山東省平邑縣高中生物 第一章 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序?qū)W案新人教版選修3.doc

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1.2　基因工程的基本操作程序 【導學目標】 1.簡述基因工程原理及基本操作程序。 2.嘗試設(shè)計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。 【自主學習】 基因工程的基本操作程序 1. 的獲取。 2． 的構(gòu)建。 3．將目的基因?qū)? 。 4．目的基因的 與鑒定。 一、目的基因的獲取 1.目的基因：主要是指編碼蛋白質(zhì)的 ，也可以是一些具有 。 2．基因文庫 (1)基因文庫的含義：將含有某種生物不同基因的許多 ，導入 的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。 (2)基因文庫的種類 ①基因組文庫：含有一種生物的 基因。 ②部分基因文庫：含有一種生物的 基因。 3．獲取目的基因的方法 (1)從基因文庫中獲取目的基因 (2)利用PCR技術(shù)擴增目的基因 ①PCR的含義：是一項在生物體外 特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 ②過程：目的基因受熱形成 ，與引物結(jié)合，在 的作用下延伸形成DNA。 ③方式：指數(shù)擴增＝2n(n為擴增循環(huán)的次數(shù))。 (3)人工合成法：若 較小， 序列已知，可以人工合成。 二、基因表達載體的構(gòu)建 1.基因表達載體的組成 2．基因表達載體的功能 (1)使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以 給下一代。 (2)使目的基因 和發(fā)揮作用。 三、將目的基因?qū)胧荏w細胞 1.轉(zhuǎn)化： 進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。 2．導入植物細胞 (1)方法： 、基因槍法、花粉管通道法等。 (2)農(nóng)桿菌的特點 ①易感染 和裸子植物。 ②Ti質(zhì)粒上的 可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并且整合到受體細胞 上。 3．導入動物細胞 (1)常用方法： 技術(shù)。 (2)常用受體細胞： 。 4．導入微生物細胞 (1)原核生物特點：繁殖快、多為 、遺傳物質(zhì)相對 等。 (2)對受體細胞的常用處理方法：用 處理細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)(這種細胞稱為 )。 四、目的基因的檢測與鑒定 1.檢測方法 (1) 技術(shù)：①檢測轉(zhuǎn)基因生物的 上的目的基因；②檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出 。 (2)抗原—抗體雜交技術(shù)：用于檢測目的基因是否翻譯成 。 2．鑒定： 鑒定、抗性鑒定等。 思考交流 1．利用PCR技術(shù)擴增目的基因時，需要提供哪些物質(zhì)和條件？ 2．一般情況下，基因工程操作獲得成功的標志是什么？ 正誤判斷 1．基因工程操作程序中的核心步驟是基因表達載體的構(gòu)建。( ) 2．利用反轉(zhuǎn)錄法獲取的目的基因在構(gòu)建基因表達載體時，可以不另外添加啟動子和終止子。( ) 3．基因表達載體中的啟動子和終止子決定著翻譯的開始與結(jié)束。( ) 4．將目的基因?qū)胛⑸锛毎麜r，對受體細胞不需做任何處理。( ) 5．DNA分子雜交是在分子水平上進行的目的基因的檢測。( ) 【合作探究】 一、什么是基因文庫、基因組文庫、cDNA文庫？ 請列表比較基因組文庫、cDNA文庫。 文庫類型 cDNA文庫 基因組文庫 概念 文庫大小 小 大 基因中有無啟動子 基因中有無內(nèi)含子 基因多少 某種生物的部分基因 某種生物的全部基因 物種間的基因交流 可以 二、PCR技術(shù)與生物體內(nèi)DNA復制的比較： 項目 PCR技術(shù) DNA復制 不同點 解旋方式 解旋酶催化 場所 主要在細胞核內(nèi) 酶 細胞內(nèi)含有的DNA聚合酶 溫度條件 細胞內(nèi)溫和條件 結(jié)果 形成整個DNA分子 相同點 原理 DNA雙鏈復制(堿基互補配對) 原料 四種游離的脫氧核苷酸 條件 模板、ATP、酶等 三、獲取目的基因的方法有哪些，分別在什么情況下使用？ 1．如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通過 的方法。 2．如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比較小，可以通過 。 3．如果只知道擴增目的基因的兩端的核苷酸序列，而且基因又比較大，則可以通過 目的基因。 四、構(gòu)建基因表達載體的目的是什么？ 基因表達載體在組成上至少應包括哪四部分，其各自的作用是什么？ 例1 將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是 A．每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質(zhì)粒 B．每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點 C．每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個ada D．每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子 【答案】　C 五、不同受體細胞的常用導入方法 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射法 Ca2＋處理法 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 轉(zhuǎn)化過程 目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA→表達 目的基因表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物 Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 例2 我國中科院上海生化所合成了一種具有鎮(zhèn)痛作用而又不會像嗎啡那樣使病人上癮的藥物——腦啡肽多糖(類似于人體中的糖蛋白)。在人體細胞中糖蛋白必須經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的進一步加工才能形成。如果要采用基因工程和發(fā)酵工程技術(shù)讓微生物來生產(chǎn)腦啡肽多糖，應該用下列哪種微生物作受體細胞 A．大腸桿菌　　　B．酵母菌 C．T4噬菌體 D．大腸桿菌質(zhì)粒 【答案】　B 六、不同水平上對目的基因檢測與鑒定的方法主要有哪些？ 類型 步驟 檢測內(nèi)容 方法 結(jié)果顯示 分子檢測 導入檢測 目的基因是否導入受體細胞 DNA分子雜交技術(shù)： 和 之間 是否成功顯示出雜交帶　 表達檢測 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 核酸分子雜交技術(shù)： 和 之間 是否成功顯示出雜交帶 目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)分子雜交： 和 之間 是否成功顯示出雜交帶 個體生物學 水平的鑒定 ①確定是否具有抗性及抗性程度②基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性是否相同 ①抗蟲或抗病的接種實驗 ②基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品活性的比較 是否賦予了預期抗性或蛋白質(zhì)活性 【達標檢測】 課堂達標 1．下列不屬于獲取目的基因的方法是(　　) A．利用DNA連接酶復制目的基因 B．反轉(zhuǎn)錄法 C．從基因文庫中獲取目的基因 D．利用PCR技術(shù)擴增目的基因 2．下列關(guān)于基因表達載體構(gòu)建的相關(guān)敘述，不正確的是(　　) A．需要限制酶和DNA連接酶 B．必須在細胞內(nèi)進行 C．抗生素抗性基因可作為標記基因 D．啟動子位于目的基因的首端 3．目前，將目的基因?qū)雱游锛毎畛Ｓ煤妥钣行У姆椒ㄊ?　　) A．顯微注射法　　　B．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 C．基因槍法 D．花粉管通道法 4．在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是(　　) A．用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B．用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體 C．將重組DNA分子導入煙草原生質(zhì)體 D．用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞 5．利用蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因培育的抗蟲棉是否成功，最好檢測(　　) A．是否有抗生素產(chǎn)生 B．是否有目的基因表達 C．是否有抗蟲的性狀出現(xiàn) D．是否能分離到目的基因 6. 科學家通過基因工程方法，將蘇云金芽孢桿菌的Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細胞內(nèi)，并成功實現(xiàn)了表達，從而培育出了能抗棉鈴蟲的棉花植株——抗蟲棉。其過程大致如下圖所示。根據(jù)題意，回答下列問題。 (1)基因工程的操作程序主要包括的四個步驟是：________________、________________、________________、________________。 (2)Ti質(zhì)粒是農(nóng)桿菌中的一種質(zhì)粒，其上有T－DNA，把目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA中是利用T－DNA____________________________的特點。 (3)Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細胞內(nèi)并成功實現(xiàn)表達的過程，在基因工程中稱為________。 (4)將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法有很多種，該題中涉及的是________________。 (5)目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性的關(guān)鍵是___________________________________， 這需要通過檢測才能知道，檢測采用的方法是_______________________________________________。 課外強化 1．農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運用。下圖為農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖，試回答下列問題。 (1)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是________，利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點，能實現(xiàn)__________________。具體原理是在農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上存在T－DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移到受體細胞并整合到受體細胞的________上的特點，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到________(部位)即可。 (2)根據(jù)T－DNA這一轉(zhuǎn)移特點，猜測該DNA片段上可能含有控制________________(酶)合成的基因。 (3)圖中過程c中，能促進農(nóng)桿菌移向植物細胞的物質(zhì)是________類化合物。 (4)植物基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取的方法是 。(至少寫出兩種)