高中生物第4章基因工程第2节基因工程的操作程序第2课时目的基因的导入和检测同步备课教学案北师大版Word格式文档下载.docx
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是指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的花粉管通道进入受体细胞，借助天然的种胚系统形成含有目的基因的种胚。
常用的两种方法有柱头滴加法和花粉粒携带法。
（2）实验：
利用花粉管通道法将目的基因导入棉花的实验操作程序
①原理：
授粉后使外源DNA能沿着花粉管通道渗入，经过珠心通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵细胞、合子或早期胚胎细胞。
②操作过程
a．提取含有目的基因的总DNA或者质粒DNA，配成质量分数为0.01%的溶液。
b．用棉线捆住将要在第二天开花的花朵，不让花朵自动开放。
c．第二天清晨给花朵进行人工授粉，授粉后套袋，作好标记。
d．0.5～1h后用一定浓度的DNA溶液涂抹柱头。
e．收获种子，种植，进行抗虫性检测。
（3）特点
①优点：
简单经济、快捷实用，且不受植物基因型的限制，理论上适用于任何开花植物。
②缺点：
工作效率较低，且后代的遗传情况较复杂。
2．氯化钙法
（1）适用条件：
运载体是质粒，受体细胞是大肠杆菌。
（2）作用原理：
氯化钙使大肠杆菌细胞成为感受态细胞，细胞膜的通透性发生变化，允许含有目的基因的运载体分子进入。
（3）过程
（4）结果：
短时间内获得大量的目的基因及目的基因的表达产物。
3．农杆菌介导的遗传转化法
（1）农杆菌：
是一种土壤细菌，侵染植物细胞后，会使植物组织形成肿瘤，受感染的细胞可产生正常细胞不能产生的生物碱，是农杆菌生长所必需的碳源和氮源。
（2）原理：
农杆菌的Ti质粒上的T DNA可以转移到受体细胞，插入植物基因组，引起植物细胞的变化。
（3）过程：
目的基因插入到Ti质粒的T DNA上
农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达。
（4）应用：
在植物转基因技术中占据主导地位，特别是在双子叶植物上尤为普遍。
（5）优点：
转化频率高、成本低、操作简单，而且转基因后代的遗传组成比较容易分析。
4．基因枪法
将连接到载体上的目的基因的DNA溶液与金粉或钨粉共同保温，使DNA吸附于金属颗粒表面，然后，在一个真空的小室中，利用高压放电将带有基因的金属颗粒轰击进入受体，实现转基因的目的。
小贴士 当受体细胞是动物细胞时，经常采用显微注射技术：
目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的转基因动物。
下图是农杆菌转化法的示意图，请分析：
1．在用土壤农杆菌介导的遗传转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么要将目的基因插入到Ti质粒的T DNA上？
答案 农杆菌中的Ti质粒上的T DNA（可转移的DNA）可转移至受体细胞，并且能插入到植物的基因组中。
2．将基因表达载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞才更有利于导入？
答案 基因表达载体（重组质粒）导入农杆菌细胞时，要用氯化钙处理农杆菌细胞，使其处于感受态，更有利于重组质粒的导入。
3．植物基因工程常用的受体细胞可以是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵，为什么？
答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程形成完整植物体，因此受体细胞可以是体细胞；
动物体细胞的全能性受到严格限制，因此，动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。
1．下列有关目的基因导入的叙述中，不正确的是（ ）
A．我国科学家培育抗虫棉时目的基因的导入使用的是花粉管通道法
B．基因枪法和花粉管通道法的共同特征是都可以导入单纯的目的基因
C．当运载体是质粒，大肠杆菌是受体细胞时可以利用氯化钙法导入目的基因
D．农杆菌能够将目的基因导入受体细胞的结构是T DNA
答案 B
解析 基因枪法是将连接到载体上的目的基因的DNA溶液吸附于金属颗粒表面后，送入受体细胞中的，不是单纯的目的基因。
2．将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采用的方法是（ ）
A．显微注射技术 农杆菌介导的遗传转化法
B．基因枪法 花粉管通道法
C．农杆菌介导的遗传转化法 显微注射技术
D．基因枪法 显微注射技术
答案 D
解析 玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，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技术。
二、目的基因的检测与表达产物的测定
1．形态检测
（1）检测目的基因的表型性状：
直接根据目标性状的有无判断目的基因是否表达。
（2）检测报告基因的表型性状：
在构建表达载体时，把一个报告基因（抗生素抗性基因或荧光标记基因）与目的基因连在一起，通过检测报告基因的表达情况，来间接检测目的基因的表达。
2．分子检测
（1）检测目的基因是否整合到受体生物基因组中
①PCR检测：
根据目的基因的序列设计引物，常用PCR技术对基因进行扩增，如果能扩增出目的基因片段，说明目的基因已整合到受体细胞中。
②分子杂交检测：
把目的基因片段进行放射性同位素标记或进行生物素荧光标记，用标记好的基因段作探针，与受体生物的基因组DNA进行杂交，如果有杂交斑点，说明目的基因已经被导入受体细胞。
（2）检测目的基因是否转录和翻译：
提取目的基因的mRNA，检测目的基因的转录情况，分离目的基因编码的蛋白质，检测目的基因的表达情况。
下图是用基因探针检测目的基因的示意图，据图分析：
1．图中的基因探针的本质是什么？
答案 用放射性同位素或生物素荧光标记好的目的基因的单链片段。
2．DNA分子杂交的原理是什么？
除了用于目的基因的检测与鉴定以外，试举例说明还有哪些应用？
答案 碱基互补配对原则。
还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。
3．可不可以用这种探针检测目的基因是否转录？
如何检测？
答案 可以。
从转基因生物中提取的是mRNA，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。
4．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？
答案 用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。
3．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，只有通过检测和鉴定才能知道。
下列属于目的基因检测和鉴定的是（ ）
①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录出mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A．①②③B．②③④
C．①③④D．①②④
答案 C
解析 目的基因的检测包括：
检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针与基因组DNA杂交，还可用PCR检测。
检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是DNA—mRNA杂交。
最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。
4．下表有关基因表达的选项中，不可能的是（ ）
选项
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
解析 兔成熟红细胞中无细胞核和核糖体，所以兔血红蛋白基因在兔成熟红细胞中不能表达产生兔血红蛋白。
目的基因的导入
目的基因的检测与表达
1．我国科技工作者利用基因工程方法成功培育出抗虫棉，下列导入目的基因的做法，正确的是（ ）
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④花粉管未愈合前，剪去柱头，滴加编码毒素蛋白的DNA序列，使其借助花粉管通道进入受体细胞
A．①②B．②③
C．③④D．①④
解析 基因工程一般要经历四个步骤：
首先获得目的基因，即获得编码毒素蛋白的DNA序列，再将其与运载体（质粒）结合，形成重组质粒。
然后，把它导入受体细胞（棉的体细胞或受精卵），随着受体细胞繁殖而复制，最终表达出所需要的性状。
2．下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中，不正确的是（ ）
A．常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细胞，遗传物质相对较少
B．受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态
C．感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D．感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可，没必要用缓冲液
解析 将基因表达载体导入微生物细胞时，需在一定条件（如适宜的温度、pH等）下，将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养，在培养过程中，可能会影响pH的变化，因此要加入缓冲液，以保持适宜的pH。
3．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。
下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中的表达的是（ ）
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
解析 基因表达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达。
A、C项只能说明完成了目的基因的导入，B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。
4．检测转基因生物是否转录出mRNA，应通过何种分子杂交方法实现（ ）
A．DNA—DNA杂交
B．DNA—RNA杂交
C．RNA—蛋白质杂交
D．抗原—抗体杂交
解析 A、B、D三项分别是在复制、转录和翻译水平上检测基因工程是否成功，C项所述分子杂交方法是不存在的。
5．萤火虫能发光是因为萤火虫体内通过荧光素酶催化的系列反应所产生的现象。
如果荧光素酶存在于植物体内，也能使植物体发光，一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的。
但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内生产荧光素酶。
请你根据已知的知识回答下列有关问题：
（1）获取目的基因通常有两种途径，分别为________________________。
（2）在该过程中需要多种酶的参与，其中包括____________________________________等。
（3）下列可作为受体细胞的生物有（ ）
A．土壤农杆菌B．结核杆菌
C．噬菌体D．病毒
（4）在此转基因工程中，是由质粒
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