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1、高考生物大一轮复习 专题 基因工程课件 新人教版选修本讲稿第一页，共六十一页现代生物科技专题现代生物科技专题选修选修3 3本讲稿第二页，共六十一页专题专题1基因工程基因工程本讲稿第三页，共六十一页广东最新考纲要求广东考纲解读近3年广东高考考情1.基因工程的诞生1.常以基因工程为主线命制非选择题考查基因结构、基因表达、转基因技术及转基因生物的安全性等知识2基因工程在农业、医药生产、疾病的诊断和治疗中的应用也是常考的内容2012年：单选T2非选T282013年：单选T32014年：双选T25非选T282.基因工程的原理及技术3.基因工程的应用4.蛋白质工程本讲稿第四页，共六十一页1本专题的重点知识
2、有：(1)DNA重组技术所需的3种基本工具及其作用；(2)基因工程的基本操作步骤；(3)基因工程在农业和医疗等方面的应用。2本专题的高考试题命题形式在选择题和非选择题两部分都会出现，围绕教学大纲和考试大纲的要求，以国际上的重大科技成果为素材，考查考生对基因工程原理和技术的理解和掌握，引导考生关注科学、技术与社会发展中重要的生物学问题，要求考生能合理地应用现代生物科技解决生产和生活中的生物学问题。本讲稿第五页，共六十一页复习时特别要注重基础性、渐进性，紧密联系必修中的基础知识，严格按照课本和教学大纲的要求，认真进行识记和理解。本讲稿第六页，共六十一页一、基因工程基因工程又叫做_。是指按照人们的愿
3、望，进行严格的设计，通过_和_等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。DNA重组技术重组技术体外体外DNA重组技术重组技术转基因转基因 本讲稿第七页，共六十一页二、基因工程的基本工具1“分子手术刀”_(1)功能：识别_序列，切断_。(2)结果：形成两种末端，(即_和_)。2“分子缝合针”DNA连接酶(1)类型：_、_。(2)作用：连接两个_的末端，形成_。限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(限制酶限制酶)特定的核苷酸特定的核苷酸磷酸二酯键磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端平末端EcoliDNA连接酶连接酶 T4 DNA连接酶连接酶 DNA片段片段磷酸二酯键
4、磷酸二酯键本讲稿第八页，共六十一页3“分子运输车”载体(1)质粒的本质：_。(2)具备条件：具有一至多个_切割位点；具有_基因；在受体细胞中_。(3)其他载体：最常用的载体是_。其他载体有_、动植物病毒。小型环状的小型环状的DNA分子分子限制酶限制酶标记标记复制并稳定保存复制并稳定保存质粒质粒噬菌体的衍生物噬菌体的衍生物 本讲稿第九页，共六十一页基因组文库基因组文库部分基因文库部分基因文库 人工合成人工合成PCR技术技术启动子启动子终止子终止子标记基因标记基因本讲稿第十页，共六十一页农杆菌转化法农杆菌转化法基因枪法基因枪法花粉管通道法花粉管通道法 显微注射技术显微注射技术感受态细胞法感受态细胞
5、法本讲稿第十一页，共六十一页目的基因是否目的基因是否 转录转录分子杂交技术分子杂交技术 抗原抗体抗原抗体个体生物学水平个体生物学水平杂交杂交本讲稿第十二页，共六十一页抗病抗病抗逆抗逆植物的品质植物的品质生长速度生长速度品质品质药物药物体内基因治疗体内基因治疗体外基因治疗体外基因治疗本讲稿第十三页，共六十一页蛋白质功能蛋白质功能蛋白质结构蛋白质结构应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列本讲稿第十四页，共六十一页基因工程的基本操作工具本讲稿第十五页，共六十一页(2)切割后产生末端的种类黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的
6、中轴线处切开时，产生的则是平末端，如下图所示：本讲稿第十六页，共六十一页本讲稿第十七页，共六十一页本讲稿第十八页，共六十一页本讲稿第十九页，共六十一页3载体(1)作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。具有特殊的标记基因，以便进行筛选。本讲稿第二十页，共六十一页(3)种类质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外的，能够自我复制的很小的双链环状DNA分子。噬菌体的衍生物。动植物病毒。本讲稿第二十一页，共六十一页(2013江苏联考)下表为几种限制性
7、核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如下图所示，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamH或EcoR或Pst的酶切位点。现用BamH和EcoR两种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是()本讲稿第二十二页，共六十一页A1为BamH，2为EcoR，3为BamH，4为Pst B1为EcoR，2为BamH，3为BamH，4为Pst C1为Pst，2为EcoR，3为EcoR，4为BamH D1为BamH，2为EcoR，3为Pst，4为EcoR 解析如果1为BamH，2为EcoR，3为B
8、amH，4为Pst，则用BamH和EcoR两种酶同时切割该DNA片段，将会在2处和3处将目的基因切割，并且形成了不同的黏性末端，可以防止目的基因的自身环化，A正确；本讲稿第二十三页，共六十一页如果1为EcoR，2为BamH，3为BamH，4为Pst，则用BamH和EcoR两种酶同时切割该DNA片段，将会在2处和3处将目的基因切割，并且2处和3处形成了相同的黏性末端，不符合题意，B错误；C项中2处和3处均被EcoR酶切割，因此2处和3处形成了相同的黏性末端，不符合题意，C错误；如果1为BamH，2为EcoR，3为Pst，4为EcoR，则用BamH和EcoR两种酶同时切割该DNA片段，将会在2处和
9、4处将目的基因切割，并且黏性末端相同，不符合题意，D错误。答案A本讲稿第二十四页，共六十一页(2015届广东省六校联考)(双选)在生物工程中需要用到多种工具酶，有关它们的作用，不正确的叙述是()A果胶酶和纤维素酶用于获取植物细胞的原生质体B在基因工程中用限制酶和解旋酶来提取目的基因C胰蛋白酶或胶原蛋白酶可用来分散动物组织细胞DDNA连接酶和DNA聚合酶均可用来拼接DNA片段【答案】BD【解析】基因工程操作过程中不需要解旋酶和DNA聚合酶。本讲稿第二十五页，共六十一页不能准确区分与DNA复制有关的酶(2013湛江四校联考)下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶
10、、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()ABCD本讲稿第二十六页，共六十一页解析为限制性核酸内切酶，能将DNA分子切割成两个DNA片段；为DNA连接酶，能将两个DNA片段连接起来；为解旋酶，能将DNA双链解旋成两条单链；为DNA聚合酶，能将单个脱氧核苷酸连接成DNA单链。答案C本讲稿第二十七页，共六十一页纠错1.限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较名称作用部分作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端热稳定DNA聚
11、合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端本讲稿第二十八页，共六十一页名称作用部分作用底物作用结果DNA水解酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间氢键DNA将双链DNA分子局部分解为两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端本讲稿第二十九页，共六十一页2限制酶选择的注意事项本讲稿第三十页，共六十一页(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。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
12、酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst 和EcoR 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。本讲稿第三十一页，共六十一页(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma 会破坏标记基因；如果所选酶的切点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起动区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。本讲稿第三十二页，共六十一页 线性DNA分子含有5 000个碱基对(bp)，先用酶a切割，把得到的产物用酶b切割，得到的DN
13、A片段大小如表。酶a和酶b的识别序列和切割位点如图所示。有关说法不正确的是()本讲稿第三十三页，共六十一页A在该DNA分子中，酶a与酶b的识别序列分别有3个和3个B酶a与酶b切出的黏性末端能相互连接C酶a与酶b切断的化学键都是磷酸二酯键D用酶a切割与线性DNA具有相同碱基序列的质粒，得到4种切割产物【答案】D本讲稿第三十四页，共六十一页【解析】酶a可以把原有DNA切成4段，说明在该DNA分子上有3个切口，即酶a的识别序列有3个；酶b把大小是2 100 bp的DNA片段切成大小分别为1 900 bp和200 bp的两个片段，再把大小是1 400 bp的DNA片段切成大小分别为800 bp和600
14、 bp的两个片段，把500 bp的DNA片段切成300 bp和200 bp两个片段，说明酶b在该DNA分子上有3个切口，即酶b的识别序列有3个，A项正确。本讲稿第三十五页，共六十一页由图可以看出酶a和酶b切割后产生的黏性末端相同，它们之间能相互连接，B项正确。限制酶作用的化学键都是磷酸二酯键，C项正确。酶a可以把原有DNA切成4段，说明在该DNA分子上有3个切口，即酶a的识别序列有3个，切割与线性DNA具有相同碱基序列的质粒可得到3种切割产物，D项错误。本讲稿第三十六页，共六十一页1基因工程的操作程序图解(1)抗虫棉的培育过程基因工程的操作程序及其与蛋白质工程的比较本讲稿第三十七页，共六十一页
15、(2)基因工程技术生产凝乳酶的过程本讲稿第三十八页，共六十一页2基因工程的操作程序分析(1)目的基因的获取途径从自然界已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。本讲稿第三十九页，共六十一页本讲稿第四十页，共六十一页PCR技术与DNA复制的比较项目PCR技术DNA复制相同点原理DNA复制(碱基互补配对)原料4种游离的脱氧核苷酸条件模板、ATP、酶、原料、引物不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制(PCR扩增仪)主要在细胞核内酶热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DN
16、A片段形成整个DNA分子本讲稿第四十一页，共六十一页(2)基因表达载体的构建核心步骤基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子和标记基因等。本讲稿第四十二页，共六十一页基因表达载体的构建方法本讲稿第四十三页，共六十一页(3)将目的基因导入受体细胞(转化)细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化法体细胞将目的基因插入Ti质粒的TDNA上农杆菌侵染导入植物细胞整合到受体细胞的DNA上表达细胞类型常用方法受体细胞转化过程动物细胞显微注射技术受精卵将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵移植发育成为具有新性状的动物微生物细胞Ca2处理法原核细胞或酵母菌用Ca2处理细胞感受态
17、细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收本讲稿第四十四页，共六十一页(4)目的基因的检测和鉴定本讲稿第四十五页，共六十一页3蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，
18、必须通过基因修饰或基因合成实现 本讲稿第四十六页，共六十一页(2014广东信宜中学模拟)(双选)下图为利用生物技术获得生物新品种的过程，有关说法错误的是()AAB技术一般用4种脱氧核糖核苷酸为原料，称为PCR技术BAB过程利用了DNA复制原理，不需要DNA聚合酶本讲稿第四十七页，共六十一页CBC为转基因绵羊的培育过程，常选用的受体细胞是卵母细胞DBD为转基因植物的培育过程，其中过程常用的方法是农杆菌转化法解析PCR扩增目的基因过程中仍需DNA聚合酶；转基因动物常选用受精卵作受体细胞。答案BC本讲稿第四十八页，共六十一页(2015届杭州外国语月考)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11
19、个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是()本讲稿第四十九页，共六十一页A过程获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B将多个抗冻基因依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C过程构成重组质粒的过程中需要用到限制性核酸内切酶和DNA聚合酶D利用重组质粒的抗性基因可以筛选出目的基因完全表达的细胞【答案】D本讲稿第五十页，共六十一页实验：DNA的粗提取和鉴定1实验原理(1)DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量浓度为 0.14 mol/L 时，DNA的溶解度
20、最低。(2)DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液。本讲稿第五十一页，共六十一页(3)蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受60 80 的高温，而DNA在80 以上才会变性；洗涤剂能够瓦解细胞膜，但是对DNA没有影响。(4)DNA遇二苯胺(沸水浴)会被染成蓝色，因此，二苯胺可以作为DNA鉴定的试剂。本讲稿第五十二页，共六十一页2方法步骤(流程图)本讲稿第五十三页，共六十一页本讲稿第五十四页，共六十一页3注意事项(1)做该实验时，不能用猪血代替鸡血，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核，不能提取DNA。(2)制备鸡血细胞液时，要注意向鸡血中加柠檬酸钠
21、，防止血液凝固。(3)涨破细胞的方法：向血细胞中加入蒸馏水，血细胞溶液的浓度大于蒸馏水的浓度，从而使血细胞大量吸水而涨破。不能用生理盐水：因为血细胞溶液的浓度与生理盐水的浓度相当，所以血细胞在生理盐水中不能吸收水分。本讲稿第五十五页，共六十一页(4)两次加入蒸馏水，第一次是为了使血细胞吸水涨破；第二次是为了降低氯化钠的浓度，有利于DNA的析出。(5)两次析出DNA的方法：第一次是加入蒸馏水，降低氯化钠的浓度，促使DNA析出；第二次是加入冷却的酒精，因为DNA不溶于酒精溶液。(6)鉴定DNA时要用两支试管，其中不加DNA的试管起对照作用，该试管溶液不变色，另一支加有DNA的试管溶液变蓝色。本讲稿
22、第五十六页，共六十一页选材时注意选用细胞易破碎、DNA含量相对较高的生物组织；鉴定DNA的二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定效果。本讲稿第五十七页，共六十一页 下列关于“DNA粗提取与鉴定实验”的叙述，正确的是()A洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度B将DNA丝状物放入二苯胺试剂中沸水浴后冷却变蓝C常温下菜花匀浆中有些酶类会影响DNA的提取D用玻棒缓慢搅拌滤液会导致DNA获得量减少本讲稿第五十八页，共六十一页解析洗涤剂可以溶解细胞膜，去除脂质和蛋白质，但不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度，A项错误；溶解在二苯胺试剂中的DNA丝状物在沸水浴过程中变蓝，不需要冷却，B项错
23、误；菜花匀浆中含有多种酶，常温下有些酶可以破坏DNA从而影响DNA的提取，C项正确；用玻璃棒缓慢搅拌滤液，有利于提取并防止搅拌时DNA断裂，并不影响DNA的含量，D项错误。答案C本讲稿第五十九页，共六十一页(双选)下表是关于DNA粗提取与鉴定实验中所使用的材料、操作方法及其作用的表述，正确的是()【答案】AC选项试剂操作作用A柠檬酸钠溶液与鸡血混合防止血液凝固B蒸馏水与鸡血细胞混合保持细胞形状C蒸馏水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中析出DNA丝状物D冷却的酒精加入到过滤后DNA的NaCl溶液中产生特定的颜色反应本讲稿第六十页，共六十一页【解析】本题考查DNA粗提取与鉴定实验的原理。实验中所用的柠檬酸钠为抗凝血剂，用于防止新鲜的鸡血凝固，影响后续的实验操作；鸡血细胞在蒸馏水中会吸水涨破，要保持鸡血细胞的形态，须置于等渗的NaCl溶液中；冷却的酒精用于提取杂质较少的DNA，与DNA产生蓝色反应的是二苯胺。本讲稿第六十一页，共六十一页