二輪微專題——高考試題中的6種現代生物技術二輪微專題參考文獻：甘耀平.例析高考試題中的現代生物技術[J].教學考試,2023,(51):36-40.6種現代生物技術1.凝膠色譜法和SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳2.熒光蛋白標記技術3.放射自顯影技術4.miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術5.逆轉錄PCR技術和原位雜交技術6.CRISPR/Cas9基因編輯技術00重要的現代生物技術儀器和設備及用途DNA(自動)測序儀：(自動)測定核酸的核苷酸序列蛋白質/多肽自動測序儀：測定蛋白質、多肽的氨基酸序列 DNA自動合成儀：合成已知寡核苷酸序列蛋白質/多肽自動合成儀：合成已知氨基酸序列的蛋白質或多肽 生物反應器：細胞的連續培養 發酵罐：微生物細胞培養聚合酶鏈反應儀(PCR儀)：DNA快速擴增基因轉移設備：將外源DNA引進靶細胞膜分離設備：大批量物質的分離 高效液相色譜儀：物質的分離與純化及純度鑒定電泳設備：物質的分離與純化及純度鑒定 凝膠電泳系統：蛋白質和核酸的分離與分析毛細管電泳儀：質量控制、組分分析 超速、高速離心機：分離生物大分子物質 電子顯微鏡：觀察細胞及組織的超微結構 生物質譜儀：蛋白質及多肽的研究 流式細胞儀：細胞的計數、分離和收集 冷凍干燥儀：樣品的低溫冷凍干燥液氮罐/超低溫冰箱：樣品或細胞的凍存核磁共振儀：生物分子的結構解析 X光衍射儀：蛋白質三維結構分析00重要的現代生物技術儀器和設備及用途1．某興趣小組用凝膠色譜法從豬的紅細胞中提取了血紅蛋白，然后用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳進行了鑒定，得到如下圖所示結果。回答下列問題。01凝膠色譜法和SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳(1)提取和分離血紅蛋白的步驟是：樣品處理→粗分離→

→純度鑒定；將分離得到的血紅蛋白溶液裝入透析袋中進行透析，可以

，或用于更換樣品的緩沖液。(2)進行SDS一聚丙烯酰胺凝膠電泳時，點樣處應該接電壓儀的

極，由圖示結果可知，提取樣品中

的相對分子質量最小，

的含量最多。(3)與標準樣品相比，提取樣品多出現了三條肽鏈條帶，原因是

。全國卷參考使用α和β是由3條肽鏈構成純化去除樣品中分子量較小的雜質負肽鏈3肽鏈2凝膠色譜法是根據相對分子質量的大小分離蛋白質的有效方法。它是根據多孔介質對不同大小(體積)和不同形狀的分子的排阻能力不同來分離蛋白質混合物的。所用的凝膠珠(凝膠顆粒)其內部是多孔的網狀結構。凝膠色譜法分離的原理是當相對分子質量不同的蛋白質通過凝膠柱時，比凝膠孔徑大的分子不能進入凝膠珠內的網狀結構，只能在凝膠外部移動，隨著溶劑在凝膠珠之間的孔隙向下移動，其移動距離較短，移動速度也較快，就最先流出柱外；比凝膠珠孔徑小的分子則不同程度地出入凝膠珠內外。01凝膠色譜法和SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳全國卷參考使用01凝膠色譜法和SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳全國卷參考使用SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳是在聚丙烯酰胺凝膠中加入陰離子去垢劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的電泳方式。SDS是一種變性劑，它能破壞蛋白質分子中的氫鍵和疏水鍵相互作用，能使蛋白質的多肽鏈處于展開狀態。由幾條肽鏈組成的蛋白質復合體在SDS的作用下會解聚成單條肽鏈，因此測定的結果只是單條肽鏈的分子量。SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳幾乎是完全根據蛋白質相對分子質量分離蛋白質的，蛋白質相對分子質量越小，遷移越快。熒光蛋白標記是指利用不同顏色熒光質粒通過某種方式結合其他生物，最終攜帶有顏色熒光且不影響生物正常生理生長的一種方法。因其高靈敏度備受研究者關注，成為目前生物大分子檢測的主要方法。02熒光蛋白標記技術最早從水母分離得到的發光蛋白，由238個氨基酸組成，在多種生物中廣譜表達而發出綠色熒光。下村修、馬丁·查爾菲和錢永健三位科學家因首次發現綠色熒光蛋白并在其應用上做出了突出貢獻而獲得了2008年諾貝爾化學獎。熒光蛋白綠色熒光蛋白(GFP)黃色熒光蛋白(YFP)紅色熒光蛋白(RFP)黃色熒光蛋白(YFP)最初來自維多利亞多管水母,是GFP的突變體,其第203位由蘇氨酸變為酪氨酸。最初從珊瑚蟲中分離,是GFP的同源熒光蛋白。熒光蛋白標記技術可充分利用不同顏色的熒光穩定性特點,能快速標記且檢測簡單,能穩定遺傳且有最佳的示蹤結果。2.(2023年全國乙卷38題節選)GFP是水母體內存在的能發綠色熒光的一種蛋白。科研人員以GFP基因為材料，利用基因工程技術獲得了能發其他顏色熒光的蛋白，豐富了熒光蛋白的顏色種類。回答下列問題。(3)科研人員將構建好的表達載體導入大腸桿菌中進行表達，發現大腸桿菌有的發綠色熒光，有的發黃色熒光，有的不發熒光。請從密碼子特點的角度分析，發綠色熒光的可能原因是

(答出1點即可)。(4)新蛋白與突變基因的關聯性分析。將上述發黃色熒光的大腸桿菌分離純化后，對其所含的GFP突變基因進行測序，發現其堿基序列與GFP基因的不同，將該GFP突變基因命名為YFP基因(黃色熒光蛋白基因)。若要通過基因工程的方法探究YFP基因能否在真核細胞中表達，實驗思路是02熒光蛋白標記技術(3)GFP基因雖然發生了突變，但由于存在密碼的簡并現象，突變基因所編碼的氨基酸序列并未改變(4)將YFP基因插入表達載體，再將構建成功的重組載體導入不能發黃色熒光的真核細胞中，觀察黃色熒光是否出現放射自顯影技術是利用放射性同位素的電離射線對乳膠(含AgBr或AgCl)的感光作用，對細胞內生物大分子進行定性、定位與半定量研究的一種細胞化學技術。對細胞或生物體內生物大分子進行動態研究和追蹤是這一技術獨具的特征。03放射自顯影技術3.(2023年1月浙江省選考第23題節選)

研究光合產物從源分配到庫時，給葉片供應13CO2，13CO2先與葉綠體內的

結合而被固定，形成的產物還原為糖需接受光反應合成

的中的化學能。合成的糖分子運輸到果實等庫中。在本實驗中，選用13CO2的原因有

(答出2點即可)。03放射自顯影技術參考答案：五碳糖(C5)

ATP和NADPH

CO2是光合作用的原料；13C可被儀器檢測;13C在自然界中含量極少且穩定。4.(2023年廣東卷17題節選)放射性心臟損傷是由電離輻射誘導的大量心肌細胞凋亡產生的心臟疾病。一項新的研究表明，circRNA可以通過miRNA調控P基因表達進而影響細胞凋亡，調控機制見圖。miRNA是細胞內一種單鏈小分子RNA，可與mRNA靶向結合并使其降解。circRNA是細胞內一種閉合環狀RNA,可靶向結合miRNA使其不能與mRNA結合，從而提高mRNA的翻譯水平。04miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術(2)前體mRNA是通過

酶以DNA的一條鏈為模板合成的，可被剪切成circRNA等多種RNA。circRNA和mRNA在細胞質中通過對

的競爭性結合，調節基因表達。(3)據圖分析，miRNA表達量升高可影響細胞凋亡,其可能的原因是

。04miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術參考答案：(2)RNA聚合miRNA(3)miRNA表達量升高會阻斷P基因的mRNA合成P蛋白，降低P蛋白對細胞凋亡的抑制作用，促進細胞凋亡。5.(2023年湖南卷7題)基因Bax和Bcl2分別促進和抑制細胞凋亡。研究人員利用siRNA干擾技術降低TRPM7基因表達,研究其對細胞凋亡的影響,結果如圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A.細胞衰老和細胞凋亡都受遺傳信息的調控B.TRPM7基因可能通過抑制Bax基因的表達來抑制細胞凋亡C.TRPM7基因可能通過促進Bcl2基因的表達來抑制細胞凋亡D.可通過特異性促進癌細胞中TRPM7基因的表達來治療相關癌癥04miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術04miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術04miRNA和siRNA介導的RNA干擾技術RNA干擾(RNAi)是指通過形成特定雙鏈RNA使目標mRNA發生降解或者翻譯受到阻遏，從而特異性地抑制目標基因在翻譯水平上表達的現象。RNA干擾有兩種類型，即miRNA和siRNA。這兩類干擾RNA來源不同，作用機制和作用效果基本相同：成熟的形式都是短的雙鏈RNA；在發揮作用時,與蛋白質結合形成沉默復合物；在ATP供能的作用下，雙鏈RNA解開，并促使其與mRNA配對，結果使mRNA降解或使其翻譯受阻。6.

(2022年1月浙江選考第29題節選)我國在新冠疫情防控方面取得了顯著的成績，但全球疫情形勢仍然非常嚴峻，尤其是病毒出現了新變異株——德爾塔、奧密克戎，更是威脅著全人類的生命健康。(1)新冠病毒核酸定性檢測原理是：以新冠病毒的單鏈RNA為模板，利用

酶合成DNA，經PCR擴增，然后在擴增產物中加入特異的

，如果檢測到特異的雜交分子則核酸檢測為陽性。05逆轉錄PCR技術和原位雜交技術參考答案：逆轉錄 核酸 探針逆轉錄PCR技術(RT-PCR)是聚合酶鏈式反應(PCR)的一種變式應用，其基本原理是在逆轉錄酶的作用下以RNA為模板合成cDNA，然后利用DNA聚合酶，以DNA為模板合成雙鏈DNA，再用常規PCR技術擴增出大量DNA。05逆轉錄PCR技術和原位雜交技術逆轉錄PCR技術可用于獲取目的基因、合成cDNA探針、構建RNA高效轉錄系統等，還可以用來分析不同組織細胞或是相同組織細胞在不同發育階段中mRNA的表達情況。原位雜交技術是細胞內特異核酸(DNA或RNA)定性與定位的重要方法，其原理是利用報告分子(如熒光素、生物素等)標記核酸探針，然后將探針與染色體或DNA顯微切片上的靶DNA雜交，若兩者同源互補，即可形成靶DNA與核酸探針的雜交體。原位雜交技術在顯微與亞顯微水平上基因定位、特異mRNA表達等問題的研究中具有重要作用05逆轉錄PCR技術和原位雜交技術7.(2021年6月浙江省選考第20題)采用CRISPR/Cas9基因編輯技術可將增強型綠色熒光蛋白(EGFP)基因定點插入到受精卵的Y染色體上，獲得轉基因雄性小鼠。該轉基因小鼠與野生型雌性小鼠交配，通過觀察熒光可確定早期胚胎的性別。下列操作錯誤的是(

)A.基因編輯處理的受精卵在體外培養時，不同發育階段的胚胎需用不同成分的培養液B.基因編輯處理的受精卵經體外培養至2細胞期，須將其植入同期發情小鼠的子宮，才可獲得表達EGFP的小鼠C.分離能表達EGFP的胚胎干細胞，通過核移植等技術可獲得大量的轉基因小鼠D.通過觀察早期胚胎的熒光，能表達EGFP的即為雄性小鼠胚胎06CRISPR/Cas9基因編輯技術1.CRISPR/Cas9技術敲除掉部分基因原理(1)CRISPR/Cas9是細菌的一種后天免疫防御機制——CRISPR序列示意圖如下(其中，菱形框表示高度可變的間隔序列，正方形表示相對保守的重復序列)，其中的“間隔序列”來源于病毒或外源質粒的一小段DNA，是細菌對這些外來入侵者的“記錄”。06CRISPR/Cas9基因編輯技術(2)病毒或外源質粒上存在“原間隔序列”，“間隔序列”正是與它們互相對應。“原間隔序列”的選取并不是隨機的，這些原間隔序列的兩端向外延伸的幾個堿基往往都很保守，我們稱為PAM(原間隔序列臨近基序)。06CRISPR/Cas9基因編輯技術(3)當病毒或外源質粒DNA首次入侵到細菌體內時，細菌會對外源DNA潛在的PAM序列進行掃描識別，將臨近PAM的序列作為候選的“原間隔序列”，將其整合到細菌基因組上CRISPR序