高考生物一轮复习-11.1-基因工程课件

第十一单元现代生物科技专题第01讲基因工程考点一考点二考点三考点四【最新考纲】1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅱ)。4．蛋白质工程(Ⅰ)。考点一基因工程的操作工具1．基因工程的概念(1)供体：提供。(2)操作环境：。(3)操作水平：水平。(4)原理：。(5)受体：表达目的基因。(6)本质：性状在体内的表达。(7)优点：克服的障碍，定向改造生物的。目的基因体外基因重组受体远缘杂交不亲和遗传性状分子2．DNA重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称：)①来源：主要是从生物中分离纯化出来的。②作用：识别特定的并切开特定部位的两个核苷酸之间的。③结果：产生或平末端。限制酶核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端原核(2)DNA连接酶①种类：按来源可分为E·coliDNA连接酶和。②作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的。③DNA连接酶和限制酶的关系T4DNA连接酶磷酸二酯键(3)载体①种类：、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。②质粒的特点能自我复制有一个至多个有特殊的质粒限制酶切割位点标记基因诊断辨析(1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。()(2)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。()(3)DNA连接酶能将两碱基间通过形成的氢键连接起来。()(4)E·coliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。()(5)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达。()××√××热图解读下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。请据图回答：(1)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点分别是什么？(2)以上实例说明限制酶具有________。(3)要将图2中的末端再连接起来，需要________连接酶。提示(1)EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在C和G之间。(2)专一性(3)T4DNA考向一限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②解析限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端，因此作用于①；DNA聚合酶用于DNA分子的复制，能在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此作用于④；DNA连接酶能在具有相同碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，因此作用于②；解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开，故作用于③。故选C。答案C2．如图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是()A．HindⅢB．EcoRⅠC．EcoBD．PstⅠ解析A处有BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用A～D中的EcoB切割时，才能让目的基因插入A处。答案C整合提升确定限制酶的种类1．根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。2．根据质粒的特点确定限制酶的种类(1)所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。(2)质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考向二载体的作用及特点分析3．(2017·北京)为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A．用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上解析目的基因C和质粒都有可被EcoRⅠ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A项正确；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B项正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C项错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D项正确。答案C高考教材本题以选修三P6“图1－5大肠杆菌及质粒载体结构模式图”、P11“图1－10基因表达载体模式图”以及选修一P22“筛选菌株”“选择培养基”为源，从知识内容上考查基因工程的原理及技术等，从目标要求上考查考生的理解能力和新情境中的分析、判断等能力。跟|题|变|式4．下列关于载体的叙述中，错误的是()A．载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子B．对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点C．目前常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割解析载体必须具备的条件有：①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；②具有自我复制能力，或能整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而同步复制；③具有一个至多个限制酶切点，以便目的基因可以插入载体中；④带有特殊的标记基因，如抗生素抗性基因，以便于对外源基因是否导入进行检测；⑤载体DNA分子大小适合，以便于提取和进行体外操作。答案D5．下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是__________________，二者还具有其他共同点，如：①__________________________________，②________________(写出两条即可)。DNA能够自我复制具有遗传特性(2)若质粒DNA分子的切割末端为，则与之连接的目的基因切割末端应为____________；可使用____________把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________________，其作用是___________________________________________。标记基因供含重组DNA的受体细胞鉴定和选择DNA连接酶(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因B．土壤农杆菌环状RNA分子C．大肠杆菌的质粒D．动物细胞的染色体C解析(1)a代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对含重组DNA的受体细胞进行鉴定和筛选。(4)作为载体必须具备的条件有①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；②有多个限制性核酸内切酶的切点；③有特定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNA分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。整合提升载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：考点二PCR技术见学生用书P2071．PCR原理：原理，即DNA复制过程说明图解当温度上升到以上时，双链DNA解聚为单链复性温度下降到左右，两种引物通过与两条单链DNA结合72℃左右时，有最大活性，可使DNA新链由5′端向3′端延伸变性2．PCR反应过程90℃50℃延伸碱基互补配对Taq酶3.结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在中完成的。PCR扩增仪两1．(2017·江苏)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过________获得________用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的_____________________位点。设计引物时需要避免引物之间发生______________，而造成引物自连。(3)图中步骤1代表________，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。逆转录cDNA限制性核酸内切酶识别碱基互补配对变性(4)PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏____________的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但____________的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有________(填序号：①升高退火温度②降低退火温度③重新设计引物)。引物与模板GC含量高②③解析(1)PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间发生碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火(复性)，步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。(4)退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。高考教材本题以选修三P10“利用PCR技术扩增目的基因”、选修一P60～P61“PCR的反应过程”为源，从知识内容上考查基因工程的原理及技术(含PCR技术)等，从目标要求上考查考生获取信息的能力，综合运用的能力。跟|题|变|式2．下列有关多聚酶链式反应扩增DNA片段技术的说法，不正确的是()A．扩增过程利用DNA的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合B．需要的物质有DNA模板、4种脱氧核苷酸、1种引物、DNA热聚合酶C．扩增至第三轮时，同时含2段引物的DNA分子占3/4D．每扩增一次，都要经过变性、复性和延伸三步解析本题主要考查PCR扩增技术的相关知识，意在考查考生的识记能力和理解能力。扩增过程需要两种引物(分别与两条模板链相结合)；扩增至第三轮时，共合成8个DNA分子片段，同时含2段引物的DNA分子有6条，占3/4。答案B3．(2018·河北重点中学联考)在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析，PCR技术能快速扩增DNA片段，在几个小时内复