高三生物一轮复习课件37基因工程

第37讲基因工程及生物技术的安全性与伦理问题[课标要求]1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。3.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。4.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。5.举例说出日常生活中的转基因产品及影响；中国禁止生殖性克隆人；举例说明生物武器对人类的威胁与伤害。6.活动：DNA的粗提取与鉴定。7.活动：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。8.活动：搜集文献资料，就“转基因食品是否安全”展开辩论。9.活动：搜集“转基因食品是否安全”及关于设计试管婴儿的资料。构思维导图基因工程的基本操作程序DNA片段的扩增与电泳鉴定考点一重组DNA技术的基本工具目录CONTENTS考点二考点三重温高考真题演练考点四

生物技术的安全性与伦理问题考点五基因工程的应用按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。操作对象及环境操作水平操作原理结果生物体外基因DNA分子水平按照人类的需要定向改造生物的遗传特性基因重组（不同物种间）优点：能克服远缘杂交不亲和的障碍；定向改造生物的遗传特性。基因工程的概念基因工程得以实现的理论基础是？拓展基因工程的理论基础1限制酶原核生物数千特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端考点一、重组DNA技术的基本工具平末端:限制酶在识别序列的中心轴线处切开时形成的。黏性末端:限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的。中轴线中轴线EcoRⅠ限制酶SmaⅠ限制酶识别序列为GAATTC,切割位点在A和G之间。识别序列为CCCGGG,切割位点在C和G之间。【重点难点·透析】限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：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)确保目的基因和载体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切割质粒，如图中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，如图也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。

一个基因从DNA分子上切下来，需要切

处，产生

个黏性末端，断

个磷酸二酯键，需要

个水。24442DNA连接酶磷酸二酯键大肠杆菌黏性末端黏性末端分子缝合针与DNA有关的几种酶的比较[归纳拓展]酶种类作用底物作用部位作用结果限制酶DNA分子将DNA切成两个或多个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键以DNA单链为模板，将单个脱氧核苷酸依次连接到另一条短的单链末端解旋酶DNA分子将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链DNA水解酶DNA分子将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸磷酸二酯键DNA分子片段脱氧核苷酸碱基对中的氢键磷酸二酯键质粒(常用）、噬菌体、动植物病毒⑵种类：思考题：若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用

作为载体，其原因是

。噬菌体噬菌体的宿主细胞是细菌，而不是家蚕⑴作用：①携带外源DNA片段进入受体细胞②在受体细胞内对目的基因进行大量复制3基因进入受体细胞的载体环状双链DNA分子⑶载体需具备的条件——供外源DNA片段（目的基因）插入其中✭真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。①有一个至多个限制酶切割位点③具有标记基因④对受体细胞无害——便于重组DNA分子的筛选3基因进入受体细胞的载体(1)源于选择性必修3P71“旁栏思考”：①原核生物中存在限制酶的意义是什么？提示原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。②限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？提示限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(1)质粒与拟核中的DNA有哪些相同点：（至少写出两点）

①

。

②

。

③

。(2)质粒

（是/不是）一种细胞器。(3)细胞膜上的载体蛋白与基因工程中的载体的区别①化学本质不同：细胞膜上的载体：

。基因工程中的载体可能是物质，如

；也可是生物，如

；也可是λ噬菌体的衍生物。②功能不同：细胞膜上的载体功能

;基因工程中的载体是一种“分子运输车”,把

。化学本质和结构相同能够自我复制具有遗传效应或都能够指导蛋白质的合成等不是蛋白质质粒动植物病毒协助细胞膜控制物质进出细胞目的基因导入受体细胞【总结】易错点拨苏云金杆菌与载体拼接普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞抗虫棉提取表达Bt基因导入Bt基因重组DNA分子基因工程的实现需要解决哪些问题？1.目的基因的筛选与获取2.基因表达载体的构建3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的

检测与鉴定如何筛选和获取？为何要拼接？如何拼接？需要什么工具？将目的基因导入不同生物细胞的方法重组DNA分子需具备哪些条件？目的基因一定能进入受体细胞吗？进入后一定能表达吗？考点二、基因工程的基本操作程序①逆转录法：②化学合成法：1目的基因的筛选与获取(1)筛选合适的目的基因①目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变_____________或获得_____________等的基因。主要是指___________的基因。②筛选目的基因的方法：从相关的__________和____________的基因中进行筛选。______________和序列比对工具的应用。受体细胞性状预期表达产物编码蛋白质人工合成目的基因通过构建基因文库来获取目的基因利用PCR获取和扩增目的基因已知结构功能清晰序列数据库耐高温的DNA聚合酶（Taq酶）DNA模板引物（2种）稳定的缓冲溶液（一般添加Mg2+）四种脱氧核苷酸dNTP(dATP、dTTP、dCTP、dGTP)激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶变性

复性

延伸

条件引物的作用：94℃左右55℃左右72℃左右使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸(2)利用PCR获取和扩增目的基因①原理：

。②扩增过程DNA复制③过程

目的基因DNA________后_______，____与单链相应________结合；然后以_______为模板在________作用下进行_____，即将4种_________加到__________，如此___________。受热变性解为单链引物延伸互补序列单链DNADNA聚合酶引物的3’端脱氧核苷酸重复循环多次（1）变性①温度：_____________②具体变化：________________上升到90℃以上双链DNA解旋为单链（2）复性①温度：_____________②具体变化:__________________________________________________下降到50℃左右

两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合（3）延伸①温度：_____________②具体变化：_________________________________________上升到72℃左右4种脱氧核苷酸在耐高温DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链①n代后，DNA分子有_____个②n代后，DNA链有_____条③第____代出现完整的目的基因④n代后，含引物的DNA分子有_____个⑤n代后，共消耗_____个引物⑥第n代复制，消耗了______个引物⑦n代后，完整的目的基因有_____个2n2n+132n2n+1-22n2n-2n第一代第二代第三代第四代第五代易错提醒(1)在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成

的原料，又可为DNA的合成提供

。(2)引物既可以是DNA单链，也可以为

。细胞内的DNA进行复制时，也需要

，一般为RNA片段。(3)真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要

激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加

。DNA子链能量RNA单链引物Mg2＋Mg2＋PCR技术和DNA复制的比较如何对PCR产物进行检测鉴定？琼脂糖凝胶电泳易错提醒(4)PCR扩增过程中的循环图示与规律PCR技术和DNA复制的比较需要引物的原因？DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从引物的3′端开始延伸DNA链。①1个模板DNA分子经过n轮PCR，可以扩增出

个DNA片段，共需要引物数量为

。②1个模板DNA分子经过

轮PCR，可以扩增出仅含引物之间的片段。2n2n＋1－23(1)PCR原理：利用了_____________原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。PCR仪实质上就是一台能够_______________的仪器。DNA的热变性1实验基础DNA片段的扩增及电泳鉴定①DNA分子具有_____________，在一定的___下，这些基团可以带上正电荷或负电荷，在_____的作用下，这些________会向着__________________的电极移动，这个过程就是_____；可解离的基团pH电场带电分子电泳与它所带电荷相反②PCR的产物一般通过_______________来鉴定；③在凝胶中DNA分子的迁移速率与___________、________________和_____等有关④凝胶中的DNA分子通过_____，可以在波长为________的______下被检测出来。琼脂糖凝胶电泳凝胶的浓度染色300nm紫外灯DNA分子的大小构象(2)DNA片段电泳鉴定的原理：自动调控温度2PCR实验操作步骤

凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为_________的__________下被检测出来。3DNA的测定：300

nm紫外灯PCR技术和DNA复制的比较思考：通过PCR技术扩增目的基因，与体内DNA复制相比，主要优点是什么？不需解旋酶、可在短时间内大量扩增目的基因（高效快速）、易于操作DNA双链复制HindⅢ酶和BamHⅠ酶DNA连接酶(2)GFP基因在重组质粒中的作用是________________________________________________________________________________________________________________。用之前相同的限制酶对GFP­VNN1重组质粒切割后，进行电泳鉴定时得到如图1所示的部分条带，结果表明________________________________________________________________________________________________________________________。

鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含目的基因的细胞筛选出来VNN1基因已经插入到含GFP基因的载体中(3)IL­6为体内重要的炎症因子，能与相应的受体结合，激活炎症反应。图2为GFP­VNN1重组质粒对细胞分泌IL­6的影响，由此说明____________________________________________________________________________________________；同时发现与正常组比较，空质粒转染组IL­6的表达有轻微升高，造成这种现象的可能原因是________________________________________________________。VNN1基因表达产物能促进细胞分泌炎症因子IL­6操作过程中对细胞的损伤(或用到化学试剂对细胞具有一定的毒性作用)，可以激活相应细胞分泌炎症因子IL­6①

;②

。启动子：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录。终止子：终止转录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使目的基因能够表达和发挥作用⑵组成标记基因：目的基因：复制原点：鉴别或筛选含有重组DNA分子的受体细胞目的基因必须插入到

与

之间。终止子DNA复制的起始位点。启动子2基因表达载体的构建---基因工程的核心(3)基因表达载体的构建过程载体（质粒）DNA分子（含目的基因）限制酶处理带有黏性末端或平末端的切口带有相同黏性末端或平末端的目的基因片段DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）同一种问题：该过程需要用到基因工程哪些工具？载体与基因表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。基因表达载体在载体基础上增加了启动子、目的基因、终止子。

载体自身环化片段间的连接目的基因自身环化质粒自身环化目的基因与质粒连接目的基因与目的基因连接质粒与质粒连接正向连接

目的基因11’22’122’1’2’1’21如何解决这一问题？单酶切缺点：

思考：如果用同一种限制酶分别切割目的基因和质粒，再用DNA连接酶处理后会出现几种产物？(只考虑两两结合)①质粒、目的基因自身环化；②质粒与目的基因反向连接双酶切！反向连接问题探讨：选择两种不同的限制酶同时对目的基因和质粒切割如何筛选出插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落？在含有氨苄青霉素的培养基上进行培养，产生一些菌落，然后将这些菌落按照原来的位置转移到含有四环素的培养基上进行培养，一段时间后，某些菌落将会出现停止增殖的现象，这些菌落的位置在含氨苄青霉素的培养基中对应的位置的菌落即为插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落。知识拓展标记基因的作用注：AmpR：氨苄青霉素抗性基因，TetR：四环素抗性基因易错提醒项目启动子终止子起始密码子终止密码子本质_________________________位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端功能____________________________________________________________________________________________________________________________________DNADNAmRNAmRNARNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA使转录在所需要的地方停下来翻译的起始信号(编码氨基酸)翻译的结束信号(不编码氨基酸)启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比3将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法、______________显微注射法

处理法受体细胞_______________________原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体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→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入花粉受精卵Ca2＋管通道法体细胞或受精卵农杆菌转化法示意图Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状导入农杆菌第一次拼接第二次拼接第一次导入第二次导入T—DNA(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持__________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

。(2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入稳定和表达基因重组T－DNA染色体DNA农杆菌受体细胞第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的

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

上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入

，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入

。(3)农杆菌特点①能在自然条件下侵染

和

，而对大多数___________没有侵染能力。②农杆菌细胞内含有

，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。双子叶植物裸子植物单子叶植物Ti质粒①常用法:

.②常用菌：

。③微生物作为受体细胞的原因是

。④过程：Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNACa2+处理法(感受态细胞法)大肠杆菌繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少⑤受体细胞用Ca2+处理的目的是

。⑥用Ca2+处理受体细胞是通过改变

的通透性来完成使其变为感受态细胞，容易吸收周围环境中的DNA分子细胞壁注意：原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。将目的基因导入微生物细胞4目的基因的检测与鉴定类型步骤检测内容方法分子检测第一步第二步第三步个体水平鉴定转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因目的基因是否转录出mRNA目的基因是否翻译形成蛋白质PCR等技术PCR等技术抗原-抗体杂交技术抗虫或抗病的接种实验抗性以及抗性程度

抗性检测；基因工程产品与天然产品的功能活性比较

功能活性。目的:检查目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性①制作出与目的基因序列相同的有同位素标记的DNA片段，并用PCR扩增（基因探针）②提取受体细胞全部DNA或mRNA，与基因探针置于同一培养液。③高温变性处理，使之全部变为单链，观察是否出现杂交DNA片段。核酸分子杂交技术转基因生物的DNA探针15N变性15N杂交DNA分子（可检测）变性若出现杂交带，则目的基因成功翻译出蛋白质。苏云金芽孢杆菌提取Bt毒蛋白注射小鼠体内抗体标记抗体提取蛋白电泳分离抗原抗体杂交脱分化抗原-抗体杂交技术(1)CRISPR复合体中的sgRNA的主要功能是_________________________________________________________________________________________________________，Cas9蛋白催化断裂的化学键位于______________之间。若采用基因工程的方法获得Cas9蛋白，构建重组质粒需要的酶是__________________________。(2)一般来说，在使用CRISPR/Cas9基因编辑系统对不同基因进行编辑时，应使用Cas9和________(填“相同”或“不同”)的sgRNA进行基因的相关编辑。(3)若将CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物，与传统的基因工程相比，其明显优点是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)通过上述介绍，你认为CRISPR/Cas9基因编辑技术在_________________________________________________________________(写出2点)等方面有广阔的应用前景。

与靶向基因(目的基因)上特定碱基序列互补，从而定向引导Cas9蛋白与靶向基因结合，并在特定位点切割DNA磷酸和脱氧核糖限制酶和DNA连接酶不同避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能A．第一阶段过程中的产物是依赖引物1、引物2和引物3、引物4扩增的结果B．引物2和引物3上均含有与模板链不能互补的碱基C．PCR过程中需要先加热至90℃以上后再冷却至72℃左右D．第三阶段需要利用引物1和引物4获得目的基因C3．(2022·浙江卷改编)截至2022年10月，我国在抗击新冠疫情方面取得了显著的成效，但全球疫情形势仍然非常严峻，尤其是病毒出现了新变异株——德尔塔、奥密克戎，更是威胁着全人类的生命健康。(1)新冠病毒核酸定性检测原理是：以新冠病毒的单链RNA为模板，利用________酶合成DNA，经PCR扩增，然后在扩增产物中加入特异的________，如果检测到特异的杂交分子则核酸检测为阳性。(2)接种疫苗是遏制新冠疫情蔓延的重要手段。腺病毒疫苗的制备技术要点是：将腺病毒的复制基因敲除；以新冠病毒的________基因为模板合成的DNA插入腺病毒基因组，构建重组腺病毒。重组腺病毒在人体细胞内表达产生新冠病毒抗原，从而引发特异性免疫反应。在此过程中，腺病毒的作用是作为基因工程中目的基因的____________。将腺病毒复制基因敲除的目的是________________________________________________________________________________________________。逆转录核酸探针抗原载体使腺病毒失去复制能力(3)单克隆抗体有望用于治疗新冠肺炎。单克隆抗体的制备原理是：取免疫阳性小鼠的________细胞与骨髓瘤细胞混合培养，使其融合，最后筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。与植物组织培养相比，杂交瘤细胞扩大培养需要特殊的成分，如胰岛素和____________________。脾动物血清考向3结合基因工程的操作程序及其应用，考查科学探究4．(2022·浙江温州)土壤农杆菌介导转基因植物的培育过程中，为了便于受体细胞的筛选，常将土壤农杆菌中的Ti质粒进行改造，并加入卡那霉素抗性基因(KanR)和β­半乳糖苷酶基因(lacZ′)，如图所示。β­半乳糖苷酶能催化特殊物质X­gal发生显色反应而使固体培养基上含该基因的菌落呈蓝色，否则呈白色。回答下列问题：(1)用BseYⅠ切割质粒和含有目的基因的DNA，在DNA连接酶的作用下__________(填“能”或“否”)形成重组质粒，理由是_______________________________________________________________________________________________。(2)为便于筛选，需将农杆菌接种在含______________、X­gal的LB培养基，以去除未转化的细胞，再选择______色菌落，即为所需菌落。这一过程中，切割含目的基因的DNA片段，应选择限制性内切核酸酶________，用于导入重组质粒的农杆菌本身________(填“含”或“不含”)lacZ′基因。(3)为提高重组质粒导入农杆菌的效率，除考虑导入方法、筛选条件、防止污染外，还需考虑的主要因素有___________________________________________________________________________________________________________(答出2点即可)。能具有互补的黏性末端卡那霉素白色BglⅡ不含

农杆菌的感受态、数量(密度)；质粒的大小、质量、浓度、纯度；无机盐浓度2.实验原理：（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/LNaCl溶液。（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。00.14NaCI浓度（mol/L）DNA溶解度1.实验设计思路：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法去除其他成分，对DNA进行提取。考点三、DNA的粗提取与鉴定

DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等。

不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。3.选材：注意：4.试剂：①研磨液②体积分数为95%的酒精③2mol/L的NaCl溶液④二苯胺试剂⑤蒸馏水——含有NaCl、EDTA、SDS、Tris和HCl——析出DNA——溶解DNA——鉴定DNA，要现配现用家用洗洁精含有SDS；洗衣粉含有蛋白酶和表面活性剂，可裂解细胞膜、使蛋白质变性。冷酒精析出DNADNA的鉴定（沸水浴、二苯胺）研磨称取约30g洋葱切碎，放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。纱布过滤取上清液在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2～3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；取两支试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。5.实验步骤：DNA的鉴定1号试管2号试管加入2mol/LNaCl溶液5mL5mL丝状物(DNA)不加加入用玻璃棒搅拌无丝状物溶解加入二苯胺试剂4mL4mL沸水浴5min5min观察现象不变蓝变蓝鉴定结果①以血液为实验材料时，每100mL血液中需要加入3g柠檬酸钠，防止血液凝固。②利用动物细胞提取DNA破碎细胞的方法：动物细胞无细胞壁，可直接吸水涨破。③加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，释放出的DNA量就会减少。④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。⑤预冷的酒精具有以下优点：a.可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；b.抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出；c.低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂。注意事项(1)指纹图谱就是把“核心序列”串联起来作为探针，与不同个体的DNA进行__________________就会出现各自特有DNA指纹图谱。应用DNA指纹技术，首先需要用____________将待测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开。(2)提取动物细胞的DNA时需先破碎细胞，常用的方法是________________。为了纯化提取的DNA，可利用DNA在____________中溶解度的不同来去除杂质。在沸水浴的条件下，DNA遇____________会变成蓝色。(3)一滴血、精液或是一根头发中的DNA虽然含量很少，但仍可以进行DNA指纹鉴定，因为在鉴定之前可通过______________获得大量的相同DNA。从上图可以判断出怀疑对象中____________最可能是罪犯。DNA分子杂交限制酶吸水涨破法NaC1溶液二苯胺PCR技术1考点四

基因工程的应用1.基因工程在农牧业方面的应用抗虫功能的基因抗病基因降解或抵抗1.基因工程在农牧业方面的应用蛋白质编码基因花青素代谢相关的基因外源生长激素基因乳糖酶基因乳汁2.基因工程在医药卫生领域的应用基因改造显微注射抗原决定基因克隆免疫排斥目的基因（药用蛋白基因）的筛选与获取乳腺蛋白基因的启动子等调控组件基因表达载体显微注射法受精卵早期胚胎培养早期胚胎胚胎移植母体动物转基因动物，通过分泌乳汁获得所需要的药物构建发育实例1.乳房（乳腺）生物反应器：2.基因工程在医药卫生领域的应用胚胎移植前，应取样滋养层，做DNA分析，鉴定性别，保留雌性思考题：1.为什么要将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达2.目的基因可在乳腺细胞中表达，其他组织细胞中含有该目的基因吗？

。理由是：

。含有因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的目的基因（药用蛋白基因）的筛选与获取乳腺蛋白基因的启动子等调控组件基因表达载体显微注射法受精卵早期胚胎培养早期胚胎胚胎移植母体动物转基因动物，通过分泌乳汁获得所需要的药物构建发育实例1.乳房（乳腺）生物反应器：2.基因工程在医药卫生领域的应用思考题：3.利用乳腺生物反应器生产蛋白质，有什么局限性？受性别和发育时期的限制4.如何改进？将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，制备膀胱生物反应器，从尿液中提取。不受性别和发育时期的限制目的基因（药用蛋白基因）的筛选与获取乳腺蛋白基因的启动子等调控组件基因表达载体显微注射法受精卵早期胚胎培养早期胚胎胚胎移植母体动物转基因动物，通过分泌乳汁获得所需要的药物构建发育实例1.乳房（乳腺）生物反应器：2.基因工程在医药卫生领域的应用思考题：5.乳腺生物反应器的含义是什么？乳腺生物反应器指整个转基因动物，而不是转基因动物的乳腺6.乳腺生物反应器经有性生殖产生的后代一定可以产生目标蛋白吗？？不一定；①目的基因在受体细胞中不是成对存在的，相当于杂合子，配子中可能不含该基因，则有性生殖产生的后代中可能不含目的基因②有性生殖产生的后代可能为雄性，不能分泌乳汁2.基因工程在医药卫生领域的应用实例2.用基因工程菌生产药物：（如细胞因子、抗体、疫苗、激素等）⑵.用大肠杆菌生产人胰岛素的流程：⑴.工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类称为基因工程菌①人胰岛素基因的筛选和获取：用RT-PCR（逆转录PCR）获取人胰岛素基因（cDNA）②人胰岛素基因表达载体的建构：用限制酶和DNA连接酶将人胰岛素基因（要添加启动子、终止子）与质粒拼接，构建基因表达载体；③将人胰岛素基因导入大肠杆菌细胞：用Ca+处理大肠杆菌，将重组质粒导入大肠杆菌；④人胰岛素基因的检测与鉴定：检测筛选出成功转化的大肠杆菌⑤进行发酵培养（菌种扩大培养、配置培养基、灭菌、接种、发酵、产物的分离和提纯）思考：目前除了可以利用大肠杆菌生产人胰岛素，还可以用酵母菌来生产人胰岛素，请从细胞的结构与功能相适应的角度考虑，二者生产的人胰岛素有何不同？大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，无法对合成的胰岛素肽链进行加工，没有生物活性;酵母菌是真核生物，有内质网和高尔基体，可以对合成的胰岛素肽链进行一定的加工和修饰，有生物活性。乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别比较内容乳腺生物反应器工程菌含义指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物受精卵微生物细胞目的基因导入方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞或其培养液中提取(3)用转基因动物做器官移植的供体①供体动物：

。②存在难题：存在

反应。③解决办法：将供体基因组导入某种基因调节因子，以抑制

的表达，或设法除去

，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。

猪免疫排斥2.基因工程在医药卫生领域的应用抗原决定基因抗原决定基因①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多思考题：为什么可以用猪的器官解决人类器官移植的来源问题？工程菌牛凝乳酶的基因基因工程菌3.基因工程在食品工业方面的应用(1)新冠病毒是一种RNA病毒，通过其表面的S蛋白与宿主细胞膜表面ACE2受体结合而完成感染。研制疫苗时，通过RT­PCR(逆转录—聚合酶链式反应)获取S蛋白基因所需要的酶是______________________________________。据图1分析，应选择的引物是________，其作用是在酶的催化下能从引物的________端开始连接脱氧核苷酸。(2)PCR的产物一般通过________________来鉴定，结果如图2所示。1号泳道为标准(Marker)，2号泳道为阳性对照(提纯的S蛋白基因片段)，3号泳道为实验组。标准(Marker)的实质为不同__________的DNA片段混合物，3号泳道若有杂带出现原因一般可能是___________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答出2点)。逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶Ⅱ、Ⅲ3′琼脂糖凝胶电泳已知长度模板受到污染；引物的特异性不强；退火温度偏低(3)腺病毒是一种DNA病毒，该病毒基因组中表达出的E1区蛋白与腺病毒的复制有关而且对宿主细胞的毒性很强。为了提高疫苗的________，避免人体因重组腺病毒增殖而感染，科研中将____________构建的复制缺陷型腺病毒作为运载S蛋白基因的载体制备新冠疫苗。安全性去除E1基因蛋白质工程蛋白质工程是指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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。①基础：___________________________________②操作：___________________________________③操作对象：_______________________________④目的：___________________________________⑤地位：___________________________________⑥理论和技术：_____________________________⑦人类蛋白质组计划蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系改造或合成基因改造现有或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程基因分子生物学、晶体学和计算机技术蛋白质（三维结构）预期功能生物功能翻译折叠行使转录设计推测改造或合成mRNA目的基因2.基本思路预期的蛋白质功能→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苷酸序列（基因）通过

或

，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。基因修饰基因合成3.

手段项目蛋白质工程基因工程操作对象操作起点操作水平操作流程结果实质联系基因基因DNA分子水平DNA分子水平预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。预期蛋白质功能目的基因蛋白质工程与基因工程的比较归纳总结4.蛋白质工程的应用（1）研发速效胰岛素类似物天然蛋白质易形成二聚体或六聚体预期结构改造B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因转录mRNA折叠预期功能行使功能降低胰岛素的聚合作用设计结构改变B链第20-29位氨基酸组成推测序列翻译多肽链有效抑制胰岛素的聚合（2）延长干扰素体外保存时间天然干扰素不易保存预期结构改造一个半胱氨酸变成丝氨酸新干扰素基因转录mRNA折叠预期功能行使功能延长保存时间设计结构氨基酸替换推测序列翻译多肽链在-70℃下可以保存半年（3）降低人对小鼠单抗了抗体的免疫反应

通过_______，将小鼠抗体上______的区域（即

）“嫁接”到_______（即

）上，经过这样改造的抗体_____________________________；改造基因结合抗原可变区人的抗体恒定区诱发免疫反应的强度就会降低很多（4）其他①改进酶的性能或开发新的工业用酶；②改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量；③改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强；考向2结合蛋白质工程，考查科学思维2．(2022·湖南卷)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________________________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是________________________________________________________。氨基酸序列多肽链mRNA密码子的简并性（2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有________________________________、_______________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是____________。从基因文库中获取目的基因通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成DNA双链复制(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的________(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是________________________________________________________________________________。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。种类

提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计3支试管中血液凝固时间1.转基因成果项目成果转基因微生物方面①减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周期;②构建高产、优质的基因工程菌来生产________、药物转基因动物方面①将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体内,培育了一批__________、营养品质优良的转基因家禽、家畜;②将某些抗病毒的基因导入动物体内,培育了抵抗相应病毒的动物新品种;③建立某些人类疾病的转基因动物模型转基因植物方面培育出了大批具有______、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物氨基酸生长迅速抗虫考点五生物技术的安全性与伦理问题一

转基因产品的安全性2.理性看待转基因技术（1）理性看待转基因技术①清晰地了解转基因技术的________________。原理和操作规程②看到人们的观点受到许多复杂的__________________等因素的影响。政治、经济和文化③靠确凿的______和严谨的逻辑进行思考和辩论。证据（2）我国对转基因技术的方针是一贯的、明确的，就是研究上要大胆，坚持_________；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。自主创新对转基因产品安全性的争论1.关注生殖性克隆人（1）生殖性克隆和治疗性克隆的概念①生殖性克隆是指通过克隆技术产生__________的新个体。独立生存②治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官,用它们来____________受损的细胞、组织和器官,从而达到治疗疾病的目的。修复或替代二

关注生殖性克隆人和禁止生物武器（2）关于生殖性克隆人的争论赞同理由：①科学研究有自己内在的发展规律，社会应该允许科学家研究；②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是__________是可以改变的。反对理由：①生殖性克隆人“有违人类尊严”；②生殖性克隆人是在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了______________，是克隆技术的滥用；③克隆技术还不成熟，面临着流产、死胎和畸形儿等问题。人的观念人类伦理道德（3）我国禁止生殖性克隆人我国政府一再重申四不原则:________、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。我国政府主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。不赞成2.禁止生物武器（1）生物武器种类及特点①生物武器包括__________、病毒类和生化毒剂类等。致病菌类②特点:____________、攻击范围广。致病能力强（2）禁止生物武器:在任何情况下________、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。不发展1.生殖性克隆和治疗性克隆的比较类型生殖性克隆治疗性克隆目的产生独立生存的新个体治疗疾病水平个体水平细胞水平联系都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同2.试管婴儿和设计试管婴儿的比较类型试管婴儿设计试管婴儿技术手段不需进行遗传诊断胚胎移植前需进行遗传诊断实践应用解决不孕不育问题用于白血病、贫血病等疾病的治疗联系二者都是体外受精，经体外早期胚胎发育，再进行胚胎移植，在生殖方式上都为有性生殖考向结合生物技术的安全性和伦理问题，考查社会责任1．(2022·山东济南期末改编)20世纪70年代以后，一大批生物技术成果问世，对人类的生产和生活，特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用，科学家甚至利用分子遗传学等知识和技术把改造生命的幻想变成现实。但生物技术的发展在造福人类的同时也可能带来潜在的危害。下列有关生物技术的安全性与伦理问题描述正确的是(

)A．将目的基因导入叶绿体基因组可以有效地防止基因污染B．经济、文化和伦理道德观念的不同不会影响人们对转基因技术的看法C．生殖性克隆和治疗性克隆的结果本质是相同的，都会面临伦理问题D．人体不会对转基因技术制造的具有超强的传染性和致病性的新型病原体产生免疫反应A2．(2022·广东连州)下列关于转基因生物与安全性的叙述，正确的是(

)A．转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中B．转基因技术与植物体细胞杂交技术均可打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育出杂种新物种C．种植转基因抗虫棉时，常间行种植普通棉花以供害虫取食，其主要目的是保护物种多样性D．转基因花粉中若有毒蛋白或过敏蛋白，则它有通过食物链传递而引发人类食品安全问题的可能D高考真题体验1.(2022·山东卷)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是(

)A．过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质B2．(2022·全国乙卷)新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题。(1)新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT­PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA，这一过程需要的酶是____________________，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的__________________来进行。PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是________。(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体)，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明_________________(答出1种情况即可)；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明__________________。逆转录酶(反转录酶)特异性核苷酸序列退火(复性)曾感染新冠病毒，已康复已感染新冠病毒，是患者(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。获取S蛋白基因→构建S蛋白基因与运载体的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定(检测受体能否产生S蛋白)3．(2022·山东卷)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAGP和FLAGP△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG