2019届高考生物二轮复习专题八现代生物科技专题8.16基因工程、细胞工程课件.pptx

专题八 现代生物科技专题,第16讲 基因工程、细胞工程,-3-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,命题点一PCR、基因工程及转基因技术的安全性 1.PCR技术 (1)PCR的过程,-4-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(2)PCR与DNA复制的比较,-5-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,2.基因工程的主干知识图解,-7-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,3.基因工程的基本工具,-8-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,4.基因工程的操作程序 (1)目的基因的获取 从基因文库中获取。 利用PCR技术扩增:其实质是在体外对目的基因进行大量复制。 用化学方法人工合成 a.对于核苷酸序列已知的直接人工合成。,-9-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(2)基因表达载体的构建 基因表达载体的组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。 基因表达载体的构建方法,-10-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(3)将目的基因导入受体细胞,-11-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(4)目的基因的检测和鉴定,-12-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,思维拓展 从“基因表达”层面理解启动子和终止子 启动子是RNA聚合酶的结合位点,启动转录;终止子是终止转录的位点。插入的目的基因是结构基因,其表达需要调控序列,因而用作载体的质粒的插入部位前面需要有启动子,后面需要有终止子。,-13-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,透彻理解基因工程的原理解答相关题目 大豆花叶病是世界性大豆病害,是造成大豆减产的重要原因。某科研小组制备了大豆花叶病毒(RNA病毒)的空衣壳蛋白(CP蛋白),生产过程大致如下,请回答问题。,-14-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(1)图中的是指 。 (2)过程中应用的酶是 。在此过程前,先要在大豆花叶病毒的基因文库中查找 的核苷酸序列,以便合成特异性引物。 (3)在上述生产流程中, (填序号)是基因工程生产CP衣壳蛋白的核心步骤。为检测样液中是否含有有效成分,在可使用 进行检测。,答案: (1)RNA (2)TaqDNA聚合酶 CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段) (3) CP蛋白的抗体,-15-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,1.金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题。,-16-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过 获得 用于PCR扩增。 (2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 位点。设计引物时需要避免引物之间 ,而造成引物自连。 (3)图中步骤1代表 ,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。 (4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏 的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度。 (5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 (填序号:升高退火温度 降低退火温度 重新设计引物)。,-17-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,答案 (1)逆转录 cDNA (2)限制性核酸内切酶 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 GC含量高 (5),-18-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,解析 (1)根据mRNA获取目的基因的方法是先通过逆转录获得cDNA,然后通过PCR扩增。(2)构建重组质粒时,要用限制性核酸内切酶对质粒和含目的基因的DNA进行酶切,所以为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时需要避免引物的碱基互补配对,防止引物之间自连。(3)PCR包括三个步骤:变性、复性(退火)和延伸。图中步骤1代表变性。(4)退火是引物和模板结合的过程,退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。退火温度一般比Tm值(把DNA双螺旋结构降解一半时的温度)低5 。DNA中GC含量越高,Tm值越高。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度太高,破坏了引物与模板的碱基配对,也可能是引物设计错误,改进措施是降低退火温度和重新设计引物。,-19-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,2.(2018全国理综)回答下列问题。 (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了 (答出两点即可)。 (2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是 。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞。在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。,-20-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,答案 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶,-21-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,解析 (1)该实例可以说明很多问题,比如体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核细胞的基因也可以在原核细胞中表达,真核生物和原核生物共用同一套密码子,质粒的化学本质是DNA等。(2)目的基因导入细菌可以用Ca2+处理细菌,从而使目的基因进入受体细胞。噬菌体由DNA和蛋白质外壳组成,噬菌体属于细菌病毒,即其宿主细胞为细菌,所以需要将重组噬菌体导入细菌中。(3)为了防止目的基因所表达的蛋白质被细菌内的蛋白酶所降解,所以要选择蛋白酶缺陷型大肠杆菌,即不能产生蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞。同时,在纯化蛋白质的过程中可以加入蛋白酶抑制剂,以降低蛋白酶的活性。,-22-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,命题点二克隆技术及其伦理道德问题 1.容易混淆的三种细胞杂种细胞、重组细胞和杂交细胞 (1)杂种细胞:植物体细胞杂交过程中,两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合,融合的原生质体出现细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞。 (2)重组细胞:体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞。 (3)杂交细胞:动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞。,-23-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,2.从结果分析克隆技术的原理 (1)植物体细胞杂交 植物体细胞杂交包含两个过程:一是植物细胞融合;二是杂种细胞的植物组织培养。其最终结果是形成杂种植株,产生一个生物体。因此,植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性。 (2)动物细胞融合 动物细胞融合形成杂交细胞,杂交细胞进行细胞培养,获得大量的克隆细胞,但没有形成生物体。因此,动物细胞融合的原理是细胞增殖和细胞膜的流动性,不包括细胞的全能性。,-24-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,3.细胞工程的几个流程图的比较(见下图) (1)植物组织培养,-25-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(2)植物体细胞杂交 (3)核移植,-26-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(4)动物细胞培养 (5)动物细胞融合,-27-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(6)单克隆抗体的制备,-28-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,把握实验流程,解答与动物细胞融合和单克隆抗体相关的题 下页左上图是单克隆抗体制备流程阶段示意图,请据图回答问题。,-29-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(1)单克隆抗体技术是 技术的重要应用。 (2)B淋巴细胞是由动物体 中的 细胞增殖、分化、发育而来的。 (3)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外,还可以采用 。 (4)单克隆抗体技术的两次筛选过程,分别筛选 。 (5)单克隆抗体与常规的血清抗体相比,最大的优越性体现在 。,答案: (1)(动物)细胞融合 (2)骨髓 造血干 (3)灭活的病毒 (4)杂交瘤细胞和产生特异性抗体的杂交瘤细胞(顺序颠倒不可) (5)特异性强、灵敏度高、可大量制备,-30-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,1.(2018全国理综)2018年细胞期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴“中中”和“华华”。回答下列问题。 (1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指 。 通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目 (填“减半”“加倍”或“不变”)。 (2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度 (填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是 。 (3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目 (填“相同”或“不同”),性染色体组合 (填“相同”或“不同”)。,-31-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,答案 (1)将动物的一个细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中 不变 (2)小于 胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易 (3)相同 不同 解析 (1)克隆动物过程中涉及的动物细胞工程技术有核移植技术、胚胎移植技术等,其中核移植技术是指将供体细胞的细胞核移入一个去核的卵母细胞中,构建重组细胞,使其发育成一个胚胎,将来发育成一个动物个体。在整个过程中,细胞只进行有丝分裂,细胞中染色体数目不变。(2)胚胎细胞比体细胞分化程度低,故胚胎细胞核移植比体细胞核移植成功的难度小。(3)通过核移植获得克隆动物的过程中,细胞中染色体数目不变。雌、雄动物的常染色体数目相同,而性染色体组合不同。,-32-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,2.(2017广东清远模拟)下面甲、乙两图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图,请据图回答下列问题。,-33-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,(1)图甲和图乙所示的过程中,都会用到的动物细胞工程技术是 。 (2)图甲中过程在制备单克隆抗体时需要借助动物细胞融合技术,诱导动物细胞融合特有的方法是使用 诱导。 (3)若不考虑环境因素的影响,克隆羊的性状是否全部像白面绵羊? 。请说明原因: 。 (4)图乙过程的技术具有多种用途,但是不能 。 A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优良个体 C.用于保存物种 D.改变动物的核基因,-34-,命题点一,命题点二,整合提升,题型突破,题组训练,答案 (1)动物细胞培养技术 (2)灭活的病毒(生物法) (3)否 卵母细胞细胞质中的遗传物质也能控制某些性状 (4)D,-35-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,对基因工程操作过程辨析不清 防范策略 (1)基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插到启动子与终止子之间的部位。 (2)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,称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (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、荧光蛋白基因(表达产物为可发荧光的蛋白质)等。,-36-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,(4)受体细胞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。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素,则必须用真核生物酵母菌作受体(需内质网、高尔基体的加工、分泌)。一般不用支原体作受体,因为它营寄生生活。一定不能用哺乳动物成熟的红细胞作受体,因为它无细胞核,不能合成蛋白质。,-37-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,防范演练1 (2016全国理综)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。,图(a),图(b),-38-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,根据基因工程的有关知识,回答下列问题。 (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。,图(c),-39-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。,答案: (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 (2)甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可)。 (3)Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 DNA连接酶(其他合理答案也可),-40-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,解析: (1)由题图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。 (2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。 (3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4 DNA连接酶,但其对平末端的连接效率较低。,-41-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,对植物体细胞杂交理解不透彻 防范策略 (1)植物体细胞杂交和有性杂交的区别 植物体细胞杂交:若两个不同品种的植物细胞(设为甲、乙)进行融合,甲含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,乙含有2y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2x+2y,基因型为AabbccDd。不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管是染色体数、基因型还是染色体组都直接相加。,-42-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,植物有性杂交的结果:假设上述两种植物能杂交产生后代,则子代细胞中染色体数为(x+y),基因型为AbcD、abcD、Abcd、abcd,即先减半再相加。 有性生殖过程遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交不遵循孟德尔遗传规律。 (2)利用植物组织培养生产细胞产物时,有时只需将外植体培养到愈伤组织阶段,从愈伤组织中获取产物。,-43-,失分误区1,失分误区2,失分误区3,防范演练2 右上图是植物体细胞杂