高中生物技术与生物工程基因工程和蛋白质工程微专题基因工程的操作工具与操作步骤总结学案
2025高考生物总复习基因工程的基本工具和基本操作程序
第54讲基因工程的基本工具和基本操作程序课标内容(1)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。
(2)阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。
(3)DNA的粗提取与鉴定实验。
(4)利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。
考点一重组DNA技术的基本工具1.基因工程概述基因工程的理论基础2.重组DNA技术的基本工具(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)①将一个基因从DNA分子上切割下来需要切两处，同时产生四个黏性末端或平末端。
②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)DNA连接酶①DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。
②DNA聚合酶起作用时需要以一条DNA链为模板，而DNA连接酶不需要模板。
(3)载体构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体。
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是，限制性内切核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是，根据图示分析回答下列问题：(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的过程。
提示限制性内切核酸酶Ⅰ：限制性内切核酸酶Ⅱ：(2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶？请说明理由。
提示用限制酶Ⅱ切割目的基因，用限制酶Ⅰ切割质粒。
限制酶Ⅰ的识别序列包含限制酶Ⅱ的识别序列，因此限制酶Ⅱ也可切割限制酶Ⅰ的位点，故使用限制酶Ⅱ时，可在目的基因两端同时作切割，从而切出“目的基因”，但若使用限制酶Ⅱ切割质粒，会同时破坏质粒中的两个“标记基因”，故只能使用限制酶Ⅰ切割质粒。
1.限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。
基因工程的基本工具和操作程序
药物研发
利用基因工程技术研发新 的药物，如基因工程疫苗 和基因编辑药物。
基因工程的伦理和法律问题
基因工程涉及对生命和遗传信息的干预，引发了伦理和法律上的许多争议，如个人隐私、基因歧视、知 情同意等。
总结和展望
基因工程是一项能够改变生命的重大技术，可以为农业和医学带来重要的创 新。然而，我们也要警惕其潜在风险，并加强伦理和法律的管理。
组织培养
利用基因工程技术对植物进行 组织培养，实现无性繁殖、快 速繁殖和种质保存。
生物防治
利用基因工程技术培育具有抗 虫能力的昆虫，实现对农作物 害虫的生物防治。
基因工程在医学领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术治疗遗 传性疾病，通过修复或替 代异常基因来恢复正常功 能。
基因诊断
利用基因工程技术检测个 体的基因组信可以将两个DNA 片段连接起来，形成一 个完整的DNA分子。
基因工程的操作程序
1
剪切
使用限制酶剪切DNA链，得到需要的DNA片段。
2
连接
使用连接酶将DNA片段连接成新的DNA分子。
3
转化
将新的DNA分子转化到目标细胞中，使其表达所带有的外源基因。
基因工程在农业领域的应用
转基因作物
通过基因工程技术改变作物的 遗传特性，使其具有抗虫、抗 草药、耐旱等特点。
基因工程的基本工具和操 作程序
基因工程的定义和目的
基因工程是一种通过改变生物体的遗传信息来实现对特定性状的控制的技术。 其目的是改善农业产量、提高医学疗效和推动科学进步。
基因工程的基本工具
1 质粒
2 限制酶
3 连接酶
质粒是一种循环的DNA 分子，可用于携带外源 基因进入目标细胞。
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点
基因工程的基本工具_基因工程的原理及技术_基因工程和蛋白质工程的应用-高中生物知识点·基因工程基因工程三种工具原理及基因工程的四个步骤一、基因工程需要三个工具：1、剪刀：限制酶。
2、针线：DNA连接酶。
3、运输：运载体。
二、基因工程四个步骤：1、目的基因的获取。
2、基因表达载体的构建目的基因与运载体结合。
3、将目的基因导入受体细胞。
4、目的基因的检测与表达。
基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术。
是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。
基因工程，又称基因操作，DNA重组技术，基因克隆，分子克隆等。
克隆就是来自同一祖先的相同副本或拷贝的集合，而获得同一拷贝的过程则称为克隆化，也就是无性繁殖。
蛋白质工程是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。
1983年，美国生物学家厄尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念，随即被广泛接受和采用。
蛋白质工程是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的蛋白质。
人们利用分子遗传学的知识和对蛋白质结构的了解，在实验室条件下，设计出全新的优良蛋白质。
利用基因工程生产的胰岛素就是蛋白质工程的第一个成功范例。
由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有许多同基因工程技术相似的地方，因此人们也把蛋白质工程称为第二代基因工程。
蛋白质工程与基因工程的区别蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。
高中生物 第十单元 第61课时 基因工程的基本工具和基本操作程序
第61课时基因工程的基本工具和基本操作程序课标要求1.概述基因工程是在微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展起来的。
2.阐明重组DNA技术的三种基本工具。
3.阐明基因工程的基本操作程序。
考情分析1.基因工程的基本工具2023·新课标·T62021·全国乙·T382021·湖北·T72.基因工程的基本操作程序2023·全国乙·T382023·全国甲·T382023·湖北·T42023·广东·T202021·广东·T22考点一基因工程的基本工具1．基因工程的概念2．基因工程的诞生和发展(1)肺炎链球菌转化实验不仅证明了DNA是遗传物质，还证明了DNA可在同种生物不同个体之间________。
(2)DNA双螺旋结构的提出和______________的证明。
(3)中心法则的确立。
(4)______________的破译。
(5)基因转移载体的发现。
______________________________的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
(6)________体外重组的实现。
(7)重组DNA表达实验的成功。
(8)DNA测序和合成技术的发明。
(9)________技术的发明。
(10)________________技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
3．重组DNA技术的基本工具(1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”)提醒①限制酶的识别序列一般由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。
②限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键。
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(3)载体(1)基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的()(2)DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA()(3)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶()(4)质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因()将从苏云金杆菌中获取的Bt基因转入棉花细胞内培育转基因抗虫棉的过程中，需借助多种分子工具且经历多个操作步骤。
基因工程操作步骤
4.目的基因的检测与鉴定 在受体细胞中稳定遗传和正 确表达。
一、目的基因的获取
1 目的基因主要是编码蛋白质的基因： 如：与生物抗性相关的基因、与优良品质相 关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、 与毒物降解相关的基因、与工业用酶相关的 基因、具调控作用的因子等。
合成
热稳定的DNA聚合酶
特点
半保留复制、 边解旋变复制
半保留复制、 全解旋再复制
结果
形成整个DNA分子
大量的DNA片段
随堂闯关 PCR技术扩增过程
a、DNA变性（90℃-95℃）: 双链DNA模板 在热作用下， 氢断键裂，形成____单__链_
b、复性（55℃-60℃）: 系统温度D降N低A ，引物 与DNA模板结合，形成局部__双__链____。
③例: 转基因抗虫棉
2.将目的基因导入动物细胞
①方法: 显微注射法
①程序
目的基因表达载体提纯
显微注射
受精卵
取卵（受精卵） 新性状动物
3.将目的基因导入微生物细胞
①微生物作受体细胞原因:
繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少
②常用菌: 大肠杆菌
③常用法: Ca2+处理获得感受态细胞
④过程:
Ca2+处理 大肠杆菌
1.2 基因工程的基本操作程序
知识回顾: 基因工程基本操作的四个步骤
有了目的基因, 我们才能赋予
1.目的基因的获取 一种生物以另一种生物的遗 传特性。
使目的基因在受体细胞中稳
2.基因表达载体的构建 定存在, 并可进行遗传、表达 和发挥作用
载体进入受体细胞稳定表达,
3.目的基因导入受体细胞 才能实现一种生物的基因在 另一种生物中的转化。
艺考生高三生物知识点
考点基因工程的操作工具和步骤(一)、深化拓展1.基因工程操作工具（1）基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）①分布：主要在原核生物体内。
②特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
③实例：EcoRⅠ限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。
④切割结果：产生两个带有黏性末端的DNA片段。
⑤作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA（要不五次序列，要不就是被特异性的甲基化酶甲基化）无损害。
(2)基因的“针线”——DNA连接酶①催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。
②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
③催化结果：形成重组DNA。
(3)常用的运载体——质粒①本质：小型环状DNA分子。
②作用：a.作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；b.用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
③条件：a.能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切点；c.有标记基因。
2.基因工程操作步骤图解提醒（1）微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快、代谢旺盛、目的产物多。
（2）目的基因表达的标志：通过转录翻译合成出相应的蛋白质。
（二）、对位训练2.基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展，现在基因工程在动植物育种上有广泛而重要的应用。
基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：（1）图中A是，最常用的是；在基因工程中，需要在酶的作用下才能完成剪接过程。
（2）在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有（用图解中序号表示）。
（3）不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是，也说明了生物共用一套。
（4）研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑整理用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是。
高考生物复习 基因工程的基本工具和基本操作程序
对位训练 4.下列有关基因工程技术的叙述,正确的是（ C ） A.重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶
和载体
B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸 序列 C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌 繁殖快 D.只要目的基因进入受体细胞就能实现表达
5.利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所 需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了 在受体细胞中表达的是 （ D ） A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
植物基因 工程常用 方法： ①农杆菌 转化法 ②基因枪 法 ③花粉管 通道法
抗虫基因: Bt毒蛋白 基因、蛋 抗虫 白酶抑制 转基 剂基因、 因植 淀粉酶抑 物 制剂基因、 植物凝集 素基因
棉花、 水稻、 玉米 等
①抗虫但不抗病 毒、细菌、真菌 等 ②培育抗虫作物 优点：减少环境 污染、降低生产 成本 ③不同抗虫基因 作用机理不同 ④Bt毒蛋白基因 来自苏云金芽孢 杆菌
（ D ） A.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入 了重组质粒 B.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 人的胰岛素。以下叙述错误的是
C.DNA连接酶和限制性核酸内切酶都是构建重组
质粒必需的工具酶 D.目的基因的检测与鉴定表达过程中没有发生碱
基互补配对
考点二
基因工程的操作工具
1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀” (1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)化学本质：蛋白质。 催化作用,所以可重复利用 (3)作用
植物 农杆菌 体细胞 细胞 转化法 动物 显微注 受精卵 细胞 射技术 Ca2+处 微生 理增大 物细 细胞壁 胞 通透性 原核 细胞 或酵 母菌
提醒
①唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。
基因工程的基本工具和基本操作程序
复习模块：选修③专题一：基因工程第1课时基因工程的基本工具和基本操作程序【考纲要求】1、基因工程的诞生（A）2、基因工程的原理及技术（A）【考点剖析】考点1：基因工程诞生的理论基础（1）基因工程的概念按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过和等技术，赋予生物以新的，从而创造出更符合人们需要的新的。
由于基因工程是在水平上进行设计和施工的，因此又叫做。
（2）基因拼接的理论基础①是生物的主要遗传物质。
②DNA的基本组成单位都是四种。
③双链DNA分子的空间结构都是规则的。
（3）外源基因在受体内表达的理论基础①是控制生物性状的独立遗传单位。
②遗传信息的传递都遵循阐述的信息流动方向。
③生物界共用一套。
【例1】科学家们经过多年的努力,创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是（）A．定向提取生物体的DNA分子 B．定向地对DNA分子进行人工“接切”C．在生物体外对DNA分子进行改造 D．定向地改造生物的遗传性状考点2：基因工程的操作工具（1）“分子手术刀”——①来源：主要是从生物中分离纯化出来。
②化学本质：③作用：能够识别双链DNA分子的某些特定，并从特定部位切开两个核苷酸之间的。
④DNA末端的种类：被切割的DNA片段末端有和两种形式。
（2）“分子缝合针”——①作用：将双链“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的。
分为和连接酶（来源于T4噬菌体，既能连接又能连接）。
『思考讨论』1、DNA连接酶和DNA聚合酶的本质和作用部位是什么？二者作用过程有何不同？2、限制酶和解旋酶作用部位有何不同？（3）“分子运输车”——①作用：通常利用作为载体，将送入细胞中。
②种类：、λ噬菌体的衍生物、等。
③质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链，它作为载体必须具备以下条件：Ⅰ、能在宿主细胞内；Ⅱ、有一个至多个，以便于外源基因连接；Ⅲ、具有特殊的，供重组DNA的鉴定和筛选。
高中生物基因工程的基本工具和操作程序教案
基因工程的基本工具和操作程序一、考纲等级要求A级二、考点要求1、分析基因工程研究的理论基础2、说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用3、简述基因工程基本操作程序的四个步骤4、简述目的基因的获取、运载体的构建、目的基因的导入与检测等常用的方法及原理三、复习过程基因工程的基本工具和操作程序一、基因工程的四步骤：、、、1、目的基因的获取说出获取目的基因的方法（1）基因文库例1：下列属于基因文库的有：A、基因库B、基因组文库C、部分基因库D、部分基因文库（2）PCR技术①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术②原理：__________③条件：_______________________、_______________、___________ (做启动子)、___________。
④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增⑥过程：a、DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性25℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。
c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的______例2：在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，最主要的特点是：A、专一性B、高效性C、热稳定性D、受PH值影响（3）获取目的基因的工具——限制性核酸内切酶来源：主要是从中分离纯化出来的。
功能：能够识别双链DNA分子的某种核苷酸序列，并且使每一条链中部位的两个核苷酸之间的断开，因此具有性。
大多数限制酶的识别序列由个核苷酸组成。
末端：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：和。
前者是限制酶在它识别序列的将DNA的两条链切开产生的，后者是限制酶在它识别序列的切开产生的。
2025年高中生物高考精品备课教案：基因工程的基本工具与操作程序
基因工程的基本工具与操作程序课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.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；2.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；3.DNA的提取和鉴定；4.利用聚合酶链式反应（PCR）扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验基因工程的基本工具2023：重庆T12、湖北T4和T22（4）、新课标T6；2022：湖北T24（3）；2021：湖北T7、全国乙T38 1.科学思维——建立模型：基因工程的操作流程。
分析与综合：理解基因工程的工具；PCR的原理，推断PCR反应所需的条件；根据基因表达的过程，推断目的基因检测与鉴定的方式。
2.科学探究——通过DNA的粗提取与鉴定及DNA片段的扩增与鉴定的实际操作，培养科学探究能力基因工程的基本操作程序2023：辽宁T8和T25、江苏T22、天津T17、山东T25、湖南T19（2）、全国乙T38、浙江1月T24（5）；2022：江苏T24、全国乙T38、辽宁T12和T24Ⅰ、天津T15；2021：山东T25、辽宁T24、广东T22、湖北T16、全国甲T38、天津T16、江苏T23、福建T21、浙江6月T29（二）（2）；2020：浙江7月T24和T29（二）（1）（2）、浙江1月T29（二）（2）；2019：江苏T33、全国ⅠT38、天津T9DNA的粗提取与鉴定及DNA片段的扩增与鉴定2023：江苏T9D、广东T11；2022：山东T13；2021：山东T13；2020：海南T10；2019：江苏T10命题分析预测1.基因工程是高考的重点，常以科研或生产实践为情境，考查基因工程的基本工具及基本操作程序，也常与核酸的结构、遗传的物质基础、细胞工程、胚胎工程等知识相结合进行综合考查，多以非选择题形式呈现，但也可以选择题的形式呈现。
高考生物专题复习《基因工程》含答案
高考生物专题复习《基因工程》【考点梳理.逐个击破】一、基因工程的操作工具1．限制性核酸内切酶(简称限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)作用：识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(3)结果：产生黏性末端或平末端。
2．DNA 连接酶3．载体(1)作用：携带外源DNA 片段进入受体细胞。
(2)种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
(3)条件⎩⎪⎨⎪⎧能自我复制有一个至多个限制酶切割位点有特殊的标记基因二、基因工程的基本操作程序 1．目的基因的获取(1)目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是具有调控作用的因子。
(2)获取方法⎩⎪⎨⎪⎧从基因文库中获取利用PCR 技术扩增通过化学方法人工合成2．基因表达载体的构建 (1)构建基因表达载体的目的①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
②使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子及标记基因等。
3．目的基因导入受体细胞微生物细胞感受态细胞法(Ca2＋处理法)4．目的基因的检测与鉴定检测目的检测方法判断标准目的基因是否插入转基因生物的DNA DNA分子杂交技术是否出现杂交带目的基因是否转录出了mRNA 分子杂交技术是否出现杂交带目的基因是否翻译出蛋白质抗原—抗体杂交技术是否出现杂交带个体水平的检测如抗虫、抗病的接种实验是否表现出相应的特性三、基因工程的应用及蛋白质工程1．基因工程的应用(1)动物基因工程：提高动物生长速度从而提高产品产量；改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。
(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物(如抗虫棉)、抗病转基因植物(如转基因烟草)和抗逆转基因植物(如抗寒番茄)；利用转基因改良植物的品质(如新花色矮牵牛)。
2．基因诊断与基因治疗(1)基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
2017_2018年高中生物第一章基因工程和蛋白质工程微专题突破基因工程的操作工具与操作步骤总结课件
(1) 该 技 术 定 向 改 变 了 酵 母 菌 的 性 状 ， 这 在 可 遗 传 变 异 的 来 源 中 属 于 ________。 (2)从大麦细胞中可直接分离获得 LTP1 基因， 还可采用________方法获得目 的基因。 本操作中为了将 LTP1 基因导入酵母菌细胞内， 所用的载体是________。 (3)此操作中可以用分别含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选， 则有 C 进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是_______________________。 (4)除了看啤酒泡沫丰富与否外， 还可以怎样检测 LTP1 基因在啤酒酵母菌中 的表达？____________________________________________________________ _______________________________________________________________。
微专题突破 基因工程的操作工具与操作步骤总结
1．基因工程是分子水平上的生物工程，其原理是基因重组。 2．基因工程的基本工具是限制性内切酶、DNA 连接酶和运载体，其中前两 种工具是蛋白类的酶。
3．基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表 达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测 子和内含子。PCR 技术中解旋不用解旋酶。构建基因表达载体时，一般用同种 限制性内切酶剪切目的基因和载体，再用 DNA 连接酶连接。目的基因的检测与 鉴定中有分子水平检测和个体水平鉴定，其中检测目的基因是否导入受体细胞、 是否转录出 mRNA、是否翻译成蛋白质都属于分子水平检测。
【解析】 目的基因的检测包括：检测转基因生物的染色体 DNA 上是否插 入了目的基因，方法是用 DNA 探针，使 DNA 探针与基因组 DNA 杂交；检测 目的基因是否转录出 mRNA，方法是用基因探针与 mRNA 杂交；最后检测目的 基因是否翻译成蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。
基因工程基本工具和基本操作程序
生态平衡破坏
基因工程可能导致生态平衡破坏， 例如转基因作物的引入可能对本 地物种造成竞争压力，导致本地 物种的减少甚至灭绝。
健康风险
基因工程可能带来健康风险，例 如转基因食品可能含有未被充分 研究的蛋白质或其他成分，对人 类健康的影响尚不明确。
基因工程的伦理问题
人与自然的伦理关系
基因工程可能导致人类对自然的过度干预，破坏自然界的平衡和生态系统的完整性，引发 人与自然之。
基因克隆
利用限制性内切酶和DNA 连接酶，将目的基因从原 DNA分子中分离出来。
化学合成
对于较小的基因或已知序 列的基因，可以通过化学 方法合成目的基因。
目的基因与载体的连接
限制性内切酶
使用特定的限制性内切酶对目的基因和载体进行切割， 产生黏性末端或平末端。
筛选标记
利用筛选标记（如抗性基因）对受体细胞进行筛选，以获得含有目的基因的细胞株。
分子鉴定
通过分子生物学技术（如PCR、DNA测序）对目的基因进行鉴定和验证。
04
基因工程安全性与伦理问题
基因工程的安全性问题
基因污染
基因工程可能导致基因污染，即 外源基因通过转基因作物的花粉 传播等途径扩散到其他非转基因 生物体中，对生态环境造成潜在 风险。
基因工程在工业上的应用前景
基因工程在工业上的应用已经涉及到了生物制药、生物能源、生物材料等领域。通过基因工程技术， 可以生产高附加值的生物制品、优化工业微生物的代谢途径和产物、改进生物材料的性能等。
未来，基因工程在工业上的应用前景广阔，有望应用于更多领域和产品的研发和生产，推动工业转型 升级和创新发展。同时，基因工程的应用也将促进生物产业的发展，为经济发展注入新的动力。
医学领域
基因工程操作步骤
基因工程操作步骤基因工程是一种通过改变生物体的遗传物质（DNA）来改变其性状的技术。
下面是基因工程的操作步骤：1.选择目标基因：首先需要确定要改变的目标基因，以及理想中的改变效果。
目标基因可以来自不同的生物体，其中包括人类、动物、植物和微生物等。
2.克隆目标基因：将目标基因扩增出来，以便后续的操作。
常用的方法是聚合酶链式反应（PCR）。
3.构建载体：选择适当的载体，如质粒、病毒或其他载体，将目标基因插入其中。
载体是基因工程的重要工具，可以帮助将目标基因引入到目标生物体中。
4.转化目标生物体：将构建好的载体转化到目标生物体中。
这可以通过多种方法实现，如化学方法、电穿孔、冷冻、注射或基因枪等。
5.识别转化体：经过转化后，需要对转化体进行筛选和识别，以确定是否成功引入了目标基因。
这可以通过检测目标基因的表达或特定的标记物等方式进行。
6.表达目标基因：成功转化的生物体中，目标基因应该被正常地表达出来。
这意味着目标基因的DNA序列应被转录成RNA，然后进一步被翻译成蛋白质。
7.分离目标产品：如果目标基因编码的是其中一种蛋白质，可以通过分离和纯化的方法获取纯度较高的蛋白质产品。
这可以通过蛋白质层析、电泳等技术来实现。
8.分析目标产品：对目标产品进行分析和检测，以确保其质量和功能。
这可以使用多种方法，如质谱、免疫检测、活性测定等。
9.应用目标产品：根据目标产品的性质和用途，将其应用在相应的领域。
基因工程的应用非常广泛，包括生物制药、农业、环境监测等。
10.后续监测：对应用后的生物体或产品进行监测和评估。
这可以包括长期的安全性评估、产量和质量监控、环境影响评估等。
需要注意的是，在进行基因工程操作时，需要遵循一系列的伦理规范和法律法规。
此外，基因工程是一个复杂的过程，需要多学科的合作和专业知识，因此在实际操作中需要谨慎和耐心。
2025年高考生物一轮复习53第十单元第48课基因工程的基本工具和操作程序
第48课基因工程的基本工具和操作程序·学业质量水平要求·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。
重组DNA技术的基本工具1．基因工程的概念(1)手段：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性。
(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：DNA分子水平。
(4)基础：生物化学、分子生物学和微生物学等学科。
2．基因工程的基本工具(1)限制性内切核酸酶——“分子手术刀”(2)DNA连接酶——“分子缝合针”①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，恢复被限制酶切开的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
②类型(3)①作用：将外源基因送入受体细胞中。
②种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。
③条件a．具有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA插入其中。
b．能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
c．具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
3．DNA的粗提取与鉴定(1)实验原理DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
①DNA不溶于酒精。
②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2__mol/L的NaCl溶液。
③在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。
(2)实验步骤1．DNA连接酶能将两碱基间的氢键连接起来。
(×)2．E.coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。
(×)3．限制酶也可以识别和切割RNA。
(×)4．质粒是小型环状DNA分子，是基因工程中常用的载体。
人教版高中生物选择性必修第3册 基因工程的基本操作程序
复性
延
伸
第二轮结束：此时 目的基因的量是原
始的22倍。
第2轮结束
目的基因的筛选与获取
三、目的基因的获取 —利用PCR获取和扩增目的基因
扩增方式：以指数方式扩增，即__2_n _（n为扩增循环的次数）
（1）若开始只有一个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数
目为 2n 个。
（2）若开始有N个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目
RNA分子杂交(Northern Blot)流程图
目的基因的检测与鉴定
一、分子水平的检测
（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质
方法：抗原-抗体杂交技术
提取
苏云金芽孢
杆菌
Bt毒蛋白
注射小鼠体内
抗体
标记抗体 杂交
提取蛋白 电泳分离
目的基因的检测与鉴定
二、个体水平的检测 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
没有抗虫基 因的棉植株 接种
三、目的基因的获取 方法：利用PCR获取和扩增目的基因
概念 聚合酶链式反应，根据DNA半保留复制的原理，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。
目的基因的筛选与获取
体内DNA复制要点回顾
（1）条件
模板：DNA的两条链 原料：游离的脱氧核苷酸（A、T、G、C） 能量：ATP 酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等
抗原-抗体杂交技术
个体水平鉴定
抗虫或抗病的接种实验抗性以及抗性程度 基因工程产操作程序（4个步骤）
1. 目的基因的筛选和获取-前提
利用PCR获取和扩增 化学方法人工合成
2. 构建基因表达载体-核心
目的基因、启动子、终止子、标记基因
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微专题突破
基因工程的操作工具与操作步骤总结
1．基因工程是分子水平上的生物工程，其原理是基因重组。
2．基因工程的基本工具是限制性内切酶、DNA连接酶和运载体，其中前两种工具是蛋白类的酶。
3．基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
其中，目的基因的获取中构建基因文库实际上涉及基因工程的全过程。
cDNA 文库只是部分基因文库的一种，cDNA文库中的目的基因通过反转录法人工合成，无启动子和内含子。
PCR技术中解旋不用解旋酶。
构建基因表达载体时，一般用同种限制性内切酶剪切目的基因和载体，再用DNA连接酶连接。
目的基因的检测与鉴定中有分子水平检测和个体水平鉴定，其中检测目的基因是否导入受体细胞、是否转录出mRNA、是否翻译成蛋白质都属于分子水平检测。
1．据图所示，有关工具酶功能的叙述错误的是( )
A．限制性内切酶可以切断a处
B．DNA聚合酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接c处
【解析】限制性内切酶切割DNA分子时破坏的是DNA链中的磷酸二酯键，如图a处。
DNA聚合酶是将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键，因此，DNA聚合酶可以连接a处。
解旋酶解开碱基对之间的氢键，即使b处解开。
DNA连接酶连接的是两个相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键，如a处，而图示的c 处连接的是同一个脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖。
【答案】 D
2．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。
下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
【解析】目的基因的表达是指在受体细胞中产生了目的基因所控制合成的蛋白质。
在受体细胞中检测到目的基因或其转录产物RNA，并不能表明目的基因已经成功表达。
【答案】 D
3．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。
下列属于目的基因检测和鉴定的是( )
①检测受体细胞是否有目的基因
②检测受体细胞是否有致病基因
③检测目的基因是否转录出mRNA
④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A．①②③B．②③④
C．①③④D．①②④
【解析】目的基因的检测包括：检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针，使DNA探针与基因组DNA杂交；检测目的基因是否转录出mRNA，方法是用基因探针与mRNA杂交；最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。
【答案】 C
4．科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是( )
①该技术将导致定向变异②DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料④受精卵是理想的受体A．①②③④B．①③④
C．②③④D．①②④
【解析】基因工程可将控制特定性状的外源基因导入受体细胞，从而定向改造生物的性状，而且操作过程不受亲缘关系远近的制约，即克服远缘杂交不亲和的障碍。
在基因工程操作程序中，所用的DNA连接酶连接的不是目的基因与载体黏性末端的碱基对，而是目的基因与载体的DNA两条链的骨架，即核苷酸与磷酸的连接，也就是说，DNA连接酶只能催化断开的DNA双链重新形成磷酸二酯键。
由蛋白质中的氨基酸序列可推知相应的mRNA中核苷酸序列，进而可推测相应基因中核苷酸排序，从而可以用化学合成方法人工合成目的基因。
转基因羊的乳腺细胞及全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，而受精卵体积较大，操作较容易，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因。
【答案】 B
5．已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。
SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后，其血清中有抗S蛋白的特异性抗体。
某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作。
其简要的操作流程如下图所示：
(1)实验步骤①所代表的反应过程是_________________________________。
(2)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用限制性内切酶和________酶，后者的作用是将限制性内切酶切割的________和________连接起来。
(3)如果省略步骤②而将大量扩增的S基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S基因在大肠杆菌中不能________，也不能__________________。
(4)为了检验步骤④所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同的免疫反应特性，可用________________与________________进行抗原—抗体特异性反应实验，从而得出结论。
(5)步骤④和⑥的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列________(填“相同”或“不相同”)，根据的原理是_________。
【解析】(1)以RNA为模板合成DNA的过程，称之为逆转录。
(2)利用同一种限制性内切酶将目的基因和载体切割出相同的黏性末端，再用DNA连接酶将目的基因(S基因)和载体进行缝合，合成重组DNA。
(3)直接将S基因导入受体细胞，S基因在宿主细胞内不能复制，也不能表达，所以基因工程中一定要用载体。
(4)一种抗原只能和一种抗体发生特异性的结合，所以用大肠杆菌中表达的S蛋白与SARS康复病人血清(含有抗体)进行特异性反应实验，来进行检测基因工程表达的S蛋白和病毒S蛋白是否相同。
(5)在研制疫苗过程中，④和⑥中所用的目的基因即S基因是相同的，转录的mRNA是相同的，翻译合成的蛋白质的氨基酸序列也相同。
该题以研制SARS病毒疫苗的过程为素材，考查基因工程的过程。
【答案】(1)逆转录(2)DNA连接载体S基因(3)复制合成S基因的mRNA (4)大肠杆菌中表达的S蛋白SARS康复病人血清(5)相同表达蛋白质所用的基因相同6．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。
科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。
基本的操作过程如下：
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于________。
(2)从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用________方法获得目的基因。
本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是________。
(3)此操作中可以用分别含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是_______________________。
(4)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达？____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】(1)基因重组一般是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。
题目中将大麦的LTP1基因重组入啤酒酵母菌中，也属于基因重组。
(2)获得目的基因有两条途径：一是用“鸟枪法”直接分离获得目的基因，一种是用人工合成的方法获得目的基因。
基因工程中常用的载体是质粒。
(3)重组质粒中含有抗青霉素基因，如果成功导入受体细胞，有C进入的酵母菌在有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活。
(4)目的基因是否表达，可以通过检测特定的性状或者目的基因是否合成相应的蛋白质进行确定。
【答案】(1)基因重组(2)人工合成质粒(3)在含有青霉素的培养基上能存活，但不能在含有四环素的培养基上存活(4)检验转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白。