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2012届高三生物第一轮复习教学一体案(选修3) 基因工程


2012 届高三生物第一轮复习教学一体案(选修 3)

省丹中

选修模块Ⅲ 选修模块Ⅲ 专题 1
一、知识提纲: 知识提纲: 考点一:基因工程的 工程的概念及基本工具 考点一:基因工程的概念及基本工具

现代生物科技专题

基因工程——第一课时 基因工程——第一课时 工程——

1、基因工程的概念:是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外 DNA 重组和转基因技术,赋予生物 体外 重组和转基因技术, 以新的遗传特性 新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在 DNA 分子水平 分子水平上进行设 新的遗传特性 更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 计和施工的,又叫做 DNA 重组技术 重组技术。 a、操作环境:体外;操作水平:分子水平 b、优点:与杂交育种相比是克服了远缘杂交不亲和的障碍 克服了远缘杂交不亲和的障碍;与诱变育种相比是定向改造 定向改造生物的性状。 克服了远缘杂交不亲和的障碍 定向改造 c、原理:基因重组 基因重组 d、本质:甲(供体:提供目的基因)导入 乙(受体:表达目的基因) ,即基因未变,合成蛋白质未变 基因未变, 基因未变 合成蛋白质未变,只 是合成场所的转移。 2、操作基本工具: (1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶) 限制性核酸内切酶( 限制性核酸内切酶 限制酶) a、来源:主要是从原核生物 原核生物中分离纯化出来的。化学本质:蛋白质 蛋白质。作用:催化作用 催化作用。 原核生物 蛋白质 催化作用 特定部位的两个核苷酸之间 b、功能:能够识别双链 DNA 分子的某种特定 特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定 特定 特定 的磷酸二酯键(切割的化学键)断开,因此具有专一 磷酸二酯键( 专一性。 磷酸二酯键 切割的化学键) 专一 c、结果:经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式:黏性末端 平末端。 黏性末端和平末端 黏性末端 平末端 注:限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸。 (2)“分子缝合针”——DNA 连接酶 DNA a、两种 DNA 连接酶(E·coliDNA 连接酶和 T4-DNA 连接酶)的比较: ①相同点:都缝合磷酸二酯 磷酸二酯键。 磷酸二酯 ②区别:E·coliDNA 连接酶来源于 T4 噬菌体,只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端 噬菌体 黏性末端之间的磷酸二酯键连接 黏性末端 起来;而 T4DNA 连接酶能缝合两种末端 两种末端,但连接平末端的之间的效率较低。 两种末端 低 b、与 DNA 聚合酶作用的异同: DNA 聚合酶(需要模板)只能将单个核苷酸 单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端。 单个核苷酸 DNA 连接酶(不需要模板)是连接两个 DNA 片段 片段的末端。共同点(实质):形成磷酸二酯键 磷酸二酯键。 两 磷酸二酯键 (3)“分子运输车”——运载体 运 a、载体具备的条件:①能在受体细胞中复制并稳定保存 能在受体细胞中复制并稳定保存。 能在受体细胞中复制并稳定保存 ②具有一至多个限制酶切点,供外源 DNA 片段插入 具有一至多个限制酶切点, 片段插入。 具有一至多个限制酶切点 ③具有标记基因,供重组 DNA 的鉴定和选择 具有标记基因, 的鉴定和选择。 具有标记基因 b、最常用的载体是质粒 质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双 裸露的、 细菌染色体之外, 自我复制能力的双 质粒 裸露的 结构简单的、独立于细菌染色体之外 并具有自我复制能力 小型环状 分子(不是细胞器) 链小型环状 DNA 分子(不是细胞器)。它既可在自身细胞、受体细胞内,也可在体外进行自我复制。 c、其它载体: λ噬菌体的衍生物、动植物病毒 噬菌体的衍生物、 d、作用:将目的基因导入受体细胞。 注:真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 考点二:基因工程的基本 工程的基本操作程序 考点二:基因工程的基本操作程序 第一步:目的基因的获取 目的基因的获取 1.目的基因是指:编码蛋白质的结构基因(主要有抗性基因、优质基因、药物基因、毒物降解基因、酶基因 编码蛋白质的结构基因( 编码蛋白质的结构基因 等)、具有调控作用的因子。 2.原核基因采取直接分离 直接分离获得: 可从自然界中已有的物种中分离出来, 如从基因组文库或 cDNA 文库中获取。 直接分离 (注:基因文库不是直接保管相应基因,而是保存受体菌,在受体菌中含有相应的目的基因。 ) 真核基因是采取人工合成 人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法 化学合成法 反转录法_和化学合成法 人工合成 反转录法 化学合成法_。 3.PCR 技术扩增目的基因(在生物体外:PCR 扩增仪) (1)原理:DNA 双链复制 四种游离的脱氧核苷酸;条件:模板、原料、酶、引物、ATP 模板、 引物、 DNA 双链复制;原料:四种游离的脱氧核苷酸 四种游离的脱氧核苷酸 模板 原料、

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(2)过程:第一步变性 变性:加热至 90~95℃DNA 解链 复性或退火:冷却到 55~60℃, 变性 DNA 解链(不需要解旋酶);第二步复性 复性 引物( 引物, 引物) 延伸:加热 引物(两种 DNA 引物,注意区别在生物体内 DNA 复制时为 RNA 引物)结合到互补 DNA 链;第三步延伸 延伸 至 70~75℃,热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶)从引物起始互补链的合成 聚合酶(Taq 从引物起始互补链的合成。 热稳定 n (3)结果:在短时间内形成大量的 DNA 片段(2 )。 第二步:基因表达载体的构建(最核心步骤,在体外进行) 基因表达载体的构建 最核心步骤,在体外进行) 基因表达载体的构 1.目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在 稳定存在,并且可以遗传至下一代 遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用 表达和发挥作用。 稳定存在 遗传至下一代 表达和发挥作用 2.组成:目的基因 启动子 终止子 标记基因 目的基因+启动子 终止子+标记基因 目的基因 启动子+终止子 首端,是 RNA 聚合酶 聚合酶识别和结合的部位,能驱动 (1)启动子:是一段有特殊结构的 DNA 片段 片段,位于基因的首端 首端 基因转录出 mRNA 蛋白质。(启动子≠起始密码子) 转录出 mRNA,最终获得所需的蛋白质 蛋白质 (2)终止子:也是一段有特殊结构的 DNA 片段 ,位于基因的尾端 尾端。(终止子≠终止密码子) 尾端 (3)标记基因的作用:利于目的基因的鉴定和筛选 目的基因的 抗生素基因。 目的基因 鉴定和筛选。常用的标记基因是抗生素基因 抗生素基因 第三步:将目的基因导入受体细胞_(不涉及碱基互补配对) 将目的基因导入受体细胞_ 1.转化的概念:是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。 是目的基因进入受体细胞内, 是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。 2.常用的转化方法: 将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是 农杆菌转化法 农杆菌转化法(感染双子叶植物和裸子植物,见教材 P12 图 1 -11),其次还有 基因枪法 基因枪法(单子叶植物常用)和 花粉管通道法 花粉管通道法(我国的转基 因抗虫棉)等。 受精卵。 将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是 显微注射技术 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵 将目的基因导入微生物细胞:原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 , 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ,其转化方法是:先用 Ca2+ 处理细胞,使其 成为 感受态细胞 ,再将 重组表达载体 DNA 分子 溶于缓冲液中与感受态细 胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收 DNA 分子,完成转化过程。 3.重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞 含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达 标记基因是否表达。 含有基因表达载体受体细胞 标记基因是否表达 第四步:目的基因的检测和表达 目的基因的检测和表达 1.首先要检测 转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因 上是否插入了目的基因,方法是采用 DNA 分子杂交技术 分子杂交技术。 2.其次还要检测 目的基因是否转录出了 mRNA mRNA,方法是采用 用标记的目的基因作探针与 mRNA 杂交 用标记的目的基因作探针与 杂交。 蛋白质,用相应的 抗体 抗体进行抗原- 抗原- 3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质 目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取 蛋白质 抗原 抗体杂交。 抗体杂交 4.有时还需进行 个体生物学水平 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状,需要做抗虫或抗病的接种 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状, 实验,以确定是否具有抗性以及抗性的程度。 实验,以确定是否具有抗性以及抗性的程度 二、默写提纲(略) 默写提纲( 三、典例剖析: 典例剖析: 下图表示利用基因工程培育抗虫棉过程,请据图回答下列有关问题:

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(1)图中①步骤在基因工程中称为 。需用到的两种工具酶分别是 和 。 基因,其作用是 。 (2)质粒上的两种抗性基因称为 (3)图中的重组质粒在组成上除了目的基因外,还必须有 、 和 。 (4)为使图中②过程更易进行,可用 处理大肠杆菌。 (5)Ti 质粒是农杆菌中的一种质粒,其上有 T-DNA,把目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA,是利用 T-DNA 可转 移至受体细胞并且整合到 的特点。 (6)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是— ↓GATC—,限制酶Ⅱ识别序列和切点是—G↓GATCC—,那么在① 过程中,应用限制酶 切割质粒,用限制酶 切割抗虫基因。 (7)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上,若能够生长说明已导入了普通质粒或 重组质粒,反之则说明没有导入。 (8)在抗虫棉培育过程中,将目的基因导入棉花受体细胞采用最多的方法是 。 。 (9)④过程中的受体细胞如果采用愈伤组织细胞,与采用根细胞相比较,其优点是 (10)⑤过程所用的现代生物技术称为 ,从遗传学角度来看,根据细胞通过⑤过程, 能形成棉植株的根本原因是根细胞具有 。 (11)要确定抗虫基因导入后,是否能稳定遗传并表达,需进行检测和检定工作,则在个体水平上的鉴定过 程可简述为: 。 经筛选分析,该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的 DNA 片段,因此可以把它看作是杂合子。理论上,该 。 转基因植株自交产生的 F1 代中,仍具有抗虫特性的植株占总数的 四、巩固训练: 巩固训练: 训练 1.下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是 ( ) 供体 A B 质粒 提供目的基 因的生物 提供目的基 因的生物 大肠杆菌等 剪刀 限制性内切酶 DNA连接酶 针线 DNA连接酶 限制性内 切酶 DNA连接酶 限制性内 切酶 运载体 提供目的基因的生物 质粒 受体 大肠杆菌等 大肠杆菌等

C

限制性内切酶

质粒

大肠杆菌等

D

DNA连接酶

提供目的基因的生物

质粒

2.目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过鉴定和检测才能知道。下列 属于目的基因检测和鉴定的是 ( ) ①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录信使 RNA ④检 测目的基因是否翻译蛋白质 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④ 3.科学家已经能够通过基因工程的方法,能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述 错误的是 ( ) A.采用反转录的方法得到的目的基因有启动子、终止子 B.用同种限制酶处理质粒和含目的基因的 DNA,可产生相同的黏性末端而形成重组 DNA 分子 C.番茄的叶肉细胞可作为受体细胞 D.启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不可缺少的 4.有关基因工程的叙述正确的是 ( ) A.限制酶只在获取目的基因时才用 B.重组质粒的形成是在细胞内完成的 C.质粒都可以作为运载体 D.蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索 5. 多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。PCR 过程一般经历下述三十多次循环:95℃ 下使模板 DNA 变性、解链→55℃下复性(引物与 DNA 模板链结合)→72℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷 酸链) 。下列有关 PCR 过程的叙述中不正确的是 ( ) A.变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现
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B.复性过程中两种 DNA 引物分别与 DNA 模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成 C.延伸过程中需要热稳定 DNA 聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸 D.PCR 与细胞内 DNA 复制相比所需要酶的最适温度较高 6. 镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶 是 ( ) A.解旋酶 B.DNA 连接酶 C.限制性内切酶 D.RNA 聚合酶 7.已知某种限制性内切酶在一线性 DNA 分子上有 3 个酶切位点,如图中箭头 所指,如果该线性 DNA 分子在 3 个酶切位点上都被该酶切断,则会产生 a、b、 c、d 四种不同长度的 DNA 片段。现在多个上述线性 DNA 分子,若在每个 DNA 分子上至少有 1 个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,经该酶切后,这些线性 DNA 分子最多能产生长度不 同的 DNA 片段种类数是 ( ) A.3 B.4 C.9 D.12 8. 对基因表达载体构建的一些说法,不正确的是 ( ) A.需要限制酶和 DNA 连接酶参与 B.基因表达载体中含有启动子和内含子 C.通常用抗生素基因作为标记基因 D.基因表达载体的构建是基因工程的核心 9. (多选)用某人的胰岛素基因制成的 DNA 探针,检测下列物质,能形成杂交分子的是 ( ) A.该人胰岛 A 细胞中的 DNA B.该人胰岛 B 细胞的 mRNA C.该人胰岛 A 细胞的 mRNA D.该人肝细胞的 DNA 10. (多选)下列关于基因工程的叙述,正确的是 ( ) A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物 B.限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶是两类常用的工具酶 C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组 DNA 的细胞和促进目的基因的表达 12. 下图为转基因抗病香蕉的培育过程流程图,其中质粒上的 PstI、SmaI、EcoRI、ApaI 等四种限制酶的识 别序列及切割位点见下表。请据图回答下列问题:
Pst I Sma I EcoR I Apa I


质粒


香蕉组织
蕉 组

愈伤组织

Pst I

Sma I

EcoR I A

转入 杆 感染 菌
织 块





抗病基因 含抗病基因的 DNA

(1)图中①②表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 香蕉组织细胞培育成植株,证明了香蕉组织细胞具有 (2)形成重组质粒 A 时,应选用限制酶 ,对

。利用组织培养技术将导入抗病基因的 。 进行切割。 个 DNA 片段, 个黏性末端。

(3)一个质粒被限制酶 EcoR I、PstI、Sma I 同时切割后可得到

(4)培养基中的氨苄青霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉 细胞,应使重组质粒 A 中含有 基因。
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专题 1

基因工程——第 基因工程——第二课时 ——

一、知识提纲: 知识提纲: 考点三:基因工程的 工程的应用 考点三:基因工程的应用 1.植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 抗虫、 抗虫 抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 a、培育抗虫作物的优点:减少环境污染、降低生产成本 减少环境污染、 减少环境污染 降低生产成本。 b、抗虫植物只是抗虫,但不能抗病毒、细菌、真菌等。 c、抗虫棉的 Bt 毒蛋白基因(目的基因)来自苏云金芽孢杆菌 苏云金芽孢杆菌。 苏云金芽孢杆菌 2.动物基因工程:提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。 提高动物生长速度、 提高动物生长速度 改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。 a、动物乳腺生物反应器:利用转基因动物的乳汁来获得所需要的药品(抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、 α-抗胰蛋白酶) 。其优点是产量高、质量好、成本低、可直接服用,但受性别(只能♀)和年龄(哺乳期) 限制。 b、动物膀胱生物反应器:从转基因动物的尿液中提取药用蛋白,不受性别和年龄限制。 c、动物反应器与工程菌生产的药用蛋白区别:前者与天然蛋白质完全相同,而后者由于缺少内质网、高尔 基体等细胞器,合成的蛋白质可能不存在生物活性。 d、动物基因工程主要为了改善畜产品的品质,而不是为了产生体型巨大的个体。 3.基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因表达产物发挥作用。 把正常的外源基因导入病人体内, 把正常的外源基因导入病人体内 使该基因表达产物发挥作用。 a、原理:利用正常基因置换 置换或弥补缺陷基因的冶疗方法 置换 b、成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞,再将这种淋巴细胞转入患者体内而获得免疫能力。 c、途径:体外基因冶疗和体内基因冶疗 体外基因冶疗和体内基因冶疗(两种方法目前都还处于初期临床试验阶段) 体外基因冶疗和体内基因冶疗 d、基因治疗的过程(以镰刀形细胞贫血症的治疗为例) 步骤 获取正常的血红蛋白基因 形成重组载体 过程 用限制性核酸内切酶从人的 DNA 分子中切取血红蛋白基因 用同一种限制性核酸内切酶在载体 DNA 上切开一个切口,用 DNA 连接酶 将正常血红蛋白基因连接在载体 DNA 上,形成重组载体 将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中,并将重 组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞。

重组载体的转化与筛选

将含正常血红蛋白基因的造血 将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中,此造血干细胞 干细胞回输给患者骨髓 产生含正常血红蛋白的红细胞,以根治镰刀形细胞贫血症 e、基因冶疗与基因检测的区别:后者是制作相应探针,利用 DNA 分子杂交原理 分子杂交原理,快速准确检测人类某种遗 传病。 DNA 探针制作三要求:①标记——同位素或荧光;②单链;③序列与待测基因相同。 (DNA 探针 ) 青霉素是青霉菌产生的,不是通过基因工程生产的。 注:青霉素是青霉菌产生的,不是通过基因工程生产的。 原核生物的基因(如抗虫基因)可作为真核生物(棉花)的目的基因。 原核生物的基因(如抗虫基因)可作为真核生物(棉花)的目的基因。 考点四: 基因生物的 考点四:转基因生物的安全性 1、转基因生物与食物安全 反方:反对“实质性等同” (指在转基因农作物中只要某些重要成分没有改变,就可以认为与天然品种“没 ①反方:反对“实质性等同” 有差别” ,不必再进行安全性检测。、担心出现滞后效应、出现新的过敏源、营养成分改变等。 ) 担心出现滞后效应、出现新的过敏源、营养成分改变等。 正方:支持“实质性等同 、有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据说明没有问题( 等同” ②正方:支持“实质性等同” 有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据说明没有问题(举证排除 法)等。 2、转基因生物与生物安全——对生物多样性的影响 、 反方:扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵的外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草 杂草、 ①反方:扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵的外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有 可能造成“基因污染” 可能造成“基因污染”等。 正方:生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限等。 ②正方:生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限等。 3、转基因生物与环境安全——对生态系统稳定性的影响 、 反方:打破自然物种原有界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、 ①反方:打破自然物种原有界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体 等。 正方:不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境等。 ②正方:不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境等。
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注:转基因生物存在安全性的原因: a、目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限; b、目的基因往往是异种生物的基因; c、外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。 考点五:蛋白质工程(第二代基因工程) 考点五:蛋白质工程 1、概念:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系 蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合 蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系 基因修饰或基因合 改造,或制造一种新的蛋白质 新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。 成,对现有蛋白质进行改造 改造 新的蛋白质 2、实质:改造基因 改造基因,从而定向改造或生产人类需要的蛋白质。 改造基因 3、结果:生产符合人们生产生活需要的并非自然界存在的蛋白质 并非自然界存在的蛋白质。而基因工程在原则上只能生产自然界已 自然界已 ........ 存在的蛋白质。 存在 4、过程:预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷 预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷 氨基酸序列 预期蛋白质的功能 蛋白质的结构 酸序列(基因) 酸序列(基因) 。

例 1:

例 2:

二、默写提纲(略) 默写提纲(

三、典例剖析: 典例剖析: 苏云金杆菌是一种对昆虫有毒害作用的细菌,其杀虫活性物质主要是一类伴孢晶体蛋白。伴孢晶体蛋白 经昆虫肠液消化成毒性肽,并因此导致昆虫死亡。自 1993 年培育转基因植物抗虫棉成功后,研究者又将抗 虫基因成功地导入水稻细胞中。在培育转基因植物的研究中,抗除草剂基因(bar)常作为标记基因。这样 培育出来的转基因水稻既能抗虫又能抗除草剂,便于田间管理。下图为获得转基因水稻的技术流程,请据图 回答:

(1)基因工程中最关键的操作步骤是图中的 (填字母) ,完成此过程需要用到的工具有运载体质粒 和 、 两种酶。 (2)抗虫基因的遗传信息能在水稻细胞中实现表达的原因是它们都共用一套 。请用中心法则形 成表示该基因的表达过程: 。 (3)要获得该抗虫基因,可采用 和人工合成目的基因等方法。为减少获得目的基因 的盲目性,在获得真核生物的目的基因时,应尽量采用______________的方法。 (4)该目的基因在导入受体细胞前需要与运载体结合,目前经常使用的运载体有质粒、___________和 ___________。 。 (5)将抗虫基因导入水稻体细胞中并成功地表达,使水稻产生新的性状。这种变异属于
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(6)假如运载体被切割后,得到的分子末端序列为

,则能与该运载体连接的抗虫基因分子末端序

列是 。 (7)B过程表示在植物受伤时,伤口处的细胞会分泌大量的 化合物 ,吸引土壤农杆菌移向这些 细胞。 (8) 过程的水稻细胞经过 C 形成愈伤组织。 培养基中除了含有必要营养物质、 琼脂和激素外, 还必须加入 。 方法进 (9)经过 D 过程获得的转基因抗虫植株中的抗虫基因是否表达,在分子水平上可用 行检测,如果出现杂交带,说明转基因抗虫植株培育成功。 (10)种植上述转基因植物,它所携带的目的基因可能通过花粉传递给近缘物种,造成“基因污染” 。如果 把目的基因导入叶绿体 DNA 中 ,就可以避免“基因污染” ,原因是 。 (11)举出两例说明转基因技术的应用: ; ① ② 。

四、巩固训练: 巩固训练: 1. 下列说法正确的是 ( ) A.用基因工程方法培育抗虫植物也能抗病毒 B.基因工程在畜牧业上应用的目的是培育体型巨大、品质优良的动物 C.基因冶疗是对有缺陷的细胞进行修复,从而使其恢复正常,达到冶疗疾病的目的 D.基因工程在农业生产上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物 2. 有关基因工程的说法,不正确的是 ( ) A.抗虫棉的后代中可能有不抗虫的个体 B.抗虫棉的目的基因来自于苏云金芽胞杆菌 C.基因工程操作的必须的工具有限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和运载体 D.在基因工程操作中,只要在受体细胞中检测到目的基因,就能表达 3. 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的有 ( ) A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒 B.DNA 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 4. 下列关于蛋白质工程应用的叙述,不正确的是 ( ) A.蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性 B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.利用蛋白质工程可以在在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰,合成速效型的胰岛素制剂 5.蛋白质工程的基本流程正确的是 ( ) ①蛋白质分子结构设计 ②DNA 合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→② 6. 如果通过转基因技术,成功改造了某血友病女性的造血干细胞,使其凝血功能全部恢复正常。当她与正 常男性结婚,婚后所生子女的表现型为 ( ) A.儿子、女儿全部正常 B.儿子、女儿中各一半正常 C.儿子全部有病,女儿全部正常 D.儿子全部正常,女儿全部有病 7. 下列关于基因工程应用的叙述,正确的是 ( ) A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B.基因诊断的基本原理是 DNA 分子杂交 C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
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8. 转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。在大田中种植转基因抗虫棉的同时,间隔种植少量非转基 因的棉花或其他作物,供棉铃虫取食。这种做法的主要目的是 ( ) A.维持棉田物种多样性 B.减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度 C.使食虫鸟有虫可食 D.维持棉田生态系统中的能量流动 9. (多选)科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的 DNA 中,发育后的雌鸡就能 产出含该药物蛋白的鸡蛋,在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白,而且用这些鸡蛋孵出的鸡,仍能 产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析 ( ) A.该过程运用了胚胎移植技术 B.这些鸡是转基因工程的产物 C.该种变异属于定向变异 D.这种变异属于可遗传的变异 10.(多选)下列关于转基因生物安全性的叙述,正确的是 ( ) A.抗除草剂基因有可能通过花粉传播进入杂草,使之成为“超级杂草” B.转基因生物有可能成为“外来物种” ,影响生态系统的稳定性 C.转基因植物合成的某些蛋白质是自然界原有的,人食用后不可能产生过敏反应 D.转基因技术可培育出新的致病微生物,制成生物武器之后可能很难对付 11.2009 年 10 月,我国自主研发的转基因抗虫水稻“华恢 1 号”获得农业部颁发的安全证书。下图表示该抗 虫水稻主要培育流程,据图回答:

(1)④过程应用的主要生物技术是 。 (2)杀虫基因(crylA)是人们根据几种 Bt 毒蛋白的分子结构,设计并人工合成的,这属于 工 程技术范畴。 (3)组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造。下图是天然土壤农杆菌 Ti 质粒结构示意图(示部分基因 及部分限制性内切酶作用位点) ,据图分析:

①人工改造时,要使抗虫基因表达,还应插入____________。 ②人工改造时用限制酶Ⅱ处理,其目的是:第一,去除质粒上的 (基因) ,保证 T-DNA 进 入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长; 第二, 使质粒带有单一限制酶作用位点, 有利于___________。 第三,使质粒大小合适,可以提高转化效率等。 ③若用限制酶Ⅰ分别切割改造过的理想质粒和带有抗虫基因的 DNA 分子,并构成重组 Ti 质粒。分别以 含四环素和卡那霉素的培养基培养已成功导入抗虫基因的水稻胚细胞,观察到的细胞生长的现象 是 。

( 4 ) 若 限 制 酶 Ⅱ 切 割 DNA 分 子 后 形 成 的 粘 性 末 端 为 是 。
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,则该酶识别的核苷酸序列

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专题 1
一、知识提纲

基因工程——第 基因工程——第三课时 ——

二、默写提纲(略) 默写提纲( 三、典例剖析 1.(2008 年江苏)将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗,饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫 力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。

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请根据以上图表回答下列问题。 (1)在采用常规 PCR 方法扩增目的基因的过程中,使用的 DNA 聚合酶不同于一般生物体内的 DNA 聚合酶, 其最主要的特点是 。 (2)PCR 过程中退火(复性)温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表 1 为根据模板设计的两对引物 序列,图 2 为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度?__________。 (3)图 1 步骤③所用的 DNA 连接酶对所连接的 DNA 两端碱基序列是否有专一性要求? 。 (4)为将外源基因转入马铃薯,图 1 步骤⑥转基因所用的细菌 B 通常为 。 (5)对符合设计要求的重组质粒 T 进行酶切, 。假设所用的酶均可将识别位点完全切开,请根据图 1 中标示 的酶切位点和表 2 所列的识别序列,对以下酶切结果作出判断。 ①采用 EcoRⅠ和 PstⅠ酶切,得到_________种 DNA 片断。 ②采用 EcoRⅠ和 SmaⅠ酶切,得到_________种 DNA 片断。 2.(2009 年江苏)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转 Bt 毒素蛋白基因植物的培育 过程示意图( amp r 为抗氨苄青霉素基因),据图回答下列问题。

种 DNA 片段。 (1)将图中①的 DNA 用 HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后,反应管中有 种重组质粒;如果换 (2)图中②表示 HindⅢ与 BamHⅠ酶切、DNA 连接酶连接的过程,此过程可获得 用 BstⅠ与 BamHⅠ酶切,目的基因与质粒连接后可获得 种重组质粒。 (3)目的基因插入质粒后 ,不能影响质粒的 。 (4)图中③的 Ti 质粒调控合成的 vir 蛋白,可以协助带有目的基因的 T—DNA 导人植物细胞,并防止植物 细胞中 对 T—DNA 的降解。 (5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体,使细胞膜穿孔,肠细胞裂解, 昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小,原因是人类肠上皮细胞 。 (6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种,其目的是降低害虫种群中的 基因频 率的增长速率。 四、巩固训练 1.(2011 年高考浙江理综)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是( ) A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B.用 DNA 连接酶连接经切割的抗除草剂基因 和载体 C.将重组 DNA 分子导入烟草原生质体 D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 ( ) 2.(2010 年高考江苏卷)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,可能通过花粉传入环境中
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B.转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加 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 3.(2010 年高考全国理综Ⅱ)下列叙述符合基因工程概念的是 ( ) A.B 淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有 B 淋巴细胞中的抗体基因 B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株 C.用紫外线照射青霉菌,使其 DNA 发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株 D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其 DNA 整合到细菌 DNA 上 4.(2011 年海淀检测)近年来基因工程的发展非常迅猛,科学家可以用 DNA 探针和外源基因导入的方法进行 遗 传病的诊断和 治疗,下列做法中不正确的 是 ( ) A.用 DNA 探针检测镰刀型细胞贫血症 B.用 DNA 探针检测病毒性肝炎 C.用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症 D.用基因替换的 方法治疗 21 三体综合征 5. (2011 年南京模拟)有人认为转基因生物有可能成为“入侵的外来物种”,威胁 生态系统中其他生物的生 存。他的依据是 ( ) A.转入的外源基因有可能与感 染转基因生物的某些细菌杂交,形成新的病原体 B.转基因植物的抗除草剂基因,有可能通过花粉传播而进入杂草 中,使杂草成为“超级杂草” C.科学家赋予了转基因生物某些特殊性状,增强了它们在该地区生存条件下的竞争能力 D.转基因植物花粉传播的距离有限,只能在种植区以内繁殖 6.质粒是基因工程中最常用的运载体, 它存在于许多细菌体内。 质粒上有标记基因如图所 示, 通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。 外源基因插入的位置不同, 细菌在培养基上的生长情况也不同,下表是外源基因插入位置(插入点有 a、b、c),请 根据表中提供的细菌生长情况, 推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点, 正确的一 组是 ( )

A. ①是 c;②是 b;③是 a B.①是 a 和 b;②是 a;③是 b C.①是 a 和 b;②是 b;③是 a D.①是 c;②是 a;③是 b 7. 某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂,积累于茎叶中,让取食它的害虫的消化酶受抑 制无法消化食物而死。下列就该玉米对人类安全性的评论中,不符合生物学原理的是 ( ) A.不安全。这种玉米的果实(种子)也可能含有蛋白酶抑制剂,食用后使人因无法消化食物而患病 B.不安全。该玉米蛋白酶抑制剂基因可通过食物链富集并在人体细胞内表达,使人体无法消化食物而患病 C.安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异,玉米的蛋白酶抑 制剂对人体很可能无影响 D.安全。人类通常食用煮熟的玉米食品,玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏,不会影响人 的消化 8.(多选题)如图是将人的生长激素基因导入细菌 B 细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌 B 细胞内不 含质粒 A,也不含质粒 A 上的基因 。判断下列说法不正确的是 ( ) A.将重组质粒导入细菌 B 常用的方法是显微注射法 B. 将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的 培养基上,能生长的只是导入了重组质粒的细菌 C. 将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养 基上,能生长的就是导入了质粒 A 的细菌 D. 目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄 青霉素的培养基上生长
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9. (多选题)下列关于基因工程应用的叙述,不正确的是 ( ) A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基 因 B.基因诊断的基本原理是 DNA 分子杂交 C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D.利用基因工程生产乙肝疫苗时,目的基因 存在于人体 B 淋巴细胞的 DNA 中 10. (2011 年 高考福建理综)科学家通过基因工程,成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉,其过程大 致如图所示: (1)细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达,产生抗性,其 原因是____________________________________。 (2)上述过程中,将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是 _______ _,这种导入方法较经济、有效。目的基 因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目 的基因是否插入到受体细胞染色体 DNA 上, 这需要通过检测 才能知道,检测 采用的最好方法是_______ 。 (3)上述基因工程中的核心步骤是_______ _,其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在, 并且可以______给下一代,同 时,使目的基因能够表达和发挥作用。 (4)利用基因工程技 术培育抗虫棉,与诱变育种和杂交育种方法相比,具有_______ _和______ __ 等突出的优点,但是目前基因工程仍不能取 代杂交育种和诱变育种。与基因工程技术相比,杂交育种和诱变 的优点。 育种方法主要具有_______ 11.(2012 年南通一模)融合蛋白是通过 DNA 重组技术将两个或多个基因的编码区首尾连接,由同一调控序 列控制合成的蛋白质。人的表皮生长因子受体(EGFR)是影响癌症发生发展的重要因素,它在肺癌、结肠 癌、脑肿瘤等实体瘤中均有大量表达。天花粉蛋白(TCS)是中药天花粉的有效成分,具有抗肿瘤作用。下 图是通过基因工程方法将人表皮生长因子基因(EGF)和 TCS 基因连接起来,利用大肠杆菌生产人表皮生长 因子——天花粉蛋白融合蛋白的过程示意图。请回答:

(1)为了建立含有 EGF 的 cDNA 文库,应从健康人体的 细胞中提取总 mRNA,通过 法 合成 cDNA。从 cDNA 文库中提取的 EGF 的长度比从基因组文库中提取的 EGF 。 (2)在①过程中,应使用的限制酶是 ,在融合蛋白基因的首端还应插入 。 (3)单纯使用天花粉蛋白冶疗癌症疗效甚微,而人表皮生长因子——天花粉蛋白融合蛋白疗效显著,原因 是 。 (4)某同学为了筛选插入目的基因的表达载体,将处理过的载体分别置于含有氨苄青霉素和四环素的培养 基上培养,观察其增殖和表达情况。此设计方案是否合理,请说明理由。 。
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参考答案: 参考答案: 第一课时 典例剖析: (1)基因表达载体的构建 限制酶 DNA 连接酶 (2)标记 利于目的基因的鉴定和筛选 (3) 启动子 终止子 标记基因 (4) CaCl(5) 受体细胞染色体的 DNA 上 (6)Ⅱ Ⅰ (7)四环素 (8) 2 农杆菌转化法 (9)全能性高 (10)植物组织培养 发育成完整个体的全部遗传物质 (11)让害虫吞食 转基因棉花的叶片,观察害虫的存活情况,以确定其是否具有抗虫性状 3/4 巩固训练: 巩固训练:1C 2C 3A 4D 5C 6C 7C 8B 9ABD 10ABC 11. (1) 脱分化和再分化 全能性 (2) Pst I 和 EcoR I 含抗病基因的 DNA 和质粒 (3) 3 4 (4)

抗氨苄青霉素(或氨苄青霉素抗性) 第二课时 典例剖析 (1)A 限制性核酸内切酶 (3)直接分离目的基因 (6) DNA 连接酶 (2)遗传密码 抗虫基因 ?? → RNA ?? → 伴孢晶体蛋白 ? ?
转录
翻译

人工合成目的基因

(4)噬菌体

动物植物病毒

(5)基因重组

(7)酚类 (8)脱分化 除草剂 (9)抗原—抗体杂交 (10)叶绿体遗传表现为母系遗

传,目的基因不会通过叶绿体传递给近缘物种 (11)①培育转基因超级动物;②用转基因技术培育抗虫、 抗病的转基因植物(其他合理答案亦可) 巩固训练 1D 2D 3B 4C 5C 6C 7B 8B 9BCD 10ABD 11.(1)植物组织培养 (2)蛋白质 (3)①启动子 ②tms 和 tmr 目的基因(或外源 DNA)准确插 入 ③在含卡那霉素的培养基能够生长,而在含四环素的培养基中不能生长 (4)GACGTC

第三课时 典例剖析 1.(1)耐高温 2)引物对 B (3)否 (4)农杆菌 (5)①2 ②1 2. (1)4 (2)2 1 (3)复制 (4)DNA 水解酶 (5)表面无相应的特异性受体 (6)抗性 巩固训练 1-5AABDC 6A 7B 8ABD 9ACD 10. (1)它们共用一套遗传密码 (2)农杆菌转化法 DNA 分子杂交 技术 (3)基因表达载体的构建 遗传 (4)目的性强 克服远缘杂交不亲和性(或能有效地打破物种的生殖隔离界限) 操作简便易行 11.(1)表皮 反(逆转录) 短 (2)BamHⅠ和 SphⅠ 启动子 (3)人表皮生长因子能与肿瘤细胞表 面的受体(EGFR)特异性结合,从而使天花粉蛋白定向地作用于肿瘤细胞 (4)不合理,表达载体不能在 培养基上增殖和表达,表达载体只有导入大肠杆菌,才能增殖表达

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