2018_2019学年高中生物专题1基因工程1.2基因工程的基本操作程序教学案(含解析)新人教版选修3

- 1 - 基因工程的基本操作程序 一、基因工程的基本操作程序 目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。 二、目的基因的获取 1．从基因文库中获取 (1)基因文库的含义：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的基因。 (2)基因文库的种类： ①基因组文库：包含一种生物的所有基因。 ②部分基因文库：包含一种生物的一部分基因。 2．利用PCR技术扩增 (1)原理：DNA双链复制。 (2)过程：

3．人工合成 (1)条件：基因比较小，核苷酸序列又已知。 (2)方法：通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。 三、基因表达载体的构建 1．构建基因表达载体的目的

1.基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。 2．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。 3．将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法(Ca2＋处理法)。 4．检测目的基因是否导入受体细胞常用DNA分子杂交技术；检测是否转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原一抗体杂交技术。 - 2 - (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]

四、将目的基因导入受体细胞 1．导入植物细胞 (1)农杆菌转化法： ①原理：农杆菌Ti质粒上的T­DNA可整合到受体细胞的染色体DNA上。 ②适用范围：主要适用于双子叶植物和裸子植物。 (2)基因枪法：常用于单子叶植物。 (3)花粉管通道法：目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。 2．导入动物细胞 (1)常用方法：显微注射技术。 (2)受体细胞：受精卵。 3．导入微生物细胞 (1)方法：感受态细胞法，即用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(这种细胞称为感受态细胞)。 (2)常用原核生物作为受体细胞的原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。 五、目的基因的检测与鉴定 1．分子水平的检测[连线]

2．个体水平的鉴定 (1)抗虫或抗病的接种实验。 (2)对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较。

1．基因工程主要操作步骤的顺序是( ) - 3 -

①基因表达载体的构建 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的基因的检测与鉴定 ④目的基因的获取 A．③②④① B．②④①③ C．④①②③ D．③④①② 解析：选C 基因工程的主要操作步骤顺序是：目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定。 2．基因工程的核心是( ) A．目的基因的获取 B．基因表达载体的构建 C．将目的基因导入受体细胞 D．目的基因的检测与鉴定 解析：选B 基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。 3．如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是( )

A．基因表达载体的构建是在生物体外完成的 B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别 C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位 D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 解析：选B 由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，所以基因表达载体的构建也会有所差别，不可能千篇一律。 4．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，错误的是( ) A．基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效 B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法 C．大肠杆菌最常用的转化方法，是使细胞的生理状态发生改变 D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法 解析：选A 不同受体细胞导入目的基因的方法不同，每种方法都有利弊。目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济和有效；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；目的基因导入大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化。 - 4 -

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，只有通过鉴定与检测才能知道。下列属于目的基因检测和鉴定的是( ) ①检测受体细胞中是否有目的基因 ②检测受体细胞中是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录出了mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 解析：选C 目的基因的分子检测包括三个方面：①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了相应的 mRNA，方法也是使用基因探针与之杂交；③检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质，常用的方法是抗原－抗体杂交。

核心要点一| 目的基因的获取与基因表达载体的构建 1．获取目的基因方法的比较 方法 基因文库的构建 PCR技术扩增 人工合成 基因组文库 部分基因文库

(如cDNA文库)

过程 优 点 操作简单 专一性强 可在短时间内大量扩增目的基因 专一性强，可产生自然界中不

存在的新基因

缺点 工作量大、盲目性大、专一性差 操作过程较麻烦，技术要求过高 需要严格控制温度、技术要求高 适用范围小 - 5 -

2．PCR反应的过程 3．PCR技术与生物体内DNA复制的比较 比较项目 PCR技术 DNA复制

区别 解旋方式 DNA在高温作用下变性解旋 解旋酶催化 场所 细胞外(在PCR扩增仪内) 细胞内(主要在细胞核内) 酶 耐热的DNA聚合酶(Taq聚合酶) DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等 温度条件 需控制温度，在较高温度下进行 细胞内温和条件 合成的对象 DNA片段或基因 DNA分子

联系 ①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模 板进行物质合成 ②原料：均为四种脱氧核苷酸 ③酶：均需要DNA聚合酶进行催化 ④引物：均需要引物，使DNA聚合酶 从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸

4．基因表达载体的构建过程 (1)用同一种限制酶切割目的基因和质粒，使其产生相同末端。 (2)将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如下图所示：

[题组冲关] - 6 -

1．(全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题： (1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是________________。 (2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是________________________________。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是____________________________________(答出两点即可)。 (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是____________。 (5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是________________________。 解析：(1)与老叶相比，嫩叶组织细胞易破碎，容易提取到几丁质酶的mRNA。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需的启动子。(4)DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。 答案：(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 (2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA (3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子 (4)磷酸二酯键 (5)目的基因的转录或翻译异常 2．(海南高考)下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。

据图回答： (1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在________的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的________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________序列，再通过化学方法合成所需基因。 (2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有________、________、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。 (3)由A和载体B拼接形成的C通常称为____________。(4)在基因工程中，常用Ca2＋处