資源簡介

【備考2024】生物高考一輪復習
第38講　基因工程及生物技術的安全性與倫理問題
[課標要求] 1.概述基因工程是在遺傳學、微生物學、生物化學和分子生物學等學科基礎上發展而來的2.闡明DNA重組技術的實現需要利用限制性內切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具3.闡明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的獲取、基因表達載體的構建、目的基因導入受體細胞和目的基因及其表達產物的檢測鑒定等步驟4.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質5.概述人們根據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質6.舉例說明依據人類需要對原蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程7.轉基因產品的安全性引發社會的廣泛關注8.中國禁止生殖性克隆人9.世界范圍內應全面禁止生物武器
[核心素養](教師用書獨具) 1.結合生活或生產實際，舉例說出基因工程及相關技術的基本原理。(生命觀念)2.嘗試構建基因工程及蛋白質工程的流程圖。(科學思維)3.學會細胞中DNA的提取和鑒定的方法、PCR技術原理和操作。(科學探究)4.堅持正確的社會輿論導向，理性看待轉基因產品的安全性。(社會責任)
考點1　DNA重組技術的基本工具
1．基因工程的概念
基因工程是指按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫作重組DNA技術。
2．基本工具
(1)限制性內切核酸酶(限制酶)
①來源：主要是原核生物。
②作用特點：具有專一性，表現在兩個方面
a．識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列。
b．使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。
③作用結果：產生黏性末端或平末端。
A．eq \a\vs4\al()
b.
(2)DNA連接酶
①作用：將限制酶切割下來的DNA片段拼接成新的DNA分子，恢復被限制酶切開的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。
②類型
常用類型 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
(3)基因進入受體細胞的載體
①作用：將外源基因送入受體細胞。
②常用載體：質粒、噬菌體、動植物病毒。
③最常用載體：質粒。
a．本質：裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。
b．特點
1．基因工程的原理是基因重組，此種變異是定向的。 (√)
2．DNA重組技術的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體。 (×)
提示：DNA重組技術的基本工具有限制酶、DNA連接酶和載體。
3．DNA連接酶“縫合”目的基因與載體之間的氫鍵。 (×)
提示：DNA連接酶將兩個DNA片段連接形成磷酸二酯鍵。
4．大多數限制酶的識別序列由6個核苷酸組成。 (√)
5．做載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。 (√)
6．DNA粗提取時，洋蔥研磨液經紗布過濾后，應放在－4℃冰箱中放置幾分鐘。 (×)
提示：DNA粗提取時，洋蔥研磨液經紗布過濾后，應放在4℃冰箱中放置幾分鐘。
1．用兩種不同的限制酶切割目的基因的優點是什么？(選擇性必修3　P71“文字信息”)
提示：防止質粒和目的基因的自我環化及質粒和目的基因的反向連接。
2．DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？試簡要說明。(選擇性必修3　P72“旁欄思考”)
提示：不相同。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段，而DNA聚合酶連接的是單個的脫氧核苷酸。
1．限制酶的作用是______________________________________________
______________________________________________________________。
提示：能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開
2．實踐中常用某些病毒載體作為基因工程工具，除具備普通“質粒載體”的條件外，還應具有的條件是________________________________________
_____________________________________________________(答出兩點即可)。
提示：對靶細胞具有較高的轉化效率；不能增殖，對細胞無害
1．與DNA有關的酶的比較
名稱 作用部位 作用底物 作用結果
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DNA單鏈末端
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分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈
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RNA單鏈末端
2．限制酶的選擇方法
圖甲　　　　　　　圖乙
根據目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類。
(1)應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部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。
(3)為避免目的基因和質粒的自身環化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種酶的切點)，與圖乙所示質粒連接。
1．軟米基因會導致水稻稻米合成直鏈淀粉含量降低呈現軟米特征，人們大多喜歡軟米的口感，為獲得高產軟米粳型水稻，軟米基因Wxmq與蠟質基因Wx互為等位基因，序列長度相同均為557堿基對(bp)，但基因內部出現了限制酶NlaⅢ識別位點，用限制酶NlaⅢ處理不同植株的DNA片段，獲得電泳圖如下，分析可知含有純合軟米基因的植株為哪幾個？(填植株編號)
軟米基因檢測結果
提示：1 4 5 9 10
2．限制性內切核酸酶EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側各有1個EcoRⅠ的切點，請畫出目的基因兩側被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
提示：
基因工程工具酶的應用
1．(2021·泰州高三模擬)在基因工程操作中，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，結果如圖所示。以下相關敘述中，不正確的是(　　)
A．該載體最可能為環形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的切割位點最短相距200bp
D．限制酶作用于該載體會導致氫鍵和肽鍵斷裂
D　[當僅用一種限制酶切割載體時，僅產生一種長度的DNA片段，因此該載體最有可能為環狀DNA分子，A正確；當僅用一種限制酶切割載體時，兩種限制酶切割產生的DNA片段等長，而兩種限制酶同時切割時則產生兩種長度的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；由圖可知，兩種限制酶同時切割時則產生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至少相距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。]
基因工程載體的應用
2．(2021·十堰高三模擬)如下圖為農桿菌Ti質粒的T DNA區段結構示意圖。農桿菌附著植物細胞后，T DNA首先在農桿菌中從右邊界到左邊界被剪切、復制，然后進入植物細胞并整合到染色體上，繼而誘發細胞異常生長和分裂，形成植物腫瘤。以下有關敘述不正確的是(　　)
A．Ti質粒存在于農桿菌的擬核DNA之外
B．植物腫瘤的形成與A、B兩個基因的表達有關
C．清除植物腫瘤組織中的農桿菌后腫瘤不再生長
D．利用T DNA進行轉基因時需保留LB、RB序列
C　[質粒是獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，存在于細胞質中，具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子，Ti質粒存在于農桿菌的擬核DNA之外，A正確；因為質粒整合到植物染色體上以后能誘發細胞異常生長和分裂，形成植物腫瘤，所以可推測植物腫瘤的形成與質粒上的細胞分裂素和生長素基因過量表達有關，B正確；清除植物腫瘤組織中的農桿菌后，還有整合到植物DNA上的T DNA，通過基因的復制表達也會導致腫瘤繼續生長，C錯誤；農桿菌的T DNA能整合到染色體上的前提是Ti質粒上的LB、RB序列被剪切，才能連接整合到植物細胞DNA上，D正確。]
考點2　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：在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。
(2)篩選合適的目的基因
①根據已知結構和功能進行篩選。
②利用序列數據庫和序列比對工具進行篩選。
(3)目的基因的獲取
①構建基因文庫獲取目的基因。
②利用PCR獲取和擴增目的基因
2．基因表達載體的構建——基因工程的核心
3．將目的基因導入受體細胞
4．目的基因的檢測與鑒定
1．目的基因主要指編碼蛋白質的基因。 (√)
2．Bt基因是培育轉基因抗蟲棉較為合適的目的基因。 (√)
3．DNA復制的引物使DNA聚合酶能夠從引物的5′端開始連接脫氧核苷酸。 (×)
提示：DNA復制的引物使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸。
4．PCR擴增完成后，常用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR的產物。 (√)
5．隨著轉化方法的研究，農桿菌侵染水稻、玉米等多種單子葉植物也取得了成功。 (√)
6．檢測目的基因是否表達可用抗原—抗體雜交技術。 (√)
1．你知道新冠病毒核酸檢測試劑盒的檢測原理嗎？(選擇性必修1　P82“文字信息”)
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療檢測用品，它的工作原理是從待測人員咽部采集樣本，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)。
2．利用大腸桿菌可生產出重組人胰島素，聯系前面有個細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的胰島素，可用大腸桿菌嗎？(選擇性必修3　P87“從社會中來”)
提示：不可用。大腸桿菌為原核生物，沒有真核生物所具有的內質網、高爾基體等結構，無法對核糖體合成的肽鏈進行加工。
1．為了滿足應用需要，會在載體中人工構建誘導型啟動子，其作用在于
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：當誘導物存在時，激活或抑制目的基因的表達
2．確定Bt基因是否賦予了棉花抗蟲特性以及抗性的程度，要從個體生物學水平進行鑒定，具體操作是____________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：通過采摘抗蟲棉的葉片飼喂棉鈴蟲
3．如果將某種抗性基因導入受體細胞后，僅一條染色體含抗性基因，該基因的傳遞遵循孟德爾分離定律。判斷依據是______________________________
___________________________________________________________________。
提示：僅一條染色體含有抗性基因，另一條沒有其等位基因
1．PCR技術的過程
2．基因表達載體中啟動子、終止子的來源
(1)如果目的基因是從自然界中已有的物種中分離出來的，目的基因中已含有啟動子、終止子，在構建基因表達載體時，不需要在質粒上接上特定的啟動子、終止子。
(2)如果目的基因是通過逆轉錄或人工方法合成的，則目的基因是不含啟動子和終止子的。因此，在構建基因表達載體時，需要在與質粒結合之前，在目的基因的前后端接上特定的啟動子、終止子。
1．設計引物是PCR技術關鍵步驟之一。某同學設計的兩組引物(只標注了部分堿基序列)都不合理(如圖)，請分別說明理由。
①第1組：____________________________________________；
②第2組：____________________________________________。
提示： 引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發生堿基互補配對而失效　引物Ⅰ自身折疊后會出現局部堿基互補配對而失效
2．利用以下材料，寫出培育抗蟲水稻的方案。
材料：攜帶抗蟲基因的Ti載體，農桿菌，優良水稻品種的愈傷組織，必要的化學藥品。
提示：將攜帶抗蟲基因的Ti載體導入農桿菌，將轉化成功的農桿菌與水稻愈傷組織在培養液中培養，篩選含有抗蟲基因的愈傷組織置于誘導分化培養基上繼續培養。
考查目的基因的獲取
1．(不定項)(2021·大連高三一模)PCR技術可用于遺傳多樣性的研究。下圖是對兩個跳蟲(A和B)DNA分析的實驗過程，有關敘述正確的是(　　)
A．蛋白酶可以分解組織中的蛋白質，在提取DNA時加入蛋白酶有助于釋放出DNA
B．耐高溫的DNA聚合酶能夠耐高溫，高溫下不會變性，常在PCR中用于DNA鏈的合成
C．將已知長度的DNA片段裝到凝膠上作參照，可用于估測樣本DNA片段的大小
D．陰性對照是未加DNA模板但加入PCR擴增過程所需的混合物，以監測試劑是否污染
ABCD　[蛋白酶可以分解組織中的蛋白質(如膜蛋白、染色體蛋白質)，在提取DNA時加入蛋白酶有助于釋放出DNA，A正確；耐高溫的DNA聚合酶在高溫下仍保持活性，在PCR中催化子鏈的延伸，B正確；將已知長度的DNA片段裝到凝膠上作為參照，通過對比，可以估測樣本DNA片段的大小，C正確；陰性對照是未加DNA模板，但加入PCR擴增過程所需的混合物，通過電泳結果的比較，以監測試劑是否污染，D正確。]
考查基因過程的基本操作程序
2．(2021·泰安高三模擬)核酸疫苗是將編碼某種抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)導入動物體細胞內，并通過宿主細胞的表達系統合成抗原蛋白，誘導宿主產生對該抗原蛋白的免疫應答，以達到預防和治療疾病的目的。下圖為針對某種RNA病毒抗原(S蛋白)研制DNA疫苗和RNA疫苗的思路：
下列相關敘述正確的是(　　)
A．該疫苗中核酸可作為抗原刺激人體產生體液免疫
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構建重組表達載體，其S基因應插入載體，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
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，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構建重組表達載體，其S基因應插入載體，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。]
3．(不定項)(2021·濰坊高三期末)基因工程是一種 DNA 操作技術，其表達載體的構建和檢測篩選是兩個重要步驟。下圖1為某種質粒簡圖，箭頭所指分別為限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點。已知目的基因X的兩端分別有包括EcoRⅠ、BamHⅠ在內的多種酶的酶切位點。圖2表示運用影印培養法(指在一系列平板培養基的相同位置上接種并培養出相同菌落的一種微生物培養方法)檢測表達載體是否導入大腸桿菌。下列有關敘述錯誤的是(　　)
圖1　　　　　　　　　　圖2
A．同時使用EcoRⅠ和BamHⅠ切割質粒，可避免酶切后質粒的自身環化
B．轉化方法是將質粒表達載體溶于緩沖液后與經Ca2＋處理的大腸桿菌混合
C．培養基 A 和培養基 B分別含有四環素和青霉素
D．從篩選結果分析，含目的基因X的菌落是1、2、3、5
CD　[為避免酶切后質粒的自身環化，可同時使用EcoRⅠ和BamHⅠ切割質粒，A正確；轉化方法是將質粒表達載體溶于緩沖液后與經Ca2＋處理的大腸桿菌混合，B正確；用EcoRⅠ和BamHⅠ兩種限制酶對質粒進行切割時，會破壞四環素抗性基因，但不會破壞青霉素抗性基因，因此導入重組質粒的大腸桿菌能在含有青霉素的培養基上生存，但不能在含有四環素培養基上生存，所以培養基A和培養基B分別含有青霉素、四環素，含目的基因X的菌落是4和6，C錯誤，D錯誤。]
4．(2021·全國乙卷)用DNA重組技術可以賦予生物以新的遺傳特性，創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。
回答下列問題：
(1)常用的DNA連接酶有E.coli DNA連接酶和T4 DNA連接酶。上圖中____________酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA連接酶連接。上圖中__________________酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA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____________。
(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_________，便于外源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_____________________________
______________________________________________________________。
[解析]　(1)由題圖可以看出，EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅴ切割后分別形成黏性末端、平末端、黏性末端和平末端，E.coliDNA連接酶可用于連接黏性末端，T4 DNA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復制。質粒上有限制酶切位點，該位點可被限制酶切開并使外源目的基因插入其中。在含有特定抗生素的培養基上進行選擇性培養可以將含質粒載體的細胞篩選出來。(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。
[答案]　(1)EcoR Ⅰ、Pst Ⅰ　EcoRⅠ、Sma Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅴ　(2)磷酸二酯鍵　(3)復制　限制酶切割位點　選擇性培養　(4)RNA聚合酶識別和結合的部位
考點3　基因工程的應用及蛋白質工程
1．基因工程的應用
(1)在農牧業方面的應用
①轉基因抗蟲植物。
②轉基因抗病植物。
③轉基因抗除草劑植物。
④改良植物的品質。
⑤提高動物的生長速率。
⑥改善畜產品的品質。
(2)在醫藥衛生領域的應用
①對微生物或動植物的細胞進行基因改造來生產藥物；②利用基因工程技術，讓哺乳動物批量生產藥物；③用轉基因動物作器官移植供體。
(3)在食品工業方面的應用
利用基因工程生產食品工業用酶、氨基酸和維生素等。
2．蛋白質工程
(1)概念
①基礎：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系。
②手段：改造或合成基因。
③結果：對現有蛋白質進行改造或制造出新的蛋白質。
(2)流程圖
寫出流程圖中字母代表的含義：
A．轉錄，B.翻譯，C.分子設計，D.多肽鏈，E.預期功能。
(3)蛋白質工程的應用
①利用蛋白質工程研發藥物。
②利用蛋白質工程改進或開發新的工業酶。
③在農業方面，改造光合作用相關的酶。
1．轉基因抗病農作物不需要使用農藥。 (×)
提示：轉基因抗病農作物減少了農藥的使用。
2．基因工程在農業上的應用主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗逆性的農作物。 (√)
3．利用基因工程技術，將人胰島素的基因轉入大腸桿菌后，大腸桿菌內表達出的胰島素與人的胰島素結構相同。 (×)
提示：大腸桿菌屬于原核生物，無內質網和高爾基體對核糖體產生的肽鏈進行加工，故表達出的胰島素與人的胰島素結構不同。
4．蛋白質工程常借助計算機建立蛋白質的三維結構模型。 (√)
5．對蛋白質的結構設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。 (√)
6．基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。 (√)
1．野外種植轉基因抗A害蟲植物的同時，還種植一定量的同種不抗蟲植物，可降低抗性害蟲在整個害蟲種群中所占比例的增加速率。試分析其中的原因。(選擇性必修3　P88“文字信息”)
提示：種植一定量的同種不抗蟲植物，對抗性害蟲的選擇作用減弱。
2．對天然蛋白質進行改造，應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？ 原因是什么？(選擇性必修3　P93“文字信息”)
提示：通過對基因的操作來實現基因控制蛋白質的合成。基因能遺傳給下一代。
1．用膀胱生物反應器也能生產干擾素，與乳腺生物反應器相比，其優勢是
_________________________________________________________________
____________________________________________(答出2點即可)。
提示：不受年齡限制；不受性別限制；提取簡單、高效
2．若要獲得抗鹽能力更強的抗鹽基因，可以對基因H進行改造，最終得到相應的蛋白質，該過程可以通過蛋白質工程完成，該過程的基本思路是_______
_________________________________________________________________。
提示：①預期耐鹽蛋白質的功能；②設計耐鹽蛋白質的結構；③推測應有的氨基酸序列；④找到對應的基因序列
1．乳腺生物反應器
(1)外源基因：藥用蛋白基因。
(2)表達條件：藥用蛋白基因＋乳腺中特異表達的基因的啟動子。
(3)受體細胞：哺乳動物的受精卵。
2．工程菌
(1)概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。
(2)外源基因：控制合成抗體、疫苗、激素等的基因。
(3)受體細胞：微生物細胞。
(4)特點：細菌內沒有內質網、高爾基體等，產生的藥物可能沒有活性。
(5)藥物提取：從微生物細胞中提取。
3．蛋白質工程與基因工程的比較
(1)區別
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列 獲取目的基因→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得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
(2)聯系
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。
通過對Bt蛋白質三維結構圖及氨基酸序列進行分析，發現若將該蛋白質結構中一段由14個氨基酸組成的螺旋結構缺失，結構變化后的Bt蛋白質能使棉鈴蟲具有更高的致死率。若要根據蛋白質工程的原理設計實驗對Bt蛋白進行改造，以提高其致死率，寫出其實驗設計思路。
提示：參照密碼子表，找到合成該14個氨基酸的堿基對序列所在的基因位置，將這些堿基對序列進行缺失處理。
考查基因工程的應用
1．(不定項)如圖是培育表達出人乳鐵蛋白的乳腺生物反應器的技術路線。圖中tetR表示四環素抗性基因，ampR表示氨芐青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ箭頭所示為三種限制酶的酶切位點。下列相關敘述正確的是(　　)
A．要將人乳鐵蛋白基因插入載體，需用Hind Ⅲ和BamH Ⅰ限制酶同時酶切載體和目的基因
B．圖中能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細胞中特異性表達的調控序列是復制原點
C．為檢測人乳鐵蛋白基因是否成功表達，可采用核酸分子雜交技術
D．該過程中的早期胚胎一般需要培養至桑葚胚或囊胚階段再進行胚胎移植
AD　[將人乳鐵蛋白基因插入載體，不能破壞目的基因，酶切的載體和目的基因兩端露出的黏性末端堿基序列應相同，分析可知，應選用二者共有的限制酶HindⅢ和BamHⅠ切割，A正確；能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細胞中特異性表達的調控序列是啟動子、終止子等，B錯誤；為檢測人乳鐵蛋白基因是否成功表達，可采用抗原—抗體雜交技術檢測，C錯誤；胚胎移植時，早期胚胎一般需要培養至桑葚胚或囊胚階段再進行移植，D正確。]
考查蛋白質工程及應用
2．(2021·遼寧選擇性考試)腈水合酶(N0)廣泛應用于環境保護和醫藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩定性的原因之一
B．加入連接肽需要通過改造基因實現
C．獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯
D．檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環境
D　[在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)，則N1與N0氨基酸序列有所不同，這可能是影響其熱穩定性的原因之一，A正確；蛋白質工程的作用對象是基因，即加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；N1為蛋白質，蛋白質的合成需要經過轉錄和翻譯兩個過程，C正確；酶具有高效性，檢測N1的活性需先將其置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。]
3．釀酒酵母(一種酵母菌)在無氧條件下可以將木糖轉化為乙醇。首先，木糖還原酶利用NADPH(還原性輔酶Ⅱ)轉化木糖為木糖醇，然后木糖醇脫氫酶利用NAD＋(輔酶Ⅰ)轉化木糖醇為木酮糖，后者進一步在其他條件下轉化為乙醇。科學家利用蛋白質工程對相關酶進行改造，顯著提高了乙醇的產量。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．NADPH供氫給木糖后不會轉化為NAD＋
B．若兩種酶的比例不平衡，可能會造成木糖醇積累
C．釀酒酵母的線粒體在無氧條件下基本不發揮作用
D．科學家對相關酶改造的過程中，需要合成全新的基因
D　[NADPH供氫給木糖后不會轉化為NAD＋，因為這是兩種不同的輔酶，A正確；題意顯示，木糖還原酶利用NADPH(還原性輔酶Ⅱ)轉化木糖為木糖醇，然后木糖醇脫氫酶利用NAD＋(輔酶Ⅰ)轉化木糖醇為木酮糖，在這個連續反應中，若兩種酶的比例不平衡，可能會造成木糖醇積累，B正確；釀酒酵母將木糖轉化為酒精的過程是在無氧條件下進行的，無氧呼吸的場所是細胞質基質，故線粒體在無氧條件下基本不發揮作用，C正確；科學家對相關酶改造的過程中，并不需要合成全新的基因，而是對原有基因進行必要的修飾，D錯誤。]
考點4　(探究·實踐)DNA的粗提取與鑒定和DNA片段的擴增及電泳鑒定
1．DNA的粗提取與鑒定
(1)實驗原理
(2)實驗步驟
2．DNA片段的擴增及電泳鑒定
實驗基礎
(1)PCR原理：利用了DNA的熱變性原理，通過調節溫度來控制DNA雙鏈的解聚與結合。
(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分子的大小和構象等有關。
3．實驗步驟
(1)DNA片段的擴增
(2)DNA片段的電泳鑒定
①根據待分離DNA片段的大小，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液，一般配制質量體積比為0.8%～1.2%的瓊脂糖溶液。在沸水浴或微波爐內加熱至瓊脂糖熔化。稍冷卻后，加入適量的核酸染料混勻。
②將溫熱的瓊脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合適大小的梳子，以形成加樣孔。
③待凝膠溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝膠放入電泳槽內。
④將電泳緩沖液加入電泳槽中，電泳緩沖液沒過凝膠1_mm為宜。
⑤將擴增得到的PCR產物與凝膠載樣緩沖液(內含指示劑)混合，再用微量移液器將混合液緩慢注入凝膠的加樣孔內。留一個加樣孔加入指示分子大小的標準參照物。
⑥接通電源，根據電泳槽陽極至陰極之間的距離來設定電壓，一般為1～5 V/cm。待指示劑前沿遷移接近凝膠邊緣時，停止電泳。
⑦取出凝膠置于紫外燈下觀察和照相。
1．DNA粗提取中的注意事項
(1)本實驗不能用哺乳動物成熟的紅細胞作實驗材料，原因是哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核(無DNA)。可選用雞血細胞作材料。
(2)加入洗滌劑后，動作要輕緩、柔和，否則容易產生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免加劇DNA分子的斷裂，導致DNA分子不能形成絮狀沉淀。
(3)二苯胺試劑要現配現用，否則會影響鑒定的效果。
(4)提取植物細胞的DNA時，加入的洗滌劑能溶解細胞膜，有利于DNA的釋放；加入食鹽(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。
(5)在DNA進一步提純時，選用冷卻的95%的酒精溶液的作用是溶解雜質和析出DNA。
2．DNA片段的擴增及電泳鑒定的注意事項
(1)為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌處理。
(2)緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。
(3)在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。
(4)在進行操作時，一定戴好一次性手套。
1．(2021·江蘇百校高三聯考)如圖是“DNA的粗提取和鑒定”實驗中幾個重要操作的示意圖，下列敘述錯誤的是(　　)
①　　　　②　　　③　　　 ④
A．圖①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白質可溶于酒精
B．圖①和圖③都需用玻棒沿一個方向輕緩攪拌，以防止破壞DNA
C．若圖③操作后接圖②操作，則DNA留在濾液中
D．若圖④操作后接圖②操作，則DNA留在紗布上
B　[DNA不溶于酒精，95%的冷酒精凝集效果最佳，所以圖①的原理是DNA不溶于酒精，某些蛋白質可溶于酒精，以便除去溶于酒精的雜質，提取含雜質較少(或較純凈)的DNA，A正確；圖①玻璃棒逆時針方向攪拌，目的是提取出含雜質較少的DNA，圖③玻璃棒順時針方向攪拌，目的是溶解細胞核內的DNA，B錯誤；圖③操作是加入蒸餾水，破碎細胞，圖②操作是過濾，獲取含DNA的濾液，使DNA留在濾液中，C正確；圖④操作是去除濾液中雜質，析出DNA，圖②操作是過濾，將DNA留在紗布上，D正確。]
2．下列有關“DNA粗提取與鑒定”實驗的敘述，正確的是(　　)
A．用蒸餾水使家兔的紅細胞漲破，可獲取富含DNA的濾液
B．植物材料需先用洗滌劑破壞細胞壁再吸水脹破，釋放DNA
C．DNA 不溶于95%的冷酒精，但可溶于2 mol/L的NaCl溶液
D．鑒定DNA時，應將絲狀物直接加入到二苯胺試劑中并進行沸水浴
C　[兔屬于哺乳動物，哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核，不能用于DNA的粗提取，A錯誤；植物材料需先用洗滌劑溶解細胞膜，B錯誤；DNA不溶于95%的冷酒精和0.14 mol/L的NaCl溶液，而溶于2 mol/L的NaCl溶液，C正確；將絲狀物溶于2 mol/L的NaCl溶液后加入二苯胺試劑，沸水浴冷卻后呈藍色，D錯誤。]
3．(2021·黃岡高三二模)不對稱PCR是利用不等量的一對引物來產生大量單鏈DNA的方法。這兩種引物分別為限制性引物與非限制性引物，其最佳比例一般為1∶50～1∶100，在PCR反應的最初10～15個循環中，其擴增產物最初主要是雙鏈DNA，但當限制性引物消耗完后，非限制性引物引導的PCR就會產生大量的單鏈DNA。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．可以利用不對稱PCR 來制備探針
B．復性溫度過高可能導致PCR反應得不到任何擴增產物
C．用不對稱PCR方法擴增目的基因時需知道基因的全部序列
D．因為雙鏈DNA和單鏈DNA的分子量大小不同，可通過電泳方法將其分離
C　[探針也是單鏈DNA，根據題意可知不對稱PCR可用來合成大量的單鏈DNA，A正確；復性溫度過高會導致引物無法與模板結合，從而無擴增產物形成，B正確；PCR時不需要知道擴增基因的全部序列，只需要知道兩端的部分序列即可，C錯誤；單鏈DNA和雙鏈DNA的分子量不同，電泳可以將其分離，D正確。]
4．(不定項)(2021·揚州高三模擬)20世紀70年代，Fred sanger發明了雙脫氧終止法對DNA進行測序。其原理如圖，在4個試管中分別加入4種脫氧核苷三磷酸(dNTP)和1種雙脫氧核苷三磷酸(ddNTP)；ddNTP可以與dNTP競爭核苷酸鏈延長位點，并終止DNA片段的延伸。在4個試管中DNA鏈將會分別在A、C、G及T位置中止，并形成不同長度的DNA片段。這些片段隨后可被電泳分開并顯示出來。下列說法中錯誤的是(　　)
A．這種測序方法需要引物和耐高溫的DNA連接酶
B．電泳圖譜中的箭頭所指的DNA片段以鳥嘌呤結尾
C．測得未知DNA的序列為5′ GATTCGAGCTGA 3′
D．ddNTP與dNTP競爭的延長位點是核苷酸鏈的5′末端
ACD　[PCR測序需要引物和耐高溫的DNA聚合酶，A錯誤；電泳圖譜中的箭頭所指的DNA片段以鳥嘌呤結尾，B正確；由圖可知：測得未知DNA的序列為5′ TCAGCTCGAATC 3′，C錯誤；ddNTP與dNTP競爭的延長位點是核苷酸鏈的3′末端，D錯誤。]
考點5　生物技術的安全性和倫理問題
1．轉基因成果
(1)基因工程中研究最早、最廣泛和取得實際應用成果最多的領域是對微生物的基因改造。
(2)轉基因動物方面，科學家將生長激素基因、促生長激素釋放激素基因等轉入動物體內，培育了一批生長迅速、營養品質優良的轉基因家禽、家畜；轉基因植物方面，目前已經培育出了大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑和耐儲藏等新性狀的作物。
(3)種植轉基因植物面積較大的國家有美國、巴西、阿根廷、加拿大等；種植的轉基因作物中大豆和玉米最多，其次是棉花和油菜。
(4)對轉基因產品安全性的爭論及理性看待轉基因技術
①人們具有不同的價值觀取向，因此對轉基因技術就會產生不同見解。
②轉基因作為一項技術本身是中性的，由這項技術研發出來的產品需要經過一系列的安全性評價。
2．關注生殖性克隆人
(1)生殖性克隆：指通過克隆技術產生獨立生存的新個體。
(2)治療性克隆：指利用克隆技術產生特定的細胞、組織和器官，用它們來修復或替代受損的細胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的。
(3)我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。
3．禁止生物武器
(1)種類：致病菌類、病毒類、生化毒劑類等。
(2)中國政府的態度：在任何情況下不發展、不生產、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術和設備的擴散。
1．轉基因技術已被用于減少啤酒酵母雙乙酰的生成。 (√)
2．理性看待轉基因技術，最重要的是，要靠確鑿的證據和嚴謹的邏輯進行思考和辯論。 (√)
3．可以運用重組DNA技術進行生殖性克隆人研究。 (×)
提示：不允許任何人進行生殖性克隆人研究。
4．生物武器僅包括病毒類。 (×)
提示：生物武器包括致病菌類、病毒類和生化毒劑類等。
5．提供骨髓中的造血干細胞并不會對嬰兒的健康造成損傷。 (√)
6．克隆動物實驗存在流產率高、胎兒畸形率高和出生后死亡率高等問題。 (√)
1．將來自玉米的α 淀粉酶基因與目的基因一起轉入植物中，可以防止轉基因花粉傳播的原因是什么？(選擇性必修3P102“相關信息”)
提示：由于α 淀粉酶基因可以阻斷淀粉儲藏使花粉失去活性，因而可以防止轉基因花粉的傳播。
2．我國科學家用4種小分子化合物誘導小鼠的成纖維細胞轉變成了iPS細胞，這種誘導方法與轉入相關因子誘導產生iPS細胞相比，其優點是什么？(選擇性必修3　P108“文字信息”)
提示：避免了轉入相關因子誘導iPS細胞可能帶來的致癌風險。
1．轉基因植物所攜帶的目的基因可能傳遞給非轉基因植物，造成基因污染。如果將目的基因導入葉綠體DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：葉綠體基因不會通過花粉傳給下一代
2．治療性克隆獲得的組織器官在移植時一般不會出現排異反應，其根本原因是什么？___________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：治療性克隆獲得的組織和器官的絕大多數遺傳物質和患者相同
比較試管嬰兒和設計試管嬰兒
(1)試管嬰兒和設計試管嬰兒過程(如圖所示)
(2)試管嬰兒和設計試管嬰兒的異同點
項目 試管嬰兒 設計試管嬰兒
不同點 過程 無圖中d過程 多出圖中d過程
技術手段 無須進行遺傳學診斷 進行遺傳學診斷
應用 主要解決不孕夫婦的生育問題 主要用于白血病、貧血癥等遺傳疾病的預防及治療
相同點 二者都是體外受精、體外進行早期胚胎培養，再經過胚胎移植，從生殖方式上都為有性生殖
1．世界首例抗乳腺癌“設計試管嬰兒”的誕生引發了倫理爭議，請你說明反對這一技術應用于人類的理由。
提示：在“設計試管嬰兒”過程中需對胚胎進行篩選，這是對生命的不負責任；含有致癌基因的胚胎在長大成人后，也有不患病的可能；基因篩選會在不久的將來愈演愈烈，最終變成從相貌、智力等方面對人類胚胎事先進行篩選，變成名副其實“設計”出來的嬰兒(答對一點即可，其他合理答案也可)。
2．嘗試寫出禁止生物武器的理由。
提示：生物武器包括致病菌、病毒、生化毒劑，以及經過基因重組的致病菌等。把這些病原體直接或通過食物、生活必需品等散布到敵方，可以對軍隊和平民造成大規模殺傷等后果。
考查生物技術的安全性
1．下列關于“轉基因”的敘述，錯誤的是(　　)
A．轉入的外源基因有可能使作物的其他基因的表達受到影響
B．被轉移的基因是功能已知的基因，人們對它們研究得已經相當透徹，絕對不會引起安全性問題
C．在“轉基因”的過程中，必須用到工具酶
D．轉基因技術成果已進入人類的生產和生活，特別是在醫藥和農業生產上發揮了極大的作用
B　[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等都了解相當有限，再加上轉移的基因雖然是功能已知的基因，但不少卻是異種生物的基因，因此可能會引起安全性問題，B錯誤。]
2．下面關于生物武器的敘述，錯誤的是(　　)
A．世界各國都應當禁止在任何情況下生產、儲存和發展生物武器
B．生物武器利用致病菌、病毒、生化毒劑、干擾素及重組致病菌等形成殺傷力
C．生物武器傳染性強、作用范圍廣，應嚴格禁止
D．消除生物武器威脅、防止生物武器擴散是生物安全防控的重要方面
B　[干擾素為細胞因子，非生物武器，B錯誤。]
考查生物技術的倫理問題
3．(2021·房山區高三模擬)為有效防范由各類生物因子、生物技術誤用濫用等引起的生物性危害，生物安全已納入國家安全體系。以下選項中會給我國帶來生物安全風險的是(　　)
A．將新冠患者的血漿采集后注射到危重患者體內
B．試管嬰兒通過基因篩查技術阻斷遺傳疾病的遺傳
C．利用生物技術改造的工程菌獲得大量的抗生素
D．克隆技術可應用到器官移植但不能進行人體克隆
A　[新冠患者的血漿中可能含有病毒，采集后是不可以直接輸入到任何人身體里的，輸入到危重患者身體里存在安全隱患，與題意相符，A正確；試管嬰兒可以通過基因篩選技術來阻斷遺傳疾病的遺傳，因此經過一定的技術手段可以避免安全風險，與題意不符，B錯誤；利用生物技術改造的工程菌獲得大量的抗生素已經投入生產，一般不會帶來生物安全風險，與題意不符，C錯誤；克隆技術可以克隆器官，但是不可以進行人體克隆，這樣可以避免影響倫理道德，與題意不符，D錯誤。]
1．核心概念
(1)(選擇性必修3 P67)基因工程：按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。
(2)(選擇性必修3 P72)質粒：一種裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。
(3)(選擇性必修3 P76)目的基因：指在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。
(4)(選擇性必修3 P81)轉化：指目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。
(5)(選擇性必修3 P84)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。
(6)(選擇性必修3 P106)生殖性克隆是指通過克隆技術產生獨立生存的新個體。治療性克隆是指利用克隆技術產生特定的細胞、組織和器官，用它們來修復或替代受損的細胞、組織和器官，從而達到治療疾病的目的。
2.結論語句
(1)(選擇性必修3 P71)限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。
(2)(選擇性必修3 P72)載體上有特殊的標記基因，便于重組DNA分子的篩選。
(3)(選擇性必修3 P74)DNA不溶于酒精，但某些蛋白質溶于酒精，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質。
(4)(選擇性必修3 P77)PCR反應需要在一定的緩沖溶液中才能進行，需提供DNA模板，分別與兩條模板鏈結合的2種引物，4種脫氧核糖核苷酸和耐高溫的DNA聚合酶。
(5)(選擇性必修3 P80)基因表達載體是載體的一種，除目的基因、標記基因外，還必須含有啟動子、終止子等。
(6)(選擇性必修3 P84)在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
(7)(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。
(8)(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。
(9)(選擇性必修3 P103)理性看待轉基因技術，最重要的是，要靠確鑿的證據和嚴謹的邏輯進行思考和辯論。
(10)(選擇性必修3 P108)我國政府一再重申四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。
1．(2020·江蘇高考)生物學實驗常呈現“五顏六色”的變化。下列實驗中溶液顏色變化的敘述正確的是(　　)
A．在新鮮的梨汁中加入斐林試劑，混勻后在加熱條件下由無色變成磚紅色
B．在厭氧發酵的果汁中加入酸性重鉻酸鉀溶液，混勻后由藍色變成灰綠色
C．在DNA溶液中加入二苯胺試劑，混勻后在沸水浴條件下逐漸變成藍色
D．在氨基酸溶液中加入雙縮脲試劑，混勻后逐漸變成紫色
C　[斐林試劑為藍色，在新鮮的梨汁中加入斐林試劑，混勻后在加熱條件下由藍色變成磚紅色，A錯誤；厭氧發酵時果汁中有酒精生成，在厭氧發酵的果汁中加入酸性重鉻酸鉀溶液，混勻后由橙色變成灰綠色，B錯誤；在DNA溶液中加入二苯胺試劑，混勻后在沸水浴條件下逐漸變成藍色，C正確；蛋白質和多肽中含有肽鍵，與雙縮脲試劑可發生作用，產生紫色反應，但氨基酸中不含有肽鍵，不能與雙縮脲試劑發生紫色反應，D錯誤。]
2．(2021·廣東選擇性考試)非細胞合成技術是一種運用合成生物學方法，在細胞外構建多酶催化體系，獲得目標產物的新技術，其核心是各種酶基因的挖掘、表達等。中國科學家設計了4步酶促反應的非細胞合成路線(下圖)，可直接用淀粉生產肌醇(重要的醫藥食品原料)，以期解決高溫強酸水解方法造成的嚴重污染問題，并可以提高生產率。
回答下列問題：
(1)研究人員采用PCR技術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。表達載體轉化大腸桿菌時，首先應制備____________細胞。為了檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白，需要采用的方法有_____________。
(4)依圖所示流程，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體系。若這些酶最適反應條件不同，可能導致的結果是________________________。在分子水平上，可以通過改變______________，從而改變蛋白質的結構，實現對酶特性的改造和優化。
[解析]　(1)獲得目的基因的方法除PCR技術外，還有從基因文庫中獲取、人工合成等方法。(2)蛋白酶可分解蛋白質，但不會分解DNA；蛋白質在高溫條件下會變性失活，而DNA雖然在高溫時會變性，但在低溫時又會復性，因此在制備高質量的DNA模板時，去除蛋白可采用酶解法或高溫處理。(3)將大腸桿菌作為基因工程的受體細胞時，首先應用Ca2＋處理，使其成為能吸收外界DNA的感受態細胞。檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白可采用抗原—抗體雜交技術。(4)酶的作用條件有適宜的溫度、pH等，溫度過低，酶的活性會降低，溫度過高、強酸或強堿的情況下，酶的活性會降低甚至失活，依據題圖所示流程，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體系，這4種酶的最適反應條件不同，會導致可溶性淀粉的分解效率降低。可通過蛋白質工程實現對酶特性的改造和優化，在分子水平上，改變酶相應基因的堿基序列，從而改變酶蛋白的結構，最終實現優化酶特性的目的。
[答案]　(1)從基因文庫中獲取、人工合成　(2)酶解法(使用蛋白酶進行水解)、高溫處理　(3)感受態　抗原—抗體雜交技術　(4)可溶性淀粉的分解效率降低　酶相應基因的堿基序列
3．(2020·江蘇高考改編)如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側的序列，具體流程如圖(以EcoRⅠ酶切為例)：
請據圖回答問題：
(1)步驟Ⅰ用的EcoRⅠ是一種______________酶，它通過識別特定的________切割特定位點。
(2)步驟Ⅱ用的DNA連接酶催化相鄰核苷酸之間的3′ 羥基與5′ 磷酸間形成________；PCR循環中，升溫到95 ℃是為了獲得________；耐高溫的DNA聚合酶的作用是催化________________。
(3)若如表所列為已知的DNA序列和設計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是________(從引物①②③④中選擇，填編號)。
DNA序列(虛線處省略了部分核苷酸序列)
已知序列
PCR引物 ①5′ AACTATGCGCTCATGA 3′②5′ GCAATGCGTAGCCTCT 3′③5′ AGAGGCTACGCATTGC 3′④5′ TCATGAGCGCATAGTT 3′
(4)對PCR產物測序，經分析得到了片段F的完整序列。下列DNA單鏈序列中(虛線處省略了部分核苷酸序列)，結果正確的是________。
A．5′ AACTATGCG┈┈AGCCCTT 3′
B．5′ AATTCCATG┈┈CTGAATT 3′
C．5′ GCAATGCGT┈┈TCGGGAA 3′
D．5′ TTGATACGC┈┈CGAGTAC 3′
[解析]　(1)根據題圖可知，步驟Ⅰ是獲取目的DNA片段，所用的酶EcoR Ⅰ是一種限制酶，其能識別特定的核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(2)步驟Ⅱ是將目的DNA片段連接成環狀，其中DNA連接酶的作用是催化相鄰核苷酸之間的3′ 羥基和5′ 磷酸間形成磷酸二酯鍵。PCR循環中，升高溫度到95 ℃是為了打開氫鍵使雙鏈解旋，獲得DNA單鏈，Taq DNA聚合酶的作用是催化游離的脫氧核苷酸連接到引物3′端，合成DNA子鏈。(3)引物的作用是使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始延伸DNA子鏈，因為DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸，故為擴增未知序列，選擇的與模板鏈相結合的引物應為5′ TCATGAGCGCATAGTT 3′(引物④)和5′ GCAATGCGTAGCCTCT 3′(引物②)。(4)分析題意可知，片段F的兩端為限制酶EcoR Ⅰ切割后產生的黏性末端，因此其5′端序列應為AATT ，3′端序列應為 TTAA，B正確。
[答案]　(1)限制性內切核酸(或限制)　核苷酸序列　(2)磷酸二酯鍵　DNA單鏈　以DNA為模板的DNA鏈的延伸　(3)②④　(4)B
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