基因工程及其应用Word下载.docx
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学生活动
设计意图
复习提问
提问:
1、如果在育种过程中,要求集优,即把两个个体的不同优良性状集中在一个个体中,我们选择的方法是什么?
其基本的操作步骤有哪些?
2、如果要获得一个原来自然界中没有的性状,我们应该采用什么育种方式?
3、这种育种方式一定能使我们获得需要的品种吗?
教师总结:
那我们有没有定向的改变生物性状的方法呢?
这节课,我们就来复习《基因工程及其应用》
学生回忆、回答,要求给出准确、规范的答案。
杂交育种
杂交—自交—选优—自交—选纯
诱变育种
不一定。
基因突变具有不定向性,所以,诱变育种也具有不定向性,
复习旧知,强化知识的识记和落实。
一、针对标、纲,确立目标
二、自主梳理,构建网络
1、目标导学
2.总结点评
练习巩固
三、疑难点拨,典题辨析
1、知识点精讲
2、知识精讲
知识小结
【考点预测】
从近几年的高考试题看,考点主要集中在考查基因工程的基本工具、操作程序上。
基因工程的工具和步骤仍是本节的重点。
【创设问题情境】
我们清楚豆科植物具有固氮的能力,所以在种植豆科植物时,不需要施加氮肥。
那么,如果要禾本科的小麦中,也具有固氮的能力,作为科学家的你,应该怎么做呢?
那我们就来回顾一下,这个过程是如何完成的?
【考点一】基因工程的原理
(1)为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上?
(2)这种“嫁接”对品种的改良有什么意义?
(3)基因工程的原理是什么?
【教师总结】
【例题1】改良缺乏某种抗病性的水稻品种,不宜采用的方法是
A.诱变育种B.单倍体育种C.基因工程育种D.杂交育种
【解析】解析:
因题中提供的育种材料是缺乏某种抗病性的水稻品种,欲改良该品种,可以用基因工程的方法,定向导入抗病基因以改变其性状;
也可以用杂交育种的方法,将该水稻品种与另一有该抗病性的水稻品种杂交,使优良性状集中在一起;
或者可采用诱变育种的方法,诱导该水稻品种发生基因突变,产生该抗病基因。
【答案】B
【考点二】基因工程的操作工具
同学们的想法很好,可是用什么样的方法才能实现你的设想,完成“嫁接”的过程?
引导学生思考基因工程所需要的工具:
剪刀、针线、运载体等。
1.限制性核酸内切酶(限制酶)
你能分析限制酶的来源和作用吗?
限制酶同样也是酶,它是否具有酶的特性呢?
你能举例说明它的专一性是如何体现的吗?
该酶催化断裂的化学键是什么键?
2、DNA连接酶:
此酶的功能是什么?
你还能举例说明还有哪些酶也作用于磷酸二酯键?
3.载体
“出国的合法手续——护照。
”
(1)在基因操作中,使用载体的目的有两个:
①作为运载工具,将目的基因运送到宿主细胞中去。
②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
载体必须的三个条件是什么?
类型:
现在所用的载体主要有两类:
①细菌的质粒一种相对分子质量较小、独立于细菌DNA之外的小型环状DNA,可以独立复制,也可以整合到细菌DNA中,随细菌DNA的复制而复制;
②噬菌体或某些动植物病毒
现在人们还在不断地寻找新的运载体,如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为运载体。
如把外源基因导入叶绿体中,可减少了“基因污染”。
【例题2】
(09浙江卷改造)下列关于基因工程的叙述,错误的是
A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C.人胰岛素基因无法直接在大肠杆菌中表达出相应的蛋白质
D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
【解析】基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物;
常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶;
人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性,只有经过一定的物质激活以后,才有生物活性。
载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞,不能促进目的基因的表达。
所以D错误。
【考点三】:
基因工程的操作步骤
(1)提取目的基因
目的基因的提取途径:
一是从供体细胞的DNA中直接分离基因;
另一种是人工合成基因。
(2)目的基因与运载体结合(以质粒为运载体)。
将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合,用DNA连接酶处理会出现几种结果?
(只考虑两两结合)
(3)将目的基因导入受体细胞。
导入方法:
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
导入过程:
运载体为质粒,受体细胞为细菌。
(4)目的基因的检测和表达
检测:
通过检测标记基因的有无,来判断目的基因是否导入。
表达:
通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。
【例题3】若利用细菌大量生产人胰岛素,则下列叙述不正确的是
A.需有适当的运载体将人胰岛素基因导入细菌
B.需有适当的酶对运载体与人胰岛素基因进行切割与黏合
C.重组后的DNA,须在细菌体内转录,翻译成人胰岛素
D.人胰岛素基因与运载体DNA混合后,只得到一种DNA分子(重组DNA)
【解析】:
人胰岛素基因与运载体DNA混合后,可得到三种DNA分子:
外源DNA自连、重组DNA、运载体DNA自连。
答案:
D
【考点四】:
育种方法的归纳和总结
【总结】
基因工程的别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
操作工具
基因的剪刀、针线、运载体
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
结果
人类需要的基因产物
明确本节课的任务目标
用基因工程的方法,把固氮基因导入到小麦中,也获得所需的个体。
因为生物的DNA分子在组成和结构上是相同的。
由于基因可以控制生物的性状,所以,当某一基因导入时,其会表达出相应的性状。
基因重组
学生分析回答:
(1)分布:
该酶主要分布于微生物中。
(2)作用:
基因工程中重要的切割工具,能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。
具特异性,即识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点切割。
该酶识别和切割部位一般都具有反向重复序列,即一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致。
磷酸二酯键
使DNA片段之间的磷酸二酯键得到缝合。
形成磷酸二酯键:
DNA聚合酶
RNA聚合酶
逆转录酶
断开磷酸二酯键:
DNA水解酶
作为载体必须具备三个条件:
①能在宿主细胞内稳定地保存并大量复制。
②具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接。
③具有某些标记基因,以便进行筛选。
目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况:
目的基因与目的基因结合,质粒与质粒结合,目的基因与质粒结合。
方法1为杂交育种,它的可操作性最强,但育种周期最长;
方法2为单倍体育种,其最大优点为明显缩短育种周期;
方法3为诱变育种,这种方法获得新品种的速度最快,但因有利变异往往不多,需大量处理实验材料;
方法4为多倍体育种,它可获得性状改良的多倍体;
方法5为转基因技术即基因工程育种,它可定向改造生物性状获得新品种。
和老师一起总结本节所学习的内容,形成知识体系。
培养学生的分析、归纳、总结能力,使学生形成知识网络。
培养学生的总结、归纳能力。
培养学生独立思考的能力。
让学生分析这五种育种的方法,了解不同育种方法的过程及特点。
加强学生对所学知识的理解,同时培养学生的答题规范,将学习延伸到课下。
教学反思:
这节课内容在选修中会作为一个重点进行分析,所以,在这节课中,仅仅涉及基因工程的基本工具和操作步骤,重点是强调其不同的育种方法。
让学生明确其不同的育种情况。
达标训练
1、下列关于基因工程技术的叙述,正确的是( )
A.重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
B.所有限制酶都只能识别同一种按规定的核苷酸序列
C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细胞繁殖快
D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达
2、以下说法正确的是()
A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B.质粒是基因工程中惟一的运载体
C.运载体必须具备的条件之一是:
具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接
D.基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
3、实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来,这要利用限性内切酶。
一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序,切点在G和A之间,这是应用了酶的( )
A.高效性 B.专一性
C.多样性 D.催化活性受外界条件影响
4、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛,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30多倍,转基因动物是指( )
A.提供基因的动物 B.基因组中增加外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因信息的动物
5、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的,在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对的步骤是( )
A.人工合成基因 B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测和表达
6、(2011四川卷)北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。
下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是()
A过程①获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选
D应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
7、(2007北京理综)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mRNA
C.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
8、(2011·
浙江高考)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。
下列叙述错误的
是()
A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D.每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
9、(2009·
广东高考)为了快速培育抗某种除草剂的水稻,育种工作者综合应用了多种培育种方法,过程如下。
请回答问题。
(1)从对该种除草剂敏感的二倍水稻植株上取花药离体培养,诱导成幼苗。
(2)用
射线照射上述幼苗,目的是;
然后用该除草剂喷洒其幼叶,结果大部分叶片变黄,仅有个别幼叶的小片组织保持绿色,表明这部分组织具有。
(3)取
该部分绿色组织再进行组织培养,诱导植株再生后,用秋水仙素处理幼苗,使染色体,获得纯合,移栽到大田后,在苗期喷洒该除草剂鉴定其抗性。
(4)对抗性的遗传基础做一步研究,可以选用抗性植株与杂交,如果,表明抗性是隐性性状。
自交,若
的性状分离比为15(敏感):
1(抗性),初步推测。
【解析】本题考查了单倍体育种,诱变育种等知识,同时考查了多倍体育种的方法和遗传规律的应用。
花药离体培养是单倍体育种的基本手段,射线激光有诱发突变的能力,而且体细胞突变必须经过无性繁殖才能保留该突变形状,所以需要经过组织培养,为了获得可育的植株,需用秋水仙素使染色体加倍
,加倍获得的是纯和子,通过与敏感型植株杂交
,子一代表现出来的性状是显性,子二代出现性状分离,分离比是15:
1,不符合分离定律,可以用自由组合定律来解释,只有两对基因都隐性时才表现为抗性。
所以初步推测该抗性植株中两个基因发生了突变。
【答案】
(1)单倍体
(2)诱发基因突变抗该除草剂的能力
(3)加倍二倍体
(4)(纯合)敏感型植株
都是敏感型该抗性植株中有两个基因发生了突变
10、
(1)构建基因工程表达载体时,用不同类型的限制酶切割DNA后,可能产生黏性末端,也可能产生末端。
若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接,则应选择能使二者产生(相同、不同)黏性末端的限制酶。
(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时,构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等,其中启动子的作用是。
在用表达载体
转化大肠杆菌时,常用处理大肠杆菌,以利于表达载体进入;
为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA,可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交,该杂交技术称为。
为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成,常用抗原—抗体杂交技术。
(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的上。
【解析】
(1)限制酶切割产生两种末端:
黏性末端和平末端;
若用DNA连接酶连接两个末端,两个末端必须是相同的。
(2)基因工程检测的方法:
检测目的基因是否导入,使用DNA分子杂交技术;
检测目的基因是否转录,使用分子杂交技术;
检测是否形成蛋白质,使用抗原—抗体杂交技术。
(3)基因工程的目的是获得稳定遗传的新品种,因此要把目的基因插入到染色体的DNA分子中。
(1)平相同
(2)RNA聚合酶识别和结合的部位Ca2+分子杂交技术蛋白质
(3)T—DNA染色体DNA
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- 基因工程 及其 应用