高考生物大一轮复习 基因工程的原理 中图版选修优秀PPT.ppt

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1、高考生物大一轮复习 基因工程的原理课件 中图版选修第一页，本课件共有39页选修三第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程第一节基因工程的原理第二页，本课件共有39页【考考纲纲考情考情】最新考纲及要求三年考情(以山东高考卷为例)2014年2013年2012年基因工程的诞生无无无基因工程的原理和技术T36非选择题无T36非选择题实验：DNA的粗提取与鉴定无无无第三页，本课件共有39页【知识梳理知识梳理】考点一考点一 基因工程的工具基因工程的工具1.1.限制性内切限制性内切酶酶和和DNADNA连连接接酶酶的关系：的关系：(1)(1)限制性内切限制性内切酶酶和和DNADNA连连接接酶酶的作

2、用部位都是磷酸二的作用部位都是磷酸二酯键酯键。(2)(2)限制性内切限制性内切酶酶不切割自身不切割自身DNADNA的原因是原核生物中不存在的原因是原核生物中不存在该该酶酶的的识别识别序列或序列或识别识别序列已序列已经经被修被修饰饰。(3)DNA(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。连接酶起作用时，不需要模板。第四页，本课件共有39页2.2.作作为载为载体的条件：体的条件：条件适应性稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制性内切酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择第五页，本课件共有39页【提分技法提分技法】与与DNADNA有关的五种有关

3、的五种酶酶的比的比较较作用底物作用部位形成产物限制性内切酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸第六页，本课件共有39页考点二考点二 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.1.目的基因的获得：目的基因的获得：(1)(1)直接分离法：最常用的方法是直接分离法：最常用的方法是“鸟枪法鸟枪法”。目的基因获得后可用。目的基因获得后可用PCRPCR进一进一步扩增。步扩增。(2)(2)人工合成法：反转录法或通过人工合成法

4、：反转录法或通过DNADNA合成仪用化学方法直接合成目的基合成仪用化学方法直接合成目的基因。因。2.2.重组载体的构建：重组载体的构建：(1)(1)重组载体组成。重组载体组成。启动子、终止子：是基因转录的起点和终点，在转录过程中起调控作用。启动子、终止子：是基因转录的起点和终点，在转录过程中起调控作用。第七页，本课件共有39页标记基因：作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而标记基因：作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因。将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因。目的基因：能控制特定性状的外源基因。目的基因：能控制特定性状的外

5、源基因。(2)(2)重组载体的构建步骤：重组载体的构建步骤：第八页，本课件共有39页3.3.重重组载组载体的体的导导入和入和筛选筛选：生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子第九页，本课件共有39页4.4.目的基因的表达与鉴定：目的基因的表达与鉴定：第十页，本课

6、件共有39页【高考警示高考警示】(1)(1)限制性内切限制性内切酶酶剪切目的基因与剪切目的基因与质质粒的次数不同：粒的次数不同：获获取一个目的基因需取一个目的基因需限制性内切限制性内切酶酶剪切剪切2 2次，共次，共产产生生4 4个黏性末端，切割个黏性末端，切割质质粒粒则则只需要限制性内只需要限制性内切切酶酶剪切剪切1 1次，因次，因为质为质粒是粒是环环状状DNADNA分子，而目的基因在分子，而目的基因在DNADNA分子分子链链上。上。(2)(2)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动动子与子与终终止子的止子的调调控，所以目的基因控，所以目的基

7、因应应插入到启插入到启动动子与子与终终止子之止子之间间的部位。的部位。第十一页，本课件共有39页(3)(3)基因工程操作基因工程操作过过程中只有第三步程中只有第三步(重重组载组载体的体的导导入和入和筛选筛选)没有碱基互没有碱基互补补配配对现对现象：第一步存在反象：第一步存在反转录转录法法获获得得DNADNA，第二步存在黏性末端，第二步存在黏性末端连连接接现现象，第四步存在象，第四步存在检测检测分子水平分子水平杂杂交。交。(4)(4)并非所有个体都可作并非所有个体都可作为为乳腺生物反乳腺生物反应应器：操作成功的器：操作成功的应该应该是雌性个体，是雌性个体，个体本身的繁殖速度个体本身的繁殖速度较较

8、高，泌乳量、蛋白含量等都是高，泌乳量、蛋白含量等都是应该应该考考虑虑的因素。的因素。第十二页，本课件共有39页考点三考点三 尝试尝试DNADNA的提取与的提取与鉴鉴定定1.1.实验实验原理：原理：(1)DNA(1)DNA的粗提取。的粗提取。十二十二烷烷基磺酸基磺酸钠钠(SDS)(SDS)能使蛋白能使蛋白质变质变性，在研磨液中加入性，在研磨液中加入SDSSDS可使蛋白可使蛋白质质与与DNADNA分离；乙二胺四乙酸二分离；乙二胺四乙酸二钠钠(EDTA)(EDTA)可防止可防止细细胞破碎后胞破碎后DNADNA分子被降解。分子被降解。DNADNA不溶于酒精溶液，而不溶于酒精溶液，而许许多其他物多其他物

9、质质可溶于酒精溶液，利用可溶于酒精溶液，利用这这一一原理可提取出含原理可提取出含杂质较杂质较少的少的DNADNA。(2)DNA(2)DNA的的鉴鉴定：定：DNADNA遇二苯胺遇二苯胺(沸水浴沸水浴)会染成会染成蓝蓝色。色。第十三页，本课件共有39页2.2.实验实验步步骤骤：(1)DNA(1)DNA的粗提取：的粗提取：材料准材料准备备：新：新鲜鲜菠菜和体菠菜和体积积分数分数为为95%95%的酒精溶液，冷的酒精溶液，冷冻冻至少至少24 h24 h 研磨：称取研磨：称取30 g30 g新新鲜鲜菠菜叶切碎，置于研菠菜叶切碎，置于研钵钵中，加中，加10 mL10 mL研磨液，研磨液，迅速研磨成糊状迅速研

10、磨成糊状过滤：在漏斗中垫尼龙纱布，将研磨液滤入塑料烧杯中过滤：在漏斗中垫尼龙纱布，将研磨液滤入塑料烧杯中离心：将离心：将滤滤液倒入液倒入5 mL5 mL塑料离心管中，以塑料离心管中，以1 000 r/min1 000 r/min的速度离心的速度离心 10 min10 min第十四页，本课件共有39页加冷酒精：取出上清液，倒入加冷酒精：取出上清液，倒入50 mL50 mL塑料塑料烧烧杯中，加入两倍体杯中，加入两倍体 积积的体的体积积分数分数为为95%95%的冷酒精，并用玻璃棒沿一个的冷酒精，并用玻璃棒沿一个 方向方向缓缓搅缓缓搅拌拌白色白色丝丝状物状物第十五页，本课件共有39页第十六页，本课件共

11、有39页类类型一型一 基因工程的基本工具基因工程的基本工具【典例典例1 1】(2015(2015德州模德州模拟拟)如如图为图为大大肠肠杆菌及杆菌及质质粒粒载载体的体的结结构模式构模式图图，据据图图回答下列回答下列问题问题。第十七页，本课件共有39页(1)a(1)a代表的物代表的物质质和和质质粒的化学本粒的化学本质质都是都是_，二者，二者还还具有其他共同点，如具有其他共同点，如_，_(_(写出两条写出两条即可即可)。(2)(2)若若质质粒粒DNADNA分子的切割末端分子的切割末端为为 ，则则与之与之连连接的目的基接的目的基因切割末端因切割末端应为应为_；可使用；可使用_把把质质粒和目的基因粒和目

12、的基因连连接在一起。接在一起。(3)(3)氨氨苄苄青霉素抗性基因在青霉素抗性基因在质质粒粒DNADNA上称上称为为_，其作用是，其作用是_。第十八页，本课件共有39页(4)(4)下列常在基因工程中用下列常在基因工程中用为载为载体的是体的是()A.A.苏苏云金芽云金芽孢孢杆菌抗虫基因杆菌抗虫基因B.B.土壤土壤农农杆菌杆菌环环状状RNARNA分子分子C.C.大大肠肠杆菌的杆菌的质质粒粒D.D.动动物物细细胞的染色体胞的染色体【解题指南解题指南】解答本题需注意两点：解答本题需注意两点：(1)(1)质粒的化学本质是小型环状质粒的化学本质是小型环状DNADNA分子。分子。(2)(2)质粒作为载体的条件

13、以及载体的种类。质粒作为载体的条件以及载体的种类。第十九页，本课件共有39页【解析解析】(1)a(1)a代表的物质是大型环状代表的物质是大型环状DNADNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状独立于细菌拟核之外的小型环状DNADNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。息。(2)(2)与质粒与质粒DNADNA分子的切割末端能够连接的目的基因切割末端之间能够发生碱分子的切割末端能够连接的目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对，可使用基互补配对，可使用DNADNA连接酶将它们连接在一起。连接酶将它们

14、连接在一起。(3)(3)质粒质粒DNADNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组重组DNADNA进行鉴定和筛选。进行鉴定和筛选。第二十页，本课件共有39页(4)(4)作为载体必须具备的条件：作为载体必须具备的条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；复制；有多个限制性内切酶切点；有多个限制性内切酶切点；有一定的标记基因，便于筛选。有一定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目

15、的基因；土壤农杆菌环状抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNARNA分子不容易在宿主细胞分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNADNA和蛋白质，不能被限制性内切酶和蛋白质，不能被限制性内切酶切割，因此不能用作载体。切割，因此不能用作载体。第二十一页，本课件共有39页答案：答案：(1)DNA(1)DNA能够自我复制具有遗传特性能够自我复制具有遗传特性(2)(2)DNADNA连接酶连接酶(3)(3)标记基因供重组标记基因供重组DNADNA的鉴定和选择的鉴定和选择(4)C(4)C第二十二页，本课件共有39页【延伸探究延伸探究】(1)(1)从

16、自然界中从自然界中获获取的取的题题中中图图示示结结构能不能直接构能不能直接应应用于基因工程？用于基因工程？为为什么什么？提示：提示：不能。一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因不能。一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。(2)(2)目的基因能否插入氨目的基因能否插入氨苄苄青霉素抗性基因青霉素抗性基因处处？为为什么？什么？提示：提示：不能。标记基因的作用是用于重组不能。标记基因的作用是用于重组DNADNA的鉴定和筛选，若插入标的鉴定和筛选，若插入标记基因处，则无

17、法保证标记基因的完整，进而影响进一步的鉴定和筛选。记基因处，则无法保证标记基因的完整，进而影响进一步的鉴定和筛选。第二十三页，本课件共有39页【加固加固训练训练】据据图图表回答表回答问题问题：限制性内切酶SmaEcoRPst切割位点CCCGGGGGGCCCGAATTCCTTAAGCTGCAGGACGTC第二十四页，本课件共有39页(1)(1)假假设设所用的限制性内切所用的限制性内切酶酶均能将所均能将所识别识别的位点完全切开，采用的位点完全切开，采用EcoREcoR和和PstPst酶酶切含有目的基因的切含有目的基因的DNADNA片段，能得到片段，能得到_种种DNADNA片段。如果将片段。如果将质

18、质粒和含目的基因的粒和含目的基因的DNADNA片段只用片段只用EcoREcoR酶酶切，切，酶酶切切产产物再加入物再加入DNADNA连连接接酶酶，其中由两个其中由两个DNADNA片段之片段之间连间连接形成的接形成的产产物有物有_、_、_。(2)(2)为为了防止目的基因和了防止目的基因和质质粒表达粒表达载载体体酶酶切后的末端任意切后的末端任意连连接，接，酶酶切切时应该选时应该选用的用的酶酶是是_、_。第二十五页，本课件共有39页【解析解析】(1)(1)含目的基因的含目的基因的DNADNA分子上含有分子上含有2 2个个EcoREcoR和和1 1个个PstPst的酶切位的酶切位点，三个切点全部切开，则

19、形成点，三个切点全部切开，则形成4 4种种DNADNA片段。质粒与含目的基因的片段。质粒与含目的基因的DNADNA片段片段都用都用EcoREcoR切割，目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同，只考虑两切割，目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同，只考虑两个个DNADNA片段相连，则会形成三种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目片段相连，则会形成三种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。的基因相连、目的基因与目的基因相连。(2)(2)为了防止自连，可选用为了防止自连，可选用EcoREcoR和和SmaSma两种酶同时切割，因为质粒和两种酶同时切割，因为质粒和D

20、NADNA片段均有这两种酶存在。片段均有这两种酶存在。第二十六页，本课件共有39页答案：答案：(1)4(1)4质粒质粒质粒连接物目的基因质粒连接物目的基因目的基因连接物质粒目的基因连接物质粒目的基因连接物目的基因连接物(2)EcoR(2)EcoRSmaSma第二十七页，本课件共有39页类类型二型二 基因工程的操作基因工程的操作过过程程【典例典例2 2】(2015(2015淄博模淄博模拟拟)在某些深海在某些深海鱼鱼中中发现发现的抗的抗冻冻蛋白基因蛋白基因afpafp对对提高提高农农作物的抗寒能力有作物的抗寒能力有较较好的好的应应用价用价值值。下。下图图所示是所示是获获得得转转基因基因莴莴苣的技苣

21、的技术术流程，流程，请请据据图图回答下列回答下列问题问题：第二十八页，本课件共有39页(1)(1)获获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和_。(2)(2)过过程需要的程需要的酶酶有有_、_。(3)(3)重重组载组载体除了体除了带带有抗有抗冻冻蛋白基因蛋白基因afpafp以外，以外，还还必必须须含有启含有启动动子、子、终终止子和止子和_，这样这样才能构成一个完整的重才能构成一个完整的重组载组载体。体。第二十九页，本课件共有39页(4)(4)如果受体如果受体细细胞胞C C1 1是土壤是土壤农农杆菌，杆菌，则则将目的基因将目的基因导导入

22、它的目的是利用入它的目的是利用农农杆菌杆菌的的_，使目的基因，使目的基因进进入受体入受体细细胞胞C C2 2，并将其插入受体，并将其插入受体细细胞胞C C2 2中的中的_上，使目的基因的上，使目的基因的遗传遗传特性得以特性得以稳稳定定维维持和表达，持和表达，形成形成转转基因基因莴莴苣。苣。经经过过程程获获得的得的转转基因基因莴莴苣中的目的基因是否表达，在苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用分子水平上可用_法法进进行行检测检测，如果出，如果出现杂现杂交交带带，说说明目明目的基因已的基因已经经表达蛋白表达蛋白质产质产品，品，转转基因基因莴莴苣培育成功。苣培育成功。第三十页，本课件共有39页【解

23、题指南解题指南】解答本题的关键是明确以下三点：解答本题的关键是明确以下三点：(1)(1)目的基因的获取方法。目的基因的获取方法。(2)(2)重组载体的组成。重组载体的组成。(3)(3)目的基因导入植物细胞的方法及检测方法。目的基因导入植物细胞的方法及检测方法。第三十一页，本课件共有39页【解析解析】(1)(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。和人工合成。(2)(2)过程为重组载体的构建过程，需要用到限制性内切酶和过程为重组载体的构建过程，需要用到限制性内切酶和DNADNA连接酶。连接酶。(3)(3)一个完整的重组载体包

24、括目的基因、启动子、终止子和标记基因。一个完整的重组载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)(4)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体的染色体DNADNA上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。检测目的基因是上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。检测目的基因是否成功表达可采用抗原否成功表达可采用抗原抗体杂交法。抗体杂交法。第三十二页，本课件共有39页答案：答案：(1)(1)人工合成人工合成(2)(2)限制性内切酶限制性内切酶DNADNA连接酶连接酶(3)(3)标记基因标记基因(4)(4)转化

25、作用染色体转化作用染色体DNADNA抗原抗原抗体杂交抗体杂交第三十三页，本课件共有39页【延伸探究延伸探究】如何如何对该转对该转基因基因莴莴苣苣进进行个体水平的行个体水平的检测检测？请设计简单检请设计简单检测测思路。思路。提示：提示：可以将该转基因莴苣种植在寒冷环境中，若能够正常生长，说明目的基可以将该转基因莴苣种植在寒冷环境中，若能够正常生长，说明目的基因已经表达出蛋白质产品，否则，说明没有表达。因已经表达出蛋白质产品，否则，说明没有表达。第三十四页，本课件共有39页【加固加固训练训练】基因工程是在基因工程是在现现代生物学、化学和工程学基代生物学、化学和工程学基础础上建立和上建立和发发展展起

26、来的，并有起来的，并有赖赖于微生物学理于微生物学理论论和技和技术术的的发发展运用。基因工程基本操作流展运用。基因工程基本操作流程如下程如下图图，请请据据图图分析回答分析回答问题问题。第三十五页，本课件共有39页(1)(1)图图中中A A是是_；在基因工程中，需要在；在基因工程中，需要在_酶酶的作用下才能完成剪接的作用下才能完成剪接过过程。程。(2)(2)在上述基因工程的操作在上述基因工程的操作过过程中，可以遵循碱基互程中，可以遵循碱基互补补配配对对原原则则的步的步骤骤有有_(_(用用图图解中序号表示解中序号表示)。(3)(3)不同种生物之不同种生物之间间的基因移植成功，从分子水平分析，的基因移

27、植成功，从分子水平分析，进进行基因工行基因工程的主要理程的主要理论论依据是依据是_，也，也说说明了生物明了生物共用一套共用一套_。第三十六页，本课件共有39页(4)(4)研究中研究中发现发现，番茄体内的蛋白，番茄体内的蛋白酶酶抑制抑制剂对剂对害虫的消化害虫的消化酶酶有抑制作有抑制作用，用，导导致害虫无法消化食物而被致害虫无法消化食物而被杀杀死，人死，人们们成功地将番茄的蛋白成功地将番茄的蛋白酶酶抑抑制制剂剂基因基因导导入玉米体内，玉米入玉米体内，玉米获获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这这种种变变异的来源是异的来源是_。(5)(5)科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的

28、基因，并用基因工程的方科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将法将该该基因基因导导入金茶花叶片入金茶花叶片细细胞的染色体胞的染色体DNADNA上，上，经经培养培养长长成的植株成的植株具具备备了抗病性，了抗病性，这说这说明目的基因明目的基因(抗枯萎病的基因抗枯萎病的基因)已已_。如果把如果把该该基因基因导导入叶入叶绿绿体体DNADNA中，将来中，将来产产生的配子中生的配子中_(填填“一定一定”或或“不一定不一定”)含有抗病基因。含有抗病基因。第三十七页，本课件共有39页【解析解析】(1)(1)在基因工程中常用的工具酶是限制性内切酶和在基因工程中常用的工具酶是限制性内切酶和DN

29、ADNA连接酶。连接酶。(2)(2)基因工程的操作步骤包括获取目的基因，重组载体的构建，将目的基基因工程的操作步骤包括获取目的基因，重组载体的构建，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定。只有将目的基因导入受体细因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定。只有将目的基因导入受体细胞过程不遵循碱基互补配对原则。胞过程不遵循碱基互补配对原则。(3)(3)基因工程的操作基础是不同生物的基因工程的操作基础是不同生物的DNADNA结构基本形式相同，且共用一套遗传结构基本形式相同，且共用一套遗传密码子。密码子。第三十八页，本课件共有39页(4)(4)基因工程又称基因工程又称DNADNA重组技术，其变异原理为基因重组。重组技术，其变异原理为基因重组。(5)(5)如果把抗枯萎病的基因导入叶绿体如果把抗枯萎病的基因导入叶绿体DNADNA中，将来产生的雌配子中可能含有中，将来产生的雌配子中可能含有抗病基因，雄配子中不含抗病基因。抗病基因，雄配子中不含抗病基因。答案：答案：(1)(1)载体限制性内切酶和载体限制性内切酶和DNADNA连接连接(2)(2)(3)(3)不同生物的不同生物的DNADNA结构基本形式相同密码子结构基本形式相同密码子(4)(4)基因重组基因重组(5)(5)表达不一定表达不一定第三十九页，本课件共有39页