屆新教材高考生物一輪復習第十一單元細胞工程基因工程及生物技術(shù)的安全性與倫理問題第2講基因工程及生物技術(shù)的安全性與倫理問題課件新人教10221392

第十一單元2022第2講基因工程及生物技術(shù)的安全性與倫理問題課標要求1.概述基因工程是在遺傳學、微生物學、生物化學和分子生物學等學科基礎上發(fā)展而來的。2.闡明DNA重組技術(shù)的實現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。3.闡明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細胞和目的基因及其表達產(chǎn)物的檢測鑒定等步驟。4.舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應用改善了人類的生活品質(zhì)。5.概述人們根據(jù)基因工程原理,進行蛋白質(zhì)設計和改造,可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)。6.舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行基因改造、生產(chǎn)目標蛋白的過程。7.舉例說出日常生活中的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。8.探討轉(zhuǎn)基因技術(shù)在應用過程中帶來的影響。9.舉例說出生殖性克隆人面臨的倫理問題。10.分析說明我國為什么不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。11.舉例說明歷史上生物武器對人類造成了嚴重的威脅與傷害。12.認同我國反對生物武器及其技術(shù)和設備的擴散。備考指導1.運用列表比較法理解限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體的作用。2.運用實例分析法理解基因工程的原理與技術(shù)。內(nèi)容索引010203第一環(huán)節(jié)必備知識落實第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升第一環(huán)節(jié)必備知識落實知識點一重組DNA技術(shù)的基本工具知識篩查1.基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望,通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。從技術(shù)操作層面看,由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的,因此又叫作重組DNA技術(shù)。2.重組DNA技術(shù)的基本工具(1)限制性內(nèi)切核酸酶(又稱限制酶)①來源:主要是從原核生物中分離純化出來的。②作用:能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。③結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。(2)DNA連接酶①種類:按來源可分為E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。

②作用:將雙鏈DNA片段“縫合”起來,恢復被限制酶切開的磷酸二酯鍵。③DNA連接酶和限制酶的關(guān)系(3)基因進入受體細胞的載體①種類:質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒等。知識落實1.在基因工程中,可依據(jù)受體細胞的類型及其生理特性來選擇合適的載體,既能高效地攜帶目的基因進入受體細胞,又能方便地進行檢測。已知有下列幾類含有不同標記基因的質(zhì)粒,不可作為侵入大腸桿菌的載體的是(已知青霉素可殺死大腸桿菌,四環(huán)素不能殺死大腸桿菌)(

)B大腸桿菌對四環(huán)素有抗性,該質(zhì)粒上的抗四環(huán)素基因不可作為標記基因,因此該質(zhì)粒不能作為侵入大腸桿菌的載體。2.用XhoⅠ和SalⅠ兩種限制性內(nèi)切核酸酶分別處理同一DNA片段,酶切位點及酶切產(chǎn)物分離結(jié)果如下圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.圖1中兩種酶識別的核苷酸序列不同B.圖2中酶切產(chǎn)物可用于構(gòu)建重組DNAC.電泳條帶①中是用SalⅠ處理得到的酶切產(chǎn)物D.圖中被酶切的DNA片段是單鏈DNAD限制性內(nèi)切核酸酶作用的是雙鏈DNA片段,因此圖中被酶切的DNA片段應是雙鏈DNA。知識點二基因工程的基本操作程序知識篩查1.目的基因的篩選與獲取(1)目的基因:主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。(2)獲取目的基因的方法①篩選合適的目的基因:從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中進行篩選是較為有效的方法之一。②利用PCR獲取和擴增目的基因a.PCR的原理:DNA半保留復制。b.PCR的過程

c.特點:成指數(shù)形式擴增。d.條件:緩沖溶液、DNA模板、2種引物、4種脫氧核苷酸、耐高溫的DNA聚合酶等。2.基因表達載體的構(gòu)建——基因工程的核心(1)功能要讓目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且遺傳給下一代,使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。(2)基因表達載體的組成:啟動子+目的基因+終止子+標記基因(如抗生素抗性基因)。(3)基因表達載體的構(gòu)建過程3.將目的基因?qū)胧荏w細胞(1)將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ玫姆椒ㄓ谢ǚ酃芡ǖ婪?、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(2)將目的基因?qū)雱游锸芫炎畛Ｓ玫囊环N方法是利用顯微注射將目的基因注入動物的受精卵中。(3)在基因工程操作中,常用原核生物作為受體細胞,其中以大腸桿菌應用最為廣泛。研究人員一般先用Ca2+處理大腸桿菌細胞,使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài),然后再將重組的基因表達載體導入其中。4.目的基因的檢測與鑒定

5.基因工程的應用(1)在農(nóng)牧業(yè)方面的應用:基因工程技術(shù)已被廣泛用于改良動植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量等方面。(2)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應用①基因工程藥物主要包括細胞因子、抗體、疫苗和激素等。②乳腺生物反應器或乳房生物反應器。③轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體。(3)在食品工業(yè)方面的應用生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。易錯易混(1)目的基因不能單獨進入受體細胞,必須以表達載體的方式進入。(2)啟動子不等同于起始密碼子,終止子不等同于終止密碼子。啟動子和終止子位于基因表達載體上,都是DNA片段,分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止;起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上,分別控制翻譯過程的啟動和終止。知識落實1.(不定項選擇題)下圖為利用基因工程培育抗蟲植物的示意圖。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A.②的構(gòu)建需要限制性內(nèi)切核酸酶和DNA聚合酶參與B.③侵染植物細胞后,重組Ti質(zhì)粒整合到④的染色體上C.④的染色體上若含抗蟲基因,則⑤表現(xiàn)出抗蟲性狀D.⑤只要表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異ABC構(gòu)建重組質(zhì)粒需要用到限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶,不需要DNA聚合酶,A項錯誤。含重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染植物細胞后,重組Ti質(zhì)粒上的T-DNA整合到受體細胞的染色體DNA上,而不是重組Ti質(zhì)粒整合到受體細胞的染色體上,B項錯誤。導入受體細胞的目的基因表達后,轉(zhuǎn)基因植株能表現(xiàn)出相應性狀,若目的基因在受體細胞中不表達,則轉(zhuǎn)基因植株不能表現(xiàn)出相應性狀,C項錯誤。⑤表現(xiàn)出抗蟲性狀則表明該植株細胞發(fā)生了基因重組,基因重組是可遺傳變異,D項正確。2.(2021福建福州市檢測)為了有效控制水稻害蟲的危害,科學家成功地獲得了轉(zhuǎn)Bt基因的二倍體水稻。該基因來源于蘇云金桿菌,基因的表達產(chǎn)物Bt抗蟲蛋白具有良好的殺蟲效果。請回答下列問題。(1)若知道Bt抗蟲蛋白的氨基酸序列,則可以推測出Bt基因的核苷酸序列,但推測出的核苷酸序列并不是唯一的,其原因是

。(2)將Bt基因?qū)胨炯毎袝r不宜采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,最可能的原因是

。

(3)可采用抗蟲接種實驗的方法,在

水平上鑒定Bt基因在受體植株內(nèi)是否成功表達。

答案:(1)密碼子的簡并(2)水稻是單子葉植物,而農(nóng)桿菌對大多數(shù)單子葉植物沒有侵染能力(3)個體生物學知識點三蛋白質(zhì)工程知識點三

蛋白質(zhì)工程知識篩查1.概念理解(1)基礎:蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。(2)操作:改造或合成基因。(3)結(jié)果:改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì)。(4)目的:滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。2.蛋白質(zhì)工程的基本思路從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)知識落實1.T4溶菌酶在高溫時易失去活性。研究人員對編碼T4溶菌酶的基因進行改造,使T4溶菌酶第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成1個二硫鍵,提高了酶的耐熱性。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.T4溶菌酶耐熱性提高的原因是組成該酶的氨基酸數(shù)量發(fā)生了改變B.對T4溶菌酶的改造屬于蛋白質(zhì)工程,自然界中的酶都可通過蛋白質(zhì)工程進行改造C.蛋白質(zhì)工程與中心法則的流動方向一致,即DNA→mRNA→蛋白質(zhì)D.若高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,蛋白質(zhì)的功能也會受到影響D在該過程中,T4溶菌酶的氨基酸數(shù)量沒有發(fā)生改變。對T4溶菌酶的改造屬于蛋白質(zhì)工程,蛋白質(zhì)工程只能用于改造蛋白質(zhì)類的酶,自然界中的酶有些是RNA,RNA類的酶無法通過蛋白質(zhì)工程進行改造。蛋白質(zhì)工程與中心法則的流動方向相反,即預期蛋白質(zhì)的功能→設計預期蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列或合成新的基因。若高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,則蛋白質(zhì)的功能會受到影響。2.(2021河南八市測評)干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì),可以用于治療病毒感染和癌癥,但體外保存相當困難,如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,就可以在-70℃下保存半年。蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的,因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵,依據(jù)以下技術(shù)原理,設計實驗流程,讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”。(1)上圖流程屬于

工程的基本思路。流程中的A是

,流程B是

。

(2)蛋白質(zhì)工程實施的難度很大,原因是蛋白質(zhì)具有十分復雜的

結(jié)構(gòu)。

(3)對天然蛋白質(zhì)進行改造,應該通過直接對

(填“蛋白質(zhì)分子”或“基因”)進行操作來實現(xiàn)。

答案:(1)蛋白質(zhì)預期的蛋白質(zhì)功能應有的氨基酸序列(2)空間(或高級)

(3)基因知識點四DNA的粗提取與鑒定知識篩查1.原理(1)DNA不溶于酒精,但某些蛋白質(zhì)溶于酒精,利用這一原理,可以初步分離DNA與蛋白質(zhì)。(2)DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于物質(zhì)的量濃度為2mol/L的NaCl溶液。

(3)在一定溫度下,DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色,因此二苯胺試劑可以作為鑒定DNA的試劑。2.操作流程

知識落實1.下列關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實驗的原理的敘述,錯誤的是(

)A.利用DNA不溶于酒精,而蛋白質(zhì)能溶于酒精,可將DNA與蛋白質(zhì)分離B.利用高溫能使蛋白質(zhì)變性,卻對DNA沒有影響的特性,可將DNA與蛋白質(zhì)分離C.利用二苯胺試劑與DNA沸水浴加熱呈現(xiàn)藍色來鑒定DNAD.DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同B高溫能使蛋白質(zhì)和DNA變性。

2.(2019江蘇卷)下列關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實驗的敘述,錯誤的是(

)A.用同樣方法從等體積兔血和雞血中提取的DNA量相近B.DNA析出過程中,攪拌操作要輕柔以防DNA斷裂C.預冷的酒精溶液可用來進一步純化粗提的DNAD.用二苯胺試劑鑒定DNA需要進行水浴加熱A兔屬于哺乳動物,其紅細胞沒有細胞核及各種細胞器,提取不到DNA,而雞屬于鳥類,其紅細胞內(nèi)含有細胞核與各種細胞器,DNA含量較多,A項錯誤。DNA分子從細胞中提取出來且除去蛋白質(zhì)后是非常容易斷裂的,如果劇烈攪拌,DNA鏈可能會被破壞,因此輕柔攪拌的目的是為了獲得較完整的DNA分子,B項正確。在預冷的體積分數(shù)為95%的酒精溶液中DNA的溶解度最低,DNA的沉淀量最大,C項正確。將析出的DNA溶解在物質(zhì)的量濃度為2

mol/L的NaCl溶液中,加入二苯胺試劑后需要置于沸水中加熱才會呈現(xiàn)藍色,D項正確。知識點五生物技術(shù)的安全性與倫理問題知識篩查1.轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性(1)轉(zhuǎn)基因成果令人嘆為觀止①對微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領(lǐng)域,這是因為微生物具有生理結(jié)構(gòu)和遺傳物質(zhì)簡單、生長繁殖快、對環(huán)境因素敏感和容易進行遺傳物質(zhì)操作等優(yōu)點。②轉(zhuǎn)基因動物:培育了一批生長迅速、營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因家禽、家畜;培育了抵抗相應病毒的動物新品種;建立了某些人類疾病的轉(zhuǎn)基因動物模型,模擬疾病的發(fā)生和發(fā)展過程,為研究該疾病的致病機制和開發(fā)治療藥物提供依據(jù)等。③轉(zhuǎn)基因植物:培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑和耐儲藏等新性狀的作物。(2)理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)①我國對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的方針是一貫的、明確的,就是研究上要大膽,堅持自主創(chuàng)新;推廣上要慎重,做到確保安全;管理上要嚴格,堅持依法監(jiān)管。②國務院頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》;國家有關(guān)部門制定實施了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物進口安全管理辦法》《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標識管理辦法》《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物加工審批辦法》和《進出境轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢驗檢疫管理辦法》。2.關(guān)注生殖性克隆人(1)概念①生殖性克隆是指通過克隆技術(shù)產(chǎn)生獨立生存的新個體。②治療性克隆是指利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定的細胞、組織和器官,用它們來修復或替代受損的細胞、組織和器官,從而達到治療疾病的目的。(2)我國禁止生殖性克隆人①我國政府的態(tài)度:堅決反對克隆人,不允許進行任何生殖性克隆人實驗。②我國政府一再重申四不原則:不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。③我國政府同樣重視治療性克隆所涉及的倫理問題,主張對治療性克隆進行有效監(jiān)控和嚴格審查。3.禁止生物武器(1)生物武器的種類、特點及危害①種類:致病菌類、病毒類、生化毒劑類等。②特點:致病能力強、攻擊范圍廣。③散布方式和危害:可以直接或者通過食物、生活必需品和帶菌昆蟲等散布,經(jīng)由呼吸道、消化道和皮膚等侵入人、畜體內(nèi),造成大規(guī)模傷亡,也能大量損害植物。(2)我國政府觀點:在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器,并反對生物武器及其技術(shù)和設備的擴散。知識落實1.生物技術(shù)的安全性與倫理問題是社會關(guān)注的熱點。下列敘述錯誤的是(

)A.應嚴格選擇轉(zhuǎn)基因植物的目的基因,避免產(chǎn)生對人類有害的物質(zhì)B.當今社會的普遍觀點是禁止生殖性克隆人的實驗,但不反對治療性克隆C.反對“設計試管嬰兒”的原因之一是有人濫用此技術(shù)選擇性設計嬰兒D.生物武器是用微生物、毒素、干擾素及重組致病菌等來形成殺傷力的D生物武器包括致病菌類、病毒類和生化毒劑類等,干擾素不屬于生物武器。2.閱讀下列材料,回答下列問題。轉(zhuǎn)入外源生長激素(GH)基因的魚生長速度快,餌料轉(zhuǎn)化率高,但魚類易于逃逸、擴散,因此轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全性問題是很值得研究的問題。為防止轉(zhuǎn)基因魚對生態(tài)系統(tǒng)造成壓力以及外源基因的擴散問題,我國科學家只是將三倍體的轉(zhuǎn)基因魚投入了自然生態(tài)系統(tǒng)。(1)轉(zhuǎn)基因魚培育成功的物質(zhì)基礎是

。

(2)已知人的GH是1種含有191個氨基酸的蛋白質(zhì),若將人的GH基因轉(zhuǎn)移到魚體內(nèi),則轉(zhuǎn)基因魚增加的脫氧核苷酸數(shù)至少是

個。

(3)轉(zhuǎn)基因魚通過較高的能量轉(zhuǎn)化效率取得較高的特定生長率,以致其生長速度快于非轉(zhuǎn)基因魚,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換效率也顯著高于非轉(zhuǎn)基因魚,其可能的原因是

。

(4)魚類易于逃逸、擴散,因此轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全性問題是很值得研究的問題,試分析引起生態(tài)安全性問題的原因。

。

(5)多倍體魚類對控制過度繁殖是有效的,培育成功的三倍體新型魚類,其形成過程是

。試從保障生態(tài)安全性角度分析只投放三倍體魚的原因。

。

答案:(1)遺傳物質(zhì)都是DNA(2)1146(3)轉(zhuǎn)基因魚體內(nèi)合成了大量生長激素,生長激素能促進蛋白質(zhì)合成(4)轉(zhuǎn)基因魚與同種野生魚雜交,使野生魚帶有外源基因,具有生長優(yōu)勢,會使其捕食對象大量減少,與其他物種競爭加劇,可能引起生態(tài)危機(5)轉(zhuǎn)基因的二倍體個體染色體加倍為四倍體轉(zhuǎn)基因個體,然后二倍體與四倍體雜交形成三倍體三倍體魚不能繁殖,可以人工控制養(yǎng)殖數(shù)量和范圍,避免發(fā)生雜交、競爭,引起生態(tài)危機解析:(1)轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是通過基因拼接,把目的基因拼接到載體上,實質(zhì)上是DNA之間的連接。(2)GH是含有191個氨基酸的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目、控制蛋白質(zhì)合成的mRNA上的堿基數(shù)目及控制蛋白質(zhì)合成的DNA上的堿基數(shù)目的比值為1∶3∶6(只考慮編碼氨基酸的序列),所以轉(zhuǎn)基因魚增加的脫氧核苷酸數(shù)至少是1

146個。(3)該轉(zhuǎn)基因魚轉(zhuǎn)入的是生長激素基因,生長激素能促進生長,主要是促進蛋白質(zhì)的合成和骨的生長。(4)由于魚類具有易于逃逸、擴散的特點,當轉(zhuǎn)基因魚擴散到其他環(huán)境時,與其他種類的魚雜交,被轉(zhuǎn)入的基因就有可能轉(zhuǎn)移到其他的魚體內(nèi),造成基因污染;同時,由于該種轉(zhuǎn)基因魚具有生長優(yōu)勢,會使其捕食對象大量減少,在與其他物種競爭時優(yōu)勢明顯,所以可能引起生態(tài)危機。(5)三倍體魚不能產(chǎn)生正常的生殖細胞,無法繁殖后代,因此不會造成生態(tài)危機。第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成能力形成點一重組DNA技術(shù)的基本工具典型例題某一質(zhì)粒載體如下圖所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因,Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamHⅠ

酶切后,與用BamHⅠ

酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進行連接反應,用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化,有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種,分別是含有環(huán)狀目的基因的大腸桿菌、含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉栴}。(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具,應具備的基本條件有

(答出兩點即可),而作為基因表達載體,除滿足上述基本條件外,還需具有啟動子和終止子。

(2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選,在上述四種大腸桿菌細胞中,未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的,其原因是

;并且

和

的細胞也是不能區(qū)分的,其原因是

。在上述篩選的基礎上,若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落,還需使用含有

的固體培養(yǎng)基。

(3)基因工程中,某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體,其DNA復制所需的原料來自

。

答案:(1)能自我復制、具有標記基因(2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均不生長含有質(zhì)粒載體含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均能生長四環(huán)素(3)受體細胞解析:(1)基因工程中的載體應具備如下條件:必須有一個至多個限制酶切割位點;具有自我復制能力;具有標記基因。(2)未轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞不能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長,故不能區(qū)分;而含有質(zhì)粒載體和含有重組質(zhì)粒的細胞在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上都能生長,也不能區(qū)分。因目的基因插入位點在四環(huán)素抗性基因上,四環(huán)素抗性基因被破壞,喪失了原有的功能,故含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌不抗四環(huán)素。將獲得的單個菌落各挑取少許分別接種到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上,不能生長的即為所篩選的菌落,即含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌。(3)噬菌體是營寄生生活的,利用受體細胞內(nèi)的原料進行自身DNA的復制和蛋白質(zhì)的合成。整合構(gòu)建1.切割某種目的基因的限制酶的選擇根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點選擇合適的限制酶。(1)應選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇PstⅠ。(2)不能選擇切割位點位于目的基因或標記基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲、圖乙不能選擇SmaⅠ。(3)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,如圖甲可選擇使用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點,且標記基因內(nèi)部沒有這兩種酶的切割位點)。2.載體上標記基因的作用載體上的標記基因一般是一些抗生素抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后,抗性基因在受體細胞內(nèi)表達,使受體細胞能夠抵抗相應抗生素,所以在受體細胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以篩選出導入載體的受體細胞,原理如下頁左上圖所示。易錯易混關(guān)于基因工程的基本工具的8個易錯點(1)限制酶是一類酶,而不是一種酶。(2)限制酶的化學本質(zhì)為蛋白質(zhì),其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件,高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。(3)在切割目的基因和載體時要求用同種限制酶或能產(chǎn)生相同末端的限制酶,目的是產(chǎn)生相同的末端。(4)將一個基因從DNA分子上切割下來,需要切兩處,同時產(chǎn)生四個末端。(5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的末端都相同,同一個DNA分子用不同的限制酶切割,產(chǎn)生的末端一般不相同。(6)限制酶切割位點應位于標記基因之外,不能破壞標記基因,以便進行檢測。(7)基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體不同?；蚬こ讨械妮d體是DNA分子,能將目的基因?qū)胧荏w細胞內(nèi);膜載體是蛋白質(zhì),與細胞膜的選擇透過性有關(guān)。(8)基因工程中有三種工具,但工具酶只有兩種。訓練突破1.下圖是一種Ti質(zhì)粒,下表列舉了四種限制酶及其識別序列和切割位點。請回答下列問題。(1)基因工程所用的工具中,上圖和上表中缺少的是

;基因工程的核心步驟是

。

(2)左下表中四種限制酶切割DNA分子形成的末端為

(填“平末端”或“黏性末端”);限制酶Ⅰ又稱EcoRⅠ限制酶,這種限制酶是從

菌的R型菌株分離出來的第一種限制酶。

(3)若含有目的基因的DNA上有四個限制酶的酶切位點,分別位于目的基因的兩側(cè),其中限制酶Ⅰ和Ⅱ位于一側(cè),限制酶Ⅲ和Ⅳ位于另一側(cè)。為了提高該目的基因與左下圖所示的Ti質(zhì)粒之間的拼接率,可使用的限制酶組合有

種。

(4)基因工程不能使轉(zhuǎn)基因生物獲得自然界中不存在的蛋白質(zhì),理由是

。

答案:(1)DNA連接酶基因表達載體的構(gòu)建(2)黏性末端大腸桿(3)三(4)基因工程的原理是基因重組,即原有基因的重新組合,并沒有產(chǎn)生新基因,進而也就沒有產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)(答案合理即可)解析:(1)基因工程所用的工具有限制酶、DNA連接酶和載體,題圖中的質(zhì)粒為載體,題表中有限制酶?；蚬こ痰暮诵牟襟E是基因表達載體的構(gòu)建。(2)題表中四種限制酶切割識別序列均不是對稱切割,所以形成的末端均為黏性末端。EcoR

Ⅰ限制酶,其中EcoR表示該限制酶是從大腸桿菌的R型菌株分離來的,EcoRⅠ表示從大腸桿菌R型菌株中分離出來的第一種限制酶。(3)由于目的基因兩側(cè)各有兩種酶切位點,所以將目的基因切割下來的限制酶組合有四種,但限制酶Ⅱ和Ⅲ切割DNA所得末端相同,這樣會導致目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化,不利于目的基因與質(zhì)粒的拼接,由此可知限制酶組合只有三種。(4)基因工程所用的目的基因是自然界已經(jīng)存在的基因,所以該基因控制合成的蛋白質(zhì)也是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)。2.(2021云南昆明調(diào)研)科學家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)轉(zhuǎn)入香蕉中以獲得抗寒的香蕉品種。下圖是某質(zhì)粒載體上的SacⅠ、XbaⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ四種限制酶的切割位點示意圖。據(jù)圖回答下列問題。(1)在該實驗中為構(gòu)建基因表達載體,用SacⅠ、XbaⅠ切下CBFl基因后,對質(zhì)粒載體進行切割的限制酶是

,理由是

。

(2)連接CBFl基因到該質(zhì)粒載體后,作為基因表達載體的組成還必須有

。

(3)為了鑒別受體細胞中是否含有CBFl基因,可用含

的培養(yǎng)基進行篩選。

(4)科學家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對照組)進行

處理,鑒定兩組之間的抗寒性差異,如果

,則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。

答案:(1)SacⅠ、XbaⅠ用同種限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段后,可產(chǎn)生相同的末端(2)啟動子和終止子(3)氨芐青霉素(4)低溫實驗組的抗寒能力明顯高于對照組能力形成點二基因工程的基本操作程序典型例題(2018江蘇卷)為生產(chǎn)具有特定性能的α-淀粉酶,研究人員從某種海洋細菌中克隆了α-淀粉酶基因(1656個堿基對),利用基因工程大量制備α-淀粉酶,實驗流程見下頁左上圖。請回答下列問題。(1)利用PCR技術(shù)擴增α-淀粉酶基因前,需先獲得細菌的

。(2)為了便于擴增的DNA片段與表達載體連接,需在引物的

端加上限制酶切割位點,且常在兩條引物上設計加入不同的限制酶切割位點,主要目的是

。

(3)進行擴增時,反應的溫度和時間需根據(jù)具體情況進行設定,下列序號中

的設定與引物有關(guān),

的設定與擴增片段的長度有關(guān)。(填序號)①變性溫度②復性溫度③延伸溫度④變性時間⑤復性時間⑥延伸時間(4)下圖表示篩選獲得的工程菌中編碼α-淀粉酶的mRNA的部分堿基序列。5'-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3'圖中虛線框內(nèi)mRNA片段包含

個密碼子,如虛線框后的序列未知,預測虛線框后的第1個密碼子最多有

種。

(5)獲得工程菌表達的α-淀粉酶后,為探究影響酶活性的因素,以質(zhì)量分數(shù)為1%的可溶性淀粉為底物測定酶活性,結(jié)果見下表。根據(jù)上述實驗結(jié)果,初步判斷該α-淀粉酶活性最高的條件為

。答案:(1)基因組DNA(2)5'使DNA片段能定向插入表達載體,減少自身環(huán)化(3)②⑥(4)8

13(5)pH為8.5,緩沖液為物質(zhì)的量濃度為50mmol/L的Tris-HCl解析:(1)從海洋細菌中利用PCR技術(shù)擴增α-淀粉酶基因,首先要獲得細菌的基因組DNA,再利用引物來獲取α-淀粉酶基因。(2)由于PCR技術(shù)合成子鏈的方向是5'→3',引物是與子鏈連接的DNA單鏈或RNA鏈,所以應在引物的5'端加上限制酶切割位點。為保證DNA片段能定向插入表達載體中,避免DNA片段和載體自身環(huán)化以及DNA片段和表達載體任意拼接,常在兩條引物上設計不同的限制酶切割位點。(3)引物與模板鏈結(jié)合屬于復性,所以復性溫度的設定與引物有關(guān),擴增片段屬于延伸,擴增片段的長度與延伸的時間有關(guān)。(4)密碼子是指mRNA上3個相連的堿基,虛線框內(nèi)有24個堿基,共構(gòu)成8個密碼子,虛線框后第1個密碼子的第1個堿基是U,共可構(gòu)成的密碼子種類有4×4=16(種),其中有3種終止密碼子(UAA、UAG、UGA),所以虛線框后的第一個密碼子共有13種。(5)由題表可知,α-淀粉酶活性最高時的條件是pH為8.5,緩沖液為物質(zhì)的量濃度為50

mmol/L的Tris-HCl。整合構(gòu)建基因工程中的幾種檢測方法訓練突破科學家從某細菌中提取抗鹽基因,轉(zhuǎn)入煙草并培育成轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草。下圖是轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草的培育過程,含目的基因的DNA和質(zhì)粒上的箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請分析回答下列問題。(1)在該過程中,研究人員首先獲取了抗鹽基因(目的基因),并采用

技術(shù)對目的基因進行擴增,該技術(shù)需要的條件是

、酶、4種脫氧核苷酸、DNA模板,該技術(shù)必須用

酶;然后構(gòu)建基因表達載體,基因表達載體中除了具有目的基因、啟動子和終止子之外,還需具有

。

(2)用圖中的質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒,不能使用SmaⅠ酶切割,原因是

。圖中①②過程為防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化,應選用

酶對外源DNA、質(zhì)粒進行切割。

(3)為確定轉(zhuǎn)基因抗鹽煙草是否培育成功,既要用放射性同位素標記的

作探針進行分子水平的檢測,又要在個體生物學水平鑒定,后者的具體過程是

。

答案:(1)PCR(聚合酶鏈式反應)引物耐高溫的DNA聚合標記基因(2)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因BamHⅠ和HindⅢ(3)抗鹽基因(或目的基因)將培育的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中,觀察該煙草植株的生長狀態(tài)解析:(1)由題意可知,抗鹽基因?qū)儆谀康幕?可采用PCR(聚合酶鏈式反應)技術(shù)擴增目的基因,該技術(shù)需要的條件是引物、酶、4種脫氧核苷酸、DNA模板,利用PCR技術(shù)擴增目的基因時,每次循環(huán)都是在90

℃以上進行變性、在50

℃左右時進行復性、在72

℃左右時延伸,所以該技術(shù)需要用耐高溫的DNA聚合酶?；虮磉_載體由目的基因、啟動子、終止子、標記基因等組成。(2)由題圖可知,質(zhì)粒上的M抗生素抗性基因和目的基因中都含有SmaⅠ酶的酶切位點,若使用SmaⅠ酶切割,會破壞質(zhì)粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因,因此不能使用SmaⅠ酶切割。抗鹽基因(或目的基因)的兩側(cè)都有EcoRⅠ酶的酶切位點,因此用EcoRⅠ酶切割目的基因會出現(xiàn)自身環(huán)化;BamHⅠ和HindⅢ的酶切位點分別位于目的基因的兩側(cè),而且質(zhì)粒中也有相應的酶切位點,因此用BamHⅠ和HindⅢ同時進行酶切,才能完整地切下該抗鹽基因,同時保證目的基因與質(zhì)粒的連接方式的唯一性,防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化。(3)檢測目的基因是否導入受體細胞,在分子水平上進行檢測時,要用放射性同位素標記的抗鹽基因(或目的基因)作探針進行檢測;在個體生物學水平上進行鑒定時,可將培養(yǎng)的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中,觀察該植株的生長狀態(tài)。第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升高考真題剖析【例題】

(2019全國Ⅰ卷)基因工程中可以通過PCR技術(shù)擴增目的基因?；卮鹣铝袉栴}。(1)生物體細胞內(nèi)的DNA復制開始時,解開DNA雙鏈的酶是

。在體外利用PCR技術(shù)擴增目的基因時,使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是

。

上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的

。

(2)目前在PCR反應中使用耐高溫的DNA聚合酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是

。

核心素養(yǎng)考查點剖析:本題以PCR技術(shù)擴增目的基因為載體,重點考查了利用PCR技術(shù)擴增目的基因的方法,較好考查了“科學思維”這一學科素養(yǎng)。答案:(1)解旋酶加熱至90℃以上氫鍵(2)耐高溫的DN