学年高中生物浙科版选修三教师用书第1章 基因工Word格式.docx

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从基因文库中获取。

2．形成重组DNA分子（如图）

据上图填充以下相关内容：

1．表述图示重组载体中的ampR（标记基因）有何作用？

【提示】　筛选、鉴定人乳铁蛋白基因是否导入受体细胞。

3．将重组DNA分子导入受体细胞（如图）

若上图中受体细胞为大肠杆菌，则导入过程的流程图为：

　　　受体细胞：

大肠杆菌

　　　　　↓氯化钙

　　　细胞壁的通透性增大

　　　　　↓

　　　重组质粒导入受体细胞

　　　目的基因随着受体细胞的繁殖而复制

4．筛选含有目的基因的受体细胞

利用载体上的标记基因进行筛选。

如质粒上含有四环素抗性基因，可把受体细胞接种在含四环素的培养基上筛选，以获取含目的基因的受体细胞。

5．目的基因的表达

目的基因（如胰岛素基因）

相应蛋白质（如胰岛素原

生物活性的胰岛素）。

2．基因工程中限制性核酸内切酶与DNA连接酶的作用场所是生物体内还是体外？

【提示】　在生物体外。

1．用PCR扩增目的基因时，目的基因的序列可以是未知的。

（×

）

【提示】　目的基因的序列应是已知的。

2．构建重组DNA分子时，只需限制性核酸内切酶即可完成重组过程。

【提示】　还需DNA连接酶等工具。

3．基因工程中的宿主细胞可以是植物细胞、动物细胞或微生物细胞。

（√）

4．抗虫棉的抗虫基因是否表达可用害虫感染抗虫棉进行检测。

5．CaCl2处理大肠杆菌，可使其细胞膜的通透性增加。

【提示】　增加其细胞壁的通透性。

目的基因的获取途径及重组DNA分子的构建

【问题导思】

①目的基因的获取方法有哪几种？

②PCR扩增技术与DNA复制有何区别？

③重组DNA分子重要组成部分有哪些？

1．获取目的基因方法

（1）从基因文库中获取目的基因

基因文库是指将含有某种生物不同基因的许多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。

（2）人工合成目的基因

①目的基因转录成的信使RNA通过逆转录合成单链DNA，再按碱基互补配对合成双链DNA（目的基因）。

②根据蛋白质中氨基酸序列推测信使RNA的碱基序列，再推测DNA碱基序列，最后通过DNA合成仪人工合成出目的基因。

由于一种氨基酸可对应一种或多种密码子，因此根据蛋白质中已知的氨基酸序列合成出的目的基因可能有多种，但并不影响目的基因表达的产物。

（3）利用PCR技术扩增目的基因

①原理：

DNA双链复制。

②扩增过程：

目的基因DNA受热→变性解旋为单链→引物与单链相应互补序列结合→在TaqDNA聚合酶作用下延伸→形成新的DNA分子→循环重复以指数形式扩增。

2．PCR技术与生物体内DNA复制的比较

项目

PCR技术

DNA复制

相

同

点

原理

DNA双链复制（碱基互补配对）

原料

四种游离的脱氧核苷酸

条件

模板、ATP、酶等

不

解旋方式

DNA在高温下变性解旋

解旋酶催化

场所

体外复制

主要在细胞核内

酶

热稳定的DNA聚合酶

细胞内含有的DNA聚合酶

温度条件

需控制温度，在较高温度下进行

细胞内温和条件

结果

在短时间内形成大量的DNA片段

形成整个DNA分子

3.重组DNA分子的构建

（1）构建重组DNA的目的：

使目的基因在受体细胞内稳定存在，并可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。

（2）构建方法（以质粒为例）：

用同一种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因，使其产生相同的粘性末端，加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。

（3）图例

用同一种限制性核酸内切酶（单酶切）分别切割目的基因与运载体是最简单的一种方法，因为切割后能产生相同的粘性末端，末端之间能发生碱基互补配对而形成重组DNA分子，操作简单，但连接后会出现两种不需要的连接产物：

目的基因—目的基因（环状）连接物、质粒—质粒（环状）连接物，加大了筛选的工作量。

所以可用两种不同限制性核酸内切酶（双酶切）分别同时切割含目的基因的DNA片段和质粒，这样可以防止目的基因与质粒自身连接体的产生，克服单酶切的缺点。

但由于每种限制性核酸内切酶作用的条件不同，一般两种酶不能同时使用，而是用完一种酶后就要更换另一种酶作用的外界条件，以保证酶的高效性，因此双酶切操作复杂。

　下图为某种质粒简图，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________________。

【思维导图】

【精讲精析】　

（1）将含有目的的基因的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—载体、载体—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，只有载体—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—载体连接物

（3）启动子　mRNA　（4）EcoRⅠ和BamHⅠ

　（2016·

台州高二期中）在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该目的基因的最佳方法是（　　）

A．以mRNA为模板逆转录合成DNA

B．以4种脱氧核苷酸为原料人工合成

C．将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选

D．由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA

【审题导析】　由题干关键信息“已知该目的基因碱基序列”可推出此段目的基因的脱氧核苷酸序列，用原料直接合成为最佳途径。

【精讲精析】　本题考查目的基因的获取途径。

在已知某小片段基因碱基序列的情况下，就能确定基因中脱氧核苷酸的排列顺序。

因此，获得该基因的最佳方法是在体外以4种脱氧核苷酸为原料人工合成基因。

【答案】　B

将重组DNA分子导入受体细胞

①不同受体细胞基因表达载体导入的方法是否相同？

②CaCl2处理大肠杆菌的目的是什么？

③对于动物而言，可否用体细胞（除受精卵外）作受体细胞？

1．受体种类不同，导入方法不同

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

农杆菌转化法

显微注射法

Ca2＋处理法

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化过程

目的基因插入Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA中→表达

目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

2.受体种类不同，所用的受体细胞种类也不同

（1）植物：

可以是受精卵，也可以是体细胞（可经植物组织培养成为完整的个体）。

（2）动物：

只能是受精卵（因为体细胞的全能性受到限制）。

　采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的方法正确的是（　　）

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将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵

A．①②B．③④　　　C．②③　　　D．①④

【审题导析】　毒素蛋白具有抗虫作用，但不能遗传，基因工程中导入受体细胞的应为含有抗虫基因的重组DNA分子。

【精讲精析】　基因工程中导入目的基因前，首先要获得目的基因（即题目中的编码毒素蛋白的DNA序列），然后要将目的基因与载体结合（即与细菌质粒重组）。

完成上述两步以后才能将目的基因导入受体细胞（即棉花的体细胞或受精卵），目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制，所以上述③④操作是正确的。

目的基因的检测与表达

①检测目的基因的方法有哪些？

②怎样对受体细胞进行筛选？

③目的基因表达的标志是什么？

1．直接检测方法

（1）检测目的基因翻译产物蛋白质：

可把生物体内蛋白质提取出来，利用抗原—抗体反应检测。

（2）检测目的基因转录的产物mRNA：

从生物体内提取mRNA，利用基因探针检测。

（3）检测生物的DNA分子是否插入目的基因：

从生物细胞中提取DNA，利用DNA探针技术检测。

（4）其他检测：

如从个体性状水平检测，把抗虫基因转入棉花细胞中，可让棉铃虫取食抗虫棉的叶片或棉铃直接检测。

以上为直接检测目的基因的方法，还可间接筛选检测。

2．筛选含有目的基因的受体细胞

（1）依据：

质粒上有抗生素的抗性基因。

（2）方法：

利用选择培养基筛选。

（3）举例

注意：

根据标记基因所控制的性状，筛选出含有目的基因的受体细胞的方法有许多，如：

①如果是抗性基因，可以直接用选择培养基筛选，存活的就是含有目的基因的受体细胞。

②根据菌落的颜色、形状等也可判断。

③通过如上的检测后，实际也不能确定细胞中就含有目的基因，因为可能有一些质粒并未插入目的基因。

3．目的基因的表达

目的基因能在受体细胞中保持稳定，并指导合成相应的蛋白质。

1．进行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再是转基因生物的基因组DNA，而是转基因生物的细胞内的mRNA；

进行翻译水平的检测，则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。

2．不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。

3．在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入