专题九选修3第1讲基因工程与细胞工程.ppt

基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一，基基因工程是当前生命科学研究的热点和前沿之一，基因诊断、基因治疗、基因产品在人们生活中的出现日渐频因诊断、基因治疗、基因产品在人们生活中的出现日渐频繁。基因工程的原理、技术与应用是选修繁。基因工程的原理、技术与应用是选修3的重要考点，且的重要考点，且经常与胚胎工程、微生物的培养、克隆技术、组织培养等经常与胚胎工程、微生物的培养、克隆技术、组织培养等知识进行综合考查。动物细胞培养及应用、植物组织培养知识进行综合考查。动物细胞培养及应用、植物组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用也是重要的考点。与植物体细胞杂交在农业生产中的应用也是重要的考点。(1)纵向联系，系统复习。纵向联系，系统复习。结合基因的结构与功能、结合基因的结构与功能、细胞结构、生态系统等内容，全面系统地复习基因工程、细胞结构、生态系统等内容，全面系统地复习基因工程、细胞工程及生态工程等内容。细胞工程及生态工程等内容。(2)运用比较法，避免认识误区。运用比较法，避免认识误区。选修选修3中易混的基本中易混的基本概念较多，建议用比较法区分两种有关联或具有某方面概念较多，建议用比较法区分两种有关联或具有某方面的相似特征以及容易混淆的概念和原理，这样有助于使的相似特征以及容易混淆的概念和原理，这样有助于使基本概念、原理清晰化；突出专有名词和术语的合理使基本概念、原理清晰化；突出专有名词和术语的合理使用，避免张冠李戴，生搬硬套。用，避免张冠李戴，生搬硬套。考点一考点一基因工程基因工程考点考点解读解读1.基因工程的基因工程的诞诞生生2基因工程的原理及技基因工程的原理及技术术3基因工程的基因工程的应应用用4蛋白蛋白质质工程工程1(2010浙江高考浙江高考)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因 烟草过程中，下列操作错误的是烟草过程中，下列操作错误的是 ()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组将重组DNA分子导入烟草原生质体分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析解析本题考查基因工程的工具和基本操作步骤，意在考查本题考查基因工程的工具和基本操作步骤，意在考查对基因工程技术基本过程的理解及应用于实际生产、生活的能对基因工程技术基本过程的理解及应用于实际生产、生活的能力。限制性核酸内切酶切割的是力。限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传，而烟草花叶病毒的遗传物质为物质为RNA，所以，所以A错误；目的基因与载体的连接由错误；目的基因与载体的连接由DNA连接连接酶催化连接，酶催化连接，B正确；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草正确；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体，原生质体，C正确；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时正确；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，候应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，D正确。正确。答案答案 A1基因操作的工具基因操作的工具限制限制酶酶DNA 连连接接酶酶载载体体作用作用切割目的基因切割目的基因和和载载体体拼接拼接 DNA DNA 片片段，形成重段，形成重组组 DNADNA携携带带目的基因目的基因进进入受体入受体细细胞胞作用部位作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间间形成的磷酸二形成的磷酸二酯键酯键限制限制酶酶DNA 连连接接酶酶载载体体作用特作用特点点(条条件件)识别识别特定的核特定的核苷酸序列苷酸序列在特在特定位点上切割定位点上切割Ecoli DNA 连连接接酶酶只能只能连连接黏性接黏性末端末端T4 DNA 连连接接酶酶能能连连接黏性末接黏性末端和平末端端和平末端能在宿主能在宿主细细胞胞内内稳稳定存在并大定存在并大量复制量复制有多个有多个限制限制酶酶切割位点切割位点具有特殊的具有特殊的标标记记基因基因常用常用类类型型EcoR 限制限制酶酶Sma限制限制酶酶Ecoli DNA 连连接接酶酶T4 DNA 连连接接酶酶质质粒、粒、噬菌体噬菌体的衍生物、的衍生物、动动植植物病毒物病毒2基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序(1)获取目的基因的方法获取目的基因的方法从基因文库中获取；从基因文库中获取；利用利用 PCR(聚合酶链式反应聚合酶链式反应)技术扩增目的基因；技术扩增目的基因；人工合成。人工合成。(2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建(基因工程的核心基因工程的核心)构建目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且构建目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用；用；一个基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止一个基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因等。子、标记基因等。构建方法构建方法(4)目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定类类型型步步骤骤检测检测内容内容方法方法分子分子检测检测第一步第一步转转基因生物染色体的基因生物染色体的 DNA 上是否插入了目上是否插入了目的基因的基因DNA 分子分子杂杂交技交技术术(DNA 和和 DNA 之之间间)第二步第二步目的基因是否目的基因是否转录转录出出了了 mRNA分子分子杂杂交技交技术术(DNA 和和 mRNA 之之间间)第三步第三步目的基因是否翻目的基因是否翻译译成成蛋白蛋白质质抗原抗原抗体抗体杂杂交技交技术术(抗抗原和抗体之原和抗体之间间)个体水平个体水平鉴鉴定定抗虫、抗病的接种抗虫、抗病的接种实验实验，以确定是否具有抗性，以确定是否具有抗性以及抗性程度；基因工程以及抗性程度；基因工程产产品与天然品与天然产产品的功品的功能活性比能活性比较较，以确定功能活性是否相同等，以确定功能活性是否相同等考点二考点二细胞工程细胞工程考点考点解读解读1.植物的植物的组织组织培养培养2动动物的物的细细胞培养与体胞培养与体细细胞克隆胞克隆3细细胞融合与胞融合与单单克隆抗体克隆抗体2(2010江苏高考江苏高考)明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保 护性开发利用的方法有护性开发利用的方法有(多选多选)()A设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产B大量培养愈伤组织，直接提取药用成分大量培养愈伤组织，直接提取药用成分C大规模栽培组织培养苗，获取药用成分大规模栽培组织培养苗，获取药用成分D利用组织培养获得胚状体，制成人工种子利用组织培养获得胚状体，制成人工种子解析解析本题考查植物细胞培养的实际应用知识，意在考查本题考查植物细胞培养的实际应用知识，意在考查对该知识点的理解能力。对于珍稀植物的保护性开发利用，对该知识点的理解能力。对于珍稀植物的保护性开发利用，可借助植物组织培养技术。植物组织培养可通过大量培养愈可借助植物组织培养技术。植物组织培养可通过大量培养愈伤组织，并设计细胞反应器实现其药用成分的工厂化生产并伤组织，并设计细胞反应器实现其药用成分的工厂化生产并从中提取药用成分；也可通过培育试管苗或人工种子进行扩从中提取药用成分；也可通过培育试管苗或人工种子进行扩大培养进而对其实现快速繁殖。大培养进而对其实现快速繁殖。答案答案ABCD1植物组织培养和动物细胞培养的区别植物组织培养和动物细胞培养的区别项项目目植物植物组织组织培养培养动动物物细细胞培养胞培养理理论论基基础础植物植物细细胞全能性胞全能性细细胞增殖胞增殖培培养养基基类类型型固体或半固体培养基固体或半固体培养基液体培养基液体培养基成分成分水、水、矿质矿质元素、元素、维维生生素、蔗糖、氨基酸、素、蔗糖、氨基酸、琼琼脂脂葡萄糖、氨基酸、葡萄糖、氨基酸、无机无机盐盐、维维生素、生素、促生促生长长因子、因子、动动物物血清等血清等项项目目植物植物组织组织培养培养动动物物细细胞培养胞培养取材取材植物幼嫩部位或花植物幼嫩部位或花药药等等动动物胚胎或出生不久的物胚胎或出生不久的幼幼龄动龄动物的器官或物的器官或组织组织过过程程项项目目植物植物组织组织培养培养动动物物细细胞培养胞培养结结果果新的新的组织组织或植株个体，可以体或植株个体，可以体现现全能性全能性新的新的细细胞，不形成个胞，不形成个体，不体体，不体现现全能性全能性目的目的植株快速繁殖；植株快速繁殖；脱毒植株脱毒植株的培养；的培养；人工种子；人工种子；生生产产药药物、物、杀杀虫虫剂剂等；等；转转基因植基因植物的培育物的培育蛋白蛋白质质生物制品的生物制品的生生产产；皮肤移植材皮肤移植材料的培育；料的培育；检测检测有有毒物毒物质质；生理、病生理、病理、理、药药理学研究理学研究相同点相同点两技两技术术手段培养手段培养过过程中都程中都进进行有行有丝丝分裂，都是无性分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂；繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂；均均为为无菌操作，需要适宜的温度、无菌操作，需要适宜的温度、pH 等条件等条件2植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体植物体细细胞胞杂杂交交动动物物细细胞融合胞融合(单单克隆抗体克隆抗体制制备备)理理论论基基础础(原理原理)细细胞膜的流胞膜的流动动性、性、细细胞胞的全能性的全能性细细胞膜的流胞膜的流动动性、性、细细胞胞增殖增殖融合融合前前处处理理酶酶解法去除解法去除细细胞壁胞壁(纤纤维维素素酶酶、果胶、果胶酶酶)注射特定抗原免疫注射特定抗原免疫处处理正常理正常小鼠小鼠促融促融方法方法物理法：离心、振物理法：离心、振动动、电电刺激等刺激等化学法：聚化学法：聚乙二醇乙二醇(PEG)物化法：与植物物化法：与植物细细胞融合胞融合相同相同生物法：生物法：灭灭活的仙台活的仙台病毒病毒植物体植物体细细胞胞杂杂交交动动物物细细胞融合胞融合(单单克隆抗体制克隆抗体制备备)过过程程第一第一步步原生原生质质体的体的制制备备(酶酶解法解法)正常小鼠免疫正常小鼠免疫处处理理第二第二步步原生原生质质体融体融合合(物、化法物、化法)动动物物细细胞融合胞融合(物、物、化、生物法化、生物法)第三第三步步杂杂种植的种植的筛筛选选与培养与培养杂杂交瘤交瘤细细胞胞筛选筛选与与培养培养第四第四步步杂杂种植株种植株诱诱导导与与鉴鉴定定单单克隆抗体的提克隆抗体的提纯纯植物体植物体细细胞胞杂杂交交动动物物细细胞融合胞融合(单单克隆抗体克隆抗体制制备备)意意义义和和用途用途克服克服远缘杂远缘杂交不交不亲亲合合的障碍，大大的障碍，大大扩扩展展杂杂交的交的亲亲本本组组合范合范围围制制备单备单克隆抗体克隆抗体诊诊断、断、治治疗疗、预预防疾病。例如：防疾病。例如：单单抗抗诊诊断盒、断盒、“生物生物导弹导弹”治治疗疗癌症癌症特别提示特别提示在诱导剂的作用下进行细胞融合，形成的杂种在诱导剂的作用下进行细胞融合，形成的杂种细胞有三种：细胞有三种：AA型、型、BB 型和型和 AB 型，只有型，只有 AB 型才是我们型才是我们所需的杂种细胞，因此需要用选择培养基进行筛选。所需的杂种细胞，因此需要用选择培养基进行筛选。考向一考向一基因工程及其基因工程及其应应用用命命题题指数指数例例1(2010天津高考天津高考)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，表示氨苄青霉素抗性基因，BamamH、Hinind、Smama直线所示为三种限制酶的酶切位点。直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：据图回答：(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用_限制酶限制酶 同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的 大肠杆菌首先需要在含大肠杆菌首先需要在含_的培养基上进行。的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序 列是列是_(填字母代号填字母代号)。A启动子启动子BtetR C复制原点复制原点 DampR(3)过程过程可采用的操作方法是可采用的操作方法是_(填字母代号填字母代号)。A农杆菌转化农杆菌转化 B大肠杆菌转化大肠杆菌转化 C显微注射显微注射 D细胞融合细胞融合(4)过程过程采用的生物技术是采用的生物技术是_。(5)对早期胚胎进行切割，经过程对早期胚胎进行切割，经过程可获得多个新个体。这可获得多个新个体。这 利用了细胞的利用了细胞的_性。性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用_(填字填字 母代号母代号)技术。技术。A核酸分子杂交核酸分子杂交 B基因序列分析基因序列分析 C抗原抗原抗体杂交抗体杂交 DPCR解析解析本题综合考查基因工程和胚胎工程的相关知识，同本题综合考查基因工程和胚胎工程的相关知识，同时考查利用所学原理解决实际问题的能力。时考查利用所学原理解决实际问题的能力。(1)Sam 酶切位点在人乳铁蛋白基因内，如用其酶切，则会破酶切位点在人乳铁蛋白基因内，如用其酶切，则会破坏目的基因，故排除。为防止目的基因和载体自身连接，在利坏目的基因，故排除。为防止目的基因和载体自身连接，在利用限制酶进行切割时，两端需要剪切成不同的黏性末端，因此用限制酶进行切割时，两端需要剪切成不同的黏性末端，因此需要用需要用BamH 和和Hind 两种限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋两种限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。因人乳铁蛋白基因插入位置位于白基因。因人乳铁蛋白基因插入位置位于tetR四环素抗性基因四环素抗性基因内，因此该基因不能表达而导致受体细胞无四环素抗性；又因内，因此该基因不能表达而导致受体细胞无四环素抗性；又因为载体上的为载体上的ampR氨苄青霉素抗性基因未被破坏，所以受体氨苄青霉素抗性基因未被破坏，所以受体细胞具有氨苄青霉素抗性，故筛选含有重组载体的大肠杆菌细胞具有氨苄青霉素抗性，故筛选含有重组载体的大肠杆菌需要在含氨苄青霉素的培养基上进行。需要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子位于基因的启动子位于基因的首端，可驱动基因转录出信使首端，可驱动基因转录出信使RNA，使基因得以表达，故属，使基因得以表达，故属于调控序列。于调控序列。(3)过程将目的基因导入到动物的受精卵中，过程将目的基因导入到动物的受精卵中，一般采用显微注射法。一般采用显微注射法。(4)过程表示将早期胚胎移入代孕牛过程表示将早期胚胎移入代孕牛体内继续发育，故为胚胎移植技术。体内继续发育，故为胚胎移植技术。(5)早期胚胎分割成几份早期胚胎分割成几份后，每份经移植和培养后都能形成一个新的个体，利用了细后，每份经移植和培养后都能形成一个新的个体，利用了细胞的全能性。胞的全能性。(6)人乳铁蛋白基因成功表达的标志是产生了人人乳铁蛋白基因成功表达的标志是产生了人乳铁蛋白，因此可利用抗原抗体杂交技术检测其是否成功乳铁蛋白，因此可利用抗原抗体杂交技术检测其是否成功表达。表达。答案答案(1)Hind 和和BamH 氨苄青霉素氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术胚胎移植技术(5)全能全能(6)C(1)基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基因保基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基因保 在受体菌中。在受体菌中。(2)在基因工程的四个操作步骤中，只有第三步将目的基因导在基因工程的四个操作步骤中，只有第三步将目的基因导 入受体细胞不需碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基入受体细胞不需碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基 互补配对。互补配对。(3)原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，有利原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，有利 于目的基因的复制与表达，因此常采用大肠杆菌等原核生于目的基因的复制与表达，因此常采用大肠杆菌等原核生 物作为受体细胞。物作为受体细胞。(4)植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整 植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动 物体细胞的全能性受到严格限制，因此动物基因工程中的物体细胞的全能性受到严格限制，因此动物基因工程中的 受体细胞多是受精卵。受体细胞多是受精卵。考向二考向二细细胞工程及其胞工程及其应应用用命命题题指数指数例例2(2010新课标全国卷新课标全国卷)请回答：请回答：(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可 以保持品种的以保持品种的_，繁殖种苗的速度，繁殖种苗的速度_。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完 整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部_。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上 进行，其原因是避免进行，其原因是避免_的污染。的污染。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗 _，而与，而与_配比适宜时可促进芽的增殖。若配比适宜时可促进芽的增殖。若 要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用 的生长调节剂是的生长调节剂是_(脱落酸、脱落酸、2,4D)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗 糖的培养基上一段时间后，单株鲜重糖的培养基上一段时间后，单株鲜重 和光合作用强度的变化如图。据图分和光合作用强度的变化如图。据图分 析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是光合作用强度的变化趋势是_，单株鲜重的变化趋势是单株鲜重的变化趋势是_。据图判断，培养基中。据图判断，培养基中 不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量 _(能、不能能、不能)满足自身最佳生长的需要。满足自身最佳生长的需要。(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合 作用能力，应作用能力，应_(降低，增加降低，增加)培养基中蔗糖浓度，培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。以便提高试管苗的自养能力。解析解析本题结合必修教材中光合作用和植物激素的调节等内本题结合必修教材中光合作用和植物激素的调节等内容综合考查选修容综合考查选修3模块中的植物细胞工程技术，意在考查对所模块中的植物细胞工程技术，意在考查对所学知识融会贯通、灵活应用的能力。学知识融会贯通、灵活应用的能力。(1)植物组织培养中的微植物组织培养中的微型繁殖技术属于无性生殖，具有可以保持亲代的遗传特性、型繁殖技术属于无性生殖，具有可以保持亲代的遗传特性、繁殖速度快等特点。离体的叶肉细胞具有全能性，是因为其繁殖速度快等特点。离体的叶肉细胞具有全能性，是因为其含有控制该植物生长发育所需的全部遗传信息。含有控制该植物生长发育所需的全部遗传信息。(2)植物组织植物组织培养过程中要保持无菌条件，以避免微生物的污染。培养过程中要保持无菌条件，以避免微生物的污染。(3)生长生长素能促进生根；植物组织培养中当细胞分裂素浓度大于生长素能促进生根；植物组织培养中当细胞分裂素浓度大于生长素浓度时可诱导芽的分化。若要抑制试管苗的生长，可用高素浓度时可诱导芽的分化。若要抑制试管苗的生长，可用高浓度的生长素或生长素类似物如浓度的生长素或生长素类似物如2,4D。(4)分析图示可知，分析图示可知，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用逐渐减弱，而单株随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用逐渐减弱，而单株鲜重则是先增加后减少；因蔗糖浓度为鲜重则是先增加后减少；因蔗糖浓度为0时，虽然光合作用强时，虽然光合作用强度较大，但单株鲜重比较低，此时试管苗光合作用产生的有度较大，但单株鲜重比较低，此时试管苗光合作用产生的有机物量不能满足自身最佳生长的需要，蔗糖浓度为机物量不能满足自身最佳生长的需要，蔗糖浓度为1%左右时左右时才能满足自身最佳生长的需要。才能满足自身最佳生长的需要。(5)随着蔗糖浓度的增加，光随着蔗糖浓度的增加，光合作用强度逐渐减小，故要提高光合作用能力，则应适当降合作用强度逐渐减小，故要提高光合作用能力，则应适当降低培养基中的蔗糖浓度。低培养基中的蔗糖浓度。答案答案(1)遗传特性快遗传信息遗传特性快遗传信息(2)微生物微生物(3)生根细胞分裂素生根细胞分裂素2,4D(4)逐渐减小先增加后下降不能逐渐减小先增加后下降不能(5)降低降低点击此图片进入电子稿点击此图片进入电子稿