專題01基因工程-高二生物人教選修三導(dǎo)學(xué)案

課題專題一基因工程課型班級(jí)學(xué)生姓名小組課時(shí)3課前預(yù)習(xí)案明確考點(diǎn)1.重點(diǎn)掌握：基因工程的原理及技術(shù)主干知識(shí)默寫(xiě)3.蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別4.蛋白質(zhì)工程的概念學(xué)習(xí)過(guò)程（課內(nèi)探究案）專題一基因工程一．基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)，賦予生物以，創(chuàng)造出?；蚬こ淌窃谏线M(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做。二．基因工程的原理及技術(shù)原理：基因重組技術(shù)：（一）基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”——（）（1）來(lái)源：主要是從中分離純化出來(lái)的。（2）功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的斷開(kāi)，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：和。2.“分子縫合針”——(1)兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶）的比較：①相同點(diǎn)：都縫合。②區(qū)別：E·coliDNA連接酶來(lái)源于，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)；而T4DNA連接酶能縫合，但連接平末端的之間的效率較。(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車(chē)”——（1）載體具備的條件：①②③（2）最常用的載體是,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有的很小的雙鏈DNA分子。（3）其它載體：(二)基因工程的基本操作程序第一步：1.目的基因是指：。2.獲取方法：①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲?。虎谌斯ず铣桑ǚ崔D(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法）；③PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。（1）原理：（2）過(guò)程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成。第二步：1.目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。2.組成：如圖A：（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的，是識(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因，最終獲得所需的。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。（3）標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程：

(圖A)

第三步、

（1）轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。

（2）常用的轉(zhuǎn)化方法：生物種類植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA→表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵（受精卵）→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動(dòng)物Ca2+處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子3.將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有和等。4.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含有基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。第四步：，方法是采用。，方法是采用用標(biāo)記的目的基因作探針與mRNA雜交。，方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行。的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物是否出現(xiàn)抗蟲(chóng)性狀。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲(chóng)、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物。3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。（四）蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指以作為基礎(chǔ)，通過(guò)，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）1．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由：基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)2．蛋白質(zhì)工程的基本原理：它可以根據(jù)人的需求來(lái)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，又稱為第二代的基因工程。基本途徑：★蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程基因工程實(shí)質(zhì)通過(guò)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，并在受體細(xì)胞中表達(dá)結(jié)果合成自然界不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程專題一基因工程學(xué)案參考答案2.DNA連接酶(1)①磷酸二酯鍵。②大腸桿菌黏性末端兩種末端低(2)單個(gè)核苷酸兩個(gè)DNA片段（1）①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。（2）質(zhì)粒自我復(fù)制能力環(huán)狀（3）噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒(二)第一步：目的基因的獲取編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取；②人工合成（反轉(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法）；③PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。3.（1）DNA雙鏈復(fù)制第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建2.目的基因＋啟動(dòng)子＋終止子＋標(biāo)記基因（1）首端RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出mRNA蛋白質(zhì)（四）蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系基因修飾或基因合成2.從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）課后提升題1．2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學(xué)家。將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來(lái)組成一個(gè)融合基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)就會(huì)帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是()A．追蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過(guò)程B．追蹤目的基因插入到染色體上的位置C．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布D．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)答案：C2．天然的玫瑰沒(méi)有藍(lán)色花，這是由于缺少控制藍(lán)色色素合成的基因B，而開(kāi)藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B?，F(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是()A．提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)的DNA，再擴(kuò)增基因BB．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開(kāi)藍(lán)色花矮牽牛的基因文庫(kù)中獲取基因BC．利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞D．將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞解析：此題考查基因工程及其應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)。獲取目的基因B，可先提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)的DNA，再經(jīng)PCR技術(shù)擴(kuò)增，A正確；基因文庫(kù)構(gòu)建時(shí)是將目的基因與載體連接起來(lái)，形成重組載體，再導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存和擴(kuò)增，提取目的基因時(shí)不需使用限制酶，B錯(cuò)誤；連接目的基因與質(zhì)粒的酶是DNA連接酶，C錯(cuò)誤；將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，不使用大腸桿菌，D錯(cuò)誤。答案：A3.為提高我國(guó)稻米的含鐵量，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)將菜豆的鐵結(jié)合蛋白基因?qū)肓艘粋€(gè)高產(chǎn)粳稻品種中。獲得了高含鐵量轉(zhuǎn)基因水稻株系，下圖為培育過(guò)程。請(qǐng)分析并回答問(wèn)題：(1)獲取重組載體用到的“手術(shù)刀”是________________________________________________________________________。②過(guò)程用________法將重組載體導(dǎo)入愈傷組織細(xì)胞。(2)重組載體中的標(biāo)記基因的作用是________。檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄，需用________作探針。(3)圖中①③④過(guò)程須在________條件下進(jìn)行，培養(yǎng)基中除加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還需添加植物激素，作用是________。(4)過(guò)程④除了用秋水仙素或低溫誘導(dǎo)來(lái)處理，還可以采用________技術(shù)，該技術(shù)常用的誘導(dǎo)劑是________。答案：(1)限制性核酸內(nèi)切酶農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化(2)檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞同位素標(biāo)記的鐵結(jié)合蛋白基因(3)無(wú)菌促進(jìn)細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)、分化(4)植物體細(xì)胞雜交聚乙二醇4．下圖是利用基因工程方法培育抗蟲(chóng)棉的過(guò)程。請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：((((((((((((((((((((((((1)從蘇云金芽孢桿菌的DNA上獲取抗蟲(chóng)基因，需要用到的工具是________，此工具主要是從________生物中分離純化出來(lái)的，它能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的________鍵斷開(kāi)。(2)構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)，常用Ti質(zhì)粒作為載體，是因?yàn)門(mén)i質(zhì)粒上具有________，它能把目的基因整合到受體細(xì)胞________。(3)E過(guò)程是利用________技術(shù)完成的，要確定抗蟲(chóng)基因?qū)朊藁?xì)胞后，是否賦予了棉花抗蟲(chóng)特性，在個(gè)體水平上還需要做________實(shí)驗(yàn)。(4)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，除采用上圖中的方法外，還可采用________法和花粉管通道法。答案：(1)限制酶原核磷酸二酯(2)TDNA染色體DNA(3)植物組織培養(yǎng)抗蟲(chóng)的接種(4)基因槍5．下圖為利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的技術(shù)流程圖。請(qǐng)據(jù)圖回答：(1)圖中A為_(kāi)_______，在構(gòu)建該結(jié)構(gòu)時(shí)，Bt毒蛋白基因與Ti質(zhì)粒結(jié)合的部位是________。(2)①過(guò)程是________________，利用農(nóng)桿菌的優(yōu)點(diǎn)在于________________。(3)③過(guò)程為_(kāi)_______，包括________和________過(guò)程。解析：基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心內(nèi)容。質(zhì)粒上插入目的基因的位置是在TDNA片段內(nèi)。農(nóng)桿菌可以感染受傷的植物細(xì)胞，通過(guò)基因轉(zhuǎn)化把TDNA上的外源基因?qū)胫参锛?xì)胞并整合到受體細(xì)胞核基因組上。植物組織培養(yǎng)主要包括脫分化和再分化兩個(gè)過(guò)程。答案：(1)基因表達(dá)載體TDNA片段內(nèi)(2)將基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)移到農(nóng)桿菌細(xì)胞內(nèi)農(nóng)桿菌可以感染受傷的植物細(xì)胞，通過(guò)基因轉(zhuǎn)化把TDNA上的外源基因?qū)胫参锛?xì)胞并整合到受體細(xì)胞核基因上(3)植物組織培養(yǎng)脫分化再分化6．轉(zhuǎn)基因生物可作為生物反應(yīng)器，用來(lái)生產(chǎn)人們所需的藥用蛋白，如激素、抗體、疫苗、酶等，甲圖是通過(guò)生物工程培育能產(chǎn)生人胰島素的煙草的過(guò)程。(1)構(gòu)建表達(dá)載體的A過(guò)程中，可選用不同限制酶，如乙圖所示過(guò)程，采用EcoRⅠ和EcoRV酶切含有目的基因的DNA和質(zhì)粒，這樣可以防止酶切產(chǎn)物在加入DNA連接酶后，出現(xiàn)________________________________________________________________________；若在圖中只使用一種DNA連接酶，應(yīng)選用________(填“E·coliDNA連接酶”或“T4DNA連接酶”)。(2)D過(guò)程采用的方法是________，如受體細(xì)胞是單子葉植物體細(xì)胞一般不采用該方法，原因是________________________________________________________________________；E過(guò)程體現(xiàn)的生物學(xué)原理是________。(3)如果利用DNA分子雜交原理對(duì)再生植株進(jìn)行檢測(cè)，F(xiàn)過(guò)程應(yīng)該用________________________________________________________________________作為探針。答案：(1)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化T4DNA連接酶(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法單子葉植物傷口處細(xì)胞不分泌酚類物質(zhì)，不能吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞(或大多數(shù)農(nóng)桿菌對(duì)單子葉植物沒(méi)有感染能力)細(xì)胞全能性(3)放射性同位素標(biāo)記的人胰島素基因7.（10分）在培育轉(zhuǎn)基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作為標(biāo)記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細(xì)胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基