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专题二十七 基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
基础篇
考点 一 基因工程（重组 DNA 技术） 种类 ❹ 质粒 最常用 噬菌体 动植物病
２) : ( )、 、
毒等
一、基因工程的基本工具 ꎮ
作用 携带外源 片段进入受体细胞
1.
限制酶（限制性内切核酸酶） ３) : ＤＮＡ ꎮ
特点 可在受体细胞中自我复制或整合到受
来源 主要是原核细胞 ４) :
体 上 随受体 同步复制
识别双链 分子的特定核苷酸序列ꎬ并使每 ＤＮＡ ꎬ ＤＮＡ ꎮ
作用 ＤＮＡ 二、基因工程的基本操作程序
一条链中特定部位的❶ 磷酸二酯键 断开
1.
目的基因的筛选与获取
结果 形成黏性末端(如Ｅｃｏ )或平末端(如Ｓｍａ )
ＲⅠ Ⅰ
目的基因 主要指能编码蛋白质的基因 如
知识拓展 １) : ꎬ
Ｂｔ 抗虫蛋白基因等
原核生物的限制酶不切割自身 的原因:原核 ꎮ
ＤＮＡ
筛选 从已知结构 功能清晰的基因中筛选
生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰ꎮ
２) : 、
是较为有效的方法之一
2.DNA ꎮ
连接酶
获取目的基因
３)
来源 主要是大肠杆菌、 噬菌体
Ｔ４ 方法 获取目的基因
将双链 片段“缝合”起来ꎬ恢复被限制酶
作用 ＤＮＡ
切开的磷酸二酯键 通过❺ 化学合成 法直接人工合成ꎬ如利用
Ｅ.ｃｏｌｉ 连接酶和 连接酶ꎬ前者只 方法 合成仪直接人工合成比较小的目的
主要 ＤＮＡ Ｔ４ ＤＮＡ １ ＤＮＡ
连接❷ 黏性末端 ꎬ后者既可连接黏性末端ꎬ 基因
种类
又可连接平末端(效率相对较低)
可从基因文库(如基因组文库和 文库)
方法 ｃＤＮＡ
知识归纳 ２ 中获取
与 相关的酶的比较
方法
ＤＮＡ
３ ＰＣＲ
酶种类 作用部位 底物 产物 作用过程
知识拓展
限制酶 片段 表达载
ＤＮＡ ＤＮＡ
基因组文库和 文库
连接酶 片段 体的构建 ｃＤＮＡ
ＤＮＡ ＤＮＡ ＤＮＡ
聚合酶 磷酸二 核糖核苷酸 合成
ＲＮＡ ＲＮＡ ＲＮＡ
逆转录酶 酯键 脱氧核苷酸 逆转录
ＤＮＡ
酶 脱氧核苷酸 水解
ＤＮＡ ＤＮＡ ＤＮＡ
聚合酶 脱氧核苷酸 复制
ＤＮＡ ＤＮＡ ＤＮＡ
的两
解旋酶 氢键 双链 ＤＮＡ 复制
ＤＮＡ 条单链 ＤＮＡ
5
年
高 3.
载体
考
3
年
ì ï能在受体细胞中复制并稳定保存
模 ï
拟 条件í具有一个至多个限制酶切割位点
１) ï
A î ï 具有❸ 标记基因 等
版
注意 标记基因便于重组 分子的筛选ꎮ
高
ＤＮＡ
考
生
物
１６４
扩增目的基因
４)ＰＣＲ
项目 内容
仪器 扩增仪( 仪)
ＰＣＲ ＰＣＲ
原理 半保留复制
ＤＮＡ
需要已知目的基因的一段核苷酸序列(以便根
前提
据这一序列合成引物)
2.
母链(提供 复制的模板)ꎻ 种引 基因表达载体的构建（核心工作）
①ＤＮＡ ＤＮＡ ②２
物(使 聚合酶能够从引物的 端开始连接 目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在
ＤＮＡ ３′ １) : ꎬ
脱氧核苷酸)ꎻ 耐高温的 聚合酶(催化合
并可遗传给下一代
条件 ③ ＤＮＡ
ꎮ
成 子链)ꎻ 种脱氧核苷酸(合成
ＤＮＡ ④４ ＤＮＡ 基因表达载体的构成
子链的原料)ꎻ 含 ２＋的缓冲液( ２＋可激活 ２)
⑤ Ｍｇ Ｍｇ
聚合酶)ꎻ 高温条件(打开 双链)
ＤＮＡ ⑥ ＤＮＡ
一般
过程
构建过程
结果 个 ｎ个 (ｎ为扩增循环的次数) ３)
１ ＤＮＡ→２ ＤＮＡ
鉴定 常用❻ 琼脂糖凝胶电泳 鉴定 产物
ＰＣＲ
知识拓展
引物设计
( )设计引物的原因: 聚合酶不能从头开始合成
１ ＤＮＡ
ꎬ只能从引物的 端延伸 链ꎮ
ＤＮＡ ３′ ＤＮＡ
( )引物设计原则 易混易错
２
设计两种引物ꎬ分别与 的两条链上的碱基互补 启动子和起始密码子
① ＤＮＡ
配对: 是两条反向平行的双链ꎬ用两种引物才能确 启动子是 片段ꎬ启动转录过程ꎬ位于 上ꎬ
ＤＮＡ ＤＮＡ ＤＮＡ
保 两条链同时被扩增ꎮ 与 聚合酶结合ꎻ起始密码子是 片段ꎬ是翻译
ＤＮＡ ＲＮＡ ＲＮＡ
两种引物分别位于待扩增部位的两端( 端)ꎬ且延伸 的起始位点ꎬ位于 上ꎮ
② ３′ ｍＲＮＡ
方向相反ꎬ以确保目的片段全部被复制ꎮ
3. 将目的基因导入受体细胞 专
两种引物碱基序列不能互补ꎮ 题
③ 二
植物细胞 体细胞 农杆菌转化法 花粉管
如图ꎬ应选择引物 、 扩增目的基因ꎮ １) ( ): 、 十
Ｂ Ｃ 七
通道法
ꎮ
５′ ３′ 动物细胞 受精卵 显微注射法 基
引物 引物
引物Ａ 引物Ｂ ２) ( ): ꎮ 因
工
Ｃ Ｄ 原核细胞 常用 ２＋处理原核细胞 使之处于
程
３) : Ｃａ ꎬ
３′ ５′ 和
一种能吸收周围环境中 分子的生理状 生
注意 可以在引物的 端添加酶切位点等修饰ꎬ 端 ＤＮＡ 物
５′ ３′ 态 然后将重组的基因表达载体导入细胞 技
不可以ꎮ ꎬ ꎮ 术
的
疑难突破
安
疑难突破 全
农杆菌细胞内含有 质粒ꎬ当农杆菌侵染植物细
性
思考 引物结合位置不在模板链端部时ꎬ第几次循环才 Ｔｉ
与
胞后ꎬ能将 质粒上的 转移到被侵染的细胞ꎬ
伦
能出现双链等长的目标 片段? Ｔｉ Ｔ－ＤＮＡ 理
ＤＮＡ 并且将其整合到该细胞的染色体 上ꎮ 问
提示 第三次循环(如图)ꎮ ＤＮＡ 题
１６５
4. 目的基因的检测与鉴定 抗病植物和转基因抗除草剂植物 改良植物
ꎻ
分子水平 的品质 如提高植物营养价值等
１) ( )ꎮ
转基因动物 提高动物的生长速率 改善畜
２) : 、
产品的品质
ꎮ
2.
医药卫生领域
个体生物学水平 抗性实验
２) : ꎮ 对微生物或动植物的细胞进行基因改造 使
１) ꎬ
疑难突破
它们能够生产药物 如利用乳腺生物反应器
ꎬ
思考 如果ｎ个个体进行了转基因ꎬ其中ｎ 个成功插入
１ 和基因工程菌获得重要医药产品
目的基因ꎬｎ 个成功转录出 ꎬｎ 个成功表达出对应 ꎮ
２ ｍＲＮＡ ３
蛋白ꎬｎ 个成功在个体水平表现出性状ꎬ那么这几个数
４
字间的大小关系是什么?
提示 ｎ ｎ ｎ ｎ ꎮ 基因控制蛋白质的合成需要经过
１> ２> ３> ４
转录和翻译的过程ꎬ且成功插入目的基因的个体ꎬ基因
不一定能成功转录ꎻ若已成功转录出 的个体ꎬ其
ｍＲＮＡ
翻译过程也不一定能顺利进行ꎻ若翻译过程顺利进行ꎬ
成功表达出对应蛋白ꎬ由于还存在与环境的相互作用等
培育转基因克隆猪器官 解决人类器官移植
２) ꎬ
情况ꎬ因此所控制的性状也不一定出现ꎮ
供体器官不足和免疫排斥问题
ꎮ
3.
考点训练(请判断下列说法是否正确) 食品工业方面：利用基因工程菌生产食品工
连接酶催化目的基因片段与质粒载体 业用酶 氨基酸和维生素等
１.ＤＮＡ 、 ꎮ
二、蛋白质工程
片段之间形成磷酸二酯键
ꎮ ( )
1.
中的每次循环一般都可分为变性 复 概念
２.ＰＣＲ 、
性 延伸三步
、 ꎮ ( )
在 中使用的酶是解旋酶和 Ｔａｑ 聚
３. ＰＣＲ ＤＮＡ
合酶 其中后者的热稳定性较高
ꎬ ꎮ ( )
外源 必须位于重组质粒的启动子和终
４. ＤＮＡ 2. 基本思路：从预期的蛋白质❷ 功能 出发 设
→
止子之间才能进行复制
ꎮ ( ) 计预期的蛋白质结构 推测应有的❸ 氨基酸
→
启动子与 聚合酶结合 启动复制过程
５. ＤＮＡ ꎬ ꎮ 序列 找到并改变相对应的❹ 脱氧核苷酸
→
( ) 序列 基因 或合成新的基因 获得所需要
( ) →
１ ２ ３ 在 中不需要解旋 的蛋白质
.√ .√ .✕ ＰＣＲ ꎮ
酶 通过高温 以上 使 分子解旋 ４ 疑难突破
ꎬ (９０ ℃ ) ＤＮＡ ꎮ .✕
外源 必须位于重组质粒的启动子和终止子之 思考 蛋白质工程中为什么通过对基因操作来实现对
5 ＤＮＡ
年 间才能进行转录 ５ 启动子是 片段 启 天然蛋白质的改造?
高 ꎮ .✕ ＤＮＡ ꎬ
考 动转录过程 与 聚合酶结合 提示 蛋白质一般具有十分复杂的空间结构ꎬ基因的结
3 ꎬ ＲＮＡ ꎮ
年 构相对简单容易改造ꎻ改造后的基因可以遗传给下一
模
拟 考点 二 基因工程的应用与蛋白质工程 代ꎬ而直接改造蛋白质无法遗传ꎮ
A
版 一、基因工程的应用 考点训练(请判断下列说法是否正确)
高 1.
农牧业方面 基因工程技术已被广泛用于改良动植物品质
考
１. 、
生
物 转基因植物 培育转基因抗虫植物 转基因 提高作物和畜产品的产量等方面
１) : 、 ꎮ ( )
１６６
利用乳腺生物反应器生产人的血清白蛋白之 将溶有 的 的 溶液中加入
２. ３. ＤＮＡ ２ ｍｏｌ/Ｌ ＮａＣｌ
前 需先将人的血清白蛋白基因导入乳腺 二苯胺试剂 溶液会变蓝
ꎬ ꎬ ꎮ ( )
细胞
ꎮ ( ) １ 猪等哺乳动物的成熟红细胞不含细
.✕
蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白
３. 胞核 猪血中 含量低 不易提取 ２
ꎬ ＤＮＡ ꎬ ＤＮＡꎮ .√
质
ꎮ ( ) ３ 用二苯胺试剂鉴定 时 需要沸水浴
.✕ ＤＮＡ ꎬ ꎮ
蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直
４.
接进行操作的
考点 四 生物技术的安全性与伦理问题
ꎮ ( )
膀胱生物反应器制作时需将目的基因导入雌
５. 一、转基因产品的安全性
性受精卵
ꎮ ( ) 1. 对转基因产品安全性争论的原因
１ ２ 对于动物来说 应该用哺乳动 原本是自然造就的生命形式被人为改造后
.√ .✕ ꎬ
１)
物的受精卵作为受体细胞 而不能直接将基因导入乳
ꎬ 出现了全新特征
ꎮ
腺细胞 ３ ４ 蛋白质工程是在分子水平上
ꎮ .√ .✕ 人们具有不同的价值观取向 人们所生活
对基因直接进行操作的 ５ 膀胱生物反应器 ２) ꎮ
ꎮ .✕ 的国家或社会 政治制度 意识形态 宗教信
对动物性别没有要求 ꎬ 、 、
ꎮ
仰 经济发展水平 历史背景 传统文化和伦
、 、 、
考点 三 DNA 的粗提取与鉴定 理道德观念等的差异 决定了人们对转基因
ꎬ
技术会有不同的见解
1.
实验原理 ꎮ
2.
理性看待转基因技术
转基因作为一项技术本身是中性的 由这项
１) ꎬ
技术研发出来的产品需要经过一系列的安
全性评价 符合相应标准后才能上市
2. ꎬ ꎮ
操作流程
我国政策 研究上要❶ 大胆 坚持自主创
２) : ꎬ
新 推广上要慎重 做到❷ 确保安全 管理
ꎻ ꎬ ꎻ
上要严格 坚持依法监管
ꎬ ꎮ
二、克隆技术引发的伦理问题
1.
生殖性克隆与治疗性克隆
生殖性克隆 治疗性克隆
专
题
胚胎 移植到母 早期胚胎 胚胎干细胞 特定组
→ → 二
处理 体子宫 织器官 器官移植 十
→ 七
获得独立 修复或替代受损的细胞、组织和
目的
基
生存个体 器官ꎬ以治疗疾病
因
工
2. 我国禁止生殖性克隆人 ❸ 不赞成、不允许、 程
ꎬ 和
不支持、不接受 任何生殖性克隆人实验 主 生
物
ꎻ
技
考点训练(请判断下列说法是否正确) 张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查 术
ꎮ 的
3.
分离和提取 时 可选用猪血 试管婴儿和设计试管婴儿 安
１. ＤＮＡ ꎬ ꎮ ( ) 全
高浓度如 的盐溶液可溶解 性
２. ２ ｍｏｌ/Ｌ ＤＮＡꎬ 与
伦
并能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质
理
ꎮ
问
题
( )
１６７
试管婴儿过程 设计试管婴儿过程 三、禁止生物武器
１) :①②③ꎻ :
后者比前者多了❹ 遗传学诊 1. 种类：致病菌类 如炭疽杆菌 病毒类 如天花
①②③④⑤ꎮ ( )、 (
断 过程 可避免存在某些缺陷的婴儿出生 病毒 和生化毒剂类 如肉毒杆菌毒素 等
ꎬ ꎮ ) ( ) ꎮ
相同点 试管婴儿与设计试管婴儿都要通过 2.
生物武器的特点：致病能力强 攻击范围广
２) :
、 ꎮ
❺ 体外受精 有性生殖 并进行体外早期 3.
传播途径：可直接或通过食物 生活必需品
( )ꎬ
、
胚胎培养和胚胎移植
ꎮ 和带菌昆虫等散布 经由呼吸道 消化道和皮
ꎬ 、
目的 试管婴儿技术主要是解决不孕夫妇的
３) : 肤等侵入人 畜体内
、 ꎮ
生育问题 设计试管婴儿技术主要用于治疗
4.
ꎻ 我国的态度：三不一反对 即在任何情况下
白血病 贫血症等 ꎬ
、 ꎮ 不发展 不生产 不储存生物武器 并反对生
国家政策及伦理问题 设计试管婴儿需要经 、 、 ꎬ
４) : 物武器及其技术和设备的扩散
过国家有关部门的严格审批 不宜推广 并 ꎮ
ꎬ ꎬ 考点训练(请判断下列说法是否正确)
且要严防滥用 设计完美婴儿 的想法与
ꎮ “ ”
种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野
尊重自然 尊重生命的理念相冲突 １.
、 ꎮ
生植物的基因多样性
知识拓展 ꎮ ( )
基因组编辑 转入抗除草剂基因的植物 可能通过其花药
２. ꎬ
被编辑的细胞所需三种组分 传入环境中
１. ꎮ ( )
( )人工合成的短链 :作为向导ꎬ与目的基因中希
转基因作为一项技术本身是中性的 不可能
１ ＲＮＡ
３. ꎬ
望被编辑的 序列结合ꎮ
ＤＮＡ 存在安全性问题
( )核酸酶ꎬ如 ꎮ ꎮ ( )
２ Ｃａｓ９ 设计试管婴儿 与 试管婴儿 相同
特性:核酸酶可与短链 结合ꎮ ４.“ ” “ ” ꎮ ( )
① ＲＮＡ
生物武器可通过吸入 食用 接触 被带菌昆
作用:将与向导 结合的 切割下来ꎮ
② ＲＮＡ ＤＮＡ ５. 、 、 、
( )模板 :合成正常的 ꎬ替换致病基因ꎮ 虫叮咬等途径侵入人体
３ ＤＮＡ ＤＮＡ ꎮ ( )
实例:美籍华裔生物学家张锋利用 对哺
２. ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ９
１ ２ ３ 虽然转基因作为一项技
乳动物细胞成功进行编辑ꎮ .√ .√ .✕
术本身是中性的 但由其生产的产品是否安全不得而
基因编辑技术工作过程 ꎬ
３.ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ９
知 还需要经过一系列的安全性评价才能确定
( )构建向导 ꎬ其中一段序列须和目标 相匹配ꎮ ꎬ ꎮ
１ ＲＮＡ ＤＮＡ
( )将向导 附着在通用的“ 切割蛋白” ４ 设计试管婴儿 与 试管婴儿 不完全相同
.✕ “ ” “ ” ꎬ
２ ＲＮＡ ＤＮＡ Ｃａｓ９
上ꎬ创建 工具ꎮ 前者胚胎移植前需对胚胎进行遗传学诊断
ＣＲＩＳＰＲ ꎮ
( )将 工具引入目标细胞ꎬ向导 会找到与 ５
３ ＣＲＩＳＰＲ ＲＮＡ .√
其匹配的 序列ꎮ
ＤＮＡ
( ) 将 双链从某个位点剪断ꎬ从而使基因失
４ Ｃａｓ９ ＤＮＡ
活ꎬ或者再向切口处插入一个经过修饰的 片段ꎮ
ＤＮＡ
$3*413
5
年
高
考 + $BTU%/";+U
3
年
模
3N+
拟 , %/"
%/"'
A
版
高
考 % =+ 3/"
生
物
１６８
综合篇
提升 限制酶的选择和标记基因筛选原理
1.
限制酶的选择原则
图甲
2.
载体上标记基因的筛选原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗
１)
图乙 质粒
Ｔｉ 性基因 如氨苄青霉素抗性基因 ＡｍｐＲ
ꎬ ( )ꎮ
选择在质粒和目的基因所在片段都有切割
１) 目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相应
２)
位点的限制酶
ꎮ 抗生素的能力
ꎮ
不能选在目的基因 启动子 终止子 复制原点
２) 、 、 、 当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细
３)
等处有切割位点的限制酶 防止破坏这些元件
ꎬ ꎮ 胞并表达后 使受体细胞能够抵抗相应抗生
ꎬ
标记基因有多个时 至少保留一个标记基因
３) ꎬ ꎮ 素 在受体细胞的培养体系中加入该种抗生
ꎬ
若用 质粒 目的基因必须插入
４) Ｔｉ ꎬ Ｔ－ＤＮＡ 素就可筛选转入载体的受体细胞 倘若在选
(
序列
ꎮ 择培养基中不能存活 则表明无携带抗性基
ꎬ
为避免目的基因和质粒的自身环化 随意连
５) 、 因的载体转入 当然不会有 目的基因 转
ꎬ “ ”
接 可使用两种限制酶同时切割目的基因和
ꎬ 入 能存活的细胞应含该载体 且载体上的
ꎮ ꎬ
质粒
ꎮ 抗性基因表达 原理如图所示
)ꎬ :
综合图甲 图乙可知 最宜选用 Ｂａｍ 和
、 : ＨⅠ
Ｅｃｏ 进行双酶切
ＲⅠ ꎮ
专
疑难突破 题
二
假设切割目的基因的限制酶为Ｘｂａ 和Ｓａｃ ꎬ根据 十
Ⅰ Ⅰ Ｔｉ
七
质粒的 片段选择限制酶ꎬ图中甲、乙、丁 质粒均
Ｔ－ＤＮＡ Ｔｉ
不宜选取ꎬ而丙 质粒宜选取ꎮ 基
Ｔｉ 因
工
程
和
生
物
技
术
的
安
全
性
与
伦
理
问
题
１６９
创新篇
创新 PCR 定点突变技术 定点突变技术可以分为重叠延伸 大
ＰＣＲ ＰＣＲ、
引物 等 重叠延伸 是发展最早的
例 定点突变技术是最常用的基因定点 ＰＣＲ ꎬ ＰＣＲ
ＰＣＲ
定点突变技术 如图为重叠延伸 的
突变技术 通过设计含有非特异性配对碱基的 ＰＣＲ ꎮ ＰＣＲ
ꎬ
技术流程 其中引物 和 的突起处代表与模
引物 再通过 将突变位点引入产物中 ꎬ ２ ３
ꎬ ＰＣＲ ꎮ
板链不能互补的突变位点 而这两条引物有部 问题可以归纳出什么结论
ꎬ ?
分碱基 包括突变位点 是可以互补的 若 和 单链可以部分区段杂交 则对引
( ) ꎮ (５) Ⅰ Ⅳ ꎬ
物有何要求 需要引物吗
? ＰＣＲ３ ?
是否可以用 和 进行扩增 原因
(６)ＰＣＲ３ Ⅱ Ⅲ ?
是什么
?
解题思路
( ) 仪中设置的温度较高ꎬ需使用耐高温
１ ＰＣＲ
的 聚合酶(Ｔａｑ 聚合酶)ꎮ
ＤＮＡ ＤＮＡ
( )可通过 测序来检验定点突变是否
２ ＤＮＡ
成功ꎮ
( ) 可知经过 次 才能获得产物
３ ２ ＰＣＲ１
甲— ꎮ
ＤＮＡ
( )图中此技术需使用 种引物ꎻ 所需引
４ ４ ＰＣＲ１
物为引物 和引物 ꎬ 所需引物为引物
１ ２ ＰＣＲ２ ３
和引物 ꎬ 所需引物为引物 和引物 ꎮ
４ ＰＣＲ４ ２ ３
由于引物最终会成为扩增产物的一部分ꎬ因此
引物的结合位置、引物的碱基序列差异会直接
导致扩增出的产物不同ꎮ
基础设问
( )一开始设计引物时ꎬ引物 和引物 需要
５ ２ ３
技术中 需要什么酶来催化
(１)ＰＣＲ ꎬ ? 能够互补配对ꎬ从而使 和 单链可以部分区
Ⅰ Ⅳ
如何判断获得的丙 定点突变是否
(２) —ＤＮＡ 段杂交ꎮ 无需引物ꎬ或者说在扩增过程
ＰＣＲ３
成功
? 中ꎬ 和 互为引物和模板ꎮ
Ⅰ Ⅳ
经过几次 能获得产物甲
(３) ＰＣＲ１ —ＤＮＡ? ( ) 不能用 和 进行扩增ꎮ 因为
６ ＰＣＲ３ Ⅱ Ⅲ ＰＣＲ
创新设问
技术扩增方向是从子链的 (即 聚合
５′→３′ ＤＮＡ
图中此技术需要使用几种引物
(４) ? ＰＣＲ１、 酶需从 羟基端添加游离的脱氧核苷酸)ꎮ
３′
所需引物分别是什么 通过以上
ＰＣＲ２、ＰＣＲ４ ?
5
年
高
考
3
年
模
拟
A
版
高
考
生
物
１７０
