资源简介

(共51张PPT)
第49讲 基因工程的基本工具和基本操作程序
高三生物总复习课件-选择性必修3 生物技术与工程
考点一 重组DNA技术的基本工具
1．基因工程概述
基础·精细梳理
考点一 重组DNA技术的基本工具
名师解读
基因工程的理论基础
基础·精细梳理
考点一 重组DNA技术的基本工具
2．重组DNA技术的基本工具
基础·精细梳理
(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)
名师解读
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．限制性内切核酸酶EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
考点一 重组DNA技术的基本工具
情境推理·探究
3．软米基因会导致水稻稻米合成直链淀粉含量降低呈现软米特征，人们大多喜欢软米的口感，为获得高产软米粳型水稻，软米基因W 与蜡质基因Wx互为等位基因，序列长度相同均为557碱基对(bp)，但基因内部出现了限制酶Nla Ⅲ识别位点，用限制酶Nla Ⅲ处理不同植株的DNA片段，获得电泳图如下，分析可知含有纯合软米基因的植株为哪几个？(填植株编号)
提示　1、4、5、9、10。
考点一 重组DNA技术的基本工具
情境推理·探究
软米基因检测结果
1．限制酶的选择原则
考点一 重组DNA技术的基本工具
重点难点·透析
(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择Sma Ⅰ。
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择Sma Ⅰ。
(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶切割质粒，如图中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图也可选择PstⅠ和EcoR Ⅰ两种限制酶。
考点一 重组DNA技术的基本工具
(2)DNA连接酶
基础·精细梳理
名师解读
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。　
考点一 重组DNA技术的基本工具
(3)载体
基础·精细梳理
2．标记基因的作用
标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细胞：
考点一 重组DNA技术的基本工具
重点难点·透析
1．实践中常用某些病毒载体作为基因工程工具，除具备普通“质粒载体”的条件外，还应具有的条件是___________________________(答出两点即可)。
提示　对靶细胞具有较高的转化效率，不能增殖，对细胞无害。
考点一 重组DNA技术的基本工具
情境推理·探究
1．(2023·江苏盐城调研)图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，neo表示新霉素抗性基因。下列叙述错误的是(　　)
A．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和
Hind Ⅲ切割质粒和外源DNA
B．在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因
C．若只用PstⅠ处理质粒和外源DNA分子片段，无法避免自身环化和反向连接
D．导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基中生长
【考向】围绕基因工程的基本工具，考查科学思维
考点一 重组DNA技术的基本工具
典例·精心深研
2．(2021·全国乙卷，38)用DNA重组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种限制性内切核酸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.coliDNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中_________________酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。上图中_____________________________________酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
【考向】围绕基因工程的基本工具，考查科学思维
考点一 重组DNA技术的基本工具
典例·精心深研
EcoR Ⅰ、Pst Ⅰ
EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅴ
(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____________________。
(3)DNA重组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____________________________________
_________________________________________。
考点一 重组DNA技术的基本工具
典例·精心深研
磷酸二酯键
RNA聚合酶识别、结合和驱动转录的一段DNA序列
自我复制
限制酶切割位点
用含该抗生素的培养基培养宿主细胞，能存活的即为含有质粒载体的宿主细胞
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
1．目的基因的筛选与获取
(2)利用PCR获取和扩增目的基因
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
名师解读
①在PCR过程中实际加入的原料为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。
②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酸，作为新子链的合成起点，只能结合在母链的3′端，使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。
③复性温度过高，则引物难以与模板链结合，温度过低则易使两条母链配对结合，均无法获得PCR产物。
④真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2＋。
1. 设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如图)，请分别说明理由。
①第1组：_________________________________________________________________；
②第2组：_________________________________________________________________。
考点二 基因工程的基本操作程序
情境推理·探究
引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效
引物Ⅰ自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效
1．(2021·湖北卷，16)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生，以下措施中有效的是(　　)
A．增加模板DNA的量
B．延长热变性的时间
C．延长延伸的时间
D．提高复性的温度
【考向1】PCR技术及其应用
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
2．(2022·全国乙卷，38)新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题：
(1)新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT—PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA，这一过程需要的酶是________________________，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。
(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的____________________来进行。PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是______________。
【考向1】PCR技术及其应用
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
逆转录酶(或反转录酶)
特异性核苷酸序列
复性(或退火)
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体)，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明__________________________________(答出1种情况即可)；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明_________________________________________________。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是__________________________________________________________________________。
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
曾感染新冠病毒，已康复
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
已感染新冠病毒，是患者
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
2．基因表达载体的构建——核心
①目的
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，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
②组成
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
③过程
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
提醒　启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
3.将目的基因导入受体细胞
只有该步骤没涉及碱基互补配对原则
名师解读
(1)农杆菌特点
①能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。
②农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T DNA转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
(2)农杆菌转化法中的两次拼接
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；
两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T DNA导入受体细胞。
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
3.将目的基因导入受体细胞
只有该步骤没涉及碱基互补配对原则
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
3.将目的基因导入受体细胞
只有该步骤没涉及碱基互补配对原则
名师解读
导入的目的基因，可能存在于细胞质中，也可能整合到染色体DNA上。存在于染色体DNA上的目的基因有可能通过花粉传播进入杂草或其他作物中，造成“基因污染”。
2．如果将某种抗性基因导入受体细胞后，仅一条染色体含抗性基因，该基因的传递遵循孟德尔分离定律。判断依据是_________________________________。
提示　仅一条染色体含有抗性基因，另一条没有其等位基因。
3．利用大肠杆菌可生产出人的胰岛素，联系前面各种细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的胰岛素，可用大肠杆菌吗？
提示　不可用。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的内质网、高尔基体等结构，无法对核糖体合成的肽链进行加工。
考点二 基因工程的基本操作程序
情境推理·探究
考点二 基因工程的基本操作程序
基础·精细梳理
4．目的基因的检测与鉴定
3．(2022·广东卷，22)“绿水逶迤去，青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。回答下列问题：
【考向2】结合基因工程的基本操作程序，考查科学探究能力
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对______，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是________________________________
______________________，终止子的作用是__________________________________
________________。
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
引物
作为标记基因，筛选含有基因表达载体的受体细胞
终止转录，使转录在需要的地方
停下来
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是________________________________________________________
______________，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了__________________________，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于____________________________________________________________________，
具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭
不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳
菌的生长
废物的资源化
4．(2023·中原名校联盟)某质粒上有Sal Ⅰ、Hind Ⅲ、BamH Ⅰ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程，如下图所示。请回答下列问题：
【考向2】结合基因工程的基本操作程序，考查科学探究能力
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
(1)将目的基因导入植物细胞，采用最多的方法是农杆菌转化法。其中用到的质粒是________；该质粒含有一段特殊的DNA片段，称为________。该方法中农杆菌的作用是________________________________________________________。
(2)在构建重组质粒时，和只用一种酶切割目的基因的两端及质粒相比，选用Hind Ⅲ和Sal Ⅰ两种酶的好处是__________________________________________
_________________________________________________________________________。
(3)含有目的基因的农杆菌可根据标记基因进行筛选。若农杆菌在含有氨苄青霉素和四环素的培养基上都可以生长繁殖，农杆菌中是否已含有目的基因？_____(填“是”或“否”)。为什么？______________________________________。
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
Ti质粒
防止目的基因自连和质粒自连，以提高带有目的基因的重组质粒的合成效率；防止目的基因与质粒反向连接
T DNA
感染烟草细胞，把目的基因插入到烟草细胞的染色体DNA上
否
含有目的基因的质粒中抗四环素基因被破坏
(4)将已经转化的农杆菌进行如下操作，筛选出符合要求的农杆菌。先把转化的农杆菌接种到A培养基中培养，长出菌落后，用无菌牙签挑取A上的单个菌落，分别接种到B(含氨苄青霉素)和C(含四环素和氨苄青霉素)两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。含目的基因的菌落位于B或C上的哪些菌落中？请在图中相应的位置上圈出来。
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
如何筛选出含有目的基因的受体细胞
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
跳出题海
(1)原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如图，目的基因插入了四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。
(2)被转化的细菌有三种：
含环状目的基因的细菌
含重组质粒的细菌
含自身环化质粒的细菌。
如何筛选出含有目的基因的受体细胞
考点二 基因工程的基本操作程序
典例·精心深研
跳出题海
(3)筛选方法：将混合处理后的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含自身环化质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用无菌的绒布影印到含有四环素的培养基
上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含四
环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌
落，如图1、5菌落。最后，可在含氨苄青霉素
的培养基上挑取1、5菌落进行培养。
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
基础·精细梳理
1．DNA的粗提取与鉴定
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
基础·精细梳理
(2)方法步骤
名师解读
①加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成丝状沉淀。
②本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作为材料。　
1．(2023·江苏启东中学检测)如图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图，下列相关叙述正确的是(　　)
A．图1中的溶液a是NaCl溶液
B．图1所示操作的原理是DNA能溶于酒精，
而蛋白质等杂质不溶
C．图2所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显
D．图2中试管1的作用是证明2(mol·L－1)的NaCl溶液遇二苯胺出现蓝色
【考向1】结合DNA的粗提取与鉴定，考查科学探究能力
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
典例·精心深研
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
基础·精细梳理
2．DNA片段的扩增及电泳鉴定
(1)实验基础
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
基础·精细梳理
(2)PCR实验操作步骤
(3)电泳鉴定
凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。
名师解读
①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。
②在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。
③电泳时，DNA的相对分子量越大，迁移速率越慢；DNA的相对分子量越小，迁移速率越快。　　　
2．利用PCR可以在体外进行DNA片段的扩增，下列有关“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验的相关叙述，错误的是(　　)
A．PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压蒸汽灭菌处理
B．PCR利用了DNA的热变性原理
C．PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，迅速融化
D．在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换
【考向2】结合DNA片段的扩增及电泳鉴定，考查科学探究
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
典例·精心深研
3．(2023·河北衡水调研)下列有关电泳的叙述，不正确的是(　　)
A．电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程
B．待测样品中DNA分子的大小和构象、凝胶的浓度等都会影响DNA在电泳中的迁移速率
C．进行电泳时，带电粒子会向着与其所带电荷相同的电极移动
D．PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定
【考向2】结合DNA片段的扩增及电泳鉴定，考查科学探究
考点三 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定
典例·精心深研
1．(2021·重庆卷，26)为了研究PDCD4基因对小鼠子宫内膜基质细胞凋亡的影响，进行了相关实验。
(1)取小鼠子宫时，为避免细菌污染，手术器具应进行________________处理；子宫取出剪碎后，用___________________________处理一定时间，可获得分散的子宫内膜组织细胞，再分离获得基质细胞用于培养。
(2)培养基中营养物质应有_________________________________________________
____________________(填写两种)；培养箱中CO2浓度为5%，其主要作用是__________________________________。
重温真题 经典再现
1
2
灭菌(或消毒)
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
无机盐、葡萄糖、氨基酸、微量元素、促生长因子、血清或血浆
维持培养液的pH
(3)在含PDCD4基因的表达载体中，启动子的作用是________________________________________________________________________。
为了证明PDCD4基因对基质细胞凋亡的作用，以含PDCD4基因的表达载体和基质细胞的混合培养为实验组，还应设立两个对照组，分别为
　_____________________________________________________________。
经检测，实验组中PDCD4表达水平和细胞凋亡率显著高于对照组，说明该基因对基质细胞凋亡具有_____________(填“抑制”或“促进”)作用。
重温真题 经典再现
1
2
RNA聚合酶的识别和结合位点，驱动转录出相应的mRNA
基质细胞悬浮液和空载体与基质细胞的混合培养液
促进
2．(2022·湖北卷，24改编)“端稳中国碗，装满中国粮”，为了育好中国种，科研人员在杂交育种与基因工程育种等领域开展了大量的研究。二倍体作物M的品系甲有抗虫、高产等多种优良性状，但甜度不高。为了改良品系甲，增加其甜度，育种工作者做了如下实验：
【实验一】遗传特性及杂交育种的研究
在种质资源库中选取乙、丙两个高甜度的品系，用三个纯合品系进行杂交实验，结果如下表。
重温真题 经典再现
1
2
杂交组合 F1表型 F2表型
甲×乙 不甜 1/4甜、3/4不甜
甲×丙 甜 3/4甜，1/4不甜
乙×丙 甜 13/16甜、3/16不甜
【实验二】甜度相关基因的筛选
通过对甲、乙、丙三个品系转录的mRNA分析，发现基因S与作物M的甜度相关。
【实验三】转S基因新品系的培育
提取品系乙的mRNA，通过基因重组技术，以Ti质粒为表达载体，以品系甲的叶片外植体为受体，培育出转S基因的新品系。
根据研究组的实验研究，回答下列问题：
(1)假设不甜植株的基因型为AAbb和Aabb，则乙、丙杂交的F2中表现为甜的植株基因型有________种。品系乙基因型为________。若用乙×丙中F2不甜的植株进行自交，F3中甜∶不甜比例为________。
重温真题 经典再现
1
2
7
aabb
1∶5
(2)下图中，能解释(1)中杂交实验结果的代谢途径有________。
重温真题 经典再现
1
2
①③
(3)如图是S基因的cDNA和载体的限制性内切核酸酶(限制性核酸内切酶)酶谱。为了成功构建重组表达载体，确保目的基因插入载体中方向正确，最好选用______________________酶切割S基因的cDNA和载体。
重温真题 经典再现
1
2
XbaⅠ、HindⅢ
(4)用农杆菌侵染品系甲叶片外植体，其目的是
________________________________________________________________。
(5)除了题中所示的杂交育种和基因工程育种外，能获得高甜度品系，同时保持甲的其他优良性状的育种方法还有_________________________________(答出2点即可)。
重温真题 经典再现
1
2
通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞
单倍体育种、诱变育种

展开更多......

收起↑