第三章、基因工程常用受体细胞
2023年人教版高中生物选择性必修3第3章基因工程第3节基因工程的应用
第3节基因工程的应用【课程标准】举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。
【素养目标】1.科学思维:基于基因工程在农牧、医药和食品等行业应用的实例,说明基因工程给社会带来的巨大进步。
2.社会责任:基于基因工程在各方面发展的前景,理性看待基因工程的安全性。
你听说过转基因鲤鱼吗?转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%~115%,它在142天后平均体重达到648 g。
除生长速度快,转基因鲤鱼对饵料的利用率也非常高,这两个因素使得转基因鲤鱼的养殖经济效益比非转基因鲤鱼提高125%。
观看视频《快速生长的转基因黄河鲤鱼》。
思考:1.提高鲤鱼生长速度的目的基因是什么?2.你还知道哪些转基因生物?基因工程有哪些方面的应用?一、基因工程在农牧业方面的应用连一连:基于基因工程在改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量等方面的应用,将下列转基因生物和选用的目的基因连线。
【警示】转基因抗虫植物与转基因抗病植物是不同的,转基因抗病植物可以抵抗病毒、真菌等,但不能抗虫。
二、基因工程在医药卫生领域的应用判一判:基于基因工程在医药卫生领域的成果和应用,判断正误。
①对微生物或动植物的细胞进行基因改造,使它们能够生产药物。
(√)②乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。
(×)提示:需将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组在一起后导入受精卵中。
③转基因动物需要进入泌乳期才能成为“乳腺生物反应器”。
(√)④用转基因动物做器官移植的供体时,只能通过抑制供体动物抗原决定基因的表达来解决免疫排斥的问题。
(×)提示:还可以设法除去抗原决定基因。
思考:作为乳腺生物反应器的动物,对性别有怎样的要求?提示:应为雌性动物。
三、基因工程在食品工业方面的应用1.基因工程菌:用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类。
2.选一选:以下叙述属于基因工程在食品工业方面应用的是①③。
高中生物第3章基因工程第节基因工程的基本操作程序教案选择性3
第2节基因工程的基本操作程序课标内容要求核心素养对接阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。
1。
科学思维：结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。
2．科学探究：针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。
一、目的基因的筛选与获取1．目的基因(1）概念:用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
(2）实例:培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因.2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
（2)实例:在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物—-Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。
（3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因(1)PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术.(2）条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。
（3)过程：①变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链.②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链.④重复循环多次。
（4）结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n)。
二、基因表达载体的构建1．构建基因表达载体的目的(1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
(2）使目的基因能够表达和发挥作用。
2．基因表达载体的组成[填图］3．基因表达载体的构建首先用一定的限制酶切割载体,使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段,再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。
第三章基因工程常用受体细胞
是一种甲基营养菌，能在相 对较为廉价的甲醇培养基中 生长。
优点
除具有一般酵母所具有的特点 外，还有以下几个 优点： 1、具有目前最强，调控机理最严格的启动子之一 －乙醇氧化酶AOX1基因启动子,外源蛋白表达量 高（一般 500-4000mg/L，最高为破伤风毒素C达到 12g/l） 。 2、表达质粒能在基因组的特定位点稳定整合。 3、蛋白产物糖基化修饰作用大多数情况下接近哺乳动物细
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris)） 乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis） 多型汉逊酵母（Hansenula polymorpha）
一、酿酒酵母
是第一个用于基因药物表达的酵母菌， 遗传背景已相当清楚：有17条染色体， 1996年完成其全基因组测序，基因组为 12068 kb，阅读开放开架5887个，编码 约6000个基因，比单细胞的原核生物和 古细菌大一个数量级。 受体细胞举例：酿酒酵母GRF18
（二）缺点
1、不能识别剪切内含子，不能表达基因组DNA， 只能表达cDNA； 2、缺乏真核生物的蛋白质加工修饰系统，不能进 行蛋白酶解、糖基化、磷酸化、乙酰化、硫酸化、 酰胺化等修饰作用；
蛋白酶解作用：从蛋白前体中切去一段氨基酸序列，从 而获得功能性分子 糖基化意义： 赋予蛋白独特的结合性并增强稳定性
菌体内 稍复杂 简单
不大
哺乳动物
需注意 致癌
第三节、常用原核表达细胞
大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 短小芽孢杆菌
一、大肠杆菌表达体系
（一）生物学特性 革兰氏阴性杆菌 大小2～4um×0.4～ 0.1um； 无芽孢； 一般无荚膜(capsule) 裂殖(Fission)分裂， 37℃17分钟繁殖一代。
基因工程练习题带答案
基因工程练习题一、单项选择题1．在基因工程中，切割载体和含有目的基因的DNA片段中，一般需使用A.同种限制酶B.两种限制酶C.同种连接酶D.两种连接酶2．基因工程常用的受体有①大肠杆菌②枯草杆菌③结核杆菌④动植物细胞A.①②③④B.①②③C.②③④D.①②④3．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B.重组质粒的形成是在细胞内完成的C.质粒都可作为载体D.蛋白质的结构成分为合成目的基因提供资料4．下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体A.细菌质粒B.噬菌体C.动植物病毒D.细菌核区的DNA5．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。
在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测表达6．不是基因工程方法生产的药物是A.干扰素B.白细胞介素C.青霉素D.乙肝疫苗7．在基因工程中用来修饰改造基因的工具是A.限制酶和连接酶B.限制酶和水解酶C.限制酶和运载酶D.连接酶和运载酶8．下列哪项叙述不是运载体必须具备的条件A.具有某些标记基因B.决定宿主细胞的生存C.能够在宿主细胞中复制D.有一个或多个限制酶切点9．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。
在转基因技术中，这种蛋白质的作用A.促使目的基因导入宿主细胞中B.促使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易被检测和选择D.使目的基因容易成功表达10．应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。
这里的基因探针是指A.用于检测疾病的医疗器械B.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C.合成β—球蛋白的DNAD.合成苯丙氨酸羟化酶的DNA片段11．基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。
一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G 和A之间，这是应用了酶的A．高效性 B.专一性 C．多样性D.催化活性受外界条件影响12．上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍，转基因动物是指A.提供基因的动物B.基因组中增加外源基因的动物C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因信息的动物13．作为基因的运输工具——运载体，必须具备的条件之一及理由是A.能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C.具有某些标记基因，以使目的基因能够与其结合D.对宿主细胞无伤害，以便于重组DNA的鉴定和选择14．下列黏性末端属于同一种限制酶切割而成的是：A．①②B．①③ C．①④ D．②③15．下列平末端属于同一种限制酶切割而成的是A.①③B.①④C.②③D.②④16．下列有关基因工程的叙述中，不正确的是A.DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B.基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C.基因治疗主要是对有基因缺陷的细胞进行替换D.蛋白质中氨基酸序列可为合成目的基因提供资料17．下列属于PCR技术的条件的是[来源:学科网]①单链的脱氧核苷酸序列引物②目的基因所在的DNA片段③脱氧核苷酸④核糖核苷酸⑤DNA连接酶⑥DNA聚合酶⑦DNA限制性内切酶A.①②③⑤B.①②③⑥C.①②③⑤⑦D.①②④⑤⑦18．下列有关PCR技术的叙述正确的是A.作为模板的DNA序列必须不断的加进每一次的扩增当中B.作为引物的脱氧核苷酸序列必须不断的加进每一次的扩增当中C.反应需要的DNA聚合酶必须不断的加进反应当中D.反应需要的DNA连接酶必须不断的加进反应当中19．蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是A.氨基酸结构B.蛋白质的空间结构C.肽链结构D.基因结构20．有关基因与酶关系的叙述正确的是A.每个基因都控制合成一种酶B.酶的遗传信息编码在内含子的碱基序列中C.基因的转录、翻译都需要酶D.同一生物体不同细胞的基因和酶是相同的21．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶（Amy）基因a,通过基因工程的方法，将a转到马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。
基因工程复习题及答案
基因工程复习题及答案一、选择题1. 基因工程是指：A. 基因的自然突变B. 基因的人工重组C. 基因的自然选择D. 基因的自然进化答案：B2. 基因工程中常用的载体是：A. 噬菌体B. 质粒C. 病毒D. 所有以上选项答案：D3. 以下哪个不是基因工程中常用的受体细胞？A. 细菌B. 酵母C. 植物D. 动物答案：C4. 基因枪法属于哪种基因转移技术？A. 化学介导法B. 电穿孔法C. 微注射法D. 粒子轰击法答案：D5. 基因编辑技术CRISPR-Cas9中，Cas9蛋白的主要作用是：A. 识别目标DNA序列B. 切割目标DNA序列C. 连接DNA片段D. 转录mRNA答案：B二、填空题6. 基因工程的基本操作步骤包括：目的基因的________、________、检测与表达。
答案：提取、重组7. 基因工程在医学领域的应用包括________、________和基因治疗。
答案：基因诊断、基因疫苗8. 在基因工程中，________技术可以用于快速繁殖转基因植物。
答案：组织培养9. 基因工程中，________是将目的基因导入植物细胞的常用方法。
答案：农杆菌介导法10. 基因工程在农业上的应用包括提高作物的________、________和改良品质。
答案：抗病性、抗虫性三、简答题11. 简述基因工程在环境保护方面的应用。
答案：基因工程在环境保护方面的应用主要包括：- 利用基因工程改造微生物，以降解环境中的有毒物质，如石油污染物。
- 通过基因工程改良植物，使其能够耐受重金属污染，从而净化土壤。
- 利用基因工程改造的微生物处理工业废水，减少水体污染。
12. 阐述基因工程在生物制药领域的主要应用。
答案：基因工程在生物制药领域的主要应用包括：- 生产重组蛋白质药物，如胰岛素、干扰素等。
- 利用转基因动物生产药物，如转基因羊产生的抗凝血酶。
- 利用基因工程改造的微生物生产抗生素等药物。
- 开发基因治疗药物，用于治疗遗传性疾病。
高中生物选择性必修三 第3章 第3节 基因工程的应用
学习目标
1.举例说明基因工程在农牧业、医药卫生及食品工业 的应用。 2.举例说出日常生活中的转基因产品,理性看待基因工 程给我们的生产和生活带来的影响。
一、基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物 (1)方法:从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因,将其导入作物 中。 (2)成果:转基因抗虫棉花、玉米、水稻等。 (3)意义:减少化学杀虫剂的使用,降低生产成本,减少环境污染。 2.转基因抗病植物 (1)方法:将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中。 (2)成果:转基因抗病毒甜椒、番木瓜等。 (3)意义:能获得用常规育种方法很难培育出的抗病的新品种。
答案D 解析萤火虫与烟草的遗传物质都是双链DNA,这是完成基因重组的 基础,①正确;自然界的所有生物几乎都共用一套遗传密码,②正确; 萤火虫的荧光素基因导入烟草细胞使得该转基因植株通体光亮,可 见荧光素基因在该植株中成功表达,即烟草体内合成了荧光素,③ 正确;萤火虫与烟草细胞合成蛋白质的方式基本相同,都是以mRNA 为模板,在核糖体上,经氨基酸脱水缩合形成蛋白质,④正确。
探究点一
探究点二
答案C 解析重组质粒形成后需要通过农杆菌转化法等方法导入棉花的叶 肉细胞;如果抗虫基因导入棉花叶肉细胞的细胞质中,转基因棉花 的花粉中不含该基因,如果导入细胞核基因中,该转基因植株相当 于杂合子,后代会发生性状分离;抗虫棉的选择作用使具有抗性突 变的棉铃虫生存下来,经过长时间积累,棉铃虫的抗性会增强。
2.科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞并获得高水平 的表达。长成的烟草植株通体光亮,堪称自然界的奇迹。这一研究 成果表明( ) ①萤火虫与烟草的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草共用一套遗传密码 ③烟草体内合成了荧光素 ④萤火虫和烟草合成蛋白质的方式基本相同 A.①③ B.②③ C.①④ D.①②③④
第3章 基因工程 期末复习知识点总结【新教材】人教版高中生物选择性必修三
第3章基因工程1、什么是基因工程：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
2、基因工程的诞生（三个理论和三个技术）：基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程，具体有三大理论发现和三个技术突破。
1)理论基础：DNA是遗传物质；DNA分子的双螺旋结构和半保留复制；遗传密码的通用性和遗传信息传递的方式；2)技术基础：限制性核酸内切酶的发现与DNA的切割；DNA连接酶的发现与DNA片段的连接；基因工程载体的构建与应用●理论上的三大发现⑴、发现了遗传物质——DNA1944年，艾弗里（O.T.Avery）的肺炎双球菌转化实验⑵、揭示了遗传物质的分子机制：DNA分子的双螺旋结构和半保留复制1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）的DNA双螺旋结构模型、半保留复制图，获1958年诺贝尔奖。
⑶、确立了遗传信息的传递方式：以密码形式传递1963年，美国尼伦伯格（M.W.Nirenberg）和马太（H.Matthaei）确立了遗传信息以密码形式传递，破译了编码氨基酸的遗传密码(3个核苷酸=1个密码子=1个aa)。
●技术上的三大突破⑴、世界上第一个重组DNA实验：实现不同来源DNA的体外重组1972年斯坦福大学化学家伯格（P.Berg）借助内切酶和连接酶将猴病毒SV40的DNA 和大肠杆菌λ噬菌体的DNA在试管中连接在了一起，第一次成功地实现了DNA的体外重组。
⑵、第一个基因克隆实验：重组DNA表达实验，是世界上第一个基因工程实验1973年美国斯坦福大学医学院遗传学家科恩（S.Cohen）将体外构建的含有四环素和卡那霉素抗性基因的重组质粒导入大肠杆菌，获得了具有双抗性的大肠杆菌转化子，成功完成了第一个基因克隆实验。
3.2基因工程的基本操作程序(第2课时)
第三章基因工程第2节第2课时将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定（课前+课中+课后，三案一体）课前案【预习新知】一、将目的基因导入受体细胞1.转化目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
2.转化方法（1）导入植物细胞常用方法：花粉管通道法、农杆菌转化法（适用于双子叶植物或裸子植物）。
（2）导入动物细胞①常用方法：显微注射技术。
②常用受体细胞：受精卵。
（3）导入微生物细胞①方法：用Ca+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。
②受体细胞：原核生物（使用最广泛的是大肠杆菌）。
③原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。
二、目的基因的检测与鉴定三、DNA片段的扩增及电泳鉴定1.实验原理（1）PCR利用了DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合。
（2）在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象有关。
（3）电泳：在一定的pH下，DNA分子中具有的可解离基团可以带上正电荷或负电荷。
在电场的作用下，这些带电分子向着与它所带电荷相反的电极移动的过程。
（4）PCR产物的鉴定方法：琼脂糖凝胶电泳。
2.目的要求（1）了解PCR的电泳鉴定的基本原理。
（2）尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。
3.方法步骤（1）用微量移液器按照PCR反应体系的配方或PCR试剂盒说明书，在微量离心管中依次加入各组分。
（2）待所有的组分都加入后，盖严离心管的盖子。
将微量离心管放入离心机里，离心约10s，使反应液集中在管的底部。
（3）设置好PCR仪的循环程序，将装有反应液的微量离心管放入PCR仪中进行反应。
（4）根据待分离DNA片段的大小，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液，在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖融化。
稍冷却后，加入适量的核酸染料混匀。
（5）将温热的琼脂糖溶液迅速导入模具，并插入合适大小的梳子，以形成加样孔。
（6）待凝胶电泳溶液完全凝固，小心拔出梳子，取出凝胶放入电泳槽内。
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多肽蛋白质 菌体内 融合蛋白质 多肽蛋白质 糖基化蛋白 菌体内 外分泌
一般
酵
母
菌体内 稍复杂 简单
不大
哺乳动物
完 整 外分泌 糖基化蛋
1、容易获得较高浓度的细胞；
2、安全，不致病； 3、遗传背景清楚，容易进行DNA重组操作及遗传改造； 4、产物的产量高（表达水平和稳定性） 、生物活性高 5、产物容易提取纯化。 6、容易进行代谢调控； 7、易培养（生长速度、营养需求、氧耗量等），培养成本 低
宿主细胞分类及特点
缺点：
1、细胞生长慢，培养条件刻苛，大规模培养工艺 复杂、费用高 2、培养液中产物浓度较小 3、转化细胞筛选麻烦
主要基因工程表达体系比较
表达体系 大肠杆菌 产 物 产生部位 培养方式 容易 部分高产 容易 可高产 较难成本高 可高产 提 纯 产物活性 对原核好 对真核差 真核的接近 天然产物 可达天然 产物 潜在危性 不大
3、不具备真核生物的蛋白质复性系统（如蛋白二 硫键异构酶），不能进行真核蛋白的正确折叠；
二、酵母（yeast）表达体系特点
酵母菌是最简单的真 核单细胞生物； 是外源真核基因最理 想的表达体系。
（一）优点：
1、全基因组测序，基因表达调控机理比较清楚， 遗传操作简便 2、具有原核生物无法比拟的蛋白翻译后加工修 饰系统。对表达的蛋白可进行正确折叠和糖基化、 磷酸化等修饰； 3、安全：不含特异病毒、不产生毒素，美国FDA 认定为安全的 4、繁殖迅速（倍增期约2小时 ），要求条件低， 大规模发酵工艺简单，成本低廉； 5、能外分泌
（二）缺点：
1、生长相对细菌缓慢 2、对有些生物活性蛋白仍无法表达或正确修饰， 比如蛋白超糖基化
三、哺乳动物细胞表达特点
是表达哺乳动物基因（如人基因）的最好受体细 胞。
优点： 1、能识别和剪切内含子并加工为成熟的mRNA，既可表达 cDNA又可表达基因组DNA； 2、表达产物具有正确地高级结构和糖基化、磷酸化等修饰。 3、表达产物可分泌到培养液中，纯化容易。
分类：
原核细胞（大肠杆菌、枯草芽胞杆菌、
链霉菌等） 真核细胞（酵母细胞、哺乳动物细胞、 昆虫细胞）
一、原核表达系统的特点
（一）优点： 1、 结构简单，基因组成及功能相对清楚， 易于遗传操作及转化 2、生理代谢途径及表达调控机制相对清楚， 便于表达调控 3、生长迅速，要求条件低（大肠杆菌倍增 时间为17分钟），易于大规模培养。
（二）缺点
1、不能识别剪切内含子，不能表达基因组DNA， 只能表达cDNA； 2、缺乏真核生物的蛋白质加工修饰系统，不能进 行蛋白酶解、糖基化、磷酸化、乙酰化、硫酸化、 酰胺化等修饰作用；
蛋白酶解作用：从蛋白前体中切去一段氨基酸序列，从 而获得功能性分子 糖基化意义： 赋予蛋白独特的结合性并增强稳定性