高中生物人教版选修三教学案专题1 12 基因工程的基本操作程序 Word版含答案.docx

资源描述

高中生物人教版选修三教学案专题1 12 基因工程的基本操作程序 Word版含答案.docx

《高中生物人教版选修三教学案专题1 12 基因工程的基本操作程序 Word版含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中生物人教版选修三教学案专题1 12 基因工程的基本操作程序 Word版含答案.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中生物人教版选修三教学案专题1 12 基因工程的基本操作程序 Word版含答案.docx

高中生物人教版选修三教学案专题112基因工程的基本操作程序Word版含答案

1.基因表达载体的构建是基因工程的核心，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等。

2．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。

3．将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法（Ca2＋处理法）。

4．检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交技术；检测是否转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原一抗体杂交技术。

一、基因工程的基本操作程序

目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。

二、目的基因的获取

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）基因文库的种类：

①基因组文库：

包含一种生物的所有基因。

②部分基因文库：

包含一种生物的一部分基因。

2．利用PCR技术扩增

（1）原理：

DNA双链复制。

（2）过程：

3．人工合成

（1）条件：

基因比较小，核苷酸序列又已知。

（2）方法：

通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。

三、基因表达载体的构建

1．构建基因表达载体的目的

（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）使目的基因能够表达和发挥作用。

2．基因表达载体的组成[填图]

四、将目的基因导入受体细胞

1．导入植物细胞

（1）农杆菌转化法：

①原理：

农杆菌Ti质粒上的TDNA可整合到受体细胞的染色体DNA上。

②适用范围：

主要适用于双子叶植物和裸子植物。

（2）基因枪法：

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）常用方法：

显微注射技术。

（2）受体细胞：

受精卵。

3．导入微生物细胞

（1）方法：

感受态细胞法，即用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）。

（2）常用原核生物作为受体细胞的原因：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

五、目的基因的检测与鉴定

1．分子水平的检测[连线]

2．个体水平的鉴定

（1）抗虫或抗病的接种实验。

（2）对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较。

1．基因工程主要操作步骤的顺序是（　　）

①基因表达载体的构建

②将目的基因导入受体细胞

③目的基因的检测与鉴定

④目的基因的获取

A．③②④①　　　　　　　B．②④①③

C．④①②③D．③④①②

[解析]选C　基因工程的主要操作步骤顺序是：

目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定。

2．基因工程的核心是（　　）

A．目的基因的获取

B．基因表达载体的构建

C．将目的基因导入受体细胞

D．目的基因的检测与鉴定

[解析]选B　基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。

3．如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是（　　）

A．基因表达载体的构建是在生物体外完成的

B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别

C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位

D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因

[解析]选B　由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，所以基因表达载体的构建也会有所差别，不可能千篇一律。

4．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，错误的是（　　）

A．基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效

B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法

C．大肠杆菌最常用的转化方法，是使细胞的生理状态发生改变

D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法

[解析]选A　不同受体细胞导入目的基因的方法不同，每种方法都有利弊。

目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济和有效；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；目的基因导入大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化。

5．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，只有通过鉴定与检测才能知道。

下列属于目的基因检测和鉴定的是（　　）

①检测受体细胞中是否有目的基因　②检测受体细胞中是否有致病基因　③检测目的基因是否转录出了mRNA④检测目的基因是否翻译成蛋白质

A．①②③B．②③④

C．①③④D．①②④

[解析]选C　目的基因的分子检测包括三个方面：

①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了相应的mRNA，方法也是使用基因探针与之杂交；③检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质，常用的方法是抗原－抗体杂交。

1．获取目的基因方法的比较

方法

基因文库的构建

PCR技术扩增

人工合成

基因组文库

部分基因文库（如cDNA文库）

过程

优

点

操作简单

专一性强

可在短时间内大量扩增目的基因

专一性强，可产生自然界中不存在的新基因

缺点

工作量大、盲目性大、专一性差

操作过程较麻烦，技术要求过高

需要严格控制温度、技术要求高

适用范围小

2．PCR反应的过程

3．PCR技术与生物体内DNA复制的比较

比较项目

PCR技术

DNA复制

区别

解旋方式

DNA在高温作用下变性解旋

解旋酶催化

场所

细胞外（在PCR扩增仪内）

细胞内（主要在细胞核内）

酶

耐热的DNA聚合酶（Taq聚合酶）

DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等

温度条件

需控制温度，在较高温度下进行

细胞内温和条件

合成的对象

DNA片段或基因

DNA分子

联系

①模板：

均需要脱氧核苷酸链作为模　板进行物质合成

②原料：

均为四种脱氧核苷酸

③酶：

均需要DNA聚合酶进行催化

④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

4．基因表达载体的构建过程

（1）用同一种限制酶切割目的基因和质粒，使其产生相同末端。

（2）将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组DNA分子（重组质粒）。

构建过程如下图所示：

[题组冲关]

1．（全国卷Ⅱ）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。

通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。

回答下列问题：

（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是________________。

（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是________________________________。

（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是____________________________________（答出两点即可）。

（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是____________。

（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是________________________。

[解析]

（1）与老叶相比，嫩叶组织细胞易破碎，容易提取到几丁质酶的mRNA。

提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。

（2）以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。

（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需的启动子。

（4）DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。

（5）若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。

[答案]

（1）嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解　

（2）在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA　

（3）目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子　（4）磷酸二酯键　

（5）目的基因的转录或翻译异常

2．（海南高考）下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。

据图回答：

（1）获得A有两条途径：

一是以A的mRNA为模板，在________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在________的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的________序列，再通过化学方法合成所需基因。

（2）利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有________、________、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。

（3）由A和载体B拼接形成的C通常称为____________。

（4）在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是_____________________________________________。

[解析]

（1）利用逆转录法合成目的基因的过程是：

以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：

根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。

（2）PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。

（3）目的基因和载体结合，形成基因表达载体。

（4）在利用大肠杆菌作受体细胞时，需要先用Ca2＋处理，使之成为感受态细胞，有利于吸收重组DNA分子。

[答案]

（1）逆转录　DNA聚合酶　氨基酸　脱氧核苷酸　

（2）引物　模板（A基因）　（3）基因表达载体　（4）使其成为感受态细胞，有利于吸收重组DNA分子

1．将目的基因导入受体细胞的方法比较

生物

类型

植物

动物

微生物

受体

细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

常用

方法

农杆菌转化法、

基因枪法、花粉

管通道法

显微注射技术

感受态细胞法

转化

过程

以农杆菌转化法为例：

将目的基因插入Ti质粒的TDNA上

↓

转入农杆菌

↓

导入植物细胞

↓

整合到受体细胞的DNA上

提取含目的基

因的表达载体

↓

显微注射

↓

受精卵发育

↓

具有新性

状的个体

Ca2＋处理细胞

↓

感受态细胞

↓

基因表达载体与

感受态细胞混合

↓

感受态细胞

吸收DNA分子

2．目的基因的检测与鉴定归纳

3．不同分子检测的原理、场所、探针的异同

（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、目的基因是否转录时，用的探针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。

[名师点拨]　关注基因工程操作过程的四个易误点

（1）限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同：

获取一个目的基因需限制酶剪切2次，共产生4个黏性末端或平末端，切割质粒一般只需要限制酶剪切1次，产生2个黏性末端或平末端，因为质粒是环状DNA分子，而目的基因在DNA分子链上。

（2）切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶：

如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时，在DNA连接酶的作用下，目的基因与载体也可以连接起来。

（3）目的基因的插入点不是随意的：

基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

（4）基因工程操作过程中只有第三步“将目的基因导入受体细胞”没有碱基互补配对现象；第一步利用逆转录法获得DNA，第二步中的黏性末端连接，第四步利用分子水平杂交的方法检测，均存在碱基互补配对现象。

[题组冲关]

3．（重庆高考）如图为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．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与

B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上

C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状

D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异

[解析]选D　构建重组质粒需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，不需要DNA聚合酶。

含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒的TDNA整合到受体细胞的染色体上，而不是重组Ti质粒整合到受体细胞的染色体上。

导入受体细胞的目的基因表达后，转基因植株方能表现出相应性状，若目的基因在受体细胞中不表达，转基因植株不能表现出相应性状。

⑤表现出抗虫性状则表明该植株细胞发生了基因重组，基因重组是可遗传变异。

4．（天津高考）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。

下图是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。

（1）为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取______合成总cDNA，然后以cDNA为模板，使用PCR技术扩增HSA基因。

下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。

（2）启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是________（填写字母，单选）。

A．人血细胞启动子　　　　B．水稻胚乳细胞启动子

C．大肠杆菌启动子D．农杆菌启动子

（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是________________________________________________________________________。

（4）人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。

与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是__________________________________________。

（5）为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与______的生物学功能一致。

[解析]

（1）要想合成总cDNA，需要采集人的血液获得总RNA。

由于DNA的复制只能从脱氧核苷酸单链的5′端向3′端延伸，因而引物均应结合在DNA单链的3′端，而DNA的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位置和方向。

（2）若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。

由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特异性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。

（3）酚类物质能吸引农杆菌，因此在水稻受体细胞中添加

该类物质，能吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的成功转化。

（4）途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞，途径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。

由于人体合成的初始HSA多肽需要经膜系统加工形成正确的空间结构才有生物活性，所以选择途径Ⅰ获取rHSA更具有优势。

（5）rHSA是基因工程的产物，其是否具有医用价值，还需要在个体水平上进一步确认其与HSA的生物学功能是否一致。

[答案]

（1）总RNA（或mRNA）　如图所示

（2）B　（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化　（4）水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工　（5）HSA

[随堂基础巩固]　

1．下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（　　）

①从基因文库中获取目的基因　②利用PCR技术扩增目的基因　③反转录法　④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成

A．①②③④　　　　　　　　B．①②③

C．①②④D．②③

[解析]选D　PCR利用的是DNA双链复制原理，即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板。

反转录法则是以目的基因转录成的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，先反转录形成互补的单链DNA，再合成双链DNA。

①、④均不需要模板。

2．下列关于基因表达载体及其构建的相关叙述，错误的是（　　）

A．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

B．目的基因主要是指编码所需蛋白质的结构基因

C．构建基因表达载体需用限制酶和DNA连接酶

D．构建基因表达载体必须在细胞内进行

[解析]选D　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；基因表达载体的构建是目的基因与载体结合，在此过程中需用同种限制酶切割目的基因与载体，用DNA连接酶将相同的末端连接起来；基因表达载体的构建是在细胞外进行的。

3．利用外源基因在受体细胞中表达可生产人类所需的产品。

下列选项中能说明目的基因完成表达的是（　　）

A．棉花细胞中检测到载体上的标记基因

B．山羊乳腺细胞中检测到人的生长激素基因

C．大肠杆菌中检测到人的胰岛素基因转录出的mRNA

D．酵母菌细胞中提取到人的干扰素

[解析]选D　目的基因完成表达是指目的基因在细胞中合成相应的蛋白质，在酵母菌细胞中提取到人的干扰素，说明导入酵母菌中的人的干扰素基因完成了表达。

4．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。

在基因操作的基本步骤中，无需进行碱基互补配对的步骤是（　　）

A．人工合成目的基因

B．基因表达载体的构建

C．将目的基因导入受体细胞

D．目的基因的检测与鉴定

[解析]选C　将目的基因导入受体细胞过程中没有进行碱基互补配对。

5．下面甲、乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法错误的是（　　）

A．甲方法可建立该细菌的基因组文库

B．乙方法可建立该细菌的cDNA文库

C．甲方法需要DNA连接酶，而不需要限制酶

D．乙方法需要逆转录酶参与

[解析]选C　甲方法是以细菌中的DNA为基础，用限制酶进行切割，获得细菌所有的基因，因此，可以建立基因组文库，并且能从中选出所需要的目的基因。

乙方法是用逆转录的方法人工合成目的基因，通过这种方法只能得到生物的部分基因，组成的是该细菌的cDNA文库。

6．抗菌肽对治疗癌症有一定的作用，下图表示抗菌肽合成过程。