1、第第 37 讲讲 基因工程基因工程 考纲要求 1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术(含 PCR 技术)()。3.基因工程 的应用()。4.蛋白质工程()。5.转基因生物的安全性()。6.生物武器对人类的威胁()。 考点一考点一 基因工程的操作工具基因工程的操作工具 1.基因工程的概念 (1)供体：提供目的基因。 (2)操作环境：体外。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重组。 (5)受体：表达目的基因。 (6)本质：性状在受体体内的表达。 (7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。 2.基因工程的工具 (1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶) 来源：主要
2、是从原核生物中分离纯化出来的。 作用：识别特定的脱氧核苷酸序列并切开特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。 结果：产生黏性末端或平口末端。 (2)DNA 连接酶 作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成 DNA 分子。 DNA 连接酶和限制酶的关系 归纳提升 与 DNA 相关的五种酶的比较 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将 DNA 切成两个片段 DNA 连接酶 磷酸二酯键 将两个 DNA 片段连接为一个 DNA 分子 DNA 聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核糖核苷酸依次连接到单链末端 DNA (水 解)酶 磷酸二酯键 将 DNA 片段水解为单个脱氧核糖核苷酸 解旋酶 碱
3、基对之 间的氢键 将双链 DNA 分子局部解旋为单链 (3)载体 种类：质粒、 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 质粒的特点 能自我复制 有一个至多个限制酶切割位点 有特殊的标记基因 深化拓展 载体上标记基因的作用 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关 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 留转入载体的受体细胞，原理如下图所示： 1.有关工具酶的判断 (1)限制酶只能用于切割目的基因( ) (2)切割质粒的限制性核酸内切酶
4、均能特异性地识别 6 个核苷酸序列( ) (3)DNA 连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来( ) (4)E coli DNA 连接酶既可连接平口末端，又可连接黏性末端( ) (5)限制酶也可以识别和切割 RNA( ) (6)限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶( ) 2.有关载体的判断 (1)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因( ) (2)每个质粒 DNA 分子上至少含一个限制酶识别位点( ) (3)质粒是小型环状 DNA 分子，是基因工程常用的载体( ) (4)载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达( ) (5)外源 DNA
5、必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制( ) 下图中的图 1 和图 2 分别表示的是 EcoR限制酶和 Sma限制酶的作用示意图，据图分析： (1)请说出 EcoR限制酶和 Sma限制酶识别的碱基序列及切割的位点。 提示 EcoR限制酶识别的碱基序列是 GAATTC，切割位点在 G 和 A 之间；Sma限制酶 识别的碱基序列是 CCCGGG，切割位点在 C 和 G 之间。 (2)以上实例说明限制酶有何特性？ 提示 说明限制酶具有专一性(特异性)。 命题点一 工具酶的应用分析 1.(2018 北京，5)用 Xho和 Sal两种限制性核酸内切酶分别处理同一 DNA 片段，酶切位点 及酶切
6、产物分离结果如图。以下叙述不正确的是( ) A.图 1 中两种酶识别的核苷酸序列不同 B.图 2 中酶切产物可用于构建重组 DNA C.泳道中是用 Sal处理得到的酶切产物 D.图中被酶切的 DNA 片段是单链 DNA 答案 D 解析 通过图 1 可知，两种限制性核酸内切酶切割 DNA 分子的不同部位，说明两种限制性 核酸内切酶识别的核苷酸序列不同，A 正确；图 2 中的酶切产物是 DNA 分子片段，可用于 构建重组 DNA，B 正确；观察图 1 可知，该 DNA 片段有 3 个 Sal酶切位点，故用 Sal处 理后，可形成 4 个 DNA 分子片段，电泳后出现 4 条电泳带，C 正确；限制性
7、核酸内切酶作 用的是双链 DNA 片段，因此图中被酶切的 DNA 片段应是双链 DNA，D 错误。 2.用限制酶 EcoR单独切割某普通质粒，可产生 14 kb(1 kb 即 1 000 个碱基对)的长链，而同 时用限制酶 EcoR、Mbo联合切割该质粒，可得到三种长度的 DNA 片段，见下图(其中* 表示 EcoR限制酶切割后的一个黏性末端)。 若用 Mbo限制酶单独切割该普通质粒，则产生的 DNA 片段的长度为( ) A.2.5 和 5.5 B.2.5 和 6 C.5.5 和 8 D.6 和 8 答案 D 解析 依图示可知，该质粒上有 1 个 EcoR限制酶的切点、2 个 Mbo限制酶的切
8、点，故用 限制酶 Mbo单独切割该质粒时，将产生长度为 6 和 8 的两种片段。 3.(2016 全国，40)图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了 EcoR、BamH和 Sau3A 三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的 EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。 根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经 BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理 由是_。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c) 所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，
9、不能表达的原 因是_。 (3)DNA 连 接 酶 是 将 两 个 DNA 片 段 连 接 起 来 的 酶 ， 常 见 的 有 _ 和 _，其中既能连接黏性末端又能连接平口末端的是_。 答案 (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲、丙 甲中目的基 因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录 (3)E coli DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 解析 (1)分析图(a)可知，限制酶 Sau3A与 BamH切割 DNA 后形成的黏性末端相同，故 经这两种酶切割得到的产物可以用 DNA 连接酶进行连接。(2)构
10、建基因表达载体时，为保证 目的基因能在宿主细胞中成功表达， 目的基因应插入在启动子和终止子之间， 据此可判断甲、 丙均不符合要求，目的基因均不能表达。(3)常见的 DNA 连接酶有 E coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶，其中 T4DNA 连接酶既能连接黏性末端又能连接平口末端。 科学思维 限制酶的选择方法 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。 (1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择 Pst。 (2)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 Sma。 (3)为避免目的基因和质粒的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
11、图甲也可选择用 Pst和 EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。 命题点二 载体的应用分析 4.(2019 辽宁辽南协作校高三一模)质粒是细菌中的有机分子， 下列对其描述， 正确的是( ) A.质粒完全水解后最多可产生 4 种化合物 B.质粒能够自主复制 C.质粒中含有两个游离的磷酸基团 D.质粒是基因工程的工具酶 答案 B 解析 质粒是一种具有自主复制能力的很小的双链环状 DNA 分子，不含游离的磷酸基团， 完全水解后最多可产生 6 种化合物：脱氧核糖、磷酸、4 种含氮碱基，A、C 错误，B 正确； 质粒是基因工程的载体，不是工具酶，D 错误。 5.(2016 全国，40)
12、某一质粒载体如图所示，外源 DNA 插入到 Ampr或 Tetr中会导致相应的 基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamH酶切后，与用 BamH酶切获得的目的基因混合，加入 DNA 连接酶进行连接反应， 用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大 肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒 的大肠杆菌。回答下列问题： (1)质粒载体作为基因工程的工具， 应具备的基本条件有_(答出 两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。 (
13、2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅 含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_ _； 并且_和_的细胞也是不能区分的， 其原因是_。 在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需 使用含有_的固体培养基。 (3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其 DNA 复制所需的原料来自于 _。 答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上 均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有 氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四
14、环素 (3)受体细胞 解析 (1)质粒作为载体应具备的基本条件有：能自我复制、具有标记基因、含有一个至多个 限制酶切割位点等。(2)由题意可知，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄 青霉素抗性基因，所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉 素抗性基因和四环素抗性基因，插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因， 所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基 上生长，但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能，所以可用含有四环素的培养 基，筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒，
15、病毒增 殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。 考点考点二二 基因工程的操作过程与蛋白质工程基因工程的操作过程与蛋白质工程 1.基因工程的基本操作过程 (1)获取目的基因 目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。 获取目的基因的方法 a.直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或部分基因文库中获取。 b.人工合成：如果基因比较小，脱氧核苷酸序列又已知，可以通过 DNA 合成仪用化学方法直 接人工合成。 扩增目的基因：通过 PCR 技术扩增目的基因。 (2)构建基因表达载体基因工程的核心 目的：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，同时，使目的基因能 够表达和发挥作用
16、。 基因表达载体的组成 小贴士 启动子起始密码子，终止子终止密码子 (1)启动子：一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端。它是 RNA 聚合酶识别、结合的 部位。 (2)终止子：一段有特殊结构的 DNA 短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。 (3)起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上，分别控制翻译过程的启动和终止。 构建过程 (3)将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 显微注射法 感受态细胞法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入到 Ti 质 粒的 TDNA 上农杆 菌导入植物细胞整 合到受体细胞染色
17、体的 DNA 上表达 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 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 DNA 分子 (4)检测和鉴定目的基因 2.基因工程的应用 (1)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改 良植物的品质和利用植物生产药物。 (2)动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基 因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。 (3)比较基因治疗与基因诊断 项目 原理 操作过程 进展 基因治疗 基因表达 利
18、用正常基因导入有基因缺陷的细胞 中，以表达出正常性状来治疗(疾病) 临床实验 基因诊断 碱基互补配对 制作特定 DNA 探针与病人样品 DNA 混合，分析杂交带情况 临床应用 3.蛋白质工程 (1)流程图 A.转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。 (2)结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。 (3)应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。 1.有关基因工程原理与操作的判断 (1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列( ) (2)用 PCR 方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列( ) (3)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
19、受精卵为受体( ) (4)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达( ) (5)检测目的基因是否成功表达可用抗原抗体杂交技术( ) (6)应用 DNA 分子杂交法，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表 达( ) 2.有关基因工程的应用及蛋白质工程的判断 (1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，可获得能产生人干扰素的菌株( ) (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的 血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( ) (3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( ) (4)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的
20、蛋白质( ) (5)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构( ) 据图分析抗虫棉的培育过程 (1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理 目的基因和载体？ 提示 目的基因是 Bt 毒蛋白基因，载体是 Ti 质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体， 可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。 (2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的 DNA 上？ 提示 采用的方法是农杆菌转化法，由于 Ti 质粒上的 TDNA 可转移到受体细胞且能整合 到受体细胞的染色体 DNA 上，而目的基因又插入到了
21、TDNA 上，所以目的基因可以整合 到受体细胞染色体的 DNA 上。 (3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？ 提示 抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。 1.基因组文库与 cDNA 文库(部分基因文库)的比较 文库类型 部分基因文库 基因组文库 构建基因文 库的过程 某种生物发育的某个时期的 mRNA 逆转录 cDNA 与载体连接导入 受体菌群体 某种生物体内全部 DNA 限制酶 许多 DNA 片段 分别与载体连接导入 受体菌群体 文库大小 小 大 基因中 启动子 无 有 基因中 内含子 无 有 基因多少 某种生物的部分基因 某种生物的全部基因 物种间的基 因交流 可以 部
22、分基因可以 说明 基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。 从基因文库中获 取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性 2.通过 PCR 技术扩增目的基因 (1)PCR 的含义：是一项在生物体外通过酶促反应有选择地大量扩增目的基因或 DNA 序列的 技术。 (2)目的：短时间内大量扩增目的基因。 (3)原理：DNA 分子半保留复制。 (4)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。 (5)过程 加入反应物质：在离心管中加入所需要的模板 DNA、引物、4 种脱氧核苷酸以及 TaqDNA 聚合酶。 变性：加热至 94 左右，使 DNA 中的氢键断裂，双链解开。 退火(复性)：
23、冷却到 55 左右，引物与单链 DNA 相应互补序列结合。 延伸：加热至 72 左右，在 TaqDNA 聚合酶的作用下，沿模板延伸子链，最终合成 2 条 DNA 分子。 3.蛋白质工程与基因工程的比较 (1)区别 项目 蛋白质工程 基因工程 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糖核苷酸序列 获取目的基因基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞目的基因的 检测和鉴定 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类 所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 (2)联系 蛋白质工程是
24、在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 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。 命题点一 基因工程操作程序的分析 1.(2018 全国，38)回答下列问题： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细 胞中进行了表达。 该研究除证明了质粒可以作为载体外， 还证明了_ _(答出两点即可)。 (2)体外重组的质粒可通过 Ca2 参与的_方法导入大肠杆菌细胞； 而体外重组的噬菌体 DNA 通常需与_组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体 DNA 导 入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重
25、组噬菌体宿主细胞的是_。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防 止蛋白质被降解，在实验中应选用_的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的 过程中应添加_的抑制剂。 答案 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶 解析 (1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中，该过程利用的技术是基 因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外，还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞， 真核生物基因可在原核细胞中表达等。 (2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用
26、 Ca2 参与的转化 方法； 体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体 DNA 和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装 获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。(3)为防止蛋白质被 降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞；在蛋白质纯化过程中，为防 止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。 2.(2018 海南，31)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农 杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题： (1)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜_(填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质 粒的农杆菌共培养，
27、选用这种叶片的理由是_。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中_已转移到植物 细胞中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交，发现子代中含甜 蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为11， 则说明甜蛋白基因已经整合到_(填 “核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。 (3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗， 应选用_作为外植体进行组织培养。 (4)通常，基因工程操作主要有 4 个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基 因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为 _。 答案
28、 (1)受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞 (2)甜蛋白基因 核基因组 (3)茎尖 (4)按照人们的愿望进行设计，并通过体外 DNA 重组和 转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型 解析 (1)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜受伤的叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，理由 是叶片伤口处的细胞会释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中甜蛋白基因已转移到植物细胞 中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交，发现子代中含甜蛋白 个体数与不含甜蛋白个体数之比为 1
29、1， 则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组中。 (3)假设 某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗，应选用 茎尖作为外植体进行组织培养。(4)通常，基因工程操作主要有 4 个步骤，即目的基因获取、 重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程 的含义可概括为按照人们的愿望进行设计，并通过体外 DNA 重组和转基因等技术，赋予生 物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型。 命题点二 基因工程与蛋白质的关系的分析 3.(2018 天津，31)甲型流感病毒为RNA 病毒，易引起流感大规模流行。我国科学家在2017 年发 明了一
30、种制备该病毒活疫苗的新方法，主要环节如下。 (1)改造病毒的部分基因，使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒 RNA 为模板，逆 转录成对应 DNA 后，利用_技术扩增，并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个 别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比，改造后的基因表 达时不能合成完整长度的_，因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其 他基因分别构建重组质粒，并保存。 (2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊 tRNA 的基因，其产物的反 密码子能与(1)中的终止密码子配对结合，并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与 _连接后导
31、入宿主细胞。提取宿主细胞的_进行分子杂交鉴定，筛选获得成功 表达上述 tRNA 的转基因宿主细胞。 (3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。 将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞， 并在补加 _的培养基中进行培养，则该宿主细胞能利用上述特殊 tRNA，翻译出改造病 毒基因的完整蛋白，产生大量子代病毒，用于制备疫苗。特殊 tRNA 基因转录时，识别其启 动子的酶是_(单选)。 A.病毒的 DNA 聚合酶 B.宿主的 DNA 聚合酶 C.病毒的 RNA 聚合酶 D.宿主的 RNA 聚合酶 (4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖，没有致病性，因此不经灭活或减毒即可制成疫 苗。与不具侵染性的
32、流感病毒灭活疫苗相比，该病毒活疫苗的优势之一是可引起_免 疫，增强免疫保护效果。 答案 (1)PCR 多肽(或蛋白质) (2)载体 总 RNA (3)非天然氨基酸(Uaa) D (4)细胞 解析 (1)体外进行 DNA 扩增采用的技术手段是多聚酶链式反应(PCR 技术)。将基因内个别 编码氨基酸的序列改造成编码终止密码子的序列后，在翻译时终止密码子提前出现，不能合 成完整长度的多肽(或蛋白质)。(2)为了使目的基因能够在受体细胞中稳定存在并正常表达， 需要将目的基因与载体连接后导入受体细胞。利用分子杂交技术鉴定，筛选获得成功表达目 的 RNA 的细胞时， 需提取宿主细胞的总 RNA。 (3)将
33、(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主 细胞，宿主细胞内由于没有 Uaa，翻译将会在终止密码子处停止，将不能翻译出改造病毒基 因的完整蛋白，所以要想翻译出完整蛋白，需要在培养基中加入 Uaa。转录时，识别启动子 的酶为 RNA 聚合酶，因为转录在宿主细胞中进行，所以转录用的酶为宿主细胞的 RNA 聚合 酶。(4)不具有侵染性的灭活病毒不能进入人体细胞内，只会引发体液免疫，而减毒的活疫苗 虽然不能在人体细胞内正常增殖，但可以侵入人体细胞，能引起人体产生细胞免疫，增强免 疫保护效果。 4.(2019 马鞍山二中模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积 在皮下，并且要经过
34、较长时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此， 治疗效果受到影响。 如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程， 请据图回答有关问题： (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 _。 (2)人工合成的 DNA 与_结合后，被导入到_中才能得以表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和 发酵工程。 (4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？ _ _ _。 答案 (1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核
35、苷酸序列，然后利用 DNA 合成仪来合 成出新的胰岛素基因 解析 (1)蛋白质工程的目标是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。因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素，即速效胰岛素的功能。(2)人工合 成的目的基因与载体结合后，被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然 界中原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推 测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因即目的基因，改造好的目的基因 需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌， 再利用工程菌进行发酵， 从而获取大量产品， 因此该过程涉及蛋白质工程、基因
36、工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因， 其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然 后利用 DNA 合成仪直接合成新的基因。 考点三考点三 转基因生物的安全性与生物武器转基因生物的安全性与生物武器 1.转基因生物的安全性 (1)转基因植物的安全性 食用安全问题。 对生态系统的影响 a.转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。 b.导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。 c.若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根部分泌物等是否会对生态与环境造成大规模 的负面效应等。 (2)转基因动物的安全性 对人体健康的影响。 对生态
37、系统的影响。 (3)转基因生物安全性的保障措施 保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。 国家应建立相应的评估及预警机制。 2.生物武器的危害性 (1)所用微生物种类 细菌：霍乱弧菌、炭疽杆菌等。 病毒：埃博拉病毒、天花病毒等。 (2)被用作生物武器的方法 将致病基因插入不致病的微生物体内。 将抗普通疫苗或药物的基因插入致病细菌或病毒中。 用于研制针对某一特定种群的生物武器。 (1)国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害( ) (2)转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中( ) (3)目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上( ) (4
38、)转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中( ) (5)种植转基因植物有可能因基因扩散影响野生植物的遗传多样性( ) (6)中国反对生物武器，但中国在特殊情况下可以生产生物武器( ) 自 1984 年第一例转基因鱼在我国诞生以来， 转基因鱼的研究取得很大进步。 如转入外源生长 激素(GH)基因的鱼生长速度快，饵料转化率高，但鱼类易于逃逸、扩散，因此转基因鱼的生 态安全性问题是很值得研究的问题，需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问 题。最近，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。 (1)转基因鱼培育成功的物质基础是什么？ 提示 遗传物质都是 DNA。 (2)鱼类易于
39、逃逸、扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题，试分析引起 生态安全性问题的原因。 提示 转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有转基因，具有生长优势，使其捕食对象大 量减少，与其他物种竞争加剧，引起生态危机。 (3)多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的， 科学家培育成功三倍体“湘云鲫”， 说出其形成过程。 提示 转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体， 然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体。 (4)试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。 提示 三倍体鱼不能繁殖，可以人工控制养殖数量和范围，避免发生杂交、竞争，引起生态 危机。 命题点一 生物技术的安全性问题分析 1.转基因生物的
40、安全性引起人们争论的技术原因是( ) 转移基因的功能往往未知 转移基因的结构往往未知 外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的 外源基因往往是异种生物的基因 A. B. C. D. 答案 C 解析 由于科学水平的限制，目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控 机制了解有限；转移的基因虽然功能已知，但不少是异种生物的基因；外源基因插入宿主基 因组的部位往往是随机的。因此，在转基因生物中，有时候会出现意想不到的后果，引起人 们在食物安全、生物安全和环境安全三个方面的激烈争论。 2.基因工程产物可能存在着一些安全性问题，但不必担心的是( ) A.四倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼的杂交，导致自
41、然种群被淘汰 B.载体的标记基因(如抗生素抗性基因)可能指导合成有利于抗性进化的产物 C.目的基因(如杀虫基因)本身编码的产物可能会对人体产生毒性 D.目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，从而可能打破生态平衡 答案 A 解析 四倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交，后代个体的体细胞中含三个染色体组，在减数分 裂过程中联会发生紊乱，因此不能产生后代，不会导致自然种群被淘汰；标记基因和目的基 因可能含有抗性基因和毒性基因，均存在一定的安全性问题；基因散布到其他植物体内，也 有可能改变其特性导致生态环境的平衡遭到破坏。 归纳提升 (1)转基因生物存在安全性问题的原因 目前对基因的结构、调控机制及基因间
42、的相互作用了解有限。 目的基因往往是异种生物的基因。 外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。 转基因生物具有较强的生长优势，其他物种竞争力弱而大量死亡，引起生态危机。 (2)安全性常见误区 引入外来物种增加生物多样性：如果引进的生物会破坏环境或者对当地生物的生存造成 影响，可能会造成生物多样性的锐减。 转基因生物具有危害阻止技术的发展：应用正确态度对待转基因技术，不能因为可能的 危害而阻止技术的发展。 命题点二 生物武器的危害分析 3.生物武器的危害有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防治生物武器的有效措 施( ) A.提前接种和个人的防护 B.发现病人，立即报告，及时隔离 C.注
43、意切断传播途径 D.只注意环境消毒，不注意动植物灭菌 答案 D 解析 防治生物武器，既要注意环境消毒，又要注意动植物灭菌，因为动植物也可以成为传 染源。 4.(2019 贵阳第一中学质检)若转基因技术被滥用，恐怖组织就会将它用于恐怖行为，下列不 属于恐怖行为的是( ) A.把蜡状杆菌通过转基因技术改造成像炭疽杆菌一样的致病菌 B.把炭疽杆菌基因通过转基因技术重组到人体内，使人具有免疫力 C.把流感病毒基因改造，只会使具有某种易感基因的人群感染，而其他人却不易感染 D.将生物毒素分子的基因与流感病毒的基因拼接在一起 答案 B 解析 经过基因重组获得的致病菌属于生物武器的一种，A 项错误；炭疽杆菌
44、是一种让感染 者死亡率极高的致病菌， 使人具有该病菌的免疫力不是转基因技术的滥用， 不属于恐怖行为， B 项正确；把流感病毒基因改造，只会使具有某种易感基因的人群感染，属于恐怖行为，C 项错误；将生物毒素分子的基因与流感病毒的基因拼接在一起，属于恐怖行为，D 项错误。 矫正易错矫正易错 强记长句强记长句 1.限制酶是一类酶，而不是一种酶。 2.将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生四个黏性末端或平口末端。 3.不同 DNA 分子用同一种限制酶切割，产生的末端都相同，同一个 DNA 分子用不同的限制 酶切割，产生的末端一般不相同。 4.限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破
45、坏标记基因，以便进行检测。 5.目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因的 插入位点应在启动子与终止子之间。 6.受体细胞选择时需注意：要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素必须用真核生物酵母菌(需内 质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动 物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。 7.转基因生物具有危害阻止技术的发展：应用正确的态度对待转基因技术，不能因为可能 的危害而阻止技术的发展。 1.限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定的位点上切 割 DNA 分子。DNA 连接酶的作用部位是磷酸二酯键。 2.质粒是常用的载体， 它是一种小型的双链环状 DNA 分子， 具有一个至多个限制酶切割位点 及标记基因。 3.基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点。 4.培育转基因动物时， 受体细胞必须是受精卵； 培育转基因植物
