（江苏专用）2020版高考生物新导学大一轮复习 第十单元 现代生物科技专题 第35讲 基因工程讲义（含解析）苏教版.docx

第35讲基因工程考纲要求1.基因工程的诞生(A)。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(B)。3.基因工程的应用(B)。4.蛋白质工程(A)。5.转基因生物的安全性问题(A)。6.生物武器对人类的威胁(A)。考点一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)EcoliDNA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DNAC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14kb(1kb即1000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()A2.5和5.5B2.5和6C5.5和8D6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_，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)EcoliDNA连接酶T4DNA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Ecoli 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南京高三一模)质粒是细菌中的有机分子，下列对其描述，不正确的是(多选)()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ACD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)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。(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，病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。考点二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。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)：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，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(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11，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(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)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ABCD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宿迁质检)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；培育转基因植物时，受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。5目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；导入动物细胞常用显微注射法，导入微生物细胞常用感受态细胞法。6目的基因到了另一种生物体内能够成功表达的原理是所有生物共用一套遗传密码。重温高考演练模拟1(2014江苏，23)下列关于基因工程技术的叙述，错误的是(多选)()A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列BPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达答案ABC解析A项，限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列，但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。B项，PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。另外，耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，变性和复性过程不需要酶的催化。C项，载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，而不是抗生素合成基因。D项，目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。2(2018江苏，32)为生产具有特定性能的淀粉酶，研究人员从某种海洋细菌中克隆了淀粉酶基因(1656个碱基对)，利用基因工程大量制备淀粉酶，实验流程见下图。请回答下列问题：(1)利用PCR技术扩增淀粉酶基因前，需先获得细菌的_。(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的_端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是_。(3)进行扩增时，反应的温度和时间需根据具体情况进行设定，下列选项中_的设定与引物有关，_的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)变性温度退火温度延伸温度变性时间退火时间延伸时间(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码淀粉酶的mRNA的部分碱基序列：图中虚线框内mRNA片段包含_个密码子，如虚线框后的序列未知，预测虚线框后的第一个密码子最多有_种。(5)获得工程菌表达的淀粉酶后，为探究影响酶活性的因素，以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性，结果如下：缓冲液50mmol/L Na2HPO4KH2PO450mmol/L TrisHCl50mmol/L GlyNaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相对活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根据上述实验结果，初步判断该淀粉酶活性最高的条件为_。答案(1)基因组DNA(2)5使DNA片段能定向插入表达载体，减少自连(3)(4)813(5)pH为8.5，缓冲液为50mmol/LTrisHCl解析(1)利用PCR技术扩增淀粉酶基因前，需先获得细菌的基因组DNA作为模板，并依据淀粉酶基因两端的部分核苷酸序列合成两条引物。(2)利用PCR技术扩增DNA时，只能从3端延伸DNA子链，为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的5端加上限制性酶切位点，并且要注意在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，这样既能防止目的基因、载体的自身连接，又能确保目的基因与表达载体的定向连接。(3)PCR技术包括变性、退火(复性)和延伸三步，变性温度决定PCR反应中双链DNA的解链，且时间很短；退火时引物结合到互补的DNA单链上，退火温度由引物复性温度决定，其温度设定与引物的长度、碱基组成及浓度等有关；延伸时间与产物片段的长度有关。(4)图中虚线框内共含有24个碱基，mRNA上3个相邻的碱基编码1个氨基酸，故共包含8个密码子。虚线框后的第1个密码子的第1个碱基是U，第2和第3个碱基各有4种可能性，因此共有16种可能性。题干表明控制淀粉酶的基因有1656个碱基对，说明图中虚线框后的第一个密码子肯定不是终止密码子(3种终止密码子为UAA、UAG、UGA)，故虚线框后第一个密码子实际最多有16313种可能性。(5)分析表格中的数据，酶相对活性最高为99.5%，对应的条件是pH为8.5，缓冲液为50mmol/LTrisHCl。3(2016江苏，33)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题：限制酶BamHBclSau3AHind识别序列及切割位点GGATCCCCTAGGTGATCAACTAGTGATCCTAGAAGCTTTTCGAA(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用_两种限制酶切割，酶切后的载体和目的基因片段，通过_酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于_态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加_，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中_。(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为_，对于该部位，这两种酶_(填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3A切图1质粒最多可能获得_种大小不同的DNA片段。答案(1)Bcl和HindDNA连接感受(2)四环素引物甲和引物丙(3)都不能(4)7解析(1)选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点，且至少有一个标记基因，BamH会破坏两个标记基因，因此只能选Bcl和Hind。酶切后的载体和目的基因片段，通过DNA连接酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒，需将其转入处于感受态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，根据质粒上的抗性基因，应在筛选平板培养基中添加四环素。PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合，沿相反的方向合成子链。(3)根据BamH和Bcl的酶切位点，BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱基对序列为，与两种酶的酶切位点均不同。(4)根据BamH、Bcl和Sau3A的酶切位点，Sau3A在质粒上有三个酶切位点，完全酶切可得到记为A、B、C三种片段，若部分位点被切开，可得到AB、AC、BC、ABC四种片段，所以用Sau3A切图1质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。一、选择题1(2018淮阴高三三模)应用基因工程技术将抗虫基因A和抗除草剂基因B成功导入植株W(2n40)的染色体组中。植株W自交，子代中既不抗虫也不抗除草剂的植株所占比例为1/16。取植株W某部位的一个细胞放在适宜条件下培养，产生4个子细胞。用荧光分子检测基因A和基因B(基因A、基因B均能被荧光标记)。下列叙述正确的是()A植株W获得抗虫和抗除草剂变异性状，其原理是染色体变异B若4个子细胞都只含有一个荧光点，则子细胞中的染色体数是40C若有的子细胞不含荧光点，则细胞分裂过程中发生过基因重组D若4个子细胞都含有两个荧光点，则细胞分裂过程中出现过20个四分体答案C解析题中应用基因工程技术将两种目的基因导入植物细胞，其原理是基因重组，A错误；若4个子细胞都只含有一个荧光点，说明子细胞只含有基因A或基因B中的一个，进而说明其进行的是减数分裂，则子细胞中的染色体数目是20条，B错误；若有的子细胞不含荧光点，说明细胞进行的是减数分裂，减数分裂过程中会发生基因重组，C正确；若4个子细胞都含有两个荧光点，说明细胞进行的是有丝分裂，而有丝分裂过程中不会出现四分体，D错误。2(2019扬州高三上学期模拟)目前，欧洲、亚洲许多国家都发现了禽流感疫情，并引起了人体感染，造成多人死亡。科学工作者经研究，发现了数种快速检验禽流感病原体的方法，以正确诊断禽流感。下列与禽流感病原体研究、诊断有关的说法中错误的是()A镜检法：在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液，以发现病原体BPCR技术：体外基因复制技术，可在几十分钟内把病原体的基因扩增到数百万倍C抗原抗体法：用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合，发现病原体DDNA探针技术：用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理来检测病原体答案A解析病毒在光学显微镜下无法看到，只有在电子显微镜下才能观察到，A错误；PCR用于体外快速扩增特定基因或DNA序列，B正确；病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应，产生相应抗体，由于抗体与抗原结合具有特异性，因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合，可发现病原体，C正确；可以利用DNA分子作为探针，通过DNA分子杂交技术检测病原体，D正确。3如图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中Pst、Sma、EcoR、Apa为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是()A图示过程是基因工程的核心步骤B表达载体构建时需要用到限制酶SmaC抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构答案B解析图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤，A正确；构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶Pst、EcoR，B错误；抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞，C正确；基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等，D正确。4(2018天津和平区高三第一次质量调查)基因疫苗由病毒核酸的一段无毒序列制成，由编码能引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成。以下叙述错误的是()A被导入细胞后，能与宿主染色体整合B接种后若感染此病原微生物，则体内记忆细胞会产生大量抗体C基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程D将疫苗基因转移到植物细胞中，可以生产可食用的疫苗答案B解析病毒感染宿主细胞后，其基因可以高效地整合到宿主染色体中，因此外源基因可以在宿主细胞内持续稳定地表达，A正确；接种疫苗后人体产生针对该病原体的特异性免疫，若感染此病原微生物，则体内记忆细胞会迅速增殖分化成浆细胞，浆细胞会产生大量抗体，B错误；疫苗中的病毒基因片段能编码引起保护性免疫反应的病原体抗原，其化学本质是蛋白质，所以基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程，C正确；将疫苗基因转移到水果和西红柿等植物细胞中，可生产可食用疫苗，D正确。52018年1月30日，加拿大食品检验局批准了第三