第3章 基因工程（填空版） 【清单挖空】 高考生物 核心知识必背

第3章基因工程1.基因工程是指按照____________，进行严格的设计，通过________________技术，赋予生物以________________，创造出____________________________。基因工程是在________________水平上进行设计和施工的，又叫做________________。2.基因工程的诞生（三个理论和三个技术）：基因工程是在____________、____________和____________等学科基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程，具体有____________和____________。理论基础：①______________________________________；②______________________________________；③______________________________________；技术基础：①______________________________________；②______________________________________；③______________________________________。3.理论上的三大发现⑴发现了遗传物质——______1944年，______（O.T.Avery）的肺炎双球菌转化实验⑵揭示了遗传物质的分子机制：________________________1953年，________________________的DNA双螺旋结构模型、半保留复制图，获1958年诺贝尔奖。⑶确立了遗传信息的传递方式：1963年，美国尼伦伯格（M.W.Nirenberg）和马太（H.Matthaei）确立了遗传信息以______形式传递，破译了编码氨基酸的遗传密码(3个核苷酸=1个密码子=1个aa)。（3）技术上的三大突破⑴世界上第一个重组DNA实验：实现______________________________1972年斯坦福大学化学家伯格（P.Berg）借助内切酶和连接酶将猴病毒SV40的DNA和大肠杆菌λ噬菌体的DNA在试管中连接在了一起，第一次成功地实现了__________________。⑵第一个基因克隆实验：________________________，是世界上第一个基因工程实验1973年美国斯坦福大学医学院遗传学家科恩（S.Cohen）将体外构建的____________和__________________的重组质粒导入__________________，获得了具有双抗性的大肠杆菌转化子，成功完成了第一个基因克隆实验是____________诞生的标志。⑶第一个真核基因在原核生物中的表达：__________________________________________。1974年，________________________________将非洲爪蟾编码核糖体基因的DNA片断同pSC101质粒重组，并导入大肠杆菌细胞，结果表明动物基因已进入大肠杆菌并转录出相应的mRNA产物，第一次实现了______________________________。第1节DNA重组技术的基本工具一、DNA基因工程的基本工具1.DNA基因工程至少需要三种工具：“分子手术刀”——________________________；“分子缝合针”——__________________；“分子运输车”——基因进入受体细胞的______。（1）“分子手术刀”——________________________①来源：主要是从____________中分离纯化出来的。②功能：能识别双链DNA分子的某种______的核苷酸序列，且使每一条链中______部位的两个核苷酸之间的____________断开，因此具有______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______。思考：下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图，从图示可以看出，EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是____________，切割位点在______之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是____________，切割位点在______之间。图1说明，EcoRⅠ发挥作用是在________________________________________________，所以产生的是______末端，图2说明SmaⅠ发挥作用_____________________________________________________，所以产生的是______末端。（P71“图3-3”改编）“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：a.相同点：都缝合____________。b.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）DNA连接酶——“分子缝合针”①作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。②种类:种类来源特点E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶(4)“分子运输车”——______①载体具备的条件：a.__________________________________________。b._________________________________________。c._________________________________________。②最常用的载体是______，它是一种裸露的、结构简单的、独立于__________________，并具有__________________的双链______DNA分子。③其它载体：______________________________2.比较与DNA有关的六种酶名称作用部位作用底物作用结果限制酶将DNA切成两个片段DNA连接酶将两个____________连接为一个DNA分子DNA聚合酶或热稳定DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶将DNA片段水解为____________解旋酶将双链DNA分子局部解旋为______，形成两条长链RNA聚合酶将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端二、DNA的粗提取与鉴定1.实验原理:（1）提取DNA的原理：_______________________等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。例如，利用____________________________________这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质；DNA在______________________________，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。（2）鉴定DNA的原理：在一定温度下，DNA遇______试剂会呈现____色，因此____________试剂可以作为鉴定DNA的试剂。2.方法步骤:（1）称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，____________。（2）去除滤液中的杂质。方案一：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取________；方案二：直接将研磨液倒入____________中，在1500r/min的转速下离心5min，再取____________。（3）DNA的析出：方案一：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2～3min，溶液中出现的白色丝状物就是__________________；用玻璃棒__________________，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的______；方案二：将溶液倒入__________________中，在10000r/min的转速下离心5min，弃____________，将__________________晾干。（4）DNA的鉴定：取两支20mL的试管，各加入______的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶解于其中一支试管的NaCl溶液中，再向两支试管中加入4mL的______试剂。混合均匀后，将试管置于______中加热5min，待试管______后，比较两支试管中__________________。3.结果分析与评价：观察提取的DNA的______，如果不是白色状物，说明__________________。二苯胺试剂鉴定呈现______，说明实验基本成功；如果不呈现______，可能原因有所提取的DNA______，或者在实验操作过程中____________等。提示:还原糖加斐林试剂后,置于____________热水中加热;而DNA加二苯胺试剂后,置于______中加热。4.DNA粗提取中的注意事项（1）本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是__________________无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。（2）加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。加入______和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成____________。（3）二苯胺试剂要____________，否则会影响鉴定的效果。（4）提取植物细胞的DNA时，加入的__________________，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是____________。（5）在DNA进一步提纯时，选用____________的作用是溶解杂质和析出DNA。第2节基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：____________、__________________、________________________、________________________。一、目的筛选与获取1.目的基因概念：在基因工程的设计和操作中，用于______________________________的基因就是目的基因。根据不同的需要，目的基因是______的，它主要是指____________的基因,如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。2.筛选合适的目的基因：（1）从__________________的基因中进行筛选是筛选合适的目的基因较为有效的方法之一。______技术的发展，以及__________________等的应用，为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能。（2）获取目的基因方法：①____________目的基因。例如，我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家____________了目的基因。②常用______特异性地快速扩增目的基因。③通过构建____________来获取目的基因。（3）利用PCR获取和扩增目的基因(1)含义：PCR是____________的缩写。它是一项在体外提供参与DNA复制的____________与____________，对目的基因的____________进行大量复制的技术。该技术由______等人于1988年发明。（2）原理：__________________。（3）基本条件：①场所：在一定的____________中进行，其中一般要添加______。②DNA复制的模板：____________。③合成子链的原料：____________。④酶：____________的DNA聚合酶，其作用是__________________。⑤引物：其作用是使____________能够从引物的______端开始连接____________。(4)过程：目的基因DNA____________后解为______，________________________结合；然后以____________为模板，在____________酶作用下进行______,即将4种脱氧核甘酸加到引物的______端，如此重复循环多次。由于延伸后得到的产物又可以作为下一个循环的______，因而每一次循环后目的基因的量可以增加______，即成____________扩增（______,其中n为____________）。每次循环一般可以分为变性、复性和延伸三步：①变性：当温度上升到______℃时，双链DNA______为单链。②复性：当温度下降到______℃左右时，____________通过____________与两条单链DNA结合。③延伸：当温度上升到______℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在__________________的作用下，根据____________原则合成新的DNA链。(5)操作：PCR过程可以在____________中自动完成。(6)鉴定：常采用____________来鉴定PCR的产物。4.获取目的基因的其他方法：在获得转基因产品的过程中，除通过PCR获取目的基因外，还可以通过__________________来获取目的基因。5.从基因工程的目的来看，基因工程操作中要有“目的基因的筛选与获取”这一步的原因是：______________________________________________________________________________。（P176“教师教学用书”）思考：下图为PCR反应原理示意图，图中①表示______，该物质是____________________________________________________________；②表示________________________；dCTP、dATP、dGTP、dTTP的中文名称依次是：________________________________________________________________________；③表示________________________，发生该过程的条件是________________________；④表示__________________________________________，发生该过程的条件是________________________；⑤表示__________________________________________________________________，发生该过程的条件是________________________。二、基因表达载体的构建（核心）1．基因表达载体构建的目的：让目的基因在受体细胞中____________，并且可以____________，同时使目的基因能够____________。2．基因表达载体的组成：一个基因表达载体应含有____________、____________、______、______等。3．基因表达载体的构建过程：首先用一定的______切割载体，使它出现一个切口；然后用_________________________________________切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA____________将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子。思考：1.下图为基因表达载体模式图，图中①表示______，它是一段有__________________的DNA片段，位于基因的______，紧挨__________________，它是RNA聚合酶____________的部位，其作用是__________________，最终表达出人类所需要的蛋白质。有时为了满足应用需要，会在载体中人工构建__________________，当诱导物存在时，可以________________________。②表示______，位于____________，是一段有____________的DNA短片段，其作用是能够___________________________。③表示______基因，其作用是________________________________________________________________，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因。思考：2.在基因工程操作中要有“表达载体的构建”这一步，因为单独的目的基因是__________________。而构建表达载体可以使_______________________________________________________________________________________________。（P177“教师教学用书”）基因表达载体的构建会因__________________________________________而有所差别，不可能是千篇一律的。归纳：启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比比较项目启动子终止子起始密码子终止密码子本质________片段________片段位置__________上游__________上游________首端________尾端功能__________酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA使转录在所需要的地方停下来翻译的起始信号（编码氨基酸）翻译的结束信号（不编码氨基酸）三、将目的基因导入受体细胞1.将目的基因导入植物细胞（1）花粉管通道法：花粉管通道法有多种操作方式。例如，可以用微量注射器将含__________的DNA溶液直接注入_____中；可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在__________上，使目的基因借助__________进入胚囊。（2）农杆菌转化法：①转化：转化是指__________进入受体细胞内，并且在受体细胞内__________的过程。注：此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。②农杆菌的特点：农杆菌能在自然条件下侵染_______________植物，而对大多数_____植物没有侵染能力。农杆菌细胞内含有_____，当它侵染植物细胞后，能将_____上的_______________转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的__________上。③转化过程：如果将目的基因插入__________中，通过农杆菌的_____作用，就可以___________________。2.将目的基因导入动物细胞：将目的基因导入动物__________最常用的一种方法是利用__________直接将目的基因注入动物的_____中,这个_____将发育成为具有_____的动物。3.将目的基因导入微生物细胞：常以__________作为受体细胞，一般先用_____处理受体细胞，使细胞处于一种____________________的生理状态，然后再将重组的_______________导入其中。4.常用的转化方法：①将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是_______________和_______________等。②将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是_______________。此方法的受体细胞多是__________。③将目的基因导入微生物细胞：方法：____________________思考：1.下图为农杆菌转化法示意图，图中①表示_____，②表示_______________的过程，③的名称是_________________________，④表示_______________的过程，⑤表示_______________的过程，⑥表示_________________________，⑦表示_______________的过程，该过程中所用的技术是_______________技术。思考：2.在基因工程操作中要有“目的基因导入受体细胞”这一步，这是因为_______________________________________________________________________________________________。（P177“教师教学用书”）四、目的基因的检测与鉴定1.目的：目的基因的检测与鉴定的目的是判断导入受体细胞后的目的基因____________________________________________。这是基因工程的第四步工作，也是检査_________________________的一步。例如：一个抗虫或抗病的目的基因导入植物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗病特性，需要做____________________实验，以确定______________________________。这属于基因工程操作中的第四步——_____________________________________________________。2.方法：（1）分子生物学水平的检测：通过_____等技术检测受体细胞的__________上是否插入了__________。利用_____技术检测目的基因是否转录出了_____。用相应抗体进行_______________检测目的基因是否翻译成__________等。（2）个体水平的鉴定：除进行分子水平检测外，还需要进行______________________________，例如，通过____________________等判断是否获得了抗性及抗性程度。五、DNA片段的扩增及电泳鉴定1.实验原理（1）DNA片段的扩增：PCR利用了____________________原理，通过调节_____来控制DNA双链的_______________。PCR仪实质上就是一台能够自动调控_____的仪器。一次PCR一般要经历_____次循环。琼脂糖凝胶电泳：DNA分子具有__________的基团，在一定的pH下,这些基团可以带上____________________。在_____的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷_____的电极移动，这个过程就是_____。PCR的产物一般通过_______________来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的_____、DNA分子的_______________等有关。凝胶中的DNA分子通过_____，可以在波长为300nm的_____灯下被检测出来。2.方法步骤（1）移液：用__________器按照配方或PCR试剂盒的说明书，在__________中依次加入各组分。待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖子。（2）离心：将微量离心管放在离心机上，离心约_____s，使反应液集中在管的__________。（3）反应：将装有反应液的微量离心管放入__________中，设置程序进行反应。（4）根据待分离的DNA片段的_____，用_______________配制琼脂糖溶液，一般配制质量分数为__________的琼脂糖溶液，并加入适量的_____染料混匀。（5）将扩增得到的PCR产物与_______________(内含指示剂)混合，再用__________将混合液缓慢注入凝胶的加样孔内。（6）接通电源，根据______________________________来设定电压，一般为_____V/cm。待指示剂前沿迁移接近__________时，停止电泳。（7）电泳结束后，取出凝胶置于_____下观察和照相。3.操作提示（1）为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行__________处理。（2）缓冲液和酶应_____成小份，并在_____℃储存。使用前将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上_____融化。（3）在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都__________。（4）在进行操作时，一定要戴好一次性手套。4.结果分析与评价（1）可以通过在__________下直接观察DNA条带的____________________来评价扩增的结果。（2）如果扩增不成功，可能的原因有：___________________________________________________________________________等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：___________________________________________________________________________等。第3节基因工程的应用一、基因工程在农牧业方面的应用基因工程在农牧业方面的应用主要被广泛用于_______________、__________和_______________等方面。具体来说，其在植物方面应用主要有培育_______________、_______________、_______________以及改良_______________，在动物方面的应用主要有____________________、____________________。1.转基因抗虫植物(1)方法：从某些生物中分离出具有__________的基因，将它导入作物中培育出具有__________的作物。(2)成果：已问世的转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)背景：许多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常规育种的方法很难培育出_______________。(2)方法：科学家将来源于某些____________________物。(3)成果：转基因抗病毒_______________等。3．转基因抗除草剂植物(1)背景：杂草常常危害农业生产，而大多数除草剂不仅能______________，还会________，导致作物减产。(2)方法：将____________________的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。(3)优点：在喷洒除草剂时，______________________________。(4)成果：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4.改良植物的品质：利用转基因技术可以提高植物的_____价值、_____价值等。例如，将____________________的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。我国科学家成功地将与_________________________的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。5.提高动物的生长速率：（1）原理及方法：由于外源生长激素基因的_____可以使转基因动物生长得更快，因此科学家将这类基因导入动物体内，以提高动物的__________。（2）成果：我国科学家将_______________导入鲤鱼,在同等养殖条件下，转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%〜115%。6．改善畜产品的品质：有些人由于_____分泌少,不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为__________。我国约有1/3的成年人对乳糖不耐受。为了解决这一问题，科学家将_______________导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量________，而其他营养成分不受影响。思考：从环境保护角度出发，转基因抗虫水稻与普通水稻相比在害虫防治方面的优越性有：____________________________________________________________。二、基因工程在医药卫生领域的应用（1）对微生物或动植物的细胞进行__________，使它们能够生产药物。这些药物包括___________________________________等，它们可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。我国生产的_______________________________________________________等基因工程药物均已投放市场。利用基因工程技术，让哺乳动物__________。科学家将_______________________________________________________重组在一起，通过__________的方法导入哺乳动物的__________中，由这个__________发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过__________来生产所需要的药物,这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。目前，科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了_____________________________________________等重要的医药产品。构建乳腺生物反应器的过程为：将____________________________________________________________重组在一起，通过__________的方法导入哺乳动物的__________，由此发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过_________________________,这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。基因工程技术还可能使_________________________的设想成为现实。目前，科学家正尝试利用_______________技术对猪的器官进行改造，培育出不会引起__________反应的转基因克隆猪器官。三、基因工程在食品工业方面的应用（1）利用基因工程菌生产食品工业用氨基酸。例如，阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由_________________________形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现__________。（2）利用基因工程菌生产食品工业用酶。例如，奶酪是一种被广泛食用的发酵奶制品。大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的__________。科学家将____________________导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过__________批量生产凝乳酶。另外，加工转化糖浆需要的_____酶，加工烘烤食品要用到的_____酶等也都可以通过构建__________，然后用_____技术大量生产。（3）利用基因工程菌生产食品工业用__________。思考：相比从天然产物中提取的酶，通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产的食品工业用酶的优点是：_____________________________________________。四、其他方面的应用：基因工程使人们__________培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的__________，甚至还能培育出可以_______________的“超级细菌”来处理环境污染,蛋白质工程的原理和应用从基因、蛋白质和性状关系角度，对基因工程的实质可描述为：基因工程是_____________________________________________________________________________。基因工程在原则上只能生产__________的蛋白质。一、蛋白质工程及其崛起的缘由1.蛋白质工程的概念:蛋白质工程是指__________________________________________________________________________________________________________________________________________。目前，蛋白质工程已成为研究_________________________的重要手段，并将广泛应用于医药和其他工农业生产中。2.蛋白质工程崛起的缘由基因工程原则上只能生产__________________________