考点47 基因工程（精讲课件）-备战2025年高考生物一轮复习考点帮（新高考通用）

第10单元 生物技术与工程 第3课时 基因工程 打造卓越，赢在起点——2025年高考一轮复习 课标要求 考情分析 2024山东卷（9分） 2023湖北卷（2分） 2023广东卷（9分） 2023山东卷（7分） 2023湖北卷（7分） 2022湖南卷（12分） 2022重庆卷（2分） 基因工程是高考考査的热点、重点和难点。近几年考查的内容比例和难度均有所增加，各种题型均有，以非选择题为主，对能力要求较高，与最新理论和技术联系密切，题目信息量大，情境新颖，大多来自大学教材和最新科研论文，核心素养侧重对科学思维和科学探究的考查。 热点预测与趋势分析各个知识点都有出题的可能性。重点是：PCR技术、电泳技术和基因表达的调控机制等。 素养目标 考情分析 SZ-LWH × (1)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(　　) (2)E.coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。(　　) (3)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。(　　) (4)用PCR方法扩增目的基因时必须知道基因的全部序列。(　　) (5)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。(　　) (6)应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达。(　　) (7)将目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。(　　) × √ √ × × × 自主回顾·素养储备 易 错 辨 析 DNA的粗提取与鉴定 重组DNA技术的基本工具 基因工程的基本操作程序 名师在线·考点预览 精讲精练+考向强化+核心归纳+能力提升 考点1 考点2 考点3 目 录 基因工程（重组DNA技术）概述 1 原理： 操作水平： 操作对象： 操作技术： 结果： 意义： 基因重组 分子水平 基因 转基因等技术 赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品 定向改造生物性状； 克服远缘杂交不亲和障碍 一、重组DNA技术的基本工具 重组DNA技术的基本工具 2 1.限制性内切核酸酶（也称“限制酶”） 来源： 特点： 结果： 主要是从 中分离纯化来的 识别双链DNA分子的 ，使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开 ①产生黏性末端，②产生平末端 EcoRⅠ识别的序列 （大部分限制酶切割结果为（黏性末端） 切点 切点 Hae Ⅲ识别的序列 原核生物 特定核苷酸序列 一、重组DNA技术的基本工具 2.DNA连接酶 作用： 类型： 将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 。 E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源： 作用： 来源： 作用： 大肠杆菌 只连接 . T4噬菌体 缝合黏性末端和平末端（效率较 .）. 磷酸二酯键 黏性末端 低 一、重组DNA技术的基本工具 3.载体 种类： 特点： 作用： 质粒（常用载体）：环状双链DNA分子 动植物病毒 噬菌体 ①稳定存在并能自我复制，或整合到受体DNA上同步复制 ②一个至多个限制酶切割位点 ③具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选 将外源基因送入受体细胞，在受体细胞内对目的基因进行大量复制 一、重组DNA技术的基本工具 　　　项目 种类　　　 作用底物 作用部位 作用结果 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA(水解)酶 DNA解旋酶 DNA分子 磷酸二酯键 形成黏性末 端或平末端 DNA分子片段 磷酸二酯键 连接DNA分子片段 脱氧核苷酸 磷酸二酯键 形成新DNA分子 DNA分子 磷酸二酯键 形成脱氧核苷酸 DNA分子 碱基对间的氢键 形成单链DNA分子 与DNA有关的酶的比较 提升·关键能力 限制酶的选择方法 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。 (1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。 (2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。 (3)为避免目的基因和质粒的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，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)，与图乙所示质粒连接。 提升·关键能力 考向1 基因工程所需工具酶 1.某质粒分子其中一条链的部分核苷酸序列为—CGAGCCGAATTCTGCGCCTATAGGCCTCGA—, 限制酶EcoRⅠ在单链上的识别序列为—GAATTC—。下列叙述正确的是(　　) A.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定位点断开DNA B.用EcoRⅠ酶切割该质粒,至少会产生2个片段 C.与其互补片段相比,该单链片段中A与T的和所占比例较大 D.一个该质粒复制n次,得到的双链都是新合成的质粒有(2n-1)个 考点 强化训练 考向2 载体的作用及特点 2.下图甲、乙中标注了相关限制酶的酶切位点,下列关于培育转基因大肠杆菌的叙述,错误的是(　　) A.若通过PCR技术提取该目的基因应该选用引物甲和引物丙 B.构建基因表达载体,可选用BamHⅠ剪切 C.构建基因表达载体时为了防止目的基因和质粒的自身环化,可以选用BclⅠ和HindⅢ剪切 D.在导入目的基因的受体细胞中,四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因不能同时表达 考点 强化训练 DNA的粗提取与鉴定 重组DNA技术的基本工具 基因工程的基本操作程序 名师在线·考点预览 精讲精练+考向强化+核心归纳+能力提升 考点1 考点2 考点3 目 录 目的基因的筛选与获取 1 1.目的基因： 在基因工程的设计和操作中，用于 或获得预期基因表达产物等的基因。 2.明确目的基因的方法： （1）从相关的已知 的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。 （2）利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。 改变受体细胞性状 结构和功能清晰 二、基因工程的基本操作程序 3.获取目的基因的方法 （1）通过构建 来获取目的基因 （2）人工合成目的基因 前提：基因比较小，核苷酸序列已知 方法：通过DNA合成仪用化学方法直接合成 （3）通过 特异性的快速扩增目的基因 基因文库 PCR 二、基因工程的基本操作程序 4.利用PCR获取和扩增目的基因 （1）含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （2）原理： 。 （3）条件 DNA模板： 四种脱氧核苷酸： 引物（2种）： Taq DNA聚合酶： 缓冲溶液： 提供DNA复制的模板 合成子链DNA的原料（dNTP） 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸 耐高温的DNA聚合酶（催化形成磷酸二酯键） 一般添加Mg2+,激活真核细胞和细菌的DNA聚合物 DNA半保留复制 二、基因工程的基本操作程序 （4）PCR扩增过程 （5）PCR的结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约2n）。 （6）PCR产物的鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。 二、基因工程的基本操作程序 PCR技术和DNA复制的比较 提升·关键能力 原核细胞的基因结构 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 与RNA聚合酶结合位点 启动子 终止子 ①不编码蛋白质 编码蛋白质 编码区 （编码序列） 非编码区 （非编码序列） 原核细胞 基因结构 ②调控遗传信息表达的核苷酸序列，如启动子、终止子等 提升·关键能力 编码区 非编码区 非编码区 DNA聚合酶 有关的酶 RNA聚合酶 mRNA前体 mRNA 单链DNA cDNA 逆转录酶 转录 剪接 逆转录 复制 启动子 终止子 基因 (以真核生物的逆转录过程为例) 逆(反)转录法 以mRNA为模板, 反转录产生的目的基因中没有内含子、启动子和终止子。 (目的基因) 提升·关键能力 基因表达载体的构建——基因工程的核心 2 1.基因表达载体的组成及作用 RNA聚合酶识别和结合的部位（基因的上游）；驱动基因转录出mRNA 编码蛋白质的基因或具有调控作用的因子 转录的终点，在转录过程中起调控作用 鉴定受体细胞中是否含有目的基因 复制原点是载体DNA复制的起点，若复制原点被破坏，则载体将不能复制 二、基因工程的基本操作程序 2.基因表达载体构建的过程 二、基因工程的基本操作程序 3.将目的基因导入受体细胞 只有该步骤没有涉及碱基互补配对原则 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射法 Ca2+处理法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入Ti质粒的T—DNA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 二、基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 类型 检测内容 方法 分子水平的检测 受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 PCR等技术 目的基因是否转录出了mRNA 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原—抗体杂交技术 个体生物学水平的鉴定 个体是否具有相应性状 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等 二、基因工程的基本操作程序 考向1 目的基因的筛选与获取 1.Kisspeptin(Kp)是脊椎动物的一种肽类激素,对下丘脑分泌促性腺激素释放激素(GnRH)的神经元有活化作用。研究者为探究Kp、GnRH以及GnRH受体的相关基因在下丘脑和垂体中的表达情况,提取下丘脑和垂体中的RNA,采用RT-PCR扩增DNA(RT是反转录)进行检测。下列叙述错误的是(　　) A.RT-PCR过程需要的酶有反转录酶、耐高温的DNA聚合酶 B.PCR扩增时能以相关基因的mRNA的核苷酸序列为依据设计引物 C.检测RT-PCR的产物可采用DNA分子杂交和荧光分子杂交技术 D.可检测到Kp、GnRH、GnRH受体相关基因均在下丘脑中表达量最高 考点 强化训练 考向2 基因表达载体的构建 2.右图为基因表达载体的模式图,下列有关基因工程中载体的说法,错误的是(　　) A.基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建 B.基因表达载体的构建并不一定相同 C.图中启动子位于目的基因的首端,是核糖体识别和结合的部位 D.抗生素抗性基因的作用是作为标记基因,用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 考点 强化训练 考向3 将目的基因导入不同受体细胞的操作 3.菊花是一种双子叶植物,易感桃蚜。桃蚜不但直接影响植物生长,还是多种植物病毒的传播媒介。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长。某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花。下列有关叙述错误的是(　　) A.受体细胞可以选择菊花叶片细胞或桃蚜细胞 B.将目的基因GNA插入Ti质粒的T-DNA上构建表达载体 C.菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞 D.应用抗虫接种实验,检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度 考点 强化训练 DNA的粗提取与鉴定 重组DNA技术的基本工具 基因工程的基本操作程序 名师在线·考点预览 精讲精练+考向强化+核心归纳+能力提升 考点1 考点2 考点3 目 录 DNA提取思路与原理 1 1.提取的基本思路： 利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和 化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。 2.实验原理： （1）DNA不溶于 ，但某些蛋白质溶于 。 （2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/LNaCl溶液。 （3）在一定温度下， 。 酒精 酒精 DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 三、DNA的粗提取与鉴定 材料用具 2 1.选材 DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香菜、菠菜、菜花和猪肝等。 不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。 ！ 三、DNA的粗提取与鉴定 2.试剂 试剂 作用 研磨液 体积分数为95%的酒精 析出DNA 2mol/L的NaCl溶液 溶解DNA 二苯胺试剂 鉴定DNA，要 现配现用 蒸馏水 三、DNA的粗提取与鉴定 方法步骤 3 1.取材研磨：称取30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨（破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中） 2.过滤或离心取上清液： 方法一：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。 方法二：直接将研磨液倒入塑料离心管中，1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。 上清液中除DNA之外，可能含有哪些杂质？ 可能含有核蛋白、多糖等杂质 低温放置几分钟的作用： 抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA的降解；抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出 三、DNA的粗提取与鉴定 3.预冷酒精析出DNA或离心管收集沉淀中的DNA 方法一：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%），静置2—3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分。 搅拌时应轻缓、并沿一个方向：减少DNA的断裂，以获得完整的DNA分子。 酒精预冷的作用：低温抑制核酸水解酶的活性，抑制DNA降解；低温抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；低温有利于增加DNA的柔韧性，减少断裂。 方法二：将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA）晾干。 三、DNA的粗提取与鉴定 4.NaCl溶液溶解DNA并鉴定 组别 试剂 处理 结果 对照组 2mol/L的NaCl溶液5mL 4mL的二苯胺试剂 实验组 2mol/L的NaCl溶液5mL 4mL的二苯胺试剂 丝状物或沉淀物 溶液蓝色的深浅与 溶液中DNA的含量多少有关。 三、DNA的粗提取与鉴定 进一步探究 4 1.如果选用鸡血细胞进行实验，如何快速破碎细胞？ 2.有时会在DNA滤液中添加嫩肉粉（木瓜蛋白酶）。这样有什么好处？ 3.有时还会反复利用不同浓度的NaCl溶液来溶解、析出DNA，试猜想该操作的目的？ 将鸡血细胞置于蒸馏水中，待细胞涨破后，收集滤液。 利用蛋白质分解杂质蛋白，不分解DNA，有利于DNA与蛋白质分开。 进一步纯化DNA——用高浓度盐溶液溶解DNA，能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质；用低盐溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。 三、DNA的粗提取与鉴定 考向1 DNA的提取和鉴定 1.下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图,相关叙述正确的是(　　) A.图1中溶液a是物质的量浓度为0.14 mol/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能溶于酒精,而蛋白质等杂质不溶 D.图2中的试管1的作用是证明物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺出现蓝色 考点 强化训练 1.(选择性必修3 P67)基因工程：____________________________________ _______________________________________________________________。 2.(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链DNA分子的　　　　　序列，并且使每一条链中特定部位的　　　　　断开。 3.(选择性必修3 P72)载体上有特殊的标记基因，便于　　　　　　　　　。 4.(选择性必修3 P77)PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供 　　　　　、　　　　、4种　　　　　和耐高温的　　　　　。 按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋 予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 特定核苷酸 磷酸二酯键 重组DNA分子的筛选 DNA模板 2种引物 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 5.(选择性必修3 P80)基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，还必须含有　　　　　　　等。 6.(选择性必修3 P81)转化：________________________________________ _____________________。 启动子、终止子 目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内 维持稳定和表达的过程 7.(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将　　　　　　与乳腺中______ 　　　　　　　　等调控元件重组在一起，通过　　　　的方法导入哺乳动物的　　　中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌　　来生产所需要的药物。 8.(选择性必修3 P91)用转基因动物做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入　　　　　　，以抑制_________________________________ 　　　　　，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 药用蛋白基因 特异表 达的基因的启动子 显微注射 受精卵 乳汁 某种调节因子 抗原决定基因的表达，或设法除去抗 原决定基因 9.(选择性必修3 P93)蛋白质工程是指以______________________________ 　　　　　作为基础，通过　　　　　　　，来改造现有蛋白质，或制造　　　　　　　，以满足　　　　　　　的需求。 10.(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产　　　　　　　　　　　。 11.(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过____ 　　　　　来完成。 12.(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路是从　　　　　　　　出发→设计预期的　　　　　→推测应有的　　　　　→找到并改变相对应的 　　　　　　　(基因)或　　　　　　→获得　　　　　　　。 蛋白质分子的结构规律及其与生物 功能的关系 改造或合成基因 一种新的蛋白质 人类生产和生活 自然界中已存在的蛋白质 改造 或合成基因 预期的蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 合成新的基因 所需要的蛋白质 谢谢! 打造卓越，赢在起点 $$