專題7-小專題20-現(xiàn)代生物科技專題

專題七

選修內(nèi)容

小專題20現(xiàn)代生物科技專題

第一頁第二頁，共38頁。第二頁第三頁，共38頁。第三頁第四頁，共38頁。1．基因工程

(1)基因工程的工具限制性核酸內(nèi)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。

第四頁第五頁，共38頁。運載體必須具備的條件：①能在宿主細(xì)胞中保存并大量復(fù)制；②有一個至多個限制酶切割位點；③有一定的標(biāo)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。第五頁第六頁，共38頁。(2)與基因工程有關(guān)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(xué)本質(zhì)均為蛋白質(zhì)，合成場所均為核糖體限制性核酸內(nèi)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(fù)制RNA聚合酶在核糖核苷酸鏈上添加單個核糖核苷酸轉(zhuǎn)錄解旋酶使堿基間氫鍵斷裂，形成脫氧核苷酸單鏈DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成DNA逆轉(zhuǎn)錄、基因工程第六頁第七頁，共38頁。(3)基因工程的基本操作程序程序說明目的基因的獲取①從自然界中已有的物種中分離出來；②用人工的方法合成；③從基因文庫中獲得；④通過PCR技術(shù)獲得基因表達(dá)載體的構(gòu)建要點:同種限制酶切割目的基因與質(zhì)粒；雙酶切；運載體的要求；基因表達(dá)載體的組成將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞①受體細(xì)胞種類：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細(xì)胞；②導(dǎo)入方法:顯微注射法、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、Ca2+處理細(xì)胞使細(xì)胞壁的通透性增大等

第七頁第八頁，共38頁。目的基因的檢測與鑒定檢測對象：①檢測轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄出了mRNA；③檢測目的基因是否翻譯成了蛋白質(zhì)。檢測方法：分子檢測法——①和②都是核酸分子雜交技術(shù)，③是抗原—抗體雜交法；形態(tài)檢測法——可根據(jù)目標(biāo)性狀的有無來判斷目的基因是否表達(dá)（續(xù)表）第八頁第九頁，共38頁。2.細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)、植物體細(xì)胞雜交、細(xì)胞核移植的比較：植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞核移植原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜的流動性、植物細(xì)胞的全能性動物細(xì)胞核的全能性方法離體的植物器官、組織或細(xì)胞→

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

第九頁第十頁，共38頁。優(yōu)點快速繁殖、培育無病毒植株等克服遠(yuǎn)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(shù)要求高、培養(yǎng)條件嚴(yán)格技術(shù)復(fù)雜，難度大；需植物組織培養(yǎng)等技術(shù)支持導(dǎo)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(zhuǎn)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）第十頁第十一頁，共38頁。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(xì)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(nèi)的儲備是在出生前完成的，減Ⅱ是在精卵結(jié)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(xì)胞質(zhì)均等分配減Ⅰ和減Ⅱ是不連續(xù)的，不需變形；細(xì)胞質(zhì)不均等分配結(jié)果形成4個精子形成1個卵細(xì)胞和2個極體(有的有3個極體)相同點原始生殖細(xì)胞的增殖方式為有絲分裂；生殖細(xì)胞成熟為減數(shù)分裂

第十一頁第十二頁，共38頁。(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(biāo)志：卵黃膜和透明帶的間隙可見到兩個極體；受精完成的標(biāo)志：雌、雄原核融合。③受精過程的三大反應(yīng)：頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)、卵黃膜封閉作用。第十二頁第十三頁，共38頁。(3)核移植技術(shù)和胚胎分割移植技術(shù)比較過程不同原理相同核移植均為細(xì)胞的全能性，屬于無性生殖

胚胎分割移植第十三頁第十四頁，共38頁。4.生態(tài)工程基本原理理論基礎(chǔ)意義實例物質(zhì)循環(huán)再生原理物質(zhì)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(nóng)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(chǎn)力“三北”防護(hù)林建設(shè)中的問題,珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性問題協(xié)調(diào)與平衡原理生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡生物數(shù)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)化問題第十四頁第十五頁，共38頁。基本原理理論基礎(chǔ)意義實例整體性原理社會、經(jīng)濟、自然復(fù)合系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定林業(yè)建設(shè)中自然系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)系問題系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǎn)力珊瑚礁藻類和珊瑚蟲的關(guān)系（續(xù)表）第十五頁第十六頁，共38頁。1．組織培養(yǎng)屬于什么繁殖方式？體細(xì)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(xì)胞融合產(chǎn)生的變異屬于染色體變異。3．基因工程、植物體細(xì)胞雜交都可打破生殖隔離，但后者范圍有限，僅限于親緣關(guān)系較近的物種。第十六頁第十七頁，共38頁。4．生物工程技術(shù)應(yīng)用的組合轉(zhuǎn)基因植物培育：基因工程+植物組織培養(yǎng)；轉(zhuǎn)基因動物培育：基因工程+動物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植；核移植(克隆)動物培養(yǎng)：核移植+動物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植；胚胎移植：體外受精(或自然受精)+動物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植；植物體細(xì)胞雜交：酶工程+體細(xì)胞融合+植物組織培養(yǎng)；試管嬰兒：體外受精+動物細(xì)胞培養(yǎng)+胚胎移植。第十七頁第十八頁，共38頁。5．幾種雜交方法比較項目雜交育種植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞融合技術(shù)分子雜交技術(shù)原理基因重組細(xì)胞膜的流動性與植物細(xì)胞全能性細(xì)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(xué)法(聚乙二醇)物理法(離心、振動、電激)，化學(xué)法(聚乙二醇)，滅活病毒標(biāo)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(yuǎn)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、基因診斷第十八頁第十九頁，共38頁?！緹狳c考向1】基因工程的相關(guān)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(guān)問題：

(1)利用PCR技術(shù)擴增目的基因，其原理與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制類似(如下圖所示)。第十九頁第二十頁，共38頁。圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎(chǔ)。①從理論上推測，第四輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的DNA片段所占比例為_____。②在第___輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段。15/16三

第二十頁第二十一頁，共38頁。(2)設(shè)計引物是PCR技術(shù)關(guān)鍵步驟之一。某同學(xué)設(shè)計的兩組引物(只標(biāo)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(xiàn)局部堿基互補配對而失效第二十一頁第二十二頁，共38頁。(3)PCR反應(yīng)體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶，下面的表達(dá)式不能正確反映DNA聚合酶的功能，這是因為_________________________________________________________。苷酸連續(xù)結(jié)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二十二頁第二十三頁，共38頁。(4)用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ單獨或聯(lián)合切割同一種質(zhì)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(zhì)粒上EcoRⅤ、MboⅠ的切割位點。第二十三頁第二十四頁，共38頁。【解析】(1)由圖示PCR擴增DNA圖示可知，在第二輪循環(huán)結(jié)束時，產(chǎn)物DNA中首次出現(xiàn)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(yīng)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。第二十四頁第二十五頁，共38頁?！敬鸢浮?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(xiàn)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(jié)合到雙鏈DNA片段的引物鏈上(4)第二十五頁第二十六頁，共38頁?！咀兪?】(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(guān)限制酶的酶切位點。請回答下列問題：第二十六頁第二十七頁，共38頁。(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有_____個游離的磷酸基團(tuán)。(2)若對圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越___。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)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(zhì)粒的抗性基第二十七頁第二十八頁，共38頁。(4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止______________________________________片段自身環(huán)化。質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA第二十八頁第二十九頁，共38頁。(5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入________酶。(6)重組質(zhì)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(zhuǎn)運蛋白基因，將重組質(zhì)粒導(dǎo)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(dá)的初步檢測。DNA連接鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞以蔗糖為唯一含碳營養(yǎng)物質(zhì)第二十九頁第三十頁，共38頁?！窘馕觥勘绢}考查基因工程的限制性內(nèi)切酶的作用特點。(1)質(zhì)粒切割前不含游離的磷酸基團(tuán)，被酶切后，質(zhì)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(tuán)，因此切割后含有兩個游離的磷酸基團(tuán)。(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(biāo)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。第三十頁第三十一頁，共38頁?！窘馕觥?4)只使用EcoRI，則質(zhì)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(chǎn)生質(zhì)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(zhì)粒的導(dǎo)入而具有利用蔗糖的能力。而不含有重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞因不能獲得碳源而死亡，從而達(dá)到篩選目的。第三十一頁第三十二頁，共38頁。【例2】(2011·全國新課標(biāo))現(xiàn)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(jīng)凈化處理后，可用于澆灌綠地?；卮饐栴}：(1)污水流經(jīng)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_________________呼吸將有機物分解。【熱點考向2】生物工程的綜合性考查

無氧和有氧(或細(xì)胞)

第三十二頁第三十三頁，共38頁。(2)植物池中，水生植物、昆蟲、魚類、蛙類和底泥中的微生物共同組成了_____(生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群)。在植物池的食物網(wǎng)中，植物位于第____營養(yǎng)級。植物池中所有蛙類獲得的能量最終來源于_______所固定的______能。(3)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體性、協(xié)調(diào)與平衡、____________和__________等原理。(4)一般來說，生態(tài)工程的主要任務(wù)是對_________________________________進(jìn)行修復(fù)，對造成環(huán)境污染和破壞的生產(chǎn)方式進(jìn)行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。群落一

生產(chǎn)者太陽

物質(zhì)循環(huán)再生

物種多樣性

已被破壞的生態(tài)環(huán)境(或受損的生態(tài)系統(tǒng))第三十三頁第三十四頁，共38頁?！窘馕觥?1)處理流程中有厭氧環(huán)境和曝氣池，所以微生物能進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸。(2)在一定地點的所有生物統(tǒng)稱為群落，其中植物作為生產(chǎn)者位于第一營養(yǎng)級，生態(tài)系統(tǒng)中流動的總能量是生產(chǎn)者所固定的太陽能。(3)生態(tài)工程遵循的基本原理包括整體性、協(xié)調(diào)與平衡、物質(zhì)循環(huán)再生、物種多樣性、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)等原理。(4)生態(tài)工程的主要任務(wù)是對己被破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。