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1、第一章基因工程第2课时基因工程的实施过程学习目标1.简述基因工程的原理。2.简述获取目的基因的方法。3.简述构建基因表达载体的过程。4.简述将目的基因导入受体细胞的过程。5.简述目的基因的检测与鉴定。基础知识导学重点难点探究随堂达标检测栏目索引基础知识导学答案一、基因工程的基本技术操作基因工程涉及哪些技术操作？答案主要包括：获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定等步骤。二、获取目的基因阅读教材内容，回答相关问题：1.什么是目的基因？答案主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。2.获取目的基因的常用方法有哪些？答案(1)从基因文库中获取；(
2、2)利用PCR技术扩增目的基因；(3)化学方法直接人工合成等。3.什么是基因文库？如何构建基因文库？答案先用酶切等方法将某种生物细胞的整个基因组DNA切割成大小合适的片段，再分别与载体连接起来，导入受体菌的群体并储存起来，这样每个受体菌可能分别含有该种生物的不同基因，这个群体被称为基因文库。答案4.基因文库包括 和 两种，二者有何不同？答案基因组文库包含了某种生物全部的基因，部分基因文库只包含了某种生物的部分基因。5.如何从基因文库中获取某种目的基因呢？答案只要根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的表达产物蛋白质等信息，就可以直接从基因文库中获取
3、目的基因。6.什么是PCR技术？其原理是什么？答案PCR是多聚酶链式反应的缩写。这项技术是在体外通过酶促反应有选择地大量扩增目的基因或DNA序列的技术。原理是DNA分子半保留复制。答案基因组文库部分基因文库答案7.分析下面DNA的复制过程示意图，并填空。DNA复制是一个边解旋边复制的过程，以解开的每一段母链为 ，在 等酶的作用下，利用细胞内游离的 为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链，复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。模板DNA聚合酶四种脱氧核苷酸8.结合上述过程，总结利用PCR技术进行DNA复制需要哪些条件？ 答案引物、模板DNA、四种脱氧核苷
4、酸和热稳定DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)，及严格控制的温度条件等。答案9.分析右图PCR技术示意图，并填空。(1)变性：加热至94 ，使DNA中的 键断裂，双链解开。(2)退火(复性)：冷却至55 ， 与单链相应互补序列结合。(3)延伸：加热至72 ，在 酶的作用下，沿模板延伸子链，最终合成2条DNA分子。答案氢引物DNA聚合10.若PCR过程中，扩增循环的次数是n，则目的基因的量将被扩增 倍。11.对于比较小的 ，在弄清 后，通过DNA合成仪直接人工合成。答案2n目的基因脱氧核苷酸序列三、构建基因表达载体阅读教材，回答相关问题：1.基因工程的核心是什么？答案基因工程的核心是构建基因表达载
5、体。2.由基因表达载体模式图可以看出，基因表达载体除含有目的基因外，还必须有 、 、 、复制原点等。目的基因插在 和 之间。答案基因表达载体模式图启动子终止子标记基因启动子终止子3.请尝试分析各结构的作用。答案(1)启动子：位于目的基因上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶识别、结合的部位。它驱动基因的转录活动，并引发相应的mRNA合成。(2)终止子是一段特殊的DNA片段，是载体上终止目的基因转录的核苷酸序列。(3)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，以便筛选出含有目的基因的细胞。常用的标记基因主要是抗性基因、某些生化表型基因。答案4.对切割质粒和目的基因的酶有何要求？答案用同一
6、种限制酶切割含目的基因的DNA分子和质粒，这样形成的黏性末端相同。5.终止子与终止密码子有何不同？答案终止子是DNA分子上决定转录停止的一段特殊结构的DNA片段；答案终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。四、导入目的基因1.阅读教材，比较各类目的基因导入受体细胞的方法，并填写下表。答案生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法 法 法 法受体细胞 转化过程将目的基因插入Ti质粒的 上农杆菌导入植物细胞融合到受体细胞染色体的 上表达将含有目的基因的表达载体提纯取受精卵 受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞_ 细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收 _农杆菌转化显
7、微注射Ca2处理体细胞受精卵原核细胞TDNADNA显微注射感受态DNA分子2.农杆菌转化法主要适用于哪些生物？答案主要适用于双子叶植物和裸子植物。五、检测和鉴定目的基因阅读教材相关内容，回答问题。1.基因的功能是什么？答案基因通过复制把遗传信息传递给下一代，并通过转录和翻译，控制蛋白质的合成，从而控制生物的个体性状表现。答案2.目的基因在受体细胞内能够维持稳定和表达其遗传特性，需要逐步进行检测。分析下面示意图，回答问题。答案(1)上图采用 法，目的是要检测什么？答案检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因。(2)什么是基因探针？答案一段用放射性同位素标记，且与目的基因或特定的靶分子序列
8、互补的核酸序列。如果出现杂交带，就表明目的基因已插入染色体DNA中或已经转录出了mRNA。DNA分子杂交(3)如果要检测目的基因是否转录出了mRNA分子，还应该从 水平检测重组体，此时与基因探针杂交的是什么物质？答案从待测转基因生物细胞中提取的mRNA分子。答案(4)检测目的基因是否翻译成蛋白质：采用 法。具体做法又如何？答案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，表明目的基因已形成蛋白质产品。RNA抗原抗体杂交3.细胞中合成相应蛋白质，生物体却不一定呈现特定的性状。答案观察图示，判断抗虫棉的接种实验属于 鉴定，通过做抗虫(或抗病)的接种实验，以确定是否具有抗
9、性及抗性的程度。个体水平返回重点难点探究一、利用PCR技术扩增目的基因样品DNA经PCR技术扩增，可以获取大量DNA分子克隆。在试管中进行DNA的人工复制(如图)。可以在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活动的生物体。据图回答下列问题：(1)PCR技术的原理是_，图中A过程表示_。(2)某样品DNA中共含3 000个碱基对，碱基数量满足：(AT)(GC)1/2，现欲得到100个与样品相同的DNA，至少需要向试管中加入_个腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)A过程也称为DNA的变性，此过程在温度高达9095 时才能完成，说明DNA分子具有_性。利用PCR技术获取
10、目的基因的前提是_。DNA分子半保留复制DNA解旋99 000稳定要有一段已知的目的基因核苷酸序列解析答案(4)由图中信息分析可知，催化C过程的酶是_，它与正常细胞里的酶的区别是_。解析PCR技术是利用DNA双链半保留复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数形式增加。其前提是要有一段已知的目的基因核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。扩增的过程是目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在耐高温的DNA聚合酶的作用下进行延伸，如此重复循环结合，使目的基因呈指数形式扩增。热稳定DNA聚合酶(或TaqDNA聚合酶)能耐高温二、农杆菌转化法的应用为扩大可
11、耕地面积，增加粮食产量，沿海滩涂盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐碱基因培育出了耐盐碱水稻新品系。请据图回答下列问题：(1)获取真核生物的基因通常采用人工合成法，通过图示中方法合成的耐盐碱基因中是不含_的，如果要将耐盐碱基因和质粒重组，应该在基因两侧的A和B位置除了接上以上两个结构外还需分别加入_限制酶识别序列，这样设计的优点有利于质粒和目的基因定向连接。启动子和终止子EcoR、Sma答案答案(2)在步骤过程中都需用_处理两类细菌。(3)图示中构建基因表达载体完成后为什么没有直接导入农杆菌，而是先将其导入大肠杆菌？_。Ca2目的是获取大量重组质粒(让目的基因扩增)。常采用大肠杆菌等原
12、核生物作为受体细胞，因为原核生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，有利于目的基因的复制与表达答案(4)一般情况下农杆菌不能感染的植物是_植物。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。单子叶将目的基因导入植物细胞TDNA片段(内部)染色体的DNA答案(5)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。(6)结合农杆菌转化过程，分析该过程中进行了哪些拼接和导入？_。DNA连接酶、农杆菌转化法中有两次拼接和
13、两次导入。第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒上TDNA的中间部位，第二次拼接非人工操作，指被插入目的基因的TDNA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进入受体细胞限制酶答案(7)结合目的基因导入细菌和植物的过程，分析目的基因在受体细胞内的存在形式一般有哪几种？答案 目的基因在受体细胞内的存在形式一般有以下两种：三、检测和鉴定目的基因1.基因探针： 以DNA分子中目的基因的 为探针，用放射性同位素或荧光分子等进行标记，根据 原则，与被检测DNA分子进行 ，看是否形成杂交带。2. ：用标记的基因探针与转基
14、因生物基因组中的DNA进行碱基互补配对。3. ：用标记的基因探针与转基因生物细胞中提取的mRNA进行碱基互补配对。4. ：利用目的基因合成的蛋白质导入动物体内，制备单一抗体，与转基因生物细胞中提取的蛋白质能进行特异性地识别并结合。答案返回一条单链碱基互补配对碱基互补配对DNA分子杂交法分子杂交技术抗原抗体杂交法1.下列关于基因文库的说法，错误的是()A.可分为基因组文库和部分基因文库B.可以从基因文库中获取基因工程所需的目的基因C.基因组文库的基因在不同物种之间均可进行基因交流D.同种生物的部分基因文库基因数量较基因组文库基因数量少解析基因组文库只有部分基因能够在不同物种之间进行基因交流。随堂
15、达标检测1234C解析答案52.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是()从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因逆转录法通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因A. B.C. D.解析PCR技术利用的是DNA双链复制原理，即将双链DNA之间的氢键打开，变成单链DNA，作为聚合反应的模板链。逆转录法则是以目的基因转录成的信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下，先逆转录形成互补的单链DNA，再合成双链的DNA。均不需要模板。解析答案1234D53.在基因工程技术中，需要用到CaCl2处理的环节是()A.目的基因的提取和导入B.目的基因与载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的
16、检测与表达解析将目的基因导入原核生物受体细胞时，首先用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，然后在一定条件下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化。C解析答案123454.基因工程中因受体细胞不同，目的基因导入的方法也不同，下列叙述不正确的是()A.将目的基因导入棉花细胞内常用花粉管通道法B.将目的基因导入老鼠细胞内常用显微注射法C.将目的基因导入大肠杆菌内常用感受态细胞转化法D.将目的基因导入小麦细胞内常用农杆菌转化法解析小麦是单子叶植物，其受伤后不能分泌酚类物质，农杆菌对它没有感染能力。1234D5解析答案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出mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质A. B.C. D.解析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探针与基因组DNA杂交；检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是分子杂交技术；最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原抗体杂交。1234解析答案返回C5
