2024屆高考生物一輪總復(fù)習(xí)選擇性必修3第34章基因工程生物技術(shù)的安全性和倫理問題課件

第3、4章基因工程、生物技術(shù)的安全性和倫理問題課標(biāo)要求核心素養(yǎng)命題趨勢1.概述基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展而來的2.闡明DNA重組技術(shù)的實現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)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(dá)載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物的檢測鑒定等步驟4.舉例說明基因，工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)5.概述人們根據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)1.生命觀念：深入理解和思考生命的信息觀；理解生物的多樣性和統(tǒng)一性的辯證關(guān)系；從生命尊嚴(yán)、生命質(zhì)量、生命價值等方面建立生命倫理觀2.科學(xué)思維：面對日常生活或社會熱點話題中與生物技術(shù)有關(guān)的話題，基于證據(jù)運用基因工程、生物技術(shù)的基本概念和原理，表明自己的觀點并展開討論；并能思考人類的行為、技術(shù)和工程如何更符合人類的利益，包括近期利益和遠(yuǎn)期利益、局部利益和整體利益等主要以非選擇題的形式進(jìn)行考查，以基因工程為主線考查基因工程原理及技術(shù)、基因工程應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程等相關(guān)內(nèi)容，有時結(jié)合基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥生產(chǎn)、疾病診斷和治療中的應(yīng)用出題，或者與細(xì)胞工程、胚胎工程結(jié)合出題[考情分析]課標(biāo)要求核心素養(yǎng)命題趨勢6.舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過程7.舉例說出日常生活中的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品并探討轉(zhuǎn)基因技術(shù)在應(yīng)用過程中帶來的影響8.舉例說出生殖性克隆人面臨的倫理問題并分析說明我國為什么不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗9.舉例說明歷史上生物武器對人類造成了嚴(yán)重的威脅與傷害并認(rèn)同我國反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散10.活動：(1)DNA的粗提取與鑒定(2)DNA片段的擴增及電泳鑒定3.科學(xué)探究：理解PCR的原理，解決一些從生產(chǎn)、生活中提出的探究性問題，如與遺傳病診斷、刑偵破案等相關(guān)的問題；通過搜集資料、尋找證據(jù)、討論和辯論等，培養(yǎng)科學(xué)探究能力4.社會責(zé)任：通過闡述基因工程的基本原理和操作流程，了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)的實質(zhì)，認(rèn)同基因工程給我們的生產(chǎn)和生活帶來了正面影響，能夠理性地參與討論，并向公眾普及轉(zhuǎn)基因的基礎(chǔ)知識和國家有關(guān)的政策、法規(guī)主要以非選擇題的形式進(jìn)行考查，以基因工程為主線考查基因工程原理及技術(shù)、基因工程應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程等相關(guān)內(nèi)容，有時結(jié)合基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥生產(chǎn)、疾病診斷和治療中的應(yīng)用出題，或者與細(xì)胞工程、胚胎工程結(jié)合出題(續(xù)表)考點一DNA重組技術(shù)的基本工具1.基因工程的概念。人們的愿望轉(zhuǎn)基因

(1)手段：按照____________，通過________等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性。

(2)目的：創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。(3)水平：______水平。分子(4)優(yōu)點：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的__________。遺傳性狀

(1)限制酶的識別序列與被作用的DNA

序列是不同的。前者一般由6個核苷酸組成，少數(shù)由4個、8個或其他數(shù)量的核苷酸組成；后者是雙鏈序列。

(2)限制酶作用的化學(xué)鍵只能是磷酸二酯鍵，而不能是氫鍵。

(3)在切割含目的基因的DNA分子時，需用限制酶切割兩次此DNA分子，產(chǎn)生4個末端。只有這樣，才能使目的基因的兩端都有可連接的黏性末端或平末端。(2)DNA連接酶。(3)載體。

限制酶的選擇方法

根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點、質(zhì)粒上的限制酶切割位點以及是否破壞目的基因和標(biāo)記基因來確定限制酶的種類。甲乙

(1)應(yīng)選擇酶切位點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ；不能選擇酶切位點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。

(2)為避免目的基因及質(zhì)粒的自身環(huán)化、反向連接，也可使用不同的限制酶(非同尾酶)切割目的基因所在片段和質(zhì)粒(雙酶切)，如圖甲可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點)。

(3)切割質(zhì)粒的限制酶不能同時切開質(zhì)粒上的所有標(biāo)記基因，即至少要保留一個標(biāo)記基因，以用于重組DNA的鑒定和選擇，如圖乙中的質(zhì)粒不能使用SmaⅠ切割。3.標(biāo)記基因的作用。標(biāo)記基因可用于檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞?？键c二基因工程的基本操作程序1.目的基因的篩選與獲取。(1)目的基因的篩選：從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中篩選。(2)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。

a.反轉(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。b.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。參與的組分在DNA復(fù)制中的作用解旋酶(體外用高溫代替)打開DNA雙鏈

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(dá)產(chǎn)物——蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。(3)利用PCR獲取和擴增____________。目的基因DNA半保留復(fù)制①原理：__________________。②條件。參與的組分在DNA復(fù)制中的作用DNA母鏈提供DNA復(fù)制的模板4種脫氧核苷酸合成DNA子鏈的原料耐高溫的DNA聚合酶催化合成DNA子鏈引物使DNA聚合酶能夠從引物的3′端開始連接脫氧核苷酸緩沖液維持反應(yīng)體系pH穩(wěn)定(續(xù)表)③過程：PCR過程包括______________________三步。a.變性：在溫度為90～95℃的高溫中，DNA堿基對之間的氫鍵斷裂，雙鏈解旋為單鏈。變性、復(fù)性和延伸

b.復(fù)性(退火)：溫度下降到50℃左右，兩種引物通過堿基互補配對原則與兩條單鏈DNA結(jié)合。

c.延伸：溫度上升到72℃左右，溶液中的四種脫氧核苷酸在耐高溫的DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)的作用下，根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈。結(jié)果：DNA分子以指數(shù)形式擴增(約為2n，其中n為擴增循環(huán)次數(shù))。PCR技術(shù)和DNA復(fù)制的比較2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建——核心。受體細(xì)胞

(1)目的：使目的基因在__________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(dá)和發(fā)揮作用。

(2)組成。啟動子≠起始密碼子終止子≠終止密碼子

(1)啟動子是位于基因上游的一段特殊序列，它是RNA

聚合酶識別、結(jié)合的部位。終止子是位于基因下游的一段特殊序列，作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止。(2)起始密碼子和終止密碼子均位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。(3)構(gòu)建過程。(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中的兩次拼接和兩次導(dǎo)入。

第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒的T-DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T-DNA拼接到受體細(xì)胞的染色體DNA上；第一次導(dǎo)入是將含目的基因的Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌，第二次導(dǎo)入(非人工操作)是指含目的基因的T-DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。

(2)導(dǎo)入目的基因，可能存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可能整合到染色體DNA上。存在于染色體DNA上的目的基因有可能通過花粉傳播進(jìn)入雜草或其他作物中，造成“基因污染”。4.目的基因的檢測與鑒定?？键c三基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程1.基因工程的應(yīng)用。(1)食品工業(yè)方面。生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。例如，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)大量生產(chǎn)凝乳酶。(2)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域。供體

①器官移植：用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的________，例如抑制或除去抗原決定基因，結(jié)合克隆技術(shù)培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。 ②乳腺生物反應(yīng)器：讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異性表達(dá)，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白。比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達(dá)，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(dá)的微生物基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動物受精卵微生物細(xì)胞乳腺生物反應(yīng)器與工程菌的比較比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌目的基因?qū)敕绞斤@微注射法Ca2+處理法生產(chǎn)條件不需要嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需要嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)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(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取(續(xù)表)結(jié)構(gòu)規(guī)律改造或合成

(1)概念：以蛋白質(zhì)分子的__________及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過____________基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。

(2)操作手段和結(jié)果。(3)基本思路。蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系考點四生物技術(shù)的安全性與倫理問題1.轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。2.關(guān)注生殖性克隆人。(1)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(yán)”。②生殖性克隆人是在人為地制造在心理上和社會地位上都不健全的人，嚴(yán)重違反了人類倫理道德。

③克隆技術(shù)尚不成熟，面臨構(gòu)建重構(gòu)胚胎成功率低，胚胎移植到母體子宮后著床率低、流產(chǎn)率高、胎兒畸形率高和出生后死亡率高等問題。(2)我國禁止生殖性克隆人。①中國政府積極支持制定《禁止生殖性克隆人國際公約》，堅決反對克隆人，不允許進(jìn)行任何生殖性克隆人實驗。②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。③我國政府主張對治療性克隆進(jìn)行有效監(jiān)控和嚴(yán)格審查。(3)重要過程。治療性克隆和生殖性克隆的比較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(jìn)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(jìn)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、致命貧血癥等疾病的治療。(2)相同點：都是體外受精，并進(jìn)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：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。生化毒劑致病能力強，攻擊范圍廣

③________類：肉毒桿菌毒素等。

(2)特點：__________________________。

(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。(4)《禁止生物武器公約》。①1972年4月，蘇聯(lián)、美國、英國分別在其首都簽署了《禁止生物武器公約》，并于1975年3月生效。 ②1984年11月，我國也加入了這一公約。

③1998年6月，中美兩國元首重申了在任何情況下不發(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。④2010年，在第65屆聯(lián)合國大會上，我國政府主張全面禁止和徹底銷毀生物武器等各類大規(guī)模殺傷性武器?！净A(chǔ)測評】1.易錯診斷(1)載體的作用是將攜帶的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。()(2)外源DNA在位于重組質(zhì)粒的啟動子和終止子之間才能進(jìn)行復(fù)制。()(3)抗蟲基因即使成功地插入植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)。()(4)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。()(5)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是對基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。()答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×2.下列關(guān)于載體的相關(guān)敘述，錯誤的是()A.目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒B.天然質(zhì)粒均可以直接用作載體將目的基因送入受體細(xì)胞C.載體DNA分子上要有一個至多個限制酶切割位點D.載體上的標(biāo)記基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞答案：B

3.科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸的含量，計劃將天冬氨酸激酶第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬酰胺變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離)賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。此操作過程是( A.直接通過分子水平改造蛋白質(zhì)

B.直接改造相應(yīng)的mRNA C.直接改造相應(yīng)的基因

D.重新合成新的基因

答案：C)4.關(guān)于我國的生物技術(shù)研究與應(yīng)用的敘述，錯誤的是(A.禁止運用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造農(nóng)作物B.反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴散C.不贊成、不接受、不進(jìn)行任何生殖性克隆人實驗D.成立相關(guān)倫理專家委員會應(yīng)對重大醫(yī)學(xué)倫理問題答案：A考向1基因工程所需工具

[典例1](2021年全國乙卷)用DNA重組技術(shù)可以賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人類需要的生物產(chǎn)品。在此過程中需要使用多種工具酶，其中4種限制性內(nèi)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.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。上圖中____________酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA連接酶連接。上圖中______________酶切割后的DNA片段可以用T4DNA連接酶連接。(2)DNA連接酶催化目的基因片段與質(zhì)粒載體片段之間形成的化學(xué)鍵是__________。

(3)DNA重組技術(shù)中所用的質(zhì)粒載體具有一些特征，如質(zhì)粒DNA分子上有復(fù)制原點，可以保證質(zhì)粒在受體細(xì)胞中能________；質(zhì)粒DNA分子上有______________，便于外源DNA插入；質(zhì)粒DNA分子上有標(biāo)記基因(如某種抗生素抗性基因)，利用抗生素可篩選出含質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞，方法是__________________________________。(4)表達(dá)載體含有啟動子，啟動子是指_________________________________________。

解析：(1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRV切割形成的是平末端，E.coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來，而T4DNA連接酶來源于T4噬菌體，可用于連接黏性末端和平末端，但連接效率較低。因此圖中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.coliDNA連接酶連接，除了這兩種限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRV切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA連接酶連接。(2)DNA連接酶將兩個DNA片段連接形成磷酸二酯鍵。(3)質(zhì)粒是小型環(huán)狀的DNA分子，常作為基因表達(dá)的載體，首先質(zhì)粒上含有復(fù)制原點，能保證質(zhì)粒在受體細(xì)胞中自我復(fù)制。質(zhì)粒DNA分子上有一個至多個限制性內(nèi)切核酸酶的酶切位點，便于目的基因的導(dǎo)入。質(zhì)粒上的標(biāo)記基因是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，具體做法是用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細(xì)胞，能夠存活的即為含有質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞。(4)啟動子是一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得需要的蛋白質(zhì)。

答案：(1)EcoRⅠ、PstⅠEcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRV(2)磷酸二酯鍵(3)自我復(fù)制一至多個限制酶切位點用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細(xì)胞，能夠存活的即為含有質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞(4)位于基因上游的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶識別及結(jié)合的部位，能驅(qū)動轉(zhuǎn)錄過程【考向集訓(xùn)】

1.(2022年廣東四校聯(lián)考)人乳鐵蛋白是一種重要的藥用保健蛋白。下圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人乳鐵蛋白的部分過程。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，四種限制酶的識別序列及切割位點如表所示?；卮鹣铝袉栴}。限制酶BamHⅠHaeⅢBclⅠNotⅠ

識別序列(箭頭表示酶 切的位置)

(1)一般從cDNA文庫中獲取人乳鐵蛋白基因，該文庫的建立方法是___________________________________________________________________________________________。

(2)為構(gòu)建重組載體，應(yīng)選擇____________酶對目的基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割。將上述酶切后得到DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為____________________。

(3)以大腸桿菌為受體細(xì)胞，將酶切后的連接產(chǎn)物導(dǎo)入受體細(xì)胞。為篩選出導(dǎo)入目的基因的受體菌，首先需要將得到的上述大腸桿菌接種到含________培養(yǎng)基(A)上，一段時間后，將A上生長的菌落拓印到含______培養(yǎng)基(B)上，在B上能生長的_______(填“是”或“不是”)成功導(dǎo)入重組質(zhì)的受體菌。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因不能表達(dá)，其最可能的原因是__________________________________________________。

解析：(1)cDNA文庫是指某生物某發(fā)育時期所轉(zhuǎn)錄的全部mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄形成的cDNA片段與某種載體連接而形成的克隆的集合。一般從cDNA文庫中獲取人乳鐵蛋白基因，該文庫的建立方法是人體發(fā)育某個時期的mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA片段，與載體連接后導(dǎo)入受體菌群體儲存。(2)根據(jù)表中4種酶的識別序列及切割位點可知，BamHⅠ酶和BclⅠ酶識別的序列相同，可以切出相同的黏性末端，因此可選擇這2種酶對目的基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割。將上述酶切后得到DNA末端連接起來，連接部位的6個堿基對序列為、。(3)用BamHⅠ酶切割后會破壞四環(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(xì)胞能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存下來，一段時間后，將A上生長的菌落拓印到含四環(huán)素培養(yǎng)基(B)上，在B上能生長的不是成功導(dǎo)入重組質(zhì)的受體菌。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因不能表達(dá)，其最可能的原因是用BamHⅠ酶和BclⅠ酶切形成的黏性末端相同，部分目的基因與質(zhì)粒反向連接。答案：(1)人體發(fā)育某個時期的mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生DNA片段，與載體連接后導(dǎo)入受體菌群體儲存(2)BamHⅠ和BclⅠ(3)氨芐青霉素四環(huán)素不是用BamHⅠ酶和BclⅠ酶切割形成的黏性末端相同，部分目的基因與質(zhì)粒反向連接考向2PCR技術(shù)的應(yīng)用

[典例2](2021年山東高考)人類γ基因啟動子上游調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點，該位點結(jié)合BCL11A蛋白后，γ基因的表達(dá)被抑制。通過改變該結(jié)合位點的序列，解除對γ基因表達(dá)的抑制，可對某種地中海貧血癥進(jìn)行基因治療?？蒲腥藛T擴增了γ基因上游不同長度的片段，將這些片段分別插入表達(dá)載體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化和熒光檢測，以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點的具體位置。相關(guān)信息如圖所示。

(1)為將擴增后的產(chǎn)物定向插入載體指導(dǎo)熒光蛋白基因表達(dá)，需在引物末端添加限制酶識別序列。據(jù)圖可知，在F1～F7末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是________，在R末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是________。本實驗中，從產(chǎn)物擴增到載體構(gòu)建完成的整個過程共需要________種酶。

(2)將構(gòu)建的載體導(dǎo)入除去BCL11A基因的受體細(xì)胞，成功轉(zhuǎn)化后，含F(xiàn)1～F6與R擴增產(chǎn)物的載體表達(dá)熒光蛋白，受體細(xì)胞有熒光，含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞無熒光。含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞無熒光的原因是_____________________________。

(3)向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素，含F(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞不再有熒光，而含F(xiàn)5～F6與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞仍有熒光。若γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對應(yīng)的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點序列，據(jù)此結(jié)果可推測，BCL11A蛋白結(jié)合位點位于____________________，理由是______________________________________________________。

解析：(1)據(jù)題意可知，需要將擴增后的產(chǎn)物定向插入并指導(dǎo)熒光蛋白基因的表達(dá)，則含有啟動子P的擴增后的產(chǎn)物讀取方向與熒光蛋白基因的讀取方向一致，故擴增后的產(chǎn)物中的R端與熒光蛋白基因中限制酶MunⅠ識別序列端結(jié)合，才能保證擴增后的產(chǎn)物定向插入并指導(dǎo)熒光蛋白基因的表達(dá)。要做到定向插入，需要引物末端兩端添加限制酶的識別序列，且被限制酶識別并切割后，兩端的黏性末端不能相同。而擴增后的產(chǎn)物中可能含有MunⅠ和XhoⅠ的識別位點，故在引物末端添加限制酶的識別序列不能被限制酶MunⅠ和XhoⅠ所識別，故應(yīng)該選用添加限制酶EcoRⅠ和限制酶SalⅠ識別序列，據(jù)圖中對限制酶的注釋可知，限制酶MunⅠ識別并切割后的黏性末端與限制酶EcoRⅠ識別并切割后的黏性末端相同，故R末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是EcoRⅠ，在F1～F7末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是SalⅠ；熒光蛋白基因中含有限制酶EcoRⅠ的識別位點，故對載體使用限制酶MunⅠ和XhoⅠ切割。綜上所述，對載體使用限制酶MunⅠ和XhoⅠ切割，對擴增后的產(chǎn)物用限制酶EcoRⅠ和限制酶SalⅠ識別序列，然后在DNA連接酶的催化作用下，連接形成重組載體；產(chǎn)物擴增中需要使用Taq酶催化，合成更多的產(chǎn)物，故從產(chǎn)物擴增到載體構(gòu)建完成的整個過程共需要6種酶，分別是Taq酶、限制酶EcoRⅠ、限制酶SalⅠ、限制酶MunⅠ、限制酶XhoⅠ、DNA連接酶。(2)受體細(xì)胞中已經(jīng)除去BCL11A基因，故擴增產(chǎn)物中的BCL11A蛋白結(jié)合位點，不會抑制熒光蛋白基因的表達(dá)；基因的表達(dá)需要RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，才能完成熒光蛋白基因的轉(zhuǎn)錄過程；含F(xiàn)1～F6與R擴增產(chǎn)物的載體表達(dá)熒光蛋白，受體細(xì)胞有熒光，含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞無熒光，則可能是F7與R擴增產(chǎn)物不含完整的啟動子，熒光蛋白基因不表達(dá)。(3)向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素，此時重組載體上的BCL11A基因表達(dá)，產(chǎn)生BCL11A蛋白，BCL11A蛋白與BCL11A蛋白結(jié)合位點結(jié)合后，導(dǎo)致熒光蛋白基因被抑制；含F(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞不再有熒光，則說明BCL11A蛋白結(jié)合位點結(jié)合后在引物F4與引物R之間的序列上；含F(xiàn)5～F6與R擴增產(chǎn)物的受體細(xì)胞仍有熒光，則說明BCL11A蛋白結(jié)合位點結(jié)合后在引物F5的上游序列，故據(jù)此結(jié)果可推測，BCL11A蛋白結(jié)合位點位于引物F4與F5在調(diào)控序列上所對應(yīng)序列之間的區(qū)段上。答案：(1)SalⅠEcoRⅠ6(2)F7與R擴增產(chǎn)物不含完整的啟動子，熒光蛋白基因不表達(dá)(3)引物F4與F5在調(diào)控序列上所對應(yīng)序列之間的區(qū)段上根據(jù)有無熒光情況判斷，F(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物上均有結(jié)合位點，因此結(jié)合位點位于F4所對應(yīng)調(diào)控序列的下游(右側(cè))；F5～F6與R擴增產(chǎn)物上均無結(jié)合位點，可知結(jié)合位點位于F5所對應(yīng)調(diào)控序列的上游(左側(cè))，所以結(jié)合位點位于引物F4與F5在調(diào)控序列上所對應(yīng)序列之間的區(qū)段上獲取目的基因方法的選擇

(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通過構(gòu)建基因文庫的方法，即通過受體菌儲存并擴增目的基因后，從基因文庫中獲取目的基因。(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比較小，可以通過DNA合成儀利用化學(xué)方法直接人工合成。(3)如果知道要擴增的目的基因及兩端的核苷酸序列，而且基因又比較大，可以通過PCR技術(shù)擴增目的基因。【考向集訓(xùn)】

2.(2022年廣東二模)圖1是我國自主設(shè)計的“本地＋移動”一站式新型冠狀病毒核酸檢測平臺示意圖，單平臺混樣日檢測量可達(dá)13萬人次。圖2為RT-PCR(逆轉(zhuǎn)錄熒光PCR技術(shù))的原理：PCR過程中探針和引物一起與模板結(jié)合，探針兩側(cè)分別帶有熒光基團(tuán)和猝滅基團(tuán)(抑制熒光發(fā)出)，當(dāng)酶催化子鏈延伸至探針處時會水解探針，導(dǎo)致熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)分離而發(fā)出熒光。圖1圖2回答下列問題。(1)PCR技術(shù)的目的是____________________________。RT-PCR過程中，需先將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，故裝置中需添加的酶有________。

(2)對新型冠狀病毒進(jìn)行檢測時，探針的設(shè)計依據(jù)是_______________________________________________________________。探針與模板結(jié)合發(fā)生在PCR循環(huán)中的________(選填“變性”“復(fù)性”或“延伸”)階段。

(3)若監(jiān)測系統(tǒng)檢測到熒光信號，則可判定該檢測樣本為陽性，其原理是__________________________________________________________________________________________。

(4)為了在沒有核酸檢測的條件下及早發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒，我國于2022年3月11日推出新型冠狀病毒抗原檢測試劑盒作為核酸檢測的補充措施，該試劑盒的檢測原理是_________________________________________________________________________。

解析：(1)PCR技術(shù)的目的是大量擴增目的基因片段，用于基因工程或檢測。以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，是逆轉(zhuǎn)錄過程，需要用到逆轉(zhuǎn)錄酶。(2)探針是可以與模板結(jié)合的一小段DNA序列，故設(shè)計的依據(jù)是一段已知目的基因的核苷酸序列，變性過程是DNA雙鏈打開的過程，復(fù)性時，引物與探針結(jié)合到模板DNA上。(3)根據(jù)題意，當(dāng)酶催化子鏈延伸至探針處時會水解探針，導(dǎo)致熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)分離而發(fā)出熒光。因此，樣本中有新型冠狀病毒核酸時，能進(jìn)行快速復(fù)制，導(dǎo)致其熒光信號加強。(4)因為抗原與抗體的結(jié)合具有特異性，新型冠狀病毒抗原檢測試劑盒的檢測原理是抗原抗體的特異性結(jié)合。答案：(1)大量擴增目的基因片段，用于檢測逆轉(zhuǎn)錄酶(2)一段已知目的基因的核苷酸序列復(fù)性(3)樣本中的新型冠狀病毒核酸會被探針識別，從而進(jìn)行快速復(fù)制，導(dǎo)致其熒光信號倍增

(4)抗原抗體的特異性結(jié)合考向3基因工程的基本操作程序

[典例3](2021年廣東高考)非細(xì)胞合成技術(shù)是一種運用合成生物學(xué)方法，在細(xì)胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標(biāo)產(chǎn)物的新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達(dá)等。中國科學(xué)家設(shè)計了4步酶促反應(yīng)的非細(xì)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(yán)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(biāo)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(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，首先應(yīng)制備__________細(xì)胞。為了檢測目的基因是否成功表達(dá)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(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)分析題意，研究人員從土壤微生物基因組中擴增得到目標(biāo)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、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(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，首先應(yīng)制備感受態(tài)細(xì)胞，即利用鈣離子處理大腸桿菌，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，使其易于接受外來的DNA分子?；蚬こ讨?，酶基因(目的基因)成功表達(dá)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(jìn)行檢測。(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(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(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【考向集訓(xùn)】

3.(2022年廣東高考)“綠水逶迤去，青山相向開”大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為全社會的共識?；谀承┧缶奶厥獯x能力，有研究者以某些工業(yè)廢氣(含CO2等溫室氣體，多來自高污染排放企業(yè))為原料，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮，構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)?；卮鹣铝袉栴}。

(1)研究者針對每個需要擴增的酶基因(如圖)設(shè)計一對______，利用PCR技術(shù)，在優(yōu)化反應(yīng)條件后擴增得到目標(biāo)酶基因。

(2)研究者構(gòu)建了一種表達(dá)載體pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因組合表達(dá)庫，經(jīng)篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是___________________________________________________，終止子的作用是_________________________________________。

(3)培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達(dá)上述酶蛋白時，出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象，推測其原因可能是________________________，此外丙酮的積累會傷害細(xì)胞，需要進(jìn)一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴大應(yīng)用規(guī)模。

(4)這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，實現(xiàn)了________，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)特點。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)的優(yōu)勢在于__________________，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。

解析：(1)利用PCR技術(shù)擴增目標(biāo)酶基因，首先需要根據(jù)目標(biāo)酶基因兩端的堿基序列設(shè)計一對引物，引物與模板鏈結(jié)合后，Taq酶才能從引物的3′端延伸子鏈。(2)基因表達(dá)載體中，抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因，可用于篩選含有基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，終止子可終止轉(zhuǎn)錄，使轉(zhuǎn)錄在需要的地方停下來。(3)重組梭菌大量表達(dá)上述酶蛋白時，在這些酶蛋白的作用下，二氧化碳等氣體大量用于合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長，所以會導(dǎo)致生長遲緩。(4)根據(jù)題意可知，這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，以高污染企業(yè)排放的二氧化碳等溫室氣體為原料，實現(xiàn)了廢物的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)特點。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)生產(chǎn)丙酮的過程不僅不排放二氧化碳，而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳，有利于減緩溫室效應(yīng)，并實現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益，所以具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。

答案：(1)引物(2)作為標(biāo)記基因，篩選含有基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞終止轉(zhuǎn)錄，使轉(zhuǎn)錄在需要的地方停下來(3)二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長(4)廢物不僅不排放二氧化碳，而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的的資源化二氧化碳考向4基因工程的應(yīng)用

[典例4](2022年廣東深圳一模)人體中血清白蛋白可以運輸脂肪酸、膽色素、氨基酸、類固醇激素、金屬離子和許多治療分子等，同時參與維持血漿正常的滲透壓，在臨床上應(yīng)用廣泛。但從人體中直接提取的血清白蛋白含量少，且易受污染，生物反應(yīng)器可以解決此項難題?；卮鹣铝袉栴}。

(1)從人體獲取的血清白蛋白基因可通過________技術(shù)進(jìn)行擴增，擴增后的血清白蛋白基因與啟動子、________和________等構(gòu)建成基因表達(dá)載體。構(gòu)建乳腺生物反應(yīng)器時選用的是乳腺蛋白基因的啟動子，其目的是_________________________________________________________________________。

(2)科學(xué)家將構(gòu)建好的基因表達(dá)載體通過________技術(shù)導(dǎo)入奶牛的受精卵中。受精卵繼續(xù)培養(yǎng)至胚胎。當(dāng)胚胎發(fā)育至______階段，取其________做DNA分析來進(jìn)行性別鑒定，篩選出發(fā)育狀態(tài)良好的______(填“雌”或“雄”)性胚胎進(jìn)行移植，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物，將來可從牛奶中提取得到大量的人血清白蛋白。

(3)有人提議將乳腺蛋白基因的啟動子換成uroplakinⅡ基因的啟動子(高效促進(jìn)目的蛋白在膀胱特異性表達(dá)及分泌)，可增加血清白蛋白的產(chǎn)量。請分析產(chǎn)量高的原因________________________________________________________________________________。

解析：(1)利用PCR技術(shù)可擴增血清白蛋白基因。擴增后的血清白蛋白基因與啟動子、終止子、標(biāo)記基因等構(gòu)建成基因表達(dá)載體。而且目的基因必須插入到啟動子和終止子之間。由于基因的選擇性表達(dá)，要想基因特異性地只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，選用的是乳腺蛋白基因的啟動子，其目的是使目的基因在動物體內(nèi)的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，從而在乳汁中獲取所需產(chǎn)品。(2)將重組質(zhì)粒導(dǎo)入動物細(xì)胞通常使用顯微注射技術(shù)，所以基因表達(dá)載體通過顯微注射技術(shù)導(dǎo)入奶牛的受精卵中進(jìn)行體外培養(yǎng)。受精卵繼續(xù)培養(yǎng)至胚胎。當(dāng)胚胎發(fā)育至囊胚階段，取滋養(yǎng)層細(xì)胞做DNA分析來進(jìn)行性別鑒定，目的產(chǎn)物要從乳汁中獲取，所以篩選出發(fā)育狀態(tài)良好的雌性胚胎進(jìn)行移植，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。(3)雌性牛只有在哺乳期才能分泌乳汁，而尿液不會受到性別和發(fā)育期的影響，尿液的分泌總量要比乳汁的分泌量大，因此將乳腺蛋白基因的啟動子換成uroplakinⅡ基因的啟動子，可增加血清白蛋白的產(chǎn)量。答案：(1)PCR終止子標(biāo)記基因使目的基因在動物體內(nèi)的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，從而在乳汁中獲取所需產(chǎn)品(2)顯微注射囊胚滋養(yǎng)層細(xì)胞雌(3)雌性牛只有在哺乳期才能分泌乳汁，而尿液不會受到性別和發(fā)育期的影響，尿液的分泌總量要比乳汁的分泌量大【考向集訓(xùn)】

4.(2021年廣東珠海質(zhì)量監(jiān)測)變異鏈球菌在牙面的黏附、集聚是齲齒發(fā)生的先決條件。轉(zhuǎn)基因防齲疫苗是通過基因工程技術(shù)，將變異鏈球菌中與齲齒發(fā)生密切相關(guān)的抗原基因(PAcA基因)轉(zhuǎn)入植物的表達(dá)載體中，利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)的基因工程疫苗。請回答下列相關(guān)問題。

(1)轉(zhuǎn)基因植物的制備。單一使用PAcA基因，機體的免疫應(yīng)答不理想，霍亂毒素中有增強機體免疫應(yīng)答的氨基酸序列(CTB)，將CTB基因與PAcA基因連接成嵌合(PAcA-CTB)基因，作為______與Ti質(zhì)粒的T-DNA拼接，構(gòu)建表達(dá)載體。用________法導(dǎo)入離體的黃瓜葉肉細(xì)胞中，經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得轉(zhuǎn)基因植株。(2)轉(zhuǎn)基因植株目的基因的PCR鑒定與檢測。已知PAcA-CTB基因部分序列如下(左側(cè)為基因的首端)：5′…CCGTGT……ATGCCT—3′3′…GGCACA……TACGGA—5′

根據(jù)上述序列選擇引物________(填字母)對目的基因進(jìn)行PCR擴增。A.引物：5′－GGCACA－3′C.引物：5′－CCGUGU－3′

B.引物：5′－AGGCAT－3′D.引物：5′－CCGTGT－3′

反應(yīng)結(jié)束后，通過電泳檢測PCR產(chǎn)物，結(jié)果如右圖(1號來自未轉(zhuǎn)化植株，2號是含PAcA-CTB基因的質(zhì)粒，3～8號來自轉(zhuǎn)基因植物)，從結(jié)果可以看出，_______號植物含有PAcA-CTB基因。若獲得的轉(zhuǎn)基因植物并沒有產(chǎn)生相應(yīng)的基因工程疫苗，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_________________________________________________________。

解析：(1)將CTB基因與PAcA基因連接成嵌合(PAcA-CTB)基因，作為目的基因與Ti質(zhì)粒的T-DNA拼接，構(gòu)建表達(dá)載體。將基因表達(dá)載體導(dǎo)入離體的黃瓜葉肉細(xì)胞中可以用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(2)PCR技術(shù)中，子鏈合成的方向是從5′到3′，因此應(yīng)該選擇引物B、D。1號來自未轉(zhuǎn)化植株，2號是含PAcA-CTB基因的質(zhì)粒，3～8號來自轉(zhuǎn)基因植物，從結(jié)果可以看出，3、5、8號植物含有PAcA-CTB基因。若獲得的轉(zhuǎn)基因植物并沒有產(chǎn)生相應(yīng)的基因工程疫苗，根據(jù)中心法則分析，可能的原因是目的基因(PAcA-CTB基因)沒有轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄的mRNA沒有翻譯。答案：(1)目的基因農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化(2)B、D

3、5、8目的基因(PAcA-CTB基因)沒有轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄的mRNA沒有翻譯考向5蛋白質(zhì)工程

[典例5](2022年湖南高考)水蛭是我國的傳統(tǒng)中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉栴}。

(1)蛋白質(zhì)工程流程如圖所示，物質(zhì)a是____________，物質(zhì)b是_______。在生產(chǎn)過程中，物質(zhì)b可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是____________________________。

(2)蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有______________、_______________和利用PCR技術(shù)擴增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是______________________________________________________________________________。

(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其抗凝血活性，結(jié)果如圖所示。推測兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的________(填“種類”或“含量”)有關(guān)，導(dǎo)致其活性不同的原因是___________________________________________________________________________。

(4)若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設(shè)計思路________________________________________________________________________________________。

解析：(1)據(jù)分析可知，物質(zhì)a是多肽鏈中的氨基酸序列，物質(zhì)b是mRNA。在生產(chǎn)過程中，物質(zhì)b可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是密碼子的簡并性，即一種氨基酸可能有幾個密碼子。(2)蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有從基因文庫中獲取目的基因、通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成和利用PCR技術(shù)擴增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是DNA雙鏈復(fù)制。(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，據(jù)圖可知，水解產(chǎn)物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大；而水解產(chǎn)物中抗凝血活性有差異，經(jīng)酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩(wěn)定，經(jīng)酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲處理后的酶解產(chǎn)物的抗凝血活性最終高于經(jīng)酶乙處理后的酶解產(chǎn)物的抗凝血活性，差異明顯，據(jù)此推測兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關(guān)，導(dǎo)致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導(dǎo)致水蛭蛋白空間結(jié)構(gòu)有不同程度破壞。(4)若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，實驗設(shè)計思路為：取3支試管，分別加入等量的蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一種動物(如家兔)血液，立即將等量的血液加入1、2、3號三支試管中，靜置相同時間，統(tǒng)計三支試管中血液凝固時間。答案：(1)多肽鏈中的氨基酸序列mRNA密碼子的簡并性(2)從基因文庫中獲取目的基因通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成DNA雙鏈復(fù)制(3)種類提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導(dǎo)致水蛭蛋白空間結(jié)構(gòu)有不同程度破壞(4)取3支試管，分別加入等量的蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一種動物(如家兔)血液，立即將等量的血液加入1、2、3號三支試管中，靜置相同時間，統(tǒng)計三支試管中血液凝固時間【考向集訓(xùn)】

5.(2022年海南海口模擬)利用木聚糖酶進(jìn)行紙漿漂白，可以大幅度減少氯化物的用量，減輕造紙工業(yè)對環(huán)境的污染。紙漿漂白需要在高溫堿性條件下進(jìn)行，因此需要耐熱耐堿的木聚糖酶。根據(jù)生產(chǎn)需要，科學(xué)家對已知氨基酸序列的木聚糖酶進(jìn)行改造，獲得了耐高溫耐堿的新木聚糖酶，減少了紙漿漂白時木聚糖酶的用量，提高了生產(chǎn)效率?；卮鹣铝袉栴}。

(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對______________的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造。與蛋白質(zhì)工程相比，基因工程原則上只能生產(chǎn)________，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要。

(2)在蛋白質(zhì)工程和基因工程中常用大腸桿菌作為受體細(xì)胞，原因是大腸桿菌________________________________________________________________________________________(答出兩點)。分離純化大腸桿菌時，可使用接種環(huán)采用________法將聚集的菌種逐步分離并培養(yǎng)成單菌落；實驗室中利用選擇培養(yǎng)基篩選微生物的原理是__________________________________________。

(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在導(dǎo)入受體細(xì)胞前要先構(gòu)建________，以使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。若要將重組大腸桿菌分泌的耐熱耐堿木聚糖酶應(yīng)用于造紙工業(yè)生產(chǎn)，除了需要研究木聚糖酶的產(chǎn)量外，還需要檢測木聚糖酶的________。

(4)有研究表明，在木聚糖酶中特定部位引入精氨酸可以增加木聚糖酶中的離子鍵數(shù)目，從而增加該酶在堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造木聚糖酶，其基本思路是___________________________________________________________________。根據(jù)新木聚糖酶的氨基酸序列設(shè)計新木聚糖酶的基因，會設(shè)計出多種脫氧核苷酸序列，原因是_____________________________________________________________________________________。

解析：(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造。與蛋白質(zhì)工程相比，基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。(2)由于大腸桿菌為單細(xì)胞、繁殖快、遺傳物質(zhì)相對較少，所以在蛋白質(zhì)工程和基因工程中常用大腸桿菌作為受體細(xì)胞。采用平板劃線法分離純化大腸桿菌時，使用的接種工具為接種環(huán)。實驗室中利用選擇培養(yǎng)基篩選微生物的原理是：人為提供有利于目的菌生長的條件，同時抑制或阻止其他微生物的生長。(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在導(dǎo)入受體細(xì)胞前，需要先將其與載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達(dá)載體，以使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。在將重組大腸桿菌分泌的耐熱耐堿的木聚糖酶應(yīng)用于造紙工業(yè)生產(chǎn)前，需要研究該木聚糖酶的產(chǎn)量并對木聚糖酶的生物活性(或催化效率)進(jìn)行檢測。(4)利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造木聚糖酶，其基本思路是：根據(jù)需要對耐堿的木聚糖酶的功能特點，設(shè)計新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀合成新木聚糖酶基因。由于密碼子具有簡并現(xiàn)象(或存在多種密碼子決定同一種氨基酸的現(xiàn)象)，導(dǎo)致根據(jù)新木聚糖酶的氨基酸序列設(shè)計的新木聚糖酶的基因會有多種脫氧核苷酸序列。

答案：(1)蛋白質(zhì)功能自然界中已存在的蛋白質(zhì)(2)為單細(xì)胞、繁殖快、遺傳物質(zhì)相對較少平板劃線人為提供有利于目的菌生長的條件，同時抑制或阻止其他微生物的生長(3)基因表達(dá)載體生物活性(或催化效率)(4)根據(jù)需要對耐堿的木聚糖酶的功能特點，設(shè)計新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀合成新木聚糖酶基因密碼子具有簡并現(xiàn)象(或存在多種密碼子決定同一種氨基酸的現(xiàn)象)熒光蛋白(GFP)等基因轉(zhuǎn)入斑馬魚，建立了一種經(jīng)濟(jì)且快速的水體E物質(zhì)監(jiān)測方法。(1)將表達(dá)載體導(dǎo)入斑馬魚受精卵的最佳方式是________?？枷?生物技術(shù)的安全性和倫理問題

[典例6](2022年北京高考)生態(tài)文明建設(shè)已成為我國的基本國策。水中雌激素類物質(zhì)(E物質(zhì))污染會導(dǎo)致魚類雌性化等異常，并通過食物鏈影響人體健康和生態(tài)安全。原產(chǎn)南亞的斑馬魚，其肌細(xì)胞、生殖細(xì)胞等存在E物質(zhì)受體，且幼體透明?？茖W(xué)家將綠色__________________________________________________________________________，因而被用于制備監(jiān)測魚(MO)。

(2)為監(jiān)測E物質(zhì)，研究者設(shè)計了下圖所示的兩種方案制備轉(zhuǎn)基因斑馬魚，其中ERE和酵母來源的UAS是兩種誘導(dǎo)型啟動子，分別被E物質(zhì)－受體復(fù)合物和酵母來源的Gal4蛋白特異性激活，啟動下游基因表達(dá)。與方案1相比，方案2的主要優(yōu)勢是_______方案1方案2①ERE②UAS③使基因僅在生殖細(xì)胞表達(dá)的啟動子(P生)④使基因僅在肌細(xì)胞表達(dá)的啟動子(P肌)

(3)現(xiàn)擬制備一種不育的監(jiān)測魚SM，用于實際監(jiān)測。SM需經(jīng)MO和另一親本(X)雜交獲得。欲獲得X，需從以下選項中選擇啟動子和基因，構(gòu)建表達(dá)載體并轉(zhuǎn)入野生型斑馬魚受精卵，經(jīng)培育后進(jìn)行篩選。請將選項的序號填入相應(yīng)的方框中。

Ⅰ.啟動子：________。(5)使擬用于實際監(jiān)測的SM不育的目的是_________________________________________________。Ⅱ.基因：________A.GFPB.Gal4C.雌激素受體基因(ER)D.僅導(dǎo)致生殖細(xì)胞凋亡的基因(dg)(4)SM不育的原因是：成體SM自身產(chǎn)生雌激素，與受體結(jié)合后____________造成不育。得SM，MO是方案2獲得的，所以親本X啟動子選擇UAS。要獲得SM是不育個體，MO是可育的，所以X必須有僅導(dǎo)致生殖

解析：(1)將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞最有效的方法是顯微注射法，所以將表達(dá)載體導(dǎo)入斑馬魚受精卵的最佳方式是顯微注射法。(2)由圖可知，方案1中的E物質(zhì)—受體復(fù)合物激活ERE，使GFP基因表達(dá)，方案2中的E物質(zhì)—受體復(fù)合物先激活ERE獲得Gal4蛋白，然后Gal4蛋白激活UAS啟動子，使GFP基因表達(dá)，方案2中的GFP蛋白表達(dá)量大，更靈敏。(3)MO和另一親本(X)雜交獲答案：(1)顯微注射(2)監(jiān)測靈敏度更高(3)②D(4)激活ERE誘導(dǎo)Gal4

表達(dá)，Gal4

結(jié)合UAS誘導(dǎo)dg表達(dá)，生殖細(xì)胞凋亡(5)避免轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸帶來生物安全問題細(xì)胞凋亡的基因(dg)。(4)成體SM自身產(chǎn)生雌激素，與受體結(jié)合后形成復(fù)合物，激活ERE誘導(dǎo)Gal4

表達(dá)，Gal4

與UAS啟動子結(jié)合誘導(dǎo)dg表達(dá)，使生殖細(xì)胞凋亡。(5)監(jiān)測魚屬于轉(zhuǎn)基因生物，目前安全性不確定，為了避免轉(zhuǎn)基因斑馬魚逃逸帶來生物安全問題，需要SM不育。A.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.由于技術(shù)問題，生殖性克隆可能孕育出有嚴(yán)重生理缺陷的克隆動物

【考向集訓(xùn)】

6.(2022年廣東梅州期末)生物安全是指與生物有關(guān)的各種因素對社會、經(jīng)濟(jì)、人類健康以及生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的危害或潛在風(fēng)險。下列相關(guān)敘述錯誤的是()

解析：在生物恐怖威脅不斷上升、全球傳染病疫情頻發(fā)的情況下，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，A正確。由于克隆技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)在做克隆人很可能孕育出有嚴(yán)重生理缺陷的孩子。理由是重構(gòu)胚胎成功率低，移C.為避免可能產(chǎn)生的基因歧視，基因檢測機構(gòu)不能隨意泄露基因檢測的結(jié)果D.從外來入侵害蟲的原產(chǎn)地引入天敵進(jìn)行治理，不會對入侵地造成生態(tài)影響進(jìn)行治理，由于短期內(nèi)天敵沒有資源和空間等的限制，可能會對入侵地造成生態(tài)影響，D錯誤。答案：D植入母體子宮后胚胎著床率低、流產(chǎn)率高、胎兒畸形率高，出生后死亡率高等，正常的個體極少，B正確。為了盡力規(guī)避基因診斷的風(fēng)險，避免可能產(chǎn)生的基因歧視，基因檢測機構(gòu)不能隨意泄露基因檢測的結(jié)果，C正確。從外來入侵害蟲的原產(chǎn)地引入天敵DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增及電泳鑒定1.DNA的粗提取與鑒定。(1)原理。(2)方法步驟。①研磨材料：新鮮洋蔥，加研磨液充分研磨。②獲取含DNA的濾液：過濾(紗布)、提取濾液(或在1500r·min-1轉(zhuǎn)速下離心5min取上清液)。

③析出DNA：在上清液中加入體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精溶液，靜置后用玻璃棒沿一個方向攪拌卷起白色絲狀物，或在10000r·min-1

轉(zhuǎn)速下離心5min取沉淀物。④溶解DNA：將絲狀物或沉淀溶解在2mol·L-1

的NaCl溶液中。⑤鑒定DNA：在溶有DNA的溶液中加入二苯胺試劑，混合均勻后將試管在沸水中加熱5min，溶液變成藍(lán)色。2.DNA片段的擴增及電泳鑒定。(1)原理。①