2020_2021学年新教材高中生物第3章基因工程2基因工程的基本操作程序课件新人教版选择性必修3

1、第2节基因工程的基本操作程序 必备知识必备知识素养奠基素养奠基 一、目的基因的筛选与获取一、目的基因的筛选与获取( (第一步第一步) ) 1.1.目的基因目的基因: :在基因工程的设计和操作中在基因工程的设计和操作中, ,用于改变用于改变_或获得或获得 _的基因。的基因。 2.2.筛选合适目的基因的方法筛选合适目的基因的方法: :从相关的从相关的_的基因中进行筛的基因中进行筛 选。选。 受体细胞性状受体细胞性状 预期表达产物预期表达产物 已知结构和功能清晰已知结构和功能清晰 3.3.利用利用PCRPCR获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因 (1)(1)原理原理:_:_。 (2)DNA(2)DN

2、A复制所需的基本条件复制所需的基本条件: : 参与的组分参与的组分DNADNA复制的作用复制的作用 _ ( (体外用高温体外用高温) ) 打开打开DNADNA双链双链 DNADNA母链母链提供提供DNADNA复制复制_ _合成合成DNADNA子链的原料子链的原料 _催化合成催化合成DNADNA子链子链 引物引物 使使DNADNA聚合酶能够从引物的聚合酶能够从引物的_端开始连接脱端开始连接脱 氧核苷酸氧核苷酸 DNADNA半保留复制半保留复制 解旋酶解旋酶 模板模板 4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 DNADNA聚合酶聚合酶 33 (3)(3)过程过程: : 填一填填一填: :基于基于PCRPCR

3、的过程的过程, ,完成下列问题完成下列问题: : 过程过程为为_,_,该阶段的温度为该阶段的温度为_以上以上, ,目的是使双链目的是使双链DNADNA解聚为解聚为_。 过程过程为为_,_,该阶段的温度为该阶段的温度为_左右左右, ,两种引物通过两种引物通过_与两条与两条 单链单链DNADNA结合。结合。 过程过程为为_,_,该阶段的温度为该阶段的温度为_左右左右, ,该过程需要在该过程需要在DD耐高温的耐高温的_ 酶的催化下酶的催化下, ,利用利用_为原料为原料, ,根据碱基互补配对原则从子链的根据碱基互补配对原则从子链的_ 端延伸合成新的子链端延伸合成新的子链DNADNA。 (4)(4)仪器

4、仪器:_:_。 (5)(5)鉴定方法鉴定方法:_:_。 变性变性9090单链单链 复性复性5050碱基互补配对碱基互补配对 延伸延伸7272DNADNA聚合聚合 4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸33 PCRPCR扩增仪扩增仪 琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳 【激疑激疑】 PCR PCR过程中两种引物的碱基序列能否互补过程中两种引物的碱基序列能否互补? ?说明理由。说明理由。 提示提示: :不能。因为两种引物分别与两个不能。因为两种引物分别与两个DNADNA单链的单链的33端互补结合端互补结合, ,而而DNADNA的两条的两条 单链的单链的33端碱基序列往往不同端碱基序列往往不同, ,如果如果2 2

5、种引物的碱基序列互补那么会影响引物种引物的碱基序列互补那么会影响引物 与与DNADNA单链的结合。单链的结合。 二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建( (第二步第二步) ) 1.1.基因表达载体作用基因表达载体作用: : (1)(1)使基因在使基因在_中稳定存在中稳定存在, ,并且遗传给下一代。并且遗传给下一代。 (2)(2)使目的基因能够使目的基因能够_和发挥作用。和发挥作用。 受体细胞受体细胞 表达表达 2.2.基因表达载体组成基因表达载体组成: : 填一填填一填: :基于基因表达载体的结构模式图基于基因表达载体的结构模式图, ,完成下列问题完成下列问题: : (1)A_,RNA(

6、1)A_,RNA聚合酶识别和结合的部位聚合酶识别和结合的部位, ,可以驱动基因转录出可以驱动基因转录出mRNA,BmRNA,B _。 (2)C_,(2)C_,转录停止的部位。转录停止的部位。 (3)D_,E_(3)D_,E_。 启动子启动子 目的基因目的基因 终止子终止子 复制原点复制原点标记基因标记基因 3.3.构建过程构建过程: : (1)(1)用用_的的_切割载体。切割载体。 (2)(2)用用_限制酶或能产生相同限制酶或能产生相同_的限制酶切割目的基因。的限制酶切割目的基因。 (3)(3)用用_酶将目的基因片段拼接到载体上。酶将目的基因片段拼接到载体上。 适宜适宜限制酶限制酶 同一种同一

7、种黏性末端黏性末端 DNADNA连接连接 【激疑激疑】构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里? ?为什么为什么? ? 提示提示: :启动子下游和终止子上游。因为只有插入在启动子和终止子之间启动子下游和终止子上游。因为只有插入在启动子和终止子之间, ,目的目的 基因才可以正常表达。基因才可以正常表达。 三、将目的基因导入受体细胞三、将目的基因导入受体细胞( (第三步第三步) ) 1.1.植物细胞植物细胞: : (1)_(1)_法法我国独创的方法我国独创的方法 (2)_(2)_法法常用的方法常用的方法 转化是指转化是指_进入受体细胞内进入受体细

8、胞内, ,并在受体细胞内维持并在受体细胞内维持_的过程。的过程。 2.2.动物细胞动物细胞: : 利用利用_直接将目的基因导入直接将目的基因导入_中。中。 3.3.原核生物原核生物: : 用用_处理处理, ,使细胞处于能够吸收周围环境中使细胞处于能够吸收周围环境中DNADNA分子的生理状态分子的生理状态, ,将将_ _导入其中。导入其中。 花粉管通道花粉管通道 农杆菌转化农杆菌转化 目的基因目的基因稳定和表达稳定和表达 显微注射显微注射受精卵受精卵 CaCa2+ 2+ 重组的重组的 基因表达载体基因表达载体 四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定( (第四步第四步) ) 1.1.分子

9、水平的检测分子水平的检测: : 连一连连一连: :将检测目的和方法连线将检测目的和方法连线 2.2.个体生物学水平的检测个体生物学水平的检测: :如饲喂法等。如饲喂法等。 关键能力关键能力素养形成素养形成 知识点一知识点一PCRPCR技术技术 1.PCR1.PCR过程过程: : 过程过程说明说明图解图解 变性变性 当温度上升到当温度上升到90 90 以上时以上时, , 双链双链DNADNA解旋为单链解旋为单链 复性复性 温度下降到温度下降到50 50 左右左右, ,两种两种 引物通过碱基互补配对与两引物通过碱基互补配对与两 条单链条单链DNADNA结合结合 过程过程说明说明图解图解 延伸延伸

10、72 72 左右时左右时, ,耐高温的耐高温的 DNADNA 聚合酶有最大活性聚合酶有最大活性, ,可使可使DNADNA 新链由新链由55端向端向33端延伸端延伸 2.PCR2.PCR扩增的计算扩增的计算: :理论上理论上DNADNA数目呈指数扩增。数目呈指数扩增。 (1)(1)若开始只有一个若开始只有一个DNA DNA 提供模板提供模板, ,则循环则循环n n 次后获得的子代次后获得的子代DNADNA数目为数目为2 2n n个。个。 (2)(2)若开始有若开始有N N0 0个个DNA DNA 提供模板提供模板, ,则循环则循环n n 次后获得的子代次后获得的子代DNADNA数目为数目为N N

11、0 022n n个。个。 3.3.比较比较PCRPCR扩增和体内扩增和体内DNADNA复制的异同复制的异同: : 项目项目DNADNA复制复制PCRPCR技术技术 解旋解旋 方式方式 解旋酶催化解旋酶催化 DNADNA在高温作用下变性解在高温作用下变性解 旋旋 场所场所 细胞内细胞内( (主要在细胞主要在细胞 核内核内) ) 细胞外细胞外( (主要在主要在PCRPCR扩增仪扩增仪 内内) ) 酶酶 解旋酶、普通的解旋酶、普通的DNADNA 聚合酶等聚合酶等 耐高温的耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶 项目项目DNADNA复制复制PCRPCR技术技术 温度温度 条件条件 细胞内温和条件细胞内温和条

12、件 需控制温度需控制温度, ,在较高温在较高温 度下进行度下进行 合成的合成的 对象对象 DNADNA分子分子DNADNA片段或目的基因片段或目的基因 相同点相同点 (1)(1)模板模板: :均需要均需要DNADNA的两条单链作为模板的两条单链作为模板 (2)(2)原料原料: :均为均为4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 (3)(3)酶酶: :均需均需DNADNA聚合酶聚合酶 【特别提醒特别提醒】 PCRPCR过程的两点提醒过程的两点提醒 (1)(1)复性不一定均为引物与复性不一定均为引物与DNADNA模板结合。复性时模板结合。复性时, ,引物与引物与DNADNA模板的结合是随机模板的结合是随机

13、的的, ,也存在也存在DNADNA解开的两条链的结合。解开的两条链的结合。 (2)PCR(2)PCR反应的结果不都是所需的反应的结果不都是所需的DNADNA片段。因为第一次循环得到的片段。因为第一次循环得到的DNADNA片段只有片段只有 一种引物一种引物, ,比所需的比所需的DNADNA片段要长片段要长, ,从第二次循环才出现所需的从第二次循环才出现所需的DNADNA片段片段, ,这样的这样的 片段存在两种引物。片段存在两种引物。 【素养案例素养案例】 如图如图a a、b b、c c均为均为PCRPCR扩增的扩增的DNADNA片段片段, ,下列有关说法正确的是下列有关说法正确的是( () )

14、A.A.片段片段a a、b b、c c的长度均相同的长度均相同 B.B.片段片段a a、b b只是第一次循环的产物只是第一次循环的产物 C.C.片段片段c c最早出现在第二次循环的产物中最早出现在第二次循环的产物中 D.D.经过经过3030次循环后次循环后, ,片段片段c c的数量为的数量为2 230 30 【解题导引解题导引】解答本题思维流程如下解答本题思维流程如下: : 【解析解析】选选C C。图中片段。图中片段a a、b b只有一种引物只有一种引物, ,是由原始是由原始DNADNA链为模板复制而来链为模板复制而来, ,其其 长度比片段长度比片段c c长长,A,A项不正确。由于原始模板在每

15、次循环中均可作为模板项不正确。由于原始模板在每次循环中均可作为模板, ,则每次则每次 循环都能产生图中片段循环都能产生图中片段a a、b,Bb,B项不正确。由于第一次循环的产物只有一种引物项不正确。由于第一次循环的产物只有一种引物, , 而图中片段而图中片段c c有两种引物有两种引物, ,则则c c最早出现在第二次循环最早出现在第二次循环,C,C项正确。经过项正确。经过3030次循环次循环 后后, ,得到的得到的DNADNA片段总数为片段总数为2 230 30, ,这包括图中的片段 这包括图中的片段a a、b,b,故故D D项不正确。项不正确。 【素养素养探究探究母题追问母题追问】 (1)(1

16、)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 若该过程加入模板若该过程加入模板DNADNA片段片段a a个个, ,经过经过n n次复制后次复制后, ,产生的产生的DNADNA片段中含有模板片段中含有模板DNADNA 片段片段a a的的DNADNA个数为多少个数为多少? ?试分析原因。试分析原因。 提示提示: :2 2a a个。因为个。因为DNADNA是半保留复制是半保留复制, ,一开始的模板链最终分布在子代一开始的模板链最终分布在子代DNADNA分子中。分子中。 (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为某同学认为PCRPCR过程不同的过程不同的DNADNA片段变性时温度是不同的片

17、段变性时温度是不同的, ,你认为他的说法正确你认为他的说法正确 吗吗? ?说明你的理由。说明你的理由。 提示提示: :正确。变性目的是通过升高温度破坏氢键正确。变性目的是通过升高温度破坏氢键, ,将将DNADNA分子双链变成单链分子双链变成单链, ,不同不同 片段的片段的DNADNA分子中氢键的数量不同导致稳定性不同分子中氢键的数量不同导致稳定性不同, ,因此所需的温度不同。因此所需的温度不同。 【素养素养迁移迁移】 20202020年新型冠状病毒引发的疫情在世界范围内迅速传播。各研发机构迅速进年新型冠状病毒引发的疫情在世界范围内迅速传播。各研发机构迅速进 行了针对新型冠状病毒检测和治疗的研发

18、。回答下列问题。行了针对新型冠状病毒检测和治疗的研发。回答下列问题。 (1)(1)科研机构在拿到新型冠状病毒序列后科研机构在拿到新型冠状病毒序列后, ,第一时间就进行了新型冠状病毒核酸第一时间就进行了新型冠状病毒核酸 检测试剂盒检测试剂盒( (双重荧光双重荧光PCRPCR法法) )的开发。的开发。 这里涉及的这里涉及的PCRPCR是利用是利用_的原理的原理, ,将目的基因加以复将目的基因加以复 制。制。 PCRPCR技术扩增目的基因的前提是要有技术扩增目的基因的前提是要有_, ,以便根以便根 据它合成据它合成_。 PCRPCR扩增的过程扩增的过程: :目的基因目的基因DNADNA_后解链为单链

19、后解链为单链, ,_ 与单链相应互补序列结合与单链相应互补序列结合, ,然后在然后在_作用下进行延伸作用下进行延伸, ,如如 此重复循环。此重复循环。 (2)(2)接种疫苗是人类对付传染病的有力武器。疫苗作为接种疫苗是人类对付传染病的有力武器。疫苗作为_ 可激发人体产生相应的可激发人体产生相应的_, ,当与疫苗同源的病毒侵入人当与疫苗同源的病毒侵入人 体后体后, ,可引发二次免疫反应。可引发二次免疫反应。 【解析解析】(1)(1)PCRPCR的原理是的原理是DNADNA双链复制。双链复制。 PCRPCR技术扩增目的基因需要有一段已知目的基因的核苷酸序列技术扩增目的基因需要有一段已知目的基因的核

20、苷酸序列, ,利用该序列合利用该序列合 成引物。成引物。 PCRPCR扩增的过程扩增的过程: :目的基因目的基因DNADNA受热变性形成单链受热变性形成单链, ,引物与单链相应序列结合引物与单链相应序列结合, , 在耐高温的在耐高温的DNADNA聚合酶的催化作用下进行延伸聚合酶的催化作用下进行延伸, ,如此重复循环。如此重复循环。 (2)(2)疫苗作为抗原疫苗作为抗原, ,激发人体产生记忆细胞和抗体激发人体产生记忆细胞和抗体, ,当与疫苗同源的病毒侵入人当与疫苗同源的病毒侵入人 体后体后, ,可引发二次免疫反应。可引发二次免疫反应。 答案答案: :(1)(1)DNADNA双链复制一段已知目的基

21、因的核苷酸序列引物受热双链复制一段已知目的基因的核苷酸序列引物受热 变性引物耐高温的变性引物耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶 (2)(2)抗原记忆细胞和抗体抗原记忆细胞和抗体 【补偿训练补偿训练】 PCRPCR是聚合酶链式反应的缩写是聚合酶链式反应的缩写, ,现在已成为分子生物学实验中的一种常规手现在已成为分子生物学实验中的一种常规手 段段, ,它可以在体外很短的时间内将它可以在体外很短的时间内将DNADNA大量扩增。你认为下列符合在体外进行大量扩增。你认为下列符合在体外进行 PCRPCR反应条件的一组是反应条件的一组是( () ) 稳定的缓冲液环境稳定的缓冲液环境DNADNA模板合成引物模板

22、合成引物 四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA解旋酶限制性内切核酸酶温解旋酶限制性内切核酸酶温 控设备控设备 A.A.B.B. C.C.D.D. 【解析解析】选选D D。PCRPCR反应的实质是模拟体内反应的实质是模拟体内DNADNA复制复制, ,因此需要稳定的缓冲液环因此需要稳定的缓冲液环 境境, ,正确正确;PCR;PCR反应需要反应需要DNADNA模板模板, ,正确正确;PCR;PCR反应需要一对引物反应需要一对引物, ,正确正确;PCR;PCR反反 应需要以四种脱氧核苷酸为原料应需要以四种脱氧核苷酸为原料, ,正确正确;PCR;PCR反应需要反应需要DNAD

23、NA聚合酶催化延伸过聚合酶催化延伸过 程程, ,正确正确;PCR;PCR反应过程中通过高温使反应过程中通过高温使DNADNA变性解链变性解链, ,不需要不需要DNADNA解旋酶解旋酶, ,错错 误误;PCR;PCR反应不需要限制性内切核酸酶反应不需要限制性内切核酸酶, ,错误错误;PCR;PCR反应过程中需要控制的关键反应过程中需要控制的关键 因素是温度因素是温度, ,因此需要温控设备因此需要温控设备, ,正确。正确。 知识点二目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定知识点二目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定 1.1.目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法: : 生物生

24、物 类型类型 方法方法受体细胞受体细胞转化过程转化过程特点特点 植物植物 农杆农杆 菌转菌转 化法化法 体细胞或体细胞或 受精卵受精卵 目的基因插入目的基因插入TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上 转入农杆菌转入农杆菌导入植物细胞导入植物细胞 插入植物细胞中的染色体插入植物细胞中的染色体DNADNA上上 目的基因表达目的基因表达 适用于双子叶适用于双子叶 植物和裸子植植物和裸子植 物物 花粉花粉 管通管通 道法道法 在植物受粉后的一定时间内在植物受粉后的一定时间内, ,剪剪 去柱头去柱头, ,将将DNADNA溶液滴加在花柱切溶液滴加在花柱切 面上面上, ,使目的基因借助花粉管通使目的基

25、因借助花粉管通 道进入胚囊道进入胚囊 适用于任何开适用于任何开 花植物花植物 生物生物 类型类型 方法方法受体细胞受体细胞转化过程转化过程特点特点 动物动物 显微显微 注射注射 法法 受受 精精 卵卵 目的基因表达载体提纯目的基因表达载体提纯取卵取卵 ( (受精卵受精卵)显微注射显微注射受精卵受精卵 发育发育获得具有新性状的转基获得具有新性状的转基 因动物因动物 是采用最多、是采用最多、 最有效的方法最有效的方法 微生微生 物物 CaCa2+ 2+ 处理处理 法法 原原 核核 细细 胞胞 CaCa2+ 2+处理微生物细胞 处理微生物细胞使细胞处使细胞处 于一种能吸收周围环境中于一种能吸收周围环

26、境中DNADNA分分 子的生理状态子的生理状态将基因表达载将基因表达载 体与感受态细胞混合在缓冲液体与感受态细胞混合在缓冲液 中中一定温度下促使该细胞吸一定温度下促使该细胞吸 收收DNADNA分子分子 原核生物繁殖原核生物繁殖 快、多为单细快、多为单细 胞、遗传物质胞、遗传物质 相对较少相对较少, ,从而从而 成为最常用的成为最常用的 受体细胞受体细胞 2.2.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定: : 3.3.常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法: : 转基因生物转基因生物检测方法检测方法观察目标观察目标 抗虫植物抗虫植物饲喂害虫饲喂害虫害

27、虫死亡害虫死亡 抗病毒抗病毒 ( (菌菌) )植物植物 病毒病毒( (菌菌) )感染感染未侵染上病斑未侵染上病斑 抗盐植物抗盐植物盐水浇灌盐水浇灌正常生长正常生长 抗除草抗除草 剂植物剂植物 喷洒除草剂喷洒除草剂正常生长正常生长 【特别提醒特别提醒】 不同分子水平的两个检测原理不同分子水平的两个检测原理 (1)(1)转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的, ,只是被检测的物质不只是被检测的物质不 再是转基因生物的基因组再是转基因生物的基因组DNA,DNA,而是而是mRNAmRNA。 (2)(2)翻译水平的检测则是利用抗原与抗体特异性结合的原

28、理。翻译水平的检测则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。 【素养案例素养案例】 在基因工程中在基因工程中, ,受体细胞的不同受体细胞的不同, ,导入目的基因的方法也不同。请回答下列问题导入目的基因的方法也不同。请回答下列问题: : (1)(1)农杆菌转化法常用来将外源基因转入农杆菌转化法常用来将外源基因转入_细胞细胞, ,具体操作时具体操作时, ,先要先要 将目的基因插入农杆菌将目的基因插入农杆菌_质粒的质粒的T-DNAT-DNA中中, ,然后用该农杆菌感染植物然后用该农杆菌感染植物 细胞。细胞。 (2)(2)将重组质粒导入动物细胞将重组质粒导入动物细胞, ,常采用常采用_的方法。若用重组质粒转

29、化的方法。若用重组质粒转化 大肠杆菌大肠杆菌, ,一般情况下一般情况下, ,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞, ,原因是未原因是未 处理的大肠杆菌吸收质粒处理的大肠杆菌吸收质粒( (外源外源DNA)DNA)的能力极弱。所以的能力极弱。所以, ,用表达载体转化大肠杆用表达载体转化大肠杆 菌时菌时, ,常先用常先用_处理大肠杆菌处理大肠杆菌, ,以利于表达载体的进入。以利于表达载体的进入。 (3)(3)目的基因导入受体细胞引起生物性状的改变目的基因导入受体细胞引起生物性状的改变, ,属于可遗传变异中的属于可遗传变异中的 _( (变异类型变异类型) )。

30、【解题导引解题导引】解答本题思维流程如下解答本题思维流程如下: : 【解析解析】(1)(1)农杆菌转化法常用来将外源基因转入植物细胞农杆菌转化法常用来将外源基因转入植物细胞, ,具体操作时具体操作时, ,先要先要 将目的基因插入农杆菌将目的基因插入农杆菌TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA中中, ,然后用该农杆菌感染植物细胞。然后用该农杆菌感染植物细胞。 (2)(2) 将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。若用重组质粒转化大肠将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。若用重组质粒转化大肠 杆菌杆菌, ,一般情况下一般情况下, ,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞不能直接

31、用未处理的大肠杆菌作为受体细胞, ,原因是未处理原因是未处理 的大肠杆菌吸收质粒的大肠杆菌吸收质粒( (外源外源DNA)DNA)的能力极弱。所以的能力极弱。所以, ,用表达载体转化大肠杆菌时用表达载体转化大肠杆菌时, , 常先用常先用CaCa2+ 2+处理大肠杆菌 处理大肠杆菌, ,以利于表达载体的进入。以利于表达载体的进入。(3)(3)基因工程的原理为基因基因工程的原理为基因 重组。重组。 答案答案: :(1)(1)植物植物TiTi(2)(2)显微注射显微注射CaCa2+ 2+ (3)(3)基因重组基因重组 【素养素养探究探究母题追问母题追问】 (1)(1)生命观念生命观念结构与功能观结构与

32、功能观 农杆菌转化法为什么要将目的基因插入农杆菌质粒的农杆菌转化法为什么要将目的基因插入农杆菌质粒的T-DNAT-DNA片段片段? ? 提示提示: :TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA片段可以整合到受体细胞的染色体上。片段可以整合到受体细胞的染色体上。 (2)(2)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 如果改用花粉管通道法将目的基因导入受体细胞如果改用花粉管通道法将目的基因导入受体细胞, ,与农杆菌转化法相比有什么与农杆菌转化法相比有什么 优点优点? ? 提示提示: :操作简便操作简便; ;直接将目的基因导入受精卵直接将目的基因导入受精卵, ,无须组织培养即可获得植株。无须组织培养即可获

33、得植株。 ( (答出一个即可答出一个即可, ,其他答案合理也可其他答案合理也可) ) 【素养素养迁移迁移】 新型冠状病毒导致全球疫情新型冠状病毒导致全球疫情, ,造成很多人死亡。科学工作者经研究造成很多人死亡。科学工作者经研究, ,发现了数发现了数 种快速检验新型冠状病毒的方法种快速检验新型冠状病毒的方法, ,下列与新型冠状病毒研究、诊断有关的说法下列与新型冠状病毒研究、诊断有关的说法 中错误的是中错误的是( () ) A.A.镜检法镜检法: :在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液, ,以发现病原体以发现病原体 B.PCR:B.PCR:体外基因复制技术体

34、外基因复制技术, ,可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍 C.C.抗原抗原抗体法抗体法: :用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性 结合结合, ,发现病原体发现病原体 D.DNAD.DNA探针技术探针技术: :用放射性同位素、荧光因子等标记的用放射性同位素、荧光因子等标记的DNADNA分子作为探针分子作为探针, ,利用利用 DNADNA分子杂交原理来检测病原体分子杂交原理来检测病原体 【解析解析】选选A A。病毒在光学显微镜下无法看到。病毒在光学显微镜下无法看到, ,只有在电子显微

35、镜下才能观察只有在电子显微镜下才能观察 到到,A,A错误错误;PCR;PCR用于体外快速扩增特定基因或用于体外快速扩增特定基因或DNADNA序列序列,B,B正确正确; ;病原体进入人体后病原体进入人体后 会刺激机体产生特异性免疫反应会刺激机体产生特异性免疫反应, ,产生相应抗体产生相应抗体, ,由于抗体与抗原结合具有特异由于抗体与抗原结合具有特异 性性, ,因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合, ,可发可发 现病原体现病原体,C,C正确正确; ;可以利用可以利用DNADNA分子作为探针分子作为探针, ,通过通过

36、DNADNA分子杂交技术检测病原分子杂交技术检测病原 体体,D,D正确。正确。 【补偿训练补偿训练】 受体细胞不同受体细胞不同, ,将目的基因导入受体细胞的方法也不相同将目的基因导入受体细胞的方法也不相同, ,下列受体细胞与下列受体细胞与 导入方法匹配错误的一项是导入方法匹配错误的一项是( () ) A.A.棉花细胞棉花细胞花粉管通道法花粉管通道法 B.B.大肠杆菌大肠杆菌用用CaCa2+ 2+处理法 处理法 C.C.羊受精卵羊受精卵农杆菌转化法农杆菌转化法 D.D.大豆细胞大豆细胞农杆菌转化法农杆菌转化法 【解析解析】选选C C。花粉管通道法是我国科学家独创的一种方法。花粉管通道法是我国科学

37、家独创的一种方法, ,是一种十分简便经是一种十分简便经 济的方法济的方法, ,我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的,A,A正确正确;Ca;Ca2+ 2+处理法能使 处理法能使 大肠杆菌细胞的生理状态发生改变大肠杆菌细胞的生理状态发生改变, ,使之处于易于吸收周围环境中使之处于易于吸收周围环境中DNADNA分子的生分子的生 理状态理状态, ,所以将目的基因导入微生物细胞所以将目的基因导入微生物细胞, ,常采用常采用CaCa2+ 2+处理法 处理法,B,B正确正确; ;农杆菌转农杆菌转 化法的受体细胞一般是双子叶植物和裸子植物化法的受体细胞一般是双子叶植物和

38、裸子植物, ,羊受精卵导入目的基因的方法羊受精卵导入目的基因的方法 是显微注射法是显微注射法,C,C错误错误; ;将目的基因导入大豆将目的基因导入大豆( (双子叶双子叶) )细胞可用农杆菌转化法细胞可用农杆菌转化法,D,D 正确。正确。 【课堂回眸课堂回眸】 课堂检测课堂检测素养达标素养达标 【概念概念诊断诊断】 1.1.基因工程的操作过程涉及许多的技术和方法基因工程的操作过程涉及许多的技术和方法, ,下列有关基因工程中的操作步下列有关基因工程中的操作步 骤和技术的描述正确的是骤和技术的描述正确的是_。 PCRPCR过程使用的是耐高温的过程使用的是耐高温的DNADNA聚合酶。聚合酶。 基因表达

39、载体中含有起始密码子和终止密码子。基因表达载体中含有起始密码子和终止密码子。 农杆菌的农杆菌的TiTi质粒上的质粒上的T-DNAT-DNA可转移到植物细胞内可转移到植物细胞内, ,并且与其染色体并且与其染色体DNADNA整合在整合在 一起。一起。 只要检测出受体细胞中含有目的基因只要检测出受体细胞中含有目的基因, ,目的基因就一定能成功表达。目的基因就一定能成功表达。 基因工程中将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法基因工程中将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法 等。等。 【解析解析】选。选。PCRPCR仪在仪在DNADNA分子扩增过程使用的是耐高温的分子

40、扩增过程使用的是耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶, , 正确正确; ;基因表达载体中含有启动子和终止子基因表达载体中含有启动子和终止子, ,起始密码子和终止密码子在起始密码子和终止密码子在mRNAmRNA 上上, ,错误错误; ;农杆菌的农杆菌的TiTi质粒上的质粒上的T-DNAT-DNA可转移到植物细胞内可转移到植物细胞内, ,并且能整合到受体并且能整合到受体 细胞的染色体上细胞的染色体上, ,正确正确; ;目的基因导入受体细胞后目的基因导入受体细胞后, ,除检测是否含有目的基因除检测是否含有目的基因 外外, ,还需要检测目的基因是否表达还需要检测目的基因是否表达, ,错误错误; ;基因工程

41、中将目的基因导入植物细基因工程中将目的基因导入植物细 胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等, ,正确。正确。 2.2.从自然界中的生物体内分离得到的天然酶从自然界中的生物体内分离得到的天然酶, ,在工业生产环境中催化效率往往在工业生产环境中催化效率往往 较低。科研人员通过如图所示的流程改造天然酶较低。科研人员通过如图所示的流程改造天然酶, ,以改进酶的功能。对这一改以改进酶的功能。对这一改 造过程的分析造过程的分析, ,不合理的是不合理的是( () ) A.A.过程产生的基因突变是随机的过程产生的基因突变是随机的 B.B.过程中受体菌应处理为一种能吸收过

42、程中受体菌应处理为一种能吸收 周围环境中周围环境中DNADNA分子的生理状态分子的生理状态 C.C.过程筛选突变酶依赖于抗生素过程筛选突变酶依赖于抗生素 D.D.多次重复循环导致酶的定向进化多次重复循环导致酶的定向进化 【解析解析】选选C C。过程产生的基因突变是随机的过程产生的基因突变是随机的,A,A正确正确; ;过程中导入受体菌时过程中导入受体菌时, , 应用钙离子处理为一种能吸收周围环境中应用钙离子处理为一种能吸收周围环境中DNADNA分子的生理状态分子的生理状态,B,B正确正确; ;过程筛过程筛 选突变酶依赖于抗原选突变酶依赖于抗原- -抗体杂交抗体杂交,C,C错误错误; ;多次重复循

43、环导致酶的定向进化多次重复循环导致酶的定向进化, ,使酶使酶 的活性越来越高的活性越来越高,D,D正确。正确。 3.3.缺乏维生素缺乏维生素A A就容易导致出现夜盲症就容易导致出现夜盲症, ,营养不良营养不良, ,甚至有一些能够威胁到生命。甚至有一些能够威胁到生命。 而而-胡萝卜素可以在人体内转化成维生素胡萝卜素可以在人体内转化成维生素A A。科学家尝试通过转基因技术生产。科学家尝试通过转基因技术生产 富含胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶富含胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶( (其基因用其基因用psypsy表示表示) )和胡萝卜素脱饱和胡萝卜素脱饱 和酶和酶( (其基因用其基因用crtlcrt

44、l表示表示) )参与参与-胡萝卜素的合成。根据以上信息分析正确的胡萝卜素的合成。根据以上信息分析正确的 是是( () ) A.A.重组质粒中的目的基因含有重组质粒中的目的基因含有psypsy基因和基因和crtlcrtl基因基因 B.B.构建重组质粒需要限制酶、构建重组质粒需要限制酶、DNADNA连接酶和核酸酶连接酶和核酸酶 C.C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞 D.PCRD.PCR既可扩增特定基因也可检测目的基因表达既可扩增特定基因也可检测目的基因表达 【解析解析】选选A A。根据。根据“八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与八氢番茄红素

45、合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与-胡萝卜素胡萝卜素 的合成的合成”可知可知, ,重组质粒中的目的基因含有重组质粒中的目的基因含有psypsy基因和基因和crtlcrtl基因基因,A,A正确正确; ;构建重构建重 组质粒需要限制酶、组质粒需要限制酶、DNADNA连接酶连接酶, ,不需要核酸酶不需要核酸酶,B,B错误错误; ;可通过农杆菌转化法将可通过农杆菌转化法将 目的基因导入水稻受体细胞目的基因导入水稻受体细胞,C,C错误错误;PCR;PCR可扩增特定基因可扩增特定基因, ,但要检测目的基因是但要检测目的基因是 否表达应该用抗原否表达应该用抗原- -抗体杂交法抗体杂交法,D,D错误。错误。 4.4.

46、如图为基因表达载体的模式图如图为基因表达载体的模式图, ,下列有关说法错误的是下列有关说法错误的是( () ) A.A.构建基因表达载体需要用到限制酶和构建基因表达载体需要用到限制酶和DNADNA连接酶连接酶 B.B.任何基因表达载体的构建都是一样的任何基因表达载体的构建都是一样的, ,没有差别没有差别 C.C.图中启动子位于基因的首端图中启动子位于基因的首端, ,是是RNARNA聚合酶识别和结合的部位聚合酶识别和结合的部位 D.D.抗生素抗性基因的作用是作为标记基因抗生素抗性基因的作用是作为标记基因, ,用于检测受体细胞中是否导入了目用于检测受体细胞中是否导入了目 的基因的基因 【解析解析】

47、选选B B。构建基因表达载体需要用到限制酶和。构建基因表达载体需要用到限制酶和DNADNA连接酶连接酶,A,A正确正确; ;用不同用不同 种类的载体构建基因表达载体时处理方法是有差别的种类的载体构建基因表达载体时处理方法是有差别的,B,B错误错误; ;启动子位于基因启动子位于基因 的首端的首端, ,是是RNARNA聚合酶识别和结合的部位聚合酶识别和结合的部位,C,C正确正确; ;抗生素抗性基因的作用就是作抗生素抗性基因的作用就是作 为标记基因为标记基因, ,用于检测受体细胞中是否导入了目的基因用于检测受体细胞中是否导入了目的基因,D,D正确。正确。 【思维思维跃迁跃迁】 5.5.目前广泛应用的

48、新型冠状病毒检测方法是实时荧光目前广泛应用的新型冠状病毒检测方法是实时荧光RT-PCRRT-PCR技术。技术。RTPCRRTPCR是是 将将RNARNA逆转录逆转录(RT)(RT)和和cDNAcDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术的聚合酶链式扩增反应相结合的技术, ,具体过程如图所具体过程如图所 示示, ,下列说法不正确的是下列说法不正确的是( () ) A.A.引物引物A A与引物与引物B B应该具有不同的碱基序列应该具有不同的碱基序列 B.B.过程过程通过控制温度的变化实现目标序列的循环扩增通过控制温度的变化实现目标序列的循环扩增 C.C.该反应体系中应加入缓冲液、引物、该反应体系中应加

49、入缓冲液、引物、4 4种核糖核苷酸、逆转录酶、耐高温的种核糖核苷酸、逆转录酶、耐高温的 DNADNA聚合酶等物质聚合酶等物质 D.D.该检测方法的应用依赖于新型冠状病毒特异性序列的确定该检测方法的应用依赖于新型冠状病毒特异性序列的确定 【解析解析】选选C C。引物。引物A A与引物与引物B B分别结合在目的片段序列的两端分别结合在目的片段序列的两端, ,其碱基序列不其碱基序列不 同同,A,A正确正确; ;过程过程为为PCRPCR的反应阶段的反应阶段, ,通过控制温度的变化实现变性、退火、延通过控制温度的变化实现变性、退火、延 伸伸, ,实现目标序列的循环扩增实现目标序列的循环扩增,B,B正确正

50、确;RT-PCR;RT-PCR反应体系中应加入缓冲液、引物、反应体系中应加入缓冲液、引物、 4 4种脱氧核苷酸、逆转录酶、耐高温的种脱氧核苷酸、逆转录酶、耐高温的DNADNA聚合酶等物质聚合酶等物质, ,而不是而不是4 4种核糖核苷种核糖核苷 酸酸,C,C错误错误;RT-PCR;RT-PCR的前提条件是目的片段的特异性序列的确定的前提条件是目的片段的特异性序列的确定,D,D正确。正确。 6.(20196.(2019全国卷全国卷改编改编) )基因工程中可以通过基因工程中可以通过PCRPCR技术扩增目的基因。回答下技术扩增目的基因。回答下 列问题。列问题。 (1)(1)生物体细胞内的生物体细胞内的

51、DNADNA复制开始时复制开始时, ,解开解开DNADNA双链的酶是双链的酶是_。在体。在体 外利用外利用PCRPCR技术扩增目的基因时技术扩增目的基因时, ,使反应体系中的模板使反应体系中的模板DNADNA解链为单链的条件是解链为单链的条件是 _。上述两个解链过程的共同点是破坏了。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNADNA双链分子中的双链分子中的 _。 (2)(2)目前在目前在PCRPCR反应中使用耐高温的反应中使用耐高温的DNADNA聚合酶而不使用大肠杆菌聚合酶而不使用大肠杆菌DNADNA聚合酶的主聚合酶的主 要原因是要原因是_。 【解析解析】(1)(1)体内进行体内进行DNADNA复制

52、时复制时, ,需要解旋酶和需要解旋酶和DNADNA聚合酶聚合酶, ,解旋酶可以打开双解旋酶可以打开双 链之间的氢键链之间的氢键,DNA,DNA聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行PCRPCR扩增时扩增时, , 利用高温变性即加热至利用高温变性即加热至90 90 以上以上, ,破坏双链之间的氢键破坏双链之间的氢键, ,使使DNADNA成为单链。解旋成为单链。解旋 酶和高温处理都破坏了酶和高温处理都破坏了DNADNA双链中碱基对之间的氢键。双链中碱基对之间的氢键。 (2)(2)由于在由于在PCRPCR过程中过程中, ,需要不断地改变温度需要不断地改变

53、温度, ,该过程中涉及较高温度处理该过程中涉及较高温度处理, ,大肠大肠 杆菌杆菌DNADNA聚合酶在高温处理下会变性失活聚合酶在高温处理下会变性失活, ,因此因此PCRPCR过程中需要用耐高温的过程中需要用耐高温的DNADNA聚聚 合酶催化。合酶催化。 答案答案: :(1)(1)解旋酶加热至解旋酶加热至90 90 以上氢键以上氢键(2)(2)大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶在高温下聚合酶在高温下 会失活会失活 【拓展拓展探究探究】 7.7.家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力, ,将人的干扰素基因导入家蚕细胞并将人的干扰素基因导入家蚕细胞并 大规模培养可以提

54、取干扰素用于制药。大规模培养可以提取干扰素用于制药。 (1)(1)在人的在人的DNADNA分子上获取干扰素基因时分子上获取干扰素基因时, ,要用到限制酶。假设该限制酶能专一要用到限制酶。假设该限制酶能专一 性地识别性地识别DNADNA上上GAATTCGAATTC序列序列, ,并在某一位点切割某化学键并在某一位点切割某化学键, ,该化学键是该化学键是( () ) A.A.氢键氢键 B.GB.G与与C C之间的键之间的键 C.AC.A与与T T之间的键之间的键 D.D.两个核苷酸之间的磷酸二酯键两个核苷酸之间的磷酸二酯键 (2)(2)在此基因工程操作过程中的核心步骤是在此基因工程操作过程中的核心步

55、骤是_。启动子位于。启动子位于 基因的基因的_, ,是是_识别和结合的部位。识别和结合的部位。 (3)(3)人的干扰素基因为什么可以在家蚕细胞中进行表达人的干扰素基因为什么可以在家蚕细胞中进行表达? ? 【解析解析】(1)(1)限制酶切割的是序列上两个核苷酸之间的磷酸二酯键。限制酶切割的是序列上两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)(2)基因工基因工 程的核心步骤是基因表达载体的构建。在基因表达载体上程的核心步骤是基因表达载体的构建。在基因表达载体上, ,目的基因的首端是目的基因的首端是 启动子启动子, ,这是一段特殊的这是一段特殊的DNADNA片段片段, ,是是RNARNA聚合酶识别和结合的位点

56、聚合酶识别和结合的位点, ,启动目的基启动目的基 因的转录。因的转录。(3)(3)因为自然界中的生物都共用同一套密码子因为自然界中的生物都共用同一套密码子, ,所以一种生物的基因所以一种生物的基因 可以在另一种生物体内表达。可以在另一种生物体内表达。 答案答案: :(1)D(1)D(2)(2)基因表达载体的构建上游基因表达载体的构建上游RNARNA聚合酶聚合酶(3)(3)人和家蚕细胞共人和家蚕细胞共 用一套密码子。用一套密码子。 课时素养评价课时素养评价 十三基因工程的基本操作程序十三基因工程的基本操作程序 【基础达标基础达标】 (20 (20分钟分钟7070分分) ) 一、选择题一、选择题(

57、 (共共7 7小题小题, ,每小题每小题5 5分分, ,共共3535分分) ) 1.1.下列有关基因工程相关工具的叙述下列有关基因工程相关工具的叙述, ,正确的是正确的是 ( () ) A.A.限制酶能识别并切割限制酶能识别并切割DNADNA任意序列任意序列 B.DNAB.DNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶作用位点不同聚合酶作用位点不同 C.C.没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞 D.D.使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解 【解析解析】选选D D。限制酶只能识别。限制酶只能识别DNADNA

58、上特定序列并切割上特定序列并切割;DNA;DNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶聚合酶 作用位点都是磷酸二酯键作用位点都是磷酸二酯键; ;进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒; ;质粒能够质粒能够 在宿主细胞内稳定存在在宿主细胞内稳定存在, ,故将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内故将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内 被分解。被分解。 2.2.哪些是基因表达载体的必需组成部分哪些是基因表达载体的必需组成部分 ( () ) 启动子终止密码子标记基因启动子终止密码子标记基因 目的基因终止子目的基因终止子 A.A.B.B. C.C.D.D. 【解析

59、解析】选选B B。启动子位于基因表达载体的首端。启动子位于基因表达载体的首端, ,有了它才能驱动基因转录出有了它才能驱动基因转录出 mRNA,mRNA,最终获得所需要的蛋白质最终获得所需要的蛋白质; ;终止子相当于一盏红色信号灯终止子相当于一盏红色信号灯, ,使转录在所需使转录在所需 要的地方停止下来要的地方停止下来; ;标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因, ,从而从而 将含有目的基因的细胞筛选出来将含有目的基因的细胞筛选出来; ;目的基因是表达载体上必须具有的结构。目的基因是表达载体上必须具有的结构。 3.3.某研究所的研究人员将生长激素

60、基因通过质粒介导进入大肠杆菌细胞内某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆菌细胞内, ,产产 生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因:A:A是抗链霉素基因是抗链霉素基因,B,B是抗氨苄青是抗氨苄青 霉素基因霉素基因, ,且目的基因要插入基因且目的基因要插入基因B B中中, ,而大肠杆菌不带有任何抗性基因。下列而大肠杆菌不带有任何抗性基因。下列 叙述正确的是叙述正确的是( () ) A.A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒 B.RNAB.RNA聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶