卓越学案2018高考生物一轮总复习课件：第11单元现代生物科技专题 第37讲

(2)切割后产生末端的种类——黏性末端和平末端。 ①黏性末端：是限制酶在它识别序列的中轴线两侧将 DNA 的两条链分别切开时形成的(错位切)，如下图所示：
②平末端：是限制酶在识别序列的中轴线切开时形成的(平 切)，如下图所示：
2．限制酶与 DNA 连接酶的关系
(1)限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)限制酶不切割自身 DNA 的原因是原核生物中不存在该 酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 (3)DNA 连接酶起作用时，不需要模板。
(2)基因表达载体的构建过程
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 显微注射技术 感受态细胞法
受体 细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
生物种类
植物
动物
微生物
转化过程
将目的基因插 将含有目的基 Ca2＋处理细
入到Ti质粒的T- 因的表达载体 胞→感受态细
DNA上→转入 提纯→取卵( 胞→重组表达
2．(模式图信息类)(2016·宁夏银川模拟)转基因抗虫棉是人 们应用较早的基因重组技术推广项目，目前转基因技术有 了新的改进，如下图所示，请根据所学知识回答：
(1) 图 中 转 基 因 过 程 通 常 选 择 的 限 制 酶 是 __E_c_o_R__Ⅰ__和__B_a_m__H__Ⅰ_ ， 启 动 子 的 作 用 是 与 ___R_N__A_聚__合__酶_____识别和结合，从而驱动基因的转录过 程。目的基因与载体结合主要依靠二者含有共同的 ____黏__性__末__端______。
六、禁止生物武器 1．种类：病菌、病毒、生化毒剂及经过 基因重组 的致 病菌。 2．我国政府态度：任何情况下不发展、不生产、不储存 生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
1．基因工程的基本工具 (1)两种工具酶：限制酶、DNA 连接酶。 (2)一种运输工具：载体。 2．载体的种类和条件 (1)常见三种类型：质粒、λ 噬菌体的衍生物、动植物病毒。 (2)四条件：能够自我复制、有多个限制酶切割位点、具有 标记基因、对受体细胞无伤害。
第十一单元 现代生物科技专题
第 37 讲 基因工程及其安全性
第十一单元 现代生物科技专题
[考纲点击] 1.基因工程的诞生(Ⅰ) 2.基因工程的原理及 技术(Ⅱ) 3.基因工程的应用(Ⅱ) 4.蛋白质工程(Ⅰ) 5．转基因生物的安全性(Ⅰ) 6.生物武器对人类的威胁 (Ⅰ)
一、基因工程的基本工具
3．基因工程的基本操作程序的四个主要步骤 ①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基 因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。 4．目的基2)四种检测方法：DNA 分子杂交、DNA—mRNA 分子杂 交、抗原—抗体杂交、个体生物学水平的抗性检测。
(2)质粒特点能 有一自个我至复多制个 限制酶切割位点 有特殊的 标记基因
二、基因工程的操作程序
目的基因 的获取
—① ②从 利基 用因PC文R库技中术获扩取增 ③通过化学方法人工合成
↓
基因表达 载体构建
① ② 目启的动基子因 —组成③终止子
④ 标记基因
↓
将目的基 因导入受 体细胞
①植物：农杆菌转化法 、 基因枪法、花粉管通道法 —方法②动物： 显微注射 技术
解析：图甲中的质粒用 BamHⅠ切割后，得到一个 DNA 片段，含有 2 个游离的磷酸基团，A 错误；在构建重组质 粒时，可用 PstⅠ和 HindⅢ切割质粒和外源 DNA，不能用 BamHⅠ切割外源 DNA，因为用 BamHⅠ切割会破坏目的 基因的结构，B 错误；用 PstⅠ和 Hind Ⅲ酶能将质粒切成 两个片段，用 PstⅠ和 Hind Ⅲ酶能将外源 DNA 切成三段， 只有含目的基因的片段通过 DNA 连接酶与质粒连接形成 的重组质粒符合要求，而另一个重组质粒无目的基因，C 正确；用 PstⅠ切割后氨苄青霉素抗性基因结构已经被破 坏，所以导入目的基因的大肠杆菌不可在含氨苄青霉素的 培养基中生长，D 错误。
农杆菌→导入 受精卵)→显 载体DNA分子
植物细胞→整 微注射→受精 与感受态细胞
合到受体细胞 卵发育→获得 混合→感受态
的染色体DNA 具有新性状的 细胞吸收DNA
上→表达
动物
分子
4.目的基因的检测与鉴定
视角► 以基础判断或流程图分析的形式，考查基因工程 的基本程序 1．(概念流程图类)(2016·北京重点中学月考)利用基因工程 技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙 述正确的是( D )
2．(原理判断类)(2016·安徽合肥质检)下列对基因工程所利 用的酶的描述，正确的是( A ) A．获取相同的目的基因可用到不同限制酶 B．目的基因表达时需要 DNA 聚合酶 C．纤维素酶的目的基因可用不同的限制酶，只要目的 基因两端有相应酶的识别位点即可，A 正确；DNA 聚合酶 用于 DNA 的复制，表达时需要 RNA 聚合酶，B 错误；基 因工程常用的工具酶是 DNA 连接要逆转录酶，D 错误。
(2)需要进行离体组织培养的过程是_①__和__③___(用标号)。由 棉株 1 获得单倍体苗的途径为：花粉通过诱导首先形成 愈__伤__组__织__进而再分化为试管苗。一般试管苗的形成，先诱 导生成___丛__芽___(“丛芽”或“根”)，说明原因_进__行__光__合__ ___作__用__合__成__有__机__物__，__利__于__生__长____________________。 (3)棉株 1、2、3 中各随机取出一个叶肉细胞，其细胞核中 含有的目的基因个数分别为_0_、__1_、__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 因动物作 器官移植 的供体
把正常基因导入病人体内，使其表达
基因治疗 产物发挥功能，从而治疗疾病，分为
体内基因治疗和体外基因治疗
四、蛋白质工程 1．目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质 的结构 进行分子设计。 2．操作手段：基因修饰或基因合成。
考法二 基因工程的基本操作程序和应用
1．目的基R技术扩增 (2)人工合成法
化 反学 转合 录成 法法 ：： 以针RN对A已为知模核板苷，酸在序反列转的录较酶小的基作因用下
人工合成
2．基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成及作用
1．限制性核酸内切酶 (1)来源：主要从 原核 生物中分离纯化而来。 (2)作用：识别特定的核苷酸序列 并切开相应两个核苷酸 之间的 磷酸二酯键 。 (3)结果：产生 黏性末端 或平末端。
2．DNA 连接酶
(1)作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成DNA分子。
(2)类型
常用类型 来源 功能
A．过程①需使用的原料是四种核糖核苷酸 B．过程②需使用解旋酶和 PCR 获取目的基因 C．过程③使用的感受态细胞可用 NaCl 溶液制备 D．过程④可利用 DNA 分子杂交鉴定目的基因是否已导入 受体细胞
解析：过程①表示利用 mRNA 通过反转录法合成目的基 因，逆转录过程中需使用的原料是四种脱氧核苷酸，A 错 误；过程②表示利用 PCR 对目的基因进行扩增，该过程 中不需要利用解旋酶，解旋是通过高温实现的，B 错误； 感受态细胞法是利用的 CaCl2 溶液，C 错误；过程④可利 用 DNA 分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞，D 正确。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保 具有相同的黏性末端。 ②质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制 酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶 SmaⅠ会破坏 标记基因；如果所选酶的切点不止一个，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，则切割重 组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
考法一 基因工程的操作工具
1．限制性核酸内切酶 (1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱 基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线。如图，中 轴线两侧的双链 DNA 上的碱基是反向对称重复排列的。 如GC=GC==CG==GC 以中心线为轴，两侧碱基互补对称；CG=CG=A=T=GC=GC 以==AT===为轴，两侧碱基互补对称。
3．设计流程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构 →推测应有的 氨基酸 序列→找到相对应的 脱氧核苷酸序 列(基因)。
五、转基因生物的安全性 1．转基因成果 (1)工程菌——DNA 重组微生物。 (2)基因制药。 (3)转基因动物—— 生物反应器 。 (4)转基因农作物。
2．安全性问题 (1)食物安全： 滞后效应 (产生毒性蛋白质)、新的过敏原、 营养成分改变。 (2)生物安全：生物入侵，破坏生物 多样性 。 (3)环境安全：破坏生态系统的 稳定性 和人类生活环境。 3．理性看待转基因技术 (1)需要正确的 社会舆论导向 ，趋利避害，不能因噎废食。 (2)制定符合本国利益的政策和法规，最大程度地保证转基 因技术和产品的安全性。
解析：(1)分析图示可知，目的基因的两侧以及质粒上都有 EcoRⅠ和 BamHⅠ限制酶的识别位点，所以图中转基因过 程通常选择的限制酶是 EcoRⅠ和 BamHⅠ。启动子是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，所以启动子的作用是与 RNA 聚合酶识别和结合，从而驱动基因的转录过程。目的 基因与载体结合主要依靠二者含有共同的黏性末端。(2) 由棉株 1 获得单倍体苗的①过程为花药离体培养，需要用 到植物组织培养技术，由受体细胞培养成棉株 2 的③过程 也需用到植物组织培养技术，所以需要进行离体组织培养 的过程是①和③。
③微生物：感受态细胞法
①利用 DNA分子杂交 技术检测目 的基因的有无 ②利用分子杂交技术检测目的基因的 目的基因的 转录 检测与鉴定 ③利用抗原—抗体杂交 检测目的基因 的翻译 ④利用个体生物学水平的检测鉴定重 组性状的表达
三、基因工程的应用
技术名称
应用
植物基 因工程
培育抗虫转基因植物、抗病转基因植 物和 抗逆 转基因植物，利用转基 因技术改良植物的品质
E·coli DNA 连接酶 __大__肠__杆__菌_____ 连接黏性末端
T4 DNA 连接酶 T4 噬菌体
连接黏__性__末__端__和__平___末__端_
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 3.载体 (1)种类： 质粒 、λ 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
视角► 以基础判断、案例分析或图示分析的形式，考查 对基本工具的理解 1．(图示信息类)(2016·北京朝阳检测)图甲、图乙中的箭头 表示三种限制性内切酶的酶切点，Ampr 表示氨苄青霉素抗 性基因，Ner 表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是
(C )
A．图甲中的质粒用 BamHⅠ切割后，含有 4 个游离的磷 酸基团 B．在构建重组质粒时，可用 PstⅠ和 BamHⅠ切割质粒和 外源 DNA C．用 PstⅠ和 Hind Ⅲ酶切，加入 DNA 连接酶后可得到 1 种符合要求的重组质粒 D．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基 中生长
3.载体具备的条件 条件
目的
稳定并能复制
目的基因稳定存在且数量可 扩大
有一个至多个限制酶切 割位点
可携带多个或多种外源基因
具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择
确定限制酶的种类
(1)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)。