第36講基因工程與生物技術的安全性和倫理問題

［考綱要求］1.基因工程的誕生(I)?2.基因工程的原理及技術(含PCR技術)(11)。3.基因工程

的應用(II)。4.蛋白質工程(I)。5.轉基因生物的安全性(I)。6.生物武器對人類的威脅(I)。

7.生物技術中的倫理問題(I)。

考點一基因工程的基本原理和操作技術

知識梳理夯實基礎強化要點

r---------%---------

1.基因工程的概念

基因工程也叫DNA重組技術，它是在分壬水平上進行的一種外科手術式的遺傳操作，采取

類似于工程建設的方式，按照預先設計的藍圖,借助于實驗室的技術,將某種生物的基因或

基因組提取出來,在生物體外進行加工改造或重新組合,再轉移到另一種生物中去，從而定

向地改變生物的遺傳特性,創(chuàng)造出新型的生物。

2.基因工程研究的理論基礎

(1)分子基礎：在20世紀40年代證實了DNA是主要的遺傳物質，它是遺傳信息的攜帶者;

DNA是生物大分子，基因是DNA分子上具有遺傳功能的DNA片段。

⑵重組基礎：在20世紀50年代確立了DNA的型螺族構型，遵循堿基互補原則,DNA進行

半保留復制,從而解決了基因的自我復制和世代交替問題。

(3)轉移基礎：在20世紀60年代，相繼提出了“中心法則”和操縱子學說，成功地破譯了遺

傳密碼,闡明了遺傳信息的流動與表達機制。

3.基因工程操作技術的突破

(l)DNA分子的切割技術——限制性內切酶

①特點：a.會識別DNA上某種核甘酸的序列和位置。b.能在這個位置上將DNA分子一刀

兩斷。

②例子：限制性內切酶EcoRI只能識別GAATTC序列的位點,并且在G和A之間將這段序

列切開。

③黏性末端：被限制性內切酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個使出的核甘酸，它們

之間正好是互補配對的。

④與基因的位置關系：用限制性內切酶可以完整地切下一個或幾個基因，正好符合基因工程

的要求。

⑤存在：主要存在于微生物中。

(2)DNA分子的連接技術——DNA連接酶

①作用：能在兩個DNA片段的末端之間“架起橋梁”，把它們連接起來。

②特點：只要在同一種限制性內切酶切割的兩種DNA片段中加上這種DNA連接酶,它就會

把片段縫合得天衣無縫。

(3)DNA分子的運載工具

①條件：第一，運載體必須是一種能夠自我復制的較小的DNA分子,能夠比較自由地進出

細胞。第二，能使帶進去的DNA在細胞里面進行復制,并且仍然保持原有的特性。第三，

作為載體最好具有某些簡單的特性，如抗藥性、免疫性等。

②種類：質桎、噬菌體和動植物病毒。

③細菌質粒：它是細菌染色體外的一種很小的環(huán)狀DNA分子。它不僅能進行自我復制,還

帶有某種抗性基因,能在細胞之間鉆進穿出。鑲嵌上一段外來DNA片段的質粒,就成為一

個“雜種質?！?。雜種質粒進入細胞后，便能出色地完成基因工程師交給它的使命——在新

的宿主細胞里繁殖并發(fā)揮作用，使受體細胞產生相應的表達產物。

深化拓展運載體上標記基因的作用

運載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉入的受體細胞沒有抵抗相

關抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的運載體進入受體細胞后，抗性基因在受體細胞內

表達，使受體細胞能夠抵抗相應抗生素，所以在受體細胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可

以只保留轉入運載體的受體細胞，原理如下圖所示:

進入受;在含有氨節(jié)青霉素

I的培養(yǎng)基上培養(yǎng)'

只有含有運載體,

含有抗氨節(jié)

并且運載體上的

青霉素基因大腸桿菌中有的有

基因表達的大腸

的質粒運載體進入，有的

桿菌才能存活■并

沒有運載體進入

增殖

「常考基礎診斷」

1.有關工具酶的判斷

(1)限制性內切酶只能用于切割目的基因(X)

(2)切割質粒的限制性內切酶均能特異性地識別6個核甘酸序列(X)

(3)DNA連接酶能將兩堿基間通過氫鍵連接起來(X)

(4)限制性內切酶也可以識別和切割RNA(X)

(5)限制性內切酶、DNA連接酶和質粒是基因工程中常用的三種工具酶(X)

2.有關載體的判斷

(1)運載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因(X)

(2)每個質粒DNA分子上至少含一個限制性內切酶識別位點(V)

(3)質粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的運載體(V)

(4)運載體的作用是將攜帶的目的基因導入受體細胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(V)

（5）外源DNA必須位于重組質粒的啟動子和終止子之間才能進行復制（X）

「教材熱點拓展」

下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRI限制性內切酶和SmaI限制性內切酶的作用示意

圖，據(jù)圖分析:

切點

GATT

Ai

IIHI—CGAATTC

CTAAII+I

T!GCTTAAG

中軸線切點黏性末端

圖1

CCCGGGCCCGGG

—IIIIIIII+III

GGGCCCGGGCCC

中軸線（切點）平末端

圖2

（1）請說出EcoRI限制性內切酶和SmaI限制性內切酶識別的堿基序列及切割的位點。

提示EcoRI限制性內切酶識別的堿基序列是GAATTC,切割位點在G和A之間；SmaI

限制性內切酶識別的堿基序列是CCCGGG,切割位點在G和C之間。

（2）以上實例說明限制性內切酶有何特性？

提示說明限制性內切酶具有專一性。

■命題探究預測考向總結方法

-------------------N-------------------

命題點一工具酶的應用分析

1.下圖是表達新基因用的質粒的示意圖，若要將目的基因插入到質粒上的A處，則切割基因

時可用的是（）

BamHI

\EcoB

laI

HindUIPstI

抗青霉

EcoRI素基畝

A.HmdIIIB.EcoRI

C.aoBD.PstI

答案C

解析A處有3處（BGWHI、EcoB、ClaI）限制性內切酶的切點，只有使用EcoB限制性內

切酶切割時，才能讓目的基因插入到A處且使原有基因失活。

2.用限制性內切酶EcoRV單獨切割某普通質粒，可產生14kb（lkb即1000個堿基對）的長鏈,

而同時用限制性內切酶EcoRV、Aft。I聯(lián)合切割該質粒，可得到三種長度的DNA片段，見

下圖（其中*表示EcoRV限制性內切酶切割后的一個黏性末端）。

若用MboI限制性內切酶單獨切割該普通質粒，則產生的DNA片段的長度為()

A.2.5和5.5B.2.5和6

C.5.5和8D.6和8

答案D

解析依圖示可知，該質粒上有1個EcoRV限制性內切酶的切點、2個MboI限制性內切酶

的切點，故用限制性內切酶I單獨切割該質粒時，將產生長度為6和8的兩種片段。

3.(2016?全國UI,40改編)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRI>BamRI

Sau3AI三種限制性內切酶的識別序列與切割位點，圖(b)為某種表達載體的示意圖(運載體上

的EcoRI、Sau3AI的切點是唯一的)。

II1

—GAATTC——一GGATCC————GATC——

——CTTAAG————CCTAGG————CTAG,——

III

圖(a)

啟動子EcoRI

SQU：3AI

終止子

抗生素抗性基因

O圖(b)

根據(jù)基因工程的有關知識，回答下列問題：

(1)經BamHI酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被酶切后的產物連接，理

由是o

(2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖⑹

所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產物的有,不能表達的原

因是O

圖(c)

⑶DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常見的有和

，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是

答案(l)Saa3Al兩種酶切割后產生的片段具有相同的黏性末端(2)甲、丙甲中目的基

因插入在啟動子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉錄

（3）E.co/（DNA連接酶TdDNA連接酶T4DNA連接酶

解析⑴分析圖（a）可知，限制性內切酶Sau3AI與BamHI切割DNA后形成的黏性末端相

同，故經這兩種酶切割得到的產物可以用DNA連接酶進行連接。（2）構建基因表達載體時，

為保證目的基因能在宿主細胞中成功表達，目的基因應插入在啟動子和終止子之間，據(jù)此可

判斷甲、丙均不符合要求，目的基因均不能表達。（3）常見的DNA連接酶有Eco〃DNA連接

酶和TdDNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。

「■方法鏈接----------------------------------

限制性內切酶的選擇方法

PstISmaIPstI

JK）T￡coRl

sli-WRI

圖甲圖乙

根據(jù)目的基因兩端的限制性內切酶切點確定限制性內切酶的種類。

（1）應選擇切點位于目的基因兩端的限制性內切酶，如圖甲可選擇Psfl。

⑵不能選擇切點位于目的基因內部的限制性內切酶，如圖甲不能選擇Snwl。

（3）為避免目的基因和質粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制性內切酶切割目的基

因和質粒，如圖甲也可選擇用PstI和EcoRI兩種限制性內切酶（但要確保質粒上也有這兩種

酶的切點）。

命題點二運載體的應用分析

4.質粒是基因工程中最常用的運載體，它存在于許多細菌體內。質粒上有標記基因如圖所示,

通過標記基因可以推知外源基因（目的基因）是否轉移成功。外源基因插入的位置不同，細菌

在培養(yǎng)基上的生長情況不同，如圖表示外源基因插入位置（插入點有a、b、c）,請根據(jù)表中提

供細菌的生長情況，推測①②③三種重組后細菌的外源基因插入點，正確的一組是（）

項目細菌在含氨素青霉素培養(yǎng)基上生長情況細菌在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長情況

①能生長能生長

②能生長不能生長

③不能生長能生長

■抗氨節(jié)青霉素基因

,,~~~-a

■抗四環(huán)素基因

A.①是c；②是b；

B.①是a和b；②是a；③是b

C.①是a和b；②是b；③是a

D.①是c；②是a；③是b

答案A

解析第①組中重組后細菌能在含氨玉青霉素和含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長，說明抗氨羊青霉素

基因和抗四環(huán)素基因沒有被破壞，因此外源基因插入點是c。第②組中重組后細菌能在含氨

羊青霉素培養(yǎng)基上生長，說明抗氨羊青霉素基因沒有被破壞；細菌不能在含四環(huán)素培養(yǎng)基上

生長，說明抗四環(huán)素基因被破壞，因此外源基因插入點是b?第③組重組后細菌不能在含氨

羊青霉素培養(yǎng)基上生長，說明抗氨羊青霉素基因被破壞；細菌能在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長，

說明抗四環(huán)素基因沒有被破壞，因此外源基因插入點是a。

5.（2016?全國I,40）某一質粒運載體如圖所示，外源DNA插入到A機”或嶷產中會導致相應

的基因失活（A啊/表示氨革青霉素抗性基因，在產表示四環(huán)素抗性基因）。有人將此質粒運載體

用BamHI酶切后，與用BamH1酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應,

用得到的混合物直接轉化大腸桿菌，結果大腸桿菌有的未被轉化，有的被轉化。被轉化的大

腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質粒運載體、含有插入了目的基因的重組質

粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉栴}：

（1）質粒運載體作為基因工程的工具,應具備的基本條件有（答

出兩點即可），而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。

（2）如果用含有氨茶青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉化的和僅

含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的，其原因是;并且

和的細胞也是不能區(qū)分的，其原因是

o在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因

的重組質粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有的固體培養(yǎng)基。

⑶基因工程中，某些噬菌體經改造后可以作為運載體，其DNA復制所需的原料來自于

答案（1）能自我復制、具有標記基因（2）二者均不含有氨葦青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上

均不生長含有質粒運載體含有插入了目的基因的重組質粒（或答含有重組質粒）二者均

含有氨葦青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長四環(huán)素（3）受體細胞

解析（1）質粒作為運載體應具備的基本條件有：能自我復制、具有標記基因、含有一個至多

個限制性內切酶切割位點等。（2）由題意可知，未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞中均不

含有氨羊青霉素抗性基因，所以在含有氨茶青霉素的培養(yǎng)基上均不能生長。質粒運載體上含

有氨羊青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，插入了目的基因的重組質粒中僅含有氨節(jié)青霉素

抗性基因，所以含有質粒運載體和含有插入了目的基因的重組質粒的細胞均能在含有氮芋青

霉素的培養(yǎng)基上生長，但前者可以在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長而后者不能，所以可用含有

四環(huán)素的培養(yǎng)基，篩選出含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌單菌落。(3)噬菌體屬于

病毒，病毒增殖過程中所需的原料、酶等均來自于受體細胞。

考點二基因工程的操作過程與應用及蛋白質工程

I!知識梳理夯實基礎強化要點

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1.基因工程的操作程序

(一)目的基因的獲得

目的基因的含義：是指人們所需要的進行研究的基因,如抗蟲基因、抗病基因等。

⑴化學合成法

①含義：是指利用化學反應直接合成基因。

②適用范圍：主要適用于且翅核甘酸序列的、相對分子質量較小的目的基因的制備。

(2)從基因組中直接分離法

①“鳥槍法”分離基因的主要步驟

a.提取基因組的DNA,然后進行“散彈射擊”，即用限制性內切酶或其他機械方法將完整

的雙鏈DNA分子隨機切割成適當長度的片段。

b.把上述片段連接到合適的運載體上,通過運載體分別轉入不同的受體細胞中,使外源DNA

隨著運載體的復制而復制，從而進行目的基因的增殖。

c.采取合適的方法,對含有外源DNA片段的受體細胞進行檢調,找出目的基因所在的運載體。

②由于真核生物基因組較大，分離目的基因時，往往要根據(jù)已獲得的信息，采用很多綜合的

分子生物學技術。例如：利用DNA擴增儀(PCR儀)直接擴增目的基因；也可以利用反轉錄法,

合成雙鏈DNA,從而獲得所需要的目的基因。

(二)基因表達載體的構建

(1)方法

①用同一種限制性內切酶去切割質粒和目的基因。

②在DNA連接酶的作用下,有切口的質粒就會與同樣末端的目的基因連接在一起。

(2)結果：形成一個含有目的基因的新環(huán)狀質粒DNA分子表達載體。

(3)原因：把目的基因包裝一下，就很容易逃過受體細胞的防御系統(tǒng)，免遭“滅頂之災”。

(三)目的基因的導入

根據(jù)受體和運載體的類型不同，所采取的導入方法也往往不一樣。目前經常使用的目的基因

導入方法有：

(1)花粉管通道法

①含義：指外源基因利用植物受精后花粉萌發(fā)形成的花粉管通道進入受體細胞，借助天然的

種胚系統(tǒng)形成含有目的基因的種胚。

②導入外源基因有如下兩種方法：柱頭滴加法、花粉粒攜帶法。

③優(yōu)點：基本上適用于任何開花植物,并且操作簡便。

④缺點：工作效率較低,且后代的遺傳情況較復雜。

(2)氯化鈣法

①運載體與受體細胞：運載體是質粒,受體細胞是大腸桿菌。

②原理：受體細胞經過一定濃度的氯化鈣處理后，細胞膜的通透性會發(fā)生變化,可以允許含

有目的基因的運載體分子進入感受態(tài)細胞。

③優(yōu)點：這一方法也是擴增表達載體的常用方法,在很短的時間內，就可以獲得大量的目的

基因及目的基因的表達產物。

(3)農桿菌介導的遺傳轉化法

①農桿菌：是一種土壤細菌,它侵染植物細胞后，會使植物組織形成腫瘤。

②介導的原理：a.質粒上的一段DNA能夠從一個細胞轉移到另一個細胞，這段DNA被稱為

轉化DNA(TDNA),它包含有生長素基因和細胞分裂素基因,而且可以插入植物基因組，引

起植物細胞的變化。

b.由于TDNA轉移頻率很高，而且Ti質粒上可插入幾百至幾千個堿基大小的DNA片段，因

此可以利用這種天然的遺傳轉化體系，將目的基因轉移到植物細胞。

③優(yōu)點：轉化頻率高、成本低、操作簡單，而且轉基因后代的遺傳組成比較容易分析。

(4)基因槍法

原理：將連接到運載體上的目的基因的DNA溶液與金粉或鴇粉共同保溫,使DNA吸附于金

屬顆粒表面,然后，在一個真空的小室中，利用高壓放電將帶有基因的金粉或鴇粉轟擊進入

受體，實現(xiàn)轉基因的目的。

(四)目的基因的檢測與表達產物的測定

(1)形態(tài)檢測

如果目的基因的表達產物具有明顯的表型性狀，可以根據(jù)目標性狀的有無來判斷目的基因是

否表達。

如果目的基因的表達產物沒有明顯的表型，可以通過報告基因的表達情況來檢測目的基因的

表達。

(2)分子檢測

①PCR檢測

a.含義：根據(jù)目的基因的序列設計引物，采用PCR技術對目的基因進行擴增，如果能擴增出

目的基因片段,說明目的基因已整合到受體細胞中。

b.實例：對除草劑基因的檢測，就可以根據(jù)除草劑基因的序列設計引物，然后提取受體細胞

的基因組DNA,進行PCR擴增，根據(jù)電泳擴增條帶的有無,判斷目的基因是否整合到受體

生物基因組中。

②分子雜交檢測

a.方法：把目的基因片段進行放射性同位素標記或進行生物素熒光標記,用標記好的基因片

段作探針，與受體生物的基因組DNA進行雜交。

b.結果預測：如果有雜交斑點，說明目的基因已經被導入受體細胞內,反之，則說明目的基

因沒有進入受體細胞中。

2.基因工程的應用及產業(yè)化前景

(一)植物基因工程成果

(1)突破了傳統(tǒng)雜交育種的局限性

①轉基因技術的應用：科學家發(fā)現(xiàn)，在一些野生品種和非栽培品種中，存在著很多優(yōu)質、抗

逆的性狀，但是不同物種之間存在著天然的生殖障礙,遠緣雜交不育。轉基因技術可以實現(xiàn)

不同物種之間的基因轉移，克服這一障礙。

②實例：科學家利用轉基因技術，把抗病毒基因引入煙草和馬鈴薯，培育出了抗病毒的煙草

和馬鈴薯。

③轉基因技術優(yōu)點：通過轉基因技術大大擴展了可利用基因的種類,克服了遠源種及種間雜

交不育或不能雜交的障礙，使得生物界存在的抗病蟲害基因、優(yōu)良的品質基因等都可以重組

到植物染色體上,并使之在植物體內遺傳和表達，從而培育出優(yōu)良的品種，同時還縮短了直

種周期,為農業(yè)生產帶來廣闊前景。

(2)開辟了生產疫苗的新途徑

科學家培育出一種可以生產乙肝疫苗的轉基因胡蘿卜通過生吃或者榨汁食用，就可以達到

接種疫苗的效果，簡便易行。但該方法還需進一步試驗來驗證疫苗的療效及安全性。

(二)動物基因工程成果

(1)改良畜禽經濟性狀的新思路

①新思路：通過轉基因技術，可使受體動物合成某些必需的氨基酸,或改變動物的生長調節(jié)

系統(tǒng)，進而促進動物生長、提高飼料的利用效率等。

②實例：1985年，科學家第一次將人的生長激素基因導入豬的受精卵獲得成功,轉基因豬與

同窩非轉基因豬比較，生長速度和飼料利用效率顯著提高。

(2)動物生物反應器為醫(yī)藥事業(yè)開辟了新途徑

目前利用轉基因動物生產基因藥物，最理想的表達場所是乳腺，因為乳腺是一個外分泌器官,

乳汁不進入體內循環(huán),不會影響到轉基因動物本身的生理代謝反應。

(三)基因治療

(1)基因治療的基本原理

①含義:是將健康和正常的基因通過某種運載體導入人體細胞中有缺損或有變異基因的部位，

并使目的基因在有機體內有效表達,達到防治疾病的目的。

②治療策略及程序

主要包括目的基因的選擇和制備、運載體的選擇，靶細胞的選擇、目的基因進入靶細胞的方

式及外源基因表達的檢測。

(2)基因治療的成績及展望

基因治療的概念在不斷擴展，不再局限于用正?；蛱鎿Q體內的異常基因，還可以導入人體

內沒有的基因,對人體的生理代謝進行調節(jié)。

3.蛋白質工程的誕生

(1)蛋白質工程的含義：根據(jù)蛋白質的精細結構與生物活性以及結構與功能之間的相互關系，

利用基因工程的手段,按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質,甚至創(chuàng)造新的、自

然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質分子。

(2)改造和設計蛋白質的方法：一種是多肽合成法,即利用多肽合成儀，從組成蛋白質的第一

個氨基酸合成起，合成一種全新的蛋白質；另一種是采用基因工程手段,對負責編碼某種蛋

白質的基因進行設計，合成出更符合人們要求的蛋白質。

4.蛋白質工程的研究與應用

(1)蛋白質工程的研究主要包括以下幾個方面：通過基因工程技術分析蛋白質的DNA編碼序

列，對蛋白質進行分離純化,測定蛋白質的序列并對其結構與功能進行分析,通過計算機輔

助設計突變區(qū)，對編碼蛋白質的DNA進行定點突變改造等。

(2)應用

①在工業(yè)上的應用：人們運用蛋白質工程技術來改造天然生物酶,使其能夠適應特殊的工業(yè)

過程；或者設計制造出全新的人工酶或人工蛋白，以生產全新的醫(yī)用藥品、農業(yè)藥物，等等。

大家熟悉的加酶洗衣粉,就是利用蛋白質工程改造的產物。

②在農業(yè)生產中的應用：提高光合作用效率是農業(yè)增產的關鍵。光合作用與光呼吸這兩個過

程都是由一種名為核酮糖1,5—二磷酸竣化酶催化的,如果對這個酶加以改造，使固定二氧化

碳的作用加強，光呼吸作用減弱，就能提高光合作用的效率。

③在環(huán)境保護中的應用：例如，植物、微生物體內有一種能與重金屬鎘空等結合的金屬硫

蛋白，科學家對這種金屬硫蛋白的基因進行了改造,使含有這一新基因的微生物或植物都具

有很強的吸附重金屬的能力，保護了生態(tài)環(huán)境。

「?？蓟A診斷」

1.有關基因工程原理與操作的判斷

(1)設計擴增目的基因的引物時不必考慮表達載體的序列(X)

(2)用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列(V)

(3)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(X)

(4)抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體上也未必能正常表達(V)

(5)檢測目的基因是否成功表達可用抗原一抗體雜交技術(V)

(6)應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表達

(X)

2.有關基因工程的應用及蛋白質工程的判斷

(1)將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株(V)

(2)利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的

血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中(X)

(3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(X)

(4)蛋白質工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(V)

(5)蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構(X)

「教材熱點拓展」

據(jù)圖分析抗蟲棉的培育過程

(1)該基因工程中的目的基因和運載體分別是什么？一般情況下，為什么要用同一種限制性內

切酶處理目的基因和運載體？

提示目的基因是Bt毒蛋白基因，運載體是Ti質粒。用同一種限制性內切酶處理目的基因

和運載體，可以獲得相同的黏性末端，便于構建基因表達載體。

(2)該實例中，采用何種方法導入目的基因？為什么目的基因可以整合到染色體的DNA上？

提示采用的方法是農桿菌介導的遺傳轉化法，由于Ti質粒上的TDNA可轉移到受體細胞

且能整合到受體細胞的染色體DNA上，而目的基因又插入到了TDNA上，所以目的基因可

以整合到受體細胞的染色體DNA上。

(3)該實例中，檢測目的基因是否成功表達的常見方法有哪兩種？

提示抗原一抗體雜交法、用棉葉飼喂棉鈴蟲。

■命題探究預測考向總結方法

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命題點一基因工程操作程序的分析

1.(2017?全國I,38)真核生物基因中通常有內含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有

真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。己知在人體中基因A(有內含子)可以

表達出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）。回答下列問題：

（1）某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其

原因是O

（2）若用家蠶作為表達基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種運載體中，不選用

作為運載體，其原因是o

⑶若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比，大腸桿菌具有

_______________________________________（答出兩點即可）等優(yōu)點。

（4）若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質是（填“蛋白A的

基因”或“蛋白A的抗體”）。

（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是

基因工程的先導，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是

答案（1）基因A有內含子，在大腸桿菌中，其初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列不

能被切除，無法表達出蛋白A（2）噬菌體噬菌體的宿主是細菌，而不是家蠶（3）繁殖快、

容易培養(yǎng)（4）蛋白A的抗體（5）DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體

解析（1）從人的基因組文庫中獲得的基因A中含有內含子，而大腸桿菌屬于原核生物，不能

切除基因A初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列，故基因A在大腸桿菌中無法表達出

蛋白A。（2）由于病毒對宿主細胞的感染具有特異性，噬菌體只能寄生在細菌細胞中，不能感

染家蠶細胞，故應選用可感染家蠶的昆蟲病毒作為運載體。（3）與真核生物相比，大腸桿菌等

原核生物具有繁殖快、容易培養(yǎng)、遺傳物質相對較少等優(yōu)點。（4）檢測基因A是否翻譯出蛋白

A,一般用抗原一抗體雜交的方法，即用蛋白A的抗體與從細胞中提取的蛋白質進行雜交，

觀察是否出現(xiàn)雜交帶。（5）肺炎雙球菌轉化實驗的實質是S型細菌的DNA進入R型細菌體內，

并可在R型細菌體內完成表達，這證明了DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體，

為基因工程奠定了基礎。

2.2,4D作為除草劑在農田中大量使用，研究認為它是某種淋巴癌的致病因子。為降低2,4D的

危害，科研人員通過基因工程技術構建了能高效降解2,4D的基因工程菌。請回答下列問題：

（1）在農業(yè)生產上常會使用濃度2,4D對麥田進行除草，在殺死雜草的同時卻不會對

小麥生長造成損害，原因是?

（2）從被2,4D污染的土壤中得到能降解2,4D的細菌，從該細菌中提取RNA,構建

文庫，進一步獲得目的基因。

（3）PCR技術擴增目的基因的過程：含目的基因的DNA受熱變性后解旋為單鏈，引物與單鏈

相應互補序列結合，然后在________________酶作用下進行延伸，如此重復循環(huán)多次，使目

的基因的量呈___________形式擴增。

（4）一個基因表達載體的組成中要有標記基因，標記基因的作用是鑒別受體細胞中

O欲知基因工程成功與否，需要進行水平的檢測，有時還需進

行水平的鑒定。

答案（1）高不同植物對2,4D的敏感程度不同（2）cDNA（部分基因）（3）熱穩(wěn)定DNA聚合

酶（或Thq）指數(shù)（4）是否含有目的基因分子個體生物學（個體）

解析（1）2,4D是生長素類似物，利用不同植物對其敏感程度不同，可用其除去麥田雜草。（2）

從工程菌中提取RNA構建成的基因文庫是部分基因文庫（cDNA文庫）。（3）PCR技術用熱穩(wěn)定

DNA聚合酶（7i7g酶）延伸，多次循環(huán)，目的基因的量呈指數(shù)（2。）增長。（4）標記基因的作用是鑒

別受體細胞中是否含有目的基因，欲知基因工程成功與否，需要進行分子水平的檢測，有時

還需要進行個體生物學水平的鑒定。

命題點二基因工程與蛋白質的關系的分析

3.（2015?全國H,40）已知生物體內有一種蛋白質（P）,該蛋白質是一種轉運蛋白，由305個氨

基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，

改變后的蛋白質（PD不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}：

（1）從上述資料可知，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的進行改造。

（2）以P基因序列為基礎，獲得Pi基因的途徑有修飾_______基因或合成_________基因，所

獲得的基因表達是遵循中心法則的，中心法則的全部內容包括的復制，以及

遺傳信息在不同分子之間的流動，即：o

⑶蛋白質工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質功能出發(fā)，通過

_____________________________________________和，進而確定相對應

的脫氧核糖核甘酸序列，據(jù)此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質

的生物進行鑒定。

答案（1）氨基酸序列（或結構X其他答案合理也可）

（2）PPiDNA和RNA（或遺傳物質）DNA—RNA、RNA—DNA、RNA—蛋白質（或轉錄、

反轉錄、翻譯）

（3）設計蛋白質的結構推測氨基酸序列功能

解析（1）由題干信息可知，改造蛋白質的功能可以通過改變蛋白質的結構來實現(xiàn)。（2）依據(jù)蛋

白質工程的定義及題中信息可知，獲得Pi基因的途徑有修飾現(xiàn)有（P）基因或合成新（Pi）基因。

中心法則的全部內容包括DNA的復制，RNA的復制、轉錄、反轉錄和翻譯。（3）蛋白質工程

的基本途徑：從預期蛋白質功能出發(fā)一設計預期的蛋白質結構一推測應有的氨基酸序

列一找到相對應的脫氧核糖核苜酸序列。通過蛋白質工程合成的蛋白質還需要進行生物活

性的鑒定即功能鑒定，看是否達到人們的需求。

4.胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，并要經過較長

的時間才能進入血液中，而進入血液的胰島素又容易被分解，因此，治療效果受到影響。如

圖是用蛋白質工程設計速效胰島素的生產過程，請據(jù)圖回答有關問題：

I生化制備與重折疊,砥而萩閶X射線晶體衍射

1新的胰島素11高級結構1

在大腸桿菌或其計算機設

他細胞中表達計及作圖

|新的胰島素基因1-——人，如成“"A_—1新的胰島素模型1

⑴構建新的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵，圖中構建新的胰島素模型的主要依據(jù)是

（2）人工合成的DNA與結合后，被轉移到中才能得到準確表達。

（3）若要利用大腸桿菌生產速效胰島素，需用到的生物工程有、和

發(fā)酵工程。

（4）圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么？

答案（1）蛋白質的預期功能（2）運載體大腸桿菌等受體細胞（3）蛋白質工程基因工程

（4）根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其脫氧核糖核甘酸序列，然后利用DNA合成儀

來合成出新的胰島素基因

解析（1）蛋白質工程的目標是根據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質結構進行分子設

計，因此，圖中構建新的胰島素模型的依據(jù)是預期胰島素（即速效胰島素）的功能。（2）人工合

成的目的基因與運載體結合后，被導入受體細胞中才能得以表達。（3）利用蛋白質工程生產自

然界中原本不存在的蛋白質，需對原有的胰島素進行改造，根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列

推測出其基因中的脫氧核糖核甘酸序列，人工合成新的胰島素基因，得到目的基因，改造好

的目的基因需通過基因工程將其導入受體細胞獲得工程菌，再利用工程菌進行發(fā)酵，從而獲

取大量產品，因此該過程涉及蛋白質工程、基因工程和發(fā)酵工程。（4）由新的蛋白質模型到構

建新的基因，其基本設計思路是根據(jù)新的蛋白質中的氨基酸序列，推測出基因中的脫氧核首

酸序列，然后用DNA合成儀直接合成出新的基因。

-歸納總結---------------------------------1

蛋白質工程與基因工程的比較

（1）區(qū)別

項目蛋白質工程基因工程

預期蛋白質功能一設計預期的蛋白目的基因的獲得一基因表達載體的

過程質結構一推測應有的氨基酸序列f構建一目的基因的導入f目的基因

找到相對應的脫氧核糖核甘酸序列的檢測與表達產物的測定

定向改造生物的遺傳特性，以獲得

實質定向改造或生產人類所需的蛋白質

人類所需的生物類型和生物產品

結果可生產自然界沒有的蛋白質只能生產自然界已有的蛋白質

⑵聯(lián)系

①蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。

②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造。

考點三生物技術的安全性和倫理問題

r知識梳理夯實基礎強化要點

1.轉基因生物的安全性問題

(1)轉基因作物引起的風波

①發(fā)展地區(qū)：轉基因作物的大本營在美洲。2000年，僅在美國轉基因作物的種植面積即占全

世界轉基因作物種植面積的70%,而且每年都在不斷增加。

②難接受地區(qū)：在歐洲,至今作為商品種植的轉基因作物還很少，該地區(qū)的消費者也很難接

受轉基因食品。

③結論：轉基因生物的安全性問題,與人類的生活、健康以及生態(tài)環(huán)境有著密切的關系，我

們必須對此加以關注。

(2)轉基因作物的安全評價

①轉基因植物環(huán)境的安全性

a.環(huán)境安全性含義：環(huán)境安全性即轉基因植物是否會對環(huán)境構成威脅，轉入的基因是否會從

轉基因植物的體內漂移到豆境中，破壞生態(tài)環(huán)境，打破原有的生物種群間的動態(tài)平衡。

b.環(huán)境安全性實例：如帶有抗除草劑基因的轉基因作物一旦與其近緣野生種雜交，產生帶有

抗除草劑基因的野生種(即所謂“超級雜草”)，那么除草劑就失去了作用,其后果將是災難

性的。

c.環(huán)境安全性評價：首先要考慮轉基因植物釋放區(qū)是否存在可以與其雜交的近緣野生種。如

果沒有,則轉基因漂移才不會發(fā)生。如果硅近緣野生種，轉基因就有可能轉移到野生種中，

這時就要考慮轉基因漂移后會有什么結果。如果會導致上述所謂“超級雜草”出現(xiàn)的話，則

是危險的;如果相關的基因轉入野生種不會增加野生種的生存競爭力，則是安全的。

②轉基因食品的安全性

a.人們主要的擔心：轉入的外源基因或基因產物是否對人畜直毒。另外，在自然條件下存在

著許多過敏源，如果將控制過敏源的基因轉入新的植物中,則會對過敏人群造成不利影響。

b.轉基因食品安全評價：確保轉入的外源基因或基因產物對人畜無害,嚴格控制形成過敏源

的基因進入新的植物中,以免造成危害。

(3)轉基因生物的風險防范措施

①世界主要發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家都已制定了各自對轉基因生物的管理法則，負責對其

安全性進行評價和監(jiān)控。

②在我國，對于轉基因生物的安全性評價及監(jiān)控工作也在順利進行。

2.生物技術中的倫理道德問題

(1)生物技術是把雙刃劍

①在農業(yè)領域：生物技術帶來了農業(yè)的革命，但也存在一些問題。例如，生物技術的應用有

可能使農作物的栽培品種大大減少。

②在畜牧業(yè)領域：胚胎工程和克隆技術的應用，使人們能夠實現(xiàn)對生物種群的性別比進行控

制。但這樣一來，勢必造成種群性別比的失衡,從而造成自然生態(tài)失衡。

(2)生物技術帶來的道德問題

①基因歧視的含義：是指社會各方面對有基因缺陷的人的歧視性對待。

②每個人的基因都不可能是十全十美的，會有這樣或那樣的缺陷。任何歧視性做法，都是與

現(xiàn)代文明社會的道德準則相背離的。

③一個人的智力、性格等不只受基因的控制，還會受到環(huán)境、社會等因素的多重影響。

④遺傳信息被濫用還會導致社會和政治事件的發(fā)生。由遺傳基因引起的種族仇視、性別歧視

和的歧視也必然會成為更嚴重的全球性問題。

(3)生物技術面臨的倫理問題

①干細胞研究

a.爭論的焦點：人類胚胎的倫理地位問題,即關于胚胎是不是一個“人”的爭論。

b.現(xiàn)在國際公認：可以用干細胞來治療目前尚無法治療的重大疾病,但必須使用“多余的”、

“沒有可能發(fā)育成個體的“、“不是特定用來得到干細胞的"早期胚胎細胞。但是，干細胞

堅決不能用于生殖和克隆人研究。

②克隆人

首先要考慮克隆人的社會定位;其次要解決克隆人與供體的倫理法律關系，所有這些問題至

今仍爭論不休。

③選擇性生育

許多專家認為，人類的基因沒有好壞之分,所有的基因都是有用的，這是基因的多樣性決定

的。而且，如果將基因研究成果用于改良人種，也是違反人倫的。

(4)倡導科學倫理，發(fā)展科學技術

生物技術所引發(fā)的倫理道德問題，并非生物技術本身的問題，而是如何利用它的問題?？茖W

技術只是工具和手段，功能的發(fā)揮取決于使用它的人。

3.生物武器對人類的威脅

(1)生物武器

①含義：是指有意識地利用致病微生物、毒素、昆蟲侵襲敵人的軍隊、人口、農作物或牲畜

等目標，以達到戰(zhàn)爭目的的一類武器。

②組成：一般由致病微生物、毒素、昆蟲以及裝載它們的容器和投擲物組成,其中起傷害作

用的微生物、毒素又稱生物戰(zhàn)劑。

(2)生物武器對人類的危害

生物武器與常規(guī)武器相比，對人更具危害性，其特點概括如下：

①致人生病，造成失能或死亡。

②傳染性強，持續(xù)時間運。

③殺傷范圍大，難防難治。

(3)生物武器的防范

①嚴密監(jiān)視，加強監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和消除可疑生物武器。

②普遍開展疫苗接種,使人群獲得基礎免疫力，增強抵抗疾病的體質。

③要早期發(fā)現(xiàn)、隔離和治療病人，同時做好個人防護。

④要保護好糧食、食物和水源。

⑤對污染區(qū)要進行隔離封鎖,區(qū)內人員采取藥物預防，并進行徹底的消毒處理。

(4)禁止研制開發(fā)生物武器

《禁止生物武器公約》的主要內容是：締約國在任何情況下不發(fā)展、不生產、不儲存、不取

得除和平用途外的微生物制劑、毒素及其武器；也不協(xié)助、鼓勵或引導他國取得這類制劑、

毒素及其武器；締約國在公約生效后9個月內銷毀一切這類制劑、毒素及其武器；締約國可

向聯(lián)合國安理會控訴其他國家違反該公約的行為。

(5)生物武器與國際反恐斗爭

當前面臨的主要任務是：

①技本部XI開發(fā)出有效的生物武器探測設備及生物戰(zhàn)劑凈化劑。

②醫(yī)療部門研制安全的和足夠人們接種的疫苗。醫(yī)生應努力做到快速診斷和有效治療，并在

面對生物武器襲擊后出現(xiàn)大量病人時采取有效的應對措施。

③安全機關在收集有關生物戰(zhàn)威脅的信息方面必須增強力度和敏感性，能及時發(fā)現(xiàn)和阻止恐

怖分子的襲擊。

深化拓展(1)治療性克隆與生殖性克隆

類型

治療性克隆生殖性克隆

項目

從胚胎中取出干細胞用于醫(yī)學研究

區(qū)目的用于生育，獲得人的復制品

和治療

別

水平細胞水平個體水平

聯(lián)系都屬于無性生殖；產生新個體或新組織，遺傳信息不變

(2)試管嬰兒和設計試管嬰兒的異同點

廣T遺傳學診斷—)

精子

體外授精

T受精卵卜白早期胚胎卜?|胚胎移植|

卵子

①過程區(qū)別：設計試管嬰兒比試管嬰兒多出的過程是上圖中的do

②所用技術手段不同：設計試管嬰兒胚胎移植前需要進行遺傳學診斷，而試管嬰兒無需進行

遺傳學診斷。

③應用不同：試管嬰兒主要解決不孕夫婦的生育問題，而設計試管嬰兒主要用于白血病、貧

血癥的治療。

④相同點：兩者都是體外授精，并進行體外早期胚胎培養(yǎng)，都要經過胚胎移植，都是有性生殖。

「?？蓟A診斷」

(1)轉基因作物被動物食用后，目的基因就會轉入動物體細胞中(x)

(2)種植轉基因植物有可能因基因擴散而影響野生植物的遺傳多樣性(V)

(3)轉入油菜的抗除草劑基因，可能通過花粉傳入環(huán)境中(V)

(4)轉抗蟲基因的植物，不會導致昆蟲群體抗性基因頻率增加(X)

(5)如轉基因植物的外源基因來源于自然界，則不會存在安全性問題(X)

(6)中國政府禁止生殖性克隆，但不反對治療性克隆(V)

(7)中國反對生物武器，但中國在特殊情況下可以生產生物武器(X)

「教材熱點拓展」

自1984年第一例轉基因魚在我國誕生以來，轉基因魚的研究取得很大進步。如轉入外源生長

激素(GH)基因的魚生長速度快，餌料轉化率高，但魚類易于逃逸、擴散，因此轉基因魚的生

態(tài)安全性問題是很值得研究的問題，需研究轉基因魚對生態(tài)系統(tǒng)的壓力及外源基因的擴散問

題。最近，我國科學家只是將三倍體的轉基因魚投入自然系統(tǒng)。

(1)轉基因魚培育成功的物質基礎是什么？

提示遺傳物質都是DNA。

(2)魚類易于逃逸、擴散，因此轉基因魚的生態(tài)安全性是很值得研究的問題，試分析引起生態(tài)

安全性問題的原因。

提示轉基因魚與同種野生魚雜交，使野生魚帶有轉基因，具有生長優(yōu)勢，使其捕食對象大

量減少，與其他物種競爭加劇，引起生態(tài)危機。

(3)多倍體魚類對控制過度繁殖是有效的，說出三倍體“湘云鯽”的形成過程。

提示轉基因的二倍體個體加倍為四倍體轉基因個體，然后二倍體與四倍體雜交形成三倍體。

(4)試從保障生態(tài)安全性問題分析只投放三倍體魚的原因。

提示三倍體魚不能繁殖，可以人工控制養(yǎng)殖數(shù)量和范圍，避免發(fā)生雜交、競爭，引起生態(tài)

危機。

I!命題探究預測考向總結方法

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命題點生物技術的安全性和倫理問題的分析

1.轉基因生物的安全性引起人們爭論的技術原因是（）

①轉移基因的功能往往未知

②轉移基因的結構往往未知

③外源基因插入宿主基因組的部位往往是隨機的

④外源基因往往是異種生物的基因

A.①②B.②③C.③④D.①③

答案C

解析由于科學水平的限制，目前科學家對基因的結構、基因間的相互作用以及基因的調控

機制了解有限；轉移的基因雖然功能已知，但不少是異種生物的基因；外源基因插入宿主基

因組的部位往往是隨機的。因此，在轉基因生物中，有時候會出現(xiàn)意想不到的后果，引起人

們在食物安全、生物安全和環(huán)境安全三個方面的激烈爭論。

2.克隆羊多莉的問世，在全世界引發(fā)了一場大討論，其中關于治療性克隆的問題也成為人們

關注的焦點。如圖所示為人類治療性克隆的大概過程，請據(jù)圖回答下列問題：