第三章基因工程整合课件高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章

基因工程本

章

整

合目录

CONTENTS网络构建·素养展示章末解题·释疑解惑直击高考·真题体验生物学(选择性必修3·RJ)网络构建·素养展示》》》第3章基因工程

返回导航DNA是遗传物质三个理论基础DNA双螺旋结构和中心法则的确定遗传密码破译一个概念基因工程(重组DNA技术)基因工程限制酶三种工具DNA连接酶载体目的基因的筛选与获取基因表达载体的构建四个操作步骤将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定各种应用崛起的缘由蛋白质工程基本原理基本途径生物学(选择性必修3·RJ)第

3

章

基

因

工

程返回导航章末解题·释疑解惑》》》第3章基因工程生物学(选择性必修3·RJ)

返回导航1.

提示：(1)①应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶。②为了避免目的基因及质粒的自身环化、正向连接、反向连接，也可使用不

同的限制酶(非同种酶)切割目的基因所在片段和质粒。③切割质粒的限

制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因，即至少要保留一个标记基

因，以用于重组DNA的鉴定和选择。(2)加入DNA连接酶。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航(3)该质粒便于进行双重筛选。标记基因AmpR基因可用于检测质粒是否导入了大肠杆菌，

一般只有导入了质粒的大肠杆菌才能在添加了青

霉素的培养基上生长。而由于LacZ基因的效应，这些生长的菌落可能出

现两种颜色：含有空质粒(没有连接目的基因的质粒)的大肠杆菌菌落呈

蓝色；含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。(4)白色。限制酶切割质粒时，使LacZ基因被破坏，含重组质粒的大肠杆菌不含LacZ基因，所以Xgal不会分解产生蓝色物质，菌落呈现白

色。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航2.

提示：(1)逆转录病毒是载体，能将外源基因Oct3/4

、Sox2

、c-Myc

和Klf4送入小鼠成纤维细胞。(2)可以设置对照组。将转入外源基因和没有转入外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。如果只有转入外

源基因的细胞转化成了iPS细胞，就可以证明iPS细胞的产生不是由于培

养基的作用。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航(3)可以依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推

测缺失的那个基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对

大小。(其他合理答案均可)(4)不会引起免疫排斥反应，因为在诱导转化的过程中细胞的遗传物质没有发生变化，理论上产生的还是“自体”细胞。iPS细胞拥有分化为

各种细胞的潜能，因此存在分化成肿瘤细胞的风险。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航3.提示：(1)从亲缘关系的远近来看，固氮相关基因可能更容易在水稻根系微生物中稳定存在和表达，进而使其具有固氮的能力。(其他合理答案均可)(2)此题不要求有唯一的答案，学生可从便捷性、安全性、经济性等角度进行分析，言之成理即可。例如，从便捷性角度认为能固氮的水稻

新品种更值得推广；或从转基因安全性角度认为能固氮的水稻根系微生

物更值得推广等。

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返回导航生物学(选择性必修3·RJ)直击高考·真题体验》》》第3章基因工程

返回导航1.(2019·北京卷)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株，再将二者杂交后得到F₁,

结合

单倍体育种技术，培育出同时抗甲、乙的植物新品种。以下对相关操作

及结果的叙述，错误的是

(

D)A.

将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞B.通过接种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定C.调整培养基中植物激素比例获得F₁花粉再生植株D.经花粉离体培养获得的若干再生植株均为二倍体

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返回导航解析：基因工程中需在体外先将目的基因与带有标记基因的载体结合，再将其导入受体细胞，A

项正确。在个体生物学水平上，可通过接

种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定，B

项正确。在花粉离体培养

过程中，合理调整培养基中生长素和细胞分裂素的比例，可使愈伤组织

再分化，获得F₁花粉再生植株，C

项正确。经花粉离体培养获得的若干

再生植株一般为单倍体，D

项错误。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航2.(2019·江苏卷)下列生物技术操作对遗传物质的改造，不会遗传给子代的是

(

D)A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌，筛选获得基因工程菌B.

将花青素代谢基因导入植物体细胞，经组培获得花色变异植株C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛

D.

将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航解析：基因工程菌中含目的基因，能通过繁殖遗传给子代，A项不符合题意。经组培获得的转基因植株的细胞中都含目的基因，能够遗传

给子代，B项不符合题意。培育得到的转基因奶牛的细胞中都含目的基

因，故能遗传给子代，C

项不符合题意。由题干信息可知，进行题述基

因治疗时只有淋巴细胞含目的基因，生殖细胞不含目的基因，故不能遗

传给子代，D

项符合题意。

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返回导航3.(2021·全国甲卷)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR

扩增结

果；②从病人组织样本中提取DNA;③

利用PCR

扩增DNA

片段；④采

集病人组织样本。回答下列问题：(1)若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是

(用数字序号表示)。(2)操作③中使用的酶是

Taq酶(热稳定DNA聚合酶)

。PCR反应中的每次循环可分为变性、复

性

、延

伸

三步，其中复性的结果是

Tag酶从引物起始进行互补链的合成

0返回导航

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)(3)为了做出正确的诊断，

PCR反应所用的引物应该能与两条单链DNA特异性结合。(4)PCR(多聚酶链式反应)技术是指一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航解析：(1)PCR技术可用于临床的病原菌检测，若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是④采集病人组织样本→②从病人组织样

本中提取DNA→③

利用PCR

扩增DNA

片段

→①分析PCR

扩增结果。(2)

在用PCR技术扩增DNA时

，DNA的复制过程与细胞内DNA的复制类

似，操作③中使用的酶是Taq酶(热稳定DNA

聚合酶)

,PCR

反应中的每

次循环可分为变性、复性、延伸三步，其中复性的结果是Taq酶从引物

起始进行互补链的合成。(3)DNA

复制需要引物，为了做出正确的诊断，

PCR反应所用的引物应该能与两条单链DNA特异性结合。(4)据分析可

知

，PCR(多聚酶链式反应)技术是指一项在生物体外复制特定DNA片段

的核酸合成技术。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。

返回导航

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)染色体DNAGAATTCCTTAA'G混合的DNA片段3′未知序列DNA连接酶已知序列PCR引

物EcoR

IⅢ扩增

TaqDNA聚合酶PCR产物IV测序、分析5'4.(2020·江苏卷)如果已知一小段DNA

的序列，可采用PCR

的方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如下图(以EcoR

I酶

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)切为例):已知序列Ⅱ连接片段F的

完整序列I

酶切

EcoR环状DNA未知序列片段F返回导航3'5'请据图回答问题：(1)步骤I

用

的EcoRI是

一

种

限制性内切核酸(或限制)酶，它通过识别特定的

核苷酸序列切割特定位点。(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′—羟基与5′—磷酸间形成

磷酸二酯键；

PCR

循环中，升温到95

℃是为了获得

DNA单链

；TaqDNA聚合酶的作用是催化

以DNA为模板的DNA链的

延

伸。

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生物学(选择性必修3·RJ)返回导航DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)已知序列5'A

ACTATGCGCTCATGA-------GCAATGCGT

AGCCTCT-3

3-TTGATACGCGAGTACt---CGItACGCAtcGGAGA-5'PCR引物①5′—AACTATGCGCTCATGA—3'②5′—GCAATGCGTAGCCTCT—3'③5′—AGAGGCTACGCATTGC—3'④5′—TCATGAGCGCATAGTT—3′(3)若下表所列为已知的DNA

序列和设计的一些PCR

引物，步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是

(

从引物①②③④中选择，填编号)。

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生物学(选择性必修3·RJ)

返回导航(4)对PCR产物测序，经分析得到了片段F的完整序列。下列D

N

A

单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是_B_。A.5′—AACTATGCG———————AGCCCTT—3'B.5′—AATTCCATG————————CTGAATT—3'C.5′—GCAATGCGT

———————TCGGGAA—3'D.5′—TTGATACGC————————CGAGTAC—3

第3章

基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航解析：(1)EcoRI是一种限制性内切核酸酶，它通过识别特定的核苷酸序列切割特定的位点。(2)DNA连接酶可催化相邻核苷酸之间的3′—羟基和

5′—磷酸之间形成磷酸二酯键；PCR

循环中，升温到95

℃时，DNA

受热变

性后解旋为单链；TaqDNA

聚合酶是一种耐高温的依赖于DNA

模板的DNA

聚

合酶，能催化以DNA

链为模板的DNA

链的延伸。(3)引物是一小段单链DNA,引物5′端的碱基可以与DNA

两条链的3′端的碱基进行碱基互补配对，可作为DNA

复制的起始点，子链的延伸方向从5′→3′,据题图分析，结合已知序列可知，能与片段F左边配对的引物为④,与右边配对的引物为②,故步骤Ⅲ选用的PCR

引物应当为②④。(4)对PCR

产物测序，得到片段F的完整序

列，因为片段F是被限制酶EcoR

I剪切的两端，它识别的序列是GAATTC,

且

在G与A之间切割，所以5′端应该是AATTC,3′

端是GAATT,

故选B。返回导航

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)5.(2021·广东卷)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。磷酸肌醇水解酶1-磷酸-肌醇

肌醇1-磷酸

肌醇合

成酶磷酸葡

萄糖变

位酶生物学(选择性必修3·RJ)α-葡聚

糖磷酸

化酶第3章基因工程1-磷酸-葡萄糖6-磷酸-葡萄糖

返回导航磷酸盐淀粉回答下列问题：(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基因文库中获取、人工合成法。(答

出两种即可)(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，方法有盐析法、酶解法或高温变

性

。(答出两种即可)

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)

返回导航(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

感受态

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

抗原—抗体杂交技术。(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

致的结果是有的酶失活而使反应中断。在分子水平上，可以通过改变

基因的碱基序列

,从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优

化。

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航解析：(1)分析题意，研究人员从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因采用了PCR技术，此外获得酶基因的方法还有从基因文库中获取和人

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，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，使其易于接受外

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。返回导航

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)(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。由于酶的作用条件较温和，若这些酶最适

反应条件不同，则可能导致有的酶失活而使反应中断。在分子水平上，

可以通过改变基因的碱基序列，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性

的改造和优化。

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航6.(2020·山东卷，25题)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。1.51.00.50野生型品系1

品系2

品系3

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)WxmRNA量(相对值)返回导航(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是

限制性内切核酸酶和DNA连接酶，重组载体进入水

稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为

转

化。(2)根据启动子的作用推测，

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。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合

成酶的氨基酸序列

不发生

(填：发生或不发生)改变，原因是编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航(3)为检测启动子变化对Wx

基因表达的影响，科研人员需要检测Wx

基因转录产生的mRNA(Wx

mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳

中的总RNA,

经逆转录(或反转录)过程获得总

cDNA。通过PCR技术

可在总cDNA中专一性的扩增出

Wx基因的cDNA,

原因是引物是根据

Wx基因的一段已知序列设计合成的(或：引物能与Wx基因的cDNA特异

性结合)0(4)各品系WxmRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为品系3,

原

因

是品系3的WxmRNA最少，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强

0

返回导航

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)解析：(1)将目的基因与Ti质粒构建基因表达载体时，需要限制酶的切割，将目的基因插入载体时需要DNA连接酶的连接，重组载体进入水

稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程叫作转化。(2)根据以上分析可

知，启动子是RNA

聚合酶识别并结合的位点，如果启动子序列改变将会

影响RNA

聚合酶与之结合和识别，进而影响基因的转录水平。在真核生

物中，编码蛋白质的序列是基因中编码区，编码区中不包括启动子序

列，因此直链淀粉合成酶的基因碱基序列中不含有启动子，因此3个突

变品系中Wx

基因中控制合成直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)

返回导航(3)以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录，利用PCR技术扩增Wx基因的cDNA,

需要以Wx

基因合成的引物，这样引物能够在总cDNA

中与

Wx

基因的cDNA

特异性结合，从而利用PCR

扩增技术专一性扩增出Wx

基

因的cDNA。(4)

识图分析可知，图中品系3的Wx

基因的mR

NA

的含量最

少，那么合成的直链淀粉酶最少，直链淀粉合成量最少，因此该水稻胚

乳中含的直链淀粉比例最小，糯性最强。

第3章基因工程

生物学(选择性必修3·RJ)返回导航7.(2021·河北卷)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内，进行

后续处理(例如，收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd

的

含量。为提高植物对Cd

污染土壤的修复能力，研究者将酵母液泡Cd

转

运蛋白(YCF1)基因导入受试植物，并检测了相关指标。回答下列问题：(1)为获取YCF1基因，将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接，导入受体菌的群体中储存，这个群体称为

基因组文库。

生物学(选择性必修3·RJ)第3章基因工程返回导航(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需要的两种酶是限制酶和DNA连接酶。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因，其作用是便于目的基因的筛选和鉴定。(3)进行前期研究时，将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜，采用最多的方法是

农杆菌转化法。研究者进一步获得

了转YCF1基因的不育杨树株系，采用不育株系作为实验材料的目的是避免目的基因在自然界中的扩散

第3章基因工程

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生物学(选择性必修3·RJ)(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd

污染的土壤中，半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知，与野生型比，转基因植株对Cd

具有更强的耐性_(填“耐性”或“富集能力”);据图2可知，对转基因植株的茎叶_进行后续处理对于缓解土壤

Cd

污染最为方便有效。地上部

地下部

整株图1野生型转基因植株604020.0Cd(mg·kg-)(8)重士返回导航图2(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析，转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是YCF1可通过主动运输将