备战2021届高考生物一轮专题复习：第1讲基因工程-教案

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1、1 第 1 讲基因工程 考纲要求核心素养 1.基因工程的诞生 2 基因工程的原理及 技术(含 PCR 技术) 3 基因工程的应用 4蛋白质工程 生命观念 结合生活或生产实例，利用基因的结构与功能理解 基因工程的原理及蛋白质工程的概念及流程。 科学探究 针对人类生产或生活的需求，选取恰当的基因工程 技术和方法，尝试提出初步的工程学构想，进行简 单的设计和制作。 社会责任 面对日常生活或社会热点话题中与基因工程有关的 话题，基于证据运用生物学基本概念和原理，就基 因工程与安全性表明自己观点并展开讨论。 基因工程的工具 授课提示：对应学生用书第 198 页 基础突破抓基础，自主学习 1限制性核酸内切

2、酶 (1)存在：原核生物中。 (2)作用：识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并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。 (3)形成末 端类型 识别序列中心轴线两侧切开黏性末端 识别序列中心轴线处切开平末端 2DNA 连接酶 (1)作用：将双链 DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间 的磷酸二酯键。 (2)种类 Ecoli DNA 连接酶T4DNA 连接酶 2 来源大肠杆菌T4噬菌体 特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合” 3.载体 (1)条件：能在受体细胞中自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有特 殊的标记基因。 (2)种类 最常

3、用：质粒 其他：噬菌体的衍生物、动植物病毒 (3)作用：携带外源 DNA 片段进入受体细胞。 重难突破攻重难，名师点拨 1限制酶和 DNA 连接酶的关系 (1)限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序 列已经被修饰。 (3)DNA 连接酶起作用时，不需要模板。 2限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶等相关酶的分析比较 名称作用底物作用部位形成产物 限制酶 DNA 分子 磷酸二酯键 带黏性末端或平末端 的 DNA 片段 DNA 连接酶 DNA 片段 磷酸二酯键重组 DNA 分子 DNA 聚合酶 脱氧核 苷酸

4、磷酸二酯键子代 DNA 分子 热稳定 DNA 聚合酶 脱氧核 苷酸 磷酸二酯键子代 DNA 分子 DNA(水 解)酶 DNA 分子 磷酸二酯键 游离的脱 氧核苷酸 解旋酶DNA碱基对脱氧核苷酸长链 3 分子间的氢键 RNA 聚合酶 核糖核 苷酸 磷酸二酯键单链 RNA 分子 3.载体的作用及作为载体的条件 (1)作用：作为运载工具，将目的基因转移到受体细胞内。利用它在受体细 胞内对目的基因进行大量复制。 (2)条件与目的 条件目的 对受体细胞无害 不影响受体细胞正常的 生命活动 在受体细胞中稳定 存在并大量复制 目的基因数量可扩增 有一个至多个限制 酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标

5、记基因 以便将含有目的基因的 受体细胞筛选出来 4.基因工程中基本工具的 8 个易错点 (1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。 (2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或 强碱均易使之变性失活。 (3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。 (4)将一个基因从 DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生 4 个黏性末端。 (5)不同 DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个 DNA 分 子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。 (6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。 (7)基

6、因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是 DNA 分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透 性有关。 (8)基因工程中有 3 种工具，但工具酶只有 2 种。 题型突破练题型，夯基提能 4 1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，如图表示外源基因插 入位置(插入点有 a、b、c)，请根据表中提供的细菌的生长情况，推测三 种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是() A是 c；是 b；是 a B是

7、 a 和 b；是 a；是 b C是 a 和 b；是 b；是 a D是 c；是 a；是 b 解析： 第组中重组后细菌能在含氨苄青霉素和含四环素的培养基上生长，说明 抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入位置是 c。第 组中重组后细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长， 说明抗氨苄青霉素基因没 有被破坏；细菌不能在含四环素的培养基上生长，说明四环素基因被破坏，因此 外源基因插入位置是 b。第组重组后细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长， 说明抗氨苄青霉素基因被破坏；细菌能在含四环素的培养基上生长，说明抗四环 素基因没有被破坏，因此外源基因插入位置是 a。 答案：A 2根据基因工程的

8、有关知识，回答下列问题： (1)限制性核酸内切酶切割 DNA 分子后产生的片段，其末端类型有_和 _。 (2)质粒运载体用 EcoR切割后产生的片段如下： GAATTC C TTAAG 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的 DNA 除可用 EcoR切割外，还 5 可 用 另 一 种 限 制 性 核 酸 内 切 酶 切 割 ， 该 酶 必 须 具 有 的 特 点 是 _ _。 (3)按其来源不同，基因工程中所使用的 DNA 连接酶有两类，即_DNA 连接酶和_DNA 连接酶。 (4)基因工程中除质粒外，_和_也可作为运载 体。 解析：(1)DNA 分子经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常

9、有两种黏性末 端和平末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制酶切割含目的 基因的DNA后形成的黏性末端必须与EcoR切割形成的黏性末端相同。 (3)DNA 连接酶有 Ecoli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶两类。(4)在基因工程中使用的运 载体除质粒外，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 答案：(1)黏性末端平末端(2)切割产生的 DNA 片段末端与 EcoR切割产生 的相同(3)EcoliT4(4)噬菌体的衍生物动植物病毒 3(2018山西晋中模拟)为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的 cDNA 文 库中提取出花色基因 C(图 1)，拟将其与质粒(图 2)重组，再借

10、助农杆菌导入菊花 细胞中。图 3 从上到下依次表示 EcoR、BamH和 Sau3A三种限制酶的识别 序列与切割位点。请分析回答： (1)利用 PCR 技术扩增目的基因 C 的原理是_。 (2)图 2 所示质粒被_切割获得的产物可与图 1 所示基因 C 连接， 理由是_。 (3)经 BamH处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因 C 不能表达，原因 是质粒酶切部位的两端无_，导致基因 C 不能 _。 (4)在添加四环素的固体培养基上， _(填“能”或“不能”)筛选出含有插 6 入基因 C 的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是_ _。 解析：(1)利用 PCR 技术扩增目的基因 C 的原理是 DN

11、A 双链复制。(2)据图 3 可 知，由于 BamH和 Sau3A两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，因 此图2所示质粒被BamH和Sau3A切割获得的产物可与图1所示基因C连接。 (3)据图可知，经 BamH处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因 C 不能 表达， 原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子， 导致基因 C 不能转录。 (4) 由于含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因， 在含四环素的 培养基上均能生长，所以在添加四环素的固体培养基上，不能筛选出含有插入基 因 C 的重组质粒的农杆菌单菌落。 答案：(1)DNA 双链复制(2)BamH和 Sau3A两种酶切

12、割后产生的片段具 有相同的黏性末端(3)启动子和终止子转录(4)不能含质粒的农杆菌和含 重组质粒的农杆菌均含有抗四环素基因，在含四环素的培养基上均能生长 方法规律 限制酶的选择方法 1应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择 Pst。不能选择切点 位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择 Sma。 2切割质粒时，一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有 相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等，所以所 选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶 Sma会破坏标记基因； 如果所选限制酶的切点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片 段含

13、复制原点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。 3为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，可使用两种不同的限制酶切 割目的基因和质粒，如图甲可选择用 Pst和 EcoR两种限制酶(但要确保质粒 7 上也有这两种限制酶的切点)。 基因工程的基本操作程序 授课提示：对应学生用书第 200 页 基础突破抓基础，自主学习 基因工程的基本操作程序 重难突破攻重难，名师点拨 1目的基因的获取 (1)从基因文库中获取 基因组文库与部分基因文库的构造 8 从基因文库中获取目的基因的方法可根据基因的核苷酸序列、基因功能、基因 在染色体上的位置、基因的转录产物 mRNA 等信息获取。 (2)人工合成

14、目的基因的常用方法 化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用 DNA 合成仪用化学方法 合成，不需要模板。 反转录法：以 RNA 为模板，在逆转录酶作用下人工合成。 (3)通过 PCR 技术扩增目的基因 原理：DNA 复制 需要条件：模板 DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶)。 过程：变性(9095 )：双链 DNA 模板在热作用下，氢键断裂，形成单链 复性(5560 )：引物与 DNA 模板结合，形成局部双链延伸(7075 )：在 Taq 酶作用下从引物起始进行互补链的合成循环重复上述过程， n 次循环后， 目的基因的量将被扩增 2n倍。 2基因表达载体的

15、构建 (1)基因表达载体的组成及作用 (2)基因表达载体的构建过程 9 特别提醒 (1)目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控， 目的基因应插入启动子与终止子之间的部 位。 (2)启动子起始密码子，终止子终止密码子 启动子和终止子位于 DNA 片段上，分别控制转录过程的启动和终止；起始密码 子和终止密码子位于 mRNA 上，分别控制翻译过程的启动和终止。 3将目的基因导入受体细胞 (1)导入植物细胞：农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法； (2)导入动物细胞：显微注射法(注射到受精卵内)； (3)导入微生物细胞：感受态细胞法(Ca2 处理法)。 特别提醒 基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同 (1)培育转基因植物：受体细胞可以是受精卵、体细胞(需经植物组织培养成为完 整植株)。 (2)培育转基因动物：受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核 移植技术培养成转基因动物。 (3)生产蛋白质产品：一般选用大肠杆菌等原核