《高考生物一轮总复习 选修3 专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题课件（选修3）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考生物一轮总复习 选修3 专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题课件（选修3）（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、选修3现代生物科技专题专题1、4基因工程、生物技术的安全性和伦理问题考纲内容能力要求命题分析1.基因工程的诞生2.基因工程的原理及技术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1.近三年新课标卷以非选择题的形式考查了基因工程的工具、操作步骤及在实际中的应用，转基因生物的安全性问题，克隆技术的伦理问题，生物武器对人类的威胁问题；考查方式是通过构建基因表达载体来考查基因工程的工具和操作步骤，同时联系细胞工程和胚胎工程进行考查。2015 年考查的是蛋白质工程的相关知识。2.命题趋势：以基因工程为主线命制非选择题考查基因结构、基因表达、基因工
2、程及安全性等知识；基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用也是常考的内容。一、 基因工程1.概念：又叫_技术，是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过_和_等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。DNA 重组体外 DNA 重组转基因2. 基本工具：(1)限制性核酸内切酶“分子手术刀”。功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定_，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_键断开。核苷酸序列磷酸二酯黏性结果：形成_末端或平末端。常用类型Ecoli DNA 连接酶T4DNA 连接酶来源_T4 噬菌体功能连接黏性末端连接_结果恢复被限制酶切开的两个核
3、苷酸之间的磷酸二酯键大肠杆菌黏性末端或平末端(2)DNA 连接酶“分子缝合针”。(3)基因进入受体细胞的载体“分子运输车”。特点：具有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA片段(基因)插入其中；携带外源 DNA 片段进入受体细胞后，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体 DNA进行同步复制；有特殊的_，供重组 DNA 的鉴定和选择。标记基因质粒外源基因本质：小分子双链环状 DNA。种类：_(常用)、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。作用：携带_进入受体细胞。3.基本步骤：目的基因DNA(1)_的获取：从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增、人工合成。从基因文库中获取：基因文库的
4、含义：将含有某种生物不同基因的许多_，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。DNA 双链复制利用 PCR 技术扩增目的基因：a.原理：_。片段b.前提条件：要有一段已知目的基因的_，以便根据这一序列合成引物。c.条件：目的基因、_、DNA 聚合酶和 4 种脱氧核苷酸。核苷酸序列引物受热引物d.扩增过程：变形：目的基因 DNA_变性解旋为单链DNA 聚合酶复性：冷却后，_结合到互补 DNA 链上延伸：在_作用下，从引物起始进行互补链的合成e.结果：每一次循环后，目的基因的量可以_，即成指数形式扩增(约为 2n，n 为扩增循环的次数)。人工合成法：如果基因比较小，核苷酸序
5、列又已知，可通过_用化学方法直接人工合成。(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，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体的组成：目的基因、_、终止子、标记基因。增加一倍DNA 合成仪启动子(3)将目的基因导入受体细胞：导入植物细胞：采用_、基因枪法、花粉管通道法等。导入动物细胞：主要采用_技术。导入微生物：先用_处理再融合。农杆菌转化法显微注射Ca2(4)目的基因的检测和鉴定：_技术(DNA 探针转基因生物 DNA)：检测是否有目的基因。分子杂交技术(DNA 探针转基因生物 mRNA)：检测目的基因是否_。_杂交：检测目的基因是否
6、翻译成蛋白质。对生物进行个体生物学水平的鉴定。DNA 分子杂交转录抗原抗体技术名称应用植物基因工程提高农作物的_能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，改良农作物的品质，利用植物生产药物等动物基因工程动物品种改良(如提高动物的生长速度、改善畜产品的品质)，建立生物反应器生产_，用于器官移植等基因工程药物利用转基因的_等生产各种药物(如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等)基因治疗把_导入病人体内，使其表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的4.应用：抗逆药物工程菌正常基因二、蛋白质工程修饰改造1.概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因_或基因合成，对现有蛋白质进行_
7、，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸2.过程：预期蛋白质功能设计_推测应有的_ 序列找到相对应的_ 序列(基因)。3.进展：胰岛素体积小、(1)科学家通过对_的改造，已使其成为速效型药品。(2)生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_的特点。耗电少和效率高三、生物技术的安全性和伦理问题1.转基因生物的安全性：(1)转基因成果：基因工程药物，转基因家畜，家禽优良品种，生物反应器(生产细胞产品)，转基因抗性作物等。(2)对安全性问题的争论：食物安全：毒性蛋白、过敏原、营养成分的改变等。生物安全：对_的
8、影响。环境安全：对_和人类生活环境的影响。生物多样性生态系统稳定性(3)理性看待转基因技术：正确的态度是_，而不能因噎废食。趋利避害2.生物技术的伦理问题：(1)克隆人：生殖性克隆人中国政府的态度：禁止_。四不原则：_任何生殖性克隆人的实验。但中国不反对治疗性克隆。(2)设计试管婴儿：不赞成、不允许、不支持、不接受设计试管婴儿需对胚胎进行_。多数人持认可态度。(3)基因检测：基因“身份证”：记录某个人某些基因资讯的“身份证”。基因检测人们对基因检测的两种观点。3.禁止生物武器：(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂及经基因重组的致病菌等。(2)生物武器的散布方式：直接或通过食物、生活必需
9、品等散布到敌方。军队和平民(3)生物武器的危害：对_造成大规模杀伤。判断正误1.DNA 连接酶能将两碱基通过形成的氢键连接起来。()2.检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。()3. 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。()4.目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上。()答案：1.2.3.4.考点一 DNA 重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶：(1)来源：多数来自原核生物。(2)作用特点：主要切割外源 DNA，而对自身的 DNA 不起作用，达到保护自身的目的。专一性：只能识别 DNA 分子中特定的核苷酸序列，且只能在每一
10、条链中特定的部位进行切割。(3)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如右图，中轴GCGC线两侧的双链 DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。如CCAGG A以中心线为轴，两侧碱基互补对称； 以 为轴，两侧碱基互补对称。CGCGGGTCCT(4)作用结果黏性末端和平末端。黏性末端：是限制酶在它识别序列的中轴线两侧将 DNA的两条链分别切开时形成的(错位切)，如下图所示：平末端：是限制酶在识别序列的中轴线切开时形成的(平切)，如下图所示：(5)作用实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(6)限制酶选择的注意事项：根据目的基因两端的限
11、制酶切点确定限制酶的种类：a.应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。b.不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择 Sma。c.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两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。根据质粒的特点确定限制酶的种类：a.所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。b.质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶 Sma会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢
12、失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。2.DNA 连接酶：(1)作用实质：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，使两个 DNA 分子连接成一个 DNA。(2)常用种类及作用：Ecoli DNA 连接酶：来源于大肠杆菌，连接黏性末端。T4DNA 连接酶：来源于 T4 噬菌体，连接黏性末端和平末端(效率较低)。条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组 DNA 的鉴定和选择3.基因的运输工具载体。(1)作用：作为运载工具，将目的基因送入宿主细胞中。利用它在宿主细胞内对目的基因进行
13、大量复制。(2)载体必须具备以下三个条件：(3)种类：细菌质粒：细菌拟核 DNA 以外的小型环状 DNA。噬菌体的衍生物和某些病毒的 DNA。4.基因工程的基本原理和理论基础概括(如下图)：基因工程操作基本工具的几个易错点(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时一般要用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端。(5)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个 DNA 分子用不同的
14、限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA 分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。 高考探究 考向 1 限制性核酸内切酶例 1(2015 年上海卷)回答下列有关遗传信息传递与表达的问题。如图 1 所示，质粒 pZHZ9 上含有 X 抗生素抗性基因(XR)和 Y 抗生素抗性基因(YR)。其中 XR 内部含有限制酶 Kas识别序列，YR 内部含有限制酶 Fse、Hpa、Nae、NgoM识别序列，五种酶的识别序列如图 2(表
15、示切割位点)，且这些识别序列在整个质粒上均仅有一处，目的基因内部不存在这些识别序列。图 1图 2图 3(1)若要将结构如图 3 所示的目的基因直接插入到 YR 内形成重组质粒 pZHZ10，则 pZHZ9 需用限制酶_切开。(2)将上述切开的质粒溶液与目的基因溶液混合，加入DNA连接酶连接后，进行大肠杆菌受体细胞导入操作。之后，受体细胞的类型(对两种抗生素表现出抗性R或敏感性S)包含_(多选)。A.XR、YRB.XR、YSC.XS、YRD.XS、YS(3)若用 KasI 和 FseI 联合酶切重组质粒 pZHZ10(只含单个目的基因)，则可能产生的酶切片段数为_(多选)。A.1B.2C.3D.
16、4(4)动物基因工程通常以受精卵作为受体细胞的根本原因是_。A.受精卵能使目的基因高效表达B.受精卵可发育成动物个体C.受精卵基因组更易接受 DNA 的插入D.受精卵尺寸较大，便于 DNA 导入操作解析(1)比较五种限制酶的识别位点和黏性末端，可以看出只有限制酶NgoM切割DNA分子后露出的黏性末端与目的基因两端的黏性末端相同，可以把基因插入质粒中。(2)将图中切开的质粒溶液与目的基因溶液混合，加入DNA连接酶连接后，有的质粒可能没有导入目的基因，这种普通质粒导入受体细胞后，由于XR、YR基因没有破坏，因此两种抗性都存，A正确；目的基因插入质粒后，由于YR基因被破坏，因此重组质粒导入受体细胞后
17、，只具有XR抗性，表现XR、YS ，B正确；若没有导入质粒，表现为XS、YS，D正确。(3)根据题意，XR内部含有限制酶Kas识别序列，YR内部含有限制酶Fse、Hpa、Nae、NgoM识别序列，五种酶的识别序列在整个质粒上均仅有一处，如果插入目的基因后，NgoM的识别序列有两处，根据题意，能够被NgoM识别的序列都能被Fse识别，因此若用 Kas和 Fse联合酶切重组质粒pZHZ10，最少可以切开一个位点，得到一种 DNA 片段，最多可以切开三个位点，得到三种 DNA 片段。(4)动物体细胞的全能性受到限制，不能表现出来，受精卵的全能性最高，因此转基因动物一般用受精卵作为受体细胞。答案(1)
18、NgoM(2)ABD(3)ABC (4)B种类限制酶DNA 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磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键与 DNA 分子相关的酶种类限制酶DNA 连接酶DNA 聚合酶解旋酶作用作用特点切割目的基因及载体，能专一性识别双链 DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上将 DNA 两条链之间的氢键打开作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA
19、分子形成新的DNA 分子形成单链DNA 分子(续表)考向 2 基因工程的原理及工具例 2(2013 年广东卷)地中海贫血症属于常染色体遗传病。一对夫妇生有一位重型地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白 链第 39 位氨基酸的编码序列发生了突变(CT) 。用PCR 扩增包含该位点的一段 DNA 片段 l，突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段 m 和 s；但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切，如下图 1。目前患儿母亲再次怀孕，并接受了产前基因诊断。家庭成员及胎儿的 PCR 扩增产物酶切电泳带型示意图见下图 2。(终止密码子为 UAA、UAG、UGA)图 1图 2(1)在获得单链
20、模板的方式上，PCR 扩增与体内 DNA 复制不同，前者通过_解开双链，后者通过_解开双链。(2)据图分析，胎儿的基因型是_(基因用 A、a 表示)。患儿患病可能的原因是_的原始生殖细胞通过_过程产生配子时，发生了基因突变；从基因表达水平分析，其患病是由于_。(3)研究者在另一种贫血症的一位患者链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸。如果_，但_，则为证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点提供了一个有力证据。解析(1)PCR 是体外扩增DNA 的方式，通过高温使双链解开；体内 DNA 的复制则是通过解旋酶使 DNA 双链解开。(2)由题意可知，重度地中海贫
21、血症是隐性遗传病，突变后的序列可以被剪切成 m 和 s 两个片段，而正常序列无法被剪切，因此母亲、父亲、患儿和胎儿的基因型分别为AA、Aa、aa 和Aa，母亲和父亲的基因型为AA 和Aa，生下患儿可能是因为其母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生配子时发生了基因突变。由图可知，其突变为由模板链的GTC 突变成ATC，mRNA上由 CAG 变成UAG，因此终止密码子提前出现，使翻译提前终止。(3)如果这种贫血可以遗传给后代，而又能证实不是重型地中海贫血，即链不能被限制酶切割，则为证明该突变位点就是这种贫血病的致病点提供了有力证据。答案(1)高温解旋酶(2)Aa 母亲减数分裂突变后终止密码子提前出现，
22、翻译提前终止而形成异常血红蛋白(3)该病可遗传给后代患者的链不能被限制性酶切割【考点练透】1.内皮素(ET)是一种含 21 个氨基酸的多肽，具有强烈的血管收缩和促进平滑肌细胞增殖等作用，其功能异常与高血压、糖尿病、癌症等有着密切联系。ET 主要通过与靶细胞膜上的ET 受体结合而发挥生物学效应。ETA 是 ET 的主要受体，科研人员试图通过构建表达载体，实现 ETA 基因在细胞中高效表达，为后期 ETA 的体外研究以及拮抗剂的筛选、活性评价等奠定基础。其过程如下图所示，图中 SNAP 基因是一种荧光蛋白基因，限制酶 Xho的识别序列为限制酶 Apa的识别序列为。请分析回答：(1)完成过程需要加入
23、缓冲液、原料、_和引物等，过程的最后阶段要将反应体系的温度升高到 95 ，其目的是_。(2)过程和中，限制酶 Xho切割 DNA，使_键断开，形成的黏性末端是_；用两种限制酶切割，获得不同的黏性末端，其主要目的是_。(3)构建的重组表达载体，目的基因上游的启动子的作用是_，除图示结构外，完整的基因表达载体还应具有_ 等结构( 至少写出两个结构)。(4)过程中，要用 CaCl2 预先处理大肠杆菌，使其成为处于容易吸收外界 DNA 的_的细胞。(5)利用 SNAP 基因与 ETA 基因结合构成融合基因，目的是_。答案：(1)逆转录酶(和 ATP)使 RNA 链和 DNA 链分开(2)磷酸二酯使目的
24、基因定向连接到载体上(3)RNA 聚合酶识别和结合的部位，驱动基因的转录 复制原点、终止子(4)感受态(5)检测 ET 基因能否表达及表达量考点二 基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取：(1)目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因(人类所需的)。(2)获取方法：说明：基因文库相当于某种生物的基因仓库，储备着大量该物种的基因。2.基因表达载体的构建重组质粒的构建。(1)构建步骤：(2)构建载体主要考虑的因素：具有选择性标记基因：如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。使用与获取目的基因相同的限制酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接。
25、3.将目的基因导入受体细胞的方法：种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞中染色体的DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定： 高考探究 考向 基因工程的基本操作程序典例(2015 年海南卷)在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原，进入高尔基体的
26、胰岛素原经酶乙切割去除中间片段 C 后，产生 A、B 两条肽链，再经酶丙作用生成由 51 个氨基酸残基组成的胰岛素。目前，利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题：(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是_，合成胰高血糖素的细胞是_。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的_序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体，再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成_的基因工程菌。(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从_中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。解析(1)
27、由题意可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B 细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B 细胞；合成胰高血糖素的细胞是胰岛A 细胞。(2)根据胰岛素原的氨基酸序列，可设计并合成编码胰岛素原的DNA 序列(即目的基因)；用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体，再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成人胰岛素原的基因工程菌。(3)根据题意，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。答案(1)胰岛 B 细胞胰岛 A 细胞胰岛素原(2)DNA(3)菌体基因工程操作过程
28、的四个注意点(1)限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同：获取一个目的基因需限制酶剪切2 次，共产生4 个黏性末端或平末端，切割质粒则只需限制酶剪切1 次，因为质粒是环状DNA 分子，而目的基因在 DNA 分子链上。(2)切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶：如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA 连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。(3)目的基因的插入点不是随意的：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。(4)基因工程操作过程中只有第三步没有碱基互补配对现象：第一步存在于用逆转录法等获得DNA 时，第二步存在于黏性末端连接时，
29、第四步存在于检测分子水平杂交。【考点练透】2.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列问题。(1)若限制酶的识别序列和切点是GATC，限制酶的识别序列和切点是GGATCC，那么在过程中，应用限制酶_切割质粒，用限制酶_切割抗虫基因。过程在_(填“体内”或“体外”)进行。(2)通过过程得到的大肠杆菌涂布在含有_的培养基上，若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入，该培养基从功能方面属于_培养基。(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是_。(4)过程所用技术称为_，从遗传学角度来看，根本原因是根细胞具有_。解析：(1)由图中目的基因片段两端的碱基序列可知，限制酶可
30、以切割目的基因两端，限制酶能切割右端，故用酶(和)切割可以获得目的基因，质粒上的两个酶切位点，分别在两个抗性基因上，用酶切割，两个抗性基因全被破坏，用酶切割保留一个四环素抗性基因。(2)根据重组质粒与普通质粒上抗性基因的种类可知，该选择培养基中应该添加四环素。(4)是将携带抗虫基因的根细胞培养成植株的过程，该过程为植物组织培养，细胞全能性是该技术的理论基础。答案：(1)(和)体外(2)四环素选择(3)大量复制目的基因(抗虫基因)(4)植物组织培养发育成完整个体的全部遗传物质表现方面具体内容植物基因工程提高农作物的抗逆能力；利用转基因改良农作物的品质；利用植物生产药物等动物基因工程提高动物生长速
31、度；用转基因动物生产药物(如乳腺生物反应器)；用转基因动物作器官移植的供体；用于改善畜产品的品质等基因工程药物控制药品合成的相应基因基因治疗体外基因治疗；体内基因治疗考点三 基因工程的应用、生物技术的安全性及蛋白质工程1.基因工程的应用：(1)基因工程的应用举例：(2)基因工程药物：来源：主要来自转基因的工程菌，也可来自各类生物反应器。成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。优点缺点解决粮食短缺问题；大大减少农药的使用量，减少环境污染；增加食物营养，提高附加值；增加食物种类，提升食物品质；提高生产效率，带动相关产业发展
32、可能出现新的过敏原或重组形成新病毒；可能产生抗除草剂的杂草；可能使疾病的传播跨越物种障碍；可能会损害生物多样性；可能会对人类生活环境造成二次污染2.生物技术的安全性和伦理问题：(1)转基因生物的优缺点：(2)试管婴儿与克隆人：试管婴儿和设计试管婴儿的比较：a.不同点：所用技术手段：设计试管婴儿，胚胎移植前需进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿不需进行遗传学诊断或基因诊断。图中是试管婴儿的培育过程，是设计试管婴儿的培育过程。应用：试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症等的治疗。项目治疗性克隆生殖性克隆区别目的治疗人类疾病用于生育，产生新个体水平细胞水平个体水平联系
33、都属无性繁殖；产生的新个体、新组织遗传信息相同b.相同点：都是体外受精，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。治疗性克隆和生殖性克隆的比较：(3)生物武器的特点及传播途径：特点：a.传染性强；b.污染面广，危害时间长；c.难以防治；d.具有一定的潜伏期；e.受自然条件影响大。传播途径：a.经食物和水传播；b.空气传播；c.接触传播；d.虫媒传播；e.病原体直接传播。3.蛋白质工程：(1)蛋白质工程的流程图：项目基因工程蛋白质工程操作环境(场所)生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切拼接导入表达确定蛋白质功能应有的高级结构应具备的折叠状态应
34、有氨基酸序列应有的碱基序列改造的蛋白质(2)基因工程和蛋白质工程的比较：项目基因工程蛋白质工程实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质(续表) 高考探究 考向 1 基因工程的应用例 1(2015 年山东枣庄一模)吉林大学奶牛繁育基地 2011年成功培育出一头携带转入赖氨酸基因的克隆奶牛(部分过程如下图所示)。这标志着世界克隆技术的又一次突破。请回答下列问题：(l)繁育转基因奶牛的过程中，所用到的生物技术有_(至少回答两项)。(2)a 过程中最核心的步骤是_，其中的目的
35、基因是_，目的基因导入受体细胞后是否转录，可采用的检测方法是_。(3)进行 b 过程前，需要将卵母细胞培养至_时期。d 过程需要将接受克隆胚胎的母牛进行_。(4)若从胚胎中获取一部分细胞进行培养，需要用_处理离体组织，制备细胞悬液.在培养过程中一般需要通入 CO2，其作用是_。解析(1)繁育转基因奶牛的过程中，所用到的生物技术有转基因技术、核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术。(2)基因工程的最核心的步骤是构建基因表达载体，据图可知：其中的目的基因是编码赖氨酸基因，目的基因导入受体细胞后是否转录，可采用的检测方法是分子杂交技术。(3)进行b 过程前，需要将卵母细胞培养至减数第二次分裂中期
36、，胚胎移植之前需要对受体进行同期发情处理。(4)若从胚胎中获取一部分细胞进行培养，需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理离体组织，制备细胞悬液。在培养过程中一般需要通入 CO2，其作用是维持培养液的 pH。答案(1)转基因技术、核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术(2)构建基因表达载体编码赖氨酸基因分子杂交技术(3)减数第二次分裂中期同期发情处理(4)胰蛋白酶或胶原蛋白酶维持培养液的 pH考向 2 生物技术的安全性和伦理问题例 2(2015 年江西南昌期末)生物技术就像一把双刃剑，它既可以造福人类，也可能在使用不当时给人类带来灾难。例如用克隆技术制造出克隆人，用转基因技术制造生物武器等。面对生物
37、技术可能产生的负面影响，公众不可避免地产生了疑虑。近年来，生物技术引发的社会争论涉及面越来越广。(1)目前我国是种植转基因作物较多的国家之一，关于转基因生物的安全性的争论也越来越多，转基因生物的安全性主要涉及_、_、_等方面。(2)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿技术”，二者在对人类作用上的区别是_，在技术手段上的区别是_。(3)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是_。(4)如何对流感病毒进行改造做生物武器？危害性与一般生物武器相比怎样？原因是什么？_。解析(1)转基因生物的安全性主要表现在食物安全、生物安全和环境安全等方面。(2)“试管婴儿”的主要目的是解决人类的某些不孕问
38、题，而“设计试管婴儿”则是用于治疗疾病等特殊目的。(3)有些人认为那些配型不合适的胚胎被丢弃或杀死及滥用设计试管婴儿技术如设计婴儿性别等引起性别比例失调，违反了伦理道德。(4)流感病毒基因可与生物毒素分子基因拼接，可用基因工程大批量生产，也可对流感病毒基因进行改造，制造新型危害性更强的生物病毒。答案(1)食物安全生物安全环境安全(2)前者主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病后者胚胎在移植前需进行遗传学诊断(3)破坏了人类正常的性别比例，违反了伦理道德(4)将流感病毒基因与生物毒素分子基因拼接或对流感病毒基因进行改造。利用基因重组技术获得的生物武器较
39、一般生物武器危害大，原因是人类从未接触过该致病微生物且无药可医考向 3 蛋白质工程例 3(2015 年新课标卷)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，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分
40、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，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析(1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P 基因序列为基础，获得 P1基因，可以对P 基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括 DNA 的复制、 DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸的序列，推测相应的核苷酸序列，并获取基
41、因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。答案(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA 、RNADNA、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的序列功能【考点练透】3.SRYPCR 是对移植前的人胚胎进行性别鉴定的技术。基本操作程序如下：(1)从被测胚胎的_中取出几个细胞。(2)以 Y 染色体上 SRY 基因(性别决定基因)的一段序列作引物，用被测胚胎 DNA 作模板进行 PCR 扩增。根据 SRY 基因序列设计的引物长度一般为 2024 个核苷酸，其不宜过短的原因主要是_。两种引物中 GC 的含量相差不宜过大，原因主要是_
42、。(3)最后可用放射性同位素标记的含有 SRY 基因的特异性DNA 序列作_，利用_技术检测扩增产物。如果某早期胚胎检测结果为阳性，则可判断该胚胎发育成的个体性别是_。若该技术岗位上的操作人员为男性，要求一定要戴好手套、口罩和工作帽等，主要原因是_。答案：(1)滋养层GC 的含量(2)防止引物随机结合(或引物的特异性差)差别过大，低温复性温度难以统一(3)探针DNA 分子杂交雄性男操作员的 SRY 基因可能污染样品4.生物技术的迅猛发展挑战了原有的社会伦理道德秩序，引起了激烈的争论。(1)支持者认为，克隆人是一项科学研究，应当有它内在的发展规律，允许有一定的发展。反对者则认为，克隆人冲击了现有
43、的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念，克隆人是在人为地制造_都不健全的人。(2)在针对克隆技术的争论中，我国政府态度明确，及时立法，规范了克隆技术的应用。我国明确禁止生殖性克隆人，一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、_任何生殖性克隆人的实验。(3)设计试管婴儿与试管婴儿在技术手段上的区别是_，前者的生殖方式上是_。答案：(1)心理上和社会地位上(2)不接受(3)多了胚胎移植前进行遗传诊断这一环节 有性生殖5.(2015 年福建福州模拟)干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在70 条件下保存半
44、年，给广大患者带来了福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一定符合_的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。(4)对天然蛋白质进行改造，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？_。原因是_。答案：(1)
45、预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成 改造(3)空间(或高级)(4)应从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造首先，任何一种天然蛋白质都是有基因编码的，改造了基因也就是改造了蛋白质，并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。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；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多1.质粒是基因工程中最常用的载体，质粒上有标记基因，如下图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也
46、不同。下图表示外源基因的插入位置(插入点有 a、b、c)。.(1)质粒的基本组成单位是_。(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的_步骤。.设计实验探究外源基因插入的位置。(3)步骤：将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。分组：将细菌平均分成两组并标号为 1、2。培养：将第 1 组细菌放入_中培养，将第 2 组细菌放入_中培养。观察并记录结果。(4)预测实验结果及结论：若 1 组、2 组均能正常生长，则外源基因插入点是_。若 1 组能正常生长，2 组不能生长，则外源基因插入点是_。若 1 组不能生长，2 组能正常生长，则外源基因插入点是_。解析：(1)质粒
47、是小型环状DNA 分子，其基本组成单位是脱氧核苷酸。(2)抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因都属于标记基因，其目的是便于目的基因的检测与鉴定。(3)分别将导入外源基因的细菌放在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基中进行培养，观察能否生长。(4)若目的基因插入 a 点，则受体细胞既具有抗四环素的能力，又具有抗氨苄青霉素的能力；若目的基因插入 b 点，则受体细胞只具有抗四环素的能力；若目的基因插入 c 点，则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的能力。以此可判断目的基因插入的位置。答案：(1)脱氧核苷酸(2)目的基因的检测与鉴定(3)含氨苄青霉素的培养基含四环素的培养基(4)a c b2.人类疾病的转基因动物
48、模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示。(1)图中的高血压相关基因作为_，质粒作为_，二者需用_切割后连接成重组载体。(2) 将该基因通过_ 法注入鼠的_细胞。(3) 子代大鼠如果检测出_ 和表现出_，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。解析：(1)图中的高血压相关基因是目的基因，质粒是该过程的运载体，二者必须用同一种限制酶进行切割才能露出相同的黏性末端，以便目的基因插入运载体。(2)把目的基因导入动物细胞时，所用方法是显微注射法，受体细胞是受精卵。(3)子代大鼠如果检测出
49、相应的与高血压相关的蛋白质，说明在分子水平上目的基因成功表达，如果表现出高血压症状，则说明在个体水平上目的基因成功表达。答案：(1)目的基因载体同一种限制酶(2)显微注射受精卵(3)与高血压有关的蛋白质高血压症状3.转基因草莓中有能表达乙肝病毒表面抗原的基因，由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗，其培育过程如下图所示(代表过程，AC 代表结构或细胞)：(1)在图中基因表达载体的构建过程中，为了使目的基因正常表达，目的基因的首端必须有_识别和结合的部位。若选择的限制酶切出的 DNA 片段是平末端，应选择_进行连接。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是_，之所以要把目的基因
50、插入 Ti 质粒的TDNA 中，这是利用 TDNA_的特点。(3)过程的具体操作是：先用_处理农杆菌，使其处于感受态；再将含乙肝病毒表面抗原基因的重组 Ti 质粒溶于缓冲液中与经处理的农杆菌混合，完成转化过程。(4)图中和过程分别叫做_，将叶盘培养成草莓幼苗所依据的原理是_。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是_，通常采用_的方法进行检测。解析：(1)基因表达载体由启动子、目的基因、终止子和标记基因等组成，其中启动子是RNA 聚合酶识别和结合位点；根据酶的来源不同，DNA 连接酶分为Ecoli DNA 连接酶和T4DNA连接酶，二者都能连接黏性末端，但 T4DNA
51、 连接酶还可以连接平末端。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，题中涉及的方法是农杆菌转化法。农杆菌中的Ti 质粒上的TDNA 可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA 上。(3)图中过程是将重组质粒导入农杆菌，由于受体细胞是细菌，常用Ca2处理使其处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态，称为感受态细胞，以完成转化过程。(4)图中过程是让叶盘细胞脱分化形成愈伤组织，进而再经再分化形成幼苗，此过程叫做植物组织培养，其依据的原理是植物细胞的全能性。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是目的基因是否插入了受体细胞的染色体 DNA 上，通常采用 DNA 分子杂交的方法进行检测。在分子水平上，还可采用抗原抗体杂交的方法来检测转基因草莓果实提取液中有无相应的抗原。答案：(1)RNA 聚合酶T4DNA 连接酶(2)农杆菌转化法可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体 DNA 上(3)Ca2(4)脱分化和再分化 植物细胞的全能性(5)目的基因是否插入了受体细胞的染色体 DNA 上 DNA分子杂交
