【高考生物一轮复习课件】选择性必修3 第3、4章 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题(共162张PPT)

(共162张PPT)
选择性必修3 生物技术与工程
第3、4章 基因工程、生物技术
的安全性和伦理问题
2025年高考一轮总复习
课标要求 核心素养 命题趋势
1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的
2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具
3.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤
4. 举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质
5.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质 1.生命观念：深入理解和思考生命的信息观；理解生物的多样性和统一性的辩证关系；从生命尊严、生命质量、生命价值等方面建立生命伦理观
2.科学思维：面对日常生活或社会热点话题中与生物技术有关的话题，基于证据运用基因工程、生物技术的基本概念和原理，表明自己的观点并展开讨论；并能思考人类的行为、技术和工程如何更符合人类的利益，包括近期利益和远期利益、局部利益和整体利益等 主要以非选择题的形式进行考查，以基因工程为主线考查基因工程原理及技术、基因工程应用、蛋白质工程等相关内容，有时结合基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用出题，或者与细胞工程、胚胎工程结合出题
[考情分析]
课标要求 核心素养 命题趋势
6.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程
7.举例说出日常生活中的转基因产品并探讨转基因技术在应用过程中带来的影响
8.举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题并分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
9.举例说明历史上生物武器对人类造成了严重的威胁与伤害并认同我国反对生物武器及其技术和设备的扩散
10.活动：(1)DNA的粗提取与鉴定
(2)DNA片段的扩增及电泳鉴定 3.科学探究：理解PCR的原理，解决一些从生产、生活中提出的探究性问题，如与遗传病诊断、刑侦破案等相关的问题；通过搜集资料、寻找证据、讨论和辩论等，培养科学探究能力
4.社会责任：通过阐述基因工程的基本原理和操作流程，了解转基因技术的实质，认同基因工程给我们的生产和生活带来了正面影响，能够理性地参与讨论，并向公众普及转基因的基础知识和国家有关的政策、法规 主要以非选择题的形式进行考查，以基因工程为主线考查基因工程原理及技术、基因工程应用、蛋白质工程等相关内容，有时结合基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用出题，或者与细胞工程、胚胎工程结合出题
(续表)
考点一 DNA 重组技术的基本工具
1.基因工程的概念。
(1)手段：按照_______________，通过___________等技术，
赋予生物新的遗传特性。
人们的愿望
转基因
(2)目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
(3)水平：______水平。
分子
遗传性状
(4)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的
___________。
2.基因工程的基本工具(3种工具，其中有2种工具酶)。
(1)限制性内切核酸酶(限制酶是一类酶，而不是一种酶)。
原核生物
数千
特定核苷酸序列
磷酸二酯键
黏性末端
(1)限制酶的识别序列与被作用的 DNA 序列是不同的。前者一
般由 6 个核苷酸组成，少数由 4 个、8 个或其他数量的核苷酸组成；
后者是双链序列。
(2)限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键，而不能是氢键。
(3)在切割含目的基因的 DNA 分子时，需用限制酶切割两次此
DNA 分子，产生 4 个末端。只有这样，才能使目的基因的两端都
有可连接的黏性末端或平末端。
(2)DNA 连接酶。
黏性末端
黏性末端
磷酸二酯键
大肠杆菌
(3)载体。
环状双链 DNA 分子
噬菌体
有一个至多个
自我复制
受体 DNA
标记
限制酶的选择方法
根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割
位点以及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。
甲
乙
(1)应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选
择 Pst Ⅰ；不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲
不能选择 Sma Ⅰ。
(2)为避免目的基因及质粒的自身环化、反向连接，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质粒(双酶切)，
如图甲可选择用 Pst Ⅰ和 EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有
这两种酶的切割位点)。
(3)切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因，
即至少要保留一个标记基因，以用于重组 DNA 的鉴定和选择，如
图乙中的质粒不能使用 Sma Ⅰ切割。
3.标记基因的作用。
检测目的基因是否导入受体细胞
标记基因可用于_________________________________。
考点二 基因工程的基本操作程序
1.目的基因的筛选与获取。
(1)筛选合适的目的基因。
编码蛋白质
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_______________等的基因，主要是指____________
的基因。
结构和功能清晰
②筛选目的基因的方法：从相关的已知___________________
的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
预期表达产物
参与的组分 在 DNA 复制中的作用
_________(体外用高温代替) 打开 DNA 双链
DNA 母链 提供___________的模板
4 种脱氧核苷酸 合成 DNA 子链的原料
(2)利用 PCR 获取和扩增____________。
①原理：__________________。
②条件。
解旋酶
DNA 复制
目的基因
DNA 半保留复制
参与的组分 在 DNA 复制中的作用
耐高温的 DNA 聚合酶 __________________________
引物 __________________________________
__________________________________
________ 维持反应体系 pH 稳定
(续表)
使 DNA 聚合酶能够从引物的 3′端开始
连接脱氧核苷酸
催化合成 DNA 子链
缓冲液
③过程：PCR 过程包括______________________三步。
　　④PCR 产物的鉴定：常采用________________来鉴定。
　　(3)在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建_________
来获取目的基因。
变性、复性和延伸
90
单链
50
引物
72
琼脂糖凝胶电泳
基因文库
PCR 技术和 DNA 复制的比较
2.基因表达载体的构建——核心。
(1)目的：使目的基因在__________中稳定存在，并且可以遗
传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
受体细胞
(2)组成。
RNA聚合酶识别和
结合
目的基因
启动子≠起始密码子 终止子≠终止密码子
(1)启动子是位于基因上游的一段特殊序列，它是 RNA 聚合酶
识别、结合的部位。终止子是位于基因下游的一段特殊序列，作
用是使转录过程停止。
(2)起始密码子和终止密码子均位于 mRNA 上，分别控制翻译
过程的启动和终止。
(3)构建过程。
启动子
DNA
连接酶
目的基因与目的基因连接、目的基因与质粒连接、质粒与
质粒连接
3.将目的基因导入受体细胞(只有该步骤没涉及碱基互补配对现象)。
染色体
DNA
重组
Ti 质粒
农杆菌
植
物
显微注射
Ca2+
(1)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入。
第一次拼接是将目的基因拼接到 Ti 质粒的 T-DNA 上，第二
次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的 T-DNA 拼接到受体细胞
的染色体 DNA 上；第一次导入是将含目的基因的 Ti 质粒导入农
杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的 T-DNA 导入受
体细胞。
(2)导入目的基因，可能存在于细胞质中，也可能整合到染色
体 DNA 上。存在于染色体 DNA 上的目的基因有可能通过花粉传
播进入杂草或其他作物中，造成“基因污染”。
4.目的基因的检测与鉴定。
考点三 基因工程的应用及蛋白质工程
1.基因工程的应用。
(1)食品工业方面。
生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如，利用转基因
技术大量生产凝乳酶。
(2)医药卫生领域。
①器官移植：用转基因动物作器官移植的________，例如抑
制或除去抗原决定基因，结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应
的转基因克隆猪器官。
供体
②乳腺生物反应器：让外源基因在哺乳动物的______中特异
性表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。
乳腺
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的
乳腺中特异表达，利用动物
的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外
源基因得到高效表达的微
生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋
白相同 细菌合成的药物蛋白可能
没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
目的基因
导入方式 显微注射法 Ca2+处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
(续表)
2.蛋白质工程(第二代基因工程，生产自然界中不存在的蛋白
质)。
结构规律
改造或合成
(1)概念：以蛋白质分子的__________及其与生物功能的关系
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。
(2)操作手段和结果。
(3)基本思路。
蛋白
氨基酸
脱氧核苷酸
质功能
蛋白质工程与基因工程的区别和联系
(4)蛋白质工程的应用。
药物
丝氨酸
①在医药方面：利用蛋白质工程研发______。如果将干扰素
分子上的一个半胱氨酸变成________，在一定条件下，可以延长
保存时间。
酶的性能
光合作用
②在工业方面：蛋白质工程被广泛用于改进______________
或开发新的工业用酶。
③在农业方面：科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用
的酶，以提高植物__________的效率，增加粮食的产量。
领域 成果
微生物
方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的_________；
②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸；
③用基因工程菌生产药物
考点四 生物技术的安全性与伦理问题
1.转基因产品的安全性。
(1)转基因成果。
发酵周期
领域 成果
转基因动
物方面 ①培育了________________、________________的转基
因家禽、家畜；
②培育了抵抗相应病毒的动物新品种；
③建立了某些人类疾病的转基因动物模型
转基因植
物方面 培育出了具有_________、_________、______________
和耐储藏等新性状的作物
(续表)
营养品质优良
抗虫
抗病
抗除草剂
生长迅速
(2)对转基因产品安全性的争论。
经济发展水平
安全性
(3)理性看待转基因技术。
原理
操作
文化
①理性看待转基因技术的前提：清晰地了解转基因技术的
________和________规程；看到人们的观点受到许多复杂的政治、
经济和________等因素的影响；要靠________的证据和________
的逻辑进行思考和辩论。
确凿
严谨
②我国对转基因技术的态度：研究上要________，坚持自主
创新；推广上要________，做到确保安全；管理上要________，
坚持依法监管。
大胆
慎重
严格
知情权
选择权
安全性
③我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构：
维护了消费者对转基因产品的__________和________；保证了转
基因技术和已经上市的转基因产品的________；为保障农业转基
因生物安全提供重要的技术支撑。
类型 生殖性克隆 治疗性克隆
目的 __________________________ _____________
水平 _____________ ____________
联系 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同
2.关注生殖性克隆人。
(1)生殖性克隆人面临的伦理问题。
①生殖性克隆和治疗性克隆的比较。
产生独立生存的新个体
治疗疾病
个体水平
细胞水平
观点 理由
赞同 a.科学研究有______________________，社会应该允许科
学家研究；
b.现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是
____________是可以改变的
②关于生殖性克隆人的争论。
自己内在的发展规律
人的观念
观点 理由
大多数
人反对 a.生殖性克隆人“________________”；
b.在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严
重地违反了________________，是克隆技术的滥用；
c.克隆技术还不成熟，面临着________________________
等问题
(续表)
有违人类尊严
人类伦理道德
流产、死胎和畸形儿
不赞成、不允许、不支持、
对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。
治疗性克隆
③我国政府一再重申四不原则：_________________________
____________________________。
④我国政府重视________________所涉及的伦理问题，主张
不接受任何生殖性克隆人实验
治疗性克隆和生殖性克隆的比较
类型 试管婴儿 设计试管婴儿
技术手段 不需进行_________ 胚胎移植前需进行___________
实践应用 解决_________问题 用于______________等疾病的治疗
联系 二者都是体外受精，经体外__________________，再进
行_____________，在生殖方式上都为__________
遗传诊断
遗传诊断
不孕不育
(2)试管婴儿和设计试管婴儿的比较。
白血病、贫血病
早期胚胎发育
胚胎移植
有性生殖
3.生物武器。
(1)种类。
生化毒剂
致病能力强，攻击范围广
①致病菌类：炭疽杆菌、霍乱弧菌等。
②病毒类：天花病毒、某些动物的痘病毒、通过基因工程改
造的流感病毒等。
③__________类：肉毒杆菌毒素等。
(2)特点：______________________________。
(3)散布途径：可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆
虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内，造成
大规模伤亡，也能大量损害植物。
(4)《禁止生物武器公约》。
①1972 年 4 月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《禁
止生物武器公约》，并于 1975 年 3 月生效。
②1984 年 11 月，我国也加入了这一公约。
不发展、
的扩散。
生物武器及其技术和设备
④2010 年，在第 65 届联合国大会上，我国政府主张全面禁止
和彻底销毁生物武器等各类大规模杀伤性武器。
③1998 年 6 月，中美两国元首重申了在任何情况下________
_________________________，并反对________________________
不生产、不储存生物武器
【基础测评】
1.易错诊断
(1)载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中，使之稳
定存在并表达。(
)
(2)外源 DNA 在位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进
行复制。(
)
(3)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常
表达。(
)
(4)生物武器用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成
杀伤力。(
)
(5)蛋白质工程的目标是对基因的结构进行分子设计。(
)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2.运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生
产，目前常用的生物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器，
其构建过程如下：构建药用蛋白基因的表达载体，并将表达载体
导入动物的受精卵中，然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁
或者尿液中提取药用蛋白。下列相关说法错误的是(
)
A.构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基
因的启动子等重组在一起
B.在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不
含有药用蛋白基因
C.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和年龄
的限制
D.将表达载体导入哺乳动物的受精卵时，常采用显微注射技术
答案：B
3.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感染和
癌症，但干扰素在体外保存很困难，若将其分子上的一个半胱氨
酸变成丝氨酸，则在－70 ℃的条件下可保存半年。下列叙述正确
的是(
)
A.题干所述对干扰素进行改造的过程属于蛋白质工程的范畴
B.改造后的干扰素保存时间延长与该干扰素中氨基酸的种类
和数量发生改变有关
C.通过该过程制造的蛋白质都是自然界中已经存在的蛋白质
D.该过程能够实现对蛋白质的结构进行设计和改造，不需要
依赖基因
答案：A
)
4.关于我国的生物技术研究与应用的叙述，错误的是(
A.禁止运用转基因技术改造农作物
B.反对生物武器及其技术和设备的扩散
C.不赞成、不接受、不进行任何生殖性克隆人实验
D.成立相关伦理专家委员会应对重大医学伦理问题
答案：A
考向 1 基因工程所需工具
[典例 1](2023 年全国课标卷)某同学拟用限制酶(酶 1、酶 2、
酶 3 和酶 4)、DNA 连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶
的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达
载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(
)
A.质粒和目的基因都用酶 3 切割，用 E.coli DNA 连接酶连接
B.质粒用酶 3 切割、目的基因用酶 1 切割，用 T4 DNA 连接酶
连接
C.质粒和目的基因都用酶 1 和酶 2 切割，用 T4 DNA 连接酶
连接
D.质粒和目的基因都用酶 2 和酶 4 切割，用 E.coli DNA 连接
酶连接
解析：限制酶3切割后的末端是平末端，E.coli DNA连接酶连
接的是黏性末端，应用 T4 DNA 连接酶连接，A 错误。据图可知，
限制酶 3 切割后的末端是平末端，而限制酶 1 切割后的末端是黏
性末端，若用两种酶分别切割质粒和目的基因，会导致DNA连接
酶无法连接，B 错误。质粒和目的基因都用酶 1 和酶 2 切割，可
避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，且两者均形成黏性
末端，此后再用T4 DNA连接酶连接，可构建重组表达载体，效率
较高，C 正确。限制酶 4 会破坏质粒上的标记基因(抗生素抗性基
因)，故不能选择该酶进行切割，D 错误。
答案：C
【考向集训】
1.(2022 年广东四校联考)人乳铁蛋白是一种重要的药用保健
蛋白。下图表示利用乳腺生物反应器生产人乳铁蛋白的部分过程。
图中 TetR 表示四环素抗性基因，AmpR 表示氨苄青霉素抗性基因，
四种限制酶的识别序列及切割位点如表所示。回答下列问题。
(1)一般从 cDNA 文库中获取人乳铁蛋白基因，该文库的建立
方法是__________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
(2)为构建重组载体，应选择____________酶对目的基因和质
粒进行切割。将上述酶切后得到 DNA 末端连接起来，连接部位的
6 个碱基对序列为____________________。
(3)以大肠杆菌为受体细胞，将酶切后的连接产物导入受体细
胞。为筛选出导入目的基因的受体菌，首先需要将得到的上述大
肠杆菌接种到含________培养基(A)上，一段时间后，将 A 上生长
的菌落拓印到含______培养基(B)上，在 B 上能生长的_______(填
“是”或“不是”)成功导入重组质的受体菌。经检测，部分含有
重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因不能表达，其最可能的原因
是_____________________________________________________。
解析：(1)cDNA 文库是指某生物某发育时期所转录的全部
mRNA 经反转录形成的 cDNA 片段与某种载体连接而形成的克
隆的集合。一般从 cDNA 文库中获取人乳铁蛋白基因，该文库的
建立方法是人体发育某个时期的 mRNA 经反转录产生 DNA 片段，
与载体连接后导入受体菌群体储存。(2)根据表中 4 种酶的识别序
列及切割位点可知，BamHⅠ酶和 BclⅠ酶识别的序列相同，可以
切出相同的黏性末端，因此可选择这 2 种酶对目的基因和质粒进
行切割。将上述酶切后得到 DNA 末端连接起来，连接部位的 6 个
碱基对序列为
。(3)用 BamHⅠ酶切割后
会破坏四环素抗性基因，但不会破坏氨苄青霉素抗性基因，因此
导入重组质粒的受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生存下
来，一段时间后，将 A 上生长的菌落拓印到含四环素培养基(B)
上，在 B 上能生长的不是成功导入重组质的受体菌。经检测，部
分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因不能表达，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
的基因与质粒反向连接。
答案：(1)人体发育某个时期的 mRNA 经反转录产生 DNA 片
段，与载体连接后导入受体菌群体储存
(2)BamHⅠ和 BclⅠ
(3)氨苄青霉素　四环素　不是　用BamHⅠ酶和BclⅠ酶切割
形成的黏性末端相同，部分目的基因与质粒反向连接
考向 2 PCR 技术的应用
[典例 2](2021 年山东高考)人类γ基因启动子上游调控序列中
含有 BCL11A 蛋白结合位点，该位点结合 BCL11A 蛋白后，γ基因
的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列，解除对γ基因表达的
抑制，可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基
因上游不同长度的片段，将这些片段分别插入表达载体中进行转
化和荧光检测，以确定 BCL11A 蛋白结合位点的具体位置。相关
信息如图所示。
(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达，
需在引物末端添加限制酶识别序列。据图可知，在 F1～F7 末端添
加的序列所对应的限制酶是________，在 R 末端添加的序列所对
应的限制酶是________。本实验中，从产物扩增到载体构建完成
的整个过程共需要________种酶。
(2)将构建的载体导入除去 BCL11A 基因的受体细胞，成功转
化后，含 F1～F6 与 R 扩增产物的载体表达荧光蛋白，受体细胞有
荧光，含 F7 与 R 扩增产物的受体细胞无荧光。含 F7 与 R 扩增产
物的受体细胞无荧光的原因是_____________________________。
(3)向培养液中添加适量的雌激素，含 F1～F4 与 R 扩增产物
的受体细胞不再有荧光，而含 F5～F6 与 R 扩增产物的受体细胞仍
有荧光。若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有
BCL11A 蛋白的结合位点序列，据此结果可推测，BCL11A 蛋白结
合位点位于____________________，理由是___________________
__________________________________________。
解析：(1)据题意可知，需要将扩增后的产物定向插入并指导
荧光蛋白基因的表达，则含有启动子 P 的扩增后的产物读取方向
与荧光蛋白基因的读取方向一致，故扩增后的产物中的 R 端与荧
光蛋白基因中限制酶 Mun Ⅰ识别序列端结合，才能保证扩增后的
产物定向插入并指导荧光蛋白基因的表达。要做到定向插入，需
要引物末端两端添加限制酶的识别序列，且被限制酶识别并切割
后，两端的黏性末端不能相同。而扩增后的产物中可能含有MunⅠ
和 Xho Ⅰ 的识别位点，故在引物末端添加限制酶的识别序列不
能被限制酶Mun Ⅰ和Xho Ⅰ所识别，故应该选用添加限制酶EcoRⅠ
和限制酶 Sal Ⅰ识别序列，据图中对限制酶的注释可知，限制酶
Mun Ⅰ识别并切割后的黏性末端与限制酶 EcoR Ⅰ 识别并切割后
的黏性末端相同，故 R 末端添加的序列所对应的限制酶是 EcoR
Ⅰ，在 F1～F7 末端添加的序列所对应的限制酶是 Sal Ⅰ；荧光蛋
白基因中含有限制酶 EcoR Ⅰ的识别位点，故对载体使用限制酶
Mun Ⅰ和 Xho Ⅰ切割。综上所述，对载体使用限制酶 Mun Ⅰ和
Xho Ⅰ切割，对扩增后的产物用限制酶 EcoR Ⅰ和限制酶Sal Ⅰ识
别序列，然后在 DNA 连接酶的催化作用下，连接形成重组载体；
产物扩增中需要使用 Taq 酶催化，合成更多的产物，故从产物扩
增到载体构建完成的整个过程共需要 6 种酶，分别是 Taq 酶、限
制酶 EcoR Ⅰ、限制酶 Sal Ⅰ、限制酶 Mun Ⅰ、限制酶 Xho Ⅰ、
DNA 连接酶。(2)受体细胞中已经除去BCL11A基因，故扩增产物
中的 BCL11A 蛋白结合位点，不会抑制荧光蛋白基因的表达；基
因的表达需要 RNA 聚合酶与启动子结合，才能完成荧光蛋白基因
的转录过程；含F1～F6与 R扩增产物的载体表达荧光蛋白，受体
细胞有荧光，含 F7 与 R 扩增产物的受体细胞无荧光，则可能是
F7与R扩增产物不含完整的启动子，荧光蛋白基因不表达。(3)向
培养液中添加适量的雌激素，此时重组载体上的 BCL11A 基因表
达，产生 BCL11A 蛋白，BCL11A 蛋白与 BCL11A 蛋白结合位点
结合后，导致荧光蛋白基因被抑制；含 F1～F4 与 R 扩增产物的
受体细胞不再有荧光，则说明 BCL11A 蛋白结合位点结合后在引
物 F4 与引物 R 之间的序列上；含 F5～F6 与 R 扩增产物的受体细
胞仍有荧光，则说明 BCL11A 蛋白结合位点结合后在引物 F5 的上
游序列，故据此结果可推测，BCL11A 蛋白结合位点位于引物 F4
与 F5 在调控序列上所对应序列之间的区段上。
答案：(1)Sal Ⅰ　EcoR Ⅰ　6
(2)F7 与 R 扩增产物不含完整的启动子，荧光蛋白基因不表达
(3)引物 F4 与 F5 在调控序列上所对应序列之间的区段上
根据有无荧光情况判断，F1～F4与R扩增产物上均有结合位点，因
此结合位点位于 F4 所对应调控序列的下游(右侧)；F5～F6 与 R扩
增产物上均无结合位点，可知结合位点位于 F5 所对应调控序列的
上游(左侧)，所以结合位点位于引物 F4 与 F5 在调控序列上所对应
序列之间的区段上
获取目的基因方法的选择
(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文
库的方法，即通过受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中
获取目的基因。
(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以
通过 DNA 合成仪利用化学方法直接人工合成。
(3)如果知道要扩增的目的基因及两端的核苷酸序列，而且基
因又比较大，可以通过 PCR 技术扩增目的基因。
【考向集训】
2.(2023 年河北高考)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价
值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表
达载体，转入硅藻细胞，以期获得高产生物柴油的硅藻品系。回
答下列问题。
(1)根据 DNA 和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的________差
异获得硅藻粗提 DNA，PCR 扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基
因、_______和________等。本研究中目的基因为_____________。
(3)PCR 扩增时引物通过______________原则与模板特异性结
合。根据表达载体序列设计了图 1 所示的两条引物，对非转基因
硅藻品系 A 和转 ME 基因硅藻候选品系 B 进行 PCR 检测，扩增产
物电泳结果见图 2。其中，样品 1 为本实验的________组，样品 2
有特异性扩增产物，结果表明_____________________________。
图 1
图 2
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含
量和繁殖速率等。图 3 为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析，
相对于品系 A，品系 B 的胞内脂质含量平均水平明显________。
同时，还需测定____________以比较在相同发酵条件下品系 A 与
B 的繁殖速率。
图 3
(5)胞内脂质合成需要大量 ATP。ME 催化苹果酸氧化脱羧反
应产生 NADH。研究表明，品系 B 线粒体中 ME 含量显著高于品
系 A。据此分析，ME 基因超表达使线粒体中 NADH 水平升高，
_______________，最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物，利用海生硅藻进行生物柴
油生产的优势之处为____________________________________。
(答出两点即可)
解析：(1)DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这
一原理，可以初步分离 DNA 和蛋白质。因此，根据 DNA 和蛋白
质在特定浓度乙醇溶液中的溶解度差异可以得到硅藻的粗提DNA。
以此方法得到的粗提 DNA 可以作为 PCR 扩增目的基因的模
板。(2)基因表达载体除目的基因、标记基因外，还必须有启动
子、终止子等。启动子和终止子均为一段有特殊序列结构的 DNA
片段。它们分别位于目的基因的上下游。本研究中的目的基因是
来源于硅藻的苹果酸酶(ME)基因。(3)PCR 是一项根据 DNA 半保
留复制原理，在体外提供参与 DNA 复制的各种组分与反应条件，
对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。引物是一小段能
与 DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。对照实验一
般要设置对照组和实验组。本实验的对照组中以非转基因的硅藻
细胞基因组 DNA 作为 PCR 模板，而在实验组中以转 ME 基因的
硅藻细胞基因组 DNA 作为模板。如此比较两个实验扩增结果可以
判定引物间的载体序列是否整合到硅藻细胞的基因组中，从而推
测 ME 基因序列是否整合到硅藻细胞基因组中。(4)硅藻细胞内的
脂质含量和繁殖速率是利用单细胞硅藻生产生物柴油的两个重要
影响因素。据图 3 分析可知，相对于非转基因硅藻细胞品系 A，
转基因硅藻细胞品系 B 的胞内脂质含量平均值显著提高。在测定
硅藻细胞内脂质含量的同时，还需测定在相同发酵条件下品系 A
与 B 的硅藻细胞数量，从而可筛选获得高产生物柴油的优良硅藻
细胞品系。(5)细胞内脂质的合成需要大量 ATP。苹果酸酶(ME)可
催化苹果酸生成 NADH。研究表明，品系 B 线粒体中 ME 含量显
著高于品系 A。据此分析可知，ME 基因的超表达导致线粒体中的
NADH 水平升高，NADH 进一步通过有氧呼吸产生大量 ATP，最
终促进细胞内脂质的合成。(6)相对于大豆和油菜等油料作物，利
用海生硅藻进行生物柴油生产的优势为，能够通过发酵大量生产、
不受季节和气候限制、节约土地资源、节约淡水以及节约粮食资
源等。
答案：(1)溶解度
(2)启动子　终止子(不分顺序) 苹果酸酶基因(或“ME 基
因”)
(3)碱基互补配对
对照
引物间的载体序列整合到硅藻细胞
基因组中(或“ME 基因序列整合到硅藻细胞基因组中”)
(4)增加　细胞数量
(5)有氧呼吸生成的 ATP 增多
(6)节约土地资源、不受季节和气候限制(或“节约粮食资源”
或“节约淡水”或“能够通过发酵大量生产”)
考向 3 基因工程的基本操作程序
[典例 3](2021 年广东高考)非细胞合成技术是一种运用合成生
物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，
其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了 4 步酶
促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的
医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，
并可以提高产率。
回答下列问题。
(1)研究人员采用 PCR 技术从土壤微生物基因组中扩增得到目
标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有____________________。
(答出两种即可)
(2)高质量的 DNA 模板是成功扩增出目的基因的前提条件之
一。在制备高质量 DNA 模板时必须除去蛋白，方法有__________
_______________。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌 BL21 作为受体细胞、pET20b 为表
达载体分别进行 4 种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先
应制备__________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋
白，需要采用的方法有__________。
(4)依图所示流程，在一定的温度、pH 等条件下，将 4 种酶与
可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件
不同，可能导致的结果是________________。在分子水平上，可
以通过改变__________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性
的改造和优化。
解析：(1)分析题意，研究人员从土壤微生物基因组中扩增得
到目标酶基因采用了 PCR 技术，此外获得酶基因的方法还有从基
因文库中获取和人工合成法。(2)高质量的 DNA 模板是成功扩增出
目的基因的前提条件之一。在制备高质量 DNA 模板时必须除去蛋
白，可根据 DNA 和蛋白质的溶解性、对酶、高温和洗涤剂的耐受
性去除蛋白质，方法有盐析、酶解法或高温变性法等。(3)研究人
员使用大肠杆菌 BL21 作为受体细胞、pET20b 为表达载体分别进
行 4 种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备感受态
细胞，即利用钙离子处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，使其
易于接受外来的 DNA 分子。基因工程中，酶基因(目的基因)成功
表达的产物酶蛋白的化学本质是蛋白质，常用抗原－抗体杂交技
术进行检测。(4)依图所示流程，在一定的温度、pH 等条件下，将
4 种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。由于酶的作用条
件较温和，若这些酶最适反应条件不同，则可能导致有的酶失活
而使反应中断。在分子水平上，可以通过改变基因的碱基序列，
从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。
答案：(1)基因文库中获取、人工合成法
(2)盐析法、酶解法或高温变性
(3)感受态 抗原—抗体杂交技术
(4)有的酶失活而使反应中断　基因的碱基序列
【考向集训】
3.(2022 年广东高考)“绿水逶迤去，青山相向开”大力发展低
碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有
研究者以某些工业废气(含 CO2 等温室气体，多来自高污染排放企
业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工
产品的新技术。
回答下列问题。
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对______，
利用 PCR 技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体 pMTL80k，用于在梭菌中建立
多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了
启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作
用是____________________________________________________
_______________________________________________________，
终止子的作用是________________________________________。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了
生长迟缓的现象，推测其原因可能是________________________，
此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩
大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了________，
体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在
于__________________，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
解析：(1)利用 PCR 技术扩增目标酶基因，首先需要根据目标
酶基因两端的碱基序列设计一对引物，引物与模板链结合后，Taq
酶才能从引物的 3′端延伸子链。(2)基因表达载体中，抗生素抗性
基因作为标记基因，可用于筛选含有基因表达载体的受体细胞，
终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。(3)重组梭菌大
量表达上述酶蛋白时，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体
大量用于合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以会导致生
长迟缓。(4)根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，
以高污染企业排放的二氧化碳等温室气体为原料，实现了废物的
资源化，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术
生产丙酮的过程不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气
中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，
所以具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
答案：(1)引物
(2)作为标记基因，筛选含有基因表达载体的受体细胞
终止
转录，使转录在需要的地方停下来
(3)二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌
的生长
不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工
(4)废物的资源化
业废气中的二氧化碳
考向 4 基因工程的应用
[典例 4](2022年广东深圳一模)人体中血清白蛋白可以运输脂
肪酸、胆色素、氨基酸、类固醇激素、金属离子和许多治疗分子
等，同时参与维持血浆正常的渗透压，在临床上应用广泛。但从
人体中直接提取的血清白蛋白含量少，且易受污染，生物反应器
可以解决此项难题。回答下列问题。
(1)从人体获取的血清白蛋白基因可通过________技术进行扩
增，扩增后的血清白蛋白基因与启动子、________和________等
构建成基因表达载体。构建乳腺生物反应器时选用的是乳腺蛋白
基因的启动子，其目的是___________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
(2)科学家将构建好的基因表达载体通过________技术导入奶
牛的受精卵中。受精卵继续培养至胚胎。当胚胎发育至______阶
段，取其________做 DNA 分析来进行性别鉴定，筛选出发育状态
良好的______(填“雌”或“雄”)性胚胎进行移植，使其生长发育
成转基因动物，将来可从牛奶中提取得到大量的人血清白蛋白。
(3)有人提议将乳腺蛋白基因的启动子换成 uroplakinⅡ基因的
启动子(高效促进目的蛋白在膀胱特异性表达及分泌)，可增加血清
白蛋白的产量。请分析产量高的原因_________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)利用 PCR 技术可扩增血清白蛋白基因。扩增后的血
清白蛋白基因与启动子、终止子、标记基因等构建成基因表达载
体。而且目的基因必须插入到启动子和终止子之间。由于基因的
选择性表达，要想基因特异性地只在乳腺细胞中表达，选用的是
乳腺蛋白基因的启动子，其目的是使目的基因在动物体内的乳腺
细胞中表达，从而在乳汁中获取所需产品。(2)将重组质粒导入动
物细胞通常使用显微注射技术，所以基因表达载体通过显微注射
技术导入奶牛的受精卵中进行体外培养。受精卵继续培养至胚胎。
当胚胎发育至囊胚阶段，取滋养层细胞做 DNA 分析来进行性别鉴
定，目的产物要从乳汁中获取，所以筛选出发育状态良好的雌性
胚胎进行移植，使其生长发育成转基因动物。(3)雌性牛只有在哺
乳期才能分泌乳汁，而尿液不会受到性别和发育期的影响，尿液
的分泌总量要比乳汁的分泌量大，因此将乳腺蛋白基因的启动子
换成 uroplakinⅡ基因的启动子，可增加血清白蛋白的产量。
答案：(1)PCR
终止子
标记基因
使目的基因在动物体内
的乳腺细胞中表达，从而在乳汁中获取所需产品
(2)显微注射　囊胚　滋养层细胞　雌
(3)雌性牛只有在哺乳期才能分泌乳汁，而尿液不会受到性别
和发育期的影响，尿液的分泌总量要比乳汁的分泌量大
【考向集训】
4.(2023 年广东高考)种子大小是作物重要的产量性状。研究者
对野生型拟南芥(2n＝10)进行诱变，筛选到一株种子增大的突变
体。通过遗传分析和测序，发现野生型 DAI 基因发生一个碱基 G
到 A 的替换，突变后的基因为隐性基因，据此推测突变体的表型
与其有关，开展相关实验。回答下列问题。
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型 DAI 基因转入突变体植株，
若突变体表型确由该突变造成，则转基因植株的种子大小应与
__________植株的种子大小相近。
(2)用 PCR 反应扩增 DAI 基因，用限制性核酸内切酶对 PCR
产物和__________进行切割，用 DNA 连接酶将两者连接。为确保
插入的 DAI 基因可以正常表达，其上下游序列需具备__________
______________。
(3)转化后，T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可
在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均
遵循基因分离及自由组合定律的前提下，选出单一位点插入的植
株，并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图 1)。用于后续验证
突变基因与表型的关系。
图 1
①农杆菌转化 T0 代植株并自交，将 T1 代种子播种在选择培养
基上，能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了_____
_______________________。
②T1 代阳性植株自交所得的 T2 代种子按单株收种并播种于选
择培养基，选择阳性率约____%的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的 T2 代阳性植株__________(填“自交”“与
野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的 T3 代种子按单株收种
并播种于选择培养基，阳性率达到________%的培养基中的幼苗即
为目标转基因植株。为便于在后续研究中检测该突变，研究者利
用 PCR 扩增野生型和突变型基因片段，再使用限制性核酸内切酶
X 切割产物，通过核酸电泳即可进行突变检测，相关信息见图 2，
在图 2 电泳图中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
图 2
解析：(1)突变体是野生型 DAI 基因发生隐性突变产生的，因
此采用农杆菌转化法将野生型 DAI 基因(显性基因)转入突变体植
株，若突变体表型确由该基因突变造成，则转基因植株的种子大
小应与野生型植株的种子大小相近，即表现显性性状。(2)构建基
因表达载体时，通过 PCR 扩增的 DAI 基因和载体需要用限制酶进
行切割，然后用 DNA 连接酶将两者连接起来。其中在 DAI 基因的
上游序列添加启动子，在 DAI 基因的下游序列添加终止子，以利
于 DAI 基因正常表达。(3)①由图 1 可知，T0 代植株用农杆菌转化
法(T-DNA 携带 DAI 基因和卡那霉素抗性基因)进行了处理，若自
交产生的 T1 代种子播种在含有卡那霉素的选择培养基上出现能够
正常生长的个体，说明其基因组中插入了 DAI 基因和卡那霉素抗
性基因。②T1 代阳性植株细胞中染色体上含有 DAI 基因，由于题
干“选出单一位点插入的植株，并进一步获得目的基因稳定遗传
的植株”，因此 T1 代阳性植株自交所得的 T2 代种子按单株收种并
播种于选择培养基，阳性∶阴性＝3∶1，故选择阳性率约 75%　
的培养基中幼苗继续培养。③将②中选出的 T2 代阳性植株自交所得
的 T3 代种子按单株收种并播种于选择培养基，选择单株种植在选
择性培养基上阳性率达到 100%的幼苗作为目标转基因植株，因为
这时所有的幼苗都含有 DAI 基因。分析图 2 可知，突变型基因是
由野生基因中某一位置的碱基 G 替换为碱基 A 造成的，因此其基
因长度都是 150 bp，由于野生型基因中没有限制酶 X 的切割位点，
而突变型基因中含有限制酶 X 的切割位点，会将突变型基因切割
成 50 bp 和 100 bp 两个片段，即电泳图中野生型基因只有 150 bp
一个条带，而突变型基因有 50 bp 和 100 bp 两个条带。
答案：(1)野生型
(2)载体　启动子和终止子
(3)①DAI 基因和卡那霉素抗性基因　②75　③自交　100
考向 5 蛋白质工程
[典例 5](2022 年湖南高考)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_______________________
________________________________________________________
________________________。
(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_____________________
______________________________________________________。
(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
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)据分析可知，物质 a 是多肽链中的氨基酸序列，物
质 b 是 mRNA。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，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有
几个密码子。(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和利用 PCR 技术扩增。PCR 技术
遵循的基本原理是 DNA 双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、
乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解
时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差
异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后
相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先
上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经
酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种
处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，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，实验设计思路为：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。
答案：(1)多肽链中的氨基酸序列　mRNA　密码子的简并性
通过 DNA 合成仪用化学方
(2)从基因文库中获取目的基因
法直接人工合成　DNA 双链复制
(3)种类
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)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
【考向集训】
5.(2022 年海南海口模拟)利用木聚糖酶进行纸浆漂白，可以大
幅度减少氯化物的用量，减轻造纸工业对环境的污染。纸浆漂白
需要在高温碱性条件下进行，因此需要耐热耐碱的木聚糖酶。根
据生产需要，科学家对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获
得了耐高温耐碱的新木聚糖酶，减少了纸浆漂白时木聚糖酶的用
量，提高了生产效率。回答下列问题。
(1)蛋白质工程的目标是根据人们对______________的特定需
求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因工
程原则上只能生产________，它们的结构和功能符合特定物种生
存的需要。
(2)在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，
原因是大肠杆菌__________________________________________
________________________________________________________
(答出两点)。分离纯化大肠杆菌时，可使用接种环采用________
法将聚集的菌种逐步分离并培养成单菌落；实验室中利用选择培
养基筛选微生物的原理是__________________________________
_______________________________________________________。
(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前要先构建
________，以使目的基因能够表达和发挥作用。若要将重组大肠
杆菌分泌的耐热耐碱木聚糖酶应用于造纸工业生产，除了需要研
究木聚糖酶的产量外，还需要检测木聚糖酶的________。
(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
木聚糖酶中的离子键数目，从而增加该酶在碱性环境中的稳定性。
利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是_____________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计新木聚糖酶的基因，会设计出
多种脱氧核苷酸序列，原因是______________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定
需求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因
工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白
质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定
物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
(2)由于大肠杆菌为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少，所以在
蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞。采用平板
划线法分离纯化大肠杆菌时，使用的接种工具为接种环。实验室
中利用选择培养基筛选微生物的原理是：人为提供有利于目的菌
生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长。(3)人工合成的
新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前，需要先将其与载体结合，
构建基因表达载体，以使目的基因能够表达和发挥作用。在将重
组大肠杆菌分泌的耐热耐碱的木聚糖酶应用于造纸工业生产前，
需要研究该木聚糖酶的产量并对木聚糖酶的生物活性(或催化效率)
进行检测。(4)利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是：
根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定
部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷
酸序列，然后利用 DNA 合成仪合成新木聚糖酶基因。由于密码子
具有简并现象(或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象)，导致
根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计的新木聚糖酶的基因会有多种
脱氧核苷酸序列。
答案：(1)蛋白质功能　自然界中已存在的蛋白质
(2)为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少　平板划线
人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物
的生长
(3)基因表达载体　生物活性(或催化效率)
(4)根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶
中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱
氧核苷酸序列，然后利用 DNA 合成仪合成新木聚糖酶基因　密码
子具有简并现象(或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象)
考向 6 生物技术的安全性和伦理问题
[典例 6](2022 年北京高考)生态文明建设已成为我国的基本国
策。水中雌激素类物质(E 物质)污染会导致鱼类雌性化等异常，并
通过食物链影响人体健康和生态安全。原产南亚的斑马鱼，其肌
细胞、生殖细胞等存在 E 物质受体，且幼体透明。科学家将绿色
荧光蛋白(GFP)等基因转入斑马鱼，建立了一种经济且快速的水体
E 物质监测方法。
(1)将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是________。
(2)为监测 E 物质，研究者设计了下图所示的两种方案制备转
基因斑马鱼，其中 ERE 和酵母来源的 UAS 是两种诱导型启动子，
分别被 E 物质－受体复合物和酵母来源的 Gal4 蛋白特异性激活，
启动下游基因表达。与方案 1 相比，方案 2 的主要优势是______
_______________________________________________________，
因而被用于制备监测鱼(MO)。
方案 1
方案 2
(3)现拟制备一种不育的监测鱼 SM，用于实际监测。SM 需经
MO 和另一亲本(X)杂交获得。欲获得 X，需从以下选项中选择启
动子和基因，构建表达载体并转入野生型斑马鱼受精卵，经培育
后进行筛选。请将选项的序号填入相应的方框中。
Ⅰ.启动子：________。
①ERE ②UAS ③使基因仅在生殖细胞表达的启动子(P 生)
④使基因仅在肌细胞表达的启动子(P 肌)
Ⅱ.基因：________
A.GFP
B.Gal4
C.雌激素受体基因(ER)
D.仅导致生殖细胞凋亡的基因(dg)
(4)SM 不育的原因是：成体 SM 自身产生雌激素，与受体结合
后____________造成不育。
(5)使拟用于实际监测的 SM 不育的目的是________________
_________________________________________。
解析：(1)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射
法，所以将表达载体导入斑马鱼受精卵的最佳方式是显微注射法。
(2)由图可知，方案 1 中的 E 物质—受体复合物激活 ERE，使 GFP
基因表达，方案 2 中的 E 物质—受体复合物先激活 ERE 获得 Gal4
蛋白，然后 Gal4 蛋白激活 UAS 启动子，使 GFP 基因表达，方案
2 中的 GFP 蛋白表达量大，更灵敏。(3)MO 和另一亲本(X)杂交获
得 SM，MO 是方案 2 获得的，所以亲本 X 启动子选择 UAS。要
获得 SM 是不育个体，MO 是可育的，所以 X 必须有仅导致生殖
细胞凋亡的基因(dg)。(4)成体 SM 自身产生雌激素，与受体结合后
形成复合物，激活 ERE 诱导 Gal4 表达，Gal4 与 UAS 启动子结合
诱导 dg 表达，使生殖细胞凋亡。(5)监测鱼属于转基因生物，目前
安全性不确定，为了避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题，
需要 SM 不育。
答案：(1)显微注射
(2)监测灵敏度更高
(3) ②　D
(4)激活 ERE 诱导 Gal4 表达，Gal4 结合 UAS 诱导 dg 表达，
生殖细胞凋亡
(5)避免转基因斑马鱼逃逸带来生物安全问题
【考向集训】
6.(2023 年北京高考)抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害
虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。
为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。
以下措施不能实现上述目标的是(
)
A.在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子
B.大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂
C.转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植
D.转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带
解析：在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子，则常规种子
长成的普通植株能为敏感性(不抗虫)个体提供生存空间，增加与抗虫
个体的竞争，避免抗性基因频率升高过快，提高了抗虫棉的抗虫持
久性，A 正确。大面积种植转基因抗虫棉、施用杀虫剂，都会进一
步选择并保存抗性强的个体，导致敏感性个体死亡，从而加快害虫
种群抗性基因频率提高，不利于抗虫棉的抗虫持久性，B 错误。将
转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植以及转基因抗虫棉大田周
围设置常规棉隔离带，作用机理相似，可以使敏感型个体存活，敏
感性个体能与抗性强的棉铃虫进行竞争，不会导致抗性基因频率升
高过快，提高了抗虫棉的抗虫持久性，C、D 正确。
答案：B
DNA 的粗提取与鉴定、DNA 片段的扩增及电泳鉴定
1.DNA 的粗提取与鉴定。
(1)原理。
不溶于
2 mol/L
苯胺
二
(2)方法步骤。
4
95%的酒精
2 mol/L NaCl
二苯胺
①加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧 DNA
分子的断裂，导致 DNA 分子不能形成絮状沉淀。
②本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因
是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无 DNA)。可选用鸡血细胞作
为材料。
2.DNA 片段的扩增及电泳鉴定。
(1)原理。
DNA 热变性
①PCR 原理：_______________原理。
②电泳。
电场
正电或负电
相反
a.概念：是指带电分子在______的作用下发生迁移的过程。
b.原理：在一定的 pH 下，多肽、核酸等生物大分子的可解离
基团会带上______________，在电场的作用下，这些带电分子会
向着与其所带电荷______的电极移动。
c.作用过程：由于各种分子的带电性质差异、大小不同、形状
不同，在电场作用下会产生不同的______速率，从而实现各种分
子的分离。
迁移
琼脂糖凝胶电泳
d.方法：常用的电泳方法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶
电泳。PCR 的产物一般通过___________________来鉴定。
(2)方法步骤。
微量移液器
离心管
底部
①PCR 实验操作步骤。
②鉴定 PCR 产物→琼脂糖凝胶电泳法→配制琼脂糖溶液→制
备琼脂糖凝胶→电泳缓冲液加入电泳槽中→加样→电泳→取出凝
胶置于________下观察和照相。
紫外灯
[典例 1](2023 年广东高考)“DNA 粗提取与鉴定”实验的基
)
本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(
A.裂解：使细胞破裂释放出 DNA 等物质
B.分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀：可反复多次以提高 DNA 的纯度
D.鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
解析：细胞吸水涨破，释放 DNA 等物质，A 正确。DNA 和
蛋白质等其他成分在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同，DNA 在
2 mol/L 的氯化钠中溶解度最高，依此原理可分离出其他杂质，B
正确。DNA 不溶于酒精，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，反复
多次可提纯 DNA，C 正确。加入二苯胺后，还需沸水浴处理才能
出现蓝色，D 错误。
答案：D
[典例 2](2022 年山东青岛一模)DNA 琼脂糖凝胶电泳的分子
筛效应是指作为支持介质的琼脂糖，具有网络结构，使大分子物
质在通过时受到较大阻力，借此分离不同大小的 DNA 片段。下列
说法错误的是(
)
A.琼脂糖凝胶电泳可用于分离、鉴定 DNA 分子的混合物
B.双链 DNA 分子片段长度越大，在琼脂糖中的移动速率越大
C.凝胶制备中加入的核酸染料能与 DNA 分子结合，用于分离
后 DNA 的检测
D.凝胶中的 DNA 分子通过染色，可在波长为 300 nm 的紫外
灯下被检测出来
解析：琼脂糖凝胶电泳利用具有多孔网状结构的凝胶的分子
筛作用，来进行分离，可用于分离、鉴定 DNA 分子的混合物，A
正确。凝胶中 DNA 分子的迁移速率与 DNA 分子的大小有关，双
链 DNA 分子片段长度越大，在琼脂糖中的移动速率越小，B 错误。
凝胶制备中加入的核酸染料能与 DNA 分子结合，可以在波长为
300 nm 的紫外灯下被检测出来，用于分离后 DNA 的检测，C 正
确。DNA 分子的大小和构象等有关，凝胶中的 DNA 分子通过染
色，可以在波长为 300 nm 的紫外灯下被检测出来，D 正确。
答案：B
【举一反三】
1.(2022 年山东高考)关于“DNA 的粗提取与鉴定”实验，下
列说法错误的是(
)
A.过滤液沉淀过程在 4 ℃冰箱中进行是为了防止 DNA 降解
B.离心研磨液是为了加速 DNA 的沉淀
C.在一定温度下，DNA 遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的 DNA 中可能含有蛋白质
解析：过滤液沉淀过程在 4 ℃冰箱中进行可以使酶的活性降
低，可以防止 DNA 降解，A 正确。离心研磨液是为了加速细胞膜、
细胞器、一些较大杂质等的沉淀，B 错误。在一定温度下，DNA
遇二苯胺试剂呈现蓝色，C 正确。粗提取的 DNA 中可能含有蛋白
质，D 正确。
答案：B
2.(2023 年江苏苏州期初)下列关于琼脂糖凝胶电泳的叙述，错
误的是(
)
A.加热熔化的琼脂糖完全冷却后加入适量的核酸染料
B.电泳缓冲液加入电泳槽时，需没过凝胶 1 mm 为宜
C.可调容量的微量移液器应先做容量设定再安装枪头
D.停止电泳后应将凝胶置于紫外灯下，观察和照相
解析：琼脂糖凝胶制备中加入的核酸染料能与 DNA 分子结
合，凝胶中的 DNA 分子通过染色，可以在波长为 300 nm 的紫外
灯下被检测出来，因此制备琼脂糖凝胶时，需待凝胶溶液冷却至
常温后(不能完全冷却后加入，否则琼脂糖凝胶呈固体状态)，再加
入适量的核酸染料搅拌混匀，A 错误。将电泳样液加入电泳槽中，
电泳缓冲液没过凝胶 1 mm 为宜，B 正确。移液枪的使用方法，设
定移液的体积，装配移液枪头，进行吸液及放液，C 正确。凝胶
制备中加入的核酸染料能与 DNA 分子结合，凝胶中的 DNA 分子
通过染色，可以在波长为 300 nm 的紫外灯下被检测出来，停止电
泳后应将凝胶置于紫外灯下，观察和照相，D 正确。
答案：A
谢谢
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