第35講基因工程及生物技術的安全性與倫理問題

內容要求——明考向近年考情——知規(guī)律

（1）概述基因工程的誕生；（2）闡明基因工程的原理

及技術（含PCR技術）；（3）舉例說明基因工程在農2021?湖北卷（7）、2021?遼

牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的應用；（4）概述蛋白質工程寧卷（24）、2021.天津卷

的原理及應用；（5）舉例說出日常生活中的轉基因產（16）、2021?全國乙卷

品及影響；（6）中國禁止生殖性克隆人；（7）舉例說（38）、2021?山東卷（25）、

明生物武器對人類的威脅；（8）DNA的粗提取與鑒定2021?全國甲卷（38）、

（活動）；（9）利用PCR擴增DNA片段并完成電泳鑒2021?河北卷（24）、

定，或運用軟件進行虛擬PCR實驗（活動）；（10）搜2021?廣東卷，（22）、

集文獻資料，就“轉基因食品是否安全”展開辯論（活2020?全國卷III（38）、

動）：（11）搜集“轉基因食品是否安全”及關于設計2019?全國卷I（38）

試管嬰兒的資料（活動）。

考點一重組DNA技術的基本工具與基本操作程序

考點-自主梳理夯實必備知識

1.基因工程的概念

CO)

分子水平——馨一

遮理）■基因重組

創(chuàng)造出更符按照人們的愿望.

合人們需要、戶由通過轉基因等技

的新的生物麗）

術.賦予生物新

類型和生物的遺傳特性

產品,

克服變縷委下

生物體外親和而麗?聊;]

環(huán)境心抗凝生物的痂

與雜攵卡種相丁維1

與鎊變才忖相比

2.基因工程的基本工具3種工具，其中有2種工具酣

（1）限制性內切核酸酶限制的是一類酣，而不是一種酶

杳一主要存在于原核生物中

If識別雙鏈DNA分了?的特定脫氧核伊酸序

⑨）T列,并使每一條鏈中特定部位的磷酸二

L一鍵斷開

If一種限制網只能識別一種特定的脫■核

邂）T.酸序列,并且能在特定的位點上切割

L'JDNA搴..…>且洵專一枝

忑王末湍的田Q—黏性東端和平末端

提醒①將一個基因從DNA分子上切割下來需要切兩處，同時產生四個黏性末

端或平末端。

②限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在該酶的識別序列

或識別序列已經被修飾。

（2）DNA連接酶

Eco〃DNA.fgg?T4DNA連接前

連接酶

大腸桿菌?雷可噬菌體

只“縫合”也鬲弓黏性末端和平末端都可

性末端?*“縫合”

將雙鏈DNA片段縫合起

來，恢復被限制髀切開

的兩個脫氧核甘酸之間.

的磷酸二酯鍵-

（3）載體

區(qū)三）1照噬赭體、動植物病毒等

'①能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存

②具有一個或多個限制幅切割位點,便r

外源DNA插入

③具有特殊的標記基因,便于近組DNA分

子的篩選

④對受體細胞無害\______________________________________

用神_攜帶外源DNA片段進入受體細胞,并在受

叱少-體細胞內對目的基因進行復制和表達

3.基因工程的基本操作程序

（1）目的基因的篩選與獲取

①目的基因的獲取方法：人工合成口的基因、利用PCR獲取和擴增目的基因、通

過構建基因文庫來獲取目的基因。

②利用PCR獲取和擴增目的基因

逐理）-DNA半保留完制

一定的緩沖溶液、DNA模板、2種引物、

4種脫算核甘酸和耐高溫的DNA聚合酶

通過控制遍度使DNA復制在體外反復進行

(@)PCR力“增儀

當溫度上升到9。t以上時,雙鏈

DNA解聚為單鏈不*

?,I口口口□□I1,餛城被

1加熱至9()~95r^

J-*xz>xsx>^xxs**s***-*^>-**-**

3'F?1155???1111i?113，

溫度卜.降到5。七左右時,兩種引

物通過堿基瓦補配時與兩條單鏈

合”............3,

引物?③引物n，

當溫度上升到72七左右時,溶液中:

的4種脫軌核伴酸在耐高溫的DNA：

聚合酶的作用F.根據堿基互補配：

暹心而原則合成新的DNA鏈

Q'一一一一,s，S'一一一一一?1八

。-U」」「LWJI「，y.llllllLLUJ/y!

引物I引物『：

逛）-呈指數(shù)形式擴增

卷）-采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產物

提醒①在PCR過程中實際加入的為dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP）,

既可作為合成DNA子鏈的原料，又可為DNA的合成提供能量。

②引物是一小段單鏈的DNA或RNA,作為新子鏈的合成起點，只能結合在母鏈

的3端，使DNA聚合酶能夠從引物的3端開始連接脫氧核甘酸。

③真核細胞和細菌的DNA聚合酶都需要Mg?-激活。因此，PCR反應緩沖溶液中

一般要添加Mg2\

（2）基因表達載體的構建——核心

①目的：

使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并旦遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表

達和發(fā)揮作用。

②組成：

③構建過程:

限制酹切割位點復制原點美或懷復I'）的起蛤

點，為副庶點狼成環(huán)，則我林將

終止子1

啟動子戶不能復射

質粒復制

原點

標記限制酶渺子“外

基因

弟因,兩兩和史，則DVAjl排靜逐注MA片段令土現(xiàn)三種

情況：8的基因與g的基6J的史注、8的泰國與京拉的

11再、京犍與左拉的史心年用龍力彳娘京拄

（3）將目的基因導入受體細胞

只有該步驟沒涉及到堿基互補配對原則

國

I細胞）

V

V

①用微版注射器將含H的基因

的DNA溶液"接注入子房中

花粉管②植物受粉后,將DNA溶液滴

通道法在花柱切而上，使目的族因借

助花粉管通道進入胚囊

農桿菌細胞內的Ti質粒上的

農桿菌T-DNA可攜帶目的基因整合

轉化法到受體細胞的染色體DNA上

顯微注

囪回時技術常用受體細胞：受精卵

用Ca??處理細胞,使細胞處]■

[W|ACa2?處一種能吸收周圍環(huán)境中

|細胞|理法DNA

分子的生理狀態(tài)

提醒①農桿菌轉化法中的兩次拼接和兩次導入

第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質粒的T—DNA上，第二次拼接（非人工操

作）是指插入目的基因的T-DNA拼接到受體細胞的染色體DNA上；第一次導

入是將含目的基因的Ti質粒導入農桿菌，第二次導入（非人工操作）是指含目的

基因的T-DNA導入受體細胞。

②導入的目的基因，可能存在于細胞質中，也可能整合到染色體DNA上。存在

于染色體DNA上的目的基因有可能通過花粉傳播進入雜草或其他作物中，造成

“基因污染”。

（4）目的基因的檢測與鑒定

染色體DNA上是否插

|易錯辨析

（1）DNA連接酶能將兩堿基間的氫鍵連接起來（義）

（2）E.e〃DNA連接酶既可連接平末端，乂可連接黏性末端（X）

（3）限制酶也可以識別和切割RNA（X）

（4）質粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體

（5）外源DNA必在位于重組質粒的啟動子和終止子之間才能進行復制（X）

（6）用PCR方法擴增目的基因時需要設計兩種引物（J）

（7）用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列（J）

（8）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）

（9）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（*）

I深挖教材

選擇性必修3P72“內文信息拓展”

1.天然的質粒是否可以直接用做基因工程載體？為什么？

提示不可以。具有能自我復制、有一個或多個限制酶切割位點、有標記基因及

對受體細胞無害等特點的質粒才可以直接用作基因工程的載體。實際上天然的質

粒一般不完全具備上述條件，往往需要進行人工改造后才能用于基因工程操作。

選擇性必修3P79”旁欄思考題”

2.PCR可以擴增mRNA嗎？

提示不可以，因為PCR是用DNA雙鏈做模板的，不能直接用單鏈RNA做PCR,

必須把mRNA逆轉錄成單鏈cDNA之后再做PCR。

選擇性必修3PQ“內文信息”拓展

3.你知道新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒的檢測原理嗎？

提示新型冠狀病毒核酸檢測試劑盒是用于快速進行體外定性檢測新型冠狀病毒

的醫(yī)療檢測用品，它的工作原理是通過提取病人樣本中的RNA,進行反轉錄聚合

酶鏈式反應（RT—PCR）,通過擴增反應將樣本中微量的病毒信息進行放大，最

后以熒光的方式讀取信號。如果PCR之后信號為陽性，那么就可以認為樣本中存

在病毒（已經感染），反之表明樣本中沒有病毒（未感染）。

重點?疑難突破突破關鍵能力

1.限制酶的選擇方法

根據目的基因兩端的限制酶切割位點、質粒上的限制酶切割位點以及是否破壞目

的基因和標記基因等來確后限制酶的種類。

（1）應選擇酶切位點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇I；不能選

擇隨切位點位于目的基因內部的限制酶，如圖甲不能選擇。

（2）為避免目的基因及質粒的自身環(huán)化、反向連接，也可使用不同的限制酶（非

同尾酶）切割目的基因所在片段和質粒（雙酶切），如圖甲可選擇用A"I和反。RI

兩種限制酶（但要確保質粒上也有這兩種酶的切割位點）。

（3）切割質粒的限制酶不能同時切開質粒上的所有標記基因，即至少要保留一個

標記基因，以用于重組DNA的鑒定和篩選，如圖乙中的質粒不能使用I切

割。

2.標記基因的作用

標記基因可用于檢測目的基因是否導入受體細胞:

在含仃

氨

節(jié)號

再

泰的

培

養(yǎng)基

上

培齊

只仃含有載體.

并且載體上的

抗性基因表達

中有載體進入,

的大腸桿菌才

有的沒有教體

能存活并增殖

進入

3.啟動子、起始密碼子、終止子、終止密碼子的區(qū)別

位置作用

RNA聚合酶識別和結合位點，啟動轉錄

啟動子位于DNA分子上

過程

起始

位于mRNA分子上決定翻譯的開始

密碼子

終止子位于DNA分子上決定轉錄的結束

終止

位于mRNA分子上決定翻譯的結束

密碼子

4.農桿菌轉化法分析

細胞基多◎-

構建基因

T-DNA感

表達教體染目的基因

Ti質粒插入染色

4yA組織

I礪體DNA中

植株受體細胞

（1）構建基因表達載體需要兩種工具酶：限制酶和DNA連接酶。

（2）基因表達載體（重組質粒）導入農桿菌細胞時，要用Ca2+處理農桿菌細胞,

使其處于感受態(tài)，有利于宣組質粒的導入。

（3）將導入目的基因的受體細胞培育成完整的植株要用到植物組織培養(yǎng)技術。

命題?規(guī)律探究提升學科素養(yǎng)

考向1基因工程的基本工具，考查科學思維能力

S^GAATTC-B123

3,-CTTAAG-5,

1.（2021?湖北卷，7）限制性內切酶EcoR【識別并切割I雙鏈DNA,

用反。RI完全酶切果蠅基因組DNA,理論上得到DNA片段的平均長度（堿基

對）約為（）

A.6B.250

C.4000D.24000

答案C

5,-GAATTC-3,

3,-CTTAAG-5,

解析據題意可知，限制性內切核酸酶EcoRI的識別序列為I則理

論上，該序列出現(xiàn)的概率為1/（4X4X4X4X4X4）=1/4096,即4096個堿基

對序列中會出現(xiàn)一個限制性內切核酸酶EcoRI的識別序列，故用限制性內切核

酸酶及,RI完全酶切果蠅基因組DNA,理論上得到DNA片段的平均長度（堿

基對個數(shù)）約為4000,C符合題意。

2.（2021?全國乙卷，38）月DNA重組技術可以賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造

出更符合人類需要的生物產品。在此過程中需要使用多種工具酶，其中4種限制

性內切核酸酶的切割位點如圖所示。

IIII

GAATTCCCCGGGCTGCAGGATATC

CTTAAGGGGCCCGACGTCCTATAG

限制施：EcoRISmaIPstIEcoRV

回答下列問題：

（1）常用的DNA連接酶有E.co〃DNA連接酶和T4DNA連接酶。上圖中

酷切割后的DNA片段可以用E.coliDNA連接酶連接。上圖中

隨切割后的DNA片段可以用T4DNA連接酶連接。

（2）DNA連接酶催化目的基因片段與質粒載體片段之間形成的化學鍵

是o

（3）DNA重組技術中所用的質粒載體具有一些特征。如質粒DNA分子上有復

制原點，可以保證質粒在受體細胞中能；質粒DNA分子上

有，使十外源DNA插入；質粒DNA分子上有標記基因（如某

種抗生素抗性基因），利用抗生素可篩選出含質粒載體的宿主細胞，方法是

（4）表達載體含有啟動子，啟動子是指。

答案（1）EcoRI、及IEcoR【、Sma\.Psi\.EcoRV（2）磷酸二

酯鍵（3）自我復制限制酶切割位點用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細胞,

能夠存活的即為含有質粒載體的宿主細胞（4）RNA聚合酶識別、結合和驅動

轉錄的一段DNA序列

解析（1）由題圖可以看出，EcoRI、SmaI、PstI.EcoRV切割后分別形

成黏性末端、平末端、黏性末端和平末端，DNA連接酶可用于連接黏性末

端，T4DNA連接酶可用于連接黏性末端和平末端。（2）DNA連接酶催化DNA

鏈的5,端與另一DNA鏈的3,端生成磷酸二酯鍵。（3）復制原點是在基因組上復

制起始的一段序列，可以保證質粒在宿主細胞中進行自我復制。質粒上有限制薛

切割位點，該位點可被限制酶切開并使外源目的基因插入其中。若質粒DNA分

子上有某種抗生素抗性基因，則可以用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細胞，能

夠存活的即為含有質粒載體的宿主細胞。（4）啟動子是RNA聚合酶識別和結合

的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA,最終獲得所需要的蛋白質。

考向2結合PCR技術的應用，考查科學思維能力

3.（2021.湖北卷，16）某實驗利用PCR技術獲取目的基因，實驗結果顯示除目的

基因條帶（引物與模板完全配對）外，還有2條非特異條帶（引物和模板不完全

配對，為了減少反應中非特異條帶的產生，以下措施中有效的是（）

A.增加模板DNA的量

B.延長熱變性的時間

C.延長延伸的時間

D.提高復性的溫度

答案D

解析PCR過程中，引物和模板不完全配對會形成非特異條帶，增加模板DNA

的量不會減少反應中非特異條帶的產生，A錯誤；延長熱變性的時間，有利于雙

鏈DNA解聚為單鏈，不能減少反應中非特異條帶的產生，B錯誤；延長延伸的

時間，有利于合成新的DNA鏈，但不能減少反應中非特異條帶的產生，C錯誤；

在一定溫度范圍內，選擇較高的復性溫度可減少引物和模板間的非特異性結合，

D正確。

4.（2021?全國甲卷，38）PCR技術可用于臨床的病原菌檢測。為檢測病人是否感

染了某種病原菌，醫(yī)生進行了相關操作：①分析PCR擴增結果；②從病人組織樣

本中提取DNA；③利用PCR擴增DNA片段；④采集病人組織樣本?；卮鹣铝袉?/p>

題：

（1）若要得到正確的檢測結果，正確的操作順序應該是（用數(shù)字序號表

示）。

（2）操作③中使用的酶是oPCR反應中的每次循環(huán)可分為變性、復性、

三步，其中復性的結果是o

（3）為了做出正確的診斷，PCR反應所用的引物應該能與特異性結合。

（4）PCR（聚合酶鏈式反應）技術是指o該

技術目前被廣泛地應用于疾病診斷等方面。

答案（1）④②③①（2）耐高溫的DNA聚合酶延伸兩種引物通過堿基

互補配對分別與兩條單鏈DNA模板結合（3）病原菌DNA（4）一種在生物

體外快速擴增特定DNA片段的技術

解析（1）為了檢測病人是否感染了某種病原菌，首先應采集病人組織樣本，然

后從病人組織樣本中提取DNA,利用PCR擴增DNA片段后，再分析PCR擴增

結果，所以正確的操作順序是④②③①。（2）PCR技術中用到的DNA聚合酶是

耐高溫的DNA聚合酶，PCR反應中的每次循環(huán)可分為變性，復性和延伸三步。

復性是溫度下降到50c左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結合。

（3）PCR反應所用引物要根據需要擴增的目標DNA的堿基序列來設計，要檢測

是否感染病原菌，應根據該病原菌的DNA堿基序列合成引物，這樣PCR反應所

用的引物會與某種病原菌的DNA特異性結合。（4）PCR技術是一項在生物體外

復制特定DNA片段的核酸合成技術，通過這一技術，可以在短時間內大量擴增

目的基因。

考向3結合基因工程的操作程序，考查科學實踐能力

5.（2022?中原名校聯(lián)盟）其質粒上有I、HindIILBamHI三種限制酶切割

位點，同時還含有抗四環(huán)素基因和抗氨葦青霉素基因。利用此質粒獲得轉基因抗

鹽煙草的過程，如下圖所示。請回答下列問題：

含抗

HI

Bam

鹽基

因的愈傷

組織

A

菌

農桿

因'

鹽基

"抗

so

\A氨

/事

/◎

抗青

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組質

4

I

節(jié)菸sal

林二

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蒜

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煙草細

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III

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