新高考生物人教版一輪復(fù)習(xí)課件第12單元第1講基因工程

第1講基因工程課標(biāo)考情——知考向核心素養(yǎng)——提考能課標(biāo)考點1.簡述基因工程的誕生2．簡述基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))3．舉例說明基因工程的應(yīng)用4．簡述蛋白質(zhì)工程5．活動：DNA的粗提取與鑒定生命觀念基因的結(jié)構(gòu)決定其功能科學(xué)思維能夠結(jié)合具體實例，歸納與概括轉(zhuǎn)基因的原理和步驟，并構(gòu)建流程圖科學(xué)探究蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用，DNA的粗提取與鑒定社會責(zé)任基因工程在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，防止基因污染，保護環(huán)境課標(biāo)考情——知考向核心素養(yǎng)——提考能近年考情2020全國卷Ⅲ(38)、2020山東卷(25)、2019全國卷Ⅰ(38)、2018全國卷Ⅰ(38)、2017全國卷Ⅰ(38)趨勢分析1.考查方式：非選擇題2．廣東命題趨勢：(1)對基因工程的考題每年均有出現(xiàn)，基因工程是本專題考查的重點；(2)對基因工程、細胞工程的綜合運用進行考查是高考考查的新方向基因工程的別名基因拼接技術(shù)或__________技術(shù)操作環(huán)境__________操作對象基因操作水平__________水平自主學(xué)習(xí)·鞏固基礎(chǔ)知識點一基因工程及基因工程的基本工具1．基因工程的概念[自主學(xué)習(xí)]DNA重組

生物體外

DNA分子

基本過程剪切→______→______→表達結(jié)果人類需要的________或生物類型優(yōu)點①可________生物的遺傳性狀；②可克服遠緣雜交不親和性拼接

導(dǎo)入

基因產(chǎn)物

定向改造

2．基因工程的基本操作工具【答案】原核生物磷酸二酯鍵黏性末端磷酸二酯鍵黏性末端平末端目的基因質(zhì)粒自我復(fù)制1．思考判斷(1)有關(guān)工具酶的判斷①限制酶只能用于切割目的基因。 (

)②切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均能特異性地識別6個核苷酸序列。 (

)③DNA連接酶能將兩堿基間通過氫鍵連接起來。 (

)④E·coliDNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端。(

)⑤限制酶也可以識別和切割RNA。 (

)[自主檢測](2)有關(guān)載體的判斷①載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因。(

)②每個質(zhì)粒DNA分子上至少含一個限制酶識別位點。 (

)③質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體。 (

)④載體的作用是將攜帶的目的基因?qū)胧荏w細胞中，使之穩(wěn)定存在并表達。 (

)⑤外源DNA必須位于重組質(zhì)粒的啟動子和終止子之間才能進行復(fù)制。 (

)【答案】(1)①×

②×

③×

④×

⑤×(2)①×

②√

③√

④√

⑤×2．深挖教材(1)限制酶來源于原核生物，為什么不能切割自己的DNA分子？(2)切取目的基因與切割載體時只能使用“同一種酶”嗎？(3)DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？【答案】(1)提示：限制酶具有特異性，即一種限制酶只能識別一種特定的堿基序列，并在特定的位點上進行切割。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。(2)提示：①在獲取目的基因和切割載體時通常用同一種限制酶，以獲得相同的黏性(或平)末端。但如果用兩種不同的限制酶切割后形成的末端相同，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。②為了避免目的基因和載體的自身環(huán)化和隨意連接，在切割目的基因和載體時，均使用兩種不同的限制酶，使目的基因和載體各具有兩個不同的末端。(3)提示：不是。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段，而DNA聚合酶是把單個的脫氧核苷酸連接到已有的DNA片段上。知識點二基因工程的基本操作程序及應(yīng)用[自主學(xué)習(xí)]基因

基因文庫

mRNA反轉(zhuǎn)錄

DNA合成儀

PCR技術(shù)

2．基因表達載體的構(gòu)建——基因工程的核心(1)基因表達載體的組成：目的基因、啟動子、終止子、____________等。①啟動子：a．位置：位于______________。b．作用：是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)動基因________________，最終獲得所需要的蛋白質(zhì)。②終止子：a．位置：位于基因的尾端。b．作用：使______在所需要的地方停止下來。標(biāo)記基因

基因的首端

轉(zhuǎn)錄出mRNA

轉(zhuǎn)錄

(2)構(gòu)建的目的。①使目的基因在______________中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。②使______________能夠表達和發(fā)揮作用。受體細胞

目的基因

穩(wěn)定和表達

農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法

花粉管通道法

顯微注射

方法檢測或鑒定目的水平DNA分子雜交技術(shù)檢測目的基因的有無______水平分子雜交技術(shù)檢測__________________________________技術(shù)檢測目的基因是否翻譯抗蟲或抗病接種實驗是否具有抗蟲抗病特性個體水平4．目的基因的檢測與鑒定目的基因是否轉(zhuǎn)錄

分子

抗原—抗體雜交

5．基因工程的應(yīng)用(1)植物基因工程：主要用于提高農(nóng)作物的________，以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。(2)動物基因工程：主要應(yīng)用于動物品種改良、建立生物反應(yīng)器、______________等方面。(3)基因工程藥物：來源于轉(zhuǎn)基因的________。(4)基因治療：把__________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能?？鼓婺芰?/p>

器官移植

工程菌

正?；?/p>

1．思考判斷(1)設(shè)計擴增目的基因的引物時不必考慮表達載體的序列。

(

)(2)用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列。(

)(3)為培育抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體。 (

)(4)抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體上也未必能正常表達。 (

)(5)檢測目的基因是否成功表達可用抗原—抗體雜交技術(shù)。(

)【答案】(1)×

(2)√

(3)×

(4)√

(5)√[自主檢測]2．深挖教材(1)利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系細胞器知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，可以用大腸桿菌生產(chǎn)人的糖蛋白嗎？(2)啟動子＝起始密碼子嗎？終止子＝終止密碼子嗎？(3)目的基因的插入位點是隨意的嗎？【答案】(1)提示：不可以。糖蛋白上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的，大腸桿菌中不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。(2)提示：①啟動子是位于基因首端的一段特殊序列，它是RNA聚合酶識別、結(jié)合的部位。終止子是位于基因尾端的一段特殊序列，作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止。②起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。(3)提示：不是。基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間，若目的基因插入啟動子內(nèi)部，啟動子將失去原功能。知識點三蛋白質(zhì)工程1．概念理解(1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。(2)操作：__________或基因合成。(3)結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出_____________。(4)目的：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對________________進行分子設(shè)計。[自主學(xué)習(xí)]基因修飾

新的蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

2．蛋白質(zhì)工程的設(shè)計流程【答案】功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列脫氧核苷酸序列1．思考判斷(1)將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)生人干擾素的菌株。 (

)(2)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌毎小? (

)(3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用。 (

)[自主檢測](4)蛋白質(zhì)工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(zhì)。 (

)(5)蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)。 (

)【答案】(1)√

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×2．深挖教材(1)科學(xué)家將藥用蛋白基因與________________等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動物的________中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品，因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。(2)用于基因治療的基因有三類。第一類是從健康人體上分離得到的功能正常的基因，用以__________，或依靠其表達產(chǎn)物，來彌補病變基因帶來的生理缺陷，如對血友病和地中海貧血病的治療。第二類是反義基因，即通過產(chǎn)生的mRNA分子，與病變基因產(chǎn)生的______進行互補，來阻斷非正常________合成。第三類是編碼可以殺死癌變細胞的蛋白酶基因，又叫作____________。(3)蛋白質(zhì)工程為什么通過對基因操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造？(4)基因芯片的原理、檢測方法、應(yīng)用分別是什么？【答案】(1)提示：乳腺蛋白基因的啟動子受精卵(2)提示：取代病變基因mRNA蛋白質(zhì)自殺基因(3)提示：①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳。(4)提示：原理：DNA分子中的堿基互補配對原則。檢測方法：熒光標(biāo)記法。應(yīng)用：基因診斷、新藥篩選、臨床用藥指導(dǎo)等方面。知識點四DNA的粗提取和鑒定1．實驗原理(1)DNA與蛋白質(zhì)在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同。[自主學(xué)習(xí)]溶解

析出

比較項目溶解規(guī)律2mol/LNaCl溶液0.14mol/LNaCl溶液蛋白質(zhì)NaCl溶液物質(zhì)的量濃度從2mol/L逐漸降低的過程中，溶解度逐漸______部分發(fā)生鹽析沉淀______增大

溶解

酒精溶液

藍

2．操作流程【答案】DNA蒸餾水不同濃度的NaCl溶液酒精二苯胺藍思考判斷(1)DNA既溶于2mol/LNaCl溶液，也溶于蒸餾水。 (

)(2)根據(jù)高中生物學(xué)實驗的基本原理，提取DNA是利用不同化合物在溶劑中溶解度的差異。 (

)(3)洗滌劑能溶解細胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。(

)(4)將絲狀物溶解在2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺試劑即呈藍色。 (

)【答案】(1)√

(2)√

(3)×

(4)×[自主檢測]重難探究·素養(yǎng)達標(biāo)基因工程的操作工具[深度講解](2)切割后產(chǎn)生末端的種類——黏性末端和平末端。①當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端。②當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線處切開時，產(chǎn)生的是平末端。2．限制酶與DNA連接酶的關(guān)系(1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。(2)限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。3．與DNA分子相關(guān)的幾種酶的比較項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用特點切割目的基因及載體，能專一性識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA兩

條

鏈之

間

的氫

鍵

打開作用結(jié)果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子4．選擇限制酶的注意事項(1)根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類。①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，可使用兩種不同的限制酶分別切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種限制酶的切點)。(2)根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類。①切割質(zhì)粒的限制酶要與切割目的基因的限制酶一致，以確保具有相同的黏性末端。②目的基因的表達需要調(diào)控序列，質(zhì)粒插入目的基因部位之前有啟動子，之后需有終止子。③質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因、啟動子和終止子等，選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因。④如果所選限制酶的切點不止一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復(fù)制?；蚬こ滩僮骰竟ぞ叩?個易錯點(1)限制酶是一類酶，而不是一種酶。(2)限制酶的成分為蛋白質(zhì)，其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件，高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。(3)在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。(4)將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產(chǎn)生4個黏性末端。

(5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位點應(yīng)位于標(biāo)記基因之外，不能破壞標(biāo)記基因，以便進行檢測。(7)基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體不同?；蚬こ讨械妮d體是DNA分子，能將目的基因?qū)胧荏w細胞內(nèi)；膜載體是蛋白質(zhì)，與細胞膜的通透性有關(guān)。(8)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。[考向預(yù)測]考查基因工程的操作工具(素養(yǎng)目標(biāo)：生命觀念)圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ四種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題：(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由____________________________連接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是______末端，其產(chǎn)物長度為______________________。(3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長度的DNA片段。(4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加__________的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是____________________________________________________________________________________________?！敬鸢浮?1)脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp

(3)4

(4)BamHⅠ抗生素B同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接【解析】(1)兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵相連，一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的堿基通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”連接。(2)根據(jù)限制酶SmaⅠ識別的堿基序列可知，限制酶SmaⅠ切割產(chǎn)生的末端為平末端。在圖1序列中共有2個SmaⅠ的切割位點，切割后形成3種不同長度的產(chǎn)物，分別為537bp、790bp、661bp。(3)圖1中有SmaⅠ的兩個識別序列，完全切割后產(chǎn)生3個不同長度的DNA片段，若虛線方框中的堿基對被T—A堿基對替換，再經(jīng)SmaⅠ識別并完全切割后會產(chǎn)生2個DNA片段，其中1個DNA片段與未替換前完全切割的相同，因此經(jīng)完全切割后共產(chǎn)生4種不同長度的DNA片段。(4)切割目的基因可選用限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可將質(zhì)粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破壞，而限制酶BamHⅠ只破壞抗生素A抗性基因，因此只能選用限制酶BamHⅠ；重組質(zhì)粒中含有抗生素B抗性基因，因此可在含抗生素B的培養(yǎng)基上培養(yǎng)?；蚬こ痰牟僮鬟^程及蛋白質(zhì)工程及其與基因工程的關(guān)系[深度講解]2．基因表達載體的構(gòu)建(1)基因表達載體的組成及作用。(2)構(gòu)建過程。3．將目的基因?qū)胧荏w細胞4．目的基因的檢測與鑒定5．蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系基因工程中的3個易錯點(1)基因表達載體≠載體：基因表達載體與載體相比增加了目的基因。(2)目的基因的插入位點不是隨意的：基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動子與終止子之間的部位，若目的基因插入到啟動子內(nèi)部，啟動子將失去其功能。(3)啟動子≠起始密碼子，終止子≠終止密碼子：啟動子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉(zhuǎn)錄過程的啟動和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。

[考向預(yù)測](一)考查基因工程的操作過程(素養(yǎng)目標(biāo)：科學(xué)探究)1．轉(zhuǎn)基因草莓中有能表達乙肝病毒表面抗原的基因，由此可獲得用來預(yù)防乙肝的一種新型疫苗，其培育過程如下圖所示(①～④代表過程，A～C代表結(jié)構(gòu)或細胞)：(1)在圖中①基因表達載體的構(gòu)建過程中，為了使目的基因正常表達，目的基因的首端必須有________________________識別和結(jié)合的部位。若選擇的限制酶切出的DNA片段是平末端，應(yīng)選擇____________進行連接。(2)將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法很多，在該題中涉及的方法是________________，之所以要把目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中，這是利用T-DNA______________________________________的特點。(3)過程②的具體操作：先用____________處理農(nóng)桿菌，使其處于感受態(tài)；再將含乙肝病毒表面抗原基因的重組Ti質(zhì)粒溶于緩沖液中與經(jīng)處理的農(nóng)桿菌混合，完成轉(zhuǎn)化過程。(4)圖中③和④過程分別叫作__________________，將葉盤培養(yǎng)成草莓幼苗所依據(jù)的原理是__________________________。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株體內(nèi)維持穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是________________，通常采用__________________的方法進行檢測?！敬鸢浮?1)RNA聚合酶T4DNA連接酶(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法可轉(zhuǎn)移至受體細胞并整合到受體細胞的染色體DNA上(3)Ca2＋

(4)脫分化和再分化植物細胞的全能性(5)目的基因是否插入了受體細胞的染色體DNA上DNA分子雜交(二)考查蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用(素養(yǎng)目標(biāo)：社會責(zé)任)2．干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子中的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可以在－70℃條件下保存半年，給廣大患者帶來了福音。(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計實驗流程，讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”：(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)________________的蛋白質(zhì)，不一定符合________________的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過___________或_____________，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行_______，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。(3)蛋白質(zhì)工程實施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的________結(jié)構(gòu)。(4)對天然蛋白質(zhì)進行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？__________________________________。原因是_______________________________________________________?！敬鸢浮?1)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)

(2)自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造(3)空間(4)應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造首先，任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是改造了蛋白質(zhì)，并且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳給下一代。如果對蛋白質(zhì)直接進行改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳給下一代。其次，對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接進行改造要容易操作，難度要小得多DNA的粗提取和鑒定[深度講解]1．DNA粗提取與鑒定中不同試劑的用途及原理比較試劑濃度用途主要原理NaCl溶液2mol/L溶解DNADNA在NaCl溶液中的溶解度隨溶液濃度的變化而改變，溶解度在2mol/L時最大，在0.14mol/L時最小0.14mol/L析出DNA2mol/L鑒定時的溶劑試劑濃度用途主要原理酒精95%(體積分?jǐn)?shù))除去雜質(zhì)以提純DNADNA不溶于酒精，但是細胞中的某些物質(zhì)可溶于酒精二苯胺—鑒定劑DNA遇二苯胺(沸水浴)會變藍色檸檬酸鈉0.03g/mL抗凝劑除去血液中的鈣離子，防止血液凝固2．DNA的粗提取與鑒定實驗中的“2、3、4”加蒸餾水2次①加到雞血細胞液中，使血細胞吸水漲破；②加到含DNA的2mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的濃度下降到0.14mol/L，使DNA析出用紗布過濾3次①過濾血細胞破裂液，得到含細胞核物質(zhì)的濾液；②濾取0.14mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；③過濾溶有DNA的2mol/L的NaCl溶液用NaCl溶液4次①加2mol/L的NaCl溶液，溶解提取的細胞核物質(zhì)；②稀釋NaCl溶液濃度至0.14mol/L，使DNA析出；③用2mol/L的NaCl溶液，溶解濾取的DNA黏稠物；④用2mol/L的NaCl溶液，溶解絲狀物用于鑒定DNA[考向預(yù)測]考查DNA的粗提取和鑒定(素養(yǎng)目標(biāo)：科學(xué)探究)如圖為“DNA的粗提取與鑒定”實驗的相關(guān)操作。(1)圖中實驗材料A可以是________等，研磨前加入的B應(yīng)該是____________________。(2)通過上述所示步驟得到濾液C后，再向濾液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是______________，再過濾得到濾液D，向濾液D中加入蒸餾水的目的是_______________________________________。(3)在該實驗中，將含有一定雜質(zhì)的DNA絲狀物分別放入體積為2mL的4種溶液中，經(jīng)攪拌后過濾，獲得如下表所示的4種濾液，其中含DNA最少的是濾液________。1B液中攪拌研磨后過濾濾液E22mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液F30.14mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液G4冷卻的95%的酒精溶液中攪拌后過濾濾液H(4)DNA鑒定的原理是_____________________________________。【答案】(1)洋蔥(或菜花)洗滌劑和食鹽(2)使DNA溶解使DNA(溶解度下降而沉淀)析出(3)H

(4)在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺會被染成藍色【解析】(1)選用洋蔥、菜花等植物材料提取DNA時，要在切碎的材料中加入一定的洗滌劑和食鹽，進行充分的攪拌和研磨。(2)DNA在2mol/L的NaCl溶液中的溶解度較高，而在0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小。向濾液中加入2mol/L的NaCl溶液可以使DNA溶解，過濾除去不溶的雜質(zhì)。向濾液中加入蒸餾水可降低NaCl溶液的濃度，使DNA析出，除去溶解在低鹽溶液中的雜質(zhì)。(3)DNA不溶于冷酒精，可利用這一原理進一步提純DNA。典題演練·破解高考1．(2020年山東濟南模擬)基因定點整合可替換特定基因，該技術(shù)可用于單基因遺傳病的治療。苯丙酮尿癥是由PKU基因突變引起的，將正常PKU基因定點整合到PKU基因突變的小鼠胚胎干細胞的染色體DNA上，替換突變基因，可用來研究該病的基因治療過程。定點整合的過程是：從染色體DNA上突變PKU基因兩側(cè)各選擇一段DNA序列HB1和HB2，根據(jù)其堿基序列分別合成HB1和HB2，再將兩者分別與基因HSV-k1、HSV-tk2連接，中間插入正常PKU基因和標(biāo)記基因neor，構(gòu)建出如圖所示的重組載體。重組載體和染色體DNA中的HB1和HB2序列發(fā)生交換，導(dǎo)致兩者之間區(qū)域發(fā)生互換，如圖所示。(1)構(gòu)建重組載體時，常用的工具酶有________________________。該實驗用小鼠胚胎干細胞作為PKU基因的受體細胞以培育出轉(zhuǎn)基因小鼠，除了胚胎干細胞能大量增殖外，還因為胚胎干細胞____________。(2)為獲得小鼠的胚胎干細胞，可將小鼠囊胚中的____________取出，并用_______________處理使其分散成單個細胞進行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中大部分細胞會貼附在培養(yǎng)瓶的表面生長，這種現(xiàn)象稱為__________。(3)用圖中重組載體轉(zhuǎn)化胚胎干細胞時，會出現(xiàn)PKU基因錯誤整合。錯誤整合時，載體的兩個HSV-tk中至少會有一個與neor一起整合到染色體DNA上。已知含有neor的細胞具有G418的抗性，HSV-tk1、HSV-tk2的產(chǎn)物都能把DHPG轉(zhuǎn)化成有毒物質(zhì)而使細胞死亡。轉(zhuǎn)化后的胚胎干細胞依次在含有G418及同時含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，在雙重選擇下存活下來的是__________的胚胎干細胞，理由是__________________________________。(4)將篩選得到的胚胎干細胞培育成小鼠，從個體生物學(xué)水平檢測，若小鼠_____________________________________________________，說明PKU基因成功表達。【答案】(1)限制酶和DNA連接酶具有全能性(2)內(nèi)細胞團細胞胰蛋白酶或膠原蛋白酶貼壁生長(3)正確互換整合正確互換后的染色體上只有neor，無HSV－tk1、HSV－tk2，具有G418抗性，故能在含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中生長，錯誤互換后的細胞中染色體DNA上含有neor和至少1個HSV－tk，而HSV－tk1、HSV－tk2的產(chǎn)物都能把DHPG轉(zhuǎn)化成有毒物質(zhì)，故在含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中錯誤整合的細胞死亡(4)尿液中霉臭味顯著降低(或沒有表現(xiàn)出苯丙酮尿癥)【解析】(1)構(gòu)建重組載體時，常用的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)、DNA連接酶。實驗用小鼠胚胎干細胞作為PKU基因的受體細胞，除了胚胎干細胞能大量增殖外，還因為胚胎干細胞具有全能性。(2)為獲得小鼠的胚胎干細胞，可將小鼠囊胚中的內(nèi)細胞團細胞取出，并用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理使其分散成單個細胞進行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中大部分細胞會貼附在培養(yǎng)瓶的表面生長，這種現(xiàn)象稱為貼壁生長。(3)已知含有neor的細胞具有G418的抗性，HSV－tk1、HSV－tk2的產(chǎn)物都能把DHPG轉(zhuǎn)化成有毒物質(zhì)而使細胞死亡。據(jù)分析可知，正確互換后的染色體上只有neor，無HSV－tk1、HSV－tk2，錯誤互換后的細胞中染色體DNA上含有neor和至少1個HSV－tk，因此，轉(zhuǎn)化后的胚胎干細胞依次在含有G418及同時含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，在雙重選擇下存活下來的是正?；Q整合的胚胎干細胞，原因是：正確互換后的染色體只有neor，無HSV－tk1、HSV－tk2，具有G418抗性，故能在含有G418及同時含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中生長，錯誤互換后的細胞中染色體DNA上含有neor和至少1個HSV－tk，而HSV－tk1、HSV－tk2的產(chǎn)物都能把DHPG轉(zhuǎn)化成有毒物質(zhì)，因此在含有G418和DHPG的培養(yǎng)液中死亡。(4)苯丙酮尿癥是由于苯丙氨酸代謝途徑中的酶缺陷，使得苯丙氨酸不能轉(zhuǎn)變成為酪氨酸，導(dǎo)致苯丙氨酸及其酮酸蓄積，并從尿中大量排出，主要表現(xiàn)為智力低下，尿液中有霉臭味，將篩選得到的胚胎干細胞培育成小鼠，若PKU基因成功表達，則從個體生物學(xué)水平檢測，小鼠尿液中霉臭味顯著降低。2．(2018年全國新課標(biāo)Ⅰ卷)回答下列問題：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Coben)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細胞中進行了表達，該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了____________________________(答2點即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2＋參與的__________方法導(dǎo)入大腸桿菌細胞：而體外重組的噬菌體DNA通常需與__________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細胞，在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是____________。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時，表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實驗中應(yīng)選用______________________的大腸桿菌作為受體細胞，在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加____________的抑制劑?！敬鸢浮?1)體外重組的質(zhì)粒可以進入體細胞；真核生物基因可在原核細胞中表達(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或噬菌體蛋白)細菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶3．(2018年全國新課標(biāo)Ⅱ卷)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光，這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達。某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端，獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，構(gòu)建了真核表達載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?；卮鹣铝袉栴}：(1)據(jù)圖推斷，該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是__________。使用這兩種酶進行酶切是為了保證______________，也是為了保證____________________。(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后，若在該細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了________和________過程。(3)為了獲得含有甲的牛，該團隊需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的____________移入牛的____________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中，某同學(xué)用PCR方法進行鑒定。在鑒定時應(yīng)分別以該牛不同組織細胞中的____________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。【答案】(1)E1和E4甲的完整甲與載體正確連接(2)轉(zhuǎn)錄翻譯(3)細胞核去核卵母細胞(4)核DNA【解析】(1)要保證目的基因在受體細胞中能夠正確表達，目的基因的首端應(yīng)有啟動子，尾端應(yīng)有終止子。甲是將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端而獲得的L1－GFP融合基因，據(jù)此結(jié)合題意并分析圖示可知：該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時，如果用E2或E3，則目的基因不完整，而使用E1和E4這兩種限制酶進行酶切保證了甲的完整，而且也保證了甲與載體正確連接，因此，使用的兩種限制酶是E1和E4。(2)構(gòu)建的真核表達載體P1中含有GFP基因，而GFP基因的表達產(chǎn)物“某種熒光蛋白(GFP)”在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光。若在導(dǎo)入P1的牛皮膚細胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了表達，基因的表達過程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)若要獲得含有甲的牛，可采用核移植技術(shù)，即將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的細胞核移入牛的去核卵母細胞中獲得重組細胞，并將該重組細胞在體外培養(yǎng)成重組胚胎，再經(jīng)過胚胎移植等獲得含有甲的牛。(4)PCR是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫，是一種在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。若利用PCR方法檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中，則應(yīng)分別以該牛不同組織細胞中的核DNA作為PCR模板。4．(2020年全國新課標(biāo)Ⅲ卷)W是一種具有特定功能的人體蛋白質(zhì)。某研究小組擬仿照制備乳腺生物反應(yīng)器的研究思路，制備一種膀胱生物反應(yīng)器來獲得W，基本過程如圖所示。(1)步驟①中需要使用的工具酶有______________________。步驟②和③所代表的操作分別是____________和____________。步驟④稱為____________。(2)與乳腺生物反應(yīng)器相比，用膀胱生物反應(yīng)器生產(chǎn)W的優(yōu)勢在于不受轉(zhuǎn)基因動物的____________(答出2點即可)的限制。(3)一般來說，在同一動物個體中，乳腺上皮細胞與膀胱上皮細胞的細胞核中染色體DNA所含的遺傳信息____________(填“相同”或“不同”)，原因是_______________________________________________。(4)從上述流程可知，制備生物反應(yīng)器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技術(shù)有____________(答出2點即可)?！敬鸢浮?1)限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶顯微注射體外培養(yǎng)胚胎移植(2)性別、年齡(3)相同兩種上皮細胞都是體細胞，且來源于同一個受精卵(4)體外受精、胚胎移植【解析】(1)由分析可知，步驟①為構(gòu)建基因表達載體，需使用同種限制酶切割目的基因和運載體，再由DNA連接酶連接黏性末端，形成重組表達載體；步驟②為顯微注射；步驟③為體外培養(yǎng)；步驟④為胚胎移植。(2)與乳腺生物反應(yīng)器相比，用膀胱生物反應(yīng)器生產(chǎn)W，可從動物一出生就收集產(chǎn)物，不受動物的性別和年齡的限制。(3)在同一動物個體中，乳腺上皮細胞與膀胱上皮細胞是由同一個受精卵有絲分裂產(chǎn)生的體細胞，其細胞核中染色體DNA所含的遺傳信息相同。(4)由分析可知，步驟③為體外培養(yǎng)，步驟④為胚胎移植，均屬于胚胎工程。名師點睛分析題圖可知，步驟①為將W基因與運載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達載體；步驟②為將重組表達載體導(dǎo)入受精卵，常用顯微注射法；步驟③為體外培養(yǎng)；步驟④為胚胎移植。5．(2020年山東卷)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強?？蒲腥藛T將能表達出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實現(xiàn)了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。(1)將能表達出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時，所需的酶是______________________，

重組載體進入水稻細胞并在細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程稱為____________。(2)根據(jù)啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了_________________________________，從而改變了

Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列____________(填“發(fā)生