【课件】基因工程（单元复习课件） 高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。第3章基因工程选择性必修三生物技术与工程单元复习01020304内容结构核心素养基础梳理对接高考CONTENTS目录一、内容结构二、核心素养（一）生命观念生命系统是一个信息系统。遗传信息是这个系统的重要组成部分，它既可以按照中心法则纵向地在不同生物大分子之间传递，也可以横向地在同种生物大分子，如DNA分子之间传递。基因工程就是通过人工操作让遗传信息在DNA分子水平上传递。通过学习基因工程的基本原理和操作程序，学生可以对生命的信息观有更深入的理解和思考。同时，他们还可以认识到遗传信息能在不同种的生物的DNA分子之间传递，赋予生物新的遗传特性，这与生物界的统一性——所有生物共用一套遗传密码是分不开的，从而理解生物的多样性和统一性的辩证关系。二、核心素养（二）科学思维、技术思维与工程思维本章虽然没有安排像“思维训练”那样显性地训练科学思维的栏目，但是在学生学习知识内容的过程中伴随着科学思维的训练。科学思维体现在基于证据，得出结论，作出决策，体现在严谨缜密的思维过程，合乎逻辑的推理判断等方面。本章“到社会中去”栏目中关于棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生抗性问题的探讨等内容，可以培养和发展学生的科学思维能力。技术思维的过程是:需求分析→技术反思→技术原理→技术建构→技术系统。本章对重组DNA技术的介绍就体现了这一思维路径:首先提出了培育抗虫棉的需求，然后指出用重组DNA技术可以培育抗虫棉，这一技术是在DNA分子水平上进行设计和施工的;接着介绍了若干构成技术的要素，如限制酶、DNA连接酶、载体等;进一步再讲解了利用这些要素建构重组DNA技术的基本操作流程。学生在经历这个思维过程后，更能体会到技术的创新性、精巧性和实用性。二、核心素养（二）科学思维、技术思维与工程思维本章内容的编写还考虑了发展学生的工程思维。工程思维是价值定向的思维，教材介绍利用基因工程技术成功培育了转基因抗虫棉，产生了很大的经济效益和社会效益，就是让学生看见工程实现的价值。工程思维最本质的特征是创造性。教材在以培育转基因抗虫棉为主线讲述基因工程的基本操作程序时，指出早期培育转基因抗虫棉时，科学家是人工合成了目的基因，而现在利用PCR很快就能特异性地获得目的基因的大量拷贝。这体现了基因工程的操作随着技术的进步在不断优化，突出了工程思维的创造性和强化了工程实践过程中的优化意识。工程思维的核心是系统分析和比较权衡，本章通过一些练习题来发展学生比较权衡的思维。例如，本章“复习与提高”第3题指出，科学家提出了2种利用基因工程技术来减少施用氮肥的生产成本及可能造成的环境污染的方案，让学生利用学过的知识，比较哪种方案更容易实现;如果它们都能实现，让学生权衡哪种方案更值得推广。二、核心素养（三）科学探究本章安排了2个“探究·实践”活动。在“DNA的粗提取与鉴定”活动中，教材列举了一些可以选择的实验材料。使用不同的实验材料，提取DNA的方法可能会有所差别，这就给学生提供了自主学习、设计方案进行探究的开放空间。另一个活动“DNA片段的扩增及电泳鉴定是让学生体验PCR这一常规的分子生物学实验技术，有助于他们理解PCR的原理，解决一些从生产、生活中提出的探究性问题，如与遗传病诊断、刑侦破案等相关的问题。除此之外，本章安排的课外实践活动“基于网络数据分析基因和蛋白质的序列信息”也能够发展学生的科学探究素养。二、核心素养（四）社会责任与转基因有关的话题一直以来都是社会上的热点话题。教材一方面通过阐述基因工程的基本原理和操作流程，让学生了解转基因技术的实质;另一方面通过介绍大量基因工程应用的实例,使学生认同基因工程给我们的生产和生活带来了正面影响，从而引导他们理性地参与有关话题的讨论，科学地宣传转基因技术相关的知识。1.基因工程的概念别名

技术操作环境生物体外操作对象______操作水平

水平结果创造出更符合人们需要的新的

和__________重组DNA基因DNA分子生物类型生物产品三、基础梳理（一）重组DNA技术的基本工具(1)肺炎链球菌转化实验不仅证明DNA是遗传物质，还证明了DNA可在同种生物不同个体之间

。(2)DNA双螺旋结构的提出和

的证明。(3)中心法则的确立。(4)

的破译。(5)基因转移载体和

的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。转移半保留复制遗传密码限制酶、DNA连接酶和逆转录酶三、基础梳理（一）重组DNA技术的基本工具2.基因工程的诞生和发展(6)

体外重组的实现。(7)重组DNA表达实验的成功。(8)DNA测序和合成技术的发明。(9)

技术的发明。(10)

技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。DNAPCR基因组编辑三、基础梳理（一）重组DNA技术的基本工具2.基因工程的诞生和发展3.重组DNA技术的基本工具来源种类特点（专一性）作用结果主要来自原核生物分离的限制酶有数千种1.识别双链DNA分子的特定核苷酸序列2.使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开断开两个核苷酸之间的磷酸二酯键产生黏性末端和平末端(1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”)三、基础梳理(2)DNA连接酶①作用：DNA连接酶能够将DNA片段连接起来②分类：

基因工程常用的DNA连接酶有两种：E.coli

DNA连接酶：连接互补的黏性末端，不能连接平末端T4DNA连接酶：连接互补的黏性末端和平末端3.重组DNA技术的基本工具三、基础梳理(3)载体基因工程通常利用质粒作为载体将基因送入细胞。质粒是独立于细胞核或拟核DNA之外，具有自我复制能力的环状DNA分子质粒DNA分子上有一个或多个限制酶切割位点，可供外源基因插入其中携带外援DNA片段的质粒进入受体细胞后，能够在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA的同步复制质粒上常有特殊的标记基因，如抗性基因，便于重组DNA分子的筛选基因工程常用的载体除质粒外，还有噬菌体、动物病毒等3.重组DNA技术的基本工具三、基础梳理(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞

或获得预期

等的基因。(2)筛选合适的目的基因①从相关的已知

的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。②利用

和序列比对工具进行筛选。性状表达产物结构和功能清晰序列数据库三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序1.目的基因的筛选与获取(3)目的基因的获取①人工合成目的基因。②PCR

和扩增目的基因a.PCR(聚合酶链式反应)：是一项根据

的原理，在体外提供参与DNA复制的各种

与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行

的技术。b.PCR反应的条件：一定的

、DNA模板、2种

、4种______

、

DNA聚合酶，以及能自动调控

的仪器。获取DNA半保留复制组分大量复制缓冲溶液引物脱氧核苷酸耐高温的温度三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序1.目的基因的筛选与获取d.PCR产物的鉴定：常采用

来鉴定。③通过构建

来获取目的基因。c.PCR扩增的过程琼脂糖凝胶电泳基因文库三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序1.目的基因的筛选与获取(1)目的：使目的基因

，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及作用在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代2.基因表达载体的构建——基因工程的核心位置：功能：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质。基因的首端（一段有特殊结构的DNA片段）人们所需要的基因位置：功能：基因的尾端（一段特殊的DNA片断）终止mRNA的转录（1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，且可以遗传给下一代；（2）使目的基因能够在受体细胞中表达和发挥作用。(3)构建过程三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序载体（质粒）DNA分子（含目的基因）带有黏性末端或平末端的切口带有相同黏性末端或平末端的目的基因片段重组DNA分子（重组质粒）同一种DNA连接酶限制酶处理3.将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法、____________显微注射法

处理法受体细胞_______________________原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入花粉管通道法体细胞或受精卵受精卵Ca2＋三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序4.目的基因的检测与鉴定三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序分子水平检测个体生物学水平鉴定1.检测目的基因是否插入受体细胞2.检测目的基因是否转录出了mRNAPCR技术或分子杂交技术3.检测目的基因是否翻译成蛋白质抗原—抗体杂交技术检测是否具有抗性（抗虫、抗病接种实验）以及抗性强度等实验原理1.PCR在体外进行DNA片段的扩增原理

PCR利用了_________________和________________的原理。DNA的热变性原理DNA半保留复制2.DNA片段电泳鉴定的原理DNA分子具有____________，在一定的____下，这些基团可以带上____________，在_____的作用下，这些_________会向着__________________的电极移动，这个过程就是_____。可解离的基团pH正电荷或负电荷带电分子电泳与它所带电荷相反电场

在凝胶中DNA分子的迁移速率与___________、_______________和_____等有关。凝胶中的DNA分子通过_____，可以在波长为______的________下被检测出来。凝胶的浓度染色300nm紫外灯DNA分子的大小构象三、基础梳理（二）基因工程的基本操作程序5.DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定实验步骤1.DNA片段扩增的具体过程移液用微量移液器按照PCR反应体系配方或PCR试剂盒的说明书，在微量离心管中依次加入各组分。离心待所有组分都加入后，盖严离心管的盖子，将微量离心管放入离心机里，离心约10s，使反应液集中在离心管的底部（提高反应速率）。反应参照下表的参数，设置好PCR仪的循环程序。将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中进行反应。循环程序变性复性延伸预变性94℃,5min//30次94℃,30s55℃,30s72℃,1min最后一次94℃,1min55℃,30s72℃,1min预变性：使DNA充分变性，以利于引物更好地和模板结合。可根据目的片段长度适当调整延伸时间。2.PCR扩增产物电泳鉴定的具体过程制备凝胶①融化②倒模③凝固用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，一般配制质量体积比0.8%～1.2%的琼脂糖溶液。在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化。稍冷却后，加入适量的核酸染料混匀。将温热的琼脂糖溶液迅速倒入模具，并插入合适大小的梳子，以形成加样孔。待凝胶溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝胶放入电泳槽内。进行电泳①加液②加样③电泳将电泳缓冲液加入电泳槽中，电泳缓冲液没过凝胶1mm为宜。将扩增得到的PCR产物与凝胶载样缓冲液（内含指示剂）混合，再用微量移液器将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。留一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物。接通电源，根据电泳槽阳极至阴极之间的距离来设定电压，一般为1～5V/cm。待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳观察鉴定取出凝胶置于紫外灯下观察和照相。三、基础梳理（三）基因工程的应用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，以满足人类的生产和生活的需求。基础蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。操作方法及对象改造或合成基因。结果改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。目的改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。蛋白质工程的实质相关学科及技术分子生物学、晶体学和计算机技术。概念是对编码蛋白质的基因进行改造。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。三、基础梳理（四）蛋白质工程的原理和应用1.蛋白质工程的概念2.蛋白质工程与基因工程的异同项目蛋白质工程基因工程过程从预期的蛋白质功能出发→设计预期的

→推测应有的

→找到并改变相对应的

(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列三、基础梳理（四）蛋白质工程的原理和应用实质定向改造或生产人类所需要的蛋白质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结果可生产________________________只能生产________________________联系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自然界中不存在的蛋白质自然界中已存在的蛋白质三、基础梳理（四）蛋白质工程的原理和应用(1)在医药方面①利用蛋白质工程研发

。②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成

，在一定条件下，可以延长保存时间。(2)在工业方面①蛋白质工程被广泛用于改进

或开发新的工业用酶。②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。药物丝氨酸酶的性能三、基础梳理（四）蛋白质工程的原理和应用3.蛋白质工程的应用(3)在农业方面科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加粮食的产量。光合作用三、基础梳理（四）蛋白质工程的原理和应用四、对接高考1.(2023·北京市·历年真题)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株，再将二者杂交后得到F1，结合单倍体育种技术，培育出同时抗甲、乙的植物新品种，以下对相关操作及结果的叙述，错误的是（

）A.将含有目的