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1、专题八现代生物科技专题专题八现代生物科技专题第第1616讲基因工程、细胞工程讲基因工程、细胞工程-3-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练命题点一PCR、基因工程及转基因技术的安全性1.PCR技术(1)PCR的过程-4-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(2)PCR与DNA复制的比较-5-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练-6-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练2.基因工程的主干知识图解-7-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练3.基因工程的基本工具-8-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练4.基因工程的操作程序(1)目的基因的获取从基因文库中获取。利用PCR技术
2、扩增:其实质是在体外对目的基因进行大量复制。用化学方法人工合成a.对于核苷酸序列已知的直接人工合成。-9-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(2)基因表达载体的构建基因表达载体的组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。基因表达载体的构建方法-10-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(3)将目的基因导入受体细胞-11-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(4)目的基因的检测和鉴定-12-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练思思维维拓展拓展 从“基因表达”层面理解启动子和终止子启动子是RNA聚合酶的结合位点,启动转录;终止子是终止转录的位点。插入的目的基因是结构基因,其表达需
3、要调控序列,因而用作载体的质粒的插入部位前面需要有启动子,后面需要有终止子。-13-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练透彻理解基因工程的原理解答相关题目大豆花叶病是世界性大豆病害,是造成大豆减产的重要原因。某科研小组制备了大豆花叶病毒(RNA病毒)的空衣壳蛋白(CP蛋白),生产过程大致如下,请回答问题。-14-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(1)图中的是指。(2)过程中应用的酶是。在此过程前,先要在大豆花叶病毒的基因文库中查找的核苷酸序列,以便合成特异性引物。(3)在上述生产流程中,(填序号)是基因工程生产CP衣壳蛋白的核心步骤。为检测样液中是否含有有效成分,在可使用进行检测。
4、答案:(1)RNA(2)TaqDNA聚合酶CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段)(3)CP蛋白的抗体-15-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练1.(2017江苏)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题。-16-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过获得用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的位点
5、。设计引物时需要避免引物之间形成,而造成引物自连。(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有(填序号:升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。-17-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练答案(1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板GC含量高(5)解析(1)根据mRNA获取目的基因的方法是先通过逆转录
6、获得cDNA,然后通过PCR扩增。(2)构建重组质粒时,要用限制性核酸内切酶对质粒和含目的基因的DNA进行酶切,所以为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时需要避免引物的碱基互补配对,防止引物之间自连。(3)PCR包括三个步骤:变性、复性(退火)和延伸。图中步骤1代表变性。(4)退火是引物和模板结合的过程,退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。退火温度一般比Tm值(把DNA双螺旋结构降解一半时的温度)低5。DNA中GC含量越高,Tm值越高。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度太高,破坏了引物与模板的碱基配对,也可能是引物设计错误,改进措施是
7、降低退火温度和重新设计引物。-18-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练2.胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体,图2表示以大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示-半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题。-19-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(1)图1所示的基因表达载体中没有标注出来的基本结构是。(2)图1中启动子是酶识别和结合的部位,有了它才能启动目的基因的表达;氨芐青霉素抗性基因的作用是。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有。(4)-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达,可将胰岛素肽链上蛋白
8、酶的切割位点隐藏在内部,其意义在于。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链,且-半乳糖苷酶被切成多个肽段,这是因为。(6)请根据图2中胰岛素的结构,推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是,理由是。-20-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练答案:(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因,将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被大肠杆菌体内的蛋白酶降解(5)-半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸,而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基,氨基酸的R基
9、中可能还含有游离的氨基-21-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练命题点二克隆技术及其伦理道德问题1.容易混淆的三种细胞杂种细胞、重组细胞和杂交细胞(1)杂种细胞:植物体细胞杂交过程中,两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合,融合的原生质体出现细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。(2)重组细胞:体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。(3)杂交细胞:动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。-22-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练2.从结果分析克隆技术的原理(1)植物体细胞杂交植物体细胞杂交包含两个过程:一是植物细胞融合;二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种
10、植株,产生一个生物体。因此,植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性。(2)动物细胞融合动物细胞融合形成杂交细胞,杂交细胞进行细胞培养,获得大量的克隆细胞,但没有形成生物体。因此,动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性,不包括细胞的全能性。-23-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练3.细胞工程的几个流程图的比较(见下图)(1)植物组织培养-24-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(2)植物体细胞杂交(3)核移植-25-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(4)动物细胞培养(5)动物细胞融合-26-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(6)单克隆抗体的制备-2
11、7-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练把握实验流程,解答与动物细胞融合和单克隆抗体相关的题下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图,请据图回答问题。-28-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(1)单克隆抗体技术是技术的重要应用。(2)B淋巴细胞是由动物体中的细胞增殖、分化、发育而来的。(3)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外,还可以采用。(4)单克隆抗体技术的两次筛选过程,分别筛选。(5)单克隆抗体与常规的血清抗体相比,最大的优越性体现在。答案:(1)(动物)细胞融合(2)骨髓造血干(3)灭活的病毒(4)杂交瘤细胞和产生特异性抗体的杂交瘤细胞(顺序颠倒不可)(5)特异
12、性强、灵敏度高、可大量制备-29-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(2017广东清远模拟)下面甲、乙两图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图,请据图回答下列问题。-30-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练(1)图甲和图乙所示的过程中,都会用到的动物细胞工程技术是。(2)图甲中过程在制备单克隆抗体时需要借助动物细胞融合技术,诱导动物细胞融合特有的方法是使用诱导。(3)若不考虑环境因素的影响,克隆羊的性状是否全部像白面绵羊?。请说明原因:。(4)图乙过程的技术具有多种用途,但是不能。A.有选择地繁殖某一性别的家畜B.繁殖家畜中的优良个体C.用于保存物种D.改变动物的核基因-
13、31-命题点一命题点二整合提升题型突破题组训练答案(1)动物细胞培养技术(2)灭活的病毒(生物法)(3)否卵母细胞细胞质中的遗传物质也能控制某些性状(4)D-32-失分误区1失分误区2失分误区3对基因工程操作过程辨析不清防范策略防范策略(1)基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插到启动子与终止子之间的部位。(2)目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(3)标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的有抗生素抗性基因、荧光蛋白基因(表达产物为可发荧光的蛋白质)等。-33-失分误区1失分误区
14、2失分误区3(4)受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素,则必须用真核生物酵母菌作受体(需内质网、高尔基体的加工、分泌)。一般不用支原体作受体,因为它营寄生生活。一定不能用哺乳动物成熟的红细胞作受体,因为它无细胞核,不能合成蛋白质。-34-失分误区1失分误区2失分误区3防范演防范演练练1(2016全国理综)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。图(a
15、)图(b)-35-失分误区1失分误区2失分误区3根据基因工程的有关知识,回答下列问题。(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有,不能表达的原因是。图(c)-36-失分误区1失分误区2失分误区3(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是。答案:(1)Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基
16、因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可)。(3)EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶(其他合理答案也可)-37-失分误区1失分误区2失分误区3 解析:(1)由题图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中既能连接黏性
17、末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶,但其对平末端的连接效率较低。-38-失分误区1失分误区2失分误区3对植物体细胞杂交理解不透彻防范策略(1)植物体细胞杂交和有性杂交的区别植物体细胞杂交:若两个不同品种的植物细胞(设为甲、乙)进行融合,甲含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,乙含有2y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2x+2y,基因型为AabbccDd。不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管是染色体数、基因型还是染色体组都直接相加。-39-失分误区1失分误区2失分误区3植物有性杂交的结果:假设上述两种植物能杂交产生
18、后代,则子代细胞中染色体数为(x+y),基因型为AbcD、abcD、Abcd、abcd,即先减半再相加。有性生殖过程遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交不遵循孟德尔遗传规律。(2)利用植物组织培养生产细胞产物时,有时只需将外植体培养到愈伤组织阶段,从愈伤组织中获取产物。-40-失分误区1失分误区2失分误区3防范演防范演练练2右上图是植物体细胞杂交过程示意图,如果A、B植物均为二倍体,请据图分析回答下列问题。-41-失分误区1失分误区2失分误区3(1)图中所示过程的原理有。(2)图中的过程是。(3)植物体细胞融合成功的标志是,其产生与细胞内的(细胞器)有关。(4)和过程分别是和的过程。该杂交植物
19、有个染色体组。(5)该技术最显著的优势:。答案:(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性(缺一不可)(2)(去壁)制备原生质体(3)形成新的细胞壁高尔基体(4)脱分化再分化四(5)克服远缘杂交不亲和的障碍-42-失分误区1失分误区2失分误区3对单克隆抗体制备过程理解不清防范策略防范策略(1)灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。(2)除了受到注射的抗原的刺激,小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激,因此从小鼠体内取出的多个B淋巴细胞可能产生多种不同抗体,所以进行第二次筛选是非常必要的。(3)单克隆抗体制备过程中,进行了多次动物细胞培养的操作,说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。-43-失分误区1失分误区2失分误区3防范演防范演练练3下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。-44-失分误区1失分误区2失分误区3(1)技术是单克隆抗体技术的基础。(2)根据培养基的用途分类,图中培养基属于培养基。(3)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的特点,又具备淋巴细胞的特点。(4)杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是。答案:(1)细胞培养技术和细胞融合(2)选择(3)在体外大量增殖(无限增殖)分泌特异性抗体(4)主动运输