人教版选修三 1．2　基因工程的基本操作程序 学案.doc

12基因工程的基本操作程序1掌握目的基因获取的常见方法。(难点)2.学会基因表达载体构建的方法和要求。(重、难点)3理解目的基因导入受体细胞的具体过程。(重点)4.掌握目的基因检测与鉴定的具体操作。一、目的基因的获取(阅读教材p8p11).目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。.目的基因的获取方法(1)从基因文库中获取基因文库：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的基因，称为基因文库。种类提取依据：基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mrna，以及基因的表达产物蛋白质等特性。(2)利用pcr技术扩增目的基因pcr的含义：是一项在生物体外复制特定dna片段的核酸合成技术。目的：短时间内大量扩增目的基因。原理：dna双链复制。过程第一步：加热至9095 ，dna解链；第二步：冷却至5560 ，引物结合到互补dna链；第三步：加热至7075 ，热稳定dna聚合酶(taq酶)从引物起始进行互补链的合成。如此重复循环多次。特点：指数形式扩增。(3)人工合成如果目的基因较小，核苷酸序列又已知，可通过dna合成仪用化学方法人工合成。二、基因表达载体的构建(阅读教材p11)1构建基因表达载体的目的(1)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。(2)使目的基因能够表达和发挥作用。2基因表达载体的组成基因表达载体的组成两子启动和终止；目的基因在中间；标记基因来筛选。3基因表达载体的功能：通过基因表达载体将目的基因导入受体细胞。三、将目的基因导入受体细胞(阅读教材p11p13).转化的概念：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。.将目的基因导入植物细胞(1)农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物。(2)基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。(3)花粉管通道法：我国科学家独创的一种方法。将目的基因导入动物细胞(1)方法：显微注射法。(2)常用受体细胞：受精卵。4将目的基因导入微生物细胞(1)方法用ca2处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中dna分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。感受态细胞吸收重组表达载体dna分子。(2)受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌细胞)。(3)原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。四、目的基因的检测与鉴定(阅读教材p13p15)分子水平检测(1)检测转基因生物的dna上是否插入了目的基因。方法：dna分子杂交技术。(2)检测目的基因是否转录出mrna。方法：分子杂交技术。(3)检测目的基因是否翻译成蛋白质。方法：抗原抗体杂交技术。个体生物学水平鉴定：抗虫、抗病、抗逆性状的有无及程度。 连一连 判一判(1)所有的目的基因都可从基因文库中直接获得。()(2)基因工程操作程序的核心步骤是目的基因的获取。()分析：核心步骤为基因表达载体的构建。(3)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。()(4)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。()(5)基因工程常用的受体细胞都是动植物的体细胞。()(6)(2018西宁高二期末)基因工程是否成功需进行个体生物学水平上的鉴定。()目的基因的获取 探究1目的基因获取的方法结合下面过程，探究获取目的基因的方法：类型(1)(2)(3)(4)过程获取方法基因组文库部分基因文库(如cdna文库)pcr技术扩增人工合成 探究2比较pcr技术与dna复制的不同点项目dna复制 pcr技术解旋方式解旋酶催化dna在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)细胞外(主要在扩增仪内)酶解旋酶、普通的dna聚合酶等耐热的dna聚合酶(taq酶)温度条件细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行 合成的对象dna分子dna片段或基因四种获取目的基因方法的比较方法基因文库的构建pcr技术扩增人工合成基因组文库部分基因文库(如cdna文库)优点操作简单专一性强可在短时间内大量扩增目的基因专一性强，可产生自然界中不存在的新基因缺点工作量大、盲目性大、专一性差操作过程较麻烦，技术要求过高需要严格控制温度、技术要求高适用范围小 突破1目的基因的获取方法1下列有关获取目的基因方法的叙述，错误的是()a直接分离目的基因的方法的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性b由于真核细胞的基因含有不表达的dna片段，一般使用人工合成的方法c目前人工合成基因的方法主要有两种，分别是反转录法和化学合成法dpcr技术的原理是dna复制，需要rna聚合酶催化dna合成解析：选d。pcr技术的原理是dna分子的复制，需要耐高温的dna聚合酶催化dna合成，并以脱氧核苷酸等为原料。2(2018湖北黄冈高二期中)如图表示基因工程中获取水稻某目的基因的不同方法。下列相关叙述中正确的是()a三种方法都需要酶并均在体外进行b碱基对的排列顺序均相同c三种方法均属于人工合成法d方法a不遵循中心法则解析：选a。这三种方法都是在体外进行的，且都用到酶(方法a需要逆转录酶和dna聚合酶；方法b需要限制酶；方法c需要dna聚合酶)，a正确；通过方法a得到的目的基因不含有内含子，通过方法c得到的目的基因的碱基序列可能有多种，因此碱基对的排列顺序不都相同，b错误；图示a和c属于人工合成法，而b是从供体细胞的dna中直接分离目的基因的方法，c错误；方法a遵循中心法则，d错误。认清基因组文库法与逆转录法获取目的基因的不同(1)酶：前者需要限制酶；后者需要逆转录酶。(2)原料：前者不需要原料；后者需要脱氧核苷酸。(3)结构：前者基因中含有启动子，能转录；后者基因中没有启动子，只将编码序列导入受体细胞，故无法进行转录。 突破2pcr扩增过程3(2018广州高二检测)以下为形成cdna(图中的单链dna)过程和pcr扩增过程示意图。据图分析，下列说法正确的是()a催化过程的酶是rna聚合酶b过程发生的变化是引物与单链dna结合c催化过程的酶都是dna聚合酶，都能耐高温d如果rna单链中a与u之和占该链碱基含量的40%，则一个双链dna中，a与u之和也占该dna碱基含量的40%解析：选b。由题意可知，分别表示逆转录、dna的复制、dna解链、引物结合到互补dna链及互补链的合成，b对；过程由逆转录酶催化完成，a错；催化过程的酶都是dna聚合酶，过程是在7075 的高温条件下进行的，只有该过程中的酶需耐高温，c错；在dna分子中有t无u，d错。基因表达载体的构建和目的基因的导入 探究1基因表达载体的组成及构建(1)结合基因表达载体模式图分析其组成基因表达载体的组成：a启动子b终止子c标记基因d复制原点e目的基因。目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒，在目的基因插入部位之前需要有启动子，之后需要有终止子。鉴别目的基因是否导入受体细胞中需要有筛选标记标记基因。 (2)结合构建过程分析图中为同一种限制酶，为dna连接酶。 探究2目的基因导入受体细胞(1)农杆菌转化法的分析由图示可知，目的基因插入到ti质粒的tdna上形成基因表达载体。基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用ca2处理农杆菌细胞，使其处于感受态，利于重组质粒的导入。由导入目的基因的受体细胞培育到完整的植株要用到植物组织培养技术。(2)目的基因在受体细胞中的位置不同会引起遗传上的差别图中b会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，原因是在进行细胞减数分裂时，细胞核上的dna经复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲子代遗传性状的稳定性。图中a细胞减数分裂时，细胞质是不均分的，子细胞不一定含有目的基因。怎样操作可促进单子叶植物受农杆菌的感染？提示：可在单子叶植物受损处加涂酚类物质来吸引更多的农杆菌感染。1基因表达载体的组成2不同受体细胞的常用导入方法生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入ti质粒的tdna上导入植物细胞整合到受体细胞的dna中表达目的基因表达载体提纯取卵(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分子交汇点1启动子、终止子和起始密码子、终止密码子(1)启动子、终止子是基因表达载体上的具有特殊结构的_片段。(2)起始密码子、终止密码子是_上的三个相邻碱基。交汇点2复制原点和启动子(1)复制原点位于载体的开始端，驱动载体的_，若复制原点被破坏，则重组载体将不能得以复制。(2)启动子则位于某基因的首端，负责驱动该基因的_。答案：交汇点1(1)dna(2)mrna交汇点2(1)自我复制(2)转录 突破1基因表达载体的构建1(2018河北黄骅中学高二期中)如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中pst 、sma 、ecor 、apa 为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是()a图示过程是基因工程的核心步骤b表达载体构建时需要用到限制酶smac抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来d除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构解析：选b。图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶pst、ecor。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括复制原点、启动子、目的基因、终止子和标记基因等。 突破2将目的基因导入受体细胞2将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，分别应采用的方法是()a显微注射法、农杆菌转化法b基因枪法、花粉管通道法c农杆菌转化法、显微注射法d基因枪法、显微注射法解析：选d。玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，将目的基因导入受体细胞常用的方法是基因枪法；对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射法。3下列关于目的基因导入受体细胞的叙述，不正确的是()a利用基因枪法将目的基因导入植物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解析：选a。将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。此外，将目的基因导入植物细胞的方法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技术；大肠杆菌细胞最常用的转化方法是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，从而完成转化过程。农杆菌转化法中两次拼接、两次导入的辨析第一次拼接是将目的基因拼接到ti质粒的tdna的中间部位，第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的tdna被拼接到受体细胞染色体的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tdna导入受体细胞。目的基因的检测与鉴定 探究1目的基因片段的检测下图为目的基因的检测示意图，结合图示探究以下问题：(1)由上图dna分子杂交可知：m为目的基因片段；n为非目的基因片段。(2)检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因：采用dna分子杂交技术。主要做法是用标记了放射性同位素的目的基因片段作为探针，检测受体细胞的dna中有无目的基因。显示出杂交带，说明目的基因已经插入染色体dna中。(3)检测目的基因是否转录出了mrna：采用分子杂交技术。具体做法是用标记的目的基因作探针，与mrna杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mrna。 探究2目的基因的鉴定下图为抗虫棉的接种实验，结合图示(左图为抗虫转基因棉使虫体发育不正常)探究以下问题：(1)判断抗虫棉的接种实验属于个体生物学水平鉴定。(2)检测方法是让害虫吞食棉叶，观察指标是害虫死亡。目的基因的检测与鉴定的方法1(2018长沙高二检测)dna探针是利用放射性同位素等标记的特定dna片段。当dna探针与待测的非标记单链dna(或rna)按碱基顺序互补结合时，形成标记dnadna(或标记dnarna)的双链杂交分子，可检测杂交反应结果。用某人的胰岛素基因制成dna探针，能与之形成杂交分子的是()该人胰岛a细胞中的dna该人胰岛b细胞中的mrna该人胰岛a细胞中的mrna该人肝细胞中的dnaabc d解析：选c。dna单链能与其互补链及其转录产生的mrna分子互补配对而形成杂交分子；人体细胞中都有胰岛素基因，但此基因只有在胰岛b细胞中才能得到表达。2在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是()a通过观察害虫吃棉叶是否死亡b检测目的基因片段与dna探针能否形成杂交带c检测目的基因转录形成的mrna与dna探针能否形成杂交带d检测目的基因表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带解析：选a。a项属于个体生物学水平的鉴定，不是分子检测。b、c两项为分子检测，利用分子杂交技术，观察目的基因及目的基因转录形成的mrna能否与dna探针进行杂交形成杂交带；d项也为分子检测内容，利用抗原抗体杂交的原理，检测基因表达产物能否与特定抗体形成杂交带。常见不同转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法个体水平的鉴定实际上是检测目的基因是否表达出所控制的性状，不同的转基因生物检测方法不同。转基因生物检测方法 观察目标抗虫植物 害虫吞食 害虫死亡抗病毒(菌)植物病毒(菌)感染未侵染上病斑抗盐植物 盐水浇灌 正常生长抗除草剂植物喷