2013-2014学年高中生物人教版选修三同步辅导与检测课件：1.2 基因工程的基本操作程序_ppt课件

金品质高追求 我们让你更放心 ！ 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 第2节节 基因工程的基本操作程序 基因工程 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 预习提纲 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤： 、 、 、 。 一、目的基因的获取 1从基因文库中获取目的基因：将含有某种生物 _的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受 体菌分别含有这种生物的 ，称为基因文库。基因文 库可大可小，如果它含了一种生物所有的基因，就叫 ；如果它只包含一种生物的一部分基因，就叫 ，如 _。 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的 基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 不同基因 不同基因 基因组文库 部分基因文库 cDNA文库 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 2利用PCR技术扩增目的基因：PCR技术是一项在生物体 外 特定DNA片段的核酸合成技术 (1)原理：利用 原理，将基因的核苷酸序列不断加 以复制，使其呈指数方式增加。指数扩增约为2n(n为扩增循环 的次数)。 (2)条件：已知目的基因的 序列、 、 、_ 。 (3)过程：目的基因DNA受热变性后解链为 ，与引 物结合，然后在 的作用下进行延伸形成DNA。 3化学合成目的基因：如果 比较小，核苷酸序列 又 ，也可以利用DNA合成仪化学合成。 复制 DNA复制 核苷酸 引物 模板 DNA DNA聚合酶 单链 DNA聚合酶 基因 已知 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 三、将目的基因导入受体细胞 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 2下列属于获取目的基因的方法的是( ) 利用mRNA反转录形成 从基因组文库中提取 从受体细胞中提取 利用PCR技术 利用DNA转录 人工合成 A B C D D 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 3在基因工程中，切割载体和含有目的基因的DNA片 段时，需使用( ) A同种限制酶 B两种限制酶 C同种连接酶 D两种连接酶 A 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 4要想将目的基因与载体连接起来，基因操作时 应选用( ) A只需DNA连接酶 B只需限制性核酸内切酶 C同一种限制性核酸内切酶和DNA连接酶 D不同限制性核酸内切酶和DNA连接酶 C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 5.回答有关基因工程的问题： (1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割 DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生_末端。若要在 限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能 使二者产生_(“相同”、“不同”)黏性末端的限制酶。 (2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人 胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是_。在用 表达载体转化大肠杆菌时，常用_处理大肠杆菌，以利于 表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可 用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称 为_。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成 _，常用抗原抗体杂交技术。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) (3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞 ，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的_中，然后用该农 杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞 的_上。 (1)平 相同 (2)RNA聚合酶识别和结合的部位 Ca2+ 分子杂交技术 蛋白质 (3)TDNA 染色体DNA 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 目的基因的获取 获取目的基因是基因工程实施的第一步，可以有三种 途径获取目的基因，如下图所示： 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 1基因文库是将含有某种生物不同基因的许多DNA片 段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生 物的不同基因，叫做基因文库。建立基因文库的目的就是为 获得大量的目的基因做准备。如果基因文库中含有一种生物 的所有基因，这个基因文库就叫做基因组文库。如果基因文 库中含有一种生物的部分基因，这个文库就叫做部分基因文 库。如以某生物的mRNA反转录基因产生的多种互补 DNA(cDNA)片段，并与载体连接后储存在一个受体菌群中 的cDNA文库。基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储 备着该生物大量的基因。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 2PCR技术是一项在生物体外复制特定的DNA的核 酸合成技术。它遵循的原理与DNA复制原理相同，条件是 有一段已知的目的基因的核苷酸序列和根据核苷酸序列合 成的引物，原料是四种脱氧核苷酸，也需要多种酶(如DNA 聚合酶等)。在PCR扩增仪上自动复制。 3如果基因比较小，核苷酸序列又是已知的，可以 利用人工合成目的基因，该法主要有两种：反转录和化学 合成法。详细过程请见变式迁移1的点评内容。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得 该基因的最佳方法是( ) A用mRNA为模板反转录合成DNA B以4种脱氧核苷酸为原料人工合成 C将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选 D由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA 解析：现在已知的条件只是某小片段基因的碱基序列， 而没有相应的mRNA和蛋白质的氨基酸序列，所以只能以4种 脱氧核苷酸为原料来人工合成。 答案：B 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 变式迁移 1以下关于PCR技术的说法，不正确的是( ) A生物体内DNA的复制也称为PCR B该技术操作过程中要遵循碱基互补配对原则 CPCR过程中DNA的数量呈指数形式扩增 D可在PCR扩增仪中自动完成 解析：PCR是在生物体外复制特定DNA的技术，生 物体内DNA的自我复制不叫PCR技术。 答案：A 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 点评：(1)获取目的基因的方法也可分为两种：直接提 取法和人工合成法。 直接提取法：即直接通过一定手段从含有目的基因 的细胞中提取，常用于获取原核细胞中的目的基因。 人工合成法：常用于获取真核细胞中的目的基因， 该法主要有两种：反转录法和化学合成法。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) (2)DNA复制与PCR技术的比较 DNA复制PCR技术 场所细胞核内生物体外 原理碱基互补配对碱基互补配对 解旋方式解旋酶催化DNA在高温下变性解旋 酶DNA聚合酶、解旋酶热稳定DNA聚合酶(Taq酶) 条件模板、ATP、引物链 、常温 模板、ATP、引物链、温 度变化(9095 5560 7075 ) 原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 特点形成的是整个DNA分 子，一个细胞周期只 复制一次 短时间内形成大量目的基 因DNA片段 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 基因表达载体的构建(基因工程的核心) 1构建目的：其目的是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构建的基因表达载体的组成：目的基因、启动子、 终止子、标记基因。(如下图) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 4由于受体细胞有植物、动物、微生物之分，以及 目的基因导入受体细胞的方法不同，因此，基因表达载体 的构建上也会有所差别，不可能是千篇一律的。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 基因工程又叫基因拼接技术，请回答下列问题。 (1)在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之 一是：以目的基因转录的_为模板，_形成互补 的单链DNA，然后在酶的作用下合成_。 (2)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌和_。 (3)假设以大肠杆菌质粒作为载体，并以同一种限制性核 酸内切酶切割载体与目的基因，将切割后的载体与目的基因片 段混合，并加入DNA连接酶，连接产物至少有_种环 状DNA分子，它们分别是_。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 解析：在基因工程中，人工合成目的基因的途径有两 条，其中之一就是以信使RNA为模板经过反转录合成目的 基因。基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌和动植物 细胞。在本题的操作过程中，若在含有同一种限制性核酸 内切酶切割的载体和目的基因混合物中，加入DNA连接酶 ，将会形成3种环状DNA分子，它们分别是载体自连而成 的环状DNA分子、目的基因自连而成的环状DNA分子，以 及载体与目的基因片段相连的环状DNA分子。 答案：信使RNA(mRNA) 反转录 双链DNA(目的基 因) (2)动植物细胞 (3)3 载体自连的环状DNA分子、目 的基因自连的环状DNA分子、载体与目的基因片段相连的 环状DNA分子 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 变式迁移 2下列有关基因表达载体构建过程的叙述中错误的是 ( ) A用一定的限制酶切割质粒，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 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 解析：基因表达载体构建过程为：先用同一种限制酶切 割目的基因和载体，露出相同的黏性末端；然后将切下的目 的基因插入到载体的切口处；最后加入DNA连接酶将二者连 接为重组DNA分子。故D选项错误。 答案：D 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 点评：(1)基因表达载体也可以称为重组载体(如重组质 粒)、重组DNA分子等。 (2)基因表达载体的构建不只是需要DNA连接酶，亦需 限制酶参与。 (3)启动子与启始密码子、终止子与终止密码子的比较 启始(终止)密码子启动(终止)子 本质三个相邻碱基DNA片段 位置位于mRNA上位于DNA上 作用启动(终止)翻译启动(终止)转录 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 将目的基因导入受体细胞 目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定 和表达的过程，称为转化。基因工程中常用的受体细胞有大 肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。 受体细胞不同，导入方法不同。 受体细胞方法 植物细胞 农杆菌转化法：目的基因插入Ti质粒的 T DNA农杆菌导入植物细胞稳定维持 和表达 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 花粉管通道，这是我国科学独创的一种方法 ，是一种十分简便经济的方法 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 受体细胞方法 动物细胞 显微注射法：含有目的基因的表达载体提纯 取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得 具有新性状的动物 微生物细 胞 Ca2处理细胞感受态细胞表达载体与感受 态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子目的 基因随受体细胞的繁殖而复制 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 下列关于目的基因导入受体细胞的描述不 正确的是( ) A基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济有效 B显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法 C大肠杆菌最常用的转化方法是使细胞的生理状态 发生改变 D农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用 的方法 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 解析：本题综合考查了将目的基因导入细胞的方法。 不同生物目的基因导入的方法不同，每种方法都有利有弊 。目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该 方法比较经济有效，还有基因枪法和花粉管通道法；目的 基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；大肠杆菌细 胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生 理状态发生改变，完成转化过程。 答案：A 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 变式迁移 3采用基因工程方法培育抗虫棉，下列导入目的基 因的做法正确的是( ) 将毒素蛋白质注射到棉花受精卵中 将编码毒素 蛋白的DNA序列注射到受精卵中 将编码毒素蛋白质的 DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体 细胞再进行组织培养 将编码毒素蛋白质DNA序列与细 菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵 A B C D 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 解析：目的基因导入受体细胞后，使目的基因能在受体 细胞中稳定存在；并且遗传给下一代，同时使目的基因能够 表达和发挥作用，必须构建表达载体，因为基因表达载体组 成除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因， 有了启动子才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋 白质，有了终止子才能保证转录在所需的地方停下来；具有 标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含目的基因，从而将含 有目的基因的细胞筛选出来，只有构建表达载体才能有利于 基因表达，有利于筛选，也更好地增强目的基因的表达水平 。如果不构建表达载体，即使导入目的基因也不能稳定遗传 的。 答案：C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 点评：(1)农杆菌转化法中有二次拼接和二次导入。 第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒上T DNA的中间 部位，第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的 T DNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入 是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌，第二次导入(非 人工操作)是指含目的基因的T DNA进入受体细胞。 (2)因为动物体细胞的全能性受到一定限制，故一般 将目的基因导入动物的受精卵或卵细胞，而不是体细胞； 而植物体细胞的全能性相对容易表达，故一般将目的基因 导入植物的体细胞，然后再通过植物组织培养技术获得转 基因植株。 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 目的基因的检测与鉴定 一是目的基因导入受体细胞的成功率很低；二是即使目 的基因已导入受体细胞，但在受体细胞中成功表达的几率也 很低，故最后需要从分子水平、个体水平等方面进行目的基 因的检测与鉴定。 类型步骤检测内容方法结果显示 分子 水平 检测 第一步 目的基因是 否进入受体 细胞 DNA分子杂交 (DNA和DNA 之间) 是否成功 显示出杂 交带 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 分子 水平 检测 第二步 目的基因是 否转录出 mRNA 分子杂交技 术(DNA和 mRNA之间) 同上 第三步 目的基因是 否翻译出蛋 白质 抗原抗体 杂交 同上 个体 水平 鉴定 需要做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性 以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性 比较，以确定二者的功能活性是否相同等 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人 类所需的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细 胞中表达的是( ) A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA C山羊乳腺细胞中检测到人生长激素的DNA序列 D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白 解析：基因的表达即能在受体细胞中提取到由目的基因 控制合成的蛋白质。 答案：D 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 生物生物 选选修修3(3(现代生物科技专题现代生物科技专题) ) ( (配配人教版人教版) 变式迁移 4下列技术中不是依据DNA分子杂交原理的是( ) A检测目的基因是否导入了受体细胞 B检测目的基因是否转录了mRNA C检测目的基因是否翻译合成蛋白质 D快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 解析：DNA分子杂交就是不同来源的DNA分子的单链按 碱基互补配对原则结合在一起，形成杂合双链的过程。B项也 是利