1、高中生物 专题1 12 基因工程的基本操作程序教案1。2基因工程的基本操作程序学习目标：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。（重点）3。理解目的基因导入受体细胞的方法。(重点)4.掌握目的基因检测与鉴定的具体操作.（重、难点）一、目的基因的获取1目的基因 (1)主要是指编码蛋白质的基因。（2)一些具有调控作用的因子。2获取方法（1）从基因文库中获取基因组文库:含有一种生物所有的基因.部分基因文库：含有一种生物的一部分基因，如cDNA文库。 （2）利用PCR技术扩增目的基因含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。原理:DNA双链复制。条件
2、：引物、DNA模板、Taq酶、四种脱氧核苷酸。过程。 a目的基因DNA受热变性后解链为单链（9095 ).b引物与单链相应互补序列结合（5560 ).c在DNA聚合酶作用下进行延伸（7075 )。d重复循环多次。 结果:每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为2n)。（3)人工合成法 条件：基因比较小,核苷酸序列已知。方法：通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成.二、基因表达载体的构建-核心1基因表达载体的组成2基因表达载体的功能（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）使目的基因表达和发挥作用。三、将目的基因导入受体细胞1转化的含义：目的基因进入受体细胞
3、内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程.2转化的方法（1）导入植物细胞最常用方法农杆菌转化法：双子叶植物或裸子植物。其他方法a基因枪法：单子叶植物。b花粉管通道法。 (2)导入动物细胞常用方法：显微注射技术。常用受体细胞：受精卵。(3）导入微生物细胞方法a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)。b感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子。受体细胞：原核细胞（使用最广泛的是大肠杆菌)。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1分子水平检测(1)检测转基因生物DNA上是否插入了目的基因。方法:DNA分子杂
4、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。2个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。1判断对错(正确的打“,错误的打“”）（1）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。 ()(2)Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。 （)(3）启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。 ()（4)利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细
5、胞。 (）（5)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。 (）（6）表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。 （）(7）将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。（）(8)从大肠杆菌细胞中获得人胰岛素基因的mRNA，说明目的基因完成了表达. （)提示：(1）cDNA文库中的基因一般没有启动子和内含子序列，而基因组文库含有。（2）Taq酶是热稳定DNA聚合酶。（3）终止密码子位于mRNA上，在翻译过程中起作用.(4）利用DNA分子杂交的目的是检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。(5）抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种实验来鉴定。(6）人肝细
6、胞中不含胰岛素基因的mRNA。（7）(8）获得人胰岛素基因的mRNA,只能说明目的基因完成了转录。2下列不属于获取目的基因的方法是（）A利用DNA连接酶复制目的基因B反转录法C从基因文库中获取目的基因D利用PCR技术扩增目的基因A本题考查目的基因的获取方法及DNA聚合酶和DNA连接酶的区别。对目的基因（DNA片段)进行复制需利用DNA聚合酶而不是DNA连接酶。3下列关于基因表达载体的构建的描述,错误的是（)A基因表达载体的构建是基因工程的核心B基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分C目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因D构建的基因表达载体都是相同的D基因表达载体的构建是基因工
7、程的第二步，也是基因工程的核心;一个基因表达载体的组成除目的基因外还必须具有启动子、终止子、标记基因等部分；目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因；由于受体细胞不同，基因表达载体的构建也会有差别，不可能都是相同的。目的基因的获取背景材料1原核细胞和真核细胞的基因结构一个典型的真核细胞基因结构示意图一个基因包含编码区和非编码区两部分,而真核细胞基因的编码区又包含内含子和外显子.基因表达时只有编码区转录形成mRNA，但是真核生物基因中的内含子部分并不表达，内含子转录形成的mRNA中的部分要切除，只有外显子部分才能控制翻译出蛋白质.具有翻译功能的mRNA叫成熟的mRNA.2真核生物的基因转移到原核生物
8、体内后不能翻译出蛋白质从真核生物体内提取的目的基因在原核生物体内转录后，不能切除内含子转录的部分,无法加工形成成熟的mRNA。因此，真核生物的目的基因通常采用反转录法合成.思考交流1基因组文库和cDNA文库有什么区别？提示：文库类型基因组文库cDNA文库文库大小大小基因中的启动子（具有启动作用的DNA片段)有无基因中的内含子（位于编码蛋白质序列内的非编码DNA片段)有无基因多少某种生物的全部基因某种生物的部分基因物种间的基因交流部分基因可以可以2.为什么cDNA文库中没有启动子和内含子?提示：由于细胞中成熟的mRNA已不含有内含子等部分转录形成的序列，所以利用细胞中成熟的mRNA反转录合成的目
9、的基因(cDNA）中没有内含子，也没有非编码区,也就没有启动子.3PCR过程中需要解旋酶吗？所需要的DNA聚合酶应具有什么特点？提示:PCR过程中，DNA双链解开是在高温下完成的，不需要解旋酶;由于PCR过程温度较高,所以需要能耐高温的DNA聚合酶。4PCR过程中为什么需要引物？提示：引物是一小段单链DNA或RNA，作为DNA复制的起始序列，它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对.存在于自然界中生物的DNA复制和人工合成中的多聚酶链式反应（PCR)之所以需要引物，是因为在DNA合成时DNA聚合酶只能从5到3合成子链.归纳总结 1从基因文库中获取目的基因(1）基因文库的含义：将含有某种生物不同基
10、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。(2)基因文库的种类基因组文库：包含一种生物所有的基因。部分基因文库：只包含一种生物的一部分基因，如cDNA文库。说明：用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA(也叫cDNA)片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，那么，这个受体菌群就叫做这种生物的cDNA文库。（3）基因组文库的构建（4)cDNA文库的构建某种生物的单链mRNA单链互补DNA双链cDNA片段导入受体菌中储存cDNA文库（5)从基因文库中获取目的基因的方法根据目的基因的有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列、基因
11、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来获取目的基因。2利用PCR技术扩增目的基因(1)PCR技术：PCR是多聚酶链式反应的缩写，它是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术.(2）PCR原理：DNA双链复制.(3）前提条件:有一段已知目的基因的核苷酸序列(以便根据这一序列合成引物）。(4）扩增过程：目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合,然后在DNA聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次。如图所示。注意：利用PCR技术扩增目的基因可以在PCR扩增仪中自动完成。3用化学方法人工合成目的基因（1）条件：基因比较小，且核苷
12、酸序列已知。（2）仪器：DNA合成仪.1下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因反转录法获得cDNA通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因ABC DD可依据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因的转录产物mRNA以及基因的表达产物蛋白质等从基因文库中获取目的基因,故不需要模板；利用PCR技术扩增目的基因需要DNA的两条链作为模板;反转录法获得cDNA需要mRNA作为模板；通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因时，不需要模板。2（2019全国卷)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因.回答下列问题。（1）基因工程中所用的目的基因可以人
13、工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括_和_。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是_。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA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DNA双链分子中的_。（3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_。答案（1)基因组文库cDNA文库（2）解旋酶加热至9095 氢键(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活题后反思项目DNA复制PCR技术区别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PCR扩增仪内）酶DN
14、A解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶(Taq酶)温度条件细胞内的温度条件需控制温度，在较高温度下进行合成的对象DNA分子DNA片段或基因联系模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成；原料:均为四种脱氧核苷酸；酶:均需要DNA聚合酶进行催化；引物:均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3端开始连接脱氧核苷酸基因表达载体的构建背景材料1基因表达载体的组成及作用2基因表达载体的构建步骤目的基因与载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。其过程大体为：用一定的限制酶切割质粒,使其出现一个切口，露出黏性末端。用同一种限制酶切割目的基因,使其产生相同的黏性末端。将切下的目的基因片段插入
15、质粒的切口处,再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）(如图).（1）目的基因是指编码蛋白质的基因，其没有启动子，若只将目的基因导入受体细胞中将无法进行转录.（2)目的基因的表达需要调控序列,因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需要有启动子，之后需要有终止子。（3)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。因此,一个基因表达载体的组成应该包括:启动子、终止子、目的基因、标记基因等。特别提醒： 1 由于受体细胞有动物细胞、植物细胞、微生物细胞之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，所以基因表达载体在构建上也会有所差别，不可能是千篇一律的。 2 基因表达载体的构建
16、过程中，最好用同种限制酶切割目的基因和载体，以获得相同的黏性末端，便于二者进行连接.但有时可用两种限制酶分别切割载体和目的基因，这样可避免载体与载体之间、目的基因与目的基因之间的自身连接，还可以确保目的基因和载体的正向连接.1下列有关基因表达载体构建的说法，错误的是（）A基因表达载体的构建是实施基因工程的核心B构建基因表达载体是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，可以遗传给下一代，并且使目的基因能够表达和发挥作用C启动子存在于基因的编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动转录D标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因C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。构
17、建基因表达载体是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。启动子存在于基因的非编码区，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录，最终翻译出蛋白质。载体上标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因。所以只有C项是错误的.2请据图回答下列问题：(1)基因工程的核心步骤是_。(2)利用_技术可以获得大量的目的基因。该技术利用_的原理，将基因的核苷酸序列不断加以复制，使其数量呈指数增长.（3）图中_位于基因的首端，是_识别和结合的部位。抗生素抗性基因的作用是作为_，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因。解析本题考查基因表达载体的组成及其
18、构建。基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建；获取目的基因的方法有很多,其中PCR技术能迅速获得大量的目的基因，依据的原理是DNA复制；基因表达载体必须包含目的基因、启动子、标记基因、终止子等,其中启动子位于目的基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA，抗生素抗性基因作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因.答案(1)基因表达载体的构建（2)PCRDNA复制（3)启动子RNA聚合酶标记基因将目的基因导入受体细胞背景材料1转化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。名师提醒： 1 此处的“转化”与肺炎双球菌转化实验中的“转化含义相同。 2
19、 导入的目的基因,可能存在于细胞质中，也可能整合到染色体DNA上。2基因工程中常用的受体细胞微生物细胞(大肠杆菌、酵母菌等)和动植物细胞。原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。3常用的转化方法受体细胞类型方法说明特点植物细胞农杆菌转化法将目的基因插入到农杆菌Ti质粒的T。DNA上转入农杆菌用农杆菌侵染植物细胞将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上目的基因表达经济、有效,适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物基因枪法将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中目的基因整合并表达成本较高，常用于单子叶植物花粉管通道法在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未
20、愈合前,剪去柱头滴加DNA(含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞目的基因表达简便、经济，我国科学家独创的一种方法动物细胞显微注射技术将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵）显微注射注射了目的基因的受精卵，经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内获得具有新性状的动物将目的基因导入动物细胞最为有效的方法微生物细胞Ca2处理法（感受态细胞法) 用Ca2处理微生物细胞感受态细胞将基因表达载体与感受态细胞混合在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子简便、经济、有效特别提醒： 1 将目的基因导入植物细胞培育转基因植物时，受体细胞可以是体细胞和受精卵，因为植物体细胞具有全能性。 2
21、将目的基因导入动物细胞培育转基因动物时，受体细胞是受精卵，不能用体细胞，因为高度分化的动物体细胞的全能性受到限制。 3 微生物细胞作为受体细胞具有繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等优点。 4 将基因表达载体 重组质粒 导入微生物细胞的常用方法是Ca2处理法 感受态细胞法 。1科学家采用基因工程技术将矮牵牛中控制蓝色色素合成的基因G转移到玫瑰中，以培育蓝玫瑰。下列操作正确的是()A将基因G直接导入土壤农杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞B将基因G导入玫瑰细胞后，即可通过植物组织培养培育出蓝玫瑰C提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得DNA，再扩增基因GD将基因G导入玫瑰细胞液泡中,防止其经花粉进
22、入野玫瑰C目的基因需要和载体连接形成重组质粒后再导入农杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞，A错误；将基因G导入玫瑰细胞后,还要检测和筛选出含有目的基因的受体细胞，然后再通过植物组织培养培育出蓝玫瑰,B错误；提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录得到DNA,然后扩增，可获得大量的基因B,方法为逆转录法，C正确；细胞液泡中不含基因，因此不能将基因G导入液泡中，可将基因G导入叶绿体或线粒体中，这样可防止其经花粉进入野玫瑰，D错误。2基因工程中,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：(1）农杆菌转化法常用来将外源基因转入_细胞，具体操作时，先要将目的基因插入农杆菌_质粒的T。DNA中，然后
23、用该农杆菌感染植物细胞。农杆菌在自然条件下，不容易感染_植物。农杆菌侵染植物,能够将目的基因插入植物细胞的_上。（2）将重组质粒导入动物细胞，常采用_的方法.若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA）的能力极弱.所以，用表达载体转化大肠杆菌时，常先用_处理大肠杆菌，使较多的细胞成为_细胞以利于表达载体的进入。（3）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_(变异类型)。解析（1)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,先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T.DNA中，然后用该农杆菌感染
24、植物细胞.农杆菌在自然条件下,不容易感染单子叶植物。农杆菌侵染植物后，能够将Ti质粒上的T.DNA携带的目的基因插入到植物细胞的染色体DNA上。（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杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱。所以，用表达载体转化大肠杆菌时，常先用Ca2处理大肠杆菌，使较多的细胞成为感受态细胞以利于表达载体的进入.（3）基因工程的原理为基因重组.答案（1）植物Ti单子叶染色体DNA（2)显微注射Ca2感受态（3）基因重组目的基因的检测与鉴定背景材料目的基因在受体细胞内能够维
25、持稳定和表达其遗传特性，需要逐步进行检测。示意图如下：目的基因的检测示意图思考交流1上图采用_技术,目的是要检测什么?提示：DNA分子杂交检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因.2什么是基因探针?提示：一段用放射性同位素标记，且与目的基因或特定的靶分子序列互补的核酸序列。如果出现杂交带，就表明目的基因已插入染色体DNA中或已经转录出了mRNA.3如果要检测目的基因是否转录出了mRNA，需要采用_技术,与基因探针杂交的是什么物质？提示：分子杂交从受体植物中提取的mRNA。4检测目的基因是否翻译成蛋白质,采用_法.具体做法又如何？提示：抗原抗体杂交从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进
26、行抗原抗体杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。归纳总结 1操作目的目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道.这是基因工程的第四步工作，也是检查基因工程是否做成功的一步。2目的基因的检测与鉴定的方法比较类型检测内容方法结果显示分子水平检测目的基因是否插入转基因生物的DNA上DNA分子杂交技术（DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带目的基因是否转录出mRNA核酸分子杂交技术（DNA和mRNA之间)目的基因是否翻译成蛋白质抗原-抗体杂交（蛋白质和蛋白质之间)个体生物学水平鉴定是否具有抗性及抗性程度对转基因生物进行抗性的接种实验是否赋予了预
27、期抗性或蛋白质活性基因工程产品与天然产品的功能活性是否相同比较基因工程产品与天然产品的功能活性注意：DNA分子杂交和核酸分子杂交(DNA和mRNA之间）的依据均是碱基互补配对原则.探针就是用放射性同位素或荧光分子标记的含目的基因的单链DNA片段。1下列关于目的基因表达情况检测与鉴定方法中错误的是（）A用显微镜观察染色体的形态和结构，从而检测受体细胞是否导入了目的基因B采用分子杂交技术检测目的基因是否转录出了mRNAC用相应的抗体进行抗原抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质D做抗虫或抗病的接种实验检测转基因生物是否具有抗性以及抗性的程度A检测受体细胞是否导入了目的基因，用显微镜观察不到，但可以利
28、用DNA分子杂交技术检测，A错误；采用分子杂交技术检测目的基因是否转录出mRNA，B正确；通过抗原抗体杂交检测目的基因是否翻译成了蛋白质，C正确;做抗虫或抗病的接种实验检测转基因生物是否具有抗性以及抗性的程度，D正确。2。 下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图，以下相关叙述，正确的是()A过程中使用了限制酶和DNA聚合酶B过程利用了细胞膜的结构特性，在光学显微镜下观察细胞中的重组Ti质粒是筛选标志之一C应用DNA探针技术，可检测细胞中目的基因是否表达D一般情况下，只要表现出抗虫性状，就表明植株发生了可遗传变异D过程表示基因表达载体的构建，该过程中使用了限制酶和DNA连接酶，A错误；光学显微镜下无法观察到重组Ti质粒，该基因工程可以从个体生物学水平上进行鉴定，即检测植株的叶片是否具有抗虫效果，B错误；检测细胞中目的基因是否表达需要利用抗原-抗体杂交技术,C错误；一般情况下，只要表现出抗虫性状,就表明植株发生了可遗传变异，D正确。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1。基因工程的基本操作程序有：（1）目的基因的获取;(2)基因表达载体的构建；（3）将目的基因导入受体细胞;（4)目的
