高考生物总复习 专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题课件 新人教版选修3.ppt

选修 3 现代生物科技专题专题1、4基因工程、生物技术的安全性和伦理问题考纲内容能力要求命题分析1.基因工程的诞生2.基因工程的原理及技术3.基因工程的应用4.蛋白质工程5.转基因生物的安全性6.生物武器对人类的威胁7.生物技术中的伦理问题ⅠⅡⅡⅠⅠⅠⅠ1.常以基因工程为主线命制非选择题考查基因结构、基因表达、基因工程及安全性等知识2.基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用也是常考的内容考点基因工程1.概念：又叫_______________技术，是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过_________________和____________等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品DNA 重组体外 DNA 重组转基因2. 基本工具：(1)限制性核酸内切酶——“分子手术刀”①功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定___________，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的____________键断开核苷酸序列磷酸二酯黏性②结果：形成________末端或平末端2)DNA 连接酶——“分子缝合针”①功能：将两个具有相同末端的 DNA 片段连接。

②种类：E·coliDNA 连接酶、T4DNA 连接酶等(3)基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”①特点：具有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA片段(基因)插入其中；携带外源 DNA 片段进入受体细胞后，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体 DNA 上，随染色体 DNA进行同步复制；有特殊的____________，供重组 DNA 的鉴定和选择标记基因质粒②本质：小分子双链环状 DNA③种类：________(常用)、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等3.基本步骤：(1)____________的获取：从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增、人工合成2)基因表达载体的构建——基因工程的核心①目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用②基因表达载体的组成：目的基因、________、终止子、标记基因目的基因启动子(3)将目的基因导入受体细胞：①导入植物细胞：采用________________、基因枪法、花粉管通道法等农杆菌转化法显微注射②导入动物细胞：主要采用____________技术4)目的基因的检测和鉴定：DNA 分子杂交①______________技术(DNA 探针＋转基因生物 DNA)：检测是否有目的基因。

转录抗原—抗体②分子杂交技术(DNA 探针＋转基因生物 mRNA)：检测目的基因是否________③______________杂交：检测目的基因是否翻译成蛋白质④对生物进行个体生物学水平的鉴定③导入微生物：先用Ca2＋处理再融合【考点对应练】1.基因工程技术也称为 DNA 重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是()A.目的基因、限制酶、载体、受体细胞B.重组 DNA、RNA 聚合酶、限制酶、连接酶C.工具酶、目的基因、载体、受体细胞D.模板 DNA、mRNA、质粒、受体细胞[解析]基因工程需要的基本工具：限制酶、DNA 连接酶、载体插入了目的基因的重组载体需要导入受体细胞进行复制和表达[答案]C2.(2013 年大纲版全国)下列实践活动包含基因工程技术的是()A.水稻 F1 花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种B.抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦C.将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株D.用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆[解析]A 项属于单倍体育种，原理是染色体变异；B 项属于杂交育种，原理是基因重组；C 项属于基因工程，原理是基因重组；D 项属于诱变育种，原理是基因突变。

[答案]C考点蛋白质工程1.概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因__________或基因合成，对现有蛋白质进行__________，或制造一种__________的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求修饰改造新2.过程：预期蛋白质功能→设计________________→推测应有的__________序列→找到相对应的_______________序列(基因)蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸【考点对应练】3.蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是()A.氨基酸结构B.蛋白质空间结构C.肽链结构D.基因结构[解析]蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改造自然界中的蛋白质[答案]D4.科学家将β－干扰素基因进行定点突变并导入大肠杆菌中表达，使干扰素第 17 位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病性，并且提高了储存稳定性该生物技术为()A.基因工程C.基因突变B.蛋白质工程D.细胞工程[解析]基因工程是只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质本题中改变的β－干扰素不是天然的，因此，属于蛋白质工程。

[答案]B考点生物技术的安全性和伦理问题1.转基因生物的安全性：(1)转基因成果：基因工程药物，转基因家畜，家禽优良品种，生物反应器(生产细胞产品)，转基因抗性作物等2)对安全性问题的争论：①食物安全：毒性蛋白、过敏原、营养成分的改变等②生物安全：对______________的影响③环境安全：对__________________的影响3)理性看待转基因技术：正确的伦理舆论导向、社会监督和法制制度的建立生物多样性生态系统稳定性2.生物技术的伦理问题：生殖性克隆人(1)克隆人：不赞成、不允许、不支持、不接受①中国政府的态度：禁止__________________②四不原则：____________________________________任何生殖性克隆人的实验2)设计试管婴儿：①设计试管婴儿需对胚胎进行____________②多数人持认可态度基因检测(3)基因检测：①基因身份证：记录某个人某些基因资讯的身份证②人们对基因检测的两种观点3.禁止生物武器：(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂及经基因重组的致病菌等2)生物武器的散布方式：通过食物、生活必需品等散布到敌方。

3)生物武器的危害：对____________________造成大规模杀伤的后果军队和平民【考点对应练】5.下列关于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是()A.转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的B.重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染C.种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响D.如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内[解析]种植抗虫棉可以减少农药的使用量，但可能会影响生态系统的平衡[答案]C一、DNA 重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶：(1)来源：多数来自原核生物2)作用特点：①主要切割外源 DNA，而对自身的 DNA 不起作用，达到保护自身的目的②专一性：只能识别 DNA 分子中特定的核苷酸序列，且只能在每一条链中特定的部位进行切割(3)作用结果——形成 DNA 片段末端①黏性末端：错位切，切下后的两端形成单链末端②平末端：平切，在两条链的特定序列的中轴线处切割，形成一个无黏性末端的平口4)作用实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开2.DNA 连接酶：(1)作用实质：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，使两个 DNA 分子连接成一个 DNA。

2)常用种类及作用：①E·coli DNA 连接酶：来源于大肠杆菌，连接黏性末端②T4DNA 连接酶：来源于 T4 噬菌体，连接黏性末端和平末端(效率较低)3.基因的运输工具——载体1)作用：①作为运载工具，将目的基因送入宿主细胞中②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制2)载体必须具备三个条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制②有多个限制酶切位点，以便与目的基因连接③具有某些标记基因，以便进行筛选3)种类：①细菌质粒：细菌拟核 DNA 以外的小型环状 DNA②λ噬菌体的衍生物和某些病毒的 DNA几种酶的作用部位(1)作用于①部位的酶：限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶、Taq 酶2)作用于②部位的酶：DNA 解旋酶限制酶BamHⅠEcoRⅠPstⅠ识别序列和切割位点↓GGATCCCCTAGG↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CTGCAGGACGTC↑【典例】下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点如下图所示，已知某 DNA 在目的基因的两端 1、2、3、4 四处有 BamHⅠ或 EcoRⅠ或 PstⅠ的酶切位点现用 BamHⅠ和 EcoRⅠ两种酶同时切割该 DNA 片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的 DNA 片段自身连接成环状的是()A.1 为 BamH Ⅰ，2 为 EcoR Ⅰ，3 为 BamH Ⅰ，4 为 Pst ⅠB.1 为 EcoR Ⅰ，2 为 BamH Ⅰ，3 为 BamH Ⅰ，4 为 Pst ⅠC.1 为 Pst Ⅰ，2 为 EcoR Ⅰ，3 为 EcoR Ⅰ，4 为 BamH ⅠD.1 为 BamH Ⅰ，2 为 EcoR Ⅰ，3 为 Pst Ⅰ，4 为 EcoR Ⅰ[解析](1)提取隐含信息：①酶切后单个含目的基因的 DNA片段的两个黏性末端如果是相同的，则能自身连接成环状；②要切下单个含目的基因的 DNA 片段，必须在 2、3 位点上切割。

2)分析选项：用BamHⅠ和 EcoRⅠ两种酶同时切割该DNA片段，当 2 为 EcoRⅠ，3 为BamHⅠ，切下的单个含目的基因的 DNA 片段的两个黏性末端不相同，不能自身连接成环；B、C 项的 2、3 位点的限制酶一样，切下的 DNA 片段的黏性末端相同；D 项在 3 位点处是 PstⅠ切割位点，题目中没有要求用此酶进行切割[答案]A 【举一反三1】(2013年广东)地中海贫血症属于常染色体遗传病一对夫妇生有一位重型β地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白β链第39位氨基酸的编码序列发生了突变(C→T)用PCR扩增包含该位点的一段DNA片段l，突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s；但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切，如下图1目前患儿母亲再次怀孕，并接受了产权基因诊断家庭成员及胎儿的PCR扩增产物酶切电泳带型示意图见图2终止密码子为UAA、UAG、UGA)图 1图 2(1)在获得单链模板的方式上，PCR 扩增与体内 DNA 复制不同，前者通过______________解开双链，后者通过__________解开双链2)据图分析，胎儿的基因型是______(基因用 A、a 表示)。

患儿患病可能的原因是_______________的原始生殖细胞通过______________过程产生配子时，发生了基因突变；从基因表达水平分析，其患病是由于________________________________________________(3)研究者在另一种贫血症的一位患者β链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致β链第 102 位的天冬酰胺替换为苏氨酸如果________________，但________________________，则为证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点提供了一个有力证据[解析](1)PCR 是体外扩增 DNA 的方式，通过高温使双链解开，体内 DNA 的复制则是通过解旋酶使 DNA 双链解开2)由题意可知重度β地中海贫血是隐性遗传病，突变后的序列可以被剪切成 m 和 s 的两个片段，而正常序列无法被剪切，因此母亲、父亲、患儿和胎儿的基因型分别为：AA、Aa、aa和 Aa，母亲和父亲的基因型为 AA 和 Aa，生下患儿可能是因此母亲的原始生殖细胞通过减数分裂产生配子时发生了基因突变由图可知，其突变为由模板链的GTC 突变成ATC，mRNA上由 CAG 变成 UAG，因此终止密码子提前出现，使翻译提前终止。

(3)如果这种贫血可以遗传给后代，而又能证实不是重型地中海贫血，即β链不能被限制酶切割，则为证明该突变位点就是这种贫血病的致病点提供了有力证据[答案](1)热变性原理解旋酶(2)Aa母亲减数分裂翻译提前终止形成异常血红蛋白(3)该病可遗传给后代患者的β链不能被限制性酶切割二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取：(1)目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因(人类所需的)2)获取方法：①从自然界已有的物种中分离：从基因文库或 cDNA 文库中获取②人工合成：反转录法、化学合成法③利用 PCR 技术扩增说明：基因文库相当于某种生物的基因仓库，储备着大量该物种的基因2.基因表达载体的构建——重组质粒的构建1)基因表达载体的组成：目的基因＋标记基因＋启动子＋终止子2)构建步骤：(3)构建载体主要考虑的因素：①具有选择性标记基因：如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物②用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子③使用与获取目的基因相同的限制酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接方法主要适用范围受体细胞植物细胞农杆菌转化法双子叶植物、裸子植物体细胞花粉管通道法抗虫棉受精卵基因枪法单子叶植物体细胞动物细胞显微注射法动物受精卵病毒侵染法微生物细胞转化法(CaCl2)原核生物大肠杆菌等3.目的基因导入受体细胞的方法：4.目的基因的检测方法：(1)导入检测：DNA 分子杂交法(使用 DNA 探针)检测目的基因。

2)表达检测：①转录检测：分子杂交法，用标记的目的基因作为探针与mRNA 杂交，检测 mRNA②翻译检测：抗原－抗体杂交，提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交3)个体生物学水平鉴定：如作物抗性的鉴定等【典例】北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有 11 个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是()A.过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B.多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D.应用 DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达[解析](1)读懂图：过程①是通过反转录形成目的基因，②是构建基因表达载体，再通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄体细胞中，经组织培养形成抗冻番茄植株2)拓展基本概念：基因包括编码区和非编码区，编码区能指导蛋白质形成，非编码区不指导蛋白质合成，但其中有调控编码区的部位，如 RNA 聚合酶结合位点；原核细胞的编码区是连续的，而真核细胞的编码区是不连续的，包含外显子和内含子，只有前者能编码蛋白质，经转录后形成的成熟 mRNA 不含内含子所转录的片段。

(3)选项分析：A 项，过程①获得的目的基因已不含非编码区和内含子，因此不能用于比目鱼基因组测序C 项，质粒含标记基因，而导入农杆菌的目的是为了利用其将目的基因导入受体细胞内，与筛选无关D 项，DNA 探针技术不能检测基因是否完全表达，目的基因是否完全表达应该检测表达产物蛋白质[答案]B【举一反三 2】(2013 年揭阳二模)科学家从苏云金芽孢杆菌中分离出杀虫晶体蛋白基因(简称 Bt 基因)培育转基因抗虫棉，下列分析正确的是()A.通过 PCR 技术扩增 Bt 基因时需用 TaqDNA 聚合酶打开DNA 双链B.构建基因表达载体需使用限制酶、DNA 连接酶C.在棉花细胞中检测出 Bt 基因转录出的 mRNA 是培育成功的标志D.需将导入 Bt 基因的棉花细胞进行高压蒸汽灭菌[解析]通过 PCR 技术扩增 Bt 基因时需高温打开DNA 双链，TaqDNA 聚合酶从引物开始进行互补链的合成；构建基因表达载体需使用限制酶、DNA 连接酶，即用一种限制酶切割质粒和目的基因形成相同的黏性末端，用 DNA 连接酶连接 2 个 DNA片段形成重组质粒；在棉花细胞中检测出 Bt 基因合成杀虫晶体蛋白是培育成功的标志；需将导入 Bt 基因的棉花细胞进行消毒处理。

[答案]B领域应用实例植物基因工程抗虫转基因抗虫棉抗病转基因抗病毒烟草抗逆转鱼抗冻蛋白基因番茄改良品质转基因玉米、转基因延熟番茄动物基因工程提高生长速度转生长激素基因鲤鱼改善品质转肠乳糖酶基因奶牛生产药物乳腺发生器器官移植的供体设法培育转基因克隆猪器官基因工程制药转基因工程菌干扰素、胰岛素、抗体等基因治疗导入正常基因转移腺苷酸脱氢酶基因治疗复合型免疫缺陷症三、基因工程的应用【典例】基因治疗是指()A.对有基因缺陷的细胞提供营养，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的B.把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的C.运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D.运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的[解析]基因治疗是指将正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，可分为体内基因治疗和体外基因治疗两种方法[答案]B【举一反三 3】下列关于转基因生物的叙述正确的是()A.将人胰岛素基因转入大肠杆菌中生产人胰岛素，则大肠杆菌是“工程菌”B.转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因增加C.动物的生长激素基因转入植物后不能表达D.将雄性动物细胞作为乳腺生物反应器的受体细胞[解析]由于植物与昆虫间是相互选择的，转抗虫基因植物可使昆虫群体抗性基因频率增加；动物生长激素基因转入植物后也能表达；雄性动物不能分泌乳汁，不能作为乳腺生物反应器的受体细胞。