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1、普通高中生物新课程标准要求普通高中生物新课程标准要求 1.基因工程的概念 2.重组技术所需三种基因工具的作用 3.基因工程基本操作程序的四个步骤什么叫基因工程？什么叫基因工程？ 基因工程又叫基因工程又叫基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重重组技术组技术。该技术是在。该技术是在生物体外生物体外，通过对，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行对生物的基因进行改造改造和和重新组合重新组合，然后，然后导入受体细胞导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内因在受体细胞内表达表达，产生出人类所需要，产生出人类所需要的的基因产物。基
2、因产物。一一 基因工程的概念基因工程的概念基因工程生产胰岛素简要过程：基因工程生产胰岛素简要过程：一一 基因工程的概念基因工程的概念人的细胞人的细胞提取提取提取提取胰岛素基胰岛素基因因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入细菌细菌( (含含胰岛素基因胰岛素基因) ) 生产胰岛素生产胰岛素上述生产胰岛素的关键步骤是什么？上述生产胰岛素的关键步骤是什么？一一 基因工程的概念基因工程的概念基因工程生产胰岛素的关键步骤：基因工程生产胰岛素的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一：胰岛素基因的胰岛素基因的获取获取关键步骤二：关键步骤二：胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体
3、DNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞细胞解决胰岛素生产的关键步骤需要哪些工具？解决胰岛素生产的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：分子手术刀分子手术刀限制性内切酶限制性内切酶分子缝合针分子缝合针DNA连接酶连接酶分子运输车分子运输车运载体运载体黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶限制酶是在生物体限制酶是在生物体限制酶是在生物体限制酶是在生物体( (主要是主要是主要
4、是主要是微生物微生物微生物微生物) )内的一种酶，内的一种酶，内的一种酶，内的一种酶，一种限制性内一种限制性内切酶只能切酶只能识别识别双链双链DNA分子的某种分子的某种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列，并且使，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开（断开（切切割割DNA分子）分子）来源：来源：主要从主要从原核细胞原核细胞分离分离 作用：作用： 作用结果：作用结果：作用结果：作用结果：EcoRI重难点剖析重难点剖析基因工程的基因工程的“专用工具专用工具”平未端平未端及及粘性未端粘性未端什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的
5、被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互互补配对补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切要切两个两个切口，产生切口，产生四个黏性末端四个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就
6、似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。基因的针线：基因的针线：DNADNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G同种限制酶同种限制酶切割切割基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝之间的缝隙隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来断口连接起来(形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键)，这样一，这样
7、一个重组的个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。外源基因外源基因(胰岛素胰岛素基因基因)怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞(大肠杆菌大肠杆菌)？导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体运载体。运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因(胰岛素胰岛素基因基因)转移转移到受体细胞到受体细胞(大肠杆菌大肠杆菌)中去。中去。作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞(大肠杆菌大肠杆菌)内，内，对外源基因对外源基因(胰岛素基因胰岛素基因)进行进行大量复制大量复制。作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些
8、条件？1）能够在宿主细胞中）能够在宿主细胞中复制复制并稳定地并稳定地保存保存。2）具多个）具多个限制酶切点限制酶切点，以，以便与外源基因连接。便与外源基因连接。3）具有某些）具有某些标记基因标记基因，便于进行，便于进行筛选筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。的基因等。常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒 2）噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒基因工程的基因工程的“专用工具专用工具”运载体运载体运载体运载体：常用：常用质粒、质粒、质粒、质粒、 噬菌体的衍生物、动植噬菌体的衍生物、动
9、植噬菌体的衍生物、动植噬菌体的衍生物、动植物病毒物病毒物病毒物病毒质粒特点：质粒特点：质粒特点：质粒特点：1、细菌染色体外双链环状、细菌染色体外双链环状DNA分子分子2、能自我复制并在受体细胞中稳定、能自我复制并在受体细胞中稳定存在存在3、有一个或多个限制酶切点、有一个或多个限制酶切点4、有特殊的遗传标记基因、有特殊的遗传标记基因注意：真正用作运载体的质粒都注意：真正用作运载体的质粒都是人工改造过的。是人工改造过的。大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒： 最常用的质粒最常用的质粒是是大肠杆菌的质粒大肠杆菌的质粒，其，其中常含有中常含有抗药基因抗药基因，如抗四环素的标记基如抗四环素的标记基因。质粒的因
10、。质粒的存在与否存在与否对宿主细胞生存没有对宿主细胞生存没有决定性作用决定性作用，但，但复制复制只能在宿主细胞内完只能在宿主细胞内完成成。四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1）提取提取目的基因目的基因2）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合3）将目的基因）将目的基因导入导入受体细胞受体细胞4）目的基因的）目的基因的检测检测和和表达表达目的基因目的基因 目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的的基因。基因。 如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有，还有植物的植物的抗病抗病（抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌）基因基
11、因、种、种子子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因干扰素基因等。等。步骤一：目的基因的提取步骤一：目的基因的提取目的基因的提取方法目的基因的提取方法直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列合成合成DNA：鸟枪法鸟枪法 在获取真核细胞中的目的基因时在获取真核细胞中的目的基因时,一般一般用用人工合成基因的方法的方法.哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？1）DNA序列自动测序仪：序列自动测序仪：2）PCR技术：技术： 对提取出来的对提取出来的基因进行
12、核苷酸基因进行核苷酸序列分析。序列分析。 使目的基因的片段使目的基因的片段在短时间内成百万倍在短时间内成百万倍地扩增。地扩增。步骤二：目的基因与运载体重组步骤二：目的基因与运载体重组 1）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现一个切口一个切口，露出，露出黏性末端黏性末端。 2）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其，使其产生产生相同相同的的黏性末端黏性末端。 3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒的切的切口处，再加入适量口处，再加入适量DNA连接酶连接酶，形成了一，形成了一个个重组重组DNA分子分子（重组质粒）（重组质粒
13、） 目的基因与运载体的结合过程，实际目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的上是不同来源的基因重组的过程基因重组的过程。用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。分子。目目的的基基因因与与运运载载体体结结合合常用的受体细胞：常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌
14、和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径。的途径。步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞导入导入扩增扩增常用的受体细胞：菌常用的受体细胞：菌类和动植物细胞类和动植物细胞可以分泌人胰岛素可以分泌人胰岛素 的细菌的细菌导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌受体细胞：细菌受体细胞：细菌细胞壁的通透性增大细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖
15、而复制目的基因随受体细胞的繁殖而复制氯化钙氯化钙大量的目的基因大量的目的基因步骤四：目的基因的检测和表达步骤四：目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因青霉素抗性基因青霉素抗性基因检测：通过检测检测：通过检测标记基因标记基因的有无，来判断的有无，来判断目的基因是否导入目的基因是否导入检测方法：将受体细胞放在含有青霉素或检测方法：将受体细胞放在含有青霉素或四环素的培养皿中培养，若存活，则导入成功；四环素的培养皿中培养，若存活，则导入成功；若死亡，则重组质粒没有导入受体细胞若死亡，则重组质粒没有导入受体细胞 不能，受体细胞不能，受体细胞必须表现出特定的性状必须表现出特定的性状，才能说明目的
16、基因完成了才能说明目的基因完成了表达表达。受体细胞摄入受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因完成了表达吗？完成了表达吗？表达表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达因是否表达若不能表达，若不能表达，要对抗虫基因要对抗虫基因再进行再进行修饰修饰。怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？没有抗虫基因没有抗虫基因的棉植株的棉植株有抗虫基因的有抗虫基因的棉植株棉植株棉铃虫棉铃虫虫没有死虫没有死虫被杀死虫被杀死没有表达没有表达目的基目的基因表达因表达1）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （ ） A、所
17、所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：具具有有多多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是）不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD练习练习3）有关基因工程的叙述中，
18、错误的是）有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A、DNA连连接接酶酶将将黏黏性性末末端端的的碱碱基基对对连连接接起起来来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习练习4）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成
19、目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D练习练习5）基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱基互补配对的步骤是碱基互补配对的步骤是 （ ） A、人工合成目的基因、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达C练习练习(2008理综山东卷理综山东卷)35.（8分）【生物分）【生物现代生物科技专题现代生物科技专题】 为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的
20、开发为扩大耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（系。（1）获得耐盐基因后，构建重组）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内分子所用的限制性内切酶作用于图中切酶作用于图中 处，处，DNA连接酶作用于连接酶作用于 处。处。（填（填“a”或或“b”）（2）将重组）将重组DNA分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和法和 法。法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利
21、用 技术，该技术的核心是技术，该技术的核心是 和和 。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的素标记的 作探针作探针进行分子杂交检测，又要用进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。a植物组织培养植物组织培养脱分化（去分化）脱分化（去分化）基因枪法（花粉管通道法）基因枪法（花粉管通道法）再分化再分化耐盐基因（目的基因）耐盐基因（目的基因）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）一定浓度盐水浇灌（移栽到盐碱地中）a（2008上海高考生物巻）上海高考生物巻）39、以重组
22、、以重组DNA技术为核心的基因工技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括）获得目的基因的方法通常包括 和和 。（2）切割和连接）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是分子所使用的酶分别是 和和 。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 ，后者的形状成，后者的形状成 。（4）由于重组）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率分子成功导入受体细胞的频率 ，所以在转化后通常需要进行，所以在转化后通常需要进行 操作。操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌
23、与酵母菌，从两者中生）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。序列上是相同的。答案：（答案：（1）从基因文库中获取）从基因文库中获取 化学合成（人工合成）化学合成（人工合成） （2）限制性核）限制性核酸内切酶（限制酶）酸内切酶（限制酶） DNA连接酶（连接酶）连接酶（连接酶） （3）质粒）质粒 小型环状（双链小型环状（双链环状、环状）环状、环状） （4）低）低 筛选筛选 （5）氨基酸）氨基酸（2007，山东理，山东理，8分）继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，
24、其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是 。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入 中，原因是 。（3）通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达。（5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的 转入 细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为 。显微注射法显微注射法受精卵（或早期胚胎）受精卵（或早期胚胎） DNA分子杂交）分子杂交）（核酸探针）（核酸探针） 受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相受精卵（或早期胚胎细胞）具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达应组织细胞表达去核的卵去核的卵膀胱上皮膀胱上皮细胞核细胞核核移植（或克隆）核移植（或克隆）
