【名師經(jīng)典課件】2014屆高考生物（人教全國(guó)通用）一輪復(fù)習(xí)《選修3專題一基因工程》

1、綜合分析近幾年各地高考理綜試題生物局部，本專題有以下高考命題規(guī)律。 1.命題內(nèi)容：基因工程的根本工具、根本操作程序、基因工程的應(yīng)用。2.命題形式：有選擇題和非選擇題兩種題型。3.命題思路：三種根本工具的作用及基因工程程序操作步驟是考試的熱點(diǎn)；本局部可結(jié)合必修內(nèi)容進(jìn)行考查，同時(shí)也容易和胚胎工程、細(xì)胞工程一起進(jìn)行綜合考查。4.命題趨勢(shì)：基因診斷、基因治療、基因產(chǎn)品是生命研究的熱點(diǎn)和前沿之一，是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。從如何獲取目的基因,到基因表達(dá)載體的構(gòu)建,及如何導(dǎo)入受體細(xì)胞,包括最后的檢測(cè)與鑒定,是基因工程的完整過(guò)程,也是命題點(diǎn)所在。根據(jù)近幾年高考命題特點(diǎn)和規(guī)律，本專題的復(fù)習(xí)備考策略如下。1.知識(shí)

2、方面：掌握三種工具的作用特點(diǎn)和根本操作程序；了解基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程的過(guò)程。2.能力方面：能夠?qū)⒈竟?jié)內(nèi)容同必修2和選修3的其他內(nèi)容綜合理解和聯(lián)系起來(lái)。一、基因工程 基因工程又叫做 DNA重組技術(shù)。是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)體外DNA重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。二、基因工程的根本工具 1.“分子手術(shù)刀限制性核酸內(nèi)切酶限制酶1功能：識(shí)別特定的核苷酸序列，切斷磷酸二酯鍵。2結(jié)果：形成兩種末端即黏性末端和平末端。 2.“分子縫合針DNA連接酶 1類型：Ecoli DNA連接酶、T4DNA連接酶。 2作用：連接兩個(gè)

3、DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車載體1質(zhì)粒的本質(zhì)：小型環(huán)狀的DNA分子。2具備條件：具有一至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；具有標(biāo)記基因；在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。3其他載體：最常用的載體是質(zhì)粒。其他載體有噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒。三、基因工程的根本操作程序 1.目的基因的獲取 1從基因文庫(kù)中提取:基因文庫(kù)包括 基因組文庫(kù) 和 局部基因文庫(kù) 。2利用化學(xué)方法直接 人工合成 。3利用 PCR技術(shù) 擴(kuò)增目的基因。 2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建 一個(gè)基因表達(dá)載體的組成包括目的基因、 啟動(dòng)子、終止子 、標(biāo)記基因 。 3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1導(dǎo)入植物細(xì)胞最常用的方法：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有 基因

4、槍法和 花粉管通道法等。2導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞最常用的方法：顯微注射技術(shù)。3導(dǎo)入微生物細(xì)胞常用方法：用 感受態(tài)細(xì)胞法 用Ca2+ 處理。 4.目的基因的檢測(cè)與鑒定1檢測(cè)DNA上是否插入了目的基因和目的基因是否轉(zhuǎn)錄，方法是采用分子雜交技術(shù)。2檢測(cè)目的基因是否翻譯，方法是進(jìn)行抗原抗體雜交。 3進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平 的鑒定。四、基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：1抗蟲(chóng)、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物；2利用轉(zhuǎn)基因改進(jìn)植物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等。2.動(dòng)物基因工程：1提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度，改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；2生產(chǎn)藥物乳腺生物反響器。3.基因治療：體內(nèi)基因治療和體外基因治療。五、蛋白質(zhì)工程1.目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求

5、，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2.過(guò)程：預(yù)期蛋白質(zhì)功能 設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。基因工程的理論基礎(chǔ)1.基因拼接的理論根底 1DNA是主要的遺傳物質(zhì)；2DNA的根本組成單位都是四種脫氧核糖核苷酸；3DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。 2.外源基因表達(dá)的理論根底 1基因是控制生物性狀獨(dú)立遺傳的單位；2遺傳信息的傳遞都遵循中心法那么；3生物界共用一套遺傳密碼。 3.技術(shù)支持：基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)；工具酶的創(chuàng)造；DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)；重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)的成功?；蚬こ痰墓ぞ?.“分子手術(shù)刀限制性核酸內(nèi)切酶限制酶1來(lái)源：主要是從原核生物中別離純化出來(lái)的。這種酶在原核生物中的作用是防止外

6、來(lái)病原物的侵害，將外源DNA切割保證自身平安。2作用特點(diǎn)：切割外源DNA，對(duì)自身的DNA不起作用，到達(dá)保護(hù)自身的目的;專一性：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。（3）作用結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式黏性末端和平末端。4作用實(shí)質(zhì)：使特定部位的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。2.“分子縫合針DNA連接酶(1)類型：有兩種DNA連接酶，Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶。相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：(2)與DNA聚合酶作用的比較 3與限制酶的比較3.“分子運(yùn)輸車載體1作用：作為運(yùn)載工具，將目

7、的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。利用載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因大量復(fù)制。2具備的條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。3種類：最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。其他載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒?；蚬こ痰幕静僮鞒绦?.目的基因的獲取1直接別離基因：從自然界已有的物種中別離，如從基因組文庫(kù)中或者cDNA文庫(kù)中別離。2人工合成的方法：目前人工合成基因的方法主要有兩條途徑。逆轉(zhuǎn)錄法：以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈DNA，

8、然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的基因?；瘜W(xué)方法合成：核苷酸序列的小片段基因，直接利用DNA合成儀用化學(xué)方法合成，不需要模板。如人的血紅蛋白基因、胰島素基因等就可以通過(guò)人工合成基因的方法獲得。3利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR是一種細(xì)胞外擴(kuò)增DNA片段的技術(shù)，叫聚合酶鏈?zhǔn)椒错憽Ｔ硎抢昧薉NA的熱變性原理，通過(guò)控制溫度來(lái)控制雙鏈的解旋與結(jié)合。PCR的反響過(guò)程包括:變性：高溫下雙鏈DNA在熱作用下氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。復(fù)性：低溫兩種引物通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原那么與兩條單鏈DNA結(jié)合。延伸：中溫條件下，在Taq DNA聚合酶的作用下，以四種脫氧核糖核苷酸為原料，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)

9、原那么，合成DNA新鏈。2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1基因表達(dá)載體的組成：目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因。2構(gòu)建方法3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4.目的基因的檢測(cè)與鑒定（1）分子水平的檢測(cè)導(dǎo)入檢測(cè)：DNA分子雜交技術(shù)，即使用放射性同素標(biāo)記的含目的基因的DNA片段作為探針檢測(cè)。（2）個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定：對(duì)轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行抗蟲(chóng)或抗病的接種實(shí)驗(yàn)。5.用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的-珠蛋白1從小鼠中克隆出-珠蛋白基因的編碼序列cDNA。2將cDNA連接上在大腸桿菌中可以適用的啟動(dòng)子，另外加上抗四環(huán)素基因，構(gòu)建成一個(gè)表達(dá)載體。3將表達(dá)載體導(dǎo)入無(wú)四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)

10、大腸桿菌。如果表達(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中，大腸桿菌會(huì)因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長(zhǎng)出大腸桿菌菌落，那么說(shuō)明-珠蛋白基因已進(jìn)入其中。4培養(yǎng)進(jìn)入了-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取-珠蛋白。農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運(yùn)用。如圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖，試答復(fù)以下問(wèn)題。（1）一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是，利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)。具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T-DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞上的特點(diǎn)，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到（部位）即可。 （2）根據(jù)T

11、-DNA的這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，推測(cè)該DNA片段上可能含有控制（酶）合成的基因。（3）圖中c過(guò)程中，能促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是類化合物。（4）要獲取能表現(xiàn)出新性狀的植株，d過(guò)程涉及的生物學(xué)技術(shù)是。（5）植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取等。（至少寫出兩種） 1一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉植物和裸子植物，利用其感染性，可實(shí)現(xiàn)將目的基因?qū)氲街参锛?xì)胞。真正可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的是農(nóng)桿菌T-DNA片段，因此目的基因必須插入到該部位才能成功轉(zhuǎn)移。2根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，可以推測(cè)該DNA片段可控制合成DNA連接酶、限制酶，才能實(shí)現(xiàn)與雙子葉

12、植物細(xì)胞染色體DNA的整合。3植物細(xì)胞受傷后可產(chǎn)生酚類物質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移。 1單子葉植物將目的基因?qū)氲街参锛?xì)胞染色體的DNAT-DNA片段內(nèi)部2DNA連接酶、限制酶3酚4植物組織培養(yǎng)5基因槍法、花粉管通道法4d過(guò)程涉及的生物學(xué)技術(shù)是植物組織培養(yǎng)，通過(guò)脫分化、再分化，最終形成完整的植物體。5植物基因工程中除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采用基因槍法和花粉管通道法等。基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程應(yīng)用2.動(dòng)物基因工程應(yīng)用3.基因治療 4.乳腺生物反響器與微生物生產(chǎn)的比較a.如果工程菌為原核生物，因其沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，所以不能生產(chǎn)糖蛋白類物質(zhì)。b.基因治療能從根本上治療遺傳病，不能治療傳染病，但由于尚未全面了解基因調(diào)控機(jī)制和疾病的分子機(jī)理，只處于初期的試驗(yàn)階段。c.乳腺生物反響器受生物性別的限制，但從動(dòng)物的尿液中提取的目的基因產(chǎn)物那么不受性別限制。5.蛋白質(zhì)工程以下關(guān)于基因工程應(yīng)用的表達(dá)，正確的選項(xiàng)是( )A.我國(guó)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉轉(zhuǎn)入的抗蟲(chóng)基因是Bt毒蛋白基因B.利用乳腺生物反響器能夠獲得一些重要醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因?yàn)閷⑷说难灏椎鞍谆蜣D(zhuǎn)入了動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中C.由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用D.為培育成抗除草劑的作物新品