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现代生物科技专题1【网络构建】2基因工程细胞工程【网络构建】3胚胎工程考纲要求1.基因工程(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)。2.克隆技术(1)植物的组织培养(Ⅱ)。(2)动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。(3)细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。3.胚胎工程(1)动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)。(2)胚胎干细胞的移植(Ⅰ)。(3)胚胎工程的应用(Ⅱ)。4.生物技术的安全性和伦理问题(1)转基因生物的安全性(Ⅰ)。(2)生物武器对人类的威胁(Ⅰ)。(3)生物技术中的伦理问题(Ⅰ)。5.生态工程(1)简述生态工程的原理(Ⅱ)。(2)生态工程的实例(Ⅰ)。4勇夺选修15分知识内容070809101112131415161718频率基因工程151261515150.5细胞工程1549150.33胚胎工程15530.25安全伦理生态工程60.08总计15159961515156151515538题（选修3）09年有6分是细胞结构内容；10年有6分是代谢内容；11年有9分是代谢和生态内容；15年9分是免疫知识。2、12年新课标全国高考理综卷选修题考点分布（选修3）1.2基因工程的基本操作程序6思考与探究P71、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。72、天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？不是，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件：思考与探究P781）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组质粒筛选.4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。93、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。思考与探究P710已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论。既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因只含有抗四环素基因只含有抗氨苄青霉素基因既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因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基因工程基本操作的四个步骤有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可进行遗传、表达和发挥作用载体进入受体细胞稳定表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。才能确定目的基因是否真正在受体细胞中稳定遗传和正确表达。12一、目的基因的获取(一)、目的基因主要是______________________编码蛋白质的结构基因（二）、获取目的基因的常用方法有哪些?1、从基因文库中获取2、利用PCR技术扩增3、化学方法人工合成请阅读P9第一和二两段13一、目的基因的获取（一）从基因文库中直接获取1.基因文库：2.基因文库的分类:按外源DNA片段的来源分类种类基因组DNA文库：含有一种生物的全部基因部分基因文库：只包含了一种生物的部分基因，如：cDNA文库3.基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。4.获取目的基因的根据：见课本P9根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取。将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库14提取某种生物的全部DNA用适当的限制酶切一定大小的DNA片段将DNA片段与载体连接导入受体菌中储存基因组文库5.基因文库的构建方法之一（1）直接分离法(鸟枪法)15某种生物的单链mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存与运载体连接cDNA文库反（逆）转录酶反转录酶(DNA聚合酶)反转录法：cDNA文库的合成流程图解5.基因文库的构建方法之16基因组文库和部分基因组文库(cDNA文库)比较17概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制___________的核酸合成技术聚合酶链式反应体外特定DNA片段原理：DNA双链复制2、利用PCR技术扩增目的基因18条件：四种脱氧核苷酸(dNTP)一对引物：热稳定DNA聚合酶(Taq酶）模板DNA(需含有目的基因)Mg2+(激活剂)缓冲溶液一对寡脱氧核苷酸序列：与目的基因的起始段互补一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物前提：192、具体过程2021PCR(多聚酶链式反应)①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制的核酸合成技术③条件：、_______________、___________、___________.等②原理：__________④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制四种脱氧核苷酸一对引物DNA聚合酶指数2n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增要有一段已知目的基因的核苷酸序列（前提条件）22⑥过程：a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成___________b、退火（复性55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链23PCR技术扩增与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理原料条件不同点解旋方式场所酶结果24碱基互补配对、DNA双链复制四种脱氧核苷酸模板、能量、酶DNA在高温下变性解旋解旋酶催化体外复制细胞核内热稳定的DNA聚合酶细胞内的DNA聚合酶大量的DNA片段形成整个DNA分子单链DNA(cDNA）目的基因的mRNA双链DNA(即目的基因)反转录合成1）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列目的基因推测推测化学合成2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：3、人工合成的目的基因25二、基因表达载体的构建——基因工程的核心1、目的：所需物质：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。它们各自的作用是什么?262、基因表达载体的组成：(复制原点+)目的基因+启动子+终止子+标记基因它们各自的作用是什么?27启动子：位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质终止子：位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，能终止mRNA的转录标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来28①运载体与表达载体的区别：二者都有标记基因和复制原点两部分DNA片段。表达载体在载体基础上增加了目的基因、启动子、终止子三部分结构②用到的工具酶：既用到限制酶切割载体，又用到DNA连接酶将目的基因和载体拼接，两种酶作用的化学键都是磷酸二酯键③启动子、终止子对于目的基因表达必不可少④目的基因不能单独进入受体细胞，必需以表达载体的方式携带进去。注意29三、将目的基因导入受体细胞（一）转化：（二）方法将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达301、将目的基因导入植物细胞的方法：（1）农杆菌转化法①农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力。②原理：Ti质粒上的T---DNA可以转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。31③过程：④优点：比较经济有效32（2）基因枪法（3）花粉管通道法332、将目的基因导入动物细胞①方法：显微注射法②程序：34目的基因表达载体提纯取卵（受精卵）显微注射受精卵新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞①原核生物特点：繁殖快、单细胞、遗传物质少②方法：用Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子35四、目的基因的检测与鉴定——检查是否成功（一）、检测1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因(关键步骤)①.首先取出转基因生物的基因组DNA②.用含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针③.使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中（1）方法:DNA分子杂交（2）过程:36归纳步骤37DNA分子杂交示意图采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。38（二）、鉴定（个体生物学水平）2、检测目的基因是否转录出了mRNA3、检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等①方法:分子杂交方法:抗原抗体杂交②过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA39归纳步骤40(四)目的基因的检测与鉴定——检查是否成功鉴定——抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等检测—①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译成蛋白质方法——方法——方法——DNA分子杂交分子杂交（注意与上不同之处）抗原抗体杂交41(3)将目的基因导入受体细胞种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法，适用于双子叶植物与裸子植物，基因枪法是单子叶植物导入目的基因的常用方法。转基因抗虫棉是采用花粉管通道法获得的显微注射技术用Ca2＋处理受体细胞受精卵或体细胞受精卵原核细胞过程将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物用Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子42（4）目的基因的检测与鉴定目的基因是否导入受体细胞：标记基因的产物判断目的基因是否成功表达：目的基因的产物或特性进行鉴定43归纳:基因工程的基本操作程序1.获取目的基因从基因文库利用PCR化学方法人工合成2.构建基因表达载体目的基因、启动子、终止子、标记基因3.将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法、显微注射法4.目的基因的检测与鉴定检测：是否插入、转录、翻译鉴定：44练习1：(08理综山东卷)为扩大可耕地面积，增加粮食产