第4章 重难加强课(4) 基因工程操作程序中的考点透析（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

重难加强课(四)　基因工程操作程序中的考点透析 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 重难疑突破练(4) 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 章末质量检测(四) 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第四章 基因工程 谢谢观看！ eq \a\vs4\al(一、正确选择适当的限制酶) [典例体验1]　图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3AⅠ三种限制性内切核酸酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。 图(a) 根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是____________________________________________________ ____________________________________________________________________________________。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是__________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________。 (3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________________和____________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________________。 解析　(1)由题图可知，BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制性内切核酸酶的共同识别序列是 eq \a\vs4\al(——GATC——,——CTAG——) ，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamHⅠ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶，其中T4 DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。 答案　(1)Sau3AⅠ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可)　(3)E.coli DNA连接酶　T4 DNA连接酶　T4 DNA连接酶(其他合理答案也可) [归纳总结]　选择限制酶的技巧 (1)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)。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。 ②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因。 [对点集训1]　干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物流程如图所示。请回答下列问题： 限制酶 识别序列和切割位点 EcoRⅠ BamHⅠ SmaⅠ ApaⅠ (1)首先获取的动物干扰素基因称为________。利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是________________________________。 (2)过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是________和________。酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列________。 (3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用________处理根瘤农杆菌，其目的是____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________。 (4)在培育愈伤组织的固体培养基中，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。卡那霉素的作用是_________________________。在分子水平上通常采用____________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。 解析　(1)在基因工程中，获取的动物干扰素基因称为目的基因。利用PCR技术扩增干扰素基因时，需要依据干扰素基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列。(2)题干显示：干扰素基因中存在SmaⅠ的识别位点，若使用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则会破坏干扰素基因，因此过程①所示的构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割。BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点位于目的基因的两侧，质粒上也有BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点，因此过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是BamHⅠ和EcoRⅠ。因BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点不同，所以酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列不相同。(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时， 常用Ca2＋处理根瘤农杆菌，使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上。(4)重组质粒中含有的抗卡那霉素基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因，便于筛选。可见，在培育愈伤组织的固体培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。在分子水平上检测干扰素基因是否导入受体细胞，通常采用DNA分子杂交技术。 答案　(1)目的基因　干扰素基因两端的部分核苷酸序列 (2)BamHⅠ　EcoRⅠ　不相同　(3)Ca2＋　使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上 (4)筛选出导入重组质粒的植物细胞　DNA分子杂交 二、启动子、终止子、起始密码子、终止密码子辨析 [典例体验2]　2019年曲阜某蔬菜基地栽种了一种抗虫大白菜，这是运用转基因技术把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因DXT转移到大白菜细胞中培育而成的，在这一过程中要进行基因表达载体的构建。根据所学知识推断，作为重组载体应具备的结构有(　　) A．目的基因、启动子 B．起始密码子、目的基因、终止密码子、标记基因 C．目的基因、启动子、终止子 D．启动子、目的基因、终止子、标记基因 D　[苏云金芽孢杆菌的抗虫基因是目的基因；将目的基因插入载体质粒后，要想目的基因得到成功表达，还需要在目的基因前插入启动子，在目的基因后插入终止子；此外为了便于筛选出含有目的基因的受体细胞，还要求运载体上有标记基因。因此，作为重组载体应具备的结构有目的基因、启动子、终止子、标记基因等。] [归纳总结] 1．启动子、终止子、起始密码子、终止密码子辨析 (1)从定义上区分 ①启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。 ②终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。 ③密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的密码子有61种，另外3种是终止密码子。 ④终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。 ⑤起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。 (2)从本质上区别 启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。 2．基因表达载体中启动子、终止子的来源 (1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，目的基因中已含有启动子、终止子，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上接上特定的启动子、终止子。 (2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。 [对点集训2]　下列有关基因工程中启动子的说法正确的是(　　) A．启动子是一段特殊的RNA片段 B．启动子是DNA聚合酶的识别和结合位点 C．启动子可以驱动基因的转录 D．启动子和起始密码子是同一概念 C　[启动子是一段有特殊结构的DNA片段，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录形成信使RNA，起始密码子存在于mRNA上，是翻译的起点，C项正确。] [对点集训3]　作为基因表达载体，必需具备的组成部分是(　　) ①启动子　②终止密码子　③标记基因　④目的基因　⑤终止子 A．①②③④　　　　　　 B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③⑤ B　[基因表达载体的必需组成部分包括①启动子、③标记基因、④目的基因、⑤终止子。] [对点集训4]　质粒是常用的基因工程载体。下图是某种天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图(标示了部分基因及部分限制酶的作用位点)，据图分析下列说法正确的是(　　) A．图中的终止子是由三个相邻碱基组成的终止密码 B．用农杆菌转化法可将该质粒构建的表达载体导入动物细胞 C．用限制酶Ⅱ处理能防止该质粒构建的表达载体引起植物疯长 D．用限制酶Ⅰ和DNA连接酶改造后的质粒无法被限制酶Ⅱ切割 C　[终止子是DNA上的一段序列，而终止密码子是mRNA上的三个相邻的碱基组成，A项错误；用农杆菌转化法可将该质粒构建的表达载体导入植物细胞，B项错误；由于限制酶Ⅱ所在的序列能编码产物控制合成细胞分裂素，因此用限制酶Ⅱ处理会破坏该序列，导致细胞分裂素不能正常合成，因此能防止该质粒构建的表达载体引起植物疯长，C项正确；由图示可知，用限制酶Ⅰ和DNA连接酶改造后的质粒能被限制酶Ⅱ切割，D项错误。] 三、PCR技术(多聚酶链式反应)扩增DNA片段 [典例体验3]　利用PCR技术可以快速扩增特定基因，下列有关PCR技术的叙述正确的是(　　) A．需要加入解旋酶使模板DNA序列解旋 B．需要不断加入作为引物的核苷酸序列 C．反应需要的DNA聚合酶必须不断的加进反应体系中 D．反应必须在相对稳定的温度条件下进行 B　[PCR技术利用高温将氢键打开，不需要解旋酶的催化，A项错误；模板链只要加入一次，而引物片段必须不断加入，耐高温DNA聚合酶、DNA连接酶可以反复使用，B项正确；反应需要的耐高温的DNA聚合酶可以反复使用，不需要不断的加进到反应当中，C项错误；PCR技术在这个过程中温度不断地发生改变，而且变化较大，D项错误。] [归纳总结] 1．PCR原理：在一定的缓冲溶液中提供DNA模板，分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸，耐高温的DNA聚合酶，同时控制温度使DNA复制在体外反复进行。 2．PCR反应过程 (1)变性：当温度上升到90～95℃时，双链DNA解旋为单链，如下图： (2)退火：系统温度下降至50～60℃时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，如下图： (3)延伸：当系统温度上升至72℃左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在耐高温的TaqDNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，如下图： 3．结果 ①PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。 ②两引物间固定长度的DNA序列呈指数扩增(即2n)。 [对点集训5]　SRY基因为Y染色体上的性别决定基因，可用SRY­PCR法鉴定胚胎性别，其基本程序如图。相关说法正确的是(　　) eq \x(\a\al(提取少量胚,胎细胞DNA)) eq \o(――――――――――→,\s\up17(SRY基因引物)) eq \x(\a\al(PCR,扩增)) ―→ eq \x(\a\al(大量,DNA)) ―→ eq \x(\a\al(SRY探,针检测)) A．PCR扩增的操作步骤依次是：高温变性、中温复性、低温延伸 B．上述过程需要使用的工具酶之一是RNA聚合酶 C．PCR技术中以核糖核苷酸为原料，以指数方式扩增 D．SRY探针能与雄性胚胎样品中的DNA配对 D　[PCR扩增的操作步骤依次是高温变性、低温退火及适温延伸等，A项错误；上述过程需要使用的工具酶之一是耐高温的DNA聚合酶，B项错误；PCR技术的原理是DNA双链的复制，其产物是大量的DNA，所以需要以脱氧核糖核苷酸为原料，C项错误；SRY基因为Y染色体上的性别决定基因，SRY探针是用位于Y染色体上的性别决定基因(SRY基因)制成的，因此SRY探针能与雄性胚胎样品中的DNA配对，D项正确。] [对点集训6]　下列关于PCR技术的叙述，正确的是(　　) A．PCR技术建立在对扩增的目的基因序列完全已知的基础上 B．该技术需要解旋酶和热稳定的DNA聚合酶 C．该技术需要一对特异性的引物，要求一对引物的序列是互补的 D．该技术利用DNA双链复制原理，也需要模板、原料、能量、酶等条件 D　[利用PCR技术扩增目的基因时，只需知道目的基因两端的序列，便于设计引物，A项错误；PCR技术通过高温使DNA解旋，不需要解旋酶，B项错误；该技术需要的一对引物，在复性过程中能分别与模板DNA两条链的3′末端的碱基配对，其序列不是互补的，C项错误；PCR技术的原理是DNA复制，该技术也需要模板、原料、酶等条件，D项正确。] eq \a\vs4\al(四、基因表达载体的构建过程及转化细胞分析) [典例体验4]　科学家将人的生长激素基因与某种细菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达(如下图)。请据图分析回答： (1)细菌是理想的受体细胞，这是因为它________________________________。 (2)质粒A与目的基因结合时，首先需要用________________酶将质粒切开“缺口”，然后用________酶将质粒与目的基因“缝合”起来。 (3)若将细菌B先接种在含有____________的培养基上能生长，说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；若将细菌B再重新接种在含有________的培养基上不能生长，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。 解析　(1)细菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等优点，因此是基因工程中的理想的受体细胞。 (2)构建基因表达载体时，需先用限制酶分别切割目的基因和载体，再用DNA连接酶将两者连接起来。 (3)质粒A和重组质粒中都有完整的氨苄青霉素抗性基因，因此细菌有氨苄青霉素抗性说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；重组质粒中四环素抗性基因内插入了目的基因，不能表达，因此若细菌再对四环素无抗性，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。 答案　(1)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少　(2)限制性内切核酸　DNA连接　(3)氨苄青霉素　四环素 [归纳总结] 1．诠释基因表达载体 (1)分段解读 (2)载体上标记基因的标记原理辨析 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力——当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，倘若在选择培养基中不能存活，则表明无质粒转入，当然不会有“目的基因”转入，能存活时必含该载体，原理如下图所示： 2．如何筛选出含有目的基因的受体细胞 (1)原理：将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入某种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。如图，目的基因插入了四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。 (2)被转化的细菌有三种：含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含质粒的细菌。 (3)筛选方法：将细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用灭菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5菌落。最后，可在含氨苄青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。 [对点集训7]　质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如下图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组细菌的外源基因插入点，正确的一组是(　　) 细菌在含氨苄青霉素 培养基上生长情况 细菌在含四环素 培养基上生长情况 ① 能生长 能生长 ② 能生长 不能生长 ③ 不能生长 能生长 A．①是a和b；②是b；③是a B．①是a和b；②是a；③是b C．①是c；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b C　[第①组中细菌能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；细菌能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因没有被破坏。由此可知，外源基因插入的位置是c；第②组中细胞能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；细菌不能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因被破坏。由此可知，外源基因插入的位置是b；第③组中，细胞不能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因被破坏；细菌能在含四环素培养基上的生长，说明抗四环素基因没有被破坏。由此可知，外源基因插入的位置是a。因此①、②、③三种重组后细菌的外源基因插入点分别是c、b、a。] [对点集训8]　据下图分析，下列有关基因工程的说法不正确的是(　　) A．为防止目的基因与质粒任意结合而影响基因的表达，应用限制酶Ⅰ、Ⅱ同时切割二者 B．限制酶、DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 C．与启动子结合的应该是RNA聚合酶 D．能够检测到标记基因表达产物的受体细胞中，也一定会有目的基因的表达产物 D　[将质粒与目的基因进行切割、连接时，不能保证二者全部成功连接，因此，导入了原质粒的受体细胞中能检测到标记基因的表达产物，但是不一定会检测到目的基因的表达产物。] $$