2024届高考生物一轮复习第十四章基因工程生物技术的安全性与伦理问题课件

这是一份2024届高考生物一轮复习第十四章基因工程生物技术的安全性与伦理问题课件，共60页。PPT课件主要包含了自主学习·巩固基础，重组DNA，生物体外，DNA分子，生物产物，定向改造，原核生物，磷酸二酯键，黏性末端，平末端等内容，欢迎下载使用。

知识点一　基因工程及基因工程的基本工具[自主学习]1.基因工程的概念
2.基因工程的基本操作工具
[自主检测]1.思考判断(1)有关工具酶的判断。①限制酶只能用于切割目的基因。(　　)②切割质粒的限制酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(　　)③DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。(　　)(2)有关载体的判断。①载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(　　)②每个质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点。(　　)③外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。( )
2.深挖教材(1)限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰
(2)切取目的基因与切割载体时只能使用“同一种酶”吗?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：①在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶，以获得相同的黏性(或平)末端。但如果用两种不同的限制酶切割后形成的末端相同，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。②为了避免目的基因和载体的自身环化和随意连接，在切割目的基因和载体时，均使用两种不同的限制酶，使目的基因和载体各具有两个不同的末端
____________________________________________________________________________________________________________________________。
适合的质粒是①。由图可知，质粒②上无标记基因，不适合作为载体；质粒③和④的标记基因上都有限制酶的识别位点，使用该酶后将会导致标记基因遭破坏，故均不宜选作载体
知识点二　基因工程的基本操作程序及应用[自主学习]1.基因工程的基本操作程序
2.利用PCR获取和扩增目的基因
PCR扩增仪(PCR仪)　
耐高温的DNA聚合酶　
[自主检测]1.思考判断(1)设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。(　　)(2)用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(　　)(3)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。(　　)(4)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。(　　)(5)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术。(　　)
2.深挖教材(1)利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系细胞器的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，可以用大肠杆菌生产人的糖蛋白吗?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：不可以。糖蛋白上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，大肠杆菌中不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产人的糖蛋白是不可能的
(2)启动子＝起始密码子吗?终止子＝终止密码子吗?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：①启动子是位于基因首端的一段特殊序列，它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子是位于基因尾端的一段特殊序列，作用是使转录过程停止。②起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止
3.热图导析：抗虫棉的培育过程
(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么?一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种?____________________________________________________________。 
提示：目的基因是Bt基因，载体是Ti质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体
提示：抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫
知识点三　蛋白质工程[自主学习]1.概念理解(1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)操作：________或合成基因。 (3)结果：改造了现有蛋白质或制造出______________。 (4)目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对________________进行设计改造。 
2.蛋白质工程的设计流程
脱氧核苷酸序列(基因)
[自主检测]1.思考判断(1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株。(　　)(2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(　　)(3)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(　　)(4)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。(　　)
2.深挖教材蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造?____________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传
知识点四　DNA的粗提取和鉴定[自主学习]1.实验原理(1)DNA不溶于____________，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，利用这一原理可将DNA与蛋白质进一步分离。 (2)DNA+二苯胺 ____色。 
[自主检测]思考判断(1)DNA既溶于2 ml/L的NaCl溶液，也溶于蒸馏水。(　　)(2)根据高中生物学实验的基本原理，提取DNA是利用不同化合物在溶剂中溶解度的差异。(　　)(3)二苯胺试剂能溶解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。 (　　)(4)将丝状物溶解在2 ml/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色。(　　)
知识点五　生物技术的安全性和伦理问题[自主学习]
生物技术的安全性和伦理问题
[自主检测]思考判断(1)转基因作物被动物食用后，目的基因就会转入动物体细胞中。(　　)(2)种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性。(　　)(3)转入油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中。(　　)(4)转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加。(　　)(5)如果转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题。(　　)
2.深挖教材：试管婴儿和设计试管婴儿的比较
(1)不同点①所用技术手段：设计试管婴儿胚胎移植前________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断，试管婴儿________(填“需要”或“不需要”)进行遗传学诊断或基因诊断。 ②应用：试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题，设计试管婴儿主要用于白血病、贫血症的治疗。(2)相同点：________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：都是体外受精，并进行体外早期胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖
重点一 基因工程的操作工具[深度讲解]1.限制性内切核酸酶(限制酶)(1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论碱基数是奇数还是偶数，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如GCCG┋GCCG以中心线为轴，两侧碱基互补对称；CCAGGGGTCC以AT为轴，两侧碱基互补对称。
(2)切割后产生末端的种类——黏性末端和平末端。①当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端。②当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的是平末端。
2.限制酶与DNA连接酶的关系
(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
3.与DNA分子相关的几种酶的比较
4.选择限制酶的注意事项
(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，可使用两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒，如图甲可选择用PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类。①切割质粒的限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。②目的基因的表达需要调控序列，质粒插入目的基因部位之前有启动子，之后需有终止子。③质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等，选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因。④如果所选限制酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
易错清零　基因工程操作基本工具的八个易错点(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。
(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。
[考向预测]考查基因工程的操作工具(素养目标：生命观念)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MbⅠ、SmaⅠ四种限制酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题：
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由_____________________________连接。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是______末端，其产物长度为_____________________________。 (3)若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。 
脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
537 bp、790 bp、661 bp
(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加__________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是___________________________________________________________________________。 
同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接
【解析】(1)两条脱氧核苷酸链之间的碱基通过氢键相连，一条脱氧核苷酸链中相邻的碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。(2)根据限制酶SmaⅠ识别的碱基序列可知，限制酶SmaⅠ切割产生的末端为平末端。在图1序列中共有2个SmaⅠ的切割位点，切割后形成3种不同长度的产物，分别为537 bp、790 bp、661 bp。(3)图1中有SmaⅠ的两个识别序列，完全切割后产生3个不同长度的DNA片段，若虚线方框中的碱基对被T—A碱基对替换，再经SmaⅠ识别并完全切割后会产生2个DNA片段，其中1个DNA片段与未替换前完全切割的相同，因此经完全切割后共产生4种不同长度的DNA片段。
(4)切割目的基因可选用限制酶BamHⅠ和限制酶MbⅠ，但限制酶MbⅠ可将质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破坏，而限制酶BamHⅠ只破坏抗生素A抗性基因，因此只能选用限制酶BamHⅠ；重组质粒中含有抗生素B抗性基因，因此可在含抗生素B的培养基上培养。
重点二 基因工程的操作过程及蛋白质工程及其与基因工程的关系[深度讲解]1.目的基因的筛选与获取(1)直接分离。
2.基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成及作用。
3.将目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与鉴定
5.蛋白质工程与基因工程的区别和联系
易错清零　基因工程中的三个易错点(1)基因表达载体≠载体：基因表达载体与载体相比增加了目的基因。(2)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位，若目的基因插入到启动子内部，启动子将失去其功能。(3)启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子：启动子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止。
[考向预测](一)考查基因工程的操作过程(素养目标：科学探究)1.(2022年安徽阜阳检测)某动物体内含有研究者感兴趣的目的基因，研究者欲将该基因导入大肠杆菌的质粒中保存和表达。该质粒含有氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、LacZ基因及一些酶切位点，其结构和简单的操作步骤如图所示。注：普通大肠杆菌菌落为乳白色，LacZ基因编码产生的β－半乳糖苷酶可以分解X－gal产生蓝色物质。
请根据以上信息回答下列问题：(1)从动物体内获取细胞进行培养时，除了细胞需要的各种营养物质和适宜的温度、pH和渗透压外，还需要满足的环境条件有_____________________、________________。 (2)利用PCR可以在体外扩增含该目的基因的DNA片段，其扩增循环一般可以分为________________、________________、______________三步。(3)为了确保目的基因与载体的连接发生定向连接重组，以便定向克隆和成功表达，可以采用______________________________________的方法。(4)在完成第④步操作后，菌液中大肠杆菌分为未转化、导入空白质粒、导入重组质粒三种，它们在图中培养基中培养后观察到的结果分别是________________、________________、________________。 
(用不同的酶)双酶切切割目的基因和载体　
【解析】(1)结合分析可知，从动物体内获取细胞进行培养时，除了细胞需要的各种营养物质和适宜的温度、pH和渗透压外，还需要满足无毒、无菌的环境和适宜的气体环境(95%空气+5%CO2)。(2)PCR可以在体外完成目的基因的DNA片段的扩增，其扩增循环一般可以分为变性、复性、延伸三步，需要的温度条件依次为高温、低温和中温。(3)为了确保目的基因与载体的连接发生定向连接，防止发生自身环化和插入方向错误，导致无法定向克隆和成功表达。可以通过用两种不同的酶切割出具有不同末端的运载体和含有目的基因的DNA片段，而后通过DNA连接酶的作用实现目的基因和运载体的正向连接。
(4)未转化的大肠杆菌不含AmpR，不能在含有青霉素的培养基中形成菌落，空白质粒含有完整的LacZ基因，其编码产生的β－半乳糖苷酶可以分解X－gal产生蓝色物质，导致该大肠杆菌菌落呈现为蓝色；目的基因插入到LacZ基因中产生的重组质粒，没有完整的LacZ基因，不能发生颜色变化，大肠杆菌菌落表现为正常的乳白色。
(二)考查蛋白质工程的应用(素养目标：社会责任)2.(2021年陕西西安模拟)请据图回答下列问题。
(1)图甲中①~④所示为________________工程。如图乙，一个构建好的基因表达载体，在目的基因尾端还必须有[2]________；图中[3]________的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，便于将含有目的基因的细胞筛选出来。若欲通过乳腺生物反应器生产预期蛋白质，图乙中序号[1]代表的是________________________；且在图甲中⑨过程之前，要对精子进行筛选，保留含性染色体________的精子。 
(2)为获得较多的受精卵进行研究，图甲中⑥过程一般用激素对供体做____________处理；为提高培育成功率，进行⑩过程之前，要对供、受体动物做___________处理。如果该目的基因为胰岛素基因，将该基因导入受体细胞后，仅整合到一条染色体上，且该基因得以成功表达，那么由胚胎分割过程得到的两个胚胎发育而成的两头牛________(填“是”或“不是”)都能产生牛的胰岛素。 
【解析】(1)蛋白质工程的过程为：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。由此可见，图甲中①~④所示的生物工程为蛋白质工程。如图乙，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，在基因尾端还必须有[2]终止子；图中[3]为标记基因，作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。若预期蛋白质欲通过乳腺生物反应器生产，则构建基因表达载体时，要将目的基因与[1]乳腺蛋白基因的启动子重组在一起，以便目的基因在乳腺细胞中表达；在图甲中⑨过程之前，要对精子进行筛选，保留含性染色体X的精子。
(2)为获得较多的受精卵进行研究，图甲中⑥过程一般用促性腺激素对供体做超数排卵处理。为提高培育成功率，进行⑩过程之前，要对供、受体动物做同期发情处理。由胚胎分割过程得到的两个胚胎发育而成的两头牛，其基因相同，都能够产生牛的胰岛素。
重点三 DNA的粗提取和鉴定[深度讲解]DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较
[考向预测]考查DNA的粗提取和鉴定(素养目标：科学探究)如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。
(1)图中实验材料A可以是______________等，研磨前加入的B应该是________________。 (2)通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2 ml/L的NaCl溶液的目的是______________________________________。 (3)在该实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2 mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得如下表所示的4种滤液，其中含DNA最少的是滤液________。 
(4)DNA鉴定的原理是____________________________________________。
在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂会被染成蓝色
【解析】(1)选用洋葱、菜花等植物材料提取DNA时，要在切碎的材料中加入研磨液，进行充分的搅拌和研磨。(2)DNA在2 ml/L的NaCl溶液中的溶解度较高，而在0.14 ml/L的NaCl溶液中的溶解度最小。向滤液中加入2 ml/L的NaCl溶液可以使DNA溶解，过滤除去不溶的杂质。(3)DNA不溶于冷酒精，可利用这一原理进一步提纯DNA。
1.(2022年湖南卷)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素是水蛭蛋白的重要成分之一，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________________。 
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
【解析】(1)据分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，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、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，进而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。
2.(2022年山东卷)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。
(1)为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是___________________________________________________，为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的________(填“3'端”或“5'端”)。 
两种引物分别与两条模板链3'端的碱基序列互补配对　
(2)PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后，与编码FLAG的序列形成一个融合基因，如图甲所示，其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后，融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析，出现该问题的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 修改扩增P基因时使用的带有EcRⅠ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是_______________________________________________________________________________。 
在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变　
在EcRⅠ识别序列前后增加碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数　
(3)融合蛋白表达成功后，将FLAG－P、FLAG－P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC，由①②③组结果的差异推测，药物A的作用是____________________________；由②④组或③⑤组的差异推测，P△中缺失的特定序列的作用是______________________。 
促进UBC与FLAG－P的结合
与UBC结合的关键序列　
(4)根据以上结果推测，药物A治疗该病的机理是___________________________________________________________________________________________________。 
药物A促进UBC与FLAG－P的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的
【解析】(1)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苷酸，因此设计扩增P基因的引物，需要两种引物分别与两条模板链3'端的碱基序列互补。DNA聚合酶延伸时，是将脱氧核苷酸加到引物的3'端，为了不破坏目的基因，该限制酶识别序列应添加在引物的5'端。(2)融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同，说明P基因翻译时出错。由图可看出，在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变，可通过在EcRⅠ识别序列前后增加碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数，这样能保证P基因转录出的mRNA上的读码框不改变，能够正常翻译。
(3)①组仅添加UBC，处理后，用UBC抗体检测，不出现杂交带；②组添加UBC和FLAG－P，出现杂交带；③组添加UBC、药物A和FLAG－P，杂交带更加明显，说明药物A的作用是促进UBC与FLAG－P的结合。由②④组或③⑤组的差异在于②③组使用FLAG－P，出现杂交带；④⑤组使用FLAG－P△，不出现杂交带，据此推测P△中缺失的特定序列是与UBC结合的关键序列。(4)根据(3)的分析推测，药物A促进UBC与FLAG－P的结合，从而促进蛋白P被蛋白酶识别并降解，达到治疗的目的。
3.(2021年全国乙卷)用重组DNA技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制酶的切割位点如图所示。
回答下列问题：(1)常用的DNA连接酶有E.cli DNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中_______________酶切割后的DNA片段可以用E.cli DNA连接酶连接。上图中_______________________________酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。 (2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是________________。 
EcRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcRⅤ
(3)重组DNA技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能___________；质粒DNA分子上有_________________________，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是___________________________________________________________________________________。 (4)表达载体含有启动子，启动子是指___________________________________________________________________________________________。
位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程
一至多个限制酶酶切位点
用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞　
【解析】(1)限制酶EcRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割形成的是平末端，E.cli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.cli DNA连接酶或T4DNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。
(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。
命题探源本题考查基因工程的相关知识，要求考生识记基因工程的概念、原理及操作步骤，掌握各操作步骤中需要注意的细节，能结合所学的知识准确答题。
4.(2021年广东卷)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)。 
基因文库中获取、人工合成法
盐析法、酶解法或高温变性　
(3)研究人员以大肠杆菌BL21作为受体细胞、以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，需要采用的方法为________________________________。 (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。 
有的酶失活而使反应中断
【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质，可根据DNA和蛋白质的溶解性以及对酶、高温和洗涤剂的耐受性去除蛋白质，方法有盐析法、酶解法或高温变性法等。
(3)研究人员以大肠杆菌BL21作为受体细胞、以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)依题图所示流程，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。
命题探源本题考查基因工程、DNA的粗提取和鉴定的相关知识，意在考查考生把握知识间的联系、理论与实际相结合解决实际问题的能力，难度中等。
5.(2021年河北卷)采矿污染和使用化肥不当导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内进行后续处理(例如，收集植物组织器官异地妥善储存)，可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物，并检测了相关指标。回答下列问题：(1)为获取YCF1基因，将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接，导入受体菌的群体中储存，这个群体称为_____________。 
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需要的两种酶是______________________。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因，其作用是___________________________________。 (3)进行前期研究时，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜细胞中，采用最多的方法是________________。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是_________________________________。 
便于目的基因的筛选和鉴定
避免目的基因在自然界中的扩散
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中，半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知，与野生型相比，转基因植株对Cd具有更强的__________(填“耐性”或“富集能力”)；据图2可知，对转基因植株的________进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。 
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是_______________________________________________________________________________。 相较于草本植物，采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于____________________________________________________________________________________________________________(写出两点即可)。 
YCF1可通过主动运输将Cd离子运到液泡中，提高了细胞液的浓度，有利于植株吸水　
杨树具有发达的根系和高大的树冠，更适应污染矿区等不良环境，同时可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便运输、利用
【解析】(1)为获取YCF1基因，将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接，导入受体菌的群体中储存，这个群体含有酵母菌的全部基因，称为基因组文库。(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，需要用限制酶切割供体DNA和质粒，以产生相同的黏性末端，然后用DNA连接酶进行连接。基因表达载体中的标记基因可用于目的基因的筛选和鉴定。(3)农杆菌容易侵染双子叶植物，其质粒中的T－DNA可转移并插入受体细胞DNA中，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜细胞中，采用最多的方法是农杆菌转化法。考虑转基因技术的安全性，采用不育株系作为实验材料，可避免目的基因在自然界中的扩散。
(4)与野生型相比，转基因植株地上部分、地下部分和整株干重均增加，说明转基因植株在Cd污染的土壤中生长较好，即对Cd具有更强的耐性；据图2分析，转基因植株的茎、叶中Cd含量高于野生型，因此对转基因植株的茎、叶进行后续处理，可使转基因植株持续发挥富集Cd的作用，对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。(5)YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上，可通过主动运输将Cd离子运到液泡中，提高了细胞液的浓度，有利于植株吸水，所以转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境。相较于草本植物，杨树具有发达的根系和高大的树冠，更适应污染矿区等不良环境，同时可充分吸收土壤中的Cd，木材也方便运输、利用，因此，杨树作为Cd污染土壤修复植物更具有优势。