第2节基因工程的基本操作程序 学案设计（一） ■■■■学习目标 1.结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。 2针对人类生 和生活的 需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计 3关注基因工程的社会议题，参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。 ■■■■自主预习 一、目的基因的筛洗与获取 1.目的基因 ()概念：用于改变】 或获得 等的基因。 (2)实例：培有转基因抗虫棉用到的目的基因是 基因。 2.筛选合适的目的基因 1)较为有效的方法：从相关的 的基因中进行筛洗」 产物例：在培有转基因抗虫棉之前科学家不仅掌握了B1基因的序列信息，也对B肛基 较为深入的了解。 (3)认识基因结构和功能的技术方法： 技术、 数据库、 具。 3.利用PCR获取和扩增目的基因 IPCR的含义-PCR是 的缩写。它是一项根据 的原理，在体外提供 的各种组分与反应条件，对☐ 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」 、4 种 (3)过程 ①变性：温度上升到90C以上，双链DNA ②复性：温度下降到50℃左右时 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 在耐高温的 的作用下力 到引物的端合成子链。 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 形式扩增（约为2 二、其因表达载体的物建 1构建基因表达载体的目的 (1)使目的基因在受体细胞中 并且可以 给下一代。 2)使目的基因能够和发挥作用。 2.基因表达载体的组成填图] 多新安是目的装得的 功能：{家动两西识别和结合的部位。 的基因的 :用于目的基因的检测与筛
第 2 节 基因工程的基本操作程序 学案设计(一) 学习目标 1.结合生产实例,举例说出基因工程的基本操作程序。 2.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。 3.关注基因工程的社会议题,参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。 自主预习 一、目的基因的筛选与获取 1.目的基因 (1)概念:用于改变 或获得 等的基因。 (2)实例:培育转基因抗虫棉用到的目的基因是 基因。 2.筛选合适的目的基因 (1)较为有效的方法:从相关的 和 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—— 有了较为深入的了解。 (3)认识基因结构和功能的技术方法: 技术、 数据库、 工 具。 3.利用 PCR 获取和扩增目的基因 (1)PCR 的含义:PCR 是 的缩写。它是一项根据 的原理,在体外提供 的各种组分与反应条件,对 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 、4 种 、 。 (3)过程: ①变性:温度上升到 90 ℃以上,双链 DNA 。 ②复性:温度下降到 50 ℃左右时, 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 在耐高温的 的作用下加 到引物的 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 形式扩增(约为 2 n )。 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 ,并且可以 给下一代。 (2)使目的基因能够 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 切割载体，使它出现一个切口：然后用 明制或 的限制酶切割含有目的基因的DNA片段：再利用 将目的基因片段拼接到载体的切 处。 三、将目的基因导入受体细胞 1转化：目的基因讲入受体细胞内并在受体细胞内 和的过程。 2目的基因导入受体细嗣的方法 ()目的基因导入植物细胞 ①花粉管通道法 I,用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入 中。 Ⅱ.在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借 助 井入 ②农杆菌转化法 农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染 植物和植物：农杆菌的质粒 的 能够整合到所侵染细胞的】 上。 Ⅱ转化方法：将目的基因插入农杆菌 中让农杆菌侵染植物细胞。 (2)目的基因导入动物细胞 ①常用方法 法 ②常用受体细胞： (3)目的基因导入微生物细形 ①方法：用 _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 然后将重组的基因表达载体导入其中。 ②常用受体细胞：原核细胞（使用最广泛的是大形肠杆菌） 四、目的基因的检测与鉴定 1分子水平检测 (I)通过等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因 是否转录出mRNA。 (2)从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行 杂交检测目的基因是否翻 译成了蛋白质。 2.个体生物学水平鉴定 的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然 产品活性进行比较等。 ■■■■课堂探究 课堂探究一获取目的基因和构建基因表达载体 1.PCR 术与生物体内DNA复制的比较。 比较项目PCR技术 DNA复制 DNA在 作用下变性韬 方式 旋 催化 细胞主要在细胞核 场 细孢 (在PCR扩增仅内) _(Tag DNA聚 普通的」 温度 需控制温度，在 温度下 细胞内 条件
3.基因表达载体的构建 首先用一定的 切割载体,使它出现一个切口;然后用 限制酶或 的限制酶切割含有目的基因的 DNA 片段;再利用 将目的基因片段拼接到载体的切 口处。 三、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,并在受体细胞内 和 的过程。 2.目的基因导入受体细胞的方法 (1)目的基因导入植物细胞 ①花粉管通道法 Ⅰ.用微量注射器将含目的基因的 DNA 溶液直接注入 中。 Ⅱ.在植物受粉后的一定时间内,剪去柱头,将 DNA 溶液滴加在花柱切面上,使目的基因借 助 进入 。 ②农杆菌转化法 Ⅰ.农杆菌的特点:农杆菌自然条件下侵染 植物和 植物;农杆菌的 Ti 质粒上 的 能够整合到所侵染细胞的 上。 Ⅱ.转化方法:将目的基因插入农杆菌 中,让农杆菌侵染植物细胞。 (2)目的基因导入动物细胞 ①常用方法: 法。 ②常用受体细胞: 。 (3)目的基因导入微生物细胞 ①方法:用 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, 然后将重组的基因表达载体导入其中。 ②常用受体细胞:原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。 四、目的基因的检测与鉴定 1.分子水平检测 (1)通过 等技术检测受体细胞染色体 DNA 上是否插入了目的基因或检测目的基因 是否转录出 mRNA。 (2)从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行 杂交,检测目的基因是否翻 译成了蛋白质。 2.个体生物学水平鉴定 包括 的接种实验,以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然 产品活性进行比较等。 课堂探究 课堂探究一 获取目的基因和构建基因表达载体 1.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 作用下变性解 旋 催化 场所 细胞 (在 PCR 扩增仪内) 细胞 (主要在细胞核 内) 酶 耐高温的 (Taq DNA 聚 合酶) 、普通的 等 温度 需控制温度,在 温度下 细胞内 条件
条件 进行 合成 DNA片段或基因 DNA分子 对象 ○模板均需要 作为模板进行物质合成 ②原料：均为 联系 ③薛：均需要 进行催化 ④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的端开始连接 脱氧核苷酸 2.PCR过程中为什么需要引物2 3.PC℉扩增目的基因时，复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏引物与模 板的碱基配对，复性温度过低又会造成引物不能与DNA模板链的特定部位结合。复性温度的 设定与引物长度、碱基组成有关。假设引物的长度相同，在GC含量高时，对复性温度的设定 有什么要求？说明理由。 4.在利用PCR获取和扩增目的基因时，从第几轮循环才会产生完整的目的基因 5.简述基因表达载体的构建过程。 课堂探究二将目的基因导入受体细胞 1目的基因导入受体细胞的方法 明 将目的基因插入农杆菌质粒的TDNA上一转入农杆菌一→用适用于双子叶植物和
条件 进行 合成 的 对象 DNA 片段或基因 DNA 分子 联系 ①模板:均需要 作为模板进行物质合成 ②原料:均为 ③酶:均需要 进行催化 ④引物:均需要引物,使 DNA 聚合酶从引物的 端开始连接 脱氧核苷酸 2.PCR 过程中为什么需要引物? 3.PCR 扩增目的基因时,复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏引物与模 板的碱基配对,复性温度过低又会造成引物不能与 DNA 模板链的特定部位结合。复性温度的 设定与引物长度、碱基组成有关。假设引物的长度相同,在 GC 含量高时,对复性温度的设定 有什么要求?说明理由。 4.在利用 PCR 获取和扩增目的基因时,从第几轮循环才会产生完整的目的基因? 5.简述基因表达载体的构建过程。 课堂探究二 将目的基因导入受体细胞 1.目的基因导入受体细胞的方法 受 体 细 胞 类 型 方法 说明 特点 植 将目的基因插入农杆菌 Ti质粒的 T-DNA 上→转入农杆菌→用 适用于双子叶植物和
农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞的染色体 棵子植物，尤其适用 DNA上一日的基因表达 于双子叶植物 在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前剪去柱头→滴加 我国科学家独创的 DNA(含目的基因)溶液，使目的基因借助花粉管通道进入受体 细胞，日的基因表达 种方法 将含有目的基因的表达载体提纯一取卵（受精卵）一显微注射 将目的基因导入动物 注射了目的基因的受桔卵经胚胎早期培养后移植到唯性动物 细胞最为有效的方法 的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物 (感受 用C处理微生物细胞一感受态细胞一将基因表达载体与感 简便、经济、有效 态细 受态细胞混合一在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子 屉法 2农杆菌转化法是将目的基因导入双子叶植物和裸子植物的一种方法原因是双子叶植 物和裸子植物能够产生一种吸引农杆菌的化学物质，而单子叶植物不能产生这种物质，能不能 利用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物说明原因。 ■■■■■核心素养专练 1.基因工程主要操作步骤的顺序是( 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目的基因的筛选与获取 A.③②④① B②④①③ c002a D.③④02 2.下列有关PCR技术的说法，不正确的是( A.PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术 B.PCR技术的原理是DNA双链复制 C.利用PCR技术获取目的基因的前提是要有引物 D.PCR扩增中需要解旋酶解开双链DNA 3.下列关于PCR反应体系中所加物质作用的描述，错误的是( A耐高温的DNA聚合醇用于催化DNA子链的合成 B.引物使Tag DNA聚合酶能从引物的5'端延伸DNA链 C,目标DNA母链用作合成DNA复制的模板
物 细 胞 农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞的染色体 DNA 上→目的基因表达 裸子植物,尤其适用 于双子叶植物 在植物受粉后,花粉形成的花粉管还未愈合前,剪去柱头→滴加 DNA(含目的基因)溶液,使目的基因借助花粉管通道进入受体 细胞→目的基因表达 我国科学家独创的一 种方法 动 物 细 胞 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→ 注射了目的基因的受精卵,经胚胎早期培养后,移植到雌性动物 的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物 将目的基因导入动物 细胞最为有效的方法 微 生 物 细 胞 (感受 态细 胞法) 用 Ca2+处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感 受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收 DNA 分子 简便、经济、有效 2.农杆菌转化法是将目的基因导入双子叶植物和裸子植物的一种方法,原因是双子叶植 物和裸子植物能够产生一种吸引农杆菌的化学物质,而单子叶植物不能产生这种物质,能不能 利用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物?说明原因。 核心素养专练 1.基因工程主要操作步骤的顺序是( ) 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目的基因的筛选与获取 A.③②④① B.②④①③ C.④①②③ D.③④①② 2.下列有关 PCR 技术的说法,不正确的是( ) A.PCR 是一项在生物体外复制特定的 DNA 片段的核酸合成技术 B.PCR 技术的原理是 DNA 双链复制 C.利用 PCR 技术获取目的基因的前提是要有引物 D.PCR 扩增中需要解旋酶解开双链 DNA 3.下列关于 PCR 反应体系中所加物质作用的描述,错误的是( ) A.耐高温的 DNA 聚合酶用于催化 DNA 子链的合成 B.引物使 Taq DNA 聚合酶能从引物的 5'端延伸 DNA 链 C.目标 DNA 母链用作合成 DNA 复制的模板
D.4种脱氧核苷酸为PCR提供能量和原料 4.在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是( 个基因表达体的组成只包括目的基因、启动子、终止子 ②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA ③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止 ④所有基因表达载体的构建是完全相同的 ⑤必须在细胞内进行 A② B.①6 C.12⑤ D.③④ 5.下列关于目的基因导入受体细胞的描述，正确的是( A可以通过显微注射法直接将目的基因导入动物的受精卵中 B通过基因工程大量获得胰岛素时受体细胞选择大肠杆菌比酵母菌更有优势 C.可以用PEG处理大肠杆菌将目的基因导入其细胞内 D.可以使用病毒将目的基因导入受体细形 6.下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是( A培有“黄金大米“可用花粉管通道法导入目的基因 B.显微注射法是转基因动物中采用最多的方法 C.目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是C+处理法 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 7.双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。已知ddNTP 按碱基互补配对的方式加到正在复制的DNA子链中后，子链的延伸立即终止。某同学要通 过PCR技术获得被标记且以碱基T为末端的、不同长度的DNA子链片段。在反应管中 已经有单链模板、引物、相关的酶和相应的缓冲液等，还需要加入下列哪些原料礼 Yo o-80- 2-0 -0 X在T美表 ①dCTP,dGTP,dATP②dGP,dATP,dTTP,dCTP③a位被2p标记的ddTTP④y 位被p标记的ddT A.①③ B.①④ C②③ D②④ 8.下列娜一种方法不能用于检测目的基因是否成功导入或表达( A在品微墙下直接图察受体细胞中是否含有日的基因 B.通过PCR等技术检测受体细胞的DNA分子上是否含有目的基因 C.提取受体细胞合成的相应蛋白质，利用抗原一抗体特异性反应进行检测 D.抗虫基因导入植物细胞后，检测植物是否具有抗虫特性 9.(多选)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CaE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的 是 抗农药经拟RN☑巴eDN闪②CarE淋因表达我闲 餐都-C圈-匹国马大轩圈，德闲 A过程①需使用原料是4种脱氧核糖核苷酸
D.4 种脱氧核苷酸为 PCR 提供能量和原料 4.在基因表达载体的构建中,下列说法不正确的是( ) ①一个基因表达载体的组成只包括目的基因、启动子、终止子 ②有了启动子才能驱动基因转录出 mRNA ③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止 ④所有基因表达载体的构建是完全相同的 ⑤必须在细胞内进行 A.②③⑤ B.①④⑤ C.①②⑤ D.③④ 5.下列关于目的基因导入受体细胞的描述,正确的是( ) A.可以通过显微注射法直接将目的基因导入动物的受精卵中 B.通过基因工程大量获得胰岛素时,受体细胞选择大肠杆菌比酵母菌更有优势 C.可以用 PEG 处理大肠杆菌将目的基因导入其细胞内 D.可以使用病毒将目的基因导入受体细胞 6.下列关于目的基因导入受体细胞的描述,不正确的是( ) A.培育“黄金大米”可用花粉管通道法导入目的基因 B.显微注射法是转基因动物中采用最多的方法 C.目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是 Ca2+处理法 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 7.双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。已知 ddNTP 按碱基互补配对的方式加到正在复制的 DNA 子链中后,子链的延伸立即终止。某同学要通 过 PCR 技术获得被标记且以碱基“T”为末端的、不同长度的 DNA 子链片段。在反应管中 已经有单链模板、引物、相关的酶和相应的缓冲液等,还需要加入下列哪些原料( ) ① dCTP,dGTP,dATP ② dGTP,dATP,dTTP,dCTP ③α 位被 32P 标记的 ddTTP ④γ 位被 32P 标记的 ddTTP A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 8.下列哪一种方法不能用于检测目的基因是否成功导入或表达( ) A.在显微镜下直接观察受体细胞中是否含有目的基因 B.通过 PCR 等技术检测受体细胞的 DNA 分子上是否含有目的基因 C.提取受体细胞合成的相应蛋白质,利用抗原—抗体特异性反应进行检测 D.抗虫基因导入植物细胞后,检测植物是否具有抗虫特性 9.(多选)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示,下列叙述正确的 是( ) A.过程①需使用原料是 4 种脱氧核糖核苷酸