2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第6讲基因工程的基本工具课件

这是一份2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第6讲基因工程的基本工具课件，共48页。PPT课件主要包含了考情研读·备考定位，人们的愿望，转基因，生物类型，生物产品，DNA分子，重组DNA，2DNA连接酶，3载体，精准命题等内容，欢迎下载使用。
考点一　重组DNA技术的基本工具
必备知识 · 夯实基础
知|识|巩|固1．基因工程的概念(1)手段：按照_______________，通过_________等技术，赋予生物新的遗传特性。(2)目的：创造出更符合人们需要的新的_________和___________。(3)水平：___________水平。由于在DNA分子水平上进行设计和施工，因此又叫作___________技术。
2．重组DNA技术的基本工具(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)
思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)限制酶能够识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的氢键断开。( 　　)(2)限制酶在识别序列中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开形成的是黏性末端，在识别序列中心轴线处切开形成的是平末端。( 　　)(3)基因工程中用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶、载体。( 　　)(4)质粒上标记基因的存在，是便于重组DNA分子的筛选。( 　　)
延|伸|探|究1．限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？原核生物中存在限制酶的意义是什么？提示：原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。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．DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？提示：不是。DNA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。
3．天然的DNA分子是否可以直接用作基因工程载体？为什么？提示：不可以。具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等特点的DNA分子才可以直接用作基因工程的载体。实际上天然的DNA分子一般不完全具备上述条件，往往需经过人工改造后才能用于基因工程操作。
剖析难点 · 考点突破
重|难|精|讲1．基因工程的理论基础
2．图解限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。
(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，如图甲中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，如图甲也可选择PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶。
特别提醒：(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端或平末端。(3)限制酶在识别序列中心轴线两侧切开形成的是黏性末端，而在识别序列中心轴线处切开形成的是平末端。
3．与DNA有关的几种酶的比较
考向　围绕基因工程的基本工具，考查科学思维　(2024·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，ne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HindⅢ切割质粒和外源DNAB．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
解析：切割目的基因时，用BamHⅠ切割会破坏目的基因，只用PstⅠ切割目的基因和质粒载体，会出现目的基因和质粒的自身环化，或目的基因和质粒的反向连接，而用PstⅠ和HindⅢ进行酶切，能确保目的基因和质粒的正向连接，并且质粒上保留新霉素抗性基因作为标记基因，A、C正确；在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因，至少需保留其中的一个，B正确；用PstⅠ切割后，质粒上氨苄青霉素抗性基因被破坏了，导入重组质粒的大肠杆菌不可以在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。
根据质粒的特点确定限制酶的种类
〔变式训练〕　(2021·全国乙卷)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.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 DNAl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_______________。
EcRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcRⅤ
(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____________________________________________________________________________________。
一至多个限制酶切割位点
用含有该抗生素的培养基培养宿主
位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程
解析：(1)限制酶EcRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割形成的是平末端，E.cli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接平末端的效率较低。因此图中EcR Ⅰ和Pst Ⅰ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.cli DNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4 DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接时形成磷酸二酯键。
(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因的载体，质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性内切核酸酶的酶切位点，供外源DNA片段插入其中。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。
考点二　DNA的粗提取与鉴定
知|识|巩|固1．实验原理
提醒：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。
延|伸|探|究1．DNA的粗提取实验中过滤能否用滤纸代替纱布？为什么？提示：不可以。因为DNA会被吸附到滤纸上而大量损失，影响最终提取的DNA量。2．实验过程要充分地搅拌和研磨，如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响？提示：研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，导致看不到丝状沉淀物，用二苯胺鉴定不显示蓝色。
3．实验过程中应如何使用玻璃棒搅拌？为什么？提示：搅拌时玻璃棒不能直插烧杯底部，搅拌要轻缓，并向一个方向搅拌以便获得较完整的DNA分子。
考向　围绕DNA的粗提取与鉴定，考查实验探究能力 　下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是( 　　)A．向放有洋葱的研钵中加入适量研磨液研磨后会释放DNAB．在含DNA的上清液中加入95%的冷酒精会出现白色丝状物C．将丝状物加入2 ml/L的NaCl溶液的目的是溶解DNAD．将丝状物直接加入二苯胺试剂中，沸水浴冷却后会出现蓝色
解析： 将丝状物溶于2 ml/L的NaCl溶液后，再加入二苯胺试剂，沸水浴冷却后会出现蓝色，D错误。
〔变式训练〕　下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图，相关叙述错误的是( 　　)A．图1、2中溶液c、b分别是体积分数为95%的预冷酒精和2 ml/L的NaCl溶液B．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C．图1所示操作的原理是DNA不能溶于酒精，而蛋白质等杂质溶于酒精D．图2试管1的作用是证明物质的量浓度为2 ml/L的NaCl溶液遇二苯胺出现蓝色
解析：图1表示在上清液中加入体积相等的、预冷的体积分数为95%的酒精溶液，DNA析出，用玻璃棒搅拌卷起的丝状物就是粗提取的DNA，图2中溶液b是2 ml/L的NaCl溶液，作为鉴定DNA的对照组，A正确；图2所示实验的试管中，溶液的液面高于烧杯中的液面，可能导致加热不充分，试管2中蓝色变化不明显，B正确；图1所示操作的原理是DNA不能溶于酒精，而蛋白质等杂质能溶于酒精，C正确；图2试管1起对照作用，目的是证明沸水浴条件下，物质的量浓度为2 ml/L的NaCl溶液遇二苯胺不会出现蓝色，而DNA遇二苯胺出现蓝色，D错误。
素养提升 · 强化思维
1．(2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( 　　)A．若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同B．若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因C．若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D．若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
解析：若用HindⅢ酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，A正确；若用PvuⅠ酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B正确；DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段，重组质粒的大小与质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C正确；SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用SphⅠ酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在含Tet的培养基中不能形成菌落，D错误。故选D。
2．(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错误。故选D。
3．(2023·山西卷)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( 　　)A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.cli DNA连接酶连接B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.cli DNA连接酶连接
解析： 酶3切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA连接酶连接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D错误。故选C。
4．(2022·山东卷)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
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正确；离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，可能有蛋白质不溶于酒精，在95%的冷酒精中与DNA一块儿析出，故粗提取的DNA中可能含有蛋白质，D正确。
5．(2021·湖北卷)限制性内切核酸酶EcRⅠ识别并切割 双链DNA，用EcRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( 　　)A．6 B.250 C.4 000 D.24 000