3.2 第1课时 目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建-【优学精讲】2024-2025学年高中生物选择性必修第三册教用课件(人教版)

该高中生物学课件聚焦目的基因的筛选与获取及基因表达载体的构建，涵盖PCR技术原理、过程、条件及载体组成、构建步骤等核心知识点。通过“导学聚焦”结合生产生活需求提出基因工程构想，衔接基因工程操作程序与具体技术，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于运用对比表格（如PCR与体内DNA复制比较）、问题探讨（引物设计、限制酶选择）等，培养科学思维与探究实践能力，体现生命观念中的结构与功能观。学生通过实例分析提升解决实际问题能力，教师可借助系统知识点梳理与检测题提高教学效率。

第1课时　目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建 导 学 聚 焦 1.运用结构与功能和技术思维理解PCR技术的过程、原理、条件 等内容。 2.结合基因工程的基本操作程序，针对人类生产和生活的某一需 求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计 核心要点·巧突破 01 过程评价·勤检测 02 课时训练·提素能 03 目录 CONTENTS 核心要点·巧突破 01 精准出击 高效学习 目录 知识点（一）　目的基因的筛选与获取 1. 筛选合适的目的基因 目录 生物学·选择性必修3 2. 获取目的基因的方法 3. 利用PCR获取和扩增目的基因 （1）原理： ⁠。 DNA半保留复制　 目录 生物学·选择性必修3 （2）PCR反应的条件 参与的组分 在DNA复制中的作用 DNA母链 提供DNA复制的 ⁠ 4种脱氧核苷酸 合成DNA子链的原料 （耐高温的）DNA聚 合酶 催化合成DNA子链 模板　 目录 生物学·选择性必修3 参与的组分 在DNA复制中的作用 引物（长度通常为 20～30个核苷酸） 使DNA聚合酶能够从 ⁠开始连接 脱氧核苷酸 缓冲液（含Mg2＋） 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要 ⁠ ⁠激活 引物的3'端　 Mg2 ＋ 目录 生物学·选择性必修3 （3）PCR扩增的过程 目录 生物学·选择性必修3 过程Ⅰ为 ，该阶段的温度为 以上，目的是使 双链DNA解聚为 ⁠。 过程Ⅱ为 ，该阶段的温度为 左右，两种引 物通过 与两条单链DNA结合。 过程Ⅲ为 ，该阶段的温度为 左右，该过程 需要在耐高温的 的催化下，利用 ⁠ 为原料，根据碱基互补配对原则从子链的 ⁠端 延伸合成新的子链DNA。 （4）PCR产物的鉴定：常采用 来鉴定。 变性　 90 ℃　 单链　 复性　 50 ℃　 碱基互补配对　 延伸　 72 ℃　 DNA聚合酶　 4种脱氧 核苷酸　 3'　 琼脂糖凝胶电泳　 目录 生物学·选择性必修3 4. 判断下列有关表述的正误 （1）目的基因一定是编码蛋白质的基因。 （　×　） 提示：目的基因包括编码蛋白质的基因和调控基因。 （2）DNA聚合酶能够从引物的5'端开始连接脱氧核苷酸。 （　×　） 提示：DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。 （3）PCR过程不需要解旋酶。 （　√　） （4）PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性 解链的温度就越高。 （　√　） × × √ √ 目录 生物学·选择性必修3 探讨　分析PCR扩增技术的原理和过程 聚合酶链式反应是一种用于放大 扩增特定的DNA片段的分子生 物学技术，下图为PCR扩增中 第一轮的变化，结合所学知识 回答下列问题： 目录 生物学·选择性必修3 （1）结合下图分析PCR过程中为什么需要引物？DNA链复制的方向 是怎样的？ 目录 生物学·选择性必修3 提示：DNA聚合酶不能从头合成子链，只能把游离的脱氧核苷 酸连接到已经存在的片段上。加入引物，能够使DNA聚合酶从 引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。DNA链复制的方向总是从子链 的5'端向3'端延伸。 目录 生物学·选择性必修3 （2）PCR扩增目的基因时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度 过高会破坏引物与模板的碱基配对，复性温度过低又会造成引 物不能与DNA模板链的特定部位结合。复性温度的设定与引物 长度、碱基组成有关，假设引物的长度相同，在G—C含量高 时，对复性温度的设定有什么要求？说明理由。 提示：在引物的G—C含量高时，设定的复性温度要高一些。因 为DNA分子中G—C之间有三个氢键，A—T之间有两个氢键。 目录 生物学·选择性必修3 （3）在利用PCR获取和扩增目的基因时，从第几轮循环才会产生完整 的目的基因（可用相关图解解释）？ 提示：第3轮，如图所示： 目录 生物学·选择性必修3 （4）如果循环n次，则共消耗多少对引物？ 提示：共消耗2n－1对引物。 目录 生物学·选择性必修3 （5）下图是某同学设计的两组引物（只标注了部分碱基序列），都 不合理，请分别说明理由。 提示：第1组：引物 Ⅰ 和引物 Ⅱ 会因局部发生碱基互补配对 而失效。第2组：引物 Ⅰ'自身折叠后会因出现局部碱基互补配 对而失效。 目录 生物学·选择性必修3 1. 生物体内DNA复制与PCR反应的比较 目录 生物学·选择性必修3 目录 生物学·选择性必修3 2. PCR中的数量关系 复制次数 1 2 3 n DNA分子数 2 4 8 2n 含引物的DNA分子数 2 4 8 2n 含其中一种引物的DNA分子数 1＝ 21－1 3＝ 22－1 7＝ 23－1 2n－1 同时含两种引物的DNA分子数 0＝ 21－2 2＝ 22－2 6＝ 23－2 2n－2 目录 生物学·选择性必修3 复制次数 1 2 3 n 共消耗引物的对数 1＝ 21－1 3＝ 22－1 7＝ 23－1 2n－1 含脱氧核苷酸链等长的DNA分 子数 0＝ 21－2 0＝ 22－4 2＝ 23－6 2n－2n 目录 生物学·选择性必修3 1. 下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的叙述，错误的是（　　） A. 二者子链的延伸方向相同，均为5'端→3'端 B. 二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋 C. 体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要能量 D. 二者遵循的碱基互补配对原则相同 目录 生物学·选择性必修3 解析：　DNA体内复制与利用PCR技术扩增DNA时，子链的延伸 方向相同，均为5'端→3'端，A正确；PCR扩增中双链DNA解开不需 要解旋酶，在高温条件下氢键断裂，B错误；体内DNA复制与利用 PCR扩增DNA时都需要能量，但两者所需能量来源不同，C正确； 体内DNA复制与利用PCR扩增DNA时，遵循的碱基互补配对原则 相同，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 2. 下图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段，下列有关说法正确的是 （　　） A. 片段a、b、c的长度均相同 B. 片段a、b只是第一次循环的产物 C. 片段c最早出现在第二次循环的产物中 D. 经过30次循环后，片段c的数量为230 目录 生物学·选择性必修3 解析：　图中片段a、b只有一种引物，是由原始DNA链为模板复 制而来，其长度比片段c长，A错误；由于原始模板在每次循环中 均可作为模板，则每次循环都能产生图中片段a、b，B错误；由于 第一次循环的产物只有一种引物，而图中片段c有两种引物，则最 早出现在第二次循环的产物中，C正确；经过30次循环后，得到的 DNA片段总数为230，这包括图中的片段a、b，D错误。 目录 生物学·选择性必修3 3. 利用PCR将某小段含目的基因的DNA分子扩增循环n次，则 （　　） A. 需要已知目的基因的全部序列以便设计引物 B. 共需2n－2个引物参与子代DNA分子的合成 C. 应向反应体系中加入解旋酶、DNA聚合酶、缓冲液等 D. 理论上第4轮循环产物中含两种引物的DNA片段占7/8 目录 生物学·选择性必修3 解析：　只需要已知目的基因两端的序列便可设计引物，A错 误；扩增循环n次，需一种引物的数量为2n－1，常规PCR共需两 种引物的数量为2×（2n－1）＝2n＋1－2，B错误；不需向PCR的反 应体系中加入解旋酶，C错误；理论上第4轮循环产物中含两种引 物的DNA片段占（24－2）/16＝7/8，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 知识点（二）　基因表达载体的构建 1. 构建基因表达载体的目的 （1）使目的基因在受体细胞中 ，并且可以 ⁠ 给下一代。 （2）使目的基因能够 和发挥作用。 稳定存在　 遗传　 表达　 目录 生物学·选择性必修3 2. 基因表达载体的组成 目录 生物学·选择性必修3 小提醒：目的基因插入位点不是随意的。基因表达载体需要启动子 与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子和终止子之间的部 位，若目的基因插入启动子部位，启动子将失去原功能。 目录 生物学·选择性必修3 3. 基因表达载体的构建过程 （1）先用一定的 切割载体，使它出现一个切口； （2）然后用 或 ⁠的限制酶切割 含有目的基因的DNA片段； （3）再利用 ⁠将目的基因片段拼接到载体的切口 处，形成重组DNA分子。 限制酶　 同种限制酶　 能产生相同末端　 DNA连接酶　 目录 生物学·选择性必修3 4. 判断下列有关表述的正误 （1）基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取。 （　×　） 提示：基因工程操作程序的核心步骤是基因表达载体的构 建。 （2）基因表达载体中有的含有启动子和终止密码子。 （　×　） 提示：基因表达载体中有的含有启动子和终止子。 （3）标记基因不一定是抗生素抗性基因。 （　√　） × × √ 目录 生物学·选择性必修3 （4）基因表达载体中启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。 （　×　） 提示：启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。 × 目录 生物学·选择性必修3 探讨　分析基因表达载体构建的目的和方法 目的基因导入受体细胞之前，需构建基因表达载体，图甲、乙分 别表示质粒及目的基因所在DNA片段，图中箭头表示相关限制酶 的切割位点。 目录 生物学·选择性必修3 （1）构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里？为什 么？ 提示：启动子下游和终止子上游；因为只有插入在启动子和终 止子之间，目的基因才可以正常表达。 目录 生物学·选择性必修3 （2）构建基因表达载体时，能否用SmaⅠ酶切割质粒？为什么？ 提示：不能；因为SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因。该基因 是标记基因，便于重组DNA分子的筛选，若被破坏，无法进一 步筛选。 （3）与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ 两种限制酶同时 处理质粒、外源DNA的优点是什么？ 提示：可以防止质粒和目的基因的自身环化以及目的基因与载 体的反向连接。 目录 生物学·选择性必修3 1. 启动子、终止子与起始密码子、终止密码子的区别 位置 作用 启动子 位于DNA分子上 RNA聚合酶识别结合位点，启动 转录过程 终止子 位于DNA分子上 决定转录的结束 起始密码子 位于mRNA分子上 决定翻译的开始 终止密码子 位于mRNA分子上 决定翻译的结束 目录 生物学·选择性必修3 2. 构建基因表达载体中限制酶的选择技巧 （1）根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类 ①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选 择PstⅠ。 目录 生物学·选择性必修3 ②不能选择切割位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PstⅠ和 EcoR Ⅰ两种限制酶（但要确保质粒上也有这两种酶的切点， 如图乙）。 目录 生物学·选择性必修3 （2）根据质粒的特点确定限制酶的种类 目录 生物学·选择性必修3 1. 下列关于基因表达载体构建的叙述，错误的是（　　） A. 启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，组成它的基本单位是脱 氧核苷酸 B. 基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止密码子、标记 基因等组件 C. 人工构建的诱导型启动子，当诱导物存在时，可激活或抑制目的 基因的表达 D. 由于受体细胞不同，基因表达载体的构建也有所差别 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　启动子在基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合 的部位，组成它的基本单位是脱氧核苷酸，A正确；基因表达载 体的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等组件，B 错误；由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基 因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构建是不完 全相同的，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 2. 某实验小组利用如图所示的质粒和目的基因来构建基因表达载体，将目的基因导入大肠杆菌细胞并表达。下列叙述错误的是（　　） A. 图中的质粒用酶A切割后，会产生4个游离的磷酸基团 B. 在构建重组质粒时，可用酶A和酶C切割质粒和目的基因 C. 成功导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长 D. 若用酶B和酶C切割，则可以避免质粒的自身环化 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　限制酶每一次切割后会得到两个末端，会有2个游离的 磷酸基团，而图中的质粒含有2个酶A的切割位点，则会产生4个游 离的磷酸基团，A正确；在构建重组质粒时，可用酶B和酶C切割质 粒和目的基因，假如用酶A切割质粒会破坏两个标记基因，B错 误；用酶B和酶C切割质粒时四环素抗性基因被破坏，成功导入目 的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长，C正确；用 酶B和酶C两种限制酶切割可以避免目的基因和质粒自身环化以及 两者之间的反向连接等问题，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 过程评价·勤检测 02 反馈效果 筑牢基础 目录 目录 生物学·选择性必修3 （1）PCR每一次循环一般可以分为 三步。 （2）PCR技术中引物的作用是 ⁠ ⁠。 （3）一个基因表达载体的组成中除 ⁠外还必 须有 等。 （4）在构建基因表达载体时，一般用同种限制酶切割目的基因和载 体的目的是 ⁠ ⁠。 变性、复性和延伸　 使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始 连接脱氧核苷酸　 目的基因、标记基因　 启动子、终止子　 产生相同的黏性末端，便于DNA连接酶连接成重 组DNA　 目录 生物学·选择性必修3 1. 在核酸分子杂交技术中，常常使用已知序列的单链核酸片段作为探 针（探针是指以放射性同位素、生物素或荧光染料等进行标记的已 知核苷酸序列的核酸片段）。为了获得B链作探针，可应用PCR技 术进行扩增，应选择的引物种类是（　　） A. 引物1与引物2 B. 引物3与引物4 C. 引物2与引物3 D. 引物1与引物4 目录 生物学·选择性必修3 解析：　要获得B链，根据PCR中子链延伸方向为5'端到3'端，则 需选择引物2与引物3进行扩增，故选C。 目录 生物学·选择性必修3 2. （2024·海南中学模拟）PCR是聚合酶链式反应的缩写，下图表示 PCR的过程，下列叙述错误的是（　　） A. 反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶，该酶在B过程起作用 B. 引物a和引物b的长度应适宜，且相互之间不能发生碱基互补配对 C. PCR是体外进行的DNA扩增，PCR扩增遵循DNA半保留复制原则 D. A过程通过高温破坏DNA分子中的氢键，使双链DNA解聚为单链 目录 生物学·选择性必修3 解析：　反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶，该酶的作用是 催化合成DNA子链，在C过程中起作用，A错误；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，用于PCR的引 物长度通常为20～30个核苷酸，且引物之间不能发生碱基互补配 对，否则引物之间会配对形成双链核酸，从而失去作用，B正确； PCR是体外进行DNA扩增的技术，根据题图可知，PCR扩增遵循 DNA半保留复制原则，C正确；A过程为DNA变性过程，该过程通 过高温破坏DNA分子中的氢键，当温度上升到90 ℃以上时，双链 DNA解聚为单链，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 3. 限制酶的发现为DNA的切割和功能基因的获得创造了条件。限制 酶Sau3AⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ的识别序列及切割位点分别 为 、 。含某目的基因的DNA片段如 图所示，若利用质粒A（含限制酶Sau3AⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切 割位点各1个）构建基因表达载体，为克服目的基因和质粒A的自 身环化以及目的基因与质粒的任意连接等，应该如何选择限制酶 （　　） 目录 生物学·选择性必修3 A. 用限制酶EcoRⅠ或BamHⅠ处理含某目的基因的DNA和质粒A B. 用限制酶Sau3AⅠ和BamHⅠ处理含某目的基因的DNA和质粒A C. 用限制酶Sau3AⅠ和EcoRⅠ处理含某目的基因的DNA和质粒A D. 用限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ处理含某目的基因的DNA和质粒A 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　用限制酶Sau3AⅠ切割目的基因会破坏目的基因，质 粒含有限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切割位点，获取目的基因也可 以用限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ进行切割，但为了防止目的基因或质 粒自身环化，需要使用不同种限制酶进行切割，则可以使用限 制酶EcoRⅠ和BamHⅠ去切割质粒和目的基因，则获得的重组质粒 会进行正常连接。 目录 生物学·选择性必修3 4. （2024·天津滨海新区高二期末）基因工程中，需使用特定的限制 性内切核酸酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制性 内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切割位点是 —G↓GATCC—，限制性内切核酸酶Ⅱ 的识别序列和切割位点是—↓GATC—， 根据图示分析下列叙述正确的是 （　　） 目录 生物学·选择性必修3 A. 质粒用限制性内切核酸酶Ⅱ切割，目的基因用限制性内切核酸酶Ⅰ 切割 B. 用限制性内切核酸酶切割获得目的基因时，有四个磷酸二酯键被 水解 C. 限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后获得的黏性末端 不同 D. 质粒中标记基因的作用是便于筛选出目的基因已经表达的细胞 目录 生物学·选择性必修3 解析：　限制性内切核酸酶Ⅱ能识别限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序 列，限制性内切核酸酶Ⅰ不能识别限制性内切核酸酶Ⅱ的识别序列； 要将目的基因从该DNA链中提取出来，需要在目的基因左右切 开，所以要用限制性内切核酸酶Ⅱ；质粒不能用限制性内切核酸酶 Ⅱ，若用该酶切割，质粒的两个标记基因均被破坏，A错误；由于 DNA是双链，用限制性内切核酸酶Ⅱ将目的基因左右切开时，有四 个磷酸二酯键被水解，B正确；限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核 酸酶Ⅱ切割后产生的黏性末端相同，C错误；质粒中标记基因的作 用是用来筛选含有目的基因的受体细胞，D错误。 目录 生物学·选择性必修3 课时训练·提素能 03 分级练习 巩固提升 目录 知识点一　目的基因的筛选与获取 1. 下列有关获取目的基因的叙述错误的是（　　） A. 目的基因就是编码蛋白质的基因 B. 筛选和获取目的基因是基因工程的第一步 C. 来自苏云金杆菌的Bt基因可作为转基因抗虫棉的目的基因 D. 序列比对工具的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的 机会 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　目的基因主要是指编码蛋白质的基因，A错误；目的基 因的筛选与获取是实施基因工程的第一步，B正确；来自苏云金杆 菌的Bt基因可作为培育转基因抗虫棉用到的目的基因，C正确；随 着测序技术的发展，以及序列数据库和序列比对工具等的应用，越 来越多的基因的结构和功能为人们所知，这为科学家找到合适的目 的基因提供了更多的机会和可能，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 2. 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耐高温的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. 该技术应用DNA半保留复制原理，也需要模板、原料、能量、酶 等条件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　PCR技术扩增的目的基因序列不一定完全是已知的，A 错误；该技术是通过高温来使DNA解旋的，不需要解旋酶，B错 误；该技术需要的一对引物，分别能与模板DNA的两条链进行碱 基互补配对，其序列不是互补的，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 3. 用PCR扩增下面的DNA片段： 5'-GACCTGTGGAAGC……CATACGGGATTG-3' 3'-CTGGACACCTTCG……GTATGCCCTAAC-5' 供选择的引物有： ①5'-GACCTGTGGAAGC-3' ②5'-CATACGGGATTG-3' ③5'-GTATGCCCTAAC-3' ④5'-CAATCCCGTATG-3' 共四种，应选择（　　） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　用PCR扩增DNA片段的过程中，在引物作用下，DNA聚 合酶从引物3'端开始延伸DNA链，即DNA的合成方向是从子链的5' 端至3'端延伸的，故引物的碱基序列应与每条模板链5'端的一段核 苷酸链的碱基序列相同，即应以模板链5'端的一段脱氧核苷酸单链 片段作为引物；由题干信息分析可知，5'端的碱基序列是5'- GACCTGTGGAAGC-3'和5'-CAATCCCGTATG-3'，故对应的引物为 ①④，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 4. 下图表示形成cDNA并进行PCR扩增的过程。据图分析，下列叙述 正确的是（　　） A. 过程①所需的原料是核糖核苷酸 B. 过程②所需的酶必须耐高温 C. 过程③需要解旋酶破坏氢键 D. 过程④的引物对之间不能互补配对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　过程①为逆转录，所需的原料是脱氧核苷酸，A错误； 由DNA单链合成DNA双链的过程中所需要的DNA聚合酶不需要耐 高温，B错误；过程③为变性，温度上升到超过90 ℃时，双链DNA 解聚为单链，不需要解旋酶破坏氢键，C错误；过程④为复性，温 度降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合，但引物对之间不能互补配对，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 5. 下图表示利用PCR技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内 DNA复制类似。下列叙述错误的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 A. 耐高温的DNA聚合酶总将游离的脱氧核苷酸连接到3'端 B. 在第三轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段 C. 引物之间或引物自身发生碱基互补配对，则不能有效扩增目的基 因 D. 从理论上推测，第三轮循环产物中含有引物A的DNA片段占3/4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　由图可知，以原来的每条母链为模板经第一轮合成的两 个DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子链为模板 合成新DNA分子时，两种引物都含有，故第三轮循环共产生8个 DNA分子，其中含有引物A的分子是7个，即占7/8，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 知识点二　基因表达载体的构建 6. （2024·黑龙江齐齐哈尔期中）基因工程的核心是构建基因表达载 体，下列不属于载体作用的是（　　） A. 载体能防止目的基因被受体细胞限制酶“切割” B. 载体能协助目的基因在受体细胞中复制 C. 载体含有启动子和终止子可协助目的基因表达 D. 载体具有标记基因，便于筛选含目的基因的受体细胞 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　载体不能防止目的基因被受体细胞限制酶“切割”，A 错误；载体在受体细胞中能够稳定存在，并且自我复制，使目的基 因数量扩大，B正确；启动子是RNA聚合酶的识别和结合的位点， 能启动转录过程，终止子控制着转录的结束，所以载体含有的启动 子和终止子可协助目的基因的表达，C正确；载体具有标记基因， 标记基因便于筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 7. （2024·黑龙江哈尔滨期末）蜘蛛丝是天然蛋白纤维，其机械性能 高于常用于制作防弹衣的凯夫拉纤维，有广泛的应用前景。中国科 学家利用质粒（如图）成功构建了蛛丝蛋白基因的重组质粒，并在 家蚕丝腺细胞中获得大量蛛丝蛋白。下列有关说法错误的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 A. 为防止目的基因自身环化，可以用限制酶XbaⅠ和SacⅠ来切割目的 基因 B. 构建表达载体时选用蚕丝蛋白基因的启动子利于基因在家蚕丝腺 细胞中表达 C. 启动子是RNA聚合酶的识别和结合部位，可以驱动遗传信息的复 制和转录 D. 基因表达载体中的标记基因可以鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的 受体细胞 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：　用限制酶XbaⅠ和SacⅠ来切割目的基因，可以使目的基因 两端产生不同的黏性末端，防止目的基因自身环化，A正确；为能 从蚕丝腺细胞中提取蛛丝蛋白，基因表达载体中目的基因的上游必 须含有使其能在蚕丝腺细胞中转录的启动子，即构建表达载体时选 用蚕丝蛋白基因的启动子利于基因在家蚕丝腺细胞中表达，B正 确；启动子只能驱动基因转录，不能驱动其复制，C错误；基因表 达载体中的标记基因的作用是鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的受体 细胞，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 8. 图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，AmpR 表示氨苄青霉素抗性基因，neo表示新霉素抗性基因。下列叙述不 正确的是（　　） A. 在构建重组质粒时，可用PstⅠ和Hind Ⅲ 切割质粒和外源DNA B. 在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因 C. 若只用PstⅠ处理质粒和外源DNA分子片段，无法避免自身环化和 反向连接 D. 导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基中生长 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：　切割目的基因时，用BamHⅠ切割会破坏目的基因，只用 PstⅠ切割目的基因和质粒载体，会出现目的基因和质粒的自身环 化，或目的基因和质粒的反向连接，而用PstⅠ和Hind Ⅲ 进行酶 切，能确保目的基因和质粒的正向连接，并且质粒上保留新霉素抗 性基因作为标记基因，A、C正确；在酶切过程中，不能破坏质粒 中全部的标记基因，至少需保留其中的一个，B正确；用PstⅠ切割 后，质粒上氨苄青霉素抗性基因被破坏了，导入重组质粒的大肠杆 菌不可以在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 9. 如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分 过程示意图，其中Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoR Ⅰ、Apa Ⅰ为四种限制性内切 核酸酶。下列说法错误的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 A. 图示过程是基因工程的核心步骤 B. 表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠ C. 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来 D. 除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的 核心步骤；构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到 限制酶PstⅠ、EcoRⅠ；抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴 定和筛选含有目的基因的细胞；基因表达载体包括复制原点、启动 子、目的基因、终止子和标记基因等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 10. （2024·陕西咸阳期末）PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键， 5'端无严格限制，可用于添加限制酶切点等序列，dNTP是DNA合 成的原料，还可供能。下列相关说法错误的是（　　） A. 图示环节所需的温度比上一个环节的低 B. 引物的设计要有一段已知目的基因的核苷酸序列 C. 耐高温的DNA聚合酶只能从引物的3'端开始延伸DNA链 D. 1个循环后，子代DNA双链的脱氧核苷酸数量相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：　图示环节为引物与模板碱基互补配对，表示的是复性 环节，复性的上一环节为变性，复性的温度比变性的温度低，A 正确；引物的设计要有一段已知目的基因的核苷酸序列，保证其 与已知模板能碱基配对，在后续扩增的过程中才能进行子链的延 伸，B正确；子链是从5'端向3'端延伸的，耐高温的DNA聚合酶只 能从引物的3'端开始延伸DNA链，C正确；由于两个引物均不在该 片段的端点，因此一个循环后，子代DNA双链的脱氧核苷酸数量 不相同，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 11. “X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技 术特异性地拷贝“X基因”，需在PCR反应中加入两种引物，两种 引物及其与模板链的结合位置如图1所示。经4轮循环后产物中有 五种不同的DNA分子，如图2所示， 其中第⑤种DNA分子有几个（　） A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 解析：　该DNA复制4次共形成16个DNA，其中①②分别有1 个，③④分别有3个，⑤有8个，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 12. 聚合酶链式反应（PCR）是一种用于扩增特定DNA片段的分子生 物学技术。下列关于PCR引物的叙述不正确的是（　　） A. 为保证模板链与引物结合的效率，两种引物之间尽量避免存在互 补序列 B. 为了便于将扩增的DNA片段与载体连接，可在引物的3'端加上限制 酶识别序列 C. 在两种引物上设计加入不同的限制酶识别序列，主要目的是使目 的基因定向插入载体并可避免目的基因自身环化 D. 复性所需的温度、时长和延伸所需的温度、时长均与引物有关 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：　引物自身不应存在互补序列，否则会出现引物与自身 配对、引物跟引物配对的情况，降低PCR的效率，A正确；引物引 导子链合成的方向是5'端→3'端，因此为了便于扩增的DNA片段与 载体连接，需要在引物的5'端加上限制酶识别序列，B错误；设计 引物时需要避免引物之间碱基互补配对而造成引物自身环化的现 象，为了便于扩增的DNA片段与载体连接，常在两条引物上设计 加入不同的限制酶识别位点，主要目的是使目的基因能定向插入 表达载体，避免目的基因自身环化，C正确；复性所需的温度、 时长和延伸所需的温度、时长均与引物有关，如引物中G与C含量 高，需要设定更高的复性和延伸温度，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 13. 某病毒的检测可以采用实时荧光RT-PCR（逆转录聚合酶链式反 应）的方法，RT-PCR的具体过程如图。下列有关叙述错误的是 （　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 A. 过程①以mRNA为模板合成单链DNA B. 过程②③拟对单链cDNA进行第n次循环的扩增，理论上需要n个 引物B C. 该技术用于对某些微量RNA病毒的检测，可提高检测的灵敏度 D. 游离的脱氧核苷酸只能从引物的3'端开始连接 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：　过程①是以mRNA形成单链DNA的过程，表示逆转 录，A正确；过程③拟对单链cDNA进行第n次循环的扩增，根据 DNA分子半保留复制特点可知，该过程理论上至少需要2n－1个引 物B，B错误；利用实时荧光RT-PCR技术对某些微量RNA病毒进 行检测时可提高检测的灵敏度，是因为增加了待测RNA逆转录产 生的DNA的数量（或浓度），便于检测，C正确；游离的脱氧核 苷酸只能从引物的3'端开始连接，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 14. （多选）用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，经四轮循环后产物 中有五种不同的DNA分子。下列有关叙述正确的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 A. 第一轮循环得到2个DNA分子，即①②各一个 B. 第二轮循环得到4个DNA分子，即①②③④各一个 C. 第三轮循环得到8个DNA分子，其中有2个是等长的，也就是有2个 ⑤ D. 第四轮循环得到16个DNA分子，其中有4个⑤ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　第四轮循环得到的16个DNA分子中，两条脱氧 核苷酸链等长的DNA片段有24－2×4＝8（个），即有8个⑤， D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 15. 下面几幅图与基因工程有关。图1为限制酶EcoR Ⅰ的识别序列，图 2表示目的基因及限制酶切割位点，图3表示目的基因上的DNA片 段，图4表示质粒。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （1）获得图2中目的基因的方法除PCR技术外，还有 ⁠ ⁠。 解析： 获得目的基因的方法有PCR技术、从基因文库中获取、人工合成。 从基因文库 中获取、人工合成　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （2）采用PCR扩增目的基因的原理是 ，图2中 A、B、C、D 4种单链DNA片段中，有 ⁠两种引物 （DNA复制方向由5'→3'）。 解析：采用PCR扩增目的基因的原理是DNA半保留复制，由图2可知，DNA复制只能从5'端到3'端，因此构建前利用PCR技术扩增基因时，A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取B和C作为引物。 DNA半保留复制　 B、C　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （3）图3为目的基因中的某一片段，下列有关叙述正确的是 ⁠。 A. 该片段的基本骨架由脱氧核糖与磷酸交替连接而成 B. 该片段含A—T碱基对比较多，故其结构比较稳定 C. 若利用PCR扩增该片段，则需解旋酶将①氢键全部解开 D. 若该目的基因复制6次，则需要碱基A的数量是252个 A　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：DNA的基本骨架由脱氧核糖与磷酸交替连接而成，A正确；其结构中G—C碱基对越多，分子结构越稳定，B错误；PCR技术利用高温解开氢键，不需要解旋酶，C错误；由图3可知，目的基因碱基A有2个，复制6次需要碱基A的数量为26×2－2＝126个，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （4）在构建目的基因表达载体时，用Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ 两种酶同时 切割目的基因和质粒，是为了防止一种酶切割时产生 ⁠ ，从图2切割下目的基因需要消耗 ⁠个 水分子。不选用限制酶PstⅠ和HindⅢ同时对质粒和目的基因 进行切割的原因是 ⁠。 目的 基因与载体反向连接　 4　 会破坏标记基因　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：在构建目的基因表达载体时，用PstⅠ、EcoRⅠ 两种酶同时切割目的基因和质粒，是为了防止一种酶切割时 产生目的基因与载体反向连接。限制酶破坏的是磷酸二酯 键，图中目的基因切割需要破坏4个磷酸二酯键，因此需要 消耗4个水分子。由图可知，不选用限制酶PstⅠ和Hind Ⅲ同 时对质粒和目的基因进行切割的原因是会破坏标记基因。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 16. 图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒P0具有 四环素抗性基因（TetR）和氨苄青霉素抗性基因（AmpR）。请回 答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （1）EcoR Ⅴ酶切位点为…GAT↓ATC…，EcoR Ⅴ酶切出来的线性 载体P1为 末端。 解析： 从图中可以看出，EcoR Ⅴ酶切出来的载体质粒 为平末端。 平　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （2）用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段，其两 端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理，在两 端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸，形 成P2；P2和目的基因片段在 酶作用下，形成重 组质粒P3。 解析： 从图中可以看出，目的基因的两端各有一个游 离的腺嘌呤脱氧核苷酸，由于载体P1为平末端，所以载体P1 的两端应该各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸，这样在DNA 连接酶的作用下才能把目的基因和载体P1连接起来。 胸腺嘧啶（T）　 DNA连接　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （3）为筛选出含有重组质粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平 板进行筛选，得到A、B、C三类菌落，其生长情况如下表 （“＋”代表生长，“－”代表不生长）。根据表中结果判 断，应选择的菌落是 （填表中字母）类，另外两类菌落 质粒导入情况分别是 、 ⁠ ⁠。 B　 A类菌落含有P0　 C类菌落未转入质 粒　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 　　　　菌落类型 平板类型　　　　　 A B C 无抗生素 ＋ ＋ ＋ 氨苄青霉素 ＋ ＋ － 四环素 ＋ － － 氨苄青霉素＋四环素 ＋ － － 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：由题意可知，构建重组质粒时四环素抗性基因 被破坏，所以导入目的基因的菌落只能在没有抗生素或含有 氨苄青霉素的培养基中存活，应该选B类菌落。A类菌落能 在表中条件下存活，说明导入的是P0质粒。C类菌落只能在 无抗生素的培养基中存活，说明C类菌落没有导入质粒。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （4）为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质 粒，拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引 物在正确重组质粒中的相应位置，PCR鉴定时应选择的一对 引物是 。某学生尝试用图中另外一对引物，结果从 某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段，原因是 ⁠ ⁠。 乙、丙　 目的基因反 向连接　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 解析：据图分析，目的基因的外侧链只能用丙作引物，内侧链可用甲、乙作引物，如果用甲、丙作引物，则无论目的基因是否插入正确，都能通过PCR扩增大量目的基因，如果用乙、丙作为引物，当目的基因插入不正确（反向插入）时，则乙、丙两引物都结合在外侧，PCR不能正常进行，因此选用乙、丙作为引物可以进行PCR鉴定。若扩增出的DNA片段为400 bp，则正好是目的基因反向连接后，外侧链用乙作引物，内侧链用甲作引物扩增出的片段。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 17. （2024·盐城实验高级中学高二期中）金属硫蛋白（MT）是一 类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过聚合酶链式 反应（PCR）扩增获得目的基因， 构建转基因工程菌，用于重金属 废水的净化处理。如图是PCR扩 增过程的示意图，请回答下列 问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （1）从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过 ⁠获 得DNA用于PCR扩增。 解析： PCR是在体外进行DNA扩增，提取的mRNA不能用于PCR扩增，需要经过逆转录获得DNA后才可用于PCR扩增。 逆转录　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物 2），为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的 ⁠ 切割位点。设计引物时需要避 免引物之间形成 ，从而造成引物自连。 解析：设计一对与MT基因两端序列互补配对的引 物（引物1和引物2），需要在引物中增加适当的限制性 内切核酸酶（限制酶）的识别序列，便于构建重组质 粒。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间 形成碱基互补配对。 限制 性内切核酸酶（或限制酶）　 碱基互补配对　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （3）图中步骤1代表 ，步骤2代表复性，步骤3代表 ⁠， 这三个步骤组成一轮循环。 解析：根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤 2为复性，步骤3为延伸，这三个步骤构成一轮循环。 变性　 延伸　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （4）PCR扩增时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高 会破坏 的碱基配对。复性温度的设定与引物长 度、碱基组成有关，长度相同但 ⁠的引物需要设 定更高的复性温度。 解析：复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关，复性温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。因G、C之间氢键数多于A、T之间氢键数，故在使用G—C含量高的引物时需要设定更高的复性温度。 引物与模板　 G—C含量高　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 （5）如果PCR得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施 有 （填序号）。 ①升高复性温度　②降低复性温度　③重新设计引物 解析：如果PCR得不到任何扩增产物，可能的原因是 复性温度过高使扩增效率降低；也可能是未按照目的基因两 端的核苷酸序列来设计引物，需要重新设计。因此可采取的 措施有降低复性温度、重新设计引物等。 ②③　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 目录 生物学·选择性必修3 $