第3章 章末 核心素养统率下的单元整体教学设计-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程配套课件PPT（人教版 多选版）

该高中生物学课件聚焦基因工程核心内容，涵盖基因文库、人类基因组计划、PCR技术及DNA相关流程等知识点，通过“关注科技前沿”课题活动导入，以知识体系建构为支架，衔接前后概念形成完整脉络。 其亮点在于以核心素养为统率，通过生命观念（如遗传信息传递与生物统一性）、科学思维（如抗虫棉培育的技术与工程思维）、科学探究（如DNA粗提取与PCR实践）浸润教学，结合高考题及非洲猪瘟病毒抗原制备等实例，助学生提升探究能力与思维品质，为教师提供系统的素养教学资源。

章末 核心素养统率下的单元整体教学设计 温馨提示 由一线名师倾心打造的“课题活动——关注科技前沿:揭秘欣欣向荣的基因工程”从学以致用出发,拓展思维,对接高考,同学们可通过微信小程序“一帆书匠馆”自主付费在线学习。 建构知识体系 续表 统整学科素养 　　生命系统是一个信息系统。遗传信息是这个系统的重要组成部分,它既可以按照中心法则纵向地在不同生物大分子之间传递,也可以横向地在同种生物大分子(如DNA分子)之间传递,基因工程就是通过人工操作让遗传信息在DNA分子水平上进行传递。通过学习基因工程的基本原理和操作程序,学生可以对生命的信息观有更深入地理解和思考。同时,学生还可以认识到遗传信息之所以能在不同种的生物的DNA分子之间传递,赋予生物新的遗传特性,这与生物界的统一性——几乎所有生物体共用一套遗传密码是分不开的,从而有利于深入理解生物的多样性和统一性的辩证关系。 　　[浸润素养] 1.下列生物技术操作对遗传物质的改变,不会遗传给子代的是 (　　) A.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者进行治疗 B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经植物组织培养获得花色变异的植株 C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出分泌低乳糖乳汁的奶牛 D.将含胰岛素基因的重组质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌 √ 解析:将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者进行治疗,只改变了淋巴细胞的遗传物质,不能通过有性生殖遗传给子代,A符合题意;将花青素代谢基因导入植物体细胞,经植物组织培养获得花色变异的植株,说明花青素代谢基因可表达,花色变异的植株细胞中都含花青素代谢基因,因而能遗传给子代,B不符合题意;将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出的产低乳糖乳汁的奶牛细胞中都含肠乳糖酶基因,能遗传给子代,C不符合题意;将含胰岛素基因的重组质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌,重组质粒能随细菌分裂而遗传给后代,D不符合题意。 2.非洲猪瘟病毒是一种双链DNA病毒,可引起急性猪传染病。基因A编码该病毒的主要结构蛋白A,其在病毒侵入宿主细胞和诱导机体免疫应答过程中发挥重要作用。 (1)制备特定抗原 ①获取基因A,构建重组质粒(该质粒的部分结构如图所示)。重组质粒的必备元件包括目的基因、限制酶切割位点、标记基因、启动子和_________________等; 为确定基因A已连接到质粒中且插入方向正确,应选用图中的一对引物________对待测质粒进行PCR扩增,预期扩增产物的片段大小为_______bp。 终止子、复制原点 P1和P3 782 ②将DNA测序正确的重组质粒转入大肠杆菌构建重组菌。培养重组菌,诱导蛋白A合成。收集重组菌发酵液进行离心,发现上清液中无蛋白A,可能的原因是________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。 重组菌没有裂解或没有将蛋白A释放到细胞外、转速过高使蛋白A发生沉淀、蛋白A亲水性较差发生沉淀、蛋白A被大肠杆菌的蛋白酶降解(答出两点,合理即可) 解析:①重组质粒的必备元件包括目的基因、限制酶切割位点、标记基因、启动子和终止子、复制原点等。结合题图分析可知,要确定基因A已连接到质粒中且插入方向正确,应选用引物P1和P3对待测质粒进行PCR,预期扩增的片段大小为200+582=782 bp。②将DNA测序正确的重组质粒转入大肠杆菌构建重组菌,培养后上清液中无蛋白A,可能的原因见答案。 (2)制备抗蛋白A单克隆抗体 用蛋白A对小鼠进行免疫后,将免疫小鼠B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合, 诱导融合的常用方法有_________________________________________ (答出一种即可)。选择培养后,对杂交瘤细胞进行克隆化培养和_________, 多次筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。体外培养或利用小鼠大量生产的抗蛋白A单克隆抗体,可用于非洲猪瘟的早期诊断。 PEG融合法(或灭活病毒诱导法、电融合法 抗体检测 解析:诱导动物细胞融合的常用方法有PEG融合法、灭活病毒诱导法、电融合法等。选择培养后,对杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测,多次筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 　　本章内容的重点是培养学生的技术思维和工程思维。 　　技术思维的过程是“需求分析→技术反思→技术原理→技术建构→技术系统”。本章通过抗虫棉的培育对重组DNA技术的介绍就体现了这一思维路径,学生在经历这个思维过程后,更能体会到技术的创新性、精巧性和实用性。 　　工程思维是价值定向的思维,教材介绍基因工程可以将使用传统杂交育种的方法培育不出的抗虫棉培育成功,产生了很大的经济效益和社会效益,就是让学生看见工程思维的价值。工程思维最本质的特征是创造性。基因工程的操作随着技术的进步在不断优化,突出了工程思维的创造性,强化了工程实践过程中的优化意识。工程思维的核心是系统分析和比较权衡,本章通过一些习题来发展学生比较权衡的思维。例如,本章“复习与提高”第3题指出,科学家提出了2种利用基因工程技术来减少施用氮肥的生产成本及可能造成的环境污染的方案,让学生利用学过的知识,比较哪种方案更容易实现;如果它们都能实现,再权衡哪种方案更值得推广。 1.核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)导入动物体细胞内,并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。如图为针对某种RNA病毒抗原(S蛋白)研制DNA疫苗和RNA疫苗的思路: 下列相关叙述正确的是(　　) A.该疫苗中核酸可作为抗原刺激人体产生体液免疫 B.步骤①中对S基因进行扩增,需要用到DNA聚合酶和解旋酶 C.步骤②构建重组表达载体,其S基因应插入载体,只需不破坏标记基因 D.核酸疫苗能在人体细胞中成功表达S蛋白,说明了该RNA病毒与人体共用一套遗传密码 √ [浸润素养] 解析:该疫苗中核酸用来编码抗原蛋白,核酸本身不能作为抗原刺激人体产生体液免疫,A错误;步骤①中对S基因进行扩增,利用的是PCR技术,该过程需要用到耐高温的DNA聚合酶,不需要解旋酶,B错误;步骤②构建重组表达载体,其S基因应插入载体,不能破坏标记基因、启动子序列和终止子序列等,且S基因应插入启动子的下游和终止子的上游,C错误;核酸疫苗中的核酸源自某种RNA病毒,其在人体细胞中能成功表达S蛋白,说明了该RNA病毒与人体共用一套遗传密码,D正确。 2.(2025·甘肃高考)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。 (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 解析:将重组Ti质粒转入植物细胞常用农杆菌转化法,因为农杆菌中的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。由于重组Ti质粒上含有潮霉素抗性基因(HygR),为了筛选出转化成功的细胞,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)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 解析:在植物组织培养中,离体培养的植物器官、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。 (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。 PCR 病斑的大小 (或病斑面积、发病情况等) 解析:为了检测基因编辑水稻是否成功,首先需采用PCR技术检测目标基因的启动子区是否编辑成功。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。 (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 解析: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。 　　本章安排了2个“探究·实践”活动。在“DNA的粗提取与鉴定”活动中,教材列举了一些可以选择的实验材料。使用不同的实验材料,提取DNA的方法可能会有所差别,这就给学生提供了自主学习、设计方案进行探究的开放空间。另一个活动“DNA片段的扩增及电泳鉴定”是让学生体验PCR这一常规的分子生物学实验方法,有助于他们理解PCR的原理,解决一些从生产、生活中提出的探究性问题,如与遗传病诊断、刑侦破案等相关的问题。除此之外,本章安排的课外实践活动“基于网络数据分析基因和蛋白质的序列信息”也能够发展学生的科学探究素养。 　　[浸润素养] 1.琼脂糖凝胶电泳常用于基因工程中不同DNA片段的检测,研究人员用EcoRⅠ和SmaⅠ两种限制酶处理某DNA分子,得到图2所示图谱,其中1号泳道是标准DNA样品,2号、3号、4号分别是EcoRⅠ单独处理、SmaⅠ单独处理、两种酶共同处理后的电泳结果;图1为EcoRⅠ切割该DNA分子后的结果。下列说法错误的是(　　) A.EcoRⅠ的识别序列为GAATTC,切割位点在G和A 之间 B.该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA C.据图2可知,该DNA分子中EcoRⅠ和SmaⅠ的酶切位点各有一个 D.EcoRⅠ和SmaⅠ共同处理后,形成2个游离的磷酸基团 √ 解析:由图1可知,EcoRⅠ的识别序列为GAATTC,切割位点在G和A之间, A正确;由图2分析可知,两种酶单独作用时,均只得到一个条带,而共同作用时得到两个条带,则说明该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA,两种限制酶的酶切位点各有一个且位于不同位置,B、C正确;图2中4号是EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶共同处理后的电泳结果,显示800 bp和200 bp两个条带,其中每个DNA分子有2个游离的磷酸基团,故共有4个游离的磷酸基团,D错误。 2.科研人员提取转基因抗虫棉甲、乙以及非转基因棉丙的基因组DNA,分别用限制酶EcoR Ⅰ完全酶切,得到的产物和抗虫基因一起进行电泳,并将电泳结果转印到尼龙膜上,再利用带放射性标记的DNA探针与尼龙膜上变性的DNA分子进行杂交,洗去未结合的探针后,进行放射性自显影,结果如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.DNA探针应为带放射性标记的抗虫基因 B.甲、乙植株的基因组中均插入了抗虫基因 C.乙植株的细胞内有可能插入了两个抗虫基因 D.相同位置上的杂交带对应的DNA片段的核苷酸序列相同 √ 解析:根据题图分析可知,抗虫基因是已知的基因,且有条带,说明DNA探针应为带放射性标记的抗虫基因,A正确;甲和乙都有条带,说明甲、乙植株的基因组中均插入了抗虫基因,B正确;乙有两个条带,说明乙植株的细胞内可能插入了两个抗虫基因,基因组DNA经过酶切后,两个抗虫基因所在的DNA片段长度不同,C正确;甲和乙有位置相同的条带,相同位置上杂交带对应DNA片段长度相同,但脱氧核苷酸序列不一定相同,D错误。 3.CTAB法是一种提取植物DNA的方法。CTAB是一种阳离子去污剂,能与核酸形成复合物,在高盐(>0.7 mol/L NaCl)浓度下可溶,在低盐(0.1~0.5 mol/L NaCl) 浓度下,复合物就因溶解度降低而沉淀,而大部分的蛋白质及多糖等仍溶解于溶液中。通过有机溶剂抽提,去除蛋白质等杂质后,加入异丙醇获得的沉淀物为CTAB与核酸复合物,用体积分数为75%的酒精洗涤可去除CTAB。 (1)CTAB提取液中,NaCl浓度为1.4 mol/L的目的是_______________ ________________。步骤④中用体积分数为75%的酒精洗涤沉淀物的目的是去除__________。 溶解CTAB CTAB 与核酸复合物 冷冻后的细胞易破碎 解析:根据题干信息可知,CTAB能与核酸形成复合物,在高盐(>0.7 mol/L NaCl)浓度下可溶,所以CTAB提取液中NaCl浓度为1.4 mol/L的目的是溶解CTAB与核酸复合物;步骤④中用体积分数为75%的酒精洗涤沉淀物的目的是去除CTAB。 (2)苹果组织研磨前经液氮冷冻处理,更易于研磨的原因是__________________________。 解析:由于冷冻后的细胞易破碎,所以苹果组织研磨前需经液氮冷冻处理。 (3)用体积分数为75%的酒精洗涤后的沉淀物中含有RNA,为得到较为纯净的DNA,可先用_________________溶液溶解,然后加入__________酶,然后再重复步骤______,最后在上清液中加入一定体积的、预冷的_______________________,可以得到纯净的DNA。 2 mol/L的NaCl RNA ② 体积分数为95%的酒精 解析:由于DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度较大,所以为了得到较为纯净的DNA可以先用2 mol/L的NaCl溶液溶解,然后加入RNA酶,将RNA水解,重复步骤②,去除RNA酶;由于DNA分子不溶于酒精,而细胞中的某些蛋白质溶于酒精,所以可以加入一定体积的、预冷的体积分数为95%的酒精,得到纯净的DNA。 　　通过本章的学习,我们能够基于基因工程应用的事实,运用基因工程的原理,参与有关推广和应用基因工程产品等社会行为的讨论,理性地作出个人判断。说明基因工程给现代农牧业、食品及医药等行业带来的变化,产生了巨大的社会效益和经济效益。客观评价基因工程对人类生产、生活的积极作用以及可能涉及的安全性问题。 　　[浸润素养] 1.胰高血糖素样肽⁃1(GLP⁃1)是小肠分泌的激素,具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌的功能。内源性GLP⁃1在体内会很快被分解。我国科学家通过蛋白质工程开发的GLP⁃1类似物可作为降血糖药使用,取得了良好效果。下列关于开发GLP⁃1类似物过程的叙述,正确的是(　　) A.GLP⁃1的改造方向是易被GLP⁃1受体识别 B.开发GLP⁃1类似物的过程中,先设计多肽的氨基酸序列,再设计基因的碱基序列 C.用限制性内切核酸酶从基因数据库中获取目的基因 D.将含目的基因的克隆载体导入生物反应器生产GLP⁃1类似物 √ 解析:内源性GLP⁃1在体内会很快被分解,因此GLP⁃1的改造方向是不易被分解,A错误;通过蛋白质工程开发GLP⁃1类似物的过程中,先设计多肽的氨基酸序列,再设计基因的碱基序列,B正确;GLP⁃1类似物为科学家制造的新的蛋白质,基因数据库中没有目的基因序列,不能利用限制性内切核酸酶直接在基因数据库中获取所需基因,C错误;用生物反应器生产药物蛋白,需将目的基因与所用生物反应器(如乳腺)的特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,再通过显微注射的方法导入到受精卵中,D错误。 2.(2025·重庆一中期末)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建基因表达载体,再利用农杆菌转化法进一步转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,研究人员检测了胚乳细胞中Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量,结果如下图所示,下列说法正确的是 (　　) A.构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键和氢键 B.与野生型水稻相比,3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同 C.可提取各品系胚乳细胞中的Wx mRNA直接进行PCR扩增后再检测其含量 D.据图推测品系2的Wx基因启动子与RNA聚合酶识别和结合的能力最强,故糯性最高 √ 解析:构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键,A错误;依据题干信息可知,Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了Wx基因的转录水平,但是编码直链淀粉合成酶的碱基序列未改变,所以与野生型水稻相比,3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同,B正确;Wx mRNA需先经过逆转录形成DNA,然后才能进行PCR扩增,C错误;根据图示可知,品系3的Wx mRNA最少,直链淀粉合成量最少,糯性最高,D错误。 3.(2025·云南高考)我国研究人员发明了生产维生素C的两步发酵法,流程如图甲。为了减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,需要进行灭菌以结束第一步发酵。 在两步发酵法的基础上,我国研究人员进一步尝试用三菌混菌体系建立一步发酵法。在氧化葡糖杆菌(原始菌MCS)中利用基因工程技术导入大肠杆菌基因ccdB,得到工程菌IR3C。MCS和IR3C单菌培养时,活菌数变化曲线如图乙,MCS、IR3C分别与普通生酮基古龙酸菌和巨大芽孢杆菌进行三菌混菌发酵时,产物含量变化曲线如图丙。 回答下列问题: (1)要使基因ccdB在IR3C中稳定遗传、表达并发挥作用,构建的基因表达载体除启动子外,还必须有________________________________ _____________。 标记基因、目的基因、终止子、 复制原点 解析:基因工程中构建的基因表达载体,除启动子外,还要有标记基因、目的基因、终止子、复制原点等。 (2)绘制图乙需统计活菌数,常用方法是__________________。当活菌达到一定数量时,基因ccdB编码的蛋白质开始发挥作用,推测该蛋白质的作用是________________________________,开始发挥作用的时间是______,判断理由是_________________________________________。 稀释涂布平板法 能抑制细菌增殖(或诱导细菌死亡) 15 h 在15 h时,IR3C数量下降,而MCS数量上升 解析:统计活菌数目常用稀释涂布平板法,由图乙可知,随着时间推移, MCS和IR3C活菌数不断增加,在15 h时,IR3C数量下降,而MCS数量继续上升,所以推测转入的基因ccdB编码的蛋白质能抑制细菌增殖或诱导细菌死亡,开始发挥作用的时间大约在15 h。 (3)基于图丙,利用IR3C三菌混菌发酵的产量______(填“高于”或“低于”) MCS三菌混菌发酵的产量,其原因是______________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________。 高于 IR3C转入了ccdB基因,当活菌达到 一定数量时,抑制细菌增殖(或诱导细菌死亡),减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,从而更多山梨糖被用于合成2⁃酮⁃L⁃古龙酸,进而合成更多的维生素C 解析:由图丙可知,IR3C三菌混菌发酵产生的2⁃酮⁃L⁃古龙酸含量比MCS三菌混菌发酵产量高,因此可以推测,IR3C三菌混菌发酵产量更高,可能的原因是IR3C转入了ccdB基因,当活菌达到一定数量时,抑制细菌增殖(或诱导细菌死亡),减少氧化葡糖杆菌竞争性消耗山梨糖,从而更多山梨糖被用于合成2⁃酮⁃L⁃古龙酸,进而合成更多的维生素C。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $