資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
人教(2019)生物高考知識點梳理&對點訓(xùn)練
14.1 基因工程及生物技術(shù)的安全性與倫理問題
知識點(一)　重組DNA技術(shù)的基本工具
(一)基因工程的概念
(二)基因工程的基本工具
1．限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”
存在 主要存在于原核生物中
作用 識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開
特性 一種限制酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列，并且能在特定的位點上切割DNA分子
結(jié)果 產(chǎn)生黏性末端或平末端
2．DNA連接酶——“分子縫合針”
種類 E.coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶
來源 大腸桿菌 T4噬菌體
特點 只縫合黏性末端 縫合黏性末端和平末端
作用 恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，連接兩個DNA片段
3．基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”
類型 最常用：質(zhì)料；其他：噬菌體、動植物病毒等
條件 ①穩(wěn)定并自我復(fù)制或整合到受體DNA上，使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴增； ②具有一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段插放； ③具有特殊的標記基因，便于重組DNA分子的篩選
作用 攜帶外源DNA片段進入受體細胞
(三)DNA的粗提取與鑒定
1．實驗原理
DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存在差異，可以利用這些差異，選用適當?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法對它們進行提取。
(1)DNA不溶于酒精。
(2)DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。
(3)在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色。
2．實驗步驟
【連接教材資料】1．(選擇性必修3 P71旁欄思考拓展)限制酶來源于原核生物，為什么不能切割自己的DNA分子？
提示：限制酶具有特異性，即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的位點上進行切割。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(jīng)被修飾。
2．(選擇性必修3 P72旁欄思考拓展)DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？試簡要說明。
提示：不相同。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段，而DNA聚合酶是將單個脫氧核苷酸依次連接到DNA單鏈的末端。
【知識點考法訓(xùn)練】
考法(一)　考查基因工程的操作工具
1．(2022·長沙模擬)下面是3種限制性內(nèi)切核酸酶對DNA分子的識別序列和剪切位點圖(箭頭表示切點，切出的斷面為黏性末端)。下列敘述不正確的是(　 )
A．不同的限制酶有不同的識別序列和切割位點，體現(xiàn)了酶的專一性
B．限制酶2和3識別的序列都包含6個堿基對
C．限制性酶1和酶3剪出的黏性末端相同
D．能夠識別和切割RNA分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2
解析：選D　由圖可知，限制酶2和3識別的序列分別是CCGCGG和GGATCC，均為6個堿基對，B正確；限制酶1和3剪出的黏性末端相同，均為GATC，C正確；限制酶只能識別特定的DNA序列，且具有專一性，因此三種限制酶均不能識別和切割RNA中的核糖核苷酸序列，A正確，D錯誤。
2．圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ 三種限制酶的識別序列與切割位點，圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoR Ⅰ、Sau3A Ⅰ的切點是唯一的)。
根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題：
(1)經(jīng)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(chǎn)物連接，理由是_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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(c)所示，這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物的有________，不能表達的原因是________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)DNA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________________________________________________________________________。
解析：(1)由于限制酶Sau3AⅠ與BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同，所以經(jīng)BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以與上述表達載體被Sau3AⅠ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達載體中，啟動子應(yīng)位于目的基因的首端，終止子應(yīng)位于目的基因的尾端，這樣目的基因才能表達。圖中甲、丙均不符合，所以不能表達目的基因產(chǎn)物。(3)常見的DNA連接酶有E.coli DNA連接酶和T4 DNA連接酶，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是T4 DNA連接酶。
答案：(1)Sau3AⅠ　兩種酶切割后產(chǎn)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(zhuǎn)錄　(3)E.coli DNA連接酶　T4 DNA連接酶　T4 DNA連接酶
[歸納拓展]　與DNA有關(guān)的幾種酶的比較
酶種類 作用底物 作用部位 作用結(jié)果
限制酶 DNA分子 磷酸二酯鍵 將DNA切成兩個或多個片段
DNA連接酶 DNA分子片段 磷酸二酯鍵 將兩個DNA片段連接為一個DNA分子
DNA聚合酶 脫氧核苷酸 磷酸二酯鍵 以DNA單鏈為模板，將單個脫氧核苷酸依次連接到另一條短的單鏈末端
解旋酶 DNA分子 堿基對中的氫鍵 將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈
DNA水解酶 DNA分子 磷酸二酯鍵 將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸
考法(二)　考查DNA的粗提取與鑒定的原理和操作
3．(2022·海安模擬)下列有關(guān)“DNA粗提取與鑒定”實驗的敘述，正確的是(　 )
A．新鮮豬血、菜花等動植物材料均可用于DNA的粗提取
B．植物材料需先研磨破碎細胞
C．DNA只能溶于2 mol/L的NaCl溶液
D．溶有DNA的NaCl溶液中加入二苯胺試劑后，顏色呈紫色
解析：選B　豬是哺乳動物，其成熟紅細胞內(nèi)沒有細胞核，所以豬血不能用于DNA的粗提取，A錯誤；植物細胞含有細胞壁，因此選用植物細胞提取DNA時，需先研磨破碎細胞，B正確；DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，在2 mol/L 的NaCl溶液中溶解度最高，C錯誤；溶有DNA的NaCl溶液中加入二苯胺試劑，沸水浴加熱后冷卻，顏色應(yīng)呈現(xiàn)藍色，D錯誤。
4．(2022·遵義聯(lián)考)下圖是“DNA的粗提取與鑒定”實驗中的兩個操作步驟示意圖，相關(guān)敘述正確的是(　 )
A．圖1中溶液a是去掉上清液的研磨液
B．圖2所示實驗操作中有一處明顯錯誤，可能導(dǎo)致試管2中藍色變化不明顯
C．圖1所示操作的原理是DNA能溶于酒精，而蛋白質(zhì)等雜質(zhì)不溶
D．圖2試管1的作用是證明物質(zhì)的量濃度為2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺出現(xiàn)藍色
解析：選B　圖1中溶液a是研磨液靜置幾分鐘后取的上清液，A錯誤；圖2所示實驗的試管中溶液的液面高于燒杯中的液面，可能導(dǎo)致加熱不充分，試管2中藍色變化不明顯，B正確；圖1所示操作的原理是DNA不能溶于酒精，而蛋白質(zhì)等雜質(zhì)能溶于酒精，C錯誤；圖2試管1起對照作用，目的是證明沸水浴下物質(zhì)的量濃度為2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺不會出現(xiàn)藍色，而DNA遇二苯胺出現(xiàn)藍色，D錯誤。
知識點(二)　基因工程的操作程序與應(yīng)用
(一)基因工程的操作程序
1．目的基因的篩選與獲取
(1)篩選合適的目的基因。
①目的基因：在基因工程的設(shè)計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預(yù)期表達產(chǎn)物等的基因。主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因。
②篩選目的基因的方法：從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中進行篩選是較為有效的方法之一。
(2)利用PCR獲取和擴增目的基因。
①原理：DNA復(fù)制。
②條件：DNA模板、2種引物、耐高溫的DNA聚合酶和4種脫氧核苷酸。
③擴增過程。
過程 說明 圖解
變性 溫度超過90 ℃，雙鏈DNA解聚為單鏈
復(fù)性 溫度下降到50 ℃左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結(jié)合
延伸 溫度上升到72 ℃左右，溶液中的4種脫氧核苷酸在耐高溫的DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈
2．基因表達載體的構(gòu)建
(1)構(gòu)建基因表達載體的目的。
①使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代。
②使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
(2)基因表達載體的組成。
(3)基因表達載體的構(gòu)建過程。
3．將目的基因?qū)胧荏w細胞
項目 植物細胞 動物細胞 微生物細胞
常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法 顯微注射技術(shù) Ca2＋處理法
受體細胞 受精卵、體細胞 受精卵 原核細胞
4．目的基因的檢測與鑒定
檢測水平 檢測目的 檢測方法
分子水平 目的基因是否插入到轉(zhuǎn)基因生物染色體DNA上 PCR
目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA
目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 抗原—抗體雜交
個體水平 轉(zhuǎn)基因生物是否表現(xiàn)出相應(yīng)的特性 如抗蟲、抗病的接種實驗
(二) 基因工程的應(yīng)用
1．基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用
①轉(zhuǎn)基因抗蟲植物；②轉(zhuǎn)基因抗病植物；③轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物；④改良植物的品質(zhì)；⑤提高動物的生長速率；⑥改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。
2．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用
①對微生物或動植物的細胞進行基因改造，使它們生產(chǎn)藥物。
②讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物。
③可能使建立移植器官工廠的設(shè)想成為現(xiàn)實。
3．基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用
利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。
【連接教材資料】1．(選擇性必修3 P78圖3 5)PCR反應(yīng)過程示意圖分析：
(1)PCR技術(shù)的原理是什么？
提示：體外DNA雙鏈復(fù)制。
(2)由圖分析可知，在PCR反應(yīng)過程中需要兩種引物，原因是什么？
提示：DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成，DNA聚合酶不能從頭合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈。
2．(選擇性必修3 P80正文拓展思考)為什么切割含有目的基因的DNA片段和載體要選用同一種限制酶？是否只能用同一種限制酶？
提示：選用同一種限制酶切割會產(chǎn)生相同的黏性末端，可以在DNA連接酶的作用下將切割的目的基因和載體連接起來。也可以使用能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割。
3．(選擇性必修3 P81正文拓展思考)在用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛毎倪^程中，為什么一定要將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T DNA上？
提示：Ti質(zhì)粒上T DNA也稱為可轉(zhuǎn)移DNA，可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體DNA上。
[知識梳理]
基因工程的操作步驟
1．目的基因的獲取方法
(1)利用PCR獲取和擴增目的基因。
(2)人工合成目的基因。
①逆轉(zhuǎn)錄法：主要用于相對分子質(zhì)量較大而又不知其核苷酸序列的基因。它以目的基因的mRNA為模板，借助逆轉(zhuǎn)錄酶合成雙鏈DNA，其過程如下：
②化學(xué)合成法：依據(jù)某一蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出其基因序列，然后直接合成目的基因，其過程如下：
(3)從基因文庫中獲取目的基因。
根據(jù)目的基因的有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA，以及基因的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。
2．目的基因的檢測與鑒定方法
(1)載體上標記基因的標記原理。
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(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相應(yīng)抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后，抗性基因在受體細胞內(nèi)表達，使受體細胞能夠抵抗相應(yīng)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(zhuǎn)入載體并已表達的受體細胞，原理如圖所示：
(2)目的基因的檢測。
①使用PCR等技術(shù)，檢測目的基因是否插入轉(zhuǎn)基因生物染色體DNA上及目的基因是否轉(zhuǎn)錄出特定mRNA。
②采用抗原—抗體雜交技術(shù)，從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)(作抗原)，與相應(yīng)抗體雜交，依據(jù)是否出現(xiàn)雜交帶確認目的基因是否“指導(dǎo)”特定蛋白質(zhì)的合成。
③采用抗蟲、抗病毒等接種實驗，進行目的基因成功表達的“個體生物學(xué)”水平的檢測。
[典例1]　(2022·天津二模)人乳鐵蛋白是一種重要的藥用保健蛋白。如圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人乳鐵蛋白的過程，圖中Tetr表示四環(huán)素抗性基因，AmpR表示氨芐青霉素抗性基因，五種限制酶的識別序列及切割位點如表所示，請回答以下問題：
限制酶 BamHⅠ HaeⅢ BclⅠ Sau3AⅠ NotⅠ
識別序列及切割位點
(1)①過程常采用的方法是 ______________。
(2)要將人乳鐵蛋白基因插入質(zhì)粒，若只允許使用一種限制酶，應(yīng)選擇的限制酶是 ________________。構(gòu)建基因表達載體時，需要將人乳鐵蛋白基因嵌入到 __________________之間，這樣人乳鐵蛋白基因才能在乳腺細胞中表達。
(3)據(jù)圖分析篩選含有重組質(zhì)粒的受體細胞首先需要在含 ______________(填“四環(huán)素”“氨芐青霉素”或“四環(huán)素或氨芐青霉素”)的培養(yǎng)基上進行。
(4)若BamHⅠ酶切的DNA末端與BclⅠ酶切的DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為 ____________，對于該部位，這兩種酶 ____________(填“都不能”或“只有一種能”)切開。
[解析]　(1)將目的基因?qū)雱游锛毎钣行У姆椒ㄊ秋@微注射法。(2)根據(jù)表中五種酶的識別序列及切割位點可知，限制酶Sau3AⅠ還可以切割限制酶BclⅠ和限制酶BamHⅠ的識別序列，因此要將人乳蛋白基因插入載體，在只允許用一種限制酶切割載體和人乳鐵蛋白基因的情況下，應(yīng)選擇限制酶Sau3AⅠ。構(gòu)建基因表達載體時，需要將人乳鐵蛋白基因嵌入到啟動子和終止子之間，這樣人乳鐵蛋白基因才能在乳腺細胞中表達。(3)用限制酶Sau3AⅠ切割后會破壞四環(huán)素抗性基因，但不會破壞氨芐青霉素抗性基因，因此導(dǎo)入重組質(zhì)粒的受體細胞可在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存下來。(4)根據(jù)表格中各種限制酶的識別序列和切割位點可知，若BamH Ⅰ酶切的DNA末端與Bcl Ⅰ酶切的DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為，對于該部位，這兩種酶都不能切開。
[答案]　(1)顯微注射法　(2)Sau3AⅠ　啟動子和終止子　(3)氨芐青霉素　(4)　都不能
[對點練習(xí)]
1．下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是(　 )
A．培育轉(zhuǎn)基因動物時選擇的受體細胞只能是動物的受精卵
B．構(gòu)建重組質(zhì)粒時必須選擇相同的限制性內(nèi)切核酸酶處理載體質(zhì)粒與目的基因
C．經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)抗除草劑基因成功導(dǎo)入某抗鹽植物，該植物一定具有抗除草劑及抗鹽性狀
D．用氯化鈣處理大腸桿菌，增加其細胞壁的通透性，可提高重組DNA分子的導(dǎo)入成功率
解析：選D　培育轉(zhuǎn)基因動物時選擇的受體細胞最好是動物的受精卵，也可以是胚胎干細胞或核移植形成的重組細胞，A錯誤；構(gòu)建重組質(zhì)粒時一般選擇相同的限制性內(nèi)切核酸酶處理載體質(zhì)粒與目的基因，也可以選擇不同的限制酶處理，但必須產(chǎn)生相同的黏性末端，B錯誤；目的基因成功導(dǎo)入受體細胞后不一定能成功表達，因此經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)抗除草劑基因成功導(dǎo)入某抗鹽植物，該植物不一定具有抗除草劑及抗鹽性狀，C錯誤。
2. (2022·諸暨模擬)紫花苜蓿是一種重要的牧草。某研究團隊擬將耐鹽基因HAL1導(dǎo)入紫花苜蓿中培育耐鹽牧草。具體實驗流程如圖所示。下列操作錯誤的是(　 )
A．可選用氯化鈣處理農(nóng)桿菌，有利于重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌
B．將農(nóng)桿菌與苜蓿愈傷組織一起培養(yǎng)一段時間后，往往需要添加適量抗生素抑制農(nóng)桿菌生長
C．為確認轉(zhuǎn)基因苜蓿是否培育成功，需對苜蓿植株進行耐鹽檢測
D．植物細胞具有全能性，所以誘導(dǎo)形成苜蓿幼苗的成功率與苜蓿愈傷組織的基因型無關(guān)
解析：選D　用氯化鈣處理農(nóng)桿菌可使其處于易于吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)，這樣有利于重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入，A正確；將農(nóng)桿菌與苜蓿愈傷組織一起培養(yǎng)一段時間后，需要用抑菌類抗生素抑制農(nóng)桿菌的生長，以防止農(nóng)桿菌過度生長對轉(zhuǎn)化組織產(chǎn)生毒害作用，B正確；要判斷耐鹽性的紫花苜蓿是否培育成功，還需進行個體水平的鑒定，即讓轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿進行耐鹽性試驗，C正確；愈傷組織中導(dǎo)入目的基因改變了其遺傳物質(zhì)，所以誘導(dǎo)形成苜蓿幼苗的成功率與苜蓿愈傷組織的基因型有關(guān)，D錯誤。
3．TALEN是一種靶向基因操作技術(shù)，該技術(shù)利用了TAL靶向識別單元對靶向基因的識別作用和FokI蛋白對靶向基因的切割作用實現(xiàn)了對特定靶向基因的敲除。相關(guān)操作如下：
(1)TAL靶向識別單元的構(gòu)建。TAL靶向識別單元為間隔32個氨基酸的雙連氨基酸(即兩個相連的氨基酸)序列。不同的雙連氨基酸分別與靶向基因中的A、T、C、G有恒定的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)靶向基因的堿基序列可以設(shè)計出雙連氨基酸序列。
(2)目的基因的獲取與擴增。根據(jù)TAL靶向識別單元中雙連氨基酸序列和FokI蛋白的氨基酸序列，可按照__________________________________，最終合成目的基因(寫出具體步驟)。再通過PCR技術(shù)進行擴增。擴增前，需根據(jù)目的基因的核苷酸序列設(shè)計出____種引物；擴增時，需先加熱至90～95 ℃，再冷卻至50～60 ℃，再加熱至70～75 ℃，此操作的目的是__________________________________________________。
(3)利用質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建基因表達載體。在構(gòu)建的基因表達載體中，啟動子應(yīng)位于基因的上游，它是________________的部位；標記基因的作用是________________________________________________________________________。
(4)目的基因的表達與檢測。目的基因進入受體細胞后，在受體細胞中維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為________。從分子水平上，通過______方法可檢測基因工程操作是否成功。
(5)靶向基因的敲除。TAL靶向識別單元能夠識別特定的靶向基因序列，F(xiàn)okI蛋白能夠從被識別的靶向基因兩端切斷磷酸二酯鍵，從而將靶向基因從原雙鏈DNA上敲除。由此推測，F(xiàn)okI蛋白實際上是一種________。
解析：(2)已知TAL靶向識別單元中雙連氨基酸序列和FokI蛋白的氨基酸序列，可先推測出信使RNA序列，再推測出目的基因的核苷酸序列，然后利用化學(xué)法以單個核苷酸為原料最終合成目的基因，再通過PCR技術(shù)進行擴增。PCR擴增前，需根據(jù)目的基因的核苷酸序列設(shè)計出2種引物；擴增時，需先加熱至90～95 ℃使DNA變性后解聚為單鏈，再冷卻至50～60 ℃使引物結(jié)合到互補DNA鏈上，再加熱至70～75 ℃促進DNA聚合酶發(fā)揮作用，開始互補鏈的合成。(3)在構(gòu)建的基因表達載體中，有啟動子、終止子、目的基因、標記基因等，其中啟動子位于基因的首端，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位；標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。(4)目的基因進入受體細胞后，在受體細胞中維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。分子水平上的檢測：①檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入目的基因：PCR技術(shù)；②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA：PCR技術(shù)；③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)：抗原—抗體雜交技術(shù)。(5)FokI蛋白能夠從被識別的靶向基因兩端切斷磷酸二酯鍵，從而將靶向基因從原雙鏈DNA上敲除。由此推測，F(xiàn)okI蛋白實際上是一種限制性內(nèi)切核酸酶。
答案：(2)先推測出信使RNA序列，再推測出目的基因的脫氧核苷酸序列，利用化學(xué)法以單個核苷酸為原料　2　加熱使DNA變性后解聚為單鏈，冷卻使引物結(jié)合到互補DNA鏈上，再加熱促進DNA聚合酶發(fā)揮作用，開始互補鏈的合成　(3)RNA聚合酶識別和結(jié)合　鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來　(4)轉(zhuǎn)化　抗原—抗體雜交(或PCR技術(shù))　(5)限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)
[知識梳理]
分析基因工程的應(yīng)用
乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別
比較內(nèi)容 乳腺生物反應(yīng)器 工程菌
含義 指讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異性表達，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系
受體基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)差異 動物基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同 細菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類有較大差異
基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞 動物受精卵 微生物細胞
目的基因?qū)敕绞?顯微注射法 Ca2＋處理法
生產(chǎn)條件 不需嚴格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養(yǎng)液中提取
[典例2]　(2021·廣東高考)非細胞合成技術(shù)是一種運用合成生物學(xué)方法，在細胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標產(chǎn)物的新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達等。中國科學(xué)家設(shè)計了4步酶促反應(yīng)的非細胞合成路線(如圖)，可直接用淀粉生產(chǎn)肌醇(重要的醫(yī)藥食品原料)，以期解決高溫強酸水解方法造成的嚴重污染問題，并可以提高產(chǎn)率。
回答下列問題：
(1)研究人員采用PCR技術(shù)從土壤微生物基因組中擴增得到目標酶基因。此外，獲得酶基因的方法還有________________________________(答出兩種即可)。
(2)高質(zhì)量的DNA模板是成功擴增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時必須除去蛋白，方法有____________________(答出兩種即可)。
(3)研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細胞、pET20b為表達載體分別進行4種酶的表達。表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，首先應(yīng)制備________細胞。為了檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白，需要采用的方法是
________________________________________________________________________。
(4)依上圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應(yīng)體系。若這些酶最適反應(yīng)條件不同，可能導(dǎo)致的結(jié)果是________________。在分子水平上，可以通過改變____________，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。
[解析]　(1)分析題干，研究人員從土壤微生物基因組中擴增得到目標酶基因采用了PCR技術(shù)，此外獲得酶基因的方法還有從基因文庫中獲取和人工合成法。(2)高質(zhì)量的DNA模板是成功擴增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時必須除去蛋白，可根據(jù)DNA和蛋白質(zhì)的溶解性、對酶、高溫和洗滌劑的耐受性去除蛋白質(zhì)，方法有鹽析法、酶解法或高溫變性法等。(3)研究人員使用大腸桿菌BL21作為受體細胞、pET20b為表達載體分別進行4種酶的表達。表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，首先應(yīng)制備感受態(tài)細胞， 即利用Ca2＋處理大腸桿菌，使其成為易于接受外來DNA分子的感受態(tài)細胞。基因工程中，酶基因(目的基因)成功表達的產(chǎn)物酶蛋白的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，常用抗原—抗體雜交技術(shù)進行檢測。(4)依題圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應(yīng)體系。由于酶的作用條件較溫和，若這些酶最適反應(yīng)條件不同，則可能導(dǎo)致有的酶失活而使反應(yīng)中斷。在分子水平上，可以通過改變基因的堿基序列，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。
[答案]　(1)基因文庫中獲取、人工合成法　(2)鹽析法、酶解法或高溫變性法　(3)感受態(tài)　抗原—抗體雜交技術(shù)　(4)有的酶失活而使反應(yīng)中斷　基因的堿基序列
[對點練習(xí)]
4．核酸疫苗是將編碼某種抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)導(dǎo)入動物體細胞內(nèi)，并通過宿主細胞的表達系統(tǒng)合成抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應(yīng)答，以達到預(yù)防和治療疾病的目的。如圖為針對某種RNA病毒抗原(S蛋白)研制DNA疫苗和RNA疫苗的思路。下列相關(guān)敘述正確的是(　 )
A．該疫苗中核酸可作為抗原刺激人體產(chǎn)生體液免疫
B．步驟①中對S蛋白基因進行擴增，需要用到DNA聚合酶和解旋酶
C．步驟②構(gòu)建重組表達載體，其S基因應(yīng)插入載體，只需不破壞標記基因
D．核酸疫苗能在人體細胞中成功表達S蛋白，說明了生物界共用一套密碼子
解析：選D　該疫苗中核酸用來編碼抗原蛋白，核酸本身不能作為抗原刺激人體產(chǎn)生體液免疫，A錯誤；步驟①中對S蛋白基因進行擴增，利用的是PCR技術(shù)，該過程需要用到耐高溫的DNA聚合酶，不需要解旋酶，B錯誤；步驟②構(gòu)建重組表達載體，其S基因應(yīng)插入載體，不能破壞標記基因、啟動子序列和終止子序列等，C錯誤；核酸疫苗中的核酸源自病毒等病原體，其在人體細胞中能成功表達S蛋白，說明了生物界共用一套密碼子，D正確。
5．應(yīng)用生物工程技術(shù)可獲得人們需要的生物新品種或新產(chǎn)品。請據(jù)圖回答下列問題：
(1)要獲得抗蟲基因，可采用____________________等方法，基因工程的核心是_____________________。
(2)如果要獲得一只含目的基因的小鼠，則選擇的受體細胞通常是____________，原因是______________________。若用大腸桿菌儲存目的基因，則需先將其用________處理，使大腸桿菌細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。
(3)在培育轉(zhuǎn)人生長激素基因牛的過程中，①過程需要的工具酶是__________________，②過程常用的方法是______________。
(4)轉(zhuǎn)人生長激素基因牛可通過分泌的乳汁來生產(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______________。
解析：(1)獲得目的基因的方法有PCR技術(shù)擴增、人工合成等，基因工程的核心是構(gòu)建基因表達載體。(2)動物受精卵具有全能性，能發(fā)育成完整個體，要獲得一只含目的基因的小鼠，則選擇的受體細胞通常是受精卵。若用大腸桿菌儲存目的基因，則需先將其用Ca2＋處理，使大腸桿菌處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。(3)①是目的基因與載體結(jié)合的過程，需要限制酶、DNA連接酶；②是重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細胞的過程，常用的方法是顯微注射法。(4)基因表達載體的首端必須含有啟動子。
答案：(1)PCR技術(shù)擴增、人工合成　構(gòu)建基因表達載體　(2)受精卵　動物受精卵具有全能性　Ca2＋
(3)限制酶、DNA連接酶　顯微注射法　(4)啟動子
6．中國科學(xué)家陳薇院士團隊研制的重組新冠疫苗制備流程如圖1所示?；卮鹣铝袉栴}：
(1)被用作載體的Ad5應(yīng)具有的特點有__________________________________________等。
(2)對疫情重點地區(qū)輸入的人員進行核酸檢測需要用到用含放射性同位素的__________ 做探針，進行血清抗體檢測的方法是________________雜交。
(3)為探究疫苗的注射劑量對志愿者產(chǎn)生的免疫效果，需要給不同組志愿者分別注射________的疫苗，一段時間后采集血樣檢測相應(yīng)抗體的水平。
(4)新型冠狀病毒的檢測最常見的方法是熒光定量RT PCR(逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈式反應(yīng))，RT PCR 的具體過程如圖2所示。
①過程Ⅰ和Ⅱ都需要加入緩沖液、原料、酶和引物等，其中加入的酶分別是________________________________________________________________________。
②RT PCR過程通過對________的控制影響酶的活性和DNA分子結(jié)構(gòu)，從而使得整個反應(yīng)過程有序地進行。
③過程Ⅱ擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)擴增，理論上需要引物B為____________個。
解析：(1)作為基因工程的載體需要具備的條件有：能自我復(fù)制、有一個或多個切割位點、有標記基因位點、對受體細胞無害等。(2)探針是指放射性同位素或熒光分子標記的目的基因；進行血清抗體檢測的方法是抗原—抗體雜交。(3)探究疫苗的注射劑量對志愿者產(chǎn)生的免疫效果時，自變量是疫苗的劑量，因此需要給不同組志愿者分別注射不同劑量的疫苗，一段時間后采集血樣檢測相應(yīng)抗體的水平。(4)①Ⅰ為逆轉(zhuǎn)錄過程，該過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的催化；Ⅱ為PCR技術(shù)擴增過程，該過程需要熱穩(wěn)定性高的DNA聚合酶(Taq酶)。②RT PCR過程通過對溫度的控制影響酶的活性和DNA分子結(jié)構(gòu)，從而使得整個反應(yīng)過程有序地進行。③過程Ⅱ擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)的擴增，由于起點是單鏈DNA，經(jīng)過依次循環(huán)形成一個雙鏈DNA分子，每個雙鏈DNA分子都需要一個引物B，因此經(jīng)過n次循環(huán)形成2n－1個子代DNA分子，也需要2n－1個引物B。
答案：(1)有一個或多個切割位點、有標記基因位點、對受體細胞無害　(2)目的基因　抗原—抗體　(3)不同劑量　(4)①逆轉(zhuǎn)錄酶、熱穩(wěn)定性高的DNA聚合酶?、跍囟取、?n－1
知識點(三)　蛋白質(zhì)工程及DNA片段的擴增及電泳鑒定
(一)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用
1．蛋白質(zhì)工程的概念
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
目的 合成滿足人類生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)
手段 基因改造或基因合成
2.蛋白質(zhì)工程的基本原理
3．蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用
(1)醫(yī)藥工業(yè)方面：研發(fā)藥物，如延長干擾素的保存時間；降低小鼠單克隆抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)的強度。
(2)其他工業(yè)方面：改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶。
(3)農(nóng)業(yè)方面：通過改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，增加糧食產(chǎn)量；改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，增強防治病蟲害的效果。
(二)DNA片段的擴增及電泳鑒定
1．實驗基礎(chǔ)
(1)PCR原理：利用了DNA的熱變性原理，通過調(diào)節(jié)溫度來控制DNA雙鏈的解聚與結(jié)合。
(2)電泳：DNA分子具有可解離的基團，在一定的pH下，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。
(3)PCR的產(chǎn)物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構(gòu)象等有關(guān)。
2．PCR實驗操作步驟
3．DNA的測定
凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300_nm的紫外燈下被檢測出來。
【連接教材資料】1．(選擇性必修3 P94正文拓展分析)對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？原因是什么？
提示：應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造。主要原因有：①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳。
2．(選擇性必修3 P85“結(jié)果分析與評價”)電泳鑒定時未出現(xiàn)特異性條帶的原因有哪些？
提示：模板DNA出現(xiàn)污染；Taq DNA聚合酶出現(xiàn)質(zhì)量問題；引物特異性不強(如與非目的序列有同源性)或形成引物二聚體；復(fù)性時的溫度過低；PCR循環(huán)次數(shù)過多；等等。
【知識點考法訓(xùn)練】
考法(一)　考查蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用
1．(2022·日照一模)新冠病毒通過其表面刺突蛋白(S蛋白)的受體結(jié)合域(RBD)與人體細胞表面的ACE2受體相互作用，侵入人體細胞。研究人員設(shè)計并合成了一種自然界不存在的LCB1蛋白藥物，可識別并緊密結(jié)合S蛋白的RBD，以干擾新冠病毒的感染。下列敘述錯誤的是(　 )
A．LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結(jié)構(gòu)類似
B．LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)進行設(shè)計
C．LCB1是通過細胞中原有的基因表達產(chǎn)生的
D．LCB1設(shè)計和合成是通過蛋白質(zhì)工程實現(xiàn)的
解析：選C　由題干信息可知，S蛋白的RBD與人體細胞表面的ACE2受體相互作用；而LCB1可識別并緊密結(jié)合S蛋白的RBD，阻止S蛋白的RBD與ACE2受體結(jié)合，這說明LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結(jié)構(gòu)類似，LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，A、B正確；LCB1是人工設(shè)計并合成的一種自然界不存在的蛋白質(zhì)，故LCB1并不是通過細胞中原有的基因表達產(chǎn)生的，而基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，故LCB1設(shè)計和合成是通過蛋白質(zhì)工程實現(xiàn)的，C錯誤，D正確。
2．(2022·石家莊模擬)近年來，蛋白質(zhì)工程與基因工程的結(jié)合使得干擾素生物工程的研究取得了更大的進展?；卮鹣铝杏嘘P(guān)生物工程生產(chǎn)干擾素的問題。
(1)根據(jù)人們對干擾素結(jié)構(gòu)和功能上的需求，將干擾素的第17位半胱氨酸替換成絲氨酸，這種生物工程屬于________________。
(2)可通過點突變技術(shù)使干擾素基因中的堿基對發(fā)生改變，將改造后的基因與載體構(gòu)建成__________后導(dǎo)入大腸桿菌生產(chǎn)干擾素。干擾素是一種糖蛋白，在大腸桿菌內(nèi)不能加糖基團，這是因為________________________________________________________。用家蠶來生產(chǎn)干擾素更為理想，生產(chǎn)過程中，用到了家蠶核型多角體病毒(NPV)，NPV的作用是充當基因工程的________。
(3)人們設(shè)想，如果能將干擾素基因?qū)氩溉閯游锏氖芫眩賹⑹芫堰M行______________至桑葚胚或囊胚階段，然后進行____________。可從轉(zhuǎn)基因動物分泌的乳汁中獲得干擾素，人們把這種轉(zhuǎn)基因動物稱為______________。若該設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，則干擾素的活性及產(chǎn)量均會大幅提高。
解析：(1)根據(jù)人們對干擾素結(jié)構(gòu)和功能上的需求，將干擾素的第17位半胱氨酸替換成絲氨酸，即改造蛋白質(zhì)，因此這種生物工程屬于蛋白質(zhì)工程。(2)將改造后的基因與載體構(gòu)建成基因表達載體。干擾素是一種糖蛋白，在大腸桿菌內(nèi)不能加糖基團，原因是糖基團是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中加入的，而大腸桿菌為原核生物，細胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。家蠶核型多角體病毒(NPV)可以充當基因工程的載體。(3)將目的基因?qū)氩溉閯游锏氖芫?，再將受精卵進行早期胚胎培養(yǎng)至桑葚胚或囊胚階段，然后進行胚胎移植，可以獲得轉(zhuǎn)基因動物?？蓮霓D(zhuǎn)基因動物分泌的乳汁中獲得干擾素，這種轉(zhuǎn)基因動物稱為乳腺生物反應(yīng)器。
答案：(1)蛋白質(zhì)工程　(2)基因表達載體　糖基團是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中加入的，大腸桿菌為原核生物，細胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)　載體　(3)早期胚胎培養(yǎng)　胚胎移植　乳腺生物反應(yīng)器
[歸納拓展]　蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系
項目 蛋白質(zhì)工程 基因工程
區(qū)別 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì) 獲取目的基因→構(gòu)建基因表達載體→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的類型或生物產(chǎn)品
結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)
聯(lián)系 ①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)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(zhì)工程進行修飾、改造
考法(二)　考查DNA片段的擴增及電泳鑒定
3．(2022·天津期中)下列關(guān)于PCR操作過程的敘述，錯誤的是(　 )
A．PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌
B．PCR利用了DNA的熱變性原理
C．PCR所用的緩沖液和酶從冰箱拿出之后，迅速融化
D．在向微量離心管中添加反應(yīng)組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換
解析：選C　緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，在－20 ℃儲存，使用前，將所需試劑從冰箱取出，放在冰塊上緩慢融化，C錯誤。
4．下列有關(guān)電泳的敘述，錯誤的是(　 )
A．電泳是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程
B．待測樣品中各種分子的形狀、大小及帶電性質(zhì)的差異等會影響其在電泳中的遷移速度
C．進行電泳時，帶電粒子會向著與其所帶電荷相同的電極移動
D．常用的電泳方法是瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳
解析：選C　進行電泳時，帶電粒子會向著與其所帶電荷相反的電極移動，C錯誤。
5．在基因工程操作過程中，科研人員利用識別兩種不同序列的限制酶(R1和R2)處理基因載體，進行聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測，結(jié)果如下圖所示。以下相關(guān)敘述中，不正確的是(　 )
A．該載體最可能為環(huán)狀DNA分子
B．兩種限制酶在載體上各有一個酶切位點
C．限制酶R1與R2的切點最短相距約200 bp
D．限制酶作用位點會導(dǎo)致氫鍵和肽鍵斷裂
解析：選D　當僅用一種限制酶切割載體時，僅產(chǎn)生一種長度的DNA片段，因此該載體最有可能為環(huán)狀DNA分子，A正確；當僅用一種限制酶切割載體時，兩種限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段等長，而兩種限制酶同時切割時則產(chǎn)生兩種長度的DNA片段，所以兩種限制酶在載體上各有一個酶切位點，B正確；兩種限制酶同時切割時則產(chǎn)生600 bp和200 bp兩種長度的DNA片段，所以兩種限制酶的酶切位點最短相距200 bp，C正確；限制酶切割DNA分子，破壞的是作用位點上兩個脫氧核糖核苷酸之間的磷酸二酯鍵，D錯誤。
知識點(四)　生物技術(shù)的安全性和倫理問題
1．轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性
2．關(guān)注生殖性克隆人
(1)治療性克隆和生殖性克隆的比較。
項目 治療性克隆 生殖性克隆
概念 利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定的細胞、組織和器官，用它們來修復(fù)或替代受損的細胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的 通過克隆技術(shù)產(chǎn)生獨立生存的新個體
目的 用于醫(yī)學(xué)研究或治療疾病 用于生育，產(chǎn)生新個體
水平 細胞水平 個體水平
聯(lián)系 都屬于無性生殖，產(chǎn)生的新個體或新組織的遺傳物質(zhì)均不發(fā)生變化
(2)生殖性克隆人面臨的倫理問題。
①生殖性克隆人“有違人類尊嚴”。
②生殖性克隆人是人為地制造在心理上和社會地位上都不健全的人。
③克隆技術(shù)還不成熟，生殖性克隆人會面臨流產(chǎn)、死胎和畸形兒等問題。
(3)重要過程。
3．試管嬰兒與設(shè)計試管嬰兒的異同點
(1)不同點。
①所用技術(shù)手段：設(shè)計試管嬰兒在胚胎移植前需進行遺傳學(xué)診斷(如診斷血型、診斷性別、診斷HLA的類型等)，試管嬰兒不需進行遺傳學(xué)診斷。
如下圖，設(shè)計試管嬰兒比試管嬰兒多了d過程：
②應(yīng)用：試管嬰兒主要是解決不孕夫婦的生育問題，設(shè)計試管嬰兒用于白血病、貧血癥等疾病的治療。
(2)相同點。
都是體外受精，并進行體外早期胚胎培養(yǎng)，都要經(jīng)過胚胎移植，都是有性生殖。
4．生物武器
(1)種類。
①致病菌類：例如，炭疽桿菌、霍亂弧菌等。
②病毒類：天花病毒，某些動物的痘病毒、通過基因工程改造的流感病毒等。
③生化毒劑類：肉毒桿菌毒素等。
(2)特點：致病能力強，攻擊范圍廣。
(3)散布途徑：可以直接或者通過食物、生活必需品和帶菌昆蟲等散布，經(jīng)由呼吸道、消化道和皮膚等侵入人、畜體內(nèi)，造成大規(guī)模傷亡，也能大量損害植物。
【連接教材資料】1．(選擇性必修3 P106正文發(fā)掘)生殖性克隆與治療性克隆最主要的區(qū)別是什么？
提示：克隆的目的不同，生殖性克隆的目的是用于生育，產(chǎn)生新個體；治療性克隆的目的是治療人類疾病。
2．(選擇性必修3 P112正文發(fā)掘)我國對待生物武器的態(tài)度與轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的態(tài)度有何不同？
提示：對待生物武器的態(tài)度是在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散。對待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的態(tài)度是趨利避害，而不能因噎廢食。
【知識點考法訓(xùn)練】
考法(一)　考查生物技術(shù)的安全性
1．(2022·孝感期末)下列哪項是轉(zhuǎn)基因生物存在安全性問題的證據(jù)？(　 )
A．世界上數(shù)億計的人口食用轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物
B．轉(zhuǎn)基因生物合成的營養(yǎng)物質(zhì)與天然品種“沒有差別”
C．轉(zhuǎn)基因生物合成的某些蛋白質(zhì)可能對某些人造成過敏反應(yīng)
D．轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品經(jīng)過了多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價
解析：選C　轉(zhuǎn)基因生物合成的某些蛋白質(zhì)可能對某些人造成過敏反應(yīng)，是轉(zhuǎn)基因生物存在安全性問題的證據(jù)，C符合題意。
2．為了防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉轉(zhuǎn)移給自然界中的其他植物，科學(xué)家設(shè)法將目的基因整合到受體細胞的葉綠體基因組中，其原因是(　 )
A．葉綠體基因組不會進入到生殖細胞中
B．受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自卵細胞
C．轉(zhuǎn)基因植物與其他植物間不能通過花粉發(fā)生基因交流
D．植物雜交的后代不會出現(xiàn)一定的性狀分離比
解析：選B　受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自卵細胞，精子中幾乎不含葉綠體基因組，即葉綠體中的目的基因不會通過花粉傳遞給下一代，將目的基因?qū)肴~綠體基因組中可防止造成基因污染，B正確。
考法(二)　考查生物技術(shù)的倫理問題
3．生物技術(shù)安全性和倫理問題是社會關(guān)注的熱點。下列敘述錯誤的是(　 )
A．應(yīng)嚴格選擇轉(zhuǎn)基因植物的目的基因，避免產(chǎn)生對人類有害的物質(zhì)
B．當今社會的普遍觀點是禁止克隆人的實驗，但不反對治療性克隆
C．反對設(shè)計試管嬰兒的原因之一是有人濫用此技術(shù)選擇性設(shè)計嬰兒
D．生物武器是用微生物、毒素、干擾素及重組致病菌等來形成殺傷力
解析：選D　生物武器種類包括致病菌類、病毒類、生化毒劑類等，不包括干擾素，D錯誤。
4．(2022·武漢模擬)第三代試管嬰兒技術(shù)也稱胚胎植入前遺傳學(xué)診斷(PGD)，是在試管嬰兒技術(shù)基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。精子和卵子形成受精卵發(fā)育成早期胚胎后，要在植入子宮前進行基因檢測，再進行胚胎移植。目前PGD能診斷一些單基因缺陷引發(fā)的疾病，如血友病等?；卮鹩嘘P(guān)問題：
(1)試管嬰兒技術(shù)包括____________、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。
(2)試管嬰兒技術(shù)操作時，首先要采集“卵子”。在采集“卵子”之前，需要給母親注射適量的促性腺激素。目的是__________________。從母親的卵巢中采集的“卵子”________(填“能”或“不能”)直接參與受精作用。在精子入卵后，會立即發(fā)生______________，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)。
(3)受精卵發(fā)育成4或8細胞胚時，若要進行血友病基因檢測，可采用的檢測技術(shù)有____________________________(答出2點)。
(4)胚胎移植的實質(zhì)是_______________________________________________________。
(5)隨著第三代試管嬰兒技術(shù)的不斷發(fā)展，將為不孕及基因缺陷患者帶來福音。如果濫用該技術(shù)，將會對社會產(chǎn)生負面影響，濫用的表現(xiàn)有________________________________________________________________________。
解析：(1)試管嬰兒技術(shù)包括體外受精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。(2)試管嬰兒技術(shù)操作時，給母親注射適量的促性腺激素，目的是促進母親超數(shù)排卵，獲得更多的卵細胞。從卵巢中采集的“卵子”不能直接參與受精作用，需在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精。在精子入卵后，卵細胞膜會立即發(fā)生卵細胞膜反應(yīng)，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)。(3)對胚胎細胞進行基因檢測，可采用PCR技術(shù)對目標基因進行擴增，或制備分子探針進行(DNA)分子雜交進行檢測。(4)胚胎移植的實質(zhì)是早期胚胎在相同生理狀態(tài)下空間位置的轉(zhuǎn)移。(5)濫用第三代試管嬰兒技術(shù)的表現(xiàn)主要為設(shè)計嬰兒的性別。
答案：(1)體外受精　(2)促進母親超數(shù)排卵　不能　卵細胞膜反應(yīng)　(3)(DNA)分子雜交、PCR　(4)早期胚胎在相同生理狀態(tài)下空間位置的轉(zhuǎn)移　(5)設(shè)計嬰兒的性別
[課時驗收評價]
1．若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細胞，其原因不包括(　 )
A．目的基因無法插入受體細胞DNA
B．目的基因無法復(fù)制
C．目的基因無轉(zhuǎn)錄所需的啟動部位
D．目的基因與受體細胞遺傳信息傳遞方式不同
解析：選D　不能直接將目的基因?qū)胧荏w細胞，原因是目的基因無復(fù)制原點，無表達所需的啟動子。
2．下列有關(guān)生物技術(shù)與倫理的說法錯誤的是(　 )
A．生命科學(xué)的發(fā)展必須受倫理的規(guī)范和制約
B．實施生命科學(xué)研究必須遵循：自主、不傷害、善行和公正的原則
C．關(guān)注倫理問題，就是完全限制生命科學(xué)的發(fā)展
D．對于生物技術(shù)應(yīng)科學(xué)地控制，合理地使用，使它的發(fā)展對人類最有益
解析：選C　關(guān)注倫理問題，并不是完全限制生命科學(xué)的發(fā)展。對于生物技術(shù)，人類所面臨的關(guān)鍵問題是如何科學(xué)地進行控制，并合理地使用，使它的發(fā)展對人類最有益。
3．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，有廣闊的發(fā)展前景。下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述正確的是(　 )
A．由于需要對蛋白質(zhì)直接改造，因此操作更難
B．由于蛋白質(zhì)不能遺傳，因此蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)物不能大量生產(chǎn)
C．蛋白質(zhì)工程也需要設(shè)計出相應(yīng)的基因
D．蛋白質(zhì)工程發(fā)展得已經(jīng)非常成熟，在各個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用
解析：選C　蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，是在分子水平上對基因分子直接進行操作，使其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，可以遺傳給下一代，A、B錯誤；蛋白質(zhì)工程對基因分子直接進行操作，需要推測出應(yīng)有的氨基酸序列，設(shè)計出相應(yīng)的基因，C正確；蛋白質(zhì)工程的發(fā)展并不成熟，仍需一段時間提升，其目前并不能在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，D錯誤。
4．菊花是一種雙子葉植物，易感桃蚜。桃蚜不但直接影響植物生長，還是多種植物病毒的傳播媒介。雪花蓮凝集素基因GNA的表達產(chǎn)物能有效抑制桃蚜生長。某科研團隊運用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得了轉(zhuǎn)GNA基因菊花。下列有關(guān)敘述錯誤的是(　 )
A．受體細胞可以選擇菊花葉片細胞或桃蚜細胞
B．將目的基因GNA插入到Ti質(zhì)粒的T DNA上構(gòu)建表達載體
C．菊花外植體產(chǎn)生的酚類化合物能吸引農(nóng)桿菌移向受體細胞
D．應(yīng)用抗蟲接種實驗，檢測轉(zhuǎn)基因菊花對桃蚜的抗性及抗性的程度
解析：選A　分析題意可知，科學(xué)家將目的基因?qū)肓司栈毎适荏w細胞可以選擇菊花葉片細胞，但不能選擇桃蚜細胞，A錯誤；基因工程中構(gòu)建表達載體時，由于T DNA可以轉(zhuǎn)移到受體細胞內(nèi)，所以可以將目的基因GNA插入到Ti質(zhì)粒的T DNA上，B正確；菊花外植體產(chǎn)生的酚類化合物能吸引農(nóng)桿菌移向受體細胞，有利于目的基因成功導(dǎo)入，C正確；已知雪花蓮凝集素基因GNA的表達產(chǎn)物能有效抑制桃蚜生長，故應(yīng)用抗蟲接種實驗，檢測轉(zhuǎn)GNA基因菊花對桃蚜的抗性及抗性的程度，D正確。
5．限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的識別序列及其切割位點分別為：— AATTG—和— AATTC—。如圖表示某一目的基因片段與質(zhì)粒拼接形成重組質(zhì)粒的過程，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　 )
A．用限制酶EcoRⅠ切割目的基因，同時用限制酶MunⅠ切割質(zhì)粒
B．兩種限制酶切割后形成的黏性末端的堿基可以互補配對
C．限制酶能使特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開
D．將重組質(zhì)粒同時用2種限制酶切割則會形成2種DNA片段
解析：選D　由圖可知，目的基因兩側(cè)都是限制酶EcoRⅠ的切割位點，因此應(yīng)選用限制酶EcoRⅠ切割含有目的基因的外源DNA分子；質(zhì)粒中含有限制酶MunⅠ和EcoRⅠ的切割位點，但EcoRⅠ的切割位點位于標記基因中，用其切割會破壞標記基因，因此為保證重組質(zhì)粒表達載體的準確構(gòu)建，應(yīng)選用限制酶MunⅠ切割質(zhì)粒，A正確。將重組質(zhì)粒同時用2種限制酶切割，則會形成3種DNA片段，D錯誤。
6．利用人胰島B細胞構(gòu)建cDNA 文庫，然后通過核酸分子雜交技術(shù)從中篩選目的基因，篩選過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　 )
A．該文庫保存的人類基因沒有完整的基因結(jié)構(gòu)
B．探針通常用熒光或者放射性同位素進行標記
C．不能用PCR技術(shù)從該文庫篩選出目的基因
D．該基因文庫還可能存在呼吸酶的相關(guān)基因
解析：選C　由于cDNA文庫是以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶催化，在體外逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，所以形成的cDNA中只包含基因結(jié)構(gòu)中編碼區(qū)的部分序列，即該文庫保存的人類基因沒有完整的基因結(jié)構(gòu)，A正確；探針是可以與被檢測的目的基因序列進行堿基互補配對的帶標記的單鏈DNA片段，標記可以是熒光或者放射性同位素，B正確；凡是在胰島B細胞內(nèi)表達的基因，都可以用PCR技術(shù)從該文庫篩選出目的基因，C錯誤；由于呼吸酶基因在胰島B細胞內(nèi)能夠表達，所以該基因文庫還可能存在呼吸酶的相關(guān)基因，D正確。
7．(2022·海淀區(qū)二模)OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR四個基因分別編碼四種不同的酶，研究人員將這些基因分別與葉綠體轉(zhuǎn)運肽(引導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)進入葉綠體)基因連接，構(gòu)建多基因表達載體(載體中部分序列如圖所示)，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化水稻，在水稻葉綠體內(nèi)構(gòu)建了一條新代謝途徑，提高了水稻的產(chǎn)量。下列敘述正確的是(　 )
A．可用抗原—抗體雜交技術(shù)檢測四種酶在轉(zhuǎn)基因水稻中的表達量
B．四個基因轉(zhuǎn)錄時都以DNA的同一條單鏈為模板
C．應(yīng)選用含卡那霉素的培養(yǎng)基篩選被農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的水稻細胞
D．四個基因都在水稻葉綠體內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄翻譯
解析：選A　可用抗原—抗體雜交技術(shù)檢測四種酶在轉(zhuǎn)基因水稻中的表達量，雜交帶相對量越多，表明目的基因翻譯成的蛋白質(zhì)含量越高，A正確；由題圖可知，在同一個T DNA中OsGLO1啟動子啟動轉(zhuǎn)錄的方向與其他三個基因的不同，四個基因轉(zhuǎn)錄時并不都以DNA的同一條單鏈為模板，B錯誤；卡那霉素抗性基因不在T DNA中，而潮霉素抗性基因在T DNA中，應(yīng)選用含潮霉素的培養(yǎng)基篩選被農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的水稻細胞，C錯誤；由題意知，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化水稻，可使目的基因插入到水稻細胞中染色體的DNA上，所以與葉綠體轉(zhuǎn)運肽基因連接的四個基因，在水稻細胞核內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄，在核糖體中進行翻譯，D錯誤。
8．(2022·臨沂模擬)矮牽?；ò曜仙纳顪\由花青素的含量高低決定，花青素由查耳酮合酶(CHS)催化合成。為獲得紫色更深的矮牽牛，科研人員將CHS基因?qū)胍吧妥匣ò珷颗Ｈ~肉細胞中，得到的轉(zhuǎn)基因植株花色反而出現(xiàn)了淺紫色。下列敘述正確的是(　 )
A．可以從矮牽牛的幼嫩葉肉細胞中用逆轉(zhuǎn)錄酶和PCR技術(shù)相結(jié)合，獲取CHS基因
B．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和基因槍法都可以將獲得的CHS基因直接導(dǎo)入葉肉細胞中完成轉(zhuǎn)化過程
C．可以用同位素標記的CHS基因檢測目的基因是否成功導(dǎo)入葉肉細胞
D．轉(zhuǎn)基因植株花色為淺紫色的原因可能是CHS基因與載體反向連接，轉(zhuǎn)錄出的mRNA與內(nèi)源基因的mRNA互補
解析：選D　CHS基因只在花瓣細胞中表達，因此可以從矮牽牛的花瓣細胞中用逆轉(zhuǎn)錄酶和PCR技術(shù)相結(jié)合，獲取CHS基因，A錯誤；將目的基因?qū)胧荏w細胞前都需要先構(gòu)建基因表達載體，因此農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和基因槍法都不可以將獲得的CHS基因直接導(dǎo)入葉肉細胞中完成轉(zhuǎn)化過程，B錯誤；葉肉細胞本身就含有CHS基因，因此不可以用同位素標記的CHS基因檢測目的基因是否成功導(dǎo)入葉肉細胞，C錯誤。
9．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)Notch基因編碼一類高度保守的細胞表面受體，通過與其相應(yīng)的配體結(jié)合調(diào)控細胞增殖、分化和凋亡等。為了研究Notch基因表達產(chǎn)物的功能，科學(xué)家構(gòu)建含Notch基因的重組質(zhì)粒，并在大腸桿菌中表達。下列相關(guān)分析錯誤的是(　 )
A．可以用逆轉(zhuǎn)錄的方法和PCR技術(shù)獲得Notch基因
B．利用PCR技術(shù)擴增目的基因時，高溫代替了解旋酶的功能
C．可通過核酸分子雜交的方法判斷導(dǎo)入的基因是否成功表達
D．基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心
解析：選C　獲取目的基因的方法有從基因文庫中獲取、利用PCR擴增、人工合成等，故可以用逆轉(zhuǎn)錄的方法和PCR技術(shù)獲得Notch基因，A正確；利用PCR技術(shù)擴增目的基因時，高溫變性可以將DNA雙鏈打開，代替解旋酶的功能，B正確；判斷導(dǎo)入的基因是否成功表達，需要用抗原—抗體雜交技術(shù)，C錯誤。
10．(2022·濱州一模)構(gòu)建基因表達載體時，可利用堿性磷酸單酯酶催化載體的5′ P變成5′ OH，如圖所示。將經(jīng)過該酶處理的載體與外源DNA連接時，由于5′ OH與3′ OH不能連接而形成切口(nick)。下列說法錯誤的是(　 )
A．經(jīng)堿性磷酸單酯酶處理的載體不會發(fā)生自身環(huán)化
B．外源DNA也必須用堿性磷酸單酯酶處理
C．T4 DNA連接酶可連接黏性末端和平末端
D．重組DNA經(jīng)過2次復(fù)制可得到不含nick的子代DNA
解析：選B　將經(jīng)過該酶處理的載體與外源DNA連接時，由于5′ OH與3′ OH不能連接而形成切口(nick)，因此經(jīng)堿性磷酸單酯酶處理的載體不會發(fā)生自身環(huán)化，A正確；外源DNA不能用堿性磷酸單酯酶處理，如用堿性磷酸單酯酶處理，載體與外源DNA不能連接形成重組DNA，B錯誤；T4 DNA連接酶可連接黏性末端和平末端，C正確；DNA是半保留復(fù)制，重組DNA經(jīng)過2次復(fù)制，可得到2個不含nick的子代DNA，D正確。
11．轉(zhuǎn)基因小鼠腫瘤模型的建立為腫瘤研究帶來了巨大變化，轉(zhuǎn)基因動物模型也成為致癌性研究的重要選擇之一，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因小鼠模型進行化學(xué)物質(zhì)致癌性研究越來越受到重視和認可。目前，精子載體法逐漸成為最具誘惑力的制備轉(zhuǎn)基因動物的方法之一。該方法以精子作為外源基因載體，使精子攜帶外源基因進入卵細胞。如圖表示利用該方法制備轉(zhuǎn)基因鼠的基本流程。下列說法錯誤的是(　 )
A．PCR擴增外源基因時，應(yīng)根據(jù)外源基因設(shè)計引物堿基序列
B．導(dǎo)入外源基因的精子即可完成轉(zhuǎn)化
C．②采用體外受精技術(shù)，受精的標志是觀察到兩個極體
D．②③過程所用培養(yǎng)液的成分相同且都加入動物血清
解析：選D?、跒轶w外受精過程，③為早期胚胎培養(yǎng)過程，前者在獲能溶液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐羞M行，后者在發(fā)育培養(yǎng)基中進行，這兩個過程所用培養(yǎng)液的成分不完全相同，D錯誤。
12．胰島素用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產(chǎn)過程，下列有關(guān)敘述錯誤的是(　 )
A．新的胰島素的預(yù)期功能是構(gòu)建新胰島素模型的主要依據(jù)
B．新的胰島素生產(chǎn)過程中不涉及中心法則
C．新的胰島素功能的發(fā)揮必須依賴于蛋白質(zhì)正確的高級結(jié)構(gòu)
D．若用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌
解析：選B　新的胰島素生產(chǎn)過程中涉及轉(zhuǎn)錄、翻譯過程，所以涉及中心法則，B錯誤。
13．幽門螺桿菌是一種很容易傳染的細菌，尤其是家庭內(nèi)部成員之間，發(fā)生交叉感染的概率很高。幽門螺桿菌感染與胃炎、消化道潰瘍、胃癌等主要上消化道疾病密切相關(guān)。某高校研發(fā)的幽門螺桿菌疫苗為基因工程疫苗，其有效成分是該菌表面的一種蛋白質(zhì)。請回答下列有關(guān)問題：
(1)細菌表面的蛋白質(zhì)可作為________，刺激人體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)生理反應(yīng)。
(2)在疫苗的制備過程中，可通過細菌表面蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測出目的基因的______________序列，人工合成該目的基因，再利用__________技術(shù)對目的基因進行擴增。
(3)基因工程的核心步驟是________________的構(gòu)建，該過程構(gòu)建的產(chǎn)物中除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子和____________。
(4)目的基因進入受體細胞，并在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定維持并表達的過程，稱為________。利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)該疫苗時，需用____________技術(shù)將目的基因?qū)雱游锏氖芫阎?，再利用胚胎工程將受精卵培育成轉(zhuǎn)基因動物，若該轉(zhuǎn)基因動物的乳腺細胞沒有分泌出目標蛋白質(zhì)，其原因可能是___________________________________________________(答出兩點即可)。
解析：(1)細菌表面的蛋白質(zhì)可作為抗原，刺激人體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)特異性免疫。(2)在疫苗的制備過程中，可通過細菌表面蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測出目的基因的脫氧核苷酸序列，人工合成該目的基因，再利用PCR技術(shù)對目的基因進行擴增。(3)基因工程的核心步驟是基因表達載體的構(gòu)建，必須含有目的基因、啟動子、終止子和標記基因。(4)目的基因進入受體細胞，并在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定維持并表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)該疫苗時，需用顯微注射技術(shù)將目的基因?qū)雱游锏氖芫阎校倮门咛スこ虒⑹芫雅嘤赊D(zhuǎn)基因動物，若該轉(zhuǎn)基因動物的乳腺細胞沒有分泌出目標蛋白質(zhì)，其原因可能是目的基因未導(dǎo)入受體細胞、目的基因不能在轉(zhuǎn)基因生物的乳腺細胞內(nèi)表達。
答案：(1)抗原　(2)脫氧核苷酸　PCR　(3)基因表達載體　標記基因　(4)轉(zhuǎn)化　顯微注射　目的基因未導(dǎo)入受體細胞、目的基因不能在轉(zhuǎn)基因生物的乳腺細胞內(nèi)表達
14. (2022·煙臺二模)長期高血糖可引發(fā)血管細胞衰老?？蒲腥藛T為研究S蛋白在因高血糖引發(fā)的血管細胞衰老中的作用，以腺病毒為載體將編碼S蛋白的S基因?qū)胙芗毎?，實現(xiàn)S蛋白在血管細胞中的大量表達。
(1)腺病毒的遺傳物質(zhì)為DNA，其復(fù)制需要E1、E2、E3基因共同完成。為將S基因?qū)胂俨《?，科研人員首先構(gòu)建了含S基因的重組質(zhì)粒，如圖1所示。在構(gòu)建含S基因的重組質(zhì)粒時，通過________________________的方法可鑒定重組質(zhì)粒是否插入了S基因。將圖1中含S基因的重組質(zhì)粒用__________酶切割后，獲得改造后的腺病毒DNA；將其導(dǎo)入A細胞(A細胞含有E3基因，可表達E3蛋白)，如圖2所示。腺病毒DNA在A細胞內(nèi)能夠____________________________________________，從而產(chǎn)生大量重組腺病毒，腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上。
(2)綜合上述信息，從生物安全性角度分析重組腺病毒載體的優(yōu)點：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(寫出2點)。
(3)用含S基因的重組腺病毒分別感染正常人及糖尿病患者的血管細胞，使S蛋白在血管細胞中大量表達。對正常人、糖尿病患者及二者轉(zhuǎn)入S基因后血管細胞中能促進細胞衰老的I蛋白進行檢測，結(jié)果如圖3所示(顏色越深代表表達量越高)?？捎胈_______________方法檢測I蛋白的表達量，實驗結(jié)果顯示______________血管細胞中I蛋白表達量最高，推測S蛋白對高血糖引發(fā)的血管細胞衰老的作用及機制是________________________________________________________________________。
解析：(1)在構(gòu)建含S基因的重組質(zhì)粒時，通過設(shè)計S基因特異的引物進行PCR的方法可鑒定重組質(zhì)粒是否插入了S基因。根據(jù)圖1中限制酶的切割位點可知，圖1中含S基因的重組質(zhì)粒用PacⅠ酶切割后，獲得改造后的腺病毒DNA；腺病毒DNA在A細胞內(nèi)能夠復(fù)制并指導(dǎo)腺病毒外殼蛋白的合成從而產(chǎn)生大量重組腺病毒，腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上。(2)綜合上述信息，從生物安全性角度分析重組腺病毒載體的優(yōu)點是重組腺病毒只能在A細胞中復(fù)制，即使侵染其他細胞，也不能復(fù)制；重組腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上；腺病毒是人工改造的載體，不含致病基因。(3)檢測I蛋白的表達量可用抗原—抗體雜交的方法，圖3中顯示糖尿病患者血管細胞中I蛋白表達量最高，推測S蛋白對高血糖引發(fā)的血管細胞衰老的作用及機制是S蛋白通過降低I蛋白的含量，抑制高血糖引發(fā)的血管細胞衰老。
答案：(1)設(shè)計S基因特異的引物進行PCR　PacⅠ　復(fù)制并指導(dǎo)腺病毒外殼蛋白的合成　(2)重組腺病毒只能在A細胞中復(fù)制，即使侵染其他細胞，也不能復(fù)制；重組腺病毒進入宿主細胞后不整合到宿主細胞染色體上；腺病毒是人工改造的載體，不含致病基因　(3)抗原—抗體雜交　糖尿病患者(或“2組”)　S蛋白通過降低I蛋白的含量，抑制高血糖引發(fā)的血管細胞衰老
15．(2022·濟寧模擬)基因X的表達產(chǎn)物可保護損傷的神經(jīng)細胞?？茖W(xué)家構(gòu)建了含X的基因表達載體(圖1)，并導(dǎo)入到大鼠神經(jīng)干細胞中，用于干細胞基因治療的研究。請據(jù)此回答下列問題：
(1)構(gòu)建含X的基因表達載體時，應(yīng)選擇圖1中的______限制酶。
(2)酶切后的載體和基因X進行連接，可產(chǎn)生3種連接產(chǎn)物：單個載體自連，基因X與載體正向連接、基因X與載體反向連接(如圖1所示)。為鑒定這3種產(chǎn)物，選擇EcoRⅠ酶和HindⅢ酶對篩選得到的載體進行雙酶切，并對酶切后的DNA片段進行電泳分析，結(jié)果如圖2所示。圖中1、2、3泳道分別對應(yīng)的載體的連接方式是____________、__________、____________。
(3)在培養(yǎng)大鼠神經(jīng)干細胞的過程中，可使用________________________酶將細胞分散開。分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為____________。
(4)將正向連接的重組載體導(dǎo)入神經(jīng)干細胞后，為了檢測基因X是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，可用____________技術(shù)。當培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞達到一定密度時，需進行________培養(yǎng)以得到更多數(shù)量的細胞，用于神經(jīng)干細胞移植治療實驗。
解析：(1)根據(jù)題意和圖示分析可知：由于基因X兩邊都有BamHⅠ限制酶識別序列，所以構(gòu)建含基因X的表達載體時，需選擇圖1中的BamHⅠ限制酶進行酶切。(2)圖中1、2、3泳道分別對應(yīng)的載體的連接方式是載體自連、反向連接、正向連接。(3)進行動物細胞培養(yǎng)時，需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶將從動物體內(nèi)取出的組織塊分散成單個細胞。在適宜環(huán)境中培養(yǎng)，細胞懸液中的細胞很快貼附在瓶壁上，稱為貼壁生長。(4)為了檢測基因X是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，可用PCR技術(shù)。當培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞達到一定密度時產(chǎn)生接觸抑制，換瓶后進行傳代培養(yǎng)以得到更多數(shù)量的細胞，用于神經(jīng)干細胞移植治療實驗。
答案：(1)BamHⅠ　(2)載體自連　反向連接　正向連接　(3)胰蛋白酶或膠原蛋白　細胞貼壁　(4)PCR　傳代

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