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新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题9生物技术与工程第3讲基因工程与生物技术的安全性和伦理问题课件
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这是一份新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题9生物技术与工程第3讲基因工程与生物技术的安全性和伦理问题课件，共60页。PPT课件主要包含了一种特定的核苷酸，标记基因可用，酵母菌，RNA聚合酶，终止子，启动子，密码子，具有简并性，进行表达，野生型等内容，欢迎下载使用。
专题九 生物技术与工程
第三讲 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题
融会贯通·构建知识网络
概念辨析·筛查知识漏洞
深挖教材·练习长句描述
重难盘查·突破核心考点
课标自省·明确备考方向
1．利用PCR扩增目的基因需使用解旋酶。( )2．PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是延伸。( )3．限制酶能够识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的氢键断开。( )4．在进行基因工程操作中，被用作载体的质粒都是天然质粒。( )5．构建基因表达载体过程中通常用同种限制酶切割质粒和目的基因。( )
6．基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于筛选含有基因表达载体的受体细胞，终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。( )7．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C导入菊花中，用PCR等技术检测C基因是否整合到菊花染色体上。( )8．进行电泳时，带电分子会向着与其所带电荷相同的电极移动。( )9．农杆菌中的Ti质粒上的基因可全部整合到受体细胞染色体上。( )
10．DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液。( )11．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。( )12．基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是微生物基因工程。( )13．理性看待转基因技术，最重要的是要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。( )
14．我国对转基因技术的方针是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。( )15．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者体内，进行基因治疗，不会遗传给子代。( )16．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。( )17．“设计试管婴儿”与“试管婴儿”技术没有什么不同。( )18．转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中。( )19．生物武器是造价昂贵，却具有大规模杀伤性的武器。( )20．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的基因多样性。( )
1．限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别______________________，并在特定的位点进行切割。限制酶主要来源于原核生物，不能切割原核细胞自身DNA分子的原因是_________________________________________________________________。2．识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的不同限制酶，被称为同尾酶。在基因工程中使用同尾酶的意义是______________________________________________。
原核生物DNA分子中不存在该酶
的识别序列或识别序列已经被修饰
建基因表达载体时，扩大切割位点的选择范围
3．构建基因表达载体的目的是_______________________________________________________________________________________。4．不能将目的基因插入载体的标记基因中，是因为_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
于鉴定目的基因是否成功导入受体细胞，以便将含目的基因的细胞筛选出来，若标记基因中有目的基因插入，则标记基因被破坏，无法进行后续的鉴定和筛选
并且可以遗传给下一代；同时使目的基因能够表达和发挥作用
使目的基因在受体细胞中稳定存在，
5．基因工程不能完全满足人们生产和生活的需要，是因为基因工程原则上_________________________________。6．通过对基因进行操作来实现对天然蛋白质的改造的原因有______________________________________________________________________________________________________________________________。
只能生产自然界中已存在的蛋白质
质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；改造后的基因可以遗传给下一代，直接对蛋白质进行改造无法遗传给后代
7．利用基因工程的方法，通过大肠杆菌直接生产出的人的胰岛素不能直接利用，原因是_______________________________________________________________________________________________。科研人员发现，利用酵母菌也不能生产出成熟的人胰岛素，原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
大肠杆菌无内质网、高尔基体，无法对胰岛素
(或胰岛素原)进行进一步加工，因此不能得到成熟的胰岛素
有内质网、高尔基体，但细胞内可能缺乏加工胰岛素(或胰岛素原)的基因，也没有可以加工胰岛素(或胰岛素原)的酶，因此，也不能得到成熟的胰岛素
8．常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是__________________________________________________________________________________________________________。
获取蛋白S基因→构建蛋白S基因与载体的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定(检测受体能否产生蛋白S)
核心考点一 基因工程 1.基因工程的理论基础
2.基因工程的基本工具
3.基因工程的操作程序(1)目的基因的筛选和获取①筛选合适的目的基因可采用测序、序列数据库和序列对比工具查询。②利用PCR获取和扩增目的基因首先从细胞中提取含有目的基因的DNA分子，然后以该DNA分子为模板通过PCR技术扩增出目的基因。a．原理：DNA半保留复制b．条件：模板DNA、引物、游离的脱氧核苷酸、热稳定的DNA聚合酶。
(2)基因表达载体的构建①基因表达载体模式图
②基因表达载体的构建过程
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
4.基因工程的应用(1)在农牧业方面：改良动植物品质；提高作物和畜产品的产量。(2)医药卫生领域：生产药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等；用转基因动物作器官移植的供体。注意重点关注“乳腺生物反应器”：①外源基因：药用蛋白基因②表达条件：药用蛋白基因＋乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件③受体细胞：哺乳动物的受精卵。(3)食品方面的应用：生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。(4)基因工程在其他方面的应用：培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物生产能源等。
常考题型一 基因工程的工具和过程 (2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A．若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同B．若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因C．若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D．若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
【解析】 若用HindⅢ酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，A正确；若用PvuⅠ酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B正确；DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段，重组质粒的大小与质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C正确；SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用SphⅠ酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在含Tet的培养基中不能形成菌落，D错误。故选D。
(2023·新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.cli DNA连接酶连接B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4DNA连接酶连接C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4DNA连接酶连接D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.cli DNA连接酶连接
【解析】 酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。故选C。
(2023·全国甲卷改编)接种疫苗是预防传染病的一项重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的传播，降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原(一种病毒蛋白)。回答下列问题。(1)接种上述重组乙肝疫苗不会在人体中产生乙肝病毒，原因是___________________________________________________。
乙肝疫苗成分为蛋白质，无法独立在宿主体内增殖
(2)制备重组乙肝疫苗时，需要利用重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因(目的基因)导入酵母细胞中表达。重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因，抗生素抗性基因的作用是____________。能识别载体中的启动子并驱动目的基因转录的酶是____________。(3)若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白，请简要写出实验思路：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
通过设计相应引物，用PCR技术检测目的基因是否插入酵母细胞染色体和目的基因是否转录形成mRNA。通过使用相应抗体，利用抗原—抗体杂交技术，检测mRNA是否翻译形成蛋白质
【解析】 (1)重组乙肝疫苗的成分是乙肝病毒表面的一种病毒蛋白。蛋白质注入人体后，无法完成病毒遗传物质的复制与蛋白质的合成，无法独立增殖。(2)抗生素抗性基因作为标记基因，用于转化细胞的筛选。RNA聚合酶结合目的基因启动子并驱动转录。(3)要检测出目的基因是否表达，首先用PCR技术检测目的基因是否插入染色体，再用PCR技术检测目的基因是否转录出mRNA，最后用抗原—抗体杂交技术检测mRNA是否翻译出相应蛋白质。
(2023·全国乙卷部分)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。(1)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为_______；②为________，其作用是__________________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是_________________________________________________________________。
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录
鉴别受体细胞中是否含有目的基因，
从而将含有目的基因的细胞筛选出来
(2)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是______________________ (答出1点即可)。(3)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是________________________________________________________________。
将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌中
【解析】 (1)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等，且基因的转录方向为从启动子到终止子，故图中①为终止子，②为启动子，启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因。(2)正常情况下，GFP突变基因应该不发绿色荧光，而大肠杆菌有的发绿色荧光，从密码子特点的角度分析，原因是密码子具有简并性，即一种氨基酸可能
由一种或多种密码子决定。(3)基因工程研究中常用的真核表达系统有酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌中进行表达，如果酵母菌发出黄色荧光，说明YFP基因能在真核细胞中表达，反之则不能在真核细胞中表达。
归纳提升：1．基因表达载体中启动子、终止子的来源(1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。(2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，无法转录，因此，在构建基因表达载体时，需要在目的基因与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。
2．载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以筛选出转入载体的受体细胞，原理如下图所示：
常考题型二 PCR技术与电泳技术 (2023·湖北卷)某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是( )A．52% B．27%C．26% D．2%
【解析】 分析电泳图，含A3基因的个体有2个A3A3,15个A1A3,35个A2A3，所以A3的基因频率是：(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100%＝27%，B正确。故选B。
(2023·浙江6月卷)某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata 3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata 3－GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。
下列叙述正确的是( )A．Gata 3基因的启动子无法控制GFP基因的表达B．翻译时先合成Gata蛋白，再合成GFP蛋白C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata 3－GFP基因纯合子D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子
【解析】 分析图中可知，启动子在左侧，GFP基因整合在Gata 3基因的右侧，启动子启动转录后，可以使GEP基因转录，Gata 3基因的启动子能控制GFP基因的表达，A错误；因启动子在左侧，转录的方向向右，合成的mRNA从左向右为5′→3′，刚好是翻译的方向，所以翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；整合GFP基因后，核酸片段变长，2号个体只有大片段，所以是Gata 3－GFP基因纯合子，4号个体只有小片段，是野生型，C错误；用引物1和引物3进行PCR扩增，扩增出的片段大小差异较小，无法较好的区分片段，D错误。故选B。
(2023·广东卷)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n＝10)进行诱变筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序，发现野生型DAI基因发生一个碱基G到A的替换，突变后的基因为隐性基因，据此推测突变体的表型与其有关，开展相关实验。回答下列问题：(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与___________植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DAI基因，用限制性内切核酸酶对PCR产物和_________进行切割，用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DAI基因可以正常表达，其上下游序列需具备________________。
(3)转化后，T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下，选出单一位点插入的植株，并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(如图)，用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0代植株并自交，将T1代种子播种在选择培养基上，能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了______________________________。②T1代阳性植株自交所得的T2代种子按单株收种并播种于选择培养基，选择阳性率约_____%的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2代阳性植株_______(填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基，阳性率达到______%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。为便于在后续研究中检测该突变，研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段，再使用限制性内切核酸酶X切割产物，通过核酸电泳即可进行突变检测，相关信息见下，在电泳图中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
【答案】 (3)③见解析图【解析】 (1)根据题干信息可知，突变后的基因为隐性基因，则野生型DAI基因为显性基因，因此采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与野生型植株的种子大小相近。(2)利用PCR技术扩增DAI基因后，应该用同种限制性核酸内切酶对DAI基因和运载体进行切割，再用DNA连接酶将两者连接起来；在基因表达载体中，启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端，因此为确保插入的DAI基因可以正
常表达，其上下游序列需具备启动子和终止子。(3)①根据题干信息和图形分析，将T0代植株的花序浸没在农杆菌(T-DNA上含有DAI基因和卡那霉素抗性基因)液中转化，再将获得的T1代种子播种在选择培养基(含有卡那霉素)上，若在选择培养基上有能够萌发并生长的阳性个体，则说明含有卡那霉素抗性基因，即表示其基因组中插入DAI基因和卡那霉素抗性基因。②T1代阳性植株都含有DAI基因，由于T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点，所以不确定是单一位点插入还是多位点插入，若是单一位点插入，相当于一对等位基因的杂合子，其自交后代应该出现3∶1的性状分
离比，而题干要求选出单一位点插入的植株，因此应该选择阳性率约75%的培养基中幼苗继续培养。③将以上获得的T2代阳性植株自交，再将得到的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基上，若某培养基上全部为具有卡那霉素抗性的植株即为需要选择的植株，即阳性率达到100%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。根据图形分析，野生型和突变型基因片段的长度都是150bp，野生型的基因没有限制酶X的切割位点，而突变型的基因有限制酶X的切割位点，结合图中的数据分析可知电泳图中，野生型只有150bp，突变型有50bp和100bp，如图：
(2023·全国甲卷改编)为了研究蛋白质的结构与功能，常需要从生物材料中分离纯化蛋白质。某同学用凝胶色谱法从某种生物材料中分离纯化得到了甲、乙、丙3种蛋白质，并对纯化得到的3种蛋白质进行SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳，结果如图所示(“＋”“－”分别代表电泳槽的阳极和阴极)。已知甲的相对分子质量是乙的2倍，且甲、乙均由一条肽链组成。回答下列问题。
(1)图中甲、乙、丙在进行SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳时，迁移的方向是__________ (填“从上向下”或“从下向上”)。(2)图中丙在凝胶电泳时出现2个条带，其原因是______________________。(3)假设甲、乙、丙为3种酶，为了减少保存过程中酶活性的损失，应在____________(答出1点即可)条件下保存。
【解析】 (1)电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。电泳时，分子质量越大，迁移距离越小，根据题中给出甲蛋白质的分子质量是乙的2倍，故甲的迁移距离相对乙较小，可判断出迁移方向是从上到下。(2)题中给出甲、乙均由一条肽链构成，图示凝胶电泳时甲、乙分别出现1个条带，故丙出现2个条带，说明丙是由2条肽链构成。(3)为了减少保存过程中酶活性的损失，酶应在低温条件下保存。
归纳提升：引物设计主要遵循如下原则1．引物的长度通常为20～30个核苷酸，太短则特异性不够强，太长则退火温度会比较高。2．引物G＋C含量以40%～60%为宜，太少扩增效果不佳，过多则易出现非特异条带，4种碱基最好随机分布。3．两条引物之间不能有连续4个碱基的互补配对，否则加入的引物自身形成双链得不到目的基因片段。
4．一条引物自身不能有大于4个碱基的反向重复序列或自身互补序列的存在，这种序列可形成发夹结构。如果这种结构在PCR条件下稳定，它会阻止引物和模板之间的退火。5．设计的引物在合成之前，要在DNA数据库中进行BLAST检测，以确保引物中的序列只在所扩增的基因中出现，而与其他基因不具有互补性。
核心考点二 蛋白质工程和生物技术的安全性和伦理问题 1.蛋白质工程(1)基本思路：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。(2)蛋白质工程难度很大的原因：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。(3)对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成来实现。
2.生物技术的安全性与伦理性(1)转基因产品的安全性。②理性看待转基因技术
(2)生殖性克隆人的伦理问题。①治疗性克隆与生殖性克隆②中国政府态度：不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。
(3)试管婴儿和设计试管婴儿的比较①图示过程中①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿的培育过程。②后者比前者多了胚胎移植前的“遗传学诊断”或“基因检测”。③前者主要是解决不孕夫妇的生育问题，后者可用于白血病、贫血症等的治疗。④相同点：都是体外受精，并进行体外胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。
(4)禁止生物武器。①生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂等。②中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
常考题型一 蛋白质工程 (2022·重庆卷)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是( )A．进入人体后需经高尔基体加工B．比人胰岛素多了2个肽键C．与人胰岛素有相同的靶细胞D．可通过基因工程方法生产
【解析】 胰岛素作用于细胞表面的受体，不需要经高尔基体的加工，A错误；人工长效胰岛素比人胰岛素的B链上多了两个精氨酸，氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，故多2个肽键，B正确；人工胰岛素和人胰岛素作用相同，都是降血糖的作用，故靶细胞相同，C正确；人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造，需要通过基因工程生产，D正确。
(广东卷)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )A．合成编码目的肽的DNA片段B．构建含目的肽DNA片段的表达载体C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【解析】 蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质(目的肽多肽药物)的功能(抗菌性强但溶血性弱)出发→设计预期蛋白质的空间结构→推测应有的氨基酸序列(即C项表述)→合成相应的基因(即A项表述)→构建相应的基因表达载体(即B项表述)→导入受体细胞，相应基因的表达与鉴定(即D项表述)。从中可看出，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，故选C。
(2022·湖南卷)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是_________________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是________________。
密码子的简并性
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有___________________________、_____________________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是_________________。
从基因文库中获取目的基因
通过DNA合成仪用化学方法
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的_______ (填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是_____________________________________________________________________________________。
提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不
同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间
【解析】 (1)据图可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性
有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。
(2022·天津卷)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组表达载体，技术路线如下。
据图回答：(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有____个。
(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是________。A．引入短肽编码序列不能含终止子序列B．引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列C．引入短肽不能改变A链氨基酸序列D．引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体，可形成___种DNA片段。(4)检测转化的乳酸菌发现，信号肽—重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测，信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是____________________________________。(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后，小鼠体内出现人胰岛素抗原，能够特异性识别它的免疫细胞有____________。A．B细胞 B．T细胞C．吞噬细胞 D．浆细胞
细胞质基质、细胞膜、细胞壁
【解析】 (1)从图示可知，改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列有7个核苷酸发生了替换，则其转录形成的mRNA中，也会有7个核苷酸发生改变，一个密码子由mRNA上三个连续的碱基组成，由此可知，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链，则需A、B肽链一起合成，即启动子和终止子在人胰岛素A、B链编码序列两端，在其中间加入一段短肽编码序列后，序列中间不能出现终止子，所转录得到的mRNA中间也不能出现终止密码子，同时不能改变肽链的氨基酸序列和它的功能，综上，答案选ABCD。(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶切位点
分别有2个和1个，当将重组表达载体用SacⅠ和XbaⅠ限制酶充分酶切后，会形成3个缺口，得到3种不同的DNA片段。(4)乳酸菌属于原核细胞，其细胞壁上的信号肽在核糖体上合成后，到细胞质基质中加工，再将其运输到细胞膜上，进而转移到细胞壁。(5)人胰岛素抗原能引起小鼠的特异性免疫，在特异性免疫过程中，B细胞和T细胞能特异性识别抗原，而吞噬细胞能识别抗原，但不是特异性识别，浆细胞不能识别抗原。
归纳提升：蛋白质工程与基因工程的比较
常考题型二 生物技术的安全性和伦理问题 (2023·浙江1月卷)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是( )A．试管婴儿技术应全面禁止B．治疗性克隆不需要监控和审查C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
【解析】 我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，但治疗性克隆可在有效监控和严格审查下实施，A错误；我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查，B错误；生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念，C错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，D正确。故选D。
(2019·江苏卷)下列生物技术操作对遗传物质的改造，不会遗传给子代的是( )A．将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌，筛选获得基因工程菌B．将花青素代谢基因导入植物体细胞，经组培获得花色变异植株C．将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛D．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
【解析】 将含胰岛素基因表达载体的重组质粒转入大肠杆菌获得的转基因菌，可以通过二分裂将胰岛素基因传给后代，A不符合题意；将花青素代谢基因导入植物体细胞，再经植物组织培养获得的植株所有细胞均含有花青素代谢基因，花青素代谢基因会随该植物传给后代，B不符合题意；将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛所有细胞均含有肠乳糖酶基因，可以遗传给后代，C不符合题意；该患者进行基因治疗时，只有淋巴细胞含有该腺苷酸脱氨酶基因，性原细胞不含该基因，故不能遗传给后代，D符合题意。
(重庆卷)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述，错误的是( )A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
【解析】 在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害物质的目的基因，A项正确；在对克隆技术引发的伦理问题的争论中，普遍的观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆，B项正确；在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中，反对设计试管婴儿的原因之一是可能有人滥用此技术选择性设计婴儿，C项正确；生物武器种类包括致病菌、病毒、基因重组的致病菌、生化毒剂等，不包括干扰素，干扰素是动物细胞在受到某些病毒感染后分泌的具有抗病毒功能的宿主特异性糖蛋白，D项错误。
(江苏卷)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是( )A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
【解析】 我国为保护消费者的知情权，已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度，A项正确；转基因生物是否存在安全问题，尚在争论之中，国家为了维护消费者对转基因产品的选择权和知情权，一般会加贴标注，但不会警示性注明可能的危害，B项错误；保障转基因生物安全的前提是开展风险评估、预警跟踪和风险管理等，C项正确；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上，此外还有生物安全问题，D项正确。
归纳提升：对克隆的理解克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同祖先通过无性繁殖的方法繁殖出来的一群遗传特征相同的DNA分子、细胞或个体。克隆有广义和狭义之分，广义的克隆有分子、细胞和个体三个水平的克隆；狭义的克隆是指通过细胞核移植产生重组细胞再发育成新个体。1．分子水平的克隆：即DNA复制，如PCR扩增产生相同的基因，表达载体进入受体细胞或在生物中自我复制得到大量完全相同的基因等。
专题九 生物技术与工程
第三讲 基因工程与生物技术的安全性和伦理问题
融会贯通·构建知识网络
概念辨析·筛查知识漏洞
深挖教材·练习长句描述
重难盘查·突破核心考点
课标自省·明确备考方向
1．利用PCR扩增目的基因需使用解旋酶。( )2．PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是延伸。( )3．限制酶能够识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的氢键断开。( )4．在进行基因工程操作中，被用作载体的质粒都是天然质粒。( )5．构建基因表达载体过程中通常用同种限制酶切割质粒和目的基因。( )
6．基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于筛选含有基因表达载体的受体细胞，终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。( )7．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C导入菊花中，用PCR等技术检测C基因是否整合到菊花染色体上。( )8．进行电泳时，带电分子会向着与其所带电荷相同的电极移动。( )9．农杆菌中的Ti质粒上的基因可全部整合到受体细胞染色体上。( )
10．DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液。( )11．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。( )12．基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域是微生物基因工程。( )13．理性看待转基因技术，最重要的是要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。( )
14．我国对转基因技术的方针是研究上要大胆，坚持自主创新；推广上要慎重，做到确保安全；管理上要严格，坚持依法监管。( )15．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者体内，进行基因治疗，不会遗传给子代。( )16．转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中。( )17．“设计试管婴儿”与“试管婴儿”技术没有什么不同。( )18．转基因培育的植物，理论上目的基因只存在于特定的组织中。( )19．生物武器是造价昂贵，却具有大规模杀伤性的武器。( )20．种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的基因多样性。( )
1．限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别______________________，并在特定的位点进行切割。限制酶主要来源于原核生物，不能切割原核细胞自身DNA分子的原因是_________________________________________________________________。2．识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的不同限制酶，被称为同尾酶。在基因工程中使用同尾酶的意义是______________________________________________。
原核生物DNA分子中不存在该酶
的识别序列或识别序列已经被修饰
建基因表达载体时，扩大切割位点的选择范围
3．构建基因表达载体的目的是_______________________________________________________________________________________。4．不能将目的基因插入载体的标记基因中，是因为_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
于鉴定目的基因是否成功导入受体细胞，以便将含目的基因的细胞筛选出来，若标记基因中有目的基因插入，则标记基因被破坏，无法进行后续的鉴定和筛选
并且可以遗传给下一代；同时使目的基因能够表达和发挥作用
使目的基因在受体细胞中稳定存在，
5．基因工程不能完全满足人们生产和生活的需要，是因为基因工程原则上_________________________________。6．通过对基因进行操作来实现对天然蛋白质的改造的原因有______________________________________________________________________________________________________________________________。
只能生产自然界中已存在的蛋白质
质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；改造后的基因可以遗传给下一代，直接对蛋白质进行改造无法遗传给后代
7．利用基因工程的方法，通过大肠杆菌直接生产出的人的胰岛素不能直接利用，原因是_______________________________________________________________________________________________。科研人员发现，利用酵母菌也不能生产出成熟的人胰岛素，原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
大肠杆菌无内质网、高尔基体，无法对胰岛素
(或胰岛素原)进行进一步加工，因此不能得到成熟的胰岛素
有内质网、高尔基体，但细胞内可能缺乏加工胰岛素(或胰岛素原)的基因，也没有可以加工胰岛素(或胰岛素原)的酶，因此，也不能得到成熟的胰岛素
8．常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是__________________________________________________________________________________________________________。
获取蛋白S基因→构建蛋白S基因与载体的表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定(检测受体能否产生蛋白S)
核心考点一 基因工程 1.基因工程的理论基础
2.基因工程的基本工具
3.基因工程的操作程序(1)目的基因的筛选和获取①筛选合适的目的基因可采用测序、序列数据库和序列对比工具查询。②利用PCR获取和扩增目的基因首先从细胞中提取含有目的基因的DNA分子，然后以该DNA分子为模板通过PCR技术扩增出目的基因。a．原理：DNA半保留复制b．条件：模板DNA、引物、游离的脱氧核苷酸、热稳定的DNA聚合酶。
(2)基因表达载体的构建①基因表达载体模式图
②基因表达载体的构建过程
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
4.基因工程的应用(1)在农牧业方面：改良动植物品质；提高作物和畜产品的产量。(2)医药卫生领域：生产药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等；用转基因动物作器官移植的供体。注意重点关注“乳腺生物反应器”：①外源基因：药用蛋白基因②表达条件：药用蛋白基因＋乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件③受体细胞：哺乳动物的受精卵。(3)食品方面的应用：生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。(4)基因工程在其他方面的应用：培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染；利用经过基因改造的微生物生产能源等。
常考题型一 基因工程的工具和过程 (2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A．若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同B．若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因C．若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D．若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
【解析】 若用HindⅢ酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，A正确；若用PvuⅠ酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B正确；DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段，重组质粒的大小与质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C正确；SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用SphⅠ酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在含Tet的培养基中不能形成菌落，D错误。故选D。
(2023·新课标卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.cli DNA连接酶连接B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4DNA连接酶连接C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4DNA连接酶连接D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.cli DNA连接酶连接
【解析】 酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。故选C。
(2023·全国甲卷改编)接种疫苗是预防传染病的一项重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的传播，降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原(一种病毒蛋白)。回答下列问题。(1)接种上述重组乙肝疫苗不会在人体中产生乙肝病毒，原因是___________________________________________________。
乙肝疫苗成分为蛋白质，无法独立在宿主体内增殖
(2)制备重组乙肝疫苗时，需要利用重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因(目的基因)导入酵母细胞中表达。重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因，抗生素抗性基因的作用是____________。能识别载体中的启动子并驱动目的基因转录的酶是____________。(3)若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白，请简要写出实验思路：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
通过设计相应引物，用PCR技术检测目的基因是否插入酵母细胞染色体和目的基因是否转录形成mRNA。通过使用相应抗体，利用抗原—抗体杂交技术，检测mRNA是否翻译形成蛋白质
【解析】 (1)重组乙肝疫苗的成分是乙肝病毒表面的一种病毒蛋白。蛋白质注入人体后，无法完成病毒遗传物质的复制与蛋白质的合成，无法独立增殖。(2)抗生素抗性基因作为标记基因，用于转化细胞的筛选。RNA聚合酶结合目的基因启动子并驱动转录。(3)要检测出目的基因是否表达，首先用PCR技术检测目的基因是否插入染色体，再用PCR技术检测目的基因是否转录出mRNA，最后用抗原—抗体杂交技术检测mRNA是否翻译出相应蛋白质。
(2023·全国乙卷部分)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。(1)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为_______；②为________，其作用是__________________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是_________________________________________________________________。
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录
鉴别受体细胞中是否含有目的基因，
从而将含有目的基因的细胞筛选出来
(2)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是______________________ (答出1点即可)。(3)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是________________________________________________________________。
将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌中
【解析】 (1)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等，且基因的转录方向为从启动子到终止子，故图中①为终止子，②为启动子，启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因。(2)正常情况下，GFP突变基因应该不发绿色荧光，而大肠杆菌有的发绿色荧光，从密码子特点的角度分析，原因是密码子具有简并性，即一种氨基酸可能
由一种或多种密码子决定。(3)基因工程研究中常用的真核表达系统有酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌中进行表达，如果酵母菌发出黄色荧光，说明YFP基因能在真核细胞中表达，反之则不能在真核细胞中表达。
归纳提升：1．基因表达载体中启动子、终止子的来源(1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。(2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，无法转录，因此，在构建基因表达载体时，需要在目的基因与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。
2．载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以筛选出转入载体的受体细胞，原理如下图所示：
常考题型二 PCR技术与电泳技术 (2023·湖北卷)某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是( )A．52% B．27%C．26% D．2%
【解析】 分析电泳图，含A3基因的个体有2个A3A3,15个A1A3,35个A2A3，所以A3的基因频率是：(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100%＝27%，B正确。故选B。
(2023·浙江6月卷)某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata 3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata 3－GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。
下列叙述正确的是( )A．Gata 3基因的启动子无法控制GFP基因的表达B．翻译时先合成Gata蛋白，再合成GFP蛋白C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata 3－GFP基因纯合子D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子
【解析】 分析图中可知，启动子在左侧，GFP基因整合在Gata 3基因的右侧，启动子启动转录后，可以使GEP基因转录，Gata 3基因的启动子能控制GFP基因的表达，A错误；因启动子在左侧，转录的方向向右，合成的mRNA从左向右为5′→3′，刚好是翻译的方向，所以翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；整合GFP基因后，核酸片段变长，2号个体只有大片段，所以是Gata 3－GFP基因纯合子，4号个体只有小片段，是野生型，C错误；用引物1和引物3进行PCR扩增，扩增出的片段大小差异较小，无法较好的区分片段，D错误。故选B。
(2023·广东卷)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n＝10)进行诱变筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序，发现野生型DAI基因发生一个碱基G到A的替换，突变后的基因为隐性基因，据此推测突变体的表型与其有关，开展相关实验。回答下列问题：(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与___________植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DAI基因，用限制性内切核酸酶对PCR产物和_________进行切割，用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DAI基因可以正常表达，其上下游序列需具备________________。
(3)转化后，T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下，选出单一位点插入的植株，并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(如图)，用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0代植株并自交，将T1代种子播种在选择培养基上，能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了______________________________。②T1代阳性植株自交所得的T2代种子按单株收种并播种于选择培养基，选择阳性率约_____%的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2代阳性植株_______(填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基，阳性率达到______%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。为便于在后续研究中检测该突变，研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段，再使用限制性内切核酸酶X切割产物，通过核酸电泳即可进行突变检测，相关信息见下，在电泳图中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
【答案】 (3)③见解析图【解析】 (1)根据题干信息可知，突变后的基因为隐性基因，则野生型DAI基因为显性基因，因此采用农杆菌转化法将野生型DAI基因转入突变体植株，若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与野生型植株的种子大小相近。(2)利用PCR技术扩增DAI基因后，应该用同种限制性核酸内切酶对DAI基因和运载体进行切割，再用DNA连接酶将两者连接起来；在基因表达载体中，启动子位于目的基因的首端，终止子位于目的基因的尾端，因此为确保插入的DAI基因可以正
常表达，其上下游序列需具备启动子和终止子。(3)①根据题干信息和图形分析，将T0代植株的花序浸没在农杆菌(T-DNA上含有DAI基因和卡那霉素抗性基因)液中转化，再将获得的T1代种子播种在选择培养基(含有卡那霉素)上，若在选择培养基上有能够萌发并生长的阳性个体，则说明含有卡那霉素抗性基因，即表示其基因组中插入DAI基因和卡那霉素抗性基因。②T1代阳性植株都含有DAI基因，由于T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点，所以不确定是单一位点插入还是多位点插入，若是单一位点插入，相当于一对等位基因的杂合子，其自交后代应该出现3∶1的性状分
离比，而题干要求选出单一位点插入的植株，因此应该选择阳性率约75%的培养基中幼苗继续培养。③将以上获得的T2代阳性植株自交，再将得到的T3代种子按单株收种并播种于选择培养基上，若某培养基上全部为具有卡那霉素抗性的植株即为需要选择的植株，即阳性率达到100%的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。根据图形分析，野生型和突变型基因片段的长度都是150bp，野生型的基因没有限制酶X的切割位点，而突变型的基因有限制酶X的切割位点，结合图中的数据分析可知电泳图中，野生型只有150bp，突变型有50bp和100bp，如图：
(2023·全国甲卷改编)为了研究蛋白质的结构与功能，常需要从生物材料中分离纯化蛋白质。某同学用凝胶色谱法从某种生物材料中分离纯化得到了甲、乙、丙3种蛋白质，并对纯化得到的3种蛋白质进行SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳，结果如图所示(“＋”“－”分别代表电泳槽的阳极和阴极)。已知甲的相对分子质量是乙的2倍，且甲、乙均由一条肽链组成。回答下列问题。
(1)图中甲、乙、丙在进行SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳时，迁移的方向是__________ (填“从上向下”或“从下向上”)。(2)图中丙在凝胶电泳时出现2个条带，其原因是______________________。(3)假设甲、乙、丙为3种酶，为了减少保存过程中酶活性的损失，应在____________(答出1点即可)条件下保存。
【解析】 (1)电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。电泳时，分子质量越大，迁移距离越小，根据题中给出甲蛋白质的分子质量是乙的2倍，故甲的迁移距离相对乙较小，可判断出迁移方向是从上到下。(2)题中给出甲、乙均由一条肽链构成，图示凝胶电泳时甲、乙分别出现1个条带，故丙出现2个条带，说明丙是由2条肽链构成。(3)为了减少保存过程中酶活性的损失，酶应在低温条件下保存。
归纳提升：引物设计主要遵循如下原则1．引物的长度通常为20～30个核苷酸，太短则特异性不够强，太长则退火温度会比较高。2．引物G＋C含量以40%～60%为宜，太少扩增效果不佳，过多则易出现非特异条带，4种碱基最好随机分布。3．两条引物之间不能有连续4个碱基的互补配对，否则加入的引物自身形成双链得不到目的基因片段。
4．一条引物自身不能有大于4个碱基的反向重复序列或自身互补序列的存在，这种序列可形成发夹结构。如果这种结构在PCR条件下稳定，它会阻止引物和模板之间的退火。5．设计的引物在合成之前，要在DNA数据库中进行BLAST检测，以确保引物中的序列只在所扩增的基因中出现，而与其他基因不具有互补性。
核心考点二 蛋白质工程和生物技术的安全性和伦理问题 1.蛋白质工程(1)基本思路：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。(2)蛋白质工程难度很大的原因：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。(3)对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成来实现。
2.生物技术的安全性与伦理性(1)转基因产品的安全性。②理性看待转基因技术
(2)生殖性克隆人的伦理问题。①治疗性克隆与生殖性克隆②中国政府态度：不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。
(3)试管婴儿和设计试管婴儿的比较①图示过程中①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿的培育过程。②后者比前者多了胚胎移植前的“遗传学诊断”或“基因检测”。③前者主要是解决不孕夫妇的生育问题，后者可用于白血病、贫血症等的治疗。④相同点：都是体外受精，并进行体外胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。
(4)禁止生物武器。①生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂等。②中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
常考题型一 蛋白质工程 (2022·重庆卷)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是( )A．进入人体后需经高尔基体加工B．比人胰岛素多了2个肽键C．与人胰岛素有相同的靶细胞D．可通过基因工程方法生产
【解析】 胰岛素作用于细胞表面的受体，不需要经高尔基体的加工，A错误；人工长效胰岛素比人胰岛素的B链上多了两个精氨酸，氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，故多2个肽键，B正确；人工胰岛素和人胰岛素作用相同，都是降血糖的作用，故靶细胞相同，C正确；人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造，需要通过基因工程生产，D正确。
(广东卷)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )A．合成编码目的肽的DNA片段B．构建含目的肽DNA片段的表达载体C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【解析】 蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质(目的肽多肽药物)的功能(抗菌性强但溶血性弱)出发→设计预期蛋白质的空间结构→推测应有的氨基酸序列(即C项表述)→合成相应的基因(即A项表述)→构建相应的基因表达载体(即B项表述)→导入受体细胞，相应基因的表达与鉴定(即D项表述)。从中可看出，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，故选C。
(2022·湖南卷)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是_________________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是________________。
密码子的简并性
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有___________________________、_____________________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是_________________。
从基因文库中获取目的基因
通过DNA合成仪用化学方法
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的_______ (填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是_____________________________________________________________________________________。
提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不
同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间
【解析】 (1)据图可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性
有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。
(2022·天津卷)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组表达载体，技术路线如下。
据图回答：(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有____个。
(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是________。A．引入短肽编码序列不能含终止子序列B．引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列C．引入短肽不能改变A链氨基酸序列D．引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体，可形成___种DNA片段。(4)检测转化的乳酸菌发现，信号肽—重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测，信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是____________________________________。(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后，小鼠体内出现人胰岛素抗原，能够特异性识别它的免疫细胞有____________。A．B细胞 B．T细胞C．吞噬细胞 D．浆细胞
细胞质基质、细胞膜、细胞壁
【解析】 (1)从图示可知，改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列有7个核苷酸发生了替换，则其转录形成的mRNA中，也会有7个核苷酸发生改变，一个密码子由mRNA上三个连续的碱基组成，由此可知，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链，则需A、B肽链一起合成，即启动子和终止子在人胰岛素A、B链编码序列两端，在其中间加入一段短肽编码序列后，序列中间不能出现终止子，所转录得到的mRNA中间也不能出现终止密码子，同时不能改变肽链的氨基酸序列和它的功能，综上，答案选ABCD。(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶切位点
分别有2个和1个，当将重组表达载体用SacⅠ和XbaⅠ限制酶充分酶切后，会形成3个缺口，得到3种不同的DNA片段。(4)乳酸菌属于原核细胞，其细胞壁上的信号肽在核糖体上合成后，到细胞质基质中加工，再将其运输到细胞膜上，进而转移到细胞壁。(5)人胰岛素抗原能引起小鼠的特异性免疫，在特异性免疫过程中，B细胞和T细胞能特异性识别抗原，而吞噬细胞能识别抗原，但不是特异性识别，浆细胞不能识别抗原。
归纳提升：蛋白质工程与基因工程的比较
常考题型二 生物技术的安全性和伦理问题 (2023·浙江1月卷)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是( )A．试管婴儿技术应全面禁止B．治疗性克隆不需要监控和审查C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
【解析】 我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，但治疗性克隆可在有效监控和严格审查下实施，A错误；我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查，B错误；生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念，C错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，D正确。故选D。
(2019·江苏卷)下列生物技术操作对遗传物质的改造，不会遗传给子代的是( )A．将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌，筛选获得基因工程菌B．将花青素代谢基因导入植物体细胞，经组培获得花色变异植株C．将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛D．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
【解析】 将含胰岛素基因表达载体的重组质粒转入大肠杆菌获得的转基因菌，可以通过二分裂将胰岛素基因传给后代，A不符合题意；将花青素代谢基因导入植物体细胞，再经植物组织培养获得的植株所有细胞均含有花青素代谢基因，花青素代谢基因会随该植物传给后代，B不符合题意；将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛所有细胞均含有肠乳糖酶基因，可以遗传给后代，C不符合题意；该患者进行基因治疗时，只有淋巴细胞含有该腺苷酸脱氨酶基因，性原细胞不含该基因，故不能遗传给后代，D符合题意。
(重庆卷)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述，错误的是( )A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
【解析】 在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害物质的目的基因，A项正确；在对克隆技术引发的伦理问题的争论中，普遍的观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆，B项正确；在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中，反对设计试管婴儿的原因之一是可能有人滥用此技术选择性设计婴儿，C项正确；生物武器种类包括致病菌、病毒、基因重组的致病菌、生化毒剂等，不包括干扰素，干扰素是动物细胞在受到某些病毒感染后分泌的具有抗病毒功能的宿主特异性糖蛋白，D项错误。
(江苏卷)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是( )A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
【解析】 我国为保护消费者的知情权，已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度，A项正确；转基因生物是否存在安全问题，尚在争论之中，国家为了维护消费者对转基因产品的选择权和知情权，一般会加贴标注，但不会警示性注明可能的危害，B项错误；保障转基因生物安全的前提是开展风险评估、预警跟踪和风险管理等，C项正确；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上，此外还有生物安全问题，D项正确。
归纳提升：对克隆的理解克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同祖先通过无性繁殖的方法繁殖出来的一群遗传特征相同的DNA分子、细胞或个体。克隆有广义和狭义之分，广义的克隆有分子、细胞和个体三个水平的克隆；狭义的克隆是指通过细胞核移植产生重组细胞再发育成新个体。1．分子水平的克隆：即DNA复制，如PCR扩增产生相同的基因，表达载体进入受体细胞或在生物中自我复制得到大量完全相同的基因等。
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