高中生物 基因工程导学案 中途版选修3.doc

2014高中生物 基因工程导学案 中途版选修3一、基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术、dna重组技术、转基因技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平dna分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果符合人类需要的新的生物类型和生物产品二、dna重组技术的基本工具1、分子手术刀限制性核酸内切酶，又称限制酶 （1）来源：这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的；（2）作用特点：能够识别双链dna分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。（3）dna分子经限制酶切割产生的dna片段，末端通常有两种形式，即 和 。例题1 下列关于限制酶的说法正确的是（ ）a、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少 b、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列c、不同的限制酶切割dna后都会形成黏性末端 d、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键2、分子缝合针dna连接酶（1）可把限制酶切下来的dna片段拼接成新的dna分子，即恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（2）根据dna连接酶的来源不同，可以将它分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为dna连接酶。dna连接酶只能将双链dna片段黏性末端连接起来，不能将双链dna片段平末端之间进行连接。另一类是从t4噬菌体中分离出来的，称为t4dna连接酶。t4dna连接酶既可以“缝合”双链dna片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链dna片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低。例题2依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是 （ ）a切断a处的酶为限制核酸性内切酶 b连接a处的酶为dna连接酶c切断b处的酶为解旋酶 d切断b处的为限制性内切酶要将目的基因与载体连接起来，在基因操作上应选用()a只需dna连接酶 b同一种限制酶和dna连接酶c只需限制酶 d不同的限制酶与dna连接酶【解析】要将目的基因与载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和载体，两者暴露出相同的黏性末端，用dna连接酶连接时，碱基之间才会按碱基互补配对形成氢键，相邻两个脱氧核苷酸之间在dna连接酶的作用下形成磷酸二酯键。如图表示限制性内切酶切割某dna分子的过 程，下列有关叙述，不正确的是()a该限制酶能识别的碱基序列是gaattc，切点在g和a之间b用此酶切割含有目的基因的片段时，必须用相应的限制酶切割运载体，以产生与目的基因相同的黏性末端c要把目的基因与运载体“缝合”起来，要用到基因工程的另一个工具dna聚合酶d限制酶切割dna分子时，是破坏了同一条链上相邻脱氧核苷酸之间的化学键而不是两条链上互补配对的碱基之间的氢键【解析】由图示可知，该限制酶识别的碱基序列是gaattc，切点在g和a之间；要获得重组dna分子，必须用同一种限制酶切割运载体，得到相同的黏性末端，将目的基因与运载体“缝合”起来的是dna连接酶，而不是dna聚合酶。限制酶切割的是同一条链上相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。3、分子运输车基因进入受体细胞的载体（1）基因操作过程中使用载体两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制，或整合到染色体dna上，随染色体dna进行同步复制。（2）常用的载体是质粒，它是独立于细菌拟核dna之外的很小双链环状环状dna，（3）其它载体还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。（4）作为载体必须具备以下条件：能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。下列关于质粒的叙述，正确的是（ ）a、质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器b、质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链dna分子c、质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制d、细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用（ ）a、促使目的基因导入宿主细胞中 b、促使目的基因在宿主细胞中复制c、使目的基因容易被检测和选择 d、使目的基因容易成功表达三、基因工程的基本操作程序 目的基因的获取：1目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的。2获取目的基因的方法 (1)从基因文库中根据基因的有关信息获取目的基因基因文库：将含有某种生物不同基因的许多，导人受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因组文库：含有一种生物的 基因种类cdna文库：含有一种生物的基因 (2)利用pcr技术扩增目的基因。pcr：是一项在生物体外特定dna片段的核酸合成技术。条件：已知目的基因的序列，以便根据这一序列合成 。过程：目的基因dna受热形成，与结合，然后在_的作用下进行延伸形成dna。方式：指数扩增=2n(n为扩增循环的次数)(3)人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。pcr技术扩增dna，需要的条件是（）目的基因atp四种脱氧核苷酸dna聚合酶等mrna核糖体a、 b、 c、 d、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是( ) 从基因文库中获取目的基因 利用pcr技术扩增目的基因 反转录法 通过dna合成仪利用化学方法人工合成a b c d 基因表达载体的构建(1)表达载体的组成：目的基因+标记基因等。(2)启动子：位于基因的，它是结合的部位，驱动基因转录产生mrna。(3)终止子：位于基因的，终止。表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且给下一代；使目的基因_和发挥作用。标记基因：受体细胞是否含有目的基因。下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是（ ）a、需要限制酶和dna连接酶 b、必须在细胞内进行c、抗生素抗性基因可作为标记基因 d、启动子位于基因的首端要将目的基因与载体连接起来，在基因操作上应选用()a只需dna连接酶 b同一种限制酶和dna连接酶c只需限制酶 d不同的限制酶与dna连接酶【解析】要将目的基因与载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和载体，两者暴露出相同的黏性末端，用dna连接酶连接时，碱基之间才会按碱基互补配对形成氢键，相邻两个脱氧核苷酸之间在dna连接酶的作用下形成磷酸二酯键。 将目的基因导入受体细胞1、转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和 表达过程。2、方法(1) 将目的基因导入植物细胞： 受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞. 农杆菌转化法： 农杆菌特点：易感染双子叶植物和裸子植物，对_植物没有感染力；ti质粒的可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。转化：目的基因插人ti质粒的t-dna农杆菌导入植物细胞目的基因整合到植物细胞染色体上目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。基因枪法: 基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。 花粉管通道法: 花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我的的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）(2) 将目的基因导入动物细胞 ： 受体细胞是受精卵（或者重组细胞） 注射技术。操作程序：目的基因表达载体取卵(受精卵) 显微注射注射了目的基因的受精卵移植到_性动物的_内发育新性状动物。将目的基因导人微生物细胞 受体细胞一般是大肠杆菌细胞 原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。 转化： 处理细胞细胞表达载体与感受态细胞混合 _细胞吸收dna分子。例3采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是( )将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列，与质粒重组，导人细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的dna序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵 a、 b、 c、 d、目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是()a苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达b抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去c标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因d转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫 目的基因的检测与鉴定 1检测 (1) 检测转基因生物染色体的dna是否插入。方法是dna分子杂交技术，用标记的目的基因作探针与基因组dna杂交。 (2) 检测目的基因是否转录。方法是分子杂交技术，用标记的目的基因作探针与mrna杂交。 检测目的基因是否翻译成。方法是抗原-抗体杂交，用相应的抗体与从转基因生物中提取的蛋白质作用。2个体生物学水平鉴定：活性鉴定、抗病鉴定等。用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是( )a.通过害虫吃棉叶看其是否死亡b.转基因生物基因组dna与dna探针能否形成杂交带c.转基因生物中提取的mrna与dna探针能否形成杂交带d.转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，有关的叙述中错误的是（ ）a、基因工程的核心是基因表达载体的构建b、可以利用人的皮肤细胞来完成过程c、过程必需的酶是逆转录酶，过程必需的酶是解旋酶d、在利用ab获得c的过程中，必须用同一种限制性内切酶切割a和b，使它们产生相同的黏性末端在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是（ ）一个表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子；有了启动子才能驱动基因转录出mrna；终止子的作用是使转录在所需要的地方停止；所有基因表达载体的构建是完全相同的a、 b、 c、 d、四、基因工程的应用植物基因工程硕果累累1.抗虫转基因植物（1）杀虫基因种类：bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。（2）成果：抗虫植物，如棉、玉米、马铃薯和番茄等。2.抗病转基因植物（1）植物的病原微生物：病毒、真菌和细菌等。（2）抗病基因种类抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因。抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因。成果：烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、辣椒和番茄等。3.其他抗逆转基因植物（1）抗逆基因：调节细胞渗透压的基因，使作物抗盐碱、抗干旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。（2）成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。4.利用转基因改良植物的品质（1）优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。（2）成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是（ ）a、抗病毒转基因植物，可以抵抗所有病毒b、抗病毒转基因植物，对病毒的抗性具有局限性或特异性c、抗病毒转基因植物可以抗害虫d、抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异 动物基因工程前景广阔1.用于提高动物生长速度（1）生长基因：外源生长激素基因。（2）成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。2.用于改善畜产品的品质（1）优良基因：肠乳糖酶基因。（2）成果：转基因牛乳糖含量少。3.用转基因动物生产药物（1）基因来源：药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子等。（2）成果：乳腺生物反应器。 利用基因工程实现动物乳腺生物反应器的操作过程大致归纳为：获取目的基因构建基因表达载体显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。4.用转基因动物作器官移植的供体（1）器官供体：抑制或除去抗原决定基因。（2）成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是（ ）该技术将导致定向变异；dna连接酶把目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来；蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料；受精卵是理想的受体a、 b、 c、 d、 基因工程药物异军突1、来源：转基因 工程菌 。工程菌：用 转基因 的方法，使 目的基因 得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。2、成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。下列不属于利用基因工程技术制取的药物是()a.从大肠杆菌体内制取白细胞介素b.在酵母菌体内获得干扰素c.在青霉菌内获取青霉素d.在大肠杆菌内获取胰岛素 基因治疗1、概念：把 导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。基因治疗可分为 和 两种方法。2、成果：将腺苷脱氢酶基因导入患者的淋巴细胞。基因治疗是指（ ）a、把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的b、对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的c、运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常d、运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的五、蛋白质工程的崛起 蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产生的 ，从而产生新性状。基因工程在原则上只能生产 的蛋白质。2蛋白质工程目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的 。科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸变成