教师资格(统考)-生物学科-精讲班-第一部分第六章 现代生物科技专题.pptx
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1、生物学科知识与教学能力(中学)精讲班教师资格(统考)授课教师:柳磊第六章 现代生物科技专题考试大纲掌握与普通高中生物学课程相关的植物学、动物学、植物生理学、动物生理学、生态学、生物化学、分子生物学等领域的基础知识和基本原理及相关的生物技术。考点聚焦1.本章知识在历年考试中考查形式灵活,覆盖单项选择题与简答题。2.在历年考试中,现代生物科技专题都与其他知识结合进行考查,考生需要识记各生物技术的基本原理与方法。第六章 现代生物科技专题一、基因工程的原理、技术和应用(一)基因工程的概念及原理基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外DNA重组和转基因技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合
2、人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,又叫作DNA重组技术,其原理是基因重组。第一节 基因工程(二)基因工程的基本工具1.“分子手术刀”一一限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。(2)功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。第一节 基因工程(3)结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将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中心轴线处切开时
3、产生的则是平未端。第一节 基因工程2.“分子缝合针”DNA连接酶(1)两种DNA连接酶(E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较相同点:都缝合磷酸二酶键。区别:E.coliDNA连接酶来源于大肠杆菌,只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA连接酶能缝合两种末端,但连接平末端之间效率较低。第一节 基因工程(2)与DNA聚合酶作用的异同DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。第一节 基因工程3.“分子运输车”一一运载体(1)载体具备的条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;
4、具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入;具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。(2)最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。(3)其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒。第一节 基因工程【2017年上半年真题】下列有关基因工程的叙述,不正确的是()A.工具酶有限制酶和连接酶B.酶切形成的末端有黏性末端和平末端C.连接酶的作用是连接两个核苷酸之间的磷酸二酯键D.限制酶的作用是限制两个核苷酸之间的磷酸二酯键的连接第一节 基因工程【答案】D【解析】限制酶,即限制性核酸内切酶,其作用是能够识别并切割特异的双链DNA序列,在
5、构建重组载体时,需用限制性核酸内切酶切割目的基因和载体,并不是限制两个核苷酸之间磷酸二酯键的连接,故D项错误。第一节 基因工程【2016年下半年真题】水母发光蛋白由236个氨基酸构成,编码该蛋白的基因可作为标记基因。在转基因技术中,这种蛋白质的作用是()。A.使目的基因容易成功表达B.使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易导人宿主细胞中D.使成功转基因的个体容易被检测出第一节 基因工程【答案】D。【解析】编码水母发光蛋白的基因可以作为标记基因,可使成功转基因的个体更容易被检测出。第一节 基因工程(三)基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因,例如,与生
6、物抗逆性相关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与有毒物质降解相关的基因,以及与工业所需用酶相关的基因等,也可以是一些具有调控作用的因子。目的基因可从基因文库中获取,或PCR技术扩增目的基因,或化学合成等方法获得。第一节 基因工程2.基因表达载体的构建使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体由目的基因启动子终止子标记基因组成。第一节 基因工程3.将目的基因导入受体细胞(1)导入的概念导入是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。(2)常用的导入方法将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是农杆菌
7、转化法,其次还有基因枪法和花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。将目的基因导入微生物细胞:钙离子(如氯化钙)处理法。第一节 基因工程4.目的基因的检测和表达首先,检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。其次,还要检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。最后,检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交。有时还需进行个体生物学水平的鉴定,如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。第一节 基因工程(四)基因工程的应用(1)植物
8、基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。(2)动物基因工程:提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。(3)基因工程药物:生产胰岛素、细胞因子等。(4)基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因表达产物发挥作用。第一节 基因工程【2016年下半年真题】科学家使用现代生物技术,培育出一种乳汁中含有抗病蛋白的奶牛,实现该技术是通过()。A.向牛奶中添加外源抗病蛋白基因B.在奶牛幼崽的饲料中添加抗病蛋白C.向奶牛的乳腺中注射外源抗病蛋白基因D.在奶牛的受精卵DNA中插入外源抗病蛋白基因【答案】D第一节 基因工程二、蛋白质工程(一)蛋白质工程的概念蛋白质工程
9、是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。与基因工程不同的是,蛋白质工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。第一节 基因工程(二)蛋白质工程的基本原理它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构,又称为第二代的基因工程。基本途径:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因),以上是蛋白质工程特有的途径;然后按照基因工程的一般步骤进行。(注意:目的基因只能用人工合成的方法)第一节 基因工程设计中的困难:如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷
10、酸序列。第一节 基因工程【2017年下半年真题】科学家从某动物体内获得一种抗菌性强的多肤X,欲在X的基础上研发抗菌性强的多肽药物,首先要做的是()。A.测定多肽X的氨基酸序列B.合成编码目的肽的DNA片段C.筛选出活性强的模拟肽作为目的肽D.构建含目的肽DNA片段的表达载体第一节 基因工程【答案】A【解析】题干中已知多肽的功能,故要想在多肽X的基础研发抗菌性强的多肽药物,首先要测定该多肽的氨基酸序列,然后再对其进行改造及扩增。第一节 基因工程(三)蛋白质组计划和人类基因组计划的比较2001年,多个国家共同成立了组织实施蛋白质组计划,与基因组计划相比较,蛋白质组计划有自身特点,具体比较见下表:第
11、一节 基因工程第一节 基因工程比较项目蛋白质组计划基因组计划启动时间2001年成立组织1990年正式启动主要内容“肝脏蛋白质”和“血浆蛋白质”的研究测定人类基因组24条染色体上全部DNA序列参加国家16个国家,80多个实验室6个国家,中国是唯一的发展中国家我国承担任务牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”承担1%的测序工作意义揭示并确认肝脏(血浆)蛋白质为重大疾病预防、诊断、治疗以及新药研发提供科学基础推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗揭示基因表达的机理考点梳理一、植物细胞工程(一)植物组织培养技术1.过程脱分化再分化离体的植物器官、组织或细胞(外植体)愈伤组织试管苗植物体。第二节 细胞工程2.用
12、途微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。3.地位植物组织培养技术是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。第二节 细胞工程(二)植物体细胞杂交技术1.过程植物体细胞杂交的过程可概括为下图所示:第二节 细胞工程杂交的两种植物细胞原生质体融合后的原生质体杂种细胞愈伤细胞杂种植株用纤维素酶、果胶酶去细胞壁乙二醇等诱导经电激或聚再生细胞壁细胞分裂组织培养2.诱导融合的方法植物原生质体诱导融合的方法有物理法(离心、振动、电刺激、激光诱导等)和化学法(无机盐、高pH值一高钙、聚乙二醇诱导等)。3.意义植物体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍。第二节 细
13、胞工程【2017年上半年真题】下列有关生物工程的叙述,不正确的是()。A.植物细胞工程都能定向改造生物的遗传性状B.细胞工程中,可利用双亲细胞的特性筛选出杂种细胞C.人工合成目的基因时,蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D.发酵工程可利用诱变育种、细胞工程、基因工程等方法选育菌种第二节 细胞工程【答案】A【解析】植物细胞工程包括植物组织培养、植物体细胞杂交等,植物组织培养不能定向改造生物的遗传性状。第二节 细胞工程二、动物细胞工程(一)动物细胞培养1.概念动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中让这些细胞生长和繁殖。第二节 细胞工程2.动物细胞培
14、养的流程动物细胞培养的流程可概括为下图所示:第二节 细胞工程动物胚胎或幼龄动物组织块剪碎胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理单个细胞细胞悬浮液原代培养(遗传物质未变)(10-50代)(遗传物质改)无限传代细胞贴壁,出现接触抑制细胞系传代培养(传10代以内)细胞株3.细胞贴壁和接触抑制悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。第二节 细胞工程4.动物细胞培养需要满足的条件(1)无菌、无毒的环境:培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防止培养过程中的污染。此外,应定期更换培养
15、液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)营养:合成培养基成分包括糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。第二节 细胞工程(3)温度和pH:哺乳动物多是36.50.5;pH为7.27.4。(4)气体环境:95%空气5%C02。O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH值。第二节 细胞工程5.动物细胞培养技术的应用制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。6.动物细胞培养和植物细胞培养的区别动物细胞的培养与植物细胞相比,存在明显的区别,可概括为下表所示:第二节 细胞工程动物细胞的培养与植物细胞相比,存在明显的区别,
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