专题九 破译新情境-通过“基因编辑技术”构建PCR类试题解题思维模型(Word教师用书)-【新高考方案】2023高考生物二轮复习专题增分方略（新教材Ⅱ）

破译新情境——通过“基因编辑技术”构建PCR类试题解题思维模型 “核心价值”命题“金线”(为什么考) “知能素养”命题“银线”(考什么) 　　PCR技术是利用DNA半保留复制原理，在体外扩增DNA分子的一种分子生物学技术，主要用于扩增位于两段已知序列之间的DNA区段。PCR技术应用广泛，可用于新冠病毒的核酸检测，是近几年高考试题的命题热点。 (1)通过分析基因编辑技术的原理和过程，了解此技术在社会实践中的应用。 (2)掌握PCR技术的原理和操作过程。 (3)结合新冠病毒核酸检测，了解PCR技术在生产、生活中的应用。 探究路径(一)　基因编辑技术及其应用 [见识新情境] CRISPR/Cas9基因编辑技术能对基因进行定点编辑，其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割(如图)。CRISPR复合体中sgRNA的主要功能是与靶向基因(目的基因)上特定碱基序列互补，从而定向引导Cas9蛋白与靶向基因结合，并在特定位点切割DNA。 [追根于教材] 1．从功能上来看，CRISPR/Cas9系统相当于基因工程中的限制酶，该系统广泛存在于细菌中，可推测其在细菌中的作用是什么？ 提示：切割外源DNA，使之失效，起到保护自身的目的(或抵抗外源DNA的入侵，保护自身或清除入侵的病毒DNA)。 2．若用CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物，与传统的基因工程相比，其明显优点是什么？ 提示：避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题。 3．CRISPR/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成“脱靶”，sgRNA的识别序列越短，基因编辑的脱靶率越高。请分析原因。 提示：sgRNA的识别序列短，特异性差，容易与其他片段结合造成编辑出错。 4．通过上述材料，你认为CRISPR/Cas9基因编辑技术在哪些方面有广阔的应用前景。 提示：基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能、构建疾病治疗动物模型等。 探究路径(二) 　PCR技术及其应用 一、PCR技术与病毒检测 [见识新情境] 新型冠状病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光 PCR 鉴定。实时荧光 PCR 扩增目的基因，需额外添加荧光标记探针(一小段单链 DNA，可与目的基因中部序列特异性结合)。当探针完整时，不产生荧光。在PCR 过程中，与目的基因结合的探针被Taq DNA聚合酶水解，R与Q分离后，R发出的荧光可被检测到(如图甲)，通过实时荧光PCR 检测新型冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图乙。 [追根于教材] 1．与指数增长期相比，线性增长期目的基因数量的增长率下降，可能的原因是什么？ 提示：Taq DNA聚合酶活性下降、引物浓度下降、原料dNTP浓度下降。 2．Ct值是在PCR扩增过程中，每个反应管内的荧光信号达到设定的荧光阈值时所经历的扩增循环数。请推测样本中初始模板数与Ct值的关系。 提示：当样本中初始模板数越多时，Ct值就越小。 3．某新型冠状病毒核酸检测说明书标明，Ct值≤37判定为阳性，Ct值＞40或无Ct值判定为阴性。图乙所示新型冠状病毒核酸检测结果应判定结果是什么？ 提示：阳性。 4．阴性结果也不能排除新型冠状病毒感染。可能产生假阴性的因素有________(填字母)。 a．取样太早，样本中病毒量少，达不到实时荧光PCR 检测阈值 b．样本被污染，RNA 酶将病毒 RNA 降解 c．病毒发生变异 提示：abc 二、基因定点突变与基因改造 [见识新情境] 重叠延伸PCR技术是一项重要的基因定点突变技术，其主要设计思路是用具有互补配对片段的引物(图中的引物2和3，突起处代表与模板链不能互补的突变位点)，分别进行PCR，获得有重叠链的两种DNA片段，再在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸获得想要的目的基因。水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因中的特定位点引入特定突变，使水蛭素第47位的天冬酰胺 (密码子为AAC、AAU)替换为赖氨酸(密码子为AAA、AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。原理见图。 [追根于教材] 1．若拟突变位点的碱基对为A—T，则需要让其突变为______才能达到目的。引物2的突变位点(突起处)应设计为______(假设引物为单链DNA)。 提示：C—G或T—A　G或A 2．在第一阶段获得两种具有重叠片段DNA的过程中，引物1、引物2组成的反应系统和引物3、引物4组成的反应系统中均进行一次复制，共产生______种DNA分子。该阶段必须将引物1、2和引物3、4置于不同反应系统中，其原因是什么？______________________ ________________________________________。