2020高考生物江苏专用提分大二轮复习课件:专题六 生物技术与工程 第2讲 .pptx
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1、,第2讲 基因工程和细胞工程,专题六 生物技术与工程,1.基因工程的诞生(A)。 2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(B)。 3.基因工程的应用(B)。 4.蛋白质工程(A)。 5.植物的组织培养(B)。 6.动物的细胞培养与体细胞克隆(A)。 7.细胞融合与单克隆抗体(B)。,考纲要求,内容索引,主干知识梳理,核心考点突破,备考技能提升,01,主干知识梳理 ZHU GAN ZHI SHI SHU LI,网络构建,DNA连接酶,基因表达载体的构建,基因,细胞的全能性、细胞膜的流动性,细胞增殖,动物细胞核的全能性,给小鼠注射抗原,产生专一抗体的杂交瘤细胞,1.基因工程 (1)基因工程的3种
2、基本工具 限制性核酸内切酶:识别特定核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子。 DNA连接酶:a.Ecoli DNA连接酶只能连接黏性末端;b.T4 DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。 载体:需具备的条件包括:a.能在宿主细胞内稳定存在并大量复制;b.有一个至多个限制酶切割位点;c.具有特殊的标记基因,以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。 (2)获取目的基因的途径:从基因文库中获取;利用PCR技术扩增;化学方法直接人工合成。 (3)基因表达载体的组成:启动子、目的基因、终止子及标记基因等。,基础必备,(4)将目的基因导入受体细胞 植物:体细胞或受精卵常用农杆菌转化法(双子叶植物和裸子植物)、
3、花粉管通道法、基因枪法(单子叶植物)。 动物:受精卵显微注射技术。 微生物:细菌(常用大肠杆菌)感受态细胞法(钙离子处理法)。 (5)目的基因的检测与鉴定方法 检测目的基因是否插入转基因生物的DNA上:DNA分子杂交技术。 检测目的基因是否转录出mRNA:分子杂交技术。 检测目的基因是否翻译成蛋白质:抗原抗体杂交技术。 个体生物学水平鉴定:根据表达性状判断。,易错辨析 (1)限制酶DNA酶解旋酶 限制酶的作用是识别双链DNA分子上某种特定的核苷酸序列,并使两条链在特定的位置断开;DNA酶的作用是将DNA水解为基本组成单位;解旋酶的作用是将DNA两条链间的氢键打开形成两条单链。 (2)DNA连接
4、酶DNA聚合酶 DNA连接酶能连接两个DNA片段,而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。 (3)启动子(DNA片段)起始密码子(位于mRNA上); 终止子(DNA片段)终止密码子(位于mRNA上)。,2.细胞工程 (1)植物组织培养 培养基的组成:大量元素、微量元素、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。 若生产人工种子,则培养到胚状体阶段;若提取细胞产物,则一般培养到愈伤组织阶段;若培育新个体,则应培养到试管苗阶段。 (2)植物体细胞杂交的关键 酶解法用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。 促融剂常用聚乙二醇。 杂种细胞的形成标志新细胞壁的形成。 培
5、养杂种植株的技术植物组织培养。 杂种植株培育成功的原理离体的植物细胞具有全能性。,(3)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同 第一次:处理剪碎的组织,使其分散成单个细胞; 第二次:使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。 (4)原代培养与传代培养的区别 区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。细胞贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理,然后再分瓶培养,让细胞继续增殖,这样的培养过程通常称为传代培养。 (5)克隆动物时选择受体细胞为去核卵母细胞的原因 营养丰富;体积大,易操作;含有激发细胞核全能性表达的物质。,易错辨析,1.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来( ) 2.启动子和
6、终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用( ) 3.转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测( ) 4.重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接( ) 5.细胞核移植主要在同种动物、同种组织的细胞之间进行( ) 6.乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养( ) 7.PEG是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合( ) 8.用原生质体制备人工种子,要防止细胞破裂( ),长句默写,1.基因表达载体的构建过程中,使用两种识别序列不同的限制酶切割目的基因和质粒的目的是_。 2.核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因:_ _。,避免目的基因和质粒的自身环
7、化和随意连接,卵母细胞的细胞质中含有少量的遗传物质;发育过程中可能发生基因突变或染色体变异;外界环境可能引起不遗传的变异,02,核心考点突破 HE XIN KAO DIAN TU PO,考点一 基因工程,考点二 细胞工程,考点一 基因工程,要点整合,1.真核生物的cDNA文库与基因组文库,2.PCR技术扩增 (1)原理:DNA双链复制。 (2)条件:模板DNA、引物、游离的dNTP(dCTP、dATP、dGTP、dTTP)、热稳定DNA聚合酶。,(3)过程,变性:9095 ,DNA解链, 复性:5560 ,引物与单链DNA结合, 延伸:7075 ,在热稳定DNA聚合酶(Taq酶)作用下合成子链
8、,3.限制酶的选择方法,(1)选择的限制酶的切点不能位于目的基因内部,也不能位于标记基因内部,否则会破坏目的基因或标记基因,上图中不能选择Sma。 (2)应选择切点位于目的基因两端的限制酶,同时质粒上也有其切点,如上图中可选择Pst。 (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,如上图也可选择用Pst和EcoR两种限制酶。,4.蛋白质工程,1,2,3,4,考向设计,考向一 基因工程的基本流程分析 1.(2019江苏,33)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列
9、问题:,(1)EcoR 酶切位点为 ,EcoR 酶切出来的线性载体P1为_末端。,平,解析 EcoR 酶切位点在酶所识别序列的中心轴线处,产生的是平末端。,5,6,1,2,3,4,(2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为_的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在_酶作用下,形成重组质粒P3。,胸腺嘧啶(T),解析 DNA连接酶对平末端的连接效率较低,因此通常要将平末端改造成黏性末端后再进行连接。由于目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸,根据碱基互补配对原则,处理后的质粒两端需要各添加
10、一个碱基为胸腺嘧啶的脱氧核苷酸;要将处理后的质粒与目的基因连接起来,需要用DNA连接酶。,DNA连接,5,6,1,2,3,4,(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如表(“”代表生长,“”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是_(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是_、_。,B,A类菌落含有P0,C类菌落未转入质粒,5,6,1,2,3,4,解析 由于四环素抗性基因中含有EcoR 酶识别的序列及切割位点,所以形成的重组质粒中四环素抗性基因已经被破坏,而氨苄青霉素抗性基因正常。根据表中结果可知,A菌落抗氨苄青霉素
11、和四环素,说明A菌落中导入的是P0质粒;B菌落抗氨苄青霉素而不抗四环素,说明B菌落中导入的是重组质粒;C菌落既不抗氨苄青霉素,也不抗四环素,说明C菌落中没有导入质粒。,5,6,1,2,3,4,(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是_。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段,原因是_。,乙、丙,目的基因反向连接,5,6,1,2,3,4,解析 由于处理后的P0质粒的两个末端都含一个胸腺嘧啶的脱氧核苷酸,而目的基因片段的两端各自带一个
12、腺嘌呤脱氧核苷酸,所以目的基因在和P0质粒连接时可能会出现两种情况:正向连接和反向连接。分析图2可知,理论上可以选择的引物组合有甲和丙、乙和丙两种情况。如果选择甲和丙这对引物,则无论目的基因是否正确插入,扩增的片段都是,50 bp300 bp100 bp450 bp,不符合要求;如果选择乙和丙这对引物,正向连接和反向连接后所得结果不同,所以应选择乙和丙这对引物进行PCR鉴定。如果目的基因和P0质粒反向连接,则引物乙会出现在重组质粒的外侧,此时若加入引物甲和乙,则可以扩增出300 bp100 bp400 bp的片段。,5,6,1,2,3,4,解析 基因文库包括基因组文库和cDNA文库。,2.(2
13、019全国,38)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题: (1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括_和_。,基因组文库,cDNA文库,(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是_。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是_ _。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的_。,解旋酶,加热至90,95 ,氢键,解析 生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的,而在体外利用PCR技术扩增目的基因时,则是通过加热至9095 进行解旋的,二者都破坏了碱基对之间的氢键。,5,6
14、,1,2,3,4,(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_ _。,解析 在PCR过程中,要加热至9095 ,所以使用热稳定性高的Taq酶,而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。,稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活,Taq酶热,5,6,1,2,3,4,3.(2019甘肃张掖质检)请回答下列有关基因工程及其应用的问题: (1)多种限制酶、_及逆转录酶的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。,DNA连接酶,解析 切割目的基因需要用限制酶,利用反转录法获得目的基因需要用到逆转录酶,而将目的基因与载体相连需要用到DNA连接酶。,(
15、2)基因工程的核心步骤是_;重组Ti质粒载体结构中TDNA的作用是_。,构建基因表达载体,携带目的基因进入植物细胞并整合到植物细胞中染色体的DNA上,解析 基因工程的核心步骤是构建基因表达载体;重组Ti质粒载体结构中TDNA为可转移DNA,可以携带目的基因进入植物细胞并整合到植物细胞中染色体的DNA上。,5,6,1,2,3,4,(3)科学家设法使烟草细胞形成微创伤,受伤部位细胞产生的乙酰丁香酮可吸引农杆菌向受伤部位集中,这时农杆菌可携带某种目的基因进入烟草细胞。获得的转基因烟草细胞通过_技术最终获得转基因烟草,检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因的方法是_。,植物组织培养,DNA分子杂交
16、技术,解析 将获得的转基因烟草细胞最终培养成转基因烟草需要用到植物组织培养技术;检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因,可以采用DNA分子杂交技术。,(4)利用_处理植物体细胞可得到原生质体,将目的基因导入原生质体的方法中,除题(3)所述方法外,还可采用_。,纤维素酶和果胶酶,基因枪法,解析 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此利用纤维素酶和果胶酶处理植物体细胞可得到原生质体;将目的基因导入原生质体的方法中,除了农杆菌转化法,还有基因枪法。,5,6,1,2,3,4,解析 A、B、C项均采用了基因工程技术,基因工程依据的原理是基因重组,且参与繁殖的细胞中均含有目的基因,故可遗传给子代,A
17、、B、C项不符合题意; D项也采用了基因工程技术,但只有患者的淋巴细胞中含有目的基因,患者的生殖细胞中不含目的基因,故不能遗传给子代,D项符合题意。,考向二 基因工程的实践应用 4.(2019江苏,16)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是 A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌 B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株 C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛 D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗,5,6,5.(2019广东珠海一模)抗胰蛋白酶可以治疗肺气肿等疾病。下图是科学家培育含人抗胰蛋白酶基因(
18、mAAT)的转基因山羊的流程图,请据图回答下列相关问题: 获取mAAT基因构建基因表达载体显微注射导入山羊受精卵形成胚胎将胚胎移入受体母羊发育成转基因山羊 (1)利用PCR技术对mAAT基因进行扩增,前提是要有一段以mAAT基因的核苷酸序列为模板合成的_。扩增过程中,该物质与DNA模板链的3端结合,理由是_ _。,解析 利用PCR技术对mAAT基因进行扩增,前提是要有一段以mAAT基因的核苷酸序列为模板合成的引物。由于DNA合成时只能从3端延伸,因此扩增过程中,该物质应与DNA模板链的3端结合。,1,2,3,4,5,6,引物,合成只能从3端延伸,DNA,(2)目的基因可以直接从生物体分离得到,
19、也可以通过人工合成获取。请推测由mRNA反转录合成mAAT基因的大致过程:_ _(用文字和箭头表述)。,解析 由mRNA反转录合成mAAT基因的大致过程: mRNADNA、RNA杂交双链单链DNAmAAT基因。,1,2,3,4,5,6,逆转录酶,单链DNAmAAT基因,DNA聚合酶,mRNADNA、RNA杂交双链,逆转录酶,DNA聚合酶,(3)构建基因表达载体的目的是_ _。为了使mAAT基因只在山羊乳腺细胞中表达,需要在构建表达载体时在mAAT基因前端加上在乳腺细胞中特异性表达的_,同时还需要有标记基因,其作用是_ _。,解析 构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并可遗传给
20、下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。启动子是转录过程中RNA聚合酶的识别位点,为了使mAAT基因只在山羊乳腺细胞中表达,需要在构建表达载体时在mAAT基因前端加上在乳腺细胞中特异性表达的启动子;标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。,1,2,3,4,5,6,使目的基因在受体细胞中稳定存在并可遗传给下一代,,同时使目的基因能够表达和发挥作用,启动子,为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将,含有目的基因的细胞筛选出来,(4)胚胎移植中,应选择有_的个体作为受体母羊,并对受体母羊进行同期发情处理。,解析 胚胎移植中,应选择有健康体质和正常繁殖
21、能力的个体作为受体母羊,并对受体母羊进行同期发情处理。,1,2,3,4,5,6,健康体质和正常繁殖能力,6.(2019山东烟台模拟)用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示。据图回答下列问题:,1,2,3,4,5,6,(1)过程所需的酶是_。在构建基因表达载体过程中,构建的重组质粒上启动子的本质和作用分别是_ _。,逆转录酶,启动子的本质是一段有特殊结构的DNA片段;作用是供RNA聚合酶的识别、结合以驱动目的基因的转录,解析 题图中过程表示利用mRNA通过反转录法合成相应的DNA的过程,需要逆转录酶的催化;基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等,其中启动子
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