高考生物一輪復習 第十二單元 第41講 基因工程及其安全性課件.ppt

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,第十二單元現(xiàn)代生物科技專題,第41講基因工程及其安全性,,第十二單元現(xiàn)代生物科技專題,[考綱考頻]1．基因工程的誕生Ⅰ(3年1考)2.基因工程的原理及技術(shù)Ⅱ(3年7考)3.基因工程的應用Ⅱ(3年8考)4．蛋白質(zhì)工程Ⅰ(3年3考)5.轉(zhuǎn)基因生物的安全性Ⅰ(3年6考)6.生物武器對人類的威脅Ⅰ(3年3考),,第十二單元現(xiàn)代生物科技專題,一、基因工程的概念理解1．供體：提供目的基因。2．操作環(huán)境：_______________。3．操作水平：_______________水平。4．原理：基因重組。5．受體：表達目的基因。6．本質(zhì)：性狀在_______________體內(nèi)表達。7．優(yōu)點：克服_________________障礙，定向改造生物的遺傳性狀。,無菌,DNA分子,受體生物,遠緣雜交不親和,二、DNA重組技術(shù)的基本工具1．限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱：限制酶)(1)來源：主要是從__________生物中分離純化出來的。(2)作用：識別雙鏈DNA分子的某種特定______________并使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。(3)結(jié)果：產(chǎn)生_______________或平末端。,原核,核苷酸序列,黏性末端,2．DNA連接酶,大腸桿菌,黏性末端和平末端,質(zhì)粒,限制酶切割位點,標記基因,PCR技術(shù),啟動子,標記基因,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,顯微注射,DNA分子雜交,分子雜交技術(shù),抗原—抗體雜交,四、基因工程的應用,抗逆,器官移植,五、蛋白質(zhì)工程1．目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對_____________________進行分子設計。2．操作手段：基因修飾或基因合成。3．設計流程：預期蛋白質(zhì)功能→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的_______________序列→找到相對應的_______________序列(基因)。六、轉(zhuǎn)基因生物的安全性1．轉(zhuǎn)基因成果(1)工程菌——DNA重組微生物。(2)基因制藥。(3)轉(zhuǎn)基因動物——_______________。(4)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),氨基酸,脫氧核苷酸,生物反應器,2．安全性問題(1)食物安全：_______________(產(chǎn)生毒性蛋白質(zhì))、新的過敏原、營養(yǎng)成分改變。(2)生物安全：生物入侵，破壞生物__________。(3)環(huán)境安全：破壞生態(tài)系統(tǒng)的_______________和人類生活環(huán)境。3．理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)(1)需要正確的_____________________，趨利避害，不能因噎廢食。(2)制定符合本國利益的政策和法規(guī)，最大程度地保證轉(zhuǎn)基因_______________的安全性。,滯后效應,多樣性,穩(wěn)定性,社會輿論導向,技術(shù)和產(chǎn)品,七、禁止生物武器1．種類：病菌、病毒、生化毒劑及經(jīng)過_______________的致病菌。2．我國政府態(tài)度：任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設備的擴散。,基因重組,1．以下關(guān)于基因工程的操作工具的說法正確的是()A．所有的限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體C．載體必須具備的條件之一是：具有多個限制性核酸內(nèi)切酶切點，以便與外源基因連接D．DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵解析：每一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種(或者一類)特定的核苷酸序列，不同的限制性核酸內(nèi)切酶所識別的核苷酸序列不同。質(zhì)粒是常用的載體，但不是唯一的。DNA連接酶連接的是兩個被同一限制性核酸內(nèi)切酶切割的DNA片段的切口，互補的堿基之間通過氫鍵連接。,C,2．下圖表示轉(zhuǎn)基因動、植物的培育過程。據(jù)圖分析下列有關(guān)敘述正確的是()A．在獲得目的基因的過程中，需要使用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具酶B．受體細胞A、B一定均為受精卵C．②過程需要用到胚胎體外培養(yǎng)、胚胎移植等生物技術(shù)D．將目的基因?qū)胧荏w細胞B時常使用大腸桿菌作為工具去侵染植物細胞,C,解析：選項A，在獲得目的基因的過程中，需要使用限制性核酸內(nèi)切酶，但不需要DNA連接酶，說法錯誤；選項B，受體細胞A將發(fā)育為轉(zhuǎn)基因綿羊，屬于動物細胞，當受體細胞為動物細胞時，最常選用的是受精卵細胞，受體細胞B將發(fā)育為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，屬于植物細胞，當受體細胞為植物細胞時，常常選用的是體細胞，說法錯誤；選項C，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的含有目的基因的受體細胞，必須經(jīng)過胚胎體外培養(yǎng)以獲得早期胚胎，再經(jīng)過胚胎移植技術(shù)在受體子宮中發(fā)育，說法正確；選項D，在培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉時，將目的基因?qū)胧荏w細胞時，常借助土壤農(nóng)桿菌侵染植物細胞，而非大腸桿菌，說法錯誤。,3．(2014高考天津卷)為達到相應目的，必須通過分子檢測的是()A．攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選B．產(chǎn)生抗人白細胞介素8抗體的雜交瘤細胞的篩選C．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉植株抗蟲效果的鑒定D．21三體綜合征的診斷,B,解析：根據(jù)受體菌是否對鏈霉素產(chǎn)生抗性進行攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選，不需要分子檢測，A錯誤；用特定選擇培養(yǎng)基篩選出的雜交瘤細胞，還需要進行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，才能獲得足夠多的能分泌抗人白細胞介素8抗體的雜交瘤細胞，B正確；轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是否具有抗蟲特性，需要做抗蟲的接種實驗，C錯誤；21三體綜合征可通過用顯微鏡直接觀察體細胞中的21號染色體數(shù)目的方法進行檢測，D錯誤。,4．(2013高考江蘇卷)下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全性的敘述中，錯誤的是()A．我國已經(jīng)對轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強制實施了產(chǎn)品標識制度B．國際上大多數(shù)國家都在轉(zhuǎn)基因食品標簽上警示性注明可能的危害C．開展風險評估、預警跟蹤和風險管理是保障轉(zhuǎn)基因生物安全的前提D．目前對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論主要集中在食用安全性和環(huán)境安全性上,B,解析：我國農(nóng)業(yè)部頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標識管理辦法》，要求對轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品及其加工品加貼標注，以方便消費者自主選擇。但國際上并非大多數(shù)國家都在轉(zhuǎn)基因食品標簽上警示性注明可能的危害，A項正確、B項錯誤；目前對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論主要集中在轉(zhuǎn)基因食物的安全性和轉(zhuǎn)基因生物對環(huán)境安全的影響上，但這些通過風險評估、預警跟蹤和風險管理等都是可以解決的，C、D兩項正確。,考點一基因工程的操作工具,考點二基因工程的基本操作程序和應用,考點一基因工程的操作工具,堿基互補對稱,堿基互補,(2)切割后末端的種類：,2．限制酶和DNA連接酶的關(guān)系：,(1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是_______________。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的___________________________________。(3)DNA連接酶起作用時，不需要模板。,磷酸二酯鍵,識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾,3．作為載體的條件及作用：,穩(wěn)定并能復制,一個至多個,標記基因,鑒定和選擇,深度思考1．下圖為部分雙鏈DNA片段切斷a、b處的酶分別是什么酶？DNA連接酶的作用位點是什么(a或b)?___________________________2．切取1個目的基因和切割質(zhì)粒時用限制酶分別切割幾次？___________________________,3．質(zhì)粒是基因工程中經(jīng)常選用的載體，如圖Ampr表示青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因，限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ切割形成的末端均不相同。如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ對質(zhì)粒進行切割，用1種酶、2種酶和3種酶分別切割時，則形成的DNA片段共幾種？其中含有完整四環(huán)素抗性基因的DNA片段的比例是多少？___________________________4．基因工程中的載體與細胞膜上物質(zhì)運輸?shù)妮d體有何不同？___________________________,1．圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題：,(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由__________________________________連接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是________末端，其產(chǎn)物長度為_________________________________________________。(3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長度的DNA片段。,脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖,平,537bp、790bp、661bp,4,(4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應選用的限制酶是__________。在導入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加__________的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是_______________________________________________________________________________________________________。,BamHⅠ,抗生素B,同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接,解析：(1)一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的兩個堿基之間是通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連的，要注意與兩條脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間通過氫鍵相連進行區(qū)分。(2)從SmaⅠ的識別序列和切點可見，其切割后產(chǎn)生的是平末端，圖1中DNA片段有SmaⅠ的兩個識別序列，故切割后產(chǎn)生的產(chǎn)物長度為537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋3)bp三種。(3)圖示方框內(nèi)發(fā)生堿基的替換后，形成的d基因失去了1個SmaⅠ的識別序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割后產(chǎn)物中除原有的3種長度的DNA片段外，還增加一種(537＋790)bp的DNA片段。,(4)目的基因的兩端都有BamHⅠ的識別序列，質(zhì)粒的啟動子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的識別序列，故應選用的限制酶是BamHⅠ，此時抗生素B抗性基因作為標記基因，故篩選時培養(yǎng)基中要添加抗生素B。若重組質(zhì)粒已導入了受體細胞卻不能表達，很可能是因為用同種限制酶切割后，目的基因和質(zhì)粒有兩種連接方式，導入受體細胞的重組質(zhì)粒是目的基因和質(zhì)粒反向連接形成的。,考點二基因工程的基本操作程序和應用,基因文庫,PCR,較小,反轉(zhuǎn)錄酶,2．基因表達載體的構(gòu)建(1)基因表達載體的組成及作用：,目的基因,啟動子,終止子,標記基因,(2)基因表達載體的構(gòu)建過程：,同種限制酶切割,__________,DNA連接酶,3．將目的基因?qū)胧荏w細胞：,體細胞,顯微注射技術(shù),TDNA,染色體DNA,顯微注射,Ca2＋,DNA,4.目的基因的檢測與鑒定：,DNA分子雜交,分子雜交,抗原-抗體雜交,深度思考1．(2014高考廣東卷T25改編)下圖為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶(CarE)制劑的流程(1)過程①②分別需使用哪一類酶？(2)過程③使用的感受態(tài)細胞可用哪種溶液制備？(3)過程④欲鑒定目的基因是否導入受體細胞可利用什么方法？___________________________,2．[2014高考全國卷ⅡT40(4)]假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1時，則可推測該耐旱基因整合到了什么位置上？(答“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。___________________________提示：1.(1)逆轉(zhuǎn)錄酶，限制酶。(2)CaCl2溶液。(3)DNA分子雜交。2．同源染色體的一條上。,2．(2015福建普高畢業(yè)班質(zhì)檢)為探究SHH基因與角化囊腫發(fā)生的相關(guān)性，科研人員利用SHH基因的非模板鏈轉(zhuǎn)錄合成的RNA作為探針，進行分子雜交實驗，以檢測SHH基因在角化囊腫中的表達情況。其基本流程如下圖：(Amp表示氨芐青霉素抗性基因；LacZ基因被SHH基因插入后不表達),請回答：(1)重組載體中SHH基因轉(zhuǎn)錄合成RNA探針時，________(需要/不需要)啟動子。(2)步驟②中，用Ca2＋處理大腸桿菌，使之成為_________細胞，然后導入重組載體。實驗中，用添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，未導入質(zhì)粒的細菌將會死亡，原因是這些細菌不含有________________________________基因。(3)能表達LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成藍色菌落，易于識別。根據(jù)上述原理可以初步判斷________(藍色/白色)菌落中的大腸桿菌為重組菌。(4)將制備的探針加入角化囊腫切片中，探針將與__________________形成雜交帶，進而判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況。,需要,感受態(tài),Amp(或氨芐青霉素抗性或抗性),白色,SHH轉(zhuǎn)錄的mRNA,解析：(1)重組載體中SHH基因表達需要啟動子。(2)大腸桿菌細胞用Ca2＋處理后就成為感受態(tài)細胞；能在添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存的細菌含有氨芐青霉素抗性基因，沒有氨芐青霉素抗性基因的細菌將會死亡。(3)能表達LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成藍色菌落，重組菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表達，重組菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成白色菌落。(4)判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況，也就是判斷SHH基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA。,易錯點1基因工程操作工具易錯辨析[點撥](1)限制酶是一類酶，而不是一種酶。(2)限制酶的成分為蛋白質(zhì)，其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件，高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。(3)在切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。(4)將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產(chǎn)生4個黏性末端。,(5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位點應位于標記基因之外，不能破壞標記基因，以便于進行檢測。(7)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。易錯點2基因工程操作過程中易出現(xiàn)的錯誤[點撥](1)目的基因的插入位點不是隨意的：基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應插入到啟動子與終止子之間的部位。,(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象：第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA，第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象,第四步存在檢測分子水平雜交。(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染植物細胞，并將其Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細胞染色體DNA上。(4)目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。(5)標記基因的種類和作用：標記基因的作用——篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。,(6)受體細胞的選擇：受體細胞常用植物受精卵或體細胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動物受精卵(一般不用體細胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌)；一般不用支原體，原因是它營寄生生活；一定不能用哺乳動物成熟的紅細胞，原因是它無細胞核，也沒有核糖體等細胞器，不能合成蛋白質(zhì)。(7)還應注意的問題有：①基因表達載體中，啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。②基因表達載體的構(gòu)建是最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進行。,易錯點3基因工程應用中的易錯分析[點撥](1)Bt毒蛋白基因編碼的Bt毒蛋白并無毒性，進入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。(2)青霉素是誘變后的高產(chǎn)青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程改造的工程菌產(chǎn)生的。(3)動物基因工程主要為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。,1．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和質(zhì)粒是基因工程中常用的三種工具酶。()2．DNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏合，形成重組DNA。()3．EcoliDNA連接酶既可以連接平末端，又可以連接黏性末端。()4．Taq酶是用PCR儀對DNA分子擴增過程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶。()5．基因表達載體中含有啟動子和密碼子。(),,,,,,6．如果某種生物的cDNA文庫中的某個基因與該生物的基因組文庫中的某個基因控制的性狀相同，則這兩個基因的結(jié)構(gòu)也完全相同。()7．目的基因?qū)腭R鈴薯細胞后，隨著馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞并表達。()8．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)。()9．(2013廣東卷T3C)目前在抗菌性和溶血性均較強的多肽P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是依據(jù)P1氨基酸序列設計多條模擬肽。()10．(2014重慶卷T4D)利用基因工程培育抗蟲植物時，只要表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異。(),,√,,√,√,