2026届高三生物一轮复习课件第41讲 基因工程及生物技术的安全性与伦理问题

该高中生物学高考复习课件系统覆盖基因工程工具、操作程序、应用与蛋白质工程、DNA实验及生物技术安全性等高考核心考点，对接高考评价体系分析考点权重，如基因工程工具为高频考点，结合2023广东、2022山东等真题归纳限制酶选择、PCR扩增等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于真题训练与素养培育融合，通过解析高考真题培养科学思维，详解PCR操作、电泳鉴定等实验步骤落实探究实践，针对限制酶选择原则、PCR条件过程等考点提炼答题技巧，助力学生高效突破，为教师提供系统复习指导。

第41讲 基因工程及生物技术的安全性与伦理问题 考点一 重组DNA技术的基本工具 考点二 基因工程的基本操作程序 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 考点四 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定 考点五 生物技术的安全性与伦理问题 考点一 重组DNA技术的基本工具 考点二 基因工程的基本操作程序 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 考点四 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定 考点五 生物技术的安全性与伦理问题 1 考点一 重组DNA技术的基本工具 2 一、基因工程的概念 3 二、基因工程的基本工具 1.限制性内切核酸酶 4 2. 连接酶 5 3.载体 6 基因工程的基本工具(高频) 限制酶的选择原则 甲 乙 7 (1)不破坏目的基因原则:如图甲中可选择 ,而不选择 。 (2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则:如图乙中不选择 。 (3)确保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,如图甲 中 ;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,如图甲也可选择 和 两种限制酶。 8 考点二 基因工程的基本操作程序 9 一、目的基因的筛选与获取 1.目的基因:在基因工程的设计和操作中,用于_或获得_ _等的基因。主要是指_的基因。 改变受体细胞性状 预期表 达产物 编码蛋白质 10 2.利用 获取和扩增目的基因(P78) 11 ①在过程中实际加入的为、、、 ,既可作 为合成子链的原料,又可为的合成提供能量。②引物既可以是 单链, 也可以为单链。细胞内的进行复制时,也需要引物,一般为 片段。③ 真核细胞和细菌的聚合酶都需要激活。因此, 反应缓冲溶液中一般要 添加 。 12 二、基因表达载体的构建——基因工程的核心 1.构建基因表达载体的目的 使目的基因在_;同时,使目的基因能够 表达和发挥作用。 2.基因表达载体的组成 受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代 13 启动子起始密码子,终止子 终止密码子 ①启动子:一段有特殊序列结构的片段,位于基因的上游,它是 聚合酶识 别、结合的部位。 ②终止子:一段有特殊序列结构的 片段,位于基因的下游,作用是使转录在所 需要的地方停止。 ③起始密码子和终止密码子位于 上,分别控制翻译过程的启动和终止。 14 3.基因表达载体的构建过程 若考虑两两相连,则连接酶连接 片段会出现三种情况:①目的基 因与目的基因连接;②目的基因与质粒连接;③质粒与质粒连接,需筛选出重组质 粒。为防止目的基因及质粒自身连接,可用两种限制酶切割目的基因和质粒。 15 三、将目的基因导入受体细胞 1.植物细胞 16 ①农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入:第一次拼接是将目的基因拼接 到质粒的上,第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的 拼 接到受体细胞的染色体 上;第一次导入是导入农杆菌,第二次导入(非人工操 作)是将含目的基因的 导入受体细胞。②导入的目的基因可能存在于细胞 质中,也可能整合到染色体上。存在于染色体 上的目的基因有可能通过花 粉传播进入杂草或其他作物中,造成“基因污染”。 17 2.动物细胞:_法,将目的基因注入动物的_中。 3.原核生物:先用_处理大肠杆菌细胞,使之处于一种能吸收周围环境中_ _的生理状态,然后将重组的基因表达载体导入其中。 转化: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。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同,实质都是基因重组。 显微注射 受精卵 分子 18 四、目的基因的检测与鉴定 19 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 20 一、基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 21 22 2.基因工程在医药卫生领域的应用 (1) 23 乳腺生物反应器与膀胱生物反应器 ①乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白,而膀胱生物反应器是利 用转基因动物的尿液生产药用蛋白,二者的优点是产量高、质量好、成本低、易提 取,且不会对动物造成伤害。②乳腺生物反应器只有处于生殖期的雌性动物才可生 产药用蛋白,而膀胱生物反应器则是任何生长时期的雌、雄动物均可生产。 24 (2)器官移植:在器官供体的基因组中导入某种_,以抑制_ _的表达,或设法除去抗原决定基因,然后结合_技术,培育出不会引起 _反应的转基因克隆器官。 调节因子 抗原决定基 因 克隆 免疫排斥 25 3.基因工程在食品工业方面的应用 26 1.人促红细胞生成素(EPO)是一种可用于治疗肾性贫血的糖蛋白类激素,可用乳腺生物反应器生产EPO。为了避免外源EPO基因随机整合到染色体的DNA上,科研人员设计和构建了大鼠染色体定位整合克隆载体,利用大鼠乳清酸蛋白(WAP)基因上游的调控序列及启动子和3'UTR序列构建了基因表达载体。构建前,科研人员扩增了WAP基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入EPO基因中,以确定WAP基因的启动子的具体位置,相关信息如图所示。请回答下列问题: (1)在扩增WAP基因上游不同长度的片段时,PCR反应体系中一般要添加Mg2+,Mg2+的作用是 。 (2)大鼠WAP基因的启动子能插入EPO基因上游的原因是 。 (3)为将扩增后的产物定向插入基因表达载体中,以指导EPO基因的表达,需要在引物末端添加特定的限制酶的识别序列。由图中信息可知,在P1~P4末端添加的序列所对应的限制酶是 ,在A末端添加的序列所对应的限制酶是 。 (4)乳腺生物反应器生产EPO会受到动物性别、哺乳期等限制而影响产量,请根据所学知识提出一条解决这些问题的方案: 。 【答案】 (1)激活耐高温的DNA聚合酶 (2)二者具有相同的化学组成和空间结构 (3) Cla I Mun I (4)构建膀胱生物反应器(合理即可) 2.虫草中的超氧化物歧化酶(PSSOD)具有抗衰老作用。研究人员培育了能合成PSSOD的转基因酵母菌。请结合下图回答问题: (1)上图所示的基因表达载体含有启动子,它是 聚合酶识别并结合的位点。 (2)将图中的基因表达载体用Hind III和ApaL I完全酶切后,可得到 种DNA片段。由于基因表达载体存在氨苄青霉素抗性基因,因此不能导入用于食品生产的酵母菌中,原因是 。据图分析,可用 切除该抗性基因的部分片段使其失效,再用DNA连接酶使表达载体重新连接起来。 (3)作为受体细胞的酵母菌缺失URA3基因,必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活,因此,图示表达载体上的URA3基因可作为 ,供鉴定和选择;为了筛选出成功导入表达载体的酵母菌,所使用的培养基 (填“需要” “不需要”)添加尿嘧啶。 (4)构建基因组文库是获取目的基因的常用方法。与基因组文库相比,cDNA文库的基因数相对要少,原因是 。根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,若想将一个抗病基因导入小麦(单子叶植物),从理论上说,你认为应该怎样做? 。 (5) 将mRNA逆转录为cDNA再进行PCR扩增被称为RT-PCR技术,RT-PCR过程需要的酶有 ;利用此技术扩增X基因时,设计两种引物的碱基序列的主要依据是 ;同时为了便于扩增后的X基因与质粒连接,常在两条引物上设计加入不同的限制酶酶切位点,主要目的是 。 (6)1991年,英国科学家将人的 1-抗胰蛋白酶基因导入绵羊受精卵中,成功从其中4只转基因母绵羊的乳汁中获得了药用的 1-抗胰蛋白酶。这些药物蛋白质的活性比上述转基因工程菌生产的蛋白质高且稳定,原因是: 。 (7)通过PCR技术扩增分离得到的放线菌的16S rRNA基因可进行菌株的种属鉴定。PCR技术中起关键作用的酶是 。该技术能在放线菌总的DNA中专一性扩增出16S rRNA基因的原因是 。PCR产物一般可通过 鉴定。 【答案】 逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 X基因两端的部分脱氧核苷酸序列 使X基因能定向插入表达载体,减少自连 与细菌相比,哺乳动物的乳腺细胞含有内质网和高尔基体等细胞器,可对分泌蛋白质进行修饰、加工 【答案】 RNA 3 氨苄青霉素抗性基因表达的产物通过食品进入人体后,会使氨苄青霉素在人体内所起的杀菌作用减弱或失效 ApaLI 标记基因 不需要 cDNA文库只能收集到生物发育到某时期已发生转录的基因,而基因组文库能收集到全部基因 要选择可以侵染单子叶植物农杆菌菌株,同时要加趋化和诱导的物质,一般为酚类物质 【答案】 耐高温的DNA聚合酶 引物是根据16S rRNA基因一段已知序列设计合成的 琼脂糖凝胶电泳 二、蛋白质工程的原理和应用 1.蛋白质工程的概念 36 2.蛋白质工程的基本原理(中心法则的逆推) 37 考点四 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定 38 一、DNA的粗提取与鉴定 1.实验原理 39 2.方法步骤(以洋葱为例) 40 ①加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要轻缓,以免加剧 分子的断裂, 导致 分子不能形成絮状沉淀。②本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验 材料,原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无 ,可选用鸡血细胞作为材料。 ③鉴定 时,一支试管为对照组,另一支试管为实验组。两支试管中都先加物质 的量浓度为的溶液;在实验组试管中加 丝状物,对照组不加;加 入二苯胺试剂后沸水浴加热。待试管冷却后,结果可以看到加 丝状物的试管呈 现蓝色,对照组无色。如果实验组蓝色较浅,说明提取出的 量太少。 41 二、DNA片段的扩增及电泳鉴定 1.实验基础 (1)原理:利用了_原理,通过调节温度来控制 双链的 解聚与结合。 (2)电泳:分子具有可解离的基团,在一定的 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。 (3)产物的鉴定:一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中 分子的 迁移速率与凝胶的浓度、 分子的_等有关。 的热变性 相反 大小和构象 42 2. 实验操作步骤 43 3. 的电泳鉴定 44 ①为避免外源等因素的污染, 实验中使用的微量离心管、枪头和 蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。②在向微量离心管中添加反应组分时, 每吸取一种试剂后,移液器上的枪头必须更换,避免试剂的污染。③在进行操作时, 一定要戴好一次性手套。④观察 条带的分布及粗细程度来评价扩增的效果。 45 1.(2023 广东卷)“ 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( ) 。 D A.裂解:使细胞破裂释放出 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 的纯度 D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色 46 解析 裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破,释放出等物质,A正确; 在不同浓 度的溶液中溶解度不同,能溶于的 溶液,将溶液过滤,即可将混 合物中的多糖、蛋白质等与分离,B正确; 不溶于酒精,而某些蛋白质溶于 酒精,可以反复多次用酒精沉淀出,提高纯度,C正确;将溶解于 溶液中,加入二苯胺试剂,沸水浴五分钟,待冷却后溶液呈现蓝色,D错误。 47 2.(2022 山东卷)关于“ 的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是( ) 。 B A.过滤液沉淀过程在冰箱中进行是为了防止 降解 B.离心研磨液是为了加速 的沉淀 C.在一定温度下, 遇二苯胺试剂呈现蓝色 D.粗提取的 中可能含有蛋白质 解析 离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀,B错误。 48 考点五 生物技术的安全性与伦理问题 49 1.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_。 ②应该看到人们的观点受到许多复杂的_等因素的影响。 ③要靠确凿的_和严谨的_进行思考和辩论。 (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_;管理上要严格,坚持_。 原理和操作规程 政治、经济和文化 证据 逻辑 自主 创新 确保安全 依法监管 50 二、关注生殖性克隆人 51 (1)治疗性克隆和生殖性克隆的比较 类型 项目 治疗性克隆 生殖性克隆 区别 目的 治疗人类疾病 用于生育,产生新个体 水平 细胞水平 个体水平 联系 都属于无性繁殖;产生的新个体、新组织遗传信息相同 52 (2)试管婴儿和设计试管婴儿的比较 ①不同点: .所用技术手段:设计试管婴儿胚胎移植前需要进行遗传学诊断或基因检测,试管 婴儿不需要进行遗传学诊断或基因检测。 .应用:试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿主要用于白血病、 致命贫血病的治疗。 ②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。 53 三、禁止生物武器 54 1.(2023 泰州模拟)“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细 胞取出,在试管中完成受精,并在试管中培养使其发育到如图所示的 时期,再将胚胎植入女性子宫内发育成胎儿,它使一部分不能生育的 夫妇重新获得了生育的机会。下列叙述正确的是( ) 。 B A.“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是无性生殖 B.图示时期是胚胎发育的囊胚期,1代表内细胞团,2代表囊胚腔,3代表滋养层 C.“试管婴儿”的形成用到的技术有人工授精、早期胚胎培养、核移植 D.“试管婴儿”技术诞生后,继而出现了“设计试管婴儿”技术,二者对人类的作用是 相同的 55 解析 “试管婴儿”技术中存在体外受精,因此属于有性生殖,A错误;图示时期是胚 胎发育的囊胚期,1代表内细胞团,2代表囊胚腔,3代表滋养层,B正确;“试管婴儿” 的形成用到的技术有人工授精、早期胚胎培养、胚胎移植,C错误;“设计试管婴儿” 技术可用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植的疾病,“试管婴儿”技术用于解决 不孕不育问题,D错误。 56 $$