选修三第33讲

1、第 33 讲 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题最新考纲全国卷考情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.实验： DNA 的粗提取与鉴定 6.转基因生物的安全性 ( ) 7.生物武器对人类的威胁 () 8.生物技术中的伦理问题 ()2018·全国卷 (38)、2018·全国卷 (38)、2017·全国卷 (37)、2017·全国卷 (37)、2017·全国卷 (37)、2016·全国卷 (40)、 2016·全国卷 (40)考点一 基因工

2、程的基本工具及操作过程1. 基因工程的基本工具(1) 限制性核酸内切酶 (限制酶 ) 来源：主要从原核生物中分离纯化而来。作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。作用结果(2) DNA 连接酶 作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成 DNA 分子类型常用类型E·coli DNA 连接酶T4 DNA 连接酶来源大肠杆菌T4 噬菌体功能只“缝合”黏性末端“缝合”黏性末端和平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(3) 载体 条件：能在受体细胞中复制并稳定保存；具有一至多个限制酶切点；具有标记 基因。最常用：质粒 种类 种类 其他： 噬菌体

3、的衍生物、动植物病毒等 作用：携带外源 DNA 片段进入受体细胞。2. 基因工程的基本操作程序(1) 目的基因的获取 目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具调控作用的因子 从基因文库中获取获取方法人工 利用mRNA 反转录合成合成 通过DNA 合成仪用化学方法人工合成利用PCR技术扩增(2) 基因表达载体的构建 基因工程的核心 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目 的基因能够表达和发挥作用。 基因表达载体的组成 构建过程(3) 将目的基因导入受体细胞的“三种类型”导入植物细胞 农杆菌转化法 (花粉管通道法、基因枪法 )。其受体细胞为体 细胞或受精卵。农

4、杆菌在自然条件下易感染双子叶植物和裸子植物， 并将其 Ti 质粒上的 TDNA 转移并整合到受体细胞染色体 DNA 上。导入动物细胞 显微注射法其受体细胞为受精卵 导入微生物细胞 感受态细胞法， 需用 Ca2处理获得感受态细胞使其能吸收 DNA 分子。3. 目的基因检测与鉴定的 “两个水平 ”1.限制性核酸内切酶Mun 和限制性核酸内切酶 EcoR 的识别序列及切割位点分别是CAATTG 和 。如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头 GAATTC 所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是哪一种？并指明理由。提示 适合的质粒是 。由图可知，

5、质粒 上无标记基因，不适合作为载体；质 粒和的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点，使用该酶后将会导致 标记基因遭破坏，故均不宜选作载体。2.下图中的图 1和图 2分别表示的是 EcoR限制酶和 Sma限制酶的作用示意图 请思考：(1) EcoR限制酶和 Sma限制酶的化学本质是什么？其单体是什么？两类酶识 别的碱基序列及切割的位点分别是什么？提示 蛋白质 氨基酸 EcoR限制酶识别的碱基序列是 GAATTC ，切割位点在 G 和 A 之间； Sma限制酶识别的碱基序列是 CCCGGG，切割位点在 G 和 C 之 间。(2) 以上实例说明限制酶具有何种特性？ 提示 专一性。(3) 要将图

6、1 中的末端再连接起来，需要用哪类连接酶，若连接图 2的末端呢？ 提示 连接图 1中的黏性末端既可用 E·coli DNA 连接酶，也可用 T4 DNA 连接酶， 连接图 2 中平末端只能用 T4 DNA 连接酶。3.已知限制性核酸内切酶的识别序列和切点是 G GATCC ，限制性核酸内 切酶的识别序列和切点是 GATC，根据图示思考下列问题：(1) 切割目的基因应选用哪类限制酶？切割质粒呢？请说明理由。(2) 限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶切割后获得的黏性末端是否相 同？(3) 将基因表达载体导入受体细胞后， 进行筛选时， 培养基中应添加填 (“青霉素” 还是“四环素” )？为

7、什么？ 提 示 (1)由 于限 制酶 识 别位点 GGATCC ，限 制酶 识 别位点 为 GATC，由此可见限制酶 也可切割限制酶 的位点，图中显示目的基因 两端分别有限制酶 、限制酶 识别位点，故使用限制酶 时，可在目的基因两 端同时作切割， 从而切出“目的基因 ”，然而，倘若使用限制酶切割质粒， 则会 同时破坏质粒中的两个 “标记基因 ”，故只能使用限制酶切割质粒。(2)相同 (均具 GATC)。(3)青霉素 因使用限制酶 后，四环素抗性基因已被破坏。 重点·串讲整合1.诠释基因表达载体(1) 分段解读(2) 载体上标记基因的标记原理辨析 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性

8、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载体的受体细胞，倘若在选择培养 基中不能存活，则表明无质粒转入，当然不会有“目的基因”转入，能存活时必 含该载体，原理如下图所示：2.四类受体细胞的筛选与判定 当用相应的限制酶切割了目的基因与载体后，可将二者混合，加入 DNA 连接酶 进行连接反应，用得到的混合物直接转化受体细胞，其结果有如下四种：上述四类受体细胞中通过“标记基因” （制备的培养基 ）可区分出与，而 通过 DNA

9、分子杂交技术，可进一步区分与。点悟 “标记基因 ” 筛选后为何还需应用 “DNA 分子杂交技术 ”确认目的基因 是否转入？ 经上述步骤筛选得到的受体细胞，只是含特定 （具有标记基因 ）的载体，然而，该载体上是否成功嵌入了目的基因， 还不能确定，故仍需使用 “目的基因”作探针， 利用 DNA 分子杂交技术，检测受体细胞的质粒上是否含目的基因3.诠释基因组文库与部分基因文库基因文库类型基因组文库部分基因文库 （cDNA 文 库）构建基因 文库的过程其他区别含某种生物全部基因有启动子、有内含子 部分可与其他生物基因 交流含该种生物“部分”基 因无启动子，无内含子 均可与其他生物基因交 流1.(201

10、8全·国卷 ，38)生物选修 3：现代生物科技专题 某种荧光蛋白 (GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检 测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1) 基因连接在GFP基因的 5末端，获得了 L1GFP融合基因 (简称为甲 )，并将其插入质粒 P0，构 建了真核表达载体 P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中 E1E4 四种 限制酶产生的黏性末端各不相同。回答下列问题：(1) 据图推断，该团队在将甲插入质粒P0 时，使用了两种限制酶，这两种酶是。使用这两 种酶进行酶切是为 了保证，也是为了 保证。(2) 将 P1 转入体外培养的牛皮肤细

11、胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明 L1 基因在牛的皮肤细胞中完成了和 过程。(3) 为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的 移入牛的 中、体外培养、胚胎移植等。(4) 为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR 方法进行鉴定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的(填“ mRNA ”“总 RNA ”或“核 DNA ”)作为 PCR模板。解析 (1)据图示信息分析：将 L1GFP 融合基因 (甲)插入质粒时使用酶 E1 和 E4 进行酶切，既能保证 L1GFP 融合基因的完整，又能保证 L1GFP 融合基因与载体 的正确连接。 (2)目的基因

12、在受体细胞中的表达包括转录和翻译两个过程。 (3)将体 外培养的含有目的基因的动物体细胞核移入该动物的去核卵母细胞中，经过体外 胚胎培养、胚胎移植等技术可获得转基因动物。 (4)检测目的基因是否存在于克隆 牛的不同组织细胞中， 采用 PCR 技术鉴定时，应以该牛不同组织细胞中的核 DNA 作为 PCR 模板。答案 (1)E1和 E4 甲的完整 甲与载体正确连接(2) 转录 翻译 (3)细胞核 去核卵母细胞 (4)核 DNA2.(2016全·国卷 ，40)某一质粒载体如图所示，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， T

13、etr 表示四环素抗性基 因 ) 。有人将此质粒载体用 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

14、，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载体，其 DNA 复制所需的原料来 自于。_解析 (1)作为运载体必须具备如下特点： 能自主复制，从而在受体细胞中稳定 维持和表达； 含标记基因， 以供重组 DNA 的鉴定和选择； 具1多个限制酶 切割位点以便外源 DNA 插入。 (2)在含有氨苄青霉素的培养基上，只有具有 Ampr 的大肠杆菌才能够生长。 而 Ampr 位于质粒上， 故未被转化的和仅含环状目的基因 的大肠杆菌细胞中无 A

15、mpr，故不能在培养基中生长， 而仅含有质粒载体的和含有 插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有 Ampr因而能在培养基中生长。 目的 基因的插入破坏了质粒载体的 Tetr，故含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆 菌不能在含有四环素的平板上生长， 从而与仅含有质粒载体的大肠杆菌得以区分。(3) 噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成 DNA ，需借助宿主细胞完成 DNA 复制。答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒 (或答含有重组质粒 ) 二者均含有氨芐青霉素抗 性基因，在该培养基上均能生长

16、 四环素(3) 受体细胞考点二 基因工程的应用及蛋白质工程1.基因工程的应用(1) 动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品 质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。(2) 植物基因工程：培育抗虫转基因植物 (如抗虫棉 )、抗病转基因植物 (如转基因烟 草) 和抗逆转基因植物 (如抗寒番茄 )；利用转基因改良植物的品质 (如新花色矮牵 牛)。(3)比较基因治疗与基因诊断：原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基 因缺陷的细胞中， 以表达 出正常性状来治疗 (疾病 )临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定 DNA 探针与病 人样品 DNA

17、混合，分析临床应用杂交带情况2.蛋白质工程(1)流程图A.转录， B.翻译， C.分子设计， D.多肽链， E.预期功能。 (2)手段：基因修饰或基因合成 (3)结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(4) 应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。1.既然存在基因工程，为什么还要改造蛋白质？提示 基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。2.对天然蛋白质进行改造，你认为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？提示 毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：(1) 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造， 而且

18、改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被 改造过的蛋白质分子还是无法遗传的； (2)蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因 的结构相对简单，容易改造。1.(2018海·南卷， 31)选修 3：现代生物科技专题 甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农杆菌转 化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题： (1)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜(填“受伤的”或“完好的” )叶片与含重组质粒的农杆菌共培养， 选用这种叶片的理由是 (2) 若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白， 则表明该重组质粒中已转移到植物细胞中且能够表达；

19、用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交， 发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为11，则说明甜蛋白基因已经整合到(填“核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。(3) 假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产， 若要以该转基因作物为材料获 得脱毒苗，应选用 作为外植体进行组织培养。(4) 通常，基因工程操作主要有 4个步骤，即目的基因获取、 重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为。_解析 (1)当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农 杆菌移向这些细胞，因此用农杆菌感染时，优先选用黄瓜受伤的

20、叶片。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白， 说明目的基因 甜蛋白基因在受体细 胞中已经完成表达；若甜蛋白基因整合到线粒体基因组或叶绿体基因组中，在遗 传时遵循母系遗传，不会出现固定的分离比，所以子代中含甜蛋白个体数与不含 甜蛋白个体数之比为 11，则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组。(4) 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA 重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出符合人们需要的新生物类型和 生物产品。答案 (1)受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质， 可吸引农杆菌移向这 些细胞(2)甜蛋白基因 核基因组 (3) 茎尖 (4)按照人们的愿望进行

21、设计，并通过体外 DNA 重组和转基因等技术， 赋予生物新的遗传特性， 创造出符合人们需要的新生 物类型2.(2015全·国卷 ，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，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法

22、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， 之后还需要对合成蛋白质的生物 进行鉴定。 答 案 （1）氨 基酸 序列 （或结 构） （2）P P1 DNA 和 RNA（ 或遗 传物 质） DNA RNA 、RNA DNA 、RNA 蛋白质 （或转录、逆转录、翻译 ） （3）设计蛋白 质的结构 推测氨基酸序列 功能蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以

23、获 得人类所需的生物类型或生物产 品（基因的异体表达 ）结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质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， 因为 对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质， 必须通过基因修饰或基因合 成实现考点三 PCR 技术与 DNA 的粗提取与鉴定1.PCR技术(1) PCR 含义：即多聚酶链式反应，是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸 合成技术。(2) 原理： DNA 双链复制。(3) 前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便据其合成引物。(4)条件：除需引物及控制温度外，还必须有耐高温的DNA 聚合酶 (Taq酶)(5)PCR 反应过程

24、过程说明图解变性加热至 9095 ，DNA 解链为单链性冷却至 5560 ，两种引物结合到互补 DNA 链延伸加热至 7075 ，热稳定 DNA 聚合酶(Taq酶)从引 物起始进行互补链的合成(6)结果： 上述三步反应完成后， 一个 DNA 分子就变成了两个 DNA 分子 ，随着 重复次数的增多， DNA 分子就以 2n的形式增加 PCR的反应过程都是在 PCR扩增仪中完成的2.DNA 的粗提取与鉴定(1) 实验原理(2) 操作流程(3)DNA 与蛋白质在 NaCl 溶液中的溶解度比较物质的量浓度为2 mol/L NaCl 溶液物质的量浓度为0.14 mol/L NaCl 溶液溶解规律DNA溶

25、解析出蛋白质部分发生盐析沉淀溶解NaCl 溶液浓度从 2 mol/L 降低过程中溶解 度逐渐增大仔细观察图示过程，请思考：(1) 图中方法可以获得大量目的基因，这是一种什么技术方法？其原理是什么？(2) 图中 A 、B 分别是什么？其单体是否相同？(3) 过程的名称是什么？过程首先要将反应体系的温度升高到9095 ，其目的是什么？如果是在体内，该过程如何完成？提示 (1)图中方法为 PCR 技术，该技术是生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合 成技术，其原理是 DNA 双链复制。(2) 图中A 为引物， B为热稳定 DNA 聚合酶(Taq酶)，二者单体不同，前者单体为 核苷酸，后者单体为氨基酸

26、。(3) 为变性， 为复性， 为延伸，过程 升温到 9095 ，目的是使目的基 因受热变性后解链为单链，该过程若发生于体内，需在解旋酶作用下解旋为两条单链 (且为边解旋边复制 )1. (PCR 技术)(2017经·典高考 )金属硫蛋白 (MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白， 某研究小组计划通过多聚酶链式反应 (PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程 菌，用于重金属废水的净化处理。 PCR 扩增过程示意图如下，请回答下列问题：(1) 从高表达 MT 蛋白的生物组织中提取 mRNA ，通过获得 用于PCR 扩增。(2) 设计一对与 MT 基因两端序列互补配对的引物 (引物 1 和引物

27、2)，为方便构建 重组质粒，在引物中需要增加适当的 位点。设计引物时需要避免引物之 间形成 ，而造成引物自连。(3) 图中步骤 1 代表，步骤 2 代表退火，步骤 3 代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(4) PCR 扩增时，退火温度的设定是成败的关键。 退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5) 如果 PCR 反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有。(填序号：升高退火温度 降低退火温度 重新设计引物 )。解析 (1)由 mRNA 获得目的基因片段需通过逆转录获得的片段为 cDNA 。(2) 为方便构建重组质粒，

28、 宜在引物中增加适当的限制酶位点以便使复制出的目的 基因两端含限制酶切点；设计引物时，需避免引物之间碱基互补配对，以防引物 间自连。(3) 图中步骤 1 为高温下实现 DNA 变性解链。(4) PCR 扩增时，若退火温度过高会破坏引物与模板间的碱基互补配对， DNA 片 段中 G 与 C 间可形成三个氢键， GC 比例越高时 DNA 分子越稳定，其退火温 度应越高。(5) 若 PCR 反应得不到任何扩增产物，则可通过降低退火温度及重新设计引物等 措施，以便使引物与模板结合，从而进行后序扩增过程。答案 (1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性(4) 引物与模板 G

29、C 含量高 (5)2. (DNA 的粗提取与鉴定 )DNA 的粗提取与鉴定的实验 (如图 )：(1) 本实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡的全血，主要原因是鸡血细胞液中 含量较高，另外本实验不适合用哺乳动物的血细胞液，原因是 (2) 图中 A 所示加入蒸馏水的目的是 (3) 通过图中 B 所示步骤取得滤液后，再向滤液中加入 2 mol/L 的 NaCl 溶液的目 的是(4) 图中 C 所示加入蒸馏水的目的是 (5) 为鉴定实验所得丝状物的主要成分是 DNA ，可用 试剂进行检验，在 沸水浴条件下，冷却后可以看到颜色反应为 色。答案 (1)DNA 哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核(2) 使血细胞吸

30、水涨破，释放出核物质 DNA(3) 使 DNA 溶解于 NaCl 溶液中(4) 使 DNA 的溶解度下降而析出(5) 二苯胺 蓝(1)DNA 的粗提取与鉴定实验中的 “2、4、4”加蒸馏水2次加到鸡血细胞液中， 使血细胞吸水涨破； 加到含 DNA 的 2 mol/L 的 NaCl 溶液中，使 NaCl 溶液的物质的量浓度稀释到 0.14 mol/L ，使 DNA 析出用纱布过过滤血细胞破裂流，得到含细胞核物质的滤液；过滤用 2 mol/L滤 4 次的 NaCl 充分溶解的 DNA ，滤去溶液中的杂质；滤取 0.14 mol/L 的 NaCl溶液中析出的 DNA(黏稠物)；过滤溶有 DNA 的2

31、 mol/L 的NaCl 溶液用 NaCl 溶液 4 次加 2 mol/L 的 NaCl 溶液，溶解提取的细胞核物质；用 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液使 DNA 析出；用 2 mol/L 的 NaCl 溶液，溶解滤取的 DNA 黏稠物； 用 2 mol/L 的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定 DNA(2)细胞内 DNA 复制和体外扩增 DNA(PCR)细胞内 DNA 复制体外 DNA 扩增 (PCR)解旋边解旋边复制高温解旋，双链完全分开酶解旋酶、 DNA 聚合酶热稳定 DNA 聚合酶引物RNADNA 、 RNA温度体内温和条件高温能量ATP不加循环次数生物体自身控制30 多次相同

32、点提供 DNA 模板； 4 种脱氧核苷酸为原料；子链延伸的方向都是从 5 到 3端考点四 生物技术的安全性和伦理问题1.转基因生物的安全性(1) 转基因生物存在安全性问题的原因目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。 目的基因往往是异种生物的基因。外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。(2) 对转基因生物安全性的争论：在食物安全、生物安全、环境安全三个方面存在 激烈的争论。(3) 理性对待转基因技术：趋利避害，不能因噎废食。2.生物技术中的伦理问题(1) 克隆治疗性克隆与生殖性克隆项目类型 类型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

33、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，遗传信息不变中国政府态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。(2) 试管婴儿与设计试管婴儿试管婴儿与设计试管婴儿都要通过体外受精，并进行体外早期胚胎培养和 胚胎移植，不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行“遗传学诊断”。3. 基因身份证(1) 否定的理由：个人基因资讯的泄露造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、 个人婚姻困难和人际关系疏远等。(2) 肯定的理由：一些遗传性疾病在后代中复现率很高，通过基因检测可以及早预防，适时治疗，达到挽救患者生命的目的4. 生物武器 (1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基

34、因重组的致病菌。(2)中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生 物武器及其技术和设备的扩散。1.(重庆高考 )生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。 下列叙述， 错误的是 ()A. 应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质B. 当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆C. 反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D. 生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力 解析 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 等，不包括干扰素， D 错误。答案 D 2.回答下列有关“生物技术的

35、安全性和伦理问题”方面的问题： (1)转基因生物之所以可能存在安全问题，是因为人们对基因的结构、 以及 都了解得相当有限，并且外源基因插入宿主基因组的部位往往是 的。(2)转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明：有利方面：。_有害方面： 。_(3) 治疗性克隆之所以能提高器官移植的成功率，是因为其可以避免 反应。生殖性克隆对人类的伦理道德造成一定的冲击，生物学家认为克隆技术尚 不 成熟 ，很 可能 会 孕 育出的 孩子 。我 国政 府 禁止 进行 ，但不反对 。(4) 生物武器是一种大规模的杀伤性武器。 1998年 6 月 27日，中美两国元首在关 于禁止生物武器公约 议定书的联合声明中， 重

36、申了在任何情况下不 、 不 、不 生物武器。答案 (1)基因间的相互作用 基因的调控机制 随机 (2)可用于疾病的诊断和治疗；用于培育优良动、植物新品种 (写出一例即可 ) 不 利于环境保护，可能引起环境安全问题、食物安全性问题、生物安全性问题等(3) 免疫排斥 有严重生理缺陷 生殖性克隆 治疗性克隆(4) 发展 生产 储存澄清易错易混 ·强化科学思维易错易混 易错点 1 目的基因插入载体的部位是随机的吗？点拨 目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控， 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入到启动子内 部，启动子将失去原功能。易错点 2

37、混淆常考的 8 种酶点拨 归纳如下它是 RNA 聚合易错点 3 混淆启动子与起始密码，终止子与终止密码 点拨 启动子 起始密码子，终止子 终止密码子 (1)启动子：一段有特殊结构的 DNA 片段，其位于基因的首端 酶识别、结合的部位(2)终止子：一段有特殊结构的 DNA 短片段，其位于基因的尾端 其作用是使 转录过程停止。(3) 起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上，二者分别控制翻译过程的启动和终 止。易错点 4 切割目的基因与切割载体时是否 “只能”使用“同一种酶 ”？点拨 (1)在获取目的基因和切割载体时通常用同种限制酶， 以获得相同的黏性末 端。但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性

38、末端相同时，在 DNA 连接酶的 作用下目的基因与载体也可以连接起来。(2)为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓“环化 ”可用不同的限制酶分别处理目的基因和载体，使目的基因两侧及载体上切口两侧均具有两个不 同的黏性末端，但又能彼此嵌入。规范答题 下表中列出了几种限制性核酸内切酶识别序列及其切割位点，图1、图 2 中箭头表示相关限制性核酸内切酶的酶切位点。请回答下列问题：(1) 一个图 1 所示的质粒分子经 Sma切割前后，分别含有几个游离的磷酸基 团？ 。(2)组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造，人工改造质粒时，要使目的基因 能成功表达，还应插入 。若对图中质粒进行改造，插入的

39、Sma酶切位 点越多，质粒的热稳定性越低还是越高？(3) 用图中的质粒和外源 DNA 构建重组质粒，能否使用 Sma 切割？为什么？(4) 构建重组质粒时能否使用 BamH和 Hind 两种限制酶同时处理质粒、外源DNA ？ ，如果能同时使用 BamH和 Hind两种限制酶，与只使用 EcoR相比较， 其优点在于 。_(5) 为了获取重组质粒， 将切割后的质粒与目的基因片段混合， 并加入酶。(6) 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了(7) 为了从 cDNA 文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因， 将重组质粒导入丧失吸收蔗 糖能力的大肠杆菌突变体，然后在 的培养基中培养，以完成目的基因表 达的初步检

40、测。答卷采样错因分析考虑问题不全面，没有认真分析题中的图示质粒。正确答案：启动子和终止子思维定热势，理解错误，误认为构建重组质粒时只能使用同一 种限制酶切割。正确答案是：能，可以防止止质粒和含目的基因的外源 DNA片段自身环化混淆 DNA 聚合酶与 DNA 连接酶 正确答案： DNA 连接酶答题不严密，必须强调蔗糖为唯一碳源正确答案：蔗糖为唯一含碳营养物质探索高考命题的奥秘 (七 )教材原型 1 博耶(H.Boyer)和科恩 (S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒 重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外， 还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞； 真核生

41、物基因可在原核细胞中表达。 转换视角 12018 ·全国卷 ，38(1)回答下列问题：(1) 博耶(H.Boyer)和科恩 (S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入 大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了答_(出两点即可 )。 答案 体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达 教材原型 2 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 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物 个体。转换视角 2

42、2017 ·全国卷 ，38(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 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体教材原型 3 质粒载体作为基因工程的工具， 应具备的基本条件有： 能自主复 制；具有标记基因；具有一个或多个限制酶切位点。 转换视角 3 2016 ·全国卷 ， 40(1)质粒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 )。答案 能自我复制、具有标记基因教材原型 4 在基因工程中，常用 Ca2处理大肠杆菌，其目

43、的是使之成为感受提高受体细胞的转化率 )转换视角 4 2014·海南卷，(4)下图是将某细菌的基因 A导入大肠杆菌内， 制备“工程菌”的 示意图。据图回答：在基因工程中，常用 Ca2处理 D，其目的是 答案 使之成为感受态细胞，便于吸收周围环境中的重组 DNA 分子教材原型 5 在培育有些转基因植物时， 常用农杆菌转化法， 农杆菌的作用是农 杆菌可感染植物，将目的基因转移到受体细胞中。转换视角 52013 ·全国卷 ，40(1)材料甲 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得 到了体型巨大的 “超级小鼠 ”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。 回答下列问题： 材料甲

44、属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶有 和 。在培育转基 因植物时，常用农杆菌转化法， 农杆菌的作用是 。 答案 显微注射 限制酶 DNA 连接酶 农杆菌可感染植物， 将目的基因转移到 受体细胞中教材原型 6 由于原核生物具有一些其他生物没有的特点： 繁殖快、多为单细胞、 遗传物质相对较少等，因此，早期的基因工程操作都用原核生物作为受体细胞， 其中以大肠杆菌应用最为广泛。转换视角 62017 ·全国卷 ，38(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。答案 繁殖快、

45、容易培养教材原型 7 DNA 连接酶“分子缝合针 ” 根据酶的来源不同，可以将 DNA 连接酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得 到的，称为 E·coli DNA 连接酶；另一类是从 T4 噬菌体中分离出来的， 称为 T4DNA 连接酶。这两类酶都是将双链 DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两 个核苷酸之间的磷酸二酯键 (图 14)，但这两种酶的作用有所差别： E·coliDNA 连接酶只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间连接起来， 不能将双链 DNA 片 段平末端之间进行连接。 而 T4DNA 连接酶既可以“缝合”双链 DNA 片段互补的 黏性末端，又可以

46、“缝合”双链 DNA 片段的平末端，但连接平末端之间的效率 比较低。转换视角 72016 ·全国卷 ，40(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 E·coliDNA 连接酶 T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶教材原型 8 我们知道， 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的： 基因 表达 （转录和翻译 ）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行 使生物功能；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能 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苷 酸

47、序列（基因）（图 129）。转换视角 82015 ·全国卷 ，40（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， 之后还需要对合成蛋白质的生物 进行鉴定。 答案 设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能课后·强化训练（时间： 30分钟）1. （2019 四·川绵阳一诊 ）基因工程的应用十分广泛，利用此项技术可创造出更加符 合人类需求的优良品种或产品。如美洲拟鲽 （ 是鲽科下的一种比目鱼 ）的体液中存 在抗冻蛋白，能够降低鱼的血液冰点。科学家按 cDNA

48、 路线分离和克隆了抗冻蛋 白基因，并将其导入番茄，获得了抗冻的番茄品种。根据有关知识，回答下列问 题：（1）基因工程操作的核心步骤为，以 mRNA 为材料可获得 cDNA ，其原理是（2）将目的基因导入植物的细胞最常用的方法是 。（3）构建重组质粒，需要限制性内切酶切取目的基因、切割质粒。限制性内切酶 的识别序列和切点是 CGATCC ，限制性内切酶的识别序列和切点是 GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1 个酶的切点。在 DNA 连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否 连接？ 理由是 。_（4）质粒作为基因工程常用运载体必需具备的条件是 至_（少答 2

49、点 ）。 答案 （1）基因表达载体的构建 在逆转录酶的作用下，以 mRNA 为模板按照碱基互补配对的原则可以合成 cDNA (2) 农杆菌转化法 (3)可以 因为由两种不 同限制酶切割后形成的黏性末端相同(4)能在宿主细胞内复制并稳定保存； 具有多个限制酶切位点，有利于剪切2. (2019 四·川广安眉山一诊 )白僵菌可感染农业害虫，因而可用来防治农业害虫。 由于白僵菌对草丁膦 (一种除草剂 )敏感，且杀死害虫的能力较弱， 科研人员将 Bar 基因 (抗除草剂基因 )和毒蛋白基因导入白僵菌进行基因工程改造， 流程如图所示：(1) 从苏云金芽孢杆菌中获取的毒蛋白基因，通过 PCR 技术

50、可以在体外大量扩增。 该扩增过程需要提供 种引物，所需添加的酶是 。(2) 图中形成重组质粒 1 时需要的限制酶是；形成重组质粒 2除了需要限制酶 Xba外，还需要酶。(3) 将重组质粒 2 导入经 处理成为感受态的白僵菌，一段时间后用含有 的平板培养基进行筛选，获得含有 Bar 基因的重组白僵菌。(4) 为了判断重组白僵菌的杀虫效果，科研人员接下来应该。答案 (1)两 耐热的 DNA 聚合酶 (2)Nco、BamH DNA 连接 (3)Ca2 草 丁膦 (4)将重组白僵菌喷涂在植物叶片上，再用此叶片饲喂害虫，记录单位时间 内的害虫死亡的数3. (2019 广·东七校联考 )真核生物

51、基因中通常含有内含子， 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。下图表示 从基因文库提取胰岛素基因的过程。回答下列问题：(1) 从基因结构分析，与基因组文库中的基因相比， cDNA 文库中获得的目的基因 少了等结构(至少写两个 )。(2) 将获得的胰岛素基因导入受体菌内，并在受体菌内维持稳定和表达的过程，在 基因工程中称为 。(3) 过程需将纤维素膜上的细菌裂解，释放出 ，再用 32P 标记的 作为探针进行杂交。依据杂交结果，应选取培养基上(填字母 )菌落继续培养，才能获得含有胰岛素基因的受体菌。(4) 经过目的基因的检测和表达， 从大肠杆菌中

52、获得的“胰岛素”未能达到期待的 生物活性，导致这种差异的原因可能是 (5) 与从基因组文库获取目的基因相比， 图示方法获得的目的基因在受体菌中更容易表达，原因是 答案 (1)启动子、终止子、内含子 (2)转化(3)DNA 目的基因 (或胰岛素基因 ) a (4)受体菌中没有内质网和高尔基体，不能对基因表达获得的蛋白质进行加工(5) cDNA 中不含有内含子，转录出的 RNA 不需要经过加工，可直接作为合成蛋 白质的模板4. (2019 山·东聊城模拟 )普通番茄细胞中含有 PG 基因，其能控制合成多聚半乳糖 醛酸酶(简称 PG)，PG能破坏细胞壁，使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗 PG

53、 基PG因导入番茄细胞，培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。下图表示抗 基因的作用原理，回答下列问题：(1) 据图回答该转基因番茄具有抗软化、 保鲜时间长的原理是 (2) 为培育抗软化番茄，应采用 技术将抗 PG 基因进行体外扩增。在该技 术的反应体系中除模板、引物、原料外，还需要加入 ，这个基因的表达 需要 等不可缺少的调控组件。(3) 将抗 PG 基因插入 Ti 质粒的 上构建基因表达载体， 通过农杆菌转 化法将抗 PG 基因导入番茄细胞，为检验抗 PG 基因是否成功导入，在个体生物 学水平上应检测 。_(4) 为避免抗 PG 基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”， 应将抗

54、PG 基因导入(填“细胞核”或“细胞质” )。答案 (1)抗 PG 基因能阻止 PG 基因表达的翻译过程，使细胞不能合成 PG(2) PCR(多聚酶链式反应 ) 热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶) 启动子、终止子 (3)T DNA 转基因番茄是否抗软化以及保鲜时间的长短(4)细胞质5. (2019 四·川遂宁一诊 )我国一科研团队将小麦液泡膜 Na/K 逆向转运蛋白基因 (TaNHX2 基因 )转移到水稻细胞内，获得了转基因耐盐水稻新品种。回答下列有 关问题：(1) 为保证目的基因在水稻细胞中能够表达，运载体上应含有特定的 。A.复制原点B.启动子C.标记基因(2) 水稻的转化过程