高考生物總復(fù)習(xí) 第一章第二節(jié) 基因工程的原理和技術(shù)課件 浙教版選修3

第二節(jié)基因工程的原理和技術(shù)第二節(jié)基因工程的原理和技術(shù)核心要點突破核心要點突破情景導(dǎo)引情景導(dǎo)引基礎(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理知能過關(guān)演練知能過關(guān)演練第二節(jié)第二節(jié)近年引種的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，不僅具有抗害蟲的特近年引種的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，不僅具有抗害蟲的特點，而且省藥省工，節(jié)省投資，減輕環(huán)境污染，點，而且省藥省工，節(jié)省投資，減輕環(huán)境污染，減少人畜中毒；同時還具有良好的農(nóng)藝性狀和經(jīng)減少人畜中毒；同時還具有良好的農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟性狀。濟性狀。情景導(dǎo)引情景導(dǎo)引思考：思考：(1)抗蟲基因怎樣獲得？抗蟲基因怎樣獲得？(2)如何把抗蟲基因?qū)朊藁毎咳绾伟芽瓜x基因?qū)朊藁毎?？【提示】【提示?1)化學(xué)合成法和擴增?；瘜W(xué)合成法和擴增。(2)將抗蟲基因和載體結(jié)合，組成重組將抗蟲基因和載體結(jié)合，組成重組DNA分子，分子，導(dǎo)入棉花細胞。導(dǎo)入棉花細胞?；A(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理一、基因工程的基本原理一、基因工程的基本原理1基本原理：讓人們感興趣的基因基本原理：讓人們感興趣的基因(目的基因目的基因)在在_中穩(wěn)定和高效表達。中穩(wěn)定和高效表達。2基因工程的基本要素：多種基因工程的基本要素：多種_、_、載體和宿主細胞等。、載體和宿主細胞等。二、基因工程的基本操作步驟二、基因工程的基本操作步驟1獲得目的基因獲得目的基因(1)目的基因：人們所目的基因：人們所_。如：人。如：人的胰島素基因，植物的抗病基因等。的胰島素基因，植物的抗病基因等。宿主細胞宿主細胞工具酶工具酶目的基因目的基因需要的基因需要的基因(2)獲取方法獲取方法如果目的基因的序列是已知的，可用化學(xué)方法合如果目的基因的序列是已知的，可用化學(xué)方法合成目的基因，或者用成目的基因，或者用_(PCR)擴擴增目的基因。增目的基因。如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以從如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以從_中獲取。中獲取。2形成重組形成重組DNA分子分子用相同的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和載用相同的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和載體體DNA(如質(zhì)粒如質(zhì)粒)，使其產(chǎn)生相同的，使其產(chǎn)生相同的_，然，然后用后用_將兩者連接在一起，形成將兩者連接在一起，形成_。聚合酶鏈式反應(yīng)聚合酶鏈式反應(yīng)基因文庫基因文庫粘性末端粘性末端DNA連接酶連接酶重組重組DNA分子分子思考感悟思考感悟1基因工程中的基因工程中的DNA重組與減數(shù)分裂過程中的重組與減數(shù)分裂過程中的DNA重組完全相同。對嗎？重組完全相同。對嗎？【提示】【提示】不對。前者屬于無性重組，并發(fā)生不對。前者屬于無性重組，并發(fā)生在不同種生物間，打破了物種間的界線，可以在不同種生物間，打破了物種間的界線，可以定向地改造生物的遺傳特性，此操作均在細胞定向地改造生物的遺傳特性，此操作均在細胞外進行。外進行。3將重組將重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞分子導(dǎo)入受體細胞(1)常用的受體細胞：常用的受體細胞：_、枯草桿菌、枯草桿菌、_和動植物細胞等。和動植物細胞等。(2)導(dǎo)入方法舉例：用質(zhì)粒作為載體，宿主細胞導(dǎo)入方法舉例：用質(zhì)粒作為載體，宿主細胞 應(yīng)應(yīng)該選擇大腸桿菌，用該選擇大腸桿菌，用_處理大腸桿菌，增處理大腸桿菌，增加其細胞壁的加其細胞壁的_，使含有目的基因的重組，使含有目的基因的重組質(zhì)粒進入大腸桿菌宿主細胞。質(zhì)粒進入大腸桿菌宿主細胞。4篩選含有目的基因的受體細胞篩選含有目的基因的受體細胞( 1 ) 篩 選 原 因 ： 不 是 所 有 細 胞 都 接 納 了篩 選 原 因 ： 不 是 所 有 細 胞 都 接 納 了_。大腸桿菌大腸桿菌酵母菌酵母菌氯化鈣氯化鈣通透性通透性重組重組DNA分子分子(2)篩選方法舉例：由于質(zhì)粒上有抗生素如四環(huán)篩選方法舉例：由于質(zhì)粒上有抗生素如四環(huán)素的抗性基因，所以含有這種重組質(zhì)粒的受體素的抗性基因，所以含有這種重組質(zhì)粒的受體細胞能夠在有細胞能夠在有_的培養(yǎng)基中生長，而沒的培養(yǎng)基中生長，而沒有接納重組有接納重組DNA分子的細胞則不能在這種培養(yǎng)分子的細胞則不能在這種培養(yǎng)基上生長。經(jīng)過培養(yǎng)，基上生長。經(jīng)過培養(yǎng)，_能夠和質(zhì)能夠和質(zhì)粒一起在宿主菌內(nèi)大量擴增。粒一起在宿主菌內(nèi)大量擴增。5目的基因的表達目的基因的表達目的基因在目的基因在_中表達，產(chǎn)生人們需要的中表達，產(chǎn)生人們需要的功能物質(zhì)。功能物質(zhì)。四環(huán)素四環(huán)素目的基因目的基因宿主細胞宿主細胞思考感悟思考感悟2在基因工程的操作步驟中，都發(fā)生堿基互補在基因工程的操作步驟中，都發(fā)生堿基互補配對。對嗎？配對。對嗎？【提示】【提示】不對。不對?！爸亟M重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞分子導(dǎo)入受體細胞”過程中不發(fā)生。過程中不發(fā)生。 核心要點突破核心要點突破基因、基因文庫和目的基因基因、基因文庫和目的基因1基因：是有遺傳效應(yīng)的基因：是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，是控制生片段，是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，基物性狀的遺傳物質(zhì)的基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，基因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息。因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息。2基因文庫基因文庫(1)含義：是將含有某種生物不同基因的許多含義：是將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。體菌分別含有這種生物的不同的基因。(2)目的：獲得大量的目的基因。目的：獲得大量的目的基因。3目的基因：是基因工程操作中需要的外源基目的基因：是基因工程操作中需要的外源基因，它是編碼某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，如生物因，它是編碼某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，如生物的抗逆性基因、抗蟲基因等。的抗逆性基因、抗蟲基因等。例例1 下列不屬于獲取目的基因的方法的是下列不屬于獲取目的基因的方法的是()A利用利用DNA連接酶復(fù)制目的基因連接酶復(fù)制目的基因B化學(xué)方法合成目的基因化學(xué)方法合成目的基因C從基因文庫中獲取目的基因從基因文庫中獲取目的基因D利用利用PCR擴增目的基因擴增目的基因【嘗試解答】【嘗試解答】_A_【解析】【解析】獲取目的基因可以是化學(xué)方法合成，獲取目的基因可以是化學(xué)方法合成，PCR擴增，從基因文庫中提取。擴增，從基因文庫中提取?！咎揭?guī)尋律】【探規(guī)尋律】DNA復(fù)制與復(fù)制與PCR技術(shù)的比較技術(shù)的比較【提示】【提示】(1)化學(xué)合成法?；瘜W(xué)合成法。(2)PCR技術(shù)。技術(shù)。DNA復(fù)制復(fù)制PCR技術(shù)技術(shù)場所場所細胞核內(nèi)細胞核內(nèi)生物體外生物體外原理原理堿基互補配對堿基互補配對堿基互補配對堿基互補配對酶酶DNA聚合酶、解旋酶聚合酶、解旋酶熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定DNA聚合酶聚合酶(Taq酶酶)條件條件模板、模板、ATP、引物鏈、常、引物鏈、常溫溫模板、模板、ATP、引物鏈、溫度、引物鏈、溫度變化變化(90 95 55 60 70 75 )原料原料四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸四種脫氧核苷酸特點特點形成的是整個形成的是整個DNA分子，分子，一個細胞周期只復(fù)制一次一個細胞周期只復(fù)制一次短時間內(nèi)形成大量短時間內(nèi)形成大量DNA片片段段(目的基因目的基因)形成重組形成重組DNA分子分子1目的：基因表達載體的構(gòu)建是實施基因工程目的：基因表達載體的構(gòu)建是實施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。其目的是使目的第二步，也是基因工程的核心。其目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2方法方法(1)用同一種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基用同一種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和載體因和載體DNA(如質(zhì)粒如質(zhì)粒)，形成相同的粘性末端。，形成相同的粘性末端。(2)用用DNA連接酶將目的基因和載體連接酶將目的基因和載體DNA連接在一連接在一起，形成重組起，形成重組DNA分子如下圖：分子如下圖：例例2 將目的基因與載體將目的基因與載體DNA連接起來，基因操連接起來，基因操作應(yīng)選用作應(yīng)選用()A只需只需DNA連接酶連接酶B只需限制性核酸內(nèi)切酶只需限制性核酸內(nèi)切酶C同一種限制性核酸內(nèi)切酶和同一種限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶連接酶D不同限制性核酸內(nèi)切酶和不同限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶連接酶【嘗試解答】【嘗試解答】_C_【解析】【解析】只有用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，目的只有用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，目的基因與載體基因與載體DNA才能露出相同的粘性末端，才能露出相同的粘性末端，DNA連接酶才能連接成重組連接酶才能連接成重組DNA。【探規(guī)尋律】【探規(guī)尋律】跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練下列敘述不屬于目的基因與運載體結(jié)合下列敘述不屬于目的基因與運載體結(jié)合過程的是過程的是()A用一定的限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒形成粘性用一定的限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒形成粘性末端末端B用同種限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因形成粘用同種限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因形成粘性末端性末端C將切下的目的基因的片段插入到質(zhì)粒切口上將切下的目的基因的片段插入到質(zhì)粒切口上D將重組將重組DNA分子導(dǎo)入細胞進行擴增分子導(dǎo)入細胞進行擴增解析：解析：選選D。目的基因與運載體結(jié)合的過程，首先。目的基因與運載體結(jié)合的過程，首先要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割運載體和目的基要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割運載體和目的基因，使二者形成相同的粘性末端，再用因，使二者形成相同的粘性末端，再用DNA連接酶連接酶將二者連接。將二者連接。選擇合適的運載體與受體細胞選擇合適的運載體與受體細胞選擇的關(guān)鍵是分析基因工程的最終目的，按轉(zhuǎn)基選擇的關(guān)鍵是分析基因工程的最終目的，按轉(zhuǎn)基因的目的來選擇：因的目的來選擇：基因工程的最終基因工程的最終目的目的選擇的受體細胞選擇的受體細胞選擇的運載體選擇的運載體得到大量特殊蛋得到大量特殊蛋白質(zhì)白質(zhì)大腸桿菌等微生物大腸桿菌等微生物質(zhì)粒、質(zhì)粒、噬菌體等噬菌體等得到轉(zhuǎn)基因動物得到轉(zhuǎn)基因動物動物細胞動物細胞動物病毒動物病毒得到轉(zhuǎn)基因植物得到轉(zhuǎn)基因植物植物細胞植物細胞植物病毒植物病毒 人的糖蛋白必須經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進一人的糖蛋白必須經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進一步加工合成，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可以使人的糖蛋步加工合成，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可以使人的糖蛋白基因得以表達的受體細胞是白基因得以表達的受體細胞是()A大腸桿菌大腸桿菌B酵母菌酵母菌C噬菌體噬菌體 D質(zhì)粒質(zhì)粒DNA【嘗試解答】【嘗試解答】_B_例例3【解析】【解析】糖蛋白合成必須經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體糖蛋白合成必須經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進一步加工，選項中只有酵母菌為真核生物，具進一步加工，選項中只有酵母菌為真核生物，具有上述兩種細胞器。有上述兩種細胞器?！净犹骄俊俊净犹骄俊?1)重組重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞發(fā)分子導(dǎo)入受體細胞發(fā)生堿基互補配對嗎？生堿基互補配對嗎？(2)目的基因能直接進入受體細胞嗎？目的基因能直接進入受體細胞嗎？【提示】【提示】(1)不發(fā)生。不發(fā)生。(2)目的基因由于具有大分子性，不能單獨進入受目的基因由于具有大分子性，不能單獨進入受體細胞，必須由載體攜帶進入。體細胞，必須由載體攜帶進入。【易誤警示】【易誤警示】誤區(qū)表現(xiàn)誤區(qū)表現(xiàn)錯解歸因錯解歸因正確觀點正確觀點被導(dǎo)入受被導(dǎo)入受體細胞的體細胞的直接結(jié)構(gòu)直接結(jié)構(gòu)單元是目單元是目的基因的基因據(jù)據(jù)“將目的基將目的基因?qū)胧荏w細因?qū)胧荏w細胞胞”這一操作這一操作步驟的名稱望步驟的名稱望文生義進行推文生義進行推理所致理所致被導(dǎo)入受體細胞的被導(dǎo)入受體細胞的直接結(jié)構(gòu)單元是承直接結(jié)構(gòu)單元是承載目的基因的運載載目的基因的運載體，而非裸露的目體，而非裸露的目的基因的基因篩選含有目的基因的受體細胞篩選含有目的基因的受體細胞1原理：質(zhì)粒上有抗生素的抗性基因。原理：質(zhì)粒上有抗生素的抗性基因。2方法：利用選擇培養(yǎng)基篩選。方法：利用選擇培養(yǎng)基篩選。3舉例舉例 質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，它存在質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，它存在于許多細菌體內(nèi)。質(zhì)粒上有標記基因如下圖所示，于許多細菌體內(nèi)。質(zhì)粒上有標記基因如下圖所示，通過標記基因可以推知外源基因通過標記基因可以推知外源基因(目的基因目的基因)是否轉(zhuǎn)是否轉(zhuǎn)移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同。下表是外源基因插入位置上的生長情況也不同。下表是外源基因插入位置(插入點有插入點有a、b、c)，請根據(jù)表中提供細菌的生長，請根據(jù)表中提供細菌的生長情況，推測三種重組后細菌的外源基因插入情況，推測三種重組后細菌的外源基因插入點，正確的一組是點，正確的一組是()例例4細菌在含青霉細菌在含青霉素培養(yǎng)基上的素培養(yǎng)基上的生長情況生長情況細菌在含四環(huán)素培養(yǎng)細菌在含四環(huán)素培養(yǎng)基上的生長情況基上的生長情況能生長能生長能生長能生長能生長能生長不能生長不能生長不能生長不能生長能生長能生長A是是c；是是b；是是aB是是a和和b；是是a；是是bC是是a和和b；是是b；是是aD是是c；是是a；是是b【嘗試解答】【嘗試解答】_A_【解析】【解析】外源基因插入外源基因插入a點后，抗氨芐青霉素點后，抗氨芐青霉素基因被破壞，抗四環(huán)素基因還保留，所以是基因被破壞，抗四環(huán)素基因還保留，所以是；外源基因插入外源基因插入b點后，抗氨芐青霉素基因還是完點后，抗氨芐青霉素基因還是完整的，抗四環(huán)素基因被破壞，所以是整的，抗四環(huán)素基因被破壞，所以是；外源基；外源基因插入因插入c點后，抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基點后，抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基因均完整，所以是因均完整，所以是。跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練在受體細胞中能檢測出目的基因是因為在受體細胞中能檢測出目的基因是因為()A質(zhì)粒與目的基因重組后能夠復(fù)制質(zhì)粒與目的基因重組后能夠復(fù)制B目的基因上具有標記目的基因上具有標記C質(zhì)粒上具有某些標記基因質(zhì)粒上具有某些標記基因D以上都不正確以上都不正確解析：解析：選選C。質(zhì)粒與目的基因形成重組。質(zhì)粒與目的基因形成重組DNA分子后分子后導(dǎo)入受體細胞，可通過質(zhì)粒上的標記基因?qū)胧荏w細胞，可通過質(zhì)粒上的標記基因(如四環(huán)如四環(huán)素抗性基因素抗性基因)來檢測是否成功導(dǎo)入，而不是通過在來檢測是否成功導(dǎo)入，而不是通過在目的基因上。目的基因上。