2025届高考 一轮复习 浙科版　基因工程的步骤、应用及其安全性问题 课件(浙江版)

这是一份2025届高考 一轮复习 浙科版　基因工程的步骤、应用及其安全性问题 课件(浙江版)，共53页。PPT课件主要包含了较小基因，逆转录酶，半保留复制，基因组，部分基因，T-DNA，染色体DNA，感受态，标记基因，PCR技术等内容，欢迎下载使用。
精读课本 盘点基础知识
一、基因工程的一系列操作可使生物获得新的遗传特性(一)目的基因的筛选与获取1．目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。2．目的基因的获取：如果目的基因的序列是已知的，可以用__________合成目的基因，或者通过_____(聚合酶链式反应)体外扩增获取目的基因；如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以建立一个包含目的基因在内的________，再从中获取目的基因。
耐高温的Taq DNA聚合酶
(2)从基因文库中获取目的基因①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。②基因文库的种类：______文库：包含一种生物所有的基因；________文库：只包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。③cDNA文库与基因组文库的区别
④从基因文库中获取目的基因的方法一是运用________________，从基因文库中提取目的基因。根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之____的核苷酸短链，并用同位素标记，即成为____。基因文库中变性的DNA片段，如果有一个DNA片段能和探针片段互补结合成杂交链，这一片段即含有所需的目的基因。二是运用__________杂交技术，从基因文库中提取目的基因。目的基因表达的产物作为抗原，生产出相应的抗体，将该抗体作为__________，诱导基因文库中的所有基因表达，利用抗原-抗体杂交技术，筛选出含目的基因的细胞，从中获取目的基因。
(二)构建基因表达载体1．基因表达载体的构建是基因工程的____。通常是用____限制性内切核酸酶剪切含有目的基因的DNA片段以及表达载体，然后用___________将它们连接起来，可完成体外重组，形成重组DNA分子。基因表达载体的构建过程如图：2．构建基因表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中____存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够____。
3．基因表达载体的组成及其作用
(1)目的基因：人们所需要的外源DNA分子中有遗传效应的片段。(2)复制起点：一段有特殊序列的DNA片段，是DNA____的起始点。(3)启动子：位于基因的上游，是一段有特殊序列结构的DNA片段，是RNA聚合酶____和____的部位，能驱动基因的转录。(4)终止子：位于基因的下游，一段有特殊序列结构的DNA片段，是转录的______。(5)标记基因：为了____或____受体细胞中是否含有目的基因，可将含有目的基因细胞筛选或鉴别出来。
问题与思考1．通常情况下，使用同一种限制性内切核酸酶处理目的基因和载体，容易导致目的基因在载体中的反向连接或者使分子量较大的目的基因发生自我环化。为解决这一问题，该如何改进操作技术？[提示]　使用两种不同的限制性内切核酸酶同时切割目的基因与载体，再用DNA连接酶催化连接。(三)将目的基因导入受体细胞1．转化的概念：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持____和____的过程，称为转化。2．常用的受体细胞：________、枯草杆菌、______、______和动植物细胞。
3．将目的基因导入受体细胞的方法：根据受体和载体的类型不同，所采用的导入方法也不同，见下表：
(四)检测目的基因及其表达产物1．检测目的：目的基因导入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性，通过____与____才能知道。2．检测对象(1)检测目的基因是否____受体细胞。(2)检测目的基因是否转录出了_______。(3)检测目的基因是否翻译成_______或生物体是否出现相应的____。
二、基因工程及其延伸技术应用广泛1．基因工程在医药卫生领域的应用
2．基因工程在农牧业方面的应用
三、蛋白质工程是基因工程的延伸1．基因工程的局限：目的基因的表达结果有时并不理想，合成的蛋白质不能很好地行使功能。2．蛋白质工程：是指以蛋白质分子的________及其与________的关系作为基础，通过__________基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。它是在基因工程的基础上延伸出来的，是涉及多学科的综合科技工程。3．蛋白质工程的思路蛋白质工程是通过__________编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质。
四、生物技术的安全与伦理(一)转基因产品的安全性引发社会的广泛关注1．关于转基因食品的安全性(1)担心转入的________或________是否对人畜有毒。(2)担心转入了控制______基因的植物产品是否会对过敏人群造成不利影响。2．转基因作物的环境安全性(1)由于导入新的外源基因，转基因作物获得或增强了________和________，使其在很多方面都强于亲本或野生种。若被推广种植，可能会影响________。(2)在自然条件下，栽培作物种内、栽培作物与其近缘野生种间、栽培作物和杂草之间都有可能发生________。
问题与思考2．如何防止发生基因漂移？[提示]　(1)可以借助一定的手段使花粉失去活性，从而防止发生基因漂移。(2)将目的基因转入叶绿体或线粒体DNA中，因为在受精时，叶绿体与线粒体不会随花粉被扩散出去，所以可以防止基因污染。3．科学的______________，控制转基因生物可能带来的负面影响，我国对生物安全问题始终给予密切关注和高度重视，并陆续出台了一些政策、法规。[提示]　检测和管理
(二)我国禁止生殖性克隆人1．治疗性克隆和生殖性克隆的比较
2．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验2005年联合国大会法律委员会以决议的形式通过一项政治宣言《联合国关于人的克隆宣言》，要求各国____有违人类尊严的任何形式的克隆人。我国政府坚持____生殖性克隆，______________________________任何生殖性克隆人实验，____治疗性克隆的立场。原因如下：(1)现实问题：①人类对动物的克隆技术还未____，成功率还很__。②克隆的动物在遗传上是_________，一种特定病毒或其他病原体的感染，可能带来严重灾难。(2)生殖性克隆人面临诸多________。
不赞成、不允许、不支持、不接受
3．比较试管婴儿和设计试管婴儿
内化知识 突破重点难点
一、筛选出含有目的基因的受体细胞流程图
例1　(2023·浙江湖州中学模拟测试)组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造。下图1是天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图(示部分基因及部分限制性内切核酸酶作用位点)，据图1分析回答下列问题。
(1)人工改造时用限制酶Ⅱ处理，其目的是：第一，去除质粒上的____________(基因)，保证T-DNA(T-DNA片段能转入整合到植物的基因组中)进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长；第二，使质粒带有单一限制酶作用位点，有利于________________________________。第三，使质粒大小合适，有利于_______________。(2)若用限制酶Ⅰ分别切割改造过的理想质粒和带有抗虫基因的DNA分子，并构成重组Ti质粒，接下来是___________________________________的过程，为了促进该过程，应该用___________处理土壤农杆菌。
目的基因(或外源DNA)准确插入
将重组质粒(目的基因)导入土壤农杆菌
(3)重组Ti质粒导入土壤农杆菌后，将其接种到含卡那霉素的培养基C上培养(如图2)，目的是筛选________________________________，能在C中生长的土壤农杆菌有________种。用无菌牙签挑取C上的单个菌落，分别接种到D(含四环素和卡那霉素)和E(含卡那霉素)两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如上图2所示。含目的基因的菌落位于________(填“D”或“E”)上，请在D或E中相应的位置上圈出来。
含卡那霉素抗性基因的土壤农杆菌
二、乳腺生物反应器与工程菌的比较
例2　(2023·北京东城高三期末统考)人凝血酶Ⅲ是一种分泌蛋白，可预防和治疗急慢性血栓。重组人凝血酶Ⅲ是世界上首个上市的动物乳腺生物反应器生产的重组蛋白药物。下列相关叙述错误的是(　　)A．可从人细胞中提取RNA后利用逆转录PCR技术获取目的基因B．目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子C．用显微注射法将表达载体导入乳腺细胞来获得转基因动物D．若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人凝血酶Ⅲ[解析]　可从人细胞中提取RNA后利用逆转录PCR技术获取目的基因，此时获得的目的基因没有启动子、终止子等，A正确；动物乳腺生物反应器需要使目的基因在乳腺细胞表达，目的基因的上游需连接在乳腺细胞中特异表达基因的启动子，B正确；动物受精卵全能性最高，用显微注射法将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，在乳腺细胞表达特定的基因是启动子的作用，并非将目的基因导入乳腺细胞，C错误；大肠杆菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的内质网和高尔基体，若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人凝血酶Ⅲ，D正确。
三、蛋白质工程与基因工程的区别和联系
例3　(2022·湖南选择性考试)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1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________________。(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合成仪用化学方法直接人工合成
(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2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：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
例4　(2022·浙江6月选考)回答与植物转基因和植物克隆有关的问题：(1)在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制________生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度______时，通常会出现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的________检测。(2)为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的_____能力和遗传稳定性。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内_____________形态是否改变进行判断，也可通过观察分裂期染色体的________________，分析染色体组型是否改变进行判断。(3)植物转基因受体全能性表达程度的高低主要与受体的基因型、培养环境、继代次数和______________长短等有关。同时也与受体的取材有关，其中受体为__________时全能性表达能力最高。
延伸迁移 实现融会贯通
考向1　围绕基因工程的基本操作程序，考查科学思维素养1．(2023·湖北选择性考试)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
D　[若用Hind Ⅲ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。]
2．(2023·温州高三适应性考试)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在于动植物中具有金属结合能力的蛋白质，决定该蛋白质合成的基因结构如图1所示，其中A链为编码链、B链为模板链。科研人员利用图2所示质粒构建枣树的MT基因重组DNA分子并导入大肠杆菌细胞，获得对重金属镉(Cd)具有吸附能力和耐受能力的MT工程菌。
注：XhⅠ、KpnⅠ、PstⅠ为不同限制酶的识别位点；LacZ基因编码产生的β-半乳糖苷酶可以催化无色物质X-gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色；ampr基因为氨苄青霉素抗性基因。
回答下列问题：(1)获取目的基因提取枣树细胞的________，经逆转录获得cDNA；为了使PCR扩增后的产物按照正确的方向与已被酶切的载体连接，克隆MT基因时应选择的引物组合是________________，并在其____(填“5′”或“3′”)末端分别添加限制酶______________的识别序列。(2)构建重组DNA分子①启动子是____________识别并结合的部位；基因工程中构建用于原核生物的表达载体时，常用的启动子不包括以下哪一项？______(A．噬菌体基因启动子　B．乳酸菌基因启动子　C．大肠杆菌基因启动子　D．枣树MT基因启动子)。
②影响DNA连接反应的主要因素除pH与温度等操作环境、反应时间、DNA连接酶的种类及浓度外，还有________________________________________________________(答出1项即可)等。(3)导入、筛选和鉴定MT工程菌①将得到的混合物导入用______处理的大肠杆菌完成____________实验。②将菌液稀释并涂布在含X-gal和氨苄青霉素的培养基上进行培养后，随机挑取________的单菌落可获得MT工程菌。③欲进一步对MT工程菌进行鉴定，可将挑取出的MT工程菌与______________分别接种至含_____________________的LB液体培养基中，置于恒温培养箱中培养，适宜时间后检测菌种数量。
酶浓度、载体浓度、目的基因浓度、载体和目的
(一定浓度的重金属)镉
(4)扩大菌种将MT工程菌接种至发酵罐内进行扩增，培养过程中可定期取样并使用细菌计数板对______(填“菌体”或“菌落”)进行直接计数，以评估增殖情况。发酵结束后，采用___________________________(答出1项即可)等方法获得所需的发酵产品。
过滤、沉淀、离心、静置
考向2　围绕基因工程的应用，考查社会责任素养3．基因治疗可用于治疗A型地中海贫血，具体过程是将有功能的珠蛋白基因插入被采集的患者血液干细胞DNA中，再通过化疗去除患者体内原有的造血干细胞，将改造后的造血干细胞注入患者体内，最终可以在患者体内增殖并表达出正常的珠蛋白。下列有关叙述错误的是(　　)A．基因治疗的原理属于基因重组B．珠蛋白基因插入DNA的过程中需要解旋酶C．珠蛋白基因在表达的过程中遵循中心法则D．导入的珠蛋白基因不能遗传给下一代B　[基因治疗过程中将有功能的珠蛋白基因插入被采集的患者血液干细胞DNA中，其原理属于基因重组，A正确；珠蛋白基因插入DNA的过程中需要限制性内切核酸酶，不需要解旋酶，B错误；珠蛋白基因的表达包含转录和翻译，遵循中心法则，C正确；导入的珠蛋白基因在体细胞中，不能遗传给下一代，D正确。]
4．(2024·浙江1月选考)小鼠毛囊中表达F蛋白。为研究F蛋白在毛发生长中的作用，利用基因工程技术获得了F基因敲除的突变型纯合体小鼠，简称f小鼠，突变基因用f表示。f小鼠皮毛比野生型小鼠长50%，表现出毛绒绒的样子，其他表型正常。(注：野生型基因用＋＋表示；f杂合子基因型用＋f表示。)回答以下问题：
(1)F基因敲除方案如图甲。在F基因的编码区插入了一个DNA片段P，引起F基因产生______________，导致mRNA提前出现终止密码子，使得合成的蛋白质因为缺失了___________而丧失活性。要达到此目的，还可以对该基因的特定碱基进行________和_______________。(2)从野生型、f杂合子和f小鼠组织中分别提取DNA，用限制酶HindⅢ酶切，进行琼脂糖电泳，用DNA探针检测。探针的结合位置如图甲，检测结果如图乙，则f小鼠和f杂合子对应的DNA片段分别位于第___泳道和第___泳道。(3)g小鼠是长毛隐性突变体(gg)，表型与f小鼠相同。f基因和g基因位于同一条常染色体上。f杂合子小鼠与g小鼠杂交，若杂交结果是________________，则g和f是非等位基因；若杂交结果是____________________，则g和f是等位基因。(注：不考虑交叉互换；野生型基因用＋＋表示；g杂合子基因型用＋g表示。)
野生型∶突变型＝1∶1
(4)确定g和f为等位基因后，为进一步鉴定g基因，分别提取野生型(＋＋)、g杂合子(＋g)和g小鼠(gg)的mRNA，反转录为cDNA后用(2)小题同样的DNA探针和方法检测，结果如图丙。g小鼠泳道没有条带的原因是______________________________________________________________________。组织学检查发现野生型和g杂合子表达F蛋白，g小鼠不表达F蛋白，因此推测F蛋白具有的作用为_______________。
导致无法转录mRNA；反转录没有产物，检测不出结果　
基因突变丢失了启动子，
考向3　围绕蛋白质工程的原理和应用，考查科学探究素养和社会责任素养5．(2023·广东广州联考模拟)蛋白质的空间结构是生命科学研究领域的热点内容。某科研团队利用人工智能AI开发的AlphaFld2程序对大部分蛋白质结构的预测极为精准。下列叙述错误的是(　　)A．依据新蛋白质的氨基酸序列能推出唯一的基因序列B．蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础C．预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程D．结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制
A　[由于一种氨基酸可能有多种密码子，因此新蛋白质的氨基酸序列推出的基因序列不止一种，A错误；氨基酸脱水缩合形成多肽，多肽盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，因此蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，B正确；蛋白质工程能通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，因此预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程，C正确；人工智能程序AlphaFld2对大部分蛋白质结构的预测极为精准，接近真实的蛋白质结构，因此结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制，D正确。]
6．(2021·辽宁选择性考试)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　)A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一B．加入连接肽需要通过改造基因实现C．获得N1的过程需要进行转录和翻译D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境D　[在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。]
7．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是(　　)A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2+处理大肠杆菌D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构B　[新的胰岛素生产过程中涉及中心法则，B错误；若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2+处理法提高导入的成功率，C正确；根据结构与功能相适应的原理分析，新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构，D正确。]
考向4　围绕生物技术的安全性与伦理问题，考查社会责任素养8．(2021·北京等级考)社会上流传着一些与生物有关的说法，有些有一定的科学依据，有些违反生物学原理。以下说法中有科学依据的是(　　)A．长时间炖煮会破坏食物中的一些维生素B．转基因抗虫棉能杀死害虫就一定对人有毒C．消毒液能杀菌，可用来清除人体内新冠病毒D．如果孩子的血型和父母都不一样，肯定不是亲生的A　[维生素会受到高温破坏，加热、光照、长时间储存等都会造成维生素的流失和分解，A正确；转基因抗虫棉对非靶标生物无毒性，B错误；消毒液只能杀死表面的病毒细菌，但无法清除体内的病毒，C错误；如果孩子的血型和父母都不一样，也可能是亲生的，如A型血和B型血的父母也可以生出O型血的孩子，D错误。]