《2019-2020学年高中生物 第1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《2019-2020学年高中生物 第1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（17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学习目标1.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基因重组，并发生在不同种生物间，打破了物种间的界限，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科学家用纳米技术制造出
2、一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。把它注射入组织中，可以通过细胞的胞吞作用进入细胞内，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()A.B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，获得能产生人干
3、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将其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5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分子，宿主细
4、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，增加大肠杆菌细胞壁的通透性，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
5、抗生素如四环素的抗性基因，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。归纳总结1.获得目的基因的方法方法具体操作从基因文库中获取目的基因建立一个包括目的基因在内的基因文库，它包含DNA分子的所有基因，根据有关信息(如基因的功能、表达产物等)来获取目的基因PCR技术扩增
6、目的基因DNA受热变性解旋为单链冷却后DNA引物与单链相应互补序列结合在DNA聚合酶作用下延伸合成互补链人工合成目的基因逆转录法目的基因mRNA单链DNA 化学合成法蛋白质氨基酸序列mRNA序列 DNA序列目的基因2.形成重组DNA分子的过程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)：3.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，用显微注射仪注射到受精卵中)感受态细胞法(Ca2处理受体细胞
7、，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4.目的基因检测与鉴定的“4个层面”例3人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程如下：下列说法正确的是()A.过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、CB.要用限制性核酸内切酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起C.如果受体细胞是动物细胞，过程可以用农杆菌转化法D.参与过程的物质不含有A、U、G、C答案B解析过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，所以需要的原料是A、T、G、C，A错误；过程是目的基因与质粒DNA的重组，需要用限制性核酸内切酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将
8、目的基因与质粒连接在一起，B正确；如果受体细胞是动物细胞，重组基因的导入常用显微注射法，农杆菌转化法多用于植物细胞，C错误；过程是目的基因的表达，此过程中的mRNA和tRNA都含有A、U、G、C，D错误。例4(2019嘉兴模拟)某一质粒载体如图所示，外源DNA分子插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后，与用BamH酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒
9、载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。请回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)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，回答下列问题：如果用一种限制性核酸内切
10、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_、_、_三种连接情况，而符合要求的只有载体与目的基因的连接。下图为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_以及_的连接，提高连接的有效性，克服同种酶切的缺点。(4)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_。答案(1)能自主复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)载体与载体目的基因与目的基因目的基因与载体载体与
11、载体目的基因与目的基因(4)受体细胞解析(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有具有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点、具有标记基因、能够在宿主细胞中复制表达等。(2)在含有氨苄青霉素的培养基上，只有具有Ampr的大肠杆菌才能够生长。而Ampr位于质粒上，故未被转化的和仅含环状目的基因的大肠杆菌细胞中无Ampr，二者都不能生长；仅含有质粒载体的和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均具有Ampr，在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长。目的基因的插入破坏了质粒载体的Tetr，故含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌不能在含有四环素的培养基上生长，从而能与仅含有质粒载体的大肠杆菌区分。
12、(4)噬菌体是病毒，无细胞结构，营寄生生活，无法自主合成DNA，其所需的原料来自宿主细胞。易混易错一个重组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：(1)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。(2)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。(3)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。例5(2018丽水高二检测)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
13、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_中获取目的基因。(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(或人工)基因文库(3)限制性核酸内切(4)TDNA(或目的基因)筛选获得TDNA片段(目的基因)的植物细胞(5)A解析(1)利
