2020版高考生物大一輪復習 第10單元 生物技術與工程 36 基因工程課件 新人教版.ppt

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1、第36講基因工程,1.簡述基因工程的誕生。 2.簡述基因工程的原理及技術。 3.舉例說出基因工程的應用。 4.簡述蛋白質(zhì)工程。 5.活動:DNA的粗提取和鑒定。 6.活動:利用聚合酶鏈式反應(PCR)擴增 DNA片段并完成電泳鑒定,或運用軟件進行虛擬PCR實驗。,必備知識梳理,關鍵能力突破,基因工程的工具 1.基因工程的概念理解 (1)供體:提供目的基因。 (2)操作環(huán)境:無菌。 (3)操作水平:DNA分子水平。 (4)原理:基因重組。 (5)受體:表達目的基因。 (6)本質(zhì):性狀在受體生物體內(nèi)表達。 (7)優(yōu)點:克服遠緣雜交不親和的障礙,定向改造生物的遺傳性狀。,必備知識梳理,關鍵能力突破,

2、2.限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱:限制酶) (1)來源:主要是從原核生物中分離純化出來的。 (2)作用:識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 (3)結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.DNA連接酶 (1)功能:縫合被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 (2)類型,必備知識梳理,關鍵能力突破,4.載體 (2)其他載體:噬菌體衍生物、動植物病毒等。 (3)載體的作用:攜帶外源DNA片段進入受體細胞。,必備知識梳理,關鍵能力突破,教材拾遺1.(選修3第6頁“尋根問底”改編)DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎?試簡

3、要說明。 答案不相同。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段,而DNA聚合酶是將單個的脫氧核苷酸連接到DNA或RNA片段上。 2.(選修3第6頁“旁欄思考題”)想一想,具備什么條件才能充當“分子運輸車”? 答案能自我復制、有一個或多個切割位點、有標記基因及對受體細胞無害等。,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.生命觀念通過理解DNA重組技術所需三種基本工具的作用,建立起結(jié)構(gòu)與功能相適應的觀點。 2.科學思維運用模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維的方法,理解DNA重組技術所需三種基本工具的作用。 3.社會責任認識到基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術創(chuàng)新。,必備知識梳理,關鍵能力突破,

4、1.(生命觀念)下列關于基因工程中有關酶的敘述,不正確的是() A.限制酶水解相鄰核苷酸間的化學鍵打斷DNA B.DNA連接酶可將末端堿基互補的兩個DNA片段連接 C.DNA聚合酶能夠從引物末端延伸DNA或RNA D.逆轉(zhuǎn)錄酶以一條RNA為模板合成互補的DNA,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.(生命觀念、科學思維)(2018河北黃燁中學月考)質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體,下列有關質(zhì)粒的說法,錯誤的是() A.質(zhì)粒不僅存在于細菌中,某些病毒也具有 B.質(zhì)粒作為運載體時,應具有標記基因和多個限制酶切點 C.質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子,存在于擬核(區(qū))外的細胞質(zhì)基質(zhì)中 D.質(zhì)粒能夠在宿主細

5、胞中穩(wěn)定保存,并在宿主細胞內(nèi)復制,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1工具酶的應用分析 1.下圖是表達新基因用的質(zhì)粒的示意圖,若要將目的基因插入到質(zhì)粒上的A處,則切割基因時可用的是() A.HindB.EcoR C.EcoBD.Pst,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.用限制酶EcoR單獨切割某普通質(zhì)粒,可產(chǎn)生14 kb(1 kb即1 000個堿基對)的長鏈,而同時用限制酶EcoR、Mbo聯(lián)合切割該質(zhì)粒,可得到三種長度的DNA片段,見下圖(其中*表示EcoR限制酶切割后的一個黏性末端)。 若用Mbo限制酶單獨切割該普通質(zhì)粒,則產(chǎn)生的DNA片段的長度為() A.2.5 kb和

6、5.5 kbB.2.5 kb和6 kb C.5.5 kb和8 kbD.6 kb和8 kb,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,確定切割某種目的基因的限制酶的種類 根據(jù)目的基因兩端的限制酶切割位點確定限制酶的種類。 (1)應選擇切割位點位于目的基因兩端的限制酶,如圖甲可選擇Pst。 (2)不能選擇切割位點位于目的基因內(nèi)部的限制酶,如圖甲不能選擇Sma。 (3)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,如圖甲也可選擇用Pst和EcoR兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切割位點)。,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2載體的應用分析 3.質(zhì)粒是基因工程

7、中最常用的載體,它存在于許多細菌體內(nèi)。質(zhì)粒上有標記基因如圖所示,通過標記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)移成功。外源基因插入的位置不同,細菌在培養(yǎng)基上的生長情況不同,如圖表示外源基因插入位置(插入點有a、b、c),請根據(jù)表中提供細菌的生長情況,推測三種重組后細菌的外源基因插入點,正確的一組是(),必備知識梳理,關鍵能力突破,A.是c;是b;是a B.是a和b;是a;是b C.是a和b;是b;是a D.是c;是a;是b,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,4.(2016全國高考)某一質(zhì)粒載體如圖所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基

8、因,Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH 酶切后,與用BamH酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進行連接反應,用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化,有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種,分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題:,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具,應具備的基本條件有 (答出兩點即可),而作為基因表達載體,除滿足上述基本條件外,還需具有啟動子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選,在上述四種大腸桿菌細胞中,未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不

9、能區(qū)分的,其原因是 ;并且 和的細胞也是不能區(qū)分的,其原因是。在上述篩選的基礎上,若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落,還需使用含有的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中,某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體,其DNA復制所需的原料來自于。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)能自我復制、具有標記基因 (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均不生長 含有質(zhì)粒載體 含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或含有重組質(zhì)粒) 二者均含有氨芐青霉素抗性基因,在該培養(yǎng)基上均能生長四環(huán)素 (3)受體細胞,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 本題考查基因工程的相關知識。解題的切入點是基因工程中所用載

10、體的特點及目的基因?qū)胧荏w細胞后的篩選。(1)基因工程中的載體應具備如下條件:必須有一個或多個限制酶切點;具有自我復制能力;具有標記基因;對宿主細胞無害。(2)未轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞不能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長,故不能區(qū)分;而含有質(zhì)粒載體和重組質(zhì)粒的細胞在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上都能生長,也不能區(qū)分。因目的基因插入位點在抗四環(huán)素基因上,抗四環(huán)素基因被破壞,喪失了原有的功能,故含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌不抗四環(huán)素。將獲得的單個菌落各挑取少許分別接種到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上,不能生長的即為所篩選的菌落,即含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌。(3)噬菌體是營寄生生活的,利用受體細胞內(nèi)的原料進行自身DN

11、A的復制和蛋白質(zhì)的合成。,必備知識梳理,關鍵能力突破,載體上標記基因的作用 載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相關抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后,抗性基因在受體細胞內(nèi)表達,使受體細胞能夠抵抗相應抗生素,所以在受體細胞的培養(yǎng)基中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細胞,原理如下圖所示:,必備知識梳理,關鍵能力突破,基因工程的基本操作程序 1.目的基因的獲取 (1)目的基因:主要指的基因,也可以是一些具調(diào)控作用的因子。,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心 (1)目的:使目的基因 ,同時使目的基因能夠

12、表達和發(fā)揮作用。 (2)基因表達載體的組成,在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳給下一代,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄,目的基因,必備知識梳理,關鍵能力突破,(3)構(gòu)建過程,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.將目的基因?qū)胧荏w細胞,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,顯微注射法,轉(zhuǎn)化法,受精卵,必備知識梳理,關鍵能力突破,4.目的基因的檢測與鑒定,DNA分子雜交,分子雜交,抗原 抗體雜交,抗性實驗,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.生命觀念通過對基因工程原理及基本操作程序的分析,建立起結(jié)構(gòu)與功能相適應的觀念。 2.科學思維運用歸納與概括、模型與建模、創(chuàng)造性思維的方法,分析基因工程操作程序四個環(huán)節(jié)的原理。 3.科學探究

13、運用基因工程的基本操作程序和方法設計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(生命觀念、科學思維、科學探究)(2018全國高考)回答下列問題。 (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質(zhì)粒可以作為載體外,還證明了 (答出兩點即可)。 (2)體外重組的質(zhì)粒可通過Ca2+參與的方法導入大腸桿菌細胞;而體外重組的噬菌體DNA通常需與組裝成完整噬菌體后,才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中,可作為重組噬菌體宿主細胞的是。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(

14、3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時,表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解,在實驗中應選用的大腸桿菌作為受體細胞。在蛋白質(zhì)純化的過程中應添加的抑制劑。,答案 (1)體外重組的質(zhì)粒可以進入受體細胞;真核生物基因可在原核細胞中表達 (2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白) 細菌 (3)蛋白酶缺陷型蛋白酶,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 本題主要考查基因工程的操作步驟及應用。(1)該實例可以說明很多問題,比如體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞,真核細胞的基因也可以在原核細胞中表達,真核生物和原核生物共用同一套密碼子,質(zhì)粒的化學本質(zhì)是DNA等。(2)目的基因?qū)爰毦梢杂肅a2+處理

15、細菌,從而將目的基因?qū)胧荏w細胞。噬菌體由DNA和蛋白質(zhì)外殼組成,噬菌體屬于細菌病毒,即其宿主細胞為細菌,所以需要將重組噬菌體導入細菌中。(3)為了防止目的基因所表達的蛋白質(zhì)被細菌內(nèi)的蛋白酶所降解,所以要選擇蛋白酶缺陷型大腸桿菌,即不能產(chǎn)生蛋白酶的大腸桿菌作為受體細胞。同時,在純化蛋白質(zhì)的過程中可以加入蛋白酶抑制劑,以降低蛋白酶的活性。,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1目的基因的獲取及基因表達載體的構(gòu)建 1.基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,便于重組和篩選。已知限制酶的識別序列和切點是GGATCC;限制酶的識別序列和切點是GATC。根據(jù)圖判斷下列操作正確的是() A.目的基因

16、和質(zhì)粒均用限制酶切割 B.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶切割 C.質(zhì)粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割 D.質(zhì)粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.(2018廣東二模)煙草易受煙草花葉病毒(TMV)感染而大幅度減產(chǎn)。絞股藍細胞中含有抗TMV基因,能抵抗TMV感染,研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術培育出了抗TMV煙草,操作流程如下圖所示。請回答下列問題。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)過程所用RNA可以從中獲取。 (2)過程可以采用技術獲得大量目的基因,該技術的實質(zhì)是。 (3)過程最常用的方法是,該方法中需將目的基因插入受體細胞的上。 (4)過程所用到的培養(yǎng)基除

17、了卡那霉素之外,還需要加注的特殊物質(zhì)是。過程還需要進行基因工程操作步驟中的目的基因的檢測與鑒定,在分子水平上檢驗獲得的煙草能否抗TMV的方法是。,答案 (1)絞股藍細胞的細胞質(zhì)基質(zhì) (2)PCR(或多聚酶鏈式反應)雙鏈DNA復制 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法染色體DNA (4)植物激素(或生長素和細胞分裂素)抗原抗體雜交法,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 (1)表示反轉(zhuǎn)錄過程,RNA反轉(zhuǎn)錄形成的DNA中含有目的基因(抗TMV基因),因此該RNA可以從絞股藍細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)中獲取。 (2)過程表示獲取目的基因的過程,利用PCR技術可以大量擴增目的基因,PCR技術的原理是雙鏈DNA的復制。 (3)過程表示

18、將目的基因?qū)胧荏w細胞,將目的基因?qū)霟煵菁毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,該方法中需將目的基因插入受體細胞的染色體DNA上。 (4)過程表示植物組織培養(yǎng)過程,需要在培養(yǎng)基中加入植物激素,如細胞分裂素和生長素;過程為目的基因的檢測與鑒定,在分子水平上可以采用抗原抗體雜交法。,必備知識梳理,關鍵能力突破,目的基因?qū)氩煌荏w細胞的過程,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2基因工程的操作過程分析 3.下列基因工程操作步驟中,未發(fā)生堿基互補配對的是 () A.人工條件下用mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成目的基因 B.目的基因與質(zhì)粒結(jié)合 C.重組質(zhì)粒導入受體細胞 D.目的基因的表達,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,

19、4.(2018湖南株洲質(zhì)檢)雞干擾素是一種具有高效和廣譜抗病毒作用的細胞因子,廣泛用于動物領域的抗病毒治療?？蒲腥藛T將雞干擾素基因作為目的基因,構(gòu)建基因表達載體,通過農(nóng)桿菌介導法導入煙草,以獲得抗病毒煙草。下圖為科研人員制備能合成雞干擾素的煙草愈傷組織細胞的流程,表示相關的操作,兩種限制酶的識別序列及切割位點如表所示。請回答下列問題。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)步驟中,利用PCR技術擴增干擾素基因時,設計引物序列的主要依據(jù)是。科研人員還在兩種引物的一端分別加上了和序列,以便于后續(xù)的剪切和連接。為防止酶切產(chǎn)物自身環(huán)化,構(gòu)建表達載體需用兩種限制酶,選擇的原則是Ti質(zhì)粒內(nèi),每種限制酶有個切割

20、位點,酶切后,目的基因形成的兩個黏性末端序列 (填“相同”或“不相同”)。 (2)步驟所構(gòu)建的基因表達載體中未標注出的必需元件還有,步驟中需先用處理農(nóng)桿菌以便將基因表達載體導入細胞。 (3)步驟中,科研人員提取愈傷組織細胞的RNA后,先通過獲得DNA,再進行PCR擴增,若最終未能檢測出干擾素基因,其可能原因是。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)雞干擾素基因兩端的部分核苷酸序列GAATTCGGATCC1不相同 (2)復制原點Ca2+ (3)反轉(zhuǎn)錄雞干擾素基因未能導入煙草愈傷組織細胞、導入煙草愈傷組織細胞的雞干擾素基因未能轉(zhuǎn)錄或雞干擾素的mRNA已經(jīng)被水解,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析

21、 (1)利用PCR技術擴增雞干擾素基因時,引物應可以與雞干擾素基因兩端的部分核苷酸序列進行堿基互補配對,根據(jù)雞干擾素基因兩端的部分核苷酸序列可設計引物的堿基序列。據(jù)題圖可知,該轉(zhuǎn)基因過程用EcoR和BamH兩種限制酶分別切割目的基因和質(zhì)粒,以避免質(zhì)?；蚰康幕虻淖陨磉B接,應在兩種引物的一端分別加上EcoR和BamH的識別序列GAATTC和GGATCC,以便于后續(xù)的剪切和連接。Ti質(zhì)粒中每種限制酶有1個切割位點,則酶切產(chǎn)物兩端的黏性末端不同,不會發(fā)生自身環(huán)化。 (2)基因表達載體中除含有啟動子、終止子、標記基因和目的基因外,還應含有復制原點,以便在宿主細胞中復制。將基因表達載體導入農(nóng)桿菌,可用C

22、a2+處理農(nóng)桿菌,以增大細胞壁通透性,提高轉(zhuǎn)化效率。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(3提取愈傷組織細胞的RNA后,可通過反轉(zhuǎn)錄獲得DNA。雞干擾素基因即便導入了農(nóng)桿菌,也不一定能導入煙草愈傷組織細胞,導入煙草愈傷組織細胞的雞干擾素基因不一定能夠正常轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄出的雞干擾素的mRNA若被水解,則不能通過反轉(zhuǎn)錄獲得雞干擾素基因。故以上均可能導致愈傷組織細胞中不能檢測出雞干擾素基因。,必備知識梳理,關鍵能力突破,5.(2017全國高考)真核生物基因中通常有內(nèi)含子,而原核生物基因中沒有,原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達出某種特定蛋白(簡

23、稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}。 (1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A,以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A,其原因是。 (2)若用家蠶作為表達基因A的受體,在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中,不選用作為載體,其原因是。 (3)若要高效地獲得蛋白A,可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比,大腸桿菌具有(答出兩點即可)等優(yōu)點。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A,可用的檢測物質(zhì)是 (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻,也可以說是基因工程的先導,如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示,那

24、么,這一啟示是。,答案 (1)基因A有內(nèi)含子,在大腸桿菌中,其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應的RNA序列不能被切除,無法表達出蛋白A (2)噬菌體噬菌體的宿主是細菌,而不是家蠶 (3)繁殖快、容易培養(yǎng) (4)蛋白A的抗體 (5)DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 (1)人的基因A含有內(nèi)含子,其轉(zhuǎn)錄出的RNA需切除內(nèi)含子對應的RNA序列后才能翻譯出蛋白A,大腸桿菌是原核生物,其沒有切除內(nèi)含子對應的RNA序列的機制,故將人的基因A導入大腸桿菌無法表達出蛋白A。(2)噬菌體是一種專門寄生在細菌體內(nèi)的病毒,無法寄生在家蠶中。(3)大腸桿菌繁殖快、容易培養(yǎng),常用作

25、基因工程的受體。(4)在分子水平檢測目的基因是否表達應用抗原抗體雜交法,即用蛋白A與蛋白A的抗體進行雜交。(5)艾弗里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理是基因重組,通過重組使得S型細菌的DNA在R型細菌中表達,這種思路為基因工程理論的建立提供了啟示。,必備知識梳理,關鍵能力突破,基因工程中的幾種檢測方法,必備知識梳理,關鍵能力突破,基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程 1.動物基因工程與植物基因工程 (1)動物基因工程:用于提高動物生長速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量;用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì);用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物;用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。 (2)植物基因工程:培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和抗逆轉(zhuǎn)基因植物;利用轉(zhuǎn)基

26、因改良植物的品質(zhì)。,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.基因診斷與基因治療 (1)基因診斷:又稱為DNA診斷,是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常或攜帶病原體。 (2)基因治療 概念:把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的。 成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細胞中,使淋巴細胞能產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶,然后,再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi),從而治療復合型免疫缺陷癥。,必備知識梳理,關鍵能力突破,類型:,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.蛋白質(zhì)工程 (1)概念,必備知識梳理,關鍵能力突破,(2)基本流程 寫出流程圖中字母代表的含義: A.轉(zhuǎn)錄,B.翻譯,

27、C.分子設計,D.多肽鏈, E.預期功能。 (3)結(jié)果:改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。 (4)應用:主要集中應用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造,改良生物性狀。,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.科學思維運用歸納與概括、創(chuàng)新型思維的方法,理解基因工程應用中運用的基因工程的原理。 2.社會責任關注基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的進展,認同基因工程的應用促進生產(chǎn)力的發(fā)展。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(科學思維、社會責任)(2018全國高考)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達,某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基

28、因的5末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下,圖中E1E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。,必備知識梳理,關鍵能力突破,回答下列問題: (1)據(jù)圖推斷,該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時,使用了兩種限制酶,這兩種酶是,使用這兩種酶進行酶切是為了保證,也是為了保證。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后,若在該細胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了和過程。 (3)為了獲得含有甲的牛,該團隊需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的移入牛的中,體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測甲是否存在于克隆

29、牛的不同組織細胞中,某同學用PCR方法進行鑒定,在鑒定時應分別以該牛不同組織細胞中的(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)E1和E4甲的完整甲與載體正確連接 (2)轉(zhuǎn)錄翻譯 (3)細胞核去核卵母細胞 (4)核DNA,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 本題考查基因工程、細胞工程和胚胎工程的相關內(nèi)容。 (1)由題意可知,E1E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同,將甲(L1-GFP)插入質(zhì)粒時,使用E1和E4兩種限制酶進行酶切,既保證了甲的完整,又防止了甲的自身環(huán)化,保證了甲與載體的正確連接。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后,若

30、在該細胞中觀察到了綠色熒光,則說明該細胞中合成了熒光蛋白,即L1基因在牛皮膚細胞中完成了遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。 (3)為了獲得含有甲的牛,可通過體細胞核移植技術、體外培養(yǎng)和胚胎移植來實現(xiàn)。 (4)克隆牛的不同組織細胞中的基因選擇性表達,轉(zhuǎn)錄出的mRNA不同,總RNA也不同,但不同組織細胞中的核DNA相同,因此檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中,用PCR方法進行鑒定時,應以核DNA作為模板。,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1基因工程的應用分析 1.我國科學家運用基因工程技術,將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁毎⒊晒Ρ磉_,培育出了抗蟲棉。下列敘述不正確的是() A.抗蟲基因的提取和運輸都

31、需要專用的工具和運載體 B.重組DNA分子中增加一個堿基對,不一定導致毒蛋白的毒性喪失 C.抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞到近緣作物,從而造成基因污染 D.轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.(2018河南中原名校質(zhì)量考評)干旱會影響農(nóng)作物產(chǎn)量,科學家們對此進行了研究。下圖為用探針檢驗某一抗旱植物基因型的原理,相關基因用R和r表示。請回答下列問題。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)在利用PCR技術擴增R或r基因的過程中,利用可尋找抗旱基因的位置并進行擴增。 (2)若被檢植株發(fā)生A現(xiàn)象,不發(fā)生B、C現(xiàn)象。據(jù)此推測檢測另一抗旱

32、植物時會發(fā)生(填“A”“B”或“A或B”)現(xiàn)象。 (3)用從基因文庫中獲取目的基因的方法獲取抗旱基因時需要用到限制酶,限制酶能夠識別雙鏈DNA分子中的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的斷開。 (4)經(jīng)檢測,抗旱基因已經(jīng)導入煙草細胞,但未檢測出抗旱基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA,從構(gòu)建基因表達載體的角度推測,最可能的原因是。 (5)要快速繁殖轉(zhuǎn)基因抗旱煙草植株,目前常用的技術是,該技術的基本過程是將離體的煙草細胞誘導脫分化形成,然后再分化出根和芽并發(fā)育成小植株。該技術在作物新品種的培育方面兩個最主要的應用是突變體的利用和。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)引物(2)A或

33、B(3)磷酸二酯鍵 (4)基因表達載體上目的基因首端未加入啟動子 (5)植物組織培養(yǎng)愈傷組織單倍體育種,必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 (1)用PCR技術擴增R或r基因時,需要用引物尋找抗旱基因的位置。 (2)被檢植物發(fā)生A現(xiàn)象,不發(fā)生B、C現(xiàn)象,即r探針沒有形成雜交斑,所以被檢植物的基因型為RR。因此另一抗旱植物的基因型為RR或Rr,會發(fā)生A或B現(xiàn)象。 (3)限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。 (4)經(jīng)檢測,抗旱基因已經(jīng)導入煙草細胞,但未檢測出抗旱基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA,從構(gòu)建基因表達載體的角度推測,最可能的原因是基因

34、表達載體上目的基因首端未加入啟動子。 (5)植物組織培養(yǎng)技術可快速繁殖抗旱煙草植株,該技術包括脫分化和再分化兩個基本過程,即先將離體的煙草細胞誘導脫分化形成愈傷組織,然后再分化出根和芽并發(fā)育成小植株。該技術在作物新品種的培育方面兩個最主要的應用是突變體的利用和單倍體育種。,必備知識梳理,關鍵能力突破,有關基因工程應用的4個易錯點 (1)動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì),而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。 (2)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并無毒性,進入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。 (3)青霉素是青霉菌產(chǎn)生的,不是通過基因工程產(chǎn)生的。 (4)并非所有個體都可作為乳腺生物反應器。操作

35、成功的應該是雌性個體。個體本身的繁殖速度、泌乳量、蛋白含量等都是應該考慮的因素。,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2蛋白質(zhì)工程的概念和基本途徑的辨析 3.下列關于蛋白質(zhì)工程說法,錯誤的是() A.蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎上延伸出來的二代基因工程 B.實施蛋白質(zhì)工程的基本途徑必須從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā) C.蛋白質(zhì)工程實施過程中可對關鍵氨基酸直接置換或增刪 D.構(gòu)建基因表達載體也是蛋白質(zhì)工程的核心步驟,答案,解析,必備知識梳理,關鍵能力突破,4.(2018安徽馬鞍山二中模擬)胰島素可以用于治療糖尿病,但是胰島素被注射到人體后,會堆積在皮下,并要經(jīng)過較長的時間才能進入血液中,而進入血液的胰島素又容易

36、被分解,因此,治療效果受到影響。下圖是用蛋白質(zhì)工程設計速效胰島素的生產(chǎn)過程,請據(jù)圖回答有關問題。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是。 (2)人工合成的DNA與結(jié)合后,被轉(zhuǎn)移到中才能得到準確表達。 (3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素,需用到的生物工程有、和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么?。,答案 (1)蛋白質(zhì)的預期功能(2)載體大腸桿菌等受體細胞(3)蛋白質(zhì)工程基因工程(4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列,推測出其脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀來合成新的胰島素基因,必備知識梳

37、理,關鍵能力突破,解析 (1)蛋白質(zhì)工程的目標是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分子設計,因此,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是蛋白質(zhì)(速效胰島素)的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結(jié)合后,被導入受體細胞中才能得以表達。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界中原本不存在的蛋白質(zhì),需對原有的胰島素進行改造,根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,人工合成新的胰島素基因,得到目的基因。改造好的目的基因需通過基因工程將其導入受體細胞獲得工程菌,再利用工程菌進行發(fā)酵,從而獲取大量產(chǎn)品。因此該過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。(4)由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因,其基

38、本設計思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中的氨基酸序列,推測出基因中的脫氧核苷酸序列,然后用DNA合成儀直接合成出新的基因。,必備知識梳理,關鍵能力突破,蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 (1)區(qū)別,必備知識梳理,關鍵能力突破,(2)聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程。 基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進行修飾、改造。,必備知識梳理,關鍵能力突破,PCR技術和DNA的粗提取與鑒定 1.PCR技術 (1)PCR原理:DNA復制,即:,必備知識梳理,關鍵能力突破,(2)PCR反應過程,(3)結(jié)果:上述三步反應完成后,一個DNA分子就變成了兩個DNA分子,隨著重復次數(shù)的增多,DNA分

39、子以2n的形式增加。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(4)PCR產(chǎn)物的檢測 方法:瓊脂糖凝膠電泳法。 操作步驟: 配制瓊脂糖凝膠配制TBE電泳緩沖液將載樣緩沖液加入電泳槽樣品孔接通電源,DNA樣品由負極向正極移動當指示劑移動到凝膠邊緣時,斷電終止電泳用EB染色法在紫外儀上觀察電泳帶及其位置。,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.DNA的粗提取與鑒定 (1)實驗原理 DNA與蛋白質(zhì)在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,必備知識梳理,關鍵能力突破,DNA不溶于酒精溶液,但是細胞中的某些蛋白質(zhì)則溶于酒精,利用這一原理可將DNA與蛋白質(zhì)進一步分離。 DNA與二苯胺

40、沸水浴加熱,呈藍色。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(2)操作流程,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.科學思維運用歸納與概括、模型與建模、創(chuàng)新型思維的方法,根據(jù)DNA復制的原理,理解PCR技術的基本原理。 2.科學探究通過DNA的粗提取和鑒定實驗,了解提取生物大分子的基本思路和方法;通過嘗試PCR技術的基本操作,體驗PCR這一常規(guī)的分子生物學實驗方法。 3.社會責任關注PCR技術在遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆等方面的應用。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(科學思維、科學探究、社會責任)(2018安徽四校聯(lián)考)回答下列有關PCR過程的問題。 (1)PCR的每次循環(huán)可以分為

41、三步。假設在PCR反應中,只有一個DNA片段作為模板,請計算在5次循環(huán)后,反應物中大約有個這樣的DNA片段。 (2)請用簡圖表示出一個DNA片段在PCR反應中第二輪的產(chǎn)物。 (3)簡述PCR技術的主要應用(要求3項以上)。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)變性、復性和延伸32 (2)如圖所示 (3)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆和DNA序列測定(其中3項即可),必備知識梳理,關鍵能力突破,解析 (1)DNA復制時兩條鏈均作為模板,進行半保留復制,所以復制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為25=32。(2)新合成的DNA鏈帶有引物,而最初的模板DNA的兩條鏈不帶有引物。(3)P

42、CR技術可以對DNA分子進行擴增,所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆和DNA序列測定等方面。,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1PCR技術 1.PCR是多聚酶鏈式反應的縮寫,利用PCR技術可對目的基因進行擴增。請根據(jù)下面PCR反應原理示意圖回答有關問題。,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)PCR的原理是。 (2)PCR技術使DNA解鏈是通過實現(xiàn)的,DNA的這種解鏈現(xiàn)象在一定條件下是(填“可逆的”或“不可逆的”)。 (3)DNA解鏈后冷卻的目的是。 (4)當溫度加熱至7075 時,是酶把單個脫氧核苷酸通過鍵連接到引物上。如此逐漸延伸形成互補鏈,進而使目的基因加倍。 (5)通過

43、重復循環(huán)過程,使目的基因以形式擴增。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)DNA雙鏈復制(2)高溫加熱可逆的(3)讓引物與互補DNA鏈相結(jié)合 (4)熱穩(wěn)定DNA聚合磷酸二酯(5)指數(shù) 解析 (1)PCR的原理是DNA雙鏈復制。(2)PCR技術通過高溫加熱使DNA解鏈,DNA的這種解鏈現(xiàn)象在一定的條件下是可逆的,即降低溫度后能復性。(3)DNA解鏈后冷卻的目的是讓引物與互補DNA鏈相結(jié)合,形成局部雙鏈。(4)當溫度加熱至7075 時,熱穩(wěn)定DNA聚合酶把單個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接到引物上。如此逐漸延伸形成互補鏈。(5)PCR技術中,目的基因以指數(shù)形式擴增。,必備知識梳理,關鍵能力突破,

44、生物體內(nèi)DNA復制與PCR反應的區(qū)別,必備知識梳理,關鍵能力突破,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2DNA的粗提取與鑒定 2.實驗中對DNA進行鑒定時,做如下操作:,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)根據(jù)上圖,完成表格空白處的實驗內(nèi)容。 (2)對于B試管,完成1、2、3的操作后溶液顏色如何變化?。 (3)在沸水浴中加熱的目的是,同時說明DNA對高溫有較強的。 (4)A試管在實驗中的作用是。 (5)B試管中溶液顏色的變化程度主要與有關。,必備知識梳理,關鍵能力突破,答案 (1)溶液不變藍色溶液逐漸變藍色 DNA在沸水浴的情況下遇二苯胺會被染成藍色 (2)溶液顏色基本不變 (3)加快顏色反應速度耐

45、受性 (4)對照 (5)加入試管中的DNA(絲狀物)的多少 解析 A、B兩試管形成對照,B試管中含DNA絲狀物,A試管中不含,起對照作用,其他條件均完全相同。本實驗強調(diào)反應條件是沸水浴加熱5 min,這樣可加快顏色反應的速度,觀察對比兩試管的顏色時要等到冷卻以后。,必備知識梳理,關鍵能力突破,DNA的粗提取與鑒定中的“234”,1,2,3,4,1.下列有關限制酶的敘述,正確的是() A.用限制酶切割一個DNA分子中部,獲得一個目的基因時,被水解的磷酸二酯鍵有2個 B.限制酶識別序列越短,則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大 C.CATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端堿基數(shù)不同 D.只有

46、用相同的限制酶處理含目的基因的片段和質(zhì)粒,才能形成重組質(zhì)粒,答案,解析,1,2,3,4,2.下圖是培育表達人乳鐵蛋白的乳腺生物反應器的技術路線。圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因,ampR表示氨芐青霉素抗性基因,直線所示為BamH I、Hind、Sma三種限制酶的酶切位點。下列敘述錯誤的是() A.將人乳鐵蛋白基因插入載體,需用Hind和BamH I限制酶同時酶切載體和人乳鐵蛋白基因 B.篩選含有重組載體的受體細胞首先需要在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上進行 C.能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細胞中特異性表達的調(diào)控序列是啟動子等 D.進行過程前,需要對早期胚胎進行性別鑒定,答案,解析,1,2,3,4,3.下面圖1為

47、某植物育種流程,圖2表示利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得某種轉(zhuǎn)基因植物的部分操作步驟。下列相關敘述錯誤的是(),1,2,3,4,A.圖1子代與原種保持遺傳穩(wěn)定性,子代和子代選育原理相同 B.圖1子代選育顯性性狀需自交多代,子代可能發(fā)生基因突變和染色體變異 C.圖2中過程的完成需要限制酶和DNA連接酶的參與 D.圖2中可與多個核糖體結(jié)合,并可以同時翻譯出多種蛋白質(zhì),答案,解析,1,2,3,4,4.鐮刀型細胞貧血癥是一種單基因遺傳病,患者的血紅蛋白分子-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替,導致功能異常?；卮鹣铝袉栴}。 (1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血紅蛋白基因的序列發(fā)生改變。 (2)將正常

48、的血紅蛋白基因?qū)牖颊叩墓撬柙煅杉毎?可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質(zhì)工程,理由是該操作。 (3)用基因工程方法制備血紅蛋白時,可先提取早期紅細胞中的,以其作為模板,在酶的作用下反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和酶的作用下,構(gòu)建基因表達載體,導入受體菌后進行表達。,1,2,3,4,(4)檢測受體菌是否已合成血紅蛋白,可從受體菌中提取,用相應的抗體進行雜交,若出現(xiàn)雜交帶,則表明該受體菌已合成血紅蛋白。,答案 (1)堿基對(或脫氧核苷酸) (2)不屬于沒有對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造(或沒有對基因進行修飾) (3)mRNA(或RNA)逆轉(zhuǎn)錄DNA連接 (4)蛋白質(zhì) 抗原抗體,1,2,3,4,解析 (1)編碼血紅蛋白的基因中因堿基對的替換導致編碼的氨基酸種類改變。(2)蛋白質(zhì)工程是通過基因修飾或基因合成,實現(xiàn)對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造出新的蛋白質(zhì)。導入正常的血紅蛋白基因不屬于蛋白質(zhì)工程。(3)因血紅蛋白基因只在早期紅細胞中表達,所以可從其中提取mRNA,以mRNA為模板,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。構(gòu)建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶。(4)目的基因是否表達可以通過從受體菌中提取蛋白質(zhì),進行抗原抗體雜交實驗加以判斷。,