专题01+基因工程高二生物人教选修三导学案+Word版含答案文档格式.docx

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写

1.基因工程的概念

2.基因表达载体的构建过程

3.蛋白质工程与基因工程区别

4.蛋白质工程的概念

学习过程（课内探究案）

专题一基因工程

一．基因工程的概念

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过，赋予生物以，创造出。

基因工程是在上进行设计和施工的，又叫做。

二．基因工程的原理及技术

原理：

基因重组

技术：

（一）基因工程的基本工具

1.“分子手术刀”——（）

（1）主要是从中分离纯化出来的。

（2）功能：

能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开，因此具有专一性。

（3）结果：

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：

和。

2.“分子缝合针”——

（1）两种DNA连接酶（E·

coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：

①相同点：

都缝合。

②区别：

E·

coliDNA连接酶来源于，只能将双链DNA片段互补的之间的磷酸二酯键连接起来；

而T4DNA连接酶能缝合，但连接平末端的之间的效率较。

（2）与DNA聚合酶作用的异同:

DNA聚合酶只能将加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。

DNA连接酶是连接的末端，形成磷酸二酯键。

3.“分子运输车”——

（1）载体具备的条件：

①

②

③

（2）最常用的载体是,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有的很小的双链DNA分子。

（3）其它载体：

（二）基因工程的基本操作程序

第一步：

1.目的基因是指：

。

2.获取方法：

①从基因文库中获取；

②人工合成（反转录法和化学合成法）；

③PCR技术扩增目的基因。

3.PCR技术扩增目的基因

（1）原理：

（2）过程：

加热至90～95℃DNA解链；

第二步：

冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；

第三步：

加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。

1.目的：

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。

2.组成：

如图A：

（1）启动子：

是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的，是识别和结合的部位，能驱动基因，最终获得所需的。

（2）终止子：

也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。

（3）标记基因的作用：

是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。

常用的标记基因是抗生素基因。

3.基因表达载体的构建过程：

（图A）

第三步、

（1）转化的概念：

是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

（2）常用的转化方法：

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

受体细胞

转化过程

将目的基因插入到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→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

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

3.将目的基因导入植物细胞：

采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有和等。

4.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。

第四步：

1.首先要检测，方法是采用。

2.其次还要检测，方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。

3.最后检测，方法是从转基因生物中提取 

蛋白质，用相应的 

抗体进行。

4.有时还需进行的鉴定。

如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。

（三）基因工程的应用

1.植物基因工程：

抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。

2.动物基因工程：

提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。

3.基因治疗：

把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。

（四）蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指以作为基础，通过，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。

（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）

1．蛋白质工程崛起的缘由：

基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质

2．蛋白质工程的基本原理：

它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。

基本途径：

★蛋白质工程与基因工程区别

蛋白质工程

基因工程

实质

通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质

将目的基因从供体转移到受体细胞，并在受体细胞中表达

结果

合成自然界不存在的蛋白质

只能生产自然界已存在的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程

专题一基因工程学案参考答案

2.DNA连接酶

（1）①磷酸二酯键。

②大肠杆菌黏性末端两种末端低

（2）单个核苷酸两个DNA片段

3.载体

（1）①能在受体细胞中复制并稳定保存。

②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。

③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

（2）质粒自我复制能力环状（3）噬菌体的衍生物、动植物病毒

（二）第一步：

目的基因的获取

编码蛋白质的结构基因。

3.

（1）DNA双链复制

基因表达载体的构建

2.目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因

（1）首端RNA聚合酶转录出mRNA蛋白质

（四）蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系基因修饰或基因合成

2.从预期的蛋白质功能出发，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）

后

提

升

题

1．2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学家。

将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。

绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是（）

A．追踪目的基因在细胞内的复制过程

B．追踪目的基因插入到染色体上的位置

C．追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布

D．追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构

答案：

C

2．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。

现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（）

A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B

B．利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B

C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞

D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞

解析：

此题考查基因工程及其应用的相关知识。

获取目的基因B，可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再经PCR技术扩增，A正确；

基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来，形成重组载体，再导入受体菌中储存和扩增，提取目的基因时不需使用限制酶，B错误；

连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶，C错误；

将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，不使用大肠杆菌，D错误。

A

3.为提高我国稻米的含铁量，通过农杆菌介导将菜豆的铁结合蛋白基因导入了一个高产粳稻品种中。

获得了高含铁量转基因水稻株系，下图为培育过程。

请分析并回答问题：

（1）获取重组载体用到的“手术刀”是________________________________________________________________________。

②过程用________法将重组载体导入愈伤组织细胞。

（2）重组载体中的标记基因的作用是________。

检测目的基因是否转录，需用________作探针。

（3）图中①③④过程须在________条件下进行，培养基中除加入营养物质外，还需添加植物激素，作用是________。

（4）过程④除了用秋水仙素或低温诱导来处理，还可以采用________技术，该技术常用的诱导剂是________。

（1）限制性核酸内切酶农杆菌转化

（2）检测目的基因是否导入受体细胞同位素标记的铁结合蛋白基因

（3）无菌促进细胞分裂、生长、分化

（4）植物体细胞杂交聚乙二醇

4．下图是利用基因工程方法培育抗虫棉的过程。

请回答相关问题：

（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（

（1）从苏云金芽孢杆菌的DNA上获取抗虫基因，需要用到的工具是________，此工具主要是从________生物中分离纯化出来的，它能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的________键断开。

（2）构建重组质粒时，常用Ti质粒作为载体，是因为Ti质粒上具有________，它能把目的基因整合到受体细胞________。

（3）E过程是利用________技术完成的，要确定抗虫基因导入棉花细胞后，是否赋予了棉花抗虫特性，在个体水平上还需要做________实验。

（4）将目的基因导入植物细胞，除采用上图中的方法外，还可采用________法和花粉管通道法。

（1）限制酶原核磷酸二酯

（2）TDNA染色体DNA

（3）植物组织培养抗虫的接种

（4）基因枪

5．下图为利用农杆菌转化法培育转基因抗虫棉的技术流程图。

请据图回答：

（1）图中A为________，在构建该结构时，Bt毒蛋白基因与Ti质粒结合的部位是________。

（2）①过程是________________，利用农杆菌的优点在于________________。

（3）③过程为________，包括________和________过程。

基因表达载体的构建是基因工程的核心内容。

质粒上插入目的基因的位置是在TDNA片段内。

农杆菌可以感染受伤的植物细胞，通过基因转化把TDNA上的外源基因导入植物细胞并整合到受体细胞核基因组上。

植物组织培养主要包括脱分化和再分化两个过程。

（1）基因表达载体TDNA片段内

（2）将基因表达载体转移到农杆菌细胞内农杆菌可以感染受伤的植物细胞，通过基因转化把TDNA上的外源基因导入植物细胞并整合到受体细胞核基因上

（3）植物组织培养脱分化再分化

6．转基因生物可作为生物反应器，用来生产人们所需的药用蛋白，如激素、抗体、疫苗、酶等，甲图是通过生物工程培育能产生人胰岛素的烟草的过程。

（1）构建表达载体的A过程中，可选用不同限制酶，如乙图所示过程，采用EcoRⅠ和EcoRV酶切含有目的基因的DNA和质粒，这样可以防止酶切产物在加入DNA连接酶后，出现________________________________________________________________________；

若在图中只使用一种DNA连接酶，应选用________（填“E·

coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”）。

（2）D过程采用的方法是________，如受体细胞是单子叶植物体细胞一般不采用该方法，原因是________________________________________________________________________；

E过程体现的生物学原理是________。

（3）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，F过程应该用________________________________________________________________________作为探针。

（1）质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化T4DNA连接酶

（2）农杆菌转化法单子叶植物伤口处细胞不分泌酚类物质，不能吸引农杆菌移向这些细胞（或大多数农杆菌对单子叶植物没有感染能力）细胞全能性（3）放射性同位素标记的人胰岛素基因

7.（10分）在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。

下图为获得抗虫棉的技术流程。

（1）A过程需要的酶有_______________________________________________。

（2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是____________________、

____________________________________________________________。

（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入________________。

（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用________________

________________________________________________作为探针。

（1）基因表达载体的构建过程：

首先用同一种限制酶切割目的基因和质粒，然后再用DNA连接酶把目的基因和运载体质粒连接成重组质粒．

（2）B过程是培养并选择含有重组质粒的土壤农杆菌，其中“选择”体现了质粒作为运载体必须具备具有标记基因；

“培养”体现了质粒作为运载体必须能在宿主细胞中复制并稳定保存．

（1）限制性内切酶和DNA连接酶

（2）具有标记基因；

能在宿主细胞中复制并稳定保存

（3）卡那霉素

（4）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因

教师课后反思（学生学习小结）

1.要求学生课后加强学生悉熟知识点

2.要求学生课后自己构建知识网络。

3.认真去评讲课后提升题目。