2024屆高考生物二輪專題復習與測試專題九生物技術與工程第17講基因工程課件

專題九生物技術與工程第17講基因工程思維導圖體系構建答案：

DNA連接酶

基因表達載體的構建

設計蛋白質結構

脫氧核苷酸序列

基因

自然界沒有

酒精

藍色第17講基因工程1.(選擇性必修3P76“從社會中來”)科學家利用蘇云金桿菌的“殺蟲基因”轉到棉花里，讓棉花產生Bt抗蟲蛋白抵抗蟲害。檢測Bt基因是否插入到棉花的DNA上。請簡要寫出該方法的實驗過程，并對結果進行分析。_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴展提升提示：將轉基因的棉花的基因組DNA提取出來，將含Bt基因的DNA片段進行PCR技術擴增，并將擴增出的基因片段進行電泳鑒定。若僅出現(xiàn)一條帶，表明目的基因已插入到受體細胞的DNA中。第17講基因工程2．(選擇性必修3P80“文字信息”)構建基因表達載體時，為避免DNA片段和載體自身環(huán)化及基因表達載體等的任意拼接，應采取何種措施？___________________________________________________________________3.(選擇性必修3P90“資料卡”)干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。利用大腸桿菌可構建干擾素工程菌，該工程菌不能生產有活性的干擾素，請解釋其原因。______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴展提升提示：采用不同的限制酶切割，產生不同的黏性末端。提示：大腸桿菌為原核生物，無內質網和高爾基體，不具備加工干擾素的能力。第17講基因工程4．(選擇性必修3P102“相關信息”)轉基因植物所攜帶的目的基因可能傳遞給非轉基因植物，造成基因污染。如果將目的基因導入葉綠體DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________5.(選擇性必修3P54“文字信息”)治療性克隆獲得的組織器官在移植時一般不會出現(xiàn)排異反應，其根本原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴展提升提示：葉綠體基因不會通過花粉傳給下一代。提示：治療性克隆獲得的組織和器官的絕大多數(shù)遺傳物質和患者相同。第17講基因工程1.

有時為了滿足應用需要，會在運載體中人工構建誘導型啟動子，其目的是什么？2．做粗提取DNA的實驗時，常選用雞血細胞、豬肝細胞以及新鮮的洋蔥、菜花作為實驗材料，而不選用豬血細胞，原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴展提升答案：當誘導物存在時，可以激活或抑制目的基因的表達。答案：雞血、豬肝以及洋蔥、菜花的細胞中含有細胞核，而且以上材料容易獲得，而哺乳動物成熟的紅細胞中沒有細胞核和細胞器。第17講基因工程考點一基因工程(2022·廣東卷)“綠水逶迤去，青山相向開”大力發(fā)展低碳經濟已成為全社會的共識?；谀承┧缶奶厥獯x能力，有研究者以某些工業(yè)廢氣(含CO2等一碳溫室氣體，多來自高污染排放企業(yè))為原料，通過厭氧發(fā)酵生產丙酮，構建一種生產高附加值化工產品的新技術。教材剖析擴展提升第17講基因工程回答下列問題：(1)研究者針對每個需要擴增的酶基因(如圖)設計一對________________，利用PCR技術，在優(yōu)化反應條件后擴增得到目標酶基因。(2)研究者構建了一種表達載體pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因組合表達庫，經篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是________________________，終止子的作用是____________________________。(3)培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達上述酶蛋白時，出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象，推測其原因可能是________________________________，此外丙酮的積累會傷害細胞，需要進一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴大應用規(guī)模。教材剖析擴展提升第17講基因工程(4)這種生產高附加值化工產品的新技術，實現(xiàn)了________________，體現(xiàn)了循環(huán)經濟特點。從“碳中和”的角度看，該技術的優(yōu)勢在于_________________________________________________________________________________，具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。教材剖析擴展提升解析：(1)利用PCR技術擴增目標酶基因，首先需要根據(jù)目標酶基因兩端的堿基序列設計一對引物，引物與模板鏈結合后，耐高溫的DNA酶才能從引物的3′端延伸子鏈。(2)基因表達載體中，抗生素抗性基因作為標記基因，可用于篩選含有基因表達載體的受體細胞，終止子可終止轉錄，使轉錄在需要的地方停下來。(3)重組梭菌大量表達上述酶蛋白時，在這些酶蛋白的作用下，二氧化碳等氣體大量用于合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長，所以會導致第17講基因工程生長遲緩。(4)根據(jù)題意可知，這種生產高附加值化工產品的新技術，以高污染企業(yè)排放的二氧化碳等一碳溫室氣體為原料，實現(xiàn)了廢物的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經濟特點。從“碳中和”的角度看，該技術生產丙酮的過程不僅不排放二氧化碳，而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳，有利于減緩溫室效應，并實現(xiàn)較高的經濟效益，所以具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。教材剖析擴展提升答案：(1)引物

(2)作為標記基因，篩選含有基因表達載體的受體細胞終止轉錄，使轉錄在需要的地方停下來(3)二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長(4)廢物的資源化不僅不排放二氧化碳，而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳第17講基因工程1．圖解基因工程的三種工具教材剖析擴展提升第17講基因工程2．圖解基因工程的操作步驟教材剖析擴展提升第17講基因工程教材剖析擴展提升第17講基因工程3．圖解PCR相關知識教材剖析擴展提升第17講基因工程4．PCR擴增圖解教材剖析擴展提升第17講基因工程5．圖解蛋白質工程教材剖析擴展提升第17講基因工程特別提醒基因工程操作的四個易錯點(1)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控，所以目的基因應插入啟動子與終止子之間的部位。(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因導入受體細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象。(3)農桿菌轉化法原理：農桿菌易感染植物細胞，并將其Ti質粒上的TDNA轉移并整合到受體細胞的染色體DNA上。(4)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。教材剖析擴展提升第17講基因工程題點一：圍繞基因工程的操作工具，考查理解能力1．(2023·浙江統(tǒng)考一模)用DNA重組技術可以賦予生物新的遺傳特性，再利用細胞工程與胚胎工程創(chuàng)造出更符合人類需要的生物產品。在此過程中需要使用多種工具和物質。下列敘述正確的是(

)A．進行基因工程時所用到的工具酶有：限制性內切核酸酶、DNA連接酶和運載體。B．制取單克隆抗體時，要得到分泌特定抗體的雜交瘤細胞需使用選擇培養(yǎng)基進行篩選。C．卵裂結束后，囊胚細胞進入下一階段分化，經過了一系列復雜變化。D．若要使植物獲得抗蟲性狀，可從蘇云金桿菌體內提取出凝集素基因轉入植物體中。教材剖析擴展提升第17講基因工程解析：進行基因工程時所用到的工具酶有：限制性內切核酸酶、DNA連接酶，運載體不是工具酶，A項錯誤；單克隆抗體制備過程中進行了兩次篩選，一次篩選是使用選擇培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞；另一次篩選是進行抗體陽性檢測以篩選出能產生特異性抗體的雜交瘤細胞，B項錯誤；高等哺乳動物胚胎發(fā)育經歷的時期是受精卵→卵裂期→桑葚胚期→囊胚期→原腸胚期→幼體，囊胚期通過一系列的分裂分化進入原腸胚，原腸胚期進行了各種組織器官的分化，C項正確；若要使植物獲得抗蟲性狀，可從蘇云金桿菌體內提取出凝集素基因構建基因表達載體，將基因表達載體轉入植物體中，D項錯誤。教材剖析擴展提升答案：C第17講基因工程題點二：通過基因工程的操作過程，考查綜合應用能力2．(2023·廣東?？?噬菌體輔助連續(xù)進化技術(PACE)將生物分子的實驗室進化與噬菌體M13的生命周期結合在一起(該噬菌體的生命周期僅為10分鐘)，使實驗室中生物分子的進化速度提高了100倍。該技術有望讓制藥業(yè)使用實驗室培育出來的蛋白質、核酸等成分按需制藥。噬菌體M13的增殖依賴于pⅢ蛋白。PACE技術，首先用某目的基因替換原來的pⅢ蛋白基因，構建含有目的基因的pⅢ蛋白缺陷型噬菌體(SP)，然后用SP侵染培養(yǎng)池中的宿主E.coli(其質粒中含有與目的基因活性相關聯(lián)的pⅢ蛋白基因)。SP必須進化出有效突變才能啟動質粒上pⅢ蛋白基因的表達，噬菌體才能獲得增殖能力并持續(xù)侵染其他宿主，從而實現(xiàn)連續(xù)進化(過程如圖所示)。教材剖析擴展提升第17講基因工程請回答以下問題：(1)獲取目的基因后，常用______________技術對其進行快速擴增。構建pⅢ蛋白缺陷型噬菌體(SP)的遺傳改造過程需要用到的工具酶有______________，SP侵染宿主E.coli的過程相當于基因工程基本操作程序中的_______________。(2)宿主E.coli的輔助質粒(AP)包含有與目的基因活性相關聯(lián)的pⅢ蛋白基因，是為了對噬菌體(SP)進行____________________。除此之外，AP還應包含有________________才能驅動目的基因轉錄出mRNA。教材剖析擴展提升第17講基因工程(3)研究人員向PACE的培養(yǎng)池不斷引流入新鮮的宿主細胞，并設置培養(yǎng)液流出速度稍快于宿主細胞的增殖速度，其目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。教材剖析擴展提升解析：(1)PCR的原理是DNA的半保留復制，故目的基因快速擴增方法為PCR(或聚合酶鏈式反應)技術。基因表達載體的構建過程中需要用到的工具酶有限制性內切核酸酶、DNA連接酶，SP侵染宿主E.coli的過程相當于基因工程基本操作程序中的將目的基因導入受體細胞。(2)AP包含有與目的基因活性相關聯(lián)的pⅢ蛋白基因，是為了對噬菌體(SP)進行篩選(篩選有效突變的噬菌體)，啟動子是RNA聚合酶識別和結合的位點，能啟動轉錄，AP要包含有啟動子才能第17講基因工程驅動目的基因進行轉錄。(3)噬菌體是病毒，必須寄生于活細胞才能生存，設置培養(yǎng)液流出速度稍快于宿主細胞的增殖速度，是為了使獲得有效突變的噬菌體在培養(yǎng)池中富集并進行連續(xù)進化。教材剖析擴展提升答案：(1)PCR(或聚合酶鏈式反應)限制酶、DNA連接酶將目的基因導入受體細胞(2)篩選(篩選有效突變的噬菌體)啟動子(3)使獲得有效突變的噬菌體在培養(yǎng)池中富集并進行連續(xù)進化(或使獲得有效突變的噬菌體可以持續(xù)侵染新宿主細胞，或使獲得無效突變的噬菌體隨培養(yǎng)液流失)。第17講基因工程考點二DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增及電泳鑒定(2023·廣東卷)“DNA粗提取與鑒定”實驗的基本過程是：裂解→分離→沉淀→鑒定。下列敘述錯誤的是(

)A．裂解：使細胞破裂釋放出DNA等物質B．分離：可去除混合物中的多糖、蛋白質等C．沉淀：可反復多次以提高DNA的純度D．鑒定：加入二苯胺試劑后即呈現(xiàn)藍色教材剖析擴展提升第17講基因工程解析：裂解是加蒸餾水讓細胞吸水漲破，釋放出DNA等物質，A項正確；DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/L的NaCl溶液，將溶液過濾，即可將混合物中的多糖、蛋白質等與DNA分離，B項正確；DNA不溶于酒精，而某些蛋白質溶于酒精，可以反復多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA純度，C項正確；將DNA溶解于NaCl，加入二苯胺試劑，沸水浴五分鐘，待冷卻后，能呈現(xiàn)藍色，D項錯誤。教材剖析擴展提升答案：D第17講基因工程1．DNA粗提取與鑒定原理和實驗流程(1)原理①DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，其中在物質的量濃度為0.14mol/L時最低。②DNA不溶于冷卻的酒精，但是細胞中的一些有機物如某些蛋白質則溶于冷卻的酒精，可以用冷卻的酒精提純。③DNA遇二苯胺(沸水浴)會被染成藍色，因此，二苯胺可用來鑒定DNA分子。教材剖析擴展提升第17講基因工程(2)實驗流程實驗材料的選取→破碎細胞，獲取含DNA的濾液→去除濾液中的雜質→DNA的析出與鑒定。(3)注意事項①實驗材料的選取：凡是含有DNA的生物材料都可以考慮，但是使用DNA含量相對較高的生物組織，成功的可能性更大。②提取和分離DNA用塑料離心管的原因：細胞破碎后釋放出的DNA，容易被玻璃容器吸附；由于細胞內DNA的含量本來就比較少，再被玻璃容器吸附去一部分，提取到的DNA就會更少。教材剖析擴展提升第17講基因工程2．DNA片段的擴增(1)原理：利用PCR在體外擴增DNA分子。(2)實驗用具：PCR儀、微量離心管、微量移液器。(3)實驗步驟①移液：按配方用微量移液器向微量離心管中依次加入各組分；②離心：使反應液集中在微量離心管的底部。③反應：設置好PCR儀的循環(huán)程序，將裝有反應液的微量離心管放入PCR儀中進行反應。教材剖析擴展提升第17講基因工程3．DNA片段的電泳鑒定(1)原理①DNA分子中的可解離基團，在一定的pH條件下會帶上正電荷或負電荷。②在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。③在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。④凝膠中的DNA分子通過染色，在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。(2)實驗步驟①制膠：提前將模具和梳子準備好，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液，在沸水浴或微波爐內加熱至瓊脂糖熔化，稍冷卻后加入適量的核酸染料混勻，倒入模具，并插入梳子。教材剖析擴展提升第17講基因工程②形成加樣孔：待凝膠溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝膠放入電泳槽內。教材剖析擴展提升④電泳：接通電源，設定電壓，待指示劑前沿遷移接近凝膠邊緣時，停止電泳。⑤拍照：取出凝膠，置于紫外燈下觀察和照相。第17講基因工程特別提醒

PCR實驗操作的四點提醒(1)為避免外源DNA等因素的污染，所用儀器、緩沖液、蒸餾水等使用前必須進行高壓滅菌處理。(2)緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20℃條件下儲存。(3)每添加一種試劑后，移液器上的槍頭必須更換。(4)混合均勻后要離心處理，使反應液集中在離心管底部。教材剖析擴展提升第17講基因工程題點一：通過DNA粗提取和鑒定，考查實驗探究能力1．(2023·廣東梅州統(tǒng)考三模)以菜花為材料提取DNA時，需將材料進行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白質變性劑)、EDTA(DNA酶抑制劑，穩(wěn)定DNA活性)、Tris(緩沖劑)。下列有關敘述錯誤的是(

)A．若選擇雞血細胞為材料，則省去了研磨過程B．SDS可以使蛋白質變性，便于DNA與蛋白質分離C．EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸D．Tris可以調節(jié)溶液中的pH教材剖析擴展提升第17講基因工程解析：雞血細胞懸浮液作為實驗材料，利用細胞吸水漲破的原理，省去了研磨過程，A項正確；SDS是蛋白質變性劑，可使蛋白質結構變得松散，使染色體中DNA和蛋白質分離，B項正確；DNA的基本單位是脫氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制劑，可以防止DNA水解成脫氧核苷酸，C項錯誤；Tris是緩沖劑，可調節(jié)溶液中的pH，D項正確。教材剖析擴展提升答案：C第17講基因工程題點二：圍繞DNA片段的擴增及電泳鑒定，考查實驗操作能力2．(2023·廣東一模)新冠病毒包膜表面的S蛋白能識別