（浙江专版）2017_2018学年高中生物第一章第二节基因工程的原理和技术教学案浙科版选修3.docx

第二节 基因工程的原理和技术1.基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。2.获取目的基因的方法：如果目的基因的序列是已知的，可用化学方法合成目的基因，或者用聚合酶链式反应(PCR)扩增目的基因。如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以从基因文库中获取。3.操作步骤：获得目的基因；形成重组DNA分子；重组DNA分子导入受体体细胞；筛选含有目的基因的受体细胞；目的基因表达。一、基因工程的基本原理1基本原理：让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。2基因工程的变异类型：基因工程属于可遗传变异中的基因重组。3变异特点：实现性状定向改造。二、基因工程的基本操作步骤1获得目的基因(1)目的基因：人们所需要的基因，如人的胰岛素基因、植物的抗病基因等。(2)获取方法：如果目的基因的序列是已知的，可用化学方法合成目的基因，或者用聚合酶链式反应(PCR)扩增目的基因。如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以建立一个包括目的基因在内的基因文库，从基因文库中找到目的基因。2形成重组DNA分子(1)通常用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA(如质粒)，形成相同的粘性末端。(2)用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子。3将重组DNA分子导入受体细胞(1)常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。(2)导入方法举例：用质粒作为载体，宿主细胞应该选择大肠杆菌，用氯化钙处理大肠杆菌，增加其细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞。4筛选含有目的基因的受体细胞(1)筛选原因：并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。(2)筛选方法举例：质粒上有抗生素如四环素的抗性基因，所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养基中生长，而没有接纳重组DNA分子的细胞则不能生长，这样就能筛选出含有重组DNA分子的受体细胞。5目的基因的表达目的基因在宿主细胞中表达，产生人们需要的功能物质。1基因工程主要操作步骤的顺序是()目的基因表达筛选含有目的基因的受体细胞重组DNA分子导入受体体细胞形成重组DNA分子获得目的基因A BC D解析：选C基因工程的主要操作步骤顺序是：获得目的基因形成重组DNA分子重组DNA分子导入受体体细胞筛选含有目的基因的受体细胞目的基因表达。2下列不属于目的基因获得方法的是()A化学合成 BPCR扩增C从基因文库中获取 D翻译解析：选D翻译的产物是蛋白质，不是DNA。3基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞的主要原因是()A结构简单，操作方便 B繁殖速度快C遗传物质含量少，易操作 D性状稳定，变异少解析：选B目的基因导入受体细胞后，随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快，在很短的时间内就能获得很多的目的基因的产物。4在基因工程技术中，可能需要用到CaCl2处理的环节是()A目的基因的提取和导入B目的基因与载体结合C将目的基因导入受体细胞D目的基因的检测与鉴定解析：选C将目的基因导入原核生物受体细胞时，首先用Ca2处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后在一定条件下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。5科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。把它注射入组织中，可以通过细胞的内吞作用进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体上，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程属于()A基因突变 B基因重组C基因互换 D染色体畸变解析：选B基因突变是基因内部结构的改变；染色体畸变是指染色体结构和数目变化；基因工程是将外源基因导入受体细胞，得到人们所需要的产物，属于基因重组。1获取目的基因方法的比较前提条件获得方法过程优点缺点目的基因序列已知化学合成用单个的游离的核苷酸聚合而成专一性强仅限于比较简单的基因PCR扩增在体外通过TaqDNA聚合酶的作用进行DNA复制循环往复、大量扩增要求条件高、易出错目的基因序列未知强从基因文库中获取构建DNA分子中所有基因组成基因文库，从中寻找目的基因可操作性需从大量材料中寻找2形成重组DNA分子(1)用同一种限制酶切割目的基因和质粒，使其产生相同末端。(2)将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如下图所示：(3)用到的工具酶：限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(4)理论基础：碱基互补配对原则和DNA双螺旋结构。(5)形成的重组DNA分子特点：既有目的基因又有标记基因。3将重组DNA分子导入受体细胞(1)常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。(2)将目的基因导入受体细胞的方法比较：4筛选含有目的基因的受体细胞(1)筛选原因：由于在导入重组DNA分子时，不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。(2)筛选原理：如抗性标记基因筛选法，见下图。题组冲关1基因工程常用的受体细胞有()大肠杆菌枯草杆菌支原体动植物细胞ABC D解析：选D基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞。2下列对基因工程的说法正确的是()A导入人胰岛素原基因的大肠杆菌可以直接合成具有生物活性的人胰岛素B用氯化钙处理大肠杆菌可以改变细胞膜的通透性，从而使重组质粒容易进入C筛选是指选择出含有目的基因的受体细胞D只要目的基因进入受体细胞就能够表达解析：选C导入人胰岛素原基因只能合成人胰岛素原，经进一步加工后才能获得具有生物活性的人胰岛素；用氯化钙处理可改变大肠杆菌细胞壁的通透性，有利于目的基因进入受体细胞；但进入受体细胞的目的基因不一定能够表达。3在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的()同一种限制酶切割两者不需同一种限制酶切割两者加入适量的DNA连接酶不需加入DNA连接酶A BC D解析：选A目的基因与载体重组需要两者具有完全相同的粘性末端，而一般用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒才能切出相同的末端，而目的基因插入质粒实现重组，必须在DNA连接酶作用下才能完成。随堂基础巩固1人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是()A提高受体细胞在自然环境中的耐药性B对目的基因是否导入进行检测C增加质粒分子的分子量D便于与外源基因连接解析：选B重组DNA必须具有标记基因，其目的就是为了鉴别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。2用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述错误的是()A常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达解析：选B基因工程中限制性核酸内切酶和DNA连接酶是构建重组质粒必需的工具酶。质粒作为载体必须具有标记基因，导入的目的基因不一定能成功表达，还要进行修饰或者其他处理。3利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长素DNA序列D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白解析：选D基因的表达是指基因使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上这一过程，即必须获得相应的蛋白质才能说明基因完成了表达。4科学家将动物控制合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子拼接并在大肠杆菌内成功表达。1982年，用基因工程技术生产的胰岛素投放市场，使胰岛素的售价降低30%50%，请回答：(1)大肠杆菌常作为基因工程的受体细胞，是由于它_。其细胞中的_常作为目的基因的载体。(2)合成胰岛素的基因能与大肠杆菌的DNA拼接，是由于_，能在大肠杆菌中得到表达的原因是_。(3)基因工程中的基因重组与孟德尔遗传定律中讲的基因重组相比，最大的区别是_。解析：真核细胞DNA结构与原核细胞DNA虽然有区别，但由于其基本组成和结构相同，故可以相互拼接并能表达。答案：(1)是单细胞，繁殖快质粒(2)DNA分子都是由四种脱氧核苷酸组成的双螺旋结构生物共用一套遗传密码，合成蛋白质的氨基酸种类相同(3)基因工程中的基因重组是在细胞外通过人工技术完成，不是发生在有性生殖的过程中，可以使生物的遗传性状发生定向变异课时跟踪检测1要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()限制性核酸内切酶解旋酶DNA连接酶 还原酶ABC D解析：选D目的基因与对应的载体重组时，首先需要用同一种限制性核酸内切酶，切割出相同的末端，再依靠DNA连接酶对目的基因和载体进行“缝合”形成重组DNA分子。2聚合酶链反应可表示为()APEC BPERCPDR DPCR解析：选D聚合酶链反应可表示为PCR。3将目的基因导入微生物细胞之前，要给予一定处理和适宜条件，下列叙述错误的是()ACaCl2处理 B温度、pH影响导入C酒精处理 D增加细胞壁通透性解析：选C将目的基因导入微生物细胞之前，要用氯化钙(CaCl2)处理微生物，增加其细胞壁的通透性，当然也受温度和pH影响，而酒精对细胞则有毒害作用。4就分子结构而论，质粒是()A环状双链DNA分子B环状单链DNA分子C环状单链RNA分子D线状双链DNA分子解析：选A质粒是细菌细胞质中小型环状双链DNA分子。5如图为用于基因工程的一个质粒示意图。用EcoR限制性核酸内切酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a无抗生素的培养基，b含四环素的培养基，c含氨苄青霉素的培养基，d含四环素和氨苄青霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是()Aa Bb和cCa和b Da和c解析：选D据图可知，EcoR限制性核酸内切酶的切点位于四环素抗性基因的内部，用该酶切割质粒则会损坏四环素抗性基因的结构，从而导致含有重组质粒的大肠杆菌不具有四环素抗性。6下列关于转基因植物的叙述，正确的是()A转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入其他近缘生物中B转入抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因的增加C动物的生长激素基因转入植物后不能表达D如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题解析：选A转入到油菜的基因，可以通过花粉传入其他近缘生物中；由于植物与害虫间是相互选择的，转抗虫基因植物可使昆虫群体抗性基因频率增加；由于不同生物共用一套遗传密码，所以动物生长激素基因转入植物后也能表达；转基因技术的安全性问题，要通过验证才能得到证实。7某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述错误的是()A获取基因a的限制性核酸内切酶的作用部位是图中的B基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞C连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的D通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状的目的解析：选CDNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用部位都是磷酸二酯键，即图中部位。8人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程如下：下列说法正确的是()A过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、CB要用限制性核酸内切酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起C如果受体细胞是动物细胞，过程可以用农杆菌转入法D参与过程的物质不含有A、U、G、C解析：选B过程是逆转录，利用逆转录酶，合成DNA片段，所以需要的原料是A、T、G、C；过程是目的基因与质粒DNA的重组，需要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起；如果受体细胞是动物细胞，重组基因的导入常用显微注射法，农杆菌转入法多用于植物细胞；过程是基因的表达过程，此过程中的mRNA和tRNA都含有A、U、G、C。9根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有_及平末端。(2)质粒载体用EcoR切割后产生的片段如下：为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。(3)按其作用不同，基因工程中所使用的工具酶主要有_，_。(4)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量反转录产物，常采用_技术。解析：(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后，露出的末端类型为粘性末端和平末端两种。(2)要想用另一种限制性核酸内切酶切割并与之相连接，则需要的限制性核酸内切酶切割后的末端与EcoR切割后的末端一致。(3)基因工程中使用的工具酶主要有限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(4)反转录的模板是RNA，产物是cDNA(或DNA)，可用PCR技术对其扩增。答案：(1)粘性末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的DNA片段末端相同(3)限制性核酸内切酶DNA连接酶(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR10植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因文库含有这种生物的_(填“全部”或“部分”)基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的_。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间实验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。解析：(1)基因文库含有生物的全部基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间实验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。答案：(1)全部(2)筛选耐旱基因(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上11在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)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。请据图回答：(1)A过程需要的酶有_。(2)B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是_。(3)C过程的培养基中除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入_。(4)在D过程中，抗虫基因遗传信息的传递过程是_。解析：(1)将目的基因和质粒结合形成重组质粒的过程需要用同一种限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(2)作为基因工程的载体，必须具备三个条件：在宿主细胞中能稳定保存并能大量复制；有一个至多个限制性核酸内切酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个；有一定的标记基因，便于筛选。题目中能体现的是。(3)由题可知，我们需要的植株是含有抗虫基因的植株，因此要进行筛选，含有抗虫基因的植株也一定含有卡那霉素抗性基因，所以要利用卡那霉素进行筛选。(4)抗虫基因最终要表现出抗虫的性状就必须表达，即通过转录和翻译来实现。答案：(1)限制性核酸内切酶和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)抗虫基因先转录成mRNA，再翻译成蛋白质12.某一质粒载体如图所示，外源DNA分子插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后，与用BamH酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物