【串讲课件】专题03 基因工程和生物技术安全及伦理问题（期末复习课件）高二生物下学期人教版

这是一份高中生物学人教版选择性必修三专题03“基因工程和生物技术安全及伦理问题”的期末复习课件，包含期末考情分析、考点扫描和提升演练三部分，系统梳理基因工程工具、操作程序等核心考点，配套典型试题训练，为学生提供知识巩固与能力提升的学习支架。 资料特色突出，以核心素养为导向，通过对比表格（如限制酶与DNA连接酶作用）、实验流程（如DNA粗提取、PCR技术）培养科学思维与探究实践能力，结合生物技术伦理问题渗透态度责任，助力学生夯实基础，也为教师提供精准教学参考。高二学生面临期末复习，需重点巩固基因工程等核心考点，通过该资料可系统梳理知识网络，提升解题能力，为后续学习及考试做好准备。

人教版 生物学 选择性必修三 期末复习课件 期末考情 考点扫描 提升演练 专题03 基因工程和生物技术 安全及伦理问题 1 Part 01 期末考情 知识 板块 核心考点 考查方式及题型 复习提示及易错点 期末考情分析 知识板块 核心考点 常见考查方式与题型 复习提示与易错点 基因工程的基本工具与操作程序 1.基因工程的基本工具； 2. 基因工程的操作程序； 1. 选择题： (1)辨析限制酶、DNA连接酶、载体的功能与特点；(2)判断基因工程操作步骤的正误；(3)区分不同受体细胞的导入方法。 2.非选择题：结合情境考查载体构建、酶切位点选择、导入与检测流程。 (1)限制酶易错：混淆黏性末端/平末端，忽略双酶切防自身环化；(2)载体易错：误以为质粒必须含抗生素抗性基因，漏记复制原点；(3)操作易错：混淆“分子水平检测”（PCR、分子杂交）与“个体水平鉴定”，错将导入等同于表达。 DNA相关的两个实验、基因工程的应用 1.DNA的粗提取与鉴定 2.利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 3.基因工程的应用、蛋白质工程 1.选择题： (1)辨析DNA粗提取中不同试剂（NaCl、酒精、二苯胺）的作用；(2)判断PCR原理、条件（Taq酶、引物、热循环）的正误；(3)区分基因工程与蛋白质工程的差异。 2.非选择题：结合PCR电泳图谱分析扩增结果，考查基因工程在医药、农牧业中的应用。 (1)粗提取易错：混淆不同浓度NaCl对DNA溶解度的影响，错记二苯胺鉴定的加热条件；(2)PCR易错：误以为PCR需要解旋酶，混淆引物方向与结合位点，电泳条带解读易出错；(3)应用易错：混淆乳腺/膀胱生物反应器的特点，误以为蛋白质工程可直接改造蛋白质。 Part 02 考点扫描 知识回顾 考点剖析 易混易错； 技巧点拨； 试题分析 考点01 基因工程的基本工具 考点02 基因工程的操作程序 考点03 DNA的粗提取与鉴定 考点04 利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 考点05 基因工程的应用、蛋白质工程 考点01：基因工程的基本工具 知识回顾 基因工程的基本工具 限制性内切核酸酶 —“分子手术刀” 基因进入受体 细胞的载体— “分子运输车” DNA连接酶— “分子缝合针” 简称：限制酶 来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 作用 内容：能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 特点：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 结果 黏性末端：中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开 平末端：限制酶在它识别序列的中心轴线处切开 作用：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子（恢复磷酸二酯键）。 种类 E.coli DNA连接酶：连接黏性末端和平末端。 T4DNA连接酶：黏性末端和平末端，但连接平末端的效率相对较低。 作用：将外源基因送入细胞。 种类 质粒 质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 特点 ①有一个至多个限制酶切割位点 ②能在细胞中进行自我复制 ③常有特殊的标记基因 其他：噬菌体、动植物病毒等。 知识点1：基因工程的基本工具 考点剖析 1.与DNA有关的酶 考点01：基因工程的基本工具 酶 作用 作用相关“键” 限制酶 切割DNA片段，产生两个 (具有相同黏性末端或平末端)DNA片段 破坏磷酸二酯键 DNA连接酶 催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键， 从而连接起来 形成磷酸二酯键 解旋酶 将双链DNA分子局部解旋为单链(ATP 水解供能) 破坏氢键 DNA聚合酶 把游离的脱氧核苷酸连接到引物 或者已有的DNA单链的3′端上 形成磷酸二酯键 DNA(水解)酶 将DNA水解为脱氧核苷酸 破坏磷酸二酯键 逆转录酶 以RNA为模板合成cDNA 形成磷酸二酯键 知识点1：基因工程的基本工具 考点剖析 2.质粒适于作基因载体的特点(载体须具备的条件) 考点01：基因工程的基本工具 特点(条件) 作用 有一个至多个__________________ 供外源DNA片段插入其中 能在细胞中进行____________，或整合到受体DNA上，随受体细胞DNA同步复制 便于目的 DNA 在受体细胞中稳定存在 带有____________(常是人工改造后具有)，一般为抗生素抗性基因或荧光蛋白基因等 便于重组DNA分子的筛选(鉴定目的基因是否导入成功) 限制酶切割位点 自我复制 标记基因 (1)根据目的基因两端的限制酶切点选择限制酶 ①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，不能选择切点位于 目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择限制酶SmaⅠ。 ②为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，也可使用不同的 限制酶切割目的基因和质粒，如图甲可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶 (但要确保质粒上也能被切出相同的黏性末端，如图乙)。 甲 乙 考点剖析 考点01：基因工程的基本工具 限制酶的选择 考点剖析 考点01：基因工程的基本工具 限制酶的选择 (2)根据质粒的特点选择限制酶(见下图) 考点剖析 考点01：基因工程的基本工具 限制酶的选择 (3)农杆菌转化法中，酶切位点应位于Ti质粒的T-DNA内部。图中甲、乙、丁Ti质粒均不宜选取，而宜选取丙。 A．其中一个引物序列为5′-TGCGCAGT-3′ B．步骤①所用的酶是SpeⅠ和CfoⅠ C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了2个片段 D．酶切片段和载体连接时，可使用E．coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶 1.某小组通过PCR (假设引物长度为8个碱基，短于实际长度)获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切(右图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是 (　　) B 根据三种酶的酶切位点，左侧的黏性末端是使用NheⅠ切割形成的，右边的黏性末端是用CfoⅠ切割形成的 考点剖析 考点01：基因工程的基本工具 2.(多选)根据用途可将基因工程中常用的载体分为克隆载体和表达载体两种，克隆载体的目的是复制出更多的目的基因，而表达载体的目的是使外源基因在受体中高效表达。下列有关叙述错误的有(　　) A．克隆载体必须具备的元件是复制原点、启动子和终止子 B．两种载体都要具有一个或多个限制酶切点，以便目的基因的插入 C．表达载体的元件中必须含有标记基因，不一定有复制原点 D．质粒、动植物病毒、噬菌体均可作为克隆载体或表达载体 AC 复制原点、标记基因 ，而启动子和终止子是参与转录过程的 也需要复制原点，保证表达载体能在受体细胞中自我复制 考点剖析 考点01：基因工程的基本工具 考点02：基因工程的操作程序 知识回顾 基因工程的操作程序 目的基因 的筛选与获取 基因表达载 体的构建 （核心工作） 类型：主要是指编码蛋白质的基因 目的基因的获得 PCR获取和扩增目的基因 人工合成目的基因 原理：DNA半保留复制的原理 基本条件： 模板 4种脱氧核苷酸； 引物 耐高温的DNA聚合酶 Mg2+缓冲溶液 扩增的过程： 变性（90℃以上） 复性（50℃左右） 延伸（72℃左右） 仪器：PCR扩增仪自动完成 鉴定：琼脂糖凝胶电泳 构建目的：让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代； 使目的基因能够表达和发挥作用。 基因表达载体的组成 目的基因、标记基因 本质：一段有特殊序列结构的DNA片段。 位置：位于基因的上游，紧挨转录的起始位点。 作用：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录 启动子 终止子 本质：也是一段有特殊序列结构的DNA片段。 位置：位于基因的下游 作用：使转录在所需要的地方停下来。 考点02：基因工程的操作程序 知识回顾 基因工程的操作程序 将目的基 因导入受 体细胞 目的基因 的检测与 鉴定 植物 花粉管通道法(我国独创) 农杆菌转化 法(常用) 转化：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。 原理：将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中， 通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞。 动物 常用受体细胞：动物受精卵 最常用的方法：显微注射 微生物 生物：常用原核生物作为受体细胞，其中以大肠杆菌应用最为广泛。 方法：用Ca2＋处理法，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子生理状态。 目的： 目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道，这也是检查转基因抗虫棉是否培育成功的一步。 方法步骤 分子水平的检测 个体生物学水平的鉴定 通过PCR等技术检测是否插入了基因 是否转录出了mRNA 抗原—抗体杂交 15 目的基因：能控制表达所需要的特殊性状 启动子： 位置：基因的上游 功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 复制原点： DNA复制的起始位点 终止子： 位置：基因的下游 功能：终止转录 标记基因：便于重组DNA分子的筛选和鉴定。 注意：启动子≠密码子 目的基因插入到启动子和终止子之间 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 知识点1：基因工程的基本操作程序 2.启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 功能 DNA DNA mRNA mRNA RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(不编码氨基酸) 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 16 3．将目的基因导入受体细胞 受体细胞 常用方法 操作过程 植物细胞(常用体细胞或受精卵) _______________ (我国独创) 方法一：用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中； 方法二：将DNA溶液滴加在受粉后一定时间内的花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊 _______________ 将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→感染植物细胞→T-DNA整合到受体细胞染色体的DNA上→表达 花粉管通道法 农杆菌转化法 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 3．将目的基因导入受体细胞 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 受体细胞 常用方法 操作过程 动物细胞 (常用受精卵) ______________ 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵) →显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 微生物细胞 ______________ (感受态细胞法) Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收周围环境中的DNA分子 显微注射法 Ca2+处理法 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 知识点2：PCR技术 条件 作用 有一段已知目的基因的核苷酸序列 便于合成________ 在一定的__________中进行 提供相对稳定的pH环境 缓冲液 引物 4种脱氧核苷酸(dNTP) 作为合成DNA子链的________， 同时提供________ DNA母链 作为DNA复制的模板 __________的DNA聚合酶 (Taq DNA聚合酶) 催化合成DNA子链 引物(一小段___________，作为DNA复制起始序列，它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对) 使DNA聚合酶能够从引物的_______端开始连接脱氧核苷酸 能量 原料 耐高温 短单链核酸 3′ 01 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸（DNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 复性 延伸 温度上升到90℃以上，双链DNA解聚为单链 当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 温度上升72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在TaqDNA聚合酶作用下合成新DNA链。 注意：复性温度过高会破坏引物与模板碱基互补配对。 过低，会造成引物与模板结合位点增加，导致非特异性产物增加。 复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关，当长度相同，但G-C含量高，需更高温度。 2.PCR反应过程： 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 1.乳酸乙酯是白酒中重要的呈香物质，由乳酸脱氢酶催化产生，影响白酒品质和风格。科研人员将酿酒酵母质粒上的丙酮酸脱氢酶基因(PD)替换为植物乳杆菌中的乳酸脱氢酶基因(L-PG)，可获得乳酸乙酯高产菌株，该过程如下图所示。下列分析不合理的是(　　) A．转入的L-PG基因表达产物不能影响酿酒酵母活性 B．可以利用PCR技术筛选含有L-PG基因的受体细胞 C．基因表达载体质粒除目的基因、标记基因外，还必须有启动子、终止子等 D．标记基因AmpR即可检测是否成功构建乳酸乙酯高产菌株 D 考点02：基因工程的操作程序 考点剖析 标记基因AmpR对重组质粒进行初步筛选，但不能检测 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 DNA的粗提取与鉴定 提取 结果分析 鉴定 原理：DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精 方法 步骤 取材、研磨：称取，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨 过滤、离心：在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。 粗提取：加95%冷酒精，白色丝状物是粗提取的DNA。注意：沿一个方向搅拌；或10000r/min的转速下离心，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA）晾干。 观察颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多。 如果不呈现蓝色，可能所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。 原理：DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。 DNA遇二苯胺试剂沸水浴会呈现蓝色。 方法步骤：两支试管，将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。向两支试管中各加入二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热。比较两支试管中溶液颜色的变化。 1.研磨液的成分和作用 研磨液成分 作用 SDS 使蛋白质变性 EDTA 抑制DNA酶 Tris-HCl缓冲液 稳定DNA (2)研磨的目的：破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中。 (3)低温放置几分钟(或酒精预冷)的作用：①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；②抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；③低温有利于增加DNA的柔韧性，减少其断裂。 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 (4)搅拌时应轻缓、并沿一个方向：减少DNA断裂，以便获较完整的DNA分子。 2.用鸡血细胞作为实验材料的操作流程 步骤 材料/方法 说明 制备鸡血细胞液 新鲜鸡血 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核(或不含有DNA)，故不选用哺乳动物的血液作为高中DNA提取的材料 提取血细胞核物质 加入一定量的蒸馏水，破碎细胞，并用玻璃棒搅拌，过滤，获取含有DNA的滤液 细胞吸水涨破，玻璃棒搅拌加速细胞破裂 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 步骤 材料/方法 说明 析出DNA ①取滤液加入物质的量浓度为2 mol·L-1的NaCl溶液； ②缓缓加入一定量的蒸馏水，调节物质的量浓度至0.14 mol·L-1，析出DNA，丝状物不再增加时停止加蒸馏水； ③用玻璃棒挑起丝状物，获得含一定杂质的DNA DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同 向滤液中加入等体积的、冷却的体积分数为95%的酒精，静置2～3 min，并用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起白色丝状物(DNA) 酒精能够减少DNA的降解，同时也能够溶解杂质 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 3.注意试剂的选择和使用 1．使用鸡血提取DNA时，需在鸡血中加入柠檬酸钠，目的是____________；在鸡血细胞溶液中加入蒸馏水，目的是________________。 2．使用洋葱提取DNA时，需要加入研磨液，研磨液能够________________，另外有利于蛋白质与DNA发生分离。 3．DNA在物质的量浓度为________mol·L-1的NaCl溶液中溶解度最低。使用体积分数为95%的冷却酒精可使DNA________(填“析出”或“溶解”)。 4．此实验中二苯胺试剂的作用是___________，需要现配现用。 防止血液凝固 使鸡血细胞破裂 使细胞核DNA释放 0.14 析出 鉴定DNA 1.下列关于洋葱DNA粗提取与鉴定的叙述，正确的是(　　) A．利用DNA溶于酒精的原理可初步分离DNA与蛋白质 B．研磨液中的SDS能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度 C．将洋葱研磨液倒入塑料离心管内，离心后弃去上清液 D．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 D 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 DNA不溶于酒精溶液 但不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度 在一定温度(水浴)下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 2．关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法正确的是(　　) A．整个提取过程中可以不使用离心机 B．研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，应充分摇匀再倒入烧杯中 C．鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变 D．仅设置一个对照组不能排除二苯胺试剂加热后可能变蓝的干扰 A 考点03：DNA的粗提取与鉴定 知识回顾 取上清液 鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变 仅设置一个对照组即可，二苯胺试剂本身加热后不会变蓝 考点04：利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 知识回顾 利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 原理 操作提示 步骤 DNA扩增：DNA的热变性。调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。 琼脂糖凝胶电泳： 在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出 ①移液：用微量移液器，在微量离心管中依次加入各组分。 ②离心：将微量离心管放在离心机上，离心约10s，使反应液集中在管的底部。 ③反应：将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中，设置程序进行反应。 ④据待分离DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，并加适量核酸染料混匀 ⑤与凝胶载样缓冲液(内含指示剂)混合，再将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。 ⑥根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。 ⑦电泳结束后，取出凝胶置于紫外灯下观察和照相 （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 馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。 （2）缓冲液和酶应分装成小份，并在－20℃储存。使用前将所需试剂从冰箱拿出， 放在冰块上缓慢融化。 （3）每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。 (1)扩增原理：PCR利用了DNA的热变性原理，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________________的仪器。一次PCR一般要经历30次循环。 (2)电泳原理：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可带正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向与它所带电荷________的电极移动。 (3)鉴定原理：PCR的产物一般通过______________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________和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为__________的紫外灯下被检测出来。 自动调控温度 相反 琼脂糖凝胶 大小 300 nm 考点04：利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 1．实验原理 考点剖析 注：①预变性可使DNA充分变性，以利于引物更好地和模板结合； ②最后一轮延伸给予更长时间的主要目的是使子链充分延伸，得到更多的等长DNA。 (2)电泳鉴定：配制_______溶液，加入核酸染料混合→制备凝胶→加缓冲液(没过凝胶1 mm为宜)→加样(PCR产物与含指示剂的凝胶载样缓冲液混合，留一个孔加__________)→进行电泳(待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时停止)→_______下鉴定。 循环程序 变性 复性 延伸 预变性 ______℃，5 min — — 30次 94 ℃，30 s ______℃，30 s ______℃，1 min 最后1次 94 ℃，1 min 55 ℃，30 s 72 ℃，10 min 琼脂糖 标准参照物 紫外灯 94 55 72 考点04：利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 考点剖析 考点04：利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 考点剖析 1.关于“采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物”的实验， 下列叙述正确的是(　　) A．琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小 B．凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置 C．在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快 D．琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来 A 当指示剂前沿接近凝胶边缘时 (可看蓝色条带)，则停止电泳 DNA片段越长，迁移速率越慢 在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来 2.琼脂糖凝胶电泳常用于核酸样品的分析，样品1～4的电泳结果如图所示(“＋”“－”分别代表电泳槽的阳极和阴极)。已知样品1和2中的DNA分子分别是甲和乙，甲只有限制酶R的一个酶切位点，样品3和4中有一个样品是甲的酶切产物。下列叙述错误的是(　　) A．配制琼脂糖凝胶时需选用适当的缓冲溶液 B．该实验条件下甲、乙两种DNA分子均带负电荷 C．甲、乙两种DNA分子所含碱基对的数量可能不同 D．据图推测，样品3可能是甲被酶R完全酶切后的产物 D 考点04：利用PCR技术扩增DNA片段并电泳鉴定 考点剖析 据图推测，样品4可能是甲被酶R完全酶切后的产物 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 知识回顾 基因工程的应用、蛋白质工程 基因工程的应用 蛋白质工程 农牧业：培育抗逆转基因植物、改良植物的品质、提高动物的生长速率 医药卫生领域 生产药物 对微生物细胞进行基因改造，如干扰素（本质：糖蛋白） 动植物的细胞进行基因改造： 目的基因：药用蛋白基因 表达载体构建：与乳腺中特异表达基因启动子等调控元件重组在一起 导入受体细胞的方法：显微注射法 受体细胞：哺乳动物的受精卵 产物获得：进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产所需要的药物。 动物名称：乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 建立移植器官工厂（设想） 定义 设计基础：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。 方法：改造或合成基因 目的：改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 结果：以满足人类生产和生活的需求。 基本思路 ： 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 难度很大，因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。 1.基因工程在农牧业方面的应用 分类 导入目的基因 转基因生物实例 植物 转基因抗虫植物 外源________基因 抗虫棉花、玉米等 转基因抗病植物 某些病毒、真菌等的________基因 抗病毒甜椒、番木瓜等 转基因抗除草剂植物 降解或抵抗某种__________的基因 抗除草剂玉米、大豆等 抗虫 抗病 除草剂 知识点1：基因工程的应用 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 分类 导入目的基因 转基因生物实例 植物 改良植物的品质 富含__________________的蛋白质的基因 与植物__________代谢相关的基因 富含赖氨酸的玉米 颜色变异的矮牵牛 动物 提高动物的生长速率 外源____________的基因 转生长激素基因的鲤鱼 改善畜产品的品质 ____________的基因 转肠乳糖酶基因的奶牛 某些必需氨基酸 花青素 生长激素 肠乳糖酶 知识点1：基因工程的应用 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 比较项目 试管动物 克隆动物 转基因动物 生殖方式 有性生殖 无性生殖 有性生殖或保持原生殖方式 遗传物质 遗传物质来自两个供体 核基因来自供核个体，质基因来自提供卵母细胞的个体 遗传物质除了来自亲代外，还接受外源基因 意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期 加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等 改良动物品质、制备生物反应器等 相同点 三者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植等技术，且移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚期(若是鱼、蛙、鸟等非哺乳类动物，不涉及胚胎移植技术) 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 试管动物、克隆动物和转基因动物的比较 1.对蛋白质工程的理解 知识点1：第二代基因工程——蛋白质工程 基础 蛋白质分子的____________及其与____________的关系 手段 通过_______或_______基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 目的 获得满足人类的生产和生活需求的__________ 2.蛋白质工程崛起的缘由 (1)基因工程在原则上只能生产__________________________。 (2)天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却__________________ ____________________。 结构规律 生物功能 改造 合成 蛋白质 自然界中已存在的蛋白质 不一定完全符合人 类生产和生活的需要 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 3.蛋白质工程和基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 原理 中心法则的逆推 基因重组 过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因) 获取目的基因→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 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 项目 蛋白质工程 基因工程 实质 定向改造或生产人类所需蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达) 结果 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 3.蛋白质工程和基因工程的比较 1.水稻基因组中的B基因仅在体细胞和精子中正常表达，在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，科研人员设计了图1所示实验。请回答下列问题： 图1 (1)为获取图1中水稻B基因编码蛋白的序列(740 bp)，通常采用从________________中提取总RNA，经___________技术获得大量的B基因编码序列。 体细胞或精子 RT-PCR 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 (2)将B基因编码蛋白的序列与荧光素酶Luc基因(460 bp)连接成融合基因，融合基因及重组表达载体构建均采用了无缝克隆的同源重组技术。这一过程与传统重组质粒构建过程相比，无需使用____________________________(填酶名称)。 (3)检测转基因水稻是否含有融合基因，可通过PCR技术对融合基因进行扩增并通过______________电泳进行鉴定，需注意观察当______________接近凝胶边缘时，停止电泳，取出凝胶置于____________观察和照相。对于电泳结果符合预期的基因片段，通常还需进一步通过基因测序确认，原因是______________________ _________________________________________。 (4)检测转基因水稻是否成功表达，可从转基因水稻的__________中提取蛋白质，并在其中加入__________，观察是否发出荧光。 限制性内切核酸酶(限制酶) 琼脂糖凝胶 指示剂前沿 琼脂糖凝胶电泳仅能检测 DNA分子的相对大小，无法测定其碱基序列 卵细胞 荧光素 紫外灯下 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 (5)已知蛋白质中氨基酸残基的平均相对分子质量约为0.11 kDa，将融合基因表达的蛋白先进行凝胶电泳，然后用B蛋白抗体进行杂交，显示的条带应是_____(从图2的“A～D”中选填)。 图2 (6)从转基因植株未成熟种子中分离出胚，观察到细胞内仅含一个染色体组，判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的，而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育，由此表明___________________________________________。 B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚 C 考点05：基因工程的应用、蛋白质工程 考点剖析 Part 03 提升演练 优选试题 高考真题 1.（24-25高二下·江苏镇江·期末）某生物兴趣小组的同学用猪肝进行DNA的粗提取与鉴定实验，主要实验流程如下图。相关叙述不正确的是（    ）    A．为了方便对材料进行处理，也可以用新鲜猪血来代替猪肝用于DNA的粗提取 B．过程⑤加入酒精后，也可将溶液倒入离心管离心后取沉淀物 C．过滤液放入4℃冰箱或加入预冷的酒精都可抑制DNA酶的活性 D．提取到的丝状物先溶于2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热后变蓝 哺乳动物成熟红细胞没有细胞核，因此新鲜猪血不能代替猪肝用于DNA的粗提取 A 提升演练 A．若A基因是从人细胞内提取的mRNA经逆转录产生的，则A基因中不含启动子序列 B．扩增目的基因时，利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3'端进行子链合成 C．利用显微注射法将人血清白蛋白基因导入的绵羊受体细胞是乳腺细胞 D．为了保证从乳汁中获得人血清白蛋白，需将人血清白蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子重组 2.下图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列相关叙述错误的是（     ） 导入人血清白蛋白基因的绵羊受体细胞不是乳腺细胞，通常是受精卵 C 提升演练 3.下列关于“DNA的粗提取与鉴定”和“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验叙述，正确的是（    ） A．利用DNA溶于酒精但某些蛋白质不溶于酒精的原理可以分离DNA和蛋白质 B．可选择猪血、菜花等作为实验材料提取DNA C．利用PCR扩增4次后，同时含两种引物的DNA分子所占比例为7/8 D．琼脂糖凝胶电泳时，DNA分子越大，迁移速率越快 DNA不溶于酒精 C 提升演练 猪的成熟红细胞无细胞核，DNA含量极少，不适合作为提取DNA的材料 分子越大迁移越慢 4.（24-25高二下·江苏淮安·期末）生物技术的应用涉及到很多安全性和伦理问题，下列相关叙述错误的是（    ） A．蛋白质工程可创造自然界中没有的蛋白质，可能会产生新的过敏原 B．上市的转基因产品都经过了安全性审核，但仍必须标注是否存在转基因成分 C．我国禁止生殖性克隆，所以“设计试管婴儿”技术不合法 D．因生物武器的极大危害性，一切试图发展、生产、储存生物武器的行为必须禁止 C 提升演练 我国禁止生殖性克隆，但允许治疗性克隆；“设计试管婴儿”若用于疾病筛查（如遗传病）是合法的 5.（24-25高二下·江苏南京·期末）利用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述正确的是（    ） A．常用能切出相同黏性末端的限制酶处理目的基因两端 B．用Ca²⁺处理大肠杆菌有利于目的基因与载体的结合 C．在表达载体中需添加复制原点以驱动目的基因的转录 D．若使用含有内含子的目的基因则不一定能在大肠杆菌内成功表达 D 提升演练 但若处理目的基因两端时使用相同酶，可能导致反向插入，实际中常用两种不同酶确保定向连接 Ca2⁺处理大肠杆菌是使其处于感受态，便于吸收重组质粒，而非促进目的基因与载体的结合（结合在体外完成） 复制原点的作用是保证载体在宿主细胞中自主复制，而驱动转录的是启动子 6.PCR产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。下列相关叙述错误的是（    ） A．DNA迁移的方向主要取决于电场，而与缓冲液的酸碱度基本无关 B．待分离的DNA片段较小时，实验所用琼脂糖凝胶的浓度宜稍高些 C．DNA电泳鉴定时需预先将染料加入凝胶中以使待测DNA充分染色 D．对PCR产物电泳，结果符合预期的DNA片段通常还需进行基因测序 A 提升演练 DNA 迁移方向主要取决于电场， 但缓冲液酸碱度会影响 DNA 所带电荷等，进而影响迁移 7.CRISPR/Cas9 基因编辑技术，可以实现对 DNA 的定点切割，其工作原理如下图所示。下列叙述错误的是（    ）    A．细菌体内的Cas9能切割外源DNA保护自身，类似于限制酶 B．可通过此技术敲除突变基因根治猫叫综合征等遗传病 C．Cas9对不同目标DNA进行编辑时，应使用不同的向导RNA D．Cas9蛋白剪切DNA片段的精确性随着向导RNA的延长而增加 B 提升演练 但猫叫综合征是由人体的5号染色体结构部分缺失导致的，不属于基因突变造成的 8.（24-25高二下·江苏南通·期末）金黄色葡萄球菌类肠毒素K(SEIK)可促进人体免疫应答，诱导淋巴细胞释放细胞因子。为研究SEIK作用机制，科研人员利用重叠延伸PCR和无缝克隆技术构建了携带SEIK和GFP（绿色荧光蛋白）融合基因的工程菌，部分过程如下图。请回答下列问题。 提升演练 8.(1)PCR的原理是____________。PCR时，复性温度过高会影响_____________，从而导致目标产物减少。 (2)研究发现，SEIK基因和GFP基因的编码链（非模板链）碱基序列分别为： 5'-AAGGTGATATAGGAA……AGAGCCACCTCCGCC-3' 5´-TGAACCGCCTCCACC……GGCATCGACGAGCTG-3ˊ 则在PCR1反应体系中加入的引物F1、R1分别为______、______（从①~④中选填）。 序号 引物碱基序列 ① 5'-AGAGCCACCTCCGCCTGAACCGCCTCCACC-3' ② 5'-ACGAGTGGATCACTCAAGGTGATATAGGAA-3' ③ 5'-GGTGGAGGCGGTTCAGGCGGAGGTGGCTCT-3' ④ 5'-AACATAGACATGTGCAAGGTGATATAGGAA-3' 提升演练   DNA半保留复制 引物与模板链结合   ②   ③ 8.(3)无缝克隆时，T5核酸外切酶作用的化学键是_________。过程①中，T5核酸外切酶水解脱氧核苷酸链的长度应大于同源序列长度，目的是____________________。过程③所需的酶有___________________。 (4)构建的表达载体通常经____________（方法）进行鉴定与验证。将转化后的大肠杆菌接种于含____________的选择培养基中培养，一段时间后再挑取__________的菌落纯化培养。 (5)为检测SEIK-GFP融合蛋白的生物活性，科研人员分别对小鼠注射缓冲液、SEIK溶液、GFP溶液和SEIK-GFP溶液，定时测定小鼠体内干扰素-γ(IFN-γ)含量，结果如图。 ①实验中设置GFP溶液组作为对照的目的是________。 ②研究表明，可利用SEIK-CFP融合蛋白 研究SEIK作用机制，依据是 ， 且能对SEIK的作用进行定位追踪。 提升演练 磷酸二酯键 使同源序列间能完全互补配对 DNA聚合酶和DNA连接酶 电泳   卡那霉素   绿色荧光强度高 证明GFP对小鼠体内干扰素-γ的释放量无影响 SEIK-GFP 融合蛋白生物活性并未明显改变 $