高三生物一轮复习精品课件：选修3-1.1、1.2-dna重组技术的基本工具基因工程的基本操作程序汇编

1、(1)基因工程的诞生基因工程的诞生(2)基因工程的原理和技术基因工程的原理和技术(3)基因工程的应用基因工程的应用(4)蛋白质工程蛋白质工程(1)基因工程中三种基本工具的作用及特点基因工程中三种基本工具的作用及特点(2)基因工程原理及基本操作程序基因工程原理及基本操作程序(3)设计某一转基因生物的培育过程设计某一转基因生物的培育过程(4)基因工程的应用及取得成果的典型实例基因工程的应用及取得成果的典型实例(5)蛋白质工程原理及其与基因工程的区别和蛋白质工程原理及其与基因工程的区别和联系联系11、1.2DNA重组技术的基本重组技术的基本工具基因工程的基本操作程序工具基因工程的基本操作程序一、基因

2、工程诞生的理论基础一、基因工程诞生的理论基础1基因拼接的理论基础基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质。是生物的主要遗传物质。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。旋结构。2外源基因在受体内表达的理论基础外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。生物界共用一套遗传密码

3、。二、基因工程的操作工具二、基因工程的操作工具1限制性核酸内切酶能够特异性地识别双链限制性核酸内切酶能够特异性地识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能在分子的某种特定的核苷酸序列，并能在特定部位将两个核苷酸之间的磷酸二酯键断特定部位将两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，使其形成黏性末端或平末端。开，使其形成黏性末端或平末端。2DNA连接酶连接酶(1)常用的常用的DNA连接酶连接酶(2)DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶作用实质作用实质都是催化两个脱氧核苷酸都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键之间形成磷酸二酯键是否需模是否需模板板不需

4、要不需要需要需要连接连接DNA链链双链双链单链单链DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶作用过作用过程程在两个在两个DNA片段片段之间形成磷酸二之间形成磷酸二酯键酯键将单个脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸加到已存在的核酸片段的片段的3端的羟端的羟基上，形成磷酸二基上，形成磷酸二酯键酯键作用结作用结果果将存在的将存在的DNA片片段连接成重组段连接成重组DNA分子分子合成新的合成新的DNA分子分子3.载体载体(1)作用：作为运载工具，将目的基因转移作用：作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。复制

5、。(2)种类：质粒、种类：质粒、噬菌体的衍生物和动植物病噬菌体的衍生物和动植物病毒等。毒等。(3)一般来说，天然载体往往不能满足人类的一般来说，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，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。对某些天然的载体进行人工改造。三、基因工程操作的基本程序三、基因工程操作的基本程序1目的基因的获取途径目的基因的获取途径(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。如从基因文库中获取。(2)人工合成目的基因人工合成目的基因常用的方法有：常用的方法有：已知核苷酸序列的

6、较小基因，直接利用已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。合成仪用化学方法合成，不需要模板。以以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合为模板，在逆转录酶作用下人工合成。成。(3)PCR技术与技术与DNA复制的比较复制的比较PCR技术技术DNA复制复制相相同同点点原理原理DNA双链复制双链复制(碱基互补配对碱基互补配对)原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATP、酶等、酶等PCR技术技术DNA复制复制不不同同点点解旋解旋方式方式DNA在高温下变在高温下变性解旋性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制主要在细胞核内主要在细胞

7、核内酶酶热稳定的热稳定的DNA聚聚合酶合酶(Taq酶酶)细胞内含有的细胞内含有的DNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成在短时间内形成大量的大量的DNA片段片段形成整个形成整个DNA分分子子2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成：启动子、目的基因、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。终止子以及标记基因等。(2)基因表达载体的构建方法基因表达载体的构建方法导入的目的基因的表达需要调控序列，导入的目的基因的表达需要调控序列，因此在插入目的基因的部位之前需有启动子，因此在插入目的基因的部位之前需有启动子，之后需有终止子。之后需有终止子。3将目的基因导

8、入受体细胞将目的基因导入受体细胞生物生物种类种类植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞微生物细胞微生物细胞常用常用方法方法农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术Ca2处理法处理法受体受体细胞细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化转化过程过程将目的基因插入到将目的基因插入到Ti质粒的质粒的TDNA上上农杆菌农杆菌导入植导入植物细胞物细胞整合到受整合到受体细胞的体细胞的DNA表表达达将含有目的基因的将含有目的基因的表达载体提纯表达载体提纯取取卵卵(受精卵受精卵)显微显微注射注射受精卵发育受精卵发育获得具有新性状获得具有新性状的动物的动物Ca2处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞重组重

9、组表达载体与感受态表达载体与感受态细胞混合细胞混合感受态感受态细胞吸收细胞吸收DNA分分子子4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定(1)分子水平检测分子水平检测导入检测：导入检测：DNA分子杂交技术，即使用放分子杂交技术，即使用放射性同位素标记的含目的基因的射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作片段作探针检测。探针检测。(2)个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。抗虫或抗病的接种实验。 (2010年北京海淀区抽查年北京海淀区抽查)下图是含某目下图是含某目的基因的的基因的DNA片段，据图回答下列问题。片段，据图回答下列问题。(1)根

10、据图示可知，若用根据图示可知，若用EcoR和和Sma限制限制酶切割，则此酶切割，则此DNA片段可有片段可有_个限制酶切个限制酶切割位点，切割后共有割位点，切割后共有_种种_个切割末端。个切割末端。(2)EcoR限制酶切割后形成的末端是限制酶切割后形成的末端是末端，在图中用笔标出切割部位。末端，在图中用笔标出切割部位。(3)如果要将用如果要将用EcoR限制酶切割形成的目的限制酶切割形成的目的基因片段导入受体细胞，一般需要基因片段导入受体细胞，一般需要_作载作载体。其应具备的特点有：体。其应具备的特点有：_、_、_。(4)Ecoli DNA连接酶连接目的基因和载体时连连接酶连接目的基因和载体时连接

11、的是图中接的是图中_(填字母填字母)部位的化学键。部位的化学键。【答案答案】(1)326(不计算原有的不计算原有的)(2)黏性黏性(3)质粒至少有一个切割位点能自我复制质粒至少有一个切割位点能自我复制含标记基因含标记基因(4)X (2009年江苏高考题年江苏高考题)苏云金杆菌苏云金杆菌(Bt)能能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为为抗氨苄青霉素基因抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。，据图回答下列问题。(1)将图中的将图中的DNA用用Hind、BamH完全完全酶切后，反应管中

12、有酶切后，反应管中有_种种DNA片段。片段。(2)图中表示图中表示Hind与与BamH酶切、酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得连接酶连接的过程，此过程可获得_种重组质粒；如果换用种重组质粒；如果换用Bst与与BamH酶切，酶切，目的基因与质粒连接后可获得目的基因与质粒连接后可获得_种重种重组质粒。组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_。(4)图中的图中的Ti质粒调控合成的质粒调控合成的vir蛋白，可以蛋白，可以协助带有目的基因的协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，导入植物细胞，并防止植物细胞中并防止植物细胞中_对对TDNA的降解。的降解

13、。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基基因频率的增长速率。因频率的增长速率。【解析解析】本题重点考查转基因技术的相关本题重点考查转基因技术的相关知识，需特别注意基因

14、工程的步骤、知识，需特别注意基因工程的步骤、DNA的的复制、基因工程的操作工具等知识。本题需复制、基因工程的操作工具等知识。本题需特别注意图示过程，从中获取有效信息，然特别注意图示过程，从中获取有效信息，然后结合课本知识即可正确解答。后结合课本知识即可正确解答。【答案答案】(1)4(2)21(3)复制复制(4)DNA水解酶水解酶(5)表面无相应的特异性受体表面无相应的特异性受体(6)抗性抗性1(2009年浙江高考题年浙江高考题)下列关于基因工程的叙下列关于基因工程的叙述，错误的是述，错误的是()A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物微生物B限制性核酸内

15、切酶和限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常连接酶是两类常用的工具酶用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛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素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组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的细胞和促进目的基因的表达【解析解析】基因工程中目的基因来源于自然基因工程中目的基因来源于自然界中的含有目的性状的一切生物，可以是动界中的含有目的性状的一切生物，可以是动物、植物，也可以是真菌、细菌，还可以是物、植物，也可以是真菌、细菌，还可以是人等；在基因工程中获取目的基因以及将目人等；在基因工程中获取目的基因以及将目

16、的基因和载体结合构成基因表达载体必须使的基因和载体结合构成基因表达载体必须使用同一种限制酶进行切割，以获得相同的黏用同一种限制酶进行切割，以获得相同的黏性末端，再在性末端，再在DNA连接酶的作用下，将目的连接酶的作用下，将目的基因和载体连接，构成基因表达载体；基因和载体连接，构成基因表达载体；人的胰岛素原基因可以在大肠杆菌体内得以人的胰岛素原基因可以在大肠杆菌体内得以表达，但是由于大肠杆菌是原核生物，没有表达，但是由于大肠杆菌是原核生物，没有内质网、高尔基体等细胞器的加工，合成的内质网、高尔基体等细胞器的加工，合成的胰岛素原不具有胰岛素的功能，即没有生物胰岛素原不具有胰岛素的功能，即没有生物活

17、性；作为标记基因，有利于重组基因在细活性；作为标记基因，有利于重组基因在细胞内表达的鉴定筛选，但对于目的基因的表胞内表达的鉴定筛选，但对于目的基因的表达没有促进等调控作用。达没有促进等调控作用。【答案答案】D2(2007年高考北京卷年高考北京卷)利用外源基因在受体利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其m

18、RNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列序列D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白【解析解析】该题考查了目的基因的检测和目该题考查了目的基因的检测和目的基因的表达两个概念之间的区别。基因表的基因的表达两个概念之间的区别。基因表达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达，基因在受体细胞中完成了表达，A、C只能说只能说明完成了目的基因的导入，明完成了目的基因的导入，B只能说明完成了只能说明完成了目的基因

19、的导入和目的基因的转录过程。目的基因的导入和目的基因的转录过程。【答案答案】D3(2009年上海高考题年上海高考题)人体细胞内含有抑制人体细胞内含有抑制癌症发生的癌症发生的P53基因，生物技术可对此类基因基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。的变化进行检测。(1)目的基因的获取方法通常包括目的基因的获取方法通常包括_和和_。(2)上图表示从正常人和患者体内获取的上图表示从正常人和患者体内获取的P53基基因的部分区域。与正常人正比，患者在该区因的部分区域。与正常人正比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出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；这种变异被称为发生改

20、变的碱基对；这种变异被称为_。(3)已知限制酶已知限制酶E识别序列为识别序列为CCGG，若用限，若用限制酶制酶E分别完全切割正常人和患者的分别完全切割正常人和患者的P53基因基因部分区域部分区域(见上图见上图)，那么正常人的会被切成，那么正常人的会被切成个片段；而患者的则被切割成长度为个片段；而患者的则被切割成长度为_对对碱基和碱基和_对碱基的两种片段。对碱基的两种片段。(4)如果某人的如果某人的P53基因部分区域经限制酶基因部分区域经限制酶E完完全切割后，共出现全切割后，共出现170、220、290和和460碱基碱基对的四种片段，那么该人的基因型是对的四种片段，那么该人的基因型是_(以以P+

21、表示正常基因，表示正常基因，P-表示异常基因表示异常基因)。【解析解析】(1)目的基因既可以从供体细胞中目的基因既可以从供体细胞中直接提取，也可人工合成。直接提取，也可人工合成。(2)基因内部个别基因内部个别碱基对的替换为基因突变。碱基对的替换为基因突变。(3)据图分析可知，据图分析可知，正常人会被切成三个片段。正常人会被切成三个片段。(4)由正常人被限由正常人被限制酶制酶E切出来的具体片段可知，该人的基因型切出来的具体片段可知，该人的基因型是是P+P-。【答案答案】(1)从细胞中分离通过化学方法从细胞中分离通过化学方法人工合成人工合成(2)见下图见下图基因碱基对的替换基因碱基对的替换(基因突

22、变基因突变)(3)3460220(4)P+P-4(2008年山东高考题年山东高考题)为扩大可耕地面积，为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。育出了耐盐水稻新品系。(1)获得耐盐基因后，构建重组获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用分子所用的限制性内切酶作用于图中的的限制性内切酶作用于图中的_处，处，DNA连接酶作用于连接酶作用于_处。处。(填填“a或或“b”)(2)将重组将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用分子导入水稻受体细胞的常用方法有农

23、杆菌转化法和方法有农杆菌转化法和_法。法。(3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用要利用_技术，该技术的核心是技术，该技术的核心是_和和_。(4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的既要用放射性同位素标记的_作探针进行作探针进行分子杂交检测，又要用分子杂交检测，又要用_方法从个体水平方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。鉴定水稻植株的耐盐性。【解析解析】限制性内切酶的切点选择很严格，限制性内切酶的切点选择很严格，只会切断某段特定只会切断某段特定DNA序列中的某个特定位序列中的某个特定位点点磷酸

24、二酯键，而磷酸二酯键，而DNA连接酶可以将该连接酶可以将该键连接起来。重组键连接起来。重组DNA分子导入水稻受体细分子导入水稻受体细胞的常用方法除了农杆菌转化法外，还有基胞的常用方法除了农杆菌转化法外，还有基因枪法和花粉管通道法。因枪法和花粉管通道法。导入外源基因的细胞需要利用植物组织培养导入外源基因的细胞需要利用植物组织培养技术将其培养为植株，过程为：取材、去分技术将其培养为植株，过程为：取材、去分化化(或脱分化或脱分化)形成愈伤组织、再分化形成试形成愈伤组织、再分化形成试管苗、移栽培育成完整植物体。转基因是否管苗、移栽培育成完整植物体。转基因是否成功，可测定是否有转基因产物产生，也可成功，

25、可测定是否有转基因产物产生，也可通过改变条件观察植物性状的变化来加以确通过改变条件观察植物性状的变化来加以确定。定。【答案答案】(1)aa(2)基因枪基因枪(花粉管通道花粉管通道)(3)植物组织培养脱分化植物组织培养脱分化(去分化去分化)再分化再分化(4)耐盐基因耐盐基因(目的基因目的基因)一定浓度盐水浇灌一定浓度盐水浇灌的的(移栽到盐碱地中移栽到盐碱地中)5(2008年江苏高考年江苏高考)将动物致病菌的抗原基将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。苗制备过程相关的图和表。图图1转基因操作流程图转基因操作流程图图图2引物对与模板结合示意图引物对与模板结合示意图表表1引物对序列表引物对序列表引物引物对对AP1AACTGAAATGTAGCTATCP2TTAAGTCCATTACTCTAG