1725生物工程教师版.docx
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1725生物工程教师版
精锐教育学科教师辅导教案
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：
2017.07.××
学习目标
1、理解细胞工程、酶工程等相关的工程技术应用
2、掌握基因工程与细胞工程中常见的工程原理与技术
3、了解生物工程技术广阔的应用前景，学会结合材料分析工程技术的原理等
教学内容
内容回顾
知识精讲
知识点一：
细胞工程
【知识梳理】
1、植物组织培养：
（1）理论基础：
植物细胞全能性，基因的选择性表达。
（2）组织培养的基本步骤：
①预备阶段：
幼嫩外植体、无菌培养；
②诱导去分化阶段：
生长素和细胞分裂素的刺激；
③再分化阶段：
形成愈伤组织-芽-根；
④移栽阶段。
（3）应用：
短时间内培育大批量的优良植株。
2、单克隆抗体的制备：
（1）干细胞：
具有自我更新和增殖、分化能力的细胞。
（体积小、核质比大）
（2）细胞融合技术：
结构基础：
细胞膜具有半流动性；
融合原理：
①一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，骨髓瘤细胞（癌细胞）能无限增殖；
②杂交瘤细胞：
既能产生特异性抗体，又能大量繁殖。
（3）培养过程：
（4）应用：
①培育单克隆抗体，用于免疫预防，疾病治疗等；
②植物体细胞杂交，白菜甘蓝杂交、番茄马铃薯的培育等。
3、细胞核移植与胚胎移植技术：
（1）核移植技术：
结构基础：
细胞膜具有半流动性；
原理：
动物细胞的细胞核具有部分全能性；
【例题精讲】
例1．植物细胞表现出全能性的必要条件是（）
A.给予适宜的营养和外界条件
B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
【答案】C
例2．植物组织培养过程中的脱分化是指（）
A．植物体的分生组织通过
细胞分裂产生新细胞
B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C．植物的器官、组织或细胞通过离体培养产生愈伤组织的过程
D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
【答案】C
例3．下列有关生物工程的叙述正确的是（）
A.在筛选杂交瘤细胞的过程中需要使用特定的选择培养基
B.应用基因诊断技术，可检测受体细胞中目的基因是否表达
C.茎尖细胞具有很强的分裂能力，离体培养时不需要脱分化即可培养成完整植株
D.将牛的体细胞核移植到去核卵母细胞中，获得克隆牛是一种培育新物种的方式
【答案】A
例4．下列选项中，不需要利用植物组织培养技术的是（）
A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到染色体数目加倍的植株
B．利用花药离体培养得到单倍体植株
C．利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株
D．一个三倍体叶肉细胞培养成三倍体植株
【答案】A
例5．下图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题：
（1）甲育种方式称为________________，该过程用到的酶有____________和___________.
（2）愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度_______化的呈无定型状的________细胞。
（3）通过丁方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常常取用茎尖的原因是________________________________________________________________________。
（4）丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是______________。
（5）甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比，其优点是_____________________。
【答案】
（1）植物体细胞杂交 纤维素酶果胶酶
（2）液泡薄壁
（3）茎尖所含病毒极少，甚至不含病
（4）农杆菌转化法
（5）能克服远缘杂交不亲和的障碍
【课堂练习】
1．在传统园艺中，可以利用嫁接、扦插等手段进行果树繁殖，它与植物组织培养相比较最明显不足是（）
A．不能保持亲本优良性状，容易发生变异
B．不可能大量繁殖无病毒植物
C．受到植物生长季节、气候等限制
D．技术要求简单、易操作
【答案】C
2．菊花的花粉经组织培养可发育成一株幼苗，这一过程不涉及下列哪一项（）
A．有丝分裂、细胞分化、组织器官的形成
B．呼吸作用、光合作用、相关激素的调控
C．DNA的复制、转录、蛋白质的生物合成
D．等位基因的分离、非等位基因的自由组合
【答案】D
3．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。
下列有关叙述，错误的是（）
A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害
B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞
C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控
D．生根时，培养基通常应含α—萘乙酸等生长素类调节剂
【答案】B
4．下列有关植物组织培养过程中愈伤组织的说法错误的是（）
A.愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的
B.培养基中生长素和细胞分裂素的比值不同，愈伤组织分化的结果不同
C.愈伤组织经过脱分化过程形成根或芽
D.愈伤组织的细胞中，能发生碱基互补配对的细胞器是线粒体和核糖体
【答案】C
5．胚胎工程的合理利用可造福人类。
回答下列问题：
（1）为了解决不孕夫妇的生育问题而出现了试管婴儿技术。
设计试管婴儿时，为了提高受孕率，胚胎移植时多采用多胚胎移植，因此需用______________处理，促进母亲排出更多的卵子。
（2）为了某些需要，需对胚胎的性别进行鉴定。
目前最有效最准确的方法是SRY-PCR法，基本程序是从被测的囊胚中取出几个______________细胞，提取DNA进行扩增，最后用___________________对扩增产物进行检测。
采用这种方法的优点是取样少，检测时间短，对胚胎损伤小，在生产上应用方便等，因此具有很高的应用价值。
（3）利用胚胎工程可获得克隆动物，若克隆动物与供体动物的性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是____________________________。
克隆动物的成功获得也证明了______________。
【答案】
（1）促性腺激素
（2）滋养层SRY特异性探针
（3）卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物和性状产生影响
动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
知识点二：
基因工程与细胞工程
【知识梳理】
1、基因工程：
（1）基因工程的三个工具：
限制性内切酶，DNA连接酶，运载体。
运载体：
质粒、细菌、动植物病毒等；
质粒作为运载体的优点：
①能稳定存在和自我复制：
保证目的基因能在受体细胞内成功表达；
②有多个酶切位点：
便于筛选切割位点，筛选限制酶；
③有特殊的标记基因：
便于筛选重组质粒。
（2）基因工程的操作步骤：
①获取目的基因：
直接从生物体内获取；
利用PCR技术扩增目的基因；
人工合成：
常用的方法是反转录法和化学合成法。
【注意】由于人工合成时，启动子、终止子、RNA酶结合位点等可能不包含在内，所以为了保证目的基
因的成功表达，一般选用直接提取的方法。
②目的基因与运载体重组：
可用同一种限制酶切割，但两种酶切割可防止目的基因或运载体自身环化；
第一次筛选：
筛选重组质粒。
③重组DNA分子导入受体细胞：
动物基因工程：
受精卵具有全能性，显微注射法；
植物基因工程：
植物细胞具有全能性；
微生物基因工程：
繁殖迅速、结构简单、遗传操作容易。
④筛选含目的基因的受体细胞：
验证重组质粒是否已经成功导入受体细胞
第二次筛选：
筛选导入重组质粒的受体细胞。
过程图像：
（3）基因工程应用：
提高农作物的抗逆能力；改变生物性状，改良作物品质；生产某些药物等。
（4）基因工程的优点：
①降低生产成本，减少环境污染；
②保护濒危动植物，有利于保护生物多样性；
③缩短生产时间，提高产量等。
2、细胞工程：
以单克隆抗体的制备为例
（1）细胞融合技术：
结构基础：
细胞膜具有半流动性；
原理：
①一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，骨髓瘤细胞（癌细胞）能无限增殖；
②杂交瘤细胞：
既能产生特异性抗体，又能大量繁殖。
（2）培养过程：
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
具体培养过程如下：
3、胚胎移植和核移植技术：
（1）结构基础：
细胞膜具有半流动性；
（2）原理：
动物细胞的细胞核具有部分全能性；
【例题精讲】
例1．下列与基因工程有关的是（）
A.培养利用“工程菌”生产胰岛素B.诱变育种
C.植物组织培养D.杂交育种
【答案】A
例2．下列有关育种的叙述，错误的是（ ）
A.单倍体育种的最终目标是获得单倍体植株，优点是能明显缩短育种年限
B.杂交育种和基因工程育种的原理都是基因重组
C.利用射线处理得到染色体易位的家蚕新品种，属于诱变育种
D.三倍体无籽西瓜的培育，利用了染色体畸变的原理
【答案】A
例3．生产上培育无籽番茄、青霉素高产菌株、杂交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育依据的原理依次是（）
①生长素促进果实发育②染色体变异③基因重组
④基因突变⑤基因工程
A.②④③③B.①④③③C.①④③⑤D.①②④②
【答案】B
例4．请回答下列有关胚胎工程和基因工程等方面的问题：
（1）利用基因工程可以获得转基因羊。
若要使获得的转基因羊分泌的乳汁中含有人抗凝血酶III蛋白，构建基因表达载体时必须把目的基因与_________________基因的______________结合，使用该启动子的原因是_____________________________。
（2）应用PCR扩增目的基
因时，需要在基因组数据库中査询目的基因的________________序列，以便合成引物。
PCR过程第一轮循环的模板是________________。
（3）目前常用的措施是将该基因表达载体导入羊的________________细胞，导入方法是_____________________。
【答案】
（1）羊乳腺分泌蛋白启动子
让目的基因只能在羊乳腺细胞中表达核苷酸（或脱氧核苷酸）
（2）脱氧核苷酸序列目的基因的两条脱氧核苷酸链（或目的基因）
（3）受精卵显微注射法
【课堂练习】
1．下列应用不涉及基因工程技术的是（）
A．培育能产生乙肝疫苗的酵母菌B．培育能生产人类激素的绵羊
C．培育高产、优质的“太空椒”D．培育分解石油的“超级细菌”
【答案】C
2．下列育种方式中培育原理相同的一组是（）
A．矮秆抗病杂交水稻和抗虫棉B．“黑农五号”大豆和无子西瓜
C．太空椒和无子番茄D．青霉素高产菌株和八倍体小黑麦
【答案】A
3．回答下列有关生物工程的问题
从人的胰岛细胞中制备胰岛素编码基因，将其与合适的质粒用产自大肠杆菌的DNA连接酶拼接成重组分子，后者导入酵母中便可实现重组人胰岛素的工业化生产，用于糖尿病的治疗。
（1）下列与质粒的基本单位相同的有_____________（填编号）
①胰岛素基因②mRNA③拟核DNA④人胰岛素
（2）若人胰岛素编码基因两端是用限制酶PstI（识别序列和切割位点如图2所示）切开的，那么如图1所示的质粒应使用限制酶________切开，才能保证人胰岛素编码基因与质粒直接粘连拼接。
（3）已转到重组质粒上的单个人胰岛素编码基因能否再用2题中的限制酶切开？
__________，理由是_________________。
（4）将重组质粒导入酵母细胞，并进行大规模培养便可获得人胰岛素产品。
上述人胰岛素产品生产过程中利用到的生物工程领域有___________。
（填编号）
①发酵工程②基因工程③细胞工程④酶工程
（5）医学上还利用生物工程技术将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合，融合后细胞经培养可产生单克隆抗体，其理论依据有___________。
（填编号）
①骨髓瘤细胞可以产生抗体，但不能无限增殖
②骨髓瘤细胞可以无限增殖，但不能产生抗体
③B淋巴细胞可以产生抗体，但不能无限增殖
④B淋巴细胞只有与骨髓瘤细胞融合才能产生抗体
【答案】
（1）①③
（2）NsiⅠ（3）不能没有相应的识别序列
（4）①②（5）②③
知识点三：
酶工程
【知识梳理】
1、酶工程的主要内容：
（1）酶工程主要包括：
酶的生产，酶的分离与提纯，酶的固定化，及酶的应用。
（2）酶的生产：
主要来源：
微生物；微生物生长繁殖快、培养成本低，合成酶种类齐全。
方法：
微生物发酵法，包括固体发酵、液体深层发酵。
2、酶的分离提纯：
3、酶的固定化：
（1）酶的固定化：
方法：
载体结合法（载体不溶于水）；交联法；包埋法。
优点：
利于回收、再利用；提高酶的催化效率。
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.（三）回答下列有关生物技术与基因表达的问题（12分）
图13所示为利用现代生物技术获得能表达某蛋白酶工程菌的过程及工程菌表达目的基因的模式图。
选用的质粒A上有I、II、III、IV四种限制酶切割位点。
图13
29．（4分）据图推断过程①获取目的基因时，应选用的限制酶是。
过程②是利用酶将目的基因与运载体连接形成重组质粒。
过程③为重组质粒导入受体细胞，如受体细胞为小鼠受精卵，则选用的常规方法是。
30．（2分）如同时用酶I和酶IV切割图中质粒A，产生1.8kb和8.2kb的两种片段（1kb=1000对碱基对），如用四种酶同时切割质粒A，则产生0.6kb和8.2kb两种片段，那么用同时用酶II和酶IV切割质粒A，则产生的片段有。
31.（4分）过程⑤表示过程，其需要的原料是。
表2列举了是几种氨基酸的密码子。
据此推断图13中合成的多肽，其前三个氨基酸依次是（）
A．甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸B．酪氨酸精氨酸精氨酸
C．甲硫氨酸丝氨酸丙氨酸D．酪氨酸精氨酸丙氨酸
32．（2分）获得此蛋白酶后，利用酶的固定化技术能回收和重复利用此蛋白酶，以下属于固定化技术中的载体结合法的是（）
【答案】29.II和III（2分）DNA连接酶显微注射
30.1.2kb和8.8kb（2分）
31.转录核糖核苷酸A（2分）
32.B（2分）
1、植物组织培养：
（1）理论基础：
植物细胞全能性，基因的选择性表达。
（2）组织培养的基本步骤：
①预备阶段：
幼嫩外植体、无菌培养；
②诱导去分化阶段：
生长素和细胞分裂素的刺激；
③再分化阶段：
形成愈伤组织-芽-根；
④移栽阶段。
2、单克隆抗体的制备：
（1）细胞融合技术：
结构基础：
细胞膜具有半流动性；
融合原理：
①一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，骨髓瘤细胞（癌细胞）能无限增殖；
②杂交瘤细胞：
既能产生特异性抗体，又能大量繁殖。
（2）培养过程：
3、细胞核移植与胚胎移植技术：
（1）核移植技术：
结构基础：
细胞膜具有半流动性；
原理：
动物细胞的细胞核具有部分全能性；
1、紫草素具有抗菌、消炎效果．在工业化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草素形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草素．下列相关叙述中，不正确的是
A.工业化生产过程包括细胞的脱分化和再分化
B.愈伤组织在形成培养基中发生了一定程度的分化
C.紫草素在细胞内合成后被分泌到细胞外
D.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会胀破
【答案】C
2、为了加快无子西瓜快速繁殖，科学家常采用植物组织培养的方式进行．下列与此有关的叙述正确的是
A.高度分化的西瓜细胞持续分化的结果B.高度分化的西瓜细胞具有全能性
C.组织细胞分裂的方式属于无丝分裂D.上述繁殖个体的方式属于有性生殖
【答案】B
3、某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。
为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是（）
A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B.采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D.采用花粉粒进行组织培养获得单倍体幼苗
【答案】D
4、某生物的基因型为AaBB，通过下列技术可以分别将它转变为以下基因型的生物：
①AABB；②aB；③AaBBC；④AAaaBBBB。
则以下排列正确的是（）
A．诱变育种、转基因技术、花药离体培养、多倍体育种
B．杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种
C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术
D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术
【答案】B
5、下图表示菊花的嫩枝和月季的花药离体培养过程，请据图回答下面的问题。
（1）菊花的组织培养与月季的花药培养都需要制备________固体培养基，该培养基含有20多种营养成分，在配制培养基母液时常将其配方中的微量元素浓缩_________倍。
（2）用于培养的菊花嫩枝和月季花药都需要消毒，通常消毒所用的药剂是___________。
（3）月季花药培养选材十分重要，从花期分析需要选取________的花药；从花蕾分析需要选取______的花蕾；从花粉发育时期分析需要选取_____________的花粉，从而提高诱导成功率。
（4）月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同，从植物产生的途径来说，花粉植株产生的途径除了图中所示外，还可以通过__________阶段发育而来，这两种发育途径的差别主要取决于___________。
【答案】
（1）MS100倍
（2）70%的酒精、0．1%氯化汞
（3）初花期完全未开放单核期（4）胚状体培养基中的激素种类及其浓度的配比
6、现代生物科技专题
（1）凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。
从牛胃液中分离到的凝乳酶以催化能力强而被广泛应用，研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中。
①科学家已经测出该酶的氨基酸序列，因此可以通过_________方法来获取目的基因。
获得目的基因后，常利用_________技术在体外将其大量扩增。
②构建重组DNA分子（如图所示）最好选用___________限制酶，理由是________________。
③工业化生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，现多采用重组毛霉或重组的酵母菌来生产，毛霉或酵母菌作为受体细胞的优势是_________________________。
④研究发现，如果将该凝乳酶20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。
科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是________________________。
（2）转基因技术和细胞工程在动植物都有广泛应用，但是，胚胎工程只是指对动物的_______所进行的多种显微操作和处理技术。
（3）生态工程是实现循环经济最重要的手段之一，请写出它遵循的基本原理（至少答三项）：
________。
【答案】
（1）①化学合成PCR
②BamHI和PstI提高重组DNA分子的比例（防止自身的黏性末端连接，防止目的基因与载体反向连接）③含有内质网和高尔基体可对蛋白进行加工和修饰
④蛋白质工程
（2）配子或早期胚胎
（3）物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理
1、模考及等级考总复习；
2、阶段模拟检测。
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