人教版2024届高考生物一轮复习基因工程教学课件

这是一份人教版2024届高考生物一轮复习基因工程教学课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，提能力精准突破，悟考情演练真题，人们的愿望，DNA重组，转基因，生物类型，生物产品，遗传性状等内容，欢迎下载使用。
一、基因工程的基本工具及DNA的粗提取与鉴定1.基因工程的概念　　　　　原理是基团重组(1)手段:按照　　　　　　　　　　进行严格的设计,并通过体外　　　　　　和　　　　　　等技术,赋予生物以新的遗传特性。 (2)目的:创造出更符合人们需要的新的　　　　　　　　和　　　　　　　　。 (3)水平:　　　　水平。 　　　　　　　　　　　 (4)优点:克服远缘杂交不亲和的障碍,定向改造生物的　　　　　　　　。 与杂交育种相比 与诱变育种相比
2.基因工程的基本工具　 　3种工具,其中有2种工具酶(1)限制性核酸内切酶(限制酶)
3.DNA的粗提取与鉴定(1)基本原理①DNA的粗提取a.原理:利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在　　　　　　　　　方面的差异,提取DNA,去除其他成分。 b.DNA与蛋白质在物理和化学性质方面的差异
②DNA的鉴定:DNA+　　　  　　　色。 
旁栏边角(选修3 P5“图1-3”改编)限制酶主要来源于原核生物,为什么不能切割原核生物自己的DNA分子?
提示 限制酶不切割原核生物自身DNA的原因是原核生物相应DNA分子中不存在相应限制酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
易错辨析(1)限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切割DNA分子。(　　)(2)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。(　　)(3)E·cli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。(　　)(4)质粒是常用的载体,它是一种小型的双链环状DNA分子,具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。(　　)
(5)DNA不溶于酒精,但在各种浓度NaCl溶液中溶解度较高。(　　)(6)DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异。(　　)
二、基因工程的基本操作程序
1.目的基因的获取(1)从基因文库中获取目的基因
(2)人工合成目的基因如果基因比较小,核苷酸序列又已知,可以通过　　　　　　　用化学方法直接人工合成。 ①化学合成法
(3)利用PCR技术扩增目的基因
2.基因表达载体的构建——基因工程的核心(1)目的:使目的基因在　　　　　　　　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。 
RNA聚合酶识别和结合
特别提醒 启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子①启动子是位于基因首端的一段特殊序列,它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子是位于基因尾端的一段特殊序列,作用是使转录过程停止。②起始密码子和终止密码子均位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。
3.将目的基因导入受体细胞
 特别提醒 将目的基因导入植物细胞还可以用基因枪法、花粉管通道法。
Ti质粒的T-DNA
4.目的基因的检测与鉴定
旁栏边角(选修3 P8“求异思维”)你能推测出mRNA反转录形成cDNA的过程大致分为哪些步骤吗?
提示 第1步:mRNA在反转录酶的作用下形成RNA—DNA杂交分子。第2步:在核酸酶的作用下将RNA-DNA杂交分子中的RNA水解掉,形成DNA单链。第3步:以DNA单链为模板,在DNA聚合酶的作用下形成双链的DNA。
易错辨析(1)用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(　　)(2)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(　　)(3)为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。(　　)
(4)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。(　　)(5)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。(　　)(6)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测。(　　)
三、基因工程的应用及蛋白质工程
1.基因工程的应用(1)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　　　　植物的品质(如新花色矮牵牛)。 (2)动物基因工程:用于提高动物　　　　　　　　　　;用于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的　　　　等。 
(3)基因工程在医药卫生领域的应用①对微生物或动植物的细胞进行　　　　　　使它们能够生产药物。 ②利用基因工程技术,可以让哺乳动物批量生产药物,如乳腺生物反应器。(4)利用基因工程培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理　　　　　　　　。 
2.基因诊断与基因治疗　　　　　　　其常用的方法是DNA分子杂交技术(1)基因诊断:又称为DNA诊断,是采用　　　　　　　　的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。 (2)基因治疗①概念:把　　　　　　　　导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。 ②成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶,然后再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型免疫缺陷症。
3.蛋白质工程(1)概念
旁栏边角(选修3 P21“正文信息”)科学家将药用蛋白基因与　　　　　　　　　　　　　　　等调控组件重组在一起,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的　　　　　　中,然后,将受精卵送入母体内,使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 
易错辨析(1)应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达。(　　)(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因与导入了动物的乳腺细胞中。(　　)(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(　　)
角度一、基因工程的基本工具及操作程序考向探究考向1基因工程的工具及其作用1.(2021全国乙)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种限制性核酸内切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·cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中　　　　　　　　　　酶切割后的 DNA片段可以用E·cli 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。 (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  　　　　　　　　　。 
答案 (1)EcRⅠ、PstⅠ　EcRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　一个至多个限制酶切割位点　用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,能存活的细胞含有质粒载体　(4)一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位
考向2基因工程的操作程序2.病毒(V)可诱发恶性肿瘤,病毒外壳蛋白L1是其主要抗原。下图是该病毒疫苗生产的部分流程示意图。请回答下列问题。
(1)要在生物体外大量获得L1基因,常用　　　　　技术。构建含L1基因的重组质粒时,为避免质粒和目的基因自身环化等情况,应选择的限制酶是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)①过程需用　　　　　　处理大肠杆菌,使其成为　　　　　细胞。 (3)为了确认酵母菌转化是否成功,可在培养基中加入　　　　　　　　　　　　　　进行筛选,转化后的酵母菌是否含有L1基因,可用　　　　　　　　　　　　技术检测。 (4)若要使转化后的酵母菌只具有单一抗生素抗性,应选用限制酶　　　　　　　切割重组质粒,并在切割后将所需部分质粒重新连接为环状。 (5)酵母菌常用于基因工程,用来合成人体中的酶、激素等。与大肠杆菌相比,用酵母菌作为基因工程的受体细胞的优点是　　　　　　　　　　。 
答案 (1)PCR　HindⅢ和EcRⅠ　(2)Ca2+　感受态　(3)四环素和氨苄青霉素　DNA分子杂交　(4)BglⅡ　(5)酵母菌是真核生物,可在细胞内完成对蛋白质的加工,无需再进行体外加工(合理即可)
考向3 PCR技术及其应用3. 菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花,培育出抗虫菊花。下图是获得转基因菊花的技术流程,请据图回答下列问题。
注:卡那霉素抗性基因(kanR)作为标记基因,菊花叶片对卡那霉素高度敏感。
(1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒,可用　　　　　　　处理土壤农杆菌,使其处于　　　　　　以便吸收重组质粒。 (2)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的特点,使目的基因进入受体细胞中,并插入菊花细胞的　　　　　　　　　　　　上,最终形成转基因植株。 (3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和　　　　　　　　的培养基中,在适宜条件下进行培养,筛选转基因菊花。 (4)可用　　　　　　方法检测转基因菊花是否含有目的基因,使用该方法时,需根据抗虫基因的核苷酸序列设计　 　个特异性引物,以转基因菊花的DNA为模板进行第一轮扩增。 
(5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛2龄幼虫,实验结果如下表所示。
①对照组应饲喂等量的　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②据表分析,　　　　　　　　　　　　　　　差异显著,说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。 
答案 (1)Ca2+(或CaCl2)　感受态　(2)感染菊花(或植物)细胞,并将T-DNA转移至受体细胞　染色体DNA　(3)卡那霉素　(4)PCR　2　(5)①非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料的混合物　②实验组与对照组死亡率
方法突破1.基因组文库与cDNA文库的比较
2.如何筛选出含有目的基因的受体细胞(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。
(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。
3.选择限制酶的两个依据
(1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲可选择PstⅠ,不能选择SmaⅠ。②为避免目的基因和质粒的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,如图甲也可选择用PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类①切割质粒和目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性末端。②质粒上有标记基因等,所选限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中选SmaⅠ会破坏标记基因。③如果所选限制酶的切割位点不止一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
角度二、DNA的粗提取与鉴定考向探究
1.(2022山东)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是(　　)A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
答案 B解析 低温时DNA酶的活性较低,过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解,A项正确。离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀,B项错误。沸水浴条件下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色,C项正确。由于是粗提取,因此粗提取的DNA中很可能含有蛋白质,D项正确。
2.如图所示为鸡血细胞中DNA的粗提取和鉴定实验过程中的部分操作示意图,请据图分析,回答下列问题。
(1)图示操作的正确顺序是　　　　　　　　　　　　(用图中字母与箭头表示)。 (2)在提取过程中使用不同浓度的NaCl溶液的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)步骤A的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　,其依据的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)向烧杯中加入　　　　　　　　试剂,　　　　　　　　后,如果出现　　　　　,则证明最终提取到的物质的主要成分为DNA。 (5)实验室利用洋葱等植物样品提取DNA时,须先破碎细胞,此时需添加食盐和　　　　　进行研磨,添加该物质的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)某学生试图用羊血代替鸡血进行实验,结果没有成功,其原因最可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)C→B→E→D→A　(2)利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同,去除DNA溶液中的杂质　(3)析出并获得较纯净的DNA　DNA不溶于酒精溶液,但细胞中的某些蛋白质则溶于酒精　(4)二苯胺　沸水浴加热　蓝色　(5)洗涤剂　溶解细胞膜　(6)羊血含DNA太少(或哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核)
方法突破1.DNA的粗提取与鉴定实验中的“二、三、四”
2.DNA粗提取实验中的四点注意事项
角度一、基因工程的应用考向探究1.(2021广东)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题。(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有　　　　　　　　　　　(答出两种即可)。 (2)高质量的 DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有　　　　　　　(答出两种即可)。 (3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备　　　　　　细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有　　　　　　。 (4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是　　　　　。在分子水平上,可以通过改变　　　 　　　　,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。 
答案 (1)从基因文库中获取、人工合成　(2)酶解法(用蛋白酶水解蛋白质)、高温处理　(3)感受态　抗原—抗体杂交技术　(4)反应产生的肌醇量少　基因的结构
2.(2022广东)“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。(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　　　　　　　　　。 
(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。 
答案 (1)引物　(2)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)二氧化碳等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长　(4)废物的资源化　不仅不排放二氧化碳,而且还可以利用工业废气中的二氧化碳
角度二、蛋白质工程及应用
考向探究(2022湖南)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题。(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是　　　　　,物质b是　　　　　。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是　　　　　　　　　　　　。 
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有　　　　　　、　　　　　和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的　　　　　(填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)多肽链　mRNA　密码子的简并性　(2)化学合成法　从基因文库中获取　DNA双链复制　(3)种类　组成两种蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同以及蛋白质的空间结构不同(4)取三支试管,分别放入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素,再分别加入等量的同一动物的新鲜血液,静置一段时间后,观察三支试管中血液凝集情况
1.(2022全国乙)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　　　　　　　　　。 
(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  　。 
答案 (1)逆转录酶(或反转录酶)　(2)特异性核苷酸序列　退火(或复性)　(3)曾感染新冠病毒,已康复(或已接种新冠疫苗)　已感染新冠病毒　(4)人工合成法获取蛋白S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
2.(2021湖南)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验,将外源DNA片段F插入M基因的特定位置,再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A,流程如图所示。回答下列问题。
(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中,切割质粒DNA的工具酶是　　　　　　　　　,这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的　　　　　　　　　断开。 
(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,需要定期更换培养液,目的是　　　　　　　　　　。 (3)与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率更低,原因是　　　　　　　　　。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞,在形态上表现为　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可),功能上具有　　　　　　　　　　　。 (4)鉴定转基因动物:以免疫小鼠的　　　　淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合,筛选融合杂种细胞,制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路。　　　　　　　。