2026届高三生物一轮复习课件 第十单元第6课 基因工程的基本工具和操作程序

该高中生物学高考复习课件聚焦基因工程核心考点，涵盖重组DNA技术工具、操作程序及DNA粗提取与PCR技术，对接高考评价体系，分析基因表达载体构建（高频）、限制酶选择（易错）等考点权重，归纳选择、实验分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于真题训练与素养融合，如2023新课标题解析限制酶与DNA连接酶选择方案，培养科学思维；PCR引物设计易错点分析，强化探究实践。提供答题模板和考点突破方法，帮助学生掌握得分技巧，教师可据此精准指导高效复习。

基因工程的基本工具与操作程序 第6课 考点一 重组DNA技术的基本工具 1. 基因工程的概念 是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做DNA重组技术。 DNA分子 转基因 遗传特性 生物类型 基因重组 1. 基因工程的概念 是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫做DNA重组技术。 2. 基因工程的基本工具 限制性内切核酸酶(限制酶)、DNA连接酶、载体 DNA分子 转基因 遗传特性 生物类型 基因重组 一、重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”) 脱氧核苷酸 序列 磷酸二酯键 黏性末端 作用:切割外源DNA,保证自身安全。 不切自身DNA:自身DNA分子中不存在该酶识别序列或被修饰。 “分子手术刀” 第7页 限制酶 一、重组DNA技术的基本工具 2. DNA连接酶——“分子缝合针” 1.(2023 新课标,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.coli DNA连接酶连接 C 与DNA有关的几种酶的比较 噬菌体 受体DNA上 限制酶酶切位点 标记 一、重组DNA技术的基本工具 3. 载体——“分子运输车” 第11页 [选择性必修3 P74~75“拓展应用2”拓展]构建基因表达载体时,需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体。已知限制酶 的识别序列和酶切位点是 ,限制酶 的识别序列和酶切位点是 ,根据图示思考: 第12页 (1)请用图示法写出限制酶 和限制酶 切割形成黏性末端的过程。 提示 限制酶 : 限制酶 : 第13页 (2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶?请说明理由。 提示 用限制酶 切割目的基因, 用限制酶 切割质粒。 限制酶的选择原则 (1)不破坏目的基因 (2)保留启动子、终止子、复制原点、至少保留一个标记基因 (3)确保出现相同黏性末端 使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒:可避免目的基因和质粒自身环化和反向连接。 1.图示人体正常基因A突变为致病基因a及Hind 切割位点。Alu 限制酶识别序列及切割位点为 ,下列相关叙述正确的有( ) A.基因A突变为a是一种碱基增添的突变 B.用两种限制酶分别酶切A基因后,形成的末端类型不同 C.用两种限制酶分别酶切a基因后,产生的片段大小一致 D.产前诊断时,该致病基因可选用Hind 限制酶开展酶切鉴定 载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因,而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞,抗性基因在受体细胞内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上,能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示: 标记基因的筛选原理 导入 受体细胞 培养 加入氨苄青霉素 只有含有载体,并且载体上的抗性基因表达的大肠杆菌才能存活并增殖 含有氨苄青霉素抗性基因载体(如质粒) 双标记基因法筛选含有目的基因的受体细胞 考点二 基因工程的基本操作程序 基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 人工合成目的基因 基因文库 一、基因工程的基本操作程序 (2)利用PCR获取和扩增目的基因 引物 脱氧核苷酸 耐高温 温度 3 复性温度过高,则引物难以与模板链结合,温度过低则易使两条母链配对结合,均无法获得PCR产物。 引物: 1、概念: 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。 2、作用: 使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 3、引物设计原则: 引物自身或两种引物之间不存在互补序列 设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如图),请分别说明理由。 ①第1组:_; ②第2组:_。 引物 和引物 局部发生碱基互补配对而失效 引物 ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效 2.基因表达载体的构建——基因工程的核心 (1)目的:使目的基因_,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)基因表达载体的组成 在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代 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。 位于基因的下游;终止转录。 DNA复制的起始位点 一、基因工程的基本操作程序 提醒 启动子、起始密码子、终止子、终止密码子的区别 (3)基因表达载体构建过程 3.将目的基因导入受体细胞 (1)导入动物细胞 显微注射法:将目的基因注入动物的_中。 (2)导入微生物细胞 受精卵 Ca2+处理 感受态细胞 吸收 大肠杆菌 一、基因工程的基本操作程序 Ca2+转化法:先用Ca2+ 处理大肠杆菌,使之处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,然后将重组的基因表达载体导入其中。 3.将目的基因导入受体细胞 (3)导入植物细胞 ①花粉管通道法: a.用微量注射器将含 直接注入 中; b.在植物 后一定时间内,剪去柱头,将DNA溶液滴在 ,使目的基因通过 进入胚囊。 一、基因工程的基本操作程序 目的基因的 DNA 溶液 受粉 子房 花粉管通道 花柱切面 3.将目的基因导入受体细胞 (3)导入植物细胞 ②农杆菌转化法:农杆菌细胞内含有_,当它侵染植物细胞后,Ti质粒上的_转移到被侵染的细胞,并且将其整合到该细胞的_上。 Ti质粒 T-DNA 染色体DNA (可转移的DNA) 一、基因工程的基本操作程序 农杆菌在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物。 第36页 农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入: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。 PCR 抗原—抗体 杂交 一、基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测和鉴定 D 1.(2023 湖北卷,4)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( ) A.若用Hind 酶切,目的基因转录的产物可能不同 B.若用Pvu 酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落, 不一定含有目的基因 C.若用Sph 酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D.若用Sph 酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落 2.(2025 江西卷)为了获得抗白叶枯病的水稻品种,研究人员构建了含有抗病基因D的重组Ti质粒(如图),通过农杆菌转化法将D基因导入水稻种子诱导的愈伤组织,最终获得抗病植株。下列叙述正确的是( ) A.水稻愈伤组织细胞中RNA聚合酶无法识别U6启动子 B.在含重组Ti质粒的农杆菌中U6启动子不能驱动卡那霉素抗性基因表达 C.农杆菌侵染愈伤组织后所用的筛选培养基中需加入卡那霉素 D.愈伤组织再分化获得的含有D基因的幼苗属于抗病植株 3.(易错题) -氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产 -氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coliA,构建了以L-谷氨酸钠为底物高效生产 -氨基丁酸的菌株E.coliB。下列叙述正确的是( ) A.上图表明,可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB B.E.coliB发酵生产 -氨基丁酸时,L-谷氨酸钠的作用是供能 C.E.coliA和E.coliB都能高效降解 -氨基丁酸 D.可以用其他酶替代Nco 和Kpn 构建重组质粒 4.(2025 广东卷)低温是限制农作物产量的重要胁迫因子。科学家将寒带植物中的CBFs抗寒基因转移到拟南芥中构建拟南芥耐寒模型,用于植物低温胁迫机制的相关研究。请据图回答问题: (2)设计引物克隆目的基因。如图1所示,应选择引物 对CBFs基因进行克隆。引物的作用是 。 (3)根据目的基因和质粒的结构分析,参考图表中限制酶的识别序列,为了后续能将CBFs目的基因正确连接到图2的Ti质粒上,应选用限制酶 和 切割质粒,还应在CBFs目的基因上游引物的 端添加限制酶 的识别序列。 (4)将拟南芥叶片浸泡在转基因农杆菌菌液中一段时间进行转化,提取叶片中的DNA,通过PCR、核酸分子杂交技术对CBFs基因是否整合到拟南芥基因组中进行检测,结果如图3所示,该转基因叶片的基因组中可能已整合CBFs基因。结果中显示出小分子非目标条带,产生的最主要原因可能是 。 A.引物特异性不佳 B.变性温度过低 C.复性温度过高 D.延伸时间过长 5、若要利用基因工程生产人胰岛素,选择大肠杆菌还是酵母菌比较好? 酵母菌。酵母菌中有内质网、高尔基体可以对胰岛素加工。 6.若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环,理论上需要消耗多少个引物?第n轮循环需要消耗多少个引物数? 提示 经过n轮循环需要消耗引物数为(2n+1-2)个,第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。 7.若要在目的基因两侧加上限制酶的切割位点,应加在引物的 端。 5’ 考点三 DNA的粗提取与鉴定和 DNA片段的扩增及电泳鉴定 一、DNA的粗提取与鉴定 1.实验原理 不溶于 2 mol/L 二苯胺 第57页 2.实验步骤 等体积、预冷的体积分数为95% 2 mol/L的NaCl溶液 二苯胺 二.DNA片段的扩增及电泳鉴定 (1)实验基础 可解离 相反 琼脂糖凝胶电泳 大小和构象 迁移规律:分子越小,迁移速度越快; 相同分子量下,环状DNA比线状DNA迁移快。 凝胶中的DNA分子通过染色,可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。 (2)PCR实验操作步骤 微量移液器 离心管 底部 PCR仪 ①成功扩增出DNA片段的判断依据是_。 ②如图所示,该片段大小约为_ bp。 可以在紫外灯下直接观察到DNA条带 750 ①为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。 ②在向微量离心管中添加反应组分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头都必须更换,避免试剂的污染。 ③电泳时,DNA的相对分子量越大,迁移速率越慢;DNA的相对分子量越小,迁移速率越快。 电泳鉴定时,未出现扩增条带的原因有? ①模板DNA被污染 ②引物特异性不强或形成引物二聚体 ③复性时温度过低 ①漏加了PCR反应成分 ②耐高温的DNA聚合酶失活 ③PCR程序设置不合理 电泳鉴定时,出现非特异性扩增条带的原因有? 2.(2025 福建卷)质粒P含有2个EcoR 、1个Sac 和1个BamH 的限制酶切割位点。已知BamH 位点位于2个EcoR 位点的正中间,用上述3种酶切割该质粒,酶切产物的凝胶电泳结果如图,其中泳道①条带是未酶切的质粒P,泳道②③④条带为3种单酶切产物,泳道⑤⑥⑦条带为双酶切产物。下列叙述正确的是( ) A.DNA分子在该凝胶的迁移方向是从电源正极到负极 B.泳道②③条带分别是Sac 和EcoR 的单酶切产物 C.泳道⑤条带是Sac 和EcoR 的双酶切产物 D.泳道①②说明未酶切质粒的碱基数小于酶切后质粒的碱基数 3.(预测题)(多选)X染色体上的D基因异常可导致人体患病,在男性中发病率为1/3500,某患病男孩(其母亲没有患病)X染色体上的基因D和H内各有一处断裂,断裂点间的染色体片段发生颠倒重接。研究者对患儿和母亲的DNA进行了PCR检测,所用引物和扩增产物电泳结果如图。不考虑其他变异,下列分析错误的是( ) 注:引物组合S1和S2,R1和R2可分别用于对正常基因D和H序列的扩增检测 A.该病患者中男性显著多于女性,女性中携带者的占比为1/3500 B.用R1和R2对母亲和患儿DNA进行PCR检测的结果相同 C.与正常男性相比,患病男孩X染色体上的基因排列顺序发生改变 D.利用S1和S2进行PCR检测,可诊断母亲再次孕育的胎儿是否患该病 4.(易错题)某基因表达载体部分结构如图所示,F1、F2、R1、R2表示不同的引物。下列相关叙述错误的是( ) A.启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点 B.该基因表达载体至少还包含标记基因等结构 C.PCR检测目的基因插入方向是否正确时,引物可选择F2和R2 D.若引物F1与a链相应部位序列相同,则b链为转录的模板链 5.(1)如图为X蛋白的部分基因序列,所示序列为引物结合的部分,据图分析:扩增X蛋白基因所需的引物序列是 ; 。 (2)若对PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,结果发现有两个或多个条带,从引物角度分析,原因可能是 。 (3)据图1和图2,利用PCR技术扩增ccxy13基因时,应从与对应链互补的a、b、c、d中选择 作为引物。为便于ccxy13基因整合到PET-28a载体黑色所示的区域,设计引物时应在引物的 (填“5'”或“3'”)端加上 两种限制酶的识别序列。 (4)运用农杆菌转化法时,为鉴定筛选出的(农杆菌)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3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从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段,原因是 。 PCR定点突变技术-重叠延伸PCR PCR定点突变技术-大引物PCR 反向PCR技术 感谢观看与聆听 THANKS $