专题八 生物技术与工程 （热点拓展）（课件PPT）-【高考快车道】2026年高考生物大二轮专题复习与策略

热点拓展 热点1　微生物鉴定与筛选中的各种“圈”(透明圈、变色圈、抑菌 圈、生长圈)、影印培养 1．(2024·甘肃卷节选)源于细菌的纤维素酶是一种复合酶，能降解纤维素。为了提高纤维素酶的降解效率，某课题组通过筛选高产纤维素酶菌株，克隆表达降解纤维素的三种酶(如下图)，研究了三种酶混合的协同降解作用，以提高生物质资源的利用效率。回答下列问题。 1 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (1)过程①②采用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的培养基筛选菌株X，能起到筛选作用的原因是______________________________________________。 高产纤维素酶菌株筛选时，刚果红培养基上的菌落周围透明圈大小反映了__________________________________。 只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物 才能生长繁殖 菌落产生的纤维素酶的活性和量 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)课题组用三种酶及酶混合物对不同生物质原料进行降解处理，结果如下表。表中协同系数存在差异的原因是________________________________________(答出两点)。 生物质原料 降解率(%) 协同系数 酶A 酶B 酶C 混1 混2 混1 混2 小麦秸秆 7.08 6.03 8.19 8.61 26.98 74.33 114.64 玉米秸秆 2.62 1.48 3.76 3.92 9.88 24.98 77.02 玉米芯 0.62 0.48 0.86 0.98 6.79 1.82 11.34 注：混1和混2表示三种酶的混合物。 生物质原料不同；混合物中不同酶的含量不同 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)选择培养基是指一类根据特定微生物的特殊营养要求或其对某理化因素抗性的原理而设计的培养基。具有只允许特定的微生物生长，而同时抑制或阻止其他微生物生长的功能。在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择培养基中，只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖。刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物，使得含有纤维素的培养基呈现红色。当纤维素被纤维素酶分解时，刚果红与纤维素的复合物无法形成，培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。这个透明圈的大小直接反映了纤维素分解菌分解纤维素的能力。透明圈大，说明纤维素分解菌分解纤维 素的能力强，即菌落产生的纤维素酶的活性强、量多。(2)分析表格可知，表中协同系数共3行2列，彼此都不同，因此需要对行、列分别进行分析，各自得出一个原因，正好满足题干要求的2点。对比同一列的协同系数，如倒数第2列(混1)的3行，从上到下分别为74.33、24.98、1.82，它们有差异的原因在于这三行的“生物质原料”不同(分别是小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯)，这是3个数据的自变量，也是因变量协同系数不同的原因。最后一列(混2)的数据也是如此。对比同一行的协同系数，如第1行(小麦秸秆)的2列，从左到 右的分别为74.33、114.64，这两个数据有差异的原因显然在于混1、混2的不同，混1、混2表示酶A、酶B、酶C三种酶的混合物，由于三种酶的配比不同，即混合物中不同酶的含量不同，导致混1、混2协同系数有差异。下方两行(玉米秸秆、玉米芯)的数据也是如此。综上，表中3行2列的协同系数存在差异的原因有两个，其一是生物质原料存在差异，其二是混合物中不同酶的含量不同。 2．(2024·安徽卷)丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X，以提高丁二醇的产量。回答下列问题： (1)扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶，原因是______________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________。 在PCR反应中，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)使用BamH Ⅰ和 Sal Ⅰ限制酶处理质粒和X基因，连接后转化大肠杆菌，并涂布在无抗生素平板上(如图)。在此基础上，进一步筛选含目的基因菌株的实验思路是______________________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)研究表明，碳源和氮源的种类、浓度及其比例会影响微生物生长和发酵产物积累。如果培养基中碳源相对过多，容易使其氧化不彻底，形成较多的____________________，引起发酵液pH值下降。兴趣小组通过单因子实验确定了木薯淀粉和酵母粉的最适浓度分别为100 g·L-1和15 g·L-1。在此基础上，设置不同浓度的木薯淀粉(90 g·L-1、 100 g·L-1、110 g·L-1)和酵母粉(12 g·L-1、15 g·L-1、18 g·L-1)筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，以获得较高发酵产量，理论上应设置________(填数字)组实验(重复组不计算在内)。 乳酸或有机酸 9 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (4)大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高，其原因是_______________________________________。 (5)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经_________________，最终获得发酵产品。 大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量 提取、分离和纯化 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)在PCR反应中，变性的温度需要90 ℃ 以上，需要利用高温使DNA双链解旋，普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活，而Taq DNA聚合酶能够耐高温，在高温条件下依然具有活性，因此扩增X基因时，PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶。(2)据图可知，使用BamH Ⅰ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因，四环素抗性基因被破坏，氯霉素抗性基因保留，因此能在氯霉素培养基上生存，不能在四环素培养基上生存的大肠杆菌即是含目的基因菌株，因此实验思路为：在平板中添加氯霉素，再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中，在含有四环素的培 养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成。(3)碳源是微生物生长所需的主要能量来源，而氮源则是构成细胞物质和合成蛋白质、核酸等生物大分子的基本原料。当培养基中碳源相对过多时，微生物可能会优先利用碳源进行能量代谢，而氮源的消耗相对较慢。这会导致碳源氧化不完全，形成较多的乳酸或有机酸。这些乳酸或有机酸会在溶液中解离，使发酵液的pH值下降。因为要筛选碳源和氮源浓度的最佳组合，木薯淀粉浓度有3种，酵母粉浓度也有3种，因此理论上应设置3×3＝9组实验。(4)大肠杆菌进行细胞呼 吸时会释放大量能量，绝大多数以热能形式释放，因此大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时，温度会升高。(5)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后，再经提取、分离和纯化，最终获得发酵产品。 创新解读 1．在高考题中，我们常常会遇到与微生物鉴定与筛选相关的题目，其中透明圈、变色圈、抑菌圈、生长圈等概念频繁出现，成为考查的重点。像是通过透明圈筛选能分解特定底物的微生物，利用变色圈判断微生物是否产生特定代谢产物，依据抑菌圈筛选抗生素产生菌，借助生长圈选育特定营养物质的生产菌，这些都是高考中常见的考查角度。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．而在实际的科研与生物技术应用领域，这些微生物鉴定与筛选中的“圈”同样发挥着至关重要的作用。并且，影印培养技术也在微生物研究中有着独特的应用，它能够实现对微生物菌落的复制，从而进行多种条件下的对比培养。这些看似基础的微生物知识，正不断拓展和深化，在现代生物技术发展中绽放新的活力，其应用范围也在不断扩大，与基因工程、发酵工程等前沿生物技术紧密相连，推动着相关领域的发展。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．抑菌圈 (1)原理：待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质，或能分泌某种酶并将无毒的物质水解成对工具菌有毒的物质，从而在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈。该法常用于抗生素产生菌的筛选，工具菌常是抗生素敏感菌。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)关键指标分析 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．透明圈 (1)原理：在固体培养基中掺入可被特定菌利用的营养成分M，造成浑浊、不透明的培养基背景。同时加入能与M形成有色复合物的染色剂，待筛选菌的菌落周围会形成透明圈。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)实验：纤维素能与刚果红形成红色复合物，但其水解产物纤维二糖和葡萄糖不能与刚果红形成红色复合物。在以纤维素为唯一碳源的培养基中加入刚果红，接种土壤微生物培养，菌落周围出现透明圈，说明这些细菌能分解纤维素。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)关键指标分析 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 3．生长圈 (1)原理：利用一些有特别营养要求的微生物作为工具菌，若待分离的菌在缺乏上述营养物的条件下，能合成该营养物，或能分泌酶将该营养物的前体转化成营养物，那么，在这些菌的周围就会有工具菌生长，形成环绕菌落生长的生长圈。该法常用来选育氨基酸、核苷酸和维生素的生产菌，工具菌往往都是对应的营养缺陷型菌株。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)关键指标分析 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 4．变色圈 (1)原理：将指示剂直接掺入固体培养基中，进行待筛选菌悬液的单菌落培养时，目的菌株代谢物使指示剂变色，在菌落周围形成变色圈。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)实例 ①分离尿素分解菌：在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂。接种土壤微生物(产生脲酶)培养，菌落周围出现红色，说明该细菌能够分解尿素。 ②分离谷氨酸产生菌：在分离谷氨酸产生菌时，可在培养基中加入溴百里酚蓝，它是一种酸碱指示剂，当pH在6.2以下时为黄色，pH 7.6以上为蓝色。若平板上出现产酸菌，其菌落周围会变成黄色，可以从这些产酸菌中筛选谷氨酸产生菌。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 5．影印平板培养法 (1)定义：影印平板培养法是一种微生物培养技术，其通过特定的操作方式，实现在一系列培养皿的相同位置上接种并培养出相同遗传型的菌落。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)过程：把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有一层灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其均匀地沾满来自母种培养皿平板上的菌落。然后可把这一“印章”上的菌落一一接种到不同的选择培养基平板上。经培养后，对各平板相同位置上的菌落进行对比，就可选出适当的突变型菌株。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)实例：以培养某种大肠杆菌(如转胰岛素基因大肠杆菌)为例 ①选择具有标记基因青霉素抗性基因和四环素抗性基因，同时限制酶切点在青霉素抗性基因内部的质粒作载体，与目的基因构建表达载体。 ②得到两种质粒：原有质粒重新连接而成的空质粒和重组质粒。 ③将所得质粒与没有青霉素、四环素抗性的大肠杆菌混合、转化，将得到三种大肠杆菌，即未转化的大肠杆菌、导入空质粒的大肠杆菌和导入重组质粒的大肠杆菌。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ④将所得大肠杆菌培养，增加数量。然后接种到完全培养基上，得如图所示的6个菌落。 ⑤用影印接种法将菌落分别接种到含有四环素和青霉素的培养基上，培养结果如图。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ⑥结果分析：2号、5号菌落无法在两种培养基上生存，说明所含大肠杆菌没有抗性基因，即所含大肠杆菌为未转化的大肠杆菌；1号、4号、6号菌落在两种培养基中均能生存，说明其大肠杆菌两种抗性都有，即所含大肠杆菌为导入空质粒的大肠杆菌；3号菌落能在含四环素的培养基上生存，说明其含有四环素的抗性，不能在含青霉素的培养基上生存，说明不含有青霉素的抗性(青霉素抗性基因酶切插入目的基因后丧失其作用)，综合分析其大肠杆菌含有重组质粒。3号菌落所含大肠杆菌即是要选择培养的大肠杆菌。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．(2025·甘肃平凉模拟)牛瘤胃中的微生物包括细菌、产甲烷菌、真菌等，其中细菌包括纤维降解菌、淀粉降解菌、半纤维降解菌等。刚果红可以与纤维素形成红色复合物，但不与纤维素水解产物发生这种反应。将从牛瘤胃中获取的四种微生物接种在含有刚果红—纤维素复合物的培养基中，培养在有氧环境中，一段时间后出现如图所示结果。下列说法错误的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．在含有土豆汁的培养基中加入纤维素粉和刚果红可制备该培养基 B．从培养基的功能来分，该培养基的种类是鉴别培养基 C．四种微生物中，d种微生物分解纤维素的能力最强，且在牛瘤胃中数量最多 D．对a种微生物扩大培养时，通常使用液体培养基，可提高营养物质的利用率 √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 C　[土豆汁可以为微生物的生长提供碳源和氮源，在含有土豆汁的培养基中加入纤维素粉和刚果红可制备该培养基，A正确；该培养基能够鉴别微生物是否能分解纤维素，从培养基的功能来分，该培养基的种类是鉴别培养基，B正确；动物消化道中一般都是缺氧环境，而该实验是在有氧条件下进行的，d种微生物分解纤维素的能力最强，但不一定适合在牛瘤胃中生存，数量不一定最多，C错误；扩大培养时，通常使用液体培养基，因为使用液体培养基能促进培养液和菌种的接触，提高营养物质的利用率，D正确。] 2．幽门螺杆菌(Hp)属于一类致癌物，Hp与胃炎、消化性溃疡和胃癌等多种疾病有关。Hp的Ipp20基因能合成其特有的Ipp20蛋白质，科研人员据此利用基因工程制备Hp疫苗，该过程所选择的质粒及操作步骤如图所示。回答下列问题： 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (1)通过PCR扩增Ipp20基因的反应需要在________液中进行，扩增Ipp20基因时的基本条件包括DNA模板、原料、耐高温的DNA聚合酶、________等。 (2)在PCR反应体系中一般需要加入Mg2+，原因是________________ _________________________________________________________。 缓冲 引物 耐高温的DNA聚 合酶需要Mg2+激活 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 科研人员探究了不同浓度的Mg2+对PCR扩增效果的影响，结果如表所示。科研人员认为PCR反应高效进行，Mg2+浓度并不是越高越好，据表分析，依据是______________________________________________________________________________________________________________________________________。 Mg2+浓度/(mmol·L-1) 0 2 3 4 5 6 Ipp20基因相对含量 － ＋ ＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋ 注：“－”表示未检测到基因，“＋”表示检测到Ipp20基因，且“＋”越多，检测到的含量越多。 表中Mg2+浓度为4 mmol·L-1时，Ipp20基因相对含量最高，Mg2+浓度高于 4 mmol·L-1时，Ipp20基因相对含量降低 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)已知在构建基因表达载体时使用了限制酶Xho Ⅰ和Xba Ⅰ切割质粒和Ipp20基因。科研人员采用了影印法筛选含有目的基因的大肠杆菌，即使用无菌的线毡布压在培养基A(添加潮霉素)的菌落上，带出少许菌种，平移并压在培养基B(添加氯霉素)上。根据图示结果分析，含有目的基因的大肠杆菌应从培养基________中获取，理由是___________________________________________________________ __________________________________________，且符合要求的大肠杆菌菌落是________(填培养基中数字)。 A 切割后，重组质粒中不含有氯霉素抗性基因，因此含目的基因的大肠杆菌不能在添加了氯霉素的培养基B中生长 3、5 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)PCR技术是在体外进行DNA片段的复制，通过PCR扩增Ipp20基因的反应需要在缓冲液中进行，保证PCR过程中pH的稳定，扩增Ipp20基因时的基本条件包括DNA模板、原料、耐高温的DNA聚合酶和2种引物等。(2)在PCR反应体系中一般需要加入Mg2+，因为耐高温的DNA聚合酶需要Mg2+激活，即Mg2+的加入能促进反应的进行；从表中可以看出，在不含Mg2+的缓冲液中Ipp20基因几乎无法扩增(未检测到基因)，在一定的范围内，随着Mg2+浓度的增加，Ipp20基因相对含量逐渐增加，当Mg2+浓度为4 mmol·L-1时，Ipp20基因相对含量最高，扩增效果最好，Mg2+浓度高于4 mmol·L-1后，Ipp20基因相对含量降低，扩增效果反而下降，因此科研人员认为PCR反应高效进 行，Mg2+浓度并不是越高越好。(3)已知在构建基因表达载体时使用了限制酶XhoⅠ和XbaⅠ切割质粒和Ipp20基因，结合图示可以看出，质粒上含有潮霉素和氯霉素抗性基因，在构建目的基因表达载体的过程中氯霉素抗性基因被切割掉，保留了潮霉素抗性基因，因此导入空质粒或重组质粒的大肠杆菌都能在含有潮霉素的培养基A中生长，但含有重组质粒的大肠杆菌不能在含有氯霉素的培养基B上生长，从而会消失一些菌落，对照两个平板上减少的菌落就是符合要求的大肠杆菌菌落。科研人员采用了影印法筛选含有Ipp20基因的大肠杆菌，即使用 无菌的线毡布压在培养基A(添加潮霉素)的菌落上，带出少许菌种，平移并压在培养基B(添加氯霉素)上。根据图示结果分析，含有Ipp20基因的大肠杆菌应从培养基A中获取，这是因为带有目的基因的大肠杆菌不具有氯霉素的抗性，不能在培养基B中生长，结合图示可以看出，符合要求的大肠杆菌菌落是3和5。 热点2　单抗与双抗的制备及应用、抗原检测——双抗体夹心法 1．(2025·甘肃卷)肿瘤坏死因子α(TNF-α)是一种细胞因子，高浓度时可以引发疾病。研究者利用细胞工程技术制备了TNF-α的单克隆抗体，用于治疗由TNF-α引发的疾病，制备流程如下图。下列叙述正确的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 √ A．①是从小鼠的血液中获得的骨髓瘤细胞 B．②含未融合细胞、同种核及异种核融合细胞 C．③需用特定培养基筛选得到大量的杂交瘤细胞 D．④需在体外或小鼠腹腔进行克隆化培养和抗体检测 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 B　[骨髓瘤细胞应该从骨髓中获取，A错误；B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的融合是随机的，可能有些细胞不发生融合，有些两两融合，有些多个融合，有同种核融合细胞，也有异种核融合细胞，B正确；诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，但不能得到大量的，C错误；进行克隆化培养，即用培养基培养和注入小鼠腹腔中培养，抗体检测不是在小鼠腹腔内进行，D错误。] 2．(2022·山东卷)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 √ A．双抗可同时与2种抗原结合 B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞 C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原 D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 D　[根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成两种抗体，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。] 创新解读 1．在高考生物学的试题中，双抗的制备及应用、抗原检测——双抗体夹心法，常常作为考查生物技术与工程板块知识的重要考点出现。从制备双抗时对动物细胞融合技术的考查，到双抗体夹心法中抗原抗体特异性结合原理的剖析，这些知识点以选择题、简答题等形式，检验着大家对生物学基础理论和实验操作的理解。比如在单克隆抗体的制备流程里，从抗原注射到小鼠体内获取B淋巴细胞，再到与骨髓瘤细胞融合筛选出杂交瘤细胞，每个步骤都可能成为高考出题点。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．在当下的科研热点和实际应用场景中，这些知识正发挥着巨大的作用。双抗凭借其能同时靶向两种抗原的特性，在肿瘤免疫治疗领域取得了突破性进展，为癌症患者带来了新的希望；双抗体夹心法以其高灵敏度和特异性，广泛应用于病毒抗原检测、肿瘤标志物筛查等，在疾病的早期诊断和防控方面扮演着不可或缺的角色。从高考题到热点聚焦，看似是从理论迈向实践，实则是知识的一脉相承与拓展深化，它们共同构建起了现代生物技术蓬勃发展的基石。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．双抗的制备及应用 (1)双特异性抗体：是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合，目前最常利用杂交—杂交瘤的方法来制备。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)实例：长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉，其所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。图1是科研人员通过杂交—杂交瘤细胞技术(免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产能同时识别癌胚抗原和长春碱的双特异性单克隆抗体的部分过程，图2是某双特异性抗体作用图。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)优点：与直接使用抗肿瘤药物相比，将抗肿瘤药物与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是双特异性单克隆抗体能将药物送到肿瘤部位，对肿瘤进行特异性杀伤。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．抗原检测——双抗体夹心法 (1)双抗体夹心法：是一种将两种特异性抗体结合在一起来检测目标抗原或抗体的方法。 (2)基本原理： 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ①先将一种特异性抗体(捕获抗体)固定在固相载体(如微量滴定板、磁珠等)上，形成固相抗体； ②然后加入待测样本，使样本中的目标抗原与固相抗体结合，形成固相抗原抗体复合物； ③再加入另一种特异性抗体(检测抗体或酶标抗体)，该抗体与目标抗原的另一个表位结合，形成双抗体夹心结构； ④最后通过加入底物产生颜色反应或触发信号反应(如光信号、电信号)，根据反应的程度进行目标抗原或抗体的定性或定量检测。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．普通的肿瘤治疗——单克隆抗体(单抗)只能结合单一的抗原，无法有效地聚集于肿瘤组织处。双特异性单克隆抗体(双抗)可以将抗肿瘤的药物直接导至靶细胞，通过靶向多个抗原发挥协同抗肿瘤作用。基因工程制备双抗的原理是对传统单抗进行基因工程方面的改造，从而形成双特异性抗体。利用杂交瘤细胞融合也可以制备双抗，先将每个杂交瘤细胞受抗原刺激产生单克隆抗体，然后将这两个杂交瘤细胞融合在一起，此融合的杂交瘤细胞能够重新随机组合“双亲”单抗肽段，从而产生双抗。下列叙述正确的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 √ A．诱导两个杂交瘤细胞融合，一定会产生双抗 B．基因工程改造传统单抗，操作对象是肽链 C．制备杂交瘤细胞的过程中需要将能分泌特定抗体的浆细胞与骨髓瘤细胞融合 D．相比于普通化疗，双抗治疗能减少药物的用量并降低正常组织的不良反应 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 D　[诱导两个杂交瘤细胞融合，结果有不融合的单个杂交瘤细胞、融合成功的双杂交瘤细胞，不一定会产生双抗，即使融合成功的细胞，单抗肽段随机组合，也不一定能产生双抗，A错误；基因工程改造传统单抗，应在基因水平操作，操作对象是DNA分子(或基因)，B错误；制备杂交瘤细胞的过程中是免疫后的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，但是此时的B淋巴细胞包括多种产生不同抗体的浆细胞，C错误；将抗肿瘤的药物直接导至靶细胞，能减少药物的用量，避免了药物作用于正常组织细胞，降低正常组织的不良反应，D正确。] 2．如图表示双抗体夹心法检测抗原的过程，该方法是医学上常用的定量检测抗原的方法，利用细胞工程技术制备的单克隆抗体能增强该过程的有效性。下列叙述错误的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 √ A．图示两种抗体与样品中待测抗原的结合位点不同 B．温度、pH等会影响双抗体夹心法检测抗原的结果 C．用双抗体夹心法检测抗原需要制备两种能与抗原结合的单克隆抗体 D．双抗体夹心法与只使用单克隆抗体相比，能增加可识别抗原的种类 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 D　[据图可知，用双抗体夹心法检测抗原时需要用到与抗原不同位点结合的两种抗体，因此用双抗体夹心法检测抗原需要制备两种能与抗原结合的单克隆抗体，A、C正确；据图可知，双抗体夹心法利用酶标抗体中的酶水解相应物质，通过检测水解产物的量来反映样品中抗原的含量，由于酶活性受温度、pH等因素的影响，因此温度、pH等会影响双抗体夹心法检测抗原的结果，B正确；抗原与抗体的结合具有特异性，该技术可用于定量检测抗原，双抗体夹心法与只使用单克隆抗体相比，未增加识别抗原的种类，D错误。] 热点3　同尾酶、启动子与转录调控 1．(2025·河南卷节选)为构建携带cg(高活性卡拉胶酶CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(如图)，对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切，随后用E．coli DNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率，cg转录模板链的5′端最好含有________酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验，获得的部分重组质粒分子大小符合预期，但均无法使用各自构建 BamHⅠ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 表达载体的双酶切组合进行切割，其原因是____________________ ______________________________。限制酶的识别序列和切割位点如下： 重组质粒连接处的序 列不再是原来的限制酶识别序列 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　E．coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率较低，因此为保证连接的效率，切割质粒和目的基因时不能选择切成平末端的限制酶，即不能选择EcoRⅤ酶和SmaⅠ酶，而SpeⅠ酶与XbaⅠ酶切割后的黏性末端相同，若选择SpeⅠ酶与XbaⅠ酶切割，会出现质粒和目的基因的自身环化甚至目的基因倒接，因此切割质粒时SpeⅠ酶与XbaⅠ酶中只能选择一个，而另一个限制酶需要选择BamHⅠ酶，又由于转录的方向是由启动子→终止子，且mRNA形成的方向是5′→3′，且mRNA与DNA的模板链方向相反，因此基因模板链的3′端应靠近启动子，故为保证连接准确性和效率，cg转录 模板链的5′端最好含有BamHⅠ酶切位点。T4 DNA连接酶既可以连接平末端，也可连接黏性末端，不同的平末端均可由T4 DNA连接酶连接，由于限制酶的识别序列具有专一性，若连接后的序列不存在最初限制酶的识别序列，则可能导致重组质粒无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割。故另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4 DNA连接酶重复上述实验，获得的部分重组质粒分子大小符合预期，但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割，其原因是重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列。 2．(2025·广东卷)大肠杆菌是重要工业菌株之一，其培养过程可分为快速生长期和生长稳定期两个阶段。为了通过调节蛋白质合成与降解速率来动态调控代谢途径关键酶的蛋白量，使细胞适配不同阶段的生产需求，研究者设计了两种质粒，并以稳定性好的红色荧光蛋白mKate2为模式蛋白，测试质粒功能。回答下列问题： 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (1)研究者首先构建质粒①(图a)用于在细胞内表达C-末端带SsrA短肽的mKate2，将质粒导入感受态细胞后，在添加抗生素的选择培养基上培养。根据培养基上菌落的生长状况，结合PCR及________检测，筛选获得重组菌株W1。 荧光 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)将W1在适宜条件下进行摇瓶培养，定时取样检测培养液中细胞密度，方法有_____________________________________(答一种)。接种前需检测液体培养基的荧光强度，其作用是________________ _____________________。培养结果(图b)表明，进入生长稳定期后荧光强度快速下降，原因是__________________________________ _________________________________________________________。 稀释涂布平板法(或显微镜直接计数法) 排除培养基本身 荧光对实验结果的干扰 PGeo在生长稳定期停止基因转录，且 带有SsrA短肽的mKate2被降解 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)研究者选用启动子PX、X基因(编码阻遏蛋白X，阻遏PX开启转录)，重新构建质粒②(图a)，导入野生型大肠杆菌中获得重组菌株W2。在适宜条件下摇瓶培养，W2的生长趋势不变，培养期间荧光强度的变化趋势为___________________________________________ _______________。 快速生长期无荧光，生长稳定期荧光强度先上 升后保持稳定 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (4)莽草酸是一种重要工业化学品，其胞内合成代谢途径见图c。由于野生型大肠杆菌胞内酶A活性弱，且莽草酸会被快速转化为细胞生长必需物，因此细胞中无法大量积累莽草酸。为了保证细胞正常生长，并在生长稳定期实现莽草酸的大量积累，利用上述两种质粒的调控功能，结合野生型菌株遗传物质的改造，提出重组生产菌株构建思路：_________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。 先敲除野生型菌株中的酶B基因，再将质粒①中的mKate2基因替换为酶B基因，将质粒②中的mKate2基因替换为酶A基因，并将两种质粒导入野生型菌株中 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)质粒中存在红色荧光蛋白基因，可根据培养基上菌落的生长状况，结合PCR及荧光检测，筛选获得重组菌株W1。(2)检测培养液中细胞密度常用的方法有稀释涂布平板法(通过统计平板上的菌落数来估算细胞数量，进而得到细胞密度)、显微镜直接计数法(利用细菌计数板在显微镜下直接对细胞进行计数)。接种前检测液体培养基的荧光强度，是为了排除培养基本身荧光对实验结果的干扰。进入生长稳定期后，由于PGeo在生长稳定期停止基因转录，所以不再合成带有SsrA短肽的mKate2，同时C-末端带有SsrA短肽的蛋白质可被大肠杆菌内源蛋白酶系统特异性识别并以一定速率降 解，导致荧光强度快速下降。(3)在重组菌株W2中，启动子PX被阻遏蛋白X阻遏转录。在细胞快速生长阶段，阻遏蛋白X 阻遏mKate2基因的表达；随着细胞进入生长稳定期，阻遏蛋白X停止表达并被降解，对PX启动子的阻遏作用降低，mKate2基因开始表达，荧光强度开始上升，由于原料的限制，最后保持稳定，所以培养期间荧光强度的变化趋势为快速生长期无荧光，生长稳定期荧光强度先上升后保持稳定。(4)为了保证细胞正常生长，并在生长稳定期实现莽草酸的大量积累，利用上述两种质粒的调控功能，结合野生型菌株遗 传物质的改造，提出的重组生产菌株构建思路是：首先对野生型大肠杆菌进行改造，敲除酶B基因；然后将质粒①中的mKate2基因替换为酶B基因，使相关代谢途径关键酶在快速生长期正常表达以保证细胞正常生长，进入生长稳定期后该酶降解，减少对莽草酸的转化；同时将质粒②中的mKate2基因替换为酶A基因，利用其调控机制在生长稳定期实现莽草酸合成相关基因的稳定表达，从而大量积累莽草酸，最后将两种质粒导入野生型菌株。 创新解读 1．在高考生物学的试题中，同尾酶、启动子与转录调控等知识是考查基因工程和基因表达相关内容的关键要点。像同尾酶这一概念，常结合基因表达载体的构建进行考查，要求同学们理解不同同尾酶切割DNA后产生相同黏性末端的原理，以及如何巧妙利用这一特性，在不破坏目的基因关键片段的前提下，完成载体与目的基因的连接，防止质粒自身环化，进而实现基因的稳定导入与表达。而启动子和转录调控更是高考命题的热门方向，常常以简答题的形 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 式，让大家阐述启动子作为RNA聚合酶识别、结合位点，如何开启转录过程，以及转录调控中各类顺式作用元件和反式作用因子如何协同，精准控制基因表达的时间和强度，比如乳糖操纵子模型中启动子与操纵基因、阻遏蛋白之间的相互作用，决定了结构基因转录的开启与关闭。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．当我们将目光从高考题转向科研热点和实际应用场景时，会发现这些知识正不断闪耀着创新的光芒。在生物医药领域，利用同尾酶进行复杂基因片段的拼接，为新型药物研发开辟了新路径；对于启动子与转录调控的深入研究，则助力科学家们设计出更高效、精准的基因治疗方案，通过调控特定基因的表达来攻克疑难病症。从高考考场迈向科研前沿，同尾酶、启动子与转录调控知识不仅是知识的传承，更是科技进步的强大助力，引领着我们探索生命奥秘、改善人类生活。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．同尾酶 (1)同尾酶，即能切割产生相同末端的限制酶，一般是指能产生相同黏性末端的限制酶。所有平末端酶产生的末端均是相同的，但一般不把它作为同尾酶来研究。同尾酶是不同的酶，它们只是切割DNA产生的末端相同，同尾酶之间的识别序列可以相同也可以不同，但基因工程中识别序列不同的同尾酶的应用性最大。在构建基因表达载体的过程中，若选择的某种限制酶会破坏目的基因或质粒的重要片段时，可尝试使用该酶的同尾酶进行切割。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)同尾酶作用特点 同尾酶产生的黏性末端可以像完全亲和的黏性末端那样进行连接，但是它与完全亲和的黏性末端连接不同的是，连接后的产物往往失去原有的限制性内切核酸酶的切点，但是，少数情况下，也能被某一种同尾酶识别并切割。例如，由BamHⅠ和Sau3AⅠ识别和切割的序列分别是5′- ATCC-3′和5′ - ATC-3′，切割重组后，一般不能被BamHⅠ识别和切割，但仍能被Sau3AⅠ识别和切割。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 这样用同尾酶进行体外重组时，在限制酶切割反应之后不必将原有的限制酶失活，就可直接进行重组连接。由于连接体系中原有的限制酶的存在，从而保证了载体同外源DNA的连接。所以在这种连接反应中不必用碱性磷酸酶进行载体的脱磷酸反应而得到最高的连接效率，即不需要将5′端突出的磷酸基团消化掉，使质粒载体自身不能形成闭合的环状结构。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．启动子与转录调控 (1)启动子的类型 启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列，多数位于结构基因转录起始点的上游，启动子本身不被转录。 启动子对转录起始有调节和控制作用，决定着基因表达过程的起始以及在什么条件下开始。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 参照转录调控模式，启动子又可以分为： ①组成型启动子，该类启动子能够调控结构基因的表达基本恒定在一定程度上，在不同部位或组织表达水平差异不明显。 ②组织特异型启动子，该类启动子的调控作用使得基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达，且表现出发育调节的特性。如构建乳腺生物反应器使用的即为乳腺细胞中特异表达基因的启动子。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ③诱导型启动子，即在某些特定的物理或化学信号刺激后，基因转录水平在该类型启动子调控下大幅度地提升。目前已经分离了众多启动子如热诱导表达基因启动子、光诱导表达基因启动子、创伤诱导表达基因启动子、真菌诱导表达基因启动子和共生细菌诱导表达基因启动子等。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)启动子位置及转录模板链的判断 基于图1中的信息能否判断启动子位置及转录模板链？答案是否定的，若要对转录情况做出准确判断，必须要明确以下三个要素： ①链方向 ②链性质(编码链或模板链) ③功能区域(启动子或终止子) 确定其中2个要素即可确定第3个要素。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 举例分析如下： a．基于图2中模板链①及其方向，判断启动子的位置。 由于转录产生的RNA新链的合成方向为5′→3′，转录过程的发生是从启动子到终止子，则推导出非编码区2为启动子。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 b．基于图3中启动子位置及DNA链的方向，判断模板链位置。 转录过程的发生是从启动子到终止子，转录产生的RNA新链的合成方向为5′→3′，且与模板链反向平行，推导出②为该基因的模板链。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 c．基于图4中的模板链(①)及启动子位置，判断DNA链的方向。 转录过程的发生是从启动子到终止子，转录出来的mRNA的5′端位于左侧，3′端位于右侧，由于①为模板链，其与转录产生的mRNA互补，且反向平行，所以①的方向从左至右为3′→5′，②的方向从左至右为5′→3′。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．(2025·浙江杭州二模)同尾酶指识别位点不同但能切出相同黏性末端的限制酶；同裂酶指具有相同识别序列的限制酶(切割位点相同或不同均可)。几种基因工程中常用的限制酶如表所示。下列叙述错误的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 限制酶的名称 识别和切割位点 HinPⅡ 5′—GCGC—3′ GlaⅠ 5′—GCGC—3′ HhaⅠ 5′—GCGC—3′ HpaⅡ 5′—CCGG—3′ NarⅠ 5′—GGCGCC—3′ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．HinPⅡ和HhaⅠ为同裂酶，切出的黏性末端不同 B．HinPⅡ和HpaⅡ切割的产物连接后，其序列不能被GlaⅠ切割 C．HinPⅡ和NarⅠ为同尾酶，它们切割的产物连接后的序列不能被GlaⅠ切割 D．某质粒仅含1个GlaⅠ的识别位点，则该质粒能被NarⅠ切割的概率为1/16 √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 C　[同裂酶是指具有相同识别序列的限制酶。HinPⅡ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，HhaⅠ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，二者识别序列均为GCGC，所以HinPⅡ和HhaⅠ为同裂酶。判断黏性末端是否不同：HinPⅡ切割后产生的黏性末端是—G和CGC—，HhaⅠ切割后产生的黏性末端是—GCG和C—，二者黏性末端不同，A正确。HinPⅡ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，HpaⅡ识别和切割位点是5′—CCGG—3′，二者切割产物连接后的序列为—GCGG—。GlaⅠ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，连接后的—GCGG— 序列不能被GlaⅠ识别和切割，B正确。同尾酶是指 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 识别位点不同但能切出相同黏性末端的限制酶。HinPⅡ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，NarⅠ识别和切割位点是5′—GGCGCC—3′，二者切割后产生的黏性末端相同，所以HinPⅡ和NarⅠ为同尾酶。分析连接后的序列能否被GlaⅠ切割：HinPⅡ和NarⅠ切割产物连接后的序列为—GCGC—，GlaⅠ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，该序列能被GlaⅠ识别和切割，C错误。GlaⅠ识别和切割位点是5′—GCGC—3′，NarⅠ识别和切割位点是5′—GGCGCC—3′，可以看出NarⅠ识别位点包含了GlaⅠ的识别位点。在仅含1个GlaⅠ识别位点的情况下，该质粒能被NarⅠ切割的概率为1/16(因为在GlaⅠ识别位点的基础上，前后各增加一个碱基，共16种可能情况，其中有一种是NarⅠ的识别位点)，D正确。] ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 2．种子成熟过程受脱落酸(ABA)等植物激素调控。为研究种子成熟的调控机制，研究者以拟南芥为材料进行了实验。 (1)ABA是对植物生长发育起________作用的微量有机物，其主要作用有_______________________________________________________ __________。(答一点) 调节 抑制细胞分裂/促进气孔关闭/促进叶和果实的衰老和脱落/维持 种子休眠 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)研究发现，种子成熟阶段S蛋白和J蛋白均有表达。研究者检测了不同拟南芥种子的成熟程度，结果如图1，根据图分析，S蛋白和J蛋白对种子成熟的调控作用分别是_____________。 促进、抑制 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)S蛋白可与J蛋白结合。为探究两蛋白在植物体中的作用关系，研究者在纯化的J蛋白溶液中分别加入野生型及S蛋白缺失突变体的种子细胞裂解液，使用药剂M进行相关处理，检测结果如图2，结果说明：S蛋白可使J蛋白________。 降解 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (4)检测发现，S蛋白缺失突变体比野生型体内的ABA含量低。编码S蛋白基因的启动子区有转录调控因子T的结合序列，T可被ABA激活。J蛋白也为一种转录调控因子。为研究T、J蛋白对S蛋白基因表达的调控，研究者构建了图3所示质粒并转化烟草叶肉原生质体，实验结果如图4。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 图4结果说明：______________________________________________ _________________________________________________________。 T蛋白与S蛋白基因的启动子结合，促进S基因的表达，而J基因抑制T蛋白与S蛋白基因启动子的结合 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (5)种子成熟对于种子提高萌发活力等具有重要作用。综合上述研究，分析ABA对种子成熟的调控机制。 ___________________________________________________________ _________________________________________________________。 ABA激活T蛋白，T蛋白促进S蛋白合成，S蛋白可使抑制种子成熟的J蛋白降解，从而促进种子成熟 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1) ABA是植物激素，在植物生长发育过程中起调节作用。其主要作用有四点：抑制细胞分裂；促进气孔关闭；促进叶和果实的衰老和脱落；维持种子休眠。(2)S蛋白缺失，种子成熟程度低，因此S蛋白促进种子成熟，而J蛋白过表达植株种子成熟度低，因此J蛋白抑制种子成熟。(3)药剂M抑制蛋白质的降解，与用药剂M处理相比，不用药剂M处理时，S蛋白缺失突变体组J蛋白含量比野生型多，说明J蛋白会被S蛋白降解。(4)质粒1＋2组作为对照，与1＋2组相比，1＋3组中T基因表达T蛋白，使得LUC/REN荧光强度比值 明显增大，且REN、LUC不受T蛋白的影响，说明T蛋白能与S蛋白基因启动子结合，从而使得LUC增多，而1＋4组与1＋3＋4组均与1＋2组相同，说明第四组表达的J蛋白会抑制T蛋白与S蛋白基因启动子的结合，抑制LUC的合成。(5)ABA激活T蛋白，T蛋白可与S蛋白基因启动子结合，启动S基因的表达，S蛋白增多，S蛋白可使J蛋白降解，而J蛋白抑制种子成熟，因此S蛋白可促进种子成熟，即ABA促进种子成熟。 热点4　PCR技术及其应用 1．(2025·全国卷)为在大肠杆菌中表达酶X，某同学将编码酶X的基因(目的基因)插入质粒P0，构建重组质粒PX，并转入大肠杆菌。该同学设计引物用PCR方法验证重组质粒构建成功(引物1～4结合位置如图所示，→表示引物5′→3′方向)。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 该同学进行PCR实验时，所用模板与引物见下表。实验中①和④的作用是：______________________________________________；②无扩增产物，原因是 ______________________________________；③、⑤和⑥有扩增产物，扩增出的DNA产物分别是__________________________________________________。 管号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 模板 无 P0 PX 无 P0 PX 引物对 引物1和引物2 引物3和引物4 作为对照(或答：鉴定反应体系是否有模板污染) P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列 目的基因、质粒片段、含目的基因和部分质粒序列的片段 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　实验中①和④的作用是作为对照。①无模板且引物对与②③相同，④无模板且引物对与⑤⑥相同，可对比说明模板对扩增的影响。②之所以无扩增产物，是因为P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列，无法扩增出子链DNA序列。③以PX为模板，引物1和引物2扩增出的是目的基因；⑤以P0为模板，引物3和引物4扩增出的是质粒P0上一段DNA片段；⑥以PX为模板，引物3和引物4扩增出的是含目的基因和部分质粒序列的DNA片段。 2．(2025·河南卷)某二倍体植物松散株型与紧凑株型是一对相对性状，紧凑株型适合高密度种植，利于增产。研究人员获得了一个紧凑株型的植株，为研究控制该性状的基因，将其与纯合松散株型植株杂交，F1均为松散株型，F2中松散株型∶紧凑株型＝3∶1，控制该相对性状的基因为A/a。回答下列问题： (1)该紧凑株型性状由________(填“A”或“a”)基因控制。 a 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)在A基因编码蛋白质的区域中插入一段序列得到a基因(图1)，a基因表达的肽链比A基因表达的肽链短。造成此现象的原因是___________________________________________________________ _________________________________________________________。 插入序列后，a基因中编码终止密码子的序列提前，a基因转录产生的mRNA提前终止翻译 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)研究人员设计了3条引物(P1～P3)，位置如图1(→表示引物5′→3′方向)。以3个F2单株(甲、乙、丙)的DNA为模板，使用不同引物组合进行PCR扩增，琼脂糖凝胶电泳结果分别为图2-A和2-B(不考虑PCR结果异常)。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ①图2-A中使用的引物组合是________；丙单株无扩增条带的原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________。 ②结合图2-A的扩增结果，在图2-B中，参照甲的条带补充乙与丙的电泳条带(将正确条带涂黑)。 P2和P3 丙的基因型为AA，无引物P3的结合序列，利用引物P2和P3扩增时，无法得到扩增产物 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ③使用图2-A中的引物组合扩增F2全部样本，有扩增条带松散株型∶无扩增条带松散株型＝________。 2∶1 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)根据题意可知，研究人员获得了一个紧凑株型的植株，为研究控制该性状的基因，将其与纯合松散株型植株杂交，F1均为松散株型，F2中松散株型∶紧凑株型＝3∶1，说明紧凑株型为隐性性状，由a基因控制。(2)在A基因编码蛋白质的区域中插入一段序列得到a基因(图1)，a基因表达的肽链比A基因表达的肽链短，说明终止密码子提前出现，因此推测可能是A基因内部插入一段序列后，使a基因中编码终止密码子的序列提前，a基因转录产生的mRNA提前终止翻译。(3)①子二代的基因型为AA、Aa、aa，根据图示可知，A和a基因上均含有P1和P2引物互补的序列，而P3引物识别的 序列只有a基因中才存在，若选择引物P1和P2进行扩增，则A基因和a基因均能扩增出相应产物，只是a基因扩增的产物长度要大于A基因扩增的产物，即AA的个体扩增产物的电泳条带与aa的个体扩增产物的电泳条带不同，且Aa的个体扩增产物的电泳条带应为两条，与图A不符，若选择引物P3和P2进行扩增，则只有Aa和aa的个体中因含有a基因而能扩增出产物，且扩增出的产物电泳条带相同，而AA的个体由于不含与P3引物结合的序列，因此不能扩增出产物，没有对应的电泳条带。即图2-A中使用的引物组合是P2和P3，丙的基因型为AA，无引物P3的结合序列，利用引物P2和P3扩 增时，无法得到扩增产物。②图A是利用引物P3和P2扩增后电泳的结果，则图B是利用引物P1和P2扩增的产物电泳的结果，由于a基因扩增出来的产物长度大于A基因扩增的产物，因此AA(松散株型)、aa(紧凑株型)基因的个体扩增的产物电泳时均只有一个条带，且aa基因的个体扩增的产物电泳时形成的电泳条带距离点样孔近，而Aa(松散株型)的个体扩增的产物电泳时会出现两个电泳条带，故乙与丙的电泳条带见答案。③使用图2-A中的引物组合(P3和P2)扩增F2全部样本，由于只有含a基因的个体才能扩增出相应产物，且A－为松散株型，而子二代中Aa∶AA＝2∶1，所以使用图2-A中的引物组合扩增F2全部样本，有扩增条带松散株型(Aa)∶无扩增条带松散株型(AA)＝2∶1。 创新解读 1．在高考生物学的试卷上，PCR技术一直是个常客。如根据特定的实验目的，设计PCR引物的题目，不仅考查对碱基互补配对原则的理解，还检验能否根据模板DNA的序列，合理设计出能特异性扩增目的基因的引物。还有一些实验分析题，会呈现PCR扩增后产物的电泳结果，要求你根据条带的位置和亮度，判断扩增是否成功、是否存在非特异性扩增等问题，这些都在考查你对PCR技术的掌握程度。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．PCR技术早已成为生命科学领域的明星技术。从医疗领域的疾病诊断，到科研前沿的基因编辑、生物制药等研究，PCR技术的身影无处不在。它能够在短时间内大量扩增特定的DNA片段，为科学家们深入研究基因的结构和功能提供了关键支持。在刑侦破案中，PCR技术可以从微量的生物样本中提取并扩增DNA，帮助警方锁定犯罪嫌疑人。PCR技术跨越了理论与实践的界限，不断推动着生命科学和社会发展的进步。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．PCR引物的设计和修饰 (1)PCR引物的设计原则 ①引物长度要适宜，通常为20～30个核苷酸。过长会导致其延伸温度大于74 ℃，不适于耐高温的DNA聚合酶进行反应；引物过短特异性差，可导致引物与模版链随机结合。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ②引物内部应避免自身互补。引物自身不能有连续4个碱基的互补，以免形成发夹状结构(如图)，这种结构会因空间位阻而影响引物与模板的复性结合。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 ③引物之间应避免互补。引物之间不能有连续4个碱基的互补，尤其应避免3′端的互补重叠以防形成引物二聚体(如图所示)。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)引物的特异性和修饰 ①引物的特异性是指针对目标DNA片段设计出来的引物只能扩增出此目标DNA片段，而不能扩增出其他DNA片段。 ②引物的修饰 ⅰ．引物3′端不可修饰。引物的延伸是从3′端开始的，不能进行任何修饰。 ⅱ．引物5′端可以修饰。引物5′端常见修饰包括：添加酶切位点；引入启动子序列、插入突变序列等。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．实时荧光定量RT-PCR技术检测病毒核酸 病毒感染的常规检测方法是通过实时荧光PCR鉴定。实时荧光PCR扩增目的基因，需额外添加荧光标记探针(一小段单链DNA，可与目的基因中部序列特异性结合)。当探针完整时，不产生荧光。在PCR过程中，R与Q分离后，R发出的荧光可被检测到(如图甲)，通过实时荧光PCR检测某冠状病毒感染时，检测到的荧光强度变化如图乙，荧光到达预先设定阈值的循环数(Ct值)越小，说明病毒核酸浓度越高。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 3．反向PCR扩增已知序列两侧的未知序列 当DNA的某些序列已知，而需要扩增已知序列两端的未知序列时，可采用反向PCR技术。原理：用限制酶消化该DNA，随后使用DNA连接酶将获得的酶切产物环化，这样就获得了已知序列两侧携带有未知序列的环状DNA分子。以该已知序列为模板设计一对相反方向的特异性引物，该引物对已知序列反向，但对未知序列却是相向的，从而得以扩增出未知序列。原理如图。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 4．巢式PCR 首先将目标的DNA模板与第一套引物(外引物)结合。第一套引物也可能结合到其他具有相似结合位点的片段上并扩增多种产物。但只有一种产物是目的片段(图中未显示可能的多种产物)。然后使用第二套引物(内引物)对第一轮PCR扩增的产物进行第二轮PCR扩增。由于第二套引物位于第一轮PCR产物内部，而非目的片段包含两套引物结合位点的可能性极小，因此第二套引物扩增出非目的片段的可能性也极小。这种巢式PCR扩增确保第二轮PCR产物几乎或者完全没有引物配对特异性不强造成的非特异性扩增的污染。原理如图。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．(2025·安徽芜湖二模)反向PCR是一种通过已知序列设计引物对未知序列进行扩增的技术，其过程如下图所示。下列叙述错误的是 (　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．反向PCR应选择引物1和引物4进行PCR扩增 B．设计的引物不宜过短，否则扩增的特异性会下降 C．PCR产物是包含已知序列和所有未知序列的环状DNA分子 D．整个过程需用到限制酶、DNA连接酶和耐高温的DNA聚合酶 √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 C　[DNA子链合成的方向为5′端到3′端，因此要通过已知序列设计引物对未知序列进行扩增应选择引物1和引物4进行PCR扩增，A正确；设计的引物不宜过短，否则扩增的特异性会下降，B正确；PCR产物是包含所有已知序列和未知序列的链状DNA分子，C错误；整个过程需用到限制酶、DNA连接酶和耐高温的DNA聚合酶，D正确。] 2．荧光定量PCR技术可定量检测样本中核酸含量，其原理是：在PCR反应体系中加入引物的同时，加入与某条模板链互补的荧光探针，当Taq DNA聚合酶催化子链延伸至探针处会水解探针，使荧光监测系统接受到荧光信号，即每扩增一次，就有一个荧光分子生成(如下图)。Ct值(循环阈值)的含义为：每个反应管内的荧光信号到达设定阈值时所经历的循环数。下列说法正确的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．该项技术可用来直接检测样本中新冠病毒核酸的含量 B．Ct值的大小与待测样本中核酸数量成正相关 C．1个双链DNA分子经过3轮循环一共会生成8个荧光分子 D．该PCR技术中DNA聚合酶既催化形成磷酸二酯键，又催化断裂磷酸二酯键 √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 D　[荧光定量PCR技术是在已知核酸序列信息的基础上，通过特定引物和荧光探针来检测核酸，新冠病毒的核酸为RNA，若要使用该技术检测，需先经逆转录将其转化为DNA，不能直接检测样本中新冠病毒核酸(RNA)的含量，A错误；Ct值是荧光信号到达设定阈值时所经历的循环数，待测样本中核酸数量越多，扩增产生足够荧光信号达到阈值所需的循环数越少，即Ct值越小，所以Ct值的大小与待测样本中核酸数量成负相关，B错误；根据PCR的原理，1个双链DNA分子经过1轮循环形成2个DNA分子，经过2轮循环形成22＝4个DNA分子，经过3轮循环形成23＝8个DNA分子，由于每扩增一次就 有一个荧光分子生成，从第1轮循环开始产生荧光分子，第1轮产生1个，第2轮产生2个，第3轮产生4个，一共会生成1＋2＋4＝7个荧光分子(注意：这里是按照每一轮新产生的DNA对应产生一个荧光分子计算)，C错误；在该PCR技术中，Taq DNA聚合酶一方面催化脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，从而合成子链，另一方面当子链延伸至探针处时，催化断裂荧光探针中的磷酸二酯键，使荧光分子释放出来，D正确。] 热点5　基因编辑技术 (2025·甘肃卷)水稻白叶枯病(植株的叶片上会出现逐渐扩大的黄白色至枯白色病斑)由白叶枯病菌引起，严重威胁水稻生产和粮食安全。科学家利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术，对水稻白叶枯病的感病基因SWEET(该基因被白叶枯病菌利用以侵染水稻)的启动子区进行了定点“修改”，编辑后的水稻幼胚通过植物组织培养技术获得抗病植株(如下图)。回答下列问题。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (1)CRISPR-Cas9重组Ti质粒构建完成后，可通过_____________(方法)将该质粒转入植物细胞，并将____________________整合到该细胞的染色体上。为了能够筛选出转化成功的细胞，需要在植物组织培养基中添加__________。 农杆菌转化法 Ti质粒上的T-DNA 潮霉素 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)实验中用到的水稻幼胚在植物组织培养中被称为__________，对其消毒时需依次使用酒精和__________处理。诱导形成再生植株的过程中需使用生长素和细胞分裂素，原因是____________________ _________________________________________________________。 外植体 次氯酸钠 生长素和细胞分裂素 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (3)为了检测基因编辑水稻是否成功，首先需采用__________技术检测目标基因的启动子区是否被成功编辑；然后，在个体水平需将基因编辑后的水稻与野生型水稻分别接种白叶枯病菌，通过比较____________________________________________来验证抗病性。 (4)在该研究中，基因编辑成功后的水稻可以抗白叶枯病的原因为___________________________________________________________ _________________________________________________________。 PCR-测序 病斑的大小(或病斑面积、发病情况等合理答案) 对感病基因SWEET的启动子区进行定点修改后，白叶枯病菌无法利用该基因侵染水稻 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 [解析]　(1)将重组Ti质粒转入植物细胞常用农杆菌转化法。农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移DNA)能够整合到植物细胞的染色体DNA上。利用农杆菌侵染植物细胞，从而将重组Ti质粒导入植物细胞。为了筛选出转化成功的细胞，由于重组Ti质粒上含有潮霉素抗性基因(HygR)，所以需要在植物组织培养的培养基中添加潮霉素，只有成功导入重组Ti质粒的细胞才能在含有潮霉素的培养基上存活。(2)在植物组织培养中，离体的植物器官、组织或细胞被称为外植体，所以实验中用到的水稻幼胚被称为外植体。对水稻幼胚消毒时需依次使用酒精、次氯酸钠处理。在植物组织培养诱导形成再生 植株的过程中，生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。不同浓度的生长素和细胞分裂素的配比可以调控细胞的分裂和分化方向，从而诱导形成根和芽等不同的器官，最终形成再生植株。(3)为了检测基因编辑水稻是否成功，首先需采用PCR-测序技术检测目标基因的启动子区是否编辑成功。通过PCR扩增目标基因的启动子区片段，然后进行测序，与编辑前的序列进行对比，看是否发生了预期的改变。在个体水平需将基因编辑后的水稻与野生型水稻分别接种白叶枯病菌，通过比较病斑的大小(或病 斑面积、发病情况等)来验证抗病性。如果基因编辑后的水稻病斑明显小于野生型水稻，说明其抗病性增强。(4)在该研究中，基因编辑成功后的水稻可以抗白叶枯病的原因为：对感病基因SWEET的启动子区进行定点修改后，白叶枯病菌无法利用该基因侵染水稻，从而使水稻获得了抗病性。 创新解读 1．在高考生物学的考场上，基因编辑技术是个频繁出现的考点，常常和遗传定律、基因工程这些知识结合起来考查。比如，给出CRISPR/Cas9系统的作用机制图，让你分析基因编辑过程中DNA的切割与修复原理，或者设计实验利用基因编辑技术探究某个基因的功能。这类题目不仅考查对基因编辑基础知识的掌握，还考验能不能灵活运用这些知识，分析解决实际问题。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．把视线从高考卷移开，在科研前沿和社会生活里，基因编辑技术早已成为焦点。在医疗领域，基因编辑为攻克疑难杂症带来希望，像镰状细胞贫血、地中海贫血等单基因遗传病，科学家们尝试用基因编辑技术修正致病基因，开启个性化精准医疗的大门。农业方面，它帮助培育更优质、抗逆性更强的农作物品种，保障全球粮食安全。在科研探索中，基因编辑助力解析基因功能，加速新药研发进程。从高考题中对理论知识的考查，到现实里多领域的创新应用，基因编辑技术不断推动生命科学的发展，改变着人类的生活。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．CRISPR/Cas9系统 CRISPR/Cas系统是细菌和古菌在长期演化过程中形成的一种免疫系统，用来抵抗外源遗传物质的入侵，为它们提供获得性免疫。CRISPR/Cas系统可以识别出外源DNA，并将它们切断，沉默外源基因的表达。正是由于这种精确的靶向功能，CRISPR/Cas系统已被开发成一种高效的基因组编辑工具。其中最常见的是CRISPR/Cas9基因编辑技术。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (1)系统构成：向导RNA＋限制性内切核酸酶Cas9。由具有核酸内切酶功能的Cas9蛋白和一条人为重组的一段目的基因的单链向导RNA(SgRNA)组成，向导RNA可以指导Cas9蛋白对靶基因进行敲除、插入和突变修饰。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 (2)编辑原理：向导RNA能与基因组DNA中特定碱基序列通过碱基互补配对结合在一起，引导Cas9到特定的基因位点进行切割；通过设计向导RNA中的20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割。根据CRISPR/Cas9精准攻击外源DNA的工作原理，就可以实现基因敲除。如果在此基础上为细胞引入一个修复的模板质粒(供体DNA分子)，就可以实现基因的定点突变。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 2．PCR定点突变——重叠延伸PCR技术 重叠延伸PCR技术其主要设计思路是用具有互补配对片段的引物(图中的引物2和3，突起处代表与模板链不能互补的突变位点)，分别进行PCR，获得有重叠链的两种DNA片段，再在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸获得想要的目的基因。如某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因中的特定位点引入特定突变，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密码子为AAC、AAU)替换为赖氨酸(密码子为AAA、AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如图： 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 3．PCR定点突变——大引物PCR技术 大引物PCR需要用到三条引物进行两轮PCR，这三条引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物。第一轮PCR利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增，得到不完整的含有突变位点的DNA片段；第二轮PCR利用第一轮扩增产物中的一条DNA链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA片段。原理如图。 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 1．(2025·湖北武汉模拟)CRISPR-Cas9基因编辑技术，是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术。利用CRISPR-Cas9技术可以使红眼基因B突变获得果蝇突变体，如图为技术原理图。下列相关叙述正确的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．细胞内的Cas9酶在配对区域定点剪切，引起果蝇发生染色体结构变异 B．该过程中，sgRNA和Cas9酶共同剪切DNA的作用类似于限制酶的作用 C．敲除后需要DNA聚合酶对DNA上的切口进行修复 D．sgRNA与红眼基因B的部分序列配对，不会出现的碱基互补配对方式是A—T √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 B　[细胞内的Cas9酶在配对区域定点剪切，引起果蝇发生基因突变，A错误；该过程中，sgRNA和Cas9酶共同剪切DNA，sgRNA和Cas9酶类似于限制酶的作用，B正确；敲除后需要DNA连接酶对DNA上的切口进行修复，C错误；sgRNA与红眼基因B的部分序列配对，碱基互补配对方式中A—T可能会出现，D错误。] 2．(2025·陕西安康三模)PCR技术可实现基因的定点突变。研究人员设计了与蛋白A基因结合的两对引物(引物B和C中都替换了一个碱基)如图1所示。研究人员按照如图2所示的方式进行4次PCR扩增，以获得定点突变的新的蛋白A基因。下列相关叙述错误的是(　　) 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 A．PCR1体系和PCR2体系必须分开进行 B．PCR3体系中应该加入引物B和C C．PCR4体系中应该加入引物A和D D．DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 √ 核心整合 课后限时作业 热点拓展 热点拓展作业 B　[PCR1和PCR2分别以不同的引物对蛋白A基因的不同片段进行扩增，如果不分开进行，引物会相互干扰，无法准确地扩增出所需的特定片段，所以PCR1体系和PCR2体系必须分开进行，A正确；从图2可以看出，PCR3是对PCR1和PCR2产物混合复性后的产物进行扩增，其目的是将两个带有部分突变序列的片段连接起来，此时不需要引物B和C，因为引物B和C是用于PCR1和PCR2中引入突变碱基的，在PCR3中应利用PCR1和PCR2产物的互补配对来进行延伸，B错误；PCR4是最终获得完整的新的蛋白A基因的步骤，此时 需要扩增出完整的基因，引物A和D可以分别结合在基因两端，从而扩增出完整的含有定点突变的新的蛋白A基因，所以PCR4体系中应该加入引物A和D，C正确；DNA聚合酶具有特定的作用特点，它能够从引物的3′端开始，按照模板链的碱基序列，连接脱氧核苷酸，合成新的DNA链，这是PCR技术能够实现DNA扩增的基础原理之一，D正确。] $