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,第十二单元 现代生物科技专题,第41讲 基因工程及其安全性,第十二单元 现代生物科技专题,考纲考频 1基因工程的诞生 (3年1考) 2.基因工程的原理及技术 (3年7考) 3.基因工程的应用 (3年8考) 4蛋白质工程 (3年3考) 5.转基因生物的安全性 (3年6考) 6.生物武器对人类的威胁 (3年3考),第十二单元 现代生物科技专题,一、基因工程的概念理解 1供体：提供目的基因。 2操作环境：_。 3操作水平：_水平。 4原理：基因重组。 5受体：表达目的基因。 6本质：性状在_体内表达。 7优点：克服_障碍，定向改造生物的遗传性状。,无菌,DNA分子,受体生物,远缘杂交不亲和,二、DNA重组技术的基本工具 1限制性核酸内切酶(简称：限制酶) (1)来源：主要是从_生物中分离纯化出来的。 (2)作用：识别双链DNA分子的某种特定_并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 (3)结果：产生_或平末端。,原核,核苷酸序列,黏性末端,2DNA连接酶,大肠杆菌,黏性末端和平末端,质粒,限制酶切割位点,标记基因,PCR技术,启动子,标记基因,农杆菌转化法,显微注射,DNA分子杂交,分子杂交技术,抗原抗体杂交,四、基因工程的应用,抗逆,器官移植,五、蛋白质工程 1目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对_进行分子设计。 2操作手段：基因修饰或基因合成。 3设计流程：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的_序列找到相对应的_序列(基因)。 六、转基因生物的安全性 1转基因成果 (1)工程菌DNA重组微生物。 (2)基因制药。 (3)转基因动物_。 (4)转基因农作物。,蛋白质的结构,氨基酸,脱氧核苷酸,生物反应器,2安全性问题 (1)食物安全：_ (产生毒性蛋白质)、新的过敏原、营养成分改变。 (2)生物安全：生物入侵，破坏生物_。 (3)环境安全：破坏生态系统的_和人 类 生活环境。 3理性看待转基因技术 (1)需要正确的_，趋利避害，不能因噎废食。 (2)制定符合本国利益的政策和法规，最大程度地保证转基因_的安全性。,滞后效应,多样性,稳定性,社会舆论导向,技术和产品,七、禁止生物武器 1种类：病菌、病毒、生化毒剂及经过_的致病菌。 2我国政府态度：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。,基因重组,1以下关于基因工程的操作工具的说法正确的是( ) A所有的限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B质粒是基因工程中唯一的载体 C载体必须具备的条件之一是：具有多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接 DDNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键 解析：每一种限制性核酸内切 酶只能识别一种 (或者一类)特定的核苷酸序列，不同的限制性核酸内切酶所 识别的核苷酸序列不同。质粒是常用的载体，但不是唯一的。DNA连接酶连接的是两个被同一限制性核酸内切酶切割的DNA片段的切口，互补的碱基之间通过氢键连接。,C,2下图表示转基因动、植物的培育过程。据图分析下列有关叙述正确的是( ) A在获得目的基因的过程中，需要使用限制性核酸内切酶和DNA连接酶等工具酶 B受体细胞A、B一定均为受精卵 C过程需要用到胚胎体外培养、胚胎移植等生物技术 D将目的基因导入受体细胞B时常使用大肠杆菌作为工具去侵染植物细胞,C,解析：选项A，在获得目的基因的过程中，需要使用限制性 核酸内切酶，但不需要DNA连接酶，说法错误；选项B，受 体细胞A将发育为转基因绵羊，属于动物细胞，当受体细胞 为动物细胞时，最常选用的是受精卵细胞，受体细胞B将发 育为转基因抗虫棉，属于植物细胞，当受体细胞为植物细胞 时，常常选用的是体细胞，说法错误；选项C，通过转基因 技术获得的含有目的基因的受体细胞，必须经过胚胎体外培 养以获得早期胚胎，再经过胚胎移植技术在受体子宫中发 育，说法正确；选项D，在培育转基因抗虫棉时，将目的基 因导入受体细胞时，常借助土壤农杆菌侵染植物细胞，而非 大肠杆菌，说法错误。,3(2014高考天津卷)为达到相应目的，必须通过分子检测的是( ) A携带链霉素抗性基因受体菌的筛选 B产生抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞的筛选 C转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定 D21三体综合征的诊断,B,解析：根据受体菌是否对链霉素产生抗性进行携带链霉素抗性基因受体菌的筛选，不需要分子检测，A错误；用特定选择培养基筛选出的杂交瘤细胞，还需要进行克隆化培养和抗体检测，才能获得足够多的能分泌抗人白细胞介素8抗体的杂交瘤细胞，B正确；转基因抗虫棉是否具有抗虫特性，需要做抗虫的接种实验，C错误；21三体综合征可通过用显微镜直接观察体细胞中的21号染色体数目的方法进行检测，D错误。,4(2013高考江苏卷)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是( ) A我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度 B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 C开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提 D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,B,解析：我国农业部颁布了农业转基因生物标识管理办 法，要求对转基因生物产品及其加工品加贴标注，以方便 消费者自主选择。但国际上并非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，A项正确、B项错误；目前 对转基因生物安全性的争论主要集中在转基因食物的安全性 和转基因生物对环境安全的影响上，但这些通过风险评估、 预警跟踪和风险管理等都是可以解决的，C、D两项正确。,考点一 基因工程的操作工具,考点二 基因工程的基本操作程序和应用,考点一 基因工程的操作工具,碱基互补对称,碱基互补,(2)切割后末端的种类：,2限制酶和DNA连接酶的关系：,(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是_。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的_。 (3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。,磷酸二酯键,识别序列或识别序列已经被修饰,3作为载体的条件及作用：,稳定并能复制,一个至多个,标记基因,鉴定和选择,深度思考 1下图为部分双链DNA片段 切断a、b处的酶分别是什么酶？DNA连接酶的作用位点是什么(a或b)? _ 2切取1个目的基因和切割质粒时用限制酶分别切割几次？ _,3质粒是基因工程中经常选用的载体， 如图Ampr表示青霉素抗性基因，Tetr表 示四环素抗性基因，限制酶Pst、 EcoR和Hind切割形成的末端均不相同。如果用限制酶Pst、EcoR和Hind对质粒进行切割，用1种酶、2种酶和3种酶分别切割时，则形成的DNA片段共几种？其中含有完整四环素抗性基因的DNA片段的比例是多少？ _ 4基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体有何 不同？ _,1图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。 请回答下列问题：,(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由_连接。 (2)若用限制酶Sma完全切割图1中DNA片段，产生的末端是_末端，其产物长度为_。 (3)若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基 对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图 1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma完全切割，产物中共有_种不同长度的DNA片段。,脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖,平,537 bp、790 bp、661 bp,4,(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是_。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大 肠杆菌，一般需要用添加_的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_ _。,BamH,抗生素B,同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接,解析：(1)一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过 “脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连的，要注意与两条 脱氧核苷酸链的相邻碱基之间通过氢键相连进行区分。(2)从 Sma 的识别序列和切点可见，其切割后产生的是平末端， 图1中DNA片段有Sma 的两个识别序列，故切割后产生的 产物长度为537(5343)bp、790(79633)bp和661(658 3)bp三种。(3)图示方框内发生碱基的替换后，形成的d基因 失去了1个Sma的识别序列，故D基因、d基因用Sma完 全切割后产物中除原有的3种长度的DNA片段外，还增加一 种(537790)bp的DNA片段。,(4)目的基因的两端都有BamH的识别序列，质 粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamH 的识别序 列，故应选用的限制酶是BamH，此时抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。若重组质粒 已导入了受体细胞却不能表达，很可能是因为用同种限制 酶切割后，目的基因和质粒有两种连接方式，导入受体细 胞的重组质粒是目的基因和质粒反向连接形成的。,考点二 基因工程的基本操作程序和应用,基因文库,PCR,较小,反转录酶,2基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成及作用：,目的基因,启动子,终止子,标记基因,(2)基因表达载体的构建过程：,同种限制酶切割,_,DNA连接酶,3将目的基因导入受体细胞：,体细胞,显微注射技术,TDNA,染色体DNA,显微注射,Ca2,DNA,4.目的基因的检测与鉴定：,DNA分子杂交,分子杂交,抗原- 抗体杂交,深度思考 1(2014高考广东卷T25改编)下图为利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程 (1)过程分别需使用哪一类酶？ (2)过程使用的感受态细胞可用哪种溶液制备？ (3)过程欲鉴定目的基因是否导入受体细胞可利用什么方法？ _,22014高考全国卷T40(4)假如用得到的二倍体 转 基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植 株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了什么位置上？(答“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。 _ 提示：1.(1)逆转录酶，限制酶。 (2)CaCl2溶液。 (3)DNA分子杂交。 2同源染色体的一条上。,2(2015福建普高毕业班质检)为探究SHH基因与角化囊肿 发生的相关性，科研人员利用SHH基因的非模板 链转录合成的RNA作为探针，进行分子杂交实验，以检测 SHH基因在角化囊肿中的表达情况。其基本流程如下图： (Amp表示氨苄青霉素抗性基因；LacZ基因被SHH基因插入后不表达),请回答： (1)重组载体中SHH基因转录合成RNA探针时，_ (需要/不需要)启动子。 (2)步骤中，用Ca2处理大肠杆菌，使之成为_细胞，然后导入重组载体。实验中，用添加氨苄青霉素的培养基培养大肠杆菌，未导入质粒的细菌将会死亡，原因是这些细菌不含有_基因。 (3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色菌落，易于识别。根据上述原理可以初步判断_(蓝色/白色)菌落中的大肠杆菌为重组菌。 (4)将制备的探针加入角化囊肿切片中，探针将与_形成杂交带，进而判断SHH基因的转录情况。,需要,感受态,Amp(或氨苄青霉素抗性或抗性),白色,SHH转录的mRNA,解析：(1)重组载体中SHH基因表达需要启动子。(2)大肠杆菌 细胞用Ca2处理后就成为感受态细胞；能在添加氨苄青霉素 的培养基上生存的细菌含有氨苄青霉素抗性基因，没有 氨苄 青霉素抗性基因的细菌将会死亡。(3)能表达LacZ基因的大肠 杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色 菌落，重 组 菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表达，重组菌在含有 IPTG和Xgal的培养基上会形成白色菌落。(4)判断SHH基因 的转录情况，也就是判断SHH基因是否转录出mRNA。,易错点1 基因工程操作工具易错辨析 点拨 (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。 (3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。 (4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。,(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。 (6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。 (7)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。 易错点2 基因工程操作过程中易出现的错误 点拨 (1)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，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。,(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象：第一步存在逆转录法获得 DNA，第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。 (3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti 质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。 (4)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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (5)标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。,(6)受体细胞的选择：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则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，也没有核糖体等 细胞器，不能合成蛋白质。 (7)还应注意的问题有：基因表达载体中，启 动 子(DNA片段)起 始密码 子(RNA)；终止 子(DNA片 段)终止密码子(RNA)。 基 因表达 载体的 构 建是最核心、最关键的一步，在 体外进行。,易错点3 基因工程应用中的易错分析 点拨 (1)Bt毒蛋白基因编码的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。 (2)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程改造的工程菌产生的。 (3)动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。,1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。( ) 2DNA连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏 合，形成重组DNA。( ) 3EcoliDNA连接酶既可以连接平末端，又可以连接黏性末 端。( ) 4Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高 温的DNA连接酶。( ) 5基因表达载体中含有启动子和密码子。( ),6如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因 组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构 也完全相同。( ) 7目的基因导入马铃薯细胞后，随着马铃薯DNA分子的复 制而复制，传给子代细胞并表达。( ) 8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。( ) 9(2013广东卷T3C)目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的 是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽。( ) 10(2014重庆卷T4D)利用基因工程培育抗虫植物时，只要 表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异。( ),
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