(新高考)高考生物一轮复习课件第10单元第6课时基因工程的基本工具和基本操作程序(含解析)

第第6课时课时课标要求1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。3.按照实验操作步骤，进行DNA的粗提取与鉴定实验。4.利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。考点一重组DNA技术的基本工具考点二基因工程的基本操作程序考点三DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定内容索引重温高考 真题演练课时精练重组DNA技术的基本工具考点一1.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。梳理归纳 夯实必备知识人们的愿望转基因生物类型生物产品分子重组DNA拓展基因工程的理论基础基因工程的理论基础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”)原核生物数千特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端(2)DNA连接酶磷酸二酯键大肠杆菌黏性末端黏性末端(3)载体环状双链DNA分子噬菌体有一个至多个自我复制受体DNA标记教材隐性知识(1)源源于于选选择择性性必必修修3 P71“旁旁栏栏思思考考”：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。限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？提示限制酶不切割自身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。教材隐性知识(2)源于选择性必修源于选择性必修3 P72“旁栏思考旁栏思考”：DNA连接酶和DNA聚合酶(填“是”或“不是”)一回事。原因是：DNA连接酶连接的是，而DNA聚合酶是把单个的连接到已有的DNA片段上。起作用时需要以一条DNA链为模板，而不需要模板。不是两个DNA片段脱氧核苷酸DNA聚合酶DNA连接酶延伸应用(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择Pst，而不选择Sma。(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Sma。图解限制酶的选择原则图解限制酶的选择原则延伸应用(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Pst；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Pst和EcoR两种限制酶。图解限制酶的选择原则图解限制酶的选择原则考向一限制酶和考向一限制酶和DNA连接酶连接酶1.(2022长春市高三期中)下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法中，错误的是考向突破强化关键能力注：注：Y为C或T，R为A或G。限制酶名称识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRCAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGGA.Hind、Sma两种限制酶切割后形成平末端B.Sau3A限制酶的切割位点在识别序列的外部C.BamH和Sau3A两种限制酶切割后形成相同的黏性末端D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列限制酶名称识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRCAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGGHind、Sma两种限制酶沿着中轴线切口切开，切割后形成平末端，A项正确；Sau3A限制酶识别GATC序列，切割位点在识别序列的外部，B项正确；BamH限制酶识别GGATCC序列，Sau3A限制酶识别GATC序列，切割后形成相同的黏性末端GATC，C项正确；Hind能识别GTCAAC，也能识别GTTAAC，D项错误。限制酶名称识别序列和切割位点限制酶名称 识别序列和切割位点BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRCAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGG2.第三代疫苗DNA疫苗是指将编码保护性抗原蛋白的基因(如图甲)插入到适宜的质粒(如图乙)中得到的重组DNA分子，将其导入人体内，在人体细胞内表达的产物可直接诱导机体免疫应答，且可持续一段时间。限制性内切核酸酶的切点分别是Bgl、EcoR和Sau3A。下列分析错误的是A.构建DNA疫苗时，可用Bgl和Sau3A切割目的基因和质粒B.图乙中只用EcoR切割后的质粒，含有2个游离的磷酸基团C.用EcoR切割目的基因和质粒，再用DNA连接酶连接，只产生1种连接产物D.抗原基因在体内表达时不需要解旋酶从图甲看出，用EcoR切割目的基因后两端各有一个切口，与图乙中EcoR切口对接时，可有两种可能，即可产生两种重组DNA，C项错误；基因表达包括转录和翻译，转录时不需要解旋酶，在RNA聚合酶的作用下，DNA即可解旋，D项正确。考向二基因工程载体的应用考向二基因工程载体的应用3.质粒是基因工程最常用的载体，下列有关质粒的说法正确的是A.质粒不仅存在于细菌中，也存在于某些病毒中B.细菌的基因只存在于质粒上C.质粒为小型环状DNA分子D.质粒是基因工程中的重要工具酶之一4.下列有关基因工程中载体的说法，正确的是A.在进行基因工程操作中，被用作载体的质粒都是天然质粒B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体C.质粒是一种独立于细菌染色体外的链状DNA分子D.作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴定和选择的标记基因在进行基因工程操作中，被用作载体的质粒是在天然质粒的基础上进行过人工改造的，A错误；具有一至多个限制酶切点、具有标记基因的质粒才可以作为基因工程中的载体，B错误；质粒是一种独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的环状DNA分子，C错误；作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴定和选择的标记基因，而且能在受体细胞中复制并稳定保存，D正确。基因工程的基本操作程序考点二1.目的基因的筛选与获取(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞或获得预期等的基因。(2)筛选合适的目的基因从相关的已知的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。利用和序列比对工具进行筛选。(3)目的基因的获取人工合成。常用特异性地快速扩增目的基因梳理归纳 夯实必备知识性状表达产物结构和功能清晰序列数据库目的基因PCR归纳总结PCR技术和技术和DNA复制复制的比较的比较易错提醒(1)在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成的原料，又可为DNA的合成提供。(2)引物既可以是DNA单链，也可以为。细胞内的DNA进行复制时，也需要，一般为RNA片段。(3)真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加。DNA子链能量RNA单链引物Mg2Mg2PCR技术和技术和DNA复制复制的比较的比较易错提醒(4)PCR扩增过程中的循环图示与规律PCR技术和技术和DNA复制复制的比较的比较易错提醒循环次数123nDNA分子数2_含引物A(或B)的DNA分子数1_482n372n1PCR技术和技术和DNA复制复制的比较的比较易错提醒同时含引物A、B的NA分子数0212_共消耗的引物数量22112622121423122n12222262322n2PCR技术和技术和DNA复制复制的比较的比较教材隐性知识源源于于选选择择性性必必修修3 P77“相相关关信信息息”：Bt抗虫蛋白基因产生的Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈，肠道细胞也无特异性受体，因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生危害。酸性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，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达载体的组成及作用在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代启动子标记基因(3)构建过程易错提醒项目启动子终止子起始密码子终止密码子本质_位置目的基因上游目的基因下游mRNA首端mRNA尾端功能_DNADNAmRNAmRNARNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA使转录在所需要的地方停下来翻译的起始信号(编码氨基酸)翻译的结束信号(不编码氨基酸)启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比3.将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法、_显微注射法处理法受体细胞_原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的TDNA中农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态基因表达载体导入花粉受精卵Ca2管通道法体细胞或受精卵辨析(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持_的过程。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是。(2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入，第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的TDNA拼接到受体细胞的上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的TDNA导入。稳定和表达基因重组TDNA染色体DNA农杆菌受体细胞(3)农杆菌特点能在自然条件下侵染和，而对大多数_没有侵染能力。农杆菌细胞内含有，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA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。辨析双子叶植物裸子植物单子叶植物Ti质粒4.目的基因的检测与鉴定考向一目的基因的获取考向一目的基因的获取5.利用PCR既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。下列有关PCR的叙述，错误的是A.PCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶B.变性过程中，双链DNA的解开不需要解旋酶C.复性过程中，引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则D.延伸过程中，需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸考向突破强化关键能力6.利用重叠延伸PCR技术进行定点突变可以实现对纤维素酶基因进行合理性改造，其过程如下图所示。下列分析不正确的是A.PCR1过程中的产物AB是依赖引物a和引物b扩增的结果B.引物c和引物b上均含有与模板链不能互补的碱基C.过程需要先加热至90以上后再冷却至50左右D.过程需要利用引物a和引物d获得突变产物AD考向二基因工程的基本操作程序考向二基因工程的基本操作程序7.(2022云南高三联考)戊型肝炎病毒是一种RNA病毒，ORF2基因编码的结构蛋白(pORF2)位于病毒表面，构成病毒的衣壳。我国科研人员利用基因工程技术，在大肠杆菌中表达pORF2，制备戊型肝炎疫苗，过程如图。下列关于该疫苗的叙述，正确的是A.过程需要的酶是RNA聚合酶，原料是A、U、G、CB.重组基因表达载体上的启动子需来源于戊型肝炎病毒C.过程需要用聚乙二醇处理大肠杆菌使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态D.过程大量制备pORF2蛋白前应做相应的检测与鉴定戊型肝炎病毒是一种RNA病毒，过程是以病毒RNA为模板合成DNA，获取目的基因的过程，需要的酶是逆转录酶，原料是四种脱氧核苷酸，A项错误；启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是供RNA聚合酶的识别结合以驱动目的基因的转录，启动子具有物种或组织特异性，构建在大肠杆菌细胞内特异表达pORF2蛋白的载体时，需要选择大肠杆菌细胞的启动子，而不能选择其他物种和组织细胞的启动子，B项错误；将目的基因导入微生物细胞的方法是Ca2处理法，需要用Ca2处理大肠杆菌，增大大肠杆菌细胞壁的透过性，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，C项错误。8.某质粒上有Sal、Hind、BamH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