选必3 第11单元 第3讲 第一课时 系统主干知识，夯实备考基础（课件）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

基因工程及生物技术的安全性与伦理问题 第3讲 学习目标 1.理解基因工程的概念；　 2.阐明重组DNA技术三种基本工具的作用；　 3.阐明基因工程的基本操作程序及各步骤的作用；　 4.掌握DNA粗提取和鉴定的方法，尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR产物；　 5.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生等行业的广泛应用；　 学习目标 6.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质；　 7.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；　 8.认同生物技术在造福人类社会的同时也可能会带来安全性与伦理问题。 建构知识体系 系统主干知识，夯实备考基础 第一课时 目录 主题研习（一） 主题研习（二） 主题研习（三） 重组DNA技术的基本工具 基因工程的操作程序与应用 蛋白质工程与DNA片段的扩增及电泳鉴定 课时跟踪检测 主题研习（四） 生物技术的安全性与伦理问题 主题研习（一）重组DNA技术的基本工具 （基础·自学型） (一)基因工程的概念分析 目的基因 基因重组 受体 分子 (二)基因工程的基本工具 1．限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 存在 主要存在于原核生物中 作用 识别双链DNA分子的特定___________，并使每一条链中特定部位的____________断开 特征 一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA分子 结果 产生___________和平末端 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 2．DNA连接酶——“分子缝合针” 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 ___________ T4噬菌体 特点 只连接_____末端 连接黏性末端和_____末端 作用 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的___________，连接两个DNA片段 大肠杆菌 黏性 平 磷酸二酯键 3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 类型 常用：______；其他：噬菌体、动植物病毒等 条件 ①能自我复制或整合到受体 DNA 上，使目的基因稳定存在且数量可扩增；②具有一个至多个__________ ____，供外源DNA片段插入；③具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选 作用 携带外源DNA片段进入受体细胞 质粒 限制酶切割 位点 (三)DNA的粗提取与鉴定 1．实验原理 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____________方法对它们进行提取。 (1)DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精。 (2)DNA在不同浓度的___________中溶解度不同，它能溶于___________的NaCl溶液。 (3)在一定温度下，DNA遇_________试剂会呈现蓝色。 物理或化学 NaCl溶液 2 mol/L 二苯胺 2．实验步骤 3．DNA的粗提取与鉴定实验的四点注意事项 (1)该实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。 (2)加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA的断裂，导致DNA不能形成丝状物。 (3)二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定的效果。 (4)在DNA进一步提纯时，选用预冷的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。 (1)重组DNA技术所需要的三种基本工具为限制酶、DNA连接酶和载体。 ( ) (2)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。( ) (3)E.coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。 ( ) (4)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体。 ( ) (5)DNA连接酶和DNA聚合酶作用方式相同。 ( ) √ × × √ × [微点判断] (6)(2023·江苏卷)粗提取的DNA溶于2 mol/L NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后显蓝色。 ( ) (7)(2022·湖北卷)动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行。 ( ) (8)(2022·山东卷)“DNA的粗提取与鉴定”实验，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。 ( ) × × √ 题点(一)　基因工程的操作工具 1．下列有关基因工程的理论基础和技术发展的叙述，错误的是(　 ) A．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据 B．基因载体的发现为基因跨物种转移找到了运载工具 C．限制酶和DNA连接酶的发现为DNA的切割和连接创造了条件 D．PCR技术扩增目的基因的前提是已知目的基因的碱基序列 √ 解析：遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据，A正确； 细菌的质粒有自我复制能力，并可以在细胞间转移，质粒作为基因工程的常用载体，为基因跨物种转移的运载工具，B正确； 基因工程诞生的过程中，限制酶和DNA连接酶的发现为DNA的切割和连接创造了条件，C正确； 在基因工程中，利用PCR技术扩增目的基因的前提需要有一段已知该基因的碱基序列，便于合成引物，并不是已知目的基因的碱基序列，D错误。 2．基因工程操作过程中需要特殊工具和合适的受体细胞。下列有关叙述错误的是(　 ) A．DNA连接酶与DNA聚合酶催化合成的化学键相同，但催化反应的底物不同 B．质粒作为载体必须具有特殊的标记基因，以便于重组DNA分子的筛选 C．原核生物中限制酶不切割自身的DNA一定与其DNA中不存在该酶识别序列有关 D．培育转基因高产抗病植物时的受体细胞可以为受精卵或体细胞 解析：DNA连接酶使DNA片段间形成磷酸二酯键，DNA聚合酶在DNA复制时发挥作用，使单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键，两种酶催化合成的化学键相同，但催化反应的底物不同，A正确； √ 作为载体必须具备的条件之一是具有某些特殊的标记基因，以便重组DNA分子的筛选，B正确； 限制酶不切割自身DNA的原因可能是自身的识别序列已经被修饰，C错误； 可以用受精卵作为受体细胞，也可以用体细胞作为受体细胞，再采用植物组织培养技术将受体细胞培育成转基因植株，D正确。 3．(2023·全国新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、 酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因 (两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒 进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　 ) A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coli DNA连接酶连接 √ 23 解析：只用一种限制酶切割质粒和目的基因，会使质粒和目的基因发生自身环化或者使目的基因在质粒中反向连接，且E.coli DNA连接酶无法连接酶3切出的平末端，A不符合题意； 用酶1切割目的基因，产生的是黏性末端，用酶3切割质粒，产生的是平末端，两者切割后无法相互连接，B不符合题意； 质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后，可使用T4 DNA连接酶连接，使目的基因定向插到质粒中，C符合题意； 酶2和酶4切割后产生的黏性末端相同，易导致目的基因和质粒自身环化或者使目的基因在质粒中反向连接，并且用酶4切割会破坏标记基因，D不符合题意。 　[反思·收获] 归纳比较与DNA有关的几种酶 (1)从作用底物上分析 限制酶、DNA水解酶、解旋酶、DNA连接酶的作用底物都是DNA分子；DNA聚合酶的作用底物是脱氧核苷酸。 (2)从作用部位上分析 限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、DNA水解酶的作用部位都是磷酸二酯键，而解旋酶的作用部位是碱基对间的氢键。 (3)从作用结果上分析 限制酶是将DNA分子切成一个或多个片段，而DNA连接酶是将两个DNA片段连接为一个DNA分子；DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸依次连接成一条单链，而DNA水解酶是将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸；解旋酶是将双链DNA分子解旋为单链。　　　 题点(二)　DNA的粗提取与鉴定 4．(2023·广东高考)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(　 ) A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质 B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等 C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度 D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色 √ 解析：DNA主要存在于细胞核内，而裂解的目的是使细胞破裂，释放出DNA等物质，A正确； DNA、RNA、蛋白质和多糖等物质在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，通过适当的分离方法去除混合物中的多糖、蛋白质等，B正确； DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度使DNA溶解或析出，可反复多次以提高DNA的纯度，C正确； 进行DNA鉴定时可以使用二苯胺试剂，但要进行沸水浴加热后才能观察到颜色变化，D错误。 5．(2024·梅州一模)以菜花为材料提取DNA时，需将材料进行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白质变性剂)、EDTA(DNA酶抑制剂，稳定DNA活性)、Tris(缓冲剂)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．若选择鸡血细胞为材料，则省去了研磨过程 B．SDS可以使蛋白质变性，便于DNA与蛋白质分离 C．EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸 D．Tris可以调节溶液中的pH √ 解析：鸡血细胞悬浮液作为实验材料，利用细胞吸水涨破的原理，省去了研磨过程，A正确； SDS是蛋白质变性剂，可使蛋白质结构变得松散，使染色体中DNA和蛋白质分离，B正确； DNA的基本单位是脱氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制剂，可以防止DNA水解成脱氧核苷酸，C错误； Tris是缓冲剂，可调节溶液中的pH，D正确。 主题研习（二）基因工程的操作程序与应用 （深化·提能型） (一)基因工程的操作程序　 1．目的基因的筛选与获取 (1)筛选合适的目的基因 目的 基因 在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。主要是指______________的基因 筛选 方法 从相关的已知______________清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一 编码蛋白质 结构和功能 (2)利用PCR获取和扩增目的基因 ①原理：_______________。 ②条件：DNA模板、2种引物、_____________________和4种脱氧核苷酸。 DNA半保留复制 耐高温的DNA聚合酶 ③扩增过程 过程 说明 图解 变性 温度超过___℃，双链DNA解聚为单链 90 复性 温度下降到____℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合 延伸 温度上升到____ ℃左右，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链 续表 50 72 2．基因表达载体的构建 (1)构建基因表达载体的目的 ①使目的基因在_________中稳定存在，并且遗传给下一代。 ②使目的基因能够_______和发挥作用。 受体细胞 表达 (2)基因表达载体的组成 RNA聚合酶 转录 3．将目的基因导入受体细胞 项目 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 __________法、花粉管通道法 ________技术 Ca2＋处理法 受体细胞 受精卵、体细胞 _________________ 原核细胞 农杆菌转化 显微注射 受精卵 4.目的基因的检测与鉴定 检测水平 检测目的 检测方法 分子水平 目的基因是否插入到转基因生物染色体DNA上 ______ 目的基因是否转录出了mRNA 目的基因是否翻译出蛋白质 ______________ 个体水平 转基因生物是否表现出相应的特性 如抗虫、抗病的接种实验 PCR 抗原—抗体杂交 (二)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_____植物； (2)转基因_____植物； (3)转基因_________植物； (4)改良植物的品质； (5)提高动物的__________； (6)改善畜产品的品质。 抗虫 抗病 抗除草剂 生长速率 2．基因工程在医药卫生领域的应用 (1)对________________________进行基因改造，使它们生产药物。 (2)让哺乳动物批量生产______。 (3)可能使建立___________工厂的设想成为现实。 3．基因工程在食品工业方面的应用 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 微生物或动植物的细胞 药物 移植器官 (一)基因工程的操作步骤 [例1]　(2023·全国乙卷，节选)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白。丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。 (1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。 (2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为______；②为________，其作用是____________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是__________________________。 (3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是_____________________________________________(答出1点即可)。 (4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是________________________________________________ ________________________________________________________。 [解析]　(2)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来(便于重组DNA分子的筛选)。 (3)结合题中信息可知，出现题述现象的原因可能是密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同。 (4)欲通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可通过基因工程的方法将目的基因导入酵母菌，之后检测酵母菌是否发黄色荧光，如果发黄色荧光，则可证明YFP基因能在真核细胞中表达，实验思路见答案。 [答案]　(2)终止子　启动子　被RNA聚合酶识别并结合，驱动GFP突变基因的转录　鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来(便于重组DNA分子的筛选)　(3)密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同　(4)选择合适的载体，利用合适的限制酶和DNA连接酶将YFP基因和载体连接起来，构建基因表达载体，之后将基因表达载体导入酵母菌，检测其是否会发黄色荧光 1．目的基因的获取方法 (1)利用PCR获取和扩增目的基因。 (2)人工合成目的基因 |认|知|生|成| 化学合成法 依据某一蛋白质的氨基酸序列，推测出其基因序列，然后直接合成目的基因，其过程如下： 续表 (3)从基因文库中获取目的基因 根据目的基因的有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。 2．基因表达载体的构建过程 3．目的基因的检测与鉴定方法 (1)载体上标记基因的标记原理：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相应抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体并已表达的受体细胞，原理如图所示： (2)目的基因的检测 ①使用PCR等技术，检测目的基因是否插入转基因生物染色体DNA上及目的基因是否转录出特定mRNA。 ②采用抗原—抗体杂交技术，从转基因生物中提取蛋白质(作抗原)，与相应抗体杂交，依据是否出现杂交带确认目的基因是否“指导”特定蛋白质的合成。 ③采用抗虫、抗病毒等接种实验，进行目的基因成功表达的“个体生物学”水平的检测。 (二)PCR技术的操作原理和过程分析 [例2]　PCR 技术的原理类似于细胞内DNA 的复制，短时间内就可以在体外将目的基因扩增几百万倍。下列关于 PCR 技术的说法，错误的是(　 ) A．PCR 技术在短时间内将目的基因扩增几百万倍，因而对基因工程的操作有极大帮助 B．用 PCR 技术扩增目的基因，需要模板、原料、酶和能量等条件 C．用 PCR技术扩增目的基因，也遵循碱基互补配对原则 D．如果一个目的基因(双链DNA片段)在 PCR仪中经 n次循环可得到目的基因(2n－1)个 √ [解析]　PCR技术在短时间内将目的基因扩增几百万倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于活的生物体。因而对基因工程的操作有极大帮助，A正确； PCR技术的原理是DNA半保留复制，也需要模板、原料、能量、酶等条件，同时也遵循碱基互补配对原则，B、C正确； 如果一个目的基因(双链DNA片段)在 PCR仪中经n次循环可得到的目的基因为2n个，D错误。 1．PCR技术和DNA复制的比较 项目 PCR技术 DNA复制 场所 体外(PCR扩增仪中) 细胞内(主要是细胞核内) 解旋方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 酶 耐高温的DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 |认|知|生|成| 温度条件 在较高温度下进行，需控制温度 细胞内温和条件 合成对象 DNA片段 DNA分子 相同点 均需要模板(DNA双链)、原料(四种脱氧核苷酸)、能量 续表 2．PCR技术中的三个注意点 (1)在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。 (2)引物既可以是DNA单链，也可以为RNA单链。细胞内的DNA进行复制时，也需要引物，一般为RNA片段。 (3)真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2＋。 3．PCR扩增过程中的循环图示与规律 (三)利用不同方式生产药物的区别 生产方式 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性表达，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细胞株系 受体与人类基因结构的差异 动物与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌与人类的基因结构有较大差异 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 Ca2＋处理法 续表 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 续表 [例3]　运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生产，目前常用的生物反应器有“乳腺生物反应器”和“膀胱生物反应器”，其构建过程如下：构建药用蛋白基因的表达载体，并将表达载体导入动物的受精卵中，然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁或者尿液中提取药用蛋白。下列相关说法错误的是(　 ) A．构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起 B．在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因 √ C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制 D．将表达载体导入哺乳动物的受精卵时，常采用显微注射技术 [解析]　启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，可用于驱动基因的转录，构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证目的基因在乳腺细胞中表达，A正确； 受体细胞是动物的受精卵，所以在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的其他细胞中也含有药用蛋白基因，只是没有表达，B错误； “乳腺生物反应器”只能从哺乳期雌性个体的乳汁中获取产物，与“乳腺生物反应器”相比，“膀胱生物反应器”的优点是雌雄个体的尿液中都可提取到产物，且不受年龄的限制，因而受体来源更广泛，C正确； 将表达载体导入哺乳动物的受精卵(全能性最高)时，常采用显微注射技术，D正确。 题点(一)　基因工程的操作步骤与PCR技术 1．有关基因工程的操作步骤如下：①目的基因与载体相结合；②将目的基因导入受体细胞；③检测目的基因的表达是否符合特定的性状要求；④获得目的基因；⑤筛选含有目的基因的受体细胞。正确的操作顺序是(　 ) A．③②④⑤① B．②④①⑤③ C．④①②⑤③ D．③⑤④①② √ 解析：基因工程的基本操作步骤主要包括：目的基因的筛选与获取，即④获得目的基因； 基因表达载体的构建，即①目的基因与载体相结合； 将目的基因导入受体细胞，即②； 筛选含有目的基因的受体细胞，即⑤； 目的基因的检测与鉴定，即③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求，C符合题意。 2．如图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段，下列有关说法正确的是(　 ) A．片段a、b、c的长度均相同 B．片段a、b只是第一次循环的产物 C．片段c最早出现在第二次循环的产物中 D．经过30次循环后，片段c的数量为230 √ 解析：图中片段a、b只有一种引物，是以原始DNA链为模板复制而来，其长度可能比片段c长，A错误。 由于原始模板在每次循环中均可作为模板，则每次循环都能产生图中片段a、b，B错误。 由于第一次循环的产物只有一种引物，而图中片段c有两种引物，则片段c最早出现在第二次循环的产物中，C正确。 经过30次循环后，得到的DNA片段总数为230，其中包括图中的片段a、b，D错误。 3．研究人员将PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S(箭头表示转录方向)插入图中载体P区，构建表达载体，转入大肠杆菌，获得能够检测水中毒物的大肠杆菌。下列叙述不正确的是(　 ) A．PCR扩增启动子S时，图中引物Ⅰ、Ⅱ分别加入BamHⅠ、XhoⅠ识别序列 B．用Ca2＋处理大肠杆菌以便于转入构建好的表达载体 C．使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株 D．可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物 √ 解析：根据启动子的方向，以及终止子的位置，PCR扩增启动子S时，图中引物Ⅰ、Ⅱ分别加入XhoⅠ、BamHⅠ识别序列，A错误； 用Ca2＋处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于感受态，便于转入构建好的表达载体，B正确； 氨苄青霉素抗性基因为标记基因，可使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株，C正确； PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S(箭头表示转录方向)插入图中载体P区，若水中有毒物，绿色荧光蛋白能表达，可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物，D正确。 题点(二)　基因工程的应用 4．科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称之为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的是(　 ) A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物 B．含M的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上 C．即使M在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定 D．番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存 √ 解析：用PCR技术对M基因扩增时，需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确； 含M的T-DNA插入到番茄染色体DNA上才能稳定存在和表达，而不是将整个Ti质粒插入到番茄染色体上，B错误； 即使M在番茄中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确； 番茄种植容易，成本低且易储存，D正确。 5．研究者将含有乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因的DNA片段分别制成探针，与从转基因奶牛的乳腺细胞、口腔上皮细胞、蹄部细胞中提取的mRNA分别进行杂交，结果如表所示。下列叙述正确的是(　 ) 探针 乳腺细胞 口腔上皮细胞 蹄部细胞 乳铁蛋白肽基因探针 出现杂交带 未现杂交带 未现杂交带 人干扰素基因探针 出现杂交带 出现杂交带 出现杂交带 A.乳铁蛋白肽基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 B．人干扰素基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 C．表中两种基因探针所含的脱氧核苷酸的序列相同 D．乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是mRNA片段 √ 解析：分析表格数据，乳铁蛋白肽基因探针只在乳腺细胞中出现杂交带，说明乳铁蛋白肽基因只在转基因奶牛的乳腺细胞中表达，A错误； 人干扰素基因探针在多种细胞中出现杂交带，说明其可在转基因奶牛的多种体细胞中表达，B正确； 两种基因探针所含的脱氧核苷酸的种类可能相同，但核苷酸的数量和排列顺序不一定相同，C错误； 乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是有遗传效应的DNA片段，D错误。 主题研习（三）蛋白质工程与DNA片段 的扩增及电泳鉴定（基础·自学型） (一)蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程的概念 2．蛋白质工程的基本原理 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷 酸序列 3．蛋白质工程的应用 医药工业 研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度 其他工业 改进____的性能或开发新的工业用酶 农业 通过改造某些参与调控光合作用的酶，增加粮食产量；改造微生物_______________，设计优良微生物农药，增强防治病虫害的效果 酶 蛋白质的结构 4．蛋白质工程与基因工程的区别和联系 (1)二者的实质不同：蛋白质工程是定向改造或生产人类所需的蛋白质；基因工程是定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的类型或生物产品。 (2)二者的过程不同(参见前面的知识梳理内容)。 (3)二者的结果不同：蛋白质工程可生产自然界没有的蛋白质；基因工程只能生产自然界已有的蛋白质。 (4)二者的联系 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基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。 (二)DNA片段的扩增及电泳鉴定 1．实验基础 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 电泳 DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷______的电极移动，这个过程就是电泳 DNA的热变性 相反 产物 鉴定 PCR的产物一般通过________________来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的____________等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为_______ nm的紫外灯下被检测出来。 续表 琼脂糖凝胶电泳 大小和构象 300 2．PCR实验操作步骤和电泳鉴定 微量移液器 离心管 底部 凝胶边缘 3．DNA片段琼脂糖凝胶电泳图谱分析 (1)线状双链DNA分子在一定浓度琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子大小呈反比，分子越大则所受阻力越大，也越难在凝胶孔隙中移动，因而迁移得越慢，随着时间的推移，不同大小的DNA分子就会在凝胶中呈现出一个一个的条带。 (2)将待测样品电泳条带与Marker(已知长度的DNA片段)进行对比，即可知道待测样品中DNA片段的长度，其中条带的宽度反映了DNA含量的多少。如下图所示：几个待测样品中DNA片段长度基本一致，约为750 bp，其中F2样品中DNA含量最少。 (1)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。该胰岛素可通过蛋白质工程方法生产。 ( ) (2)利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。加入连接肽需要通过改造基因实现。 ( ) [微点判断] √ √ (3)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。提高复性的温度可减少反应非特异条带的产生。 ( ) (4)PCR反应延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制。 ( ) (5)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件下储存。 ( ) (6)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关。 ( )   √ × × × 题点(一)　蛋白质工程的原理和应用 1．蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　 ) A．通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不可以遗传 B．蛋白质工程和基因工程都需要构建基因表达载体 C．蛋白质工程需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具 D．蛋白质工程经常要建立蛋白质高级结构的三维模型 √ 解析：蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，从而改造蛋白质进而改造性状，其本质是通过基因控制性状，故可遗传，A错误； 蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，同基因工程一样，都需要构建基因表达载体，且构建基因表达载体时需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具，B、C正确； 蛋白质工程先要根据预期蛋白质功能设计建立蛋白质高级结构的三维模型，D正确。 2．天然人白细胞介素-2(IL-2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cvs125)残基以游离方式存在，另两个(Cys58和Cys105)缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cvs125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cvs125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对发生，而且产生的新IL-2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是(　 ) A．天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B．人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程 C．可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2从而改善其稳定性 D．利用定位诱变后的基因表达新IL-2的过程不遵循中心法则 √ 解析：白细胞介素属于免疫活性物质，不是抗体，A错误； 蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题可知，利用定位诱变技术这一过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确； 蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误； 基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 题点(二)　DNA片段的扩增及电泳鉴定 3．下列关于凝胶电泳实验操作，叙述错误的是(　 ) A．加样孔应靠近负极端，以便带负电的DNA分子向正极移动 B．接通电源后电泳一段时间，离加样孔越近的DNA分子越小 C．紫外灯照射下，凝胶上条带的荧光强度与DNA含量呈正相关 D．通过观察指示剂在凝胶中迁移的位置来判断何时停止电泳 √ 解析：若DNA分子带负电，则靠近加样孔的一端为负极，接通电源，带负电的DNA分子向正极移动而使不同DNA逐渐分离，A正确； 相对分子质量大小会影响物质在电泳时的迁移速率，DNA片段相对分子质量越大，迁移就越慢，分子量越小，迁移速度越快，电泳一段时间，离加样孔越近的DNA分子迁移越慢，分子量越大，B错误； 为了便于对分离后的DNA片段进行检测，在凝胶制备中加入核酸染料，能够与DNA分子结合发荧光，DNA含量越多，荧光强度越强，即凝胶上条带的荧光强度与DNA含量呈正相关，C正确； 点样时应在样品中加入指示剂，根据指示剂泳动的位置判断是否停止电泳，D正确。 4．镰状细胞贫血是一种单基因遗传病，由正常血红蛋白基因(HbA)突变为镰状细胞贫血症基因(Hbs)引起，HbA和Hbs的某片段如图甲。对胎儿基因检测的主要原理是：MstⅡ限制酶处理扩增后的DNA；加热使酶切片段解旋，用荧光标记的CTGACTCCT序列与其杂交；凝胶电泳分离。图乙是凝胶电泳后荧光出现的三种可能情况。下列叙述错误的是(　 ) A．提取胎儿DNA样品后，扩增DNA需要添加dNTP和特定的引物 B．用MstⅡ限制酶处理DNA不充分，可能把正常人误判为携带者 C．若某胎儿检测结果为图乙b，则该胎儿为镰状细胞贫血症患者 D．荧光标记序列越长，图乙c中两个DNA条带间的距离越大 √ 解析：提取胎儿DNA样品后，进行PCR扩增DNA需要添加dNTP为原料，同时需要特定的引物，A正确。 据图甲分析可知，由于致病基因Hbs片段中碱基发生了替换，与正常基因相比MstⅡ限制酶的切割位点减少了一个，因此用MstⅡ限制酶处理DNA不充分，可能把正常人误判为携带者，B正确。 分析图乙可知，b中的DNA分子较大，并且只有一种类型，因此可以确定为镰状细胞贫血症基因的一条链与荧光标记的序列进行了杂交，即只含有致病基因，若某胎儿检测结果为图乙b，则该胎儿为镰状细胞贫血症患者，C正确。 图乙c中同时具有正常基因和致病基因，为该病致病基因的携带者。若荧光标记序列越长，则与正常基因片段配对区域越多，不会使图乙c中两个DNA条带间的距离变大，D错误。 主题研习（四）生物技术的安全性与 伦理问题（基础·自学型） 1．转基因产品的安全性 2．关注生殖性克隆人 (1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较 项目 治疗性克隆 生殖性克隆 概念 利用克隆技术产生______________________，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到__________的目的 通过克隆技术产生独立生存的新个体 特定的细胞、组织和器官 治疗疾病 目的 用于医学研究或治疗疾病 用于生育，产生新个体 水平 ______水平 个体水平 联系 都属于无性生殖，产生的新个体或新组织的核遗传物质均不发生变化 细胞 续表 (2)生殖性克隆人面临的伦理问题 ①生殖性克隆人“有违人类尊严”。 ②生殖性克隆人是人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人。 ③克隆技术还不成熟，生殖性克隆人会面临流产、死胎和畸形儿等问题。 (3)生殖性克隆与治疗性克隆的主要过程 3．试管婴儿与设计试管婴儿的异同点 不同点 技术手段 设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断(如诊断血型、诊断性别、诊断HLA的类型等)，试管婴儿不需进行遗传学诊断。 如下图，设计试管婴儿比试管婴儿多了d过程： 应用 试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗 117 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 续表 4．生物武器 种类 ①致病菌类：炭疽杆菌、霍乱弧菌等 ②病毒类：天花病毒，某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等 ③__________类：肉毒杆菌毒素等 特点 致病能力____，攻击范围____ 散布 途径 可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成大规模伤亡，也能大量损害植物 生化毒剂 强 广 (1)(2020·北京卷)收集我国公民及生物资源的遗传信息不会给我国带来生物安全风险。 ( ) (2)(2021·北京卷)转基因抗虫棉能杀死害虫就一定对人有毒。 ( ) (3)(2022·辽宁卷)转基因品种经检测含有目的基因后即可上市。 ( ) (4)(2021·天津卷)提高Bt毒蛋白基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度。 ( ) [微点判断] × × × √ (5)生殖性克隆和治疗性克隆两者有着本质的区别。 ( ) (6)“设计试管婴儿”与“试管婴儿”相比，前者在胚胎移植前需要对胚胎进行遗传学诊断。 ( ) (7)我国反对生物武器，但在特殊情况下可以生产生物武器。 ( ) √ √ × 1．(2023·北京高考)抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。以下措施不能实现上述目标的是(　 ) A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子 B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂 C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植 D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带 √ 解析：大面积种植转基因作物并使用杀虫剂会导致不含抗性基因的害虫大量死亡，抗性基因频率会越来越高，B符合题意。 在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子；转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植；转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带等措施均会减少对害虫的杀伤力，会使一部分害虫体内的非抗性基因保留下来，有利于保持抗性基因与非抗性基因的基因频率相对稳定，使转基因抗虫棉保持抗虫效果，A、C、D不符合题意。 2．(2023·浙江1月选考)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是(　 ) A．试管婴儿技术应全面禁止 B．治疗性克隆不需要监控和审查 C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险 D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 √ 解析：试管婴儿属于有性生殖，合理范围内，试管婴儿技术是可以使用的，A错误； 治疗性克隆要在严格监管下进行，B错误； 生殖性克隆会引起严重的道德、伦理、社会和法律问题，C错误。 3．生物技术的发展给人类带来诸多好处的同时，也引发了许多关于生物技术安全性与伦理问题的担忧。下列观点合理的是(　 ) A．转基因生物的研究和应用均需要进行安全性评价后才能进行 B．通过试管婴儿无性生殖技术，可用于解决不孕不育问题 C．应反对一切形式的针对人类细胞的克隆研究 D．可以通过微生物改造研究生物武器，提高国防实力 √ 解析：转基因作为一项技术本身是中性的，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，符合相应标准后才能上市，A符合题意； 试管婴儿是通过体外受精开展的有性生殖技术，B不符合题意； 一定程度内，可以对人类细胞进行克隆研究，以研究相关疾病的发生原因和治疗方法，C不符合题意； 生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制，D不符合题意。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(选择性必修3 P72“旁栏思考”深化理解)下列关于DNA连接酶的理解正确的是(　 ) A．DNA连接酶的化学本质是蛋白质 B．DNA连接酶识别DNA分子上的特定碱基序列 C．DNA连接酶不能被反复使用 D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 √ 解析：DNA连接酶的化学本质是蛋白质，A正确； 能识别DNA分子上的特定碱基序列，将DNA分子长链切开的是限制酶，而DNA连接酶不能识别DNA分子上的特定碱基序列，但可以连接DNA分子中的磷酸二酯键，B错误； 酶只改变反应速率，反应前后自身的物质的量不发生改变，能被反复使用，C错误； DNA连接酶是同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此在基因工程操作中不可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶，D错误。 2．(选择性必修3 P77“相关信息”拓展分析)循环阈值(Ct值)是指通过PCR等技术手段，使病毒的核酸扩增产物达到可检测水平所需的循环次数。下列说法错误的是(　 ) A．Ct值为40和Ct值为35的核酸扩增产物的量可能相等 B．Ct值越高，则表示所检测的样本中病毒浓度越高，检测所需的时间越长 C．PCR反应过程中每次循环都要消耗两种引物 D．PCR反应缓冲液中添加的Mg2＋可以激活耐高温的DNA聚合酶 √ 解析：由于样品中的核酸含量不同，则Ct值为40和Ct值为35的核酸扩增产物的量可能相等，A正确； Ct值越高，则表示所检测的样本中病毒浓度越低，检测所需的时间越长，B错误； PCR产生的DNA分子是双链的，每条链扩增都需要一种引物，则PCR反应过程中每次循环都要消耗两种引物，C正确； 用PCR扩增目的基因时，反应缓冲液中一般要添加Mg2＋来激活耐高温的DNA聚合酶，D正确。 3．(选择性必修3 P96“拓展应用”变式训练)T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家通过相关研究，最终使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。下列叙述正确的是(　 ) A．T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变 B．T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴，可利用抗原—抗体杂交的方法对该酶进行检测 √ C．蛋白质工程与中心法则中遗传信息的流动方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 D．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列 解析：根据题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和排列顺序发生了改变，而氨基酸的数量没变，A错误； 该实例将蛋白质进行了改造，属于蛋白质工程的范畴，T4溶菌酶的化学本质为蛋白质，可利用抗原—抗体特异性结合的特点对该酶进行检测，B正确； 蛋白质工程与中心法则中遗传信息的流动方向相反，C错误； 由于密码子的简并性，一种氨基酸可能对应多种密码子，因此根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列可能推测出多种脱氧核苷酸序列，D错误。 (二)科学思维“融会通” 4．(选择性必修3 P78、79“图3-5”建模解读)根据PCR反应过程示意图分析下列问题： (1)PCR技术的原理是_________________________________。 (2)由图分析可知，在PCR反应过程中需要两种引物，原因是____________________________________________________________ __________________________________。 DNA半保留复制(体外DNA双链复制) DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，DNA聚合酶不能从头 合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链 5．(选择性必修3 P81“资料卡”原理分析)在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，需要将目的基因插入到______ ____________________________________________________________ ____________________________________________。 Ti质粒 的T-DNA上，原因是Ti质粒上的T-DNA也称为可转移的DNA，可转移 至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶，将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解，从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。科学家对其进行改造，增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是(　 ) A．改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现 B．改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体 C．需根据t-PA氨基酸序列改造或合成目的基因 D．利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在 √ 解析：改造蛋白质可通过改造相关基因或合成相关基因来实现，A正确； 通过蛋白质工程改造t-PA的过程仍需要构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可以稳定的遗传给后代，B错误； 根据蛋白质工程的基本思路可知，需要根据目的蛋白的氨基酸序列改造或合成相应DNA，C正确； 利用蛋白质工程生产的蛋白质是自然界中不存在的蛋白质，D正确。 2．如图是碱裂解法提取大肠杆菌质粒DNA的简要步骤。下列说法错误的是(　 ) A．碱性试剂2可破坏大肠杆菌的细胞膜，从而释放细胞内容物 B．试剂3利用了拟核DNA与质粒DNA的长度差异，仅使前者沉淀 C．①步骤结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤 D．可用任意浓度的NaCl溶液替换②步骤所用的水，以溶解质粒DNA √ 解析：细胞膜主要由脂质和蛋白质构成，碱性试剂可导致蛋白质变性而破坏细胞膜，A正确； 拟核中的DNA分子较长，试剂3处理后使其沉淀在底部，B正确； ①步骤利用了DNA不溶解于酒精中的原理，结束后应敞开管盖，待残余酒精完全挥发后再进行②步骤，可提取到质粒DNA，C正确； DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，可利用2 mol/L的NaCl溶液溶解质粒DNA，D错误。 3．某科研团队将小麦抗锈病基因Tr导入高产但不抗锈病的玉米品种的细胞中培育出了高产抗锈病的品种。该玉米高产基因型为GGCC，G和C同时存在才高产，g和c不高产，两对基因独立遗传；导入基因Tr随机插入染色体上，但G、C基因内插入了基因Tr后G、C就失去功能，其他基因不考虑插入后的影响，下列选项正确的是(　 ) A．一般用花粉管通道法、显微注射法、农杆菌转化法将含基因Tr的表达载体导入玉米细胞 B．若只导入一个基因Tr，就能组织培育出高产抗锈病玉米纯种 C．若一个Tr基因插入到G基因内，则该玉米组织培养苗自交F1中，高产植株中抗锈病植株占2/3 D．该育种原理为染色体变异，转基因苗再自交可培育出纯种 √ 解析：将目的基因导入动物细胞一般用显微注射法，A错误。 若只导入一个Tr基因且插在G基因内，G基因失去功能，而另一个G基因不受影响，该转基因玉米的基因型可看作TrGCC，无法培育出高产抗锈的纯种，B错误。 该转基因玉米基因型为TrGCC，自交后代基因型为GGCC∶GTrCC∶TrTrCC＝1∶2∶1，子代高产必须同时要有G和C，因此高产植株中抗锈病玉米占2/3，C正确。 该育种方法为基因工程育种，育种原理为基因重组；若Tr基因没有插入G/g基因和C/c基因内，则通过自交和筛选可能获得高产又抗锈病纯种，D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 一、选择题 1．下列关于“DNA 的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增与电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(　 ) A．选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高 B．研磨时需加入缓冲液，防止 DNA 在pH发生变化时降解或变性 C．在凝胶中，DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、构象等有关 D．PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当降低复性温度 √ 4 6 7 8 9 10 11 12 解析：新鲜的菜花DNA含量丰富，易获取，选取细胞分裂旺盛的菜花表层花进行研磨是因为DNA含量高，A正确； 研磨时需加入缓冲液，稳定溶液pH，防止 DNA 在pH发生变化时降解或变性，B正确； 1 2 3 5 4 6 7 8 9 10 11 12 电泳鉴定DNA利用了DNA在电场的作用下，会向着与它所带电荷相反方向的电极移动，在凝胶中，DNA分子的迁移速率与凝胶浓度、DNA分子的大小、构象等有关，C正确； 复性温度越低，引物和底物越容易结合，错配情况增多，造成PCR特异性降低，故PCR产物出现拖尾可能是非特异性扩增过多，可适当提高复性温度，D错误。 1 2 3 5 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是(　 ) A．DNA连接酶具有特异性，只能连接同一种限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端 B．若能在植物细胞中检测到相应的目的基因，则说明基因工程项目获得成功 C．蛋白质工程需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代 D．将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，可通过花粉传播，从而引起基因污染 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：DNA连接酶没有特异性，可以将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，而有些DNA连接酶还可连接平末端，A错误； 基因工程成功与否通常需要检测目的基因是否成功表达所需的产物，通常通过蛋白质检测和个体生物学水平检测等进行鉴定，在植物细胞中检测到相应的目的基因，不能说明基因工程项目获得成功，B错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 蛋白质工程是第二代基因工程，也需构建基因表达载体，改造后的蛋白质的性状可稳定的遗传给后代，C正确； 受精时只有精子的头部进入卵细胞，将抗虫基因整合到某植物的线粒体DNA中，不会通过花粉传播而引起基因污染，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 3．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)胰岛素可用于治疗糖尿病，我国科学家打破国外技术垄断，研发了拥有自主知识产权的重组人胰岛素药物，下列叙述错误的是(　 ) A．用PCR技术扩增人胰岛素基因时，每次循环包括变性、复性、延伸三步 B．构建人胰岛素基因表达载体时，需使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 C．大肠杆菌细胞经Ca2＋处理后，更容易吸收重组的人胰岛素基因表达载体 D．抗原—抗体杂交法不能检测人胰岛素基因表达载体是否导入大肠杆菌细胞 解析：用PCR技术扩增人胰岛素基因时，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步，A正确； 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 在构建人胰岛素基因表达载体时，需使用限制性内切核酸酶切割含有目的基因的DNA片段和载体，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成重组DNA分子，B正确； 大肠杆菌细胞经Ca2＋处理后，细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，更容易吸收重组的人胰岛素基因表达载体，C正确； 抗原—抗体杂交法可以检测人胰岛素基因是否在大肠杆菌中翻译成人胰岛素，若抗原—抗体杂交结果为阳性，说明人胰岛素基因在大肠杆菌中成功表达，则可以说明人胰岛素基因表达载体导入了大肠杆菌细胞中，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 4．转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。下列有关说法错误的是(　 ) A．大肠杆菌转化实验中可使用Ca2＋处理以提高转化效率 B．目的基因导入受体细胞前必须构建基因表达载体以便稳定存在 C．将DNA溶液滴加在受粉后的花柱切面上，可以使目的基因进入胚囊 D．农杆菌转化法中需要进行两次体外拼接和两次导入 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：可以用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其能吸收周围环境中的DNA分子(使大肠杆菌处于感受态细胞状态)，有利于重组的基因表达载体导入其中，提高转化效率，A正确。 将目的基因导入受体细胞前必须构建基因表达载体，这是基因工程的核心步骤，B正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 花粉管通道法：可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注射到子房中，也可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊，C正确。 农杆菌转化法总体上有两次的拼接过程，发生在Ti质粒与目的基因之间(体外拼接)、携带目的基因的T-DNA与植物细胞的染色体DNA之间(体内拼接)；基因表达载体两次的导入过程，即基因表达载体导入农杆菌、农杆菌导入植物细胞，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 5．红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO。下列说法错误的是(　 ) A．用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的乳腺细胞中，可得到乳腺生物反应器 B．构建基因表达载体时，需将EPO基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 C．该转基因羊中的EPO基因可在羊的乳腺细胞中表达 D．可通过PCR技术检测EPO基因是否插入山羊基因组 解析：用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中，可得到乳腺生物反应器，A错误； 在构建基因表达载体时，需要将EPO基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，这样才能使目的基因只在乳腺细胞中表达，B、C正确；可通过PCR技术检测EPO基因是否插入山羊基因组，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 6．生物技术是把双刃剑，造福人类的同时也带来了安全性和伦理问题，人们必须高度重视。下列相关叙述错误的是(　 ) A．利用核移植技术获得胚胎，分离出ES细胞治疗白血病会产生伦理问题 B．若有国家研制出新型鼠痘病毒，用其制造生物武器会威胁人类安全 C．干细胞的研究可治疗很多疾病，不会带来伦理问题，不需要监管 D．研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：利用核移植技术获得胚胎，分离出ES细胞治疗白血病会产生伦理问题，A正确； 新型鼠痘病毒属于生物武器，会威胁人类的安全，B正确； 干细胞的研究可治疗很多疾病，但同时会带来伦理问题，需要严格监管，C错误； 研究转基因农作物时应采取多种方法防止转基因花粉的传播，避免基因污染，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 7．(2024·重庆联考)如图为用鸡血细胞粗提取和鉴定DNA实验过程中的部分操作示意图。请据图分析，下列相关叙述正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．该实验的正确操作顺序是③→①→②→④→⑤ B．用同样方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量相近 C．⑤表示要鉴定步骤①中所得到的白色丝状物主要成分为DNA，可使用二苯胺试剂来鉴定，沸水浴冷却后，出现蓝色的试管组别是对照组 D．步骤①的目的是初步分离DNA与蛋白质，析出并获得DNA；步骤④中在2 mol·L－1的NaCl溶液中，DNA的溶解度较大 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：DNA的粗提取和鉴定步骤：加入蒸馏水，破碎细胞→过滤，获取含DNA的滤液→去除滤液中杂质→DNA的析出→鉴定，因此图中表示正确的实验操作顺序是③→②→①→④→⑤，A错误。 猪血红细胞中没有细胞核和众多细胞器，提取不到DNA，B错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 ⑤表示要鉴定步骤①中所得到的白色丝状物主要成分为DNA，可使用二苯胺试剂来鉴定，沸水浴冷却后，出现蓝色的试管组别是实验组，C错误。 DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，则步骤①的目的是析出并获得DNA；步骤④中在2 mol·L－1的NaCl溶液中，DNA的溶解度较大，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 8．目前已发现的限制酶超过了四千种，极大地推动了对DNA分子的研究和操作。下表中列出了几种限制酶的识别序列和切割位点。下列叙述正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A.表中的5种限制酶切割形成的末端中，既有黏性末端又有平末端 B．BamHⅠ和Sau3AⅠ切割形成的末端相互连接后，不能再被Sau3AⅠ切割 C．Acc65Ⅰ和KpnⅠ切割形成的末端相互连接后，可以重新被Acc65Ⅰ或KpnⅠ切割 D．分别用Sau3AⅠ和BglⅡ切割随机序列DNA，前者得到的片段长度明显短于后者 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：分析题表可知，表中的5种限制酶切割形成的末端均为黏性末端，A错误； BamHⅠ和Sau3AⅠ切割形成的末端，可以相互连接，连接形成的DNA序列中还存在Sau3AⅠ的识别序列和切割位点，故能再被Sau3AⅠ切割，B错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 Acc65Ⅰ和KpnⅠ切割形成的黏性末端序列无法配对，不能相互连接，C错误； Sau3AⅠ识别序列为4个碱基，而BglⅡ识别序列为6个碱基，因此分别用Sau3AⅠ和BglⅡ切割随机序列DNA，前者得到的片段长度明显短于后者，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 9．(2024·广州四校联考)一种天然蛋白t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发颅内出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。(注：下图表示相关的目的基因、载体及限制酶，pCLY11为质粒)下列不正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．改造后的t-PA基因的黏性末端如上图所示，则需要选用限制酶XmaⅠ和NheⅠ切割质粒pCLY11 B．成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现白色菌落 C．以上技术制造出性能优异的改良t-PA蛋白过程属于蛋白质工程 D．t-PA改良基因的表达可在一定程度上降低诱发颅内出血的概率 2 3 √ 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：选A　根据题图中t-PA改良基因两侧的黏性末端可知，需选用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切开质粒pCLY11，才能与t-PA改良基因高效连接，A错误； 成功转入t-PA改良基因的质粒，mlacZ会被破坏而不能表达，则成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现具有抗性的白色菌落，B正确； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 该技术从蛋白质分子的氨基酸组成出发，通过改造基因，从而生产出优异的改良t-PA蛋白，因此该技术属于蛋白质工程，C正确； t-PA改良基因表达的产物(改良t-PA蛋白)能显著降低其诱发颅内出血的副作用，可在一定程度上降低诱发颅内出血的概率，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 二、非选择题 10．叶绿体是植物基因工程的理想受体，将外源基因整合到叶绿体DNA中往往能够获得高效表达，由此发展出叶绿体基因工程。回答下列问题： (1)叶绿体基因工程的核心是构建基因表达载体，表达载体中除目的基因外，还必须有启动子、终止子、复制原点、____________等。启动子的作用是_______________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)检测目的基因是否成功导入受体细胞的叶绿体时，实验组以待测的样本DNA为模板，使用目的基因的特异性引物进行PCR扩增，同时将以目的基因片段为模板的组别作为阳性对照组，将以________________为模板的组别作为阴性对照组。若____________________，则说明目的基因导入成功。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)转入叶绿体中的基因________(填“会”或“不会”)随花粉传递给子代，理由是____________________________________________________________ _____________________________________________________________。 解析：(1)构建基因表达载体是基因工程的核心，表达载体中除含目的基因外，还必须含有启动子、终止子、标记基因、复制原点等。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)检测目的基因是否成功导入受体细胞的叶绿体时，实验组以待测的样本DNA为模板，使用目的基因的特异性引物进行PCR扩增，同时将以目的基因片段为模板的组别作为阳性对照组，则以含非目的基因片段(或未导入目的基因片段)为模板的组别作为阴性对照组，若目的基因导入成功，则扩增出了目的基因片段基因，即若PCR扩增结果呈阳性，则说明目的基因导入成功。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)由于叶绿体中的基因为细胞质基因，其具有母系遗传的特点，即只通过母本(卵细胞)遗传给子代，而花粉作为父本的配子，细胞质基因不会由父本遗传给子代，所以转入叶绿体中的基因不会随花粉传递给子代。 答案：(1)标记基因　作为RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质　(2)非目的基因片段(或未导入目的基因片段)　PCR扩增结果呈阳性　(3)不会　花粉细胞形成后，几乎不含细胞质，叶绿体基因不会随花粉传递给子代(合理即可) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 11．某科研人员从苏云金芽孢杆菌中获取Bt毒蛋白基因，并将其导入大豆叶肉细胞，培育出抗虫的转基因大豆，主要过程如图。请回答下列问题： 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (1)为了正确扩增Bt毒蛋白基因，并能与图中质粒正确连接，需根据________________、____________________________________设计两种引物。PCR时引物的作用是_________________________________。 (2)根据PCR扩增产物________________________不同，可以用___________________技术鉴定。结果发现有目的基因以外的杂带存在，分析可能的原因有________(填选项)。解决方案一般是在目的基因的__________(填“内部”或“上、下游”)重新设计引物进行PCR。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．引物特异性不强 B．复性温度过低 C．模板DNA污染 D．引物碱基序列过长 (3)图中①为 ，请写出HindⅢ和BamHⅠ的 识别序列分别是____________________、__________________。①②过程所需要用到的酶有____________________。 (4)过程③筛选抗虫能力强的大豆，应从________水平上检测。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：(1)由题图可知，质粒上的限制酶切割位点有HindⅢ和BamHⅠ，因此为了正确扩增Bt毒蛋白基因并能与图中质粒正确连接(为保证正确连接，需要用两种不同的限制酶切割)，需根据Bt毒蛋白基因两端的核苷酸序列及HindⅢ和BamHⅠ识别的核苷酸序列设计两种引物。PCR时引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)PCR扩增产物为DNA，可用琼脂糖凝胶电泳技术鉴定，其原理是不同DNA分子的大小和构象不同，在电场中的迁移速率不同。引物特异性不强、复性温度过低(引物无法结合到模板链上)、模板DNA污染等都有可能导致目的基因以外的杂带存在，故选A、B、C。引物一般设计在目的基因上、下游，以便表达一段完整的基因。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)图中①为限制酶切割目的基因(Bt毒蛋白基因)产生的黏性末端，使用的酶为限制酶。②过程表示将目的基因与质粒重组在一起，为基因表达载体的构建，是基因工程的核心，此过程需要DNA连接酶。结合质粒上HindⅢ和BamHⅠ的切割位点可知，Bt毒蛋白基因的左边为HindⅢ的识别序列，右边为BamHⅠ的识别序列，因此HindⅢ和BamHⅠ的识别序列分别是5′AAGCTT 3′、5′GGATCC 3′。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (4)个体水平上的鉴定包括抗虫鉴定、抗病鉴定等，因此过程③筛选抗虫能力强的大豆，应从个体水平上检测。 答案：(1)Bt毒蛋白基因两端的核苷酸序列　HindⅢ和BamHⅠ识别的核苷酸序列　使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　(2)DNA分子的大小和构象　琼脂糖凝胶电泳　ABC　上、下游　(3)5′AAGCTT 3′ 5′GGATCC 3′　限制酶和DNA连接酶　(4)个体 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 12．血凝素基因(HA)编码的血凝素是构成流感病毒包膜纤突的主要成分。成熟的血凝素包含HA1和HA2两个亚单位，其中HA1含有病毒与受体相互作用的位点。人IgG抗体中的一段小肽，常作为融合蛋白标签，由IgGFc基因的片段(长度为717 bp)编码。蛋白质分泌依赖于信号肽的引导，本研究中用信号肽IL-2SS代替HA自身信号肽，科研人员尝试构建IL-2SS/HA1/IgGFc融合蛋白表达载体，并导入大肠杆菌进行表达和分泌。请回答下列问题： 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (1)流感病毒包膜主要由____________组成，包膜上血凝素的合成场所在______________。 (2)本实验用信号肽IL-2SS代替HA自身信号肽有利于融合蛋白分泌到大肠杆菌细胞外，PCR扩增目的基因时应该选择图中引物________。设计引物时，不能包含基因HA1的终止密码子的编码序列，原因是_______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)应选择限制酶________来切割质粒A，然后直接将PCR产物与质粒A混合，同时加入________DNA连接酶，使得目的基因与质粒A相连。若目的基因与质粒A正向连接，用BamHⅠ和SacⅠ同时切割重组质粒，完全酶切后的产物中短片段的长度约为________bp。 (4)有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建诱导型启动子，当诱导物存在时，可以___________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (5)图示中的限制酶有的来自大肠杆菌，但限制酶不能切割大肠杆菌本身的DNA分子，原因是__________________________________(答一点)。 解析：(1)流感病毒包膜来源于宿主细胞的细胞膜，主要由蛋白质和磷脂组成，病毒没有细胞结构及各种细胞器，包膜上血凝素的合成场所在宿主细胞的核糖体。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)由图可知，引物b、c可与HA1两端的碱基序列结合，故PCR扩增目的基因应选择图中引物b和c。若设计引物时含有HA1的终止密码子的编码序列，则IL-2SS/HA1/IgGFc融合蛋白表达载体转录后形成mRNA，核糖体读到终止密码子时就停止翻译，导致HA1基因之后的IgGFc基因的mRNA序列不能正常翻译，产生的HA1上不含IgGFc标签。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)由图可知，限制酶EcoRⅤ切割可产生平末端，其识别切割位点恰巧处于IL-2SS和IgGFc中间，可选择该酶对质粒进行切割，然后直接将PCR产物与质粒A混合，同时加入T4 DNA连接酶，使得目的基因与质粒A相连。由图可知HA1基因片段长度为1 038－51＝987(bp)，重组质粒长度为5 554＋987＝6 541(bp)，IgGFc基因片段长度为717 bp，二者正向相连时BamHⅠ作用于HA1中，SacⅠ作用于IgGFc末端，完全酶切后的产物的长度约为717＋1 038－694＝1 061(bp)、5 554＋987－1 061＝5 480(bp)。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 (4)载体中人工构建诱导型启动子可激活或者抑制目的基因的表达。(5)大肠杆菌本身的DNA分子不具备该酶的识别序列(或识别序列已经发生了甲基化等修饰)，所以限制酶不能切割大肠杆菌本身的DNA分子。 答案：(1)蛋白质和磷脂　宿主细胞的核糖体　(2)b、c　防止产生的HA1上不含IgGFc标签(或防止IgGFc基因不表达)　(3)EcoRⅤ　T4　1 061　(4)激活或者抑制目的基因的表达　 (5)本身不具备该酶的识别序列(或识别序列已经发生了甲基化等修饰) 2 3 4 逆转录法 主要用于相对分子质量较大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA为模板，借助逆转录酶合成双链DNA，其过程如下： 限制酶 识别序列和切割位点 BamH Ⅰ Sau3A Ⅰ Acc65 Ⅰ Bgl Ⅱ Kpn Ⅰ $$