屆高考生物一輪復(fù)習(xí)課件：選修三第課時(shí)基因工程

選修三現(xiàn)代生物科技1.復(fù)習(xí)線索(1)以基因工程的具體成果(如抗蟲棉)為主線，系統(tǒng)復(fù)習(xí)基因工程的操作工具和操作步驟等知識(shí)點(diǎn)。(2)以植物的組織培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)復(fù)習(xí)其他細(xì)胞工程技術(shù)手段。(3)以體內(nèi)受精作用和個(gè)體發(fā)育過程為基礎(chǔ)，系統(tǒng)復(fù)習(xí)胚胎工程的流程。(4)以環(huán)境保護(hù)未目的結(jié)合實(shí)際生活進(jìn)行相關(guān)考察。2.復(fù)習(xí)方法(1)圖解法復(fù)習(xí)基因工程和胚胎工程。(2)比較法復(fù)習(xí)植物組織培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)；植物體細(xì)胞雜交和動(dòng)物細(xì)胞融合及單克隆抗體制備。(3)關(guān)注熱點(diǎn)科研成果，注意知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用。1.考查力度：占分比重相對(duì)穩(wěn)定，如全國(guó)理綜新課標(biāo)卷只出一個(gè)15分的簡(jiǎn)答題2.考查內(nèi)容(1)基因工程中三種工具。(2)基因工程操作四步曲。(3)基因工程成果——轉(zhuǎn)基因生物實(shí)例及安全性討論。(4)細(xì)胞工程中植物組織培養(yǎng)、植物體細(xì)胞雜交。(5)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和單克隆抗體的制備及應(yīng)用。(6)核移植技術(shù)。(7)胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。(8)干細(xì)胞的研究。(9)生態(tài)工程與環(huán)境保護(hù)問題本單元包括選修三的全部?jī)?nèi)容——基因工程、細(xì)胞工程、胚胎工程、生物技術(shù)的安全性和倫理問題以及生態(tài)工程等內(nèi)容2014年備考建議三年考情總結(jié)權(quán)威解讀考綱專真第1課時(shí)基因工程課前落實(shí)知識(shí)點(diǎn)一基因工程的基本工具［判一判］

(1)限制酶只能用于切割目的基因。 ()(2)限制酶切割DNA分子具有特異性。 ()(3)限制酶切割DNA后可產(chǎn)生黏性末端和平末端兩種類型。 ()(4)DNA連接酶能將兩堿基間通過形成氫鍵連接起來。()(5)E·coliDNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端。 ()(6)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體。 ()(7)載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(dá)。 ()知識(shí)點(diǎn)二基因工程的基本操作程序知識(shí)點(diǎn)三基因工程的應(yīng)用把________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使________發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，分為________基因治療和________基因冶療基因治療培育________植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和________植物；利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)植物基因工程提高動(dòng)物________來提高產(chǎn)品產(chǎn)量；改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)________；用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體動(dòng)物基因工程應(yīng)用技術(shù)名稱知識(shí)點(diǎn)四蛋白質(zhì)工程［判一判］

(1)蛋白質(zhì)工程可按照人的意愿生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。 ()(2)人類主要通過直接改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)。 ()(3)蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。 ()自我校對(duì)知識(shí)點(diǎn)一(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√知識(shí)點(diǎn)二編碼蛋白質(zhì)PCR技術(shù)啟動(dòng)子終止子農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法插入了目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA知識(shí)點(diǎn)三生長(zhǎng)速率藥物抗蟲轉(zhuǎn)基因抗逆轉(zhuǎn)基因正常基因該基因的表達(dá)產(chǎn)物體外體內(nèi)知識(shí)點(diǎn)四(1)√(2)×(3)√考點(diǎn)透析考點(diǎn)一基因工程的基本操作工具核心突破

1.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)(1)存在：主要存在于原核生物中。

(2)特性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。(3)識(shí)別序列的特點(diǎn)：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如，以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱；以為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱。GCGCCGCGCCAGGGGTCCAT(4)切割后末端的種類：DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式——黏性末端和平末端

(如圖所示)。當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中軸線處切開時(shí)，產(chǎn)生的則是平末端。2.“分子縫合針”——DNA連接酶都縫合磷酸二酯鍵，如圖相同點(diǎn)縫合兩種末端，但連接平末端的效率較低

只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來功能特性T4噬菌體

大腸桿菌來源T4DNA連接酶

E·coliDNA連接酶

種類3.“分子運(yùn)輸車”——載體(1)載體具備的條件：①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。(2)最常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。(3)其他載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒?！咎貏e提醒】(1)獲取目的基因和切割載體時(shí)使用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。(2)獲取一個(gè)目的基因需限制酶剪切兩次，共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端。(3)限制酶切割位點(diǎn)的選擇必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測(cè)。針對(duì)訓(xùn)練1.(2012·江蘇)圖1表示含有目的基因D的DNA片段(bp即堿基對(duì))和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspI、BamHI、MboI、SmaI4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識(shí)別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請(qǐng)回答下列問題。(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間依次由________連接。(2)若用限制酶SmaI完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是________末端，其產(chǎn)物長(zhǎng)度為________。(3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對(duì)被T-A堿基對(duì)替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對(duì)應(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaI完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長(zhǎng)度的DNA片段。(4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加________的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢測(cè)，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá)，其最可能的原因是________。答案

(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHI抗生素B同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向鏈接解析

(1)DNA單鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”連接。(2)SmaI識(shí)別的序列為CCCGGG，切割后會(huì)產(chǎn)生平末端；圖1所示的DNA分子中含有兩個(gè)SmaI的識(shí)別位點(diǎn)，第一個(gè)識(shí)別位點(diǎn)在左端534bp序列向右三個(gè)堿基對(duì)的位置；第二個(gè)識(shí)別位點(diǎn)在右端658bp序列向左三個(gè)堿基對(duì)的位置，從這兩個(gè)位點(diǎn)切割后產(chǎn)生的DNA片段長(zhǎng)度分別為534+3，796-3-3，658+3，即得到的DNA片段長(zhǎng)度分別為537bp、790bp和661bp。(3)在雜合子體內(nèi)含有基因D和基因d，基因D的序列中含有兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，經(jīng)過SmaI完全切割會(huì)產(chǎn)生537bp、790bp和661bp三種不同長(zhǎng)度的片段，基因d的序列中含有一個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，經(jīng)過切割后會(huì)產(chǎn)生1327bp和661bp兩種長(zhǎng)度的片段，綜上，雜合子中分離到該基因的DNA片段經(jīng)過切割后會(huì)產(chǎn)生4種不同長(zhǎng)度的片段。(4)能夠獲取目的基因并切開質(zhì)粒的限制酶有識(shí)別序列為GGATCC的BamHI和識(shí)別序列為GATC的MboI，若使用MboI會(huì)同時(shí)破壞質(zhì)粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，所以要用BamHI來切割目的基因和質(zhì)粒，切割后保留了完整的抗生素B抗性基因，便于篩選出含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌。因?yàn)槟康幕蚝瓦\(yùn)載體是用同種限制酶切割的，目的基因兩端的末端和質(zhì)粒切割后的兩個(gè)末端都能進(jìn)行互補(bǔ)，可能出現(xiàn)目的基因反向連接在運(yùn)載體上的情況，導(dǎo)致基因D不能正確表達(dá)。2.(2012·天津)生物分子間特異性結(jié)合的性質(zhì)廣泛用于生命科學(xué)研究。以下實(shí)例為體外處理“蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合體”獲得DNA片段信息的過程圖。據(jù)圖回答：(1)過程①酶作用的部位是________鍵，此過程只發(fā)生在非結(jié)合區(qū)DNA，過程②酶作用的部位是________鍵。(2)①、②兩過程利用了酶的________特性。(3)若將得到的DNA片段用于構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要過程③的測(cè)序結(jié)果與________酶的識(shí)別序列進(jìn)行對(duì)比，以確定選用何種酶。(4)如果復(fù)合體中的蛋白質(zhì)為RNA聚合酶，則其識(shí)別、結(jié)合DNA序列區(qū)為基因的________。(5)以下研究利用了生物分子間的特異性結(jié)合的有________(多選)A.分離得到核糖體，用蛋白酶酶解后提取rRNAB.用無水乙醇處理菠菜葉片，提取葉綠體基粒膜上的光合色素C.通過分子雜交手段，用熒光物質(zhì)標(biāo)記的目的基因進(jìn)行染色體定位D.將抑制成熟基因?qū)敕?，其mRNA與催化成熟酶基因的mRNA互補(bǔ)結(jié)合，終止后者翻譯，延遲果實(shí)成熟答案

(1)磷酸二酯肽(2)專一性(3)限制性核酸內(nèi)切酶(4)啟動(dòng)子(或轉(zhuǎn)錄起始區(qū))(5)A、C、D解析

(1)DNA酶作用的部位是DNA的磷酸二酯鍵，蛋白酶作用的部位是肽鍵。(2)①②過程利用了各種酶催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)的特性，即專一性。(3)DNA要構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要用限制性核酸內(nèi)切酶切割，再與質(zhì)粒重組。(4)RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合在基因的啟動(dòng)子上，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。(5)蛋白酶能特異性的酶解蛋白質(zhì)，分子雜交手段也是利用各物質(zhì)分子結(jié)合的特異性，抑制成熟基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA與催化成熟酶基因的mRNA堿基互補(bǔ)結(jié)合，也具有特異性，光和色素易溶于有機(jī)溶劑，與酒精并不是特異性的溶解，所以選ACD?？键c(diǎn)二基因工程的操作步驟核心突破

1.基因工程的圖解

(1)抗蟲棉的培育過程：(2)基因工程技術(shù)生產(chǎn)凝乳酶的過程：2.基因工程的操作程序分析(1)目的基因的獲取途徑。①從自然界已有的物種中分離出來，如從基因組文庫或cDNA文庫中獲取?！咎貏e提醒】cDNA文庫只含某種生物的部分基因，相當(dāng)于地方圖書館；基因組文庫含該種生物的全部基因，相當(dāng)于國(guó)家圖書館。②人工合成目的基因：常用的方法有化學(xué)合成法和反轉(zhuǎn)錄法?；瘜W(xué)合成法：蛋白質(zhì)氨基酸序列RNA堿基序列

DNA堿基序列用4種脫氧核苷酸人工合成目的基因反轉(zhuǎn)錄法：分離出供體細(xì)胞mRNA單鏈DNA

合成目的基因分析推測(cè)推測(cè)逆轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶③PCR擴(kuò)增技術(shù)與DNA復(fù)制的比較：形成整個(gè)DNA分子在短時(shí)間內(nèi)形成大量的DNA片段結(jié)果細(xì)胞內(nèi)含有的DNA聚合酶熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(Taq酶)酶主要在細(xì)胞核內(nèi)體外復(fù)制(PCR擴(kuò)增儀)場(chǎng)所解旋酶催化DNA在高溫下變性解旋解旋方式不同點(diǎn)模板、ATP、酶、原料、引物條件四種游離的脫氧核苷酸原料DNA復(fù)制(堿基互補(bǔ)配對(duì))原理相同點(diǎn)DNA復(fù)制PCR技術(shù)(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建——最核心步驟。①基因表達(dá)載體的組成：?jiǎn)?dòng)子、目的基因、終止子以及標(biāo)記基因等?！咎貏e提醒】(1)與載體相比較，增加啟動(dòng)子、目的基因和終止子三個(gè)基因片段，其功能各不相同。(2)啟動(dòng)子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。②基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法：【特別提醒】

該過程把三種工具(兩種工具酶、一種載體)全用上了，是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進(jìn)行。(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。用Ca2+處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收原核細(xì)胞或酵母菌Ca2+處理增大細(xì)胞壁通透性微生物細(xì)胞將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→發(fā)育成為具有新性狀的動(dòng)物受精卵顯微注射技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T—DNA上→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA上體細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法植物細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程受體細(xì)胞常用方法細(xì)胞類型【特別提醒】(1)唯一不涉及到堿基互補(bǔ)配對(duì)的操作步驟。(2)將微生物作為受體細(xì)胞主要原因是個(gè)體微小，代謝旺盛，繁殖速度快，獲得目的基因產(chǎn)物多。(3)植物細(xì)胞還可用基因槍法和花粉管通道法。(4)目的基因的檢測(cè)和鑒定。針對(duì)訓(xùn)練3.(2012·浙江)天然的玫瑰沒有藍(lán)色花，這是由于缺少控制藍(lán)色色素合成的基因B，而開藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B?，F(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是 ()A.提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)的DNA，再擴(kuò)增基因BB.利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍(lán)色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因BC.利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞D.將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞答案A解析提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，逆轉(zhuǎn)錄得到DNA，然后擴(kuò)增，可獲得大量的基因B，A正確；從基因文庫中獲取目的基因，只要根據(jù)目的基因的相關(guān)信息和基因文庫中的信息進(jìn)行篩選對(duì)比即可，不需要用限制酶進(jìn)行切割，B錯(cuò)誤；目的基因與質(zhì)粒的連接需要用DNA連接酶，而不是DNA聚合酶，C錯(cuò)誤；目的基因需要和運(yùn)載體連接后形成重組質(zhì)粒再導(dǎo)入，而且應(yīng)該用農(nóng)桿菌進(jìn)行感染，而不是大腸桿菌，D錯(cuò)誤。4.(2012·新課標(biāo)全國(guó))根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問題：(1)限制性內(nèi)切酶切割ＤＮＡ分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有________和________。(2)質(zhì)粒運(yùn)載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下：

AATC……GG……CTTAA為使運(yùn)載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點(diǎn)是________。(3)按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即________DNA連接酶和________DNA連接酶。(4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是______