名师面对面高考生物一轮复习选修3第一单元基因工程省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

选修3当代生物科技专题第一单元基因工程（一）基因工程诞生:（Ⅰ）1.基础理论（1）DNA是遗传物质证实：1944年艾弗里等人不但证实了

，还证实了DNA可从一个生物个体转移到另一个生物个体。（2）

确实立。（3）

破译：1963年由尼伦伯格和马太破译，1966年被试验证实。遗传密码DNA是生物遗传物质DNA双螺旋结构和中心法则1/442.技术创造使基因工程实施成为可能（1）基因转移载体发觉：1967年罗思和海林斯基发觉了细菌染色体（拟核）DNA外

有自我复制能力。（2）工具酶创造：1970年科学家在细菌中发觉了第一个

.

。以后几年相继发觉了各种限制酶和连接酶。（3）DNA合成和测序技术创造。（4）DNA体外重组实现：1972年成功地构建了第一个

。（5）重组DNA表示试验成功。（6）第一例转基因动物问世：1980年，科学家首次用显微注射技术培育出第一个转基因小鼠，1983年，又用农杆菌转化法获第一例转基因烟草。（7）

创造：1988年由美国科学家穆里斯（K.Mullis）创造。PCR技术质粒限制性核酸内切酶体外重组DNA分子2/443.基因工程概念：又叫

，指按照人们愿望，进行严格设计，经过体外

和

等技术，赋予生物以新遗传特征，从而创造出更符合人们需要新生物类型和生物产品。其操作水平是在

上进行设计和施工，操作环境是在

。生物体外DNA重组技术DNA重组转基因DNA分子水平3/44（二）DNA重组技术基本工具（Ⅱ）“分子手术刀”：

.

.（约4000种）主要起源：

生物。特点：能够识别DNA特定

，切开每条链中两个

之间

。大多能识别由

组成序列。DNA片段末端：两种形式

和

。

：DNA连接酶作用：将双链

“缝合”起来，恢复被限制酶切开

。种类E·coliDNA连接酶：只能“缝合”DNA片段

；T4DNA连接酶：既可“缝合”双链DNA

,又能“缝合”双链DNA

。限制性核酸内切酶（又称限制酶）原核核苷酸序列核苷酸磷酸二酯键6个核苷酸黏性末端平末端“分子缝合针”DNA片段两个核苷酸之间磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端4/44质粒：是一个裸露、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核DNA）之外，并含有

能力

。病毒和λ噬菌体衍生物等。“分子运输车”：载体种类质粒特点能够在细菌内

；含有一个至多个

，供外源DNA插入；含有特殊

，供重组DNA判定和选择。质粒载体处理：都是在天然质粒基础上进行过

。自我复制双链环状DNA分子自我复制限制酶切点遗传标识基因人工改造5/44（三）基因工程基本操作程序（Ⅱ）1.目标基因获取（1）目标基因：指编码蛋白质

。（2）获取目标基因方法从基因文库中获取目标基因含义：将含有某种生物

许多

，导入受体菌群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物

，称为基因文库。种类基因组文库：含有一个生物

基因。部分基因文库：含有一个生物

基因，如cDNA文库。目标基因获取依据基因

序列；基因功效；基因在染色体上位置；基因转录产物是

；基因

产物是蛋白质。结构基因不一样基因DNA片段不一样基因全部部分核苷酸mRNA翻译6/44（2）获取目标基因方法利用PCR技术扩增目标基因PCR含义：是

缩写，是一项在生物体外

特定DNA片段核酸合成技术，由

等人于1988年创造。前提：已知目标基因

，方便合成

。原理：利用

.

。过程：目标基因DNA受热变性后解旋为

，与

对应互补序列结合，然后在

作用下进行延伸，如此重复循环屡次。方式：指数扩增≈2n（n为扩增循环次数）。人工合成法：若基因较小，

又已知，能够经过DNA合成仪直接合成。核苷酸序列聚合酶链式反应复制穆里斯核苷酸序列引物DNA双链复制原理（即碱基互补配对和DNA半保留复制原理）单链引物DNA聚合酶7/442.基因表示载体构建表示载体功效（目标）：使目标基因在

中稳定存在，而且能够

给下一代；使目标基因能够

。表示载体主要组成目标基因：插入到载体中（主要是质粒载体）；开启子：是一段有特殊结构DNA片段，位于

，它是

识别和结合部位，驱动基因转录

；终止子：位于

，终止

；标识基因：是为判别受体细胞中是否含有

。受体细胞遗传表示和发挥作用基因首端RNA聚合酶mRNA基因尾端基因转录目标基因8/443.将目标基因导入受体细胞转化：目标基因进入受体细胞体内，而且在细胞体内维持

过程。目标基因导入受体细胞惯用方法导入植物细胞方法农杆菌转化法：是当前最惯用方法。a.农杆菌特点，能在自然条件下感染

和

植物，而对大多数

植物没有感染能力；感染植物细胞时，细菌中Ti质粒上

可转移至受体细胞并整合到受体细胞

。b.转化过程：目标基因插入

→植物细胞→插入到植物细胞中

上。其它：基因枪法和花粉管通道法。导入动物细胞方法：显微注射技术。基本操作程序：目标基因表示载体

.→取卵（受精卵）→

→目标基因受精卵移植→发育成含有新性状动物。导入微生物细胞方法：氯化钙法。早期基因工程操作都用

生物作为受体细胞。（注意：该生物特点和转化过程须进行认真识记）稳定和表示双子叶植物裸子单子叶T-DNA（可转移DNA）染色体DNATi质粒T-DNA上染色体DNA提纯（保持在1～3μg/mL）显微注射原核9/444.目标基因检测与判定分子水平检测DNA分子杂交：检测转基因生物

DNA上是否插入了

，这是

能否在真核生物中稳定遗传关键。DNA-mRNA分子杂交：检测目标基因是否转录出

，这是检测

是否成功发挥功效作用第一步。抗原—抗体杂交：检测目标基因是否

。个体生物学水平判定：是否有所需遗传特征表现。翻译成蛋白质染色体目标基因目标基因mRNA目标基因10/44（四）基因工程应用（Ⅱ）植物基因工程：抗虫转基因植物；抗病转基因植物；抗逆转基因植物；改良植物品质。四大转基因植物：大豆、玉米、棉花、油菜。动物基因工程：提升动物生长速度；改进畜产品品质；生产药品（乳腺生物反应器或称乳房生物反应器）；作器官移植供体。基因工程药品：用转基因工程菌生产，包含细胞因子、抗体、疫苗、激素等。基因治疗：体外基因治疗和体内基因治疗。能源和环境等方面。11/44（五）蛋白质工程崛起（Ⅰ）蛋白质工程崛起缘由：基因工程在标准上是生产自然界

蛋白质，这些蛋白质结构和功效符合特定物种生存需要，却

完全符合人类生产和生活需要，故可能需进行改造。蛋白质工程基本原理：预期蛋白质功效→

.

→推测应有氨基酸序列→

.

。蛋白质工程概念：又称

。是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础，经过基因修饰或基因合成，对

进行改造，或制造一个新蛋白质，以满足人类生产和生活需求。蛋白质工程进展和前景：（略）已存在不一定蛋白质结构设计预期找到相对应脱氧核苷酸序列第二代基因工程现有蛋白质12/44（六）试验：DNA粗提取和判定试验1.试验原理：（1）DNA在NaCl溶液中溶解度，是伴随NaCl浓度改变而改变。当NaCl物质量浓度为0.14mol/L时,DNA溶解度最低。利用这一原理，能够使溶解在NaCl溶液中DNA析出。（2）DNA不溶于酒精溶液，不过细胞中一些物质则能够溶于酒精溶液。利用这一原理，能够深入提取出含杂质较少DNA。（3）蛋白酶能水解蛋白质，不过对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受60～80℃高温，而DNA在80℃以上才会变性；洗涤剂能够瓦解细胞膜，不过对DNA没有影响。这些方法也可用以提取细胞内DNA。（4）DNA遇二苯胺（沸水浴）会染成蓝色，所以，二苯胺能够作为判定DNA试剂。13/442.方法步骤：（流程图）提取细胞核物质：顺时针方向搅拌，稍快，稍重，5min→溶解DNA→析出含DNA黏稠物：蒸馏水300mL，逆时针方向搅拌，迟缓→过滤：取黏稠物→再溶解：顺时针方向搅拌，较慢，3min→过滤：取滤液→提取出含杂质较少DNA，逆时针方向搅拌，稍慢，5min→DNA判定：沸水浴5min。3.注意事项：（1）步骤3析出含DNA黏稠物中，蒸馏水要沿烧杯内壁缓缓加入，不能一次快速倒入。（2）试验中有多个步骤都要用玻璃棒进行搅拌，不过在不一样步骤中玻璃棒使用方法不一样。14/44考点一限制酶所识别序列有什么特点？限制酶所识别序列，不论是6个碱基还是4个碱基，都能够找到一条中心轴线（下列图），中轴线两侧双链DNA上碱基是反向对称重复排列。15/44考点二限制酶在DNA任何部位都能将DNA切开吗？

任何一个限制酶都只识别和切断特定核苷酸序列，这是由限制酶性质所决定。考点三DNA连接酶连接是什么部位？

DNA连接酶是将一段DNA片段3′端羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间氢键。考点四什么叫磷酸二酯键？3,5磷酸二酯键是核酸中核苷酸连接方式，组成了核酸一级结构。在核酸中一个核苷酸核糖上第3位羟基与下一个核苷酸核糖上第5位磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称3，5磷酸二酯键。若干个核苷酸间以3′，5′磷酸二酯键连接成多核苷酸链为核酸。16/4417/44考点五基因工程基本操作流程图：（注意识别图中每个小框内内容，见图）18/44考点六基因工程载体构建需要考虑原因及原因主要考虑以下几方面原因：（1）基因特点：假如一个来自动物目标基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子剪接系统与植物不一样，植物不能将动物基因内含子剪切掉，只能用该基因cDNA。基因产物假如是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表示出来蛋白就可能不具备天然状态下活性，因为糖蛋白上糖链是在内质网和高尔基体上加上，而细菌无这些细胞器。（2）要选择强开启子或组织特异性开启子。开启子有强有弱，选择强开启子能够增加转录活性，使基因产物量增多。假如希望基因在生物某个组织表示，如只在植物种子中表示，就要选择种子中特异表示开启子。（3）要有选择标识基因，如抗生素基因，方便选择出真正转基因生物。19/44考点七DNA粗提取和判定试验总结①1个目标：在体验科学思维过程中提取和判定DNA。②2次用蒸馏水：蒸馏水破膜提取核物质和蒸馏水稀释析出DNA。③3次过滤：过滤核外物质，过滤DNA核蛋白，过滤DNA。④4个关键词：DNA粗提取，设计思绪，科学思维和研究性学习。经过研究性学习，学生在发觉问题、分析问题、处理问题过程中，能不停领悟科学思想和掌握科学方法，并以极大探究乐趣主动地去探索生命奥秘。⑤5次搅拌：第1步同方向加力搅拌，第3、5步同方向轻缓搅拌，第7步同方向迟缓搅拌，第8步可不一样方向搅拌。⑥6种溶液：主要有柠檬酸钠液、酒精液、二苯胺液、甲基绿液、0.015mol/L和2mol/L氯化钠液。⑦7种探究模式：本试验可尝试性拓展为探究性试验，改型后主要参考课题有——（a）探究使用鸡不一样组织材料进行试验时试验效果。（b）探究蒸20/44馏水量引发鸡血细胞在不一样低渗状态下破裂程度。（c）探究DNA在不一样质量分数氯化钠溶液中溶解度并绘出曲线图。（d）探究DNA判定过程中不一样水浴温度对显色影响。（e）探究沉淀DNA时不一样温度酒精对沉淀量影响。（f）探究过滤过程中纱布层数对最终提取物量影响。（g）探究使用玻璃烧杯、试管与使用塑料制品对DNA提取量影响。⑧8个步骤：提取→过滤→溶解→过滤→再溶解→再过滤→提纯→判定21/44考点八利用微生物生产药品优越性何在?所谓利用微生物生产蛋白质类药品，是指将人们需要某种蛋白质编码基因，构建成表示载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药品。与传统制药相比有以下优越性：（1）利用活细胞作为表示系统，表示效率高，无需大型装置和大面积厂房就能够生产出大量药品。（2）能够处理传统制药中原料起源不足。比如，胰岛素是治疗糖尿病患者药品，一名糖尿病患者每年需用胰岛素需要从40头牛或50头猪胰脏中才能提取到。1978年科学家用L大肠杆菌发酵液得到100g胰岛素，相当于从1000kg猪胰脏中提取量。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，降低生产人员和管理人员。22/44

1考点基因工程诞生【例1】切取某种生物合成生长激素基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼受精卵中，而使鲇鱼比同种个体大3～4倍，此研究遵照原理是（）A．基因突变，DNA→RNA→RNA→蛋白质B．基因工程，RNA→DNA→蛋白质C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质D．基因重组，DNA→DNA→RNA→蛋白质【解析】本题考查是基因工程概念和原理，能力要求Ⅱ。目标基因进入鲇鱼体内经过DNA复制、DNA转录并合成蛋白质，表现出一定性状，基因工程原理为基因重组。【答案】D23/44解题技巧：本题依据题干分析可知，某种方法为转基因技术，属于基因工程范围，由此排除了A、C选项，比较B、D选项很轻易得出答案为D。24/44【跟踪训练1】“将人生长抑制素释放因子基因转入大肠杆菌体内，并取得表示，这是人类第一次取得转基因生物。”此话中“表示”标志是指该基因在大肠杆菌体内（）A．能进行DNA复制B．能进行转录和翻译C．能合成人生长抑制素释放因子D．能合成人生长激素【解析】解答本题应扣紧题意，不然易错选B，基因表示是经过控制蛋白质合成而实现，题中蛋白质是人生长抑制素释放因子。【答案】C25/44

2考点DNA重组技术基本工具【例2】作为基因运输工具——载体，必须具备条件之一及理由是（）A．能够在宿主细胞中稳定地保留并大量复制，方便能提供大量目标基因B．含有多个限制酶切点，方便于目标基因表示C．含有标识基因，方便为目标基因表示提供条件D．能够在宿主细胞中复制并稳定保留，方便于进行筛选【解析】本题考查载体必须具备条件，能力要求Ⅰ。作为载体要携带目标基因进入受体细胞并使之表示，必须能够在宿主细胞中稳定地保留并大量复制，方便经过复制提供大量目标基因；同时要含有标识基因，方便经过检测标识基因是否表示来判断目标基因是否进入了受体细胞，便于筛选；载体要含有一至多个限制酶切点，为了便于与外源基因拼接。【答案】A26/44解题技巧：题干问题有两个，就是载体必备条件和理由，依据选项内容进行分析，抓住前者为后者提供作用必须对应正确。本题要求考生必须熟悉并了解载体条件及其对应作用。27/44【跟踪训练2】(·江苏卷)下表中列出了几个限制酶识别序列及其切割位点,图l、图2中箭头表示相关限制酶酶切位点。请回答以下问题：28/44(1)一个图1所表示质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有

个游离磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入SmaⅠ酶切位点越多,质粒热稳定性越

。(3)用图中质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是

。(4)与只使用EcoRI相比较,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA优点在于能够预防

。(5)为了获取重组质粒,将切割后质粒与目标基因片段混合,并加入

酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因作用是为了

。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力大肠杆菌突变体,然后在

培养基中培养,以完成目标基因表示初步检测。29/44【解析】本题考查基因工程限制性内切酶作用特点。(1)质粒被切割前是双链环状DNA分子,全部磷酸基团参加形成磷酸二酯键,故不含游离磷酸基团。从图1能够看出,质粒上只含有一个SmaⅠ切点,所以被该酶切割后,质粒变为线性双链DNA分子,因每条链上含有一个游离磷酸基团,所以切割后含有两个游离磷酸基团。(2)由题目可知,SmaⅠ识别DNA序列只有G和C,而G和C之间能够形成三个氢键,A和T之间能够形成两个氢键,所以SmaⅠ酶切位点越多,热稳定性就越高。(3)质粒抗生素抗性基因为标识基因,由图2可知,标识基因和外源DNA目标基因中均含有SmaⅠ酶切位点,都能够被SmaⅠ破坏,故不能使用该酶剪切含有目标基因DNA。(4)只使用EcoRI,则质粒和目标基因两端黏性末端相同,用连接酶连接时,会产生质粒和目标基因本身连接物,而利用BamHⅠ和HindⅢ剪切时,质粒和目标基因两端黏性末端不一样,用DNA连接酶连接时,不会产生本身连接产物。30/44(5)质粒和目标基因连接后取得重组质粒,该过程需要连接酶作用,故混合后加入DNA连接酶。(6)质粒上抗性基因为标识基因,用于判别和筛选含有重组质粒受体细胞。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力大肠杆菌突变体后,含有重组质粒个体才能吸收蔗糖,所以可利用蔗糖作为唯一碳源培养基进行培养受体细胞,含有重组质粒细胞才能存活,不含有重组质粒因不能取得碳源而死亡,从而到达筛选目标。【答案】(1)0、2(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒抗性基因和外源DNA中目标基因(4)质粒和含目标基因外源DNA片段本身环化(5)DNA连接(6)判别和筛选含有目标基因细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质31/44

3考点基因工程基本操作程序【例1】以下获取目标基因方法中需要模板链是（）①从已知基因文库中获取目标基因②利用PCR技术扩增目标基因③反转录法④经过DNA合成仪利用化学方法合成A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③【解析】本题考查是目标基因获取，能力要求Ⅱ。PCR利用是DNA双链复制原理，即双链DNA之间氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应模板；反转录法是以目标基因转录成mRNA为模板，在逆转录酶作用下，先反转录形成互补单链DNA，再合成双链DNA；①④则不需要模板。【答案】D32/44解题技巧：组合选择题在解题时，可用直接法，也可用排除法。直接法为依据题目要求，先分析供组合项中与题意相符项目，然后直接进行组合，再直接选出正确选项；假如ABCD四个选项中组合数少于供组合项，且有显著科学性错误或不符合题意供选项，用排除法更加快，如本题中①④显著不符合题意，可很快排除掉ABC三个选项。33/44【跟踪训练3】基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工，在基因工程操作基本步骤中，不用进行碱基互补配正确是（）A．人工合成目标基因B．目标基因与载体结合C．将目标基因导入受体细胞D．目标基因检测和表示【解析】本题易错选A，人工合成目标基因可直接用DNA合成仪合成，也可反转录合成，原理均为碱基互补配对。【答案】C34/44

4考点综合考查基因工程及其应用【例4】基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和沙漠改造方面显示了良好前景，荷兰一家企业将大肠杆菌中海藻糖合成酶基因导入植物（如甜菜、马铃薯等）中并取得有效表示，使“工程植物”增强耐旱性和耐寒性。（1）依据材料表述，使“工程植物”增强耐旱性和耐寒性基本操作步骤是：①

，②

，③

，④

。（2）基因表示含义是

。（3）写出酶基因在植物体内表示过程

.

。（4）基因工程操作过程工具是

、

、

。35/44【解析】本题经过基因工程应用于增强植物抗逆性，综合考查了基因工程基本操作程序、DNA重组技术基本工具和基因工程原理，能力要求为Ⅱ。（1）考查基因工程基本操作步骤；（2）考查基因工程原理中基因表示概念，基因表示即基因控制蛋白质合成；（3）基因表示包含基因转录和蛋白质合成；（4）考查基因重组技术基本工具。【答案】（1）①海藻糖合成酶基因获取；②基因表示载体构建；③将目标基因导入植物细胞；④目标基因检测与判定。（2）基因经过转录和翻译合成蛋白质，表示出对应性状。（3）海藻糖合成酶基因mRNA海藻糖合成酶（4）限制性核酸内切酶、DNA连接酶、（基因进入受体细胞）载体。转录翻译解题技巧：本题综合性较强，要求考生要熟悉掌握基因工程基本操作程序和所用工具功效，而且能在详细情景中应用，另外要注意与必修相关原理结合起来复习。36/44【跟踪训练4】(·海南卷改编)利用基因工程能够取得转基因牛,从而改良奶牛一些性状。基因工程四个基本操作步骤是

、基因表示载体构建、

和

。若要取得转基因牛分泌乳汁中含有些人干扰素,则所构建基因表示载体必须包含：某种牛乳腺分泌蛋白基因及其开启子、

、

、

和复制原点等。将该基因表示载体导入受体细胞所采取方法是

(填“显微注射法”或“农杆菌转化法”),为取得能大量产生人干扰素转基因牛,该基因表示载体应导入受体细胞是

(填“受精卵”或“乳腺细胞”)。【答案】获取目标基因将目标基因导入受体细胞目标基因检测与判定人干扰素基因(或目标基因)终止子标识基因显微注射法受精卵37/44

5考点蛋白质工程崛起【例5】蛋白质工程实质是（）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改造氨基酸【解析】本题考查蛋白质工程概念和基本原理，能力要求Ⅰ。蛋白质工程目标是依据