考點37基因工程及生物技術的安全與倫理

（精講+精練）

錄

一、知識點精準記憶

二、典型例題剖析

1、重組DNA技術的基本工具

2、基因工程的基本操作程序

3、DNA的粗提取與鑒定和DNA片段的擴增與電泳鑒定

4、基因工程的應用

5、蛋白質(zhì)工程的原理和應用

6、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性

7、關注生殖性克隆人

8、禁止生物武器

三、易混易錯辨析

四、2022高考真題感悟

五、高頻考點精練

第一部分：知識點精準記憶

一、重組DNA技術的基本工具

1.基因工程的概念

(1)手段：按照人們的愿望，通過轉(zhuǎn)基因等技術，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：分子水平。由于在DNA分子水平上進行設計和施工，因此又叫作重組DNA技術。

(4)基因工程的理論基礎

①基因是控制生物性狀的遺

傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位

外源基因在受理論

②遺傳信息的傳遞都遵循中

體細胞內(nèi)表達基礎

心法則

③生物界共用一套遺傳密碼

重組DNA：蛋白質(zhì)

載體+目的基因(性狀)

①DNA的基本組成單位都是

四種脫氧核甘酸

理論②DNA分子都遵循堿基互補

1基因拼接■

基礎配對原則

③雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)

都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

2.重組DNA技術的基本工具

(1)限制性內(nèi)切核酸酶(也稱“限制酶”)

①來源：主要來自原核生物

②種類：分離的限制酶有數(shù)千種

③特點(專一性)：識別雙鏈DNA分子的特定核甘酸序列，使每一條鏈中特定部位的磷酸

二酯鍵斷開

④作用：斷開兩個核昔酸之間的磷酸二酯鍵

⑤結(jié)果：產(chǎn)生兩個粘性末端或平末端

(2)DNA連接酶

①作用：將兩個DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個核甘酸之間的磷酸二酯

鍵

②類型

E.coliDNA連接酶：來源大腸桿菌；功能是只能“縫合”粘性末端

T4DNA連接酶：來源T4噬菌體；功能是“縫合”粘性末端和平末端

⑶載體

①種類：質(zhì)粒(常用載體)環(huán)狀雙鏈DNA分子、噬菌體、動植物病毒

②特點：有一個至多個限制酶切位點；攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒進入到細胞后，能在細胞

中進行自我復制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復制；常有特殊的標記基因，

便于重組質(zhì)粒分子的篩選

③作用：攜帶外源DNA片段進入受體細胞

3.延伸應用：圖解限制酶的選擇原則

標記基因Pstl

PstISmaIPstI

土JJEcoRI

SmaI抗病EcoRiSmaI

基因

甲乙

(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstI,而不選擇Smal。

(2)保留標記基因、啟動子、終止子、復制原點原則：質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因，所

以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中不選擇SmaI。

(3)確保出現(xiàn)相同黏性末端原則：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶，如圖甲中PstI；

為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,

如圖甲也可選擇PstI和EcoRI兩種限制酶。

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：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(chǎn)物等

的基因。

（2）篩選合適的目的基因

①從相關的已知結(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利用序列數(shù)據(jù)庫和序列比對工具進行篩選。

（3）目的基因的獲取

①人工合成目的基因。

②常用PCR特異性地快速擴增目的基因

（4）1歸納總結(jié)】：PCR技術和DNA復制的比較

①PCR技術②DNA復制

場所：體外（PCR擴增儀）場所：細胞內(nèi)（主要是細胞核內(nèi)）

解旋方式：DNA在高溫下變性解旋解旋方式：解旋酶催化

酶：耐高溫的DNA聚合酶酶：解旋酶、DNA聚合酶

溫度條件：在較高溫度下進行，需控制溫度溫度條件：細胞內(nèi)溫和條件

合成對象：DNA片段合成對象：DNA分子

PCR技術和DNA復制的相同點：均需要模板（DNA雙鏈）、原料（四種脫氧核糖核甘酸）、能

量

I易錯提醒】①在PCR過程中實際加入的為dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP）,既可作

為合成DNA子鏈的原料，又可為DNA的合成提供能量。

②引物既可以是DNA單鏈，也可以為RNA單鏈。細胞內(nèi)的DNA進行復制時，也需要引物,

一般為RNA片段。

③真核細胞和細菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。因此，PCR反應緩沖溶液中一般要添

加Mg2+o

@PCR擴增過程中的循環(huán)圖示與規(guī)律

^^,jiiiiii...a,7~3

-3」曲1幅：

到麗川11吧尸'

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—目標序列51尉n吧三一3

-一側(cè)翼序列

3'3；

口引物A

循環(huán)循環(huán)：循環(huán)：

口引物B1:23

變性?*復性?*延伸變性》復性一延伸變性—復性—延伸

循環(huán)次數(shù)123n

DNA分子數(shù)2482〃

含引物A(或B)的DNA分子數(shù)1372〃一1

同時含引物A、B的DNA分子數(shù)0=2」22=22—26=23—22〃一2

共消耗的引物數(shù)量2=2回一26=22+-214=23+1—22n+1-2

2.基因表達載體的構(gòu)建一一基因工程的核心

⑴目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因

能夠表達和發(fā)揮作用。

(2)基因表達載體的組成及作用

目的基因：編碼蛋白質(zhì)的基因或具有

調(diào)控作用的因子

啟動子:RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位；

能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA

終止子：轉(zhuǎn)錄的終點，在轉(zhuǎn)錄過程中起

調(diào)控作用

標記基因:供重組DNA分子的篩選

(3)構(gòu)建過程

奧粒DN.分子

?同一種限制酶或能產(chǎn)生相同

末端的限制酶切割

一個切口；兩個黏性末端兩個切口；獲得目的基因

-］DNA連接酶

重組DNA*子(重組質(zhì)粒)

I易錯提醒】啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子對比

項目啟動子終止子起始密碼子終止密碼子

本質(zhì)DNADNAmRNAmRNA

位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端

RNA聚合酶識別

和結(jié)合的部位，驅(qū)使轉(zhuǎn)錄在所需要的翻譯的起始信號翻譯的結(jié)束信號

功能

動基因轉(zhuǎn)錄出地方停下來（編碼氨基酸）（不編碼氨基酸）

mRNA

3.將目的基因?qū)胧荏w細胞

生物種類植物動物微生物

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花

常用方法顯微注射法Ca2+處理法

粉管通道法

受體細胞體細胞或受精卵受精卵原核細胞

將目的基因插入Ti

質(zhì)粒的T-DNA中將含有目的基因的表達載Ca2+處理細胞一細胞處

f農(nóng)桿菌f導入植體提純f取卵（受精卵）f于一種能吸收周圍環(huán)境

轉(zhuǎn)化過程

物細胞f整合到受顯微注射f受精卵發(fā)育一中DNA分子的生理狀

體細胞的染色體獲得具有新性狀的動物態(tài)一基因表達載體導入

DNA上一表達

注意

1轉(zhuǎn)化：目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。此處“轉(zhuǎn)化”

與肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中的“轉(zhuǎn)化”含義相同，實質(zhì)都是基因重組。

2農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中的兩次拼接和兩次導入，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拼接到受體細胞的染色體

DNA上；第一次導入是將含目的基因的Ti質(zhì)粒導入農(nóng)桿菌，第二次導入非人工操作是指含

目的基因的T-DNA導入受體細胞。

3農(nóng)桿菌特點

①能在自然條件下侵染雙子葉植物和裸子植物，而對大多數(shù)單子葉植物沒有侵染能力。

②農(nóng)桿菌細胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒，當它侵染植物細胞后，能將Ti質(zhì)粒上的T—DNA轉(zhuǎn)移到被侵

染的細胞，并且將其整合到該細胞的染色體DNA上。

4.目的基因的檢測與鑒定

分子水平檢測個體生物學

水平鑒定

三、DNA的粗提取與鑒定和DNA片段的擴增與電泳鑒定

1.DNA的粗提取與鑒定

（1）基本原理

①原理：利用DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學性質(zhì)方面的差異，提取DNA,去

除其他成分。

②DNA的性質(zhì)：DNA不溶于酒精，但某些蛋白質(zhì)溶于酒精；DNA能溶于2moi1一1的NaCl

溶液。

③DNA的鑒定：在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色。

（2）操作流程

（取材、研磨）

.在漏斗中墊上紗布，將研磨液過

濾到燒杯中，在4電冰箱中放置

去除濾液中\(zhòng)幾分鐘后（或直接將研磨液倒入

雜質(zhì)

塑料離心管中，離心5min）,再

.取上清液

■在上清液中加入等體積的、預冷

的體積分數(shù)為年的酒精溶液，

,-----------------J靜置2~3min,用玻璃棒沿一個

[DNA的析叫j方向攪拌，卷起絲狀物，用濾紙

吸去上面的水分（或?qū)⑷芤旱谷?/p>

塑料離心管中，離心5min,棄上清

液，將管底的沉淀物晾干）

將絲狀物或沉淀物用2mol/L的NaCl

溶液溶解，然后加入二苯胺試劑，

（DNA的鑒定卜

混勻后置于沸水中加熱5min,冷

卻后觀察顏色變化

注意：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。

2.DNA片段的擴增及電泳鑒定

（1）實驗基礎

①PCR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。

③PCR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。

(2)PCR實驗操作步驟

行齊”用微量移液器按照配方或PCR試劑盒的

國邃尸說明書，向微量離心管中依次加入各組分

便升蓋嚴離心管的蓋子

位正將微量離心管放在離心機里，離心約10s,

畫匕廠使反應液集中在管的底郢

百a設置好PCR儀的循環(huán)程序，將裝有反應液

咫沙的微量離心管放在PCR儀中進行反應

(3)DNA的電泳鑒定

「瓊脂糖凝膠制備：根據(jù)待分離DNA片段的

大小，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液(一般

質(zhì)量分數(shù)為0.8%~1.2%)

,凝膠板制備：將溫熱的瓊脂糖溶液倒入模具,

插入梳子形成加樣孔，凝膠溶液完全凝固后

電拔出梳子，將凝膠放入電泳槽內(nèi)

泳

一點樣：加電泳緩沖液,然后用微量移液管將

擴增得到的PCR產(chǎn)物與凝膠載樣緩沖液的

混合液加入加樣孔，一孔加標準參照物

電泳：接通電源，設定好電壓，一般為

1~5V/cm,進行電泳

觀察：在紫處打下觀察和照相

意

注

1為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗使用的微量離心管、槍頭和蒸儲水等在使用前

必須進行高壓滅菌處理。

2每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。

3電泳時，DNA分子的相對分子質(zhì)量越大，受到的阻力越大，遷移速率越慢，DNA分子的

相對分子質(zhì)量越小，受到的阻力越小，遷移速率越快。

四、基因工程的應用

1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應用

蟲些

有抗

出具

分離

物中

些生

從某

因

轉(zhuǎn)基

育

中培

作物

導入

,將它

基因

能的

植物

抗蟲

物

的作

蟲性

有抗

出具

的近

菌等

、真

病毒

某些

源于

將來

因

轉(zhuǎn)基

轉(zhuǎn)基

育出

，培

物中

入植

因?qū)?/p>

病基

植物

抗病

物

病植

因抗

基因

劑的

除草

某種

抵抗

解或

將降

因抗

轉(zhuǎn)基

草劑

抗除

育出

以培

，可

作物

導入

物

劑植

除草

種

物品

農(nóng)的作

牧

質(zhì)編

蛋白

多的

含量

基酸

需氨

業(yè).將必

這

提高

,可以

物中

入植

因?qū)?/p>

方碼基

面

量

的含

基酸