全国通用高考生物一轮总复习专题28基因工程名师课件

1、目 录 Contents 考情精解读 A.知识全通关 B.题型全突破 考点1 考点2 考法1 考法2 考点3 考点4 考法3 考法4 考情精解读 高考帮生物 专题二十八 基因工程 考情精解读 1 考纲解读 专题二十八 基因工程 命题规律 01 01 1.基因工程的诞生 2.基因工程的原理及技术(含PCR技术) 3.基因工程的应用 命题趋势 4.蛋白质工程 5.转基因生物的安全性 6.生物武器对人类的威胁 知识体系构建 高考帮生物 专题二十八 基因工程 考情精解读 2 考纲解读 考查内容 2016全国 2015全国 2014全国 自主命题区域 2016江苏,33,6分 命题规律 基因工程的基本工

2、具【25%】 全国,40,4分 全国,40,10分 2015江苏,32,2分 2015上海,68 70,6分 2015天津,8,3分 2014上海,68 69,4分 2016上海,68 70,8分 命题趋势 知识体系构建 基因工程的应用及蛋白质工程 【35%】 2016江苏,33,3分 全国,40,15分 全国,40,15分 2016天津,7,8分 2016上海,71,1分 2016天津,7,5分 2015北京,5, 6分 高考帮生物 专题二十八 基因工程 考情精解读 3 考纲解读 考查内容 2016全国 2015全国 2014全国 自主命题区域 2016上海,6870,8分 2016江苏,3

3、3,3分 2016天津,7,8分 命题规律 基因工程的基命题趋势 本操作程序【85%】 全国,40,11分 全国,40,5分 全国,40,6分 2016海南,31,15分 2015江苏,32,3分 2015上海,71,3分 2014江苏,23,3分 知识体系构建 2014天津,4,6分 高考帮生物 专题二十八 基因工程 考情精解读 4 考纲解读 1.热点预测 本专题的重点是结合具体的应用考查基因命题规律 工程的基本工具与操作程序,试题常将基因工程与动物细胞工程、植物细胞工程、胚胎工程等知识联系起来考查考生的综合能力,多以非选择题形式呈现,一般占15分左右。 命题趋势 2.趋势分析 结合科技前沿

4、考查基因工程的基础知识,预计对考生的分析问题、解决问题的能力的考查将会在未来越来越受重视 知识体系构建 高考帮生物 专题二十八 基因工程 考情精解读 5 考纲解读 命题规律 命题趋势 知识体系构建 返回目录 知识全通关 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 1 考点1 基因工程的基本工具 一、限制性核酸内切酶 (限制酶)“分子手术刀” 1.来源及化学本质:主要是从 原核生物中分离纯化出来的,化学本质是 蛋白质。 2.功能:催化DNA 中特定的磷酸二酯键断裂。 3.作用特点:特异性,即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列,切割特定的位点。 4.结果:产生黏性末端或平末端。 (1)限制酶是一类

5、酶,而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。 二、DNA连接酶“分子缝合针” 1.种类:E.coli DNA连接酶和T4 DNA 连接酶。 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间的磷酸二酯键。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 2 三、基因进入受体细胞的载体“分子运输车” 1.类型 2.具备条件 (1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 (2)有一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源基因连接 (3)具有标记基因,用于重组DNA的检测和鉴定 (4)对受体细胞无害。 3.特点:

6、可以在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上随染色体DNA进行同步复制。 (1)所有的运载体都具有容易侵入受体细胞的特点,并且能够复制。 (2)天然质粒必须经过人工改造后才能作为载体。 (3)基因工程中的载体与细胞膜上参与物质运输的载体不同。基因工程中的载体通常是质粒,还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等,其本质是DNA,能将目的基因导入受体细胞内;细胞膜上的载体是蛋白质,与细胞膜的功能有关。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 3 考点2 基因工程的基本操作程序 一、目的基因的获取 1.目的基因:主要指编码蛋白质的基因,也可以是具有调控作用的因子。 文库类型 文库大小 cD

7、NA文库 小 基因组文库 大 基因中启动子 基因中内含子 基因多少 无 无 某种生物的部分基因 可以 有 有 某种生物的全部基因 部分基因可以 物种之间的基因交流 说明 基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 4 2.获取方法 (1)直接分离:从自然界中已有的物种中分离出来,如从基因文库中获取目的基因。 (2)人工合成目的基因:常用的方法有化学合成法、反转录法、PCR扩增法。 化学合成法:蛋白质 氨基酸序列 RNA碱基序列 DNA碱基序列 用4种脱氧核苷酸

8、人工合成目的基因。 反转录法:从供体细胞中分离出mRNA 单链DNA 合成目的基因。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 5 (3)利用PCR技术扩增 原理:利用DNA复制的原理,在体外将基因的核苷酸序列不断地加以复制,使其数量呈指数形式扩增(约为2n,其中n为扩增循环的次数)。 条件:模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)。 过程:变性复性延伸,多次循环。 变性:加热至90 95 ,DNA解开双链。 复性:冷却至55 60 ,引物结合到互补DNA单链上。 延伸:加热至70 75 ,溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下进行互补链的合成。

9、继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 6 二、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稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。 2.基因表达载体的组成 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 7 3.一般构建过程 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 8 三、将目的基因导入受体细胞 1.转化:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达其遗传特性的过程。 2.常用的转化方法及其过程 受体细胞种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 (大肠杆菌) 农杆菌转化法、 常用方法 基因枪 法、

10、花粉管通道法 显微注射技术 Ca2+处理法 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 9 考点3 基因工程的应用及蛋白质工程 一、基因工程的应用 1.植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 2.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、用转基因动物作器官移植的供体。 3.基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥作用。 二、蛋白质工程 1.概念:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需

11、求。 2.蛋白质工程的目标:根据人们对蛋白质的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。 3.蛋白质工程的基本途径:预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找出相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 10 一、转基因生物的安全性 考点4 转基因生物的安全性与生物武器 1.转基因生物存在安全性问题的原因 (1)目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制的了解相当有限。 (2)目的基因往往是异种生物的基因。 (3)外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。 2.对转基因生物安全性的争论:主要集中在食物安全、生物安全、环境安全三个

12、方面。 3.理性对待转基因技术 (1)转基因生物的优缺点 优点 减少农药使用,减少环境污染; 增加食物营养,提高附加值; 增加食物种类,提升食物品质; 提高生产效率,带动相关产业发展 缺点 可能产生新病毒或新过敏原; 可能产生抗除草剂的杂草; 可能使疾病的传播跨越物种障碍; 可能会损害生物多样性; 可能干扰生态系统的多样性 解决粮食短缺问题; 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 知识全通关 11 (2)对待转基因生物的态度:趋利避害,不能因噎废食。 二、生物武器 1.种类:致病菌、病毒、生化毒剂及经过基因重组的致病菌。 2.中国政府的态度:在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并

13、反对生物武器及其技术和设备的扩散。 返回目录 题型全突破 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 1 考法1 基因工程的概念和操作工具分析 考法综述 高考对本考法的考查主要集中在限制酶的种类、切割的特点,DNA连接酶的种类、特点和载体的种类、功能等方面。多以非选择题的形式呈现,常以图解为载体,考查考生的理解能力、知识迁移能力及综合分析能力。试题难度一般不大,识记并理解基础知识是解题的关键。 考法指导 1.基因工程概念的分析 别名 操作对象 操作水平 原理 优点 基因拼接技术或基因重组技术 基因 分子水平 基因重组 能克服远缘杂交不亲和的障碍,能定向改造生物的性状 继续学习 高考帮生物 专

14、题二十八 基因工程 题型全突破 2 2.三组概念的辨析 (1)黏性末端和平末端DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端(如图所示)。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 3 (2)限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的总结 种类 项目 作用底物 DNA分子 作用结果 切开磷酸二酯键,形成黏性末端或平末端 限制酶 DNA连接酶 DNA分子片段 通过形成磷酸二酯键,进而形成新的DNA分子 DNA聚合酶 脱氧核苷酸 通过形成磷酸二酯键,进而形成新的DNA分子 DNA水解酶 解旋酶 RNA聚合酶 DNA分子 DNA分子 断开磷酸二酯键,形成脱氧

15、核苷酸 断开碱基对间的氢键,形成单链DNA分子 核糖核苷酸 通过形成磷酸二酯键,进而形成单链RNA分子 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 4 (3) E.coli DN A连接酶与T4 DNA 连接酶的比较 常用类型 Ecoli DNA连接酶 来源 功能 结果 大肠杆菌 连接黏性末端 T4 DNA连接酶 T4噬菌体 连接黏性末端或平末端 连接被限制酶切开的特定核苷酸序列中的磷酸二酯键,将DNA片段拼接成新的DNA分子 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 5 3.限制酶的选择依据 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 应选择位于目的基因两端

16、的限制酶,如图甲中可选择Pst。 不能选择目的基因内部的限制酶,如图甲中不能选择Sma。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 通常选择与切割目的基因相同的限制酶,以确保出现相同的黏性末端,如图乙中的Pst。 在只有一种标记基因时,选择的限制酶不能破坏标记基因,如图乙中限制酶Sma 会破坏标记基因。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 6 【考法示例1】 2012新课标全国根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有 和 。 (2)质粒运载体用EcoR 切割后产生的片段如下: AATTCG GCTTAA 为使运载体与

17、目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoR 切割外,还可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有的特点是 。 (3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即 DNA连接酶和 DNA连接酶。 (4)反转录作用的模板是 ,产物是 。若要在体外获得大量反转录产物,常采用 技术。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 7 (5)基因工程中除质粒外, 和 也可作为运载体。 (6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是 。 【解析】 (1)DNA 分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种黏性末端和平末端。(2)为了

18、保证目的基因与运载体相连,用另一种限制酶切割后形成的黏性末端必须与EcoR切割形成的黏性末端相同。(3)DNA连接酶有Ecoli DNA 连接酶和T4 DNA 连接酶两类,其中Ecoli DNA连接酶只对黏性末端起作用,而T4 DNA 连接酶均能起作用。(4)反转录的模板是mRNA ,产物是DNA。大量扩增反转录产物常采用PCR 技术。(5)在基因工程中使用的运载体除质粒外,还有噬菌体、动植物病毒等。(6)经Ca2+ 处理后的大肠杆菌才能够更有效地吸收周围环境中的DNA分子。 【答案】 (1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的DNA片段的黏性末端与EcoR切割产生的黏性末端相同 (3)Ecol

19、i T4 (4)mRNA DNA PCR (5)噬菌体 动植物病毒 (6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 8 考法2 基因工程的操作程序分析 考法综述 基因工程的操作程序在高考中出现的频率很高,大多以非选择题的形式呈现。通常以示意图或文字描述等为载体考查目的基因的获取方法、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞的方法和目的基因的检测与鉴定等内容,试题有一定难度,注重对考生获取信息能力及理解能力的考查。 考法指导 “四步法”把控基因工程基本操作程序题 1.三辨:分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。在切割目的基因和载体

20、时,一般用同一种限制酶切割,也可用不同的限制酶切割。 2.三找:找出标记基因、目的基因及其插入位点。一般来说,质粒中至少有一个标记基因,如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部,还是在标记基因之外。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 9 3.一析:分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。如果质粒中有一个标记基因,插入目的基因后不能破坏标记基因;如果质粒中有两个标记基因,则需看标记基因中是否有插入位点,如果某一标记基因中有插入位点,则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏。 4.一定:确定判断目的基因是否导入受体细胞的方法。一般用含有某种抗生素的培养基培养受体

21、菌,如果有两种抗生素抗性基因,还需判断用哪一种抗生素来检测。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 10 【考法示例 2】 2,4-D作为除草剂在农田中大量使用,研究认为它是某种淋巴癌的致病因子。为降低2,4-D的危害,科研人员通过基因工程技术构建了能高效降解2,4-D的基因工程菌。请回答: (1)在农业生产上常会使用 浓度2,4-D对麦田进行除草,在杀死杂草的同时却不会对小麦生长造成损害,原因是 。 (2)从被2,4-D污染的土壤中得到能降解2,4-D的细菌,从该细菌中提取RNA,构建 文库,进一步获得目的基因。 (3)PCR技术扩增目的基因的过程:目的基因DNA受热变性后

22、解旋为单链,引物与单链相应互补序列结合,然后在 酶作用下进行延伸,如此重复循环多次,使目的基因的量呈 形式扩增。 (4)一个基因表达载体的组成中要有标记基因,标记基因的作用是鉴别受体细胞水平的鉴定。 中 。欲知基因工程成功与否,需要进行 水平的检测,有时还需进行 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 11 【解析】 (1)2,4-D是生长素类似物,利用不同植物对其敏感程度不同,可用其除去麦田杂草。(2)从工程菌中提取RNA构建的基因文库是部分基因文库(cDNA文库)。(3)PCR技术用热稳定DNA聚合酶(Taq酶)延伸,多次循环呈指数(2n)增长。(4)标记基因的作用是鉴别受

23、体细胞中是否含有目的基因。欲知基因工程成功与否,需要进行分子水平的检测,有时还需进行个体生物学水平的鉴定。 【答案】 (1)高 不同植物对2,4-D的敏感程度不同 (2)cDNA(部分基因) (3)热稳定DNA聚合酶或Taq 指数 (4)是否含有目的基因 分子 个体生物学(个体) 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 12 考法3 基因工程的应用 考法综述 基因工程的应用在高考中出现的频率较高,多以非选择题的形式呈现。通常以实例的形式,以示意图或流程图为载体,考查动、植物育种过程中目的基因的种类、作用、基因检测以及基因工程的操作工具和操作过程等,对考生的综合能力要求较高。 考

24、法指导 1.植物基因工程硕果累累 项目 类型 外源基因类型及举例 抗虫基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂成果举例 抗虫转基因植物 基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素抗虫的水稻、棉花、玉米 基因 抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒复抗病毒的烟草、小麦、番茄、甜抗病转基因 制酶基因; 植物 抗真菌基因:几丁质酶基因和抗毒素合成 椒 继续学习 基因 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 13 项目 类型 外源基因类型及举例 成果举例 抗逆基因:渗透压调节基因、抗冻抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗逆转基因植物 蛋白基因、抗除草剂基因 抗除草剂的大豆和玉米 优良性状基因:提高必需氨基酸含利用转

25、基因改良量的蛋白质编码基因、控制番茄高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色植物品质 成熟的基因、与花青素代谢有关矮牵牛 的基因 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 14 2.动物基因工程前景广阔 类型 项目 外源基因类型及举例 外源生长激素基因 成果举例 转基因绵羊、转基因鲤鱼 提高动物的生长速度 用转基因动物生产药物 改善畜产品的品质 肠乳糖酶基因 药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子 乳汁中含乳糖较少的转基因牛 乳腺生物反应器 将器官供体基因组导入某种用转基因动物作器官移 调节因子,以抑制抗原决定基植供体 因的表达或除去抗原决定基因 无免疫排斥反应的转基因猪器官 继续学习 高考

26、帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 15 3.生物反应器与工程菌在实际应用中的比较 项目 动物乳腺生物反应器 与人类基因结构相同 大肠杆菌生产系 与人类基因结构有差异 由于缺少内质网、高尔基体等细胞器,合成的蛋白质可能不存在生物活性 从细胞中提取分离,相对复杂 基因结构 基因产物 与天然蛋白质完全相同 产物提取 存在于乳汁中,易于提取 成果 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等 人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 16 4.基因诊断与基因治疗的比较 项目 方法 制作相应探针,利用DNA分子杂交 基因诊断 原理,快速、准确检测人类的某

27、种疾病 临床应用阶段 备注 把健康的外源基因导入有基因缺和体内基因治疗 基因治疗 陷的细胞中,可分为体外基因治疗仅处于初期的临床实验阶段,仍有许多问题和困难制约该技术的发展 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 17 【考法示例3】 请回答与植物芳香油的提取相关的问题。 继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。 请回答: (1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法是 。 (2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入 中,原因是 。 (3)通常采用 技术检

28、测外源基因是否插入到了小鼠的基因组中。 (4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 细胞中特异性表达。 (5)为使外源基因在转基因小鼠的后代中长期保持,可将转基因小鼠体细胞的转入 细胞中构成重组细胞,使其发育成与供体具有相同性状的个体,该技术称为 。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 18 【解析】(1)将目的基因导入受体细胞采用的方法,因受体细胞种类的不同而不同。将目的基因导入动物细胞,采用最多也最有效的方法是显微注射法。(2)动物基因工程的受体细胞通常是受精卵,因为受精卵具有全能性,可使目的基因在相应组织中得以表达。(3)在目的基因的检测和鉴定中,检测目的基因

29、是否插入受体细胞的染色体DNA中,可用标记的DNA分子作探针,进行DNA分子杂交。(4)膀胱生物反应器中,外源基因是在膀胱上皮细胞中特异性表达的。(5)动物体细胞核移植(克隆)技术可以使供体细胞核的全能性得以表达,受体细胞是去核的卵母细胞。 【答案】(1)显微注射法 (2)受精卵 受精卵具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中得以表达 (3)DNA分子杂交 (4)膀胱上皮 (5)细胞核 去核的卵母 核移植(或克隆) 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 19 考法4 蛋白质工程及其应用 考法综述 蛋白质工程在高考中单独出现的频率不高,通常与基因工程结合在一起进行考查,多以非选

30、择题的形式呈现。试题难度一般不大,理解并掌握蛋白质工程的基础知识是解题的关键。 考法指导 1.有关蛋白质工程的解释 (1)蛋白质工程的目的基因只能用人工合成的方法获得。 (2)蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质,是第二代基因工程。 (3)如图表示蛋白质工程的流程图,其中难度最大的是由预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构。 继续学习 高考帮生物 专题二十八 基因工程 题型全突破 20 2.蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 预期的蛋白质功能设计预期的蛋白过程 质结构推测应有的氨基酸序列找区 别 实质 结果 联系 到相应的脱氧核苷酸序列(基因) 定向改造或生产人类所需的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质 基因工程 获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品 生产自然界中已有的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现 继