高三生物一輪復(fù)習(xí)課件生物技術(shù)與工程

高中生物選修主講：

一、基因工程（一）基因工程的概念及原理1.概念：

基因拼接技術(shù)、DNA重組技術(shù)。

通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性2.原理：

基因重組

（二）基因工程的基本工具1．“分子手術(shù)刀”又叫基因剪刀——限制性內(nèi)切酶黏性末端黏性末端來源：主要從原核細胞分離作用：一種限制酶只能識別一種特定的脫氧核糖核苷酸序列作用實質(zhì)：使特定部位的兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。作用結(jié)果：平未端、黏性未端小試牛刀圖4是4個DNA分子的末端示意圖，由同一內(nèi)切酶切出來的組黏性末端是(B)。

A.①②

B.②④

C.③④

D.②③

2．“分子縫合針”又叫基因針線——DNA連接酶（1）種類：（2）連接部位：（3）結(jié)果：兩個相同的黏性末端的連接。E·coliDNA連接酶（黏性末端）T4DNA連接酶

（黏性末端和平末端）磷酸二酯鍵

3.“分子運輸車”又叫基因的運輸工具——載體（1）作用：將外源基因送入受體細胞。（2）條件：能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存；

具有多個限制酶切點；

具有某些標記基因。（3）質(zhì)粒的特點：細胞染色體外能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。（4）其他載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒。（三）基因工程的基本操作程序1.目的基因的獲取目的基因：主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因獲取方法：（1）從基因文庫中獲?。?）人工合成：逆轉(zhuǎn)錄法、化學(xué)合成法（3）PCR擴增基因文庫的構(gòu)建提取某種生物的全部DNA用適當?shù)南拗泼盖幸欢ù笮〉腄NA片段將DNA片段與載體連接導(dǎo)入受體菌中儲存基因組文庫某種生物的mRNA單鏈互補DNA雙鏈cDNA片段導(dǎo)入受體菌中儲存與載體連接cDNA文庫逆轉(zhuǎn)錄（2）人工合成法：逆轉(zhuǎn)錄法、化學(xué)合成法

2.基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在基因表達載體通常由目的基因、啟動子、終止子、標記基因等組成。小試牛刀水母發(fā)光蛋白由236個氨基酸構(gòu)成，編碼該蛋白的基因可作為標記基因。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中，這種蛋白質(zhì)的作用是（D）。A.使目的基因容易成功表達B.使目的基因在宿主細胞中復(fù)制C.使目的基因容易導(dǎo)入宿主細胞中D.使成功轉(zhuǎn)基因的個體容易被檢測出來3.將目的基因?qū)胧荏w細胞導(dǎo)入植物細胞：導(dǎo)入動物細胞：導(dǎo)入微生物細胞：受體細胞導(dǎo)入方法體細胞受精卵花粉管通道法基因槍法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法受精卵

顯微注射法Ca2＋處理法將目的基因?qū)胛⑸锛毎松锓敝晨臁⒍酁閱渭毎?、遺傳物質(zhì)相對較少，故早期常作為受體細胞。

大腸桿菌細胞

用Ca2+處理

感受態(tài)細胞重組表達載體DNA溶于緩沖液混合

導(dǎo)入4.目的基因的檢測與鑒定個體水平上的檢測:抗蟲、抗病鑒定。檢測：是否插入了目的基因:分子雜交技術(shù)

目的基因是否轉(zhuǎn)錄：分子雜交技術(shù)

目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)：抗原—抗體雜交小試牛刀下列選項中不屬于基因工程中目的基因的檢測與鑒定方法的是(A)。A.花粉管通道法B.分子雜交技術(shù)C.抗原一抗體雜交D.抗蟲或抗病的接種實驗

（四）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程培育抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動物基因工程

提高動物生長速度，改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，

用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物，用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體。3.基因工程制藥

制造胰島素，細胞因子，抗體疫苗，激素等。4.基因治療

小試牛刀科學(xué)家使用現(xiàn)代生物技術(shù)培育出一種乳汁中含有抗病蛋白的奶牛，實現(xiàn)該技術(shù)是通過（D）。A.向牛奶中添加外源抗病蛋白基因B.在奶牛幼崽的飼料中添加抗病蛋白C.向奶牛的乳腺中注射外源抗病蛋白基因D.在奶牛的受精卵DNA中插入外源抗蛋白基因

四、胚胎工程（一）動物胚胎發(fā)育的基本過程場所：睪丸的曲細精管時期：初情期開始。變形：細胞核-精子頭，高爾基體-頂體，中心體-尾

線粒體-尾基部的線粒體鞘，其他物質(zhì)-原生質(zhì)滴向后脫落。精子的發(fā)生卵子的發(fā)生場所：卵巢及輸卵管。時期：胎兒性別分化后：卵原細胞有絲分裂，并變成初級卵母細胞，被卵泡細胞包圍形成卵泡。初情期后：初級卵母細胞——次級卵母細胞和第一極體——減二中期——卵子、極體。1.受精作用（1）定義

精子和卵子結(jié)合形成合子（即受精卵）的過程。（2）場所

在輸卵管中。（4）過程受精前的準備階段準備階段1：精子獲能準備階段2：卵子的準備受精階段受精的標志:在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時;受精完成的標志：雌雄原核的融合。受精過程：（1）頂體反應(yīng)：

形成精子穿越放射冠的通道（2）透明帶反應(yīng)：

防止多精入卵受精的第一道屏障。（3）卵細胞膜反應(yīng)：

是防止多精入卵受精的第二道屏障。2.早期胚胎的發(fā)育胚胎工程的理論基礎(chǔ)

1.體外受精（1）卵母細胞的采集和培養(yǎng)

小型動物:促性腺激素

大型動物：直接從活體動物的卵巢中吸取卵母細胞（2）精子的采集和獲能

采集:假陰道法、手握法、電刺激法。

獲能:培養(yǎng)法、化學(xué)法（3）受精：獲能精子與成熟卵子的共培養(yǎng)。2.早期胚胎培養(yǎng)培養(yǎng)液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸和血清等。

（二）胚胎工程的應(yīng)用1．胚胎移植

（1）概念

供體為優(yōu)良品種，

作為受體的雌性動物應(yīng)為常見或存量大的品種。

（2）胚胎移植的意義及地位

縮短了供體本身的繁殖周期

發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖能力。胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)①供、受體生殖器官的生理變化相同②早期胚胎在一定時間內(nèi)處于游離狀態(tài)③受體對移入子宮的外來胚胎不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系

但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。胚胎移植的流程小試牛刀下列說法符合胚胎移植生理學(xué)基礎(chǔ)的是(B)。A．供、受體只要物種相同，胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境就一定相同B．胚胎處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供了可能C．受體子宮與外來胚胎發(fā)生排斥反應(yīng)，是胚胎移植過程需要重點克服的難題D．胚胎移植產(chǎn)下的個體在細胞質(zhì)基因控制的性狀上與受體母親相似

2．胚胎分割

（1）概念

將早期胚胎切割2等份、4等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎

（2）材料

發(fā)育良好，形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。

操作過程：內(nèi)細胞團均等分割胚胎干細胞（1）定義

簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。（2）特性

形態(tài)：體積小，細胞核大，核仁明顯；

功能：具有發(fā)育的全能性

（3）主要用途①研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育規(guī)律；②體外條件下研究細胞分化的理想材料③治療人類某些頑疾④移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)并恢復(fù)正常功能；⑤用于器官移植當堂訓(xùn)練下圖為細胞融合的簡略過程圖，請回答：（1）若A、B是植物細胞，在細胞融合之前已經(jīng)用__纖維素酶和果膠酶__處理，除去了_細胞壁_；融合完成的標志是__產(chǎn)生新的細胞壁__。（2）若A、B是植物細胞，則形成的D細胞還要應(yīng)用__植物組織培養(yǎng)__技術(shù)把D細胞培養(yǎng)成植株。（3）若A、B是動物細胞，一般取自__動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織然后用_胰蛋白酶_使其分散開來。最終融合所形成的D稱為__雜種細胞_。（4）若該過程是制備單克隆抗體，A為小鼠B淋巴細胞，那么，由D細胞連續(xù)分裂生成大量細胞的過程，稱為_克隆__。這種細胞既能無限繁殖，又能分泌_特異性抗體__。小試牛刀

一、PCR技術(shù)（一）PCR的原理體外迅速擴增DNA片段

生物技術(shù)實踐

（二）PCR反應(yīng)過程

1.變性：當溫度上升到90℃以上時，雙鏈DNA解鏈為單鏈。2.復(fù)性：

系統(tǒng)溫度下降至50℃左右時，兩種引物與兩條單鏈DNA結(jié)合

3.延伸：

當系統(tǒng)溫度上升至72℃左右，溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，合成新的DNA鏈

4.PCR的結(jié)果（1）PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)都包括變性、復(fù)性、延伸三步。（2）兩引物之間的固定長度的DNA序列呈指數(shù)擴增。

（三）PCR和細胞內(nèi)DNA復(fù)制的對比對比項目對比項目細胞內(nèi)DNA復(fù)制PCR不同點解旋解旋酶，邊解旋邊復(fù)制80～100℃高溫解旋，雙鏈完全分開80～100℃高溫解旋，雙鏈完全分開酶解旋酶，DNA聚合酶，DNA連接酶Taq

DNA聚合酶Taq

DNA聚合酶引物RNADNA或RNADNA或RNA能量ATP不加不加溫度體內(nèi)溫和條件高溫高溫子鏈合成一條鏈連續(xù)（先導(dǎo)鏈），另一條鏈不連續(xù)，先合成片段，再由DNA連接酶連接（滯后鏈）兩條子鏈均連續(xù)合成相同點①提供DNA模板②四種脫氧核苷酸作原料③子鏈延伸的方向都是從5′端到3′端①提供DNA模板②四種脫氧核苷酸作原料③子鏈延伸的方向都是從5′端到3′端①提供DNA模板②四種脫氧核苷酸作原料③子鏈延伸的方向都是從5′端到3′端關(guān)于PCR的敘述，不正確的是（B）。A.需要耐熱DNA聚合酶B.Taq酶催化DNA鏈合成的方向為3′→5′C.應(yīng)用PCR與探針雜交技術(shù)可以檢測基因突變D.新合成的DNA又可以作為下一輪反應(yīng)的模板小試牛刀

二、特定成分的提取與分離（一）DNA的粗提取與鑒定1．實驗原理（1）DNA的溶解性 DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同。 DNA不溶于酒精

（2）DNA的鑒定

DNA在沸水浴的條件下，遇二苯胺會被染成藍色

2.實驗材料的選取

材料：新鮮的雞血

原因：雞血細胞核的DNA含量豐富，材料易得；

雞血細胞極易吸水脹破

3.實驗步驟（1）破碎細胞

使得DNA從細胞中釋放，獲得含DNA的濾液。（2）除去蛋白及其他雜質(zhì)

對濾液中的DNA進行多次溶解和析出（3）DNA的純化

利用酒精溶液使DNA析出（4）DNA的鑒定

二苯胺試劑。若變藍，則證明該物質(zhì)確實是DNA。

4.總結(jié)試劑濃度用途原理NaCl溶液2mol/L溶解DNADNA在NaCl溶液中的溶解度隨溶液濃度的變化而改變，溶解度在2mol/L時最大、在0.14mol/L時最小DNA在NaCl溶液中的溶解度隨溶液濃度的變化而改變，溶解度在2mol/L時最大、在0.14mol/L時最小0.14mol/L析出DNA析出DNA析出DNA2mol/L鑒定時的溶劑鑒定時的溶劑酒精95%(體積分數(shù))除去雜質(zhì)以提純DNADNA不溶于酒精，但是細胞中的某些物質(zhì)可以溶于酒精二苯胺鑒定劑DNA遇二苯胺(沸水浴)會變藍色檸檬酸鈉0.03g/mL抗凝劑除去血液中的鈣離子，防止血液凝固在“DNA的粗提取與鑒定”實驗中，實驗原理是利用DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同來提取的，DNA的溶解度與如圖所示曲線的對應(yīng)點相符合的是(B)。A．a(chǎn)點濃度最適合析出DNAB．b點濃度最適合析出DNAC．c點濃度最適合析出DNAD．d點濃度最適合析出DNA當堂訓(xùn)練下列各項中，實驗操作與目的一致的是（）。小試牛刀實驗操作目的A

從蓋玻片一側(cè)滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次后用顯微鏡觀察觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象B在含有DNA的濾液中加入蒸餾水，使2mol/L的NaCl溶液濃度降至0.14mol/L析出DNA，去除可溶性雜質(zhì)C觀察洋蔥根尖細胞有絲分裂時，將顯微鏡從低倍鏡換到高倍鏡在顯微鏡視野中找到分生區(qū)細胞D30mL10%葡萄糖與15mL酵母菌溶液置于廣口瓶中混勻，液面滴加一薄層石蠟探究酵母菌在有氧條件下呼吸的產(chǎn)物下列實驗材料或試劑的改變，對實驗結(jié)果影響最小的是（C）。A.用蒸餾水代替層析液進行葉綠體色素的分離B.用斐林試劑代替甲基綠染色觀察DNA的分布C.用0.14mol/LNaCl代替2mol/LNaCl溶解DNAD.用大蒜根尖代替洋蔥根尖觀察植物細胞有絲分裂小試牛刀

（二）蛋白質(zhì)的提取和分離1．原理

根據(jù)蛋白質(zhì)的各種特性的差異來分離蛋白質(zhì)，分子的形狀與大小、所帶電荷的性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)、和對其他分子的親和力。

2．方法

（1）凝膠色譜法①原理

分子量大的分子通過多孔凝膠顆粒的間隙，路程短，流動快

分子量小的分子穿過多孔凝膠顆粒的內(nèi)部，路程長，流動慢②凝膠材料

多孔性，多糖類化合物，如葡聚糖、瓊脂糖③分離過程

混合物上柱→洗脫→大分子流動快、小分子流動慢→收集大分子→收集小分子緩沖溶液：（1）原理：由弱酸和相應(yīng)的強堿弱酸鹽組成（如H2CO3-NaHCO3，HAc-NaAc，NaH2PO4-Na2HPO4等），調(diào)節(jié)酸和鹽的用量，可配制不同pH的緩沖液。（2）緩沖液作用：抵制外界酸、堿對溶液pH的干擾而保持pH穩(wěn)定（2）電泳法：①原理不同蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)、電量、形狀和大小不同②分離方法：瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳。③分離過程：在一定pH下，使蛋白質(zhì)基團帶上正電或負電；加入帶負電荷多的SDS，形成“蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物”，使蛋白質(zhì)遷移速率僅取決于分子大小。

（1）樣品處理：

洗滌紅細胞、血紅蛋白釋放、離心（2）粗分離：

透析除去分子較小的雜質(zhì)（3）純化：

通過凝膠色譜法將分子量較大的雜質(zhì)蛋白質(zhì)除去（4）純度鑒定：

通過聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定。3.血紅蛋白的提取和分離

（1）樣品處理①紅細胞的洗滌：

低速短時離心、生理鹽水洗滌②血紅蛋白的釋放：

在蒸餾水和甲苯作用下，紅細胞破裂釋放③分離血紅蛋白溶液：

中速長時離心分離血紅蛋白溶液有機溶劑脂類物質(zhì)血紅蛋白溶液紅細胞破碎物沉淀（2）粗分離透析：裝入透析袋并置于磷酸緩沖液中（PH為7.0）12小時左右（3）樣品的純化調(diào)節(jié)緩沖液面→加入蛋白質(zhì)樣品→調(diào)節(jié)緩沖液面→洗脫→收集分裝蛋白質(zhì)（4）純度鑒定純度鑒定—聚丙烯酰胺凝膠電泳微生物的利用（發(fā)酵工程1）學(xué)習(xí)目標：1.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用2.微生物的培養(yǎng)3.微生物的應(yīng)用一、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用1.本節(jié)課重點：果酒制作、果醋制作、腐乳制作、泡菜制作并檢測亞硝酸鹽含量

2.相關(guān)知識回顧：生物體的分類酶的特性呼吸作用（一）果酒制作1.主要發(fā)揮作用菌種:酵母菌

異化類型：異養(yǎng)兼性厭氧菌2.果酒制作的原理：前期有氧呼吸大量繁殖：溫度：20℃后期無氧呼吸酒精發(fā)酵：溫度：18℃-25℃3.酵母菌的來源：工業(yè)化：高度純化的酵母菌家庭用：附著在葡萄皮上的野生酵母菌（白色膜狀物質(zhì)）4.補充：酒風(fēng)味不同的原因：酵母菌種類不同酵母菌生殖方式：出芽生殖（無性）→環(huán)境條件適宜時孢子生殖（有性）→環(huán)境條件不適宜夏季果酒發(fā)酵，需要進行降溫處理葡萄酒呈現(xiàn)深紅色原因：細胞破裂，液泡中色素進入發(fā)酵液（二）果醋制作1.主要發(fā)揮作用菌種:醋酸菌

異化類型：異養(yǎng)需氧型細菌2.果醋制作的原理：氧氣充足、30-35℃糖源充足：糖變醋糖源不足：乙醇→乙醛→醋酸

（三）小試牛刀某研究性學(xué)習(xí)小組以櫻桃番茄為材料進行果酒、果醋發(fā)酵實驗。下列相關(guān)敘述正確的是(D)A.酵母菌是嗜溫菌，所以果酒發(fā)酵所需的最適溫度較高B.先供氧進行果醋發(fā)酵，然后隔絕空氣進行果酒發(fā)酵C.與人工接種的發(fā)酵相比，自然發(fā)酵獲得的產(chǎn)品品質(zhì)更好D.適當加大接種量可以提高發(fā)酵速率、抑制雜菌生長繁殖

微生物的利用（發(fā)酵工程）2一、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用1.本節(jié)課重點：腐乳制作、泡菜制作并檢測亞硝酸鹽含量

2.知識回顧：參與果酒、果醋制作的菌種果酒果醋制作過程的最適溫度檢驗酒精的試劑是什么？產(chǎn)生什么顏色的變化（一）腐乳的制作1.主要發(fā)揮作用菌種:青霉、酵母、曲霉、毛霉

異化類型：異養(yǎng)需氧型繁殖：孢子生殖2.毛霉在腐乳制作中的作用：

蛋白酶能將豆腐的蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸脂肪酶可將脂肪水解