高考生物一轮复习：考点37 基因工程及生物技术的安全与伦理问题（原卷版全国）

考点37基因工程及生物技术的安全与伦理

（精讲+精练）

录

一、知识点精准记忆

二、典型例题剖析

1、重组DNA技术的基本工具

2、基因工程的基本操作程序

3、DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定

4、基因工程的应用

5、蛋白质工程的原理和应用

6、转基因产品的安全性

7、关注生殖性克隆人

8、禁止生物武器

三、易混易错辨析

四、2022高考真题感悟

五、高频考点精练

第一部分：知识点精准记忆

一、重组DNA技术的基本工具

1.基因工程的概念

(1)手段：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。

(2)目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

(3)水平：分子水平。由于在DNA分子水平上进行设计和施工，因此又叫作重组DNA技术。

(4)基因工程的理论基础

①基因是控制生物性状的遗

传物质的结构和功能单位

外源基因在受理论

②遗传信息的传递都遵循中

体细胞内表达基础

心法则

③生物界共用一套遗传密码

重组DNA：蛋白质

载体+目的基因(性状)

①DNA的基本组成单位都是

四种脱氧核甘酸

理论②DNA分子都遵循碱基互补

1基因拼接■

基础配对原则

③双链DNA分子的空间结构

都是规则的双螺旋结构

2.重组DNA技术的基本工具

(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)

①来源：主要来自原核生物

②种类：分离的限制酶有数千种

③特点(专一性)：识别双链DNA分子的特定核甘酸序列，使每一条链中特定部位的磷酸

二酯键断开

④作用：断开两个核昔酸之间的磷酸二酯键

⑤结果：产生两个粘性末端或平末端

(2)DNA连接酶

①作用：将两个DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核甘酸之间的磷酸二酯

键

②类型

E.coliDNA连接酶：来源大肠杆菌；功能是只能“缝合”粘性末端

T4DNA连接酶：来源T4噬菌体；功能是“缝合”粘性末端和平末端

⑶载体

①种类：质粒(常用载体)环状双链DNA分子、噬菌体、动植物病毒

②特点：有一个至多个限制酶切位点；携带外源DNA片段的质粒进入到细胞后，能在细胞

中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；常有特殊的标记基因，

便于重组质粒分子的筛选

③作用：携带外源DNA片段进入受体细胞

3.延伸应用：图解限制酶的选择原则

标记基因Pstl

PstISmaIPstI

土JJEcoRI

SmaI抗病EcoRiSmaI

基因

甲乙

(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstI,而不选择Smal。

(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所

以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaI。

(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstI；

为避免目的基因和质粒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PstI和EcoRI两种限制酶。

二、基因工程的基本操作程序

1.目的基因的筛选与获取

（1）目的基因：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。

（2）筛选合适的目的基因

①从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。

②利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。

（3）目的基因的获取

①人工合成目的基因。

②常用PCR特异性地快速扩增目的基因

（4）1归纳总结】：PCR技术和DNA复制的比较

①PCR技术②DNA复制

场所：体外（PCR扩增仪）场所：细胞内（主要是细胞核内）

解旋方式：DNA在高温下变性解旋解旋方式：解旋酶催化

酶：耐高温的DNA聚合酶酶：解旋酶、DNA聚合酶

温度条件：在较高温度下进行，需控制温度温度条件：细胞内温和条件

合成对象：DNA片段合成对象：DNA分子

PCR技术和DNA复制的相同点：均需要模板（DNA双链）、原料（四种脱氧核糖核甘酸）、能

量

I易错提醒】①在PCR过程中实际加入的为dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP）,既可作

为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。

②引物既可以是DNA单链，也可以为RNA单链。细胞内的DNA进行复制时，也需要引物,

一般为RNA片段。

③真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添

加Mg2+o

@PCR扩增过程中的循环图示与规律

^^,jiiiiii...a,7~3

-3」曲1幅：

到丽川11吧尸'

1血吧

5'

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:：1口口『皿ii川IIIII皿ng；

星曲吧/川

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3，"5'席而口口崂

3,

—目标序列51尉n吧三一3

-一侧翼序列

3'3；

口引物A

循环循环：循环：

口引物B1:23

变性•*复性•*延伸变性》复性一延伸变性—复性—延伸

循环次数123n

DNA分子数2482〃

含引物A(或B)的DNA分子数1372〃一1

同时含引物A、B的DNA分子数0=2」22=22—26=23—22〃一2

共消耗的引物数量2=2回一26=22+-214=23+1—22n+1-2

2.基因表达载体的构建一一基因工程的核心

⑴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。

(2)基因表达载体的组成及作用

目的基因：编码蛋白质的基因或具有

调控作用的因子

启动子:RNA聚合酶识别和结合的部位；

能驱动基因转录出mRNA

终止子：转录的终点，在转录过程中起

调控作用

标记基因:供重组DNA分子的筛选

(3)构建过程

奥粒DN.分子

〜同一种限制酶或能产生相同

末端的限制酶切割

一个切口；两个黏性末端两个切口；获得目的基因

-］DNA连接酶

重组DNA*子(重组质粒)

I易错提醒】启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比

项目启动子终止子起始密码子终止密码子

本质DNADNAmRNAmRNA

位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端

RNA聚合酶识别

和结合的部位，驱使转录在所需要的翻译的起始信号翻译的结束信号

功能

动基因转录出地方停下来（编码氨基酸）（不编码氨基酸）

mRNA

3.将目的基因导入受体细胞

生物种类植物动物微生物

农杆菌转化法、花

常用方法显微注射法Ca2+处理法

粉管通道法

受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞

将目的基因插入Ti

质粒的T-DNA中将含有目的基因的表达载Ca2+处理细胞一细胞处

f农杆菌f导入植体提纯f取卵（受精卵）f于一种能吸收周围环境

转化过程

物细胞f整合到受显微注射f受精卵发育一中DNA分子的生理状

体细胞的染色体获得具有新性状的动物态一基因表达载体导入

DNA上一表达

注意

1转化：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。此处“转化”

与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。

2农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入，第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T—

DNA上，第二次拼接非人工操作是指插入目的基因的T—DNA拼接到受体细胞的染色体

DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入非人工操作是指含

目的基因的T-DNA导入受体细胞。

3农杆菌特点

①能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。

②农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T—DNA转移到被侵

染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。

4.目的基因的检测与鉴定

分子水平检测个体生物学

水平鉴定

三、DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定

1.DNA的粗提取与鉴定

（1）基本原理

①原理：利用DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA,去

除其他成分。

②DNA的性质：DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精；DNA能溶于2moi1一1的NaCl

溶液。

③DNA的鉴定：在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。

（2）操作流程

（取材、研磨）

.在漏斗中垫上纱布，将研磨液过

滤到烧杯中，在4电冰箱中放置

去除滤液中\几分钟后（或直接将研磨液倒入

杂质

塑料离心管中，离心5min）,再

.取上清液

■在上清液中加入等体积的、预冷

的体积分数为年的酒精溶液，

,-----------------J静置2~3min,用玻璃棒沿一个

[DNA的析叫j方向搅拌，卷起丝状物，用滤纸

吸去上面的水分（或将溶液倒入

塑料离心管中，离心5min,弃上清

液，将管底的沉淀物晾干）

将丝状物或沉淀物用2mol/L的NaCl

溶液溶解，然后加入二苯胺试剂，

（DNA的鉴定卜

混匀后置于沸水中加热5min,冷

却后观察颜色变化

注意：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。

2.DNA片段的扩增及电泳鉴定

（1）实验基础

①PCR原理：利用了DNA的热变性原理，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相反的电极移动，这个过程就是电

泳。

③PCR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分子的大小和构象等有关。

(2)PCR实验操作步骤

行齐”用微量移液器按照配方或PCR试剂盒的

国邃尸说明书，向微量离心管中依次加入各组分

便升盖严离心管的盖子

位正将微量离心管放在离心机里，离心约10s,

画匕厂使反应液集中在管的底郢

百a设置好PCR仪的循环程序，将装有反应液

咫沙的微量离心管放在PCR仪中进行反应

(3)DNA的电泳鉴定

「琼脂糖凝胶制备：根据待分离DNA片段的

大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液(一般

质量分数为0.8%~1.2%)

,凝胶板制备：将温热的琼脂糖溶液倒入模具,

插入梳子形成加样孔，凝胶溶液完全凝固后

电拔出梳子，将凝胶放入电泳槽内

泳

一点样：加电泳缓冲液,然后用微量移液管将

扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液的

混合液加入加样孔，一孔加标准参照物

电泳：接通电源，设定好电压，一般为

1~5V/cm,进行电泳

观察：在紫处打下观察和照相

意

注

1为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验使用的微量离心管、枪头和蒸储水等在使用前

必须进行高压灭菌处理。

2每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。

3电泳时，DNA分子的相对分子质量越大，受到的阻力越大，迁移速率越慢，DNA分子的

相对分子质量越小，受到的阻力越小，迁移速率越快。

四、基因工程的应用

1.基因工程在农牧业方面的应用

虫些

有抗

出具

分离

物中

些生

从某

因

转基

育

中培

作物

导入

,将它

基因

能的

植物

抗虫

物

的作

虫性

有抗

出具

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菌等

、真

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因

转基

转基

育出

，培

物中

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植物

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导入

物

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