第3章 基因工程 章末 核心素养统率下的单元整体教学设计(课件PPT)-【新课程学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 单选）

章末 核心素养统率下的 单元整体教学设计 CONTENTS 目录 1 3 生命观念 科学探究 2 科学思维 4 社会责任 NO.1 生命观念 生命的信息观 　　生命系统是一个信息系统。遗传信息是这个系统的重要组成部分,它既可以按照中心法则纵向地在不同生物大分子之间传递,也可以横向地在同种生物大分子(如DNA分子)之间传递,基因工程就是通过人工操作让遗传信息在DNA分子水平上进行传递。通过学习基因工程的基本原理和操作程序,学生可以对生命的信息观有更深入地理解和思考。 同时,学生还可以认识到遗传信息之所以能在不同种的生物的DNA分子之间传递,赋予生物新的遗传特性,这与生物界的统一性——几乎所有生物体共用一套遗传密码是分不开的,从而有利于深入理解生物的多样性和统一性的辩证关系。 [浸润素养] 1.下列生物技术操作对遗传物质的改变,不会遗传给子代的是(　　) A.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者进行治疗 B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经植物组织培养获得花色变异的植株 C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出分泌低乳糖乳汁的奶牛 D.将含胰岛素基因的重组质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌 √ 解析:将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者进行治疗时不会改变其他细胞的基因组成,且淋巴细胞不能进行减数分裂产生配子,所以不会遗传给子代,A符合题意;将花青素代谢基因导入植物体细胞,经植物组织培养获得花色变异的植株,说明花青素代谢基因可表达,花色变异的植株细胞中都含花青素代谢基因,因而能遗传给子代, B不符合题意;将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出的产低乳糖乳汁的奶牛细胞中都含肠乳糖酶基因,能遗传给子代,C不符合题意;将含胰岛素基因的重组质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌,重组质粒能随细菌分裂而遗传给后代,D不符合题意。 2.如图表示DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,下列选项中,表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用图解的正确顺序是 (　　) A.①②③④ B.②①④③ C.①④②③ D.①④③② √ 解析:①表示将一个DNA片段切割成两个,并且形成了黏性末端,需要用限制酶;②表示将两个DNA片段连接起来,需要用DNA连接酶;③表示解旋过程,需要用解旋酶;④表示DNA复制过程,需要用DNA聚合酶。故C符合题意。 NO.2 科学思维 本章内容的重点是培养学生的技术思维和工程思维。 技术思维的过程是“需求分析→技术反思→技术原理→技术建构→技术系统”。本章通过抗虫棉的培育对重组DNA技术的介绍就体现了这一思维路径,学生在经历这个思维过程后,更能体会到技术的创新性、精巧性和实用性。 工程思维是价值定向的思维,教材介绍基因工程可以将使用传统杂交育种的方法培育不出的抗虫棉培育成功,产生了很大的经济效益和社会效益,就是让学生看见工程思维的价值。工程思维最本质的特征是创造性。基因工程的操作随着技术的进步在不断优化,突出了工程思维的创造性,强化了工程实践过程中的优化意识。工程思维的核心是系统分析和比较权衡,本章通过一些习题来发展学生比较权衡的思维。例如,本章“复习与提高”第3题指出,科学家提出了2种利用基因工程技术来减少施用氮肥的生产成本及可能造成的环境污染的方案,让学生利用学过的知识,比较哪种方案更容易实现;如果它们都能实现,再权衡哪种方案更值得推广。 　[浸润素养] 1.核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)导入动物体细胞内,并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。如图为针对某种RNA病毒抗原(S蛋白)研制DNA疫苗和RNA疫苗的思路: 下列相关叙述正确的是 (　　) A.该疫苗中核酸可作为抗原刺激人体产生体液免疫 B.步骤①中对S基因进行扩增,需要用到DNA聚合酶和解旋酶 C.步骤②构建重组表达载体,其S基因应插入载体,只需不破坏标记基因 D.核酸疫苗能在人体细胞中成功表达S蛋白,说明了该RNA病毒与人体共用一套遗传密码 √ 解析:该疫苗中核酸用来编码抗原蛋白,核酸本身不能作为抗原刺激人体产生体液免疫,A错误;步骤①中对S基因进行扩增,利用的是PCR技术,该过程需要用到耐高温的DNA聚合酶,不需要解旋酶,B错误;步骤②构建重组表达载体,其S基因应插入载体,不能破坏标记基因、启动子序列和终止子序列等,C错误;核酸疫苗中的核酸源自某种RNA病毒,其在人体细胞中能成功表达S蛋白,说明了该RNA病毒与人体共用一套遗传密码,D正确。 2.CRISPR/Cas9是一种高效的基因编辑技术,Cas9基因表达的Cas9蛋白像一把“分子剪刀”,在单链向导RNA(sgRNA)引导下,切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。CRISPR/Cas9基因编辑技术的工作原理如图所示。 回答下列问题: (1)过程①中,为构建CRISPR/Cas9重组质粒,需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理,然后将其插入到经相同酶酶切处理过的质粒上,插入时所需要的酶是____________________。  解析:基因工程所需的工具酶有限制酶和DNA连接酶,限制酶负责切割,DNA连接酶负责连接,因此为构建CRISPR/Cas9重组质粒,需对含有特定sgRNA编码序列的DNA进行酶切处理,然后将其插入到经相同酶切处理过的质粒上,插入时所需要的酶是DNA连接酶。 DNA连接酶 (2)过程②中,将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是____________。  解析: 大肠杆菌是原核生物,属于微生物,将目的基因导入微生物细胞的方法是Ca2+处理法。 Ca2+处理法 (3)过程③~⑤中,sgRNA与Cas9蛋白形成复合体,该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合,二者结合所遵循的原则是_________________。随后,Cas9蛋白可切割________________________序列。  碱基互补配对原则 目标DNA特定的核苷酸 解析: 根据题图可知:在CRISPR/Cas9基因编辑技术中,sgRNA是根据靶基因设计的引导RNA,准确引导Cas9切割与sgRNA配对的靶基因DNA序列。sgRNA分子可与目标DNA进行特异性结合的原因在于sgRNA分子上的碱基序列与目标DNA分子上的碱基序列可以通过碱基互补配对,实现sgRNA与目标DNA序列的特定识别,进而定位;由此可见,Cas9在功能上属于限制酶,可切割目标DNA特定的核苷酸序列。 (4)某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入到CRISPR/Cas9质粒中获得重组质粒,随后将其导入到大肠杆菌细胞,通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组DNA中,构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内,将该蛋白酶基因插入到基因组DNA的编辑过程: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。  CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内进行转录和表达,转录的产物 是sgRNA,表达的产物是Cas9蛋白,二者形成复合体,该复合体中的 sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合,Cas9蛋白切割基因组 DNA后,蛋白酶基因插入其中 解析: 根据图示可知:CRISPR/Cas9重组质粒在受体细胞内进行转录和表达,转录的产物是sgRNA,表达的产物是Cas9蛋白,二者形成复合体,该复合体中的sgRNA可识别并与目标DNA序列特异性结合,Cas9蛋白切割基因组DNA后,蛋白酶基因插入其中。 NO.3 科学探究 本章安排了2个“探究·实践”活动。在“DNA的粗提取与鉴定”活动中,教材列举了一些可以选择的实验材料。使用不同的实验材料,提取DNA的方法可能会有所差别,这就给学生提供了自主学习、设计方案进行探究的开放空间。 另一个活动“DNA片段的扩增及电泳鉴定”是让学生体验PCR这一常规的分子生物学实验方法,有助于他们理解PCR的原理,解决一些从生产、生活中提出的探究性问题,如与遗传病诊断、刑侦破案等相关的问题。除此之外,本章安排的课外实践活动“基于网络数据分析基因和蛋白质的序列信息”也能够发展学生的科学探究素养。 　[浸润素养] 1.琼脂糖凝胶电泳常用于基因工程中不同DNA片段的检测,研究人员用EcoRⅠ和SmaⅠ两种限制酶处理某DNA分子,得到图2所示图谱,其中1号泳道是标准DNA样品,2号、3号、4号分别是EcoRⅠ单独处理、SmaⅠ单独处理、两种酶共同处理后的电泳结果;图1为EcoRⅠ切割该DNA分子后的结果。下列说法错误的是(　　) A.EcoRⅠ的识别序列为GAATTC,切割位点在G和A 之间 B.该DNA分子最可能是含1 000碱基对的环状DNA C.据图2可知,该DNA分子中EcoRⅠ和SmaⅠ的酶切位点各有一个 D.EcoRⅠ和SmaⅠ共同处理后,形成2个游离的磷酸基团 √ 解析:由图1可知,EcoRⅠ的识别序列为GAATTC,切割位点在G和A 之间,A正确;由图2分析可知,两种酶单独作用时,均只得到一个条带,而共同作用时得到两个条带,则说明该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA,两种限制酶的酶切位点各有一个且位于不同位置,B、C正确;图2中4号是EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶共同处理后的电泳结果,显示800 bp和200 bp两个条带,其中每个DNA分子有2个游离的磷酸基团,故共有4个游离的磷酸基团,D错误。 2.科研人员提取转基因抗虫棉甲、乙以及非转基因棉丙的基因组DNA,分别用限制酶EcoR Ⅰ完全酶切,得到的产物和抗虫基因一起进行电泳,并将电泳结果转印到尼龙膜上,再利用带放射性标记的DNA探针与尼龙膜上变性的DNA分子进行杂交,洗去未结合的探针后,进行放射性自显影,结果如图所示。下列说法错误的是(　　) A.DNA探针应为带放射性标记的抗虫基因 B.甲、乙植株的基因组中均插入了抗虫基因 C.乙植株的细胞内有可能插入了两个抗虫基因 D.相同位置上的杂交带对应的DNA片段的核苷酸序列相同 √ 解析:根据题图分析可知,抗虫基因是已知的基因,且有条带,说明DNA探针应为带放射性标记的抗虫基因,A正确;甲和乙都有条带,说明甲、乙植株的基因组中均插入了抗虫基因,B正确;乙有两个条带,说明乙的基因组中插入了两个抗虫基因,C正确;甲和乙有位置相同的条带,相同位置上杂交带对应DNA片段长度相同,但脱氧核苷酸序列不一定相同,D错误。 3.CTAB法是一种提取植物DNA的方法。CTAB是一种阳离子去污剂,能与核酸形成复合物,在高盐(>0.7 mol/L NaCl)浓度下可溶,在低盐(0.1~0.5 mol/L NaCl) 浓度下,复合物就因溶解度降低而沉淀,而大部分的蛋白质及多糖等仍溶解于溶液中。通过有机溶剂抽提,去除蛋白质等杂质后,加入异丙醇获得的沉淀物为CTAB与核酸复合物,用体积分数为75%的酒精洗涤可去除CTAB。 (1)CTAB提取液中,NaCl浓度为1.4 mol/L的目的是 ____________________________。步骤④中用体积分数为75%的酒精洗涤沉淀物的目的是去除___________。  解析:根据题干信息可知,CTAB能与核酸形成复合物,在高盐 (>0.7 mol/L NaCl)浓度下可溶,所以NaCl浓度为1.4 mol/L的目的是溶解CTAB与核酸复合物;步骤④中用体积分数为75%的酒精洗涤沉淀物的目的是去除CTAB。 溶解CTAB与核酸复合物 CTAB (2)苹果组织研磨前经液氮冷冻处理,更易于研磨的原因是 ________________________。  解析: 由于冷冻后的细胞易破碎,所以苹果组织研磨前需经液氮冷冻处理。 冷冻后的细胞易破碎 (3)用体积分数为75%的酒精洗涤后的沉淀物中含有RNA,为得到较为纯净的DNA,可先用________________________溶液溶解,然后加入_______酶,然后再重复步骤____________,最后在上清液中加入一定体积的、预冷的____________________________,可以得到纯净的DNA。  解析: 由于DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度较大,所以为了得到较为纯净的DNA可以先用2 mol/L的NaCl溶液溶解,然后加入RNA酶,将RNA水解,重复步骤②,去除RNA酶;由于DNA分子不溶于酒精,而细胞中的某些蛋白质溶于酒精,所以可以加入一定体积的、预冷的体积分数为95%的酒精,得到纯净的DNA。 2 mol/L的NaCl RNA ② 体积分数为95%的酒精 NO.4 社会责任 (一)聚焦科技前沿,渗透爱国主义教育 1.胰高血糖素样肽⁃1(GLP⁃1)是小肠分泌的激素,具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌的功能。内源性GLP⁃1在体内会很快被分解。我国科学家通过蛋白质工程开发的GLP⁃1类似物可作为降血糖药使用,取得了良好效果。下列叙述正确的是(　　) A.GLP⁃1的改造方向是易被GLP⁃1受体识别 B.先设计多肽的氨基酸序列,再设计基因的碱基序列 C.用限制性内切核酸酶从基因数据库中获取目的基因 D.将含目的基因的克隆载体导入生物反应器生产GLP⁃1类似物 √ 解析:内源性GLP⁃1在体内会很快被分解,因此GLP⁃1的改造方向是不易被分解,A错误;B项为对蛋白质工程操作的正确叙述;GLP⁃1类似物为科学家制造的新的蛋白质,基因数据库中没有目的基因序列,不能利用限制性内切核酸酶直接在基因数据库中获取所需基因,应通过检索基因数据库获取所需基因的编码序列,最后再用化学合成法制备,C错误;用生物反应器生产药物蛋白,需将目的基因与所用生物反应器(如乳腺)的特异性表达的蛋白基因相关调控组件重组在一起,再通过显微注射的方法导入到受精卵中,D错误。 2.(2024·临汾期末)我国某科研团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线(如图所示),实现了核心技术的原始创新,为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定了基础。下列有关蛋白质的叙述错误的是 (　　) A.分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较小 B.用该技术设计的工业酶可含有C、H、O、N四种元素 C.设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列 D.蛋白质的合成需要核酸的参与,核酸的合成也需要蛋白质的参与 √ 解析:分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较大,A错误;用该技术设计的工业酶的本质是蛋白质,蛋白质的组成元素为C、H、O、N等,B正确;由图可知,设计蛋白质结构时首先给主链结构设计了氨基酸序列,C正确;核酸指导蛋白质的合成,蛋白质的合成需要核酸的参与,核酸的合成也需要DNA聚合酶、RNA聚合酶等蛋白质的参与,D正确。 (二)关注生物技术应用,服务生产、生活 3.(2024·重庆一中期末)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建基因表达载体,再利用农杆菌转化法进一步转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,研究人员检测了胚乳细胞中Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量,结果如下图所示,下列说法正确的是(　　) A.构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键和氢键 B.与野生型水稻相比,3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同 C.可提取各品系胚乳细胞中的Wx mRNA直接进行PCR扩增后再检测其含量 D.据图推测品系2的Wx基因启动子与RNA聚合酶识别和结合的能力最强,故糯性最高 √ 解析:构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键,A错误;依据题干信息可知,Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了Wx基因的转录水平,但是编码直链淀粉合成酶的碱基序列未改变,所以与野生型水稻相比,3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同,B正确; Wx mRNA需先经过逆转录形成DNA,然后才能进行PCR扩增,C错误;根据图示可知,品系3的Wx mRNA最少,控制合成的直链淀粉分支酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最高,D错误。 4.科学家利用基因定点突变技术,对枯草杆菌碱性蛋白酶BAPB92第188、239和262位氨基酸残基进行改造,构建了突变体BAPB92(A188P)、BAPB92(Q239R)和BAPB92(A188P/V262I)。相对于野生型,BAPB92(A188P)酶活力提高了2.6倍,BAPB92(Q239R)酶活力提高了2.5倍,BAPB92(A188P/V262I)酶活力提高了3.3倍,并且突变体蛋白酶的热稳定性和耐碱情况均得到较大提高。下列相关叙述正确的是 (　　) A.碱性蛋白酶BAPB92的改造无需设计蛋白酶突变体的结构 B.水解替换碱性蛋白酶BAPB92第188位的氨基酸可获得突变体BAPB92(A188P) C.枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程遵循的原理是基因重组 D.三种突变体中BAPB92(A188P/V262I)降低反应活化能的效果最显著 √ 解析:改造碱性蛋白酶BAPB92时,首先要设计蛋白酶突变体的结构,再改造相关的基因,A错误;应通过改变碱性蛋白酶BAPB92第188位的氨基酸对应的碱基序列获得BAPB92(A188P),而不是直接替换氨基酸,B错误;枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程利用基因定点突变技术,基因定点突变遵循的原理是基因突变,C错误;三种突变体中BAPB92(A188P/V262I)酶活力提高最多,降低反应活化能的效果最显著,D正确。 章末质量检测(三)　基因工程 (单击进入电子文档) 本课结束 $$