2012高三生物總復(fù)習(xí) 第46講 基因工程教案

1、2012高三生物總復(fù)習(xí)教案 第46講 基因工程教學(xué)案【考綱要求】 遺傳的基本規(guī)律 考綱要求具體內(nèi)容(1)基因工程的誕生(2)基因工程的原理及技術(shù)(3)基因工程的應(yīng)用 I I實驗內(nèi)容(1)基因工程的具體操作步驟、過程與方法(2)從動物組織、植物器官中粗提取DNA的基本操作步驟與DNA鑒定操作過程 實驗與探 究能力【考點分析】考點試卷類型越型基因工程的操作工具2007·全國·理綜選擇題2007·廣東·生物選擇題2008·全國·理綜選擇題基因工程的操作步驟及應(yīng)用選擇題2007·廣東·生物選擇題2007·海南&#

2、183;生物非選擇題2007·山東·理綜非選擇題2007·江蘇·生物非選擇題2007·天津·理綜非選擇題2008·山東·理綜非選擇題2008·海南·生物非選擇題2008·江蘇·生物非選擇題2008·江蘇·生物選擇題2009·安徽·生物選擇題2009·浙江·生物選擇題2009·重慶·生物選擇題2009·上海·理綜選擇題2009·天津·生物非選擇題2009

3、83;重慶·生物非選擇題2009·江蘇·生物非選擇題2009·上海·生物非選擇題【考點預(yù)測】從近幾年的高考試題看，考點主要集中在考查基因工程的基本工具、操作程序、DNA分子的提取與鑒定上?；蚬こ痰墓ぞ吆筒襟E仍是本專題的重點內(nèi)答，今年高考命題可能會從以下幾個方面展開： 1基因工程的基本工具。 2基本操作程序的四個步驟。 3基因工程的應(yīng)用等知識點。 本專題內(nèi)容側(cè)重考查學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方面的知識應(yīng)用能力，主要要是以填空題的形式呈現(xiàn)?！局R梳理】基因工程1、 概念2、 誕生歷程3、 基本工具4、 操作程序應(yīng)用【重點解析】考點一 基因工程的工具及其操作

4、程序1基因工程的基本工具 2基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 從基因文庫中獲取目的基因 優(yōu)點：有了基因文庫，就可以隨時從中提取所需要的目的基因，引入受體細(xì)胞使之表達(dá)。 人工合成目的基因 利用PCR技術(shù)擴增目的基因 aPCR：是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。PCR擴增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進(jìn)行分子鑒定和檢測的一種很靈敏的方法。 b目的：通過指數(shù)式擴增獲取大量的目的基因。 (2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建 目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 基因表達(dá)載體的組成：目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因。 a啟

5、動子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶識別、結(jié)合的部位。 b終止子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止。 C標(biāo)記基因：一般為抗生素抗性基因或熒光基因等，其作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因(目的基因是否導(dǎo)人成功)。 基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法 (3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。受體細(xì)胞種類不同，導(dǎo)入方法不同受體生物不同，所用的受體細(xì)胞種類也不相同 a植物：可以是卵細(xì)胞(受精卵)、體細(xì)胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整植株)。 b動物：受精卵(因為體細(xì)胞的全能性受到嚴(yán)格限制)。 轉(zhuǎn)化實質(zhì)：

6、目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。 (4)目的基因的檢測與鑒定【例l】為擴大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。(1)獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性核酸內(nèi)切酶作用于圖中的 處，DNA連接酶作用于 處。(填“a”或“b”)(2)將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和 法。(3)由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用 技術(shù)，該技術(shù)的核心是 和 。(4)為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的 作探針進(jìn)行分子雜交檢測，又要用 方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。解

7、析：限制酶可水解DNA分子中特定位點的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，DNA連接酶可催化兩個脫氧核苷酸分子之間磷酸二酯鍵的形成；運用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法或花粉管通道法將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞之后，還需利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將受體細(xì)胞培養(yǎng)成植株。答案：(1)a a(2)基因槍(花粉管通道)(3)植物組織培養(yǎng)脫分化(去分化) 再分化(4)耐鹽基因(目的基因) 一定濃度鹽水澆灌(移栽到鹽堿地中)考點二、基因工程的應(yīng)用1基因工程的應(yīng)用 (1)植物基因工程成果 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物(抗蟲棉是轉(zhuǎn)入Bt毒蛋白基因培育的)。 抗病轉(zhuǎn)基因植物(病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因)。 抗逆轉(zhuǎn)基因植物(生物的抗性基因)。 轉(zhuǎn)

8、基因改良植物(營養(yǎng)價值、實用價值、觀賞價值)。 (2)動物基因工程成果 提高動物生長速度(外源生長激素基因)。 改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。 轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物(牛、山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、a一抗胰蛋白酶)。 轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體(導(dǎo)入調(diào)節(jié)因子抑制抗原決定基因表達(dá)或除去抗原決定基因，培育沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官)。 (3)基因工程藥物 來源：主要來自轉(zhuǎn)基因工程菌。 成果：細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。作用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。 (4)基因治療 概念：是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)

9、揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是目前治療遺傳病最有效的手段。 成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者淋巴細(xì)胞中，治療復(fù)合型免疫缺陷癥。 方法 a體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，如T淋巴細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)。然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。 b體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。如1994年美國科學(xué)家利用經(jīng)過修飾的腺病毒作載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者肺組織中?！緦崙?zhàn)訓(xùn)練】（09安徽卷）12008年諾貝爾化學(xué)獎授予了“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組成一個

10、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：C解析：將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，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)帶有綠色熒光，從而可以追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布。故C正確。（09浙江卷）2下列關(guān)于基因工程的敘述，錯誤的是A目的基因和受體細(xì)胞均可來自動、植物或微生物B限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶C人胰島素原

11、基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性D載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)答案：D解析：基因工程中目的基因和受體細(xì)胞均可來自動、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性，只有經(jīng)過一定的物質(zhì)激活以后，才有生物活性。載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)。所以D錯誤。（09重慶卷）3.下表有關(guān)基因表達(dá)的選項中，不可能的是 基因表達(dá)的細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)物A細(xì)菌抗蟲蛋白基因抗蟲棉葉肉細(xì)胞細(xì)菌抗蟲蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮膚細(xì)胞人酪氨酸酶C動物胰島素基因大腸桿菌工程菌細(xì)胞動

12、物胰島素D兔血紅蛋白基因兔成熟紅細(xì)胞兔血紅蛋白答案：D解析：抗蟲棉葉肉細(xì)胞中存在細(xì)菌抗蟲蛋白基因，細(xì)菌抗蟲蛋白基因能夠表達(dá)產(chǎn)生細(xì)菌抗蟲蛋白；正常人皮膚細(xì)胞中含有人酪氨酸酶基因，人酪氨酸酶基因能夠表達(dá)產(chǎn)生人酪氨酸酶；大腸桿菌工程菌細(xì)胞存在動物胰島素基因，動物胰島素基因能夠表達(dá)產(chǎn)生動物胰島素；兔成熟紅細(xì)胞中無細(xì)胞核，所以無兔血紅蛋白基因不能表達(dá)產(chǎn)生兔血紅蛋白。此題為容易題，識記理解類。（09上海理綜卷）4科學(xué)家運用基因工程技術(shù)將人胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內(nèi)獲得成功表達(dá)。圖示a處為胰島素基因與大腸桿菌質(zhì)粒DNA結(jié)合的位置，它們彼此能結(jié)合的依據(jù)是A基因自由組合定律B半

13、保留復(fù)制原則C基因分離定律D堿基互補配對原則答案：D解析：本題考查基因工程的相關(guān)知識，重組質(zhì)粒依據(jù)的是粘性末端的堿基互補配對原則。（09天津卷）5（30分）水稻種子中70的磷以植酸形式存在。植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結(jié)合排出體外，是多種動物的抗?fàn)I養(yǎng)因子，同時，排出的大量磷進(jìn)入水體易引起水華。（1）磷元素除了形成植酸外，還可以出現(xiàn)在下列_分子或結(jié)構(gòu)中（多選）。A.核糖B.ATPC.核糖體D.核膜（2）種植蘆葦能有效抑制水華的發(fā)生，表明蘆葦與引起水華的藻類關(guān)系是_。（3）植酸酶可降解植酸，在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的_ 利用率。（4）酵母菌中植酸的活性較高。下圖是從不同類型酵母菌的發(fā)

14、酵液中提取植酸酶的工藝流程。據(jù)圖回答：植酸酶_（/）屬于分泌蛋白。若植酸酶和的肽鏈組成不同，其差異體現(xiàn)在_。提純的植酸酶需做活性條件測定。右圖為測定結(jié)果。圖中的自變量可為_(答一種)；因變量可以通過測定_來表示。（5）為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因?qū)胨荆嘤椭菜徂D(zhuǎn)基因水稻品種。下圖是獲取植酸酶基因的流程。據(jù)圖回答：圖中基因組文庫_（小于/等于/大于）cDNA文庫。B過程需要的酶是_；A、C過程中_（可以/不可以）使用同一種探針篩選含目的基因的菌株。目的基因和除從構(gòu)建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中_。和_為模板直接進(jìn)行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是_。（6）已

15、獲得的轉(zhuǎn)植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，下圖為選育低植酸抗病水稻品種的過程。圖中兩對相對性形狀分別由兩對基因控制，并獨立遺傳。 采用上圖育種過程，需從_代開始篩選，經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中低植酸抗病純合體所占的比例是_。選留植株多代自交，經(jīng)篩選可獲得低植酸抗病性狀穩(wěn)定的品性。答案：（1）BCD（2）競爭關(guān)系（3）營養(yǎng)成分（4）I 氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序不同 溫度（或PH） 單位時間內(nèi)植酸的降解量（或植酸降解產(chǎn)物的生成量）（5）大于逆轉(zhuǎn)錄酶 可以DNA cDNA耐高溫（6）F2 1/9解析：本題考查物質(zhì)的元素組成、生物的種間關(guān)系、蛋白質(zhì)、酶、基因工程、遺傳定律的相關(guān)知識，涉及的

16、知識點較多，綜合性很強。（1）只有核糖中不含磷元素，ATP（磷酸基團）、核糖體（含RNA）、核膜（含磷脂）中均含有磷元素。（2）蘆葦能抑制水華的發(fā)生，表明蘆葦與水華的藻類關(guān)系是競爭。（3）植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結(jié)合排出體外，是多種動物的抗?fàn)I養(yǎng)因子，而植酸酶可降解植酸，因此在谷物類飼料中添加植酸酶可提高飼料的營養(yǎng)成分的利用率。（4）分析圖可知，植酸酶需要經(jīng)過兩次離心，因此植酸酶屬于分泌蛋白。若植酸酶和的肽鏈組成不同，其差異體現(xiàn)在氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序的不同。從圖的可看出，自變量可為溫度或pH，因變量可以通過測定單位時間內(nèi)植酸的降解量或植酸降解量產(chǎn)物的生成量來表示。（5）分析獲取植

17、酸酶基因的流程圖可知，圖中基因組文庫大于cDNA文庫。B過程需要的酶應(yīng)該是逆轉(zhuǎn)錄酶，因為A、C過程都能獲得含目的基因的菌株，所以可以使用同一種探針進(jìn)行篩選。目的基因和除從構(gòu)建的文庫中分離外，還可以分別利用圖中DNA和cDNA為模板直接進(jìn)行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是耐高溫。（6）根據(jù)上圖育種過程，所需性狀在F2代中才開始出現(xiàn)，所以應(yīng)從F2代開始篩選。從圖中可以看出，低植酸抗病是雙顯性（在F2中占9/16），經(jīng)篩選淘汰后，在選留的植株中純合體所占的比例是1/9。（09重慶卷）6.（16分）小鼠基因敲除技術(shù)獲得2007年諾貝爾獎，該技術(shù)采用基因工程、細(xì)胞工程、雜交等手段使小鼠體內(nèi)的某一基

18、因失去功能，以研究基因在生物個體發(fā)育和病理過程中的作用。例如現(xiàn)有基因型為BB的小鼠，要敲除基因B，可先用體外合成的突變基因b取代正常基因B，使BB細(xì)胞改變?yōu)锽b細(xì)胞，最終培育成為基因敲除小鼠。（1）基因敲除過程中外源基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，可利用重組質(zhì)粒上的 檢測。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，則可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的 被激活，使小鼠細(xì)胞發(fā)生癌變。（2）通過基因敲除，得到一只AABb小鼠。假設(shè)棕毛基因A、白毛基因a、褐齒基因B和黃齒基因b均位于常染色體上，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠，用來與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是 ，雜交子代的基因型是 。讓F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中帶有b

19、基因個體的概率是 。不帶B基因個體的概率是 。（3）在上述F1代中只考慮齒色這對性狀，假設(shè)這對性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則表現(xiàn)黃齒個體的性別是 ，這一代中具有這種性別的個體基因是 。答案：（1）標(biāo)記基因；原癌基因（2）aaBB；AaBb；12/16（3/4）；4/16（1/4）（3）雄性（）；XBY、XbY解析：（1）作為質(zhì)粒的一個條件之一就是要具有標(biāo)記基因，以檢測外源基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。癌變的產(chǎn)生就是原癌基因由抑制態(tài)變激活態(tài)。（2）根據(jù)題意AABb基因敲除小鼠的表現(xiàn)型是棕毛褐齒，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠（aabb），應(yīng)選取用與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是，用圖解表示：親本：A

20、ABbX子代：aabb則此親本必含有a基因，而又是純合的基因型只能為aabb或aaBB，而aabb是要培育的新品種不可能有，所以只用選用基因型為aaBB的親本，親本：AABbXaaBB子一代：1/2AaBb 1/2 AaBBF1代中雙雜合基因型AaBb的雌雄小鼠相互交配即自交,由于是常染色體遺傳,即Bb自交后代的基因型及比例為:1/4BB、2/4Bb、1/4bb，帶有b基因個體的概率是3/4，不帶B基因個體的概率是1/4。（只考慮B和b這一對基因的計算，用基因分離定律）也可兩對同時計算用自由組合定律，AaBb自交得1/4AAX1/4BB、1/4AAX2/4Bb、1/4AAX/4bb、2/4Aa

21、X1/4BB、2/4AaX2/4Bb、24AaX/4bb、1/4aaX1/4BB、1/4aaX2/4Bb、1/4aaX/4bb、可得帶有b基因個體的概率是12/16，不帶B基因個體的概率是4/16。（3）假設(shè)齒色性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則親本都為褐齒，基因型為XBXb和XY，則F1代的基因型為XBXb、XX、XB、XbY，其中XbY為黃齒是雄性個體，雄性個體基因還有XB。此題考查學(xué)生對兩大遺傳定律的理解與掌握情況及基因工程的有關(guān)知識。（09江蘇卷）7（7分）蘇云金桿菌（Bt）能產(chǎn)生具有殺蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉(zhuǎn)Bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖（為抗氨芐青霉素基因），據(jù)圖回答下列問題

22、。（1）將圖中的DNA用Hind、BamH完全酶切后，反應(yīng)管中有 種DNA片段。（2）圖中表示 Hind與BamH酶切、DNA連接酶連接的過程，此過程可獲得 種重組質(zhì)粒；如果換用Bst l與BamH酶切，目的基因與質(zhì)粒連接后可獲得 種重組質(zhì)粒。 （3）目的基因插入質(zhì)粒后，不能影響質(zhì)粒的 。（4）圖中的Ti質(zhì)粒調(diào)控合成的vir蛋白，可以協(xié)助帶有目的基因的TDNA導(dǎo)人植物細(xì)胞，并防止植物細(xì)胞中 對TDNA的降解。（5）已知轉(zhuǎn)基因植物中毒素蛋白只結(jié)合某些昆蟲腸上皮細(xì)胞表面的特異受體，使細(xì)胞膜穿孔，腸細(xì)胞裂解，昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風(fēng)險相對較小，原因是人類腸上皮細(xì)胞 。 （6）生產(chǎn)上常將上述轉(zhuǎn)

23、基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物混合播種，其目的是降低害蟲種群中的 基因頻率的增長速率。答案：（1）4 （2）2 1 （3）復(fù)制 （4）DNA水解酶（5）表面無相應(yīng)的特異性受體（6）抗性解析：本題考查基因工程的相關(guān)知識。（1）由于上述兩種酶形成的末端不一樣，所以被兩種不同的限制酶切割之后所形成的片段有AA、AB、BA、BB四種切法形成的四種片段。（A表示Hind，B表示BamH）（2）同時被兩種限制酶切割有兩種不同的目的基因，即AB和BA，所以重組質(zhì)粒有兩種。Bst l與BamH酶切割的末端一樣，所以同時用這兩種限制酶切割只能形成一種目的基因，所以只能形成一種重組質(zhì)粒。（3）質(zhì)粒要進(jìn)行復(fù)制才能更多的表達(dá)

24、出產(chǎn)物，所以重組之后要能復(fù)制。（4）酶具有專一性，對TDNA的降解酶為DNA水解酶。（5）生物的細(xì)胞表面的受體具有特異性，人類腸上皮細(xì)胞沒有昆蟲腸上皮細(xì)胞表面的特異受體。所以該毒素蛋白對人類的風(fēng)險相對較?。?）自然選擇是普遍存在的，純種種植自然選擇會使害蟲抗性基因頻率快速增長。所以混合種植降低害蟲的抗性基因頻率的增長速率。（09上海卷）8.（9分）人體細(xì)胞內(nèi)含有抑制癌癥發(fā)生的P53基因，生物技術(shù)可對此類基因的變化進(jìn)行檢測。（1）目的基因的獲取方法通常包括_和_。（2）上圖表示從正常人和患者體內(nèi)獲取的P53基因的部分區(qū)域。與正常人相比，患者在該區(qū)域的堿基會發(fā)生改變，在上圖中用方框圈出發(fā)生改編的堿基對，這種變異被稱為_。（3）已知限制酶E識別序列為CCGG,若用限制酶E分別完全切割正常人和患者的P53基因部分區(qū)域（見上圖），那么正常人的會被切成_個片段，而患者的則被切割成長度為_對堿基和_對堿基的兩種