2021-2022高中生物 專題一 第2節(jié) 基因工程的基本操作程序

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1、專 題 1 基 因 工 程第 2節(jié) 基 因 工 程 的 基 本 操 作 程序 欄目鏈接 基 因 工 程 的 基 本 操 作 程 序 主 要 包 括 四 個(gè) 步 驟 ：_、 _、_、 _。目 的 基 因 的 獲 取 基 因 表 達(dá) 載 體 的 構(gòu) 建將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞目 的 基 因 的 檢 測(cè) 與 鑒 定 欄目鏈接 一 、 目 的 基 因 的 獲 取1 從 基 因 文 庫 中 獲 取 目 的 基 因 ： 將 含 有 某 種 生物 _的 許 多 DNA片 段 導(dǎo) 入 受 體 菌 的 群 體 中儲(chǔ) 存 ， 各 個(gè) 受 體 菌 分 別 含 有 這 種 生 物 的 _，稱 為 基

2、 因 文 庫 。 基 因 文 庫 可 大 可 小 ， 如 果 它 含 了 一 種生 物 所 有 的 基 因 ， 就 叫 _； 如 果 它 只 包含 一 種 生 物 的 一 部 分 基 因 ， 就 叫 _， 如_。不 同 基 因 不 同 基 因基 因 組 文 庫部 分 基 因 文 庫 cDNA文 庫 欄目鏈接 2 利 用 PCR技 術(shù) 擴(kuò) 增 目 的 基 因 ： PCR技 術(shù) 是 一項(xiàng) 在 生 物 體 外 _特 定 DNA片 段 的 核 酸 合 成 技 術(shù) 。(1)原 理 ： 利 用 _原 理 ， 將 基 因 的 核 苷酸 序 列 不 斷 加 以 復(fù) 制 ， 使 其 呈 指 數(shù) 方 式 增 加

3、。 指 數(shù) 擴(kuò)增 約 為 2n(n為 擴(kuò) 增 循 環(huán) 的 次 數(shù) )。(2)條 件 ： 已 知 目 的 基 因 的 _序 列 、_、 _、 _。復(fù) 制 DNA復(fù) 制 核 苷 酸 引 物模 板 DNA DNA聚 合 酶 欄目鏈接 (3)過 程 ： 目 的 基 因 DNA受 熱 變 性 后 解 鏈 為_， 與 引 物 結(jié) 合 ， 然 后 在 _的 作 用下 進(jìn) 行 延 伸 形 成 DNA。3 化 學(xué) 合 成 目 的 基 因 ： 如 果 _比 較 小 ，核 苷 酸 序 列 又 _， 也 可 以 利 用 DNA合 成 儀 化 學(xué)合 成 。 單 鏈DNA聚 合 酶 基 因已 知 欄目鏈接 二 、 基 因

4、 表 達(dá) 載 體 的 構(gòu) 建1 表 達(dá) 載 體 的 組 成 ： 目 的 基 因 _ 標(biāo) 記 基 因 。2 表 達(dá) 載 體 的 功 能 ： 使 目 的 基 因 在 受 體 細(xì) 胞 中穩(wěn) 定 存 在 ， 并 且 _給 下 一 代 ， 同 時(shí) ， 使 目 的 基因 能 夠 _和 發(fā) 揮 作 用 。 啟 動(dòng) 子 終 止 子遺 傳表 達(dá) 欄目鏈接 3 啟 動(dòng) 子 ： 位 于 基 因 的 _， 它 是_的 部 位 ， 驅(qū) 動(dòng) 基 因 轉(zhuǎn) 錄產(chǎn) 生 mRNA。4 終 止 子 ： 位 于 基 因 的 _， 能 夠 終 止_。5 標(biāo) 記 基 因 ： _受 體 細(xì) 胞 中 是 否 含 有 目的 基 因 ， 從 而

5、 將 含 有 目 的 基 因 的 細(xì) 胞 篩 選 出 來 。首 端RNA聚 合 酶 識(shí) 別 和 結(jié) 合 尾 端 轉(zhuǎn) 錄鑒 別 欄目鏈接 三 、 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞1 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 植 物 細(xì) 胞 的 方 法 有_、 _、 _。2 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 動(dòng) 物 細(xì) 胞 的 常 用 方 法 為_。3 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 微 生 物 細(xì) 胞 時(shí) ， 一 般 須 首 先用 _處 理 微 生 物 細(xì) 胞 ， 使 其 成 為 感 受 態(tài) 細(xì) 胞 。農(nóng) 桿 菌 轉(zhuǎn) 化 法基 因 槍 法 花 粉 管 通 道 法顯 微 注 射 法Ca 2 欄目鏈接 四 、 目

6、 的 基 因 的 檢 測(cè) 與 鑒 定檢 測(cè) 轉(zhuǎn) 基 因 生 物 的 _上 的 目 的 基 因 ，采 用 方 法 是 _； 檢 測(cè) 目 的 基 因 是 否轉(zhuǎn) 錄 出 _， 采 用 方 法 是 _； 檢測(cè) 目 的 基 因 是 否 翻 譯 成 _， 采 用 方 法 是_； 個(gè) 體 生 物 學(xué) 水 平 的 鑒 定 ，如 抗 蟲 、 抗 病 的 _實(shí) 驗(yàn) 等 。染 色 體 DNA分 子 雜 交 法 mRNA分 子 雜 交 法 蛋 白 質(zhì)抗 原 抗 體 雜 交 法接 種 欄目鏈接 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 1 目 的 基 因 的 獲 取獲 取 目 的 基 因 是 基 因 工 程 實(shí) 施 的 第 一 步 ， 有

7、 三 種途 徑 可 以 獲 取 目 的 基 因 ， 如 下 圖 所 示 ： 欄目鏈接 1 從 基 因 文 庫 獲 取 ?；?因 文 庫 是 將 含 有 某 種 生 物 不 同 基 因 的 許 多 DNA片 段 導(dǎo) 入 受 體 菌 的 群 體 中 儲(chǔ) 存 ， 各 個(gè) 受 體 菌 分 別 含 有這 種 生 物 的 不 同 基 因 ， 叫 做 基 因 文 庫 。 建 立 基 因 文 庫的 目 的 就 是 為 獲 得 大 量 的 目 的 基 因 做 準(zhǔn) 備 。 如 果 基 因文 庫 中 含 有 一 種 生 物 所 有 的 基 因 ， 這 個(gè) 基 因 文 庫 就 叫做 基 因 組 文 庫 。 欄目鏈接

8、如 果 基 因 文 庫 中 含 有 一 種 生 物 的 一 部 分 基 因 ，這 個(gè) 文 庫 就 叫 做 部 分 基 因 文 庫 。 如 以 某 生 物 的mRNA逆 轉(zhuǎn) 錄 基 因 產(chǎn) 生 的 多 種 互 補(bǔ) DNA(cDNA)片段 ， 并 與 載 體 連 接 后 儲(chǔ) 存 在 一 個(gè) 受 體 菌 群 中 的cDNA文 庫 。 基 因 文 庫 就 相 當(dāng) 于 某 種 生 物 的 基 因 倉(cāng)庫 ， 儲(chǔ) 備 著 該 生 物 大 量 的 基 因 。 欄目鏈接 2 PCR技 術(shù) 擴(kuò) 增 。PCR技 術(shù) 是 一 項(xiàng) 在 生 物 體 外 復(fù) 制 特 定 的 DNA的 核酸 合 成 技 術(shù) 。 它 遵 循

9、的 原 理 與 DNA復(fù) 制 原 理 相 同 ， 條 件是 有 一 段 已 知 的 目 的 基 因 的 核 苷 酸 序 列 和 根 據(jù) 該 核 苷 酸序 列 合 成 的 引 物 ， 原 料 是 四 種 脫 氧 核 苷 酸 ， 也 需 要 多 種酶 (如 DNA聚 合 酶 等 )。 在 PCR擴(kuò) 增 儀 上 自 動(dòng) 復(fù) 制 。3 人 工 合 成 。如 果 基 因 比 較 小 ， 核 苷 酸 序 列 又 是 已 知 的 ， 可 以人 工 合 成 目 的 基 因 ， 該 法 主 要 有 兩 種 ： 逆 轉(zhuǎn) 錄 和 化 學(xué) 合 成 法 。 欄目鏈接 逆 轉(zhuǎn) 錄 法 的 操 作 過 程 為 ： 根 據(jù)

10、已 知 氨 基 酸 序 列 合 成 DNA的 操 作 過 程 為 ： 欄目鏈接 4 PCR技 術(shù) 與 生 物 體 內(nèi) DNA復(fù) 制 的 比 較 。 欄目鏈接 欄目鏈接 例 1在 已 知 某 小 片 段 基 因 堿 基 序 列 的 情 況 下 ， 獲 得該 基 因 的 最 佳 方 法 是 ( )A 用 mRNA為 模 板 逆 轉(zhuǎn) 錄 合 成 DNAB 以 4種 脫 氧 核 苷 酸 為 原 料 人 工 合 成C 將 供 體 DNA片 段 轉(zhuǎn) 入 受 體 細(xì) 胞 中 ， 再 進(jìn) 一 步 篩選 D 由 蛋 白 質(zhì) 的 氨 基 酸 序 列 推 測(cè) mRNA 欄目鏈接 解析：現(xiàn)在已知的條件只是某小片段基因

11、的堿基序列，而沒有相應(yīng)的mRNA和蛋白質(zhì)的氨基酸序列，所以只能以4種脫氧核苷酸為原料來人工合成。答案：B 欄目鏈接 1以下關(guān)于PCR技術(shù)的說法，不正確的是() A生物體內(nèi)DNA的復(fù)制也稱為PCRB該技術(shù)操作過程中要遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則CPCR過程中DNA的數(shù)量呈指數(shù)形式擴(kuò)增D可在PCR擴(kuò)增儀中自動(dòng)完成變 式遷 移解析：PCR是在生物體外復(fù)制特定DNA的技術(shù)，生物體內(nèi)DNA的自我復(fù)制不叫PCR技術(shù)。答案：A 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 2 基 因 表 達(dá) 載 體 的 構(gòu) 建 (基 因 工 程 的 核 心 )”1 構(gòu) 建 目 的 ： 其 目 的 是 使 目 的 基 因 在 受 體 細(xì) 胞中 穩(wěn) 定 存

12、在 ， 并 且 可 以 遺 傳 給 下 一 代 ， 同 時(shí) 使 目 的基 因 能 夠 表 達(dá) 和 發(fā) 揮 作 用 。2 構(gòu) 建 的 基 因 表 達(dá) 載 體 的 組 成 ： 目 的 基 因 、 啟動(dòng) 子 、 終 止 子 、 標(biāo) 記 基 因 (如 下 圖 )。 欄目鏈接 欄目鏈接 3 由 于 受 體 細(xì) 胞 有 植 物 細(xì) 胞 、 動(dòng) 物 細(xì) 胞 、 微生 物 細(xì) 胞 之 分 ， 以 及 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 的 方 法不 同 ， 因 此 ， 基 因 表 達(dá) 載 體 的 構(gòu) 建 上 也 會(huì) 有 所 差 別 ，不 可 能 是 千 篇 一 律 的 。 欄目鏈接 例 2 基 因 工 程

13、 又 叫 基 因 拼 接 技 術(shù) ， 請(qǐng) 回 答 下 列 問題 。 (1)在 該 技 術(shù) 中 ， 用 人 工 合 成 方 法 獲 得 目 的 基 因 的途 徑 之 一 是 ： 以 目 的 基 因 轉(zhuǎn) 錄 的 _為 模 板 ，_形 成 互 補(bǔ) 的 單 鏈 DNA， 然 后 在 酶 的 作 用 下 合成 _。(2)基 因 工 程 中 常 用 的 受 體 細(xì) 胞 有 細(xì) 菌 、 真 菌 和_。 欄目鏈接 解析：在基因工程中，人工合成目的基因的途徑有兩條，其中之一就是以信使RNA為模板經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄合成目的基因?；蚬こ讨谐Ｓ玫氖荏w細(xì)胞有細(xì)菌、真菌和動(dòng)植物細(xì)胞。答案：(1)信 使 RNA(mRNA) 逆

14、轉(zhuǎn) 錄 雙 鏈DNA(目 的 基 因 ) (2)動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 欄目鏈接 2下列有關(guān)基因表達(dá)載體構(gòu)建過程的敘述中錯(cuò)誤的是()A用一定的限制酶切割質(zhì)粒，露出黏性末端B用同種限制酶切割目的基因，露出黏性末端C將切下的目的基因插入質(zhì)粒的切口處D將重組DNA引入受體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增變 式遷 移 欄目鏈接 解析：基因表達(dá)載體構(gòu)建過程為：先用同一種限制酶切割目的基因和載體，露出相同的黏性末端；然后將切下的目的基因插入載體的切口處；最后加入DNA連接酶將二者連接為重組DNA分子。答案： D變 式遷 移 欄目鏈接 點(diǎn)評(píng)：(1)基因表達(dá)載體也可以稱為重組載體(如重組質(zhì)粒)、重組DNA分子等。(2)基因表達(dá)載體

15、的構(gòu)建不只是需要DNA連接酶，亦需限制酶參與。(3)啟動(dòng)子與起始密碼子、終止子與終止密碼子的比較。變 式遷 移 欄目鏈接 變 式遷 移 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 3 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞目 的 基 因 進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞 內(nèi) ， 并 且 在 受 體 細(xì) 胞 內(nèi)維 持 穩(wěn) 定 和 表 達(dá) 的 過 程 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 化 。 基 因 工 程 中 常用 的 受 體 細(xì) 胞 有 大 腸 桿 菌 、 枯 草 桿 菌 、 土 壤 農(nóng) 桿 菌 、酵 母 菌 和 動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 等 。 受 體 細(xì) 胞 不 同 ， 導(dǎo) 入 方 法不 同 。 欄目鏈接 欄目鏈接 欄目鏈接 例 3下 列

16、關(guān) 于 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 的 描 述 不 正確 的 是 ( )A 基 因 槍 法 導(dǎo) 入 植 物 體 細(xì) 胞 的 方 法 比 較 經(jīng) 濟(jì) 有效 B 顯 微 注 射 技 術(shù) 是 轉(zhuǎn) 基 因 動(dòng) 物 中 采 用 最 多 的 方法 C 大 腸 桿 菌 最 常 用 的 轉(zhuǎn) 化 方 法 是 使 細(xì) 胞 的 生 理狀 態(tài) 發(fā) 生 改 變D 農(nóng) 桿 菌 轉(zhuǎn) 化 法 是 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 植 物 細(xì) 胞 最 常 用 的 方 法 欄目鏈接 解析：不同生物目的基因?qū)氲姆椒ú煌?，每種方法都有利有弊。目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，該方法比較經(jīng)濟(jì)有效，還有基因槍法和花粉

17、管通道法；目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞常用的方法是顯微注射法；大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法就是用鈣離子處理細(xì)胞，使細(xì)胞的生理狀態(tài)發(fā)生改變，完成轉(zhuǎn)化過程。答案：A 欄目鏈接 3采用基因工程方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是()將毒素蛋白質(zhì)注射到棉花受精卵中將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到受精卵中將編碼毒素蛋白質(zhì)的DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞再進(jìn)行組織培養(yǎng)將編碼毒素蛋白質(zhì)DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵變 式遷 移 欄目鏈接 A BC D變 式遷 移解析：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，使目的基因能在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠

18、表達(dá)和發(fā)揮作用，必須構(gòu)建表達(dá)載體。 欄目鏈接 變 式遷 移因?yàn)榛虮磉_(dá)載體組成除目的基因外，還必須有啟動(dòng)子、終止子以及標(biāo)記基因，有了啟動(dòng)子才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)；有了終止子才能保證轉(zhuǎn)錄在所需的地方停下來；具有標(biāo)記基因是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。只有構(gòu)建表達(dá)載體才能有利于基因表達(dá)，有利于篩選，也能更好地增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平。如果不構(gòu)建表達(dá)載體，即使導(dǎo)入目的基因也不能穩(wěn)定遺傳。所以不能直接注射。 答案：C 欄目鏈接 變 式遷 移點(diǎn)評(píng)：(1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中有二次拼接和二次導(dǎo)入。第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)粒上TDNA的中間部

19、位，第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T DNA被拼接到受體細(xì)胞的染色體DNA上；第一次導(dǎo)入是將含目的基因的Ti質(zhì)粒重新導(dǎo)入農(nóng)桿菌，第二次導(dǎo)入(非人工操作)是指含目的基因的T DNA進(jìn)入受體細(xì)胞。 欄目鏈接 變 式遷 移 (2)因?yàn)閯?dòng)物體細(xì)胞的全能性受到一定限制，故一般將目的基因?qū)雱?dòng)物的受精卵或卵細(xì)胞，而不是體細(xì)胞；而植物體細(xì)胞的全能性相對(duì)容易表達(dá)，故一般將目的基因?qū)胫参锏捏w細(xì)胞，然后再通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得轉(zhuǎn)基因植株。 欄目鏈接 知 識(shí) 點(diǎn) 4 目 的 基 因 的 檢 測(cè) 與 鑒 定原 因 ： 一 是 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 的 成 功 率 很低 ； 二 是 即

20、 使 目 的 基 因 已 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 ， 但 在 受 體細(xì) 胞 中 成 功 表 達(dá) 的 概 率 也 很 低 ， 故 最 后 需 要 從 分 子水 平 、 個(gè) 體 水 平 等 方 面 進(jìn) 行 目 的 基 因 的 檢 測(cè) 與 鑒 定 。 欄目鏈接 欄目鏈接 例 4利 用 外 源 基 因 在 受 體 細(xì) 胞 中 表 達(dá) ， 可 生 產(chǎn) 人 類所 需 的 產(chǎn) 品 。 下 列 選 項(xiàng) 中 能 說 明 目 的 基 因 完 成 了 在 受 體細(xì) 胞 中 表 達(dá) 的 是 ( )A 棉 花 二 倍 體 細(xì) 胞 中 檢 測(cè) 到 細(xì) 菌 的 抗 蟲 基 因B 大 腸 桿 菌 中 檢 測(cè) 到 人 胰 島

21、素 基 因 及 其 mRNAC 山 羊 乳 腺 細(xì) 胞 中 檢 測(cè) 到 人 生 長(zhǎng) 激 素 的 DNA序 列D 酵 母 菌 細(xì) 胞 中 提 取 到 人 干 擾 素 蛋 白 欄目鏈接 解析：基因的表達(dá)即能在受體細(xì)胞中提取到由目的基因控制合成的蛋白質(zhì)。答案：D 欄目鏈接 4下列技術(shù)中不是依據(jù)DNA分子雜交原理的是() A檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞B檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄了mRNAC檢測(cè)目的基因是否翻譯合成蛋白質(zhì)D快速靈敏地檢測(cè)飲用水中病毒的含量變 式遷 移 欄目鏈接 變 式遷 移解析：DNA分子雜交就是不同來源的DNA分子的單鏈按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合在一起，形成雜合雙鏈的過程。B項(xiàng)利用了分子雜交

22、技術(shù)(DNA與mRNA之間雜交)。檢測(cè)目的基因是否翻譯合成蛋白質(zhì)依據(jù)的是抗原抗體雜交原理，未用到DNA分子雜交原理。答案：C 欄目鏈接 變 式遷 移點(diǎn)評(píng)：(1)涉及目的基因的檢測(cè)與鑒定習(xí)題時(shí)，應(yīng)注意審題，辨清要求從“分子水平”還是從“個(gè)體水平”。(2)DNA探針及其應(yīng)用：DNA探針是指用熒光或放射性同位素標(biāo)記的DNA分子，其應(yīng)用依據(jù)的原理是DNA分子雜交。應(yīng)用：DNA探針可用來檢測(cè)DNA或RNA分子，因此其應(yīng)用廣泛，如： 欄目鏈接 變 式遷 移 a從基因文庫中準(zhǔn)確提取目的基因。b檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因和檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA。c鑒定物種親緣關(guān)系。d疾病的診斷和治療。e環(huán)境監(jiān)測(cè)。 欄目鏈接