高中生物《将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定》导学案+课后练习题.docx

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高中生物《将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定》导学案+课后练习题

第2课时　将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定

[学习目标]　1.熟悉目的基因导入受体细胞的方法。

2.了解农杆菌转化法。

3.画出DNA分子杂交示意图。

4.目的基因的检测方法的比较。

知识点一　将目的基因导入受体细胞

知识梳理

1.转化的含义：

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。

2．将目的基因导入植物细胞

（1）

农杆菌转化法：

将目的基因导入

双子叶植物和裸子植物最常用的方法

①农杆菌特点：

当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的

酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的

Ti质料上的T－DNA（可转移的DNA）可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的

DNA上。

②受体细胞：

植物

体细胞或受精卵。

③操作过程：

将目的基因插入到

Ti质粒的TDNA上―→转入

农杆菌―→导入

植物细胞―→目的基因整合到

受体细胞染色体的DNA上―→目的基因表达。

（2）基因枪法：

适用于

单子叶植物，成本较高。

是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的

表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并

表达的方法。

（3）花粉管通道法：

我国科学家独创的方法花粉管通道法，就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去

柱头；然后，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。

该方法十分简单经济。

我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的。

3．将目的基因导入动物细胞

（1）方法：

显微注射技术，采用最多、最有效的方法。

（2）受体细胞：

动物的

受精卵。

（3）操作过程：

将含有

目的基因的表达载体提纯―→取卵（

受精卵）―→

显微注射―→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

新性状的动物。

4．将目的基因导入微生物细胞

（1）方法

①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将重组表达载体DNA分子溶于

缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。

（2）受体细胞：

原核生物（使用最广泛的是大肠杆菌）。

（3）原核生物的特点：

繁殖快、多为单细胞、

遗传物质相对较少等。

　植物基因工程常用的受体细胞为什么是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵？

提示：

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。

典题分析

题型一　农杆菌转化法的辨析

[例1]　农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。

如图为农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题：

（1）一般情况下农杆菌不能感染的植物是____________，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现____________________。

具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在TDNA片段，它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞____________上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到____________（部位）即可。

（2）根据TDNA这一转移特点，推测该DNA片段上可能含有控制______________________（酶）合成的基因。

（3）图示c过程中，能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是________类化合物。

（4）植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还可采取__________________________。

（至少写出两种）

解题分析　

（1）一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物。

利用其感染植物的特点，可实现将目的基因导入植物细胞。

可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌的Ti质粒上的TDNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能成功。

（2）根据TDNA这一转移特点，可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶、限制酶以实现与双子叶植物和裸子植物细胞染色体DNA的整合。

（3）植物细胞受伤后可产生酚类化合物，促进农杆菌向植物细胞转移。

（4）植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉管通道法等。

答案　

（1）单子叶植物　将目的基因导入植物细胞　染色体的DNA　TDNA片段（内部）

（2）DNA连接酶、限制酶　（3）酚

（4）基因枪法、花粉管通道法

题后归纳

农杆菌转化法中有两次拼接和两次导入。

第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的TDNA上，第二次拼接（非人工操作）是指插入目的基因的TDNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌，第二次导入（非人工操作）是指含目的基因的TDNA导入受体细胞。

题型二　含目的基因的受体细胞的筛选

[例2]　下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。

已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。

判断下列说法正确的是（　　）

A．将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射技术

B．将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的是导入了重组质粒的细菌

C．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A或重组质粒的细菌

D．目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长

解题分析　将目的基因导入细菌细胞中常用的方法是Ca2＋处理法，A错误；基因必须保持结构的完整性才能得以表达，质粒A和重组质粒中氨苄青霉素抗性基因结构完整，能够表达而使细菌具有对氨苄青霉素的抗性，所以在含有氨苄青霉素的培养基上能存活的是导入了质粒A或导入了重组质粒的细菌，C正确；由于将人的生长激素基因导入质粒的四环素抗性基因上，破坏了四环素抗性基因的完整性，导入了重组质粒的细菌对四环素没有抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入了质粒A的细菌，B错误；目的基因成功表达的标志是产生人的生长激素，D错误。

答案　C

技法提升

如何筛选出含有目的基因的受体细胞

（1）原理：

将目的基因插入含有两种抗生素抗性基因的载体时，如果插入到某种抗生素抗性基因内部，则会导致该抗生素抗性基因失活。

如图，目的基因插入到四环素抗性基因内部，则四环素抗性基因失活。

（2）被转化的细菌有三种：

含环状目的基因的细菌、含重组质粒的细菌、含质粒—质粒的细菌。

（3）筛选方法：

将转化后的细菌先放在含氨苄青霉素的培养基上培养，能生长的是含重组质粒的细菌和含质粒—质粒的细菌，如图1、2、3、4、5菌落，再利用灭菌的绒布影印到含有四环素的培养基上，如图能生长的菌落为2、3、4，则在含四环素培养基上不生长的即为含有目的基因的菌落，如图1、5。

最后，可在含氨苄青霉素的培养基上挑取1、5菌落进行培养。

知识点二　目的基因的检测与鉴定

知识梳理

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，只有通过检测和鉴定才能知道。

这是检查基因工程是否成功的一步。

2．目的基因的检测（分子水平检测）

（1）检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因

①方法：

DNA分子杂交技术（DNA与DNA之间）。

②探针：

放射性同位素标记的含有目的基因的

DNA片段。

③过程

a．提取转基因生物

基因组DNA；

b．制作

基因探针；

c．探针与基因组杂交；

d．观察是否出现

杂交带，如果显示杂交带，表明目的基因已插入染色体DNA上。

（2）检测目的基因是否转录出了mRNA

①方法：

分子杂交技术（DNA与RNA之间）。

②过程：

从转基因生物中提取

mRNA，与

基因探针进行杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。

（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质

①方法：

抗原—抗体杂交（蛋白质与蛋白质之间）。

②过程：

从转基因生物中提取

蛋白质，用相应的

抗体进行杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。

3．个体水平鉴定

（1）植物可进行抗虫或抗病的

接种实验，以确定是否有抗性以及抗性程度。

（2）基因工程产品可与天然产品的功能进行

活性比较，以确定转基因产品功能活性是否与天然产品相同。

　1.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？

提示：

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。

2．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？

提示：

用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。

3．β珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分，当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。

假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β珠蛋白。

想一想应该如何进行设计。

提示：

①提取β珠蛋白的mRNA。

②逆转录mRNA合成互补DNA，再进行DNA克隆。

③将目的DNA连接到载体（质粒）上，再转移到大肠杆菌细胞中。

④筛选出含有并表达目的基因的菌落。

⑤扩大培养大肠杆菌，表达目的β珠蛋白。

典题分析

题型三　目的基因检测与鉴定方法的判断

[例3]　在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是（　　）

A．通过观察害虫吃棉叶是否死亡

B．检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带

C．检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带

D．检测目的基因表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带

解题分析　A项属于个体生物学水平的鉴定，不是分子检测，A符合题意；B、C两项为分子检测，利用分子杂交技术，观察目的基因及目的基因转录形成的mRNA能否与DNA探针进行杂交形成杂交带，B、C不符合题意；D项也为分子检测内容，利用抗原—抗体杂交的原理，检测基因表达产物能否与特定抗体形成杂交带，D不符合题意。

答案　A

知识拓展

关于不同分子检测的原理、场所、探针的异同

（1）原理：

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，而是转基因生物细胞内的mRNA；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）场所：

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）探针：

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。

题型四　正确理解“表达”的含义

[例4]　1976年，美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达。

上述的“表达”是指该基因在大肠杆菌中（　　）

A．能合成人抗体基因及其mRNA

B．能进行转录

C．能控制合成人的生长抑制素释放因子

D．能合成人的生长激素

解题分析　基因的表达即控制相应蛋白质的合成，包括转录和翻译，仅仅转录出mRNA还不能称为表达，只有合成了相应的蛋白质才能证明目的基因完成了在受体细胞中的表达，C正确。

答案　C

知识拓展

基因工程的基本操作程序中，最后一步是目的基因的检测与鉴定，很多同学以为在受体细胞中检测到目的基因就算操作成功了。

实际上，该步不仅要检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，还要检测目的基因是否转录出了mRNA，是否翻译成蛋白质，是否表达相应的性状。

[基础对点]

知识点一　将目的基因导入受体细胞

1.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