2024屆高考生物二輪專題復(fù)習(xí)與測試專題九生物技術(shù)與工程第17講基因工程課件

專題九生物技術(shù)與工程第17講基因工程思維導(dǎo)圖體系構(gòu)建答案：

DNA連接酶

基因表達(dá)載體的構(gòu)建

設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

脫氧核苷酸序列

基因

自然界沒有

酒精

藍(lán)色第17講基因工程1.(選擇性必修3P76“從社會中來”)科學(xué)家利用蘇云金桿菌的“殺蟲基因”轉(zhuǎn)到棉花里，讓棉花產(chǎn)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(jié)果進(jìn)行分析。_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴(kuò)展提升提示：將轉(zhuǎn)基因的棉花的基因組DNA提取出來，將含Bt基因的DNA片段進(jìn)行PCR技術(shù)擴(kuò)增，并將擴(kuò)增出的基因片段進(jìn)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(xì)胞的DNA中。第17講基因工程2．(選擇性必修3P80“文字信息”)構(gòu)建基因表達(dá)載體時，為避免DNA片段和載體自身環(huán)化及基因表達(dá)載體等的任意拼接，應(yīng)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(fù)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(gòu)建干擾素工程菌，該工程菌不能生產(chǎn)有活性的干擾素，請解釋其原因。______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴(kuò)展提升提示：采用不同的限制酶切割，產(chǎn)生不同的黏性末端。提示：大腸桿菌為原核生物，無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(guān)信息”)轉(zhuǎn)基因植物所攜帶的目的基因可能傳遞給非轉(zhuǎn)基因植物，造成基因污染。如果將目的基因?qū)肴~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(yīng)，其根本原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴(kuò)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(zhì)和患者相同。第17講基因工程1.

有時為了滿足應(yīng)用需要，會在運載體中人工構(gòu)建誘導(dǎo)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(xì)胞、豬肝細(xì)胞以及新鮮的洋蔥、菜花作為實驗材料，而不選用豬血細(xì)胞，原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________教材剖析擴(kuò)展提升答案：當(dāng)誘導(dǎo)物存在時，可以激活或抑制目的基因的表達(dá)。答案：雞血、豬肝以及洋蔥、菜花的細(xì)胞中含有細(xì)胞核，而且以上材料容易獲得，而哺乳動物成熟的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和細(xì)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(jīng)濟(jì)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(chǎn)丙酮，構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)。教材剖析擴(kuò)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(kuò)增的酶基因(如圖)設(shè)計一對________________，利用PCR技術(shù)，在優(yōu)化反應(yīng)條件后擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。(2)研究者構(gòu)建了一種表達(dá)載體pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因組合表達(dá)庫，經(jīng)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(dá)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(xì)胞，需要進(jìn)一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模。教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程(4)這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，實現(xiàn)了________________，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)特點。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)的優(yōu)勢在于_________________________________________________________________________________，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。教材剖析擴(kuò)展提升解析：(1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)酶基因，首先需要根據(jù)目標(biāo)酶基因兩端的堿基序列設(shè)計一對引物，引物與模板鏈結(jié)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(dá)載體中，抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因，可用于篩選含有基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，終止子可終止轉(zhuǎn)錄，使轉(zhuǎn)錄在需要的地方停下來。(3)重組梭菌大量表達(dá)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(dǎo)致第17講基因工程生長遲緩。(4)根據(jù)題意可知，這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，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(jīng)濟(jì)特點。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)生產(chǎn)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(yīng)，并實現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益，所以具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。教材剖析擴(kuò)展提升答案：(1)引物

(2)作為標(biāo)記基因，篩選含有基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞終止轉(zhuǎn)錄，使轉(zhuǎn)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(kuò)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(kuò)展提升第17講基因工程教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程3．圖解PCR相關(guān)知識教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程4．PCR擴(kuò)增圖解教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程5．圖解蛋白質(zhì)工程教材剖析擴(kuò)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(dá)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的部位。(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象。(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞，并將其Ti質(zhì)粒上的TDNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)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(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。教材剖析擴(kuò)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(shù)可以賦予生物新的遺傳特性，再利用細(xì)胞工程與胚胎工程創(chuàng)造出更符合人類需要的生物產(chǎn)品。在此過程中需要使用多種工具和物質(zhì)。下列敘述正確的是(

)A．進(jìn)行基因工程時所用到的工具酶有：限制性內(nèi)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(xì)胞需使用選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。C．卵裂結(jié)束后，囊胚細(xì)胞進(jìn)入下一階段分化，經(jīng)過了一系列復(fù)雜變化。D．若要使植物獲得抗蟲性狀，可從蘇云金桿菌體內(nèi)提取出凝集素基因轉(zhuǎn)入植物體中。教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程解析：進(jìn)行基因工程時所用到的工具酶有：限制性內(nèi)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(jìn)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(xì)胞；另一次篩選是進(jìn)行抗體陽性檢測以篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞，B項錯誤；高等哺乳動物胚胎發(fā)育經(jīng)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(jìn)入原腸胚，原腸胚期進(jìn)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(nèi)提取出凝集素基因構(gòu)建基因表達(dá)載體，將基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)入植物體中，D項錯誤。教材剖析擴(kuò)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(yīng)用能力2．(2023·廣東模考)噬菌體輔助連續(xù)進(jìn)化技術(shù)(PACE)將生物分子的實驗室進(jìn)化與噬菌體M13的生命周期結(jié)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(jìn)化速度提高了100倍。該技術(shù)有望讓制藥業(yè)使用實驗室培育出來的蛋白質(zhì)、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(shù)，首先用某目的基因替換原來的pⅢ蛋白基因，構(gòu)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(zhì)粒中含有與目的基因活性相關(guān)聯(lián)的pⅢ蛋白基因)。SP必須進(jìn)化出有效突變才能啟動質(zhì)粒上pⅢ蛋白基因的表達(dá)，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(jìn)化(過程如圖所示)。教材剖析擴(kuò)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(shù)對其進(jìn)行快速擴(kuò)增。構(gòu)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(dāng)于基因工程基本操作程序中的_______________。(2)宿主E.coli的輔助質(zhì)粒(AP)包含有與目的基因活性相關(guān)聯(lián)的pⅢ蛋白基因，是為了對噬菌體(SP)進(jìn)行____________________。除此之外，AP還應(yīng)包含有________________才能驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。教材剖析擴(kuò)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(xì)胞，并設(shè)置培養(yǎng)液流出速度稍快于宿主細(xì)胞的增殖速度，其目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。教材剖析擴(kuò)展提升解析：(1)PCR的原理是DNA的半保留復(fù)制，故目的基因快速擴(kuò)增方法為PCR(或聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))技術(shù)?；虮磉_(dá)載體的構(gòu)建過程中需要用到的工具酶有限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶，SP侵染宿主E.coli的過程相當(dāng)于基因工程基本操作程序中的將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。(2)AP包含有與目的基因活性相關(guān)聯(lián)的pⅢ蛋白基因，是為了對噬菌體(SP)進(jìn)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(jié)合的位點，能啟動轉(zhuǎn)錄，AP要包含有啟動子才能第17講基因工程驅(qū)動目的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。(3)噬菌體是病毒，必須寄生于活細(xì)胞才能生存，設(shè)置培養(yǎng)液流出速度稍快于宿主細(xì)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(jìn)行連續(xù)進(jìn)化。教材剖析擴(kuò)展提升答案：(1)PCR(或聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))限制酶、DNA連接酶將目的基因?qū)胧荏w細(xì)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(jìn)行連續(xù)進(jìn)化(或使獲得有效突變的噬菌體可以持續(xù)侵染新宿主細(xì)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(kuò)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(xì)胞破裂釋放出DNA等物質(zhì)B．分離：可去除混合物中的多糖、蛋白質(zhì)等C．沉淀：可反復(fù)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(lán)色教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程解析：裂解是加蒸餾水讓細(xì)胞吸水漲破，釋放出DNA等物質(zhì)，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(zhì)等與DNA分離，B項正確；DNA不溶于酒精，而某些蛋白質(zhì)溶于酒精，可以反復(fù)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(lán)色，D項錯誤。教材剖析擴(kuò)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(zhì)的量濃度為0.14mol/L時最低。②DNA不溶于冷卻的酒精，但是細(xì)胞中的一些有機(jī)物如某些蛋白質(zhì)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(lán)色，因此，二苯胺可用來鑒定DNA分子。教材剖析擴(kuò)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(xì)胞，獲取含DNA的濾液→去除濾液中的雜質(zhì)→DNA的析出與鑒定。(3)注意事項①實驗材料的選?。悍彩呛蠨NA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(xì)胞破碎后釋放出的DNA，容易被玻璃容器吸附；由于細(xì)胞內(nèi)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(kuò)展提升第17講基因工程2．DNA片段的擴(kuò)增(1)原理：利用PCR在體外擴(kuò)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(yīng)液集中在微量離心管的底部。③反應(yīng)：設(shè)置好PCR儀的循環(huán)程序，將裝有反應(yīng)液的微量離心管放入PCR儀中進(jìn)行反應(yīng)。教材剖析擴(kuò)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(tuán)，在一定的pH條件下會帶上正電荷或負(fù)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(gòu)象等有關(guān)。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(zhǔn)備好，用電泳緩沖液配制瓊脂糖溶液，在沸水浴或微波爐內(nèi)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(kuò)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(nèi)。教材剖析擴(kuò)展提升④電泳：接通電源，設(shè)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(jìn)行高壓滅菌處理。(2)緩沖液和酶應(yīng)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(yīng)液集中在離心管底部。教材剖析擴(kuò)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(jìn)行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白質(zhì)變性劑)、EDTA(DNA酶抑制劑，穩(wěn)定DNA活性)、Tris(緩沖劑)。下列有關(guān)敘述錯誤的是(

)A．若選擇雞血細(xì)胞為材料，則省去了研磨過程B．SDS可以使蛋白質(zhì)變性，便于DNA與蛋白質(zhì)分離C．EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸D．Tris可以調(diào)節(jié)溶液中的pH教材剖析擴(kuò)展提升第17講基因工程解析：雞血細(xì)胞懸浮液作為實驗材料，利用細(xì)胞吸水漲破的原理，省去了研磨過程，A項正確；SDS是蛋白質(zhì)變性劑，可使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，使染色體中DNA和蛋白質(zhì)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(diào)節(jié)溶液中的pH，D項正確。教材剖析擴(kuò)展提升答案：C第17講基因工程題點二：圍繞DNA片段的擴(kuò)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