高考二轮复习专题九考点一基因工程(含PCR技术与应用)课件(57张)

专题九现代生物科技专题考情解读考点1.基因工程的诞生。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)。3.基因工程的应用。4.蛋白质工程。5.植物组织培养。6.动物细胞培养与体细胞克隆。7.细胞融合与单克隆抗体。8.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础。9.胚胎干细胞的移植。10.胚胎工程的应用。11.转基因生物的安全性。12.生物武器对人类的威胁。13.生物技术中的伦理问题。14.简述生态工程的原理。15.生态工程的实例。考情1.考查题型：多以简答题呈现。2.命题趋势：基因工程几乎每年均有考查，多以基因工程的基本程序为背景，既可单独考查其中相关的生物学原理和注意事项，也常结合细胞工程和胚胎工程进行综合考查。建网络抓主干现代生物科技专题基因工程操作工具限制酶、①

、载体操作程序目的基因的获取②___________________将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定发展蛋白质工程操作对象③_____结果可产生自然界不存在的新蛋白质细胞工程植物细胞工程原理④_____________________________技术植物组织培养、植物体细胞杂交动物细胞工程动物细胞培养原理⑤_________结果获得新细胞，不形成个体动物体细胞核移植原理⑥___________________结果获得克隆动物个体动物细胞融合原理细胞膜的流动性方法物理法、化学法、生物法单克隆抗体的制备首要步骤⑦_______________所需细胞最后的筛选已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞⑧___________________

_______DNA连接酶基因表达载体的构建基因细胞的全能性、细胞膜的流动性细胞增殖动物细胞核的全能性给小鼠注射抗原产生专一抗体的杂交瘤细胞现代生物科技专题胚胎工程体内受精早期胚胎发育胚胎发育的场所胚胎移植的最佳时期⑨_____________⑩_____________体外受精早期胚胎培养精子获能的方法早期胚胎培养液成分___________________“两盐”“两素”“两酸”及动物血清等胚胎移植实质意义______________________充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力胚胎分割选材意义发育良好、形态正常的______________加快繁殖速度胚胎干细胞来源功能特点____________________________________生物技术的安全性和伦理问题安全性问题转基因产品的安全性问题伦理问题设计试管婴儿、基因身份证生物武器种类致病菌、病毒、生化毒剂、经过基因重组的致病菌等我国政府的观点完全禁止生产生物武器生态工程概念基本原理：生态学原理、工程学原理等生态工程的实例和发展前景输卵管和子宫桑椹胚、囊胚培养法和化学诱导法早期胚胎的空间位置转移桑椹胚或囊胚早期胚胎或原始性腺具有发育的全能性1.(选修3P4～6正文)基因工程的工具包括______________________________

，最常用的载体是

。2.(选修3P8～11正文)获取目的基因常用的三种方法：从基因文库中获取目的基因、

及____________________________

。3.(选修3P10正文)PCR技术扩增的过程是：目的基因DNA受热(90～95℃)变性后解链为

，

与单链相应互补序列结合(55～60℃，即“复性”)，然后在

作用下延伸，如此重复循环。通教材防遗漏限制性核酸内切酶、DNA连接酶及载体质粒利用PCR技术扩增目的基因通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成单链引物热稳定DNA聚合酶(Taq酶)4.(选修3P11正文)

是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成除目的基因外，还必须有

、

及

等。5.(选修3P11正文)标记基因的作用是_________________________________

。6.(选修3P27正文)蛋白质工程是指以

及其与______

的关系作为基础，通过

，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。7.(选修3P36正文)植物组织培养就是在

条件下，将______

，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生

，最终形成

。基因表达载体的构建启动子终止子标记基因为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来蛋白质分子的结构规律生物功能基因修饰或基因合成无菌和人工控制离体的植物器官、组织、细胞愈伤组织、丛芽完整的植株8.(选修3P36正文)进行植物体细胞杂交之前，必须先利用__________________去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，再用

诱导原生质体融合。9.(选修3P44正文)动物细胞工程常用的技术手段有

、_____

、动物细胞融合、生产单克隆抗体等。10.(选修3P45正文)人们通常将动物组织经

处理后的初次培养称为原代培养，将贴满瓶壁的细胞重新用

等处理，然后分瓶继续培养称为

。纤维素酶和果胶酶物理法或化学法动物细胞培养动物细胞核移植胰蛋白酶或胶原蛋白酶胰蛋白酶传代培养11.(选修3P47正文)动物细胞核移植是将动物的一个细胞的

，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。12.(选修3P54正文)单克隆抗体制备过程中涉及两次筛选，第一次是利用特定的

，排除未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞，只留下杂交瘤细胞；第二次是

，获得足够数量的

。13.(选修3P61～63正文)哺乳动物精子的发生是从

开始的连续过程，卵子的发生自胎儿期即形成初级卵母细胞，排卵前后完成减数第一次分裂，至受精时完成减数第二次分裂。细胞核选择性培养基进行筛选克隆化培养和抗体检测能分泌所需抗体的杂交瘤细胞初情期14.(选修3P63正文)当在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到

极体时，表明卵子已经完成了受精，这是判断卵子是否受精的重要标志。15.(选修3P64～65正文)

是阻止多精入卵的两道屏障。16.(选修3P69正文)用

处理，使实验动物排出更多的卵子，然后从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。17.(选修3P79正文)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的_____

。要注意将

均等分割。两个透明带反应及卵细胞膜反应促性腺激素桑椹胚或囊胚内细胞团18.(选修3P80正文)哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，是由_____

中分离出来的一类细胞。19.(选修3P103～107正文)生态工程所遵循的基本原理有

、

、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。早期胚胎或原始性腺物质循环再生原理物种多样性原理考点一基因工程(含PCR技术与应用)主干整合1.基因工程的理论基础2.基因工程的3种基本工具3.熟记基因工程的四个操作步骤(1)目的基因的获取途径(2)基因表达载体(重组质粒)的构建(3)将目的基因导入受体细胞(4)目的基因的检测与鉴定4.图解记忆蛋白质工程技术原理与条件技术的过程1.(2021·全国乙，38)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。真题研究回答下列问题：(1)常用的DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，下图中_______________酶切割后的DNA片段可以用E·coliDNA连接酶连接，下图中____________________________切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。EcoRⅠ、PstⅠEcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ解析限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端，E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E·coliDNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是___________。磷酸二酯键(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中___________；质粒DNA分子上有_______________________，便于外源DNA的插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是__________________________________________________________________________。自我复制一至多个限制酶切割位点用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞解析质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)表达载体含有启动子，启动子是指_________________________________________________________________________________。位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程解析启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。2.(2021·山东，25)人类γ基因启动子上游的调控序列中含有BCL11A蛋白结合位点，该位点结合BCL11A蛋白后，γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列，解除对γ基因表达的抑制，可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段，将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测，以确定BCL11A蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图所示。(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达，需在引物末端添加限制酶识别序列。据图可知，在F1～F7末端添加的序列所对应的限制酶是_______，在R末端添加的序列所对应的限制酶是__________。本实验中，从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需要____种酶。SalⅠEcoRⅠ6解析据题意可知，需要将扩增后的产物定向插入并指导荧光蛋白基因的表达，则含有启动子的扩增后的产物读取方向与荧光蛋白基因的读取方向一致，故扩增后的产物中的R端与荧光蛋白基因中限制酶MunⅠ识别序列端结合，才能保证扩增后的产物定向插入并指导荧光蛋白基因的表达。要做到定向插入，需要引物末端两端添加限制酶的识别序列，且被限制酶识别并切割后，两端的黏性末端不能相同。而扩增后的产物中可能含有MunⅠ和XhoⅠ的识别位点，故在引物末端添加限制酶的识别序列不能被限制酶MunⅠ和XhoⅠ所识别，故应该选用添加限制酶EcoRⅠ和限制酶SalⅠ识别序列，由图可知，限制酶MunⅠ识别并切割后的黏性末端与限制酶EcoRⅠ识别并切割后的黏性末端相同，故R末端添加的序列所对应的限制酶是EcoRⅠ，在F1～F7末端添加的序列所对应的限制酶是SalⅠ；荧光蛋白基因中含有限制酶EcoRⅠ的识别位点，故对载体使用限制酶MunⅠ和XhoⅠ切割。综上所述，对载体使用限制酶MunⅠ和XhoⅠ切割，对扩增后的产物用限制酶EcoRⅠ和限制酶SalⅠ识别序列，然后在DNA连接酶的催化作用下，连接形成重组载体；产物扩增中需要使用Taq酶催化，合成更多的产物，故从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需要6种酶，分别是Taq酶、限制酶EcoRⅠ、限制酶SalⅠ、限制酶MunⅠ、限制酶XhoⅠ、DNA连接酶。(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞，成功转化后，含F1～F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白，受体细胞有荧光，含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是_____________________________________________________。F7与R扩增产物不含完整的启动子，荧光蛋白基因不表达解析受体细胞中已经除去BCL11A基因，不会抑制荧光蛋白基因的表达；基因的表达需要RNA聚合酶与启动子结合，才能完成荧光蛋白基因的转录过程；含F1～F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白，受体细胞有荧光，含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光，则可能是F7与R扩增产物不含完整的启动子，荧光蛋白基因不表达。(3)向培养液中添加适量的雌性激素，含F1～F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光，而含F5～F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光。若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋白的结合位点序列，据此结果可推测，BCL11A蛋白结合位点位于_______________________________________________，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上根据有无荧光情况判断，F1～F4与R扩增产物上均有结合位点，因此结合位点位于F4所对应调控序列的下游(右侧)；F5～F6与R扩增产物上均无结合位点，可知结合位点位于F5所对应调控序列的上游(左侧)，所以结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上解析向培养液中添加适量的雌性激素，此时重组载体上的BCL11A基因表达，产生BCL11A蛋白，BCL11A蛋白与BCL11A蛋白结合位点结合后，导致荧光蛋白基因被抑制；含F1～F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光，则说明BCL11A蛋白的结合位点在引物F4与引物R之间的序列上；含F5～F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光，则说明BCL11A蛋白结合位点在引物F5的上游序列，故据此结果可推测，BCL11A蛋白结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上。思维延伸——填充(1)(2019·全国Ⅰ，38节选)在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是

。在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是____________

。(2)(2018·江苏，32节选)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接，需在引物的

端加上限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目的是_________________________________

。加热至90～95℃Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活5′使DNA片段能定向插入表达载体，减少自连(3)(2018·海南，31节选)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜

(填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，选用这种叶片的理由是____________________________________________

。受伤的叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞(4)(2016·全国Ⅰ，40节选)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到氨苄青霉素抗性基因(Ampr)或四环素抗性基因(Tetr)中会导致相应的基因失活。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述处理后大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是________________

；并且含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞也是不能区分的，其原因是________________

。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有________的固体培养基。二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(5)(2017·全国Ⅱ，38节选)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_______________

(答出两点即可)。(6)(2017·全国Ⅰ，38节选)某同学从人的基因组文库中获得了基因A(有内含子)，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是__________________________________________________________________________

。(7)(2017·全国Ⅱ，38节选)若获得的转基因植株(目的基因——几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是

。目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A目的基因的转录或翻译异常(8)(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是____________________________________________________________________________________

。找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基题组一基因工程1.(2021·广东，22)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。题组集训回答下列问题：(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有_____________________________。(答出两种即可)从基因文库中获取、人工合成法(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，方法有_________________________。(答出两种即可)盐析法、酶解法或高温变性解析在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，可根据DNA和蛋白质的溶解性、对酶、高温和洗涤剂的耐受性去除蛋白质，方法有盐析、酶解法或高温变性法等。(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有______________________。感受态抗原—抗体杂交技术解析表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备感受态细胞，即利用钙离子处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，易于接受外来的DNA分子。基因工程中，酶基因(目的基因)成功表达的产物酶蛋白的化学本质是蛋白质，常用抗原—抗体杂交技术进行检测。(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是_______________________。在分子水平上，可以通过改变_________________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。有的酶失活而使反应中断基因的碱基序列2.如图是利用工程菌(大肠杆菌)生产人生长激素的实验流程。所用的pBR322质粒含有限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ的切点各一个，且三种酶切割形成的末端各不相同，而Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因。请回答以下相关问题：(1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有_________的因子。过程①所用到的组织细胞是________________，③过程的目的是_______________________，⑤过程常用_______溶液处理大肠杆菌。调控作用人垂体组织细胞将平末端处理为黏性末端CaCl2解析目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子，垂体才能产生生长激素，过程①所用到的组织细胞是人垂体组织细胞。⑤过程将基因表达载体导入大肠杆菌。常用CaCl2溶液处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于易于吸收外界环境中DNA分子的感受态。(2)如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ对图中质粒进行切割，形成的DNA片段种类有____种，这些种类的DNA片段中含有完整氨苄青霉素抗性基因的DNA片段和四环素抗性基因的DNA片段分别有____种和___种。933解析(后面的→均按照顺时针方向)假设PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ三种酶的切点分别用1、2、3表示。一种酶分别酶切时，一共可以得到3种片段1→1、2→2、3→3；任意两种酶分别同时酶切时，可得到1→2、2→1、2→3、3→2、1→3、3→1六种片段；三种酶同时酶切时，可得到1→2、2→3、3→1三种片段。综上所述，共计9种不同的片段(1→1、1→2、1→3、2→1、2→2、2→3、3→1、3→2、3→3)。其中片段3→2、2→2、3→3共3种含有完整氨苄青霉素抗性基因，片段2→1、2→2、1→1共3种含有完整四环素抗性基因。(3)如果只用限制酶PstⅠ切割目的基因和质粒。完成过程(④)、(⑤)后(受体大肠杆菌不含Ampr、Tetr)，将三角瓶内的大肠杆菌先接种到甲培养基上，形成菌落后用无菌牙签挑取培养基甲上的单个菌落，分别接种到乙和丙两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图乙、丙所示。接种到甲培养基上的目的是筛选_________________的大肠