2024年高中生物新教材同步選擇性必修第三冊學(xué)習(xí)筆記第3章 本章知識網(wǎng)絡(luò)

2024年高中生物新教材同步選擇性必修第三冊學(xué)習(xí)筆記本章知識網(wǎng)絡(luò)一、實驗原理1．提取DNA的原理利用DNA與________、________和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法提取DNA，去除其他成分。如：(1)DNA在酒精溶液中的溶解性：________不溶于酒精，但某些________溶于酒精。(2)DNA在NaCl溶液中的溶解性：DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于________的NaCl溶液。2．鑒定DNA的原理在一定溫度下，DNA遇________________會呈現(xiàn)________。二、實驗步驟三、操作提示1．以血液為實驗材料時，每100mL血液中需要加入3g檸檬酸鈉，防止________。2．加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免加劇____________，導(dǎo)致DNA分子不能形成絮狀沉淀。四、關(guān)鍵點撥1．利用動物細(xì)胞提取DNA時，破碎細(xì)胞的方法：動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，可直接使其______。2．不能選用哺乳動物成熟的紅細(xì)胞作為實驗材料，原因是哺乳動物成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核。3．提純DNA時，選用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精的原因：體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精________更佳。4．實驗中進(jìn)行了2次靜置或離心，目的是將________和________分開，第1次操作后，DNA存在于________中；第2次操作后DNA存在于____________或________中。例1如表關(guān)于DNA粗提取與鑒定實驗的表述，不正確的是()選項試劑操作作用A研磨液與生物材料混合提取溶解DNAB2mol/LNaCl溶液與提取出的DNA混合溶解DNAC冷卻的酒精加入到離心后的上清液中溶解DNAD二苯胺試劑加入到溶解有DNA的NaCl溶液中鑒定DNA例2(2023·河北邯鄲高二期中)如圖為DNA的粗提取與鑒定實驗的部分操作流程。下列相關(guān)敘述正確的是()A．將圖1中的研磨液過濾后保留沉淀B．圖2過程中，用玻璃棒進(jìn)行交叉攪拌會使DNA析出更快C．圖2析出得到的白色絲狀物只能溶于2mol/L的NaCl溶液中D．圖3對提取后的DNA進(jìn)行鑒定，兩支試管中均要加入二苯胺試劑1．(2022·山東，13)關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實驗，下列說法錯誤的是()A．過濾液沉淀過程在4℃冰箱中進(jìn)行是為了防止DNA降解B．離心研磨液是為了加速DNA的沉淀C．在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑呈現(xiàn)藍(lán)色D．粗提取的DNA中可能含有蛋白質(zhì)2．下列有關(guān)“DNA粗提取與鑒定”實驗的敘述，正確的是()A．用蒸餾水使家兔的紅細(xì)胞漲破，可獲取富含DNA的濾液B．DNA不溶于95%的冷酒精，但可溶于2mol/L的NaCl溶液C．新鮮的洋蔥和豬肝可作為實驗材料提取DNA，而菠菜不能用于提取DNAD．鑒定DNA時，應(yīng)將絲狀物直接加入到二苯胺試劑中并進(jìn)行沸水浴3．下列與“DNA的粗提取與鑒定”實驗相關(guān)的說法，錯誤的是()A．研磨液中應(yīng)加入DNA酶的抑制劑，以防細(xì)胞破碎后DNA酶降解DNAB．研磨時需要控制好時間，以防影響DNA的提取量C．鑒定時加入二苯胺試劑后沸水浴即可觀察到較為明顯的顯色反應(yīng)D．鑒定時溶液藍(lán)色的深淺與DNA含量的多少有關(guān)4．(2023·福建福州高二期中)下列關(guān)于DNA粗提取與鑒定的敘述，正確的是()A．取材時可選用雞血、洋蔥、香蕉等富含DNA的材料進(jìn)行實驗B．將白色絲狀物置于2mol/L的NaCl溶液中，離心后棄去上清液C．可將洋蔥置于清水中，細(xì)胞吸水破裂后將DNA釋放出來D．5．研究人員比較了不同儲藏條件對棉葉DNA純度及提取率(提取率越高，獲得的DNA越多)的影響，實驗結(jié)果如圖所示。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．提純DNA時可加入75%酒精去除蛋白質(zhì)等物質(zhì)B．新鮮棉葉提取的DNA純度最高，但提取DNA的量不是最多C．用二苯胺試劑鑒定，藍(lán)色最深的是冷凍3d處理后提取的DNAD．DNA不溶于酒精，在NaCl溶液中的溶解度隨溶液濃度的不同而不同6．如圖為雞血細(xì)胞中DNA的粗提取和鑒定實驗過程中的部分操作示意圖，請據(jù)圖分析，回答下列問題：(1)上述圖示中，該實驗的正確操作順序是__________________(用序號與箭頭表示)。(2)步驟④中使用2mol/LNaCl溶液的目的是_________________________________________。(3)步驟①的目的是_______________________________________________________________，其依據(jù)的原理是_________________________________________________________________。(4)步驟①中所得到的絲狀物為___________________________________________________色，若要鑒定其主要成分為DNA，可滴加__________試劑，________后，如果出現(xiàn)______則證明該絲狀物的主要成分為DNA。(5)由于雞血較難找到，某學(xué)生試圖用豬血代替，結(jié)果沒有成功，其原因最可能是____________________________________________________________________________________________。第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具[學(xué)習(xí)目標(biāo)]闡明重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具及其作用。一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程：指按照人們的愿望，通過________等技術(shù)，賦予生物____________，創(chuàng)造出更符合人們需要的______________________。由于基因工程是在________水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，因此又叫作____________。2．基因工程的工具酶(1)限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)——“分子手術(shù)刀”來源主要來自________種類數(shù)千種作用識別雙鏈DNA分子的________________，使每一條鏈中________的________斷開結(jié)果產(chǎn)生________或平末端(2)DNA連接酶——“分子縫合針”①作用：將____________連接起來，恢復(fù)被________切開的兩個核苷酸之間的___________。②種類種類來源特點________DNA連接酶只能將具有____________的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段T4DNA連接酶T4噬菌體判斷正誤(1)基因工程可以實現(xiàn)遺傳物質(zhì)在不同物種間的轉(zhuǎn)移，人們可以定向選育新品種()(2)限制性內(nèi)切核酸酶均能特異性地識別6個核苷酸序列()(3)DNA連接酶能將兩堿基通過氫鍵連接起來()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()任務(wù)一：基因工程的理論基礎(chǔ)1．基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組的主要區(qū)別是什么？2．為什么不同生物的DNA分子能拼接起來？3．為什么一種生物的基因可以在另一種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)？任務(wù)二：限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)1．請結(jié)合限制酶的作用特點，回答以下問題：(1)限制酶能切開RNA分子的磷酸二酯鍵嗎？(2)請結(jié)合圖示，推斷限制酶切割一次可斷開幾個磷酸二酯鍵？產(chǎn)生多少游離的磷酸基團(tuán)？產(chǎn)生幾個黏性末端？消耗幾分子水？2．推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？3．為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？4．有2個不同來源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ進(jìn)行切割，B片段分別用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ進(jìn)行切割。各限制酶的識別序列和切割位點如圖。(1)請寫出限制酶SpeⅠ、HindⅢ、XbaⅠ和XhoⅠ切割形成的黏性末端。(2)(3)與DNA相關(guān)的幾種酶的比較項目DNA連接酶DNA限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵作用對象DNA片段DNA單個的脫氧核苷酸DNA作用結(jié)果將兩個DNA片段連接成完整的DNA分子切割DNA分子將單個的脫氧核苷酸連接到DNA單鏈末端將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈拓展延伸1．回文序列限制酶特異性識別和切割的部位具有回文序列，即在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序，與另一條鏈反向讀的順序完全一致。例如：EcoRⅠ限制酶識別的DNA序列為eq\o(=,\s\up7(GAATTC),\s\do5(CTTAAG))，為回文序列。2．同尾酶識別DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。同尾酶構(gòu)建載體時，切割位點的選擇范圍擴(kuò)大。例如，我們選擇了用某種限制酶切割載體，如果目的基因的核苷酸序列中恰好有該限制酶的識別序列，那么用該限制酶切割含有目的基因的DNA片段時，目的基因就很可能被切斷；這時可以考慮用合適的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的識別序列)來獲取目的基因。1．以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述正確的是()A．以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的B．②片段是在識別序列為eq\a\vs4\al\co1(GAATT,CTTAA)的限制酶作用下形成的C．①和④兩個片段在DNA聚合酶的作用下可形成重組DNA分子D．限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵2．DNA連接酶是基因工程的必需工具。下列有關(guān)DNA連接酶的敘述，錯誤的是()A．DNA連接酶可以將任意的兩個DNA片段連接成一個重組DNA分子B．DNA連接酶發(fā)揮作用時不需要識別特定的脫氧核苷酸序列C．DNA連接酶可以催化兩個脫氧核苷酸之間磷酸二酯鍵的形成D．有些DNA連接酶既能連接黏性末端，又能連接平末端二、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1．種類：質(zhì)粒、________、動植物病毒等。2．常用載體——質(zhì)粒(1)本質(zhì)：質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有________能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。(2)質(zhì)粒作為載體所具備的條件及原因條件原因穩(wěn)定存在并能____________________能使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)增有一個至多個________________位點可攜帶多個或多種外源基因具有特殊的_______________便于重組DNA分子的_________無毒害作用(3)作用①作為運(yùn)輸工具，將外源基因?qū)隷_______。②質(zhì)粒攜帶__________________在細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。判斷正誤(1)作為載體的質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因()(2)質(zhì)粒是環(huán)狀雙鏈DNA分子，是基因工程常用的載體()(3)載體(如質(zhì)粒)和細(xì)胞膜中的載體蛋白的成分相同()(4)DNA重組技術(shù)所需要的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體()任務(wù)三：載體需具備的條件和載體的選擇1．載體要與外源DNA片段連接，需要具備什么條件？2．要使攜帶的外源DNA片段在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？3．我們用肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞，為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？4．根據(jù)標(biāo)記基因的作用，有同學(xué)認(rèn)為在含有某種抗生素的培養(yǎng)基中篩選存活的受體細(xì)胞不一定是導(dǎo)入目的基因的受體細(xì)胞，這種說法是否合理？并說明理由。5．若用家蠶作為某基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用噬菌體作為載體，其原因是什么？標(biāo)記基因的篩選原理載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，受體細(xì)胞對該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上，能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。如圖所示：3．(2023·貴州安順高二聯(lián)考)質(zhì)粒是基因工程中最常用的目的基因運(yùn)載工具。下列有關(guān)敘述正確的是()A．質(zhì)粒是只存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子B．在所有的質(zhì)粒上總能找到一個或多個限制酶切割位點C．?dāng)y帶目的基因的重組質(zhì)粒只有整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上才會隨后者的復(fù)制而復(fù)制D．質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因供重組DNA的篩選4.某細(xì)菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入成功。外源基因插入的位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置(插入點有a、b、c)示意圖。請根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長情況，推測①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點，正確的一組是()插入點細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長狀況①能生長能生長②能生長不能生長③不能生長能生長A．①是c；②是b；③是aB．①是a和b；②是a；③是bC．①是a和b；②是b；③是aD．①是c；②是a；③是b第2節(jié)基因工程的基本操作程序第1課時目的基因的篩選與獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.簡述PCR的原理、條件及過程。2.簡述基因表達(dá)載體的組成及構(gòu)建過程。一、目的基因的篩選與獲取1．培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的四個步驟(1)目的基因的____________。(2)____________的構(gòu)建。(3)將目的基因?qū)隷_______。(4)目的基因的________。2．目的基因(1)概念：在基因工程的設(shè)計和操作中，用于改變受體細(xì)胞性狀或獲得預(yù)期__________等的基因就是目的基因。(2)作用：根據(jù)不同的需要，目的基因是不同的，它主要是指______________的基因。(3)類型：與________、________、________和工業(yè)用酶等相關(guān)的基因，如培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉用到的________________，即Bt基因。3．篩選合適的目的基因：從___________________的基因中進(jìn)行篩選是較為有效的方法之一。4．獲取目的基因的方法(1)人工合成目的基因。(2)常用________特異性地快速擴(kuò)增目的基因。(3)通過構(gòu)建基因文庫來獲取目的基因。5．利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因(1)含義：PCR是________________的縮寫。它是一項在體外提供參與DNA復(fù)制的____________與____________，對目的基因的______________進(jìn)行大量復(fù)制的技術(shù)。(2)原理：____________。(3)基本條件①場所：在一定的__________液中進(jìn)行，其中一般要添加Mg2＋。②模板：DNA母鏈。③原料：4種________。④酶：________的DNA聚合酶。⑤引物：使DNA聚合酶能夠從引物的____端開始連接脫氧核苷酸。(4)過程①變性：當(dāng)溫度超過____℃時，雙鏈DNA________為單鏈。②復(fù)性：當(dāng)溫度下降到____℃左右時，________通過堿基互補(bǔ)配對與兩條單鏈DNA結(jié)合。③延伸：當(dāng)溫度上升到____℃左右時，溶液中的4種脫氧核苷酸在________________的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則合成新的DNA鏈。(5)上一輪循環(huán)的產(chǎn)物可以作為下一個循環(huán)的________，因而每一次循環(huán)后目的基因的量可以________，即成________形式擴(kuò)增(約為2n，其中n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù))。(6)鑒定：常采用________________來鑒定PCR的產(chǎn)物。判斷正誤(1)PCR反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應(yīng)()(2)PCR擴(kuò)增技術(shù)中，需用解旋酶使雙鏈DNA解聚()(3)PCR過程使用的DNA聚合酶的特點是耐高溫()(4)PCR技術(shù)中，DNA模板鏈上堿基G和C的比例越高，DNA變性解鏈的溫度就越高()任務(wù)一：PCR擴(kuò)增技術(shù)圖1、圖2分別是PCR擴(kuò)增技術(shù)相關(guān)過程，請思考回答下列問題：1．PCR擴(kuò)增的是完整的模板DNA分子嗎？并說明理由。2．圖1所示利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，在第幾輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段？比例是多少？3．如果已知某目的基因的序列和結(jié)構(gòu)，利用PCR篩選和擴(kuò)增出該目的基因的關(guān)鍵是什么？4．圖2是某同學(xué)設(shè)計的兩組引物(只標(biāo)注了部分堿基序列)都不合理，請分別說明理由。5．要保證目的基因能與載體相連接，還要對引物進(jìn)行什么操作？6．如果循環(huán)n次，則共需消耗多少對引物？PCR中的數(shù)量關(guān)系復(fù)制次數(shù)123nDNA分子數(shù)2482n含引物的DNA分子數(shù)2482n含其中一種引物的DNA分子數(shù)1＝21－13＝22－17＝23－12n－1同時含兩種引物的DNA分子數(shù)0＝21－22＝22－26＝23－22n－2共消耗引物的對數(shù)1＝21－13＝22－17＝23－12n－1含脫氧核苷酸鏈等長的DNA分子數(shù)0＝21－20＝22－42＝23－62n－2n1．(2023·山西太原高二診斷)下列有關(guān)獲取目的基因的敘述，錯誤的是()A．目的基因就是編碼蛋白質(zhì)的基因B．獲取目的基因是基因工程的第一步C．來自蘇云金桿菌的Bt抗蟲蛋白基因可作為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的目的基因D．序列比對工具的應(yīng)用為科學(xué)家找到合適的目的基因提供了更多的機(jī)會2．如圖表示利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的部分過程，其原理與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制類似。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．耐高溫的DNA聚合酶總將游離的脫氧核苷酸連接到3′端B．在第三輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長的DNA片段C．引物之間或引物自身發(fā)生堿基互補(bǔ)配對，則不能有效擴(kuò)增目的基因D．從理論上推測，第三輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的DNA片段占3/4二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建1．基因表達(dá)載體構(gòu)建的目的讓目的基因在受體細(xì)胞中________，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠________和________。2．基因表達(dá)載體的組成3．基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程(1)首先用一定的________切割載體。(2)然后用________限制酶或能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段。(3)再利用________將含目的基因的DNA片段拼接到載體的切口處(如圖所示)。判斷正誤(1)基因工程操作程序的核心步驟是目的基因的獲取()(2)基因表達(dá)載體中有的含有啟動子和終止密碼子()(3)標(biāo)記基因不一定是抗生素抗性基因()任務(wù)二：分析基因表達(dá)載體構(gòu)建的目的和方法1．獲取Bt基因后不能直接將它導(dǎo)入受體細(xì)胞，是因為游離的DNA進(jìn)入受體細(xì)胞，一般會____________，即使可以轉(zhuǎn)錄翻譯成蛋白質(zhì)，游離的DNA片段也無法隨著________而進(jìn)行復(fù)制，導(dǎo)致子代細(xì)胞中________________。因此，獲取Bt基因后，還需要________________________，才能使棉花植株獲得抗蟲特性。2．構(gòu)建基因表達(dá)載體時目的基因插入的位置應(yīng)該在哪里？為什么？3．請結(jié)合圖示，回答下列問題：(1)構(gòu)建基因表達(dá)載體時，能否用SmaⅠ酶切割質(zhì)粒？為什么？(2)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點是什么？1．區(qū)分啟動子和終止子與起始密碼子和終止密碼子啟動子和終止子位于DNA上，是基因表達(dá)載體必需的部分，而起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，決定翻譯的開始和結(jié)束。2．圖解限制酶的選擇原則(1)不破壞目的基因原則：如圖甲中可選擇PstⅠ，而不選擇SmaⅠ。(2)保留標(biāo)記基因、啟動子、終止子、復(fù)制原點原則：所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中不選擇SmaⅠ。(3)確保出現(xiàn)相同黏性末端原則：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒，如圖中PstⅠ；為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖也可選擇PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶。拓展延伸真、原核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)和表達(dá)(1)基因的結(jié)構(gòu)(2)基因表達(dá)遺傳信息①原核生物基因②真核生物基因3．下列關(guān)于基因表達(dá)載體構(gòu)建的敘述，錯誤的是()A．啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，組成它的基本單位是脫氧核苷酸B．基因表達(dá)載體的組成包括目的基因、啟動子、終止密碼子、標(biāo)記基因等組件C．人工構(gòu)建的誘導(dǎo)型啟動子，當(dāng)誘導(dǎo)物存在時，可激活或抑制目的基因的表達(dá)D．由于受體細(xì)胞不同，基因表達(dá)載體的構(gòu)建也有所差別4．(2023·江蘇蘇州高二期末)某科研小組利用質(zhì)粒(圖甲)和目的基因(圖乙)構(gòu)建重組DNA。下列分析不正確的是()A．用限制酶HindⅢ和PstⅠ切割質(zhì)粒，可得到2條DNA片段B．不能用AluⅠ酶切割質(zhì)粒和外源DNA的原因是AluⅠ酶會破壞目的基因C．構(gòu)建重組DNA時，需選擇SmaⅠ酶和PstⅠ酶同時切割質(zhì)粒和外源DNAD．導(dǎo)入了重組DNA的細(xì)菌能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長而不能在含氯霉素的培養(yǎng)基上生長第2課時[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.闡明將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法。2.闡明目的基因的檢測與鑒定的方法。1．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(1)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞①花粉管通道法a．用微量注射器將含目的基因的DNA溶液直接注入________中。b．在植物受粉后的一定時間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助______________進(jìn)入胚囊。②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法a．轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持______________的過程。b．農(nóng)桿菌的特點：農(nóng)桿菌細(xì)胞內(nèi)含有____質(zhì)粒，當(dāng)它侵染植物細(xì)胞后，能將Ti質(zhì)粒上的______(可轉(zhuǎn)移的DNA)轉(zhuǎn)移到被侵染的細(xì)胞內(nèi)，并且將其整合到該細(xì)胞的________上。c．目的基因插入____質(zhì)粒的________中→導(dǎo)入________→整合到受體細(xì)胞的________上→表現(xiàn)出新性狀的植株。(2)將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞①方法：________技術(shù)。②受體細(xì)胞：________。③過程：目的基因表達(dá)載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物。(3)將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常以大腸桿菌作為受體細(xì)胞，一般先用________處理大腸桿菌細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能________周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后再將重組的基因表達(dá)載體導(dǎo)入其中。2．目的基因的檢測與鑒定(1)分子水平的檢測①導(dǎo)入水平：通過________等技術(shù)檢測受體細(xì)胞的________上是否插入了________。②轉(zhuǎn)錄水平：利用PCR等技術(shù)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了________。③翻譯水平：用相應(yīng)抗體進(jìn)行____________檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)等。(2)個體生物學(xué)水平的鑒定：抗蟲、抗病接種實驗等。3．基因工程的基本操作程序判斷正誤(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體細(xì)胞()(2)Ti質(zhì)粒上的T－DNA可轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞內(nèi)，并且與其染色體DNA整合在一起()(3)常用卵細(xì)胞作為培育轉(zhuǎn)基因動物的受體細(xì)胞()(4)檢測目的基因是否成功表達(dá)可用抗原—抗體雜交技術(shù)()(5)用PCR技術(shù)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，利用了堿基互補(bǔ)配對原則()(6)基因工程是否成功需進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定()任務(wù)：分析將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測與鑒定1．在用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的過程中，一定要將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T－DNA上的原因是什么？2．基因表達(dá)載體中已經(jīng)具備標(biāo)記基因(如抗生素抗性基因)，對受體細(xì)胞進(jìn)行了篩選，為什么基因工程的第四步還要對目的基因進(jìn)行檢測和鑒定？3．如果目的基因是抗蟲基因，在個體水平上怎么檢測？如果目的基因是耐鹽基因呢？1．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中兩次拼接、兩次導(dǎo)入的辨析(1)兩次拼接：第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒的T－DNA上；第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T－DNA拼接到受體細(xì)胞染色體的DNA上。(2)兩次導(dǎo)入：第一次導(dǎo)入是將含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌；第二次導(dǎo)入(非人工操作)是將含目的基因的T－DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。2．受體細(xì)胞的選擇(1)對于植物來說，受體細(xì)胞可以是受精卵或體細(xì)胞，因為植物細(xì)胞具有全能性。(2)對于動物來說，受體細(xì)胞一般是受精卵，因為受精卵的全能性高，而高度分化的動物體細(xì)胞的全能性受到抑制。(3)大腸桿菌和酵母菌在基因工程中都可以作為受體細(xì)胞，但又有所不同。大腸桿菌為原核細(xì)胞，而酵母菌為真核細(xì)胞(具有多種細(xì)胞器)，所以在生產(chǎn)需要加工和分泌的蛋白質(zhì)時，酵母菌比大腸桿菌有優(yōu)勢。1．A．圖中Ⅰ是質(zhì)粒，步驟①需要用到限制酶和DNA連接酶B．圖中Ⅱ是含目的基因的重組質(zhì)粒，步驟②是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入棉花細(xì)胞C．圖中Ⅲ是農(nóng)桿菌，通過步驟③將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞D．剔除培育成功的抗蟲棉體內(nèi)的四環(huán)素抗性基因不會影響抗蟲基因的表達(dá)2．(2023·陜西西安高二調(diào)研)科學(xué)家將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因(抗蟲基因)導(dǎo)入棉花的愈傷組織細(xì)胞并進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得棉花植株。經(jīng)棉鈴蟲飼喂實驗，發(fā)現(xiàn)棉花植株并無抗蟲性狀，科學(xué)家提取棉花葉片細(xì)胞中的有關(guān)成分進(jìn)行了如下操作。下列有關(guān)分析錯誤的是()A．提取細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，采用抗原—抗體雜交技術(shù)進(jìn)行檢測，若檢測到細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白，則說明抗蟲基因不能表達(dá)B．若經(jīng)A檢測確定細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白，可采用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞中的RNA，若測到Bt抗蟲蛋白的mRNA，則說明抗蟲基因能正常轉(zhuǎn)錄和翻譯C．若經(jīng)B檢測確定細(xì)胞中無Bt抗蟲蛋白的mRNA，可采用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞中的DNA，若能檢測到抗蟲基因，則可能是抗蟲基因反向插入載體中或抗蟲基因不能正常轉(zhuǎn)錄D．若經(jīng)C檢測確定細(xì)胞中無抗蟲基因，則可能是將沒有目的基因的載體DNA分子導(dǎo)入了受體細(xì)胞一、DNA片段的擴(kuò)增1．實驗原理2．實驗步驟二、PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的電泳鑒定1．實驗原理2．實驗步驟三、操作提示1．為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭和蒸餾水等在使用前必須進(jìn)行________處理。在向微量離心管中添加反應(yīng)組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。2．緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，并在__________儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上________融化。四、關(guān)鍵點撥1．PCR擴(kuò)增目的基因時，復(fù)性溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵。復(fù)性溫度過高會破壞引物與模板的堿基配對，復(fù)性溫度過低又會造成引物不能與DNA模板鏈的特定部位結(jié)合。復(fù)性溫度的設(shè)定與________、________有關(guān)，假設(shè)引物的長度相同，在G、C含量高時，設(shè)定的復(fù)性溫度要____一些。因為DNA分子中G—C之間有____個氫鍵，A—T之間有____個氫鍵。2．未出現(xiàn)擴(kuò)增條帶的主要原因(1)TaqDNA聚合酶失活。(2)引物出現(xiàn)質(zhì)量問題。(3)Mg2＋濃度過低。(4)變性時的溫度____，變性時間短。3．出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增條帶的主要原因(1)模板DNA出現(xiàn)________。(2)引物特異性不強(qiáng)或形成引物二聚體。(3)Mg2＋濃度________。(4)復(fù)性時的溫度________等。例1(2023·云南昆明高二月考)關(guān)于“DNA片段的擴(kuò)增及電泳鑒定”實驗，下列相關(guān)敘述正確的是()A．PCR儀實質(zhì)上就是一臺能自動調(diào)控溫度的儀器，但在使用時需根據(jù)擴(kuò)增的DNA片段以及引物的情況人工設(shè)定合適的溫度B．PCR反應(yīng)體系中需加入耐高溫的DNA聚合酶，該酶主要在復(fù)性過程中起作用C．為避免外源DNA等因素的污染，PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、蒸餾水和移液器等在使用前都必須進(jìn)行高壓滅菌處理D．電泳時，電泳緩沖液不能沒過凝膠，以免凝膠加樣孔中的電泳樣液流出例2用PCR方法檢測轉(zhuǎn)基因植株是否成功導(dǎo)入目的基因時，得到以下電泳圖譜，其中1號為DNA標(biāo)準(zhǔn)樣液(Marker)，10號為蒸餾水，PCR時加入的模板DNA如圖所示。據(jù)此作出的分析，不合理的是()A．PCR產(chǎn)物的分子大小在250～500bp之間B．3號樣品為不含目的基因的載體DNAC．9號樣品對應(yīng)植株不是所需的轉(zhuǎn)基因植株D．10號確定反應(yīng)體系等對結(jié)果沒有干擾1．使用PCR儀的正確實驗操作順序應(yīng)為()①設(shè)置好PCR儀的循環(huán)程序②按配方準(zhǔn)備好各組分③用微量移液器在微量離心管中依次加入各組分④進(jìn)行PCR反應(yīng)⑤離心使反應(yīng)液集中在離心管的底部A．②⑤③④① B．①⑤③②④C．②③⑤①④ D．④②⑤③①2．下列關(guān)于PCR操作過程的敘述，錯誤的是()A．PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭和蒸餾水等在使用前必須進(jìn)行高壓滅菌處理B．PCR所用的緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，在－20℃儲存C．將PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出，需放在高溫環(huán)境中迅速融化D．在向微量離心管中添加反應(yīng)組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換3．(2023·重慶渝中區(qū)高二期中)某實驗利用PCR技術(shù)獲取目的基因，實驗結(jié)果顯示除目的基因條帶(引物與模板完全配對)外，還有2條非特異條帶(引物和模板不完全配對)。為了減少非特異條帶的產(chǎn)生，以下措施中有效的是()A．增加模板DNA的量B．延長熱變性的時間C．延長延伸的時間D．提高復(fù)性的溫度4．下列有關(guān)電泳的敘述，不正確的是()A．電泳是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程B．待測樣品中DNA分子的大小和構(gòu)象、凝膠的濃度等都會影響DNA在電泳中的遷移速率C．進(jìn)行電泳時，帶電分子會向著與其所帶電荷相同的電極移動D．PCR的產(chǎn)物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定5．為優(yōu)化目的基因(700bp)的PCR條件，研究者設(shè)計不同的復(fù)性溫度進(jìn)行實驗，產(chǎn)物的瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果如圖。據(jù)圖分析，下列有關(guān)說法錯誤的是()A．對照組可用無菌蒸餾水代替模板，其他成分相同B．電泳條帶的寬度、亮度與擴(kuò)增產(chǎn)物大小呈正相關(guān)C．復(fù)性溫度的高低會影響PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的純度D．58℃是本實驗中擴(kuò)增該基因的最佳復(fù)性溫度6．(2023·江蘇揚(yáng)州高二期末)在基因工程操作中，科研人員利用兩種限制酶(R1和R2)處理基因載體，進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳檢測，結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．電泳時，核酸的移動方向是從負(fù)極到正極的B．該載體最可能為環(huán)狀DNA分子C．限制酶R1與R2的切點最長相距約600bpD．兩種限制酶在載體上識別的序列可能相同第3節(jié)基因工程的應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.舉例說出基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應(yīng)用。2.乳腺生物反應(yīng)器的制備過程。一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1．轉(zhuǎn)基因抗蟲植物(1)(2)成果：轉(zhuǎn)基因抗蟲________、玉米、大豆、________和馬鈴薯等。2．轉(zhuǎn)基因抗病植物(1)背景：許多栽培作物由于自身缺少抗病基因，因此用常規(guī)育種的方法很難培育出抗病的新品種。(2)方法：科學(xué)家將來源于某些____________等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤隽宿D(zhuǎn)基因抗病植物。(3)成果：轉(zhuǎn)基因抗病毒________、番木瓜和煙草等。3．轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物(1)背景：雜草常常危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。(2)方法：將__________________________的基因?qū)胱魑?，可以培育出抗除草劑的作物品種。(3)成果：轉(zhuǎn)基因抗除草劑________、________、油菜和甜菜等。4．改良植物的品質(zhì)優(yōu)良基因成果________________的蛋白質(zhì)編碼基因富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米與植物花青素代謝相關(guān)的基因5.提高動物的生長速率(1)基因：外源生長激素基因。(2)成果：____________。6．改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)(1)基因：____________。(2)成果：轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。判斷正誤(1)轉(zhuǎn)入外源生長素基因的轉(zhuǎn)基因動物，生長速率更快()(2)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的Bt抗蟲蛋白基因能抗病毒、細(xì)菌、真菌()(3)“轉(zhuǎn)基因植物”是指植物體細(xì)胞中出現(xiàn)了新基因的植物()任務(wù)一：轉(zhuǎn)基因植物和動物的培育1．從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性。2．為什么將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M能降低牛奶中的乳糖含量？3．轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動物的制備用到的技術(shù)主要有哪些？1．轉(zhuǎn)基因植物培育過程2．轉(zhuǎn)基因動物的培育過程(以轉(zhuǎn)基因牛培育過程為例)1．(2023·湖北荊州高二診斷)在應(yīng)用農(nóng)桿菌侵染植物葉片獲得耐旱基因植株的實驗步驟中，不需要的是()A．將轉(zhuǎn)基因細(xì)胞進(jìn)行脫分化和再分化B．用PEG誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的原生質(zhì)體融合C．將轉(zhuǎn)基因幼苗栽培在干旱環(huán)境中以檢驗植株的耐旱性D．將耐旱基因插入農(nóng)桿菌T－DNA并通過農(nóng)桿菌侵染植物葉片細(xì)胞2．下列有關(guān)目的基因的操作能夠改善產(chǎn)品品質(zhì)的是()A．將草魚的生長激素基因?qū)膈庺~體內(nèi)B．將腸乳糖酶的基因?qū)肽膛５幕蚪MC．將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胗衩譊．將Bt抗蟲蛋白基因整合到煙草或棉花的基因組并實現(xiàn)表達(dá)二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域及食品工業(yè)方面的應(yīng)用1．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用(1)利用微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，生產(chǎn)藥物成果：________、抗體、疫苗、激素等。(2)利用哺乳動物生產(chǎn)藥物①構(gòu)建乳腺生物反應(yīng)器a．目的基因：________基因。b．啟動子：________________________的啟動子。c．受體細(xì)胞：________。②成果：利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、α-抗胰蛋白酶等。(3)建立移植器官工廠①方法：在器官供體的基因組中導(dǎo)入____________，以抑制____________的表達(dá)，或設(shè)法________抗原決定基因，然后再結(jié)合________，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。②優(yōu)點：解決人體移植器官短缺問題；避免________反應(yīng)。2．基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用(1)氨基酸：利用轉(zhuǎn)基因生物合成阿斯巴甜的原料——________和________。(2)酶：利用轉(zhuǎn)基因生物獲得生產(chǎn)奶酪需要的________酶；利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的________酶；利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)加工烘烤食品要用到的脂肪酶等。(3)維生素3．其他方面的應(yīng)用：利用“超級細(xì)菌”來處理________，利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)________。判斷正誤(1)用大腸桿菌生產(chǎn)的人的胰島素沒有活性()(2)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌?xì)胞中()(3)用基因工程技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)酶的優(yōu)點：純度高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高()任務(wù)二：基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1．與大腸桿菌相比，用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素有什么優(yōu)勢？2．藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細(xì)胞中？培育乳腺生物反應(yīng)器時為什么要選用乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件與藥用蛋白基因重組在一起？3．與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)勢有哪些？4．從生產(chǎn)的角度考慮，生物反應(yīng)器選擇的組織或器官要方便產(chǎn)物的獲得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此發(fā)展了動物乳腺生物反應(yīng)器、動物血液生物反應(yīng)器和動物膀胱生物反應(yīng)器等。研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)如何處理目的基因？5．膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器？3．下列關(guān)于用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植供體的研究的敘述，不正確的是()A．人體移植器官短缺和免疫排斥是目前制約人體器官移植的兩大難題B．豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小和血管分布與人的極為相似C．靈長類動物體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒少于豬D．無論以哪種動物作為供體，都需要在其基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因4．A．B．常使用顯微注射法將基因表達(dá)載體導(dǎo)入乳腺細(xì)胞C．需要借助于早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植技術(shù)培育出轉(zhuǎn)基因動物D．藥物的生產(chǎn)受轉(zhuǎn)基因動物性別和年齡的限制第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡述蛋白質(zhì)工程的基本原理。1．蛋白質(zhì)工程(1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的________及其與________的關(guān)系。(2)手段：通過________或______________，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)。(3)目的：獲得滿足人類生產(chǎn)和生活需求的________。(4)困難：蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴正確的高級結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。2．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由(1)崛起緣由①基因工程的實質(zhì)：將一種生物的________轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的________，進(jìn)而表現(xiàn)出________。②基因工程的不足：基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界中________的蛋白質(zhì)。③天然蛋白質(zhì)的不足：天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合________生存的需要，卻不一定完全符合________________的需要。(2)實例：提高玉米賴氨酸含量eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位為_______))eq\o(→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co