基因工程教学设计

高三理科生物专题复习教学设计〔选修三专题1—3〕教学设计——第13周由11月23日至29日，主备教师、赵元河一、内容及其解析：1、内容：包括基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程的操作步骤以及基因工程在农业生产和实践方面的作用，其中限制酶的种类和作用是该考点的难点。2、①理解细胞全能性的概念②掌握植物组织培养的过程③掌握植物体细胞杂交的过程eq\o\ac(○,4)简述细胞全能性是指：已经分化的细胞仍然具有分化成完整植株的潜能。eq\o\ac(○,5)掌握植物组织培养的过程3、eq\o\ac(○,1)、本节课要学的内容动物细胞培养和核移植技术、动物细胞融合与单克隆抗体，其核心核移植技术。eq\o\ac(○,2)、列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用。是指要掌握动物细胞融合的过程与植物原生质体融合的原理及方法的相同点和异同点和单克隆抗体的原理和应用。4、本节课要学的内容体外受精和早期胚胎发育，指的是从试管牛说起、体外受精和早期胚胎培养。其核心是体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义和哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。二、目标及其解析〔一〕目标定位：1、eq\o\ac(○,1)基因工程的原理和技术eq\o\ac(○,2)基因工程的应用eq\o\ac(○,3)蛋白质工程eq\o\ac(○,4)DNA的处提取与鉴定〔实验与探究〕2、①理解细胞全能性的概念②掌握植物组织培养的过程③掌握植物体细胞杂交的过程3、列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用4、列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用5、①举例说出胚胎移植和胚胎分割。②认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。③关注胚胎工程的研究进展和应用价值〔二〕．目标解析：1、①基因工程的诞生包括根底理论和技术创造使基因工程的实施成为可能。②基因工程的原理和技术包括基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程的操作步骤。③基因工程在农业生产和实践方面的作用。④蛋白质工程包括蛋白质工程崛起的缘由、蛋白质工程的根本原理、蛋白质工程的概念。⑤DNA的处提取与鉴定〔实验与探究〕包括实验原理、方法步骤和考前须知。2、①简述细胞全能性是指：已经分化的细胞仍然具有分化成完整植株的潜能。②掌握植物组织培养的过程：离体植物的组织、器官、细胞完整植株。③掌握植物体细胞杂交的过程：离体的细胞不同细胞原生质体原生质体融合→杂种细胞→杂种植株3．eq\o\ac(○,1)列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用。是指要掌握动物细胞融合的过程与植物原生质体融合的原理及方法的相同点和异同点和单克隆抗体的原理和应用。eq\o\ac(○,2)列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用。eq\o\ac(○,3)列举出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用。是指要掌握动物细胞融合的过程与植物原生质体融合的原理及方法的相同点和异同点和单克隆抗体的原理和应用。4、①举例说出胚胎移植和胚胎分割。就是让学生能区分胚胎移植和胚胎分割。胚胎移植指胚胎移植俗称人工授胎或借腹怀胎。它是将动物的受精卵或早期胚胎，从供体移植到同种动物的受体内，使其继续发育的技术。胚胎分割移植指借助显微操作技术或徒手操作方法切割早期胚胎成二、四等多等份再移植给受体母畜，从而获得同卵双胎或多胎的生物学新技术。来自同一胚胎的后代有相同的遗传物质，因此胚胎分割可看成动物无性繁殖或克隆的方法之一。②认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。让学生掌握胚胎工程的重要性。③关注胚胎工程的研究进展和应用价值。三、问题诊断分析在本三个专题课的教学中：1、学生可能遇到的问题是限制酶的种类和作用基因工程载体需要具备的条件、目的基因获取的方法、目的基因的检测与鉴定，产生这些问题的原因是该内容比拟抽象要解决这一问题，就要用具体的实例加以说明才能让学生理解，其中关键是设置问题串，将一个个问题置于整体工程中考虑，解决问题，使该知识点得以突破。2、学生可能遇到的问题是植物组织培养和植物体细胞杂交技术，产生这一问题的原因是该内容比拟抽象要解决这一问题，就要用具体的实例加以说明才能让学生理解，其中关键是设置问题串，将一个个问题置于整体工程中考虑，解决问题，使该知识点得以突破。3、学生可能遇到的问题是单克隆抗体的制备过程，产生这一问题的原因是该内容比拟抽象要解决这一问题，就要用具体的实例加以说明才能让学生理解，其中关键是设置问题串，将一个个问题置于整体工程中考虑，解决问题，使该知识点得以突破。4、学生可能遇到的问题胚胎移植的生理学根底，胚胎细胞的概念和别离途径。该内容比拟抽象要解决这一问题，就要用具体的实例加以说明才能让学生理解，其中关键是设置问题串，将一个个问题置于整体工程中考虑，解决问题，使该知识点得以突破。四、教学支持条件分析每课时均用课件和教学设计及导学案五、教学过程设计：专题一导学案如下；其他专题的过程见备好的导学案。问题一：基因工程的诞生根底理论是什么？设计意图：让学生掌握基因工程的诞生根底理论。〔1〕DNA是遗传物质的证明：1944年艾弗里等人不仅证明了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。还证明了DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。〔2〕沃森和克里克DNA分子双螺旋结构模型的确实立。〔3〕第一个遗传密码的的破译：1963年由尼伦伯格和马太破译，1966年被实验证实。问题二：使基因工程的实施成为可能的技术创造是什么？设计意图：让学生通过看书了解使基因工程的实施成为可能的技术创造。〔1〕基因转移载体的发现：1967年罗思和海林斯基发现了细菌染色体〔拟核〕DNA外的质粒，环形DNA具有自我复制的能力。〔2〕工具酶的创造：1970年科学家在细菌中发现了第一种限制性内切酶.多种限制酶和连接酶。以后几年相继发现了多种限制酶和连接酶。〔3〕DNA合成和测序技术的创造。〔4〕DNA体外重组的实现：1972年成功地构建了第一个体外重组DNA分子。〔5〕重组DNA表达实验的成功。〔6〕第一例转基因动物问世：1980年，科学家首次用显微注射技术培育出第一个转基因小鼠，1983年，又用农杆菌转化法获第一例转基因烟草。〔7〕PCR技术使基因工程技术得到了进一步开展和完善的创造：1988年由美国科学家穆里斯〔K.Mullis〕创造。3.基因工程概念：又叫DNA重组技术，指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。其操作水平是在是在DNA分子水平上进行设计和施工的上进行设计和施工，操作环境是在体外。例题一：切取某种生物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，而使鲇鱼比同种个体大3～4倍，此研究遵循的原理是〔〕A．基因突变，DNA→RNA→RNA→蛋白质B．基因工程，RNA→DNA→蛋白质C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质D．基因重组，DNA→DNA→RNA→蛋白质【解析】此题考查的是基因工程的概念和原理，能力要求Ⅱ。目的基因进入鲇鱼体内通过DNA复制、DNA转录并合成蛋白质，表现出一定的性状，基因工程的原理为基因重组。【答案】D解题技巧：此题根据题干分析可知，某种方法为转基因技术，属于基因工程的范畴，由此排除了A、C选项，比拟B、D选项很容易得出答案为D。变式训练：“将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌体内，并获得表达，这是人类第一次获得转基因生物。〞此话中“表达〞的标志是指该基因在大肠杆菌体内〔〕A．能进行DNA复制B．能进行转录和翻译C．能合成人的生长抑制素释放因子D．能合成人的生长激素【解析】解答此题应扣紧题意，否那么易错选B，基因的表达是通过控制蛋白质的合成而实现的，题中的蛋白质是人的生长抑制素释放因子。【答案】C问题三：DNA重组技术的根本工具有哪些？各具有什么特点和作用？设计意图：让学生理解DNA重组技术的根本工具的种类特点和作用。““分子手术刀〞：.〔约4000种〕主要来源：生物。特点：能够识别DNA特定的，切开每条链中的两个之间的。大多能识别由组成的序列。DNA片段末端：两种形式和。：DNA连接酶种类E·coliDNA连接酶：只能“缝合〞DNA片段的；T4DNA连接酶：既可“缝合〞双链DNA的,又能“缝合〞双链DNA。作用：将双链“缝合〞起来，恢复被限制酶切开的。质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体〔即拟核质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体〔即拟核DNA〕之外，并具有能力的。病毒和λ噬菌体的衍生物等。“分子运输车〞：载体种类质粒特点能够在细菌内；具有一个至多个，供外源DNA插入；具有特殊的，供重组DNA的鉴定和选择。质粒载体的处理：都是在天然质粒的根底上进行过。例题二：作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是〔〕A．能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制，以便能提供大量的目的基因B．具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C．具有标记基因，以便为目的基因表达提供条件D．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选【解析】此题考查载体必须具备的条件，能力要求Ⅰ。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因；同时要具有标记基因，以便通过检测标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，便于筛选；载体要具有一至多个限制酶切点，为了便于与外源基因拼接。【答案】A解题技巧：题干的问题有两个，就是载体必备的条件和理由，根据选项内容进行分析，抓住前者为后者提供的作用必须对应正确。此题要求考生必须熟悉并理解载体的条件及其对应的作用。变式训练2(2023·江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图l、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请答复以下问题：(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。(2)假设对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是。(4)与只使用EcoRI相比拟,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并参加酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。(7)为了从cDNA文库中别离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测。【解析】此题考查基因工程的限制性内切酶的作用特点。(1)质粒被切割前是双链环状DNA分子,所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键,故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出,质粒上只含有一个SmaⅠ的切点,因此被该酶切割后,质粒变为线性双链DNA分子,因每条链上含有一个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)由题目可知,SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C,而G和C之间可以形成三个氢键,A和T之间可以形成两个氢键,所以SmaⅠ酶切位点越多,热稳定性就越高。(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因,由图2可知,标记基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位点,都可以被SmaⅠ破坏,故不能使用该酶剪切含有目的基因的DNA。(4)只使用EcoRI,那么质粒和目的基因两端的黏性末端相同,用连接酶连接时,会产生质粒和目的基因自身连接物,而利用BamHⅠ和HindⅢ剪切时,质粒和目的基因两端的黏性末端不同,用DNA连接酶连接时,不会产生自身连接产物。(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒,该过程需要连接酶作用,故混合后参加DNA连接酶。(6)质粒上的抗性基因为标记基因,用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖,因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基进行培养受体细胞,含有重组质粒的细胞才能存活,不含有重组质粒的因不能获得碳源而死亡,从而到达筛选目的。【答案】(1)0、2(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质问题三：基因工程的根本操作程序包括几个步骤，每个操作步骤是如何进行的？设计意图：让学生掌握基因工程的根本操作程序包括几个步骤，并知道每个操作步骤的具体实施。1.目的基因的获取〔1〕目的基因：指编码蛋白质的。基因组文库：含有一种生物的基因组文库：含有一种生物的基因。局部基因文库：含有一种生物的基因，如cDNA文库。〔2〕获取目的基因的方法从基因文库中获取目的基因含义：将含有某种生物的许多，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的，称为基因文库。种类目的基因的获取依据基因的序列；基因的功能；基因在染色体上的位置；基因的转录产物是；基因的产物是蛋白质。〔2〕获取目的基因的方法〔〔2〕获取目的基因的方法利用PCR技术扩增目的基因PCR的含义：是的缩写，是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术，由等人于1988年创造。前提：目的基因的，以便合成。原理：利用.过程：目的基因DNA受热变性后解旋为，与相应互补序列结合，然后在作用下进行延伸，如此重复循环屡次。方式：指数扩增≈2n〔n为扩增循环的次数〕。人工合成法：假设基因较小，又，可以通过DNA合成仪直接合成。〔2〕获取目的基因的方法2.2.基因表达载体的构建表达载体的功能〔目的〕：使目的基因在中稳定存在，并且可以给下一代；使目的基因能够。表达载体的主要组成目的基因：插入到载体中〔主要是质粒载体〕；启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于，它是识别和结合的部位，驱动基因转录；终止子：位于，终止子；标记基因：是为鉴别受体细胞中是否含有。3.3.将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞体内，并且在细胞体内维持的过程。目的基因导入受体细胞的常用方法导入植物细胞方法农杆菌转化法：是目前最常用的方法。a.农杆菌的特点，能在自然条件下感染和植物，而对大多数植物没有感染能力；感染植物细胞时，细菌中的Ti质粒上的可转移至受体细胞并整合到受体细胞的。b.转化过程：目的基因插入→植物细胞→插入到植物细胞中上。其他：基因枪法和花粉管通道法。导入动物细胞方法：显微注射技术。根本的操作程序：目的基因表达载体的.→取卵〔受精卵〕→→目的基因受精卵移植→发育成具有新性状的动物。导入微生物细胞方法：氯化钙法。早期的基因工程操作都用生物作为受体细胞。〔注意：该生物的特点和转化过程须进行认真识记〕DNADNA分子杂交：检测转基因生物的DNA上是否插入了，这是能否在真核生物中稳定遗传的关键。DNA-mRNA分子杂交：检测目的基因是否转录出，这是检测是否成功发挥功能作用的第一步。抗原—抗体杂交：检测目的基因是否。4.目的基因的检测与鉴定分子水平的检测个体生物学水平的鉴定：是否有所需遗传特性的表现。总结：基因工程的根本操作流程图：〔注意识别图中每个小框内的内容，见图〕例题三：以下获取目的基因的方法中需要模板链的是〔〕①文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法合成A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③【解析】此题考查的是目的基因的获取，能力要求Ⅱ。PCR利用的是DNA双链复制原理，即双链DNA之间的氢键翻开，变成单链DNA，作为聚合反响的模板；反转录法是以目的基因转录成的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链DNA；①④那么不需要模板。【答案】D解题技巧：组合选择题在解题时，可用直接法，也可用排除法。直接法为根据题目要求，先分析供组合项中与题意相符的工程，然后直接进行组合，再直接选出正确选项；如果ABCD四个选项中组合数少于供组合项，且有明显科学性错误或不符合题意的供选项，用排除法更快，如此题中的①④明显不符合题意，可很快排除掉ABC三个选项。变式训练3：基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因工程操作的根本步骤中，不用进行碱基互补配对的是〔〕A．人工合成目的基因B．目的基因与载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测和表达【解析】此题易错选A，人工合成目的基因可直接用DNA合成仪合成，也可反转录合成，原理均为碱基互补配对。【答案】C问题四：基因工程应用在哪些方面？设计意图：让学生了解基因工程的应用。〔四〕基因工程的应用〔〔四〕基因工程的应用〔Ⅱ〕植物基因工程：抗虫转基因植物；抗病转基因植物；抗逆转基因植物；改进植物品质。四大转基因植物：大豆、玉米、棉花、油菜。动物基因工程：提高动物生长速度；改善畜产品的品质；生产药物〔乳腺生物反响器或称乳房生物反应器〕；作器官移植的供体。基因工程药物：用转基因的工程菌生产，包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。基因治疗：体外基因治疗和体内基因治疗。能源和环境等方面。例题四：基因工程技术在培育抗旱植物用于开展沙漠农业和沙漠改造方面显示了良好的前景，荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物〔如甜菜、马铃薯等〕中并获得有效表达，使“工程植物〞增强耐旱性和耐寒性。〔1〕根据材料的表述，使“工程植物〞增强耐旱性和耐寒性的根本操作步骤是：①，②，③，④。〔2〕基因表达的含义是。〔3〕写出酶基因在植物体内的表达过程〔4〕基因工程操作过程的工具是、、。【解析】此题通过基因工程应用于增强植物的抗逆性，综合考查了基因工程的根本操作程序、DNA重组技术的根本工具和基因工程的原理，能力要求为Ⅱ。〔1〕考查基因工程的根本操作步骤；〔2〕考查基因工程的原理中基因表达的概念，基因表达即基因控制蛋白质的合成；〔3〕基因表达包括基因的转录和蛋白质的合成；〔4〕考查基因重组技术的根本工具。【答案】〔1〕①海藻糖合成酶基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入植物细胞；④目的基因的检测与鉴定。〔2〕基因通过转录和翻译合成蛋白质，表达出相应的性状。〔3〕海藻糖合成酶基因mRNA海藻糖合成酶〔4〕限制性核酸内切酶、DNA连接酶、〔基因进入受体细胞的〕载体。解题技巧：此题综合性较强，要求考生要熟悉掌握基因工程的根本操作程序和所用工具的功能，并且能在具体情景中应用，另外要注意与必修相关原理结合起来复习。变式训练4(2023·海南卷改编)利用基因工程可以获得转基因牛,从而改进奶牛的某些性状。基因工程的四个根本操作步骤是、基因表达载体的构建、和。假设要获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素,那么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(填“显微注射法〞或“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(填“受精卵〞或“乳腺细胞〞)。【答案】获取目的基因将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定人干扰素基因(或目的基因)终止子标记基因显微注射法受精卵问题五：蛋白质工程兴起的缘由是什么？蛋白质工程的根本原理是什么？蛋白质工程的概念是什么？设计意图：通过与基因工程的比拟，掌握基因蛋白质工程的缘由、根本原理和概念。〔五〕蛋白质工程的崛起〔〔五〕蛋白质工程的崛起〔Ⅰ〕蛋白质工程崛起的缘由：基因工程在原那么上是生产自然界蛋白质，这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却完全符合人类生产和生活的需要，故可能需进行改造。蛋白质工程的根本原理：预期的蛋白质功能→.→推测应有的氨基酸序列→.。蛋白质工程的概念：又称。是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的进展和前景：〔略〕例题五：蛋白质工程的实质是〔〕A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改造氨基酸【解析】此题考查蛋白质工程的概念和根本原理，能力要求Ⅰ。蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质的结构进行分子设计。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过基因来完成。蛋白质工程是在基因工程的根底上，延伸出来的第二代基因工程。【答案】C解题技巧：注意对蛋白质工程根本内容的识记，兼顾必修内容中的中心法那么知识。容易造成失误的是把蛋白质工程当成了直接改造蛋白质的结构，要特别注意理解“第二代基因工程〞的含义。变式训练5：以下关于蛋白质工程的表达中，错误的选项是〔〕A．蛋白质工程的实现需要多学科技术的参与B．蛋白质工程创造出了新的基因C．蛋白质工程又称为第二代基因工程D．蛋白质工程就是中心法那么的简单逆反【解析】蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造出自然界中不存在的蛋白质。所以蛋白质工程并不是中心法那么的简单逆反。【答案】D问题六：DNA粗提取和鉴定实验的原理、方法步骤分别是什么？该实验要注意些什么？设计意图：让学生掌握DNA粗提取和鉴定实验的原理、方法步骤和考前须知。1.实验原理：〔1〕DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl的浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量浓度为0.14mol/L时,DNA的溶解度最低。利用这一原理，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA析出。〔2〕DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物质那么可以溶于酒精溶液。利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA。〔3〕蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受60～80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性；洗涤剂能够瓦解细胞膜，但是对DNA没有影响。这些方法也可用以提取细胞内的DNA。〔4〕DNA遇二苯胺〔沸水浴〕会染成蓝色，因此，二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。2.方法步骤：〔流程图〕提取细胞核物质：顺时针方向搅拌，稍快，稍重，5min→溶解DNA→析出含DNA的黏稠物：蒸馏水300mL，逆时针方向搅拌，缓慢→过滤：取黏稠物→再溶解：顺时针方向搅拌，较慢，3min→过滤：取滤液→提取出含杂质较少的DNA，逆时针方向搅拌，稍慢，5min→DNA的鉴定：沸水浴5min。3.考前须知：〔1〕步骤3析出含DNA的黏稠物中，蒸馏水要沿烧杯内壁缓缓参加，不能一次快速倒入。〔2〕实验中有多个步骤都要用玻璃棒进行搅拌，但是在不同的步骤中玻璃棒的用法不同。4.DNA粗提取和鉴定实验总结①1个目的：在体验科学思维的过程中提取和鉴定DNA。②2次用蒸馏水：蒸馏水破膜提取核物质和蒸馏水稀释析出DNA。③3次过滤：过滤核外物质，过滤DNA核蛋白，过滤DNA。④4个关键词：DNA粗提取，设计思路，科学思维和研究性学习。通过研究性学习，学生在发现问题、分析问题、处理问题的过程中，能不断领悟科学思想和掌握科学方法，并以极大的探究乐趣主动地去探索生命的奥秘。⑤5次搅拌：第1步同方向加力搅拌，第3、5步同方向轻缓搅拌，第7步同方向缓慢搅拌，第8步可不同方向搅拌。⑥6种溶液：主要有柠檬酸钠液、酒精液、二苯胺液、甲基绿液、0.015mol/L和2mol/L氯化钠液。⑦7种探究模式：本实验可尝试性拓展为探究性实验，改型后主要参考课题有——〔a〕探究使用鸡的不同组织材料进行实验时的实验效果。〔b〕探究蒸馏水量引起的鸡血细胞在不同低渗状态下的破裂程度。〔c〕探究DNA在不同质量分数氯化钠溶液中的溶解度并绘出曲线图。〔d〕探究DNA鉴定过程中不同水浴温度对显色的影响。〔e〕探究沉淀DNA时不同温度的酒精对沉淀量的影响。〔f〕探究过滤过程中纱布层数对最终提取物量的影响。〔g〕探究使用玻璃烧杯、试管与使用塑料制品对DNA提取量的影响。⑧8个步骤：提取→过滤→溶解→过滤→再溶解→再过滤→提纯→鉴定例题六〔双选〕下表是关于DNA粗提取与鉴定实验中所使用的材料、操作及其作用的表述，正确的选项是〔〕【解析】此题考查DNA粗提取与鉴定实验的原理。实验中所用的柠檬酸钠为抗凝剂，用于防止新鲜的鸡血凝固，影响后续的实验操作；鸡血细胞在蒸馏水中会吸水涨破，要保持鸡血细胞形状，须置于等渗液NaCl中；冷却的酒精用于提取杂质较少的DNA，与DNA产生蓝色反响的是二苯胺。【答案】AC解题技巧：分析此题时一定要注意试剂使用的方法与作用对应必须均正确，要求考生必须掌握好“DNA粗提取和鉴定实验批判性总结〞，对本实验进行深入的理解。变式训练6(多项选择)关于DNA的粗提取与鉴定的实验中，依据的原理有〔〕A．DNA在NaCl溶液中的溶解度，随NaCl浓度的不同而不同B．利用DNA不溶于酒精的性质，可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯的DNAC．大分子有机物，不溶于水而溶于某些有机溶剂D．沸水中DNA遇二苯胺会出现紫色反响【解析】参考本实验的实验原理。【答案】ABD六、本课小结基因工程的诞生基因工程的原理和技术基因工程的应用蛋白质工程DNA的处提取与鉴定〔实验与探究〕七、目标检测1、除了以下哪一项之外，其余的都是基因工程的运载体所必须具备的条件 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．是环形状态的DNA分子【解析】原核细胞如细菌的核DNA也是环状DNA，但不能作运载体，因为它不具备A、B、C三个条件。【答案】C2、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关该基因工程的表达错误的选项是()A．采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B．基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C．马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D．用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子【解析】采用反转录的方法得到目的基因的过程是以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的目的基因。由于信使RNA中没有与内含子相对应的局部，所以采用反转录的方法得到的目的基因不存在内含子。基因非编码区对于基因的表达具有调控作用。植物细胞的全能性很容易得到表达，所以转基因植物培育过程中的受体细胞可以是植物的体细胞。限制酶具有专一性，只有用同一种限制酶处理才能获得相同的黏性末端，才能够形成重组DNA分子。【答案】A3、科学家将β－干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β－干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为 ()A．基因工程 B．蛋白质工程C．基因突变 D．细胞工程【解析】基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质；蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然β－干扰素，而是经过改造的，是人类所需的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。【答案】B4、用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。以下表达不正确的选项是()A．常用相同的限制酶处理质粒和含目的基因的DNA分子B．DNA连接酶、限制酶和运载体是重组DNA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DNAD．常选用细菌作为重组质粒受体主要是因为细菌繁殖快【解析】一般来说，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，且在特定位点进行切割。DNA重组技术所用的工具酶包括限制酶、DNA连接酶，运载体不属于酶。选择受体细胞的重要条件是能够快速繁殖。【答案】B八、配餐作业A组5、要将目的基因与载体连接起来，在基因操作上应选用()A．只需DNA连接酶B．同一种限制酶和DNA连接酶C．只需限制酶D．不同的限制酶与DNA连接酶【解析】要将目的基因与载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和载体，两者暴露出相同的黏性末端，用DNA连接酶连接时，碱基之间才会按碱基互补配对形成氢键，相邻两个脱氧核苷酸之间在DNA连接酶的作用下形成磷酸二酯键。【答案】B6、以下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②【解析】图①是将一个DNA切成互补的两个黏性末端，必需限制性内切酶的作用；图②是将两个DNA片段连接在一起，需DNA连接酶的作用；图③是DNA分子双链解成两条互补单链的过程，需解旋酶的作用；图④是DNA复制的过程，需DNA聚合酶的作用。【答案】C7、科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因水稻新品系。以下有关表达错误的选项是()A．获得目的基因需用限制性内切酶和DNA连接酶B．可通过农杆菌的感染以实现重组质粒导入受体细胞C．含耐盐基因的水稻细胞经植物组织培养可获得植株D．可用较高浓度的盐水浇灌以鉴定水稻植株的耐盐性【解析】农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数的单子叶植物没有感染能力，而水稻属于单子叶植物。【答案】B8、以下关于蛋白质工程的表达中，错误的选项是〔〕A．蛋白质工程的实现需要多学科技术的参与B．蛋白质工程创造出了新的基因C．蛋白质工程又称为第二代基因工程D．蛋白质工程就是中心法那么的简单逆反【解析】蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造出自然界中不存在的蛋白质。所以蛋白质工程并不是中心法那么的简单逆反。【答案】D9、(2023·哈尔滨模拟)如图表示限制性内切酶切割某DNA分子的过程，以下有关表达，不正确的选项是()A．该限制酶能识别的碱基序列是GAATTC，切点在G和A之间B．用此酶切割含有目的基因的片段时，必须用相应的限制酶切割运载体，以产生与目的基因相同的黏性末端C．要把目的基因与运载体“缝合〞起来，要用到基因工程的另一个工具——DNA聚合酶D．限制酶切割DNA分子时，是破坏了同一条链上相邻脱氧核苷酸之间的化学键而不是两条链上互补配对的碱基之间的【解析】由图示可知，该限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切点在G和A之间；要获得重组DNA分子，必须用同一种限制酶切割运载体，得到相同的黏性末端，将目的基因与运载体“缝合〞起来的是DNA连接酶，而不是DNA聚合酶。限制酶切割的是同一条链上相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。【答案】C10、(2023·江西重点联考)在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞和组织才能在卡那霉素培养基上生长。以下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图答复，表达正确的选项是()①A过程需要的酶主要有限制性内切酶和DNA连接酶②B过程需要参加卡那霉素进行选择培养③C过程为脱分化过程，培养基中只需参加营养物质、琼脂和激素④D过程可以用放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因作为探针进行分子水平的检测⑤D过程可以用虫感染植株进行个体水平的检测A．①②③④⑤B．①②④⑤C．③④⑤ D．①③④⑤【解析】A过程中重组质粒的构建需要限制性内切酶和DNA连接酶；B过程中需参加卡那霉素进行筛选，选出含重组质粒的土壤农杆菌；培养基中除参加营养物质、琼脂和激素外，还应参加蔗糖、维生素等物质；可以用放射性同位素(或荧光分子)标记的抗虫基因作为探针进行分子水平的检测或用虫感染植株进行个体水平的检测。【答案】BB组11、(2023·梧州一模)ω－3脂肪酸是深海“鱼油〞的主要成分，它对风湿性关节炎以及糖尿病等有很好的预防和辅助治疗作用。科学家从一种线虫中提取出相应基因，然后将该基因导入猪胚胎干细胞，以期得到富含ω－3脂肪酸的转基因猪。以下相关表达正确的选项是()A．从线虫中提取目的基因需要特定的限制性内切酶，此酶作用于氢键B．构建重组DNA时，常用的运载体是质粒，受体细胞可以是胚胎干细胞，也可以是受精卵C．培养胚胎干细胞的培养基中，所参加的动物血清也是植物组织培养必需成分D．培育转基因猪需利用到转基因技术、动物细胞培养技术、核移植技术【解析】限制性内切酶不作用于氢键，而是作用于磷酸二酯键；植物组织培养中不加动物血清，需参加必需的矿质元素、植物激素等；题中并未涉及核移植技术。【答案】B12、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。以下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mRNA④检测目的基因是否翻译蛋白质A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④【解析】目的基因的检测主要有三种：(1)检测转基因生物的染色体的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针；(2)检测目的基因是否转录出了相应的mRNA，方法也是使用基因探针与之杂交；(3)检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质，常用方法是抗原—抗体杂交，检测杂交带是否出现。【答案】C13、上海医学研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍。以下与此有关的表达中，正确的选项是()A．“转基因动物〞是指体细胞中出现了新基因的动物B．“提高基因表达水平〞是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C．只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白【解析】“提高基因表达水平〞是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的蛋白质。动物细胞的全能性较难实现，用牛的卵细胞不能培养形成转基因牛。转基因牛的细胞中都含有人白蛋白基因，人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达。【答案】D14、(2023·北京朝阳一模)目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的选项是()A．苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫【解析】苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法，导入棉花的叶肉细胞，不能直接进入棉花的叶肉细胞表达；棉花叶肉细胞不能进行减数分裂产生配子，故抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可以通过组织培养技术，使抗虫性状遗传下去；棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果，但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高。【答案】C15、在基因工程操作的根本步骤中，没有进行碱基互补配对的是A．人工合成目的基因B．目的基因与运载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测表达【解析】基因工程操作过程中，人工合成目的基因的方法有两种，反转录法中的反转录成单链DNA与合成双链DNA的过程都需要碱基互补配对，直接合成法最后合成DNA时需要人为进行碱基互补配对；目的基因与运载体结合过程涉及两个黏性末端上碱基互补配对；目的基因的表达涉及转录和翻译两个过程，都有碱基互补配对的过程。【答案】C16、利用细菌大量生产人类胰岛素，以下表达错误的选项是A．用适当的酶对运载体与人类胰岛素基因进行切割与黏合B．用适当的化学物质处理受体细菌外表，将重组DNA导入受体细菌C．通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌D．重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人类胰岛素【解析】此题考查基因工程的操作。切割运载体和目的基因是限制性内切酶；检测目的基因是否导入受体细菌是通过运载体上的标记基因；目的基因导入受体细胞需要复制和表达。【答案】C17、以下有关基因诊断和基因治疗的表达，正确的选项是A．基因工程可以直接在细胞内修复有问题的基因B．用基因替换的方法可治疗21—三体综合征C．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因D．应用基因探针可以检测出苯丙酮尿症【解析】有缺陷的基因不能在细胞内进行修复；21三体综合征是染色体疾病，用基因替换没有治疗效果；基因治疗是用正常基因替换缺陷基因；苯丙酮尿症是基因突变引起的遗传病，可以通过基因探针检测出来。【答案】D18、质粒是基因工程中常用的运载工具，某质粒上有两种抗药基因可作为标记基因，a、b、c为三个可能出现的目的基因插入点，如右图所示。如果用一种限制酶将目的基因和质粒处理后，合成重组质粒，将重组质粒导入某高等植物受体细胞后，用含有药物的培养基筛选受体细胞，预计结果如下表。以下选项中正确的选项是含有青霉素的培养基含有四环素的培养基①能生长能生长②不能生长能生长③能生长不能生长A.如果出现①结果，说明两个抗药基因都没有被破坏，转基因实验获得成功B．如果出现①结果，说明限制酶的切点在c点，目的基因在c点的断口处C．如果出现②或者③结果，说明转基因实验失败D．转移到受体细胞中的a、b基因的遗传遵循孟德尔规律【解析】当目的基因插入c点时，既不破坏抗氨苄青霉素基因，也没破坏抗四环素基因，所以说会出现结果①，但目的基因导入受体细胞并不一定能准确表达；如果出现②，说明目的基因插在a处；如果出现③，说明目的基因插在b处；只有整合到染色体上的外源基因才能符合孟德尔遗传定律。【答案】B19、科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎的基因，并以质粒为运载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。以下有关说法正确的选项是()A．质粒是最常用的运载体之一，质粒的存在与否对宿主细胞生存有决定性的作用B．通过该方法获得的抗枯萎病金花茶，将来产生的花粉中不一定含有抗病基因C．该种抗枯萎病基因之所以能在金花茶细胞中表达，是因为两者的DNA结构相同D．为保证金花茶植株抗枯萎病，只能以受精卵细胞作为基因工程的受体细胞【解析】质粒在宿主细胞中能够友好借居，但是不能对宿主细胞的生存起决定作用。由于在转基因植物体内基因只存在于某一染色体上，所以在减数分裂形成配子时随着同源染色体的别离，局部配子存在目的基因，而另外一半配子不含目的基因。抗枯萎病基因之所以能在金花茶细胞中表达，是因为两者共用一套密码子。转基因植物的受体细胞可以是受精卵，也可以是其他体细胞。【答案】D20、以下关于限制酶的说法不正确的选项是()A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B．自然界中限制酶的天然作用是用来提取目的基因C．不同的限制酶切割DNA的切点不同 D．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列【解析】限制酶主要存在于各种微生物中，而高等生物中那么很少。自然界中的限制酶主要用来切割外来的DNA，进行自我保护。【答案】ABC组21、MstⅡ是一种限制性内切酶，它总是在CCTGAGG的碱基序列中切断DNA。图中显示了用MstⅡ处理后的正常β－血红蛋白基因片段。镰刀型细胞贫血症的根本原因是β－血红蛋白基因突变。以下有关表达中，错误的选项是()A．在起初的正常β－血红蛋白基因中有4个CCTGAGG序列B．假设β－血红蛋白基因某一处CCTGAGG突变为CCTCCTG，那么用MstⅡ处理该基因后产生3个DNA片段C．将MstⅡ酶用于镰刀型细胞贫血症的基因诊断，假设产生3个DNA片段，那么β－血红蛋白基因正常D．将MstⅡ酶用于镰刀型细胞贫血症的基因诊断，假设产生4个DNA片段，那么β－血红蛋白基因正常【解析】由图可知，正常β－血红蛋白基因中含有3个CCTGAGG序列，故能把该基因切成4个片段。如果某一CCTGAGG片段突变，那么不能很好地识别和切割，所以MstⅡ酶切后只能产生3个片段。镰刀型细胞贫血症的基因诊断时，如果酶切后出现3个DNA片段，那么说明β－血红蛋白基因不正常。【答案】AC22、以下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的选项是【答案】Daa重组DNAA.a中存在着抗性基因，其非编码区通常不具遗传效应。B.b能识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开C.c能连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对 D.假设要获得真核生物的d，那么一般采用人工合成方法23、多聚酶链式反响〔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屡次循环：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〕。以下有关PCR过程的表达中不正确的选项是：CA．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B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原那么完成C．延伸过程中需要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24、〔2023·天津模拟)用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是()A.通过害虫吃棉叶看其是否死亡B.转基因生物基因组DNA与DNA探针能否形成杂交带C.转基因生物中提取的mRNA与DNA探针能否形成杂交带D.转基因生物中提取的蛋白质能否与抗体形成杂交带【解析】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，只有通过检测与鉴定才能知道。首先，要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。检测方法是采用DNA分子杂交技术，使DNA探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就说明目的基因已插入染色体DNA中。其次，再检测目的基因是否转录出了mRNA，同样是采用分子杂交技术，让探针与mRNA杂交，如果显示出杂交带，就说明目的基因已转录形成了mRNA。最后，检测目的基因是否翻译成蛋白质，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，假设有杂交带出现，说明目的基因已形成蛋白质产品。以上三种方法都是分子水平上的检测。除了上述的分子检测外，有时还需要进行个体生物学水平的鉴定。例如，通过害虫吃棉叶看其是否死亡，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。【答案】A25、(2023·黄冈模拟)限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是-C↓AATTG-和-G↓AATTC-。如图表示四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为酶的识别位点，质粒的阴影局部表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是()【解析】此题考查的是基因工程中限制酶的运用。解答此题的关键是知道载体必须具备标记基因，且标记基因不能被破坏。A中MunⅠ能切出与EcoRⅠ一样的AATT-黏性末端，且未破坏标记基因结构；B中质粒无标记基因，不符合载体的条件；C、D中破坏了标记基因。【答案】A26、(2023·南京质检)目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为根底重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如图一所示(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于________。(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。假设在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。(3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ限制酶作用位点，现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因，通过DNA连接酶作用恢复________键，成功地获得了重组质粒。说明____________________________________________________。(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌，将大肠