生物高考大一轮复习 第十单元 现代生物科技专题 第36讲 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题学案 北师大版.doc

第36讲基因工程与生物技术的安全性和伦理问题考纲要求1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术(含pcr技术)()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5.转基因生物的安全性()。6.生物武器对人类的威胁()。7.生物技术中的伦理问题()。考点一基因工程的基本原理和操作技术1.基因工程的概念基因工程也叫dna重组技术，它是在分子水平上进行的一种外科手术式的遗传操作，采取类似于工程建设的方式，按照预先设计的蓝图，借助于实验室的技术，将某种生物的基因或基因组提取出来，在生物体外进行加工改造或重新组合，再转移到另一种生物中去，从而定向地改变生物的遗传特性，创造出新型的生物。2.基因工程研究的理论基础(1)分子基础：在20世纪40年代证实了dna是主要的遗传物质，它是遗传信息的携带者；dna是生物大分子，基因是dna分子上具有遗传功能的dna片段。(2)重组基础：在20世纪50年代确立了dna的双螺旋构型，遵循碱基互补原则，dna进行半保留复制，从而解决了基因的自我复制和世代交替问题。(3)转移基础：在20世纪60年代，相继提出了“中心法则”和操纵子学说，成功地破译了遗传密码，阐明了遗传信息的流动与表达机制。3.基因工程操作技术的突破(1)dna分子的切割技术限制性内切酶特点：a.会识别dna上某种核苷酸的序列和位置。b.能在这个位置上将dna分子一刀两断。例子：限制性内切酶ecor只能识别gaattc序列的位点，并且在g和a之间将这段序列切开。黏性末端：被限制性内切酶切开的dna两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好是互补配对的。与基因的位置关系：用限制性内切酶可以完整地切下一个或几个基因，正好符合基因工程的要求。存在：主要存在于微生物中。(2)dna分子的连接技术dna连接酶作用：能在两个dna片段的末端之间“架起桥梁”，把它们连接起来。特点：只要在同一种限制性内切酶切割的两种dna片段中加上这种dna连接酶，它就会把片段缝合得天衣无缝。(3)dna分子的运载工具条件：第一，运载体必须是一种能够自我复制的较小的dna分子，能够比较自由地进出细胞。第二，能使带进去的dna在细胞里面进行复制，并且仍然保持原有的特性。第三，作为载体最好具有某些简单的特性，如抗药性、免疫性等。种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。细菌质粒：它是细菌染色体外的一种很小的环状dna分子。它不仅能进行自我复制，还带有某种抗性基因，能在细胞之间钻进穿出。镶嵌上一段外来dna片段的质粒，就成为一个“杂种质粒”。杂种质粒进入细胞后，便能出色地完成基因工程师交给它的使命在新的宿主细胞里繁殖并发挥作用，使受体细胞产生相应的表达产物。深化拓展运载体上标记基因的作用运载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的运载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入运载体的受体细胞，原理如下图所示：1.有关工具酶的判断(1)限制性内切酶只能用于切割目的基因()(2)切割质粒的限制性内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列()(3)dna连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来()(4)限制性内切酶也可以识别和切割rna()(5)限制性内切酶、dna连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶()2.有关载体的判断(1)运载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因()(2)每个质粒dna分子上至少含一个限制性内切酶识别位点()(3)质粒是小型环状dna分子，是基因工程常用的运载体()(4)运载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达()(5)外源dna必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制()下图中的图1和图2分别表示的是ecor限制性内切酶和sma限制性内切酶的作用示意图，据图分析：(1)请说出ecor限制性内切酶和sma限制性内切酶识别的碱基序列及切割的位点。提示ecor限制性内切酶识别的碱基序列是gaattc，切割位点在g和a之间；sma限制性内切酶识别的碱基序列是cccggg，切割位点在g和c之间。(2)以上实例说明限制性内切酶有何特性？提示说明限制性内切酶具有专一性。命题点一工具酶的应用分析1.下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的a处，则切割基因时可用的是()a.hind b.ecorc.ecob d.pst答案c解析a处有3处(bamh、ecob、cla)限制性内切酶的切点，只有使用ecob限制性内切酶切割时，才能让目的基因插入到a处且使原有基因失活。2.用限制性内切酶ecor单独切割某普通质粒，可产生14 kb(1 kb即1 000个碱基对)的长链，而同时用限制性内切酶ecor、mbo联合切割该质粒，可得到三种长度的dna片段，见下图(其中*表示ecor限制性内切酶切割后的一个黏性末端)。若用mbo限制性内切酶单独切割该普通质粒，则产生的dna片段的长度为()a.2.5和5.5 b.2.5和6c.5.5和8 d.6和8答案d解析依图示可知，该质粒上有1个ecor限制性内切酶的切点、2个mbo限制性内切酶的切点，故用限制性内切酶mbo单独切割该质粒时，将产生长度为6和8的两种片段。3.(2016全国，40改编)图(a)中的三个dna片段上依次表示出了ecor、bamh和sau3a三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(运载体上的ecor、sau3a的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经bamh酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)dna连接酶是将两个dna片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。答案(1)sau3a两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲、丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(3)ecolidna连接酶t4dna连接酶t4dna连接酶解析(1)分析图(a)可知，限制性内切酶sau3a与bamh切割dna后形成的黏性末端相同，故经这两种酶切割得到的产物可以用dna连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时，为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达，目的基因应插入在启动子和终止子之间，据此可判断甲、丙均不符合要求，目的基因均不能表达。(3)常见的dna连接酶有ecolidna连接酶和t4dna连接酶，其中t4dna连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。限制性内切酶的选择方法根据目的基因两端的限制性内切酶切点确定限制性内切酶的种类。(1)应选择切点位于目的基因两端的限制性内切酶，如图甲可选择pst。(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制性内切酶，如图甲不能选择sma。(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性内切酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用pst和ecor两种限制性内切酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。命题点二运载体的应用分析4.质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况不同，如图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()项目细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况细菌在含四环素培养基上生长情况能生长能生长能生长不能生长不能生长能生长a.是c；是b；是ab.是a和b；是a；是bc.是a和b；是b；是ad.是c；是a；是b答案a解析第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素和含四环素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是c。第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；细菌不能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因被破坏，因此外源基因插入点是b。第组重组后细菌不能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因被破坏；细菌能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是a。5.(2016全国，40) 某一质粒运载体如图所示，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)。有人将此质粒运载体用bamh酶切后，与用bamh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、含有质粒运载体、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)质粒运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的单菌落，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运载体，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运载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)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(1)质粒作为运载体应具备的基本条件有：能自我复制、具有标记基因、含有一个至多个限制性内切酶切割位点等。(2)由题意可知，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因，所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒运载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因，所以含有质粒运载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能，所以可用含有四环素的培养基，筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒，病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。考点二基因工程的操作过程与应用及蛋白质工程1.基因工程的操作程序(一)目的基因的获得目的基因的含义：是指人们所需要的进行研究的基因，如抗虫基因、抗病基因等。(1)化学合成法含义：是指利用化学反应直接合成基因。适用范围：主要适用于已知核苷酸序列的、相对分子质量较小的目的基因的制备。(2)从基因组中直接分离法“鸟枪法”分离基因的主要步骤a.提取基因组的dna，然后进行“散弹射击”， 即用限制性内切酶或其他机械方法将完整的双链dna分子随机切割成适当长度的片段。b.把上述片段连接到合适的运载体上，通过运载体分别转入不同的受体细胞中，使外源dna随着运载体的复制而复制，从而进行目的基因的增殖。c.采取合适的方法，对含有外源dna片段的受体细胞进行检测，找出目的基因所在的运载体。由于真核生物基因组较大，分离目的基因时，往往要根据已获得的信息，采用很多综合的分子生物学技术。例如：利用dna扩增仪(pcr仪)直接扩增目的基因；也可以利用反转录法，合成双链dna，从而获得所需要的目的基因。(二)基因表达载体的构建(1)方法用同一种限制性内切酶去切割质粒和目的基因。在dna连接酶的作用下，有切口的质粒就会与同样末端的目的基因连接在一起。(2)结果：形成一个含有目的基因的新环状质粒dna分子表达载体。(3)原因：把目的基因包装一下，就很容易逃过受体细胞的防御系统，免遭“灭顶之灾”。(三)目的基因的导入根据受体和运载体的类型不同，所采取的导入方法也往往不一样。目前经常使用的目的基因导入方法有：(1)花粉管通道法含义：指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的花粉管通道进入受体细胞，借助天然的种胚系统形成含有目的基因的种胚。导入外源基因有如下两种方法：柱头滴加法、花粉粒携带法。优点：基本上适用于任何开花植物，并且操作简便。缺点：工作效率较低，且后代的遗传情况较复杂。(2)氯化钙法运载体与受体细胞：运载体是质粒，受体细胞是大肠杆菌。原理：受体细胞经过一定浓度的氯化钙处理后，细胞膜的通透性会发生变化，可以允许含有目的基因的运载体分子进入感受态细胞。优点：这一方法也是扩增表达载体的常用方法，在很短的时间内，就可以获得大量的目的基因及目的基因的表达产物。(3)农杆菌介导的遗传转化法农杆菌：是一种土壤细菌，它侵染植物细胞后，会使植物组织形成肿瘤。介导的原理：a.质粒上的一段dna能够从一个细胞转移到另一个细胞，这段dna被称为转化dna(t-dna)，它包含有生长素基因和细胞分裂素基因，而且可以插入植物基因组，引起植物细胞的变化。b.由于t-dna转移频率很高，而且ti质粒上可插入几百至几千个碱基大小的dna片段，因此可以利用这种天然的遗传转化体系，将目的基因转移到植物细胞。优点：转化频率高、成本低、操作简单，而且转基因后代的遗传组成比较容易分析。(4)基因枪法原理：将连接到运载体上的目的基因的dna溶液与金粉或钨粉共同保温，使dna吸附于金属颗粒表面，然后，在一个真空的小室中，利用高压放电将带有基因的金粉或钨粉轰击进入受体，实现转基因的目的。(四)目的基因的检测与表达产物的测定(1)形态检测如果目的基因的表达产物具有明显的表型性状，可以根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达。如果目的基因的表达产物没有明显的表型，可以通过报告基因的表达情况来检测目的基因的表达。(2)分子检测pcr检测a.含义：根据目的基因的序列设计引物，采用pcr技术对目的基因进行扩增，如果能扩增出目的基因片段，说明目的基因已整合到受体细胞中。b.实例：对除草剂基因的检测，就可以根据除草剂基因的序列设计引物，然后提取受体细胞的基因组dna，进行pcr扩增，根据电泳扩增条带的有无，判断目的基因是否整合到受体生物基因组中。分子杂交检测a.方法：把目的基因片段进行放射性同位素标记或进行生物素荧光标记，用标记好的基因片段作探针，与受体生物的基因组dna进行杂交。b.结果预测：如果有杂交斑点，说明目的基因已经被导入受体细胞内，反之，则说明目的基因没有进入受体细胞中。2.基因工程的应用及产业化前景(一)植物基因工程成果(1)突破了传统杂交育种的局限性转基因技术的应用：科学家发现，在一些野生品种和非栽培品种中，存在着很多优质、抗逆的性状，但是不同物种之间存在着天然的生殖障碍，远缘杂交不育。转基因技术可以实现不同物种之间的基因转移，克服这一障碍。实例：科学家利用转基因技术，把抗病毒基因引入烟草和马铃薯，培育出了抗病毒的烟草和马铃薯。转基因技术优点：通过转基因技术大大扩展了可利用基因的种类，克服了远源种及种间杂交不育或不能杂交的障碍，使得生物界存在的抗病虫害基因、优良的品质基因等都可以重组到植物染色体上，并使之在植物体内遗传和表达，从而培育出优良的品种，同时还缩短了育种周期，为农业生产带来广阔前景。(2)开辟了生产疫苗的新途径科学家培育出一种可以生产乙肝疫苗的转基因胡萝卜，通过生吃或者榨汁食用，就可以达到接种疫苗的效果，简便易行。但该方法还需进一步试验来验证疫苗的疗效及安全性。(二)动物基因工程成果(1)改良畜禽经济性状的新思路新思路：通过转基因技术，可使受体动物合成某些必需的氨基酸， 或改变动物的生长调节系统，进而促进动物生长、提高饲料的利用效率等。实例：1985年，科学家第一次将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功，转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用效率显著提高。(2)动物生物反应器为医药事业开辟了新途径目前利用转基因动物生产基因药物，最理想的表达场所是乳腺，因为乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响到转基因动物本身的生理代谢反应。(三)基因治疗(1)基因治疗的基本原理含义：是将健康和正常的基因通过某种运载体导入人体细胞中有缺损或有变异基因的部位，并使目的基因在有机体内有效表达，达到防治疾病的目的。治疗策略及程序主要包括目的基因的选择和制备、运载体的选择，靶细胞的选择、目的基因进入靶细胞的方式及外源基因表达的检测。(2)基因治疗的成绩及展望基因治疗的概念在不断扩展，不再局限于用正常基因替换体内的异常基因，还可以导入人体内没有的基因，对人体的生理代谢进行调节。3.蛋白质工程的诞生(1)蛋白质工程的含义：根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的相互关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。(2)改造和设计蛋白质的方法：一种是多肽合成法，即利用多肽合成仪，从组成蛋白质的第一个氨基酸合成起，合成一种全新的蛋白质；另一种是采用基因工程手段，对负责编码某种蛋白质的基因进行设计，合成出更符合人们要求的蛋白质。4.蛋白质工程的研究与应用(1)蛋白质工程的研究主要包括以下几个方面：通过基因工程技术分析蛋白质的dna编码序列，对蛋白质进行分离纯化，测定蛋白质的序列并对其结构与功能进行分析，通过计算机辅助设计突变区，对编码蛋白质的dna进行定点突变改造等。(2)应用在工业上的应用：人们运用蛋白质工程技术来改造天然生物酶，使其能够适应特殊的工业过程；或者设计制造出全新的人工酶或人工蛋白，以生产全新的医用药品、农业药物，等等。大家熟悉的加酶洗衣粉，就是利用蛋白质工程改造的产物。在农业生产中的应用：提高光合作用效率是农业增产的关键。光合作用与光呼吸这两个过程都是由一种名为核酮糖1,5二磷酸羧化酶催化的，如果对这个酶加以改造，使固定二氧化碳的作用加强，光呼吸作用减弱，就能提高光合作用的效率。在环境保护中的应用：例如，植物、微生物体内有一种能与重金属镉、汞等结合的金属硫蛋白，科学家对这种金属硫蛋白的基因进行了改造，使含有这一新基因的微生物或植物都具有很强的吸附重金属的能力，保护了生态环境。1.有关基因工程原理与操作的判断(1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列()(2)用pcr方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列()(3)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体()(4)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达()(5)检测目的基因是否成功表达可用抗原抗体杂交技术()(6)应用dna探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达()2.有关基因工程的应用及蛋白质工程的判断(1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株()(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()(4)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质()(5)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构()据图分析抗虫棉的培育过程(1)该基因工程中的目的基因和运载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制性内切酶处理目的基因和运载体？提示目的基因是bt毒蛋白基因，运载体是ti质粒。用同一种限制性内切酶处理目的基因和运载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。(2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的dna上？提示采用的方法是农杆菌介导的遗传转化法，由于ti质粒上的t-dna可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体dna上，而目的基因又插入到了t-dna上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体dna上。(3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？提示抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。命题点一基因工程操作程序的分析1.(2017全国，38)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的rna序列的机制。已知在人体中基因a(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白a)。回答下列问题：(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因a，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白a，其原因是_。(2)若用家蚕作为表达基因a的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种运载体中，不选用_作为运载体，其原因是_。(3)若要高效地获得蛋白a，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有_(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因a是否翻译出蛋白a，可用的检测物质是_(填“蛋白a的基因”或“蛋白a的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明dna是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_。答案(1)基因a有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的rna序列不能被切除，无法表达出蛋白a(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白a的抗体 (5)dna可以从一种生物个体转移到另一种生物个体解析(1)从人的基因组文库中获得的基因a中含有内含子，而大肠杆菌属于原核生物，不能切除基因a初始转录产物中与内含子对应的rna序列，故基因a在大肠杆菌中无法表达出蛋白a。(2)由于病毒对宿主细胞的感染具有特异性，噬菌体只能寄生在细菌细胞中，不能感染家蚕细胞，故应选用可感染家蚕的昆虫病毒作为运载体。(3)与真核生物相比，大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点。(4)检测基因a是否翻译出蛋白a，一般用抗原抗体杂交的方法，即用蛋白a的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交，观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是s型细菌的dna进入r型细菌体内，并可在r型细菌体内完成表达，这证明了dna可以从一种生物个体转移到另一种生物个体，为基因工程奠定了基础。2.2,4-d作为除草剂在农田中大量使用，研究认为它是某种淋巴癌的致病因子。为降低2,4-d的危害，科研人员通过基因工程技术构建了能高效降解2,4-d的基因工程菌。请回答下列问题：(1)在农业生产上常会使用_浓度2,4-d对麦田进行除草，在杀死杂草的同时却不会对小麦生长造成损害，原因是_。(2)从被2,4-d污染的土壤中得到能降解2,4-d的细菌，从该细菌中提取rna，构建_文库，进一步获得目的基因。(3)pcr技术扩增目的基因的过程：含目的基因的dna受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在_酶作用下进行延伸，如此重复循环多次，使目的基因的量呈_形式扩增。(4)一个基因表达载体的组成中要有标记基因，标记基因的作用是鉴别受体细胞中_。欲知基因工程成功与否，需要进行_水平的检测，有时还需进行_水平的鉴定。答案(1)高不同植物对2,4-d的敏感程度不同(2)cdna(部分基因)(3)热稳定dna聚合酶(或taq)指数(4)是否含有目的基因分子个体生物学(个体)解析(1)2,4-d是生长素类似物，利用不同植物对其敏感程度不同，可用其除去麦田杂草。(2)从工程菌中提取rna构建成的基因文库是部分基因文库(cdna文库)。(3)pcr技术用热稳定dna聚合酶(taq酶)延伸，多次循环，目的基因的量呈指数(2n)增长。(4)标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，欲知基因工程成功与否，需要进行分子水平的检测，有时还需要进行个体生物学水平的鉴定。命题点二基因工程与蛋白质的关系的分析3.(2015全国，40)已知生物体内有一种蛋白质(p)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(p1)不但保留p的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以p基因序列为基础，获得p1基因的途径有修饰_基因或合成_基因，所获得的基因表达是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核糖核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。答案(1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可)(2)pp1dna和rna(或遗传物质)dnarna、rnadna、rna蛋白质(或转录、反转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能解析(1)由题干信息可知，改造蛋白质的功能可以通过改变蛋白质的结构来实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知，获得p1基因的途径有修饰现有(p)基因或合成新(p1)基因。中心法则的全部内容包括dna的复制，rna的复制、转录、反转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径：从预期蛋白质功能出发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糖核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定，看是否达到人们的需求。4.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)人工合成的dna与_结合后，被转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？_。答案(1)蛋白质的预期功能(2)运载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核糖核苷酸序列，然后利用dna合成仪来合成出新的胰岛素基因解析(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素(即速效胰岛素)的功能。(2)人工合成的目的基因与运载体结合后，被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核糖核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，得到目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌，再利用工程菌进行发酵，从而获取大量产品，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用dna合成仪直接合成出新的基因。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糖核苷酸序列目的基因的获得基因表达载体的构建目的基因的导入目的基因的检测与表达产物的测定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。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。考点三生物技术的安全性和伦理问题1.转基因生物的安全性问题(1)转基因作物引起的风波发展地区：转基因作物的大本营在美洲。2000年，仅在美国转基因作物的种植面积即占全世界转基因作物种植面积的70%，而且每年都在不断增加。难接受地区：在欧洲，至今作为商品种植的转基因作物还很少，该地区的消费者也很难接受转基因食品。结论：转基因生物的安全性问题，与人类的生活、健康以及生态环境有着密切的关系，我们必须对此加以关注。(2)转基因作物的安全评价转基因植物环境的安全性a.环境安全性含义：环境安全性即转基因植物是否会对环境构成威胁，转入的基因是否会从转基因植物的体内漂移到环境中，破坏生态环境，打破原有的生物种群间的动态平衡。b.环境安全性实例：如带有抗除草剂基因的转基因作物一旦与其近缘野生种杂交，产生带有抗除草剂基因的野生种(即所谓“超级杂草”)，那么除草剂就失去了作用，其后果将是灾难性的。c.环境安全性评价：首先要考虑转基因植物释放区是否存在可以与其杂交的近缘野生种。如果没有，则转基因漂移才不会发生。如果存在近缘野生种，转基因就有可能转移到野生种中，这时就要考虑转基因漂移后会有什么结果。如果会导致上述所谓“超级杂草”出现的话，则是危险的；如果相关的基因转入野生种不会增加野生种的生存竞争力，则是安全的。转基因食品的安全性a.人们主要的担心：转入的外源基因或基因产物是否对人畜有毒。另外，在自然条件下存在着许多过敏源，如果将控制过敏源的基因转入新的植物中，则会对过敏人群造成不利影响。b.转基因食品安全评价：确保转入的外源基因或基因产物对人畜无害，严格控制形成过敏源的基因进入新的植物中，以免造成危害。(3)转基因生物的风险防范措施世界主要发达国家和部分发展中国家都已制定了各自对转基因生物的管理法则，负责对其安全性进行评价和监控。在我国，对于转基因生物的安全性评价及监控工作也在顺利进行。2.生物技术中的伦理道德问题(1)生物技术是把双刃剑在农业领域：生物技术带来了农业的革命，但也存在一些问题。例如，生物技术的应用有可能使农作物的栽培品种大大减少。在畜牧业领域：胚胎工程和克隆技术的应用，使人们能够实现对生物种群的性别比进行控制。但这样一来，势必造成种群性别比的失衡，从而造成自然生态失衡。(2)生物技术带来的道德问题基因歧视的含义：是指社会各方面对有基因缺陷的人的歧视性对待。每个人的基因都不可能是十全十美的，会有这样或那样的缺陷。任何歧视性做法，都是与现代文明社会的道德准则相背离的。一个人的智力、性格等不只受基因的控制，还会受到环境、社会等因素的多重影响。遗传信息被滥用还会导致社会和政治事件的发生。由遗传基因引起的种族仇视、性别歧视和年龄歧视也必然会成为更严重的全球性问题。(3)生物技术面临的伦理问题干细胞研究a.争论的焦点：人类胚胎的伦理地位问题，即关于胚胎是不是一个“人”的争论。b.现在国际公认：可以用干细胞来治疗目前尚无法治疗的重大疾病，但必须使用“多余的”、“没有可能发育成个体的”、“不是特定用来得到干细胞的”早期胚胎细胞。但是，干细胞坚决不能用于生殖和克隆人研究。克隆人首先要考虑克隆人的社会定位；其次要解决克隆人与供体的伦理法律关系，所有这些问题至今仍争论不休。选择性生育许多专家认为，人类的基因没有好坏之分，所有的基因都是有用的，这是基因的多样性决定的。而且，如果将基因研究成果用于改良人种，也是违反人伦的。(4)倡导科学伦理，发展科学技术生物技术所引发的伦理道德问题，并非生物技术本身的问题，而是如何利用它的问题。科学技术只是工具和手段，功能的发挥取决于使用它的人。3.生物武器对人类的威胁(1)生物武器含义：是指有意识地利用致病微生物、毒素、昆虫侵袭敌人的军队、人口、农作物或牲畜等目标，以达到战争目的的一类武器。组成：一般由致病微生物、毒素、昆虫以及装载它们的容器和投掷物组成，其中起伤害作用的微生物、毒素又称生物战剂。(2)生物武器对人类的危害生物武器与常规武器相比，对人更具危害性，其特点概括如下：致人生病，造成失能或死亡。传染性强，持续时间长。杀伤范围大，难防难治。(3)生物武器的防范严密监视，加强监测，及时发现和消除可疑生物武器。普遍开展疫苗接种，使人群获得基础免疫力，增强抵抗疾病的体质。要早期发现、隔离和治疗病人，同时做好个人防护。要保护好粮食、食物和水源。对污染区要进行隔离封锁，区内人员采取药物预防，并进行彻底的消毒处理。(4)禁止研制开发生物武器禁止生物武器公约的主要内容是：缔约国在任何情况下不发展、不生产、不储存、不取得除和平用途外的微生物制剂、毒素及其武器；也不协助、鼓励或引导他国取得这类制剂、毒素及其武器；缔约国在公约生效后9个月内销毁一切这类制剂、毒素及其武器；缔约国可向联合国安理会控诉其他国家违反该公约的行为。(5)生物武器与国际反恐斗争当前面临的主要任务是：技术部门开发出有效的生物武器探测设备及生物战剂净化剂。医疗部门研制安全的和足够人们接种的疫苗。医生应努力做到快速诊断和有效治疗，并在面对生物武器袭击后出现大量病人时采取有效的应对措施。安全机关在收集有关生物战威胁的信息方面必须增强力度和敏感性，能及时发现和阻止恐怖分子的袭击。深化拓展(1)治疗性克隆与生殖性克隆类型项目治疗性克隆生殖性克隆区别目的从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗用于生育，获得人的复制品水平细胞水平个体水平联系都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息不变(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点过程区别：设计试管婴儿比试管婴儿多出的过程是上图中的d。所用技术手段不同：设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断，而试管婴儿无需进行遗传学诊断。应用不同：试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题，而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。相同点：两者都是体外授精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。(1)转基因作物被动物食用后，目的基因就会转入动物体细胞中()(2)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()(3)转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中()(4)转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加()(5)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题()(6)中国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆()(7)中国反对生物武器，但中国在特殊情况下可以生产生物武器()自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来，转基因鱼的研究取得很大进步。如转入外源生长激素(gh)基因的鱼生长速度快，饵料转化率高，但鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。最近，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。(1)转基因鱼培育成功的物质基础是什么？提示遗传物质都是dna。(2)鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性是很值得研究的问题，试分析引起生态安全性问题的原因。提示转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有转基因，具有生长优势，使其捕食对象大量减少，与其他物种竞争加剧，引起生态危机。(3)多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，说出三倍体“湘云鲫”的形成过程。提示转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体，然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体。(4)试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。提示三倍体鱼不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争，引起生态危机。命题点生物技术的安全性和伦理问题的分析1.转基因生物的安全性引起人们争论的技术原因是()转移基因的功能往往未知转移基因的结构往往未知外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的外源基因往往是异种生物的基因a. b. c. d.答案c解析由于科学水平的限制，目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制了解有限；转移的基因虽然功能已知，但不少是异种生物的基因；外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。因此，在转基因生物中，有时候会出现意想不到的后果，引起人们在食物安全、生物安全和环境安全三个方面的激烈争论。2.克隆羊多莉的问世，在全世界引发了一场大讨论，其中关于治疗性克隆的问题也成为人们关注的焦点。如图所示为人类治疗性克隆的大概过程，请据图回答下列问题：(1)过程a表示_，是目前实现体细胞克隆的关键技术，该技术的主要操作是应用患者的体细胞作为核供体，由_提供细胞质，进行人工重组。(2)经过程b得到的结构中，是未分化的细胞，因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。在体外培养条件下，胚胎干细胞具有增殖能力并保持_状态。(3)治疗性克隆的结果说明高度分化的体细胞核具有_。相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是神经细胞，有的是血细胞，有的是肌肉细胞，究其本质原因是_的结果。(4)对于治疗性克隆仍然存在许多争论，有一男子患有白血病，后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复，你认为这种做法符合伦理道德吗？_。为什么？_。答案(1)细胞核移植卵子(次级卵母细胞)(2)未分化(3)全能性基因选择性表达(4)符合因为脐带血不是来自于胚胎，其中的造血干细胞属于成体干细胞解析(1)从图中可以看出，a是细胞核移植的过程，该技术主要是应用患者的体细胞核与去核的卵细胞进行人工重组。(2)胚胎干细胞在体外培养的条件下，具有增殖能力并能保持未分化状态。(3)在现有的条件下，动物细胞的全能性不能得到表达，但是动物细胞核的全能性可以表达出来；在分化成各种细胞的过程中，基因进行了选择性表达。(4)我们不支持生殖性克隆，但支持治疗性克隆。治疗性克隆符合伦理道德，特别是用脐带血进行治疗(并非胚胎)更符合伦理道德。3