高考生物一轮复习-第1课时-基因工程-新人教版选修3PPT课件.ppt

,新课标,生物,高三总复习,高考调研,选修三 现代生物科技,考纲解读,1.,复习线索,(1),以基因工程的具体成果,(,如抗虫棉,),为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。,(2),以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。,(3),以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。,(4),以环境保护未目的结合实际生活进行相关考察。,2.,复习方法,(1),图解法复习基因工程和胚胎工程。,(2),比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。,(3),关注热点科研成果，注意知识的实践应用。,1.,考查力度：占分比重相对稳定，如全国理综新课标卷只出一个,15,分的简答题,2.,考查内容,(1),基因工程中三种工具。,(2),基因工程操作四步曲。,(3),基因工程成果,转基因生物实例及安全性讨论。,(4),细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。,(5),动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。,(6),核移植技术。,(7),胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。,(8),干细胞的研究。,(9),生态工程与环境保护问题,本单元包括选修三的全部内容,基因工程、细胞工程、胚胎工程、,生物技术的安全性和伦理问题以及生态工程等内容,2014,年备考建议,三年考情总结,权威解读,考纲专真,第,1,课时 基因工程,课前落实,知识点一 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,分子具有特异性。,(),(3),限制酶切割,DNA,后可产生黏性末端和平末端两种类型。,(),(4)DNA,连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。,(),(5)E,coli DNA,连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。,(),(6),质粒是小型环状,DNA,分子，是基因工程常用的载体。,(),(7),载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达。,(),知识点二 基因工程的基本操作程序,知识点三 基因工程的应用,把,_,导入病人体内，使,_,发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，分为,_,基因治疗和,_,基因冶疗,基因治疗,培育,_,植物、抗病转基因植物和,_,植物；利用转基因改良植物的品质,植物基因工程,提高动物,_,来提高产品产量；改善畜产品品质；用转基因动物生产,_,；用转基因动物作器官移植的供体,动物基因工程,应用,技术名称,知识点四 蛋白质工程,判一判,(1),蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质。,(),(2),人类主要通过直接改造蛋白质的结构来生产新的蛋白质。,(),(3),蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。,(),自我校对,知识点一,(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),知识点二 编码蛋白质,PCR,技术 启动子 终止子 农杆菌转化法 显微注射法 插入了目的基因 转录出了,mRNA,知识点三 生长速率 药物 抗虫转基因 抗逆转基因 正常基因 该基因的表达产物 体外 体内,知识点四,(1)(2)(3),考点透析,考点一 基因工程的基本操作工具,核心突破,1.,“,分子手术刀,”,限制性核酸内切酶,(,限制酶,),(1),存在：主要存在于,原核生物,中。,(2),特性：一种限制酶只能识别一种,特定的核苷酸序列,，并且能在,特定的切点上切割,DNA,分子,。,(3),识别序列的特点：,呈现碱基互补,对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中,轴线两侧的双链,DNA,上的碱基是反向对称重复排列的。如,，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；,以 为轴，两侧碱基互补对称。,GC GC,CG CG,CCAGG,GGTCC,A,T,(4),切割后末端的种类：,DNA,分子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,(,如图所示,),。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将,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轴线处切开时，产生的则是平末端。,2.,“,分子缝合针,”,DNA,连接酶,都缝合磷酸二酯键，如图,相同点,缝合两种末端，但连接平末端的效率较低,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,功能特性,T,4,噬菌体,大肠杆菌,来源,T,4,DNA,连接酶,E,coliDNA,连接酶,种类,3.,“,分子运输车,”,载体,(1),载体具备的条件：,能,在受体细胞中复制并稳定保存,。,具有一个至多个,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,。,【,特别提醒,】,(1),获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。,(2),获取一个目的基因需限制酶剪切两次，共产生,4,个黏性末端或平末端。,(3),限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测。,针对训练,1.(2012,江苏,),图,1,表示含有目的基因,D,的,DNA,片段,(bp,即碱基对,),和部分碱基序列，图,2,表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有,Msp I,、,BamH I,、,Mbo I,、,Sma I4,种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为,C,CGG,、,G,GATCC,、,GATC,、,CCC,GGG,。请回答下列问题。,(1),图,1,的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由,_,连接。,(2),若用限制酶,SmaI,完全切割图,1,中,DNA,片段，产生的末端是,_,末端，其产物长度为,_,。,(3),若图,1,中虚线方框内的碱基对被,T-A,碱基对替换，那么基因,D,就突变为基因,d,。从杂合子中分离出图,1,及其对应的,DNA,片段，用限制酶,Sma I,完全切割，产物中共有,_,种不同长度的,DNA,片段。,(4),若将图,2,中质粒和目的基因,D,通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是,_,。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加,_,的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因,D,不能正确表达，其最可能的原因是,_,。,答案,(1),脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖,(2),平,537 bp,、,790 bp,、,661 bp,(3)4,(4)BamH I,抗生素,B,同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因,D,与质粒反向链接,解析,(1)DNA,单链中相邻两个碱基之间通过,“,脱氧核糖,磷酸,脱氧核糖,”,连接。,(2)Sma I,识别的序列为,CCCGGG,，切割后会产生平末端；图,1,所示的,DNA,分子中含有两个,Sma I,的识别位点，第一个识别位点在左端,534 bp,序列向右三个碱基对的位置；第二个识别位点在右端,658 bp,序列向左三个碱基对的位置，从这两个位点切割后产生的,DNA,片段长度分别为,534+3,，,796-3-3,，,658+3,，即得到的,DNA,片段长度分别为,537 bp,、,790 bp,和,661 bp,。,(3),在杂合子体内含有基因,D,和基因,d,，基因,D,的序列中含有两个识别位点，经过,SmaI,完全切割会产生,537 bp,、,790 bp,和,661 bp,三种不同长度的片段，基因,d,的序列中含有一个识别位点，经过切割后会产生,1 327 bp,和,661 bp,两种长度的片段，综上，杂合子中分离到该基因的,DNA,片段经过切割后会产生,4,种不同长度的片段。,(4),能够获取目的基因并切开质粒的限制酶有识别序列为,GGATCC,的,BamH I,和识别序列为,GATC,的,Mbo I,，若使用,Mbo I,会同时破坏质粒中的抗生素,A,抗性基因和抗生素,B,抗性基因，所以要用,BamH I,来切割目的基因和质粒，切割后保留了完整的抗生素,B,抗性基因，便于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。因为目的基因和运载体是用同种限制酶切割的，目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补，可能出现目的基因反向连接在运载体上的情况，导致基因,D,不能正确表达。,2.(2012,天津,),生物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理,“,蛋白质,-DNA,复合体,”,获得,DNA,片段信息的过程图。,据图回答：,(1),过程酶作用的部位是,_,键，此过程只发生在非结合区,DNA,，过程酶作用的部位是,_,键。,(2),、两过程利用了酶的,_,特性。,(3),若将得到的,DNA,片段用于构建重组质粒，需要过程的测序结果与,_,酶的识别序列进行对比，以确定选用何种酶。,(4),如果复合体中的蛋白质为,RNA,聚合酶，则其识别、结合,DNA,序列区为基因的,_,。,(5),以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有,_(,多选,),A.,分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取,rRNA,B.,用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素,C.,通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体定位,D.,将抑制成熟基因导入番茄，其,mRNA,与催化成熟酶基因的,mRNA,互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟,答案,(1),磷酸二酯 肽,(2),专一性,(3),限制性核酸内切酶,(4),启动子,(,或转录起始区,),(5)A,、,C,、,D,解析,(1)DNA,酶作用的部位是,DNA,的磷酸二酯键，蛋白酶作用的部位是肽键。,(2),过程利用了各种酶催化一种或一类化学反应的特性，即专一性。,(3)DNA,要构建重组质粒，需要用限制性核酸内切酶切割，再与质粒重组。,(4)RNA,聚合酶识别和结合在基因的启动子上，驱动基因转录。,(5),蛋白酶能特异性的酶解蛋白质，分子杂交手段也是利用各物质分子结合的特异性，抑制成熟基因转录出的,mRNA,与催化成熟酶基因的,mRNA,碱基互补结合，也具有特异性，光和色素易溶于有机溶剂，与酒精并不是特异性的溶解，所以选,ACD,。,考点二 基因工程的操作步骤,核心突破,1.,基因工程的图解,(1),抗虫棉的培育过程：,(2),基因工程技术生产凝乳酶的过程：,2.,基因工程的操作程序分析,(1),目的基因的获取途径。,从自然界已有的物种中分离出来，如从,基因组文库,或,cDNA,文库中,获取。,【,特别提醒,】,cDNA,文库只含某种生物的部分基因，相当于地方图书馆；基因组文库含该种生物的全部基因，相当于国家图书馆。,人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。,化学合成法,：蛋白质 氨基酸序列,RNA,碱基序列,DNA,碱基序列 用,4,种脱氧核苷酸人工合成目的基因,反转录法,：分离出供体细胞,mRNA,单链,DNA,合成目的基因,分析,推测,推测,逆转录酶,DNA,聚合酶,PCR,扩增技术与,DNA,复制的比较：,形成整个,DNA,分子,在短时间内形成大量的,DNA,片段,结果,细胞内含有的,DNA,聚合酶,热稳定的,DNA,聚合酶,(Taq,酶,),酶,主要在细胞核内,体外复制,(PCR,扩增仪,),场所,解旋酶催化,DNA,在高温下变性解旋,解旋方式,不同点,模板、,ATP,、酶、原料、引物,条件,四种游离的脱氧核苷酸,原料,DNA,复制,(,碱基互补配对,),原理,相同点,DNA,复制,PCR,技术,(2),基因表达载体的构建,最核心步骤。,基因表达载体的组成：,启动子,、,目的基因,、,终止子,以及,标记基因,等。,【,特别提醒,】,(1),与载体相比较，增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段，其功能各不相同。,(2),启动子,(DNA,片段,),起始密码子,(RNA),；终止子,(DNA,片段,),终止密码子,(RNA),。,基因表达载体的构建方法：,【,特别提醒,】,该过程把三种工具,(,两种工具酶、一种载体,),全用上了，是最核心、最关键的一步，在体外进行。,(3),将目的基因导入受体细胞。,用,Ca,2+,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,原核细胞或酵母菌,Ca,2+,处理增大细胞壁通透性,微生物细胞,将含有目的基因的表达载体提纯取卵获得受精卵显微注射早期胚胎培养胚胎移植发育成为具有新性状的动物,受精卵,显微注射技术,动物细胞,将目的基因插入,Ti,质粒,的,TDNA,上转入农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的,DNA,上,体细胞,农杆菌转化法,植物细胞,转化过程,受体细胞,常用方法,细胞类型,【,特别提醒,】,(1),唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。,(2),将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小，代谢旺盛，繁殖速度快，获得目的基因产物多。,(3),植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。,(4),目的基因的检测和鉴定。,针对训练,3.(2012,浙江,),天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因,B,，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因,B,。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是,(),A.,提取矮牵牛蓝色花的,mRNA,，经逆转录获得互补的,DNA,，再扩增基因,B,B.,利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因,B,C.,利用,DNA,聚合酶将基因,B,与质粒连接后导入玫瑰细胞,D.,将基因,B,直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞,答案,A,解析,提取矮牵牛蓝色花的,mRNA,，逆转录得到,DNA,，然后扩增，可获得大量的基因,B,，,A,正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，,B,错误；目的基因与质粒的连接需要用,DNA,连接酶，而不是,DNA,聚合酶，,C,错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，,D,错误。,4.(2012,新课标全国,),根据基因工程的有关知识，回答下列问题：,(1),限制性内切酶切割分子后产生的片段，其末端类型有,_,和,_,。,(2),质粒运载体用,EcoR,切割后产生的片段如下：,AATC,G,G,CTTAA,为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的,DNA,除可用,EcoR,切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是,_,。,(3),按其来源不同，基因工程中所使用的,DNA,连接酶有两类，即,_DNA,连接酶和,_DNA,连接酶。,(4),反转录作用的模板是,_,，产物是,_,。若要在体外获得大量反转录产物，常采用,_,技术。,(5),基因工程中除质粒外，,_,和,_,也可作为运载体。,(6),若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是,_,。,答案,(1),黏性末端 平末端,(2),切割产生的,DNA,片段末端与,EcoR,切割产生的相同,(3)E,coli T,4,(4)mRNA(,或,RNA)cDNA(,或,DNA)PCR,(5),噬菌体 动植物病毒,(6),未处理的大肠杆菌吸收质粒,(,外源,DNA),的能力极弱,解析,(1),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，产生的则是平末端。,(2),为使运载体与目的基因相连，不同的限制酶应切割出相同的黏性末端，它们必须要能识别相同的核苷酸序列，并且使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,(3)DNA,连接酶，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为,E,coli DNA,连接酶；另一类是从,T,4,噬菌体中分离出来的，称为,T,4,DNA,连接酶。,(4),反转录是以,RNA,为模板来合成,DNA,的过程。可以在体外短时间内大量扩增,DNA,的技术叫,PCR(,多聚酶链式反应,),技术。,(5),基因工程中除质粒外，还有,噬菌体的衍生物、动植物病毒等。,(6),大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜，能阻止其他物质的进入，只有通过,Ca,2+,处理细胞，才使细胞处于能吸收周围环境中,DNA,分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。,考点三 基因工程的应用与蛋白质工程,核心突破,1.,乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较,(1),含义：,乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的,乳腺中特异表达,，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。,工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。,(2),两者区别：,从,微生物细胞,中提取,从动物,乳汁,中提取,药物提取,需严格灭菌，严格控制工程菌所需的,温度、,pH,、营养物质浓度,等外界条件,不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大,生产条件,感受态细胞法,显微注射法,导入目的基因的方式,微生物细胞,动物的受精卵,受体细胞,细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的,药物蛋白可能没有活性,合成的药物蛋白与天然蛋白质相同,基因表达,细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构,有较大差异,动物基因的结构与人类基因的结构,基本相同,基因结构,工程菌,乳腺生物反应器,比较项目,2.,蛋白质工程与基因工程的比较,蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的,第二代基因工程,基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行,修饰、改造,联系,只能生产自然界已有的蛋白质,可生产自然界,没有的蛋白质,结果,定向改造生物的,遗传特性,，以获得人类所需的生物类型或生物产品,定向改造或生产,人类所需的蛋白质,实质,基因工程,蛋白质工程,项目,区别与联系,针对训练,5.(2012,长沙模拟,),下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是,(),A.,基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质,B.,蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成,C.,当得到可以在,-70,条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、,pH,条件下，干扰素可以大量自我合成,D.,基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的,答案,C,解析,利用蛋白质工程生产蛋白质产品应通过改造相应基因后，再经基因表达大量产生。,6.(2013,江苏联考,),上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了,30,多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述中，正确的是,(),A.,所谓,“,提高基因表达水平,”,是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因,B.,可将白蛋白基因导入牛的卵细胞中，通过组织培养形成转基因牛,C.,人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有人白蛋白基因,D.,运用基因工程技术让牛合成人白蛋白，该技术将导致定向变异,答案,D,解析,“,提高基因表达水平,”,是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的蛋白质。动物细胞的全能性较难实现，用牛的卵细胞不能培养形成转基因牛。转基因牛的每个正常细胞中都含有人白蛋白基因，人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达。,方法技能,方法技能,基因工程的操作过程,熟悉基因操作四个步骤中一些重要考点,(1),提取目的基因。,方法：,a.,直接分离法,(,鸟枪法,),：提取供体细胞,(DNA),得到许多,DNA,片段,分别与运载体结合,分别导入受体细胞,在细胞中复制扩增,分离目的基因,限制酶,切割,b.,化学合成法：,蛋白质,(,已知,),氨基酸序列,RNA,序列,DNA,碱基序列 目的基因,c.,逆转录法：供体细胞,mRNA,单链,DNA,目的基因,分析,推导,4,种脱氧核苷酸,合成,提取,逆转录,DNA,聚合酶,合成,(2),目的基因与运载体结合。,用同一种限制酶切割目的基因和质粒；用,DNA,连接酶连接目的基因和质粒。,(3),目的基因导入受体细胞。,重组质粒导入受体细胞,(,动植物细胞、微生物细胞、,CaCl,2,处理的细菌等,),。,(4),目的基因的检测和表达。,检测：通过检测标记基因的特征，判断目的基因是否被导入受体细胞。表达：通过检测和观察生物的性状变异，判断目的基因是否成功表达。,【,典例,1】,(2012,福建,),肺细胞中的,let-7,基因表达减弱，癌基因,RAS,表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将,let-7,基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图。,请回答：,(1),进行过程时，需用,_,酶切开载体以插入,let-7,基因。载体应用,RNA,聚合酶识别和结合的部位，以驱动,let-7,基因转录，该部位称为,_,。,(2),进行过程时，需用,_,酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。,(3),研究发现，,let-7,基因能影响癌基因,RAS,的表达，其影响机理如图,2,。据图分析，可从细胞中提取,_,进行分子杂交，以直接检测,let-7,基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中,_(RASmRNA/RAS,蛋白,),含量减少引起的。,【,课堂笔记,】,_,_,_,_,【,解析,】,(1),过程表示基因表达载体的构建，在该过程中需要用限制酶对载体进行切割以便于目的基因的插入,(,限制性核酸内切酶，简称限制酶，写其他的不得分,),；启动子是一段特殊的,DNA,序列，是,RNA,聚合酶结合和识别的位点，,RNA,聚合酶结合到该位点，可驱动转录过程。,(2),过程表示动物细胞培养，培养过程中出现接触抑制后可以用胰蛋白酶处理，使之分散成单个的细胞，之后分装到其他培养瓶里面进行传代培养。,(3),判断目的基因是否在受体细胞中转录，可用分子杂交技术来进行，从细胞中提取,mRNA,和用放射性同位素或者荧光标记的目的基因单链,DNA,片段进行杂交。根据题中信息,“,肺组织细胞中的,let-7,基因表达减弱，癌基因,RAS,表达就增强，引发肺癌,”,导入,let-7,基因后，肺癌细胞受到抑制，说明,RAS,基因表达减弱，导致细胞中的,RAS,蛋白质含量减少进而导致癌细胞受抑制。,【,答案,】,(1),限制性核酸内切酶,(,或限制,),启动子,(2),胰蛋白,(3)RNA RAS,蛋白,易误警示,对基因工程中易错点辨析不清,【,典例,2】,下列关于基因工程的叙述，错误的是,(),A.,目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物,B.,限制性核酸内切酶和,DNA,连接酶是两类常用的工具酶,C.,人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物 活性,D.,载体上的抗性基因有利于筛选含重组,DNA,的细胞和促进目的基因的表达,【,课堂笔记,】,_,_,_,_,【,解析,】,基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和,DNA,连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的产物是胰岛素原，无生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组,DNA,的细胞，目的基因的表达与抗性基因存在与否无关。,【,答案,】D,【,纠错笔记,】,(1),基因工程中有,3,种工具，但工具酶只有,2,种。,(2),工具酶本质为蛋白质，载体本质为小型,DNA,分子，但不一定是环状。,(3),标记基因的作用,筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因，表达产物为带颜色物质等。,(4),受体细胞中常用植物受精卵或体细胞,(,经组织培养,),、动物受精卵,(,一般不用体细胞,),、微生物,大肠杆菌、酵母菌等。一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。,实验精讲,实验,23 DNA,的粗提取与鉴定,理论指导,1.,实验原理,(1)DNA,在不同浓度的,NaCl,溶液中的溶解度不同，其中在物质的量浓度为,0.14 mol/L,时最低。,(2)DNA,不溶于酒精，但是细胞中的一些有机物如蛋白质则溶于酒精，可以用酒精提纯。,(3)DNA,遇二苯胺,(,沸水浴,),会与之反应呈现蓝色，可用来鉴定,DNA,分子。,2.,实验流程,提取细胞,的核物质,取一定量的鸡血细胞液，注入到含有,20 mL,蒸馏水的烧杯中，快速搅拌，,加速细胞的破裂。然后进行过滤。,DNA,主要存在于滤液中。,溶解细胞核,内的,DNA,将物质的量浓度为,2 mol/L,的,NaCl,溶液,加入到滤液中，并搅拌使之混合均匀，,使,DNA,充分溶解,析出含,DNA,的黏稠物,贴壁缓缓加入蒸馏水，并轻轻地用玻璃,棒沿一个方向搅拌。调整,NaCl,溶液浓度,至,0.14 mol/L,，析出,DNA,。,滤取DNA,黏稠物,用多层纱布进行过滤，,DNA,存在于,黏稠物中。,再次溶解,DNA,黏稠物,用,2 mol/L NaCl,溶液溶解黏稠物。,过滤析出,DNA,过滤后，加入预冷的体积分数为,95%,的酒,精，并用玻璃棒沿一个方向缓慢均匀地搅,拌，析出,DNA,丝状物。,溶解,DNA,丝状物,取两支试管，各加入物质的量浓度为,2 mol/L,的,NaCl,溶液，将丝状物放入,其中一支试管中，并用玻璃棒搅拌。,DNA,的,鉴定,向两支试管中分别加入二苯胺试剂，沸,水中加热一段时间，待试管冷却后，看,溶解有,DNA,的溶液是否变蓝。,知能拓展,1.,做该实验时，不能用猪血代替鸡血，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核，不能提取,DNA,。,2.,制备鸡血细胞液时，要注意向鸡血中加柠檬酸钠，防止血液凝固。,3.,涨破细胞的方法：向血细胞中加入蒸馏水，血细胞溶液的浓度大于蒸馏水的浓度，从而使血细胞大量吸水而涨破。不能用生理盐水：因为血细胞溶液的浓度与生理盐水的浓度相当，所以血细胞在生理盐水中不能吸收水分。,4.,两次加入蒸馏水，第一次是为了使血细胞吸水涨破；第二次是为了降低氯化钠的浓度，有利于,DNA,的析出。,5.,两次析出,DNA,的方法：第一次是加入蒸馏水，降低氯化钠的浓度，促使,DNA,析出；第二次是加入冷却的酒精，因为,DNA,不溶于酒精溶液。,6.,鉴定,DNA,时要用两支试管，其中不加,DNA,的试管起对照作用，该试管溶液不变色，另一支加有,DNA,的试管溶液变蓝色。,【,特别提醒,】,选材时注意选用细胞易破碎、,DNA,含量相对较高的生物组织；鉴定,DNA,的二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定效果。,实战演练,【,例,】,(2010,江苏,),某生物兴趣小组开展,DNA,粗提取的相关探究活动，具体步骤如下：,材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各,2,份，每份,10 g,。剪碎后分成两组，一组置于,20,、另一组置于,-20,条件下保存,24 h,。,DNA,粗提取：,第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入,15 mL,研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。,第二步：先向,6,只小烧杯中分别注入,10 mL,滤液，再加入,20 mL,体积分数为,95%,的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。,第三步：取,6,支试管，分别加入等量的,2 mol/L NaCl,溶液溶解上述絮状物。,DNA,检测：在上述试管中各加入,4 mL,二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热,5 min,，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。,(,注：,“,+,”,越多表示蓝色越深,),+,+,+,-20,+,+,+,20,蒜黄,辣椒,花菜,材料保存温度,分析上述实验过程，回答下列问题：,(1),该探究性实验的课题名称是,_,。,(2),第二步中,“,缓缓地,”,搅拌，这是为了减少,_,。,(3),根据实验结果，得出结论并分析。,结论,1,：与,20,相比，相同实验材料在,-20,条件下保存，,DNA,的提取量较多。,结论,2,：,_,。,针对结论,1,，请提出合理的解释：,_,_,。,(4),氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和,DNA,均不相溶，且对,DNA,影响极小。为了进一步提高,DNA,纯度，依据氯仿的特性，在,DNA,粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是：,_,，然后用体积分数为,95%,的冷酒精溶液使,DNA,析出。,【,解析,】,本题主要考查,DNA,粗提取的相关知识，意在考查考生的实验与探究能力。如果,DNA,断裂，就不容易被提取出来；温度主要是通过影响酶的活性来影响生理过程。粗提取得到的,DNA,中含有少量的蛋白质，可以通过氯仿的特殊功能来去除蛋白质，提高,DNA,纯度。,【,答案,】,(1),探究不同材料和不同保存温度对,DNA,提取量的影响,(2)DNA,断裂,(3),等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的,DNA,量最多,低温抑制了相关酶的活性，,DNA,降解速度慢,(4),将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，吸取上清液,高考随堂,1.(2011,四川,),北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有,11,个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是,(),A.,过程获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序,B.,将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白,C.,过程构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选,D.,应用,DNA,探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其成功表达,答案,B,解析,将多个抗冻基因编码区相连成能表达的新基因，合成的蛋白质不再是抗冻蛋白质，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，故选项,B,正确；过程是利用反转录法合成目的基因，由于没有非编码区和编码区中的内含子，不能用于比目鱼基因组测序；用作载体的质粒，必须具有标记基因才能便于检测和筛选；应用,DNA,探针技术，可检测转基因抗冻番茄中目的基因的存在和转录，但不能检测是否成功表达，故选项,A,、,C,、,D,错误。,2.(2010,天津,),下列叙述符合基因工程概念的是,(),A.B,淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有,B,淋巴细胞中的抗体基因,B.,将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株,C.,用紫外线照射青霉菌，使其,DNA,发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株,D.,自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其,DNA,整合到细菌,DNA,上,答案,B,解析,基因工程是在生物体外，通过对,DNA,分子进行人工,“,剪切,”,和,“,拼接,”,，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。所以,B,为基因工程，而,A,为动物细胞工程，,C,为诱变育种，,D,无人为因素不属于基因工程。,3.(2010,浙江,),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,(),A.,用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸,B.,用,DNA,连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体,C.,将重组,DNA,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,答案,A,解析,限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体，烟草花叶病毒的遗传物质是,RNA,，不能用限制性核酸内切酶切割，,A,项错误；,DNA,连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体，,B,项正确；受体细胞可以是受精卵和体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，,C,项正确；目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，,D,项正确。,4.(2010,江苏,),下列关于转基因植物的叙述，正确的是,(),A.,转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中,B.,转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加,C.,动物的生长激素基因转入植物后不能表达,D.,如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题,答案,A,解析,抗除草剂基因导入到油菜的染色体后则可以通过花粉传入环境中；转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫，对昆虫的抗性具有选择作用，所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加；转基因技术打破了生殖隔离，动物的生长激素基因转入植物后可以表达；来源于自然界的目的基因导入植物体后，可能破坏原有的基因结构，具有不确定性，外源基因也可能通过花粉传播，使其他植物成为,“,超级植物,”,等，所以转基因技术存在着安全性问题。,5.(2012,天津,),黄曲霉毒素,B,1,(AFB,1,),存在于被黄曲霉菌污染的饲料中，它可以通过食物链进入动物体内并蓄积，引起癌变。某些微生物能表达,AFB,1,解毒酶，将该酶添加在饲料中可以降解,AFB,1,，清除其毒性。,回答下列问题：,(1)AFB,1,属于,_,类致癌因子。,(2)AFB,1,能结合在,DNA,的,G,上，使该位点受损伤变为,G,，在,DNA,复制中，,G,会与,A,配对。现有受损伤部位的序列为,，经两次复制后，该序列突变为,_,。,AGT,TC A,(3),下图为采用基因工程技术生产,AFB,1,解毒酶的流程图,据图回答问题：,在甲、乙条件下培养含,AFB,1,解毒酶基因的菌株，经测定，甲菌液细胞密度小、细胞含解毒酶，乙菌液细胞密度大、细胞不含解毒酶，过程,应选择,_,菌液的细胞提取总,RNA,，理由是,_,。,过程,中，与引物结合的模版是,_,。,检测酵母菌工程菌是否合成了,AFB,1,解毒酶，应采用,_,方法。,(4),选取不含,AFB,1,的饲料和某种实验动物为材料，探究该,AFB,1,解毒酶在饲料中的解毒效果。实验设计及测定结果见下表：,组别,添加,肝脏,AFB,1,残留量,(ng/g),AFB,1,(g/kg,饲料,),AFB,1,解毒酶,(g/kg,饲料,),A,0,0,6.4,B,100,0,20.9,C,100,1,16.8,D,100,3,11.7,E,100,5,7.3,F,100,7,7.3,据表回答问题：,本实验的两个自变量，分别为,_,。,本实验中，反映,AFB,1,解毒酶的解毒效果的对照组是,_,。,经测定，某污染饲料中,AFB,1,含量为,100 g/kg,，则每千克饲料应添加,_,克,AFB,1,解毒酶，解毒效果最好，同时节约了成本。,(5),采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是：从提高酶的活性出发，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,_,序列。,答案,(1),化学,(2),(3),甲 甲菌液细胞的,AFB,1,解毒酶基因已转录生成了,mRNA,，而在乙菌液细胞中该基因未转录,AFB,1,解毒酶基因的,cDNA,抗原,抗体杂交,(4)AFB,1,的有无和,AFB,1,解毒酶的含量。,B,组,(,或,B,组,+A,组,)5,(5),脱氧核苷酸序列。,ATT,TAA,解析,黄曲霉毒素,B,1,(AFB,1,),存在于被黄曲霉菌污染的饲料中，它可以通过食物链进入动物体内并蓄积，引起瘤变。某些微生物能表达,AFB,1,解毒酶,.,将该酶添加在饲料中可以降解,AFB,1,，清除其毒性。,(1),黄曲霉毒素,B,1,(AFB,1,),是化学物质，,AFB,1,属于化学类致癌因子。,(2)AFB,1,能结合在,DNA,的,G,上,.,使该位点受损伤变为,G,，在,DNA,复制中，,G,会与,A,配对。现有受损伤部位的序列为,，经两次复制后，该序列突变为 。,AGT,TC A,ATT,TAA,(3),在甲、乙条件下培养含,AFB,1,解毒酶基因的菌株。经测定，甲菌液细胞密度小、细胞含解毒酶