专题一基因工程学案剖析

1、光明中学2015-2016届高三理科生物第一轮复习学案 编写人： 选修3专题1   基因工程学案一.基因工程的概念基因工程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，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。（3）结果：经限

2、制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。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之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.“分子运输车”载体（1）载体具备的条件：能在受体

3、细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,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链环状DNA分子。（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：加热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互

4、补DNA链；第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因启动子终止子标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞_1.转

5、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。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，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 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 ，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

6、体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。第四步：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，方法是采用 DNA分子杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最后检测 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，用相应的 抗体进行抗原抗体杂交。4.有时还需进行 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。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。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产

7、品品质、用转基因动物生产药物。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。四）蛋白质工程的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作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）转录 翻译二.巩固训练一单选题：每小题只有一个选项最符合题意。1下列有关基因工程的叙述，正确的是：ADNA连接酶的作用是将两个黏性末端的碱基连接起来B目的基因导入受体细胞后，受体细胞即发生基因突变C目的基因与运载体结合的过程发生在细胞外D常使用的运载体有大肠杆菌、噬菌体

8、和动植物病毒等2下列关于基因工程的叙述，正确的是：A基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B细菌质粒是基因工程常用的运载体C通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD为育成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3与“限制性内切酶”作用部位完全相同的酶是：A反转录酶 BRNA聚合酶 CDNA连接酶 D解旋酶4限制性内切酶的作用实际上就是把DNA上某些化学键打断，一种能对GAATTC专一识别的限制酶，打断的化学键是：AG与A之间的键 BG与C之间的键 CA与T之间的键 D磷酸与脱氧核糖之间的键5下面图中a、b、c、d代表的结构正确的是：Aa质粒RN

9、A Bb限制性外切酶 CcRNA聚合酶 Dd外源基因6除下列哪一项外，转基因工程的运载体必须具备的条件是：A能在宿主细胞中复制并保存 B具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C具有标记基因，便于进行筛选 D是环状形态的DNA分子72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基因表达载体中只含有启动子和终止子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82008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就

10、会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是A追踪目的基因在细胞内的复制过程B追踪目的基因插入到染色体上的位置C追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构 9苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是：A是否有抗生素抗性 B是否能检测到标记基因C是否有相应的性状 D是否能分离到目的基因10DNA探针能用于检测：A地方性甲肿病患者 B乙肝患者 C骨质软化病患者 D缺铁贫血病患者111987年，美国科学家将萤火虫的萤光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达。长成的植物通体光亮，堪称自然界的奇迹。这一研究成果表：萤火虫与烟草植物的DNA结构基

11、本相同 萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码/烟草植物体内合成了萤光素 萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同A和 B和 C和D线性DNA分子的酶切示意图12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A3 B4 C9 D1213下列有关基因工程中限制内切酶的描述，错误的是A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核

12、苷酸序列B限制性内切酶的活性受温度的影响C限制性内切酶能识别和切割RNA D限制性内切酶可从原核生物中提取14利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是 A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列 D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白15采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的浮汁中。以下有关叙述，正确的是A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B.可用显微注射

13、技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C.在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D.人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA16DNA探针能检测到标本上的：A遗传密码 B遗传信息 C蛋白质序列 D细胞结构17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18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：供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性内切酶DNA连接

14、酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物的生物DNA连接酶限制性内切酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性内切酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切酶提供目的基因的生物 质粒19用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是 A常用相同的限制性内切酶处理的基因和质粒 BDNA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 20基因治疗是指： A运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变而恢复正常 B运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，

15、达到治疗疾病的目的 C把健康的外源基因导人到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 D对有缺陷的基因进行修复，使其恢复正常，达到治疗疾病的目的21基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术，涉及生命科学、信息学、微电子学、材料学等众多的学科，固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子，而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记。如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对的它们就会结合起来，并在结合的位置发出荧光或者射线，出现“反应信号”，下列说法不正确的是：A基因芯片的工作原理是碱基互补配对B待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因芯片测序C待测的DNA分子可以直接用基因芯片

16、测序D由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列，因而具有广泛的应用前景，好比能识别的“基因身份”22下列有关生物工程的叙述，不正确的是 A基因工程的核心步骤是构建基因表达载体B蛋白质工程可通过直接改造蛋白质的结构从而改变其功能C克隆羊的培育涉及细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术D牛胚胎发育的历程是：受精卵桑椹胚囊胚原肠胚幼体23对基因工程中使用的运载体的叙述错误是A能在宿主细胞中进行复制B具有1个或多个限制酶切点C能在宿主细胞中稳定地保存 D只含标记基因，不含其它基因24、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（ ）A单倍体育种 B杂交育种 C基因工程育种 D多倍体育种25、以下有关基因

17、工程的叙述，正确的是A.基因工程是细胞水平上的生物工程 B基因工程的产物对人类部是有益的C基因工程产生的变异属于人工诱变 D基因工程育种的优点之一是目的性强26、请回答基因工程方面的问题：（4）利用基因工程可以获得转基因牛，从而改良奶牛的某些性状。基因工程的四个基本操作步骤是、基因表达载体的构建、和。若要获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素，则所构建的基因表达载体必须包括：某种牛乳腺分泌蛋白基因及其启动子、和复制原点等。将该基因表达载体导入受体细胞所采用的方法是（显微注射法、农杆菌转化法），为获得能大量产生人干扰素的转基因牛，该基因表达载体应导入的受体细胞是（受精卵、乳腺细胞）。27、继哺乳

18、动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入 中，原因是 。（3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的 转入 细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。28下面甲图中DNA决定某一多肽链中的酪氨酸和丙氨酸过程示意图，乙图

19、示样品DNA经PCR技术(聚合酶链式反应)扩增，可以获取大量DNA克隆分子。分析回答：（1）甲图中含有 种核苷酸；丙氨酸的遗传密码子是 。该图表示了DNA中遗传信息的 过程。（2）有一种贫血症是血红蛋白分子的一条多肽链上，一个酪氨酸被一个苯丙氨酸所替代造成的。此种贫血症的根本原因是 ，即 发生了改变。（3）乙图的“PCR”与人体内的DNA复制相比有何特殊之处? 。（4）现在要通过“PCR”得到甲图中DNA片段的1024个克隆片段，则至少要向试管中加入 个腺嘌呤脱氧核苷酸。三.【高考真题】29.（2013·新课标全国卷.40）【生物选修3 现代生物科技专题】阅读如下材料：材料甲：科学家

20、将牛生长激素基因导入小鼠受精卵在，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。材料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97为的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。材料丙：兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎课在不同个体的体内发育。回答下列问题：（1）材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用_法。构建基因表达载体常用的工具酶有_和_。在培

21、育转基因植物是，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是_。（2）材料乙属于_工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对_进行改造，或制造一种_的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的_序列发生了改变。（4）材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到_种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中，兔甲称为_体，兔乙称为_体。30.(2014·海南卷.31)生物选修3：现代生物科技专题（15分）下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。请据图回答：获得A有两

22、条途径：一是以A的mRNA为模板，在_酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在_作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测出响应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的_序列，再通过化学方法合成所需基因。利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、_、4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。由A和载体B拼接形成的C通常称为_。在基因工程中，常用Ca2处理D，其目的是_。31.( 2015·四川卷.9)（11分）将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，

23、其过程如下图所示（注：农杆菌中Ti质拉上只有TDNA片段能转移到植物细胞中）。（1）过程需用同种酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用培养基。（2）过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是。（3）若过程仅获得大量的根，则应在培养基中增加以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是。（4）检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是。种植转基因抗虫棉能减少的使用，以减轻环境污染。32.（2015·天津卷.8）纤维素分子不能进入酵母细胞，为了使酵母菌能够利用

24、环境中的纤维素为原料生产酒精，构建了含3种不同基因片段的重组质粒，下面是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。据图回答：（1）本研究构建重组质粒时看选用四种限制酶，其识别序列如下图，为防止酶切片段的自身环接，可选用的限制酶组合是_或_A. B. C. D.(2) 设置菌株为对照，是为了验证_不携带纤维素酶基因。(3) 纤维素酶基因的表达包括_和_过程，与菌株相比，在菌株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有_。（4）在以纤维素为唯一C源的培养基上分别培养菌株、，菌株_不能存活，原因是_。(5)酵母菌生产酒精的细胞部位是_，产生酒精时细胞的呼吸方式是_，在利用纤维素生产酒精时，菌株更

25、具有优势，因为导入的中重组质粒含有_。使分泌的纤维素酶固定于细胞壁，减少因培养液更新二造成的酶的流失，提高酶的利用率。基因工程学案 参考答案专题1   基因工程基因工程的概念基因工程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，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个

26、核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。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之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸

27、二酯键。3.“分子运输车”载体（1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,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链环状DNA分子。（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：加

28、热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因启动子终止子标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的

29、标记基因是抗生素基因。第三步：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。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，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 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 ，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

30、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的依据是标记基因是否表达。第四步：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，方法是采用 DNA分子杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最后检测 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，用相应的 抗体进行抗原抗体杂交。4.有时还需进行 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。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