第3章 基因工程章末复习教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章 基因工程 章末复习课 教学分析 · 教学目标 1.通过复习基因工程的基本原理和操作流程，结合抗虫棉研发案例，强化学生的生命观念与科学思维能力，提升对基因工程核心原理和操作逻辑的理解。（生命观念） 2.通过分析基因工程在抗虫棉研发中的应用，梳理基因工程操作流程的逻辑关系，提升学生运用科学思维解决实际问题的能力，提升学生对基因工程原理和应用的系统性理解。（科学思维） 3.通过对蛋白质工程改造抗虫蛋白的复习，让学生回顾实验设计的关键步骤，提升在复习中整合知识、设计实验方案的能力，进一步提升科学探究素养。（科学探究） 4.结合基因工程和蛋白质工程在农业等领域的应用实例，让学生回顾基因工程技术和蛋白质工程技术对社会和人类健康的积极影响，增强对科学知识应用的社会责任感。（社会责任） · 教学重难点 重点： 1.基因工程的基本工具与操作流程（包括PCR扩增目的基因）。 2.基因工程和蛋白质工程在农业等领域的典型应用。 难点： 1.限制酶和载体构建的双酶切策略。 2.PCR扩增过程的关键条件。 · 教学方法 讲授法、讨论法、练习法等教学方法，准备PPT。 · 课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体，学案，PPT等。 情境导入教学设计 中国农科院郭三堆研究员为代表的科研人员通过基因工程的方法，培育出转基因抗虫棉，不仅有效控制了棉铃虫和红铃虫的危害，而且打破了抗虫棉主要依赖美国进口的局面。我国培育出多种类型的转基因抗虫棉新品种，这些新品种不仅保证了棉花高产、稳产、优质，还较好地保护了生态环境，提升了我国农业高新技术的国际竞争力。 尽管 Bt 微生物制剂和转基因抗虫棉已经在全球范围内取得了巨大成功， 但是抗虫蛋白存在毒力有限、抗虫谱较窄、害虫对 Bt 抗虫蛋白的抗性上升等诸多问题，严重制约Bt 抗虫蛋白在未来农业生产中进一步发挥巨大作用。 （设计意图：通过抗虫棉研发案例，自然引入基因工程单元的学习内容，展示基因工程在农业领域的重大成就，帮助学生理解其在解决实际问题中的重要价值。通过引导学生思考“如何通过改造Bt蛋白提升抗虫性能”这一问题，串联基因工程的工具、操作及其应用逻辑，为后续复习任务奠定思维基础。） 任务一、基因工程的基本工具 请结合教材知识，阅读材料，完成学案内容： 【师】资料1：将从苏云金杆菌中获取的Bt基因转入棉花细胞内培育转基因抗虫棉的过程中，需借助多种分子工具且经历多个操作步骤。实验人员使用限制酶EcoR Ⅰ和Nhe Ⅰ切割质粒。如图表示常用的限制酶识别序列和切割位点以及质粒上的限制酶切割位点。请思考以下问题： (1)请用图示法写出限制酶EcoRⅠ和NheⅠ切割后形成黏性末端的过程。 (2)切割图示中的目的基因应选用哪类限制酶？请说明理由。 (3)用两种不同的限制酶切割目的基因的优点是什么？ 【生】限制酶EcoR Ⅰ： 限制酶Nhe Ⅰ： （2）用限制酶MunⅠ和SpeⅠ切割目的基因。限制酶MunⅠ和EcoRⅠ切割后形成的黏性末端相同，限制酶NheⅠ和SpeⅠ切割后形成的黏性末端相同，实验人员使用限制酶EcoRⅠ和NheⅠ切割质粒，应选用MunⅠ和SpeⅠ切割目的基因。 （3）防止质粒和目的基因的自我环化及质粒和目的基因的反向连接。 【师】深度思考：若目的基因内部存在MunⅠ酶切位点，应该如何调整实验方案？ 【生】①寻找与 Mun I 产生相同黏性末端的其他限制酶（同尾酶），以避免内部切割。 ②重新设计引物引入新的酶切位点：通过 PCR 引物设计，在目的基因的两端引入新的酶切位点，避开 MunI的切割位点。 【师】依据所学内容，自主完成迁移拓展1和归纳总结中“限制酶的选择”的相关内容。 【迁移拓展1】(2023·新课标卷，6)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　　) A.质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coliDNA连接酶连接 【归纳总结】限制酶的选择 (1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择 ，而不选择 。 (2)保留 原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择 。若载体上有两个及以上的标记基因，则可合理对其中一些标记基因进行酶切破坏，从而达到比一个标记基因更高的筛选成功率，防止只有一个标记基因时出现的“假阳性”(即未成功导入目的基因的载体也能正常表达标记基因，造成无效筛选)。 (3)善用“双酶切”，注意方向性：目的基因所在序列和载体上存在多种酶切位点时，一般需要选择在目的基因所在序列和载体上都存在切割位点的两种不同的限制酶，对目的基因所在序列和载体进行剪切，即“双酶切法”。其优点是 即用DNA连接酶连接后形成的重组DNA分子上，目的基因和载体启动子的方向(或描述为“RNA聚合酶的移动方向”)必须是相同的，否则目的基因导入后无法正常表达。如图甲、乙也可选择 和 两种限制酶。 (4)巧用“同尾酶”：同尾酶指来源不同，但能产生相同黏性末端的限制酶。当不适合选择某种限制酶时，可用其同尾酶替换，以获得相同的黏性末端。 【生】自主完成迁移拓展1、归纳总结中的内容，进行小组讨论完善答案，进行小组展示。 【迁移拓展1】C 【归纳总结】 （1）PstⅠ SmaⅠ （2）标记基因、启动子、终止子、复制原点 SmaⅠ （3）①防止目的基因环化；②避免目的基因与载体反向连接 Pst Ⅰ EcoR Ⅰ 评价设计： 根据学生迁移拓展1的作答情况及归纳总结的完成情况，通过学生互评、教师点评检测学生对基因工程的基本工具这部分内容的掌握情况。 评价要素 等级A 等级B 等级C 学生互评 教师评价 内容要求 能正确分析迁移拓展1的各个选项并能准确总结选择限制酶的标准 能得出迁移拓展1的准确答案并大致准确总结选择限制酶的标准 不能得出迁移拓展1的准确答案、不能准确总结选择限制酶的标准 （设计意图：巩固基础知识，通过限制酶切割和黏性末端的图示，帮助学生复习和巩固基因工程基本工具的使用。培养分析能力，通过选择限制酶和调整实验方案，培养学生分析和解决实际问题的能力，提升科学探究能力。） 任务二、基因工程的基本操作程序 【师】活动一：利用PCR技术扩增Bt基因 资料2：Bt抗虫蛋白基因(简称Bt基因)是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，筛选Bt基因后可以利用PCR技术对其进行大量扩增。回答下列问题： (1)什么是引物？DNA复制时为什么需要引物？ (2)PCR扩增Bt基因需要知道Bt基因的全部核苷酸序列吗？ (3)为检测Bt基因在转基因抗虫棉细胞中是否转录，科研人员提取棉花细胞中的总RNA，经逆转录过程获得总cDNA，通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Bt基因的cDNA，原因是什么？ (4)PCR扩增过程中的循环图示与规律如图所示，若一个Bt基因在PCR中经过n轮循环，理论上得到多少个DNA分子？含引物的DNA分子多少个？含其中一种引物的DNA分子多少个？同时含两种引物的DNA分子多少个？共需要消耗多少个引物？含不等长脱氧核苷酸链的DNA分子多少个？含等长脱氧核苷酸链的DNA分子多少个？ (5)PCR扩增Bt基因的过程中需要解旋酶吗？并说明理由。所需要的DNA聚合酶应具有什么特点？ 【生】结合所学知识回答相关问题 （1）引物是指一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。在DNA扩增时，DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从引物的3′端延伸DNA链，因此复制DNA时应加入两种引物。 （2）不需要，只要知道Bt基因两端的部分核苷酸序列即可(以便根据这部分序列合成两种引物)。 （3）引物是依据Bt基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Bt基因的cDNA特异性结合)。 （4）经过n轮循环，得到2n个DNA分子，含引物的DNA分子2n个，含其中一种引物的DNA分子数(2n－1)个，同时含两种引物的DNA分子(2n－2)个，共需要消耗(2n＋1－2)个引物。含不等长脱氧核苷酸链的DNA分子2n个，含等长脱氧核苷酸链的DNA分子(2n－2n)个。 （5）不需要解旋酶，因为PCR过程中，DNA双链在高温下即可完成解旋。由于PCR过程温度较高，故所需要的DNA聚合酶应具有耐高温的特点。 【师】活动二：利用农杆菌转换法培育抗虫棉 （1）农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入的目的分别是什么？ （2）为了保证目的基因在受体细胞中能正确表达，对目的基因在质粒中的插入位点有什么要求？ （3）该实例中，导入目的基因的方法是农杆菌转化法。为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？ 【生】（1）第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入受体细胞。 （2）目的基因应插入启动子与终止子之间。 （3）由于Ti质粒上的T－DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入T－DNA，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。 【师】深度思考 （1）在抗虫棉培育过程中，为了防止花粉随意传播导致的“基因污染”，可以采取什么措施？ （2）为了优化Bt基因的表达，提高转基因抗虫棉的抗虫效果，科研工作者选择不同的启动子开展实验，启动子的作用是什么？如何检测效果情况？ 【生】深度思考（1）①叶绿体转基因技术：将目的基因转入作物的叶绿体基因组中。由于植物的花粉一般只含有核基因组，而不含叶绿体基因组，因此通过该技术获得的转基因植物花粉本身不含转基因，从而限制了转基因通过花粉传播。 ②雄性不育技术：利用雄性不育植株，将抗虫基因导入这些植株中。雄性不育植株的花粉无法正常发育或传播，从而限制了基因通过花粉的传播。 （2）启动子的作用：启动子是基因表达调控的重要元件，位于基因的上游，是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。 检测方法：①抗原—抗体杂交法：通过特异性抗体检测Bt蛋白在转基因棉花中的表达水平。 ②个体性状检测：将棉铃虫幼虫放置在转基因棉花叶片上，观察其生长发育情况和死亡率，评估抗虫效果。 【师】依据所学内容，自主完成迁移拓展2和归纳总结中“启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别”的相关内容。 【迁移拓展2】制备荧光标记的 DNA探针时，需要模板、引物、DNA聚合酶等。在只含大肠杆菌DNA 聚合酶、扩增缓冲液、H2O和4种脱氧核苷酸（dCTP、dTTP、dGTP 和碱基被荧光标记的 dATP）的反应管①～④中，分别加入如表所示的适量单链DNA。已知形成的双链 DNA 区遵循碱基互补配对原则，且在本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链 DNA区。能得到带有荧光标记的DNA探针的反应管有（ ） A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 【归纳总结】启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 位置 功能 【生】自主完成迁移拓展2、归纳总结中的内容，进行小组讨论完善答案，进行小组展示。 【迁移拓展2】D 【解析】题干中给定的条件为“在反应管中只含大肠杆菌DNA聚合酶、扩增缓冲液、H2O和4种脱氧核苷酸”，其中缺少引物和模板，所以加入的单链DNA既要提供模板，又要同时作为引物。分析给定的四组DNA，均可以形成双链DNA，且②④两组的引物还可以自身折叠，结合题干信息“本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链DNA区”可知自身折叠部分无法形成，所以给定引物均可以两两结合形成双链DNA区作为模板和引物进行延伸，需要注意的是提供的原料中只有dATP的碱基被荧光标记，故要想得到带有荧光标记的DNA探针，扩增的模板链中应含碱基T。 分析反应管①～④中加入的单链DNA，看哪种情况下可得到符合要求的双链DNA，即带有荧光标记的DNA探针，如表所示： ①中两条单链DNA分子之间具有互补的序列，但双链DNA区之外的3'端无模板，因此无法进行DNA合成，不能得到带有荧光标记的DNA探针；②中单链DNA分子内具有自身互补的序列，根据题干信息“在本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链DNA区”，故一条单链DNA分子不发生自身环化，但两条单链可以形成双链DNA区，由于合成DNA的链中不含碱基A，不能得到带有荧光标记的DNA探针；③中两条单链DNA分子之间具有互补的序列，且双链DNA区之外的3'端有模板和碱基T，因此进行DNA合成能得到带有荧光标记的DNA探针；④中单链DNA分子内具有自身互补的序列，一条单链DNA分子不发生自身环化，两条链可以形成双链DNA区，且双链DNA区之外的3'端有模板和碱基T，因此进行DNA合成能得到带有荧光标记的DNA探针。 【归纳总结】启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 DNA DNA mRNA mRNA 位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 功能 RNA 聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出 mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(正常情况下,不编码氨基酸) 评价设计： 根据学生迁移拓展2的作答情况及归纳总结的完成情况，通过学生互评、教师点评检测学生对基因工程的基本操作程序这部分内容的掌握情况。 评价要素 等级A 等级B 等级C 学生互评 教师评价 内容要求 能正确分析迁移拓展2的各个选项并能准确总结启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 能得出迁移拓展2的准确答案并大致准确总结启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 不能得出迁移拓展的2准确答案、不能准确总结启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 （设计意图：针对近几年山东卷的重点考查内容，通过具体任务和问题，引导学生复习基因工程的基本操作程序，包括PCR技术和农杆菌转化法。通过活动一和活动二的问题设置，帮助学生理解PCR扩增、目的基因转录检测、农杆菌转化法的原理和操作步骤，以及启动子、终止子等基因元件的作用。同时，通过深度思考和迁移拓展，培养学生分析问题和解决问题的能力，提升科学思维和探究素养。） 任务三、基因工程与蛋白质工程的应用 【师】呈现资料，提出问题： 资料3：近年来，科学家们通过引入双价抗虫基因，进一步提高了抗虫棉的抗虫效果。双价抗虫基因是指将两个具有不同杀虫机制的基因（如Bt基因和CpTI基因）共同转入棉花。Bt基因编码的Bt毒素能够杀死或抑制害虫的生长和繁殖，而CpTI基因编码的蛋白酶抑制剂可以抑制害虫消化道中的蛋白酶，阻止其消化功能，从而增强抗虫效果。 资料4：亚洲玉米螟因APN受体发生Q212L突变，导致Cry1Ac蛋白抗虫效果下降。科研团队计划利用蛋白质工程对Cry1Ac的β-片层区（450-470位氨基酸）进行改造，以恢复其与突变受体的结合能力。 （1）上述抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？ （2）从环境保护和抗虫效果角度出发，分析双价抗虫棉与单基因转基因抗虫棉、普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些。 （3）请结合资料4，利用蛋白质工程对上述蛋白进行功能改造，提升抗虫棉的抗虫效果。 【生】思考并回答相关问题 （1）不能。抗虫基因具有专一性，体内未导入抗病毒、细菌和真菌的基因。 （2）与单基因抗虫棉相比，增强了对害虫的杀伤力，还延缓了害虫对单一抗虫基因产生抗性的速度。与普通棉相比，减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 （3）从预期功能出发（恢复Cry1Ac与突变APN受体的结合能力） → 设计蛋白质结构（调整β-片层区的化学性质） → 推测氨基酸序列 → 改造或合成基因（通过基因定点突变）→ 获得所需要的蛋白质。 通过ELISA结合实验（原理抗原—抗体结合，检测Cry1Ac蛋白和APN受体的结合能力）和活体饲喂实验，验证Cry1Ac-M的结合效率及杀虫效果。 【师】【合作交流】基因工程和蛋白质工程用到了苏云金芽孢杆菌，请结合所学知识对二者在其利用方面存在的不同和联系进行归纳。 【生】不同之处 1.操作对象和层面 基因工程：主要是对基因进行操作。例如，从苏云金芽孢杆菌中获取具有杀虫作用的Cry基因，然后将其导入到植物细胞中。这个过程主要是通过基因重组技术，将目的基因（Cry基因）与载体（如质粒）结合，再将其导入受体细胞（如植物细胞）。 蛋白质工程：主要是对蛋白质进行改造。例如，通过对Cry蛋白的氨基酸序列进行改变，使其对害虫的毒性更强或者稳定性更高。这个过程需要对基因进行定点突变，从而改变蛋白质的结构和功能。 2.技术手段 基因工程：常用的技术手段包括基因克隆、基因重组、限制酶切割和DNA连接酶连接等。例如，利用限制酶切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将它们连接起来，构建基因表达载体。 蛋白质工程：常用的技术手段包括基因定点突变、PCR技术等。例如，通过PCR技术引入特定的突变位点，改变Cry蛋白的氨基酸序列。 3.应用目标和结果 基因工程：主要目标是将苏云金芽孢杆菌的杀虫基因转移到其他生物中，使其具有抗虫特性。例如，将Cry基因导入棉花细胞，培育出抗虫棉。 蛋白质工程：主要目标是优化苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白，提高其性能。例如，通过对Cry蛋白的改造，使其对某些害虫的毒性更强，或者使其在更广泛的环境条件下保持活性。 联系 1.基础联系。基因工程是蛋白质工程的基础。蛋白质的合成是由基因控制的，通过对基因的操作可以间接影响蛋白质的合成和功能。例如，基因工程中对Cry基因的改造可以直接影响其编码的Cry蛋白的性质。 2.共同目标。两者在利用苏云金芽孢杆菌时，共同的目标是提高其杀虫效果，开发更高效、更环保的生物农药。例如，基因工程和蛋白质工程都可以通过改造Cry基因或Cry蛋白，提高其对特定害虫的杀虫活性。 3.相互促进。基因工程为蛋白质工程提供了基因资源和表达系统。例如，通过基因工程将Cry基因导入到大肠杆菌中，使其高效表达，为蛋白质工程提供了大量的Cry蛋白进行改造。 蛋白质工程的成果也可以通过基因工程进行应用。例如，经过蛋白质工程改造的Cry基因可以通过基因工程导入植物或微生物中，进一步提高其应用价值。 评价设计：基因工程和蛋白质工程用到了苏云金芽孢杆菌，请结合所学知识对二者在其利用方面存在的不同和联系进行归纳。 评价要素 等级A 等级B 等级C 等级D 教师评价 内容要求 知识掌握全面，分析理解能力强，表达清晰，具有创新思维。 知识掌握较好，分析理解能力较强，表达较清晰，有一定的创新思维。 知识掌握基本正确，分析理解能力一般，表达不够清晰，缺乏创新思维。 知识掌握不准确，分析理解能力弱，表达混乱，缺乏创新思维。 【师】归纳总结：判断基因工程和蛋白质工程 【生】(1)如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换、增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。 (2)如果合成的蛋白质是自然界中已存在的蛋白质(天然蛋白质)，则是基因工程；如果合成的蛋白质与天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 评价反馈 完成学案中的素养专练 课堂小结 布置作业 完成课后作业（30分钟）。 教学反思 在基因工程章末复习课中，以抗虫棉的培育和改良为大情境，整体教学效果较为理想，但也暴露出一些需要改进的地方。结合抗虫棉对生态环境的保护作用以及我国在该领域的成就，增强了学生对科学知识应用的社会责任感和民族自豪感，实现了知识与情感态度的双重教育目标。知识整合与应用：通过抗虫棉案例，学生能够将基因工程的基本工具、操作步骤与实际应用紧密结合，提升了对知识的整体把握和系统性理解，有助于学生构建知识体系。思维能力培养：设计的深度思考和迁移拓展问题，有效锻炼了学生的分析和解决问题的能力，培养了学生的科学思维和创新意识，使学生能够从不同角度思考问题。 板书设计 发酵工程章末复习 一、基因工程的基本工具 限制酶的合理选择 二、基因工程的基本操作流程 1.PCR技术扩增目的基因的操作流程 2.构建抗虫棉的基因表达载体 3.利用农杆菌转化法导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定 三、基因工程和蛋白质工程的应用 1.基因工程方法提升抗虫棉抗虫效果 2.蛋白质工程方法提升抗虫棉抗虫效果 备课资源 一.发酵工程近五年考题分布 2020年山东卷第5题，2020年山东卷第15题，2020年山东卷第25题，2021年山东卷第13题，2021年山东卷第25题，2022年山东卷第13题，2022年山东卷第25题，2023年山东卷第25题，2024年山东卷第13题。 通常以具体情境，考查基因工程的原理、工具和基本操作程序，启动子的含义和功能，PCR技术的原理，限制酶的作用、基因表达载体的组成、启动子的作用等，题目难度系数大；其中启动子的插入位点和插入方向、报告基因的表达等都需要学生有很强的理解信息、获取信息的能力、以及综合运用知识解决问题的科学思维和科学探究能力，通过基因工程考查学生的结构与功能观。 二.相关高考题 1.（2020山东高考） 双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）与脱氧核苷三磷酸（dNTP）的结构如图所示。已知ddNTP按碱基互补配对的方式加到正在复制的子链中后，子链的延伸立即终止。某同学要通过PCR技术获得被32P标记且以碱基“C”为末端的、不同长度的子链DNA片段。在反应管中已经有单链模板、引物、DNA聚合酶和相应的缓冲液等，还需要加入下列哪些原料？ （ ） 3 dGTP，dATP，dTTP，dCTP ②dGTP，dATP，dTTP ③α位32P标记的ddCTP ④γ位32P标记的ddCTP A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④ 【答案】A 【解析】PCR扩增DNA时，需要dGTP、dATP、dTTP、dCTP作为原料，而脱氧核苷三磷酸（dNTP）连接到子链上时，会断掉2个高能磷酸键，为了获得被32P标记且以碱基“C”为末端的、不同长度的DNA片段，32P标记应位于ddCTP的α位，加入ddCTP后会终止子链的延伸，获得不同长度的子链DNA片段，故需要①③，A正确。 2.（2023山东高考） 科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。 （1）与图甲中启动子结合的酶是____________。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有________________（答出2个结构即可）。 （2）构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物___________。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的_____________（填“a链”或“b链”）相应部分的序列相同。 （3）重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带1证明细胞内表达了__________，条带2所检出的蛋白______________（填“是”或“不是”）由重组质粒上的J基因表达的。 【答案】（1）RNA聚合酶 限制酶切割位点、标记基因、复制原点等 （2）F2和R1或F1与R2 a链 （3）J-V5融合蛋白 不是 【解析】(1)基因表达载体的构建启动子是为了启动下游基因的“表达”，表达首先需要转录，因此RNA聚合酶识别和结合的部位才是转录的起始。作为运载体必须具备的条件：①要具有限制酶的切割位点；②要有标记基因（如抗性基因），以便于重组后重组子的筛选；③能在宿主细胞中稳定存在并复制；④是安全的，对受体细胞无害，而且要易从供体细胞分离出来，图中甲有启动子和终止子等，因此质粒还需具备的结构有限制酶的切割位点、标记基因、复制原点等。 (2)据图甲可知，引物F2与R1或F1与R2结合部位包含J基因的碱基序列，因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，进行PCR检测时，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物F2和R1或F1与R2。b是模板链，而根据图上启动子和终止子的位置可知转录方向是图上从左向右，对应的模板链方向应该是3'→5'，非模板链（也就是a链）是5'→3'；考虑到DNA复制的方向是子链的5'→3'，引物基础上延伸的方向肯定是5'→3'，所以引物结合的单链其方向是3'→5'；图中F1是前引物，在左侧，所以其配对的单链是3’→5'的b链，故其序列应该与a链相应部分的序列相同。 (3)据图乙可知，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测，均出现条带1，说明条带1是J-V5融合蛋白。抗J蛋白抗体检测出现条带2，抗V5抗体检测不出现条带2，说明条带2所检出的蛋白不是由重组质粒上的融合的J基因表达的。 第 1 页 共 15 页 学科网（北京）股份有限公司 $$