一模冲刺生物第5讲生物工程培优教案.docx
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一模冲刺生物第5讲生物工程培优教案
教师辅导教案
学员编号：
年级：
高二课时数：
3
学员姓名：
辅导科目：
生命科学学科教师：
课程主题：
生物工程
授课时间：
学习目标
1、说出微生物培养基的配置原则及判断微生物培养基的类型；
2、说出基因工程所需的工具、基本步骤并解释标记基因的作用；
3、说出现代生物工程中的核心技术。
教学内容
1、基因重组：
指生物体在有性生殖过程中控制不同性状的基因之间重新组合，使后代中出现不同于亲本的类型。
2、基因突变：
在细胞分裂的间期（DNA复制时），碱基对发生缺失、增添或替换的现象。
3、染色体畸变：
①染色体结构变异：
缺失、重复、易位、倒位；
②染色体的数目变异：
单条染色体数目增减；染色体数以染色体组为单位成倍增减。
4、现代生物进化理论：
进化是在生物种群中实现的，而突变、选择和隔离是生物进化和物种形成过程的三个基本环节。
（1）种群是生物进化的基本单位
（2）突变为生物进化提供原材料（有时也说可遗传的变异或突变和重组）
（3）自然选择主导着进化的方向
（4）隔离是新物种形成的必要条件
知识点一：
微生物（发酵工程）
【知识梳理】
一、微生物分类
2、微生物的营养
1、培养基组成：
碳源、氮源、生长因子、无机盐、水等。
（1）碳源：
①无机碳源：
CO2、NaHCO3等；
适用：
自养型微生物
②有机碳源：
糖、脂类等含碳有机物；
适用：
异养型微生物
（2）氮源：
①无机氮源：
N2（为固氮菌提供）、NH3（为硝化细菌提供）、NO3-和NH4+（常用）；
②有机氮源：
牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等；
（3）生长因子：
微生物生长和代谢必不可少的微量有机物，自身不能合成或合成不足。
①主要类型：
维生素、氨基酸、碱基等；
（4）补充：
①对于既含C元素又含N元素的物质，则既是C源也是N源（如蛋白胨、牛肉膏等）；
②酵母膏、牛肉膏和植物组织提取液等天然物质含有生长因子，不需要额外添加；
（5）应用举例：
2、培养基配制：
（1）计算称量溶解定容调PH值灭菌（1.05kg/cm2,121oC,15-30分钟）倒平板
（2）注意：
①灭菌后培养基冷却至50摄氏度时在超净工作台，酒精灯外焰区倒平板。
②平板培养基的放置：
倒置，防止冷凝水污染培养基。
（3）获取单菌落的方法：
①平板划线法：
不同方向划线可使菌种逐步稀释，得到单个菌落。
【注意】每次划线前要灼烧；首尾区不重叠。
②稀释涂布法：
均匀稀释获得单个菌落。
划线法与稀释涂布法的比较
方法
划线法
稀释涂布法
目的
逐步稀释得到单个菌落
均匀稀释获得单个菌落
菌种来源
固体或液体培养基
液体培养基
操作工具
接种环
无菌滴管、玻璃刮铲
3、培养基类型
（1）按物理性状分：
固体培养基（含琼脂）：
主要用于微生物的分离纯化，
液体培养基：
可以运用于微生物代谢产物的提取
（2）按功能分：
①通用培养基：
可以满足多种微生物的营养需求，例如牛肉膏蛋白胨培养基
②选择培养基：
具有选择作用的培养基。
用来培养特定的微生物，并能够通过缺少某种物质或某种特殊的反应选择出特定的微生物。
例如：
培养基中不加氮源，可选择出自生固氮菌；不加碳源可以选择出自养型微生物；在培养基中加入伊红、美蓝染料，可以根据菌落是否呈现出金属光泽的紫黑色，鉴别大肠杆菌。
【例题精讲】
例1.有关微生物营养物质的叙述中，正确的是（）
A.是碳源的物质不可能同时是氮源B.凡碳源都提供能量
C.除水以外的无机物只提供无机盐D.无机氮源也能提供能量
【答案】D
例2.若要培养图7代表的生物，通常情况下，培养基中需加入、、无机盐、生长因子、水。
为了能进一步确定其是否是大肠杆菌，则可在培养基中额外加入来确定，此类培养基称为。
【答案】碳源氮源伊红、美蓝选择培养基
例3.细菌培养过程中，分别采用了高压蒸汽、酒精、火焰灼烧等几种不同的处理方法，这些方法可依次用于消灭哪些部位的杂菌（）
A．接种针、手、培养基 B．培养基、手、接种针
C．手、接种针、培养基 D．培养基、接种针、手
【答案】B
例4.农田土壤的表层，自生固氮菌的含量比较多，将用表层土制成的稀泥浆，接种到特制的培养基上培养，可将自生固氮菌与其它细菌分开，对培养的要求是（）
①加抗生素 ②不加抗生素 ③加氮素 ④不加氮素
⑤加葡萄糖 ⑥不加葡萄糖 ⑦37℃恒温箱培养 ⑧28℃--30℃温度下培养
A．①③⑤⑦B．②④⑥⑧
C．②④⑤⑧D．①④⑥⑦
【答案】C
例5.（2016秋金山区校级期中）回答下列有关微生物的问题．
如表所示为某微生物培养基的配方。
（1）依物理性质，该培养基属于培养基，依功能看，该培养基属于培养基。
（2）培养基配制时，灭菌与调pH的先后顺序是，下列对培养基进行灭菌的最适方法是灭菌．
A．高压蒸汽 B．紫外灯照射 C．加入适量的广谱抗生素 D．过滤
（3）若用该培养基培养分解纤维素的细菌，应除去的物质有，应加入的碳源是。
（4）图甲是细菌纯化培养结果．据图分析，在培养基上划线接种时，划线的顺序依次是（用编号表示）。
（5）研究者在接种操作培养过程中，得到了一个菌落分布
如图乙所示的平板。
该接种方法是；
推测接种时可能的操作失误是。
【答案】
（1）液体选择
（2）先调PH后灭菌A
（3）（CH2O）和抗生素纤维素（4）①③②（5）平板涂布法涂布不均匀
【课堂练习】
1.培养基在计量、溶化后，首先要进行的是（ ）
A．调整pH值B．分装C．灭菌D．搁置斜面
【答案】A
2.不同的微生物对营养物质的需要各不相同。
下列有关一种以CO2为唯一碳源的自养微生物营养的描述中，不正确的是（ ）
A．氮源物质为该微生物提供必要的氮素
B．碳源物质也是该微生物的能源物质
C．无机盐是该微生物不可缺少的营养物质
D．水是该微生物的营养要素之一
【答案】B
3.（2017•松江区二模）回答下列有关微生物培养的问题．
某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机化合物A，研究人员用化合物A、磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物A的细菌（目的菌）。
实验的主要步骤如图所示。
（1）培养基中加入化合物A的目的是，这种培养基属于培养基。
（2）“目的菌”生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的，同时，实验需要振荡培养，由此推测“目的菌”的代谢类型是。
（3）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量的培养液，接入新的培养液中连续培养，使“目的菌”的数量
。
（4）转为固体培养基培养时，常采用的方法接种，获得单菌落后继续筛选．
（5）在培养基的配制过程中，操作方法包括以下步骤，其正确顺序为
①溶解 ②调pH值 ③定容 ④包扎 ⑤培养基的分装 ⑥称量 ⑦灭菌
A．①②⑥⑤⑦③④B．⑥①③②⑤④⑦
C．⑥①②⑤④⑦③D．①②⑤④⑥⑦③
（6）实验结束后，使用过的培养基应该进行处理后，才能倒掉，这样处理的目的是。
【答案】
（1）筛选目的菌选择
（2）化合物A异养需氧（3）减少增加
（4）平板划线（稀释涂布平板法）（5）B
（6）灭菌杀死培养基上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者
知识点二：
基因工程
【知识梳理】
一、工具：
名称
俗称
特点
功能
限制性核酸内切酶（限制酶）
化学剪刀
专一性强
切割目的基因
DNA连接酶
化学浆糊
连接目的基因和运载体
运载体（质粒）
分子运输车
双链闭环DNA，能自主复制
将重组DNA导入受体细胞
注意：
质粒的化学本质、存在部位、作为运载体的优点（1、能自主复制或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；2、质粒DNA分子上通常有特殊的遗传标记基因即抗生素抗性基因；3、有时也提到要有多个酶切位点）
二、基本过程：
1、目的基因的获取：
是人们为了得到其表达的产物而把它转入到新的生物体中去的基因。
（1）获取方法：
①从生物体细胞中分离获得：
可用与切割质粒相同的限制酶切割目的基因。
②通过化学方法人工合成。
2、目的基因与运载体的重组。
3、重组DNA分子导入受体细胞
4、筛选含目的基因的受体细胞（是否成功导入检测方法：
在含某种抗生素的培养基中培养；是否成功表达的检测方法：
是否具备了该目的基因控制的性状或产生了该目的基因指导合成的物质）
3、目的基因的检测
1、分子检测与个体检测
2、质粒上的标记基因检测
质粒DNA分子上通常有特殊的遗传标记基因即抗生素抗性基因或颜色反应基因，这些抗性基因可用来筛选含目的基因的受体菌。
（1）第一种标记基因：
不被限制酶切割，保持完整，如上图中的抗氨苄青霉素基因。
这种基因可以用来筛选导入质粒的受体细胞和未导入质粒的受体细胞：
①若受体菌中有质粒，则该受体菌能在含抗生素（第一种标记基因所对应的抗生素）的培养基中生长；
②若受体菌中未导入质粒，则该受体菌则会在含抗生素（第一种标记基因所对应的抗生素）的培养基中死亡；
（2）第二种标记基因：
被限制酶切割，如上图中的抗四环素基因。
这种基因可以用来筛选含重组质粒的受体细胞和含自身环化质粒（空质粒）的受体细胞：
①若受体菌中质粒为重组质粒，则该受体菌能在含抗生素（第二种标记基因所对应的抗生素）的培养基中死亡；
②若受体菌中质粒为自身环化质粒，则该受体菌则会在含抗生素（第二种标记基因所对应的抗生素）的培养基中生长；
注意：
由于目的菌会在第二种标记基因筛选中死亡，所以我们不能直接把标记基因所对应的抗生素加入一个培养基，通常采用影印平板法来进行。
【例题精讲】
例1.用限制酶EcoR1、Kpn1和二者的混合物分别降解一个1000bp（1bp即1个碱基对）的DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如图18所示凝胶电泳结果。
该DNA分子的酶切图谱正确的是（）
A.B.
C.D.
【答案】D
例2.20世纪90年代开始兴起的DNA疫苗被称为第三代疫苗，医学专家将病毒抗原基因中的一段编码序列（通常是裸露的DNA）与质粒重组后注入人体的肌细胞内,通过表达使人获得免疫能力。
下列叙述错误的是（）
A.病毒抗原基因与质粒重组时需要限制性内切酶和DNA连接酶
B.病毒抗原基因在体内表达时有三种碱基配对方式
C.重组质粒在机体细胞内表达后,能引起机体免疫反应
D.重组质粒在机体细胞内的表达产物具有与原病毒一样的毒性
【答案】D
例3.回答有关生物工程问题。
普通烟草转入抗盐基因培育抗盐烟草的过程如图所示。
已知含抗盐基因的DNA和质粒上均有salⅠ、HindⅢ、BamHⅠ酶切位点，质粒上另有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。
（1）构建重组质粒时，应选用限制酶____________对___________进行切割，以保证它们定向连接。
限制酶切断的是DNA分子中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的键，具体说就是_______________和______________之间的键。
（2）如果目的基因直接注入烟草细胞，一般会被烟草细胞_________________。
质粒的作用是_______________。
（3）切割后的目的基因与质粒由___________酶连接成重组质粒。
筛选导入重组质粒的细菌，应在其培养基中加入___________________，理由是_______________。
（4）从个体水平鉴定抗盐转基因烟草是否培育成功的方法是________________________。
【答案】
（1）salⅠ、HindⅢ酶含抗盐基因的DNA和质粒进行切割脱氧核糖磷酸
（2）核酸酶分解运载体
（3）DNA连接分别加入氨苄青霉素、四环素添加青霉素的培养基中成活，四环素中不成活的为重组质粒。
因为重组质粒带有抗氨苄青霉素基因，而四环素基因被破坏
（4）用一定浓度盐水浇灌或移栽到盐碱地中
例4.下图为三种质粒和一个含目的基因的片段的示意图。
图中Ap为氨苄青霉素抗性基因，Tc为四环素抗性基因，lacZ为蓝色显色基因，EcoRⅠ（0.7Kb）、PvuⅠ（0.8Kb）等为限制酶及其切割的位点与复制原点的距离，1Kb=1000个碱基对长度。
请据图回答：
（1）质粒A、C不能作为目的基因运载体的理由分别是、。
（2）将图中的目的基因与质粒B进行重组，需要用到酶。
如果是两两重组，可能有
_________种长度的重组结果。
（3）在基因工程实验的过程中，检查目的基因是否重组到质粒中，也是一个重要的一步。
现使用EcoRⅠ酶切重组质粒，完全酶切后，进行电泳检测。
若电泳图谱中出现长度为1.1kb和__________kb，或者
kb和kb的片段，则基本上可以判断该重组质粒已与目的基因重组成功（重组质粒上目的基因的插入位点与EcoRⅠ的识别位点之间的碱基对忽略不计）。
（4）下列关于基因工程常用运载体——质粒的说法正确的是_____（多选）。
2分
A.质粒通常是来自于细菌的环状DNA分子，使用质粒运载体是为了避免目的基因被分解
B.质粒运载体只能在与目的基因重组后进入细胞
C.质粒上具有多种限制酶切点，以便于切割后与目的基因连接。
没有限制酶就无法使用质粒运载体
D.质粒运载体的复制和表达也遵循中心法则
【答案】
（1）缺少标记基因复制原点被限制酶切割
（2）限制酶（PvuⅠ）和DNA连接酶3（3）5.63.13.6（4）ACD
【课堂练习】
1.回答下列有关遗传信息传递与表达的问题。
天然存在的野生型质粒由于分子量大、单一酶切位点少、遗传标记不理想等缺陷，不能满足作为运载体的要求，因此往往需要以多种野生型质粒为基础进行人工构建新质粒。
假设下列三种质粒A、B、D，分别含有抗生素抗性基因r、s，及酶a、b的酶切位点。
现需要通过基因工程大量表达目的基因M的产物。
（1）组成目的基因M的基本单体有哪几种_________________________________________。
切割目的基因的酶b称为_____________________酶。
（2）作为基因工程的运载体，必须具备的条件是（）。
（多选）
A．具有一个或多个限制酶切位点，以供外源基因插入其中
B．具有标记基因，以检测重组DNA分子是否导入受体细胞
C．能在宿主细胞中复制并稳定保存
D．必须是细菌的质粒或噬菌体
E．对宿主细胞无害
（3）目的基因与运载体通过_________________酶连接形成重组DNA分子。
（4）如果选择质粒A作为目的基因M的运载体，其缺陷是____________________________；如果选择质粒B作为目的基因M的运载体，其缺陷是________________________________。
为解决上述野生型质粒作为运载体的缺陷，进行人工构建新质粒。
（5）如果用酶a分别切割质粒A、B，形成人工构建的新质粒（X），X是否是较理想的目的基因运载体，为什么？
______________________________________________________；如果用酶a分别切割质粒A、D，形成人工构建的新质粒（Y），Y是否是较理想的目的基因运载体，为什么？
___________________________________________________________。
【答案】
（1）胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤脱氧核苷酸限制性核酸内切
（2）A、B、C、E（2分）（3）DNA连接
（4）目的基因M可以插入酶b位点，可检测受体细胞中的抗性基因r而确定是否导入了质粒A，但无法检测是否导入了重组质粒A
目的基因M可以插入酶b位点，抗性基因s被破坏，无法检测是否导入了质粒B
（5）是用酶a切割质粒A、B后，能形成具有一个抗性基因r和一个抗性基因s的X；用酶b切割目的基因M和X后形成重组质粒，含重组质粒的受体细胞可表现抗r抗性，但失去了抗s抗性；如果未导入质粒，则无任何抗性；如果导入的质粒未成功重组M，则表现抗r与抗s抗性；由此可筛选重组质粒。
（2分）
否用酶a切割质粒A、B后，能形成具有一个抗性基因r和二个抗性基因s的Y，用酶b切割目的基因M和X后形成重组质粒，含重组质粒的受体细胞可表现抗r抗性，如果其中一个抗性基因s因导入目的基因M被破坏，而另一抗s基因自身环化，仍具抗性，会影响检测。
（2分）
知识点二：
其他生物工程
【知识梳理】
1、植物组织培养
1、过程
在生物的生长发育过程中，（没有离体的）细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的组织和器官。
2、培养基配制
诱导不同植物器官发育时用的培养基不同，主要是对生长素和细胞分裂素的比例进行调整。
（1）诱导愈伤组织：
生长素≈细胞分裂素
（2）诱导生根：
生长素>细胞分裂素
（3）诱导生芽：
生长素<细胞分裂素
2、克隆技术
1、概念：
克隆，即无性繁殖技术。
但是，现在的“克隆”已经不单单是简单的无性繁殖，凡是来自一个祖先的无性繁殖的群体都叫克隆。
2、在自然界，有不少植物具有克隆的本事，例如马铃薯、草莓、大蒜、康乃馨等。
某些低等动物也具有克隆的本领，如草履虫、变形虫等。
3、1997年克隆羊多利面世，就是利用克隆技术产生的，它是克隆技术史上的一面里程碑。
这只不同凡响的羊是由著名胚胎学家伊恩。
威尔玛特从一只成年绵羊的乳腺细胞克隆出来的。
威尔玛特把白羊的乳房细胞放入黑羊的去核卵细胞中,利用电脉冲使这两个细胞合二为一。
最后,利用人工繁殖技术,将合成的卵细胞植入一只黑母羊体内,几个月后,多利羊就问世了。
注意：
克隆羊多利涉及动物细胞培养技术和细胞核移植技术。
3、细胞工程
1、动物细胞培养
2、动物细胞融合（单克隆抗体）
（1）提取两种细胞→细胞融合→筛选杂交瘤细胞→筛选特异性的杂交瘤细胞→大规模培养
（2）注意：
此过程中也涉及动物细胞培养技术。
4、酶工程
1、酶工程的主要内容：
酶的生产，酶的分离与提纯，酶的固定化，及酶的应用。
2、酶的分离提纯：
3、酶的固定化方法
4、酶的应用：
（1）酶在工业方面的应用：
如：
洗涤剂，蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等；
（2）酶在环境保护方面的应用：
如：
降解高分子化合物。
（3）酶在医疗方面的应用：
作药品，用于疾病的诊断及监测等。
【例题精讲】
例1.下图所示为农作物新品种的育种方式：
（1）图示育种方式涉及到的生物工程技术有___________、____________。
（2）②③过程分别称为__________、____________。
（3）⑤过程中常用的运载体是_______。
⑤过程表示的基因操作步骤是__________、___________。
（4）上述育种与传统杂交育种相比，具有的突出优点是__________。
【解析】解答该题需要从图解中分析出包含的育种方式，在该图解中，涉及到转基因技术和植物体细胞杂交，另外还涉及到植物组织培养的过程，植物组织培养包括脱分化和再分化的过程。
【答案】
（1）基因工程、植物体细胞杂交；
（2）脱分化、再分化；（3）质粒 目的基因和运载体结合将目的基因导入受体细胞；（4）实现遗传物质的定向改变、克服了远源杂交不亲和的障碍（和周期短）
例2.自20世纪5.70年代以来，生物科学高速发展，新成就层出不穷。
1978年诞生的世界上第一例“试管婴儿”,为不孕症患者带来了福音；1996年第一只克隆动物“多利”问世，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍然保持有全能性。
制造“试管婴儿”和克隆动物所采用的生殖方式分别是（）
A.都属于有性生殖B.前者属于有性生殖，后者属于无性生殖
C.都属于无性生殖D.前者属于无性生殖，后者属于有性生殖
【答案】A
【课堂练习】
1.2001年，科学家培育出了“超级鼠”，其肌肉质量超过普通鼠4倍，且寿命更长，原因是它们体内多了一份特殊的基因。
科学家获得这种超级鼠的方法属于
A．发酵技术B．克隆技术C．组织培养D．转基因技术
【答案】D
2.20世纪90年代，北京大学陈章良教授成功地将固氮基因整合到了小麦的DNA分子中。
他利用的生物技术是（）
A．转基因技术B．克隆技术C．细胞杂交D．杂交育种
【答案】A
3.1982年，英国的《自然》杂志发表了一篇文章：
有两个美国实验小组共同研制出转基因超级鼠，也就是把小鼠变成大鼠。
转基因鼠比与它同胎所生的小鼠生长速度快2～3倍，体积大一倍。
下图就是实验的过程图。
显微注射获得遗传基因超级鼠示意图，请据图回答问题：
（1）在这项研究中，被研究的性状是________________，控制这个性状的基因是_______________。
（2）在将受精卵注入输卵管的过程中，每次注射的受精卵既有注射了大鼠生长激素基因的受精卵又有未注射的受精卵，这样做的目的是为了____________________________________。
（3）转基因超级鼠的获得，说明性状和基因之间的关系是__________________________。
（4）由此推论，在生物传种接代的过程中，传下去的是____________________________。
【答案】
（1）老鼠的大小生长激素基因
（2）做对照实验
（3）基因控制性状（4）控制性状的基因
1.回答下列有关遗传信息传递和表达的问题。
基因工程中pIJ702是一种常用质粒（图20），其中tsr为硫链丝菌素（一种抗生素）抗性基因，mel是黑色素合成基因，其表达能使白色的链霉菌菌落变成黑色菌落；而限制酶CLaⅠ、BglⅡ、PstⅠ、SacⅠ、SphⅠ在pIJ702上分别只有一处识别序列。
（1）以SacⅠ和SphⅠ切取的目的基因置换pIJ702上0.4kb（1kb=1000对碱基）的SacⅠ/SphⅠ片段，构成重组质粒pZHZ8。
上述两种质粒的限制酶酶切片段长度列在表1中。
由此判断目的基因的片段长度为______kb，以上的操作还需要的一种工具酶是_____________。
（2）已知pIJ702上含mel基因的ClaⅠ/PstⅠ区域长度为2.5kb，参照表1数据，以下关于重组质粒pZHZ8上酶切位点和酶切的叙述，正确的是______________（多选）
A.用PstⅠ和ClaⅠ同时酶切可得到1.3kb的片段
B.用PstⅠ和ClaⅠ同时酶切可得到四种不同长度的片段
C.用PstⅠ和ClaⅠ同时酶切可得到最小的片段长度为0.3kb
D.重组质粒上的目的基因中不再含有Bg/Ⅱ酶切点
（3）此基因工程中所提及的黑色素是一种_________________。
A．蛋白质B．DNAC．RNAD．小分子有机物
（4）目的基因模板链中的TGA序列对应一个密码子，翻译时识别该密码子的tRNA上相应的碱基序列是__________________。
（5）重组质粒pZHZ8上的标记基因是_
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