人教版选修311 dna重组技术的基本工具 教学课件 （）

专题1基因工程考查内容

①基因工程中三种工具。②基因工程操作步步骤。2016-2017学年度第二学期高三复习课专题1基因工程2016-2017学年度第二学期高三复习课1什么叫基因工程？基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，武予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。（一）基因工程的概念什么叫基因工程？基因工程又叫基因拼接技术或2

1．基因工程的概念理解

⑴操作环境：体外——关键步骤“基因表达载体的构建”的环境。

⑵优点

①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

②与诱变育种相比：定向改造生物遗传性状。

⑶操作水平：分子水平。

⑷原理：基因重组。

⑸本质：甲(供体：提供目的基因)乙(受体：表达目的基因)，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移。

1．基因工程的概念理解

⑴操作环境：体外——3(二)操作工具

⑴限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”

①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②化学本质：蛋白质。

催化作用：所以可重复利用

可用于目的基因的切割和运载体的切割

④作用特点：特异性，即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列，并切割特定位点。

⑤结果：错位切：产生两个相同的粘性末端

平切：形成平末端③作用(二)操作工具

⑴限制性核酸内切酶（限制酶）——“分4大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。限制酶什么叫黏性末端？大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别G5“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制酶“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制酶6什么叫黏性末端？

被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。什么叫黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链7什么叫平末端？当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。什么叫平末端？当限制酶从识别序列的中心轴线处8(2)DNA连接酶——“分子缝合针”常用类型E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接黏性末端连接黏性末端或平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键(2)DNA连接酶——“分子缝合针”常用类型E·coliD9“分子缝合针”——DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，是把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。“分子缝合针”——DNA连接酶DNA连接酶可10DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需要模板不需要需要连接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键作用结果将两个DNA片段连接成重组DNA分子合成新的DNA分子DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶作用11

(3)基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

②功能：将目的基因导入受体细胞。

③应具备条件

a．能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；b.有一个至多个限制酶的切割位点，以便于与外源基因连接；c.有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的检测和鉴定。最常用载体：质粒（其本质是小型DNA分子，不是细胞器）

其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等①类型(3)基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”12

提醒①一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。

②常见的标记基因有抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。

③作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。

④注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。

⑤质粒能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞内，也可在体外。

提醒①一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求13（三）．基因工程的操作程序分析

⑴目的基因的获取途径

①从自然界已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。（从基因文库中获取）

提醒cDNA文库只含某种生物的部分基因，相当于地方图书馆；基因组文库含该种生物的全部基因，相当于国家图书馆。

②人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。

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种脱氧核苷酸人工合成目的基因

分析推测推测（三）．基因工程的操作程序分析

⑴目的基因的获取途径14

③PCR技术扩增：PCR扩增技术与DNA复制的比较

反转录法：分离出供体细胞mRNA―――→单链DNA―――→合成目的基因

逆转录酶DNA合成酶PCR技术DNA复制相同点原理DNA复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件模板、ATP、酶、原料、引物不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制(PCR扩增仪)主要在细胞核内酶热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子③PCR技术扩增：PCR扩增技术与DNA复制的比较15

⑵基因表达载体的构建——最核心步骤

①基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。

提醒a．．启动子(DNA片段)≠起

始密码子(RNA)；终止子(DNA片

段)≠终止密码子(RNA)。

⑵基因表达载体的构建——最核心步骤

①基因表16

②基因表达载体的构建方法

提醒该过程把三种工具(两种工具酶、一种载体)全用上了，是最核心、最关键的一步，在体外进行。②基因表达载体的构建方法提醒该过程把三种17

⑶将目的基因导入受体细胞

细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化法体细胞将目的基因插入Ti质粒的T­DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上动物细胞显微注射技术受精卵将含有目的基因的表达载体提纯→取卵→获得受精卵→显微注射→早期胚胎培养→胚胎移植→发育成为具有新性状的动物微生物细胞Ca2+处理增大细胞壁通透性原核细胞或酵母菌用Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收

提醒①唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。

②将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小，代谢旺盛，繁殖速度快，获得目的基因产物多。

③植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。

⑶将目的基因导入受体细胞细胞常用受体转化过程植物农18

⑷目的基因的检测和鉴定

DNA⑷目的基因的检测和鉴定DNA19

1．如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。

对位训练1．如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植物的研20

请据图回答：

⑴A过程所用的载体是＿＿＿＿＿＿，需要的工具酶有＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿。

⑵C过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂和激素外，还需加入＿＿＿＿＿＿。

⑶由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用＿＿＿＿＿＿技术，该技术所依据的原理是＿＿＿＿＿＿＿。

⑷如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用放射性同位素(或荧光分子)标记的＿＿＿＿＿＿作为探针。

⑸如果从个体生物水平来鉴定，D过程可用的最简单检测方法是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

含kanr质粒限制性核酸内切酶DNA连接酶卡那霉素植物组织培养植物细胞全能性抗虫基因让棉铃虫食用再生植株(抗虫接种实验)请据图回答：

⑴A过程所用的载体是＿＿＿＿＿21（2016年）31.[选修3——现代生物科技专题]（15分）基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：（1）在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即______和从_______中分离。（2）利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是______。（3）在基因表达载体中，启动子是______聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是______。（4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_____和______颗粒。人工合成生物材料cDNA文库中只含有叶细胞已转录（或已表达）的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因RNA大肠杆菌或细菌金粉钨粉（2016年）31.[选修3——现代生物科技专题]（15分）22（2014年）31[生物—选修3：现代生物科技专题]（15分）下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。请据图回答：⑴获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在

酶的催下，合成互补的单链DNA，然后在

作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的

序列，推测出响应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的

序列，再通过化学方法合成所需基因。⑵利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有

、

、4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。⑶由A和载体B拼接形成的C通常称为

。⑷在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是

。逆转录DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸引物模板DNA重组DNA提高转化的效率（2014年）31[生物—选修3：现代生物科技专题]（15分23(2012)31.【生物——选修3：现代生物科技专题】（15分）。

已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。

回答下列问题：

（1）为了获得丙中蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙中蛋白质的

序列，据此可利用

方法合成目的基因。获得丙中蛋白质的基因还可用

、

方法。

（2）在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用

酶和_______酶。

（3）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗____________的危害。

（4）若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子___________（填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。基因化学基因文库

PCR限制DNA连接乙种昆虫不含(2012)31.【生物——选修3：现代生物科技专题】（1524

1．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：

对位训练1．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体25⑴构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是＿＿＿＿＿＿＿＿。

⑵通过DNA合成形成的新基