2014届高考生物第一轮复习教案选修三1-1基因工程——及其安全性(含生物武器)

选修三现代生物科技专题第1讲基因工程——及其安全性(含生物武器)S(1)基因工程的诞生(Ⅰ)(2)基因工程的原理及技术(Ⅱ)(3)基因工程的应用(Ⅱ)(4)蛋白质工程(Ⅰ)(5)转基因生物的安全性(Ⅰ)(6)生物武器对人类的威胁(Ⅰ)一、基因工程的概念及基本工具1．概念(1)操作环境：体外(2)操作水平：分子(DNA)水平，又叫①________(3)原理：②________(4)优点：定向改造生物性状2．基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶来源：主要从③中分离作用：割断两个核苷酸之间的④作用特点：专一性，即限制酶可识别⑤，切割特定位点结果{错位切：产生两个相同的⑥平切：形成平末端(2)DNA连接酶常用类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源⑦________T4噬菌体功能连接黏性末端连接⑧________结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(3)载体①常用载体——质粒化学本质：双链环状DNA分子特点能自我复制有一个至多个⑨切割位点有特殊的⑩②其他载体：λ噬菌体衍生物、⑪________等。二、基因工程的基本操作程序1．目的基因的获取(1)目的基因：编码蛋白质的基因。(2)获取方法：从基因文库中获取、利用⑫________扩增目的基因、利用⑬________人工合成。2．基因表达载体的构建——基因工程的核心(1)目的：使目的基因在受体细胞中⑭____________，并可以遗传给下一代；使目的基因能够⑮____________和发挥作用。(2)基因表达载体的组成：目的基因、⑯________、终止子和标记基因等，如图。①与载体相比较，增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段，其功能各不相同。②启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。3．将目的基因导入受体细胞导入植物细胞：⑰________________、基因枪法、花粉管通道法导入动物细胞：⑱____________导入微生物的方法：先用⑲________处理再融合4．目的基因的检测和鉴定(1)检测：分子水平。检测是否有目的基因：分子杂交技术(⑳________＋转基因生物○21________)检测是否转录：分子杂交技术(DNA探针＋转基因生物○22________)检测是否翻译：○23________(2)鉴定：个体水平。三、基因工程的应用技术名称应用植物基因工程培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和○24________转基因植物，利用转基因改良植物的品质动物基因工程提高动物生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物，用转基因动物作○25________的供体基因治疗把○26________导入病人体内，使其表达产物发挥作用，从而治疗疾病，分为体内基因治疗和体外基因治疗四、蛋白质工程1．崛起缘由天然蛋白质○27________人类生产和生活的需要。2．目标根据人们对蛋白质功能的特定需求，对○28________进行分子设计。3．操作手段基因修饰或基因合成。4．设计流程预期蛋白质功能―→设计预期蛋白质结构―→推测应有的○29________序列―→找到对应的○30________序列(基因)。自我校对：①DNA重组技术②基因重组③原核生物④磷酸二酯键⑤特定的脱氧核苷酸序列⑥黏性末端⑦大肠杆菌⑧黏性末端或平末端⑨限制酶○10遗传标记基因⑪动植物病毒⑫PCR技术⑬DNA合成仪⑭稳定存在⑮表达⑯启动子⑰农杆菌转化法⑱显微注射法⑲Ca2＋⑳DNA探针○21DNA○22mRNA○23抗原—抗体杂交○24抗逆○25器官移植○26正常基因○27不一定完全符合○28蛋白质的结构○29氨基酸○30脱氧核苷酸基因工程的理论基础与操作工具高考地位：5年16考2012全国新课标卷、浙江卷、江苏卷、福建卷，2011浙江卷……1．基因工程的基本原理和理论基础概括(如下图)2．与DNA分子相关的酶(1)几种酶的比较比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子(2)限制酶与DNA连接酶的关系①限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。②DNA连接酶起作用时不需要模板。3．载体(1)作用①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)具备的条件①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。(3)种类①质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，能够自我复制的很小的双链环状DNA分子。②λ噬菌体的衍生物。③动植物病毒。(1)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，对某些天然的载体进行人工改造。(2)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。★本部分知识多以选择题的形式出现，并且与必修内容联系密切，也可在基因工程综合题中作为某一具体问题出现。【典例1】(2012·江苏单科，32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题。(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由________连接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________________________末端，其产物长度为______________。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析本题主要考查基因工程中限制酶的作用原理和重组质粒构建的相关知识。(1)通过分析DNA分子结构的特点可知，在DNA的一条链中，相邻两个碱基依次由脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。(2)限制酶SmaⅠ的识别序列和酶切位点为CCC↓GGG，酶切位点位于识别序列的中轴线上，所以酶切后形成的末端是平末端。在图1DNA片段中，有两个SmaⅠ的识别序列，完全切割后形成的产物长度有三种，分别为：534＋3＝537bp；796－3－3＝790bp；658＋3＝661bp。(3)D基因突变为d基因后，其碱基序列中只含有一个SmaⅠ的识别序列，此时用SmaⅠ完全切割该DNA片段后产物的长度有两种，分别为：534＋796－3＝1327bp；658＋3＝661bp。所以，从杂合子(Dd)中分离出的D、d基因DNA片段被SmaⅠ完全切割，产物中有537bp、790bp、661bp、1327bp4种不同长度的DNA片段。(4)分析图1DNA片段上的限制酶酶切位点可知，为了防止目的基因被破坏，并将目的基因从DNA片段中切下来，只能选择用BamHⅠ对目的基因进行处理。质粒用BamHⅠ处理后，会破坏抗生素A抗性基因，但抗生素B抗性基因正常，所以筛选含重组质粒的大肠杆菌时，一般需用添加抗生素B的培养基进行培养。因为用同种限制酶处理后目的基因和质粒上形成的黏性末端完全相同，所以部分目的基因D可能会反向连接在质粒上，此类重组质粒上的目的基因D将不能正确表达。答案(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接基因工程的基本操作程序及其应用高考地位：5年21考2012福建、全国新课标、江苏、天津，2011江苏、山东、四川、海南，2010天津、四川……1．目的基因的获取途径(1)从基因文库中获取：包括基因组文库和cDNA文库等。(2)人工合成目的基因的常用方法①化学合成法：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。②反转录法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。(3)通过PCR技术扩增目的基因即通过指数式扩增获取大量的目的基因。2．基因表达载体的构建①该过程把三种工具(两种工具酶、一种载体)全用上了，是最核心、最关键的一步，在体外进行。②基因表达载体结构模式图参见“双基自主落实”3．将目的基因导入受体细胞(1)目的：目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达。(2)受体细胞种类不同，导入方法不同生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2＋处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T—DNA上―→农杆菌―→导入植物细胞―→整合到受体细胞的DNA上―→表达将含有目的基因的表达载体提纯―→取卵(受精卵)―→显微注射―→受精卵发育―→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞―→感受态细胞―→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合―→感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定★★★本部分知识是现代生物科技的核心内容，是高考的重点，各省对本部分内容考查要求不同，高考命题的题型及赋分值有较大差异，但全国新课标卷及各省市卷多有涉及。【典例2】(经典题)如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。请据图回答问题。(1)A过程所用的载体是________，需要的工具酶有________和________。(2)C过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂和激素外，还需加入________。(3)由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用________技术，该技术所依据的原理是________________________________________________________________________。(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用放射性同位素(或荧光分子)标记的________作为探针。(5)如果从个体生物水平来鉴定，D过程可用的最简单检测方法是________________________________________________________________________。解析(1)图中作为载体的是含kanr质粒，基因工程中的工具酶有DNA连接酶和限制性核酸内切酶。(2)C过程的培养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，培养基中应含有卡那霉素。(3)离体植物组织培育植株采用植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。(4)再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素标记抗虫基因。(5)可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子是否死亡判断是否为抗虫植株。答案(1)含kanr质粒限制性核酸内切酶DNA连接酶(两种酶顺序可颠倒)(2)卡那霉素(3)植物组织培养植物细胞全能性(4)抗虫基因(5)让棉铃虫食用再生植株(抗虫接种实验)①基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基