小专题现代生物科技专题

小专题现代生物科技专题第一页，共三十五页，2022年，8月28日专题七

选修内容

小专题20现代生物科技专题

第二页，共三十五页，2022年，8月28日第三页，共三十五页，2022年，8月28日第四页，共三十五页，2022年，8月28日1．基因工程

(1)基因工程的工具限制性核酸内切酶：能识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上断开磷酸二酯键(特异性识别、切断DNA)。DNA连接酶：连接被限制酶切开的磷酸二酯键，对脱氧核苷酸序列没有专一性。

第五页，共三十五页，2022年，8月28日运载体必须具备的条件：①能在宿主细胞中保存并大量复制；②有一个至多个限制酶切割位点；③有一定的标记基因，便于筛选；④载体DNA必须是安全的；⑤载体DNA大小适中。第六页，共三十五页，2022年，8月28日(2)与基因工程有关的几种酶名称作用参与生物过程相同点DNA连接酶连接两个DNA片段基因工程化学本质均为蛋白质，合成场所均为核糖体限制性核酸内切酶切割某种特定的脱氧核苷酸序列DNA聚合酶在脱氧核苷酸链上添单个脱氧核苷酸DNA复制RNA聚合酶在核糖核苷酸链上添加单个核糖核苷酸转录解旋酶使碱基间氢键断裂，形成脱氧核苷酸单链DNA复制及转录逆转录酶以RNA为模板合成DNA逆转录、基因工程第七页，共三十五页，2022年，8月28日(3)基因工程的基本操作程序程序说明目的基因的获取①从自然界中已有的物种中分离出来；②用人工的方法合成；③从基因文库中获得；④通过PCR技术获得基因表达载体的构建要点:同种限制酶切割目的基因与质粒；双酶切；运载体的要求；基因表达载体的组成将目的基因导入受体细胞①受体细胞种类：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞；②导入方法:显微注射法、农杆菌转化法、Ca2+处理细胞使细胞壁的通透性增大等

第八页，共三十五页，2022年，8月28日目的基因的检测与鉴定检测对象：①检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因；②检测目的基因是否转录出了mRNA；③检测目的基因是否翻译成了蛋白质。检测方法：分子检测法——①和②都是核酸分子杂交技术，③是抗原—抗体杂交法；形态检测法——可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达（续表）第九页，共三十五页，2022年，8月28日2.细胞工程植物组织培养、植物体细胞杂交、细胞核移植的比较：植物组织培养植物体细胞杂交细胞核移植原理植物细胞的全能性细胞膜的流动性、植物细胞的全能性动物细胞核的全能性方法离体的植物器官、组织或细胞→

愈伤组织→根、芽→植物体去掉细胞壁→诱导原生质体融合→组织培养核移植→胚胎移植

第十页，共三十五页，2022年，8月28日优点快速繁殖、培育无病毒植株等克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种繁殖优良品种，用于保存濒危物种，有选择地繁殖某性别的动物缺点技术要求高、培养条件严格技术复杂，难度大；需植物组织培养等技术支持导致生物品系减少，个体生存能力下降举例试管苗的培育、培养转基因植物培育“番茄—马铃薯”杂种植株“多利”羊等克隆动物的培育（续表）第十一页，共三十五页，2022年，8月28日3.胚胎工程(1)精子和卵子的发生项目精子发生卵子发生区别场所

睾丸曲细精管

卵巢(减Ⅰ)、输卵管(减Ⅱ)

时间初情期开始到生殖机能衰退性别分化后开始，卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的，减Ⅱ是在精卵结合过程中完成的过程特点减Ⅰ和减Ⅱ是连续的，需变形；细胞质均等分配减Ⅰ和减Ⅱ是不连续的，不需变形；细胞质不均等分配结果形成4个精子形成1个卵细胞和2个极体(有的有3个极体)相同点原始生殖细胞的增殖方式为有丝分裂；生殖细胞成熟为减数分裂

第十二页，共三十五页，2022年，8月28日(2)受精作用①条件：精子获能、卵子发育到减Ⅱ中期。②卵子完成受精的标志：卵黄膜和透明带的间隙可见到两个极体；受精完成的标志：雌、雄原核融合。③受精过程的三大反应：顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用。第十三页，共三十五页，2022年，8月28日(3)核移植技术和胚胎分割移植技术比较过程不同原理相同核移植均为细胞的全能性，属于无性生殖

胚胎分割移植第十四页，共三十五页，2022年，8月28日4.生态工程基本原理理论基础意义实例物质循环再生原理物质循环再生可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的稳定性生物多样性程度高可提高系统的抵抗力稳定性提高系统的生产力“三北”防护林建设中的问题,珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题第十五页，共三十五页，2022年，8月28日基本原理理论基础意义实例整体性原理社会、经济、自然复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题系统学和工程学原理

系统的结构决定功能原理；分布式优于集中式和环式改善和优化系统的结构以改善功能桑基鱼塘系统整体性原理；整体大于部分之和(1+1>2)保持系统很高的生产力珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系（续表）第十六页，共三十五页，2022年，8月28日1．组织培养属于什么繁殖方式？体细胞组织培养一般属于无性繁殖，但花药离体培养(单倍体的培育)属于有性生殖。2．动植物细胞融合产生的变异属于染色体变异。3．基因工程、植物体细胞杂交都可打破生殖隔离，但后者范围有限，仅限于亲缘关系较近的物种。第十七页，共三十五页，2022年，8月28日4．生物工程技术应用的组合转基因植物培育：基因工程+植物组织培养；转基因动物培育：基因工程+动物细胞培养+胚胎移植；核移植(克隆)动物培养：核移植+动物细胞培养+胚胎移植；胚胎移植：体外受精(或自然受精)+动物细胞培养+胚胎移植；植物体细胞杂交：酶工程+体细胞融合+植物组织培养；试管婴儿：体外受精+动物细胞培养+胚胎移植。第十八页，共三十五页，2022年，8月28日5．几种杂交方法比较项目杂交育种植物体细胞杂交动物细胞融合技术分子杂交技术原理基因重组细胞膜的流动性与植物细胞全能性细胞膜的流动性碱基互补配对方法植物母本去雄套袋，人工授粉后套袋物理法(离心、振动、电激)，化学法(聚乙二醇)物理法(离心、振动、电激)，化学法(聚乙二醇)，灭活病毒标记的单链DNA或RNA探针，利用杂交的高度特异性，检测靶序列用途培育新品种克服远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株制备单克隆抗体克隆基因的筛选、基因组中特定基因序列的定性、基因诊断第十九页，共三十五页，2022年，8月28日【热点考向1】基因工程的相关操作程序的考查

【例1】

(2011·浙江卷)请回答基因工程方面的有关问题：

(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如下图所示)。第二十页，共三十五页，2022年，8月28日图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占比例为_____。②在第___轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。15/16三

第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。①第1组：______________________________________；②第2组：_______________________________________________。引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效

引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为_________________________________________________________。苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上DNA聚合酶只能将单个脱氧核第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日(4)用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ单独或联合切割同一种质粒，得到DNA片段长度如下图(1kb即1000个碱基对)，请在指定位置画出质粒上EcoRⅤ、MboⅠ的切割位点。第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日【解析】(1)由图示PCR扩增DNA图示可知，在第二轮循环结束时，产物DNA中首次出现含引物A的子链DNA，且第二轮中含引物A的DNA片段所占的比例为3/4，第三轮中占7/8，即所有DNA片段中，只有一个片段不含引物A，故推测在第四轮中，含引物A的DNA片段所占的比例为15/16。(2)第一组两引物有部分碱基对应互补配对，可能在扩增时失效；第二组引物Ⅰ′可能自身首尾互补配对而失效。(3)DNA聚合酶的作用是把游离的脱氧核苷酸连接到引物DNA的3′端，形成磷酸二酯键。(4)由题中图示即可得出答案。第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日【答案】(1)①15/16②三(2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上(4)第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日【变式1】(2010·江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有_____个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越___。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是______________________

_____________________。0、2高因、外源DNA中的目的基因SmaⅠ会破坏质粒的抗性基第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止______________________________________片段自身环化。质粒和含目的基因的外源DNA第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_____________________________。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在_____________________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。DNA连接鉴别和筛选含有目的基因的细胞以蔗糖为唯一含碳营养物质第三十页，共三十五页，2022年，8月28日【解析】本题考查基因工程的限制性内切酶的作用特点。(1)质粒切割前不含游离的磷酸基团，被酶切后，质粒变为线性双链DNA分子，因每条链上含有一个游离的磷酸基团，因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)由题中SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C，每对G、C间为三个氢键，所以SmaⅠ酶切位点越多，热稳定性就越高。(3)由图2可知，标记基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位点，都可以被SmaⅠ破坏，故不能使用该酶剪切。第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日【解析】(4)只使用EcoRI，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，在连接酶连接时，可能产生质粒和目的基因自身连接物，避免自身连接的办法是双酶切。(7)丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体因为重组质粒的导入而具有利用蔗糖的能力。而不含有重组质粒的受体细胞因不能获得碳源而死亡，从而达到筛选目的。第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日【例2】(2011·全国新课标)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过______________