2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册学习笔记第3章 本章知识网络

2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册学习笔记本章知识网络一、实验原理1．提取DNA的原理利用DNA与________、________和脂质等在物理和化学性质方面的差异，选用适当的物理或化学方法提取DNA，去除其他成分。如：(1)DNA在酒精溶液中的溶解性：________不溶于酒精，但某些________溶于酒精。(2)DNA在NaCl溶液中的溶解性：DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于________的NaCl溶液。2．鉴定DNA的原理在一定温度下，DNA遇________________会呈现________。二、实验步骤三、操作提示1．以血液为实验材料时，每100mL血液中需要加入3g柠檬酸钠，防止________。2．加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧____________，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。四、关键点拨1．利用动物细胞提取DNA时，破碎细胞的方法：动物细胞无细胞壁，可直接使其______。2．不能选用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核。3．提纯DNA时，选用体积分数为95%的冷酒精的原因：体积分数为95%的冷酒精________更佳。4．实验中进行了2次静置或离心，目的是将________和________分开，第1次操作后，DNA存在于________中；第2次操作后DNA存在于____________或________中。例1如表关于DNA粗提取与鉴定实验的表述，不正确的是()选项试剂操作作用A研磨液与生物材料混合提取溶解DNAB2mol/LNaCl溶液与提取出的DNA混合溶解DNAC冷却的酒精加入到离心后的上清液中溶解DNAD二苯胺试剂加入到溶解有DNA的NaCl溶液中鉴定DNA例2(2023·河北邯郸高二期中)如图为DNA的粗提取与鉴定实验的部分操作流程。下列相关叙述正确的是()A．将图1中的研磨液过滤后保留沉淀B．图2过程中，用玻璃棒进行交叉搅拌会使DNA析出更快C．图2析出得到的白色丝状物只能溶于2mol/L的NaCl溶液中D．图3对提取后的DNA进行鉴定，两支试管中均要加入二苯胺试剂1．(2022·山东，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是()A．过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质2．下列有关“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是()A．用蒸馏水使家兔的红细胞涨破，可获取富含DNA的滤液B．DNA不溶于95%的冷酒精，但可溶于2mol/L的NaCl溶液C．新鲜的洋葱和猪肝可作为实验材料提取DNA，而菠菜不能用于提取DNAD．鉴定DNA时，应将丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴3．下列与“DNA的粗提取与鉴定”实验相关的说法，错误的是()A．研磨液中应加入DNA酶的抑制剂，以防细胞破碎后DNA酶降解DNAB．研磨时需要控制好时间，以防影响DNA的提取量C．鉴定时加入二苯胺试剂后沸水浴即可观察到较为明显的显色反应D．鉴定时溶液蓝色的深浅与DNA含量的多少有关4．(2023·福建福州高二期中)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述，正确的是()A．取材时可选用鸡血、洋葱、香蕉等富含DNA的材料进行实验B．将白色丝状物置于2mol/L的NaCl溶液中，离心后弃去上清液C．可将洋葱置于清水中，细胞吸水破裂后将DNA释放出来D．5．研究人员比较了不同储藏条件对棉叶DNA纯度及提取率(提取率越高，获得的DNA越多)的影响，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是()A．提纯DNA时可加入75%酒精去除蛋白质等物质B．新鲜棉叶提取的DNA纯度最高，但提取DNA的量不是最多C．用二苯胺试剂鉴定，蓝色最深的是冷冻3d处理后提取的DNAD．DNA不溶于酒精，在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的不同而不同6．如图为鸡血细胞中DNA的粗提取和鉴定实验过程中的部分操作示意图，请据图分析，回答下列问题：(1)上述图示中，该实验的正确操作顺序是__________________(用序号与箭头表示)。(2)步骤④中使用2mol/LNaCl溶液的目的是_________________________________________。(3)步骤①的目的是_______________________________________________________________，其依据的原理是_________________________________________________________________。(4)步骤①中所得到的丝状物为___________________________________________________色，若要鉴定其主要成分为DNA，可滴加__________试剂，________后，如果出现______则证明该丝状物的主要成分为DNA。(5)由于鸡血较难找到，某学生试图用猪血代替，结果没有成功，其原因最可能是____________________________________________________________________________________________。第1节重组DNA技术的基本工具[学习目标]阐明重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程：指按照人们的愿望，通过________等技术，赋予生物____________，创造出更符合人们需要的______________________。由于基因工程是在________水平上进行设计和施工的，因此又叫作____________。2．基因工程的工具酶(1)限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”来源主要来自________种类数千种作用识别双链DNA分子的________________，使每一条链中________的________断开结果产生________或平末端(2)DNA连接酶——“分子缝合针”①作用：将____________连接起来，恢复被________切开的两个核苷酸之间的___________。②种类种类来源特点________DNA连接酶只能将具有____________的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段T4DNA连接酶T4噬菌体判断正误(1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种()(2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列()(3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()任务一：基因工程的理论基础1．基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？2．为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？3．为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？任务二：限制性内切核酸酶(限制酶)1．请结合限制酶的作用特点，回答以下问题：(1)限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？(2)请结合图示，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？2．推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？3．为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？4．有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如图。(1)请写出限制酶SpeⅠ、HindⅢ、XbaⅠ和XhoⅠ切割形成的黏性末端。(2)(3)与DNA相关的几种酶的比较项目DNA连接酶DNA限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键作用对象DNA片段DNA单个的脱氧核苷酸DNA作用结果将两个DNA片段连接成完整的DNA分子切割DNA分子将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端将双链DNA分子局部解旋为单链拓展延伸1．回文序列限制酶特异性识别和切割的部位具有回文序列，即在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。例如：EcoRⅠ限制酶识别的DNA序列为eq\o(=,\s\up7(GAATTC),\s\do5(CTTAAG))，为回文序列。2．同尾酶识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的限制酶被称为同尾酶。同尾酶构建载体时，切割位点的选择范围扩大。例如，我们选择了用某种限制酶切割载体，如果目的基因的核苷酸序列中恰好有该限制酶的识别序列，那么用该限制酶切割含有目的基因的DNA片段时，目的基因就很可能被切断；这时可以考虑用合适的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的识别序列)来获取目的基因。1．以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是()A．以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的B．②片段是在识别序列为eq\a\vs4\al\co1(GAATT,CTTAA)的限制酶作用下形成的C．①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子D．限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键2．DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接酶的叙述，错误的是()A．DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子B．DNA连接酶发挥作用时不需要识别特定的脱氧核苷酸序列C．DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成D．有些DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端二、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”1．种类：质粒、________、动植物病毒等。2．常用载体——质粒(1)本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有________能力的环状双链DNA分子。(2)质粒作为载体所具备的条件及原因条件原因稳定存在并能____________________能使目的基因稳定存在且数量可扩增有一个至多个________________位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的_______________便于重组DNA分子的_________无毒害作用(3)作用①作为运输工具，将外源基因导入________。②质粒携带__________________在细胞内大量复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。判断正误(1)作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因()(2)质粒是环状双链DNA分子，是基因工程常用的载体()(3)载体(如质粒)和细胞膜中的载体蛋白的成分相同()(4)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体()任务三：载体需具备的条件和载体的选择1．载体要与外源DNA片段连接，需要具备什么条件？2．要使携带的外源DNA片段在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？3．我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？4．根据标记基因的作用，有同学认为在含有某种抗生素的培养基中筛选存活的受体细胞不一定是导入目的基因的受体细胞，这种说法是否合理？并说明理由。5．若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用噬菌体作为载体，其原因是什么？标记基因的筛选原理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：3．(2023·贵州安顺高二联考)质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自我复制的小型环状双链DNA分子B．在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点C．携带目的基因的重组质粒只有整合到受体细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的筛选4.某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)示意图。请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()插入点细菌在含四环素的培养基上的生长状况①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长A．①是c；②是b；③是aB．①是a和b；②是a；③是bC．①是a和b；②是b；③是aD．①是c；②是a；③是b第2节基因工程的基本操作程序第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建[学习目标]1.简述PCR的原理、条件及过程。2.简述基因表达载体的组成及构建过程。一、目的基因的筛选与获取1．培育转基因抗虫棉的四个步骤(1)目的基因的____________。(2)____________的构建。(3)将目的基因导入________。(4)目的基因的________。2．目的基因(1)概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期__________等的基因就是目的基因。(2)作用：根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指______________的基因。(3)类型：与________、________、________和工业用酶等相关的基因，如培育转基因抗虫棉用到的________________，即Bt基因。3．筛选合适的目的基因：从___________________的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。4．获取目的基因的方法(1)人工合成目的基因。(2)常用________特异性地快速扩增目的基因。(3)通过构建基因文库来获取目的基因。5．利用PCR获取和扩增目的基因(1)含义：PCR是________________的缩写。它是一项在体外提供参与DNA复制的____________与____________，对目的基因的______________进行大量复制的技术。(2)原理：____________。(3)基本条件①场所：在一定的__________液中进行，其中一般要添加Mg2＋。②模板：DNA母链。③原料：4种________。④酶：________的DNA聚合酶。⑤引物：使DNA聚合酶能够从引物的____端开始连接脱氧核苷酸。(4)过程①变性：当温度超过____℃时，双链DNA________为单链。②复性：当温度下降到____℃左右时，________通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。③延伸：当温度上升到____℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在________________的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。(5)上一轮循环的产物可以作为下一个循环的________，因而每一次循环后目的基因的量可以________，即成________形式扩增(约为2n，其中n为扩增循环的次数)。(6)鉴定：常采用________________来鉴定PCR的产物。判断正误(1)PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应()(2)PCR扩增技术中，需用解旋酶使双链DNA解聚()(3)PCR过程使用的DNA聚合酶的特点是耐高温()(4)PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高()任务一：PCR扩增技术图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答下列问题：1．PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗？并说明理由。2．图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？比例是多少？3．如果已知某目的基因的序列和结构，利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是什么？4．图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。5．要保证目的基因能与载体相连接，还要对引物进行什么操作？6．如果循环n次，则共需消耗多少对引物？PCR中的数量关系复制次数123nDNA分子数2482n含引物的DNA分子数2482n含其中一种引物的DNA分子数1＝21－13＝22－17＝23－12n－1同时含两种引物的DNA分子数0＝21－22＝22－26＝23－22n－2共消耗引物的对数1＝21－13＝22－17＝23－12n－1含脱氧核苷酸链等长的DNA分子数0＝21－20＝22－42＝23－62n－2n1．(2023·山西太原高二诊断)下列有关获取目的基因的叙述，错误的是()A．目的基因就是编码蛋白质的基因B．获取目的基因是基因工程的第一步C．来自苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因可作为转基因抗虫棉的目的基因D．序列比对工具的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会2．如图表示利用PCR技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内DNA复制类似。下列有关叙述错误的是()A．耐高温的DNA聚合酶总将游离的脱氧核苷酸连接到3′端B．在第三轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段C．引物之间或引物自身发生碱基互补配对，则不能有效扩增目的基因D．从理论上推测，第三轮循环产物中含有引物A的DNA片段占3/4二、基因表达载体的构建1．基因表达载体构建的目的让目的基因在受体细胞中________，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够________和________。2．基因表达载体的组成3．基因表达载体的构建过程(1)首先用一定的________切割载体。(2)然后用________限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。(3)再利用________将含目的基因的DNA片段拼接到载体的切口处(如图所示)。判断正误(1)基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取()(2)基因表达载体中有的含有启动子和终止密码子()(3)标记基因不一定是抗生素抗性基因()任务二：分析基因表达载体构建的目的和方法1．获取Bt基因后不能直接将它导入受体细胞，是因为游离的DNA进入受体细胞，一般会____________，即使可以转录翻译成蛋白质，游离的DNA片段也无法随着________而进行复制，导致子代细胞中________________。因此，获取Bt基因后，还需要________________________，才能使棉花植株获得抗虫特性。2．构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里？为什么？3．请结合图示，回答下列问题：(1)构建基因表达载体时，能否用SmaⅠ酶切割质粒？为什么？(2)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点是什么？1．区分启动子和终止子与起始密码子和终止密码子启动子和终止子位于DNA上，是基因表达载体必需的部分，而起始密码子和终止密码子位于mRNA上，决定翻译的开始和结束。2．图解限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶切割质粒，如图中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。拓展延伸真、原核细胞基因的结构和表达(1)基因的结构(2)基因表达遗传信息①原核生物基因②真核生物基因3．下列关于基因表达载体构建的叙述，错误的是()A．启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，组成它的基本单位是脱氧核苷酸B．基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止密码子、标记基因等组件C．人工构建的诱导型启动子，当诱导物存在时，可激活或抑制目的基因的表达D．由于受体细胞不同，基因表达载体的构建也有所差别4．(2023·江苏苏州高二期末)某科研小组利用质粒(图甲)和目的基因(图乙)构建重组DNA。下列分析不正确的是()A．用限制酶HindⅢ和PstⅠ切割质粒，可得到2条DNA片段B．不能用AluⅠ酶切割质粒和外源DNA的原因是AluⅠ酶会破坏目的基因C．构建重组DNA时，需选择SmaⅠ酶和PstⅠ酶同时切割质粒和外源DNAD．导入了重组DNA的细菌能在含四环素的培养基上生长而不能在含氯霉素的培养基上生长第2课时[学习目标]1.阐明将目的基因导入受体细胞的方法。2.阐明目的基因的检测与鉴定的方法。1．将目的基因导入受体细胞(1)将目的基因导入植物细胞①花粉管通道法a．用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入________中。b．在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助______________进入胚囊。②农杆菌转化法a．转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持______________的过程。b．农杆菌的特点：农杆菌细胞内含有____质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的______(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞内，并且将其整合到该细胞的________上。c．目的基因插入____质粒的________中→导入________→整合到受体细胞的________上→表现出新性状的植株。(2)将目的基因导入动物细胞①方法：________技术。②受体细胞：________。③过程：目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物。(3)将目的基因导入微生物细胞常以大肠杆菌作为受体细胞，一般先用________处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能________周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。2．目的基因的检测与鉴定(1)分子水平的检测①导入水平：通过________等技术检测受体细胞的________上是否插入了________。②转录水平：利用PCR等技术检测目的基因是否转录出了________。③翻译水平：用相应抗体进行____________检测目的基因是否翻译成蛋白质等。(2)个体生物学水平的鉴定：抗虫、抗病接种实验等。3．基因工程的基本操作程序判断正误(1)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞()(2)Ti质粒上的T－DNA可转移到植物细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起()(3)常用卵细胞作为培育转基因动物的受体细胞()(4)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术()(5)用PCR技术检测目的基因是否转录出mRNA，利用了碱基互补配对原则()(6)基因工程是否成功需进行个体生物学水平的鉴定()任务：分析将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定1．在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，一定要将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上的原因是什么？2．基因表达载体中已经具备标记基因(如抗生素抗性基因)，对受体细胞进行了筛选，为什么基因工程的第四步还要对目的基因进行检测和鉴定？3．如果目的基因是抗虫基因，在个体水平上怎么检测？如果目的基因是耐盐基因呢？1．农杆菌转化法中两次拼接、两次导入的辨析(1)两次拼接：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)指被插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。(2)两次导入：第一次导入是将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是将含目的基因的T－DNA导入受体细胞。2．受体细胞的选择(1)对于植物来说，受体细胞可以是受精卵或体细胞，因为植物细胞具有全能性。(2)对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，因为受精卵的全能性高，而高度分化的动物体细胞的全能性受到抑制。(3)大肠杆菌和酵母菌在基因工程中都可以作为受体细胞，但又有所不同。大肠杆菌为原核细胞，而酵母菌为真核细胞(具有多种细胞器)，所以在生产需要加工和分泌的蛋白质时，酵母菌比大肠杆菌有优势。1．A．图中Ⅰ是质粒，步骤①需要用到限制酶和DNA连接酶B．图中Ⅱ是含目的基因的重组质粒，步骤②是将重组质粒导入棉花细胞C．图中Ⅲ是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植物细胞D．剔除培育成功的抗虫棉体内的四环素抗性基因不会影响抗虫基因的表达2．(2023·陕西西安高二调研)科学家将苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因(抗虫基因)导入棉花的愈伤组织细胞并进行组织培养获得棉花植株。经棉铃虫饲喂实验，发现棉花植株并无抗虫性状，科学家提取棉花叶片细胞中的有关成分进行了如下操作。下列有关分析错误的是()A．提取细胞中的蛋白质，采用抗原—抗体杂交技术进行检测，若检测到细胞中无Bt抗虫蛋白，则说明抗虫基因不能表达B．若经A检测确定细胞中无Bt抗虫蛋白，可采用PCR等技术检测细胞中的RNA，若测到Bt抗虫蛋白的mRNA，则说明抗虫基因能正常转录和翻译C．若经B检测确定细胞中无Bt抗虫蛋白的mRNA，可采用PCR等技术检测细胞中的DNA，若能检测到抗虫基因，则可能是抗虫基因反向插入载体中或抗虫基因不能正常转录D．若经C检测确定细胞中无抗虫基因，则可能是将没有目的基因的载体DNA分子导入了受体细胞一、DNA片段的扩增1．实验原理2．实验步骤二、PCR扩增产物的电泳鉴定1．实验原理2．实验步骤三、操作提示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________处理。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。2．缓冲液和酶应分装成小份，并在__________储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上________融化。四、关键点拨1．PCR扩增目的基因时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏引物与模板的碱基配对，复性温度过低又会造成引物不能与DNA模板链的特定部位结合。复性温度的设定与________、________有关，假设引物的长度相同，在G、C含量高时，设定的复性温度要____一些。因为DNA分子中G—C之间有____个氢键，A—T之间有____个氢键。2．未出现扩增条带的主要原因(1)TaqDNA聚合酶失活。(2)引物出现质量问题。(3)Mg2＋浓度过低。(4)变性时的温度____，变性时间短。3．出现非特异性扩增条带的主要原因(1)模板DNA出现________。(2)引物特异性不强或形成引物二聚体。(3)Mg2＋浓度________。(4)复性时的温度________等。例1(2023·云南昆明高二月考)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验，下列相关叙述正确的是()A．PCR仪实质上就是一台能自动调控温度的仪器，但在使用时需根据扩增的DNA片段以及引物的情况人工设定合适的温度B．PCR反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶，该酶主要在复性过程中起作用C．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、蒸馏水和移液器等在使用前都必须进行高压灭菌处理D．电泳时，电泳缓冲液不能没过凝胶，以免凝胶加样孔中的电泳样液流出例2用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时，得到以下电泳图谱，其中1号为DNA标准样液(Marker)，10号为蒸馏水，PCR时加入的模板DNA如图所示。据此作出的分析，不合理的是()A．PCR产物的分子大小在250～500bp之间B．3号样品为不含目的基因的载体DNAC．9号样品对应植株不是所需的转基因植株D．10号确定反应体系等对结果没有干扰1．使用PCR仪的正确实验操作顺序应为()①设置好PCR仪的循环程序②按配方准备好各组分③用微量移液器在微量离心管中依次加入各组分④进行PCR反应⑤离心使反应液集中在离心管的底部A．②⑤③④① B．①⑤③②④C．②③⑤①④ D．④②⑤③①2．下列关于PCR操作过程的叙述，错误的是()A．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B．PCR所用的缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存C．将PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出，需放在高温环境中迅速融化D．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3．(2023·重庆渝中区高二期中)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少非特异条带的产生，以下措施中有效的是()A．增加模板DNA的量B．延长热变性的时间C．延长延伸的时间D．提高复性的温度4．下列有关电泳的叙述，不正确的是()A．电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程B．待测样品中DNA分子的大小和构象、凝胶的浓度等都会影响DNA在电泳中的迁移速率C．进行电泳时，带电分子会向着与其所带电荷相同的电极移动D．PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定5．为优化目的基因(700bp)的PCR条件，研究者设计不同的复性温度进行实验，产物的琼脂糖凝胶电泳结果如图。据图分析，下列有关说法错误的是()A．对照组可用无菌蒸馏水代替模板，其他成分相同B．电泳条带的宽度、亮度与扩增产物大小呈正相关C．复性温度的高低会影响PCR扩增产物的纯度D．58℃是本实验中扩增该基因的最佳复性温度6．(2023·江苏扬州高二期末)在基因工程操作中，科研人员利用两种限制酶(R1和R2)处理基因载体，进行琼脂糖凝胶电泳检测，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是()A．电泳时，核酸的移动方向是从负极到正极的B．该载体最可能为环状DNA分子C．限制酶R1与R2的切点最长相距约600bpD．两种限制酶在载体上识别的序列可能相同第3节基因工程的应用[学习目标]1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。2.乳腺生物反应器的制备过程。一、基因工程在农牧业方面的应用1．转基因抗虫植物(1)(2)成果：转基因抗虫________、玉米、大豆、________和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。(2)方法：科学家将来源于某些____________等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。(3)成果：转基因抗病毒________、番木瓜和烟草等。3．转基因抗除草剂植物(1)背景：杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减产。(2)方法：将__________________________的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。(3)成果：转基因抗除草剂________、________、油菜和甜菜等。4．改良植物的品质优良基因成果________________的蛋白质编码基因富含赖氨酸的转基因玉米与植物花青素代谢相关的基因5.提高动物的生长速率(1)基因：外源生长激素基因。(2)成果：____________。6．改善畜产品的品质(1)基因：____________。(2)成果：转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。判断正误(1)转入外源生长素基因的转基因动物，生长速率更快()(2)转基因抗虫棉的Bt抗虫蛋白基因能抗病毒、细菌、真菌()(3)“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物()任务一：转基因植物和动物的培育1．从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性。2．为什么将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组能降低牛奶中的乳糖含量？3．转基因植物和转基因动物的制备用到的技术主要有哪些？1．转基因植物培育过程2．转基因动物的培育过程(以转基因牛培育过程为例)1．(2023·湖北荆州高二诊断)在应用农杆菌侵染植物叶片获得耐旱基因植株的实验步骤中，不需要的是()A．将转基因细胞进行脱分化和再分化B．用PEG诱导转基因细胞的原生质体融合C．将转基因幼苗栽培在干旱环境中以检验植株的耐旱性D．将耐旱基因插入农杆菌T－DNA并通过农杆菌侵染植物叶片细胞2．下列有关目的基因的操作能够改善产品品质的是()A．将草鱼的生长激素基因导入鲤鱼体内B．将肠乳糖酶的基因导入奶牛的基因组C．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入玉米D．将Bt抗虫蛋白基因整合到烟草或棉花的基因组并实现表达二、基因工程在医药卫生领域及食品工业方面的应用1．基因工程在医药卫生领域的应用(1)利用微生物或动植物的细胞进行基因改造，生产药物成果：________、抗体、疫苗、激素等。(2)利用哺乳动物生产药物①构建乳腺生物反应器a．目的基因：________基因。b．启动子：________________________的启动子。c．受体细胞：________。②成果：利用乳腺生物反应器生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α­抗胰蛋白酶等。(3)建立移植器官工厂①方法：在器官供体的基因组中导入____________，以抑制____________的表达，或设法________抗原决定基因，然后再结合________，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。②优点：解决人体移植器官短缺问题；避免________反应。2．基因工程在食品工业方面的应用(1)氨基酸：利用转基因生物合成阿斯巴甜的原料——________和________。(2)酶：利用转基因生物获得生产奶酪需要的________酶；利用转基因生物生产加工转化糖浆需要的________酶；利用转基因生物生产加工烘烤食品要用到的脂肪酶等。(3)维生素3．其他方面的应用：利用“超级细菌”来处理________，利用经过基因改造的微生物来生产________。判断正误(1)用大肠杆菌生产的人的胰岛素没有活性()(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()(3)用基因工程技术生产工业酶的优点：纯度高、生产成本低、生产效率高()任务二：基因工程在医药卫生领域的应用1．与大肠杆菌相比，用酵母菌生产人的胰岛素有什么优势？2．药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？培育乳腺生物反应器时为什么要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起？3．与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白的优势有哪些？4．从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？5．膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？3．下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是()A．人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题B．猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似C．灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪D．无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因4．A．B．常使用显微注射法将基因表达载体导入乳腺细胞C．需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物D．药物的生产受转基因动物性别和年龄的限制第4节蛋白质工程的原理和应用[学习目标]1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的基本原理。1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的________及其与________的关系。(2)手段：通过________或______________，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的________。(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由①基因工程的实质：将一种生物的________转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的________，进而表现出________。②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中________的蛋白质。③天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合________生存的需要，却不一定完全符合________________的需要。(2)实例：提高玉米赖氨酸含量eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位为_______))eq\o(→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co