2025届高三生物二轮复习课件专题八-③基因工程

专题八 生物技术与工程 1 壹 贰 发酵工程 细胞工程 目录/ DIRECTORY 叁 基因工程的操作工具和步骤 肆 PCR技术和基因编辑技术及其应用 2 叁 基因工程的操作工具和步骤 3 核心考点 考试频次 考题统计 DNA重组技术的工具 3年5次 （2024 贵州卷）DNA重组技术的工具 （2024 江西卷）基因工程与微生物综合 （2024 湖南卷）DNA重组技术的工具与酶 （2023 湖北卷）DNA重组技术的工具与单克隆抗体 基因工程的基本操作程序 3年56次 （2024 广西卷）基因表达载体的构建 （2024 天津卷）将目的基因导入受体细胞 （2024 福建卷）基因工程的基本操作步骤 （2024 重庆卷）基因表达载体的构建 基因工程及应用 3年9次 （2024 江西卷）基因工程应用 （2024 河北卷）基因工程与疫苗 （2024 海南卷）基因工程与制药 本部分的命题以非选择题为主，属于高考必考内容。题目内容多，难度往往较大，试题情境新颖，核心素养侧重对科学思维和科学探究的考查。 4 基因工程 工具 限制酶 特点：专一性 结果： 平末端 黏性末端 DNA连接酶 T4DNA连接酶 E.coliDNA连接酶 载体 通常是用质粒，噬菌体、动植物病毒也可以。 操作程序 目的基因的筛选与获取 基因表达载体的构建（核心） 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 常用方法：PCR扩增 植物：农杆菌转化法 动物：显微注射法（导入受精卵） 微生物：钙离子处理法 分子水平：PCR、抗原-抗体杂交技术 蛋白质工程 个体水平检测：接种实验 操作对象：基因 结果：改造蛋白质、制造新蛋白质 5 深化点(一)　基因工程的主要操作步骤 [例1]　(2024·西安模拟)青蒿素是有效的抗疟疾药物,但野生黄花蒿中青蒿素的产量较低。为缓解青蒿素供应不足的状况,科学家将基因tms和tmr导入黄花蒿的愈伤组织,获得了黄花蒿的冠瘿组织,改造过程用到的部分结构如图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.将目的基因导入黄花蒿愈伤组 织细胞常用的方法是农杆菌转化 法 B.图中P位于基因的上游,作用是 RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录 C.图中缺少标记基因,标记基因的作用是表达出目的基因产物 D.欲检测目的基因是否导入冠瘿组织细胞的染色体DNA上可采用PCR技术 C 便于重组DNA分子的筛选 [解析]　将目的基因导入黄花蒿愈伤组织细胞常用的方法是农杆菌转化法,A正确;图中P为启动子,位于基因的上游,作用是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录,B正确;图中缺少标记基因,标记基因的作用是便于重组DNA分子的筛选,C错误;要检测目的基因是否导入冠瘿组织细胞的染色体DNA上,可采用PCR技术,D正确。 1.(2024·普洱期末)培育转基因生物时,需要在体外对DNA分子进行“切割”“改造”和“拼接”。限制酶是常使用的工具酶之一,下图表示4种限制酶的识别序列及切割位点。下列叙述错误的是(　　) A.4种限制酶都能催化磷酸二酯键断开 B.限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成 C.经EcoRⅠ切割后和经MunⅠ切割后的DNA片段黏性末端可以互补 D.限制酶主要来源于原核生物,能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列 B 少数由4个、8个或其他数量的核苷酸组成 解析:限制酶的作用是使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,并具有专一性,A正确;大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成,B错误;经EcoRⅠ切割后和经MunⅠ切割后的DNA片段都有AATT末端,故二者可以互补,C正确;限制酶主要来源于原核生物,能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并在特定的部位加以切割,D正确。 2.(2023·全国甲卷)接种疫苗是预防传染病的一项重要措施,乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的传播,降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原(一种病毒蛋白)。回答下列问题。 (1)接种上述重组乙肝疫苗不会在人体中产生乙肝病毒,原因是________________________________________________________________________________________________________________。 (2)制备重组乙肝疫苗时,需要利用重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因(目的基因)导入酵母细胞中表达。重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因,抗生素抗性基因的作用是___________________________________________________________。能识别载体中的启动子并驱动目的基因转录的酶是_________。    重组乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原,由于不含乙肝病毒的遗传物质,接种该疫苗不会在人体中产生乙肝病毒　 鉴别受体细胞(酵母菌)中是否含有目的基因(乙肝病毒表面抗原基因),从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来 RNA聚合酶 解析:重组乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原,由于不含乙肝病毒的遗传物质,故接种该疫苗不会在人体中产生乙肝病毒。 解析:抗生素抗性基因为标记基因,其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段,位于基因的上游,它是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需要的蛋白质。 (3)目的基因导入酵母细胞后,若要检测目的基因是否插入染色体中,需要从酵母细胞中提取_____________进行DNA分子杂交,DNA分子杂交时应使用的探针是______________________________________________________。  (4)若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白,请简要写出实验思路。__________________________________________________________________________________。  基因组DNA 用放射性同位素等标记的含有乙肝病毒表面抗原基因的DNA片段　 从转基因酵母菌中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,观察是否有杂交带出现 解析:目的基因导入酵母细胞后,若要检测目的基因是否插入染色体中,可采用DNA分子杂交技术,即将酵母细胞中的基因组DNA提取出来,在含有乙肝病毒表面抗原基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针与基因组DNA杂交,如果显示出杂交带,就表明目的基因已插入染色体DNA中。 解析:若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白,应从转基因酵母菌中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,若有杂交带出现,表明目的基因在酵母细胞中表达出目的蛋白。 深化点(二)　限制酶的选取与基因表达载体的构建 1.限制酶的选择技巧 (1)根据目的基因两端的限制酶切点选择限制酶 ①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择限制酶SmaⅠ。 ②为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点,如图乙)。 深化点(二)　限制酶的选取与基因表达载体的构建 1.限制酶的选择技巧 (2)根据质粒的特点选择限制酶(如图) 深化点(二)　限制酶的选取与基因表达载体的构建 2.基因表达载体的构建过程(如图) 微点拨:利用PCR进行检测,观察能否正常进行扩增,以确定目的基因是正向连接还是反向连接。 [例2]　(2024·江西高考)γ-氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产γ-氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A,构建了以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coli B。下列叙述正确的是 (　　) A.上图表明,可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB B.E.coli B发酵生产γ-氨基丁 酸时,L-谷氨酸钠的作用是供能 C.E.coli A和E.coli B都能高效 降解γ-氨基丁酸 D.可以用其他酶替代Nco Ⅰ和 Kpn Ⅰ构建重组质粒 A 不确定 [解析]　研究人员采用题图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A,说明可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB,A正确;由题意分析可知,E.coli B以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸,该过程中L-谷氨酸钠的作用不是供能,B错误;γ-氨基丁酸是E.coli A导入L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)后形成的菌株E.coli B的产物,两者都不能高效降解γ-氨基丁酸,C错误;图中质粒上含有NcoⅠ和KpnⅠ的酶切位点,但不确定是否含其他限制酶的酶切位点,因而不确定是否可以用其他酶替代NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒,D错误。 3.(2024·白银模拟)普通棉花中β-甘露糖苷酶(GhMnaA2)基因表达出的GhMnaA2能催化半纤维素降解,使棉纤维长度变短。为了培育长绒棉,科研人员构建了反义GhMnaA2基因表达载体(将正义GhMnaA2基因与载体反向连接),获得了转基因长绒棉新品种,具体过程如图所示,SmaⅠ、NotⅠ、HindⅢ和BamHⅠ为酶切位点。用SmaⅠ和NotⅠ切割某正义表达载体可获得3 kb、18 kb、28 kb、59 kb 4种长度的DNA片段。下列叙述正确的是(　　) A.正义GhMnaA2基因的转录方向 是B→A B.①过程所得到的表达载体均 为反义表达载体 C.反义GhMnaA2基因可能通 过抑制GhMnaA2基因的翻译 来保证棉纤维长度 D.用NotⅠ切割反义表达载体获得的DNA片段的长度为21 kb和87 kb C A→B 也可能为正义表达载体 18 kb+28 kb=46 kb和3 kb+59 kb=62 kb 解析:由题图可知,NotⅠ的酶切位点靠近GhMnaA2基因转录的起始端,其转录方向是A→B,A错误;①过程得到的表达载体可能为反义表达载体,也可能为正义表达载体,B错误;反义GhMnaA2基因转录出来的mRNA与正常转录的mRNA互补,从而阻止其与核糖体结合,即反义GhMnaA2基因可能通过抑制GhMnaA2基因的翻译来保证棉纤维长度,C正确;用SmaⅠ和NotⅠ切割正义表达载体可获得3 kb、18 kb、28 kb、59 kb 4种长度的DNA片段,结合题图分析可知,NotⅠ切割反义表达载体获得的DNA片段的长度应分别为18 kb+28 kb=46 kb和3 kb+59 kb=62 kb,D错误。 4.(2024·西安模拟)为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是 (　　) A.T⁃DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上 B.利用物质K和氨苄青霉素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落 C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株 D.提高培养基中细胞分裂素 和生长素的比值,有利于诱 导生芽 B 不会出现农杆菌的蓝色菌落 解析:农杆菌中的Ti质粒上的T⁃DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,将目的基因(基因G)插入到Ti质粒的T⁃DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因(基因G)整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上,A正确;农杆菌属于原核生物,含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,故不会出现农杆菌的蓝色菌落,B错误;根据题意可知,报告基因的产物能催化无色物质K呈现蓝色,而愈伤组织表面残留的农杆菌会导致未转化的愈伤组织能在含除草剂的培养基中生长,因此利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株,C正确;提高培养基中细胞分裂素和生长素的比值,有利于诱导生芽,D正确。 5.酵母菌是一种能够引发有机源或者动物源物质发酵的真菌,它有许多分类,其中酿酒酵母是与人类关系较为密切的一种酵母菌。我国是世界上啤酒生产和消费大国,啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。请回答下列问题: (1)为了制备啤酒酵母分离培养基,实验人员将马铃薯去皮切块后高压煮沸,过滤后补加蒸馏水至1 L,加入葡萄糖和琼脂后加热融化。将马铃薯高压煮沸的目的是____,该培养基的碳源主要包括_____________,用于装培养基的培养皿一般用_______法进行灭菌处理。  (2)啤酒在工业化生产过程中,发酵过程分为　　　　　　　　　　　　　　　两个阶段。第一阶段结束后,发酵液在________________________的环境下储存一段时间进行第二阶段,形成澄清、成熟的啤酒。  灭菌　 淀粉和葡萄糖等　 干热灭菌 主发酵、后发酵　低温、密闭 解析:实验人员对马铃薯去皮切块后高压煮沸,主要目的是灭菌(或防止杂菌污染);该培养基的碳源主要包括马铃薯中的淀粉和加入的葡萄糖;用于装培养基的培养皿一般用干热灭菌法进行灭菌处理。解析:啤酒在工业化生产过程中,发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。 (3)图甲所示为用酿酒酵母生产乙肝疫苗的过程图,回答相关问题:①研究人员拟用PCR扩增目的基因片段,已知目的基因的一条链为5'-ATTCCATATC……CCATGCC-3'。在PCR反应体系中需加入缓冲液、引物、4种脱氧核苷酸、含目的基因的DNA模板以及_____________。设计了一条引物为5'-GGCATG-3',另一条引物为_______________ (写出6个碱基即可)。  ②要形成有效的重组质粒,选择适当的限制酶很重要,根据图乙和图丙可知,选择_______________最佳,原因是______________________。 ③在添加卡那霉素和四环素的培养基中有少量菌落,说明了_______________________。  耐高温的DNA聚合酶 5'-ATTCCA-3'　 BamHⅠ和EcoRⅠ 既防止了质粒和目的基因的自身环化和反向连接,又便于筛选出含有目的基因的受体细胞 这些菌落不含目的基因 解析:①在PCR反应体系中需加入缓冲液、引物、4种脱氧核苷酸、含目的基因的DNA模板以及耐高温的DNA聚合酶。根据目的基因的一条链可以推出另一条链两端的序列,根据引物的5'端对应模板链的3'端,可推出两条引物的序列分别为5'-GGCATG -3'和5'-ATTCCA-3'。 ②根据图丙可知,EcoRⅤ的限制酶切点在目的基因内部,若用其获取目的基因会破坏目的基因,切割目的基因和质粒的限制酶应该是相同的,以保证有相同的黏性末端,因此选择BamHⅠ和EcoRⅠ最佳。分别使用BamHⅠ和EcoRⅠ限制酶切割,质粒和目的基因两端不会形成相同黏性末端,在连接酶的作用下不会发生自身环化,还可以防止反向连接,最终在连接酶的作用下只会出现目的基因与质粒成功重组和没有进行重组的质粒,此外,还有利于筛选出含有目的基因的受体细胞。 ③由于构建重组质粒时,BamHⅠ会破坏质粒中的四环素抗性基因,因此若在添加卡那霉素和四环素的培养基中有少量菌落,则说明这些菌落不含目的基因。 $$