2025届高考生物二轮专题复习与测试板块六生物技术与工程命题最前沿十三PCR与电泳的原理及应用课件

这是一份2025届高考生物二轮专题复习与测试板块六生物技术与工程命题最前沿十三PCR与电泳的原理及应用课件，共25页。PPT课件主要包含了不含有，终止子等内容，欢迎下载使用。
1．PCR(1)PCR考点总结精华——应对高考至少应该掌握的知识点①PCR是聚合酶链式反应的缩写，原理是DNA半保留复制。所需条件包括模板、原料(4种脱氧核苷酸)、引物(2种)和耐高温的DNA聚合酶。其实质是在体外对目的基因进行大量复制。
②用PCR仪控制温度：加热变性破坏氢键(超过 90 ℃)→复性(50 ℃左右)→延伸(72 ℃左右)，需在耐高温的DNA聚合酶(不需要解旋酶、限制酶、DNA连接酶)的作用下进行。三步反应完成后，两引物间固定长度的DNA序列在PCR扩增3次后首先出现，随着重复次数的增多，DNA分子数目就以2n的形式增加。③利用PCR扩增目的基因(如干扰素基因)时，设计引物序列的主要依据是有一段已知目的基因(干扰素基因)的核苷酸序列。所以引物是一小段单链DNA。复制方向是沿子链5′→3′，当扩增4次，共产生16个DNA时，消耗30个引物。
(2)PCR中“引物”归类分析①引物的作用：Taq DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，Taq DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链。不同引物可结合不同的目的基因并进行扩增。②设计引物应遵循的主要原则a．引物长度应大于16个核苷酸，可防止随机结合。b．引物与靶序列间的Tm(指当50%的引物和靶序列表现为双链DNA分子时的温度)不应过低。
c．引物不应有发夹结构，即不能有4 bp以上的回文序列。d．2个引物间不应有4 bp以上的互补序列或同源序列。e．引物中碱基的分布应尽可能均匀，G＋C含量接近50%。③引物的处理由于引物延伸从3′端开始，3′端不能进行任何修饰，引物5′端对扩增特异性影响不大，因此，可给予修饰而不影响扩增特异性。引物5′端修饰包括加酶切位点、标记生物素、荧光等。为了使经PCR扩增的目的基因能与载体正常结合，需要在2种引物的5′端添加不同的限制酶的识别序列。其目的是保证目的基因定向插入载体并避免目的基因自身环化。
(3)PCR循环时与引物相关的计算PCR经过n次循环产生的DNA数为2n，一共有2n＋1条链，其中有2条链是DNA母链，不含引物，其他的每1条链均含1个引物，并且2种引物的数量相等，故PCR过程经过n次循环，需要的引物总个数是2n＋1－2，需要某一种引物的总个数是(2n＋1－2)×(1/2)＝2n－1。一个DNA由1条母链和第1种引物延伸的子链组成，另一个DNA由另1条母链和第2种引物延伸的子链组成，其他的DNA均由2种引物延伸的2条子链组成。
2．电泳的原理及应用DNA电泳是基因工程中最基本的技术。近年来基于DNA电泳图谱分析与比较，结合高中所学的基因诊断、DNA指纹技术以及基因克隆等相关内容的遗传学试题较为常见。以遗传学基本知识为背景，以DNA电泳图谱为情境，强调情境与立意相结合，体现高考能力考核目标和要求，很好地考查学生的获取与处理表达信息能力和应用分析能力。
(1)DNA电泳原理DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。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浓度、DNA分子大小和构象等有关。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。
(2)蛋白质电泳原理蛋白质电泳常用方法是SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺和交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺在引发剂和催化剂的作用下聚合交联成的具有三维网状结构的凝胶。蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。(3)电泳的应用电泳技术已广泛用于核酸等成分的分离和鉴定。核酸的电泳条带只表示它们的种类，不表示数量，不同条带代表分子量不同的片段。
1．某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是(　　)
A．52%　 　　B. 27% C. 26% D. 2%
解析：分析题图可知，该动物种群个体数为100个，其中有2个个体的基因型为A3A3，15个个体的基因型为A1A3，35个个体的基因型为A2A3，则A3的基因频率＝(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100%＝27%，B符合题意。
2．亚洲棉的突变型光籽和野生型毛籽是一对相对性状，研究发现，亚洲棉某突变体的光籽表型与8号染色体的～880 kb至～903 kb区间相关，研究人员根据野生型毛籽棉的该区间设计连续的重叠引物进行PCR，产物扩增结果如下图所示，下列说法错误的是(　　)
A．应提取该突变体和野生型亚洲棉的全部染色体DNA进行PCRB．上图中PCR产物的鉴定是通过琼脂糖凝胶电泳来进行的C．据图分析可知，分子量较大的扩增产物与点样处的距离较小D．该突变体出现的根本原因是第6对引物对应区间发生了基因突变
3．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。
下列叙述正确的是(　　)A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因表达B．翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3—GFP基因纯合子D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子
解析：由图甲可知，Gata3基因与GFP基因共用一个启动子，且由题干可知两基因能正常表达出相关蛋白质，A错误；由于启动子在左侧，基因在右侧，转录基因时，先转录Gata3基因，再转录GFP基因，由于翻译的方向是沿mRNA的5′→3′，因此翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白，B正确；由图乙可知，大片段包含GFP基因编码区片段，小片段不包含GFP基因编码区片段，则2号小鼠是Gata3—GFP基因纯合子，4号小鼠是野生型，C错误；若用引物1和引物3进行PCR，杂合子和Gata3—GFP基因纯合子均能扩出条带，仅有Gata3基因时无法扩出条带，不利于区分杂合子和纯合子，D错误。
4．构筑病毒防线需要两种措施：一种是病毒检测，以阻断传播途径；另一种是疫苗研制，以增强人体免疫力。常采用RT-PCR技术(逆转录荧光PCR技术)检测多种病毒感染。该技术的原理是在PCR反应体系中加入引物的同时，加入与某条模板链互补的荧光探针，当DNA聚合酶催化子链延伸至探针处时会水解探针，使荧光监测系统记录到荧光信号，即每个荧光探针被水解就有一个荧光信号生成并被准确记录(如下图)。回答下列问题：
(1)PCR反应体系中需要添加模板、原料、酶、引物等，其中引物的作用是使Taq DNA聚合酶能够从引物的________端开始连接脱氧核苷酸。从理论上推测，PCR扩增1个目的基因至第六轮循环结束，共记录到________个荧光信号，第六轮循环将消耗________个引物1。(2)根据某病毒核酸序列设计的引物1为GGGGAACTTCTCCTGCTAGAAT，______(填“能”或“不能”)依据此序列设计出引物2的序列。如果待测样本中没有检测到荧光信号，初步推测样本中________(填“含有”或“不含有”)相应病毒。
5．苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的，基因定点整合可以将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上，替换突变基因，用于研究该病的治疗。基因定点整合的过程是从染色体DNA的突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2，根据其碱基序列分别合成HB1和HB2，再将两者分别与基因K1、K2连接，中间插入正常PKU基因和标记基因ner，构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换，导致两者之间区域发生互换(如下图)。回答下列问题：
(1)构建重组载体时，需采用PCR对PKU基因进行扩增，扩增时，需要先加热超过90℃使DNA解聚为单链，后冷却至50 ℃左右的目的是_____________________________。
使引物结合到互补的DNA链上
(2)重组载体中的HB1和HB2之间除了插入正常的PKU基因和ner基因以外，还必须含有_________________。ner基因的作用是_______________________________________________。
鉴定与筛选含有正常PKU基因的胚胎干细胞
(3)用图中重组载体转化时，会出现一些PKU基因错误整合的胚胎干细胞。错误整合时，载体的两个K基因中至少会有一个与ner基因一起整合到染色体DNA上，已知含有ner基因的细胞具有G418的抗性。K1、K2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。根据上述信息，设计简要的实验方案从转化的胚胎干细胞中筛选出正确整合的胚胎干细胞。_______________________________________________。在含G418和DHPG的培养液中培养转化的胚胎干细胞，能够存活的即为正确整合的胚胎干细胞
6．定点诱变技术是近年来生物工程研究中发展迅速的一个领域。通过定点诱变可以在体外改造目的DNA分子，进而研究基因的表达以及蛋白质的结构与功能之间的关系。经典的大引物PCR定点诱变技术成为基于PCR的定点诱变技术中应用最普遍的方法，操作过程如图甲。研究者欲改造某基因并将其导入大肠杆菌的质粒中保存，该质粒含有氨苄青霉素抗性基因、LacZ基因及一些酶切位点，结构如图乙。回答下列问题：
(1)利用大引物PCR进行定点诱变需要进行两轮PCR(PCR1和PCR2)，在PCR1中，至少需要________个循环才能获得相应的大引物模板。在PCR2中，要获得带有诱变点的改良基因，引物应选用大引物两条链中的________(填“①”或“②”)。(2)为实现质粒和改良基因的高效连接，选用限制酶Xma Ⅰ而不选用限制酶Sma Ⅰ的原因是__________________________________________________________________________________。为将改良基因构建在质粒上，还需要_____________________等酶。
Sma Ⅰ的酶切末端为平末端，无法与改良基因上的黏性末端连接
Bgl Ⅱ、DNA连接酶