小專題現代生物科技專題

小專題現代生物科技專題第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日專題七

選修內容

小專題20現代生物科技專題

第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日1．基因工程

(1)基因工程的工具限制性核酸內切酶：能識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并在特定位點上斷開磷酸二酯鍵(特異性識別、切斷DNA)。DNA連接酶：連接被限制酶切開的磷酸二酯鍵，對脫氧核苷酸序列沒有專一性。

第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日運載體必須具備的條件：①能在宿主細胞中保存并大量復制；②有一個至多個限制酶切割位點；③有一定的標記基因，便于篩選；④載體DNA必須是安全的；⑤載體DNA大小適中。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日(2)與基因工程有關的幾種酶名稱作用參與生物過程相同點DNA連接酶連接兩個DNA片段基因工程化學本質均為蛋白質，合成場所均為核糖體限制性核酸內切酶切割某種特定的脫氧核苷酸序列DNA聚合酶在脫氧核苷酸鏈上添單個脫氧核苷酸DNA復制RNA聚合酶在核糖核苷酸鏈上添加單個核糖核苷酸轉錄解旋酶使堿基間氫鍵斷裂，形成脫氧核苷酸單鏈DNA復制及轉錄逆轉錄酶以RNA為模板合成DNA逆轉錄、基因工程第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日(3)基因工程的基本操作程序程序說明目的基因的獲?、購淖匀唤缰幸延械奈锓N中分離出來；②用人工的方法合成；③從基因文庫中獲得；④通過PCR技術獲得基因表達載體的構建要點:同種限制酶切割目的基因與質粒；雙酶切；運載體的要求；基因表達載體的組成將目的基因導入受體細胞①受體細胞種類：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農桿菌、酵母菌和動植物細胞；②導入方法:顯微注射法、農桿菌轉化法、Ca2+處理細胞使細胞壁的通透性增大等

第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日目的基因的檢測與鑒定檢測對象：①檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因；②檢測目的基因是否轉錄出了mRNA；③檢測目的基因是否翻譯成了蛋白質。檢測方法：分子檢測法——①和②都是核酸分子雜交技術，③是抗原—抗體雜交法；形態(tài)檢測法——可根據目標性狀的有無來判斷目的基因是否表達（續(xù)表）第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.細胞工程植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交、細胞核移植的比較：植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交細胞核移植原理植物細胞的全能性細胞膜的流動性、植物細胞的全能性動物細胞核的全能性方法離體的植物器官、組織或細胞→

愈傷組織→根、芽→植物體去掉細胞壁→誘導原生質體融合→組織培養(yǎng)核移植→胚胎移植

第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日優(yōu)點快速繁殖、培育無病毒植株等克服遠緣雜交不親和的障礙，培育出作物新品種繁殖優(yōu)良品種，用于保存瀕危物種，有選擇地繁殖某性別的動物缺點技術要求高、培養(yǎng)條件嚴格技術復雜，難度大；需植物組織培養(yǎng)等技術支持導致生物品系減少，個體生存能力下降舉例試管苗的培育、培養(yǎng)轉基因植物培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株“多利”羊等克隆動物的培育（續(xù)表）第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.胚胎工程(1)精子和卵子的發(fā)生項目精子發(fā)生卵子發(fā)生區(qū)別場所

睪丸曲細精管

卵巢(減Ⅰ)、輸卵管(減Ⅱ)

時間初情期開始到生殖機能衰退性別分化后開始，卵泡的形成和在卵巢內的儲備是在出生前完成的，減Ⅱ是在精卵結合過程中完成的過程特點減Ⅰ和減Ⅱ是連續(xù)的，需變形；細胞質均等分配減Ⅰ和減Ⅱ是不連續(xù)的，不需變形；細胞質不均等分配結果形成4個精子形成1個卵細胞和2個極體(有的有3個極體)相同點原始生殖細胞的增殖方式為有絲分裂；生殖細胞成熟為減數分裂

第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日(2)受精作用①條件：精子獲能、卵子發(fā)育到減Ⅱ中期。②卵子完成受精的標志：卵黃膜和透明帶的間隙可見到兩個極體；受精完成的標志：雌、雄原核融合。③受精過程的三大反應：頂體反應、透明帶反應、卵黃膜封閉作用。第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日(3)核移植技術和胚胎分割移植技術比較過程不同原理相同核移植均為細胞的全能性，屬于無性生殖

胚胎分割移植第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.生態(tài)工程基本原理理論基礎意義實例物質循環(huán)再生原理物質循環(huán)再生可避免環(huán)境污染及其對系統(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)展的影響無廢棄物農業(yè)物種多樣性原理生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生物多樣性程度高可提高系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性提高系統(tǒng)的生產力“三北”防護林建設中的問題,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性問題協調與平衡原理生物與環(huán)境的協調與平衡生物數量不超過環(huán)境承載力，可避免系統(tǒng)的失衡和破壞太湖富營養(yǎng)化問題第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日基本原理理論基礎意義實例整體性原理社會、經濟、自然復合系統(tǒng)統(tǒng)一協調各種關系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定林業(yè)建設中自然系統(tǒng)與社會、經濟系統(tǒng)的關系問題系統(tǒng)學和工程學原理

系統(tǒng)的結構決定功能原理；分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結構以改善功能桑基魚塘系統(tǒng)整體性原理；整體大于部分之和(1+1>2)保持系統(tǒng)很高的生產力珊瑚礁藻類和珊瑚蟲的關系（續(xù)表）第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日1．組織培養(yǎng)屬于什么繁殖方式？體細胞組織培養(yǎng)一般屬于無性繁殖，但花藥離體培養(yǎng)(單倍體的培育)屬于有性生殖。2．動植物細胞融合產生的變異屬于染色體變異。3．基因工程、植物體細胞雜交都可打破生殖隔離，但后者范圍有限，僅限于親緣關系較近的物種。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日4．生物工程技術應用的組合轉基因植物培育：基因工程+植物組織培養(yǎng)；轉基因動物培育：基因工程+動物細胞培養(yǎng)+胚胎移植；核移植(克隆)動物培養(yǎng)：核移植+動物細胞培養(yǎng)+胚胎移植；胚胎移植：體外受精(或自然受精)+動物細胞培養(yǎng)+胚胎移植；植物體細胞雜交：酶工程+體細胞融合+植物組織培養(yǎng)；試管嬰兒：體外受精+動物細胞培養(yǎng)+胚胎移植。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日5．幾種雜交方法比較項目雜交育種植物體細胞雜交動物細胞融合技術分子雜交技術原理基因重組細胞膜的流動性與植物細胞全能性細胞膜的流動性堿基互補配對方法植物母本去雄套袋，人工授粉后套袋物理法(離心、振動、電激)，化學法(聚乙二醇)物理法(離心、振動、電激)，化學法(聚乙二醇)，滅活病毒標記的單鏈DNA或RNA探針，利用雜交的高度特異性，檢測靶序列用途培育新品種克服遠緣雜交不親和的障礙，獲得雜種植株制備單克隆抗體克隆基因的篩選、基因組中特定基因序列的定性、基因診斷第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日【熱點考向1】基因工程的相關操作程序的考查

【例1】

(2011·浙江卷)請回答基因工程方面的有關問題：

(1)利用PCR技術擴增目的基因，其原理與細胞內DNA復制類似(如下圖所示)。第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎。①從理論上推測，第四輪循環(huán)產物中含有引物A的DNA片段所占比例為_____。②在第___輪循環(huán)產物中開始出現兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段。15/16三

第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日(2)設計引物是PCR技術關鍵步驟之一。某同學設計的兩組引物(只標注了部分堿基序列)都不合理(如下圖)，請分別說明理由。①第1組：______________________________________；②第2組：_______________________________________________。引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補配對而失效

引物Ⅰ′自身折疊后會出現局部堿基互補配對而失效第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日(3)PCR反應體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶，下面的表達式不能正確反映DNA聚合酶的功能，這是因為_________________________________________________________。苷酸連續(xù)結合到雙鏈DNA片段的引物鏈上DNA聚合酶只能將單個脫氧核第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日(4)用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ單獨或聯合切割同一種質粒，得到DNA片段長度如下圖(1kb即1000個堿基對)，請在指定位置畫出質粒上EcoRⅤ、MboⅠ的切割位點。第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日【解析】(1)由圖示PCR擴增DNA圖示可知，在第二輪循環(huán)結束時，產物DNA中首次出現含引物A的子鏈DNA，且第二輪中含引物A的DNA片段所占的比例為3/4，第三輪中占7/8，即所有DNA片段中，只有一個片段不含引物A，故推測在第四輪中，含引物A的DNA片段所占的比例為15/16。(2)第一組兩引物有部分堿基對應互補配對，可能在擴增時失效；第二組引物Ⅰ′可能自身首尾互補配對而失效。(3)DNA聚合酶的作用是把游離的脫氧核苷酸連接到引物DNA的3′端，形成磷酸二酯鍵。(4)由題中圖示即可得出答案。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日【答案】(1)①15/16②三(2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補配對而失效②引物Ⅰ′自身折疊后會出現局部堿基互補配對而失效(3)DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連續(xù)結合到雙鏈DNA片段的引物鏈上(4)第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日【變式1】(2010·江蘇卷)下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請回答下列問題：第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日(1)一個圖1所示的質粒分子經SmaⅠ切割前后，分別含有_____個游離的磷酸基團。(2)若對圖中質粒進行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，質粒的熱穩(wěn)定性越___。(3)用圖中的質粒和外源DNA構建重組質粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是______________________

_____________________。0、2高因、外源DNA中的目的基因SmaⅠ會破壞質粒的抗性基第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日(4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止______________________________________片段自身環(huán)化。質粒和含目的基因的外源DNA第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日(5)為了獲取重組質粒，將切割后的質粒與目的基因片段混合，并加入________酶。(6)重組質粒中抗生素抗性基因的作用是為了_____________________________。(7)為了從cDNA文庫中分離獲取蔗糖轉運蛋白基因，將重組質粒導入喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，然后在_____________________的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以完成目的基因表達的初步檢測。DNA連接鑒別和篩選含有目的基因的細胞以蔗糖為唯一含碳營養(yǎng)物質第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日【解析】本題考查基因工程的限制性內切酶的作用特點。(1)質粒切割前不含游離的磷酸基團，被酶切后，質粒變?yōu)榫€性雙鏈DNA分子，因每條鏈上含有一個游離的磷酸基團，因此切割后含有兩個游離的磷酸基團。(2)由題中SmaⅠ識別的DNA序列只有G和C，每對G、C間為三個氫鍵，所以SmaⅠ酶切位點越多，熱穩(wěn)定性就越高。(3)由圖2可知，標記基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位點，都可以被SmaⅠ破壞，故不能使用該酶剪切。第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日【解析】(4)只使用EcoRI，則質粒和目的基因兩端的黏性末端相同，在連接酶連接時，可能產生質粒和目的基因自身連接物，避免自身連接的辦法是雙酶切。(7)喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體因為重組質粒的導入而具有利用蔗糖的能力。而不含有重組質粒的受體細胞因不能獲得碳源而死亡，從而達到篩選目的。第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日【例2】(2011·全國新課標)現有一生活污水凈化處理系統(tǒng)，處理流程為“厭氧沉淀池→曝氣池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活著水生植物、昆蟲、魚類、蛙類等生物。污水經凈化處理后，可用于澆灌綠地?；卮饐栴}：(1)污水流經厭氧沉淀池、曝氣池和兼氧池后得到初步凈化。在這個過程中，微生物通過______________