高中生物 第一章 基因工程 第2課時 基因工程的實施過程課件 蘇教版選修3

1、1第一章 基因工程第2課時基因工程的實施過程2學(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡述基因工程的原理。2.簡述獲取目的基因的方法。3.簡述構(gòu)建基因表達載體的過程。4.簡述將目的基因?qū)胧荏w細胞的過程。5.簡述目的基因的檢測與鑒定。3基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué)重點難點探究隨堂達標(biāo)檢測欄目索引4基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué)答案一、基因工程的基本技術(shù)操作基因工程涉及哪些技術(shù)操作？答案主要包括：獲取目的基因、構(gòu)建基因表達載體、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測和鑒定等步驟。二、獲取目的基因閱讀教材內(nèi)容，回答相關(guān)問題：1.什么是目的基因？答案主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。52.獲取目的基因的常用方法有哪些？答案(1)從基因文

2、庫中獲?。?2)利用PCR技術(shù)擴增目的基因；(3)化學(xué)方法直接人工合成等。3.什么是基因文庫？如何構(gòu)建基因文庫？答案先用酶切等方法將某種生物細胞的整個基因組DNA切割成大小合適的片段，再分別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體并儲存起來，這樣每個受體菌可能分別含有該種生物的不同基因，這個群體被稱為基因文庫。答案64.基因文庫包括 和 兩種，二者有何不同？答案基因組文庫包含了某種生物全部的基因，部分基因文庫只包含了某種生物的部分基因。5.如何從基因文庫中獲取某種目的基因呢？答案只要根據(jù)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA、基因的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等信息，就可以直接從

3、基因文庫中獲取目的基因。6.什么是PCR技術(shù)？其原理是什么？答案PCR是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫。這項技術(shù)是在體外通過酶促反應(yīng)有選擇地大量擴增目的基因或DNA序列的技術(shù)。原理是DNA分子半保留復(fù)制。答案基因組文庫部分基因文庫7答案7.分析下面DNA的復(fù)制過程示意圖，并填空。DNA復(fù)制是一個邊解旋邊復(fù)制的過程，以解開的每一段母鏈為 ，在 等酶的作用下，利用細胞內(nèi)游離的 為原料，按照堿基互補配對原則，各自合成與母鏈互補的一段子鏈，復(fù)制結(jié)束后，一個DNA分子就形成了兩個完全相同的DNA分子。模板DNA聚合酶四種脫氧核苷酸88.結(jié)合上述過程，總結(jié)利用PCR技術(shù)進行DNA復(fù)制需要哪些條件？ 答案引物、模板D

4、NA、四種脫氧核苷酸和熱穩(wěn)定DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)，及嚴(yán)格控制的溫度條件等。答案99.分析右圖PCR技術(shù)示意圖，并填空。(1)變性：加熱至94 ，使DNA中的 鍵斷裂，雙鏈解開。(2)退火(復(fù)性)：冷卻至55 ， 與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合。(3)延伸：加熱至72 ，在 酶的作用下，沿模板延伸子鏈，最終合成2條DNA分子。答案氫引物DNA聚合1010.若PCR過程中，擴增循環(huán)的次數(shù)是n，則目的基因的量將被擴增 倍。11.對于比較小的 ，在弄清 后，通過DNA合成儀直接人工合成。答案2n目的基因脫氧核苷酸序列11三、構(gòu)建基因表達載體閱讀教材，回答相關(guān)問題：1.基因工程的核心是什么？答案基

5、因工程的核心是構(gòu)建基因表達載體。2.由基因表達載體模式圖可以看出，基因表達載體除含有目的基因外，還必須有 、 、 、復(fù)制原點等。目的基因插在 和 之間。答案基因表達載體模式圖啟動子終止子標(biāo)記基因啟動子終止子123.請嘗試分析各結(jié)構(gòu)的作用。答案(1)啟動子：位于目的基因上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶識別、結(jié)合的部位。它驅(qū)動基因的轉(zhuǎn)錄活動，并引發(fā)相應(yīng)的mRNA合成。(2)終止子是一段特殊的DNA片段，是載體上終止目的基因轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列。(3)標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，以便篩選出含有目的基因的細胞。常用的標(biāo)記基因主要是抗性基因、某些生化表型基因。答案134.對切割質(zhì)

6、粒和目的基因的酶有何要求？答案用同一種限制酶切割含目的基因的DNA分子和質(zhì)粒，這樣形成的黏性末端相同。5.終止子與終止密碼子有何不同？答案終止子是DNA分子上決定轉(zhuǎn)錄停止的一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段；答案終止密碼子是指mRNA分子上決定翻譯停止的三個相鄰堿基。14四、導(dǎo)入目的基因1.閱讀教材，比較各類目的基因?qū)胧荏w細胞的方法，并填寫下表。答案生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法 法 法 法受體細胞 轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入Ti質(zhì)粒的 上農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細胞融合到受體細胞染色體的 上表達將含有目的基因的表達載體提純?nèi)∈芫?受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動物Ca2處理細胞_ 細胞重組表達載體與感受

7、態(tài)細胞混合感受態(tài)細胞吸收 _農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化顯微注射Ca2處理體細胞受精卵原核細胞T-DNADNA顯微注射感受態(tài)DNA分子152.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法主要適用于哪些生物？答案主要適用于雙子葉植物和裸子植物。五、檢測和鑒定目的基因閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，回答問題。1.基因的功能是什么？答案基因通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，并通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，控制蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物的個體性狀表現(xiàn)。答案162.目的基因在受體細胞內(nèi)能夠維持穩(wěn)定和表達其遺傳特性，需要逐步進行檢測。分析下面示意圖，回答問題。答案(1)上圖采用 法，目的是要檢測什么？答案檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因。(2)什么是基因探針？答案一段

8、用放射性同位素標(biāo)記，且與目的基因或特定的靶分子序列互補的核酸序列。如果出現(xiàn)雜交帶，就表明目的基因已插入染色體DNA中或已經(jīng)轉(zhuǎn)錄出了mRNA。DNA分子雜交17(3)如果要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA分子，還應(yīng)該從 水平檢測重組體，此時與基因探針雜交的是什么物質(zhì)？答案從待測轉(zhuǎn)基因生物細胞中提取的mRNA分子。答案(4)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)：采用 法。具體做法又如何？答案從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)， 用相應(yīng)的抗體進行抗原抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品。RNA抗原抗體雜交183.細胞中合成相應(yīng)蛋白質(zhì)，生物體卻不一定呈現(xiàn)特定的性狀。答案觀察圖示，判斷抗蟲棉的接種實驗屬

9、于 鑒定，通過做抗蟲(或抗病)的接種實驗，以確定是否具有抗性及抗性的程度。個體水平返回19重點難點探究一、利用PCR技術(shù)擴增目的基因樣品DNA經(jīng)PCR技術(shù)擴增，可以獲取大量DNA分子克隆。在試管中進行DNA的人工復(fù)制(如圖)。可以在很短的時間內(nèi)，將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍，使實驗室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活動的生物體。據(jù)圖回答下列問題：20(1)PCR技術(shù)的原理是_，圖中A過程表示_。(2)某樣品DNA中共含3 000個堿基對，堿基數(shù)量滿足：(AT)(GC)1/2，現(xiàn)欲得到100個與樣品相同的DNA，至少需要向試管中加入_個腺嘌呤脫氧核苷酸。(3)A過程也稱為DNA的變性，此過程在溫度高

10、達9095 時才能完成，說明DNA分子具有_性。利用PCR技術(shù)獲取目的基因的前提是_。DNA分子半保留復(fù)制DNA解旋99 000穩(wěn)定要有一段已知的目的基因核苷酸序列解析答案21(4)由圖中信息分析可知，催化C過程的酶是_，它與正常細胞里的酶的區(qū)別是_。解析PCR技術(shù)是利用DNA雙鏈半保留復(fù)制的原理，將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)形式增加。其前提是要有一段已知的目的基因核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物。擴增的過程是目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合，然后在耐高溫的DNA聚合酶的作用下進行延伸，如此重復(fù)循環(huán)結(jié)合，使目的基因呈指數(shù)形式擴增。熱穩(wěn)定DN

11、A聚合酶(或TaqDNA聚合酶)能耐高溫22二、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用為擴大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，沿海灘涂鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽堿基因培育出了耐鹽堿水稻新品系。請據(jù)圖回答下列問題：23(1)獲取真核生物的基因通常采用人工合成法，通過圖示中方法合成的耐鹽堿基因中是不含_的，如果要將耐鹽堿基因和質(zhì)粒重組，應(yīng)該在基因兩側(cè)的A和B位置除了接上以上兩個結(jié)構(gòu)外還需分別加入_限制酶識別序列，這樣設(shè)計的優(yōu)點有利于質(zhì)粒和目的基因定向連接。啟動子和終止子EcoR、Sma答案24答案(2)在步驟過程中都需用_處理兩類細菌。(3)圖示中構(gòu)建基因表達載體完成后為什么沒有直接導(dǎo)入農(nóng)桿菌，而是先將其導(dǎo)

12、入大腸桿菌？_。Ca2目的是獲取大量重組質(zhì)粒(讓目的基因擴增)。常采用大腸桿菌等原核生物作為受體細胞，因為原核生物繁殖快，多為單細胞，遺傳物質(zhì)相對較少，有利于目的基因的復(fù)制與表達25答案(4)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是_植物。利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點，能實現(xiàn)_。具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T-DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移至受體細胞并整合到受體細胞_上的特點，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到_(部位)即可。單子葉將目的基因?qū)胫参锛毎鸗-DNA片段(內(nèi)部)染色體的DNA26答案(5)根據(jù)T-DNA這一轉(zhuǎn)移特點，推測該DNA片段上可能含有控制_ (酶)合成的基因。(6)結(jié)

13、合農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化過程，分析該過程中進行了哪些拼接和導(dǎo)入？_。DNA連接酶、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中有兩次拼接和兩次導(dǎo)入。第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒上T-DNA的中間部位，第二次拼接非人工操作，指被插入目的基因的T-DNA拼接到受體細胞的染色體DNA上；第一次導(dǎo)入是將含目的基因的Ti質(zhì)粒重新導(dǎo)入農(nóng)桿菌，第二次導(dǎo)入非人工操作，是指含目的基因的T-DNA進入受體細胞限制酶27答案(7)結(jié)合目的基因?qū)爰毦椭参锏倪^程，分析目的基因在受體細胞內(nèi)的存在形式一般有哪幾種？答案 目的基因在受體細胞內(nèi)的存在形式一般有以下兩種：28三、檢測和鑒定目的基因1.基因探針： 以DNA分子中目的基因的 為探針，用放射性同位

14、素或熒光分子等進行標(biāo)記，根據(jù) 原則，與被檢測DNA分子進行 ，看是否形成雜交帶。2. ：用標(biāo)記的基因探針與轉(zhuǎn)基因生物基因組中的DNA進行堿基互補配對。3. ：用標(biāo)記的基因探針與轉(zhuǎn)基因生物細胞中提取的mRNA進行堿基互補配對。4. ：利用目的基因合成的蛋白質(zhì)導(dǎo)入動物體內(nèi)，制備單一抗體，與轉(zhuǎn)基因生物細胞中提取的蛋白質(zhì)能進行特異性地識別并結(jié)合。答案返回一條單鏈堿基互補配對堿基互補配對DNA分子雜交法分子雜交技術(shù)抗原抗體雜交法291.下列關(guān)于基因文庫的說法，錯誤的是()A.可分為基因組文庫和部分基因文庫B.可以從基因文庫中獲取基因工程所需的目的基因C.基因組文庫的基因在不同物種之間均可進行基因交流D.

15、同種生物的部分基因文庫基因數(shù)量較基因組文庫基因數(shù)量少解析基因組文庫只有部分基因能夠在不同物種之間進行基因交流。 隨堂達標(biāo)檢測1234C解析答案5302.下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是()從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴增目的基因逆轉(zhuǎn)錄法通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成目的基因A. B.C. D.解析PCR技術(shù)利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理，即將雙鏈DNA之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為聚合反應(yīng)的模板鏈。逆轉(zhuǎn)錄法則是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，先逆轉(zhuǎn)錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈的DNA。均不需要模板。解析答案1234D5313.在基因工程技術(shù)

16、中，需要用到CaCl2處理的環(huán)節(jié)是()A.目的基因的提取和導(dǎo)入B.目的基因與載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細胞D.目的基因的檢測與表達解析將目的基因?qū)朐松锸荏w細胞時，首先用Ca2處理細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后在一定條件下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化。C解析答案12345324.基因工程中因受體細胞不同，目的基因?qū)氲姆椒ㄒ膊煌?，下列敘述不正確的是()A.將目的基因?qū)朊藁毎麅?nèi)常用花粉管通道法B.將目的基因?qū)肜鲜蠹毎麅?nèi)常用顯微注射法C.將目的基因?qū)氪竽c桿菌內(nèi)常用感受態(tài)細胞轉(zhuǎn)化法D.將目的基因?qū)胄←溂毎麅?nèi)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法解析小麥?zhǔn)菃巫尤~植物，其受傷后不能分泌酚類物質(zhì)，農(nóng)桿菌對它沒有感染能力。1234D5解析答案