基因工程及其安全性第一頁，共61頁?？键c1基因工程的理論基礎(chǔ)及操作工具(5年19考)(2021全國大綱卷、廣東理綜……)第二頁，共61頁。1．基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術(shù)或_________技術(shù)操作環(huán)境_________操作對象基因操作水平___________水平基本過程剪切→_____→_____→表達結(jié)果人類需要的_________或生物類型優(yōu)點可_________生物的遺傳性狀DNA重組生物體外DNA分子拼接導(dǎo)入基因產(chǎn)物定向改造第三頁，共61頁。2.基因工程的基本工具原核生物磷酸二酯鍵特定的核苷酸序列黏性末端平末端第四頁，共61頁。(2)DNA連接酶常用類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源_________T4噬菌體功能連接黏性末端連接________________結(jié)果都縫合___________，如圖大腸桿菌黏性末端或平末端磷酸二酯鍵第五頁，共61頁。質(zhì)粒小型環(huán)狀DNA分子動植物病毒等第六頁，共61頁。 ②對載體的分析條件目的穩(wěn)定并能復(fù)制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴大有一個至多個限制酶切割位點可攜帶多個或多種外源基因具有特殊的標記基因便于重組DNA的鑒定和選擇第七頁，共61頁。

易錯提醒 (1)限制酶切割位點所處的位置必須是在所需的標記基因之外，這樣才能保證標記基因的完整性，有利于對目的基因的檢測。 (2)常見的標記基因有抗生素基因、產(chǎn)生特定顏色的表達產(chǎn)物的基因和熒光基因等。 (3)不同限制酶切出的黏性末端未必不同，如G↓GATCC和↓GATC識別的序列不同，但處理后形成的黏性末端相同。第八頁，共61頁。

思考感悟

限制酶為何不切割其所在生物自身的DNA?

提示

限制酶不切割原核生物自身DNA的原因：原核生物DNA序列中不存在該酶的識別位點或識別序列已經(jīng)被修飾。第九頁，共61頁。 基因工程的理論基礎(chǔ)及操作工具1．(2021·全國新課標，40)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題： (1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有________和________。 (2)質(zhì)粒運載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： AATTC……G G……CTTAA 為使運載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點是____________________。第十頁，共61頁。 (3)按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即________DNA連接酶和________DNA連接酶。 (4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是________，產(chǎn)物是___________。

若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用________技術(shù)。 (5)基因工程中除質(zhì)粒外，________和________也可作為運載體。 (6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌，一般情況下，不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞，原因是_______________________________________________________。第十一頁，共61頁。

答案

(1)平末端黏性末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同(3)T4

E·coli

(4)mRNA(或RNA)

cDNA(或DNA)

PCR(聚合酶鏈式反應(yīng))

(5)動植物病毒λ噬菌體的衍生物(6)未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒(外源DNA)的能力極弱第十二頁，共61頁。

基因工程中限制酶的選擇問題2．(江蘇卷，2T)下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請回答下列問題：限制酶BamHⅠHind

ⅢEcoRⅠSmaⅠ識別序列及切割位點↓GGATCCCCTAGG

↑↓AAGCTTTTCGAA

↑↓GAATTCCTTAAG

↑

↓CCCGGGGGGCCC↑第十三頁，共61頁。 (1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有________個游離的磷酸基團。 (2)若對圖中質(zhì)粒進行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越________。第十四頁，共61頁。 (3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是_____________________。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止 _____________________________________________。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入________酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了________。 (7)為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在________的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以完成目的基因表達的初步檢測。第十五頁，共61頁。

解析本題綜合考查基因工程的過程及應(yīng)用。(1)質(zhì)粒是雙鏈環(huán)狀DNA分子，在SmaⅠ切割前沒有游離的磷酸基團，SmaⅠ作用于兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，切割產(chǎn)生的DNA片段末端是平末端，因而質(zhì)粒經(jīng)切割后含有2個游離的磷酸基團。(2)質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性主要由氫鍵的數(shù)量決定，氫鍵數(shù)量越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越高，反之則低，DNA雙鏈中A與T之間存在2個氫鍵，C與G之間存在3個氫鍵，因此DNA分子中G—C堿基對越多，熱穩(wěn)定性就越高，SmaⅠ識別CCCGGG序列，并在C和G之間將這段序列切開，也就是質(zhì)粒中SmaⅠ酶切位點越多，第十六頁，共61頁。 G—C堿基對越多，熱穩(wěn)定性越高。(3)據(jù)圖1可知，SmaⅠ切割的位點在抗生素抗性基因之中，抗生素抗性基因是標記基因，應(yīng)盡量避免破壞，據(jù)圖2可知SmaⅠ切割的位點在目的基因之中，破壞了目的基因，所以不能使用SmaⅠ切割。(4)用同種限制酶切割后的質(zhì)粒和目的基因，在基因表達載體構(gòu)建時，常形成三種連接方式，其中目的基因與目的基因的連接、質(zhì)粒與質(zhì)粒的連接是無效的連接，用兩種限制酶可避免此類現(xiàn)象。(5)基因表達載體的構(gòu)建過程中需加DNA連接酶，連接脫氧核糖和磷酸。(6)抗生素抗性基因?qū)儆跇擞浕?，供重組DNA的鑒定和選擇。(7)目的基因是蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因，將其導(dǎo)入第十七頁，共61頁。

喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體后，應(yīng)進行目的基因的檢測與鑒定，可根據(jù)受體細胞是否含有蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白，即是否具備吸收蔗糖的能力判斷基因工程是否成功，因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。

答案

(1)0、2

(2)高(3)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因(4)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化(5)DNA連接(6)鑒別和篩選含有目的基因的細胞(7)蔗糖為唯一含碳營養(yǎng)物質(zhì)第十八頁，共61頁。

題后歸納1．限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關(guān)酶的分析比較名稱作用部位作用底物作用結(jié)果限制酶磷酸二酯鍵DNA將DNA切成兩個片段DNA連接酶磷酸二酯鍵DNA片段將兩個DNA片段連接為一個DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端熱穩(wěn)定DNA聚合酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端第十九頁，共61頁。DNA水解酶磷酸二酯鍵DNA將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸解旋酶堿基對之間的氫鍵DNA將雙鏈DNA分子局部分解為兩條長鏈RNA聚合酶磷酸二酯鍵核糖核苷酸將單個核糖核苷酸依次連接到單鏈末端第二十頁，共61頁。2.限制酶選擇的注意事項 (1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類

①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。

②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。第二十一頁，共61頁。

③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)。 (2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類

①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。

②質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因；如果所選酶的切點不是一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復(fù)制。第二十二頁，共61頁。考點2基因工程的基本操作程序及蛋白質(zhì)工程(5年23考)(2021全國課標卷Ⅰ，40、福建理綜，33……)1．基本工程的操作程序（四步曲）第二十三頁，共61頁。第二十四頁，共61頁。2．基因工程的應(yīng)用技術(shù)名稱應(yīng)用植物基因工程培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和_____轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)動物基因工程提高動物生長速度，改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)_____，用轉(zhuǎn)基因動物作__________的供體基因治療把__________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使其表達產(chǎn)物發(fā)揮作用，從而治療疾病，分為體內(nèi)基因治療和體外基因治療抗逆藥物器官移植正?；虻诙屙摚?1頁。思維激活 判斷正誤 (1)外源DNA必須位于重組質(zhì)粒的啟動子和終止子之間才能進行復(fù)制 (2021·安徽卷，6B)()。 (2)關(guān)于哺乳動物細胞體外培養(yǎng)的難易程度：乳腺癌細胞易于乳腺細胞；胚胎細胞易于脂肪細胞 (2021·上海，15A)()。 (3)將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個ada(2021·浙江理綜，6C)()。第二十六頁，共61頁。 (4)啟動子也稱起始密碼子，終止子也稱終止密碼子(

)。 (5)用氯化鈣處理大腸桿菌可增加其細胞膜的通透性(

)。 (6)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌毎? (

)。 (7)基因工程藥物主要來源于轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn) (

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

)。 (9)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用(

)。

答案

(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×

(8)×

(9)×第二十七頁，共61頁。 基因工程的操作程序1．(2021·福建理綜，32)肺細胞中的let－7基因表達減弱，癌基因RAS表達增強，會引發(fā)肺癌。研究人員利用基因工程技術(shù)將let－7基因?qū)敕伟┘毎麑崿F(xiàn)表達，發(fā)現(xiàn)肺癌細胞的增殖受到抑制。該基因工程技術(shù)基本流程如圖1。第二十八頁，共61頁。

圖

1第二十九頁，共61頁。圖2第三十頁，共61頁。

請回答下列問題。 (1)進行過程①時，需用________酶切開載體以插入let－7基因。載體應(yīng)有RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，以驅(qū)動let－7基因轉(zhuǎn)錄，該部位稱為________。 (2)進行過程②時，需用________酶處理貼附在培養(yǎng)皿壁上的細胞，以利于傳代培養(yǎng)。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，let－7基因能影響癌基因RAS的表達，其影響機理如圖2。據(jù)圖分析，可從細胞中提取________進行分子雜交，以直接檢測let－7基因是否轉(zhuǎn)錄。肺癌細胞增殖受到抑制，可能是由于細胞中________(RASmRNA/RAS蛋白)含量減少引起的。第三十一頁，共61頁。

解析此題考查基因工程應(yīng)用的相關(guān)知識。(1)構(gòu)建基因表達載體時，需要用同種限制酶切割目的基因和載體，使之產(chǎn)生相同的黏性末端。載體應(yīng)有啟動子、終止子和標記基因，其中啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄。(2)動物細胞培養(yǎng)時，常用胰蛋白酶處理貼壁的細胞，使之相互分離，以利于傳代培養(yǎng)。(3)檢驗?zāi)康幕蚴欠癖磉_，常用分子雜交技術(shù)。從被導(dǎo)入目的基因的細胞內(nèi)提取RNA，與目的基因單鏈雜交，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已轉(zhuǎn)錄。由圖2知，當(dāng)let－7基因轉(zhuǎn)錄出來的miRNA與癌基因RAS轉(zhuǎn)錄出的mRNA雜交時，就會抑制RAS蛋白的產(chǎn)生，故肺癌細胞增殖受到抑制，可能是由于細胞中RAS蛋白含量減少引起的。第三十二頁，共61頁。

答案

(1)限制性核酸內(nèi)切(或限制)啟動子(2)胰蛋白(3)RNA

RAS蛋白第三十三頁，共61頁。

題后歸納1．基因表達載體的構(gòu)建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 (2)基因表達載體組成第三十四頁，共61頁。 (3)構(gòu)建過程2．目的基因?qū)胧荏w細胞第三十五頁，共61頁。受體細胞種類植物細胞動物細胞微生物細胞(大腸桿菌)常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法顯微注射技術(shù)Ca2＋處理法受體細胞體細胞或受精卵受精卵原核細胞轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上―→導(dǎo)入農(nóng)桿菌―→侵染植物細胞―→目的基因整合到受體細胞的DNA上，并穩(wěn)定維持和表達其遺傳性將含有目的基因的基因表達載體提純―→取受精卵―→顯微注射―→受精卵移植―→獲得具有新性狀的動物用Ca2＋處理受體細胞―→感受態(tài)細胞―→將重組表達載體與感受態(tài)細胞混合―→感受態(tài)細胞吸收DNA分子第三十六頁，共61頁。3.目的基因的檢測與鑒定第三十七頁，共61頁。 基因工程的應(yīng)用2．(2021·山東濰坊一模，36)如圖為培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的技術(shù)流程，請據(jù)圖回答問題。第三十八頁，共61頁。 (1)質(zhì)粒上標記基因的作用是_______________________ _______________________________________________。 (2)過程①是________，這是基因工程的核心步驟，其目的是_________________________________________。 (3)過程②采用最多的方法是________，檢測抗蟲基因是否整合到棉花細胞DNA分子上的方法是___________ _______________________________________________。 (4)③過程的培養(yǎng)基除含有必需的營養(yǎng)物質(zhì)、瓊脂外，還需要添加________，④過程的實質(zhì)是_________________ _______________________________________________。第三十九頁，共61頁。 (5)經(jīng)檢測抗蟲棉細胞染色體上含有一個抗蟲基因，該植株自交得到F1，其中全部的抗蟲植株再自交一次，后代中抗蟲植株占總數(shù)的________。 (6)通過________實驗，才能最終確定是否成功培育出了抗蟲棉植株。第四十頁，共61頁。

題后歸納1．基因工程的應(yīng)用舉例(見下表)表現(xiàn)方面具體內(nèi)容植物基因工程①抗蟲轉(zhuǎn)基因植物②抗病轉(zhuǎn)基因植物③抗逆轉(zhuǎn)基因植物④利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)動物基因工程①提高動物生長速度②用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物(如乳腺生物反應(yīng)器)

③用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體④用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程藥物控制藥品合成的相應(yīng)基因基因治療①體外基因治療②體內(nèi)基因治療第四十一頁，共61頁。2.基因工程藥物 (1)來源：主要來自轉(zhuǎn)基因工程菌，也可來自各類生物反應(yīng)器。 (2)成果：細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 (3)作用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。第四十二頁，共61頁。1．天然的玫瑰沒有藍色花，這是由于缺少控制藍色色素合成的基因B，而開藍色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B?，F(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍玫瑰。下列操作正確的是 (

)。 A．提取矮牽牛藍色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補的 DNA，再擴增基因B B．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍色花矮牽牛的基因文庫

中獲取基因B[對點強化]第四十三頁，共61頁。 C．利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細胞 D．將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細

胞

答案

A第四十四頁，共61頁。2．(2021·泰安三模)人們應(yīng)用生物工程技術(shù)可以獲得所需要的生物新品種或新產(chǎn)品。請據(jù)圖回答下列問題：第四十五頁，共61頁。 (1)獲得抗蟲基因的常用方法是________，然后利用________進行大量擴增。 (2)轉(zhuǎn)基因?？赏ㄟ^分泌乳汁來生產(chǎn)人生長激素，在基因表達載體中，人生長激素基因的首端必須含有________。③過程培養(yǎng)到桑椹胚或囊胚階段，可以用________技術(shù)，培育出多頭相同的轉(zhuǎn)基因牛犢。 (3)PrG基因的產(chǎn)物能激發(fā)細胞不斷分裂，一般采用________技術(shù)將無限增殖基因?qū)隷_______細胞中。 (4)在抗蟲棉培育過程中，將目的基因?qū)朊藁ㄊ荏w細胞采用最多的方法是________法。⑤過程采用的技術(shù)是________。第四十六頁，共61頁。

答案

(1)從基因文庫中獲取PCR技術(shù)(2)啟動子胚胎分割移植(3)顯微注射漿(或效應(yīng)B)

(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化植物組織培養(yǎng)第四十七頁，共61頁。考點3蛋白質(zhì)工程、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性 及生物武器(5年11考)(2021廣東卷，2021江蘇卷……)1．蛋白質(zhì)工程的原理蛋白質(zhì)工程具體內(nèi)容目標生產(chǎn)________________________的一種新的蛋白質(zhì)原理由于基因決定蛋白質(zhì)，因此要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行改造，必須從_____入手符合人類生產(chǎn)和生活需要基因第四十八頁，共61頁?；就緩綇念A(yù)期的___________出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的_______序列→找到相應(yīng)的_______________(基因)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系手段____________________，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)_________別稱第二代基因工程蛋白質(zhì)功能氨基酸脫氧核苷酸序列基因修飾或基因合成基因工程第四十九頁，共61頁。2.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性 (1)安全性問題

①_____安全：滯后效應(yīng)、_______、營養(yǎng)成分改變等。

②生物安全：對___________的影響等。

③_____安全：對_______________的影響等。 (2)理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)

①需要正確的社會輿論導(dǎo)向：_________，不能因噎廢食。

②制定___________，最大程度保證轉(zhuǎn)基因技術(shù)和產(chǎn)品的安全性。食物過敏原生物多樣性環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性趨利避害政策和法規(guī)第五十頁，共61頁。3．生物武器 (1)生物武器的種類(連一連) (2)生物武器的特點

①致病力強、_________

②污染面廣、危害時間長 ③難以防治④具有一定的_______ ⑤受________影響大傳染性大潛伏期自然條件第五十一頁，共61頁。判斷正誤(1)蛋白質(zhì)工程中，改造蛋白質(zhì)是通過對基因的改造來實現(xiàn)的，這樣的改造可遺傳，能向后代傳遞這種改變(

)。(2)改造基因時，要對基因進行修飾或合成基因，因此，需要用到基因工程中的有關(guān)酶，如限制酶、DNA連接酶等 (

)。(3)轉(zhuǎn)入到油菜的抗除草劑基因，可能通過花粉傳入環(huán)境中 (

)。(4)轉(zhuǎn)抗蟲基因的植物，不會導(dǎo)致昆蟲群體抗性基因頻率增加 (

)。

思維激活第五十二頁，共61頁。(5)動物的生長激素基因轉(zhuǎn)入植物后不能表達 (

)。(6)如轉(zhuǎn)基因植物的外源基因來源于自然界，則不存在安全性問題 (

)。(7)生物武器主要指病原微生物，它們的生存、繁殖、死亡不受環(huán)境條件的影響 (

)。答案(1)√

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×第五十三頁，共61頁。 蛋白質(zhì)工程1．(2021·廣東卷)從某海洋動物中獲得一基因，其表達產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是 ()。 A．合成編碼