2021高考生物一轮复习 选修3 现代生物科技专题 第1讲 基因工程教学案 新人教版

第1讲基因工程

1.基因工程的诞生(Ⅰ)

2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)

3.基因工程的应用(Ⅱ)

4.蛋白质工程(Ⅰ)

1.基因的结构与功能。(生命观念)

2.基因工程的操作流程图及蛋白质的流程图等。(科学思维)

3.基因工程的应用和蛋白质工程。(科学探究)

4.正确看待转基因生物与环境安全问题。(社会责任)

基因工程的基本工具及基本程序

1．基因工程的概念

(1)概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外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。

(2)优点

①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

②与诱变育种相比：定向改造生物的遗传性状。

2．基因工程的基本工具

(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)。

①来源：主要来自原核生物。

②特点：具有专一性，表现在两个方面：

识别——双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。

切割——特定核苷酸序列中的特定位点。 ③作用：断裂特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 ④结果：产生黏性末端或平末端。 (2)DNA 连接酶

种类

E ·coli _DNA 连接酶 T 4DNA 连接酶 来源

大肠杆菌 T 4噬菌体 特点

缝合黏性末端 缝合黏性末端和平末端 作用

缝合双链DNA 片段，恢复两个核苷酸之间的磷酸二酯键 ①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

②质粒的特点⎩⎪⎨⎪⎧

能自我复制有一个至多个限制酶的切割位点

有特殊的标记基因 ③运载体的作用：携带外源DNA 片段进入受体细胞。 3．基因工程的基本程序 (1)目的基因的获取 ①从基因文库中获取 ②人工合成⎩

⎪⎨⎪⎧ 利用mRNA 反转录合成通过DNA 合成仪用化学方法人工合成 ③利用PCR 技术扩增

(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心

①目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。

②基因表达载体的组成

(3)将目的基因导入受体细胞

①转化含义：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内遗传和表达的过程。

②转化方法

生物类型

植物动物微生物受体细胞体细胞受精卵大肠杆菌或酵母菌等常用方法

农杆菌转化法、基因枪法、花

粉管通道法

显微注射法感受态细胞法

(4)目的基因的检测与鉴定

方法检测或鉴定目的水平

DNA分子杂交技术检测目的基因的有无

个体水平

分子杂交技术目的基因是否转录

抗原—抗体杂交目的基因是否翻译

抗虫或抗病接种实验是否具有抗虫抗病特性分子水平

4.PCR技术

(1)原理：DNA双链复制。

(2)条件

⎩⎪

⎨

⎪⎧模板：DNA母链

酶：Taq酶

引物：分别与单链相应序列相结合

原料：分别为dCTP、dATP、dGTP、dTTP。

(4)结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。

1．基因工程技术使用限制酶需注意的四个问题

(1)获取目的基因和切割载体时，经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是产生相同的黏性末端或平末端。

(2)获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。

(3)限制酶切割位点的选择，必须保证标记基因的完整性，以便于检测。

(4)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因

和质粒。

2．载体上标记基因的作用

载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：

3．基因工程操作的四个易错点

(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，所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。

(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。

(3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染双子叶或裸子植物的细胞，并将其Ti 质粒上的T­DNA 转移并整合到受体细胞染色体DNA 上。

(4)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。

1．非洲爪蟾核糖体蛋白基因可以与质粒重组，并且在大肠杆菌细胞中表达，其遗传学基础是什么？

提示：非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒均具有相同的组成单位和双螺旋结构，且不同生物的密码子相同。

2．用箭头及简要的文字简述基因组文库和部分基因文库构建过程。

提示：基因组文库的构建过程：某种生物全部DNA ――――→限制酶许多DNA 片段――――――→分别与载体

连接导入

受

体菌群体。

部分基因文库的构建过程为：某种生物发育的某个时期的mRNA ――→反转录cDNA ――――→与载体

连接导入

受体

菌群体。

考查基因工程的工具

1．(2019·沈阳市东北育才学校高三模拟)青蒿素是最有效的抗疟疾药物，但野生黄花蒿青蒿素产量低，为缓解青蒿素供应不足的状况，科学家将tms 基因和tmr 基因导入黄花蒿的愈伤组织从而获得了黄花蒿的冠瘿组织，改造过程用到的部分结构如图。

(1)科学家将目的基因导入黄花蒿愈伤组织细胞的常用方法是______________________________________。

(2)图中结构P 、T 是基因成功转录的保证，其中结构P 的作用__________________。为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，并将含有目的基因的细胞筛选出来，图中还缺少的结构是__________。

(3)在获得转基因的冠瘿组织过程中，____________________是核心步骤，在具体操作中常常使用两种能产生不同黏性末端的限制酶对目的基因和运载体的两端分别进行切割，这样做的好处是__________________________。

(4)T­DNA 的作用是可以使______________________，并插入到植物细胞中染色体的DNA 上，要检测目的基因是否插入到冠瘿组织细胞的染色体DNA 上，可采用________技术。

(5)与愈伤组织相比，冠瘿组织的生长速度更快，原因可能是_________________________。

[解析] (1)目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法，而导入植物细胞最常用农杆菌转化法，因此，科学家将目的基因导入黄花蒿愈伤组织细胞的常用方法是农杆菌转化法。

(2)图中结构P 、T 与基因的转录有关，即基因成功转录的保证，T 为终止子，则P 为启动子，它的作用是RNA 聚合酶识别和结合的部位。为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，并将含有目的基因的细胞筛选出来，图中还缺少的结构是标记基因。

(3)在获得转基因的冠瘿组织过程中，基因表达载体的构建是核心步骤，在具体操作中常常使用两种能产生不同黏性末端的限制酶对目的基因和运载体的两端分别进行切割，这样做