創(chuàng)新方案 高三生物一輪復(fù)習(xí)課件 選修 專題 基因工程的基本操作程序

1、一、基因工程的基本操作程序,目的基因的獲取 的構(gòu)建 將 導(dǎo)入受體細(xì)胞 目的基因的 .,,,,基的因表達(dá)載體,目的基因,檢測與鑒定,二、目的基因的獲取1．目的基因主要是編碼蛋白質(zhì)的 ，也可以是一些具有 的因子。2．目的基因的獲取方法(1)從基因文庫中獲取目

2、的基因。①基因文庫a．含義：將含有某種生物不同基因的許多 ，導(dǎo)入 的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。,,,結(jié)構(gòu)基因,調(diào)控作用,DNA片段,受體菌,(2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。①PCR含義：是一項(xiàng)在生物體外 的核酸合成技術(shù)，全稱是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。②PCR原理： 。③擴(kuò)增過程變性：目的基因DNA受熱

3、變性后解為單鏈　↓復(fù)性： 與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合　↓延伸：在 作用下延伸子鏈(3)人工合成法：適于合成基因 ，且 已知的目的基因。,,,復(fù)制特定DNA片段,DNA雙鏈復(fù)制,引物,DNA聚合酶,較小,核苷酸序列,三、基因表達(dá)載體的構(gòu)建——基因工程的核心1．基因表達(dá)載體的功能(1)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以 給下一代。(2)使目的基因能夠

4、 和發(fā)揮作用。2．基因表達(dá)載體的組成,,,遺傳,表達(dá),四、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1．轉(zhuǎn)化目的基因進(jìn)入 內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi) 和 。的過程。2．導(dǎo)入過程(1)導(dǎo)入植物細(xì)胞,,,受體細(xì)胞,維持穩(wěn)定,表達(dá),(3)導(dǎo)入微生物細(xì)胞①方法：用 處理細(xì)胞，使細(xì)胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)(這種細(xì)胞稱為 )。②受體細(xì)胞：原核細(xì)胞(使用最廣泛的是大

5、腸桿菌細(xì)胞)。③原核生物的特點(diǎn)： 。,,,Ca2＋,感受態(tài)細(xì)胞,繁殖快，多為單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)相對較少等,五、目的基因的檢測與鑒定1．分子水平的檢測(連線)2．個體水平的鑒定(1) 的接種實(shí)驗(yàn)。(2)對基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行 。,,,抗蟲或抗病,活性比較,一、目的基因的獲取閱讀教材P8

6、～10，觀察分析圖1－6,1－8，探討下列問題：1．獲取目的基因的方法有哪些？提示：有從基因文庫中獲取，PCR技術(shù)擴(kuò)增和人工合成三種方法。2．聯(lián)系DNA復(fù)制，比較PCR技術(shù)與DNA復(fù)制的不同點(diǎn)(填寫下表)。,提示：解旋酶　高溫　細(xì)胞內(nèi)　細(xì)胞核　細(xì)胞外　PCR擴(kuò)增儀　解旋酶　DNA聚合酶　DNA聚合酶　溫和二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建閱讀教材P11，觀察分析圖1－10，探討下列問題：1．基因工程的核心是哪一步操作？其目的是什么？提

7、示：基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心，其目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。2．如圖是基因表達(dá)載體模式圖，請回答下列問題：,(1)分別寫出①②③④⑤各代表什么。提示：①啟動子，②終止子，③標(biāo)記基因(抗生素抗性基因)，④復(fù)制原點(diǎn)，⑤目的基因(插入基因)。(2)圖中①②③各有什么作用？提示：①啟動子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位

8、，負(fù)責(zé)驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。②終止子：起終止轉(zhuǎn)錄的作用。③標(biāo)記基因(抗生素抗性基因)：作用是檢測受體細(xì)胞中是否有目的基因，并將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。(3)啟動子和終止子與起始密碼子和終止密碼子是一回事嗎？提示：不是一回事，啟動子和終止子位于DNA上，是基因表達(dá)必需的部分。而起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，決定翻譯的開始和結(jié)束。,3．嘗試?yán)昧鞒虉D表示如何構(gòu)建基因表達(dá)載體。 提示：,,,三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

9、閱讀教材P11～13內(nèi)容，探究下列問題：1．將目的基因?qū)氩煌N類生物所選用的方法是否相同？常選用的受體細(xì)胞是什么？提示：不相同。常選用的受體細(xì)胞及導(dǎo)入方法如下表：,,,2.根據(jù)圖示簡述目的基因在受體細(xì)胞中的位置不同會引起遺傳上的差別嗎？提示：圖中②會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá)，原因是在進(jìn)行細(xì)胞減數(shù)分裂時，細(xì)胞核上的DNA經(jīng)復(fù)制后平均分配到兩個子細(xì)胞中，保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，而①細(xì)胞減數(shù)分裂時，細(xì)

10、胞質(zhì)是不均分的，子細(xì)胞不一定含有目的基因。,,,四、目的基因的檢測與鑒定閱讀教材P13～15有關(guān)內(nèi)容，仔細(xì)觀察分析圖1－14、1－15，自主完成以下問題：1．如何檢測目的基因在真核生物中穩(wěn)定遺傳？提示：采用DNA分子雜交技術(shù)。2．什么是基因探針？如何檢測目的基因是否開始發(fā)揮功能？提示：基因探針是用放射性同位素標(biāo)記的目的基因的DNA片段。從轉(zhuǎn)基因生物中提取mRNA，用標(biāo)記的目的基因作探針，與mRNA雜交，如果顯示出雜交帶，則

11、表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA，意味著目的基因開始發(fā)揮功能。,,,3．檢測目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)的方法是什么？其原理是什么？提示：抗原—抗體雜交法。原理是抗原能與相應(yīng)抗體特異性結(jié)合。4．舉例說明進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定方法有哪些？提示：如做抗蟲或抗病的接種實(shí)驗(yàn)，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的功能進(jìn)行活性比較，以確定轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的功能活性是否與天然產(chǎn)品相同等。,(浙江高考)天然的玫瑰沒有藍(lán)色花，這是由于缺少控

12、制藍(lán)色色素合成的基因B，而開藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B，現(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是(　　)A．提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)的DNA，再 擴(kuò)增基因BB．利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍(lán)色花矮牽牛的基因文庫中獲 取基因BC．利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞D．將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞,,,【研析】本題通過特定的實(shí)例主要考查基因工程的相關(guān)概念

13、及操作要領(lǐng)。具體解題過程如下：,,,[審]——提取信息,信息a：由A項(xiàng)“提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA”可知獲取目的基因的方法為逆轉(zhuǎn)錄。信息b：由B項(xiàng)的“基因文庫”可知目的基因可直接提取，無需再切割獲取。信息c：由C項(xiàng)的“基因B與質(zhì)粒連接”可知連接工具為DNA連接酶。信息d：由D項(xiàng)的“基因B直接導(dǎo)入”可知這種方法是錯誤的，因未構(gòu)建基因表達(dá)載體。,[析]——解讀信息,解讀a：利用逆轉(zhuǎn)錄法可獲取目的基因，欲增加其數(shù)量可采取PCR擴(kuò)增技術(shù)。

14、解讀c、d：DNA聚合酶的作用是連接單個的脫氧核苷酸，而DNA連接酶的作用是連接相對應(yīng)的DNA片段；構(gòu)建基因表達(dá)載體是基因工程技術(shù)的核心步驟，否則將造成基因工程操作失敗。,[答案]　A,解答基因工程基本操作程序題目的一般步驟　　　 ——三辨、三找、一析、一理(1)三辨：分辨限制酶的種類及識別序列和切割位點(diǎn)。在切割目的基因和載體時，一般用同一種限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但兩種限制酶切割后產(chǎn)

15、生的黏性末端中堿基要互補(bǔ)配對。(2)三找：找出標(biāo)記基因、目的基因及其插入位點(diǎn)。一般來說，質(zhì)粒中至少有一個標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因。明確目的基因的插入位點(diǎn)是在標(biāo)記基因內(nèi)部還是在標(biāo)記基因之外。,,,(3)一析：分析目的基因插入質(zhì)粒后是否破壞了標(biāo)記基因。如果質(zhì)粒中有一個標(biāo)記基因，插入后一般不破壞標(biāo)記基因；如果質(zhì)粒中有兩個標(biāo)記基因，則需看標(biāo)記基因中是否有插入位點(diǎn)，如果某一標(biāo)記基因中有插入位點(diǎn)，則目的基因插入質(zhì)粒后該標(biāo)記基因被破壞。(4)一

16、理：理清判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法。一般用含有某種抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)受體菌，如果有兩種抗生素抗性基因，還需判斷用哪一種抗生素來檢測。,農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了廣泛的運(yùn)用。下面是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的示意圖，試回答下列問題：,,,(1)一般情況下農(nóng)桿菌不能感染的植物是________，利用農(nóng)桿菌自然條件下感染植物的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)______________________。具體原

17、理是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒中存在T－DNA片段，它具有可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的________上的特點(diǎn)，因此只要將攜帶外源基因的DNA片段插入到________(部位)內(nèi)部即可。(2)根據(jù)T－DNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，猜測該DNA片段上可能含有控制____________________(酶)合成的基因。(3)圖中c過程中，能促進(jìn)農(nóng)桿菌移向植物細(xì)胞的物質(zhì)是________類化合物。(4)植物基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法除了

18、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還可采取的方法是______________________。(至少寫出兩種),,,[解析]　(1)一般農(nóng)桿菌不能感染的植物是單子葉植物，可感染雙子葉植物和裸子植物，利用其感染性，可實(shí)現(xiàn)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。這里需要特別明確的是真正可轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的染色體上的是農(nóng)桿菌質(zhì)粒上的T－DNA片段，因此目的基因必須插入到該部位才能導(dǎo)入成功。(2)根據(jù)T－DNA這一轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，可以推測出DNA片段上能控制合成DN

19、A連接酶、限制酶才能實(shí)現(xiàn)與雙子葉植物細(xì)胞染色體DNA的整合。(3)植物細(xì)胞受傷后可產(chǎn)生酚類化合物，促進(jìn)農(nóng)桿菌向植物細(xì)胞轉(zhuǎn)移。(4)植物基因工程中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法除了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法之外，還有基因槍法和花粉管通道法。[答案]　(1)單子葉植物　將目的基因?qū)氲街参锛?xì)胞　染色體DNA　T－DNA片段　(2)DNA連接酶、限制酶　(3)酚　(4)基因槍法、花粉管通道法,[網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建]填充：①利用PCR擴(kuò)增　②從基因文庫中

20、獲取 ③基因表達(dá)載體的構(gòu)建　 ④農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 ⑤目的基因的檢測與鑒定　 ⑥D(zhuǎn)NA分子雜交 ⑦抗原—抗體雜交,———————[課堂歸納]—————————,[關(guān)鍵語句]1．獲取目的基因的常用方法有：從基因文庫中獲取目的基因和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建是實(shí)施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。3．一個基因表達(dá)載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子以及標(biāo)記基因等。4．將目的

21、基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法。5．培育轉(zhuǎn)基因動物時，受體細(xì)胞一般是受精卵，目的基因的導(dǎo)入方法常用顯微注射技術(shù)。6．檢測目的基因是否導(dǎo)入和轉(zhuǎn)錄，常用分子雜交技術(shù)；檢測是否翻譯，常用抗原—抗體雜交技術(shù)。,1．有關(guān)目的基因獲取的理解，不正確的是(　　)A．目的基因可以從自然界中分離，也可以人工合成B．目的基因主要指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因C．基因文庫就是基因組文庫D．cDNA文庫只含有某種生物的一部分

22、基因解析：基因文庫又分為基因組文庫和部分基因文庫。cDNA文庫是部分基因文庫。,[答案]　C,2．哪些是基因表達(dá)載體的必需組成部分(　　)①啟動子　　?、诮K止密碼子　　?、蹣?biāo)記基因④目的基因　?、萁K止子A．①②③④　　　　　　B．①③④⑤C．①②④⑤ D．①②③⑤解析：啟動子位于基因表達(dá)載體的首端，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質(zhì)；終止子相當(dāng)于一盞紅色信號燈，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地

23、方停止下來；標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來；目的基因是基因表達(dá)載體上必須具有的結(jié)構(gòu)。,[答案]　B,3．(重慶高考)如圖是利用基因工程培育抗蟲植物的示意圖。以下相關(guān)敘述，正確的是(　　)A．②的構(gòu)建需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA聚合酶參與B．③侵染植物細(xì)胞后，重組Ti質(zhì)粒整合到④的染色體上C．④的染色體上若含抗蟲基因，則⑤就表現(xiàn)出抗蟲性狀D．⑤只要表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生

24、了可遺傳變異,解析：構(gòu)建載體需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶，A錯誤；③侵染植物細(xì)胞后，重組Ti質(zhì)粒上的T－DNA整合到④的染色體上，B錯誤；染色體上含有目的基因，但目的基因也可能不能轉(zhuǎn)錄或者不能翻譯，或者表達(dá)的蛋白質(zhì)不具有生物活性，C錯誤；植株表現(xiàn)出抗蟲性狀，說明含有目的基因，屬于基因重組，為可遺傳變異，D正確。,[答案]　D,4．PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA，需要的條件是(　　)①目的基因　 　?、谝铩　、鬯姆N脫氧核苷酸④DNA聚合

25、酶等　 ⑤mRNA　 ⑥核糖體A．①②③④ B．②③④⑤C．①③④⑤ D．①②③⑥解析：PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA與體內(nèi)DNA復(fù)制一樣，需要模板、引物、原料、酶等條件。,[答案]　A,5．為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用倍受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。,(1)獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制酶作用于圖中的__________處

26、，DNA連接酶作用于________處。(選填“a”或“b”)(2)將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和________法。(3)為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的______________作探針進(jìn)行分子雜交檢測，又要用________________方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。,解析：基因工程的工具酶——限制酶和DNA連接酶的作用是斷開或連接兩核苷酸之間的磷酸二酯鍵。將目的