人教版高中生物选修3：专题1《基因工程》总结提升课件

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1、总结提升,专题1 基因工程,内容索引,系统构建,规律整合,跟踪训练,系统构建,知识建网,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,基因表达载体,检测与鉴定,要语必背,1.限制性核酸内切酶可识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。 2.质粒作为基因工程的载体需具备的条件有：能在宿主细胞内稳定保存并自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有标记基因。 3.基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。,4.将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。将目的基因导入动物细胞常用显微注射技

2、术，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2处理法)。 5.检测目的基因是否导入受体细胞染色体DNA上常用DNA分子杂交技术；检测是否转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原抗体杂交技术。 6.蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。 7.蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。,规律整合,一、几种重要酶的比较,特别提醒,在基因工程中反(逆)转录酶也常被使用。反(逆)转录酶又称RNA指导的DNA聚合酶，是以RNA为模板合成DNA所需的酶。反(逆)转录酶催化的反应叫反(逆)转

3、录。在这个过程中，遗传信息流动的方向是从RNA到DNA，正好与转录过程相反，故称反转录。,例1 下图为DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是,A.DNA连接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA连接酶 C.解旋酶、限制酶、DNA连接酶 D.限制酶、DNA连接酶、解旋酶,答案,解析,解析 限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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裂，形成黏性末端或平末端；DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键；解旋酶能使DNA分子双螺旋结构解开，氢键断裂；所以处是解旋酶作用部位，处是限制酶作用部位，处是

4、DNA连接酶作用部位。,基因工程的基本操作程序中存在多组易混的概念，它们是学习中的难点；只有把它们的区别和联系搞清楚，才能正确掌握关于基因工程的基本操作程序的知识。下面是对几组易混概念的辨析。 1.基因文库、基因组文库、部分基因文库 (1)从定义上区分 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，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不同的基因，称为基因文库。基因文库是指储存有某种生物基因的菌群的总称。,二、易混概念辨析,基因组文库：如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。 部分基因文库：指含有一种生物的一部分基因的基因文库，如cDNA文库。 (2

5、)从范围上区分：基因文库包含基因组文库和部分基因文库。基因组文库有某一种生物的全部基因，它的范围要大于部分基因文库。 2.启动子、终止子、起始密码子、终止密码子 (1)从定义上区分 启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。,终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。,密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的

6、密码子有61种，3种是终止密码子。,终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。 起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。 (2)从本质上区分：启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。,例2 下列关于cDNA文库和基因组文库的说法，不正确的是 A.cDNA文库中的DNA来源于mRNA的反转录过程 B.如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同 C.

7、cDNA文库中的基因都没有启动子 D.一种生物的cDNA文库可以有许多种，但基因组文库只有一种,答案,解析 由于基因转录时只有编码区段才能转录，所以以mRNA反转录成的DNA就只有外显子区段，而缺少内含子和启动子等非编码区段，和原来的基因结构不相同。,解析,跟踪训练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1.EcoR和Sma限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成，但切割后产生的结果不同，其识别序列和切割位点(图中箭头处)分别如下图所示，请据图分析下列说法正确的是,A.所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成 B.Sma切割后产生的是黏性末端 C.用DNA连接酶连接平末端和黏性末端的效率一样 D.

8、细菌细胞内的限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵,答案,解析,解析 限制酶的识别位点一般由4、5、6或8个核苷酸序列组成，故A错误； 据图分析，Sma限制酶切割后产生的是平末端，故B错误； 用DNA连接酶连接平末端的效率比黏性末端低，故C错误； 细菌细胞内限制酶可以切割外源DNA，防止外源DNA入侵，是一套完善的防御机制，故D正确。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.科学家将来自于大鼠的编码一种离子通道蛋白的基因转入果蝇体内，培养出一种转基因果蝇，人们可以通过照射激光来遥控它们的行为，让懒散的果蝇活动起来。以下叙述正确的是 A.获取编码离子通道蛋白的基因的方法有从基因文库中

9、获取、人工合成法等 B.为了保持基因的完整性，应该将目的基因直接导入果蝇细胞 C.将该基因导入果蝇细胞最常用的方法是基因枪法 D.该转基因果蝇有性生殖的后代能保持该性状的稳定遗传,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 基因工程中获取目的基因的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、人工合成；将目的基因导入受体细胞前需要构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达；将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；转基因果蝇有性生殖的后代可能会发生性状分离，该性状不一定能稳定遗传。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.下列有关基因工程的叙述正确的

10、是 A.DNA连接酶的作用是使互补的黏性末端之间发生碱基A与T，C与G之间的配对 B.基因工程中使用的载体最常见的是大肠杆菌 C.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞并可促进目的基因的表达 D.基因工程造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 DNA连接酶的作用对象是磷酸二酯键，A错误； 基因工程中使用的载体最常见的是质粒，B错误； 载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但是不能促进目的基因的表达，C错误； 基因工程能按照人们的意愿定向地改造生物的遗传性状，其原理是基因重组，D正确。,1,2,3,4,

11、5,6,7,8,9,10,4.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是 A.抗虫基因的提取和运输需要专用的工具和载体 B.重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递到近缘作物，从而造成基因污染 D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 抗虫基因的提取和运输都需要工具酶(限制酶和DNA连接酶)和载体，故A正确； 一种氨基酸可以由几种不同的密码子编码，且增加的碱基对可能位于非编码区或内含子中，

12、所以DNA分子中增加一个碱基对，不一定影响蛋白质的功能，故B正确； 转基因作物可通过花粉将外源基因传递到近缘作物，从而造成基因污染，故C正确； 转基因棉花是否具有抗虫特性，应该直接用害虫来食用棉花叶片，做毒性检测，抗生素抗性检测往往用于对标记基因进行检测，以确定外源基因是否导入受体细胞，故D错误。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.下面是获得抗虫棉的技术流程示意图。有关叙述错误的是,答案,解析,A.基因表达载体构建过程中需要限制酶和DNA连接酶 B.图中愈伤组织分化产生的再生植株的基因型一般都相同 C.卡那霉素抗性基因中含有相关限制酶的识别和切割位点 D.转基因抗虫棉有性生殖产生的

13、部分后代不能稳定保持抗虫性状,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 基因表达载体构建过程中需要限制酶对目的基因和载体进行切割，需要DNA连接酶将目的基因和载体进行连接，A正确； 愈伤组织分化产生的再生植株的基因型不发生突变的话都是一样的，B正确； 卡那霉素抗性基因中不能含有限制酶的识别和切割位点，否则破坏了抗性基因，C错误； 进行有性生殖会发生基因重组，部分后代抗虫性状不能稳定遗传，D正确。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.下列有关蛋白质工程的说法错误的有几项 蛋白质工程无需构建基因表达载体 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质 蛋白质工程需要用到限制酶和D

14、NA连接酶 蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的 A.1 B.2 C.3 D.4,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 蛋白质工程是指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，其核心是基因工程，故蛋白质工程需要构建基因表达载体，错误； 通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，错误； 蛋白质工程的核心是基因工程，故蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶，正确； 对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，错误，故C正确。,

15、1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,7.科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104 位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是 A.直接通过分子水平改造蛋白质 B.直接改造相应的mRNA C.对相应的基因进行操作 D.重新合成新的基因,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋

16、白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,8.下列关于基因工程技术的叙述，正确的是 A.切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列 B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应 C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 限制酶的识别序列多数为6个核苷酸序列，也有少数为4、5或8个核苷酸序列的，

17、A错误； DNA聚合酶只能催化脱氧核苷酸合成DNA片段，不能催化其他反应，B错误； 控制抗生素合成的基因不在质粒上，通常采用载体质粒上的抗生素抗性基因作为筛选标记基因，C错误； 抗虫基因成功插入到植物细胞染色体上后，是否能正常表达，还需要其他控制元件如启动子、终止子等控制，D正确。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,9.某重点实验室课题研究组欲将一株野生杂草的抗病基因转移给一双子叶农作物。该农作物含有高茎基因，植株过高容易倒伏，科学家欲通过基因工程操作抑制高茎基因的表达。基于上述目的科学家进行了基因工程的相关操作，结合所学知识分析下列问题： (1)课题研究组已经获得了抗性基因，在体外大

18、量扩增该目的基因需采用_技术，该技术的基本反应过程：目的基因受热变性后解链为单链，_与单链相应互补序列结合，然后在_的作用下进行延伸。,PCR,引物,Taq酶(热稳定性DNA聚合酶),答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 体外大量扩增目的基因需采用PCR技术，该技术的基本反应过程：目的基因受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在Taq酶(热稳定性DNA聚合酶)的作用下进行延伸。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(2)基因工程操作的核心是_，该过程用到的工具酶有_。本研究中，欲将目的基因转入受体细胞，常采用_法。,基因表达载体的构建,DNA连接酶和

19、限制酶,农杆菌转化,解析 基因工程操作的核心是基因表达载体的构建，该过程用到的工具酶有DNA连接酶和限制酶。将目的基因转入植物细胞常采用农杆菌转化法。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,10.菊天牛是菊花的主要害虫之一。科研人员将抗虫基因转入菊花，培育出抗虫菊花。下图是获得转基因菊花的技术流程，请据图回答：,注：卡那霉素抗性基因(Kanr)作为标记基因，菊花叶片对卡那霉素高度敏感。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(1)为了促进土壤农杆菌吸收重组质粒，可用_处理土壤农杆菌，使其处于感受态。,Ca2(或CaCl2溶液),解析 通常用Ca2处理细菌，使之处于感受态。,

20、答案,解析,(2)将重组质粒导入土壤农杆菌的目的是利用农杆菌能够_ _的特点，使目的基因进入受体细胞中，并插入到菊花细胞的_上，最终形成转基因植株。,感染菊花(或植,物)细胞，并将T-DNA转移至受体细胞,染色体DNA,解析 根据农杆菌的Ti质粒中的T-DNA可以整合到受体细胞的染色体DNA上的特点，通常用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(3)将愈伤组织转移到添加一定浓度植物激素和_的培养基中，在适宜条件下进行培养，筛选转基因菊花。,卡那霉素,解析 基因表达载体的构建中，需要标记基因，根据题意可知该标记基因为卡那霉素抗性基因，因此需要

21、在加入卡那霉素的培养基中选择出成功转入目的基因的菊花。,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(4)用PCR方法检测转基因菊花是否含有目的基因时，需根据_ _的核苷酸序列设计特异引物，以_ _为模板进行第一轮扩增。,抗虫基因,(目的基因),转基因菊花的DNA(或含目,的基因的菊花DNA),答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,(5)将转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料以适当比例混合后饲喂菊天牛2龄幼虫，实验结果如下表所示。,对照组应饲喂等量的_。 据表分析，_差异显著，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。,非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物,实验组与对照组死亡率,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析 实验设计遵循对照原则，因此对照组应该加入非转基因菊花嫩茎及叶片与人工饲料混合物；根据实验组比对照组的死亡率高，说明转基因菊花对菊天牛2龄幼虫有较强的毒杀作用。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,