高二生物选修3导学案.docx

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高二生物选修3导学案

专题1基因工程

1．1DNA重组技术的基本工具（·1课时）

学习目标：

1、简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用；

2、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新；

学习重点：

DNA重组技术所需的三种基本工具的作用；基因工程载体需要具备的条件

学习难点：

DNA重组技术所需的三种基本工具的作用；基因工程载体需要具备的条件

课前预习案

1、基因工程的原理：

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外和，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

由于基因工程是在水平上进行设计和施工的，因此又

叫做。

2、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

（1）切割DNA的工具是，又称。

（2）这类酶在生物体内能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保持细胞原有

的遗传信息。

（3）由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸

内切酶（简称限制酶）。

（4）DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段，末端通常有两种形式，即和。

3、DNA连接酶——“分子缝合针”

根据DNA连接酶的来源不同，可以将它分为两类：

一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为

DNA连接酶。

DNA连接酶只能将连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接；另一类是从分离出来的，称为T4DNA连接酶。

T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的，又可以“缝合”双链DNA片段的，但连接之间的效率比较低。

思考：

DNA连接酶与DNA聚合酶的区别？

限制酶与DNA酶有什么区别？

4、基因进入受体细胞的载体——“分子

运输车”

（1）基因操作过程中使用载体两个目的：

一是用它作为运载工

具，将目的基因转移到宿主细

胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。

（2）现在通常使用的载体是，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA之外的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。

（3）质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以复制，也可整合细菌拟核DNA中，随着拟核DNA的复制而复制。

[来源:

学_科_网Z_X_X_K]

（4）其他载体还有和等。

（5）作为载体必须具备以下条件：

能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；至少具有一个限

制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选，如抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。

四、课堂巩固

1、关于限制酶的说法中，正确的是（）

A、限制酶是一种酶，只识别

GAATTC碱基序列B、EcoRI切割的是G—A之间的氢键

C．限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在

于原核生物中

2、DNA连接酶催化的反应是（）

A．DNA复制时母链与子链之间形成氢键B．黏性末端碱基之间形成氢键

C．两个DNA片段黏性末端之间的缝隙的连接D．A、B、C都不正确

3、作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件及理由是（）

A、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因

B、具有多个限制酶切点，以便于目的基因

的表达

C．具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件

D、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选

4、在受体细胞中能检测出目的基因是因为（）

A、目的基因上有标记B、质粒具有某些标记基因

C、重组质粒能够复制D．以上都不正确

5、有关基因工程的叙述正确的是（）

A．限制酶只在获取目的基因时才用B．重组质粒的形成是在细胞内完成的

C．质粒都可以作为运载体D．蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索

6．细菌质粒分子上往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是

A．提高受体细胞在自然环境中的耐药性

B．有利于对目的的基因是否导入受体细胞进行检测

C．增加质粒分子的分子量

D．便于与外源基因连接

7．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是

A．定向提取生物体的DNA分子B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”

C．在生物体外对DNA分子进行改造

D．定向地改造生物的遗传性状

（二）填空题：

番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。

应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟激素的合成能力，可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种，这种转基因番茄已于1993年在美国上市。

请回答：

（1）促进果实成熟的重要激素是___________。

（2）在培育转基因番茄的基因操作中，所用的基因的“分子手术刀”是____________。

基因的“分子缝合针”是________________，常用的基因的“分子运输车是”__________。

1．2基因工程的基本操作程序（2课时）

学习目标：

1、简述基因工程原理及基本操作程序。

[来源:

学。

科。

网Z。

X。

X。

K]

2、尝试设计某一转基因生物的研制过程。

学习重点：

基因工程基本操作程序的四个步骤。

学习难点：

（1）从基因文库中获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

第一课时

课前预习案

一、目的基因的获取：

1．目的基因：

符合人们需要的，编码蛋白质的。

2．获取目的基因的方法

（1）从基因文库中获取目的基因

①基因文库：

将含有某种生物不同基因的许多，导人受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

基因组文库：

含有一种生物的基因

②种类

cDNA文库：

含有一种生物

的基因

③目的基因的获取

根据基因的有关信息：

基因的序列、基因在上的位置、基因的产物mRNA、基因的产物蛋白质等特性获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

①PCR：

是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术。

②条件：

已知目的基因的序列。

③过程：

目的基因DNA受热形成，与结合，然后在______的作用下进行延伸形成DNA。

④方式：

指数扩增=2n（n为扩增循环的次数）

（3）人工合成法：

基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。

例1下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）

①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成

A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③

二、基因表达载体的构建

1．表达载体的组成：

目的基因+++标记基因等。

2．启动子：

位于基因的，它是结合

的部位，驱动基因转录产生mRNA。

3．终止子：

位于基因的，终止

。

4．表达载体的功能：

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且给下一代；使目的基因____和发挥作用。

5．标记基因：

受体细胞是否含有目的基因。

6．不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞方法不同，基因表达载体构建上也会有所差别。

例2科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。

起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。

然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子（抗虫基因首端），导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。

科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子（抗虫基因末端），导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。

由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是（）

A．目的基因、启动子B．目的基因、终止子

C．目的基因、启动子、终止子D．目的基因、启动子、终止子、标记基因

课堂巩固：

一、选择题：

1、下列属于获取目的基因的方法的是（）

①利用mRNA反转录形成②从基因组文库中提取③从受体细胞中提取④利用PCR技术⑤利用DNA转录⑥人工合成

A．①②③⑤B．①②⑤⑥C．①②③④D．①②④⑥

2、不属于目的基因与运载体结合过程的是（）

A．用限制酶切割质粒，露出黏性末端B．用同种限制酶切割目的基因，露出黏性末端[来K]

C．将切下的目的基因插

入到质粒的切口

处D．将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增

3．下列不属于获取目的基因的方法的是（）

A．利用DNA连接酶复制目的基因B．利用DNA聚合酶复制目的基因

C．从基因文库中获取目的基因D．利用PCR技术扩增目的基因

4．哪项不是基因表达载体的组成部分（）

A．启动子B．终止密码C．标记基因D．目的基因

5．在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的（）

①同一种限制酶切割两者；②不需同一种限制酶切割两者；③加

入适量的DNA连接酶；④不需加DNA连接酶

A．①③B．①④C．②④D．②③

6．下列说法中正确的是（）

A．基因表达载体的构建方法是一致的B．标记基因也叫做抗生素基因

C．显微注射技术是最为有效的一种将目的基因导入植物细胞的方法

D．大肠杆菌是常用的微生物受体

7．基因工程的正确操作步骤是（）

①构建基因表达载体②将目的基因导入受体细胞

③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④取目的基因

A．③②④①B．②④①③C．④①②③D．③④①②

8．下列有关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、DNA连接酶和基因进入受体细胞的载体

B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列

C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞主要是因为细菌繁殖快、遗传物质少

D．只要目的基因进入受体细胞就能成功实现表达

1．2基因工程的基本操作程序（2课时）

学习目标：

1、简述基因工程原理及基本操作程序。

[来源:

学。

科。

网Z。

X。

X。

K]

2、尝试设计某一转基因生物的研制过程。

学习重点：

基因工程基本操作程序的四个步骤。

学习难点：

（1）从基因文库中获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

第二课时

课前预习案

三、将目的基因导入受体细胞

（一）转化：

目的基因进人受体细胞内，并在受体细

胞内维持稳定和的过程。

（二）方法

1．将目的基因导入植物细胞

（1）农杆菌转化法

①农杆菌特点：

易感染植物和裸子植物，对___________植物没有感染力；Ti质粒的可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。

②转化：

目的基因插入

农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染

色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

（2）基因枪法

基因枪法：

是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。

（3）花粉管通道法

花粉管通道法：

这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。

（我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）

2．将目的基因导入动物细胞

（1）方法：

注射技术。

（2）操作程序：

目的基因表达载体→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性动物的_________________________内发育→新性状动物。

3．将目的基因导人微生物细胞

（1）原核生物特点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

（2）转化：

处理细胞→细胞→表达载体与感受态细胞混合→

_________细胞吸收DNA分子。

四、目的基因的检测与鉴定

1．检测

（1）方法：

标记了的、抗原抗体杂交。

（2）内容

①检测转基因生物染色体的DNA是否插入。

②检测目的基因是否转录。

③检测目的基因是否翻译成。

2．鉴定：

鉴定、抗病鉴定等。

课堂巩固：

1、采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是（）

①将毒素蛋白注射到棉受精卵中②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导人细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵

A、①②B、②③C、③④D、①④

2、分辨基因工程是否成功是通过（）

A．提取目的基因B．基因表达载体的构建

C．目的基因导人受体细胞D．目的基因的检测与鉴定

3、下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法（）

A．基因枪法B．显微注射法C．农杆菌转化法D．花粉管通道法

4．基因工程中常用的受体细胞不包括（）

A．人体细胞B．动物细胞C．植物细胞D．微生物细胞

5．要检测目的基因是否成功的插入了受体DNA中，需要用基因探针，基因探针是指

A．用于检测疾病的医疗器械B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DN

A分子

C．合成

一球蛋白的DNA[来源:

Zxxk.ComD．合成苯丙羟化酶的DNA片段

7、（预测题）科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。

但在进行基因工程的操作过程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。

已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—，据图回答：

（1）过程①表示的是采取___________的方法来获取目的基因。

（2）根据图示分析，在构建基因表达载体过程中，应用限制酶___________切割质粒，用限制酶___________切割目的基因。

用限制酶切割目的基因和运载体后形成的黏性末端通过___________原则进行连接。

（3）人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为____________________。

写出目的基因导入细菌中表达的过程_________________________________。

（4）将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长，说明大肠杆菌B已导入了______________________，反之则没有导入。

1．3基因工程的应用

学习目标：

1、列举基因工程在植物、动物、微生物方面的具体应用及取得的丰硕成果。

2、关注基因工程的进展。

3、认同基因工程的应用促进生产力的提高。

学习重点：

基因工程在农业和医疗等方面的应用；

学习难点：

基因治疗。

课前预习案

一、植物基因工程的成果：

植物基因工程技术主要用于提高农作物的能力，以及改良农作物的

和利用植物生产等方面。

（一）抗虫转基因

植物

1．杀虫基因种类：

Bt毒蛋白基因、抑制剂基因、抑制剂基因、植物凝集素基因等。

2．成果：

抗虫植物：

棉、玉米、马铃薯、番茄等。

（二）抗病转基因植物

1．植物的病原微生物：

、真菌和细菌等。

2．抗病基因种类

（1）抗病毒基因：

病毒基因和病毒的复制酶基因。

（2）抗真菌基因：

基因和抗毒素合成基因。

（3）成果：

烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。

（三）抗逆转基因植物

1．抗逆基因：

调节细胞基因使作物抗碱、抗旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。

2．成果：

烟草、大豆、番茄、玉米等。

（四）转基因改良植物品质

1．优良基因：

必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。

2．成果：

转基因

玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。

二、

动物基因工程的成果

（一）提高动物的生长速度

1．生长基因：

外源基因。

2．成果：

转基因绵羊、转基因鲤鱼。

（二）

改善畜产品的品质

1．优良基因：

肠乳糖酶基因。

2．成果：

转基因牛含量少。

（三）转基因动物生产药物

1．基因来源：

药用基因+蛋白基因+启动子。

2．成果：

乳腺生物反应器。

（四）转基因动物作器官移植的供体

1．器官供体：

抑制或除去抗原决定基因。

2．成果：

利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。

（五）基因工程药物

1．来源：

转基因。

2．成果：

人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

三、基因治疗

1．概念：

把导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

2．成果：

将腺苷脱氢酶基因导入患者的淋巴细胞。

课堂巩固：

1、切取某动物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，从而鲇鱼比同类个体大3～4倍，此项研究遵

循的原理是（）

A．基因突变，D

NA→RNA→蛋白质B．基因工程，DNA→tRNA→蛋白质[来源:

学.科.网Z.X.X.K]

C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质D．基因重组，DNA→RNA→蛋白质

2．有关基因工程的成果及应用的说法正确的是（）

A．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病

毒

B．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物

C．基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物

D．目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践

3、下列不属于基因工程方法生产的药品是（）

A.干扰素B.白细胞介素—2C.青霉素D.乙肝疫苗[来源:

Z#xx#k.Com]

4．基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，不包括（）

A．白细胞介素一2B．干扰素C．聚乙二醇D．重组乙肝疫苗

5、利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30％，体型大50％，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用（）

A．乳腺细胞B．体细胞C．受精卵D．精巢

6、要彻底治疗白化病必须采用（）

A．基因治疗B．医学手术C．射线照射D．一般药物

7．基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和沙漠改造方面显示了良好的前景，荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物（如甜菜、马铃薯等）中并

获得有效表达，使“工程植物”增强耐旱性和耐寒性。

（1）根据材料中表达，使“工程植物”增强耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：

①②，③，④。

（2）基因表达的含义。

（3）写出酶基因在植物体内的表达过程：

。

（4）基因工程操作中的工具是、、。

8、随着科学技术的发展，化学农药的产量和品种逐年增加。

但害虫的抗药性也不断增强，对农作物危害仍然很严重。

如近年来，棉铃虫在我国大面积暴发成灾，造成经济损失每年达100亿以上。

针对这种情况，江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将某种细菌产生抗虫毒蛋白的抗虫基因导人棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80％以上。

就以上材料，分析回答：

（1）抗虫基因之所以能导人植物体内，原因是。

（2）“转基因抗虫棉”具有抗害虫的能力，这表明棉花体内产生了抗虫的物质。

这个事实说明，害虫和植物共用一套，蛋白质合成的方式是的。

（3）“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可表示为。

（4）该项科技成果在环境保护上的作用是

（5）科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此现象来源于

1．4蛋白质工程（1课时）

学习目标：

1举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2、简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。

3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。

学习重点：

（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？

（2）蛋白质工程的原理

学习难点：

蛋白质工程的原理

课前预习案

一、蛋白质工程崛起的缘由：

1、基因工程的实质：

将一种生物的转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产的，从而产生新性状。

2．蛋白质

工程目的：

生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的。

例1、科学家将

—干扰素基因进行定点突变导人大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了

—干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。

该生物技术为（）

A．基因工程B．蛋白质工程C．基因突变D．细

胞工程

二．蛋白质工程基本原理

1．目标：

根据人们对功能的特定需求，对结构进行分析设计。

2．原理：

基因改造。

3．过程：

预期蛋白质功能→设计结构→推测应有序列→找到对应的序列（基因）。

例2、蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是（）

A．氨基酸结构B．蛋白质空间结构C．肽链结构D、基因结构

三、蛋白质工程的进展和前景

例如：

科学家通过对

的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有、

和的特点，因此有极为广阔的发展前景。

课堂巩固：

一、选择题：

1．在遗传研究中，常用信使RNA进行基因的克隆（即形成许多完全

相同的DNA），这种快速克隆基因的步骤依次是（）

①DNA复制②转录③逆转录④翻译

A、③②①B、③①C、②①④D、③①④

2、下列各项与蛋白质结构多样性无关的（

）

A．氨基酸数目、种类、排列

顺序B．构成蛋白质的多肽链的数目

C．构成蛋白质的肽链的空间结构D．氨基酸至少含一个氨基和一个羧基

3、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（）[来源:

学|科|网]

A、单倍体育种B、杂交育种C、基因工程育种D、多倍体育种

4、关于蛋白质工程的说法错误的是（）[来源:

学#科#网]

A．蛋白质工程能定向改

造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要

B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构

C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子

D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程

5、当前医学上，第二代生物技术药物正逐渐取代第一代多肽蛋白质类替代治疗剂。

则第一代药物与第二代重组药物分别是（）

A．都与天然产物完全相同B．都与天然产物不相同

C．第一代药物与天然产物相同、第二代重组药物与天然产物不同

D．第一代药物与天然产物不同，第二代重组药物与天然产物相同

6、蛋白质工程的基

本流程是（）

①蛋白质分子结构设计②DNA合成

③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列

A．①→②→③→④B．④→②→①→③[来源:

学|科|网]

C．③→①→④→②D．③→④→①→②

7．以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）

A．蛋白质工程以基因工程为基础B．蛋白质工程就是酶工程的延伸

C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质的改造D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质

（二）填空题：

阅读如下材料：

材料甲：

科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。

材料乙：

T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

回答下列问题：