高三生物一轮复习课件生物技术与工程

高中生物选修主讲：

一、基因工程（一）基因工程的概念及原理1.概念：

基因拼接技术、DNA重组技术。

通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物新的遗传特性2.原理：

基因重组

（二）基因工程的基本工具1．“分子手术刀”又叫基因剪刀——限制性内切酶黏性末端黏性末端来源：主要从原核细胞分离作用：一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核糖核苷酸序列作用实质：使特定部位的两核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。作用结果：平未端、黏性未端小试牛刀图4是4个DNA分子的末端示意图，由同一内切酶切出来的组黏性末端是(B)。

A.①②

B.②④

C.③④

D.②③

2．“分子缝合针”又叫基因针线——DNA连接酶（1）种类：（2）连接部位：（3）结果：两个相同的黏性末端的连接。E·coliDNA连接酶（黏性末端）T4DNA连接酶

（黏性末端和平末端）磷酸二酯键

3.“分子运输车”又叫基因的运输工具——载体（1）作用：将外源基因送入受体细胞。（2）条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；

具有多个限制酶切点；

具有某些标记基因。（3）质粒的特点：细胞染色体外能自我复制的小型环状DNA分子。（4）其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒。（三）基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因获取方法：（1）从基因文库中获取（2）人工合成：逆转录法、化学合成法（3）PCR扩增基因文库的构建提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的DNA片段将DNA片段与载体连接导入受体菌中储存基因组文库某种生物的mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存与载体连接cDNA文库逆转录（2）人工合成法：逆转录法、化学合成法

2.基因表达载体的构建基因工程的核心目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在基因表达载体通常由目的基因、启动子、终止子、标记基因等组成。小试牛刀水母发光蛋白由236个氨基酸构成，编码该蛋白的基因可作为标记基因。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（D）。A.使目的基因容易成功表达B.使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易导入宿主细胞中D.使成功转基因的个体容易被检测出来3.将目的基因导入受体细胞导入植物细胞：导入动物细胞：导入微生物细胞：受体细胞导入方法体细胞受精卵花粉管通道法基因枪法农杆菌转化法受精卵

显微注射法Ca2＋处理法将目的基因导入微生物细胞原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，故早期常作为受体细胞。

大肠杆菌细胞

用Ca2+处理

感受态细胞重组表达载体DNA溶于缓冲液混合

导入4.目的基因的检测与鉴定个体水平上的检测:抗虫、抗病鉴定。检测：是否插入了目的基因:分子杂交技术

目的基因是否转录：分子杂交技术

目的基因是否翻译成蛋白质：抗原—抗体杂交小试牛刀下列选项中不属于基因工程中目的基因的检测与鉴定方法的是(A)。A.花粉管通道法B.分子杂交技术C.抗原一抗体杂交D.抗虫或抗病的接种实验

（四）基因工程的应用1.植物基因工程培育抗虫、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，用转基因动物做器官移植的供体。3.基因工程制药

制造胰岛素，细胞因子，抗体疫苗，激素等。4.基因治疗

小试牛刀科学家使用现代生物技术培育出一种乳汁中含有抗病蛋白的奶牛，实现该技术是通过（D）。A.向牛奶中添加外源抗病蛋白基因B.在奶牛幼崽的饲料中添加抗病蛋白C.向奶牛的乳腺中注射外源抗病蛋白基因D.在奶牛的受精卵DNA中插入外源抗蛋白基因

四、胚胎工程（一）动物胚胎发育的基本过程场所：睾丸的曲细精管时期：初情期开始。变形：细胞核-精子头，高尔基体-顶体，中心体-尾

线粒体-尾基部的线粒体鞘，其他物质-原生质滴向后脱落。精子的发生卵子的发生场所：卵巢及输卵管。时期：胎儿性别分化后：卵原细胞有丝分裂，并变成初级卵母细胞，被卵泡细胞包围形成卵泡。初情期后：初级卵母细胞——次级卵母细胞和第一极体——减二中期——卵子、极体。1.受精作用（1）定义

精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。（2）场所

在输卵管中。（4）过程受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能准备阶段2：卵子的准备受精阶段受精的标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时;受精完成的标志：雌雄原核的融合。受精过程：（1）顶体反应：

形成精子穿越放射冠的通道（2）透明带反应：

防止多精入卵受精的第一道屏障。（3）卵细胞膜反应：

是防止多精入卵受精的第二道屏障。2.早期胚胎的发育胚胎工程的理论基础

1.体外受精（1）卵母细胞的采集和培养

小型动物:促性腺激素

大型动物：直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞（2）精子的采集和获能

采集:假阴道法、手握法、电刺激法。

获能:培养法、化学法（3）受精：获能精子与成熟卵子的共培养。2.早期胚胎培养培养液成分：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸和血清等。

（二）胚胎工程的应用1．胚胎移植

（1）概念

供体为优良品种，

作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。

（2）胚胎移植的意义及地位

缩短了供体本身的繁殖周期

发挥雌性优良个体的繁殖能力。胚胎移植的生理学基础①供、受体生殖器官的生理变化相同②早期胚胎在一定时间内处于游离状态③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系

但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。胚胎移植的流程小试牛刀下列说法符合胚胎移植生理学基础的是(B)。A．供、受体只要物种相同，胚胎在移植前后所处的生理环境就一定相同B．胚胎处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能C．受体子宫与外来胚胎发生排斥反应，是胚胎移植过程需要重点克服的难题D．胚胎移植产下的个体在细胞质基因控制的性状上与受体母亲相似

2．胚胎分割

（1）概念

将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎

（2）材料

发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。

操作过程：内细胞团均等分割胚胎干细胞（1）定义

简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。（2）特性

形态：体积小，细胞核大，核仁明显；

功能：具有发育的全能性

（3）主要用途①研究哺乳动物个体发生和发育规律；②体外条件下研究细胞分化的理想材料③治疗人类某些顽疾④移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；⑤用于器官移植当堂训练下图为细胞融合的简略过程图，请回答：（1）若A、B是植物细胞，在细胞融合之前已经用__纤维素酶和果胶酶__处理，除去了_细胞壁_；融合完成的标志是__产生新的细胞壁__。（2）若A、B是植物细胞，则形成的D细胞还要应用__植物组织培养__技术把D细胞培养成植株。（3）若A、B是动物细胞，一般取自__动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织然后用_胰蛋白酶_使其分散开来。最终融合所形成的D称为__杂种细胞_。（4）若该过程是制备单克隆抗体，A为小鼠B淋巴细胞，那么，由D细胞连续分裂生成大量细胞的过程，称为_克隆__。这种细胞既能无限繁殖，又能分泌_特异性抗体__。小试牛刀

一、PCR技术（一）PCR的原理体外迅速扩增DNA片段

生物技术实践

（二）PCR反应过程

1.变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解链为单链。2.复性：

系统温度下降至50℃左右时，两种引物与两条单链DNA结合

3.延伸：

当系统温度上升至72℃左右，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，合成新的DNA链

4.PCR的结果（1）PCR一般要经历三十多次循环，每次循环都包括变性、复性、延伸三步。（2）两引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。

（三）PCR和细胞内DNA复制的对比对比项目对比项目细胞内DNA复制PCR不同点解旋解旋酶，边解旋边复制80～100℃高温解旋，双链完全分开80～100℃高温解旋，双链完全分开酶解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶Taq

DNA聚合酶Taq

DNA聚合酶引物RNADNA或RNADNA或RNA能量ATP不加不加温度体内温和条件高温高温子链合成一条链连续（先导链），另一条链不连续，先合成片段，再由DNA连接酶连接（滞后链）两条子链均连续合成相同点①提供DNA模板②四种脱氧核苷酸作原料③子链延伸的方向都是从5′端到3′端①提供DNA模板②四种脱氧核苷酸作原料③子链延伸的方向都是从5′端到3′端①提供DNA模板②四种脱氧核苷酸作原料③子链延伸的方向都是从5′端到3′端关于PCR的叙述，不正确的是（B）。A.需要耐热DNA聚合酶B.Taq酶催化DNA链合成的方向为3′→5′C.应用PCR与探针杂交技术可以检测基因突变D.新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板小试牛刀

二、特定成分的提取与分离（一）DNA的粗提取与鉴定1．实验原理（1）DNA的溶解性 DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同。 DNA不溶于酒精

（2）DNA的鉴定

DNA在沸水浴的条件下，遇二苯胺会被染成蓝色

2.实验材料的选取

材料：新鲜的鸡血

原因：鸡血细胞核的DNA含量丰富，材料易得；

鸡血细胞极易吸水胀破

3.实验步骤（1）破碎细胞

使得DNA从细胞中释放，获得含DNA的滤液。（2）除去蛋白及其他杂质

对滤液中的DNA进行多次溶解和析出（3）DNA的纯化

利用酒精溶液使DNA析出（4）DNA的鉴定

二苯胺试剂。若变蓝，则证明该物质确实是DNA。

4.总结试剂浓度用途原理NaCl溶液2mol/L溶解DNADNA在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的变化而改变，溶解度在2mol/L时最大、在0.14mol/L时最小DNA在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的变化而改变，溶解度在2mol/L时最大、在0.14mol/L时最小0.14mol/L析出DNA析出DNA析出DNA2mol/L鉴定时的溶剂鉴定时的溶剂酒精95%(体积分数)除去杂质以提纯DNADNA不溶于酒精，但是细胞中的某些物质可以溶于酒精二苯胺鉴定剂DNA遇二苯胺(沸水浴)会变蓝色柠檬酸钠0.03g/mL抗凝剂除去血液中的钙离子，防止血液凝固在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，实验原理是利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同来提取的，DNA的溶解度与如图所示曲线的对应点相符合的是(B)。A．a点浓度最适合析出DNAB．b点浓度最适合析出DNAC．c点浓度最适合析出DNAD．d点浓度最适合析出DNA当堂训练下列各项中，实验操作与目的一致的是（）。小试牛刀实验操作目的A

从盖玻片一侧滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复几次后用显微镜观察观察洋葱表皮细胞的质壁分离复原现象B在含有DNA的滤液中加入蒸馏水，使2mol/L的NaCl溶液浓度降至0.14mol/L析出DNA，去除可溶性杂质C观察洋葱根尖细胞有丝分裂时，将显微镜从低倍镜换到高倍镜在显微镜视野中找到分生区细胞D30mL10%葡萄糖与15mL酵母菌溶液置于广口瓶中混匀，液面滴加一薄层石蜡探究酵母菌在有氧条件下呼吸的产物下列实验材料或试剂的改变，对实验结果影响最小的是（C）。A.用蒸馏水代替层析液进行叶绿体色素的分离B.用斐林试剂代替甲基绿染色观察DNA的分布C.用0.14mol/LNaCl代替2mol/LNaCl溶解DNAD.用大蒜根尖代替洋葱根尖观察植物细胞有丝分裂小试牛刀

（二）蛋白质的提取和分离1．原理

根据蛋白质的各种特性的差异来分离蛋白质，分子的形状与大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质、和对其他分子的亲和力。

2．方法

（1）凝胶色谱法①原理

分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快

分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒的内部，路程长，流动慢②凝胶材料

多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖③分离过程

混合物上柱→洗脱→大分子流动快、小分子流动慢→收集大分子→收集小分子缓冲溶液：（1）原理：由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如H2CO3-NaHCO3，HAc-NaAc，NaH2PO4-Na2HPO4等），调节酸和盐的用量，可配制不同pH的缓冲液。（2）缓冲液作用：抵制外界酸、碱对溶液pH的干扰而保持pH稳定（2）电泳法：①原理不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同②分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳。③分离过程：在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质-SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。

（1）样品处理：

洗涤红细胞、血红蛋白释放、离心（2）粗分离：

透析除去分子较小的杂质（3）纯化：

通过凝胶色谱法将分子量较大的杂质蛋白质除去（4）纯度鉴定：

通过聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定。3.血红蛋白的提取和分离

（1）样品处理①红细胞的洗涤：

低速短时离心、生理盐水洗涤②血红蛋白的释放：

在蒸馏水和甲苯作用下，红细胞破裂释放③分离血红蛋白溶液：

中速长时离心分离血红蛋白溶液有机溶剂脂类物质血红蛋白溶液红细胞破碎物沉淀（2）粗分离透析：装入透析袋并置于磷酸缓冲液中（PH为7.0）12小时左右（3）样品的纯化调节缓冲液面→加入蛋白质样品→调节缓冲液面→洗脱→收集分装蛋白质（4）纯度鉴定纯度鉴定—聚丙烯酰胺凝胶电泳微生物的利用（发酵工程1）学习目标：1.传统发酵技术的应用2.微生物的培养3.微生物的应用一、传统发酵技术的应用1.本节课重点：果酒制作、果醋制作、腐乳制作、泡菜制作并检测亚硝酸盐含量

2.相关知识回顾：生物体的分类酶的特性呼吸作用（一）果酒制作1.主要发挥作用菌种:酵母菌

异化类型：异养兼性厌氧菌2.果酒制作的原理：前期有氧呼吸大量繁殖：温度：20℃后期无氧呼吸酒精发酵：温度：18℃-25℃3.酵母菌的来源：工业化：高度纯化的酵母菌家庭用：附着在葡萄皮上的野生酵母菌（白色膜状物质）4.补充：酒风味不同的原因：酵母菌种类不同酵母菌生殖方式：出芽生殖（无性）→环境条件适宜时孢子生殖（有性）→环境条件不适宜夏季果酒发酵，需要进行降温处理葡萄酒呈现深红色原因：细胞破裂，液泡中色素进入发酵液（二）果醋制作1.主要发挥作用菌种:醋酸菌

异化类型：异养需氧型细菌2.果醋制作的原理：氧气充足、30-35℃糖源充足：糖变醋糖源不足：乙醇→乙醛→醋酸

（三）小试牛刀某研究性学习小组以樱桃番茄为材料进行果酒、果醋发酵实验。下列相关叙述正确的是(D)A.酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度较高B.先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵C.与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好D.适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖

微生物的利用（发酵工程）2一、传统发酵技术的应用1.本节课重点：腐乳制作、泡菜制作并检测亚硝酸盐含量

2.知识回顾：参与果酒、果醋制作的菌种果酒果醋制作过程的最适温度检验酒精的试剂是什么？产生什么颜色的变化（一）腐乳的制作1.主要发挥作用菌种:青霉、酵母、曲霉、毛霉

异化类型：异养需氧型繁殖：孢子生殖2.毛霉在腐乳制作中的作用：

蛋白酶能将豆腐的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸脂肪酶可将脂肪水解