专题1 1.2 基因工程的基本操作程序
文档属性
| 名称 | 专题1 1.2 基因工程的基本操作程序 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2014-04-02 12:43:26 | ||
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文档简介
课件41张PPT。理解教材新知专
题
11.2把握热点考向应用创新演练知识点一知识点三考向一考向二考向三知识点二 1．获取目的基因的常用方法有：从基因文库
中获取目的基因和利用PCR技术扩增目的基
因。
2．基因表达载体的构建是实施基因工程的
第二步，也是基因工程的核心。
3．一个基因表达载体的组成，除了目的基因
外，还必须有启动子、终止子以及标记基因。
4．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花
粉管通道法。
5．培育转基因动物时，受体细胞一般是受精卵，目的基因的导入方
法常用显微注射技术。
6．检测目的基因是否导入和转录，常用分子杂交技术；检测是否翻
译，常用抗原—抗体杂交技术。[自读教材·夯基础]
1．目的基因
(1)主要是指 的基因。
(2)也可以是一些具有 的因子。
2．获取方法
(1)从基因文库中获取：
①基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多 ，导入 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。编码蛋白质调控作用DNA片段受体菌(2)利用PCR技术扩增目的基因：
①原理： 。
②前提条件：有一段已知目的基因的 ，以便根据
这一序列合成 。
③条件：DNA模板、 、 和4种脱氧核苷酸。DNA复制核苷酸序列引物热稳定DNA聚合酶引物④扩增过程：受热引物热稳定DNA聚合酶（3） 1．探讨基因文库、基因组文库、cDNA文库之间的关系。
提示：基因组文库含有一种生物的全部基因，而cDNA文库只含有一种生物的部分基因，二者都是基因文库。
2．从酶的角度分析PCR技术扩增DNA与DNA体内复制的不同点。
提示：①PCR技术扩增DNA不需要解旋酶；②PCR技术需要的DNA聚合酶应具有热稳定性。[跟随名师·解疑难]
1．提取目的基因方法的比较2．PCR技术与生物体内DNA复制的比较 [特别提醒]
(1)基因工程操作中，只有使用受体生物自身基因的启动子才比较有利于基因的表达。
(2)通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体细胞中无法转录。
(3)热稳定DNA聚合酶(Taq聚合酶)能在高温下保持其活性，是PCR技术关键的工具之一。[自读教材·夯基础]
1．基因表达载体的构建
(1)目的：使目的基因在受体细胞中 ，并且可以遗传和 。
(2)组成：稳定存在表达 2．将目的基因导入受体细胞
(1)导入植物细胞的方法：T-DNA双子叶植物裸子② ：常用于单子叶植物。
③花粉管通道法：目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
(2)导入动物细胞：
①方法： 技术。
②常用受体细胞： 。植物基因枪法显微注射受精卵 (3)导入微生物细胞：
①原核生物特点： 、多为 、遗传物质相对 等。
②方法：感受态细胞法，即用 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 )。繁殖快单细胞Ca2＋较少感受态细胞 1．思考基因表达载体的构建需要哪些工具酶。
提示：限制酶、DNA连接酶。
2．结合教材P13资料卡分析，用花粉管通道法导入受体细胞的目的基因是否需要和载体结合？试分析原因。
提示：需要。因为目的基因只有和载体结合成基因表达载体才容易在受体细胞中稳定维持和表达。
3．为什么动物的体细胞不能作为受体细胞？
提示：动物体细胞全能性受到限制，不能发育为一个新个体。[跟随名师·解疑难] 1．基因表达载体的构建过程
将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如图所示：2．将目的基因导入受体细胞的方法比较 [特别提醒]
(1)完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，连接产物有目的基因—目的基因，目的基因—运载体和运载体—运载体三种。
(2)将基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是Ca2＋处理法。Ca2＋(或CaCl2溶液)对微生物细胞的作用是增加细胞壁的通透性。[自读教材·夯基础]
1．分子水平的检测(连线)2．个体水平的鉴定
(1) 的接种实验。
(2)对基因工程产品与天然产品的功能进行 。抗虫或抗病活性比较 1．检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么？
提示：用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。
2．DNA分子杂交的原理是什么？有哪些应用？
提示：碱基互补配对原则。可用于亲子鉴定、刑事侦查、生物亲缘关系确定等。[跟随名师·解疑难]
目的基因的检测与鉴定归纳 [例1] 为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。 据图回答：
(1)图中基因组文库________(填“小于”“等于”或“大于”)
cDNA文库。
(2)B过程需要的酶是__________；A、C过程中______(填
“可以”或“不可以”)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中__________和__________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是____________________。
[思路点拨] [精讲精析] 分析获取植酸酶基因的流程图可知，图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶；A、C过程虽然都能获得含目的基因的菌株，但C中无内含子对应的序列，所以不可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。
[答案] (1)大于
(2)逆转录酶 不可以
(3)DNA cDNA 耐高温 (2)表达：只有编码区能转录生成RNA，且内含子转录的部分要剪切掉，即转录生成的mRNA只有外显子对应部分。因此，以mRNA为模板，逆转录产生的目的基因中没有内含子、启动子和终止子。下列关于cDNA文库和基因组文库的说法中，不正确的是( )
A．cDNA文库中的DNA来源于mRNA的反转录过程
B．如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组
文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构
也完全相同
C．cDNA文库中的基因都没有启动子
D．一种生物的cDNA文库可以有许多种，但基因组文库只有一
种
解析：由于基因转录时只有编码区段才能转录，所以以mRNA反转录成的DNA就只有外显子区段，而缺少内含子和启动子等非编码区段，和原来的基因结构不相同。
答案：B. [例2] 右图为某种质粒表达载体简图，
小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoRⅠ、
BamHⅠ的酶切位点，ampr为青霉素抗性基
因，tetr为四环素抗性基因，P为启动子，T为
终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括
EcoRⅠ、BamHⅠ在内的多种酶的酶切位点。 据图回答：
(1)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有________________、________________、__________________三种。
(2)用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有________________；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有____________。 (3)目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是________，其合成的产物是________。
(4)在上述实验中，为了防止目的基因和质粒在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是________________。[思路点拨] [精讲精析] (1)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，所产生的黏性末端相同，用DNA连接酶处理后，不同的片段随机结合，可形成3种不同的连接物：目的基因—目的基因、目的基因—运载体、运载体—运载体。
(2)在上述三种产物中，插入目的基因的都不能在四环素培养基上生长，只有运载体—运载体连接产物才能在含四环素的培养基上生长。
(3)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，可启动转录过程，合成mRNA。
(4)由图示和题目中提供的信息可知，同时运用EcoRⅠ
和BamHⅠ进行酶切可有效防止酶切后产生的末端发生任意
连接。 [答案] (1)目的基因—载体连接物 载体—载体连接物 目的基因—目的基因连接物
(2)载体—载体连接物 目的基因—载体连接物、载体—载体连接物
(3)启动子 mRNA
(4)EcoRⅠ和BamHⅠ (1)切割目的基因和运载体时并非只能用一种酶，但无论用几种酶，一般都用相同种类的酶切割目的基因和运载体。
(2)启动子≠起始密码，终止子≠终止密码。
启动子和终止子位于基因结构的非编码区，起始密码和终止密码位于mRNA上。 [例3] 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。下面是农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题： (1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是________，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现____________________________________。具体原理是在农杆菌的Ti质粒存在T-DNA片段，它具有可转移到受体细胞并整合到受体细胞的________上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到________(部位)即可。
(2)根据T-DNA这一转移特点，猜测该DNA片段上可能含有控制____________________(酶)合成的基因。
(3)图中c过程中，能促进农杆菌移向植物细胞的物质是________类化合物。 (4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外，还可采取的方法是_______。(至少写出两种)
[思路点拨] [精讲精析] (1)一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物，利用其感染性，可实现将目的基因导入植物细胞。这里需要特别明确的是真正可转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体上的是农杆菌质粒上的T-DNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能导入成功。 (2)根据T-DNA这一转移特点，可以推测出DNA片段上能控制合成DNA连接酶、限制酶才能实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。
(3)植物细胞受伤后可产生酚类化合物，促进农杆菌向植物细胞转移。
(4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉管通道法。
[答案] (1)单子叶植物 将目的基因导入到植物细胞 染色体DNA T-DNA片段(内部)
(2)DNA连接酶、限制酶
(3)酚 (4)基因枪法、花粉管通道法 (1)在基因工程的操作中，只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱基互补配对，其余三步中都涉及碱基互补配对。
(2)在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。点此进入
题
11.2把握热点考向应用创新演练知识点一知识点三考向一考向二考向三知识点二 1．获取目的基因的常用方法有：从基因文库
中获取目的基因和利用PCR技术扩增目的基
因。
2．基因表达载体的构建是实施基因工程的
第二步，也是基因工程的核心。
3．一个基因表达载体的组成，除了目的基因
外，还必须有启动子、终止子以及标记基因。
4．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花
粉管通道法。
5．培育转基因动物时，受体细胞一般是受精卵，目的基因的导入方
法常用显微注射技术。
6．检测目的基因是否导入和转录，常用分子杂交技术；检测是否翻
译，常用抗原—抗体杂交技术。[自读教材·夯基础]
1．目的基因
(1)主要是指 的基因。
(2)也可以是一些具有 的因子。
2．获取方法
(1)从基因文库中获取：
①基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多 ，导入 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。编码蛋白质调控作用DNA片段受体菌(2)利用PCR技术扩增目的基因：
①原理： 。
②前提条件：有一段已知目的基因的 ，以便根据
这一序列合成 。
③条件：DNA模板、 、 和4种脱氧核苷酸。DNA复制核苷酸序列引物热稳定DNA聚合酶引物④扩增过程：受热引物热稳定DNA聚合酶（3） 1．探讨基因文库、基因组文库、cDNA文库之间的关系。
提示：基因组文库含有一种生物的全部基因，而cDNA文库只含有一种生物的部分基因，二者都是基因文库。
2．从酶的角度分析PCR技术扩增DNA与DNA体内复制的不同点。
提示：①PCR技术扩增DNA不需要解旋酶；②PCR技术需要的DNA聚合酶应具有热稳定性。[跟随名师·解疑难]
1．提取目的基因方法的比较2．PCR技术与生物体内DNA复制的比较 [特别提醒]
(1)基因工程操作中，只有使用受体生物自身基因的启动子才比较有利于基因的表达。
(2)通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体细胞中无法转录。
(3)热稳定DNA聚合酶(Taq聚合酶)能在高温下保持其活性，是PCR技术关键的工具之一。[自读教材·夯基础]
1．基因表达载体的构建
(1)目的：使目的基因在受体细胞中 ，并且可以遗传和 。
(2)组成：稳定存在表达 2．将目的基因导入受体细胞
(1)导入植物细胞的方法：T-DNA双子叶植物裸子② ：常用于单子叶植物。
③花粉管通道法：目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
(2)导入动物细胞：
①方法： 技术。
②常用受体细胞： 。植物基因枪法显微注射受精卵 (3)导入微生物细胞：
①原核生物特点： 、多为 、遗传物质相对 等。
②方法：感受态细胞法，即用 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 )。繁殖快单细胞Ca2＋较少感受态细胞 1．思考基因表达载体的构建需要哪些工具酶。
提示：限制酶、DNA连接酶。
2．结合教材P13资料卡分析，用花粉管通道法导入受体细胞的目的基因是否需要和载体结合？试分析原因。
提示：需要。因为目的基因只有和载体结合成基因表达载体才容易在受体细胞中稳定维持和表达。
3．为什么动物的体细胞不能作为受体细胞？
提示：动物体细胞全能性受到限制，不能发育为一个新个体。[跟随名师·解疑难] 1．基因表达载体的构建过程
将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如图所示：2．将目的基因导入受体细胞的方法比较 [特别提醒]
(1)完成基因表达载体的构建，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，连接产物有目的基因—目的基因，目的基因—运载体和运载体—运载体三种。
(2)将基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌的常用方法是Ca2＋处理法。Ca2＋(或CaCl2溶液)对微生物细胞的作用是增加细胞壁的通透性。[自读教材·夯基础]
1．分子水平的检测(连线)2．个体水平的鉴定
(1) 的接种实验。
(2)对基因工程产品与天然产品的功能进行 。抗虫或抗病活性比较 1．检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么？
提示：用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。
2．DNA分子杂交的原理是什么？有哪些应用？
提示：碱基互补配对原则。可用于亲子鉴定、刑事侦查、生物亲缘关系确定等。[跟随名师·解疑难]
目的基因的检测与鉴定归纳 [例1] 为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。下图是获取植酸酶基因的流程。 据图回答：
(1)图中基因组文库________(填“小于”“等于”或“大于”)
cDNA文库。
(2)B过程需要的酶是__________；A、C过程中______(填
“可以”或“不可以”)使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中__________和__________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是____________________。
[思路点拨] [精讲精析] 分析获取植酸酶基因的流程图可知，图中基因组文库大于cDNA文库。B过程需要的酶应该是逆转录酶；A、C过程虽然都能获得含目的基因的菌株，但C中无内含子对应的序列，所以不可以使用同一种探针进行筛选。目的基因Ⅰ和Ⅱ除可从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中DNA和cDNA为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显著特点是耐高温。
[答案] (1)大于
(2)逆转录酶 不可以
(3)DNA cDNA 耐高温 (2)表达：只有编码区能转录生成RNA，且内含子转录的部分要剪切掉，即转录生成的mRNA只有外显子对应部分。因此，以mRNA为模板，逆转录产生的目的基因中没有内含子、启动子和终止子。下列关于cDNA文库和基因组文库的说法中，不正确的是( )
A．cDNA文库中的DNA来源于mRNA的反转录过程
B．如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组
文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构
也完全相同
C．cDNA文库中的基因都没有启动子
D．一种生物的cDNA文库可以有许多种，但基因组文库只有一
种
解析：由于基因转录时只有编码区段才能转录，所以以mRNA反转录成的DNA就只有外显子区段，而缺少内含子和启动子等非编码区段，和原来的基因结构不相同。
答案：B. [例2] 右图为某种质粒表达载体简图，
小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoRⅠ、
BamHⅠ的酶切位点，ampr为青霉素抗性基
因，tetr为四环素抗性基因，P为启动子，T为
终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括
EcoRⅠ、BamHⅠ在内的多种酶的酶切位点。 据图回答：
(1)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有________________、________________、__________________三种。
(2)用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有________________；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物有____________。 (3)目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是________，其合成的产物是________。
(4)在上述实验中，为了防止目的基因和质粒在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是________________。[思路点拨] [精讲精析] (1)将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切，所产生的黏性末端相同，用DNA连接酶处理后，不同的片段随机结合，可形成3种不同的连接物：目的基因—目的基因、目的基因—运载体、运载体—运载体。
(2)在上述三种产物中，插入目的基因的都不能在四环素培养基上生长，只有运载体—运载体连接产物才能在含四环素的培养基上生长。
(3)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，可启动转录过程，合成mRNA。
(4)由图示和题目中提供的信息可知，同时运用EcoRⅠ
和BamHⅠ进行酶切可有效防止酶切后产生的末端发生任意
连接。 [答案] (1)目的基因—载体连接物 载体—载体连接物 目的基因—目的基因连接物
(2)载体—载体连接物 目的基因—载体连接物、载体—载体连接物
(3)启动子 mRNA
(4)EcoRⅠ和BamHⅠ (1)切割目的基因和运载体时并非只能用一种酶，但无论用几种酶，一般都用相同种类的酶切割目的基因和运载体。
(2)启动子≠起始密码，终止子≠终止密码。
启动子和终止子位于基因结构的非编码区，起始密码和终止密码位于mRNA上。 [例3] 农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。下面是农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题： (1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是________，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现____________________________________。具体原理是在农杆菌的Ti质粒存在T-DNA片段，它具有可转移到受体细胞并整合到受体细胞的________上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到________(部位)即可。
(2)根据T-DNA这一转移特点，猜测该DNA片段上可能含有控制____________________(酶)合成的基因。
(3)图中c过程中，能促进农杆菌移向植物细胞的物质是________类化合物。 (4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外，还可采取的方法是_______。(至少写出两种)
[思路点拨] [精讲精析] (1)一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物，利用其感染性，可实现将目的基因导入植物细胞。这里需要特别明确的是真正可转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体上的是农杆菌质粒上的T-DNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能导入成功。 (2)根据T-DNA这一转移特点，可以推测出DNA片段上能控制合成DNA连接酶、限制酶才能实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。
(3)植物细胞受伤后可产生酚类化合物，促进农杆菌向植物细胞转移。
(4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉管通道法。
[答案] (1)单子叶植物 将目的基因导入到植物细胞 染色体DNA T-DNA片段(内部)
(2)DNA连接酶、限制酶
(3)酚 (4)基因枪法、花粉管通道法 (1)在基因工程的操作中，只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱基互补配对，其余三步中都涉及碱基互补配对。
(2)在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探针都是用放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。点此进入