【步步高】高考生物一轮(回扣基础+核心突破+命题探究)10.37基因工程名师精编教学案新人教版

1、名校名 推荐【步步高】 2014 届高考生物一轮（回扣基础+核心突破 +命题探究）10.37 基因工程教学案新人教版1 涵盖范围本单元包括选修3 全部内容基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题以及生态工程。2 考情分析(1) 考查力度：占分比重相对稳定，如山东理综只出一个8 分的简答题。(2) 考查内容基因工程中三种工具。基因工程操作四步曲。基因工程成果转基因生物实例及安全性讨论。细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。核移植技术。胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。干细胞的研究。(3) 考查形式有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选

2、择题。有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。3 复习指导(1) 复习线索以基因工程的具体成果( 如抗虫棉 ) 为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。(2) 复习方法图解法复习基因工程和胚胎工程。比较法复习植物组织培养和动物细胞培养； 植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。关注热点科研成果，注意知识的实践应用。第 37 讲 基因工程 考纲要求 1. 基因工程的诞生 ( ) 。2. 基因工程的原理及技术 ( ) 。3. 基因工程的应用

3、( ) 。 4. 蛋白质工程 ( ) 。考点一聚焦基因工程的概念及基本工具1名校名 推荐1 分析基因工程的概念(1) 供体：提供目的基因。(2) 操作环境：体外。(3) 操作水平：分子水平。(4) 原理：基因重组。(5) 受体：表达目的基因。(6) 本质：性状在受体体内表达。(7) 优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。2 基因工程的基本工具( 判一判 )(1) 限制酶只能用于切割目的基因()(2) 限制酶切割 dna分子具有特异性()(3) 限制酶切割 dna分子后可产生黏性末端和平末端两种类型()(4)dna 连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来()(5) ecoli

4、dna 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端()(6) 质粒是小型环状 dna分子，是基因工程常用的载体()(7) 载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达()易错警示巧辨基因工程操作工具的8 个易错点(1) 限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2) 限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3) 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从 dna分子上切割下来，需要切两处，同时产生4 个黏性末端。(5)不同 dna分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个dna分子用不同的限制

5、酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是 dna分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有 3 种工具，但工具酶只有2 种。1 如图所示为部分双链dna片段，下列有关基因工程中工具酶2名校名 推荐功能的叙述错误的是()a切断 a 处的酶为限制酶b连接 a 处的酶为dna连接酶c切断 b 处的酶为dna解旋酶d连接 b 处的酶为rna聚合酶答案d解析限制酶能识别特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割dna分子

6、，通常形成黏性末端， 即能切割dna链外侧的磷酸二酯键( 图中的 a 处 ) ，内侧碱基对之间的氢键(b 处 ) 可通过dna解旋酶水解。dna连接酶将切断的磷酸二酯键进行连接，即图中的a处。 rna聚合酶的作用是催化dna的转录。2 限 制 酶mun 和 限 制 酶ecor 的 识 别 序 列 及 切 割 位 点 分 别 是 caattg 和gaattc。 如图表示四种质粒和目的基因，其中， 箭头所指部位为限制酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是()答案a解析 由图可知， 质粒 b 上无标记基因， 不适合作为载体； 质粒 c 和 d 的标记基因上都有限制

7、酶的识别位点；只有质粒 a 上既有标记基因，且 mun的切割位点不在标记基因上。1 与 dna有关的酶(1) 五种相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶dna分子磷酸二酯键黏性末端或平末端dna连接酶dna片段磷酸二酯键重组 dna分子dna聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代 dnadna解旋酶dna分子碱基对间形成脱氧核苷酸单链的氢键dna(水解 ) 酶dna分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸(2) 限制酶和 dna连接酶之间的关系图示2 对载体的分析条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大3名校名 推荐有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组dna的

8、鉴定和选择考点二基因工程的操作步骤观察基因工程的操作过程，分析每一步骤的操作程序从基因文库中获取(1) 获取目的基因 利用 pcr技术扩增通过化学方法人工合成目的基因启动子(2)基因表达载体的构建组成终止子标记基因植物：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法(3)将目的基因导入受体细胞方法动物：显微注射技术微生物：感受态细胞法4名校名 推荐利用 dna分子杂交技术检测目的基因的有无利用分子杂交技术检测目的基因的转录(4)目的基因的检测与鉴定利用抗原抗体杂交技术检测目的基因的翻译利用个体生物学水平的鉴定检测重组性状的表达易错警示基因工程操作的8 个易错点(1) 目的基因的插入位点不是随意的基因表达

9、需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(2) 基因工程操作过程中只有第三步 ( 将目的基因导入受体细胞 ) 没有碱基互补配对现象第一步存在逆转录法获得 dna，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。(3) 原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。(4) 一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。(5) 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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受

10、体细胞染色体基因组中。(6) 不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因( 表达产物为带颜色的物质 ) 等。(7) 对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞( 经组织培养 ) 、动物受精卵 ( 一般不用体细胞 ) 、微生物 ( 大肠杆菌、 酵母菌 ) 等。要合成糖蛋白、 有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌 ( 需内质网、高尔基体的加工、分泌 ) ；一般不用支原体，原因是它营寄生生活； 一定不能用哺乳动物成熟的红细胞， 原因是它无细胞核， 不能合成蛋白质。(8) 还应注意的问题有：基因表达载体中，启动子 (dna

11、片段 ) 起始密码子 (rna)；终止子 (dna片段 ) 终止密码子 (rna)。基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。3 下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是()a用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端b以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同c检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功5名校名 推荐d用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接答案a解析 一种氨基酸可以由多种密码子控制，因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同； 只有目的基因表达， 使受体表现出目标性状或获得目标产物才

12、标志着基因工程操作的成功； 抗生素抗性基因作为标记基因，用于检测目的基因是否导入受体细胞。4 浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现，一种植物激素油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后，许多参与农药降解的基因( 如 p450基因和红霉素抗性基因 ) 的表达和酶活性都得到提高，在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质，有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下的实验操作，请回答下列问题：(1) 获得油菜素内酯合成酶基因的方法有 _ 。步骤 用 pcr 技 术 扩 增 基 因 时 用 到 的 耐 高 温 酶 通 常 是 指_；步骤用

13、到的酶有_ _ 。(2) 图 中 导 入 重 组 质 粒 的 方 法 是 _ ， 在 导 入 之 前 应 用 一 定 浓 度 的_ 处理受体细菌。(3)导入重组质粒 2 以后，往往还需要进行检测和筛选，可用_ 制成探针，检测是否导入了重组基因，在培养基中加入_ 可将含有目的基因的细胞筛选出来。(4)请你为该课题命名：_ 。答案 (1)从 cdna文库中获取、 从基因组文库中获取、人工合成目的基因或 pcr扩增技术 ( 任选其中两项即可) taqdna聚合酶限制酶和 dna连接酶( 2) 转化法氯化钙溶液(3)红霉素抗性基因红霉素(4) 探究油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解解析进行基因工程操作

14、时，首先要获取目的基因，其方法有多种：从cdna文库中获取、从基因组文库中获取、人工合成目的基因或pcr扩增技术等。 在构建基因表达载体的过程中， 用到的工具酶有限制酶和dna连接酶。 图中的受体细胞是细菌，故用转化法导入基因表达载体， 导入后，需检验和筛选。 从图中可以看出，最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力。6名校名 推荐1 获取目的基因从基因组文库中获取：即用限制酶进行切割、分离(1) 直 接分离 从 cdna文库中获取：即利用 mrna反转录形成利用 pcr扩增技术：获取大量目的基因(2) 人工化学合成：适用于分子较小的基因。2 基因表达载体的构建基因工程的核

15、心(1) 目的：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。目的基因启动子：为 rna聚合酶识别和结合的部位，驱动转录 mrna(2)基因表达载体组成 终止子：使转录终止的一段有特殊结构的 dna 短片段标记基因：为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因(3) 构建过程3 将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细 胞将目的基因插入到ti 质将含有目的基因的表达ca2 处理细胞感受态粒的 t-dna 上农杆菌载体提纯取卵 ( 受精细胞重组表达载体dna转化过程导入植物细胞整合卵) 显

16、微注射受精卵分子与感受态细胞混合到受体细胞的 dna上发育获得具有新性状感受态细胞吸收dna表达的动物分子4 目的基因的检测与鉴定7名校名 推荐考点三关注基因工程的应用和蛋白质工程1 基因工程的应用( 判一判 )(1) 我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt 毒蛋白基因()(2) 利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( )(3) 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()(4) 为 培育 抗除 草剂 的作 物 新品 种，导 入抗 除草 剂基因 时 只能 以受 精卵 为 受体()(5) 目前，植物基因工程技术主要应

17、用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作器官移植的供体( )(6) 基因工程药物主要来源于转基因动物生产()(7) 基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的( )2 蛋白质工程(1) 概念理解基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。操作：基因修饰或基因合成。结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。目的：满足人类的生产和生活的需求。(2) 操作过程：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 ) 基因表达产生需要的蛋白质。易错警示 (1) 有关基因工程应用的易错点：动

18、物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。 dna 分子作探针进行检测时应检测单链，即8名校名 推荐将待测双链 dna分子打开。 bt 毒蛋白基因控制合成的bt毒蛋白并无 毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体， 个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。基因治疗后，缺陷基因没有改变。基因治疗是 把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。(2) 有关蛋白质工程的易错点：对蛋白质分子进行

19、改造， 其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因， 是基因工程的发展与延续。 蛋白质工程与 dna分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和dna连接酶。5 科学家利用基因工程技术可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。请回答有关问题：(1) 将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子、 终止子和 _等重组在一起，就可构建基因表达载体，再通过 _ _技术即可导入受精卵中。(2)

20、 制备乳腺生物反应器的过程中，目的基因的受体细胞为_ ，性染色体组成为 _。(3) 为确定受体细胞中染色体的dna上是否插入了目的基因，可利用_技术进行检测，一般是用放射性同位素标记_ 作探针。(4) 转化成功的受精卵发育成胚胎需要进行体外培养，在培养液中要加入_等天然成分。答案 (1)标记基因显微注射(2) 受精卵 xx (3)dna分子杂交含有目的基因的dna片段(4) 血清解析 基因表达载体的组成，除了目的基因，还必须有启动子、终止子及标记基因。显微注射技术是转基因动物操作中采用最多、也最有效的方法。 制备乳腺生物反应器的过程中，子代个体须有乳房，所以受体为雌性，其性染色体组成为xx。将

21、含有目的基因的 dna片段用放射性同位素标记作探针， 用 dna分子杂交技术可检测目的基因是否成功插入了受体细胞染色体的 dna上。6 胰岛素可以用于治疗糖尿病， 但是胰岛素被注射到人体后， 会堆积在皮下， 要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1) 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是9名校名 推荐_ 。(2) 通 过 dna 合 成 形 成 的 新 基 因 应 与 _ 结 合 后 转 移 到_ 中才能得到准确表达。(3) 若 要 利 用 大 肠

22、 杆 菌 生 产 速 效 胰 岛 素 ， 需 用 到 的 生 物 工 程 有 _ 、_ 和发酵工程。(4) 图 中 从 胰 岛 素 模 型 到 新 的 胰 岛 素 基 因 合 成 的 基 本 思 路 是 什 么 ？_ 。答案(1)蛋白质的预期功能(2) 载体 大肠杆菌等受体细胞(3) 蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用 dna合成仪合成出新的胰岛素基因解析(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计， 因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。 (2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。 (3) 利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基