2019届高三生物空中课堂 基因工程
第3章 第3节 基因工程的应用 讲义【新教材】人教版(2019)高中生物选择性必修3
第3节基因工程的应用课标内容要求核心素养对接举例说明基因工程在农业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
1.生命观念：举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响。
2．社会责任：展开想象的翅膀，用图画或文字创造等，畅想基因工程的未来。
一、基因工程在农牧业方面的应用1．转基因抗虫植物(1)技术方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。
(2)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
2．转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
3．转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。
(2)实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
4．改良植物的品质(1)技术方法：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。
(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。
(2)实例：转基因鲤鱼。
6．改善畜产品的品质(1)技术方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组。
(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。
二、基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法①对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物。
②利用乳腺生物反应器生产药物：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过分泌乳汁生产所需要的药物。
③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种调节因子抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。
(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。
2019新人教版高中生物选择性必修三第三章重点知识点归纳总结(基因工程)
第三章基因工程第一节重组DNA技术的基本工具基因工程：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制品。
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，因此又叫重组DNA技术。
一、分子手术刀—限制性内切核酸酶1.全称和简称全称：_限制性内切核酸酶_简称：__限制酶_2.来源：主要是从_原核生物__中分离纯化出来的3.作用：①能够识别_双链_DNA分子的某种_特定核苷酸序列。
①使_每一条_链中_特定部位_的_磷酸二酯键__断开。
4.作用部位：_磷酸二酯键__5.识别序列：大多数限制酶的识别序列由_6_个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由_4_个、_8_个或__其他数量_的核苷酸组成。
6.切割结果：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__。
（1）EcoR①限制酶切割EcoR①识别序列为GAATTCEcoR①切割部位为GA之间的磷酸二酯键（2）Sma①限制酶切割Sma①识别序列为CCCGGGSma①切割部位为CG之间的磷酸二酯键二、分子缝合针—DNA连接酶1.功能：将__两个DNA片段连接起来_，恢复被限制酶切开的_磷酸二酯键__。
2.种类E·coli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体特点只缝合黏性末端缝合黏性末端平末端作用恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键3名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶或热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端三、分子运输车——载体1.作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。
基因工程人教版高三年级生物课堂PPT学习
注意！
E.Coli DNA连接酶只能连接双链DNA 互补的黏性末端 T4 DNA连接酶能连接双链DNA互补的 黏性末端 ，也能连接平末端、什么是目的基因？ 主要是指编码蛋白质结构基因 2、末端的DNA片段是 否一定是被同一种限制酶所切？
4、已知一个粘性末端如何确定相关酶识别
的序列？
例一：写出下列序列受EcoRI限制酶 作用后的黏性末端
CTTCATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT
GAATTCCGTAGAATTCGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA
非编码区
编码区
非编码区
RNA聚合酶 结合位点
外显子
内含子
❖ 真核细胞基因结构示意图
❖启动子：
❖1、功能：与RNA聚合酶特异性结合， 控制遗传信息的转录。
❖2、启动子与起始密码子有何区别？ ❖3、启动子的位置是否只能在编码区
的上游？
❖4、启动子发生突变，结果会如何？
❖ 编码区：
❖ 1、能够转录的区域，通过mRNA来编码蛋白 质的结构。
一定范围大小 DNA片段与
的DNA片段 时期的mRNA 3、中可用于物种间基因交 流的基因种类不同
2.遗传信息的传递都遵循中心法则 3.生物界共用一套遗传密码
什么是基因？ --基因是有遗传效应的DNA片段 基因如何控制生物的性状？
—通过基因的表达。即：通过转 录和翻译来控制蛋白质的合成
基因的结构如何？
原核生物的基因结构
非编码区
编码区
非编码区
RNA聚合酶 结合位点
原核细胞基因结构示意图
真核生物的基因结构
运载体的特点： （1）有一至多个限制酶的切点 （2）进入受体后可以进行自主复制 （3）有特殊的标记基因 （4）对受体细胞没有损害
2019高三生物(苏教版)一轮课件：14.1 基因工程
第14单元
第1讲 基因工程
考点一
考点二
考点三
考点四
-5-
自主梳理
核心突破
考向感悟
(1)基因工程可以定向改造生物的遗传性状。 ( √ ) (2)一种限制酶能识别双链DNA分子的多种特定的核苷酸序列。 ( × )
提示:一般来说,一种限制酶只能识别双链DNA分子中一种特定 的核苷酸序列。
(3)E·coliDNA连接酶既能“缝合”黏性末端,也能“缝合”平末端。( ×)
第14单元
第1讲 基因工程
考点一
考点二
考点三
考点四
-16-
自主梳理
核心突破
考向感悟
解析:(1)限制酶SmaⅠ的酶切位点是CCC↓GGG,完全切割图1中 DNA片段,产生的末端是平末端,在图1中有两个限制酶SmaⅠ的酶 切位点,DNA将切割成三个片段,结合图解,三个片段的长度分别是 537 bp、790 bp、661 bp。从隐性纯合子体细胞内分离出图1及其 对应的DNA片段,d基因片段只有1个限制酶SmaⅠ酶切位点,完全切 割后出现两个不同长度DNA片段,分别是1 327 bp、661 bp。(2)根 据生物多样性的三个层次,在分子水平上检测的应该是基因的多样 性,也叫遗传的多样性。(3)构建重组质粒时,目的基因D不能用限制 酶MspⅠ和SmaⅠ,这两种限制酶切割的位点在目的基因的中间,如 果用其切割,目的基因D会被破坏;也不能用限制酶MboⅠ,它在目的 基因上有两个酶切位点,如果用其切割,质粒上的标记基因会被破 坏,就没有办法进行重组质粒的检测,故应选用限制酶BamHⅠ。
第1讲 基因工程
第14单元
第1讲 基因工程
考点一
考点二
考点三
考点四
2019届高考一轮：第33讲-基因工程ppt课件(有答案)-(生物)AqqKKA
一分耕耘一分收获
解析 答案
方法 链接
限制酶的选择方法
根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类。 (1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。 (2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。 (3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限 制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制 酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
一分耕耘一分收获
2.有关载体的判断 (1)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因( × ) (2)每个质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点( √ ) (3)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体( √ ) (4)载体的作用是将携带的目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表 达( √ ) (5)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制( × )
①②③三种重组后细菌的外源基因
细菌在含氨苄青霉素 细菌在含四环素培
插入点，正确的一组是
培养基上生长情况 养基上生长情况
√A.①是c；②是b；③是a
①
B.①是a和b；②是a；③是b
②
能生长 能生长
能生长 不能生长
C.①是a和b；②是b；③是a
③
不能生长
能生长
D.①是c；②是a；③是b
一分耕耘一分收获
解析 答案
根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_S_a_u_3_A_Ⅰ__酶切
2019人教版高中生物必修三基因工程的核心知识点总结
2019人教版高中生物必修三基因工程的核心知识点总结专题1 基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。
（3）结果：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。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。
DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
3.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。
2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。
人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。
3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
生物人教版(2019)选择性必修三3.3基因工程的应用(共24张ppt)
③CRISPR-Cas9系统有时存在编辑对象出错而造成的“脱靶”现象，试从向导
RNA的角度分析“脱靶”的原因是 其他DNA序列也含有与向导RNA互补的 。 序列，造成向导RNA错误结合
练一练
基因编辑技术（CRISPR/Cas9）可以按照人们的意愿精准剪切、改变 任意靶基因的遗传信息，CRISPR/Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA） 和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行 切割，其机制如图所示。
资料三：血栓调节蛋白（TM）只能在血管内皮细胞中合成，具有调节 凝血的功能。为了解决异种器官移植时引起凝血紊乱的问题，科研人员 研究制备了猪血管内皮特异性表达人血栓调节蛋白（hTM）的转基因猪 。
思考：如果你是科学家，你将如何获得大量的人血栓调节蛋白（hTM)基因？
PCR（聚合酶链式反应）技术
练一练
归功于抗排异药物的进步，器官移植的效果实现了质的突破
• 供体短缺仍是器官移植领域的主要问题
移植供体需求逐年增高，供体数量尤显不足，心脏移植领域最为突出
活动1 观看视频
异种器官移植解决供体短缺：下一次医学革命
异种器官移植被学术界认为是解决供体短缺的主要方法：需要解决瓶颈性问题
一、免疫排斥
资料一：α-Gal叫α-半乳糖基抗原，是半乳 糖基与细胞膜上的蛋白或脂结合构成的一 组完全抗原。除人、类人猿和旧世界猴以 外，α-gal在所有哺乳动物中广泛存在。αgal是引起异种器官移植时超急性免疫排斥 反应的主要靶抗原。
生物学（人教版2019） 选择性必修三
基因工程的应用
——以异体器官移植为例
基因工程除了用于制作抗虫棉等农牧业、及食品工业方面上 的应用外，在医疗领域也有着广阔的应用及前景，比如基因工程 技术就可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。
生物人教版(2019)选择性必修3 3
➢ 常见的转基因植物
➢ 基因工程
1.定义：
变异类型（原理）：基因重组
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， 因此又叫作重组DNA技术。转基因技术、基因拼接技术
2.如何理解“限制性”： 识别双链DNA分子的特定核苷酸序 列，并且使每一条链中特定部位 的磷酸二酯键断开 作用部位
➢ P74拓展应用： 细菌本身DNA无特定的识别序列 细菌对自身特定序列修饰保护（甲基化）
一、限制性内切核酸酶---“分子手术刀”
3.如何理解“内切”： 从中间切割DNA序列
外切酶： 从一端切割DNA序列
不同点：DNA聚合酶连接的是单个脱氧核苷酸，需要模板； DNA连接酶连接的是DNA片段，不需要模板；
共同点：都是催化磷酸二酯键形成的酶
接受外源基因的细胞
三、基因进入受体细胞的载体---“分子运输车”
1.常用载体--质粒：
➢ 质粒定义：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞 核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的 环状双链DNA分子。 质粒的本质
3′
5′
5′
SamⅠ
3′
黏性末端(AATT)
3′ 5′
平末端
➢ 拓展应用 2. 有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ进
行切 割，B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进 行切割，各限制酶的识别序列和切割位点如下：
黏性末端
平末端
黏性末端 黏性末端
黏性末端
(1) 哪种限制酶切割B片段产生的DNA 片段能与限制酶SpeⅠ切割的A片段产生的 DNA片段相连接，为什么？ XbaⅠ
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学军中学2019届高三空中课堂生物讲义
第4讲 基因工程
考点一 基因工程的诞生、操作工具
1．基因工程和遗传工程的含义
（1）遗传工程（广义）
（2）基因工程、遗传工程（狭义）、重组DNA 技术：转移
（3）基因工程核心
2．基因工程的基本工具
（1）限制性核酸内切酶
（2）DNA 连接酶
（3）运载体
①载体应具备的条件
②载体的种类
③载体的作用
考点二 基因工程的操作步骤
1．获得目的基因
2.形成重组DNA 分子：
通常用 的限制性核酸内切酶分别切割 和 DNA ，然后用 将目的基因和载体DNA 连接在一起，形成重组DNA 分子。
3.将重组DNA 分子导入受体细胞
4.筛选含有目的基因的受体细胞
5.目的基因的表达
☆目的基因检测与鉴定的方法示意图
考点三．基因工程的应用
1.转基因植物
（1）培育优点⎩
⎪⎨⎪⎧ 所需时间较短克服远缘亲本难以杂交的缺陷 （2）重组DNA 导入植物细胞的方法：
2.转基因动物
⎩
⎪⎨⎪⎧ 含义：转入了外源基因的动物。
培育优点：省时、省力。
（3）导入方法：
（4）受体细胞：
3.基因工程与疾病治疗
（1）基因工程药物：胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗、人生长激素
（2）基因诊断与基因治疗
4.基因工程与生态环境保护
当堂练习 真题模拟
1.[2015·浙江10月选考T32节选] 科研人员拟将已知的花色基因(目的基因)转入矮牵牛的核基因组中,培育新花色的矮牵牛。
请回答:
(1)为了获得大量的目的基因,将其与含有抗生素抗性基因的质粒DNA 形成重组DNA,再与经
(A.氯化钙 B.氯化钠 C.蔗糖 D.葡萄糖)处理的大肠杆菌液混合,使重组DNA 进入大肠杆菌。
用 的玻璃刮刀将稀释后的大肠杆菌液 接种到含有抗生素的固体培养基上,经培养形成 ，再进行鉴定和扩大培养。
(2)从扩大培养的大肠杆菌中提取含有目的基因的DNA,用 分别切割含
目的基因的DNA和农杆菌的Ti质粒,然后用DNA连接酶连接，形成重组DNA并导入农杆菌。
……
(5)取出试管苗,在适宜的光照、温度和80%以上的等条件下进行炼苗。
提取叶片组织的DNA,采用PCR技术目的基因,鉴定目的基因是否成功导入。
(6)为判断本研究是否达到预期目的,可比较转基因植株和非转基因植株的性状。
2.[2016·浙江4月选考T32节选] 兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶,拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中,以提高矮牵牛对甲醛的代谢能力。
请回答:
(1)从兔肝细胞中提取mRNA,在酶的作用下形成互补DNA,然后以此DNA为模板扩增得到基因E。
在相关酶的作用下,将基因E与Ti质粒连接在一起,形成,再导入用氯化钙处理的,侵染矮牵牛叶片。
将被侵染的叶片除菌后进行培养,最终得到转基因矮牵牛。
其中培养过程正确的是(A.叶片在含合适浓度生长素的培养基上分化形成愈伤组织 B.愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽 C.再生的芽在细胞分裂素含量高的培养基上生根 D.愈伤组织在含合适浓度植物生长调节剂的培养基上脱分化形成再生植株)。
3.[2016·浙江10月选考T32节选] 为了对烟草的某些性状进行改良,分离得到两种烟草的原生质体后,通过方法将它们的遗传物质组合在一起,经培养获得具有新性状的再生植株。
提取再生植株的DNA,采用扩增相关基因,来鉴定遗传物质是否成功重组。
4.科研人员以酵母菌为受体细胞,通过转基因技术研究水稻某种病毒的蛋白P与水稻蛋白的相互作用。
请回答:
(1)实验所用的缺陷型酵母菌不能合成组氨酸、色氨酸和亮氨酸,培养时在培养基中需添加上述氨基酸,为酵母菌细胞内的合成提供原料。
(2)将蛋白P基因与质粒K(具有色氨酸合成基因及BD蛋白合成基因)连接,构建重组质粒K。
将重组质粒K导入缺陷型酵母菌,用不含的培养基筛选转化的酵母菌并获得菌落,从这些菌落中可筛选得到基因成功 BD-P蛋白的酵母菌A。
(3)为研究蛋白P能够和哪些水稻蛋白发生相互作用,科研人员提取水稻细胞的mRNA,在酶作用下获得cDNA,再与质粒T(具有亮氨酸合成基因及AD蛋白合成基因)连接形成重组质粒T，构建水稻cDNA文库。
(4)在酵母菌细胞内,组氨酸合成基因的转录受到调控,如图所示。
若被测的水稻蛋白能与病毒蛋白P发生相互作用,则BD、AD两个蛋白充分接近时,
才能催化组氨酸合成基因的转录。
(5)将酵母菌A分别接种到不含组氨酸和不含亮氨酸的培养基中,以确定转入重组质粒K后酵母菌A的。
取水稻cDNA文库的多个重组质粒T分别转化到酵母菌A中,将转化产物接种在不含的培养基中培养,获得了分散的多个单菌落。
经检测,这些酵母菌中含有4种水稻蛋白,表明这4种水稻蛋白能够。
(6)研究发现,这4种水稻蛋白都是水稻在不同代谢过程中的关键酶,推测该病毒引起水稻出现各种病症的原因之一可能是。
5.（2016年全国三卷）下图(A)中的三个DNA片段上依次表示出了Eco RⅠ、Bam HⅠ和Sau3A Ⅰ三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点,图(B)为某种表达载体的示意图(载体上的Eco RⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
(1)经Bam HⅠ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是。
(2)若某人利用图(B)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组质粒,如图所示。
这三种重组质粒中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是。