第3-4章 基因工程和生物技术安全性与伦理问题（期中知识清单）高二生物下学期人教版

第3章 基因工程 第4章 生物技术安全性与伦理问题 本章内容导览 1.思维导图 2.考点清单（3大考点） 3.素养提升清单（2个易错清单、2个妙招清单、10个术语规范清单） 【考点01】基因工程★★★★☆ 一、重组DNA技术的基本工具 1.DNA基因工程至少需要三种工具：“分子手术刀”—— ；“分子缝合针”—— ；“分子运输车”——基因进入受体细胞的 。 （1）“分子手术刀”—— ①来源：主要是从 中分离纯化出来的。 ②功能：能识别双链DNA分子的某种 的核苷酸序列，且使每一条链中 部位的两个核苷酸之间的 断开，因此具有 性。 ③结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： 和 。 （2）“分子缝合针”—— ①)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较： a.相同点：都缝合 。 b.区别：E·coli DNA连接酶来源于 ，只能将双链DNA片段互补的 之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合 ，但连接平末端的之间的效率较 。 ②与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将 加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接 的末端，形成磷酸二酯键。 （3） DNA 连接酶——“分子缝合针” ① 作用: 将双链 DNA 片段“缝合” 起来, 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 ② 种类: 种类 来源 特点 E.coliDNA连接酶 T4DNA连接酶 (4)“分子运输车”—— ①载体具备的条件： a. 。 b. 。 c. 。 ②最常用的载体是 ，它是一种裸露的、结构简单的、独立于 ，并具有 的双链 DNA分子。 ③其它载体： 2.比较与DNA有关的六种酶 名称 作用部位 作用底物 作用结果 限制酶 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 将两个 为一个DNA分子 DNA聚合酶或热稳定DNA聚合酶 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA(水解)酶 将DNA片段水解为 解旋酶 将双链DNA分子局部解旋为 ，形成两条长链 RNA聚合酶 将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端 二、基因工程的基本操作程序 培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤： 、 、 、 。 1.目的基因的筛选与获取 （1）目的基因 ①概念：用于改变 或获得 等的基因。 ②实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是 。 （2）筛选合适的目的基因 ①较为有效的方法：从相关的 和 的基因中进行筛选。 ②实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的 ，也对Bt基因的表达产物—— 有了较为深入的了解。 ③认识基因结构和功能的技术方法： 技术、 数据库、 工具。 （3）利用PCR获取和扩增目的基因 ①PCR的含义：PCR是 的缩写，它是一项根据 的原理，在体外提供 。的各种组分与反应条件，对 进行大量复制的技术。 ②条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种 、四种 、 。 ③过程： a.变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA 。 b.复性：温度下降到50 ℃左右时， 通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 c.延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中 在耐高温的 的作用下加到引物的 端合成子链。 d.重复循环多次。 （4）结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成 形式扩增(约为2n)。 2.基因表达载体的构建 （1）构建基因表达载体的目的 ①使目的基因在受体细胞中 ，并且可以 给下一代。 ②使目的基因能够表达和发挥作用。 （2）基因表达载体的组成 （3）基因表达载体的构建 首先用一定的 切割载体，使它出现一个切口，然后用 限制酶或 的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用 将目的基因片段拼接到载体的切口处。 3.将目的基因导入受体细胞 （1）转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内 和 的过程。 （2）目的基因导入受体细胞的方法 ①目的基因导入植物细胞 a.花粉管通道法 Ⅰ.用微量注射器将含目的基因的 直接注入 中。 Ⅱ.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 。 b.农杆菌转化法 Ⅰ.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染 植物和 植物；农杆菌的Ti质粒上的 能够整合到所侵染细胞的 上。 Ⅱ.转化方法：将目的基因插入农杆菌 中，让农杆菌侵染植物细胞。 ②目的基因导入动物细胞 a.常用方法： 。 b.常用受体细胞： 。 ③目的基因导入微生物细胞 a.方法：用 处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。 b.常用受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 4.目的基因的检测与鉴定 （1）分子水平检测 ①通过 等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。 ②从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行 杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。 （2）个体水平鉴定 包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。 三、DNA片段的扩增及电泳鉴定 1.DNA体外扩增的原理 PCR利用了 原理， 。PCR仪实质上就是一台能够自动调控温度的仪器，一次PCR一般要经历30次循环。 2.DNA片段电泳鉴定的原理 DNA分子具有 ，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 ，这个过程就是电泳。PCR 的产物一般通过 来鉴定。在 等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在 下被检测出来。 3.扩增DNA片段的电泳 (1)根据待分离DNA片段的大小，用 配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液。在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后，加入适量的 混匀。 (2)将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子，以形成 。 (3)待凝胶溶液完全凝固后，小心拔出梳子，取出凝胶放入 内。 (4)将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶1 mm为宜。 (5)将扩增得到的PCR产物与 ，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。 。 (6)接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5 V/cm。待 ， 。 (7)取出凝胶置于 下观察和照相。 【注意】1、为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用之前必须进行 处理。 2、 PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后放在冰块上缓慢融化。 3、 在向微量离心管中添加反应组分时， ，避免试剂的污染。 【结果】DNA片段进行电泳鉴定的结果是 条带 如果结果不止一条条带，原因可能的原因有： 四、DNA的粗提取与鉴定 1.实验原理： （1）提取DNA的原理： 。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进行分离。 （2）DNA的鉴定原理： 。 2.方法步骤： （1）研磨：称取约30g洋葱切碎，放入研钵中，倒入 ，充分研磨。 （2）过滤或离心取上清液： ①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 。 ②或直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500 r / min 的转速下离心5 min ，再取 放入烧杯中 （3）加 ，搅拌或离心得DNA：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为 ，静置2-3min，溶液中出现的 就是 。 ①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。 ②或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000 r / min 的转速下离心5 min ，弃上清液，将管底的 （粗提取的DNA ）晾干 （4） 鉴定：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 试剂。混合均匀后，将试管置于 中加热5min。 五、基因工程的应用 1.基因工程在各方面的应用 分类 实例 处理或作用 在农牧业方面的应用 转基因 抗虫植物 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯 从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。可减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害，降低生产成本、提高产量  转基因 抗病植物 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物，培育出抗病作物 转基因抗除草剂植物 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，培育出抗除草剂的作物品种 改良植物的品质 高赖氨酸玉米、含大量纤维素的转基因玉米、转基因矮牵牛 改善植物的营养成分含量（如氨基酸、蛋白质）或提升观赏价值等 提高动物的生长速率 转生长激素基因的鲤鱼 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快，可将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 转肠乳糖酶基因牛 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响 在医药卫生领域的应用 转基因动物生产药物 乳腺生物反应器 （乳房生物反应器） 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 转基因动物作器官移植的供体　 克隆猪器官 抑制或除去抗原决定基因，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  在食品工业方面的应用 淀粉酶、凝乳酶、天冬氨酸和苯丙氨酸等的生产 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等，如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过③　工业发酵　生产凝乳酶  2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物比较 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 概念 指导入的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 基因结构 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等基因的结构与人类基因的结构有较大差异 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物的受精卵 微生物细胞 导入目的基因的方式 显微注射技术 感受态细胞法 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.抗虫转基因植物与抗病转基因植物的比较 类型 项目 抗虫转基因植物 抗病转基因植物 方法 从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入植物中 将抗病基因导入植物中 基因种类 Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等 ①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 ②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因 成果 转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等 抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等 1、在构建基因表达载体时注意的问题： （1）用同一种限制酶切割目的基因和载体为单酶切易出现的问题 ①目的基因和质粒的自身环化。 ②目的基因和运载体之间反向拼接 所以在构建基因表达载体时一般使用双酶切法即用不同种限制酶切割目的基因，再用这两种酶切割运载体。 （2）使用限制酶切割目的基因构建表达载体时还需要注意：保留标记基因、启动子、终止子、复制原点，不破坏目的基因。 2、本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。 3、加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。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 。 4、二苯胺试剂要现配现用 ，否则会影响鉴定的效果。 5、提取植物细胞的DNA时，加入的洗涤剂能溶解细胞膜 ，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。 （5）在DNA进一步提纯时，选用冷却的95%的酒精 的作用是溶解杂质和析出DNA。 【考点02】蛋白质工程★★☆☆☆ 一、蛋白质工程的原理和应用 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.概念理解 （1）基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 （2）操作：　 　或基因合成。  （3）结果：　 　现有蛋白质或制造出　 　。  （4）目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对　 　进行分子设计。  2.操作过程 从预期的蛋白质　 　出发→设计预期的　 　→推测应有的　 　→找到并改变相对应的　 　（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 二、蛋白质工程及其崛起的缘由 1.基因工程的实质：将一种生物的_ 转移到另一种生物体内，后者可以产生它 ，进而表现出 。 2.基因工程的局限性：__ ____ 3. 蛋白质工程崛起的缘由 基因工程原则上只能生产 ，这些天然蛋白质是生物在 过程中形成的,它们的结构和功能符合 的需要，却不一定完全符合 的需要。 实例: 蛋白质缺陷 改造措施 改造后果 玉米中赖氨酸 含量低 三、蛋白质工程的基本原理 1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质__ __的特定需求，因此要对蛋白质的__ _进行设计改造。 2.蛋白质工程的实质：__ （定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质）。 3.天然蛋白质合成过程：天然蛋白质合成的过程是按照__ __进行的。 基因→ →形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→形式生物功能 4.蛋白质工程思路 蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程_ _，而从__ _出发→设计_ _→推测__ →找到并改变_ _或__ _→获得所需要的蛋白质。 四、蛋白质工程和基因工程的比较 比较项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 基因 操作起点 预期蛋白质功能 目的基因 操作水平 DNA分子水平 操作流程 预期蛋白质功能→ →推测氨基酸序列→找到并改变对应的 （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 →将目的基因导入 →目的基因的检测与鉴定 结果 可生产自然界 的蛋白质 可生产自然界已有的蛋白质 实质 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 联系 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的 ； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含 基本操作。 蛋白质工程是一项难度很大的工程；主要原因是__ _。 四、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: ①速效 : 改变氨基酸序列, 抑制胰岛素的聚合。 ② :一个 替换为 延长保存时间。 ③ :将小鼠 上结合抗原的区域“嫁接” 到人的 上, 降低 。 2.其他工业方面: 用于改进酶的 ，如利用蛋白质工程获得 ，筛选出符合工业化生产需求的 ，提高该酶的使用价值。 3.农业方面: ① 科学家尝试改造某些 , 提高植物光合作用的效率。 ② 科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，改造微生物蛋白质的结构, 增强防治病虫害的效果。 1.如何区分蛋白质工程和基因工程 【考点03】生物技术的安全性与伦理问题★☆☆☆☆ 一、转基因生物的安全性 1.基因生物与食物安全的争论： ①反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变 ②正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据 2.转基因生物与生物安全（对生物多样性的影响）的争论： ①反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染” ②正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限 3.转基因生物与环境安全（对生态系统稳定性的影响）的争论： ①反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体 ②正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境 4.理性看待转基因技术 5.我国的农业转基因生物实行了标识制度：农业转基因生物分为四个等级： 安全等级I： 危险； 安全等级II：具有 危险； 安全等级III：具有 危险； 安全等级IV：具有 危险。 二、关注生物技术的伦理问题 关于生物技术的伦理的热点问题: 1. ： (1)否定的理由：克隆人严重违反了 ，是克隆技术的 ；克隆人冲击了 等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在 都不健全的人。 (2)肯定的理由：技术性问题可以通过 等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。 (3)中国政府的态度： 。四不原则： 任何生殖性克隆人的实验。 2. ： (1)否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是 ；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎， 。 (2)肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞 的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对 造成损伤。 3.基因身份证： (1)否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成 ，势必造成 、造成 、 等严重后果。 (2)肯定的理由：通过 可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。 4.基因检测 (1)基因检测的优点：通过 可以及早采取预防的措施,适时进行 ,达到 的目的。 (2)基因检测引发的问题： ①目前人类对基因 及基因间 尚缺乏足够的认识,要想通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的; ②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的 ; ③个人基因资讯的泄露会造成 . (3)解决的办法: 对于基因歧视现象,可以通过 ,伦理道德教育,立法得以解决 5.治疗性克隆和生殖性克隆 (1)治疗性克隆 ①概念：  。 ②原理：  。 (2)生殖性克隆 ①概念：  。 ②原理：  。 (3)二者主要区别：获得的早期胚胎在治疗性克隆中用于获得 ，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的 ； 在生殖性克隆中获得的胚胎则通过 到母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。 三、禁止生物武器 1.生物武器： (1)种类： 、 、 ，以及经过 。 (2)散布方式： 等。 (3)特点： 等。 (4)《禁止生物武器公约》及中国政府的态度：在任何情况下 、 、 生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 2.生物武器的传播途径 (1)经 传播： 霍乱、 肉毒毒素、 病毒、 炭疽。 (2) 传播： 鼠疫、 炭疽、 类鼻疽、 球孢子菌病。 (3) 传播： 炭疽、 破伤风。 (4) 传播： 黄热病、 马脑炎、 落矶山斑疹热、 斑疹伤风、 Q 热、 腺鼠疫。 (5) 传播。 3.生物武器的特点 (1) ： 生物武器单位战剂的杀伤面积效应很大。 因为生物战剂的感染剂量极小。 (2) 伤害对象只限于有生命的人、 畜和农作物， 而不破坏无生命的物质。 因而适用于攻击不易破坏的目标区， 这一特点正符合侵略者发动战争的目的。 (3) 它能以多种性状如致病性气溶胶、 媒介昆虫及媒介物、 毒菌、 毒液等， 多种途径如借空气经呼吸道、 借水及食物经消化道、 借媒介昆虫及创口经皮肤粘膜等使人、 畜和农作物受害， 受害者若不及时处理， 就能互相传染， 不断蔓延， 造成传染病流行， 致使人、 畜及农作物大量死亡。 (4) 某些致病菌如炭疽杆菌及毒素能长期存在于外界， 有 的危害作用， 甚至使当地形成疫源地， 以致传染病 。 (5) 施放生物武器时， 因为没有巨大的爆炸声， 亦无光、 气味和颜色， 鉴定技术也 ，需时也 。 (6) 生物武器很容易受自然条件如气温、 风力、 阳光和雨雪的影响而丧失作用， 若使用不当或选择时机不好， 也很容易使使用者本身受到伤害。 (7)生物武器 、可以在任何地方研制和生产。 4.生物武器的局限性 (1) 生物武器主要指病原微生物， 所以它们的 易受环境条件的影响。 如温度： 适宜温度—— 。 若温度过高， 40—50℃， 细胞停止 ； 50—70℃， ； 但芽孢必须在 100℃以上的温度条件下才会死亡。若温度 ， 一般会停止繁殖、生长， 但不会死亡。 (2)还受 等多种条件影响。 (3)生物武器使用时 ， 使用不当可危害 。 1.三个不同层次的克隆 (1)分子水平：一般指DNA克隆，即DNA复制，如PCR技术。 (2)细胞水平：是指由一个单一的共同祖先细胞分裂形成一个细胞群体的过程，如动物细胞培养。 (3)个体水平：是指形成基因型完全相同的两个或更多的个体的过程，如扦插、嫁接等。 2.混淆“生殖性克隆与治疗性克隆”、“试管婴儿技术与设计试管婴儿”等概念而出错 (1)生殖性克隆与治疗性克隆：生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。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)为解决不孕夫妇的生育问题而发明的试管婴儿技术，与“设计试管婴儿”的区别是：“设计19.试管婴儿”实际上是指在将体外受精形成的胚胎植入母体前，根据人们的需要，将胚胎的细胞取出，进行特定基因的检测;当检测结果符合人们的需要时，再把胚胎植入母体。一般我们所说的试管婴儿技术，不必经过基因检测这一步骤。 易错01.启动子、终止子、密码子的区别 （1）密码子有起始密码子、终止密码子，它们在mRNA上，影响基因的翻译。 （2）启动子、终止子在基因的非编码区，影响基因的转录。 易错02.区分蛋白质工程和基因工程 (1)误将蛋白质工程等同于基因工程，忽略其“从蛋白质到基因”的反向设计核心，混淆二者操作顺序。 (2)误认为仅替换单个氨基酸就可优化功能，忽视氨基酸序列与蛋白质空间结构、活性的关联。 (3)混淆DNA连接酶与DNA聚合酶的功能，误将平末端连接效率等同于黏性末端，忽略T4连接酶的特殊性。 (4)仅关注蛋白质结构改造，忽视改造后蛋白质的活性检测，误判“改造成功”的标准。 妙招01.基因表达载体的优化设计 优化维度 具体优化策略 核心优化目的 易错点/注意事项 启动子优化 1. 选择与受体细胞匹配的启动子（原核→乳糖操纵子启动子，真核→CMV启动子）；2. 选用强启动子，增强转录效率；3. 添加增强子，提升启动子活性 确保目的基因在受体细胞中高效、特异性转录，避免启动子不兼容导致的表达沉默 勿混淆原核与真核启动子，启动子与目的基因的距离需合理，否则影响转录效率 终止子优化 1. 选择适配受体细胞的终止子；2. 避免终止子缺失或序列异常；3. 添加poly(A)尾（真核载体），稳定mRNA 保证转录精准终止，防止出现异常长度的mRNA，减少对目的基因表达的干扰 原核载体无需添加poly(A)尾，终止子序列突变会导致转录通读，影响表达产物 目的基因优化 1. 优化密码子偏好性（适配受体细胞的密码子使用频率）；2. 去除内含子（原核载体）；3. 添加信号肽序列（分泌型蛋白表达） 提升目的基因的翻译效率，确保表达产物正确折叠、定位，减少异常蛋白产生 原核细胞无法剪切内含子，密码子优化需兼顾整体序列，不可仅替换单个密码子 标记基因优化 1. 选择筛选效率高的标记基因（如荧光基因、抗性基因）；2. 避免标记基因与目的基因相互干扰；3. 采用双标记基因，提升筛选准确性 快速、精准筛选出含重组载体的受体细胞，排除空质粒和未导入载体的细胞 抗性基因需与筛选培养基匹配，双标记基因需避免酶切位点重叠，防止被破坏 妙招02.区分蛋白质工程和基因工程 (1).看到“定向改造”、“优化性能”（如提高酶的热稳定性）、“设计新蛋白”等表述，优先考虑蛋白质工程。 (2).看到“剪切目的基因”、“表达天然蛋白”等表述，优先考虑基因工程。 (3).不要因为操作过程复杂就误判为蛋白质工程。关键看编码蛋白质的基因序列是否被人工定向修改。 术语01.基因工程属于哪种变异 错误表述：基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的 规范表述：基因工程是人工操作导致的基因重组，变异是定向的。 术语02.DNA连接酶的作用 错误表述：DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA 规范表述：DNA连接酶可以将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 术语03.基因工程中常用的三种工具 错误表述：限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶 规范表述：限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具，前两者属于工具酶，质粒属于载体。 术语04.基因工程中的标记基因 错误表述：质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因 规范表述：质粒上的抗生素抗性基因常作为标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 术语05.目的基因的功能 错误表述：目的基因一定是编码蛋白质的基因 规范表述：目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 术语06.启动子和终止子的作用 错误表述：基因表达载体中的启动子和终止子决定着翻译的开始与结束 规范表述：启动子和终止子决定着转录的开始与结束。 术语07.受体细胞的种类 错误表述：为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 规范表述：为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时能以受精卵为受体，也能以体细胞为受体。 术语08.检测目的基因是否导入受体细胞的方法 错误表述：检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原—抗体杂交技术 规范表述：检测目的基因是否导入受体细胞的方法是PCR等技术。 术语09.蛋白质工程改变哪些氨基酸？ 错误表述：蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 规范表述：蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。 术语10.蛋白质工程操作的对象 错误表述：蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构 规范表述：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。 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章 基因工程 第4章 生物技术安全性与伦理问题 本章内容导览 1.思维导图 2.考点清单（3大考点） 3.素养提升清单（2个易错清单、2个妙招清单、10个术语规范清单） 【考点01】基因工程★★★★☆ 一、重组DNA技术的基本工具 1.DNA基因工程至少需要三种工具：“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）；“分子缝合针”——DNA连接酶；“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体。 （1）“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶） ①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 ②功能：能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。 ③结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：粘性末端和平末端。 （2）“分子缝合针”——DNA连接酶 ①)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较： a.相同点：都缝合磷酸二酯键。 b.区别：E·coli DNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。 ②与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 （3） DNA 连接酶——“分子缝合针” ① 作用: 将双链 DNA 片段“缝合” 起来, 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 ② 种类: 种类 来源 特点 E.coliDNA连接酶 大肠杆菌 只能“缝合”具有互补粘性末端的双链DNA片段 T4DNA连接酶 T4噬菌体 既可以“缝合”双链DNA片段互补粘性末端，又可“缝合”双链DNA片段的平末端。 (4)“分子运输车”——载体 ①载体具备的条件： a.能在受体细胞中复制并稳定保存。 b.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。 c.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 ②最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。 ③其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒 2.比较与DNA有关的六种酶 名称 作用部位 作用底物 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 DNA片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶或热稳定DNA聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA(水解)酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间的氢键 DNA 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链 RNA聚合酶 磷酸二酯键 核糖核苷酸 将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端 二、基因工程的基本操作程序 培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建（核心）、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 1.目的基因的筛选与获取 （1）目的基因 ①概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。 ②实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。 （2）筛选合适的目的基因 ①较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。 ②实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。 ③认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。 （3）利用PCR获取和扩增目的基因 ①PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 ②条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。 ③过程： a.变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。 b.复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 c.延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链。 d.重复循环多次。 （4）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2n)。 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使目的基因能够表达和发挥作用。 （2）基因表达载体的组成 （3）基因表达载体的构建 首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。 3.将目的基因导入受体细胞 （1）转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 （2）目的基因导入受体细胞的方法 ①目的基因导入植物细胞 a.花粉管通道法 Ⅰ.用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。 Ⅱ.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，使目的基因借花粉管通道进入胚囊。 b.农杆菌转化法 Ⅰ.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物；农杆菌的Ti质粒上的T­DNA能够整合到所侵染细胞的染色体DNA上。 Ⅱ.转化方法：将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA中，让农杆菌侵染植物细胞。 ②目的基因导入动物细胞 a.常用方法：显微注射法。 b.常用受体细胞：受精卵。 ③目的基因导入微生物细胞 a.方法：用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。 b.常用受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 4.目的基因的检测与鉴定 （1）分子水平检测 ①通过PCR等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。 ②从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行抗原——抗体杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。 （2）个体水平鉴定 包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。 三、DNA片段的扩增及电泳鉴定 1.DNA体外扩增的原理 PCR利用了DNA热变性原理，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自动调控温度的仪器，一次PCR一般要经历30次循环。 2.DNA片段电泳鉴定的原理 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相反的电极移动，这个过程就是电泳。PCR 的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构像等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。 3.扩增DNA片段的电泳 (1)根据待分离DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为0.8%～1.2%的琼脂糖溶液。在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后，加入适量的核酸染料混匀。 (2)将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子，以形成加样孔。 (3)待凝胶溶液完全凝固后，小心拔出梳子，取出凝胶放入电泳槽内。 (4)将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶1 mm为宜。 (5)将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。留一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物。 (6)接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5 V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。 (7)取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。 【注意】1、为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用之前必须进行高压灭菌处理。 2、 PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后放在冰块上缓慢融化。 3、 在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。 【结果】DNA片段进行电泳鉴定的结果是1条条带 如果结果不止一条条带，原因可能的原因有：引物设计不合理、退火温度过低、DNA聚合酶的质量不好、它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体等 四、DNA的粗提取与鉴定 1.实验原理： （1）提取DNA的原理：DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进行分离。 （2）DNA的鉴定原理：DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色（沸水浴加热）。 2.方法步骤： （1）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。 （2）过滤或离心取上清液： ①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。 ②或直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500 r / min 的转速下离心5 min ，再取上清液放入烧杯中 （3）加酒精，搅拌或离心得DNA：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。 ①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。 ②或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000 r / min 的转速下离心5 min ，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA ）晾干 （4） 鉴定：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。 五、基因工程的应用 1.基因工程在各方面的应用 分类 实例 处理或作用 在农牧业方面的应用 转基因 抗虫植物 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯 从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状。可减少因化学农药的使用而造成的环境污染和对人类健康的损害，降低生产成本、提高产量  转基因 抗病植物 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 将源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物，培育出抗病作物 转基因抗除草剂植物 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，培育出抗除草剂的作物品种 改良植物的品质 高赖氨酸玉米、含大量纤维素的转基因玉米、转基因矮牵牛 改善植物的营养成分含量（如氨基酸、蛋白质）或提升观赏价值等 提高动物的生长速率 转生长激素基因的鲤鱼 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快，可将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 转肠乳糖酶基因牛 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响 在医药卫生领域的应用 转基因动物生产药物 乳腺生物反应器 （乳房生物反应器） 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 转基因动物作器官移植的供体　 克隆猪器官 抑制或除去抗原决定基因，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  在食品工业方面的应用 淀粉酶、凝乳酶、天冬氨酸和苯丙氨酸等的生产 利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等，如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过③　工业发酵　生产凝乳酶  2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物比较 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 概念 指导入的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 基因结构 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等基因的结构与人类基因的结构有较大差异 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物的受精卵 微生物细胞 导入目的基因的方式 显微注射技术 感受态细胞法 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.抗虫转基因植物与抗病转基因植物的比较 类型 项目 抗虫转基因植物 抗病转基因植物 方法 从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入植物中 将抗病基因导入植物中 基因种类 Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等 ①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 ②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因 成果 转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等 抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等 1、在构建基因表达载体时注意的问题： （1）用同一种限制酶切割目的基因和载体为单酶切易出现的问题 ①目的基因和质粒的自身环化。 ②目的基因和运载体之间反向拼接 所以在构建基因表达载体时一般使用双酶切法即用不同种限制酶切割目的基因，再用这两种酶切割运载体。 （2）使用限制酶切割目的基因构建表达载体时还需要注意：保留标记基因、启动子、终止子、复制原点，不破坏目的基因。 2、本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。 3、加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。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 。 4、二苯胺试剂要现配现用 ，否则会影响鉴定的效果。 5、提取植物细胞的DNA时，加入的洗涤剂能溶解细胞膜 ，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。 （5）在DNA进一步提纯时，选用冷却的95%的酒精 的作用是溶解杂质和析出DNA。 【考点02】蛋白质工程★★☆☆☆ 一、蛋白质工程的原理和应用 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.概念理解 （1）基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 （2）操作：　基因修饰　或基因合成。  （3）结果：　改造了　现有蛋白质或制造出　新的蛋白质　。  （4）目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对　蛋白质结构　进行分子设计。  2.操作过程 从预期的蛋白质　功能　出发→设计预期的　蛋白质结构　→推测应有的　氨基酸序列　→找到并改变相对应的　脱氧核苷酸序列　（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 二、蛋白质工程及其崛起的缘由 1.基因工程的实质：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 。 2.基因工程的局限性：__只能生产自然界中已存在的蛋白质____ 3. 蛋白质工程崛起的缘由 基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 实例: 蛋白质缺陷 改造措施 改造后果 玉米中赖氨酸 含量低 赖氨酸合成中两种酶的 氨基酸被替换 叶片和种子中游离的赖氨酸分别 提高5倍和2倍 三、蛋白质工程的基本原理 1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质__功能__的特定需求，因此要对蛋白质的__结构_进行设计改造。 2.蛋白质工程的实质：__改造或合成基因 （定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质）。 3.天然蛋白质合成过程：天然蛋白质合成的过程是按照__中心法则__进行的。 基因→ 表达 →形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→形式生物功能 4.蛋白质工程思路 蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程_相反_，而从__预期的蛋白质功能_出发→设计_预期的蛋白质结_→推测__应有的氨基酸序列_→找到并改变_相对应的脱氧核苷酸序列_或__合成新基因_→获得所需要的蛋白质。 四、蛋白质工程和基因工程的比较 比较项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 基因 基因 操作起点 预期蛋白质功能 目的基因 操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平 操作流程 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 结果 可生产自然界没有 的蛋白质 可生产自然界已有的蛋白质 实质 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 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蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程 基本操作。 蛋白质工程是一项难度很大的工程；主要原因是__蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂_。 四、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: ①速效胰岛素类似物: 改变氨基酸序列, 抑制胰岛素的聚合。 ②干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸, 延长保存时间。 ③单克隆抗体:将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接” 到人的抗体上, 降低诱发免疫反应的强度。 2.其他工业方面: 用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。 3.农业方面: ① 科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶, 提高植物光合作用的效率。 ② 科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，改造微生物蛋白质的结构, 增强防治病虫害的效果。 1.如何区分蛋白质工程和基因工程 【考点03】生物技术的安全性与伦理问题★☆☆☆☆ 一、转基因生物的安全性 1.基因生物与食物安全的争论： ①反方观点：反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变 ②正方观点：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据 2.转基因生物与生物安全（对生物多样性的影响）的争论： ①反方观点：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染” ②正方观点：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限 3.转基因生物与环境安全（对生态系统稳定性的影响）的争论： ①反方观点：打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体 ②正方观点：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境 4.理性看待转基因技术 5.我国的农业转基因生物实行了标识制度：农业转基因生物分为四个等级： 安全等级I：尚不存在危险； 安全等级II：具有低度危险； 安全等级III：具有中度危险； 安全等级IV：具有高度危险。 二、关注生物技术的伦理问题 关于生物技术的伦理的热点问题: 1.克隆人： (1)否定的理由：克隆人严重违反了人类伦理道德，是克隆技术的滥用；克隆人冲击了现有的婚姻、家庭和两性关系等传统的伦理道德观念；克隆人是在人为的制造在心理上和社会地位上都不健全的人。 (2)肯定的理由：技术性问题可以通过胚胎分级、基因诊断和染色体检查等方法解决。不成熟的技术也只有通过实践才能使之成熟。 (3)中国政府的态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验。 2.试管婴儿： (1)否定的理由：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；早期生命也有活下去的权利，抛弃或杀死多余胚胎，无异于“谋杀”。 (2)肯定的理由：解决了不育问题，提供骨髓中造血干细胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤。 3.基因身份证： (1)否定的理由：个人基因资讯的泄漏造成基因歧视，势必造成遗传学失业大军、造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。 (2)肯定的理由：通过基因检测可以及早采取预防措施，适时进行治疗，达到挽救患者生命的目的。 4.基因检测 (1)基因检测的优点：通过基因检测可以及早采取预防的措施,适时进行治疗,达到挽救患者生命的目的。 (2)基因检测引发的问题： ①目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识,要想通过基因检测达到预防疾病的目的是困难的; ②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的心理压力; ③个人基因资讯的泄露会造成基因歧视. (3)解决的办法: 对于基因歧视现象,可以通过正确的科学知识传授,伦理道德教育,立法得以解决 5.治疗性克隆和生殖性克隆 (1)治疗性克隆 ①概念： 指利用克隆技术产生特定细胞或组织(皮肤、 神经或肌肉等)用于治疗性移植。 ②原理： 干细胞具有强大的多方向分化潜能和自我更新能力。 (2)生殖性克隆 ①概念： 指将克隆技术用于生育目的， 即用于产生人类个体。 ②原理： 动物体细胞核的全能性。 (3)二者主要区别：获得的早期胚胎在治疗性克隆中用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的组织或细胞； 在生殖性克隆中获得的胚胎则通过胚胎移植到母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。 三、禁止生物武器 1.生物武器： (1)种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌。 (2)散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等。 (3)特点：致病力强、多数具传染性、传染途径多、污染面广、有潜伏期、不易被发现、危害时间长等。 (4)《禁止生物武器公约》及中国政府的态度：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。 2.生物武器的传播途径 (1)经食物与水传播： 霍乱、 肉毒毒素、 病毒、 炭疽。 (2)空气传播： 鼠疫、 炭疽、 类鼻疽、 球孢子菌病。 (3)接触传播： 炭疽、 破伤风。 (4)虫媒传播： 黄热病、 马脑炎、 落矶山斑疹热、 斑疹伤风、 Q 热、 腺鼠疫。 (5)病原体直接传播。 3.生物武器的特点 (1)单位面积效应大： 生物武器单位战剂的杀伤面积效应很大。 因为生物战剂的感染剂量极小。 (2)有特定的伤害对象 伤害对象只限于有生命的人、 畜和农作物， 而不破坏无生命的物质。 因而适用于攻击不易破坏的目标区， 这一特点正符合侵略者发动战争的目的。 (3)具有传染性 它能以多种性状如致病性气溶胶、 媒介昆虫及媒介物、 毒菌、 毒液等， 多种途径如借空气经呼吸道、 借水及食物经消化道、 借媒介昆虫及创口经皮肤粘膜等使人、 畜和农作物受害， 受害者若不及时处理， 就能互相传染， 不断蔓延， 造成传染病流行， 致使人、 畜及农作物大量死亡。 (4)危害时间久 某些致病菌如炭疽杆菌及毒素能长期存在于外界， 有持久的危害作用， 甚至使当地形成疫源地， 以致传染病不断蔓延。 (5)不易被发现和鉴定 施放生物武器时， 因为没有巨大的爆炸声， 亦无光、 气味和颜色， 鉴定技术也较复杂，需时也较长。 (6使用者本身易受伤害 生物武器很容易受自然条件如气温、 风力、 阳光和雨雪的影响而丧失作用， 若使用不当或选择时机不好， 也很容易使使用者本身受到伤害。 (7)生物武器造价低、 技术难度不大、 隐蔽性强、可以在任何地方研制和生产。 4.生物武器的局限性 (1) 生物武器主要指病原微生物， 所以它们的生存、 繁殖、 死亡易受环境条件的影响。 如温度： 适宜温度——37℃左右。 若温度过高， 40—50℃， 细胞停止繁殖； 50—70℃，死亡； 但芽孢必须在 100℃以上的温度条件下才会死亡。若温度过低， 一般会停止繁殖、生长， 但不会死亡。 (2)还受地形、 风向等多种条件影响。 (3)生物武器使用时不易控制， 使用不当可危害本方安全。 1.三个不同层次的克隆 (1)分子水平：一般指DNA克隆，即DNA复制，如PCR技术。 (2)细胞水平：是指由一个单一的共同祖先细胞分裂形成一个细胞群体的过程，如动物细胞培养。 (3)个体水平：是指形成基因型完全相同的两个或更多的个体的过程，如扦插、嫁接等。 2.混淆“生殖性克隆与治疗性克隆”、“试管婴儿技术与设计试管婴儿”等概念而出错 (1)生殖性克隆与治疗性克隆：生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。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)为解决不孕夫妇的生育问题而发明的试管婴儿技术，与“设计试管婴儿”的区别是：“设计19.试管婴儿”实际上是指在将体外受精形成的胚胎植入母体前，根据人们的需要，将胚胎的细胞取出，进行特定基因的检测;当检测结果符合人们的需要时，再把胚胎植入母体。一般我们所说的试管婴儿技术，不必经过基因检测这一步骤。 易错01.启动子、终止子、密码子的区别 （1）密码子有起始密码子、终止密码子，它们在mRNA上，影响基因的翻译。 （2）启动子、终止子在基因的非编码区，影响基因的转录。 易错02.区分蛋白质工程和基因工程 (1)误将蛋白质工程等同于基因工程，忽略其“从蛋白质到基因”的反向设计核心，混淆二者操作顺序。 (2)误认为仅替换单个氨基酸就可优化功能，忽视氨基酸序列与蛋白质空间结构、活性的关联。 (3)混淆DNA连接酶与DNA聚合酶的功能，误将平末端连接效率等同于黏性末端，忽略T4连接酶的特殊性。 (4)仅关注蛋白质结构改造，忽视改造后蛋白质的活性检测，误判“改造成功”的标准。 妙招01.基因表达载体的优化设计 优化维度 具体优化策略 核心优化目的 易错点/注意事项 启动子优化 1. 选择与受体细胞匹配的启动子（原核→乳糖操纵子启动子，真核→CMV启动子）；2. 选用强启动子，增强转录效率；3. 添加增强子，提升启动子活性 确保目的基因在受体细胞中高效、特异性转录，避免启动子不兼容导致的表达沉默 勿混淆原核与真核启动子，启动子与目的基因的距离需合理，否则影响转录效率 终止子优化 1. 选择适配受体细胞的终止子；2. 避免终止子缺失或序列异常；3. 添加poly(A)尾（真核载体），稳定mRNA 保证转录精准终止，防止出现异常长度的mRNA，减少对目的基因表达的干扰 原核载体无需添加poly(A)尾，终止子序列突变会导致转录通读，影响表达产物 目的基因优化 1. 优化密码子偏好性（适配受体细胞的密码子使用频率）；2. 去除内含子（原核载体）；3. 添加信号肽序列（分泌型蛋白表达） 提升目的基因的翻译效率，确保表达产物正确折叠、定位，减少异常蛋白产生 原核细胞无法剪切内含子，密码子优化需兼顾整体序列，不可仅替换单个密码子 标记基因优化 1. 选择筛选效率高的标记基因（如荧光基因、抗性基因）；2. 避免标记基因与目的基因相互干扰；3. 采用双标记基因，提升筛选准确性 快速、精准筛选出含重组载体的受体细胞，排除空质粒和未导入载体的细胞 抗性基因需与筛选培养基匹配，双标记基因需避免酶切位点重叠，防止被破坏 妙招02.区分蛋白质工程和基因工程 (1).看到“定向改造”、“优化性能”（如提高酶的热稳定性）、“设计新蛋白”等表述，优先考虑蛋白质工程。 (2).看到“剪切目的基因”、“表达天然蛋白”等表述，优先考虑基因工程。 (3).不要因为操作过程复杂就误判为蛋白质工程。关键看编码蛋白质的基因序列是否被人工定向修改。 术语01.基因工程属于哪种变异 错误表述：基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的 规范表述：基因工程是人工操作导致的基因重组，变异是定向的。 术语02.DNA连接酶的作用 错误表述：DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA 规范表述：DNA连接酶可以将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 术语03.基因工程中常用的三种工具 错误表述：限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶 规范表述：限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具，前两者属于工具酶，质粒属于载体。 术语04.基因工程中的标记基因 错误表述：质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因 规范表述：质粒上的抗生素抗性基因常作为标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 术语05.目的基因的功能 错误表述：目的基因一定是编码蛋白质的基因 规范表述：目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 术语06.启动子和终止子的作用 错误表述：基因表达载体中的启动子和终止子决定着翻译的开始与结束 规范表述：启动子和终止子决定着转录的开始与结束。 术语07.受体细胞的种类 错误表述：为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 规范表述：为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时能以受精卵为受体，也能以体细胞为受体。 术语08.检测目的基因是否导入受体细胞的方法 错误表述：检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原—抗体杂交技术 规范表述：检测目的基因是否导入受体细胞的方法是PCR等技术。 术语09.蛋白质工程改变哪些氨基酸？ 错误表述：蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 规范表述：蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。 术语10.蛋白质工程操作的对象 错误表述：蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构 规范表述：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。 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $