2024届高考生物二轮复习专题九生物技术与工程第17讲基因工程课件

这是一份2024届高考生物二轮复习专题九生物技术与工程第17讲基因工程课件，共36页。PPT课件主要包含了第17讲基因工程，思维导图体系构建，教材剖析扩展提升，PCR扩增图解，图解蛋白质工程，答案C，答案D等内容，欢迎下载使用。

答案：DNA连接酶　基因表达载体的构建　设计蛋白质结构　脱氧核苷酸序列　基因　自然界没有　酒精　蓝色
1. (选择性必修3 P76“从社会中来”)科学家利用苏云金杆菌的“杀虫基因”转到棉花里，让棉花产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。检测Bt基因是否插入到棉花的DNA上。请简要写出该方法的实验过程，并对结果进行分析。_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：将转基因的棉花的基因组DNA提取出来，将含Bt基因的DNA片段进行PCR技术扩增，并将扩增出的基因片段进行电泳鉴定。若仅出现一条带，表明目的基因已插入到受体细胞的DNA中。
2．(选择性必修3 P80“文字信息”)构建基因表达载体时，为避免DNA片段和载体自身环化及基因表达载体等的任意拼接，应采取何种措施？___________________________________________________________________3. (选择性必修3 P90“资料卡”)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。利用大肠杆菌可构建干扰素工程菌，该工程菌不能生产有活性的干扰素，请解释其原因。______________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：采用不同的限制酶切割，产生不同的黏性末端。
提示：大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体，不具备加工干扰素的能力。
4．(选择性必修3 P102“相关信息”) 转基因植物所携带的目的基因可能传递给非转基因植物，造成基因污染。如果将目的基因导入叶绿体DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________5.(选择性必修3 P54“文字信息”)治疗性克隆获得的组织器官在移植时一般不会出现排异反应，其根本原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：叶绿体基因不会通过花粉传给下一代。
提示：治疗性克隆获得的组织和器官的绝大多数遗传物质和患者相同。
1. 有时为了满足应用需要，会在运载体中人工构建诱导型启动子，其目的是什么？2．做粗提取DNA的实验时，常选用鸡血细胞、猪肝细胞以及新鲜的洋葱、菜花作为实验材料，而不选用猪血细胞，原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________
答案：当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。
答案：鸡血、猪肝以及洋葱、菜花的细胞中含有细胞核，而且以上材料容易获得，而哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和细胞器。
考点一　基因工程(2022·广东卷)“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。
解析：(1)利用PCR技术扩增目标酶基因，首先需要根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物，引物与模板链结合后，耐高温的DNA酶才能从引物的3′端延伸子链。(2)基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于筛选含有基因表达载体的受体细胞，终止子可终止转录，使转录在需要的地方停下来。 (3)重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体大量用于合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以会导致
生长迟缓。(4)根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，以高污染企业排放的二氧化碳等一碳温室气体为原料，实现了废物的资源化，体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看，该技术生产丙酮的过程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，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，所以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，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳
1．图解基因工程的三种工具
2．图解基因工程的操作步骤
3．图解PCR相关知识
特别提醒基因工程操作的四个易错点(1)目的基因的插入位点不是随意的，基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。(3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞的染色体DNA上。(4)启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子；启动子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止。
题点一：围绕基因工程的操作工具，考查理解能力1．(2023·浙江统考一模)用DNA重组技术可以赋予生物新的遗传特性，再利用细胞工程与胚胎工程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和物质。下列叙述正确的是(　　)A．进行基因工程时所用到的工具酶有：限制性内切核酸酶、DNA连接酶和运载体。B．制取单克隆抗体时，要得到分泌特定抗体的杂交瘤细胞需使用选择培养基进行筛选。C．卵裂结束后，囊胚细胞进入下一阶段分化，经过了一系列复杂变化。D．若要使植物获得抗虫性状，可从苏云金杆菌体内提取出凝集素基因转入植物体中。
解析：进行基因工程时所用到的工具酶有：限制性内切核酸酶、DNA连接酶，运载体不是工具酶，A项错误；单克隆抗体制备过程中进行了两次筛选，一次筛选是使用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；另一次筛选是进行抗体阳性检测以筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞，B项错误；高等哺乳动物胚胎发育经历的时期是受精卵→卵裂期→桑葚胚期→囊胚期→原肠胚期→幼体，囊胚期通过一系列的分裂分化进入原肠胚，原肠胚期进行了各种组织器官的分化，C项正确；若要使植物获得抗虫性状，可从苏云金杆菌体内提取出凝集素基因构建基因表达载体，将基因表达载体转入植物体中，D项错误。
题点二：通过基因工程的操作过程，考查综合应用能力2．(2023·广东模考)噬菌体辅助连续进化技术(PACE)将生物分子的实验室进化与噬菌体M13的生命周期结合在一起(该噬菌体的生命周期仅为10分钟)，使实验室中生物分子的进化速度提高了100倍。该技术有望让制药业使用实验室培育出来的蛋白质、核酸等成分按需制药。噬菌体M13的增殖依赖于pⅢ蛋白。PACE技术，首先用某目的基因替换原来的pⅢ蛋白基因，构建含有目的基因的pⅢ蛋白缺陷型噬菌体(SP)，然后用SP侵染培养池中的宿主E.cli(其质粒中含有与目的基因活性相关联的pⅢ蛋白基因)。SP必须进化出有效突变才能启动质粒上pⅢ蛋白基因的表达，噬菌体才能获得增殖能力并持续侵染其他宿主，从而实现连续进化(过程如图所示)。
请回答以下问题：(1)获取目的基因后，常用______________技术对其进行快速扩增。构建pⅢ蛋白缺陷型噬菌体(SP)的遗传改造过程需要用到的工具酶有______________，SP侵染宿主E.cli的过程相当于基因工程基本操作程序中的_______________。(2)宿主E.cli的辅助质粒(AP)包含有与目的基因活性相关联的pⅢ蛋白基因，是为了对噬菌体(SP)进行____________________。除此之外，AP还应包含有________________才能驱动目的基因转录出mRNA。
(3)研究人员向PACE的培养池不断引流入新鲜的宿主细胞，并设置培养液流出速度稍快于宿主细胞的增殖速度，其目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)PCR的原理是DNA的半保留复制，故目的基因快速扩增方法为PCR(或聚合酶链式反应)技术。基因表达载体的构建过程中需要用到的工具酶有限制性内切核酸酶、DNA连接酶，SP侵染宿主E.cli的过程相当于基因工程基本操作程序中的将目的基因导入受体细胞。(2)AP包含有与目的基因活性相关联的pⅢ蛋白基因，是为了对噬菌体(SP)进行筛选(筛选有效突变的噬菌体)，启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，能启动转录，AP要包含有启动子才能
驱动目的基因进行转录。(3)噬菌体是病毒，必须寄生于活细胞才能生存，设置培养液流出速度稍快于宿主细胞的增殖速度，是为了使获得有效突变的噬菌体在培养池中富集并进行连续进化。
答案：(1)PCR(或聚合酶链式反应)　限制酶、DNA连接酶　将目的基因导入受体细胞(2)筛选(筛选有效突变的噬菌体)　启动子(3)使获得有效突变的噬菌体在培养池中富集并进行连续进化(或使获得有效突变的噬菌体可以持续侵染新宿主细胞，或使获得无效突变的噬菌体随培养液流失)。
考点二　DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定(2023·广东卷)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(　　)A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
解析：裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破，释放出DNA等物质，A项正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 ml/L的NaCl溶液，将溶液过滤，即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离，B项正确；DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA纯度，C项正确；将DNA溶解于NaCl，加入二苯胺试剂，沸水浴五分钟，待冷却后，能呈现蓝色，D项错误。
1．DNA粗提取与鉴定原理和实验流程(1)原理①DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，其中在物质的量浓度为0.14 ml/L时最低。②DNA不溶于冷却的酒精，但是细胞中的一些有机物如某些蛋白质则溶于冷却的酒精，可以用冷却的酒精提纯。③DNA遇二苯胺(沸水浴)会被染成蓝色，因此，二苯胺可用来鉴定DNA分子。
(2)实验流程实验材料的选取→破碎细胞，获取含DNA的滤液→去除滤液中的杂质→DNA的析出与鉴定。(3)注意事项①实验材料的选取：凡是含有DNA的生物材料都可以考虑，但是使用DNA含量相对较高的生物组织，成功的可能性更大。②提取和分离DNA用塑料离心管的原因：细胞破碎后释放出的DNA，容易被玻璃容器吸附；由于细胞内DNA的含量本来就比较少，再被玻璃容器吸附去一部分，提取到的DNA就会更少。
2．DNA片段的扩增(1)原理：利用PCR在体外扩增DNA分子。(2)实验用具：PCR仪、微量离心管、微量移液器。(3)实验步骤①移液：按配方用微量移液器向微量离心管中依次加入各组分；②离心：使反应液集中在微量离心管的底部。③反应：设置好PCR仪的循环程序，将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中进行反应。
3．DNA片段的电泳鉴定(1)原理①DNA分子中的可解离基团，在一定的pH条件下会带上正电荷或负电荷。②在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。③在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。④凝胶中的DNA分子通过染色，在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。(2)实验步骤①制胶：提前将模具和梳子准备好，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化，稍冷却后加入适量的核酸染料混匀，倒入模具，并插入梳子。
②形成加样孔：待凝胶溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝胶放入电泳槽内。
④电泳：接通电源，设定电压，待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳。⑤拍照：取出凝胶，置于紫外灯下观察和照相。
特别提醒　PCR实验操作的四点提醒(1)为避免外源DNA等因素的污染，所用仪器、缓冲液、蒸馏水等使用前必须进行高压灭菌处理。(2)缓冲液和酶应分装成小份，并在－20 ℃条件下储存。(3)每添加一种试剂后，移液器上的枪头必须更换。(4)混合均匀后要离心处理，使反应液集中在离心管底部。
题点一：通过DNA粗提取和鉴定，考查实验探究能力1．(2023·广东梅州统考三模)以菜花为材料提取DNA时，需将材料进行研磨，研磨液的成分常含有SDS(蛋白质变性剂)、EDTA(DNA酶抑制剂，稳定DNA活性)、Tris(缓冲剂)。下列有关叙述错误的是(　　)A．若选择鸡血细胞为材料，则省去了研磨过程B．SDS可以使蛋白质变性，便于DNA与蛋白质分离C．EDTA可以防止DNA水解成核糖核苷酸D．Tris可以调节溶液中的pH
解析：鸡血细胞悬浮液作为实验材料，利用细胞吸水涨破的原理，省去了研磨过程，A项正确；SDS是蛋白质变性剂，可使蛋白质结构变得松散，使染色体中DNA和蛋白质分离，B项正确；DNA的基本单位是脱氧核苷酸，EDTA是DNA酶抑制剂，可以防止DNA水解成脱氧核苷酸，C项错误；Tris是缓冲剂，可调节溶液中的pH，D项正确。
题点二：围绕DNA片段的扩增及电泳鉴定，考查实验操作能力2．(2023·广东一模)新冠病毒包膜表面的S蛋白能识别人体细胞膜表面的ACE2受体并导致病毒入侵人体细胞。制备重组亚单位新冠疫苗的线路是：提取新冠病毒RNA→通过RT－PCR(反转录酶聚合酶链式反应)技术扩增筛选RBD蛋白(S蛋白中真正与ACE2结合的关键部分)基因(图1)→构建基因表达载体(图2)→导入CHO细胞并培养→提取并纯化RBD蛋白→制成疫苗。图3为利用电泳技术对PCR的产物进行纯度鉴定，1号泳道为标准(Marker)，2号泳道为阳性对照组，3号泳道为实验组。下列相关叙述错误的是(　　)
A．利用RT-PCR技术获取RBD蛋白基因时，需加入逆转录酶、TaqDNA聚合酶B．利用PCR扩增含有限制酶切点的RBD蛋白基因时，应选择的引物为引物4、引物5C．2号泳道是以(提纯的)RBD蛋白基因片段为材料所做的阳性对照组D．为提高目的基因和运载体的正确连接效率，应选择限制酶EcRⅠ切割
解析：RT-PCR技术是将RNA的反转录和cDNA的聚合酶链式扩增(PCR)相结合的技术，利用RT酶PCR技术，获取S蛋白基因时，需加入逆转录酶、Taq DNA酶，A项正确；引物与模板链的3′端碱基互补配对，故引物1、引物2、引物7和引物8不合适，扩增得到的RBD蛋白基因也应该含有限制酶的酶切位点，故引物3和引物6不合适，故选引物4和引物5，B项正确；PCR的产物可通过电泳