大概念8 2 课时2 基因工程（课件）-【金版新学案】2026年高考生物学大二轮专题复习与测试（广东专版）

课时2　基因工程 　 大概念八　利用生物技术与工程生产对人类有用的产品 03 层级Ⅲ　破译新考法•冲刺高考争分点 04 课时训练 02 层级Ⅱ　精练重难点•锁定高考保分点 层级Ⅰ　系统大概念•自主落实基础点 01 内容索引 层级Ⅰ　 系统大概念•自主落实基础点 返回 知识体系•构建 T4 DNA 质粒 半保留 农杆菌 显微注射 Ca2+ PCR 易错易混•清查 1．判断关于基因工程的基本工具和流程叙述的正误 (1)(2024·贵州卷)使用不同的限制酶也能产生相同的黏性末端。 (　) (2)(2024·广东卷)RNA聚合酶的发现促进PCR技术的发明。 (　) (3)(2024·湖南卷，改编)质粒DNA进行限制酶酶切时，发现DNA完全没有被酶切，可能是质粒DNA突变导致酶识别位点缺失。 (　) (4)(2021·辽宁卷)利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，加入连接肽需要通过改造基因实现。 (　) √ × √ √ 易错易混•清查 2．判断有关DNA提取与鉴定、电泳叙述的正误 (1)(2024·山东卷)DNA鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变。 (　) (2)(2024·辽宁卷)琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来。 (　) (3)(2024·辽宁卷)同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快。 (　) (4)(2022·山东卷)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。 (　) × × × √ 易错易混•清查 3．判断有关PCR实验叙述的正误 (1)(2024·河北卷)配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料。 (　) (2)(2022·辽宁卷)PCR技术中，预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制。 (　) (3)(2021·湖北卷)PCR技术中，提高复性的温度能有效减少反应非特异条带的产生。 (　) × × √ 返回 层级Ⅱ　 精练重难点•锁定高考保分点 返回 (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。 练真题·明考情 保分点　基因工程的原理及操作步骤 回答下列问题： (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。 注：PGro为大肠杆菌内源启动子，在细胞快速生长期开启基因转录，但进入生长稳定期后即停止基因转录；SsrA基因编码SsrA短肽；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。 核酸分子杂交 图a 在基因工程中，筛选重组菌株时，常用的检测方法除了PCR，还有核酸分子杂交(或DNA-DNA分子杂交、DNA-RNA分子杂交、抗原—抗体杂交)。核酸分子杂交可以检测目的基因是否导入受体细胞以及是否转录，抗原—抗体杂交可以检测目的基因是否表达出相应的蛋白质。 注：PGro为大肠杆菌内源启动子，在细胞快速生长期开启基因转录，但进入生长稳定期后即停止基因转录；SsrA基因编码SsrA短肽；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。 图a (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、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 PGro在生长稳定期停止基因转录，且带有SsrA短肽的mKate2被降解 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(利用血 细胞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，作为空白对照。进入生长稳定期后，由于PGro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)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____________________。 先上升后保持稳定 注：PGro为大肠杆菌内源启动子，在细胞快速生长期开启基因转录，但进入生长稳定期后即停止基因转录；SsrA基因编码SsrA短肽；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。 图a 在重组菌株W2中，启动子PX被阻遏蛋白X阻遏转录。在培养初期，细胞处于快速生长阶段，随着细胞数量的增加，阻遏蛋白X的量相对不足，PX启动子可能会有一定程度的启动，从而合成mKate2，使荧光强度上升；随着培养的进行，阻遏蛋白X的量逐渐增多，对PX启动子的阻遏作用增强，转录受到抑制，荧光强度保持稳定，所以培养期间荧光强度的变化趋势为先上升后保持稳定。 注：PGro为大肠杆菌内源启动子，在细胞快速生长期开启基因转录，但进入生长稳定期后即停止基因转录；SsrA基因编码SsrA短肽；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。 图a (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：____________________ ____________________。 应用质粒①导入酶B，质粒②导入酶A 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，需满足以下条件：条件1：为了保证细胞正常生长，必须保证酶A和酶B都正常。条件2：为了在稳定期有大量莽草酸，需要使酶A增加酶B减少。条件3：质粒①生长期无明显差异稳定期下降，质粒②生长期无明显差异稳定期不变。因此，应用质粒①导入酶B，质粒②导入酶A。 ◎(2025·湖北模拟)苯丙酮尿症是单基因遗传病，科学家将正常基因D导入该病患者的细胞，以治疗该病。图1为A、B、C三种质粒，图2为含有目的基因D的DNA片段。AmpR为氨苄青霉素抗性基因，TetR为四环素抗性基因，LacZ为蓝色显色基因，其表达产物可以将无色化合物X-gal转化成蓝色物质，使菌落呈蓝色，EcoRⅠ(0.6 kb)、PvuⅠ(0.8 kb)为限制酶及其切割位点与复制原点之间的距离。 练模拟·拓角度 回答下列问题： (1)基因工程操作的核心步骤是_____________________。 图1中三种质粒适宜作为载体的是质粒_____，与另外两种质粒相比，其作为载体的优点是________________________________________________。 基因表达载体的构建 B B质粒具有标记基因，且复制原点不会被限制酶切割 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤，其中基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。图1中质粒A缺少标记基因，质粒C在用和切割目的基因相同的限制酶切割时，复制原点会被限制酶切割，会影响重组质粒的自我复制，因此不能作为载体。质粒B中含有AmpR基因和LacZ基因，用和切割目的基因相同的限制酶切割时，LacZ基因遭到破坏，但保留了AmpR基因，复制原点也不受影响，故选质粒B。 (2)获取目的基因D时应选择________限制酶对其所在的DNA进行切割。将目的基因D和图1中相应质粒连接后，得到三种质粒，为选出正向连接的重组质粒，可使用________限制酶对重组质粒完全酶切后进行电泳分析，请在图3中画出正向连接、反向连接、载体自连条带的大体位置，并在条带上写出条带的大小。 PvuⅠ EcoRⅠ 答案： 分析图2，目的基因D上有两个PvuⅠ酶切位点和一个EcoRⅠ酶切位点，而EcoRⅠ酶切会破坏目的基因D，因此应选用PvuⅠ对其所在的DNA进行切割。在目的基因D上存在EcoRⅠ的酶切位点，因此在基因工程的操作过程中，选出正向连接的重组质粒，应使用该酶切割重组质粒。依题意和图1、2可知，由于目的基因D的长度为4.0 kb，因此用质粒B构建的重组质粒的长度为4.0 kb＋2.7 kb＝6.7 kb，重组质粒被 EcoRⅠ完全酶切后，出现两个不同长度片段，若是正向连接(目的基因D上的EcoRⅠ酶切位点与质粒B上的EcoRⅠ酶切位点的距离最近)，会得到0.2 kb＋1.0 kb＝1.2 kb和2.7 kb＋4.0 kb－1.2 kb＝5.5 kb的两个片段，若是反向连接会产生3.2 kb与3.5 kb大小的两个片段，载体自连会出现2.7 kb大小的片段。 (3)重组质粒导入大肠杆菌后，将大肠杆菌置于含有氨苄青 霉素与X-gal的培养基上培养，含有正向连接的重组质粒应 该在____色菌落中挑取，该种菌落仍然不能保证是所需类 型，要进行验证，单酶切、酶连的质粒筛选除了用(2)中的 酶切验证，还可以通过引物验证。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4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________。某同学尝试用图中另一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了4 500 bp片段，原因是___________________ ________。 白 乙和丙 目的基因与载体反 向连接 导入目的基因的重组质粒中LacZ基因被破坏，无法表达， 即使加入X-gal，菌落依然为白色，因此应从白色菌落中挑 取含正向连接的重组质粒。分析图4可知，理论上可以选择 的引物组合有甲和丙、乙和丙两种。如果选择甲和丙这对引 物，则无论目的基因是否正确插入，扩增的片段都是500 bp ＋4 000 bp＋700 bp＝5 200 bp，不符合要求，如果选择乙和 丙这对引物，正向连接可以得到700 bp＋4 000 bp＝4 700 bp的扩增片段，反向连接后引物乙、丙均扩增质粒内侧链，凝胶电泳后，不会有条带，所以应选择乙和丙这对引物进行PCR鉴定。如果扩增出了4 500 bp(500 bp＋4 000 bp)片段，则说明扩增片段包含了引物甲扩增的500 bp以及目的基因的4 000 bp，要想扩增这样的片段，需选择引物甲和乙，且目的基因和载体反向连接。 (4)相比于单酶切而言，双酶切的优势是_____________________________ __________________，若用双酶切多个目的基因，随机连接_______(填“能”或“不能”)避免两个目的基因连接成环。 相比于单酶切而言，双酶切的优势是可使目的基因定向插入载体，提高连接的有效性。用双限制酶切割多个目的基因，因多个目的基因片段具有的末端相同，随机连接后，无法避免两个目的基因连接成环。 可使目的基因定向插入载体，提高连接的有效性 不能 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)。 补遗漏·释疑点 (2)根据质粒的特点选择限制酶(如图) (3)根据Ti质粒的T-DNA片段选择限制酶 图中甲、乙、丁Ti质粒均不宜选取，而丙Ti质粒宜选取(假设切割目的基因的限制酶为XbaⅠ和SacⅠ)。 2．单酶切目的基因和质粒后正向连接与反向连接的检测 用EcoRⅤ对质粒和目的基因酶切后进行拼接，正向连接和反向连接如图所示，鉴定方法如下： (1)利用PCR进行检测 用特定的引物对正向连接和反向连接的重组质粒进行PCR扩增，二者得到的扩增产物长度不同。选用引物a、b可扩增出1 100 bp长度的产物，用引物a、c无法扩增出产物，则为正向连接；选用引物a、b无法扩增出产物，用引物a、c可扩增出1 000 bp长度的产物，则为反向连接。 (2)利用电泳进行检测 用特定的限制酶对正向连接和反向连接的重组质粒进行切割，对产物进行电泳，二者得到的条带存在差异。用BglⅡ和HindⅢ进行双酶切，电泳后若出现 1 100 bp条带，则为正向连接；电泳后若出现1 000 bp条带，则为反向连接。 返回 层级Ⅲ　 破译新考法•冲刺高考争分点 返回 ◎(2025·广东卷)Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的 A．1′-碱基　B．2′-氢　C．3′-羟基　D．5′-磷酸基团 真题·研习 争分点一　PCR技术及应用 √ 已知DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5′端→3′端，原因是脱氧核苷酸的3′碳有羟基，可以结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，故为了DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的3′-羟基，使其不能结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，C正确。 1．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，可与目的基因中部分序列特异性结合)。当探针完整时，不产生荧光。 难点·归纳 在PCR过程中，与目的基因结合的探针被耐高温的DNA聚合酶水解，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检测某种病毒感染时，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。 2．PCR定点突变——重叠延伸PCR技术 重叠延伸PCR技术的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AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。 原理如图： 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： 4．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。原理是用限制酶切割该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： 5．巢式PCR 首先将包含目的片段的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，因此第二套引物不可能扩增非目的片段。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： 1．(2025·山东青岛模拟)采用PCR技术可获取并扩增目的基因。下列说法正确的是 A．若PCR的模板是mRNA，完成扩增只需要逆转录酶 B．预变性有利于模板DNA充分解聚为单链 C．复性温度太高会导致引物和模板的非特异性结合增加 D．一个DNA模板完成第20轮循环需要(220－2)个引物 迁移·应用 √ 若PCR的模板是mRNA，完成扩增需要逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶，A错误；预变性温度较高，双链DNA在高温作用下，氢键断裂，形成单链DNA，B正确；复性温度太低会导致引物和模板的非特异性结合增加，温度太高会使引物与模板结合减少，C错误；合成1个DNA分子需要2个引物，一个模板完成第20轮循环会合成220－219个DNA，因此需要的引物为(220－219)×2＝220个，D错误。 2．(2025·山东济宁模拟)为筛选出能与SARS病毒的S蛋白特异性结合的受体蛋白，研究人员利用基因工程技术，在S蛋白末端添加TAP标签(能特异性地与人和哺乳动物体内的IgG类抗体结合)形成S-TAP融合蛋白，再利用该标签在病毒敏感细胞中纯化出S蛋白及其相互作用的蛋白质，部分过程如图。 注：XhoⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ表示限制酶，各限制酶识别序列及切割后产生的DNA末端均不同；F、R表示引物；T7表示启动子；Kozak序列是调控基因表达的重要序列且不含限制酶识别序列。 回答下列问题： (1)为成功构建重组质粒pcDNA3.1－S-TAP，在利用PCR扩增S基因时，需在F引物的5′端外侧依次添加___________________序列。PCR时新合成链的延伸方向是__________　(填“5′端→3′端”或“3′端→5′端”)。 Kozak序列和SmaⅠ 5′端→3′端 注：XhoⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ表示限制酶，各限制酶识别序列及切割后产生的DNA末端均不同；F、R表示引物；T7表示启动子；Kozak序列是调控基因表达的重要序列且不含限制酶识别序列。 依题意，Kozak序列是调控基因表达的重 要序列且不含限制酶识别序列，T7表示启 动子，根据构建的重组质粒图示可分析， 在S基因的上游加入了Kozak序列以调控S 基因表达，故要在F引物的5′端外侧添加 Kozak序列；目的基因和质粒要连接构成 基因表达载体，根据T7启动子的方向及 质粒上的酶切位点可知，S基因上游不能 用XhoⅠ(S基因会被XhoⅠ酶切)，应该用 SmaⅠ进行酶切，故F引物的5′端外侧还要 添加SmaⅠ酶识别序列；PCR是体外DNA复制技术，DNA复制的方向是新链的5′端→3′端，故PCR时新合成链的延伸方向是5′端→3′端。 注：XhoⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ表示限制酶，各限制酶识别序列及切割后产生的DNA末端均不同；F、R表示引物；T7表示启动子；Kozak序列是调控基因表达的重要序列且不含限制酶识别序列。 (2)使用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物，DNA分子的迁移速率与_________　___________________________有关。 凝胶的浓 PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。 度、DNA分子的大小和构象 (3)在该重组质粒pcDNA3.1－S-TAP中，T7的作用是_________________　________________________________________，重组质粒中还应该有的结构有_________________________　____。 　　　　　　　RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 　　　终止子、标记基因、复制原点 注：XhoⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ表示限制酶，各限制酶识别序列及切割后产生的DNA末端均不同；F、R表示引物；T7表示启动子；Kozak序列是调控基因表达的重要序列且不含限制酶识别序列。 依题意，T7表示启动子，启动子 是RNA聚合酶识别和结合的部位， 驱动基因转录出mRNA。基因表 达载体是载体的一种，包含目的 基因、标记基因、启动子、终止 子、复制原点等。结合图示可知， 基因表达载体中已有启动子、目 的基因，还应有的结构是终止子、 标记基因、复制原点。 注：XhoⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ表示限制酶，各限制酶识别序列及切割后产生的DNA末端均不同；F、R表示引物；T7表示启动子；Kozak序列是调控基因表达的重要序列且不含限制酶识别序列。 (4)为检测转染细胞中是否表达出了S-TAP融合蛋白，科研人员将转染细胞置于载玻片，洗涤、固定后，滴加带有荧光标记的____________稀释液，荧光显微镜下观察，若出现荧光标记，则说明转染细胞中表达出了S-TAP融合蛋白。 IgG类抗体 依题意，S蛋白末端添加TAP标签能特异性地与人和哺乳动物体内的IgG类抗体结合，若要检测转染细胞中是否表达出了S-TAP融合蛋白，可滴加带有荧光标记的IgG类抗体稀释液，置荧光显微镜下观察，若出现荧光标记，则说明转染细胞中表达出了S-TAP融合蛋白。 ◎(2025·安徽卷)稻瘟病是一种真菌病害，水稻叶片某些内生放线菌对该致病菌有抑制作用。科研小组分离筛选出内生放线菌，并开展了相关研究。回答下列问题： (1)采集有病斑的水稻叶片，经表面消毒、研磨处理，制备研磨液。此后，采用_________________ (填方法)将研磨液接种于不同的选择培养基，分别置于不同温度下培养，目的是_______________________________。 真题·研习 争分点二　基因编辑与定点重组技术 稀释涂布平板法 筛选出不同条件下的内生放线菌 研磨液里含有内生放线菌，可用稀释涂布平板法将研磨液接种于不同的选择培养基上进行筛选。经过一段时间培养后，在适宜的温度下，可以形成内生放线菌的菌落，从而分离纯化出内生放线菌。 (2)经筛选获得一株内生放线菌，该菌株高效合成铁载体小分子，能辅助内生放线菌吸收铁离子。R基因是合成铁载体的关键基因之一。科研小组构建R基因敲除株，探究铁载体的功能。主要步骤如下：首先克隆R基因的上游片段R－U和下游片段R－D；然后构建重组质粒；最后利用重组质粒和内生放线菌DNA片段中同源区段可发生交换的原理，对目标基因进行敲除。如图1所示： 采用PCR技术鉴定R基因的敲除结果。PCR通过变性、复性和延伸三步，反复循环，可实现基因片段的______。R基因敲除过程中，可发生多种形式的同源区段交换，PCR检测结果如图2所示，其中R基因敲除株为菌落______(填序号)，出现菌落④的可能原因是_____________________________________　___________________________。 　重组质粒和内生放线菌R基因组合在一起，形成了7 000 bp的DNA片段 扩增 ② PCR的原理是DNA半保留复制，可实现基 因片段的大量扩增。结合图1和图2可知， 菌落①③PCR产物长度都是3 000 bp，正 好是R基因的长度，说明R基因没有敲除成 功。菌落②PCR产物长度是1 000 bp，说明 敲除了R基因中间序列，保留了两端序列， R基因敲除成功。菌落④PCR产物长度是 7 000 bp，正好是重组质粒(4 000 bp)和R基因(3 000 bp)的总和，说明重组质粒和内生放线菌R基因组合在一起，形成了7 000 bp的DNA片段。 (3)内生放线菌和稻瘟病致病菌的生长均需要铁元素。科研小组推测该内生放线菌通过对铁离子的竞争性利用，从而抑制稻瘟病致病菌生长。设计实验验证该推测，简要写出实验思路。________________________________　_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 　　　　　　　　　　　　　　　　实验分三组进行，甲组是稻瘟病致病菌＋含铁离子培养基；乙组是内生放线菌＋稻瘟病致病菌＋含铁离子培养基；丙组是R基因敲除放线菌＋稻瘟病致病菌＋含Fe培养基，在相同且适宜条件下培养一段时间，观察致病菌的生长情况或测致病菌体内的铁含量(或设置两组实验：对照组用含低浓度铁离子培养基培养，实验组用含高浓度铁离子培养基培养，两组培养基均接种内生放线菌和稻瘟病致病菌，在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察稻瘟病致病菌的生长情况或测致病菌体内的铁含量。其他答案合理即可) 科研小组推测该内生放线菌通过竞争性利用铁离子，从而抑制稻瘟病致病菌生长，欲设计实验进行验证，可以设置3组实验，一组是稻瘟病致病菌＋含铁离子培养基，再分别将野生型内生放线菌和R基因敲除株与稻瘟病致病菌混合接种于含铁离子培养基上，野生型内生放线菌能吸收利用铁离子，R基因敲除株不能吸收利用铁离子，观察稻瘟病致病菌生长情况。预期结果是接种野生型内生放线菌的稻瘟病致病菌生长被抑制，仅含稻瘟病致病菌、接种R基因敲除株的稻瘟病致病菌生长没有被抑制。 1．CRISPR/Cas9基因编辑技术 CRISPR/Cas9基因编辑技术能对基因进行定点编辑，其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导限制性内切核酸酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。原理如图： 难点·归纳 CRISPR复合体中sgRNA的主要功能是与靶向基因(目的基因)上特定碱基序列互补，从而定向引导Cas9蛋白与靶向基因结合，并在特定位点切割DNA。 CRISPR/Cas9基因编辑技术培育转基因生物，与传统的基因工程相比，其明显优点是避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题。CRISPR/Cas9基因编辑技术在基因治疗、基因水平进行动植物的育种、研究基因的功能等方面有广阔的应用前景。 2．Cre/LoxP重组酶系统 Cre重组酶由大肠杆菌噬菌体P1的Cre基因编码，具有限制酶特性，能够特异性识别LoxP位点。能介导两个LoxP位点之间的特异性重组，使LoxP位点间的基因序列被删除或重组。LoxP序列来源于P1噬菌体，包括两个13 bp的反向重复序列和一个8 bp的间隔区域，反向重复序列是Cre重组酶的特异识别位点，而间隔区域决定了LoxP位点的方向。 (1)同向LoxP：如果两个LoxP位点位于一条DNA链上，且方向相同，Cre重组酶能有效切除两个LoxP位点间的序列，仅保留一个LoxP。 (2)反向LoxP：如果两个LoxP位点位于一条DNA链上，但方向相反，Cre重组酶能导致两个LoxP位点间的序列倒位。 3．In-Fusion技术 In-Fusion技术即无缝克隆和组装技术，是一种新型、快速、简洁的克隆方法，可以在质粒的任何位点进行一个或多个目标DNA片段的插入。在载体末端和目的基因两端应具有15～25个同源碱基，而目的基因两端的同源序列往往是通过引物设计实现的，In-Fusion酶能够识别具有相同末端序列的线性DNA分子并使其形成黏性末端，DNA连接酶再将两条DNA单链黏合起来。 具体原理如下： (1)质粒构建过程：①采用酶切或者PCR扩增方法将载体线性化；②使用设计好的引物进行目的DNA片段的PCR扩增；③反应体系内形成重组质粒。 (2)与传统酶切、酶连相比的优势：①位点选择灵活，在载体任意位置进行基因克隆；②快速简便；③克隆效率高，阳性克隆高达90%以上；④可同时克隆两个或多个DNA片段。 1．(2024·泰安高三一模)Cre/LoxP系 统能实现特定基因的敲除(如图1)。 把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别 并切割的序列(LoxP1和LoxP2)串在 一起，构建表达载体T(如图2)。部分 荧光蛋白基因会被Cre酶随机“剪掉”， 且两个LoxP1之间或两个LoxP2之间的基因，最多会被Cre酶敲除一次，剩下的部分得以表达，随机呈现不同的颜色。下列说法错误的是 A．Cre酶切下一个待敲除基因的过程，需要破坏4个磷酸二酯键 B．若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶)，其肌肉组织细胞呈红色 C．若小鼠细胞含一个表达载体T(含Cre酶)，其脑组织细胞呈红色或黄色或蓝色 D．若小鼠细胞含两个表达载体T(含Cre酶)，其一个脑组织细胞内可能随机出现两种颜色 迁移·应用 √ DNA单链上相邻的两个脱氧核 苷酸之间通过磷酸二酯键相连， DNA由两条单链螺旋缠绕形成， Cre酶切下一个待敲除基因的过 程中，需要切断基因前后两端， 因此需要破坏4个磷酸二酯键，A正确；据图可知，小鼠有编码红、黄、蓝荧光蛋白的基因，前端有脑组织特异性表达的启动子，肌肉细胞不会表达颜色基因，故若小鼠细胞含一个表达载体T(不含Cre酶)，其肌 肉组织细胞呈无色，B错误；若 小鼠细胞含一个表达载体(含Cre 酶)，Cre酶可能敲除两个LoxP1之 间的红色荧光蛋白基因，此时细胞 呈黄色，也有可能敲除两个LoxP2 之间的红色和黄色荧光蛋白基因，此时细胞为蓝色，也有可能未敲除荧光蛋白基因，此时为红色，C正确；小鼠脑组织细胞内有2个相同表达载体T(含Cre酶)，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，因而细胞的颜色由细胞内两种荧光蛋白的颜色叠加而成，故其脑组织细胞可能随机出现两种颜色，D正确。 2．(2025·湖北武汉模拟)蚊子是多种疾病的传播媒介，阻止蚊子传播疾病一直是科学家研究的方向。基因编辑技术中CRISPR/Cas9系统的出现可实现该目标。该技术的发现源自细菌体内的一种防止外源DNA入侵的获得性免疫机制，如图所示。其中细菌CRISPR序列的间隔区负责储存入侵过细菌的外源DNA信息；sgRNA(引导RNA)能识别外源DNA的靶序列；Cas9能对外源DNA的靶序列进行切割。 回答下列问题： (1)sgRNA依据______________原则识别外源DNA的靶序列。Cas9与基因工程中的基本工具________有相似的功能。据图推测，细菌间隔区储存的序列越多样，细菌的免疫能力越_____　(填“弱”或“强”)。 碱基互补配对 限制酶 强 sgRNA通过与外源DNA的特定的碱基序列发生碱基互补配对，从而识别外源DNA，进而引导Cas9(Cas9蛋白)切割核苷酸之间的磷酸二酯键，进而实现了对外源DNA的切割。据此推测，Cas9与基因工程中的基本工具限制酶有相似的功能；据图分析，间隔区储存的序列越多样则转录出的sgRNA序列多样，则其识别的外源DNA种类多样，因而细菌免疫能力越强。 (2)降低蚊子种群数量是阻止疾病传播的一种思路。 方案1：用CRISPR/Cas9系统对雄蚊子进行基因编辑，获得不育个体。为呈现该方案的研究思路，将下列各项进行排序：____________。 ①将sgRNA和Cas9的编码序列插入到适当载体中 ②确定蚊子基因组中与生殖发育有关的目标基因 ③目的基因导入受体细胞，筛选出不育的雄蚊子 ④设计能识别目标基因靶序列的sgRNA ⑤将转基因蚊子释放到野外发挥作用 ②④①③⑤ 根据题意，编辑改造蚊子的步骤应为：②蚊子的基因组进行测序，确定与生殖发育有关的目标基因→④合成与目标基因能碱基互补配对的sgRNA→①合成Cas9/sgRNA复合物，对目标基因进行编辑→③实验室条件筛选出不育的转基因蚊子→⑤将转基因蚊子释放到野外发挥作用。即对蚊子进行改造的步骤为②④①③⑤。 (3)让蚊子失去传播病原体的能力是阻止疾病传播的另一种思路。 方案2：将病原体的抗性基因A导入野生型蚊子，获得转基因个体。 方案3：将病原体的抗性基因A和CRISPR/Cas9系统等元件组成的遗传盒子导入野生型蚊子，获得转基因个体。 分别将方案2和3中的转基因个体与野生型(基因型aa)杂交，子代继续与野生型杂交多代，过程及结果如图所示。 注：黑色为具有病原体抗性的个体，白色为野生型个体。 ①方案2中，连续杂交5代后，理论上F5中携带基因A的概率为______。 1/32 方案2将病原体的抗性基因A导入野生型蚊子，获得转基因个体，该转基因个体基因型是Aa，结合图示可知，每一代都是Aa×aa的类型，子代中会出现Aa，每一代中Aa的比例是1/2，则连续杂交5代后，理论上F5中携带基因A的概率为1/25＝1/32。 注：黑色为具有病原体抗性的个体，白色为野生型个体。 ②方案3中，经遗传盒子改造后，无论杂交多少代，子代均为病原体抗性个体。关于该遗传盒子的作用机制，提出一种合理的假说：___________　____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 理论上讲，释放少量转基因蚊子最终会导致整个物种发生变异，但并不意味着产生了新物种，理由是_______________________________________　_________________________________________________________。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遗传盒子可以在转基因子代体内自动实现基因型Aa转变为AA(个体层次)；使含a的配子失去活性/含a的配子死亡/只产生含A的配子(配子层次)；基因a替换为基因A(基因层次) 　　　　　　　　　　　　具有抗性基因的蚊子能与野生型杂交产生可育后代(具有抗性基因的蚊子与野生型之间未出现生殖隔离) 注：黑色为具有病原体抗性的个体，白色为野生型个体。 方案3中，经遗传盒子改造后，无论杂交多少代，子代均为病原体抗性个体。关于该遗传盒子的作用机制，提出一种合理的假说为：遗传盒子可以在转基因子代体内自动实现基因型Aa转变为AA(个体层次)；使含a的配子失去活性/含a的配子死亡/只产生含A的配子(配子层次)；基因a替换为基因A(基因层次)；生殖隔离是在自然状态下不能相互交配或交 注：黑色为具有病原体抗性的个体，白色为野生型个体。 配后也不能产生可育后代的现象，具有抗性基因的蚊子能与野生型杂交产生可育后代(具有抗性基因的蚊子与野生型之间未出现生殖隔离)，理论上讲，释放少量转基因蚊子最终会导致整个物种发生变异，但并不意味着产生了新物种。 返回 注：黑色为具有病原体抗性的个体，白色为野生型个体。 课 时 训 练 返回 保分点一　基因工程的基本工具和程序 1．(2025·广东汕头二模)下列关于生物技术、物质或工程在生产生活中的应用，对应错误的是 A．CRISPR/Cas9系统——对特定基因进行编辑或敲除 B．磷脂分子脂质体——运载药物或RNA疫苗进入细胞 C．沼气发酵工程——生产燃料、作物肥料并减轻污染 D．逆转录酶抑制剂——治疗HIV等各种RNA病毒感染 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 CRISPR/Cas9系统是一种基因编辑技术，它能够通过向导RNA识别特定的DNA序列，然后利用Cas9蛋白对特定基因进行编辑或敲除，A正确。磷脂分子可以形成脂质体，脂质体具有和细胞膜类似的结构，能够运载药物或RNA疫苗等物质进入细胞，B正确。沼气发酵工程是利用微生物在无氧条件下分解有机物产生沼气，沼气可作为燃料，发酵后的沼渣、沼液可以作为作物肥料，同时还能够减少有机废弃物造成的污染，C正确。逆转录酶抑制剂可以抑制逆转录酶的活性，HIV是一种逆转录RNA病毒，逆转录酶抑制剂可以用于治疗HIV感染。但并非所有的RNA病毒都是逆转录病毒，只有逆转录RNA病毒才依赖逆转录酶进行复制，对于非逆转录RNA病毒，逆转录酶抑制剂没有治疗作用，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 2．(2025·广东汕头二模)利用人工智能模型(AI)预测蛋白质的结构和功能，极大地加速了人类对蛋白质的了解。下列叙述错误的是 A．AI可通过氨基酸序列预测蛋白质的空间结构 B．AI可基于大量数据构建结构与功能的匹配模型 C．AI分析氨基酸的差异可用于进化亲缘关系比较 D．人工合成AI设计的蛋白质只能在细胞外进行 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 蛋白质的氨基酸序列决定其空间结构，AI可以通过对氨基酸序列的分析来预测蛋白质的空间结构，A正确；基于大量已知蛋白质的结构和功能数据，AI能够构建结构与功能的匹配模型，从而对未知蛋白质进行预测，B正确；不同物种中具有相似功能的蛋白质，其氨基酸序列的差异程度可以反映物种之间进化亲缘关系的远近，AI可以分析氨基酸的差异来进行进化亲缘关系比较，C正确；人工合成蛋白质通常在体外(如利用化学合成方法)进行，但如果是利用细胞来合成AI设计的蛋白质，是在细胞内进行的，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 3．(2025·河南郑州模拟)自然界中很少出 现蓝色的花，天然蓝色花出现的主要原 因是花瓣细胞液泡中的花青素在碱性条 件下显蓝色。我国科学家利用链霉菌的 靛蓝合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp) 构建了基因表达载体(如图)，通过农杆菌 转化法将上述基因导入白玫瑰，在细胞 质基质中形成稳定显色的靛蓝。下列相关叙述正确的是 A．不同限制酶的识别序列都是由6个脱氧核苷酸组成的 B．将idgS基因插入Ti质粒时使用的限制酶是SpeⅠ和BamHⅠ C．将sfp基因插入Ti质粒时使用的限制酶是PmeⅠ和SacⅠ D．启动子和终止子不表达出蛋白质，都属于基因的调控序列 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 大多数限制酶的识别序列由6个 脱氧核苷酸组成，也有少数限制 酶的识别序列由4个、8个或其他 数量的脱氧核苷酸组成，A错误。 由图可以看出，idgS基因插入Ti 质粒的SpeⅠ和SacⅠ两个限制酶 识别位点之间，sfp基因插入Ti质粒的启动子1和终止子1之间；将sfp基因插入Ti质粒时，可使用限制酶BamHⅠ，将idgS基因插入Ti质粒时，可用SpeⅠ和SacⅠ进行双酶切割，B、C错误。启动子和终止子不表达出蛋白质，都属于基因的调控序列，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 4．(2025·广东湛江模拟)研究人员将目 的基因插入质粒，构建重组质粒的过 程如图所示，再将该重组质粒导入大 肠杆菌中。由β-半乳糖苷酶基因编码 产生的β-半乳糖苷酶可分解X-gal产生 蓝色物质，使菌落呈蓝色，否则菌落 为白色。下列叙述错误的是 A．将目的基因插入质粒中时，需要用 到的酶有XhoⅠ、NheⅠ和DNA连接酶 B．需要用Ca2+处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 C．将按图示构建的重组质粒导入大肠杆菌后，大肠杆菌可正常表达该目的基因 D．在含X-gal的培养基上培养导入了重组质粒的大肠杆菌，可出现蓝色菌落 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 目的基因两侧含有限制酶XhoⅠ、NheⅠ 的识别序列，将目的基因插入质粒中时， 需要用到限制酶XhoⅠ、NheⅠ切割目的 基因和质粒，再用DNA连接酶将目的基 因和质粒连接在一起，A正确；将目的基 因导入受体细胞时，需要用Ca2+处理大肠 杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B正确；将按图示构建的重组质粒导入大肠杆菌后，由于目的基因的转录方向和启动子的方向相反，大肠杆菌不能正常表达该目的基因，C错误；在含X-gal的培养基上培养导入了重组质粒的大肠杆菌，β-半乳糖苷酶基因编码产生的β-半乳糖苷酶可分解X-gal产生蓝色物质，使菌落呈蓝色，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 保分点二　PCR和电泳技术 5．(2025·湖北黄石模拟)如图显示了存在于4 kb(1 kb＝1 000个碱基对)长的环状DNA片段上的限制性内切核酸酶识别位点。为在分离凝胶上产生行进最远的条带，应一起使用的两种限制性内切核酸酶是 A．NdeⅠ和PstⅠ B．NdeⅠ和EcoRⅠ C．SacⅠ和BamHⅠ D．EcoRⅠ和HindⅢ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 据图分析可得，四个选项组合中用EcoRⅠ和 HindⅢ处理环状DNA可产生长度约为0.3 kb、 2.0 kb、1.0 kb和0.7 kb的DNA片段。越短的 DNA片段在凝胶电泳中行进得越远，0.3 kb的 片段是所有选项中能产生的最短片段，D符合 题意，A、B、C不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 6．(2025·湖北黄冈模拟)热启动PCR主要借助一种酶的修饰物来抑制常温下DNA聚合酶的活性。这种修饰使得PCR反应体系在配制阶段不能形成产物。当反应体系配制好后，在反应初始加热步骤，酶修饰物在高温下被释放，使得DNA聚合酶被激活，直接在高温下(70 ℃以上)进行PCR扩增。下列相关叙述错误的是 A．热启动PCR利用DNA热变性原理，通过调节DNA聚合酶活性控制进程 B．热启动PCR中高温能激活DNA聚合酶，该反应体系中无需加入Mg2+ C．与常规PCR相比，热启动PCR可减少反应起始阶段引物错配形成的产物 D．热启动PCR可防止低温条件下产物的非特异性扩增，能提高反应的特异性 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 热启动PCR利用的原理是DNA的热变性，该技术通过调节DNA聚合酶活性来控制反应进程，A正确；Mg2+是DNA聚合酶的必需辅助因子，能够激活DNA聚合酶的活性，该反应体系中也要加入Mg2+，B错误；低温条件下启动PCR，易引起引物与模板中一些非靶位点的错配和引物之间形成二聚体，热启动PCR可减少反应起始时引物错配形成的产物，通过减少错配提高反应的特异性，C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 7．(2025·河北模拟)某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3-GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示： 下列相关叙述正确的是 A．Gata3基因为转基因操作中的目的基因 B．翻译起始位点在Gata3基因的上游启动子区域 C．2号条带的小鼠是Gata3-GFP基因纯合子，4号条带的小鼠是野生型 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地鉴定新生小鼠的杂合子和纯合子情况 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 据题干信息可知，绿色荧光蛋白基因(GFP)为转基因操作中的目的基因，A错误；Gata3基因的上游启动子区域是转录起始位点，而不是翻译起始位点，B错误；整合GFP基因后，核酸片段变长，2号个体只有大片段，所以是Gata3-GFP基因纯合子，4号个体只有小片段，是野生型，C正确；若用引物1和引物3进行PCR，杂合子和Gata3-GFP基因纯合子都能扩增出相应的片段，电泳结果相同，不能区分杂合子和纯合子，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 保分点三　基因编辑技术 8．(2025·山东青岛模拟)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 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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 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 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 9．(2025·重庆模拟)单细胞生物并没有免疫系统， 但是科学家发现细菌中存在清除入侵病毒DNA的 功能系统，并发明了CRISPR/Cas9基因编辑技术。 该系统主要包含单链向导RNA和Cas9蛋白两个部 分，能特异性识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。下列叙述错误的是 A．Cas9蛋白通过切断磷酸二酯键对DNA进行剪切 B．CRISPR/Cas9基因编辑技术本质上是对靶基因进行编辑引发染色体结构变异 C．识别序列与β链存在的碱基互补配对方式为U—A、A—T、G—C、C—G D．向导RNA的序列越短，会导致脱靶率越高 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 Cas9蛋白的作用对象是DNA，通过切断 磷酸二酯键对DNA进行剪切，A正确； CRISPR/Cas9基因编辑技术本质上是对 靶基因进行编辑引发基因突变，B错误； 识别序列RNA与β链DNA存在的碱基互补配对方式为U—A、A—T、G—C、C—G，C正确；向导RNA的序列越短，结合的区域随机性越大，会导致脱靶率越高，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 10．(2025·山东淄博模拟)科研人员利用花菜对DNA的粗提取实验进行改进。使用不同的研磨液过滤提取DNA、加酒精后用不同的去杂质方法纯化DNA，并进行相关检测，结果如下表。OD260/OD280的比值可检查DNA纯度，纯DNA的OD260/OD280为1.8，当存在蛋白质污染时，这一比值会明显降低。下列说法正确的是 研磨 提取 研磨液的NaCl浓度/(mol/L) 0.14 2 沉淀质量/g 0.078 9 0.040 9 提取的DNA浓度/(ng/μL) 59.5 100.6 OD260/OD280 1.29 1.57 加酒精后去杂质 去杂质方式 离心 4 ℃冰箱静置 沉淀质量/g 0.068 0.102 8 纯化的DNA浓度/(ng/μL) 81.5 336.4 OD260/OD280 1.53 1.41 A．研磨液配置过程中，需用 2 mol/L的HCl溶液将研磨液调至弱碱性 B．与0.14 mol/L相比，用 2　mol/L的NaCl溶液研磨得到的沉淀物中的DNA浓度更高 C．去杂质时应用1 500 r/min离 心转速将DNA沉淀下来，且离心法获得的纯度高 D．DNA分子在碱性溶液中加热降解后可与二苯胺反应生成蓝色络合物 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 研磨液配置过程中，需用2 mol/L的 HCl溶液将研磨液的pH调节至8.0， 呈弱碱性，A正确；表格显示， 2 mol/L NaCl研磨液提取的DNA浓 度更高(100.6ng/μL>59.5 ng/μL)， 但这是由于高盐浓度下DNA溶解度 高，杂质沉淀更多，而非沉淀物中 DNA浓度更高，实际上，高盐浓度 下DNA溶解于上清液，沉淀物中的DNA更少，B错误；根据图表信息 研磨 提取 研磨液的NaCl浓度/(mol/L) 0.14 2 沉淀质量/g 0.078 9 0.040 9 提取的DNA浓度/(ng/μL) 59.5 100.6 OD260/OD280 1.29 1.57 加酒精后去杂质 去杂质方式 离心 4 ℃冰箱静置 沉淀质量/g 0.068 0.102 8 纯化的DNA浓度/(ng/μL) 81.5 336.4 OD260/OD280 1.53 1.41 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 可知，离心法获得的OD260/OD280 为1.53，高于静置法的1.41，说明 离心法纯度更高，但是研磨液的 NaCl浓度不同，所以无法得出离 心法获得的纯度高，去杂质时， 一般用10 000 r/min的转速沉淀 DNA，C错误；二苯胺试剂需在 酸性条件下与DNA反应生成蓝色 络合物，而非碱性条件，题目中“碱性溶液中加热降解”的描述与实验原理不符，D错误。 研磨 提取 研磨液的NaCl浓度/(mol/L) 0.14 2 沉淀质量/g 0.078 9 0.040 9 提取的DNA浓度/(ng/μL) 59.5 100.6 OD260/OD280 1.29 1.57 加酒精后去杂质 去杂质方式 离心 4 ℃冰箱静置 沉淀质量/g 0.068 0.102 8 纯化的DNA浓度/(ng/μL) 81.5 336.4 OD260/OD280 1.53 1.41 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 11．(12分)(2024·广东卷)驹形杆菌可合成细菌纤维素(BC)并将其分泌到胞外组装成膜。作为一种性能优异的生物材料，BC膜应用广泛。研究者设计了酪氨酸酶(可催化酪氨酸形成黑色素)的光控表达载体，将其转入驹形杆菌后构建出一株能合成BC膜并可实现光控染色的基因工程菌株，为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供了新思路(图一)。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 回答下列问题： (1)研究者优化了培养基的_____________________(答两点)等营养条件，并控制环境条件，大规模培养基因工程菌株后可在气液界面处获得BC菌膜(菌体和BC膜的复合物)。 碳源、氮源、无机盐 培养基的营养物质包括水、无机盐、碳源、氮源等，研究者培养基因工程菌，需要优化培养基的碳源、氮源等营养条件，并控制环境条件。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 染色，启动子①②及③依次为____________________，理由是_______________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 PT7、PBAD和PBAD 启动子②和③选用PBAD可以使基因工程菌无论有、无蓝光照射都可表达无活性的T7RNAP，在蓝光照射后，无活性的T7RNAP转变为有活性的T7RNAP，与特异性启动子PT7识别结合并转录基因1，即可用蓝光控制酪氨酸酶的表达　 (2)研究者利用T7噬菌体来源的RNA聚合酶(T7RNAP)及蓝光光敏蛋白标签，构建了一种可被蓝光调控的基因表达载体(光控原理见图二a，载体的部分结构见图二b)。构建载体时，选用了通用型启动子PBAD(被基因工程菌RNA聚合酶识别)和特异型启动子PT7(仅被T7RNAP识别)。为实现蓝光控制 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 图二a分析可知，蓝光照射下， T7RNAPN端-nMag与T7RNAPC 端结合，导致无活性的T7RNAP 变成有活性的T7RNAP，结合图 一，蓝光处理后，RNA聚合酶 (T7RNAP)识别启动子①使基因 1转录获得相应的mRNA，再以 其为模板通过翻译过程获得酪氨 酸酶，酪氨酸酶从而催化染色液中酪氨酸形成黑色素，可见基因2和3正常表达无活性产物，被蓝光激活后再启动基因1表达，综合上述分析可知，为实现蓝光控制染色，启动子①②及③依次为PT7、PBAD和PBAD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (3)光控表达载体携带大观霉素(抗生素)抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素，其作用为________________________________________ _________________________________________ (答两点)。 杀死不含光控表达载体的杂菌，避免杂菌污染；筛选出含光控表达载体的基因工程菌 光控表达载体携带大观霉素(抗生素)抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素，可杀死不含光控表达载体的杂菌，避免杂菌污染；筛选出含光控表达载体的基因工程菌。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (4)根据预设的图案用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色，其原因是______________________________________________________________ ___________________________________。 细胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表达并合成黑色素，故用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色。蓝光照射不到的部位酪氨酸酶不表达。 蓝光诱导酪氨酸酶基因的表达，酪氨酸酶催化酪氨酸转化为黑色素，蓝光照射不到的部位酪氨酸酶不表达 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (5)有企业希望生产其他颜色图案的BC膜。按照上述菌株的构建模式提出一个简单思路：__________________________________________________ ________________________。 题干信息的设计思路最终BC膜被染成黑色，希望生产其他颜色图案的BC膜，则需要将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白)。 将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 12．(14分)(2025·河北卷)为治理水体中对生物有毒害的镉污染，研究者构建了分泌信号肽SP7、镉离子结合蛋白CADR、定位于细胞壁的蛋白GP1和黄色荧光蛋白YFP编码序列融合表达的载体，转入单细胞衣藻，实现CADR大量合成、分泌并定位于细胞壁，以吸附水体中的镉离子。回答下列问题： (1)在DNA聚合酶、引物、模板DNA和脱氧核苷酸中，随着PCR反应进行，分子数量逐渐减少的是______和____________。模板与引物在PCR反应的______阶段开始结合。PCR中使用的DNA聚合酶需耐高温，其原因为_____________________________________________________________________________。 引物 脱氧核苷酸 复性 PCR过程中变性和延伸需要的温度均较高，一般的DNA聚合酶在高温下会变性失活 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 PCR反应过程包括①变性：温度超过90 ℃时，双链DNA解聚为单链；②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。PCR过程中变性和延伸需要的温度均较高，一般的DNA聚合酶在高温下会变性失活，只有耐高温的DNA聚合酶在这种温度条件下可以正常发挥作用。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (2)载体中可用的酶切位点信息和拟构建载体的部分结构如图1所示。在将CADR、GP1和YFP基因逐个构建到载体时，为避免错误连接，需向以上三个基因的两端分别添加限制酶识别序列，其中GP1两端应添加________________(填两种限制酶)的识别序列。用DNA连接酶连接时，可催化载体和目的基因之间形成__________键。 SmaⅠ、EcoRⅠ 磷酸二酯 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 分析图示中几种限制酶可知，NheⅠ与 XbaⅠ酶切后产生的黏性末端相同，为 了防止载体和目的基因出现自身环化和 二者之间反向连接，不能同时在目的基 因两端添加这两种酶的识别序列。根据 题图中几种基因和限制酶的顺序可得出 目的基因与对应酶切位点的位置关系， 即GP1基因两端应分别添加SmaⅠ和 EcoRⅠ的识别序列。DNA连接酶催化载体和目的基因之间形成磷酸二酯键，完成DNA片段的连接。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (3)若在荧光显微镜下观察到转基因衣藻表现为______________，初步表明融合蛋白表达成功。将转基因衣藻和野生型衣藻置于含镉离子的培养液中培养一段时间后，若转基因衣藻细胞壁比野生型衣藻细胞壁的镉离子含量_____，则表明融合蛋白能结合镉离子。 根据题干信息可知，该转基因衣藻中转入的融合表达载体中含有黄色荧光蛋白YFP的编码序列，若在荧光显微镜下观察到转基因衣藻发出黄色荧光，说明YFP基因表达成功，初步表明融合蛋白表达成功。构建成功的转基因衣藻中含有镉离子结合蛋白CADR、分泌信号肽SP7和定位于细胞壁的蛋白GP1的编码序列，可大量合成CADR，并定位于细胞壁；若转基因衣藻细胞壁的镉离子含量高于野生型衣藻，则说明融合蛋白可结合镉离子。 发出黄色荧光 高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (4)将转基因衣藻和野生型衣藻在不同镉离子 浓度的培养液中培养6天后，检测细胞密度， 结果见图2。转基因衣藻在含有不同浓度镉离 子的培养液中生长均优于野生型衣藻的原因 可能是_________________________________ _______________________________________ _______________________。 240 μmol·L-1镉离子浓度下，转基因衣藻和野生型衣藻生长均被明显抑制的原因可能是____________________________________________________ __________________________________________________________________________。 转基因衣藻细胞壁上的镉离子结合蛋白可以吸附培养液中的镉离子，减少镉离子对衣藻细胞的毒害 镉离子浓度过高，转基因衣藻细胞壁上的CADR数量和吸附能力有限，镉离子进入细胞对转基因衣藻和野生型衣藻均造成了较严重的毒害 注：镉离子对渗透压的影响忽略不计 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 由图2可知，在含有不同镉离子浓度的培 养液处理下，转基因衣藻的细胞密度相对 值均大于野生型衣藻，原因可能是转基因 衣藻细胞壁上的镉离子结合蛋白可以吸附 培养液中的镉离子，减少镉离子对衣藻细 胞的毒害。240 μmol·L-1镉离子浓度下，转 基因衣藻和野生型衣藻生长均被明显抑制， 原因可能是培养液中的镉离子浓度过高，转基因衣藻细胞壁上的CADR数量和吸附能力有限，镉离子对转基因衣藻和野生型衣藻均造成了较严重的毒害。 注：镉离子对渗透压的影响忽略不计 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 (5)转基因衣藻可用于水体镉污染治理，与施加化学药物法相比，能体现出其环境治理优势的两个特性是_____和_____。(填标号) ①衣藻作为生物材料在水体中可自我繁殖　②衣藻生长速率受镉离子浓度影响　③衣藻可吸收水体中能引起富营养化的物质　④衣藻吸附的镉可沿食物链传递 与施加化学药物相比，转基因衣藻在环境治理上的优势体现在衣藻作为生物材料在水体中可进行自我繁殖，而化学药物可能需要多次施加，成本高且操作麻烦；同时衣藻可吸收水体中的N、P等元素，能在一定程度上减轻水体的富营养化。 ① ③ 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 大 概 念 八 　 利 用 生 物 技 术 与 工 程 生 产 对 人 类 有 用 的 产 品 谢 谢 观 看 ！ $