《2018－2019学年高中生物 第一章 基因工程 第2课时 基因工程的原理和技术学案 浙科版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018－2019学年高中生物 第一章 基因工程 第2课时 基因工程的原理和技术学案 浙科版选修3（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2课时基因工程的原理和技术知识内容要求考情解读基因工程的原理和技术b1.简述基因工程的原理。2.概述基因工程基本操作的几个步骤。一、基因工程的原理1基本原理让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达。2变异类型基因工程属于可遗传变异中的基因重组。归纳总结(1)在基因工程中，不同DNA链的断裂和连接产生DNA片段的交换和重新组合，形成了新的DNA分子，在这个操作中交换了DNA片段，故属于基因重组。(2)基因工程中的基因重组不同于减数分裂过程中的基因重组。前者属于无性生殖中的重组，并发生在不同种生物间，打破了物种间的界线，可以定向地改造生物的遗传特性，此操作均在细胞外进行。例1
2、科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。把它注射入组织中，可以通过细胞的内吞作用进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体上，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程属于()A基因突变 B基因重组C基因互换 D染色体畸变答案B解析基因突变是基因内部结构的改变；染色体畸变是以染色体作为研究对象，探讨染色体结构和数目的变化；基因工程是将外源基因导入受体细胞，得到人们所需要的产物，属于基因重组。例2下列叙述符合基因工程基本原理的是()AB淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，
3、获得能产生人干扰素的菌株C用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上答案B解析基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内，使目的基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物，因此，B项为基因工程。方法技巧正确理解基因工程的五个方面 操作对象人们感兴趣的基因(即目的基因)需要的基本要素多种工具酶、目的基因、载体、宿主细胞等常见目的基因植物的抗虫基因、抗病基因、抗除草剂基因、人胰岛素基因和人干扰素基因等完成的场所体外构建重组DNA分
4、子，宿主细胞内表达完成的结果目的基因稳定和高效地表达，产生人们所需的功能物质二、基因工程的基本操作步骤1获得目的基因的方法(1)已知序列用化学方法合成；用聚合酶链式反应(PCR)扩增。(2)未知序列从基因文库中获得。2形成重组DNA分子3将重组DNA分子导入受体细胞(1)常用受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。(2)导入方法举例：用质粒作为载体，宿主细胞应该选择大肠杆菌，用氯化钙处理大肠杆菌，增加其细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞。4筛选含有目的基因的受体细胞(1)筛选原因：并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。(2)筛选方法举例：由于质粒上有抗生
5、素如四环素抗性基因，所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养基中生长，而没有接纳重组DNA分子的细胞则不能在这种培养基上生长。经过培养，目的基因能够和质粒一起在宿主细胞内大量扩增。5目的基因的表达(1)目的基因的表达是指目的基因在宿主细胞中表达，产生人们需要的功能物质。(2)常用方法：从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已成功表达。探究1比较异同1比较采用化学方法合成目的基因的两条合成途径(1)利用目的基因转录的RNA，在逆转录酶的作用下，逆转录成单链DNA，根据碱基互补配对原则再合成双链DNA，进而用PCR技术扩增目的基因。(2)根
6、据氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成DNA分子。2比较基因、目的基因、基因文库、基因库比较项目解读基因通常指具有遗传效应的DNA片段某些病毒(如烟草花叶病毒)中是具有遗传效应的RNA片段，是控制生物性状的遗传物质的基本结构和功能单位目的基因基因工程操作中需要的外源基因，是编码某种蛋白质的基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等基因文库基因文库属于基因工程范畴，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基因基因库属于遗传范畴，是指一个生物种群的全部等位基
7、因的总称探究2理性思维1形成重组DNA分子目的基因与载体结合的过程，实质上是不同来源的DNA重新组合的过程，是基因工程的核心。其基本过程如下(以质粒作为载体)，完善图示，并思考问题：(1)为什么切割目的基因和载体要选用同一种限制性核酸内切酶？答案选用同一种限制性核酸内切酶切割会产生相同的粘性末端，可以在DNA连接酶的作用下将切割的目的基因和载体连接起来。(2)在实际的基因工程操作时往往用两种限制性核酸内切酶分别切割目的基因的两端以及载体，这样做有什么好处？试分析原因。如果用一种限制性核酸内切酶切割，目的基因两侧的末端以及质粒切口的两个末端都是互补的，因此连接时可能会出现载体与载体、目的基因与目
8、的基因、目的基因与载体三种连接情况，而符合要求的只有载体与目的基因的连接。如下图所示。分子间的不同连接产物：如果用两种不同的限制性核酸内切酶进行切割就可以有效避免载体与载体以及目的基因与目的基因的连接，提高连接的有效性，克服同种酶切的缺点。(3) 一个重组DNA分子的组成至少应该包括：启动子、终止子、目的基因、标记基因。原因如下：目的基因是指编码蛋白质的结构基因，若没有启动子，则导入的目的基因在受体细胞中无法转录。目的基因的表达需要调控序列， 终止子相当于一盏红色信号灯，使转录到此终止。检测目的基因是否导入受体细胞需要有筛选标记标记基因。(4)构建重组DNA分子所用到的酶：限制性核酸内切酶、D
9、NA连接酶。2目的基因导入受体细胞的结果上图中发生与发生相比，会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，原因是在进行细胞分裂时，细胞核上的DNA经复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲子代遗传性状的稳定性，而细胞分裂时，细胞质是不均分的，子细胞不一定含有目的基因。归纳总结重组DNA分子导入不同受体细胞的方法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(重组DNA分子导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞)显微注射法(将重组DNA分子提纯，用显微仪注射到受精卵中)感受态细胞法(Ca2处理受体细胞，使其成为感受态细胞，再进行混合)受体细胞体细胞受精卵原核细胞探究3图示解读根据下图举例说明筛选
10、含目的基因的受体细胞的原理、方法：1筛选原因：不是所有细胞都接纳了重组DNA分子。2筛选原理：质粒上有抗生素的抗性基因。3筛选方法：利用选择培养基筛选。4检测目的基因是否翻译出蛋白质的方法是什么？其原理是什么？答案抗原抗体杂交法。原理是抗原能与相应抗体特异性结合。5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？答案用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。归纳总结目的基因检测与鉴定的“四个层面”例3(2017浙江绿色联盟联考)下列不能说明目的基因已成功导入受体细胞的是()A检测受体细胞是否含有质粒B检测受体细胞是否含有目的基因C检测受体细胞是否含有目的基因的表达产物D检测受体细胞是否含有目
11、的基因转录出的mRNA答案A解析细胞中可能含有普通质粒，因此检测细胞是否含有质粒不能说明目的基因是否已成功导入受体细胞，A符合题意。例4(2017杭州四校联考节选)抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。中国女科学家屠呦呦由于在青蒿素研发所做的重大贡献荣获2015年诺贝尔生理学奖或医学奖。青蒿中青蒿素的含量很低，科研工作者一直致力于提高青蒿素含量的研究。某研究小组给青蒿转入青蒿素合成的关键基因fps，通过该基因的过量表达来提高青蒿素的产量，其过程如下图所示(注：农杆菌中Ti质粒上只有TDNA片段能转移到植物细胞中)。(1)提取青蒿的总RNA，在_酶作用下获得青蒿的DNA片段。(2)如果fps基因的基
12、因序列已知，我们可以通过_合成目的基因或者用PCR扩增目的基因；如果fps基因的基因序列未知，可以从_获取目的基因。(3)过程需用同种_酶对含fps基因的DNA和Ti质粒进行酶切。(4)过程中将青蒿细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让_进入青蒿细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是_。(5)下列有关基因工程的叙述正确的是()A大肠杆菌质粒上具有控制质粒DNA转移的基因B基因工程的基本原理是让目的基因在宿主细胞中稳定存在和高效复制C用氯化钙处理植物细胞，可增加细胞壁的通透性D将乙肝抗原导入酵母菌可以获得能生产乙肝疫苗的工程菌答案(1)逆转录(2)化学方法(人工)基因文库
13、(3)限制性核酸内切(4)TDNA(目的基因)筛选获得TDNA片段(目的基因)的植物细胞(5)A解析(1)利用RNA获得DNA，采用逆转录法，在逆转录酶的作用下实现。(2)对于已知序列，可采用化学方法合成目的基因或用PCR扩增目的基因。若DNA序列未知，常从基因文库中获取。(3)过程表示形成重组质粒，采用同种限制性核酸内切酶对含fps基因的DNA和Ti质粒进行酶切。(4)将青蒿细胞与农杆菌混合培养，目的是让TDNA(目的基因)进入青蒿细胞，实现目的基因导入受体细胞。将目的基因导入受体细胞后，需将细胞培养在含卡那霉素的培养基中，原因是质粒上含有卡那霉素的抗性基因，导入重组DNA分子的受体细胞可在
14、培养基上存活，利于筛选获得含TDNA片段(目的基因)的植物细胞。(5)大肠杆菌质粒上具有控制质粒DNA转移的基因，A正确；基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因在宿主细胞中稳定地保存和表达，B错误；用氯化钙处理微生物细胞，可增加细胞壁的通透性，C错误；将乙肝抗原基因导入酵母菌可以获得能生产乙肝疫苗的工程菌，D错误。易混易错导入微生物细胞(如大肠杆菌)：用CaCl2处理大肠杆菌，目的是增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组DNA分子进入受体细胞。1(2018温州瑞安期中)对基因工程操作的叙述，正确的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用显微注射法将人生长激素基因直接注入动物的受精卵C用氯化钙处理可增加细菌细胞膜的通透性，有利于目的基因的导入D利用DNA分子杂交技术无法检测目的基因是否表达答案D解析限制性核酸内切酶只能切割特定的脱氧核苷酸序列，而烟草花叶病毒的核酸是由核糖核苷酸构成的，A错误；目的基因不能直接导入受体细胞，可用显微注射法将含人生长激素基因的重组质粒注入动物的受精卵，B错误；用氯化钙处理可增加细菌细胞壁的通透性，并使细菌处于感受态，从而有利于目的基因的导入，C错误；利用DNA分子杂交技术只能检测目的基因是否导入，无法检测目的基因是否表达，D正确。2下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是()选项ABCD
