基因工程应用的相关知识。 知识依托 构建基因表达载体需要限制性核酸内切酶和 DNA连接酶。动物细胞培养时，细胞具有贴壁生长、接触 抑制现象。目的基因的检测可从分子水平上利用分子杂交 实现。 解析 (1)过程为基因表达载体的构建，该过程涉及的工具 酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶，需用限制酶切开载体 以插入let 7 基因。完整的基因表达载体包括启动子、目的基因 、终止子和标记基因等，而启动子是RNA聚合酶识别和结合 的位点。(2)进行过程时，用胰蛋白酶处理贴附在培养皿壁 上的细胞，以利于细胞的传代培养。(3)从图中可以看出， RASmRNA和let 7 基因转录的miRNA配对形成杂交分子，从而 抑制了癌基因RAS的表达，故可以提取RNA进行分子杂交， 以直接检测let 7 基因是否转录。 答案 (1)限制性核酸内切(或限制) 启动子 (2)胰蛋白 (3)RNA RAS蛋白 1从考查内容上看，主要考查基因工程的原理、技术操 作和应用，对生物技术的安全性考查相对较少。 2从考查角度上看，以最新基因工程的研究成果为背景 ，联系其他生物技术工程，综合命题考查基因工程应用和解决 问题的能力。 3从命题趋势上看，预计2013年高考仍然主要对基因工 程的应用、技术操作、原理等知识点进行命题，可能更趋向于 联系当今基因工程研究成果和基因工程在农业、医疗卫生方面 的应用实例进行命制试题。 例1 (2012海南高考)已知甲种农作物因受到乙种昆虫 危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后 死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使 甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。 回答下列问题： (1)为了获得丙种蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基 酸序列的基础上，推测出丙种蛋白质的_序列，据此可 利用_方法合成目的基因。获得丙中蛋白质的基因还可 用_、_方法。 基因工程及应用 (2)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒 的过程中，常需使用_酶和_酶。 (3)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共 培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培 养成的再生植株可抵抗_的危害。 (4)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株 叶片伤口，则该植株的种子_(填“含有”或“不含”)丙 种蛋白质基因。 解析 (1)在已知蛋白质的氨基酸序列的情况下，可根据 氨基酸和碱基的对应关系，推出合成该蛋白质的基因序列，然 后用DNA合成仪通过化学方法来合成目的基因。此外也可以从 基因文库中获取目的基因，也可通过PCR方法获取目的基因。 (2)构建重组质粒时，需要用限制酶将运载体切开，并用 DNA连接酶将目的基因连接到运载体上，从而构建基因表达载 体。 (3)愈伤组织中含有丙蛋白，说明丙蛋白的基因得到了表达 ，在培养成的植株体内也含有丙蛋白，乙昆虫食用丙蛋白后会 死亡，则该植株可抵抗乙昆虫的危害。 (4)直接用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植 株叶片伤口，仅仅在该叶片内部分细胞中能合成丙蛋白，该植 株的种子和其他的营养器官均不含有重组质粒，也就不含有丙 种蛋白质的基因。 答案 (1)基因 化学 基因文库 PCR (2)限制 DNA连接 (3)乙种昆虫 (4)不含 1目的基因的获取途径 (1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因 文库中获取。 (2)人工合成目的基因： 化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用 DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。 逆转录法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工 合成。 利用PCR技术获取。 2限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶与解旋酶的比较 种类类 项项目 限制酶 DNA连连 接酶 DNA聚合酶解旋酶 作用底物 DNA分子DNA分 子片段 脱氧核苷酸 DNA分子 作用部位磷酸二酯键酯键磷酸二 酯键酯键 磷酸二酯键酯键 碱基对间对间 的氢键氢键 作用结结果形成黏性末 端或平末端 形成重 组组DNA 分子 形成新的 DNA分子 形成单链单链 DNA分子 1下列关于生物工程中常见的几种酶的叙述，正确的是( ) ADNA连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏 合，形成重组DNA B限制性核酸内切酶将一个DNA分子片段切成两个片段 需消耗两分子的水 CTaq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种 耐高温的DNA连接酶 D纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得原生质体，便于 植物杂交育种 解析：选 DNA连接酶连接的是磷酸二酯键；DNA分子是 双链，因此切割DNA分子产生两个片段时需要两分子的水； Taq酶是热稳定DNA聚合酶，是连接单个脱氧核苷酸的，而 DNA连接酶连接的是两个DNA片段；植物杂交育种是借助有 性生殖实现，纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得原生质体应 用于细胞工程。 B 2下面是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图， 请据图作答： (1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”：即 _；_； _；_。 (2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？为什么？ _。 (3)过程必需的酶是_酶，过程必需的酶是 _酶。 (4)若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，过程连续 进行4次，至少需提供胸腺嘧啶_个。 (5)在利用A、B获得C的过程中，必须用_切割A和B， 使它们产生_，再加入_，才可形成C。 (6)为使过程更易进行，可用_(药剂)处理D。 解析：图中过程是从细胞中获取相应的mRNA，由于基因的 选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，因此不能 形成胰岛素mRNA。从mRNADNA是逆转录的过程，需要 逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单 链。一个DNA分子中的鸟嘌呤(b个)和胸腺嘧啶之和占碱基总 数(2a个)的一半，所以一个DNA分子片段中胸腺嘧啶数为(a b)个。连续复制4次，共产生DNA分子2416个，由于复制方 式为半保留复制，故需要提供的胸腺嘧啶数量为(ab)(16 1)15(ab)。构建基因表达载体时需将目的基因与载体用同 一种限制酶切割，产生相同的黏性末端，才可以在DNA连接 酶的作用下连接形成基因表达载体。将目的基因导入细菌，常 用Ca2处理细菌细胞，使其变为感受态细胞，可吸收含目的 基因的载体进入细菌的细胞内。 答案：(1)获取目的基因 构建基因表达载体 将目的基因导 入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 (2)不能。人的皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)， 不能形成胰岛素mRNA (3)逆转录 解旋 (4)15(ab) (5)同一种限制性核酸内切酶 相同的黏性末端 DNA连接酶 (6)CaCl2溶液(或Ca2) 例2 下列关于转基因植物的叙述，正确的是 ( ) A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中 B转入抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增 加 C我国对基因工程的态度是：不赞成、不允许、不支持、 不接受任何基因工程实验 D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性 问题 生物技术的安全性和伦理问题 解析 A项中，抗除草剂基因导入到油菜的染色体后 可以通过花粉传入环境中；B项中，转入抗虫基因的植物可 杀死无抗性昆虫，对昆虫的抗性具有选择作用，所以会导致 昆虫群体抗性基因频率增加；C项中，我国对生殖性克隆人 的态度是：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克 隆人的实验，并非针对基因工程。D项中，来源于自然界的 目的基因导入植物体后，可能破坏原有的基因结构，具有不 确定性，也可能通过花粉传播，使其他植物成为“超级植物” 等，所以转基因技术也存在着安全性问题。 答案 A 1转基因生物可能引起的安全性问题 (1)食物安全问题： 出现滞后效应；出现新的过敏原；营养成分改 变；侵犯宗教信仰者或素食者的权益。 (2)生物安全问题： 成为新杂草；成为“入侵的外来物种”，威胁其他 生物生存；重组出对人类或其他生物有害的病原体； 通过基因重组产生“超级杂草”。 (3)环境安全问题： 打破自然物种的原有界限，破坏生态系统稳定性。 重组微生物降解某些化合物过程中可能产生污染环 境的中间产物。 重组DNA与微生物杂交，产生有害的病原微生物。 转基因植物的花粉中含有的有毒蛋白或过敏蛋白可 通过蜜蜂进入蜂蜜中，最后进入其他动物和人体内。 2生物技术引发的伦理问题 (1)克隆人技术： 违反人类伦理道德。 冲击现有婚姻、家庭和两性关系等传统伦理道德观念。 人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。 (2)设计试管婴儿： 把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重。 抛弃或杀死配型不合适的多余胚胎，无异于“谋杀”。 (3)基因检测： 对个人隐私权提出挑战。 制造基因歧视。 3对生物技术安全性及伦理问题的态度 (1)正确看待生物技术： 正视转基因技术可能带来的安全性问题，要趋利避害， 不能因噎废食。 支持治疗性克隆，反对任何生殖性克隆人实验。 (2)四不原则与克隆： 四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生 殖性克隆人的实验。四不原则的对象是生殖性克隆，而不是 所有的克隆。 克隆分类： a治疗性克隆：利用克隆技术产生特定的细胞、组织 或器官，用于治疗性移植。 b生殖性克隆：将克隆技术用于生育目的，即用于产 生人类个体。 3下列关于转基因生物与环境安全的叙述错误的是 ( ) A重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染 B种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面 影响 C如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物 链传递到人体内 D转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的 解析：选 抗虫棉固然可以减少农药的使用，但外源基因可 能通过花粉逸散到近缘的其他植物，从而造成基因污染。 B 4供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要 问题。而治疗性克隆能最终解决这些问题。下图是治疗性 克隆的过程图解。 (1)“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有 _。相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如 有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本 质原因是_。 (2)科学家为何要将患者的体细胞的核植入去核的卵细胞，而 不直接用体细胞进行细胞培养？_。 (3)按上述方法克隆器官在器官移植方面的主要优点是 _。 解析：(1)由图示可知，高度分化的细胞核仍然具有全能性，胚胎 干细胞能够分化出各种各样的细胞，原因是细胞内基因的选择性 表达。 (2)卵细胞体积大，含养分多，并含有使已分化的细胞核表现全能 性的物质，因此用去核卵细胞作受体细胞进行动物细胞培养。 (3)通过图示形成克隆器官，细胞核是患者提供的，无排斥反应， 可以解决临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。 答案：(1)全能性 基因的选择性表达 (2)卵细胞体积大，含养分多，并含有控制细胞核全能性表现的物 质，而体细胞是高度分化的细胞，不再具有分裂分化能力 (3)解决了临床上供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题 一、基因工程的基本工具 限制酶DNA连连接酶载载体 作用切割目的基因和载载 体 拼接DNA片段，形 成重组组DNA 携带带目的基因进进入 受体细细胞 作用部位两个核苷酸之间间的磷酸二酯