資源簡介

【備考2024】一輪新人教版生物學學案
第十單元　生物技術與工程
第4講　基因工程及生物技術的安全性與倫理問題
考點1　重組DNA技術的基本工具
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。從技術操作層面看，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。
二、基本工具
1．限制性內切核酸酶(限制酶)——“分子手術刀”
(1)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。
(2)作用特點：具有專一性，表現在兩個方面
①識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。
②使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。
(3)作用結果：產生黏性末端或平末端。
①
②
2．DNA連接酶——“分子縫合針”
(1)作用：將限制酶切割下來的DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。
(2)類型
常用類型 E．coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶
來源 大腸桿菌 T4噬菌體
特點 只縫合黏性末端 縫合黏性末端和平末端
3．基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”
(1)作用：將外源基因送入受體細胞。
(2)常用載體：質粒、噬菌體、動植物病毒。
(3)最常用載體：質粒。
①本質：裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。
②特點
1．用兩種不同的限制酶切割目的基因的優點是什么？(選擇性必修3　P71“文字信息”)
提示：防止質粒和目的基因的自我環化及質粒和目的基因的反向連接。
2．DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？試簡要說明。(選擇性必修3　P72“旁欄思考”)
提示：不相同。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段，而DNA聚合酶連接的是單個的脫氧核苷酸。
3．限制酶不切割細菌本身的DNA分子，其原因是什么？(選擇性必修3　P74“拓展應用”)
提示：含有某種限制酶的細菌的DNA分子不具備這種限制酶的識別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到了限制酶所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌含有某種限制酶，它本身的DNA也不會被切斷，并且可以防止外源DNA入侵。
1．基因工程的原理是基因重組，此種變異是定向的。 (√)
2．重組DNA技術的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體。 (×)
提示：重組DNA技術的基本工具有限制酶、DNA連接酶和載體。
3．DNA連接酶“縫合”目的基因與載體之間的氫鍵。 (×)
提示：DNA連接酶將兩個DNA片段連接形成磷酸二酯鍵。
4．大多數限制酶的識別序列由6個核苷酸組成。 (√)
5．做載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。 (√)
6．DNA粗提取時，洋蔥研磨液經紗布過濾后，應放在－4 ℃冰箱中放置幾分鐘。 (×)
提示：DNA粗提取時，洋蔥研磨液經紗布過濾后，應放在4 ℃冰箱中放置幾分鐘。
1．實踐中常用某些病毒載體作為基因工程工具，除具備普通“質粒載體”的條件外，還應具有的條件是_____________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出兩點即可)。
提示：對靶細胞具有較高的轉化效率；不能增殖，對細胞無害
2．用T4 DNA連接酶構建基因表達載體時，研究人員常選用能產生黏性末端的限制酶，理由是_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：T4 DNA連接酶連接黏性末端的效率高于連接平末端的效率
1．與DNA有關的酶的比較
名稱 作用部位 作用底物 作用結果
限制酶 磷酸二酯鍵 DNA 將DNA切成兩個片段
DNA連接酶 磷酸二酯鍵 DNA片段 將兩個DNA片段連接為一個DNA分子
DNA聚合酶 磷酸二酯鍵 脫氧核苷酸 將單個脫氧核苷酸依次連接到DNA單鏈末端
DNA(水解)酶 磷酸二酯鍵 DNA 將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸
解旋酶 堿基對之間的氫鍵 DNA 將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈
RNA聚合酶 磷酸二酯鍵 核糖核苷酸 將單個核糖核苷酸依次連接到RNA單鏈末端
2．限制酶的選擇方法
圖甲　　　　　　圖乙
根據目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類。
(1)應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。
(2)不能選擇切點位于目的基因內部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。
(3)為避免目的基因和質粒的自身環化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種酶的切點)，與圖乙所示質粒連接。
1．CRISPR—Cas9基因組編輯系統由向導RNA(也叫SgRNA)和Cas9蛋白組成，向導RNA識別并結合靶基因DNA，Cas9蛋白切斷雙鏈DNA形成兩個末端。這兩個末端通過“斷裂修復”重新連接時通常會有個別堿基對的插入或缺失，從而實現基因敲除，原理如圖所示。
CRISPR－Cas9基因組編輯技術有時存在編輯出錯而造成脫靶，試分析脫靶最可能原因。
提示：其他DNA序列也含有與向導RNA(SgRNA)互補配對序列 ，造成向導RNA(SgRNA)錯誤結合而脫靶，而且SgRNA的序列越短，脫靶率會越高。
2．限制性內切核酸酶EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側各有1個EcoRⅠ的切點，請畫出目的基因兩側被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
提示：
基因工程工具酶的應用
1．(2022·山東濟南模擬)如表為常用的限制性內切核酸酶(限制酶)及其識別序列和切割位點，由此推斷的以下說法中，正確的是(　　)
限制酶名稱 識別序列和切割位點 限制酶名稱 識別序列和切割位點
BamHⅠ ↓　　　 GGATCC KpnⅠ 　　　↓ GGTACC
EcoRⅠ ↓　　　 GAATTC Sau3AⅠ ↓　　　 GATC
HindⅠ ↓ GTYRAC SmaⅠ ↓ CCCGGG
(注：Y＝C或T，R＝A或G。)
A．一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列
B．限制酶切割后一定形成黏性末端
C．不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端
D．限制酶的切割位點在識別序列內部
C　[由圖可知，由于Y＝C或T，R＝A或G，因此HindⅠ可以識別多種核苷酸序列，A錯誤；限制酶切割后可能形成黏性末端或平末端，B錯誤；不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端，如BamHⅠ和Sau3AⅠ，C正確；限制酶的切割位點在識別序列內部或外部，如Sau3AⅠ，D錯誤。]
基因工程載體的應用
2．(2022·北京朝陽區二模)農桿菌特有的T DNA能夠提高其對宿主細胞的轉化，進而使宿主長出冠癭瘤。如圖為T DNA上的部分結構，有關分析錯誤的是(　　)
A．T DNA是Ti質粒上特有的序列，在基因工程中廣泛應用
B．T DNA整合到宿主細胞基因組DNA上可能會導致基因突變
C．T DNA結構的完整性是誘導宿主植株產生冠癭瘤的重要條件
D．農桿菌通過改變植物激素的種類與比例誘導細胞的分化方向
A　[T DNA是農桿菌特有的序列，該序列可存在于農桿菌所有DNA中，不是Ti質粒所特有的，A錯誤；基因突變是指DNA分子中堿基對的增添、替換和缺失而引起基因結構的改變，故T DNA整合到宿主細胞基因組DNA上可能會導致基因突變，B正確；基因的結構決定功能，基因要表達功能應保證其具有完整性，故T DNA結構的完整性是誘導宿主植株產生冠癭瘤的重要條件，C正確；據圖可知，重組質粒上有生長素合成基因和細胞分裂素合成基因，兩者比例不同可決定植物根或莖的分化，D正確。]
考點2　基因工程的基本操作程序
一、目的基因的篩選與獲取
1．篩選合適的目的基因
(1)目的基因：在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。主要是指編碼蛋白質的基因。
(2)篩選目的基因的方法：從相關的已知結構和功能清晰的基因中進行篩選是較為有效地方法之一。
2．利用PCR獲取和擴增目的基因
(1)原理：DNA半保留復制。
(2)條件：DNA模板、2種引物、耐高溫的DNA聚合酶和4種脫氧核苷酸。
(3)PCR反應過程
(4)PCR產物的鑒定：常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。
二、基因表達載體的構建——基因工程的核心
1．構建基因表達載體的目的
(1)使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳給下一代。
(2)使目的基因能夠表達和發揮作用。
2．基因表達載體的組成
3．基因表達載體的構建過程
三、將目的基因導入受體細胞
四、目的基因的檢測與鑒定
1．PCR反應體系中需要同時加入兩種引物的原因是什么？(選擇性必修3　P78“圖3－5”)
提示：DNA聚合酶只能從引物的3′端延伸DNA鏈，且DNA兩條單鏈的序列不同，用兩種引物才能確保DNA兩條鏈同時被擴增。
2．研究人員在研究轉基因煙草中外源卡那霉素抗性基因的遺傳穩定性時，發現44株轉基因煙草中有4株該基因的遺傳不符合孟德爾遺傳規律，在它們的自交后代中出現了較多的沒有卡那霉素抗性的植株。請查找相關資料，嘗試對這個問題作出解釋。(選擇性必修3　P83“拓展應用”)
提示：外源基因插入基因組中可能為單位點插入或者同一染色體多位點插入或者不同染色體多位點插入。外源基因在轉基因植物中的遺傳是很復雜的。除此之外，外源基因丟失、基因重排等也都可能影響外源基因的穩定性。
1．目的基因主要指編碼蛋白質的基因。 (√)
2．Bt基因是培育轉基因抗蟲棉較為合適的目的基因。 (√)
3．DNA復制的引物使DNA聚合酶能夠從引物的5′端開始連接脫氧核苷酸。 (×)
提示：DNA復制的引物使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸。
4．PCR擴增完成后，常用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產物。 (√)
5．隨著轉化方法的研究，農桿菌侵染水稻、玉米等多種單子葉植物也取得了成功。 (√)
6．檢測目的基因是否表達可用抗原—抗體雜交技術。 (√)
1．為了滿足應用需要，會在載體中人工構建誘導型啟動子，其作用在于_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：當誘導物存在時，激活或抑制目的基因的表達
2．如果將某種抗性基因導入受體細胞后，僅一條染色體含抗性基因，該基因的傳遞遵循孟德爾分離定律。判斷依據是__________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：抗性基因導入受體細胞后，僅一條染色體含有抗性基因，另一條沒有其等位基因，相當于雜合子
1．目的基因的獲取方法
(1)利用PCR獲取和擴增目的基因。
(2)人工合成目的基因
①逆轉錄法：主要用于相對分子質量較大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA為模板，借助逆轉錄酶合成雙鏈DNA，其過程如下：
②化學合成法：依據某一蛋白質的氨基酸序列，推測出其基因序列，然后直接合成目的基因，其過程如下：
(3)從基因文庫中獲取目的基因
根據目的基因的有關信息，例如：根據基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉錄產物mRNA，以及基因的表達產物蛋白質等特性來獲取目的基因。
2．篩選出含有目的基因的受體細胞的方法——載體表型選擇法
(1)方法1(如圖)
①原理：將目的基因插入含有兩種抗生素抗性基因的載體時，如果插入某種抗生素抗性基因內部，則會導致該抗生素抗性基因失活。如圖所示，目的基因插入了四環素抗性基因內部，則四環素抗性基因失活。
②被轉化的細菌有三種：含環狀目的基因的細菌、含重組質粒的細菌、含質粒的細菌。
③篩選方法：將混合處理后的細菌先放在含氨芐青霉素的培養基上培養，能生長的是含重組質粒的細菌和含質粒的細菌，如圖1、2、3、4、5菌落，再利用無菌的絨布影印到含有四環素的培養基上，圖中能生長的菌落為2、3、4，則在含四環素培養基上不生長的即為含有目的基因的菌落，如圖1、5菌落。最后，可在含氨芐青霉素的培養基上挑取1、5菌落進行培養。
(2)方法2：β 半乳糖苷酶顯色反應選擇法
β 半乳糖苷酶顯色反應選擇法，即我們常說的藍白斑篩選法，也是一種常用的檢測目的基因是否導入受體細胞的方法。這種檢測方法用到的載體上有LacZ基因，其表達產物為無活性的α肽段。受體細胞可以合成無活性的ω肽段。α肽段與ω肽段結合后可以產生有活性的β 半乳糖苷酶，該酶能將無色的5 溴 4 氯 3 吲哚 β D 半乳糖苷(X gal)水解成藍色產物。如果目的基因插入LacZ基因的多克隆位點，重組載體轉入受體細胞后就不能產生β 半乳糖苷酶，X gal也就無法水解成藍色產物，因此在篩選平板上含有重組載體的菌落呈白色。
3．基因表達載體中啟動子、終止子的來源
(1)如果目的基因是從自然界中已有的物種中分離出來的，目的基因中已含有啟動子、終止子，在構建基因表達載體時，不需要在質粒上接上特定的啟動子、終止子。
(2)如果目的基因是通過逆轉錄或人工方法合成的，則目的基因是不含啟動子和終止子的。因此，構建基因表達載體時，需要與質粒結合之前，需要在目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子。
1．設計引物是PCR技術關鍵步驟之一。某同學設計的兩組引物(只標注了部分堿基序列)都不合理(如圖)，請分別說明理由。
(1)第1組：__________________________________；
(2)第2組：________________________________。
提示：(1)引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發生堿基互補配對而失效　(2)引物Ⅰ′自身折疊后會出現局部堿基互補配對而失效
2．研究人員利用基因工程技術將油料作物紫蘇DGAT1基因導入四尾柵藻，獲得轉基因的產油微藻，利用地熱廢水培養，不僅能生產生物柴油，還能治理地熱廢水。為檢測轉基因四尾柵藻對地熱廢水的去污能力，研究人員設計實驗并得到相應實驗結果如表。
指標 總氮(mg/L) 總磷(mg/L) 氟化物(mg/L)
廢水培養基 23.2 4.32 4.56
培養轉基因四尾柵藻11天后 1.9 0.45 0.84
該實驗不能說明轉DGAT1基因顯著提高了四尾柵藻的去污能力，請進一步完善實驗設計。
實驗設計：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：應添加對照組：廢水培養非轉基因四尾柵藻11天后，檢測總氮、總磷和氟化物的含量。
考查目的基因的獲取
1．(2022·江蘇蘇州模擬)遞減PCR是常規PCR技術的發展，如圖表示遞減PCR各階段溫度及時間控制。相關敘述錯誤的是(　　)
A．PCR反應體系中應加入Taq DNA聚合酶、模板DNA、dNTP、引物、緩沖液等物質
B．第1階段的目的是使模板DNA充分解旋，減少DNA復雜結構對擴增的影響
C．第2階段中退火溫度較高可減少引物與模板鏈的非特異性結合，為第3階段提供更多正確的模板
D．第4階段72 ℃下維持10 min ，主要目的是使子鏈與互補模板鏈結合形成雙螺旋
D　[結合題意分析可知，PCR反應體系中應加入Taq DNA聚合酶(催化DNA子鏈的形成)、模板DNA、dNTP(原料)、引物、緩沖液等物質，A正確；據圖可知，第1階段是在96 ℃條件下處理4 min，該階段的目的是使模板DNA在高溫下充分解旋，得到單鏈DNA，以減少DNA復雜結構對擴增的影響，B正確；引物的堿基數量越少變性時破開的氫鍵越少，則退火溫度越低，但能與引物發生配對的片段就越多，目標DNA獲得率越低，故第2階段中退火溫度較高可減少引物與模板鏈的非特異性結合，為第3階段提供更多正確的模板，C正確；72 ℃下維持10 min，主要目的是使引物鏈延伸，以形成新的脫氧核苷酸鏈，D錯誤。]
考查基因工程的基本操作程序
2．(2022·湖北華中師大一附中模擬)為了獲得抗蚜蟲棉花新品種，研究人員將雪花蓮凝集素基因(GNA)和尾穗莧凝集素基因(ACA)與載體(pBI121)結合，然后導入棉花細胞。下列敘述錯誤的是(　　)
A．用限制酶BsaBⅠ和DNA連接酶處理兩種基因可獲得GNA－ACA融合基因
B．與只用KpnⅠ相比，KpnⅠ和XhoⅠ處理融合基因和載體可保證基因轉錄方向正確
C．在含卡那霉素的培養基上能存活的植物細胞即為成功轉入目的基因的細胞
D．用PCR技術可檢測GNA和ACA基因是否導入棉花細胞中
C　[由圖可知，GNA、ACA都含有限制酶BsaBⅠ的酶切位點，故用限制酶BsaBⅠ和DNA連接酶處理兩種基因可獲得GNA－ACA融合基因，A正確；圖中質粒與ACA－GNA上都含有KpnⅠ和XhoⅠ的酶切位點，與只用KpnⅠ相比，KpnⅠ和XhoⅠ處理融合基因和載體可保證基因轉錄方向正確，避免反向連接，B正確；在含卡那霉素的培養基上能存活的植物細胞為成功轉入目的基因的細胞或含有普通質粒的細胞，C錯誤；PCR技術，可用來檢測目的基因是否導入受體細胞，即用PCR技術可檢測GNA和ACA基因是否導入棉花細胞中，D正確。]
3．(2023·廣東廣州六校聯考)圖1表示新型冠狀病毒的結構示意圖，其中蛋白S(刺突糖蛋白)通過與人體黏膜細胞表面的ACE2受體結合而進入細胞，蛋白M能刺激機體產生免疫反應；圖2表示科研人員研制新冠疫苗的一條技術路線。請據圖回答下列問題。
圖1
圖2
(1)蛋白S和ACE2受體的化學本質________(填“相同”或“不同”)，蛋白M在免疫過程中屬于________。
(2)圖2中，過程①需要的一種特殊酶是________。過程②是基因工程的核心，形成的重組DNA中含有的組件包括______________________________________
_____________________________________________________________________(答出兩點即可)。
(3)過程③需要用________處理大腸桿菌細胞，使細胞處于一種____________________的生理狀態，然后再將重組的基因表達載體導入其中。
(4)疫苗Ⅱ導入實驗動物體內，________(填“一定”或“不一定”)能引起免疫反應，理由是__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)新型冠狀病毒的蛋白S是糖蛋白，細胞膜上的受體也是糖蛋白，所以兩者的化學本質相同。新型冠狀病毒的蛋白M可以引起人體發生免疫反應，所以在免疫過程中蛋白M屬于抗原。(2)過程①指的是通過逆轉錄獲得目的基因的過程，該過程需要逆轉錄酶。重組DNA中包括目的基因、標記基因、啟動子、終止子和復制原點等組件。(3)將目的基因導入微生物時，需要先用Ca2+處理微生物，使細胞處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態。(4)疫苗Ⅱ中的有效成分是DNA，而DNA不能充當抗原，只有表達出蛋白M才能引起免疫反應。目的基因導入動物體內后還需要進行檢測，確定目的基因是否表達。
[答案]　(1)相同　抗原　(2)逆轉錄酶　目的基因、標記基因，啟動子，終止子、復制原點(答出任意2點即可)　(3)Ca2+(或CaCl2)　能吸收周圍環境中DNA分子　(4)不一定　疫苗Ⅱ含有能表達出蛋白M的基因，該基因在動物體內只有表達出蛋白M才能引起免疫反應，目的基因導入動物體內不一定能夠表達，需要進行進一步的檢測(答案合理即可)
考點3　基因工程的應用及蛋白質工程
一、基因工程的應用
二、蛋白質工程
1．概念
(1)基礎：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系。
(2)手段：改造或合成基因。
(3)結果：對現有蛋白質進行改造或制造出新的蛋白質。
2．流程圖
寫出流程圖中字母代表的含義：
A．轉錄，B．翻譯，C．分子設計，D．多肽鏈，E．預期功能。
3．蛋白質工程的應用
(1)醫藥工業方面：研發藥物，如延長干擾素的保存時間；降低小鼠單克隆抗體誘發免疫反應的強度。
(2)其他工業方面：改進酶的性能或開發新的工業用酶。
(3)農業方面：通過改造某些參與調控光合作用的酶，增加糧食的產量；改造微生物蛋白質的結構，設計優良微生物農藥，防治病蟲害。
1．利用大腸桿菌可生產出重組人胰島素，聯系前面細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的胰島素，可用大腸桿菌嗎？(選擇性必修3　P87“從社會中來”)
提示：不可用。大腸桿菌為原核生物，沒有真核生物所具有的內質網、高爾基體等結構，無法對核糖體合成的肽鏈進行加工。
2．野外種植轉基因抗A害蟲植物的同時，還種植一定量的同種不抗蟲植物，可降低抗性害蟲在整個害蟲種群中所占比例的增加速率。試分析其中的原因。(選擇性必修3　P88“文字信息”)
提示：種植一定量的同種不抗蟲植物，對抗性害蟲的選擇作用減弱。
3．對天然蛋白質進行改造，應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？ 原因是什么？(選擇性必修3　P93“文字信息”)
提示：通過對基因的操作來實現基因控制蛋白質的合成。基因能遺傳給下一代。
1．轉基因抗病農作物不需要使用農藥。 (×)
提示：轉基因抗病農作物減少了農藥的使用。
2．基因工程在農業上的應用主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗逆性的農作物。 (√)
3．利用基因工程技術，將人胰島素的基因轉入大腸桿菌后，大腸桿菌內表達出的胰島素與人的胰島素結構相同。 (×)
提示：大腸桿菌屬于原核生物，無內質網和高爾基體對核糖體產生的肽鏈進行加工，故表達出的胰島素與人的胰島素結構不同。
4．蛋白質工程常借助計算機建立蛋白質的三維結構模型。 (√)
5．對蛋白質的結構設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。 (√)
6．基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。 (√)
1．用膀胱生物反應器也能生產干擾素，與乳腺生物反應器相比，其優勢是____
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出兩點即可)。
提示：不受年齡限制；不受性別限制；提取簡單、高效
2．利用轉基因技術培育的抗蟲、耐除草劑轉基因玉米成為農業害蟲控制和雜草防除的有效手段，其優點有
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：能夠有效減少化學藥劑的施用，降低人工成本，提高玉米產量和品質，有利于保護生態環境和生物多樣性
1．乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的區別
比較內容 乳腺生物反應器 工程菌
含義 指將外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類
基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞 動物受精卵 微生物細胞
目的基因導入方式 顯微注射法 感受態細胞法
生產條件 不需嚴格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養液中提取
2．蛋白質工程與基因工程的比較
(1)區別
項目 蛋白質工程 基因工程
基本思路或過程 預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列 獲取目的基因→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型和生物產品
結果 可生產自然界沒有的蛋白質 只能生產自然界已有的蛋白質
(2)聯系
①蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。
②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造。
1．結核病是由結核分枝桿菌(簡稱結核菌)引起的致死性疾病，接種卡介苗是預防結核病的有效手段。近年來，耐藥結核病不斷出現。我國科研者研制出了一種重組耐藥卡介苗(RdrBCG)，即在原有卡介苗的基礎上引入Ag85B和Rv2628兩個新的基因，用于輔助治療耐藥結核病。
　
在重組質粒建構過程中，使用到了限制酶PstⅠ。結合圖示所給酶切位點(灰色底色)等信息，寫出重組質粒的制備過程。
提示：將Rv2628與質粒混合，加入限制酶PstⅠ和NdeⅠ后，再加入DNA連接酶形成重組質粒1，再將重組質粒1與Ag85B混合，加入限制酶BamHⅠ和HindⅢ，再加入DNA連接酶形成如圖所示的重組質粒。
2．通過對Bt蛋白質三維結構圖及氨基酸序列進行分析，發現若將該蛋白質結構中一段由14個氨基酸組成的螺旋結構缺失，結構變化后的Bt蛋白質能使棉鈴蟲具有更高的致死率。若要根據蛋白質工程的原理設計實驗對Bt蛋白進行改造，以提高其致死率，寫出其實驗設計思路。
實驗設計思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：參照密碼子表，找到合成該14個氨基酸的堿基對序列所在的基因位置，將這些堿基對序列進行缺失處理。
考查基因工程的應用
1．(2023·廣東廣州聯考)腫瘤壞死因子(TNF)在體內、體外均能殺死某些腫瘤細胞或抑制腫瘤細胞的增殖作用。科研人員利用乳腺生物反應器大量生產腫瘤壞死因子。已知限制酶BamHⅠ、HindⅢ、PstⅠ、BglⅡ的識別序列及切點分別是、、、。回答下列問題：
圖1
圖2
(1)在構建基因表達載體時，________(填“能”或“不能”)選用PstⅠ切割質粒和含腫瘤壞死因子基因的DNA片段，其原因是____________________；若用HindⅢ和BglⅡ切割含腫瘤壞死因子基因的DNA片段，除選用HindⅢ和BglⅡ組合外還可以選用____________________組合切割質粒。
(2)利用PCR技術擴增TNF基因時，擴增過程可以在________中自動完成。已知DNA復制時，只能從子鏈的5′端向3′端開始延伸，據此可知應選擇下圖甲、乙、丙、丁四種引物中的________作為引物，若擴增4次，共需要引物________個。
科學家需將TNF基因與______________重組在一起，通過____________等方法，導入哺乳動物的____________中，由其發育成的轉基因動物進入泌乳期后，可以在其分泌的乳汁中獲取所需要的TNF。
[答案]　(1)不能　用PstⅠ切割質粒會破壞四環素抗性基因　HindⅢ、BamHⅠ　(2)PCR儀　乙、丙　30　乳腺細胞中特異表達的基因的啟動子等調控元件　顯微注射　 受精卵
(教師用書獨具)
(2022·山東臨沂二模)甜柿鮮果肉中含豐富的可溶性糖、微量元素、維生素和β 胡蘿卜素等多種成分，營養價值高，深受消費者喜愛。甜柿自然脫澀的澀味程度與乙醛代謝關鍵酶基因(PDC)的表達情況有關。為篩選PDC基因調控蛋白，科研人員利用質粒A和質粒G(如圖1、圖2所示)，進行了相關研究。
　
　　　　　圖2
圖3
(1)啟動子位于基因首端，存在RNA聚合酶和多種調控蛋白的結合位點，共同影響基因的表達。PDC基因的啟動子序列未知，可利用限制酶將基因組DNA進行酶切，然后在__________的作用下將已知序列信息的接頭片段連接在PDC基因的上游，根據__________和PDC基因編碼序列設計引物進行PCR擴增。再將擴增所得PDC基因啟動子與質粒A連接并導入代謝缺陷型酵母菌，可用__________的培養基篩選出成功轉化的酵母菌Y1。
(2)已知質粒G上的AD基因表達出的AD蛋白與待測蛋白結合形成的融合蛋白足夠靠近啟動子時，才能夠激活后續基因的轉錄。現從甜柿中提取的總mRNA經________過程合成不同片段的cDNA，然后分別插入質粒G中的________(填序號1～5)位點以獲得不同的重組質粒(G1、G2……)，理由是______________
_____________________________________________________________________。
(3)已知插入的不同cDNA片段指導合成不同的待測蛋白，只有待測蛋白為PDC基因調控蛋白時，與AD蛋白形成的融合蛋白才能激活PDC基因啟動子。請結合上述實驗過程和圖3，完善篩選PDC基因調控蛋白的實驗思路及預期結果。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
篩選得到PDC基因調控蛋白在農業生產中的應用前景是___________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)該操作為目的基因和載體的酶切和連接，限制酶切割后需要在DNA連接酶的作用下連接，即在DNA連接酶的作用下將已知序列信息的接頭片段連接在PDC基因的上游；體外擴增基因常用的方法是PCR技術，DNA復制常需要引物，根據接頭片段和PDC基因編碼序列設計引物；由質粒A的圖譜可知，帶有選擇功能的基因片段有尿嘧啶合成基因、金擔子素抗性基因兩種，但是金擔子素抗性基因無法啟動，所以選擇尿嘧啶合成基因作為選擇依據，則用不含尿嘧啶的培養基可篩選出成功轉化的酵母菌Y1。(2)科研人員從甜柿中提取mRNA，逆轉錄形成的各種cDNA；將cDNA與質粒G連接后導入酵母菌，cDNA片段要插入啟動子和終止子之間，且不能破壞目的基因，故選擇2作為cDNA的插入位點。(3)要篩選PDC基因調控蛋白，可將攜帶不同 cDNA 片段的重組質粒 G1 、G2……分別導入酵母菌 Y1 中，然后分別置于含金擔子素的培養基上培養。若能在培養基上生長，則該酵母菌含有的cDNA 所表達的蛋白質即為 PDC 基因調控蛋白；甜柿自然脫澀的澀味程度與乙醛代謝關鍵酶基因(PDC)的表達情況有關，可通過改變調控蛋白的表達量進而調控 PDC 基因的表達，達到控制甜柿的自然脫澀進程的目的。
[答案]　(1)DNA連接酶　接頭片段　不含尿嘧啶　(2)逆轉錄(或反轉錄)　2　插入位點需要在AD基因的啟動子和終止子之間，且不能破壞AD基因　(3)實驗思路：將攜帶不同cDNA片段的重組質粒G1 、G2……分別導入酵母菌 Y1 中，然后分別置于含金擔子素的培養基上培養。預期結果：若能在培養基上生長，則該酵母菌含有的cDNA 所表達的蛋白質即為 PDC 基因調控蛋白　可通過改變調控蛋白的表達量進而調控 PDC 基因的表達，達到控制甜柿的自然脫澀進程的目的
考查蛋白質工程及應用
2．(2021·遼寧選擇性考試)腈水合酶(N0)廣泛應用于環境保護和醫藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩定性的原因之一
B．加入連接肽需要通過改造基因實現
C．獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯
D．檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環境
D　[在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)，則N1與N0氨基酸序列有所不同，這可能是影響其熱穩定性的原因之一，A正確；蛋白質工程的作用對象是基因，即加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；N1為蛋白質，蛋白質的合成需要經過轉錄和翻譯兩個過程，C正確；酶具有高效性，檢測N1的活性需先將其與底物分別置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。]
考點4　(探究·實踐)DNA的粗提取與鑒定和DNA片段的擴增及電泳鑒定
一、DNA的粗提取與鑒定
1．實驗原理
2．實驗步驟
二、DNA片段的擴增及電泳鑒定
1．實驗基礎
(1)PCR原理：利用了DNA的熱變性原理，通過調節溫度來控制DNA雙鏈的解聚與結合。
(2)電泳：DNA分子具有可解離的基團，在一定的pH下，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。
(3)PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
2．實驗步驟
(1)DNA片段的擴增
(2)DNA片段的電泳鑒定
①根據待分離DNA片段的大小，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液，一般配制質量分數為0.8%～1.2%的瓊脂糖溶液。在沸水浴或微波爐內加熱至瓊脂糖熔化。稍冷卻后，加入適量的核酸染料混勻。
②將溫熱的瓊脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合適大小的梳子，以形成加樣孔。
③待凝膠溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝膠放入電泳槽內。
④將電泳緩沖液加入電泳槽中，電泳緩沖液沒過凝膠1_mm為宜。
⑤將擴增得到的PCR產物與凝膠載樣緩沖液(內含指示劑)混合，再用微量移液器將混合液緩慢注入凝膠的加樣孔內。留一個加樣孔加入指示分子大小的標準參照物。
⑥接通電源，根據電泳槽陽極至陰極之間的距離來設定電壓，一般為1～5 V/cm。待指示劑前沿遷移接近凝膠邊緣時，停止電泳。
⑦取出凝膠置于紫外燈下觀察和照相。
1．DNA粗提取中的注意事項
(1)本實驗不能用哺乳動物成熟的紅細胞作實驗材料，原因是哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核(無DNA)。可選用雞血細胞作材料。
(2)加入洗滌劑后，動作要輕緩、柔和，否則容易產生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免加劇DNA分子的斷裂，導致DNA分子不能形成絮狀沉淀。
(3)二苯胺試劑要現配現用，否則會影響鑒定的效果。
(4)提取植物細胞的DNA時，加入的洗滌劑能溶解細胞膜，有利于DNA的釋放；加入食鹽(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。
(5)在DNA進一步提純時，選用冷卻的95%的酒精溶液的作用是溶解雜質和析出DNA。
2．DNA片段的擴增及電泳鑒定的注意事項
(1)為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌處理。
(2)緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。
(3)在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。
(4)在進行操作時，一定戴好一次性手套。
1．如圖是“DNA的粗提取和鑒定”實驗中幾個重要操作的示意圖，下列敘述錯誤的是(　　)
①　　　　　②　　③　　　　　④
A．圖①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白質可溶于酒精
B．圖①和圖③都需用玻璃棒沿一個方向輕緩攪拌的目的相同
C．若圖③操作后接圖②操作，則DNA留在濾液中
D．若圖④操作后接圖②操作，則DNA留在紗布上
B　[圖①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白質可溶于酒精，以便除去溶于酒精的雜質，提取含雜質較少(或較純凈)的DNA，A正確；圖①玻璃棒攪拌的目的是提取出含雜質較少的DNA，圖③玻璃棒攪拌的目的是溶解細胞核內的DNA，B錯誤；圖③操作是加入蒸餾水，破碎細胞，圖②操作是過濾，獲取含DNA的濾液，使DNA留在濾液中，C正確；圖④操作是去除濾液中雜質，析出DNA，圖②操作是過濾，將DNA留在紗布上，D正確。]
2．(2022·山東等級考)關于“DNA的粗提取與鑒定”實驗，下列說法錯誤的是(　　)
A．過濾液沉淀過程在4 ℃冰箱中進行是為了防止DNA降解
B．離心研磨液是為了加速DNA的沉淀
C．在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色
D．粗提取的DNA中可能含有蛋白質
B　[低溫時DNA酶的活性較低，過濾液沉淀過程在4 ℃冰箱中進行是為了防止DNA降解，A正確；離心研磨液是為了使細胞碎片沉淀，B錯誤；在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色，C正確；細胞中的某些蛋白質可以溶解于酒精，可能有蛋白質不溶于酒精，在95%的冷酒精中與DNA一起析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白質，D正確。]
3．(2022·山東濟南三模)稻米胚乳直鏈淀粉含量高會導致食用品質差。研究發現，水稻蠟質基因(Wx)編碼直鏈淀粉合成酶。若Wx基因中第226位堿基是正常的G，該位點所在的內含子能被正常剪接，胚乳中直鏈淀粉含量高，基因型記做GG；若該位點突變成T，則不能被正常剪接，胚乳中直鏈淀粉的合成水平會降低，基因型記做TT。為檢測Wx基因該位點堿基是G或T，研究人員以待測水稻葉片總DNA為材料，以Wx基因片段設計引物如圖所示，對PCR擴增產物經AccⅠ酶切后電泳。已知引物1為5′－GCTTCACTTCTCTGCTTGTG－3′，兩引物之間無另外的AccⅠ酶的識別位點。下列敘述正確的是(　　)
高直鏈淀粉含量(GG)和中等直鏈淀粉含量(TT)水稻品種中蠟質基因部分DNA順序
A．該實驗中需設計的引物2為5′－TTCAACTCT CGTTAAATCAT－3′
B．若酶切產物只能觀察到450 bp的DNA條帶，則表明該水稻品種為TT型
C．GT雜合型水稻品種酶切電泳結果為3條條帶
D．組成上述兩種淀粉合成酶的氨基酸的種類不同，數目相同
C　[由引物1的堿基序列及圖示所給引物1設計區堿基序列所在的DNA鏈為非模板鏈，故引物1的堿基序列與非模板鏈的堿基序列相同，而引物2要以引物2設計區堿基序列所在的DNA鏈為模板，故引物2的堿基序列應與所給序列堿基互補配對，該實驗中需設計的引物2為5′－ATGATTTAACGAGAGTTGAA－3′，A錯誤。若酶切產物只能觀察到450 bp的DNA條帶，則表明第226位堿基是正常的G，該位點所在的內含子能被正常剪接，該水稻品種為GG型，B錯誤。若Wx基因中第226位堿基是正常的G，該位點所在的內含子能被正常剪接，胚乳中直鏈淀粉含量高，基因型記做GG；若該位點突變成T，則不能被正常剪接，胚乳中直鏈淀粉的合成水平會降低，基因型記做TT，故GT雜合型水稻品種的G能被酶切成兩段，而T不能被酶切，故酶切電泳結果為3條條帶，C正確。組成上述兩種淀粉合成酶的氨基酸的數目不同，D錯誤。]
考點5　生物技術的安全性與倫理問題
一、轉基因成果
1．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域是對微生物的基因改造。
2．轉基因動物方面，科學家將生長激素基因、促生長激素釋放激素基因等轉入動物體內，培育了一批生長迅速、營養品質優良的轉基因家禽、家畜。
3．轉基因植物方面，目前已經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。種植轉基因植物面積較大的國家有美國、巴西、阿根廷、加拿大等；種植的轉基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。
二、對轉基因產品安全性的爭論
三、理性看待轉基因技術
1．需要以完備的相關科學知識為基礎，即清晰地了解轉基因技術的原理和操作規程。
2．應看到人們的觀點受到許多復雜的政治、經濟和文化等因素的影響。
3．要靠確鑿的證據和嚴謹的邏輯進行思考和辯論。
四、關注生殖性克隆人
1．生殖性克隆：指通過克隆技術產生獨立生存的新個體。
2．治療性克隆：指利用克隆技術產生特定的細胞、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。
3．我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。
五、禁止生物武器
1．種類：致病菌類、病毒類、生化毒劑類等。
2．中國政府的態度：在任何情況下不發展、不生產、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術和設備的擴散。
1．將來自玉米的α 淀粉酶基因與目的基因一起轉入植物中，可以防止轉基因花粉傳播的原因是什么？(選擇性必修3　P102“相關信息”)
提示：由于α 淀粉酶基因可以阻斷淀粉儲藏使花粉失去活性，因而可以防止轉基因花粉的傳播。
2．我國科學家用4種小分子化合物誘導小鼠的成纖維細胞轉變成了iPS細胞，這種誘導方法與轉入轉錄因子誘導產生iPS細胞相比，其優點是什么？(選擇性必修3　P108“文字信息”)
提示：避免了轉入轉錄因子誘導iPS細胞可能帶來的致癌風險。
3．有一種神秘的“X疾病(Disease X)”，它是由未知病原體造成的大規模流行性疾病，一旦暴發可能導致數百萬人死亡。你認為這種未知病原體的來源可能有哪些？(選擇性必修3　P113“拓展應用”)
提示：這種未知病原體可能來自其他動物或者高科技實驗室、由某些科學家制造出來，還有可能是在自然界中經過突變產生的。
1．轉基因技術已被用于減少啤酒酵母雙乙酰的生成。 (√)
2．理性看待轉基因技術，最重要的是，要靠確鑿的證據和嚴謹的邏輯進行思考和辯論。 (√)
3．可以運用重組DNA技術進行生殖性克隆人研究。 (×)
提示：不允許任何人進行生殖性克隆人研究。
4．生物武器僅包括病毒類。 (×)
提示：生物武器包括致病菌類、病毒類和生化毒劑類等。
5．提供骨髓中的造血干細胞并不會對嬰兒的健康造成損傷。 (√)
6．克隆動物實驗存在流產率高、胎兒畸形率高和出生后死亡率高等問題。 (√)
1．轉基因植物所攜帶的目的基因可能傳遞給非轉基因植物，造成基因污染。如果將目的基因導入葉綠體DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？
_____________________________________________________________________。
提示：葉綠體基因不會通過花粉傳給下一代
2．治療性克隆獲得的組織器官在移植時一般不會出現排異反應，其根本原因是什么？_______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：治療性克隆獲得的組織和器官的絕大多數遺傳物質和患者相同
1．關注轉基因生物的優缺點
優點 缺點
(1)解決糧食短缺問題 (2)減少農藥使用，從而減少環境污染 (3)節省生產成本，降低糧食售價 (4)增加食物營養，提高附加價值 (5)增加食物種類，提升食物品質 (6)提高生產效率，帶動相關產業發展 (1)可能產生新病毒和新的過敏原 (2)可能產生抗除草劑的雜草 (3)可能使疾病的傳播跨越物種障礙 (4)可能會損害生物多樣性 (5)可能干擾生態系統的穩定性
2．比較試管嬰兒和設計試管嬰兒
(1)試管嬰兒和設計試管嬰兒過程(如圖所示)
(2)試管嬰兒和設計試管嬰兒的異同點
項目 試管嬰兒 設計試管嬰兒
不同點 技術手段 無須進行遺傳學診斷 進行遺傳學診斷
應用 主要解決不孕夫婦的生育問題 主要用于白血病、貧血癥等遺傳疾病的預防及治療
相同點 二者都是體外受精、體外進行早期胚胎培養，再經過胚胎移植，從生殖方式上都為有性生殖
2017年8月，科學家運用基因組編輯技術在人類的早期胚胎中修正了與肥厚型心肌病發生相關的基因MYBPC3的突變，使胚胎攜帶正常MYBPC3基因的概率提高了20%左右。你認為該不該允許對人類胚胎進行基因組編輯的相關研究？請說出你的理由。
提示：不允許。由于目前該技術存在一系列安全風險和倫理問題，如可能會出現“設計嬰兒”，“基因脫靶”問題，導入基因與細胞內原有基因相互作用的問題，病毒基因植入問題，因此應禁止將對胚胎細胞進行基因編輯的技術應用于臨床。
考查生物技術的安全性問題
1．下面關于生物武器的敘述，錯誤的是(　　)
A．世界各國都應當禁止在任何情況下生產、儲存和發展生物武器
B．生物武器利用致病菌、病毒、生化毒劑、干擾素及重組致病菌等形成殺傷力
C．生物武器傳染性強、作用范圍廣，應嚴格禁止
D．消除生物武器威脅、防止生物武器擴散是生物安全防控的重要方面
B　[干擾素為細胞因子，非生物武器，B錯誤。]
(教師用書獨具)
(2022·山東泰安三模)植物生物反應器主要以整株植物、植物組織或植物懸浮細胞為加工場所，生產藥物蛋白。葉綠體遺傳轉化體系是近幾年發展起來的一種新的植物生物反應器。葉綠體轉化是以同源重組原理將外源目的基因整合到目標葉綠體基因組中的一種方式，是一種高表達、安全性極高的遺傳轉化方法。下列相關敘述不正確的是(　　)
A．植物生物反應器涉及的現代生物學技術是基因工程和植物細胞工程
B．構建的基因表達載體中含有葉綠體特異啟動子，使得目的基因只能在葉綠體中表達
C．植物葉綠體表達體系可以防止轉基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴散
D．把目的基因導入葉綠體DNA中，將來產生的配子一定含有此目的基因
D　[植物生物反應器首先需要用基因工程技術將目的基因導入植物細胞，其次需要采用植物細胞工程技術將轉基因植物細胞培育成轉基因植株或轉基因植物組織或轉基因植物懸浮細胞，因此涉及基因工程和植物細胞工程技術，A正確；要使得目的基因只能在葉綠體中表達，則構建的基因表達載體中要含有葉綠體特異性啟動子，B正確；由于受精卵中的細胞質幾乎全部來自卵細胞，因此植物葉綠體表達體系可以防止轉基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴散，C正確；把該基因導入葉綠體DNA中，葉綠體DNA存在于細胞質中，在配子產生過程中并不遵循遺傳定律，所以將來產生的配子中不一定含有抗病基因，D錯誤。]
考查生物技術的倫理問題
2．(2022·湖北華中師大一附中模擬預測)當前生物技術發展非常迅猛，很多生物技術的應用已經與我們的日常生活密切相關。下列有關生物技術的說法或做法正確的是(　　)
A．設計試管嬰兒是指通過遺傳咨詢有選擇地生育優良性狀的小孩
B．在我國，通過生殖性克隆有可能解決一些夫婦不孕不育的問題
C．胚胎工程繁育良種時，供體和受體母畜都要進行同期發情處理
D．對囊胚進行胚胎分割時，必須對整個胚胎進行均等分割
C　[設計試管嬰兒是指通過胚胎移植前對胚胎進行遺傳學診斷有選擇地生育符合特殊要求的小孩，通過遺傳咨詢有選擇地生育優良性狀的小孩能降低遺傳病的發生概率，A錯誤；在我國，通過試管嬰兒技術有可能解決一些夫婦不孕不育的問題，B錯誤；胚胎工程繁育良種時，供體和受體母畜都要進行同期發情處理，保證胚胎移植前后生理環境的相同，C正確；對囊胚進行胚胎分割時，必須對內細胞團進行均等分割，D錯誤。]
3．(2022·遼寧沈陽模擬預測)下列關于生物技術安全性和倫理問題的敘述，正確的是(　　)
A．基因身份證含有致病基因和易感基因等涉及個人敏感基因的信息
B．生物武器種類包括致病菌、干擾素、生化毒劑以及經過基因重組的致病菌
C．抗除草劑基因通過花粉傳播到雜草形成“超級雜草”會造成食物安全問題
D．國際上大多數國家在轉基因食品標簽上都有警示性標記，并注明可能的危害
A　[基因身份證是指把個人的致病基因和易感基因檢測出來，記錄在磁卡上，做成個人基因身份證，A正確；生物武器種類包括致病菌、病毒、生化毒劑以及經過基因重組的致病菌等，干擾素不屬于生物武器，B錯誤；抗除草劑基因通過花粉傳播到雜草形成“超級雜草”會影響生物多樣性，會造成生物安全問題，C錯誤；轉基因食品上只標明原料來自轉基因生物，并未標明其危害，D錯誤。]
1．核心概念
(1)(選擇性必修3 P67)基因工程：按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。
(2)(選擇性必修3 P72)質粒：一種裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。
(3)(選擇性必修3 P76)目的基因：指在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。
(4)(選擇性必修3 P81)轉化：指目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。
(5)(選擇性必修3 P84)電泳：DNA分子具有可解離的基團，在一定的pH下，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。　(6)(選擇性必修3 P106)生殖性克隆是指通過克隆技術產生獨立生存的新個體。治療性克隆是指利用克隆技術產生特定的細胞、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．結論語句
(1)(選擇性必修3 P71)限制酶能夠識別雙鏈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。
(2)(選擇性必修3 P72)在基因工程操作中，真正被用作載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。這些質粒上常有特殊的標記基因，便于重組DNA分子的篩選。
(3)(選擇性必修3 P74)DNA不溶于酒精，但某些蛋白質溶于酒精，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質。
(4)(選擇性必修3 P77)PCR反應需要在一定的緩沖溶液中才能進行，需提供DNA模板，分別與兩條模板鏈結合的2種引物，4種脫氧核苷酸和耐高溫的DNA聚合酶。
(5)(選擇性必修3 P80)基因表達載體是載體的一種，除目的基因、標記基因外，它還必須含有啟動子、終止子等。
(6)(選擇性必修3 P84)在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
(7)(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。
(8)(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。
(9)(選擇性必修3 P103)理性看待轉基因技術，最重要的是，要靠確鑿的證據和嚴謹的邏輯進行思考和辯論。
(10)(選擇性必修3 P107)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。
1．(2022·全國乙卷改編)新冠病毒感染出現后，病毒核酸檢測和疫苗接種在疾病防控中發揮了重要作用。回答下列問題。
(1)新冠病毒是一種RNA病毒，檢測新冠病毒RNA(核酸檢測)可以采取RT PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA，這一過程需要的酶是________，再通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。
(2)為了確保新冠病毒核酸檢測的準確性，在設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的______________________來進行。PCR過程每次循環分為3步，其中溫度最低的一步是____________。
(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測(檢測體內是否有新冠病毒抗體)，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明_____________(答出一種情況即可)；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因)。為了制備蛋白疫苗，可以通過基因工程技術獲得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是___________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)分析題意可知，新冠病毒的遺傳物質是RNA，而RT PCR法需要先得到cDNA，由RNA到DNA的過程屬于逆轉錄過程，逆轉錄過程需要的酶是逆轉錄酶(反轉錄酶)。(2)PCR過程需要加入引物，設計引物時應有一段已知目的基因的核苷酸序列，在該過程中為了確保新冠病毒核酸檢測的準確性，在設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的特異性核苷酸序列來進行；PCR過程每次循環分為3步，分別為變性(超過90 ℃)、復性(50 ℃左右)、延伸(72 ℃左右)，故其中溫度最低的一步是復性。(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明該個體曾經感染過新冠病毒(或注射過新冠疫苗)，機體發生特異性免疫反應，產生抗體，將病毒消滅，則核酸檢測為陰性，但由于抗體有一定的時效性，能在體內存在一段時間，故抗體檢測為陽性；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明該個體體內仍含有病毒的核酸，機體仍進行特異性免疫過程，能產生抗體，則說明該人已經感染新冠病毒，為患者。(4)基因工程的基本操作流程是：獲取目的基因→基因表達載體的構建(基因工程的核心)→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定，結合題意，本基因工程的目的是獲得大量的S蛋白，故具體流程為：獲取S蛋白基因→構建S蛋白基因與載體結合的表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定 (檢測受體能否產生S蛋白)。
[答案]　(1)逆轉錄酶(或反轉錄酶)　(2)特異性核苷酸序列　復性　(3)曾感染新冠病毒，已康復(或注射過新冠疫苗)　已感染新冠病毒，是患者　(4)獲取S蛋白基因→構建S蛋白基因與載體結合的表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定(檢測受體能否產生S蛋白)
2．(2021·福建選擇性考試)微生物吸附是重金屬廢水的處理方法之一。金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在于動植物中的金屬結合蛋白，具有吸附重金屬的作用。科研人員將棗樹的MT基因導入大腸桿菌構建工程菌。回答下列問題：
(1)根據棗樹的MTcDNA的核苷酸序列設計了相應的引物(圖1甲)，通過PCR擴增MT基因。已知A位點和B位點分別是起始密碼子和終止密碼子對應的基因位置。選用的引物組合應為________。
圖1
(2)本實驗中，PCR所用的DNA聚合酶擴增出的MT基因的末端為平末端。由于載體E只有能產生黏性末端的酶切位點，需借助中間載體P將MT基因接入載體E。載體P和載體E的酶切位點及相應的酶切序列如圖1乙所示。
①選用________酶將載體P切開，再用________(填“T4 DNA”或“E．coli DNA”)連接酶將MT基因與載體P相連，構成重組載體P′。
②載體P′不具有表達MT基因的________和________。選用________酶組合對載體P′和載體E進行酶切，將切下的MT基因和載體E用DNA連接酶進行連接，將得到的混合物導入到用________離子處理的大腸桿菌，篩出MT工程菌。
(3)MT基因在工程菌的表達量如圖2所示。結果仍無法說明已經成功構建能較強吸附廢水中重金屬的MT工程菌，理由是_______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
圖2
[解析]　(1)密碼子位于mRNA上，是決定氨基酸的三個相鄰堿基，起始密碼子分別控制翻譯的開始和結束，故為保證基因的正常表達，一對引物應分別位于位點A和位點B的兩側，故選擇引物1和引物4。(2)①為得到平末端，可用EcoRⅤ酶將載體P切開；由于E．coli DNA連接酶只能連接黏性末端，而T4 DNA連接酶可以連接平末端，結合題意可知，MT基因的末端為平末端，故需要用T4 DNA連接酶將MT基因與載體P相連，構成重組載體P′。②載體P′是重組質粒，故不含有表達MT基因的啟動子和終止子；為避免自身環化和反向連接，可選用兩種酶切割兩種載體，據圖可知，載體P′和載體E均含有XhoⅠ和PstⅠ酶，故可選用XhoⅠ和PstⅠ酶進行酶切；將目的基因導入大腸桿菌的方法是鈣離子處理法。(3)由于尚未在個體生物學水平上對MT工程菌吸附重金屬的能力進行鑒定，故即使MT工程菌的MT蛋白相對含量較高，也無法說明已經成功構建能較強吸附廢水中重金屬的MT工程菌。
[答案]　(1)引物1和引物4　(2)EcoRⅤ　T4 DNA　啟動子　終止子　XhoⅠ和PstⅠ　鈣　(3)尚未在個體生物學水平上對MT工程菌吸附重金屬的能力進行鑒定
3．(2021·廣東選擇性考試)非細胞合成技術是一種運用合成生物學方法，在細胞外構建多酶催化體系，獲得目標產物的新技術，其核心是各種酶基因的挖掘、表達等。中國科學家設計了4步酶促反應的非細胞合成路線(如圖)，可直接用淀粉生產肌醇(重要的醫藥食品原料)，以期解決高溫強酸水解方法造成的嚴重污染問題，并可以提高生產率。
回答下列問題：
(1)研究人員采用PCR技術從土壤微生物基因組中擴增得到目標酶基因。此外，獲得酶基因的方法還有________________(答出兩種即可)。
(2)高質量的DNA模板是成功擴增出目的基因的前提條件之一。在制備高質量DNA模板時必須除去蛋白，方法有______________(答出兩種即可)。
(3)研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細胞、pET20b為表達載體分別進行4種酶的表達。表達載體轉化大腸桿菌時，首先應制備____________細胞。為了檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白，需要采用的方法有__________________。
(4)依圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應體系。若這些酶最適反應條件不同，可能導致的結果是_________________。在分子水平上，可以通過改變____________，從而改變蛋白質的結構，實現對酶特性的改造和優化。
[解析]　(1)獲得目的基因的方法除PCR技術外，還有從基因文庫中獲取、人工合成等方法。(2)蛋白酶可分解蛋白質，但不會分解DNA；蛋白質在高溫條件下會變性失活，而DNA雖然在高溫時會變性，但在低溫時又會復性，因此在制備高質量的DNA模板時，去除蛋白可采用酶解法或高溫處理。(3)將大腸桿菌作為基因工程的受體細胞時，首先應用Ca2+處理，使其成為能吸收外界DNA的感受態細胞。檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白可采用抗原—抗體雜交技術。(4)酶的作用條件有適宜的溫度、pH等，溫度過低，酶的活性會降低，溫度過高、強酸或強堿的情況下，酶的活性會降低甚至失活，依據題圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應體系，這4種酶的最適反應條件不同，會導致可溶性淀粉的分解效率降低。可通過蛋白質工程實現對酶特性的改造和優化，在分子水平上，改變酶相應基因的堿基序列，從而改變酶蛋白的結構，最終實現優化酶特性的目的。
[答案]　(1)從基因文庫中獲取、人工合成　(2)酶解法(使用蛋白酶進行水解)、高溫處理　(3)感受態　抗原—抗體雜交技術　(4)可溶性淀粉的分解效率降低　酶相應基因的堿基序列
(教師用書獨具)
(2020·江蘇高考改編)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側的序列，具體流程如圖(以EcoRⅠ酶切為例)：
請據圖回答問題：
(1)步驟Ⅰ用的EcoRⅠ是一種___________酶，它通過識別特定的________切割特定位點。
(2)步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3′ 羥基與5′ 磷酸間形成________；PCR循環中，升溫到95 ℃是為了獲得________；耐高溫的DNA聚合酶的作用是催化________________。
(3)若如表所列為已知的DNA序列和設計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是____________(從引物①②③④中選擇，填編號)。
DNA序列(虛線處省略了部分核苷酸序列)
已知序列
PCR引物 ①5′ AACTATGCGCTCATGA 3′ ②5′ GCAATGCGTAGCCTCT 3′ ③5′ AGAGGCTACGCATTGC 3′ ④5′ TCATGAGCGCATAGTT 3′
(4)對PCR產物測序，經分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中(虛線處省略了部分核苷酸序列)，結果正確的是________。
A．5′ AACTATGCG┈┈AGCCCTT 3′
B．5′ AATTCCATG┈┈CTGAATT 3′
C．5′ GCAATGCGT┈┈TCGGGAA 3′
D．5′ TTGATACGC┈┈CGAGTAC 3′
[解析]　(1)根據題圖可知，步驟Ⅰ是獲取目的DNA片段，所用的酶EcoRⅠ是一種限制酶，其能識別特定的核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(2)步驟Ⅱ是將目的DNA片段連接成環狀，其中DNA連接酶的作用是催化相鄰核苷酸之間的3′ 羥基和5′ 磷酸間形成磷酸二酯鍵。PCR循環中，升高溫度到95 ℃是為了打開氫鍵使雙鏈解旋，獲得DNA單鏈，耐高溫的DNA聚合酶的作用是催化游離的脫氧核苷酸連接到引物3′端，合成DNA子鏈。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始延伸DNA子鏈，因為DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸，故為擴增未知序列，選擇的與模板鏈相結合的引物應為5′ TCATGAGCGCATAGTT 3′(引物④)和5′ GCAATGCGTAGCCTCT 3′(引物②)。(4)分析題意可知，片段F的兩端為限制酶EcoR Ⅰ切割后產生的黏性末端，因此其5′端序列應為AATT ，3′端序列應為 TTAA，B正確。
[答案]　(1)限制性內切核酸(或限制)　核苷酸序列　(2)磷酸二酯鍵　DNA單鏈　以DNA為模板的DNA鏈的延伸　(3)②④　(4)B
課時分層作業(三十八)　基因工程及生物技術的安全性與倫理問題(1)
1．(2022·廣東廣州一模)下列有關DNA聚合酶和DNA連接酶的敘述錯誤的是(　　)
A．二者的合成需要核糖體的參與
B．二者在酵母菌的細胞核和細胞質中均發揮作用
C．二者在大腸桿菌的擬核和線粒體均有分布
D．二者所催化的反應要消耗細胞代謝產生的能量
C　[DNA聚合酶和DNA連接酶的本質都是蛋白質，合成場所都是核糖體，A正確；DNA聚合酶和DNA連接酶可參與DNA復制，DNA復制的場所主要是細胞核，在細胞質的線粒體內也能進行，因此二者在酵母菌的細胞核和細胞質中均發揮作用，B正確；大腸桿菌為原核生物，不含線粒體，C錯誤；二者所催化的反應為DNA復制，要消耗細胞代謝產生的能量，D正確。]
2．(2022·北京房山區二模)大腸桿菌的質粒—環狀DNA是基因工程的常用載體，結構如圖。下列敘述正確的是(　　)
A．①②③共同組成核糖核苷酸
B．質粒中的堿基遵循堿基互補配對原則
C．DNA連接酶會使化學鍵④重新連接
D．若某種限制酶在質粒上只有一個酶切位點，則質粒被切為兩個片段
B　[①②③共同組成DNA的基本單位——脫氧核苷酸，A錯誤；質粒中的堿基遵循堿基互補配對原則，A與T配對，G與C配對，B正確；DNA連接酶使DNA片段重新連接，這過程形成磷酸二酯鍵，且磷酸二酯鍵是由磷酸基團與3號碳原子相連，C錯誤；限制酶識別特定序列并在特定位點切割，環狀質粒上若只有一個限制酶切位點，則質粒被切割為1個完整的DNA鏈狀片段，D錯誤。]
3．(2022·湖北武漢高三模擬)自然界中很少出現藍色的花，天然藍色花產生的主要原因是花瓣細胞液泡中花青素在堿性條件下顯藍色。我國科學家利用鏈霉菌的靛藍合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp)構建基因表達載體(如圖)，通過農桿菌轉化法導入白玫瑰中，在細胞質基質中形成穩定顯色的靛藍。
注：PmeⅠ、BamHⅠ、SpeⅠ、SacⅠ為不同限制酶。
下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．上述獲得藍色玫瑰的方案中無需轉入能調控液泡pH的基因
B．將sfp基因插入Ti質粒時使用的限制酶是PmeⅠ和BamHⅠ
C．sfp和idgS基因具有各自的啟動子，表達是相互獨立進行的
D．農桿菌可將Ti質粒上的T DNA整合到白玫瑰染色體DNA上
B　[靛藍能夠穩定顯色，不受pH的影響，故本題方案中無需轉入能調控液泡pH的基因，A正確；將sfp基因插入Ti質粒時使用限制酶PmeⅠ，會將終止子一同切除，故只能用BamHⅠ，B錯誤；sfp和idgS基因具有各自的啟動子，表達是相互獨立進行的，C正確；將目的基因導入植物細胞可采用農桿菌轉化法，故農桿菌可將Ti質粒上的T DNA整合到白玫瑰染色體DNA上，D正確。]
4．(2022·江蘇鹽城三模)酵母菌報告基因的轉錄需要激活因子GAL4參與，它由結構功能相互獨立的DNA結合域(AD)和轉錄激活域(BD)構成。AD、BD只有通過特定途徑在空間上結合時，才能激活轉錄。為研究蛋白質X、Y能否特異性結合，科學家通過基因工程將蛋白質X、Y分別與酵母菌中報告基因表達所需AD、BD制成融合蛋白，通過報告基因表達情況進行分析，如圖所示。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．GAL4的化學本質是蛋白質
B．該技術操作的前提是阻斷酵母菌原有的AD、BD結合途徑
C．若報告基因成功表達，則表明蛋白質X、Y能特異性結合
D．AD與BD結合后，發揮類似于DNA聚合酶的作用
D　[蛋白質X、Y分別結合在AD、BD上形成融合蛋白，說明AD、BD都是蛋白質，即GAL4的化學本質是蛋白質，A正確；要研究蛋白質X、Y能否特異性結合，應該先阻止AD與BD的特異性結合，B正確；若報告基因成功表達了，說明AD與BD結合了，進而說明蛋白質X、Y能特異性結合，C正確；AD與BD結合后，激活的是轉錄過程，因此發揮的是類似于RNA聚合酶的作用，D錯誤。]
5．(2022·福建莆田高三質檢)非洲豬瘟是由非洲豬瘟病毒(ASFV)感染家豬和野豬引起的一種高致病性傳染病。科研人員在病毒ASFV的K基因(大小為790 bp)中間插入熒光素酶基因(Gluc基因)和增強型綠色熒光蛋白基因(EGFP基因)，從而構建可以進行快速觀察及定量檢測酶活性的重組病毒(ASFV－Gluc－EGFP)體系，如圖1所示。回答下列問題：
圖1
(1)構建重組病毒時用的HindⅢ和BamHⅠ都是________酶。
(2)為了初步鑒定重組病毒是否構建成功，科研人員提取病毒DNA，選用__________(引物組合)進行PCR擴增，擴增結果有1、2兩種類型，如圖2所示。該實驗結果表明Gluc基因和EGFP基因__________(填“有”或“沒有”)插入病毒ASFV的K基因。
M：指示分子大小的標準參照物。
1：病毒ASFV的PCR產物。
2：重組病毒的PCR產物。
圖2
(3)為了進一步驗證重組病毒是否成功表達，科研人員將豬肺泡巨噬細胞(PAMS)培養一段時間后，平均分成A、B兩組，其中A組接種病毒ASFV，B組接種________。支持“重組病毒成功表達”的實驗結果為：____________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)同時，科研人員又分別測定了A、B兩組的病毒數量變化，發現兩者無顯著差異，該結果表明______________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
因此，該重組病毒體系的構建可為后續研究ASFV的致病機制及藥物治療奠定基礎。
[解析]　(1)構建重組病毒時用的HindⅢ和BamHⅠ都是限制性內切核酸(或限制)酶，可以識別并切割特定的DNA序列。(2)為了初步鑒定重組病毒是否構建成功，科研人員提取病毒DNA，據圖1分析，選用引物組合引物1和引物4進行PCR擴增可獲得完整的Gluc基因和EGFP基因序列；擴增結果有1、2兩種類型，如圖2所示，該實驗結果表明Gluc基因和EGFP基因有插入病毒ASFV的K基因，因K基因大小約790 bp(類型1)，而插入成功的應大于790 bp(類型2，約1 758 bp)。(3)為了進一步驗證重組病毒是否成功表達，科研人員將豬肺泡巨噬細胞(PAMS)培養一段時間后，平均分成A、B兩組，根據對照原則，其中A組接種病毒ASFV，B組接種重組病毒。若B組可觀察到綠色熒光，檢測到熒光素酶有活性；A組無熒光，熒光素酶無活性，則說明“重組病毒成功表達”。(4)科研人員分別測定了A、B兩組的病毒數量變化，發現兩者無顯著差異，該結果表明Gluc基因和EGFP基因的插入不影響病毒的復制。因此，該重組病毒體系的構建可為后續研究ASFV的致病機制及藥物治療奠定基礎。
[答案]　(1)限制性內切核酸(或限制)　(2)引物1和引物4(或引物4和引物1)　有　(3)重組病毒　B組可觀察到綠色熒光，檢測到熒光素酶有活性；A組無熒光，熒光素酶無活性　(4)Gluc基因和EGFP基因的插入不影響病毒的復制
6．(2023·廣東佛山檢測)農桿菌Ti質粒上的T DNA可以轉移并隨機插入被侵染植物的染色體DNA中。研究者將下圖中被侵染植物的DNA片段連接成環，并以此環為模板進行PCR，擴增出T DNA插入位置兩側的未知序列，以此可確定T DNA插入的具體位置。下列說法不正確的是(　　)
注：子鏈從引物的3′端開始延伸。
A．PCR擴增依據的是DNA分子雙鏈復制的原理
B．進行PCR擴增需要熱穩定DNA聚合酶
C．利用圖中的引物②③組合可擴增出兩側的未知序列
D．通過與受體細胞的基因組序列比對，可確定T DNA的插入位置
C　[PCR擴增依據的是DNA分子雙鏈復制的原理，是體外擴增DNA的一種方式，A正確；PCR技術需要在高溫條件下進行變性，故進行PCR擴增需要熱穩定DNA聚合酶，B正確；由于DNA的兩條鏈反向平行，且子鏈從引物的3′端開始延伸，故利用圖中的引物①④組合可擴增出兩側的未知序列，C錯誤；通過與受體細胞的基因組序列比對，可確定T DNA的插入位置，D正確。]
7．(2022·山東濰坊高三二模)修復DNA雙鏈斷裂的細胞通路在細胞生長、發育和癌變中具有關鍵作用，近年科學家在哺乳動物真核細胞內發現參與此通路的一種獨特的 DNA聚合酶(Polθ)。當DNA 雙鏈發生斷裂時，某些酶會在斷裂處將5′端鏈切割(原雙鏈DNA兩端的5′端因連有特殊物質“”而避免被切割)，形成局部單鏈 DNA(ssDNA 懸臂)。其上某些區域的堿基可互補配對，稱為微同源區。DNA 發生雙鏈斷裂后，Polθ主要承擔檢測和修復 DNA 雙鏈斷裂的工作，如圖1表示綠色熒光蛋白基因(GFP)在受體細胞中斷裂后的修復過程。GFP含有6個堿基對的微同源區段。
圖1
(1)DNA雙鏈因________鍵斷裂而斷開，兩ssDNA懸臂微同源區結合依賴________。
(2)在 GFP的修復過程中，Polθ的作用具體體現在________，此時微同源區的單鏈片段相當于該過程中的________，科研人員發現 Polθ基因在腫瘤細胞中高表達，主要用于發揮此項作用。
(3)核糖核苷酸替換是基因組中最常見的 DNA 核苷酸損傷，即 DNA 某條鏈的部分脫氧核苷酸被核糖核苷酸取代。科學家將 10 個核糖核苷酸序列替換到原 GFP基因上游的非模板鏈，模板鏈進行兩個堿基替換，如圖2所示，將其導入受體細胞設法使其重復上述實驗過程，結果仍出現了綠色熒光。
圖2
①請闡述上述過程受體細胞中仍出現綠色熒光的機制：______________________
_____________________________________________________________________。
②上述過程說明 Polθ還具有類似于________酶的作用，科研人員發現 Polθ基因在正常細胞中表達，主要用于發揮此作用。
(4)結合上述信息，請利用Polθ抑制劑和單克隆抗體為研發癌癥的靶點治療提供新思路______________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)結合圖示，DNA雙鏈斷裂破壞的是兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵；由于堿基互補配對，兩 ssDNA 懸臂微同源區能夠結合。(2)結合圖示可知，在Polθ的作用下，缺失的單鏈在延伸，因此Polθ具有催化磷酸二酯鍵形成的作用，使小分子脫氧核苷酸聚合形成單鏈，達到修復的作用；微同源區的單鏈片段相當于該過程中的引物(一小段DNA序列，能啟動DNA單鏈的合成)，根據這個引物開始合成子鏈，按照堿基互補配對原則，合成缺失的單鏈。(3)模板鏈改變后蛋白質沒有變化，說明 Polθ依然能得到正確的翻譯模板，從而翻譯出綠色熒光蛋白，GFP基因斷裂后，模板鏈的堿基替換部位被切除，Polθ以含核糖核苷酸的片段為模板合成出正確的模板鏈(逆轉錄)，進而表達出綠色熒光蛋白GFP；Polθ能催化RNA→DNA的過程，說明Polθ有逆轉錄的作用。(4)單克隆抗體具有高度特異性，Polθ具有修復DNA的作用，而癌細胞或者腫瘤細胞也是基于改變引起的，本身不希望它們的DNA完整或DNA正常表達，此時Polθ抑制劑就能很好地發揮作用，將能特異性識別腫瘤細胞的單克隆抗體與Polθ抑制劑結合，利用抗原—抗體特異性結合的原理，找到腫瘤細胞，抗體與腫瘤細胞特異性結合后釋放Polθ抑制劑，特異性抑制腫瘤細胞DNA斷裂后的修復。
[答案]　(1)磷酸二酯　堿基互補配對原則　(2)催化合成DNA子鏈　引物　(3)GFP基因斷裂后，模板鏈的堿基替換部位被切除，Polθ以含核糖核苷酸的片段為模板合成出正確的模板鏈，進而表達出綠色熒光蛋白GFP　逆轉錄　(4)將能特異性識別腫瘤細胞的單克隆抗體與Polθ抑制劑結合，抗體與腫瘤細胞特異性結合后釋放Polθ抑制劑，特異性抑制腫瘤細胞DNA斷裂后的修復
(教師用書獨具)
1．研究表明，服用α 干擾素在慢性乙肝、丙肝及部分腫瘤的治療中有一定療效。人參是一種名貴藥材，具有較好的滋補作用。如圖為科研人員制備能合成干擾素的人參愈傷組織細胞的流程，①～④表示相關的操作。若限制酶EcoRⅠ識別G↓AATTC，BamHⅠ識別G↓GATCC。下列選項不正確的是(　　)
A．步驟①中，利用 PCR 技術擴增干擾素基因時，設計引物序列的主要依據是干擾素基因兩端的部分核苷酸序列
B．在過程③中T DNA 整合到受體細胞的染色體 DNA 上
C．科研人員在兩種引物的一端分別加上了GAATTC和GGATCC 序列，目的是方便后續的剪切和連接
D．過程④中，科研人員最終未能檢測出干擾素基因，其原因可能是干擾素基因未能導入人參愈傷組織細胞
B　[步驟①中，利用PCR技術擴增干擾素基因時，設計引物序列的主要依據是干擾素基因兩端的部分核苷酸序列，A正確；在過程③將重組質粒導入根瘤農桿菌，而在侵染人參愈傷組織細胞時，T DNA整合到受體細胞的染色體DNA上，B錯誤；由于需要用EcoRⅠ、BamHⅠ兩種限制酶切割目的基因和質粒，因此科研人員還在兩種引物的一端分別加上了GAATTC和GGATCC序列，以便于后續的剪切和連接，C正確；干擾素基因未能導入人參愈傷組織細胞，這會導致通過該方法不能檢測出干擾素基因，D正確。]
2．(2022·山東聊城一模)克隆技術可用于生殖性克隆和治療性克隆，治療性克隆有希望最終解決供體器官短缺和器官移植出現的排異反應，如圖表示治療性克隆的過程。下列敘述正確的是(　　)
A．上述過程利用了核移植和胚胎移植技術
B．①、②過程不進行DNA復制和蛋白質的合成
C．胚胎干細胞和誘導出的各種細胞都需在CO2培養箱中進行培養
D．治療性克隆解決了器官移植的排異反應，已成為目前器官移植的常用手段
C　[結合圖示可知，該過程中沒有用到胚胎移植，A錯誤；①、②過程進行有絲分裂和分化，需要進行DNA復制和蛋白質的合成，B錯誤；動物細胞培養需要在CO2培養箱中進行，C正確；治療性克隆的細胞來源于自身的細胞，不會產生排異反應，但目前沒有成為器官移植的常用手段，D錯誤。]
3．(2022·廣東韶關高三測試)早在新冠病毒感染發生初期，我國就布局了5條疫苗研發的技術路線，包括了滅活疫苗、腺病毒載體疫苗、重組蛋白疫苗、減毒流感病毒載體疫苗和核酸疫苗。當前我國全民免費接種的主要是滅活疫苗；而科學家陳薇院士團隊自主研制腺病毒載體疫苗具有安全、高效、引發的不良反應少的優點。如圖所示為科學家陳薇教授團隊研制腺病毒載體疫苗的原理。
(1)如圖所示過程中必須用到的酶有________________，腺病毒的作用是____________。
(2)獲取目的S蛋白基因是各種疫苗研制途徑需要解決的首要問題，通常采用以下兩種方法，一是利用____________________________后，PCR技術擴增得到基因S；二是完成________________后，直接人工合成基因S。
(3)新冠病毒檢測采用RT PCR技術與熒光定量PCR結合，其中熒光定量PCR技術是將得到的DNA進行大量復制，再使用____________對復制得到的DNA進行檢測，并進行熒光標記，該過程利用了____________的原理。
[解析]　(1)據圖可知，②表示RNA逆轉錄形成cDNA，需要逆轉錄酶；④表示基因表達載體的構建，需要限制酶和DNA連接酶。S蛋白基因與腺病毒重組形成新冠疫苗(基因表達載體)，因此腺病毒屬于載體，其作用是目的基因的“分子運輸車”。(2)目的基因獲取方法有從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成，新冠病毒感染發生初期還沒有建立相應的基因文庫，不能從基因文庫中獲取，因此通常采用PCR技術擴增和人工合成。利用PCR擴增時，首先提取得到病毒的RNA，然后逆轉錄形成cDNA，再用PCR技術擴增得到基因S；在人工合成時，首先進行病毒的S基因測序，然后直接人工合成基因S。(3)新冠病毒核酸檢測主要用熒光定量RT PCR技術，這種技術是熒光定量PCR技術與RT PCR技術的結合。在檢測過程中，先采用RT PCR技術將新冠病毒的核酸(RNA)逆轉錄為對應的脫氧核糖核酸(DNA)；再采用熒光定量PCR技術，將得到的DNA進行大量復制，同時，使用特異性探針對復制得到的DNA進行檢測，打上標記。如果存在新冠病毒核酸，儀器就可以檢測到熒光信號，而且，隨著DNA的不斷復制，熒光信號不斷增強，這樣就間接檢測到了新冠病毒的存在。該過程利用了分子雜交技術。
[答案]　(1)逆轉錄酶、限制酶、DNA連接酶　目的基因(S蛋白基因)載體(或目的基因的“分子運輸車”)　(2)病毒的RNA，逆轉錄得到DNA　病毒的S基因測序　(3)特異性探針　分子雜交技術
4．(2022·重慶一中模擬)生菜的顏色受兩對等位基因A/a和B/b控制。野生生菜通常為綠色，遭遇逆境時合成花青素，使葉片變為紅色，人工栽培的生菜品種在各種環境下均為綠色。用野生型紅色生菜與人工栽培的綠色生菜雜交得到F1，F1自交得到F2，F2中有7/16的個體始終為綠色。育種工作者根據A/a、B/b的基因序列設計特異性引物，分別對F2中部分紅色植株的DNA進行PCR擴增，結果如圖所示。下列分析錯誤的是(　　)
A．人工栽培的生菜均為綠色的根本原因可能是不含有合成紅色花青素的基因
B．基因型為A_B_的生菜可能為紅色，紅色生菜光合作用可能較弱
C．由圖中擴增結果可知，編號1到8的紅色生菜中雜合植株所占比例為3/8
D．F2中的紅色生菜植株自交，若后代在適宜環境下生長發育，則綠色植株所占比例會增大
C　[人工栽培的生菜均為綠色的根本原因可能是不含有合成紅色花青素的基因，所以不能合成紅色花青素，A正確；光合色素主要吸收紅光和藍紫光，紅色生菜對紅光吸收的少反射的多，故光合作用可能較弱，B正確；由題圖中擴增結果可知，編號1到8的紅色生菜中，植株3、5的A/a、B/b的基因擴增結果都只有一條帶，可知3號和5號的基因是純合的，其他都是雜合植株，所以雜合植株所占比例為3/4，C錯誤；F2中的紅色生菜植株自交，因為后代在適宜環境下生長發育，而不是在逆境中，所以綠色植株所占比例會增大，D正確。]
5．(2023·廣東惠州檢測)從圖1酶切結果分析，圖2中目的基因(長度為2.0 kb)插入方向正確的重組質粒序號和作出該判斷所用的限制酶是(　　)
圖1
圖2
A．①，BamHⅠ　　　 B．①，EcoRⅠ和HindⅢ
C．②，EcoRⅠ D．②，EcoRⅠ和HindⅢ
B　[根據題圖分析可知，重組質粒①被EcoRⅠ酶切后，能得到5.8 kb的片段，被BamHⅠ酶切后能產生3.8 kb和2.0 kb兩種片段，被EcoRⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時酶切后，能產生4.5 kb和1.3 kb的片段。而重組質粒②被EcoRⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時酶切后，產生的片段為2.3 kb和3.5 kb，與圖1酶切結果不符合。綜上所述，B正確，A、C、D錯誤。]
課時分層作業(三十九)　基因工程及生物技術的安全性與倫理問題(2)
1．(2022·北京海淀區高三期中)RNase P是一種內切核酸酶，由RNA和蛋白質組成。無活性的RNase P通過與前體tRNA特異性結合被激活，激活的RNase P剪切前體tRNA，所得的成熟tRNA進入細胞質基質中發揮作用。以下關于RNase P分析不正確的是(　　)
A．通過破壞磷酸二酯鍵剪切前體tRNA
B．RNase P能夠催化tRNA基因的轉錄
C．RNase P可能存在于細胞核或某些細胞器中
D．pH、溫度都會影響RNase P的活性
B　[RNase P是一種內切核酸酶，因此通過破壞磷酸二酯鍵剪切前體tRNA，A正確；內切核酸酶RNase P能對tRNA前體進行剪切加工，不能催化轉錄過程，催化轉錄過程中的酶是RNA聚合酶，B錯誤；因為線粒體和葉綠體也可以進行基因表達，因此RNase P可能存在于細胞核或某些細胞器中，C正確；pH、溫度都會影響酶活性，因此也會影響RNase P的活性，D正確。]
2．(2022·山東濟南高三測試)為減少引物與模板之間的非特異性配對，人們在常規PCR技術的基礎上進行了改良，發明了巢式PCR技術。其原理是利用兩套PCR引物進行兩輪PCR擴增，首先利用第一對引物(外引物)對目的基因所在DNA進行15～30個循環的擴增；第二輪擴增以第一輪擴增產物為模板，利用第二對引物(內引物或巢式引物)進行15～30個循環擴增，具體過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．巢式PCR中加入的組分與常規PCR相同，但擴增產物比常規PCR特異性更強
B．兩套引物需進行兩次PCR，由于和兩套引物都互補的靶序列較少，因此大大提高了擴增的特異性
C．內引物擴增的模板是外引物擴增后的產物，第二階段反應能否進行，也是對第一階段反應正確性的鑒定
D．如果第一次擴增產生了錯誤片段，則第二次能在錯誤片段上進行引物配對并擴增的概率將會增加
D　[巢式PCR中加入的組分與常規PCR相同，包括5種基本成分，依次為：引物、耐高溫的DNA聚合酶、dNTP(原料)、模板DNA、Mg2+，但擴增產物比常規PCR特異性更強，A正確；巢式PCR通過兩輪PCR反應，使用兩套引物擴增特異性的DNA片段，第二對引物的功能是特異性的擴增位于首輪PCR產物內的一段DNA片段，第一輪擴增中，外引物用以產生擴增產物，此產物在內引物的存在下進行第二輪擴增，從而提高反應的特異性獲得的產物特異性更強，B正確；內引物擴增的模板是外引物擴增后的產物，第二階段反應能否進行，也是對第一階段反應正確性的鑒定，如果利用外引物擴增產生了錯誤片段，再利用內引物擴增在錯誤片段上進行引物配對并擴增的概率減小，C正確，D錯誤。]
3．(2022·遼寧葫蘆島一模)如圖是利用重組DNA技術生產能降解農藥馬拉硫磷的CarE制劑的流程。下列敘述正確的是(　　)
A．過程①是在小菜蛾細胞的細胞核中進行的
B．過程②獲取的CarE基因中不含有啟動子和終止子
C．重組DNA技術的核心是將CarE基因導入受體細胞
D．重組表達載體的制備過程中需要限制酶和DNA聚合酶
B　[過程①表示通過逆轉錄合成相應的DNA，該過程是在生物體外進行的，不是在小菜蛾細胞的細胞核中進行的，A錯誤；過程②獲取的CarE基因是以mRNA為模板通過逆轉錄合成的，因此CarE基因中不含有啟動子和終止子，B正確；重組DNA技術的核心是構建含CarE基因的重組表達載體，C 錯誤；重組表達載體的制備過程中，需要限制酶切割含有CarE基因的DNA片段與載體，然后用DNA連接酶將CarE基因片段拼接到載體的切口處，D錯誤。]
4．(2022·山東濟寧二模)OsGLOl、EcCAT、EcGCL和TSR四個基因分別編碼四種不同的酶，研究人員將這些基因分別與葉綠體轉運肽(引導合成的蛋白質進入葉綠體)基因連接，構建多基因表達載體(載體中部分序列如圖所示)，利用農桿菌轉化法轉化棉花，在棉花葉綠體內構建了一條新的代謝途徑，提高了棉花的產量。下列敘述正確的是(　　)
A．四個基因都在棉花葉綠體內進行轉錄、翻譯
B．OsGLOl、EcCAT基因轉錄時以DNA的同一條單鏈為模板
C．應選用含卡那霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的棉花細胞
D．可用抗原—抗體雜交技術檢測四種酶在轉基因棉花中的表達情況
D　[由題意知，利用農桿菌轉化法轉化水稻，可使目的基因插入水稻細胞中染色體的DNA上，所以與葉綠體轉運肽基因連接的四個基因，在水稻細胞核內進行轉錄，在核糖體中進行翻譯，A錯誤；由題圖可知，在同一個T DNA中OsGLOl基因和EcCAT基因的啟動子啟動轉錄的方向不同，因此OsGLOl、EcCAT基因轉錄時不是以DNA的同一條單鏈為模板，B錯誤；卡那霉素抗性基因不在T DNA中，而潮霉素抗性基因在T DNA中，應選用含潮霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的水稻細胞，C錯誤；可用抗原—抗體雜交技術檢測四種酶在轉基因水稻中的表達量，雜交帶相對量越多，表明目的基因翻譯成的蛋白質含量越高，D正確。]
5．(2022·湖北武漢二模)為提高轉基因抗蟲棉的抗蟲持久性，可采取如下措施：①基因策略：包括提高殺蟲基因的表達量向棉花中轉入多種殺蟲基因等。例如，早期種植的抗蟲棉只轉入了一種Bt毒蛋白基因，抗蟲機制比較單一；現經常將兩種或兩種以上Bt毒蛋白基因同時轉入棉花。②田間策略：主要是為棉鈴蟲提供庇護所。例如我國長江、黃河流域棉區多采用將轉基因抗蟲棉與高粱和玉米等其他棉鈴蟲寄主作物混作的方式，為棉鈴蟲提供天然的庇護所。關于上述策略，下列敘述錯誤的是(　　)
A．轉入多種Bt毒蛋白基因能提高抗蟲持久性，是因為棉鈴蟲基因突變頻率低且不定向
B．轉基因棉田周圍種植非抗蟲棉，可降低棉鈴蟲抗性基因的突變率
C．為棉鈴蟲提供庇護所，可使敏感型棉鈴蟲在種群中維持一定比例
D．為棉鈴蟲提供庇護所，可使棉鈴蟲種群抗性基因頻率增速放緩
B　[由于棉鈴蟲基因突變頻率低且不定向，轉入多種Bt毒蛋白基因可以降低棉鈴蟲抗Bt毒蛋白的能力，從而提高抗蟲持久性，A正確；基因突變可以自發發生，且具有不定向性，突變頻率與環境沒有直接關系，所以在轉基因棉田周圍種植非抗蟲棉，不能降低棉鈴蟲抗性基因的突變率，但可以降低抗性基因的基因頻率升高的速度，B錯誤；在轉基因棉田周圍種植一定面積的非轉基因棉花，為棉鈴蟲提供庇護所，使敏感型的個體可以生存，在種群中維持一定比例，C正確；為棉鈴蟲提供庇護所，使具有抗毒蛋白和敏感型個體都得以生存，由于二者之間存在種內競爭，因此使棉鈴蟲種群抗性基因頻率增速放緩，D正確。]
6．(2022·山東菏澤高三一模)水稻胚乳含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系

展開更多......

收起↑