高中生物《基因工程的基本操作程序》教案1 新人教版选修3.docx

1、高中生物基因工程的基本操作程序教案1 新人教版选修3第2节 基因工程的基本操作程序【本节重难点】重点：基因工程基本操作程序的四个步骤难点：（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【知识精讲】教材梳理基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：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。知识点一 目的基因的获取1.获取目的基因是实施基因工程的第一步。目的基因的获取方法主要有两种：从自然界中已有的物种中分离出来 用人工的方法合成。2.基因文库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

2、因，成为基因文库。基因文库根据其大小可分为基因组文库和部分基因文库。 受体细胞是指接受目的基因的细胞，即表达载体导入的细胞。基因工程常用的受体有细菌、真菌、动植物细胞3.PCR技术扩增目的基因原理：DNA复制做法：已知一段目的基因的核苷酸序列据已知序列合成引物DNA扩增结果：扩增出许多结构相同的目的基因。注意：学习该部分知识时，常出现将目的基因的来源和目的基因的提取相混淆，致使不理解课本所讲，原因是课本都用了“获取目的基因”字样。目的基因的来源是：从自然界中已有的物种中分离出来。 用人工的方法合成。目的基因的提取是指在基因工程操作时怎样获得目的基因。常用方法有二：从基因文库中直接获取 如果需要

3、大量的目的基因，需要对目的基因进行PCR技术扩增。不管是从基因文库中获取的目的基因，还是需要进行扩增的目的基因，其来源既可能是从自然界中已有的物种中分离出来，也可能是人工合成的。知识点二 基因表达载体的构建基因表达载体的构建是基因工程的核心。其中心内容是使目的基因与运载体结合，形成重组运载体，最后通过重组运载体将目的基因导入受体细胞。注意：在学习时应注意以下几点：1.构建表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，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.基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因3.所选运载体应具备的条件：（1） 载体DNA必需有一个或多个限制

4、酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。知识点三 将目的

5、基因导入受体细胞（1）转化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，称为转化。说明：此处的“转化”与肺炎双球菌的转化实验中的“转化”的含义相同。（2）基因工程中常用的受体细胞有：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤脓杆菌、酵母菌和动植物细胞 （3）将目的基因导入受体细胞的方法：根据受体和运载体的类型不同，所采用的导入方法也不同。目前常用的方法有：将目的基因导入植物细胞脓杆菌转化法，还有基因枪法和花粉管通道法。将目的基因导入动物细胞显微注射技术将目的基因导入微生物细胞Ca处理细胞法说明：将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，同学们可以上网查询更多的方法和具体过程。知识点四 目的基因的监测

6、与鉴定（1）检测对象：检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因 检测目的基因是否转录出了mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质（2）检测方法：分子检测法和都是DNA分子杂交技术，抗原抗体杂交法 形态检测法可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达说明：基因操作过程中有多个步骤需要检测，此处只讲了目的基因的检测，还有目的基因是否被整合到了运载体上，运载体是否进入了受体细胞等都需要检测，具体过程见拓展点2。知识点五 教材深化：人工合成目的基因的过程：目的基因转录成的mRNA 单链DNA双链DNA（目的基因）蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因教材拓展拓展点

7、一 标记基因和标记基因的作用课本上提到运载体要有标记基因，其作用是供重组DNA鉴定和筛选，那么怎样利用标记基因进行鉴定和筛选呢？请同学们阅读下面一段文字：运载体中所携带的一些抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因）及发光基因等，能控制一些特殊物质的合成，利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体，这些基因就叫做标志基因。在用限制酶切割目的基因和运载体、表达载体构建及将目的基因导入受体细胞，这一系列过程都是在人为控制条件下，在有关酶的作用下自行完成的，而不是人为条件下一个一个处理的，是很多对象同时进行的，这样，就会出现有的运载体被限制酶切割开，有的运载体没有被限制酶切割开，没有被限制酶切

8、割开的运载体，就不可能连接上目的基因，只有被限制酶切开的运载体才有可能拼接上目的基因。我们就必须选择出连接上目的基因的重组运载体（即表达载体），然后进行扩增，得到大量的表达载体。然后把大量的表达载体和大量的受体细胞放在一起，在一定的人为条件下，让其自行导入受体细胞，这样，在导入受体细胞时，就会出现有的受体细胞被导入了表达载体，有的细胞没有导入表达载体，我们再选出含有表达载体的受体细胞，进行扩增，培养。在上述过程中要进行两步筛选，一是筛选含有运载体的受体细胞，其过程是在含有相应抗菌素的培养基上培养，只有获得运载体的受体细胞才能继续生长，这样便可筛选出含有运载体的受体细胞。二是筛选含有目的基因的受

9、体细胞，其过程是从每个菌落取一部分再接种到含另一种抗生素的培养基上培养，由于目的基因插入该标记基因中，致使该基因不能表达，因而受体细胞不能在含该抗生素的培养基上生存，据此可以从该菌落剩余部分的菌体中筛选出含目的基因的受体细胞。注意：在基因操作的基本步骤中要进行多次筛选。拓展点二 从基因文库中找到所需要的基因从基因文库中找到目的基因是一件比较复杂的事情，要根据目的基因已有的某些信息来进行。下面介绍一种根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。第一步，通过PCR方法将目的基因已知的部分核苷酸序列扩增出来，进行放射性同位素标记（也可以用别的标记方法进行，如生物素、荧光素等），即用标记了放射性同位素

10、的目的DNA片段作为探针，与扩增出来的DNA杂交。第二步，将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上（也可以用其他类型的膜），然后，通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质，并使DNA固定在膜上。第三步，按Southern杂交的方法进行杂交。第四步，在X光底片上出现黑斑的菌落，这表明这个菌落中含有所需要的目的基因（若选用别的标记方法，有阳性信号的菌落则含有所需要的目的基因）。第五步，从该菌落中再提取目的基因。拓展点三 PCR的扩增过程PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。PCR的扩增反应过程包括以下几个主要过程。第一步：将反应体系（包括双链模板、引物、耐

11、高温的DNA聚合酶、四种脱氧核糖核苷酸以及酶促反应所需的离子等）加热至9095 ，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补链聚合反应的模板。第二步：将反应体系降温至5560 ，使两种引物分别与模板DNA链3端的互补序列互补配对，这个过程称为复性。第三步：将反应体系升温至7075 ，在耐高温的DNA聚合酶催化作用下，将与模板互补的单个核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA链延伸，产生一条与模板链互补的DNA链。上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。【典题分类

12、精析】考点一、目的基因的获取例11993年，我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的最新转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于A普通棉花的基因突变 B棉铃虫变异形成的致死基因C在棉铃虫体内寄生的线虫基因 D苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因分析：1993年，中国农业科学院的科学家成功地将原核生物苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因转入棉植株，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。答案：D点评：目的基因主要来源是原核生物。例22005高考全国镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是 A.解旋酶 B.DNA连接酶 C.限制性内切酶 D.RNA聚合酶分析：本题考查的知识点是DNA分子杂

13、交原理。选项B、 D可以直接排除。对于选A可能理解为的：既然是检测突变的部位,那么很自然想到用该基因的探针，进行碱基互补配对杂交而检测之(相关知识见教材鉴定人猿亲缘关系和基因工程处都有所涉及)，但是分子杂交的前提必须是单链DNA，于是很自然想到用解旋酶处理被检测基因。但是，解开DNA双链结构不一定要用解旋酶，在高温或者用强碱溶液处理也可以得到单链DNA，而且题干上也有必须使用的酶的叙述，所以可以排除A选项。 对于C选项的理解：限制酶只是把原DNA切成很多片段，其中某个片段可能包含突变的目的基因，然后再用化学方法处理成单链，最后再和探针杂交，根据放射性(或荧光)出现部位而检测出突变部位，这种技术

14、其实就是所谓的基因诊断。 如不用限制酶把DNA切割成若干片段，通过其他方法把DNA处理成单链，然后与DNA探针杂交，但是，已经变性成单链的DNA很有可能常温下复性，可能回折重新形成许多双链区，如果恰恰突变部位及其临近区域和该单链其他区域结合成双链，那么必然影响探针与相应部位的结合，也就无法准确检测到突变部位。答案：C点评：本题易错选A，用探针检测DNA，DNA必须解旋，但解旋不一定要用解旋酶，这一点可联系肺炎双球菌的转化实验，高温使DNA解旋。 考点二、基因表达载体的构建例32006高考江苏基因工程又叫基因拼接技术。（1）在该技术中，用人工合成方法获得目的基因的途径之一是：以目的基因转录的_为

15、模板，_成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成_。（2）基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、_。若将真核基因在原核细胞中表达，对该目的基因的基本要求是_。（3）假设以大肠杆菌质粒作为运载体，并以同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因，将切割后的运载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物至少有_种环状DNA分子，它们分别是_。分析：本题考查的是基因工程的相关知识。熟练掌握基因工程的四个步骤是解答本题的关键。基因工程很容易与其他知识相联系命制综合题，如基因操作基本步骤中目的基因的获取常与“中心法则”、“碱基互补配对原则”相结合，还可与基因的结构、发酵工程、基因的遗传定律相结合进行综

16、合考查，是学习和重点之一。完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。在基因工程中，人工合成目的基因的途径有两条，其中之一就是以信使RNA这模板经过反转录合成目的基因；基因工程常用的受体有细菌、真菌、动植物细胞；原核生物的基因中无内含子，若将真核生物的基因转入原核生物，需除去内含子部分；在本题操作过程中，若在含有同一种限制酶切割的运载体和目的基因混合物中，加入DNA连接酶将会形成3种环状DNA分子，运载体自连而成的环状DNA分子，目的基因自连而成的环状DNA分子，运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子。答案：(1)信使RNA(mRNA

17、) 逆转录(反转录) 双链DNA(目的基因) (2)动植物细胞除去内含子(3)3 运载体自连的、目的基因自连的、运载体与目的基因片段相连的环状DNA分子点评：解答该类题目的方法是熟练掌握课本知识，并对课本知识进行深化、拔高。 考点三、将目的基因导入受体细胞例4基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )A结构简单，操作方便B繁殖速度快C遗传物质含量少、简单D性状稳定,变异少分析：本题考查基因工程的受体细胞。目的基因导入受体细胞后，随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快。在很短的时间内就能获得大量的目的基因。答案：B点评：基因工程常用的受体有细菌、真菌、

18、动植物细胞。解答这类题目的方法应结合受体细胞的特点回答。 考点四、目的基因的监测与鉴定例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，只有通过鉴定和检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是检测受体细胞是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录信使RNA 检测目的基因是否翻译蛋白质A. B. C. D.分析：本题考查目的基因的检测的相关知识。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，使DNA探针与基因组DNA杂交。检测目的基因是否转录出了信使RNA，方法是用基因探针与信使RNA杂交。最后检测目的基因是否翻译

19、了蛋白质，方法是进行抗原抗体杂交。答案：C点评：基因工程中需要进行监测的步骤较多，请同学们利用比较对比的方法进行记忆和运用。形态检测法可根据目标性状的有无来判断目的基因是否表达考点五、人工合成目的基因的过程例6科学家已经能够通过基因工程的方法，能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是（ ） A采用反转录的方法得到的目的基因有启动子、终止子 B用同种限制酶处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端而形成重组DNA分子 C番茄的叶肉细胞可作为受体细胞 D启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不可缺少的分析：本题主要考查了基因工程的有关知识。反转录法获取目的基因

20、时，由于是根据氨基酸的序列推测基因中的碱基序列，因此，合成的基因中并不含有启动子、终止子。在基因工程中，必须用相同的限制酶处理质粒和目的基因的DNA，这样可产生相同的黏性末端以便能而形成重组DNA分子。基因工程中，常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等，因此番茄的叶肉细胞可作为受体细胞。在基因表达的过程中，启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达也能起一定的作用，是不可缺少的，它位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出信使RNA，最终获得所需的蛋白质，因此，只有A答案错误。答案：A点评：启动子、终止子不属于结构基因，不能翻译出蛋白

21、质，因此，采用反转录的方法不能得到。但启动子、终止子是基因表达不可缺少的。考点六、标记基因和标记基因的作用例7.根据实验原理和材料用具，设计实验确定细菌质粒的抗菌素基因所控制的抗菌素的类别。实验原理：作为运载体的质粒，需要有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。有抗性基因的质粒可用作运载体。材料用具：青霉素、四环素各10万单位溶液，菌种试管，灭菌的含细菌培养基的培养皿，酒精灯，接种环，一次性注射器，无菌水，恒温箱方法步骤：第一步：取3个含培养基的培养皿，分别编号为1、2、3号，用三支注射器分别向3个培养基中注入1ml无菌水，、青霉素液、四环素液，并使之均匀分布之整个培养基表面。第二步： 。第

22、三步： 。结果预期： 。分析：运载体中所携带的一些抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因）及发光基因等，能控制一些特殊物质的合成，利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体，这些基因就叫做标志基因。目的基因中的标志基因最少要有2个，1个是用来检测运载体是否进入了受体细胞，另一个是用来检测目的基因是否被拼接到运载体上；第一个标志基因要保证其完整性，能够进行表达，若受体细胞表现出该基因所控制的性状，说明运载体已进入受体细胞；第二个标志基因是插入目的基因的部位，由于目的基因的插入破坏了起结构，不能表达其所控制的性状，若受体细胞没有表达出第二个基因所控制的性状，说明目的基因已进入受体细胞。答案

23、：第二步：将接种环在酒精灯上灼烧，在酒精灯旁用接种环挑取等量菌种，分别培养在三个不同的培养基上，置于恒温箱内，培养一段时间。第三步：将接种后的培养基放在37的恒温箱中培养24小时。预期结果：1号培养基内细菌正常生长，2、3号内的细菌死亡，说明细菌无抗青霉素基因，无抗四环素基因；1、2号培养基内细菌正常生长，3号培养基内细菌死亡，说明细菌有抗青霉素基因，无抗四环素基因；1、3号培养基内细菌正常生长，2号培养基内细菌死亡，说明细菌质粒无抗青霉素基因，有抗四环素基因；1、2、3号培养基内细菌都正常生长，说明细菌质粒既有抗青霉素基因，又有抗四环素基因。点评：本题较难理解，原因是对基因工程中的检测了解不

24、深、不全造成的。两个基因的作用不同是导致做错该题的原因。考点七、从基因文库中找到所需要的基因例8有关基因工程的叙述正确的是( )A限制酶只在获取目的基因时才用B重组质粒的形成是在细胞内完成的C质粒都可以作为运载体D蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索分析：在基因工程中，不仅要用限制酶切割目的基因，还要用同一种限制酶在质粒上切割出一个切口，使目的基因与质粒切口的黏性末端能进行碱基互补配对，所以A错；重组质粒是在细胞外进行的，所以B错；并不是所有的质粒都可作运载体，在科学研究中，人们通常只是用大肠杆菌的质粒(其上有抗药基因)作运载体，所以C错；在人工合成目的基因的方法中，有一种方法是根

25、据已知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，推测出它的结构基因的核苷酸序列，最后通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。所以D项正确。答案：D点评：基因文库中的基因的来源，有的是从自然界获取的，有的是人工合成的。考点八、PCR的扩增过程例9多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历下述三十多次循环：95下使模板DNA变性、解链55下复性（引物与DNA模板链结合）72下引物链延伸（形成新的脱氧核苷酸链）。下列有关PCR过程的叙述中不正确的是A变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B复性过程中引物

26、与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成C延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸DPCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高分析：本题考查PCR扩增过程。解题的关键是要全面理解PCR扩增过程。DNA分子被破坏是指DNA分子被解旋成两条长链，破坏的部位是连接两条长链之间的氢键，方法有多种，用解旋酶、高温等都可使DNA解旋，A项正确。B中引物有引物两种，分别与模板DNA链3端的互补序列互补配对。C中的原料不正确，合成DNA的原料是四种脱氧核苷酸。PCR技术中DNA合成过程中的温度在7075 ，所以，D选项正确。点评：要正确理解PCR扩增过程，才能做好本题。易错点：合成DN

27、A的原料是四种脱氧核苷酸 使DNA解旋的方法。【针对性练习】1.基因工程是DNA分子水平的操作，下列有关基因工程的叙述中，错误的是( )A.限制酶只用于切割获取目的基因B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处理C.基因工程所用的工具酶是限制酶，DNA连接酶D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测2.运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有( )A.抗虫基因 B.抗虫基因产物 C.新的细胞核 D.相应性状3.转基因动物转基因时的受体细胞是( )A.受精卵 B.精细胞 C.卵细胞 D.体细胞4.在基因工程操作中，运载体的本

28、质是双链DNA分子，下列功能不能由运载体完成的是A.目的基因的转运 B.目的基因的扩增C.目的基因的表达 D.目的基因的定位5下列关于基因工程的说法中，正确的是 A基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的B目前基因工程所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的C只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么目的基因一定能成功进行表达D基因工程能使科学家打破物种界限，定向改造生物性状6. 在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸460 个），放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是A540 个 B7560个 C8100 个 D1

29、7280 个7利用基因工程生产蛋白质药物的方法之一是将人的基因转入动物体内，再饲养这些转基因动物，从动物乳汁或尿液中提取药物。这一过程不涉及 （ ）ADNA按照碱基互补配对原则自我复制 BDNA以其一条链为模板合成RNACRNA以自身为模板自我复制 D按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质8.1975年，科学家用基因工程的方法创造出了一种能分解石油的“超级细菌”，下列关于此种细菌的说法正确的是 A与一般细菌相比它体积特别巨大 B它是现在唯一能分解石油的细菌C它同时能分解石油中的四种烃类 D与一般细菌相比，它繁殖速度极快9.下列与基因工程无关的是( )A.培养利用“工程菌”生产胰岛素 B.基因治疗

30、C.蛋白质工程 D.杂交育种10.在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是A.辐射诱变法 B.从基因文库中获取 C.反转录法 D.人工合成法11“转基因动物”是指 ( )A含有可利用基因的动物 B基因组中插入外源基因的动物C本身具有抗体蛋白类的动物 D能表达基因信息的动物12下列有关“基因探针”的叙述，不正确的是 A基因探针的工作原理是碱基互补配对B待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因探针测序C待测的DNA分子可以直接用基因探针测序 D基因探针技术可用于疾病诊断和环境监测13细菌抗药性基因存在于 A核区的DNA B RNA C质粒 D小的直线型DNA14碱基互补配对发生在下列

31、哪些生理过程或生物技术中： 种子的萌发 病毒的增殖过程 细菌的二分裂过程 目的基因与运载体的结合 DNA探针的使用 分泌蛋白的加工和运输AB C D15.研究发现，癌细胞能产生一种酶叫端粒酶，它能修复细胞分裂时产生在染色体端的DNA的损伤，使损伤部位得以愈合，避免了老化趋势，因此癌细胞能无限增值。而正常细胞没有这种端粒酶，所以通常分裂50次左右就会由于DNA的损伤而衰老死亡。就以上材料分析，以下说法错误的是A.正常细胞内也应该有控制这种端粒酶合成的基因的存在B.端粒酶的功能类似于基因工程中DNA连接酶C.研究端粒酶基因的作用机理有助于揭开细胞衰老之谜D.克隆动物若通过基因工程获得端粒酶基因可使其寿命达到正常甚至更长16.美国科学家在研究生长在墨西哥某