高考一轮复习人教版基因工程及生物技术的安全性和伦理问题教案

第6课基因工程及生物技术的安全性和伦理问题

=N核心概念«自查加夯实必备知识

【课标要求】

5.1基因工程是一种重组DNA技术

5.2蛋白质工程是基因工程的延伸

6.1转基因产品的安全性引发社会的广泛关注

6.2中国禁止生殖性克隆人

6.3世界范围内应全面禁止生物武器

【概念梳理】

一、重组DNA技术的基本工具

1.基因工程的概念：

⑴操作技术:转鲤等技术。

(2)操作结果:赋予生物新的遗圉地，创造出更符合人们需要的新的

生物类型和生物产品。

(3)操作水平:DNA分子水平。

2.基因工程的诞生与发展(选择对应的序号)：

A.基础理论①④⑧。

B.技术支持②③⑤⑥⑦。

①DNA是遗传物质的证明

②基因转移载体的发现

③工具酶的发现

@DNA双螺旋结构和中心法则的确立

⑤DNA体外重组的实现

⑥重组DNA表达实验的成功

⑦PCR技术的发明

⑧遗传密码的破译

3.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”：

⑴来源:主要来自醺生物。

(2)特点:具有专二g,表现在两个方面：

①识别——双链DNA分子的某种特定核苴酸序列。

②切割一特定核甘酸序列中的猿定位蛊。

(3)作用:断裂艇的两个核甘酸之间的磷酸二重键。

(4)结果:产生黏性末端或平末端。

连接酶——“分子缝合针”：

种类E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶

来源大肠杆菌T4噬菌体

缝合黏性末端和平末

特点缝合黏性末端

XLU

U而

缝合双链DNA片段，恢复两个核甘酸之间

作用

的磷酸二酯键

5.基因进入受体细胞的载体一“分子运输车”:

⑴种类：

①质粒:分子质量较小的、环状的、裸露的双链DNA分子，独立于原

核细胞的拟核或真核细胞细胞核之外。

②噬菌体和动植物病毒等。

(2)目的：

①将目的基因转运到宿主细胞中去。

②在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

⑶必备条件：

①在宿主细胞中保存下来并大量复制。

②有一个至多个限制酶切割位点。

③有一定的醺基因，便于筛选。

④对受体细胞无害。

的粗提取与鉴定：

⑴提取思路: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。

(2)提取原理：

①DNA的溶解性：

DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，利

用这一特点，选择适当的甄度就能使DNA充分溶解，而使杂质沉淀,

或者相反，以达到分离目的;DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些

蛋白质则可溶于其中。

②DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性：

a.对酶的耐受性:蚩自醯能水解蛋白质，但对DNA没有影响；

b.对高温的耐受性:大多数蛋白质不能忍受60~80℃的高温，易发生

变性，而DNA在80°。以上才会变性:

C.对洗涤剂的耐受性:洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。

⑶鉴定原理:DNA+二^胺四竺蓝色。

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:主要是指编码蚩直质的基因。

（2）获取方法:利用PCR技术扩增目的基因。

①含义: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半保留复制。

③条件:引物、DNA模板、T的酶、四种脱氧核甘酸。

④过程。

变性:目的基因DNA受热醯后解链为单链（90℃以上）。

I

复性:引物与单链相应互补序列结合（50℃左右）。

I

延伸:在DNA聚合酶作用下进行延伸（72℃左右）。

重复循环多次。

⑤结果:每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为

2〃）。

2.基因表达载体的构建一核心：

⑴基因表达载体的组成：

目的基因

I位置:基因的上游

启动子！功能:是理3谟±骏识别和结合的部位，

';驱动基因转录出运

»［位置:基因的下游

终止子

---------1功能:终止转录

标记基因:鉴别受体细胞中是否含有旦的基因

(2)基因表达载体的功能：

①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。

②使目的基因表达和发挥作用。

3.将目的基因导入受体细胞：

(1)转化的含义:目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维造稳

定和表达的过程。

(2)转化的方法：

①导入植物细胞:花粉管通道法和农枉蝇脸。

②导入动物细胞：

!常用方法:显赞注射技术。

〔常用受体细胞:受精细。

③导入微生物细胞:用工处理大肠杆菌，使细胞处于一种能吸收周

围环境中DNA分子的生理状态。

4.目的基因的检测与鉴定：

⑴分子水平检测：

方法内容

检测转基因生物DNA上是否插入

PCR技术了目的基因或检测目的基因是否转

mRNA

抗原-抗体

检测目的基因是否翻译成蛋白质

杂交技术

(2)个体水平鉴定：

通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗

虫特性以及抗性的程度。

片段的扩增及电泳鉴定

PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。

三、基因工程的应用

1.基因工程在农牧业方面的应用：

(1)转基因抗虫植物：

从某些生物中分离出具有抗里功能的基因，将它导入作物中培育出具

有抗虫性作物。

(2)转基因抗病植物：

科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗痼基因导入植物中，培育出蝮

鲤抗痼值物，如转基因抗病甜椒等。

⑶转基因抗除草剂植物：

将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗鲤剂的作

物品种，如抗除草剂玉米等。

⑷改良植物的品质:

我国科学家成功地将与植物花株代谢相关的基因导入矮牵牛，呈现

出自然界中没有的颜色变异，大大提高了观赏价值。

⑸提高动物的生长速率：

由于处艇长邀妻基因的表达可以使转基因动物生长得更快，科学家

将这类基因导入动物体内，以提高动物的生氐速度。

(6)改善畜产品的品质：

如科学家将肠乳踵醯基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的

乳汁中，乳箱的含量大大降低,其他成分不受影响。

2.基因工程在医药卫生领域的应用：

生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集

邈|邀因子等基因工程药物均已投放市场。

3.基因工程在食品工业方面的应用：

生产食品工业用酶、氨基酸和筵生素等。

四、基因工程的延伸——蛋白质工程

1.原理:由预期的蛋白质找到相对应的基因。

2.流程:预期蛋白质功能一设计预期的蛋白质结构-推测应有的氨基

酸序列一找到并改变相对应的脱氧核昔酸序列(基因)或合成新的基

因一获得所需要的蛋白质。

3.蛋白质工程的应用：

⑴研发速效胰岛素类似物。

(2)干扰素的改进。

⑶改进酶的性能。

五、生物技术的安全性和伦理问题

1.转基因成果：

(1)基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是

对微生物的基因改造。

(2)科学家将生长激素基因、促生长激素释放激素基因等转入动物体

内，培育了一批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜;转基因

植物方面,目前已经培育出了大批具有抗生、抗病、抗除草剂和耐储

藏等新性状的作物。

⑶种植转基因植物面积较大的国家有美国、坦酉、阿根廷、加拿大

等种植的转基因作物中大豆和玉米最多,其次是棉花和油菜。

2.转基因产品的安全性：

⑴转基因作为一项技术本身是史隹的，由这项技术研发出来的产品需

要经过一系列的安全性评价。

(2)理性看待转基因技术。

3.关注生殖性克隆人：

⑴生殖性克隆与治疗性克隆。

①生殖性克隆:通过克隆技术产生独立生存的新个体。

②治疗性克隆:用克隆技术产生授足醺胞、组织和器官，用它们来修

复或替代受损的细胞、组织和器官,从而达到治疗疾病的目的。

(2)我国禁止生殖性克隆人。

4.生物武器：

⑴种类致病菌、痼毒、生化毒剂以及经过基因型的致病菌等。

(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。

【概念辨析】

1.判断下列有关重组DNA技术的基本工具叙述的正误：

⑴基因工程的原理是基因重组，这种变异是定向的。(4)

(2)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。

(x)

提示:载体是DNA重组技术所需的工具，不是工具酶。

(3)DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。(x)

提示:DNA重组技术的工具有限制酶、DNA连接酶和载体，没有

DNA聚合酶。

(4)DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。(x)

提示:DNA连接酶不能连接平末端。

⑸载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等，其中动植物病毒必须

是DNA病毒。(力

2.判断下列有关基因工程的基本操作程序及应用叙述的正误：

⑴Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的

DNA连接酶。(x)

提示㈣酶是热稳定DNA聚合酶。

(2)从大肠杆菌细胞中获得人胰岛素基因的mRNA,说明目的基因完成

了表达。(x)

提示:获得人胰岛素基因的mRNA,只能说明目的基因完成了转录。

⑶将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。(力

(4)用PCR方法扩增目的基因时需要设计两种引物。(4)

分析:用PCR方法扩增目的基因时需要设计两种弓I物，分别和目的基

因两条单链的一端结合。

(5)检测目的基因是否成功表达可用抗原T亢体杂交技术。W)

分析:目的基因成功表达的含义一般是指合成了特定的蛋白质,可以用

特定的抗体进行抗原一抗体杂交，检测是否出现杂交带。

3.判断下列有关DNA粗提取与鉴定叙述的正误：

(1)提取DNA时，如果没有鸡血材料，可用猪血代替。(x)

提示:哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核。

(2)DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸储水。(力

分析:DNA在2mol/LNaCl溶液和蒸储水中,溶解度都较大，在0.14

mol/L的NaCl溶液中溶解度最小。

(3)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,NaCl溶液的浓度

越高,DNA的溶解度越高。(x)

提示NaCl溶液的浓度为0.14mol/L时DNA溶解度最小，当NaCl溶

液的浓度低于0.14mol/L时，随NaCl溶液浓度的升高,DNA的溶解度

降低。当NaCl溶液的浓度高于0.14mol/L时，随NaCl溶液浓度的升

高,DNA溶解度升高。

⑷提取洋葱的DNA时加入一定量的洗涤剂的目的是利于DNA的

溶解。(x)

提示:洗涤剂的作用是溶解细胞膜，利于DNA的释放。

(5)将丝状物溶解在2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝

色。(x)

分析:用二苯胺试剂鉴定DNA,需在沸水浴条件下进行。

4.判断下列有关基因工程应用叙述的正误：

(1)转基因抗虫植物一定能抗病。(x)

分析:植物病症由细菌、病毒等引起，抗虫植物不一定抗病。

(2)转基因抗病农作物不需要使用农药。(x)

分析:转基因抗病农作物只能抵抗某种病原体,可以减少农药的使用

量。

(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。(义)

提示:转基因植物是指细胞中被转入了外源基因的植物，并非出现新基

因。

(4)基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精

卵。(x)

提示:培育转基因动物时,所选用的受体细胞一般是受精卵;培育转基

因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。

(5)利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。(4)

N关键能力•进阶”提升核…

考点一重组DNA技术的基本工具

典例精研弓感p广

(2021.全国乙卷)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创

造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,

其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。

GAATTCCCCGGGCTGCAGGATATC

CTTAAGGGGCCCGACGTCCTATAG

tttt

限制酶：EcoRISmaIPstIEcoRV

回答下列问题：

(1)常用的DNA连接酶有DNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中

酶切割后的DNA片段可以用DNA连接酶连接。

上图中酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连

接酶连接。

(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键

是______

(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分

子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能；质

粒DNA分子上有_____________________________________________

便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗

性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是

(4)表达载体含有启动子，启动子是指_____________________o

【解析】本题主要考查基因工程的工具和操作程序。(DDNA连接

酶连接的是黏性末端,T4DNA连接酶连接的是黏性末端和平末

端，瓦oRI、PstI酶切割后的DNA片段是黏性末端,Sa机I、EcoR

V酶切割后的DNA片段是平末端，所以EcoRI、PstI可以用DNA

连接酶连接;aoRI、SamI、PstIxEcoRV酶切割后的DNA片段

可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质

粒载体片段之间形成的化学键是磷酸二酯键。⑶质粒上的复制原点,

可以使质粒在受体细胞中能够自我复制；质粒上有一至多个限制酶的

识别和切割位点，便于外源DNA的插入;含有某种抗生素抗性基因的

质粒载体的宿主细胞，在含有该种抗生素的培养基上培养能存活，起到

筛选的作用。⑷启动子是位于基因首端的一段特殊DNA序列，是

RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程。

答案:(l)E"coRI、PstIEcoRI、SamI、PstI、EcoRV

(2)磷酸二酯键

⑶自我复制一至多个限制酶切割位点用含有该抗生素的培养基

培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞

(4)位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合

的部位，能驱动基因转录出mRNA

知能素养提出b

连接酶和限制酶的关系(科学思维:比较、归纳):

—

GAATTC限制酶"GIIIII

CAATTC

TTAA+G

fTT0个FDNA连接酶—

Illi___L

（D限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二噩键。

（2）DNA连接酶起作用时,不需要模板。

2.与DNA有关的4种酶比较（科学思维:比较、归纳）：

DNADNA

比较项目限制酶解旋酶

连接酶聚合酶

脱氧

作用底物DNA分子DNA片段DNA分子

核甘酸

磷酸磷酸磷酸碱基对间

作用部位

二酯键二酯键二酯键的氢键

黏性末端形成重组新的形成单链

形成产物

或平末端DNA分子DNA分子DNA

教师.

专用

（2021.海口模拟）科学家以质粒为载体，将金属硫蛋白基因导入烟

草细胞中,培育出了汞吸收能力极强的转基因烟草。下列叙述正确的

是（）

A.质粒作为载体必须具备的条件之一是具有标记基因

B.构建基因表达载体时需要限制酶和DNA聚合酶参与

C.金属硫蛋白基因插入启动子和终止子之间以便大量复制

D.培育转基因烟草时选用的受体细胞一定是受精卵

【解析】选A。质粒作为载体必须具备的条件之一是具有标记基因,

便于筛选含有目的基因的受体细胞,A正确;构建基因表达载体时需要

限制酶和DNA连接酶的参与,B错误;金属硫蛋白基因插入启动子和

终止子之间以便正常表达,C错误;培育转基因烟草时选用的受体细胞

可以是受精卵，也可以是体细胞，但以体细胞作为受体细胞时,还需要

采用植物组织培养技术,D错误。

热点考向演点上厂

考向一围绕基因工程及工具酶，考查生命观念的结构与功能观

1.（2021.天津和平区模拟）下列关于DNA重组技术基本工具的叙述，

正确的是（）

连接酶可催化脱氧核甘酸链间形成氢键

B微生物中的限制性内切核酸酶对自身DNA无损害作用

C.限制酶切割DNA后一定能产生黏性末端

D.质粒是基因工程中唯一的载体

【解析】选B。DNA连接酶可催化形成磷酸二酯键,A错误濯攵生物

中的限制性内切核酸酶对自身DNA无损害作用,B正确;限制酶切割

DNA后能产生黏性末端或平末端,C错误;质粒是基因工程中常用的

载体,但不是唯一的载体,D错误。

2.（2021•天津一中模拟）为了提高大豆对磷元素的吸收能力，研究人员

利用农杆菌转化法将水稻的耐低磷基因OsPTF转移到大豆植株中，如

图为重组Ti质粒上T-DNA的序列结构示意图。下列相关叙述不正

确的是（）

BamW.IEcoRI

启动子1OsPTT基因终止子启动子2抗除草剂基因

A.以水稻RNA为模板通过逆转录及PCR扩增可获得大量OsPTF基

因

聚合酶与启动子1识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录

C.可通过含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织

D.用EcoRI、BamHI双酶切重组Ti质粒后，经电泳分离至少得到两

条带

【解析】选及以水稻RNA为模板通过逆转录可以合成cDNA,然后

再以cDNA为模板利用PCR扩增可获得大量OsPTF基因,A项正

确。识图分析可知，抗除草剂基因位于启动子2的后面，因此RNA聚

合酶与启动子2识别并结合后，启动抗除草剂基因的转录,B项错误。

由于图中T-DNA的序列中含有目的基因和抗除草剂基因，可通过含

除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织,C项正确。

用EcoRI、BamHI双酶切重组Ti质粒后，会得到三种片段:含有耐

低磷基因OsPTF的片段、含有除草剂基因的片段和只含启动子1的

片段，因此经电泳分离至少得到两条带，即含耐低磷基因OsPTF的片

段和含有除草剂基因的片段,D项正确。

教师专用心

⑴限制酶:能够识别双链DNA分子的某种特定核甘酸序列，并且使每

一条链中特定部位的两个核甘酸之间的磷酸二酯键断裂。限制酶是

一类酶而不是一种酶。

（2）DNA连接酶:连接的是两个核甘酸之间的磷酸二酯键。

⑶载体:常用的载体有质粒、噬菌体、动植物病毒。

考向二围绕载体的应用，考查科学思维与科学探究能力

3.（2021.沈阳模拟）在基因表达载体的构建中，下列叙述正确的是

（）

①一个表达载体的组成，包括目的基因、起始密码子、终止密码子、

标记基因

②起始密码子能驱动基因转录出mRNA,终止密码子使转录在所需要

的地方停止

③基因表达载体构建过程中需要用到限制性内切核酸酶和DNA连

接酶

④目的基因导入的受体细胞不同，在基因表达载体的构建上就会有差

别

A.①②B.③④C.①④D.②③

【解析】选及①表达载体组成至少包括目的基因、标记基因、启

动子、终止子，还有复制原点等，①错误;②启动子能驱动基因转录出

mRNA,终止子使转录在所需要的地方停止，②错误;③基因表达载体

构建过程中需要用到限制性内切核酸酶和DNA连接酶，③正确;④目

的基因导入的受体细胞不同，在基因表达载体的构建上就会有差别，④

正确。

4.（2021.南京模拟）若要利用某目的基因（见图甲）和质粒载体（见图乙）

构建重组DNA（见图丙），限制性内切核酸酶的酶切位点分别是BglU

（A】GATCT）、EcoRIGAATTC）和Sau3AI《GATC）。下列叙述正

确的是（）

BglIISau3AI

|目的基因|

EcoRIEcoR1

—表示RNA聚合酶

的移动方向

甲

A.用EcoRI切割目的基因和质粒载体

B.用建/II和EcoRI切割目的基因和质粒载体

C.用5g/II和Sau3AI切割目的基因和质粒载体

D.用EcoRI和Sau3AI切割目的基因和质粒载体

【解析】选D。用EcoRI切割目的基因和质粒载体,产生相同的黏

性末端，用DNA连接酶连接时可能会发生反向连接,A错误;用Bglll

和EcoRI切割目的基因会产生两种DNA片段，一种含有目的基因,一

种不含目的基因，且有目的基因的片段与载体结合时容易发生反向连

接,B错误;用5g/II和Sau3AI切割目的基因和载体，分别产生不同的

黏性末端和平末端，但目的基因插入载体后,RNA聚合酶的移动方向

与图丙实线方向相反,C错误;用EcoRI和Sa"3AI切割目的基因和

载体,分别产生不同的黏性末端和平末端，防止发生反向连接，且目的

基因插入载体后,RNA聚合酶的移动方向与图丙实线方向相同,D正

确。

考向三围绕DNA的粗提取与鉴定，考查科学探究能力

5.如图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中几个重要操作的示意图，下列

叙述正确的是（）

A.通过①操作使NaCl溶液浓度降至0.014mol/L,析出DNA

B.经①②操作,DNA留在滤液中;经③②操作，则DNA留在纱布上

C.图④是用预冷的体积分数为95%的酒精来进一步纯化粗提取的

DNA

D.图①③④都需要玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌，以防止破坏DNA

【解析】选C。DNA的粗提取实验原理是0.14mol/LNaCl溶液中

DNA溶解度最低，用蒸储水将2mol/LNaCl溶液浓度调制0.14

mol/L,析出的是DNA,丢弃的是滤液，故通过①操作使NaCl溶液浓度

降至0.14mol/L析出DNA,A错误;经①操作DNA已经析出,再经过

②操作后,DNA留在纱布上;经③操作，细胞会破碎，细胞中DNA会释

放到滤液中，再经过②操作过滤，将杂质过滤掉,DNA留在滤液中,B错

误;图④是用预冷的体积分数为95%的酒精来进一步纯化粗提取的

DNA,C正确;图①③④都需要玻璃棒沿一个方向搅拌，以防止破坏

DNA,但③要求快速搅拌，以使红细胞破裂,D错误。

教师专用通

⑴提取DNA不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，因为哺乳动

物成熟的红细胞无细胞核才是取不到DNA0

（2）进行DNA粗提取与鉴定实验时，为了防止DNA分子断裂,应该加

入洗涤剂和食盐后进行轻缓、充分的搅拌和研磨。

教师

专用【加固训练•拔高】

1.（2021•北京模拟）在基因工程操作中，科研人员利用识别两种不

同序列的限制酶（Ri和R”处理基因载体，进行聚丙烯酰胺凝胶电泳检

测，结果如图所示。以下相关叙述中，错误的是（）

A.该载体最可能为环形DNA分子

B.两种限制酶在载体上各有一个酶切位点

C.限制酶Ri与R2的切点最短相距约200bp

D.限制酶作用位点会导致氢键和肽键断裂

【解析】选D。由题可知，当仅用一种限制酶切割载体时，仅产生一种

长度的DNA片段,因此该载体最有可能为环状DNA分子,A正确;由

题可知，当仅用一种限制酶切割载体时，两种限制酶切割产生的DNA

片段等长，而两种限制酶同时切割时则产生两种长度的DNA片段，所

以两种限制酶在载体上各有一个酶切位点,B正确;由题知，两种限制

酶同时切割时产生600bp和200bp两种长度的DNA片段，所以两种

限制酶的酶切位点至少相距200bp,C正确;限制酶切割DNA分子，破

坏的是作用位点上两脱氧核糖核甘酸之间的磷酸二酯键,D错误。

2.(2021.青岛模拟)质粒P含有氨茉青霉素抗性基因(4在,)和四环素抗

性基因(7"),外源DNA的插入会导致插入部位基因的失活。重组人

干扰素a-lb是我国第一个国内批准生产的基因工程药物。如图所示

为利用质粒P和人干扰素基因构建基因表达载体Pi的示意图。回答

下列问题：

限制酶EcoRV3AI13amHI

GATC

识别序列CATATGGGATCC

CTAG

及切割位点GTATAGCCTAGG

A

⑴据图分析，为便于过程①所获得的目的基因片段能够顺利与质粒P

连接，需要在目的基因片段加上_______序列。成功导入Pi的受体菌

落具有的抗药性特点为___________O

(2)过程③用到的酶为。为了保证目的基因能够正常表达，在

构建Pi时需要将目的基因插入之间。

(3)科学家最早就是利用基因工程方法在大肠杆菌和酵母菌细胞内获

得了干扰素,利用大肠杆菌作为受体菌的优点是

【解析】(1)根据表中三种限制酶的识别序列和切割位点(EcoRV酶

切形成的是平末端,Sa"3AI和氏如HI酶切形成的末端都是黏性

末端，且碱基序列均为GATC)可知，还需在引物的一端加上GATC序

列,以便于Pi的构建和筛选。若用Sa"3AI切割会同时破坏氨茉青

霉素抗性基因和四环素抗性基因，若用限制酶EcoRV切割，产生的是

平末端，且会破坏复制原点，因此不能用EcoRV和Sau3AI切割，应

该用BamHI切割，其会破坏氨莘青霉素抗性基因，不会破坏四环素

抗性基因,因此成功导入P的受体菌落具有四环素抗药性，没有氨莘

青霉素抗药性。

(2)过程③表示构建基因表达载体的过程，需要用到限制酶和DNA连

接酶，其中限制酶为氏加H10为了保证目的基因能够正常表达，在

构建Pi时需要将目的基因插入启动子和终止子之间。

(3)大肠杆菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等特点,常利用

大肠杆菌作为受体菌。

答案：(1)GATC具有四环素抗药性，没有氨茉青霉素抗药性

(2)BamHI和DNA连接酶启动子和终止子

(3)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少

考点二基因工程的基本操作程序

典例精研弓感RF

(2021•青岛模拟)某实验小组利用如图所示质粒和目的基因来构建基

因表达载体，将目的基因导入大肠杆菌细胞并表达。下列叙述正确的

是()

氨卞青霉素抗性基因

、酶B

pBR322酶酶

酶AAC

•酶C

启动子四环素

抗性基因酶B

A.图中的质粒用酶A切割后，会产生8个游离的磷酸基团

B.在构建重组质粒时，可用酶A和酶C切割质粒和目的基因

C.成功导入目的基因的大肠杆菌可在含四环素的培养基中生长

D.若用酶B和酶C切割，可以避免质粒的自身环化

教师专用©【名师授法解题】抓题眼练思维

关键能力理解能力、解决问题的能力

题眼1:构建基因表达载体

题眼信息

题眼2:氨莘青霉素抗性基因和四环素抗性基因

⑴重组质粒要保留抗性基因；

解题思维

(2)目的基因两侧要有酶切位点

【解析】选D。限制酶每一次切割后会得到两个单核甘酸链的黏性

末端，会有2个游离的磷酸基团，而图中的质粒含有2个酶A切割的

切割位点，则会产生4个游离的磷酸基团,A错误;在构建重组质粒时，

可用酶B和酶C切割质粒和目的基因，假如用酶A切割质粒会破坏

两个标记基因,B错误;用酶B和酶C切割质粒时四环素的抗性基因

被破坏，成功导入目的基因的大肠杆菌可在含氨莘青霉素的培养基中

生长,C错误;用两种限制酶切割可以避免质粒自身环化、反向连接等

问题,D正确。

教师专用心【母题变式延伸】核心素养新命题

⑴如何根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类?（科学思

维:分析与综合）

提示:①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，不能选择切点位于目

的基因内部的限制酶;②为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连

接,也可选择使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。

⑵如何根据质粒的特点确定限制酶的种类?（科学思维:分析与综合）

提示:①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保有相同的

黏性末端;②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选的限制酶不

要破坏标记基因。

教师

专用

（2021.赣榆区模拟）研究表明，将豌豆早枯病毒（PEBV）的复制酶C端编

码序列转入烟草后，转基因烟草会对PEBV表现出抗性。下列叙述正

确的是（）

A.该过程需要用到限制酶和DNA聚合酶来构建基因表达载体

B.将豌豆早枯病毒（PEBV）的复制酶C端编码序列导入烟草细胞最常

用的方法是农杆菌转化法

C.只要在转基因烟草细胞内检测出豌豆早枯病毒（PEBV）的复制酶C

端编码序列就代表成功了

D.检测转基因生物DNA上是否插入了目的基因，可以用分子杂交法

【解析】选B。该过程需要用到限制酶和DNA连接酶来构建基因表

达载体,A错误;将豌豆早枯病毒(PEBV)的复制酶C端编码序列导入

烟草细胞最常用的方法是农杆菌转化法,B正确;只要在转基因烟草细

胞内检测出豌豆早枯病毒(PEBV)的复制酶C端编码序列就代表目的

基因已经成功导入受体细胞，但这并不意味着目的基因能成功表达，因

此还需要检测和鉴定,C错误检测转基因生物DNA上是否插入了目

的基因，可以用PCR等技术检测,D错误。

知能素养提出b

技术(科学思维:归纳)：

⑴原理:DNA复制。

(2)前提:已知目的基因的一段核甘酸序列，以便根据这一序列合成引

物。

⑶条件:DNA模板、引物、热稳定DNA聚合酶和4种脱氧核昔酸。

(4)过程:如图所示

A.目的基因

11111111、.

cDNA文库

□11IIII

90cC以上：变性，使DNA片段双链解开

II11IIII

1111口11

501t11左右：复性*使解链的DNA两条单链

分别与相应的引物结合

营e囚9引物)

72七左右逃便，忌?酶催化从引物起始合成子链

11111111~11II111“I

F771111111111111111

①从图中可以看出利用设计的特异性引物对cDNA文库进行PCR扩

增才是取出了相应的目的基因，而不是对cDNA文库进行简单、全面地

复制。

②由于DNA聚合酶不能从头合成DNA,只能从3,端延伸DNA链，故

目的基因的扩增需要引物。引物是一小段单链DNA或RNA。加入

引物后,DNA聚合酶能从引物的3,端开始延伸DNA链。

技术扩增目的基因与DNA复制的比较（科学思维:比较、归纳）：

PCR技术DNA复制

原理碱基互补配对

相同

原料四种脱氧核昔酸

点

条件模板、ATP、酶

解旋DNA在局温下变性

解旋酶催化

方式解旋

场所体外复制主要在细胞核内

不向

热稳定的DNA聚合细胞内含有的DNA

点酉每

酶（7的酶）聚合酶、解旋酶

在短时间内形成大量

结果形成整个DNA分子

的DNA片段

3.基因表达载体的构建基因工程的核心（科学思维:模型构建）：

⑴目的:使目的基因在迪B胞史稳定存在，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。

⑵基因表达载体的组成及作用：

目的基因：能够控制特定性状

启动子：RNA聚合酶识别和结合位点

表达载体

终止子:转录的终点，在转录过程中起

复制原点调控作用

标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因

⑶构建过程:

质粒DNA分子

\_________________/

［同一种限制一切割

，----------A-----------、

一个切口两个黏性末端两个切口获得目的基因

、_-_-_-_-_-_-_-_-_z_-_-_-_-_-_-_-_-_-/

重组质粒（重组DNA分子）

热点考向演与J

考向一结合基因工程中目的基因获取，考查科学思维能力

1.（2021.潍坊模拟）用XhoI和SalI两种限制性内切核酸酶分别处理

同一DNA片段，酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述错误

的是（）

XhoTSailSal\SalIXho\

甲酶切位点图

①②

乙甩泳结果示意图

A.图中两种酶识别的核甘酸序列不同

B.图中酶切产物可用于构建重组DNA

C.泳道①中是用SalI处理得到的酶切产物

D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA

【解析】选D。不同的限制酶识别并切割的核甘酸序列不同,因此图

甲中两种酶识别的核甘酸序列不同,A正确;图乙中酶切产物可用于构

建重组DNA,B正确;限制酶SalI有三处切割位点，切割后产生4个

DNA片段,泳道①中是用SalI处理得到的酶切产物,C正确;图中被酶

切的DNA片段是双链DNA,D错误。

2.（2021.宁德模拟）图（a）依次为EcoRI、BamHI和Sau3AI三种限

制酶识别序列与切割位点图（b）为某种表达载体示意图，下列有关叙

述正确的是（）

——GAATTC——一GGATCC——lGATC一

——CTTAAG————CCTAGjG————CTAGf——

图（a）

启动子EcoRi

S。"3Al

复制原点终止子

抗生素抗性基因

O图（b）

片段被BamHI、Sau3AI酶切后可形成不同的黏性末端

B.不能使用限制酶EcoRI、BamHI获取目的基因

C.抗生素抗性基因可用于鉴别目的基因是否表达

D.使用限制酶EcoRI、Sa"3AI切割质粒可防止自身环化

【解析】选D。DNA片段被HwzHI、Sau3AI酶切后可形成相

同的黏性末端-GATC-,A错误;由于不清楚目的基因的结构，所以不确

定获得目的基因需要的限制酶,B错误;抗生素抗性基因不能鉴别目的

基因是否表达，可以供重组DNA的鉴定和选择,C错误;使用不同的限

制酶切割质粒可防止自身环化,D正确。

教师专用4【知识总结】将同一种限制酶切割获得的目的基因和质粒

混合后加DNA连接酶会出现的连接方式有:

目的基因自连

⑴自连

质粒自连

I目的基因与质粒连接

(2)片段间的连接目的基因与目的基因连接

1质粒与质粒连接

其中片段间的连接又有两个片段间、三个片段间、多个片段间等。

考向二结合基因工程中载体构建，考查科学思维能力

3.(2021•天津南开中学模拟)利用基因工程技术生产竣酸酯酶(CarE)制

剂，用于降解某种农药的残留，基本流程如图。下列叙述正确的是

A.过程①的反应体系中需要加入逆转录酶和核糖核甘酸

B.过程②需使用限制酶和DNA聚合酶，是基因工程的核心步骤

C.过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞

D.过程④可利用DNA分子杂交技术鉴定CarE基因是否成功导入受

体细胞

【解析】选D。过程①表示通过逆转录法合成目的基因，该过程需要

逆转录酶和脱氧核精核甘酸,A项错误;过程②需使用限制酶和DNA

连接酶构建基因表达载体，是基因工程的核心步骤,B项错误;过程③

常用Ca2+处理大肠杆菌使其成为易于吸收DNA的感受态细胞,C项

错误;过程④可利用DNA分子杂交技术鉴定CarE基因是否成功导入

受体细胞,D项正确。

考向三结合PCR技术，考查科学思维能力

4.(2021.北京模拟)如图是快速RT-PCR过程示意图，①和②为逆转录

酶催化的逆转录过程，③是PCR过程。据图分析下列叙述错误的是

()

3'--------------------------5'靶RNA

:-3,cDNA

3'5'RNA

_②U

_3'cDNA

U引物b

③……

3'、:,cDNA

A.逆转录酶具有DNA聚合酶能力

B.③PCR过程只需要引物b

可检测基因表达水平

可检测新冠病毒等RNA病毒

【解析】选B。逆转录酶催化合成DNA,所以具有DNA聚合酶的能

力,A正确;③PCR过程需要弓|物a、b,因为后续的模板链序列既有与

靶RNA一致的，也有与cDNA一致的,B错误;RT-PCR可检测基因的

转录情况从而微口基因的表达水平,C正确;通过设计RNA的特异性

引物进行RT-PCR检测新冠病毒等RNA病毒,D正确。

5.（2021.天津模拟）PCR技术是体外酶促合成特异DNA片段的一种方

法,使目的DNA得以迅速扩增。其简要过程如图所示。下列关于

PCR技术叙述错误的是（）

微量DNA样品

（DNA互补链分离开为单链卜~

循环重复

〔以单链为模板合成子代DNA

反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板

技术制备大量DNA时引物要被不断消耗

的合成方向总是从子链的3,端向5,端延伸

D.应用PCR技术与探针杂交技术可以检测特定的基因

【解析】选C。PCR反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应

的模板,A正确;PCR技术制备大量DNA时弓I物要被不断消耗,B正

确;DNA的合成方向总是从子链的5,端向3,端延伸,C错误;应用PCR

技术与探针杂交技术可以检测特定的基因,D正确。

教师

专用

1.（2021•北京模拟）矮牵牛花瓣紫色的深浅由花青素的含量高低

决定,花青素由查耳酮合酶（CHS）催化合成。为获得紫色更深的矮牵

牛，科研人员将CHS基因导入野生型紫花矮牵牛叶肉细胞中彳导到的

转基因植株花色反而出现了浅紫色。检测CHS基因的转录水平，得

到如图所示电泳图谱（2道和3道分别表示野生型和转基因植株）。下

列叙述正确的是（）

160A二.<外源

——<内源

90►W

123

A.用不同的限制酶处理含CHS基因的DNA和运载体

B.转基因植株中内源CHS基因的转录水平明显低于野生型

C.转基因植株内外源CHS基因的转录均被抑制

D.没有获得紫色更深的植株是因为CHS基因没有成功转入

【解析】选Bo用相同的限制酶处理含CHS基因的DNA和运载体,

使其含有相同的黏性末端，以便两者构建重组分子,A错误;从图中可

以看出,2道中外源的条带处为0,内源的条带较粗，说明没有外源基因

的表达，而3道中外源的条带较粗，内源的条带较细，说明内源CHS基

因的转录水平明显低于野生型,B正确;转基因植株内源CHS基因的

转录被抑制，外源CHS基因的转录正常,C错误;从图中看到，外源基因

转入成功,没有获得紫色更深的植株可能是因为内源CHS基因表达

被抑制，外源CHS基因和内源CHS基因的综合表达量没有野生型的

内源CHS基因表达量局j,D错误。

2.(2021.北京模拟)将某病毒的外壳蛋白(L1)基因与绿色荧光蛋白

(GFP)基因连接，构建L1-GFP融合基因,再将融合基因与质粒连接构

建如图所示表达载体。图中限制酶El~E4处理产生的黏性末端均

不相同。下列叙述错误的是()

启动子L1基因GFP基因终止子

I

ElE2E3E4

A.构建L1-GFP融合基因需要用到El、E2、E4三种酶

、E4双酶切确保L1-GFP融合基因与载体的正确连接

可用于检测受体细胞中目的基因是否表达

D.将表达载体转入乳腺细胞培育乳汁中含L1蛋白的转基因羊

【解析】选D。由图示可知构建L1-GFP融合基因时,使用了三种限

制酶,分别是El、E2、E4,A正确;由题意:El、E4双酶切避免了出现

自身环化问题，从而确保L1-GFP融合基因与载体的正确连接,B正

确;GFP基因可以认为是标记基因，表达出的荧光蛋白(GFP)在紫外光

或蓝光激发下会发出绿色荧光，利用这一特性可用于检测细胞中目的

基因是否表达,C正确;不能将对动物有害的病毒的外壳蛋白(L1)基因

导入羊的乳腺细胞,D错误。

考点三基因工程的应用

典例精研弓感RF

据图分析抗虫棉的培育过程

⑴该基因工程中的目的基因和载体分别是什

么?O

(2)一般情况下,为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体?_。

(3)该实例中，采用何种方法导入目的基因?o

目的基因怎样整合到染色体的DNA

上？O

⑷该实例中检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两

种？O

教师专用©【名师授法解题】抓题眼练思维

关键能力理解能力、解决问题的能力

题眼1:通过苏五金芽泡杆菌获得目的基因

题眼信息题眼2:Ti质粒为载体

题眼3:通过农杆菌感染

⑴结合抗虫棉培育的流程图，找出目的基因和载

体。

解题思维

⑵根据同种限制酶能切出相同的黏性末端便于

构建载体和联系Ti质粒的特点回答(2)、(3)小题

【解析】⑴从题图中可以看出:目的基因是Bt毒蛋白基因,载体是Ti

质粒。

⑵用同一种限制酶处理目的基因和载体,可以获得相同的黏性末端,

便于构建基因表达载体。

(3)采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的T-DNA可转移到受

体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因插入T-

DNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA±0

⑷检测目的基因是否成功表达既可以从分子水平上，利用抗原T亢体

杂交法检测目的基因是否翻译成蛋白质，也可以从个体水平上,通过用

棉叶饲喂棉铃虫,检测植物是否有抗虫特性。

答案:(l)Bt毒蛋白基因、Ti质粒

(2)获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体

⑶农杆菌转化法目的基因插入Ti质粒上的T-DNA上，随T-DNA

转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上

(4)抗原一抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫

教师专用通

⑴转基因抗虫棉抗虫的原理是什么?(生命观念:结构与功能观)

提示:Bt毒蛋白基因是从苏云金芽泡杆菌中分离出来的抗虫基因。

当害虫食用含有转基因的植物时,Bt毒蛋白基因编码的蛋白质会进入

害虫的肠道，在消化酶的作用下，蛋白质能够降解成相对分子质量比较

小的、有毒的多肽。多肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上,会导致

细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解,最后造成害虫死亡。

⑵为什么Bt毒蛋白基因能够在棉花细胞内稳定保存并成功表达?（科

学思维:抽象与概括）

提示:将Bt毒蛋白基因插入Ti质粒的T-DNA上，通过农杆菌的转化

作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入植物细胞染色体的

DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

教师

专用

如图是某转基因抗虫棉培育流程图，下列有关分析错误的是

（）

B璧鲁白［①含有小毒分含重组质自含有Bt毒公

?蛋白基因的空粒的土壤乂蛋白基因的”抗虫

」重组质粒农杆菌棉花体细胞棉

毒蛋白基因的获取需要限制酶

B.①过程所依据的理论基础之一是DNA分子结构的相似性

毒蛋白基因与农杆菌Ti质粒重组需用DNA聚合酶

D.④过程依据的原理是植物细胞的全能性

【解析】选C。目的基因（Bt毒蛋白基因）的获取需要限制酶,A正

确;DNA分子结构都是相似的，所以目的基因才能与Ti质粒（DNA）重

组,B正确;目的基因与载体重组需要用到DNA连接酶,C错误;④过程

需采用植物组织培养技术,依据的原理是植物细胞的全能性,D正确。

知能素养提乏Lb

1.基因工程在农牧业方面的应用（科学思维:比较、归纳）：

外源基因类型及举例成果举例

抗虫基因:Bt毒蛋白基因、

转基因抗虫植蛋白酶抑制剂基因、淀粉抗虫水稻、抗虫

物酶抑制剂基因、植物凝集棉、抗虫玉米

素基因等

(D抗病毒基因:病毒外壳蛋

白基因、病毒的复制酶基抗病电烟早、抗病

转基因抗病植

因；电小麦、抗病毋番

物

(2)抗真图基因:儿」质酶基茄、抗病毒甜椒

因、抗毒素合成基因

抗盐碱和抗干旱的

抗逆基因:调节细胞渗透压

转基因抗除草烟草、抗寒番加、

的基因、抗冻蛋白基因、

齐I」植物抗除草剂的大豆和

抗除草剂基因

玉米

优良性状基因提高必需氨

基酸含量的蛋白质编码基高赖氨酸玉米、耐

改良植物的品

因、控制番茄成熟的基储存番茄、新花色

质

因、与植物花青素代谢有矮牵牛

关的基因

提高动物生长

生长激素基因转基因鲤鱼

速度

改吉畜产品的

肠乳糖酶基因转基因牛

品质

2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别（科学思维:比较、归纳）:

比较内容乳腺生物反应器工程菌

指让外源基因在哺乳动

指用基因工程的方法，使外

物的乳腺中特异表达，利

含义源基因得到高效表达的菌

用动物的乳腺组织生产

类细胞株系

药物蛋白

受体基因结

动物基因结构与人类的细菌和酵母菌的基因结构

构与人类基

基因结构基本相同与人类有较大差异

因结构差异

合成的药物蛋白与天然细菌告成的药物蛋白pj能

基因表达

蛋白质相同没有活性

受体细胞动物受精卵微生物细胞

目的基因

显微注射法感受态细胞法

导入方法

需严格灭菌,严格控制工程