高考生物一轮复习 专题1 基因工程课件 新人教版选修1.ppt

最新考纲1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 实验 dna的粗提取与鉴定 考纲解读1 基因工程的实质2 基因工程操作的四步曲及其操作实例3 基因工程在农业 医药生产 疾病诊断和治疗中的应用4 蛋白质工程的一般操作过程 知识点一基因工程的概念及基本工具 议一议 限制酶主要存在于原核生物中 它有什么意义 答案 限制酶在原核生物中主要是切割外源dna 使之失效 从而达到保护自己的目的 知识点二基因工程的基本操作程序 想一想 什么叫基因文库 建立基因文库有什么意义 答案 将含有某种生物不同基因的许多dna片段 导入受体细菌的群体中储存 各个受体菌分别含有这种生物的不同基因 称为基因文库 建立基因文库 便于随时获取目的基因 答案 构建基因表达载体时 可能没有加入启动子 看一看 某研究小组在利用基因工程改造棉花时 发现转入的目的基因始终不表达 其原因可能是什么 知识点三基因工程的应用 想一想 基因治疗是针对什么样的病进行的 答案 基因治疗一般针对很难用一般药物进行治疗的由基因异常引起的遗传病 知识点四蛋白质工程 质粒载体质粒是细菌拟核dna外的环状dna小分子 可在细菌间转移 质粒是常用的转基因载体 病毒载体病毒很适合用于基因治疗 病毒的蛋白质外壳内能容纳多达7500个碱基的dna片段 当病毒侵染宿主细胞并在细胞内增殖时 也将重组dna带入到细胞中 病毒已经多次用于基因治疗的临床实验 这种方法存在的问题是宿主对病毒的免疫反应 显微注射法dna可以通过显微注射法转入动物细胞中 下图所示的是目的基因的多份拷贝正通过玻璃微型吸管注射到受精卵中 转基因小鼠和家畜都是利用这种方法产生的 但是成功率很低 只有2 3 的受精卵发育成转基因动物 在这些动物中只有一小部分表达了转入的基因 基因枪法这种方法是利用压缩气体产生的动力将包裹在金属颗粒表面的外源dna打入生物组织中 常用的金属颗粒有金粉粒子或钨粉粒子 一些细胞能像表达自身基因一样表达导入的外源dna 学习笔记 1 与dna分子相关的酶 1 几种酶的比较 基因工程的基本操作工具 2 限制酶与dna连接酶的关系 限制酶不切割自身dna的原因是 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 dna连接酶起作用时不需要模板 2 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 3 种类 质粒 一种祼露的 结构简单 独立于细菌拟核dna之外 能够自我复制的很小的双链环状dna分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 提醒 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 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 本部分知识多以选择题的形式出现 并且与必修内容联系密切 也可在基因工程综合题中作为某一具体问题出现 典例1 2011 浙江卷 将ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒pet28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 a 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒b 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad 每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 解析将重组质粒导入大肠杆菌中并成功表达 说明大肠杆菌内至少含有一个重组质粒 每个重组质粒都含有目的基因ada 则该重组质粒至少含一个能被该限制性核酸内切酶切割的位点 限制性核酸内切酶具有特异性 种类不同 识别的位点不同 切割出的黏性末端也就不同 因此并不是每个位点都能插入ada 根据题干信息 导入重组质粒的大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶 说明插入的ada至少表达出一个腺苷酸脱氨酶分子 答案c 训练1 下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述 错误的是 a 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列b 限制性核酸内切酶的活性受温度影响c 限制性核酸内切酶能识别和切割rnad 限制性核酸内切酶可从原核生物中提取 解析考查基因工程中工具酶的有关知识 限制性核酸内切酶的化学成分是蛋白质 它的活性受到温度和ph的影响 限制性核酸内切酶的特点是能识别双链dna中特定的核苷酸序列 可在特定的位点进行切割 但不能识别和切割rna 限制性核酸内切酶主要是从原核生物体内分离出来的 答案c 训练2 如图是利用基因工程技术培育转基因植物 生产可食用疫苗的部分过程示意图 其中pst sma ecor apa 为四种限制性核酸内切酶 下列说法错误的是 a 图示过程是基因工程的核心步骤b 表达载体构建时需要用到限制酶sma c 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来d 除图示组成外 表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构解析图示过程为基因表达载体的构建过程 是基因工程中的核心步骤 构建过程中需要将目的基因完整切割下来 此时要用到限制酶pst ecor 抗卡那霉素基因是标记基因 目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子和标记基因等 答案b 基因工程技术生产凝乳酶的过程 基因工程操作程序及与蛋白质工程的比较 1 基因工程的操作程序分析 1 目的基因的获取途径 从自然界中已有的物种中分离出来 如从基因组文库或cdna文库中获取 人工合成目的基因常用的方法有反转录法和化学合成法 利用pcr技术扩增目的基因通过pcr技术可对已获取的目的基因进行扩增 以获取大量的目的基因 2 基因表达载体的构建提醒 插入的目的基因的表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子 之后需有终止子 两次使用的限制酶为同一种酶 这样形成的黏性末端碱基之间互补 便于连接 3 将目的基因导入受体细胞 转化 4 目的基因的检测与鉴定 2 基因工程与蛋白质工程的比较 本部分知识是高考的重点内容 特别是江苏卷年年都考 理综试题也多有涉及 各省对本部分内容考查要求不同 复习中应引起关注 典例2 2011 安徽 家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力 将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养 可提取干扰素用于制药 1 进行转基因操作前 需用 酶短时处理幼蚕组织 以便获得单个细胞 2 为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达 需要把来自cdna文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的 和 之间 3 采用pcr技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞 该pcr反应体系的主要成分应包含 扩增缓冲液 含mg2 水 4种脱氧核糖核苷酸 模板dna 和 4 利用生物反应器培养家蚕细胞时 贴壁生长的细胞会产生接触抑制 通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中 这样可以 增加培养的细胞数量 也有利于空气交换 解析本题综合考查基因工程 细胞工程和pcr技术 意在考查考生对基础知识的理解 胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理可以将动物组织分解成单个细胞 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子 标记基因等 其中启动子和终止子有利于目的基因的表达 标记基因有利于目的基因的检测 pcr技术中需要原料 4种脱氧核苷酸 缓冲液 模板dna 引物和耐热dna聚合酶等 在生物反应器中放入多孔的中空薄壁小玻璃珠的目的 一方面有利于细胞的贴壁生长 避免接触抑制 另一方面有利于气体交换 答案 1 胰蛋白 或胶原蛋白 2 启动子终止子 3 对干扰素基因特异的dna引物对taqdna聚合酶 4 扩大细胞贴壁生长的附着面积 训练3 2011 南京二模 下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程 请据图回答下列有关问题 1 若限制酶 的识别序列和切点是 gatc 限制酶 识别序列和切点是 g gatcc 那么在 过程中 应用限制酶 切割质粒 用限制酶 切割抗虫基因 2 将通过 过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上 若能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒 反之则说明没有导入 3 要确定抗虫基因导入后 是否能稳定遗传并表达 需进行检测和鉴定工作 则在个体水平上的鉴定过程可简述为 经筛选分析 该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的dna片段 因此可以把它看作是杂合子 理论上 该转基因植株自交产生的f1代中 仍具有抗虫特性的植株占总数的 4 过程所用的现代生物技术称为 从遗传学角度来看 据细胞通过 过程 能形成棉植株的根本原因是细胞具有 解析本题极易出错的部分有 在第 1 小题中没有看清目的基因插入的位置 从而不能确定用限制酶 还是 来切割质粒还是切割抗虫基因 第 3 小题检测抗虫性状在个体水平上是否表达 应该让害虫吞食转基因棉花的叶片 观察害虫的存活情况 这个地方也有出错的 主要没有看清是在哪个水平上进行检测的 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 14mol 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 选修三高考必考教材实验 dna的粗提取与鉴定 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 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 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 本实验为选修教材的唯一高考必考实验 命题多出现在江苏单科考卷中 但近年理综考试中也有所涉及 应引起关注 典例 2010 江苏卷 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10g 剪碎后分成两组 一组置于20 另一组置于 20 条件下保存24h dna粗提取 第一步 将上述材料分别放入研钵中 各加入15ml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10ml滤液 再加入20ml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2mol lnacl溶液溶解上述絮状物 dna检测 在上述试管中各加入4ml二苯胺试剂 混合均匀后 置于沸水中加热5min 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 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 训练1 2011 江苏卷 在利用鸡血进行 dna的粗提取与鉴定 的实验中 相关叙述正确的是 a 用蒸馏水将nacl溶液浓度调至0 14mol l 滤去析出物b 调节nacl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶 都可以去除部分杂质c 将丝状物溶解在2mol lnacl溶液中 加入二苯胺试剂即呈蓝色d 用菜花替代鸡血作为实验材料 其实验操作步骤相同 解析用蒸馏水将nacl溶液浓度调至0 14mol l时 滤取析出物 将丝状物溶解在0 015mol l的nacl中 加入二苯胺试剂 需沸水浴加热几分钟 才呈蓝色 用菜花替代鸡血为实验材料 需要对材料的细胞壁进行处理 调节nacl溶液浓度改变不同物质在其中的溶解度 加入木瓜蛋白酶分解蛋白质都可以去除部分杂质 故b正确 答案b 训练2 下图为一生物工程的流程图 下列叙述错误的是 a 由d细胞形成杂种植株所使用技术的中心环节是形成愈伤组织b 细胞a b到细胞c反映出细胞膜的结构特点 即具有一定的流动性c 同一物种的体细胞杂交与两个不同品种有性杂交 所得后代染色体数不相同d 若用图示过程制备治疗 sars病毒 的单克隆抗体 则b淋巴细胞应来自正常人 解析制备治疗 sars病毒 的单克隆抗体时 所需的b淋巴细胞应是经 sars病毒 免疫过的 所以b淋巴细胞应来自 非典患者 答案d 训练3 改编题 如图所示为 dna粗提取 实验的相关操作步骤 其操作目的错误的是 a 是洗涤红细胞 去除血细胞表面的杂质b 是稀释nacl溶液至0 14mol l 析出dnac 是选用2mol lnacl溶液溶解黏稠物中的dnad 是纯化dna 去除溶于95 的酒精中的杂质 解析本题考查dna的提取 意在考查考生的识图能力和分析比较能力 是让血细胞与蒸馏水混合而使血细胞处于低渗的环境中 细胞因大量吸水而最终破裂 并释放出dna 答案a 1 2011 四川理综 5 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完全表达 解析将多个抗冻基因编码区相连成能表达的新基因 合成的蛋白质为新的蛋白质 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 答案b 2 2010 全国 5 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 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 答案b 3 2010 浙江理综 2 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 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 答案a 4 2010 江苏卷 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 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 答案a 5 2009 浙江卷 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 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解析载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞 但由于它和目的基因是相互独立的 并不能促进目的基因的表达 答案d 6 2011 江苏卷 33 请回答基因工程方面的有关问题 1 利用pcr技术扩增目的基因 其原理与细胞内dna复制类似 如图所示 图中引物为单链dna片段 它是子链合成延伸的基础 从理论上推测 第四轮循环产物中含有引物a的dna片段所占的比例为 在第 轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 2 设计引物是pcr技术关键步骤之一 某同学设计的两组引物 只标注了部分碱基序列 都不合理 如下图 请分别说明理由 第1组 第2组 3 pcr反应体系中含有热稳定dna聚合酶 下面的表达式不能正确反映dna聚合酶的功能 这是因为 4 用限制酶ecor mbo 单独或联合切割同一种质粒 得到的dna片段长度如下图 1kb即1000个碱基对 请画出质粒上ecor mbo 的切割位点 解析 1 依据图解特点 第四轮循环产物中可以得到16个dna分子 其中有16个含引物b的单链 15个含引物a的单链 以及一个不含引物a的模板链 从图解原dna与引物a b的比例关系分析 经三次复制后开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 2 比较第一组引物的碱基顺序 可以发现引物 与引物 有两对碱基能发生互补配对 形成局部双链结构而失效 而第二组引物中 引物 折叠后会发生碱基互补配对而导致失效 3 在pcr反应体系中 引物首先与模板dna单链互补配对形成局部双链dna片段 然后在dna聚合酶的作用下将单个脱氧核苷酸依次连接到引物链上 4 分析本小题中图解可知 用ecor 切割质粒只得到长度为14kb的一个片段 说明该酶在质粒上只有1个切点 同理可以推测mbo 在质粒上有2个切点 由图中可以看出同时用两种限制酶切割时得到了3个片段 由此可以推测限制酶ecor 的切点在图中11 5kb的dna片段中 具体切割位点见答案 7 2010 天津理综 7 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tetr表示四环素抗性基因 ampr表示氨苄青霉素抗性基因 bamh hind sma 直线所示为三种限制酶的酶切位点 据图回答问题 1 图中将人乳铁蛋白基因插入载体 需用 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大肠杆菌首先需要在含 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列是 填字母代号 a 启动子b tetrc 复制原点d ampr 3 过程 可采用的操作方法是 填字母代号 a 农杆菌转化b 大肠杆菌转化c 显微注射d 细胞融合 4 过程 采用的生物技术是 5 对早期胚胎进行切割 经过程 可获得多个新个体 这利用了细胞的 性 6 为检测人乳铁蛋白是否成功表达 可采用 填字母代号 技术 a 核酸分子杂交b 基因序列分析c 抗原 抗体杂交d pcr 解析 1 由图示可知 需用hind 和bamh 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 因酶切后tetr四环素抗性基因结构被破坏而ampr氨苄青霉素抗性基因结构完好 故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌 2 启动子是一段特殊的dna序列 是rna聚合酶识别和结合的位点 可调控基因的特异性表达 3 过程 表示把重组载体导入受体细胞的过程 当受体细胞为动物细胞时 常采用显微注射法 4 过程 表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程 属于胚胎移植技术 5 经过程 得到新个体是细胞全能性的体现 6 人乳铁蛋白基因是否成功表达 关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白 可用抗原 抗体杂交法检测该蛋白是否存在 8 2009 上海卷 人体细胞内含有抑制癌症发生的p53基因 生物技术可对此类基因的变化进行检测 1 目的基因的获取方法通常包括 和 2 上图表示从正常人和患者体内获取的p53基因的部分区域 与正常人相比 患者在该区域的碱基会发生改变 在上图中用方框圈出发生改变的碱基对 这种变异被称为 3 已知限制酶e识别序列为ccgg 若用限制酶e分别完全切割正常人和患者的p53基因部分区域 见上图 那么正常人的会被切成 个片段 而