1、1/15第第 2 节节基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序课标内容要求课标内容要求核心素养对接核心素养对接阐明基因工程的基本操作程序主要包阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的括目的基因的筛选与筛选与获取获取、 基因表达载基因表达载体的构建体的构建、 将将目的基因导入受体细胞和目的基因导入受体细胞和目的基因的检测目的基因的检测与与鉴定。鉴定。1.科学思维：结合生产实例，举例说出科学思维：结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。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科学探究：针对人类生产和生活的某一需求某一需求， 尝试提出初步的基因工程构尝试提出初步的基因工
2、程构想，完成初步设计。想，完成初步设计。一、目的基因的筛选与获取一、目的基因的筛选与获取1目的基因目的基因(1)概念：用于改变概念：用于改变受体细胞性状受体细胞性状或获得或获得预期表达产物预期表达产物等的基因。等的基因。(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是 Bt 抗虫蛋白基因抗虫蛋白基因。2筛选合适的目的基因筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的较为有效的方法：从相关的已知结构已知结构和和功能清晰功能清晰的基因中进行筛选。的基因中进行筛选。(2)实例实例： 在培育转基因抗虫棉之前在培育转基因抗虫棉之前， 科学家不仅掌握了科学家不仅掌握了
3、Bt 基因的基因的序列信息序列信息，也对也对 Bt 基因的表达产物基因的表达产物Bt 抗虫蛋白抗虫蛋白有了较为深入的了解。有了较为深入的了解。(3)认识基因结构和功能的技术方法认识基因结构和功能的技术方法：DNA 测序测序技术技术、遗传序列遗传序列数据库数据库、序序列比对列比对工具。工具。3利用利用 PCR 获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因(1)PCR 的含义：的含义：PCR 是是聚合酶链式反应聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据的缩写，它是一项根据 DNA 半保半保留复制留复制的原理的原理，在体外提供在体外提供参与参与 DNA 复制复制的各种组分与反应条件的各种组分与反应条件，对对目的基因
4、目的基因的核苷酸序列的核苷酸序列进行大量复制的技术。进行大量复制的技术。(2)条件条件：DNA 模板模板、分别与两条模板链结合的分别与两条模板链结合的 2 种种引物引物、四种四种脱氧核苷酸脱氧核苷酸、耐高温的耐高温的 DNA 聚合酶聚合酶。(3)过程：过程：变性：温度上升到变性：温度上升到 90 以上，目的基因以上，目的基因 DNA 受热变性后解为单链受热变性后解为单链。复性复性：温度下降到温度下降到 50 左右时左右时，两种引物两种引物通过碱基互补配对与两条单通过碱基互补配对与两条单链链DNA 结合。结合。延伸延伸： 温度上升到温度上升到 72 左右时左右时，溶液中溶液中四种脱氧核苷酸四种脱
5、氧核苷酸在耐高温在耐高温的的 DNA2/15聚合酶聚合酶的作用下加到引物的的作用下加到引物的 3端合成子链。端合成子链。重复循环多次。重复循环多次。(4)结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数指数形式扩增形式扩增(约为约为 2n)。二、基因表达载体的构建二、基因表达载体的构建1构建基因表达载体的目的构建基因表达载体的目的(1)使目的基因在受体细胞中使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在，并且可以，并且可以遗传遗传给下一代。给下一代。(2)使目的基因能够使目的基因能够表达表达和发挥作用。和发挥作用。2基因表达载体的组成基因表达载体的组成填图填图3
6、基因表达载体的构建基因表达载体的构建首先用一定的首先用一定的限制酶限制酶切割载体，使它出现一个切口，然后用切割载体，使它出现一个切口，然后用同种同种限制酶或限制酶或能产生相同末端能产生相同末端的限制酶切割目的基因的的限制酶切割目的基因的 DNA 片段，再利用片段，再利用 DNA 连接酶连接酶将目将目的基因片段拼接到载体的切口处。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三、将目的基因导入受体细胞1转化转化：目的基因进入受体细胞内目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内并在受体细胞内维持稳定维持稳定和和表达表达的过的过程程。2目的基因导入受体细胞的方法目的基因导入受体细胞的方法(1)
7、目的基因导入植物细胞目的基因导入植物细胞花粉管通道法花粉管通道法.用微量注射器将含目的基因的用微量注射器将含目的基因的 DNA 溶液直接注入溶液直接注入子房子房中。中。.在植物受粉后的一定时间内在植物受粉后的一定时间内， 剪去柱头剪去柱头， 将将 DNA 溶液滴加在花柱切面上溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借使目的基因借花粉管通道花粉管通道进入进入胚囊胚囊。农杆菌转化法农杆菌转化法.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染双子叶双子叶植物和植物和裸子裸子植物；农杆菌植物；农杆菌的的 Ti 质质粒粒上的上的 TDNA 能够整合到所侵染细胞的能够整合到所侵染细胞的染色体
8、染色体 DNA 上。上。.转化方法：将目的基因插入农杆菌转化方法：将目的基因插入农杆菌 Ti 质粒的质粒的 TDNA 中，让农杆菌侵染中，让农杆菌侵染3/15植物细胞。植物细胞。(2)目的基因导入动物细胞目的基因导入动物细胞常用方法：常用方法：显微注射显微注射法。法。常用受体细胞：常用受体细胞：受精卵受精卵。(3)目的基因导入微生物细胞目的基因导入微生物细胞方法方法： 用用 Ca2处理细胞处理细胞， 使细胞处于一种能吸收周围环境中使细胞处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。生理状态，然后将重组表达载体导入其中。常用受体细胞：原核细胞常用受体细胞：原
9、核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌使用最广泛的是大肠杆菌)。四、目的基因的检测与鉴定四、目的基因的检测与鉴定1分子水平检测分子水平检测(1)通过通过 PCR 等技术检测受体细胞染色体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上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出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从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行抗原抗原抗体抗体杂交，检测杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。目的基因是否翻译成了蛋白质。2个体水平鉴定个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产包括抗虫、抗病的接种
10、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。品需要与天然产品活性进行比较等。判断对错判断对错(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”“”)1从已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因是获取目的基因的一种有从已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因是获取目的基因的一种有效方法。效方法。()2Taq 酶是用酶是用 PCR 仪对仪对 DNA 分子扩增过程中常用的一种耐高温的分子扩增过程中常用的一种耐高温的 DNA连接酶。连接酶。()提示提示：Taq 酶是酶是耐高温耐高温 DNA 聚合酶。聚合酶。3基因表达载体中启动子是基因表达载体中启动子是 DNA 聚合酶识别和
11、结合的部位。聚合酶识别和结合的部位。()提示提示：启动子是启动子是 RNA 聚合酶识别和结合的部位。聚合酶识别和结合的部位。4将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。()5转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。()提示提示：抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种实验来鉴定。抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种实验来鉴定。4/156可通过可通过 PCR 等技术检测棉花的染色体上是否插入了等技术检测棉花的染色体上是否插入了 Bt 基因。基因。()获取目的基
12、因和构建基因表达载体获取目的基因和构建基因表达载体1利用利用 PCR 获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因(1)PCR 反应的过程反应的过程(2)PCR 技术与生物体内技术与生物体内 DNA 复制的比较复制的比较比较项目比较项目PCR 技术技术DNA 复制复制区区别别解旋解旋方式方式DNA 在高温作用下变性解旋在高温作用下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所细胞外细胞外(在在 PCR 扩增仪内扩增仪内)细胞内细胞内(主要在细胞核内主要在细胞核内)区区别别酶酶耐耐高温的高温的的的 DNA 聚合酶聚合酶(Taq 聚合聚合酶酶)DNA 解旋酶、普通的解旋酶、普通的 DNA聚合酶等聚合酶等温度温度条件
13、条件需控制温度，在较高温度下进行需控制温度，在较高温度下进行细胞内温和条件细胞内温和条件合成合成的对的对象象DNA 片段或基因片段或基因DNA 分子分子联系联系模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成原料：均为四种脱氧核苷酸原料：均为四种脱氧核苷酸酶：均需要酶：均需要 DNA 聚合酶进行催化聚合酶进行催化5/15引物：均需要引物，使引物：均需要引物，使 DNA 聚合酶从引物的聚合酶从引物的 3端开始连接端开始连接脱氧核苷酸脱氧核苷酸2.基因表达载体的构建过程基因表达载体的构建过程(1)用同一种限制酶或产生相同末端的限制酶切割含目的基因用同一种限制
14、酶或产生相同末端的限制酶切割含目的基因 DNA 和质粒和质粒，使其产生相同末端。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将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量再加入适量 DNA 连接酶连接酶，使使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组 DNA 分子分子(重组质粒重组质粒)。构建过程如。构建过程如下图所示：下图所示：合作探究：合作探究：(1)PCR 过程中为什么需要引物？过程中为什么需要引物？提示提示：引物是一小段单链引物是一小段单链 DNA 或或 RNA，作为作为 DNA 复制的起始序列复制的起始序列，它能它能与与 DNA 母
15、链的一段碱基序列互补配对。存在于自然界中生物的母链的一段碱基序列互补配对。存在于自然界中生物的 DNA 复制和人复制和人工合成中的多聚酶链式反应工合成中的多聚酶链式反应(PCR)之所以需要引物之所以需要引物， 是因为在是因为在 DNA 合成时合成时 DNA聚合酶只能从聚合酶只能从 5端端到到 3端端合成子链。合成子链。(2)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复性温度过低又会造成引物不能与 DNA 模板链的模板链的特定部位结合。
16、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。含量高时，对复性温度的设定有什么要求？说明理由。提示提示：在引物的在引物的 GC 含量高时含量高时，设定的复性温度要高一些设定的复性温度要高一些。因为因为 DNA 分子分子中中 GC 之间有三个氢键，之间有三个氢键，AT 之间有两个氢键。之间有两个氢键。(3)在利用在利用 PCR 获取和扩增目的基因时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从第几轮循环才会产生完整的目的基因？基因？提示提示
17、：第第 3 轮轮6/151下列关于下列关于 PCR 反应体系中所加物质作用的描述，错误的是反应体系中所加物质作用的描述，错误的是()A耐高温的耐高温的 DNA 聚合酶用于催化聚合酶用于催化 DNA 子链的合成子链的合成B引物使引物使 Taq 酶能从引物的酶能从引物的 5端延伸端延伸 DNA 链链C目标目标 DNA 母链用作合成母链用作合成 DNA 复制的模板复制的模板D四种脱氧核苷酸为四种脱氧核苷酸为 PCR 提供能量和原料提供能量和原料B通过通过 PCR 技术扩增目的基因时，需要用技术扩增目的基因时，需要用耐高温耐高温 DNA 聚合酶催化单个聚合酶催化单个脱氧核苷酸聚合形成脱氧核苷酸聚合形成
18、 DNA 子链，子链，A 正确；在复制时，引物与正确；在复制时，引物与 DNA 母链通过碱母链通过碱基互补配对结合后，基互补配对结合后，DNA 聚合酶从引物的聚合酶从引物的 3端开始延伸端开始延伸 DNA 链，因此链，因此 DNA合成方向总是从子链的合成方向总是从子链的 5端向端向 3端延伸，端延伸，B 错误；错误；PCR 技术的原理是技术的原理是 DNA双链复制双链复制，DNA 复制时两条链均作为复制的模板复制时两条链均作为复制的模板，C 正确正确；DNA 合成的原料是合成的原料是四种脱氧核苷酸，同时两个核苷酸连接时可释放能量，四种脱氧核苷酸，同时两个核苷酸连接时可释放能量，D 正确。正确。
19、2在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是()一个基因表达载体的组成只包括目的基因、启动子、终止子一个基因表达载体的组成只包括目的基因、启动子、终止子有了启动子才能驱动基因转录出有了启动子才能驱动基因转录出 mRNA终止子的作用是使转录在所需要的地方停止终止子的作用是使转录在所需要的地方停止所有基因表达载体的构建是完全相同的所有基因表达载体的构建是完全相同的必须在细胞内进行必须在细胞内进行ABCDB基因表达载体的构建是基因工程的核心内容，基因表达载体是载体的基因表达载体的构建是基因工程的核心内容，基因表达载体是载体的一种，除了目的基因外，它还有启动子
20、、终止子和标记基因等，一种，除了目的基因外，它还有启动子、终止子和标记基因等，错误；启动错误；启动7/15子是子是 RNA 聚合酶的结合位点聚合酶的结合位点，有了它才能驱动基因转录出有了它才能驱动基因转录出 mRNA，正确正确；终终止子控制着转录的结束止子控制着转录的结束，正确正确；由于受体细胞有植物由于受体细胞有植物、动物以及微生物之分动物以及微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构建是不完全相以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构建是不完全相同的，同的，错误；基因表达载体的构建必须在细胞外进行，错误；基因表达载体的构建必须在细胞外进行，错误。错
21、误。正确，正确，错误。故选错误。故选 B。3基因工程中可以通过基因工程中可以通过 PCR 技术扩增目的基因。回答下列问题。技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)生物体细胞内的生物体细胞内的 DNA 复制开始时，解开复制开始时，解开 DNA 双链的酶是双链的酶是_。在。在体外利用体外利用 PCR 技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板 DNA 解链为单链的解链为单链的条件是条件是_。上述两个解链过程的共同点是破坏了。上述两个解链过程的共同点是破坏了 DNA 双链分子中的双链分子中的_。(2)目前在目前在 PCR 反应中使用反应中使用 Taq 酶而不使用大肠杆
22、菌酶而不使用大肠杆菌 DNA 聚合酶的主要原聚合酶的主要原因是因是_。解析解析(1)生物体细胞内生物体细胞内 DNA 复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用体外利用 PCR 技术扩增目的基因时，则是通过加热至技术扩增目的基因时，则是通过加热至 9095 进行解旋的，进行解旋的，二者都破坏了碱基对之间的氢键。二者都破坏了碱基对之间的氢键。(2)在在 PCR 过程中，要加热至过程中，要加热至 9095 ，所，所以使用热稳定性高以使用热稳定性高的的 Taq酶酶， 而不使用在高温下会失活的大肠杆而不使用在高温下会失活的大肠杆菌菌 DNA聚合酶聚合酶。答案答
23、案(1)解旋酶解旋酶加热至加热至 9095 氢键氢键(2)Taq 酶热稳定性高，而大肠杆菌酶热稳定性高，而大肠杆菌 DNA 聚合酶在高温下会失活聚合酶在高温下会失活4(2020江苏高考江苏高考)如果已知一小段如果已知一小段 DNA 的序列的序列，可采用可采用 PCR 的方法的方法，简简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如图捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如图(以以 EcoR酶切为例酶切为例)：8/15请据图回答问题：请据图回答问题：(1)步骤步骤用的用的 EcoR是一种是一种_酶酶， 它通过识别特定的它通过识别特定的_切割切割特定位点。特定位点。(2)步骤步骤用用的的DNA连接酶催化
24、相邻核苷酸之间连接酶催化相邻核苷酸之间的的3羟基羟基与与5磷酸间形磷酸间形成成_；PCR 循环中循环中，升温到升温到 95 是为了获得是为了获得_；Taq DNA 聚合聚合酶的作用是催化酶的作用是催化_。(3)若如表所列为已知的若如表所列为已知的 DNA 序列和设计的一些序列和设计的一些 PCR 引物，步骤引物，步骤选用选用的的PCR 引物必须是引物必须是_(从引物从引物中选择，填编号中选择，填编号)。DNA 序列序列(虚线处省略了部分核苷酸序列虚线处省略了部分核苷酸序列)已知序列已知序列PCR 引物引物5AACTATGCGCTCATGA35GCAATGCGTAGCCTCT35AGAGGCTA
25、CGCATTGC35TCATGAGCGCATAGTT3(4)对对 PCR 产物测序，经分析得到了片段产物测序，经分析得到了片段 F 的完整序列。下列的完整序列。下列 DNA 单链序单链序列中列中(虚线处省略了部分核苷酸序列虚线处省略了部分核苷酸序列)，结果正确的是，结果正确的是_。A5AACTATGCGAGCCCTT3B5AATTCCATGCTGAATT3C5GCAATGCGTTCGGGAA3D5TTGATACGCCGAGTAC39/15解析解析(1)根据题图可知根据题图可知， 步骤步骤是获取目的是获取目的 DNA 片段片段， 所用的酶所用的酶 EcoR 是一种限制酶，其能识别特定的核苷酸序列
26、，并使每一条链中特定部位的两个是一种限制酶，其能识别特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)步骤步骤是将目的是将目的 DNA 片段连接成环状片段连接成环状，其其中中DNA 连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间的的 3羟基羟基和和 5磷酸间形成磷酸二磷酸间形成磷酸二酯键。酯键。PCR 循环中，升高温度到循环中，升高温度到 95 是为了打开氢键使双链解旋，获得是为了打开氢键使双链解旋，获得 DNA单链单链， Taq DNA 聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到引物聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接
27、到引物 3端端， 合合成成DNA 子链。子链。(3)引物的作用是使引物的作用是使 DNA 聚合酶能够从引物的聚合酶能够从引物的 3端开始延伸端开始延伸 DNA子链，因为子链，因为 DNA 的合成方向总是从子链的的合成方向总是从子链的 5端向端向 3端延伸，故为扩增未知端延伸，故为扩增未知序列，选择的与模板链相结合的引物应为序列，选择的与模板链相结合的引物应为 5TCATGAGCGCATAGTT3(引引物物)和和 5GCAATGCGTAGCCTCT3(引物引物)。(4)分析题意可知，片段分析题意可知，片段 F的两端为限制的两端为限制酶酶EcoR 切割后产生的黏性末端切割后产生的黏性末端， 因此因
28、此其其5端序列应端序列应为为AATT，3端序列应为端序列应为TTAA，B 正确。正确。答案答案(1)限制性内切核酸限制性内切核酸 (或限制或限制)核苷酸序列核苷酸序列(2)磷酸二酯键磷酸二酯键DNA单链单链以以 DNA 为模板的为模板的 DNA 链的延伸链的延伸(3)(4)B将目的基因导入受体细胞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目的基因导入受体细胞的方法受体受体细胞细胞类型类型方法方法说明说明特点特点植物植物细胞细胞农杆菌转农杆菌转化法化法将目的基因插入农杆菌将目的基因插入农杆菌 Ti 质粒质粒的的TDNA 上上转入农杆菌转入农杆菌用农杆菌侵用农杆菌侵染植物细胞染植物细胞将目
29、的基因整合到植物将目的基因整合到植物细胞染色体的细胞染色体的 DNA 上上目的基因表达目的基因表达经济经济、有效有效，适用适用于双子叶植物和于双子叶植物和裸子植物裸子植物，尤其适尤其适用于双子叶植物用于双子叶植物花粉管通花粉管通道法道法在植物受粉后在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头愈合前，剪去柱头滴加滴加 DNA(含目的含目的基因基因)， 使目的基因借助花粉管通道进入使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞受体细胞目的基因表达目的基因表达简便简便、经济经济，我国我国科学家独创的一科学家独创的一种方法种方法动物动物细胞细胞显微注射显微注射技术技术将含有目的基因的表
30、达载体提纯将含有目的基因的表达载体提纯取取卵卵( (受精卵受精卵) )显微注射显微注射注射了目的注射了目的将目的基因导入将目的基因导入动物细胞最为有动物细胞最为有10/15基因的受精卵基因的受精卵，经胚胎早期培养后经胚胎早期培养后，移移植到雌性动物的输卵管或子宫内植到雌性动物的输卵管或子宫内获获得具有新性状的动物得具有新性状的动物效的方法效的方法微生微生物细物细胞胞CaCa2 2处理处理法法( (感受感受态细胞态细胞法法) )用用 CaCa2 2处理微生物细胞处理微生物细胞感受态细胞感受态细胞将基因表达载体与感受态细胞混合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在一定温度下
31、促进感受态细胞吸收 DNDNA A分子分子简便简便、经济经济、有效有效2.农杆菌转化法分析农杆菌转化法分析(1)构建携带目的基因的表达载体构建携带目的基因的表达载体， 需要两种工具酶需要两种工具酶： 限制酶和限制酶和 DNA 连接酶连接酶。(2)基因表达载体基因表达载体(重组质粒重组质粒)导入农杆菌细胞时导入农杆菌细胞时，要用要用 Ca2处理农杆菌细胞处理农杆菌细胞，使其处于感受态，利于重组质粒的导入。使其处于感受态，利于重组质粒的导入。(3)由导入目的基因的受体细胞培育到完整的植株要用到植物组织培养技由导入目的基因的受体细胞培育到完整的植株要用到植物组织培养技术。术。合作探究合作探究： 1.
32、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。叶植物？说明原因。提示提示：能，可从双子叶植物中提取该化合物，再用该化合物处理单子叶植能，可从双子叶植物中提取该化合物，再用该化合物处理单子叶植物细胞，然后就可用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物细胞
33、。物细胞，然后就可用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物细胞。2将目的基因导入动物细胞的受体细胞除了受精卵外将目的基因导入动物细胞的受体细胞除了受精卵外，还可以选择什么细还可以选择什么细胞？胞？提示：提示：还可以将目的基因导入胚胎干细胞，因为胚胎干细胞也能发育成动还可以将目的基因导入胚胎干细胞，因为胚胎干细胞也能发育成动物体。物体。11/151下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是()A培育培育“黄金大米黄金大米”可用花粉管通道法导入目的基因可用花粉管通道法导入目的基因B显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法显微注射技术是转基因动物中采用
34、最多的方法C目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是 Ca2处理法处理法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农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法A水稻的花很小水稻的花很小，不适合用花粉管通道法导入目的基因，不适合用花粉管通道法导入目的基因，A 错误；将目错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射法的基因导入动物细胞常用显微注射法， B 正确正确； 将目的基因导入微生物细胞最常将目的基因导入微生物细胞最常用的方法是用用的方法是用 Ca2处理大肠杆菌处理大肠杆菌， 使使其处于一种能吸收周围环境中其处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的分子的状态
35、状态，C 正确正确；将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，此外还此外还有基因枪法和花粉管通道法，有基因枪法和花粉管通道法，D 正确。正确。2农杆菌侵染植物细胞后，能将农杆菌侵染植物细胞后，能将 Ti 质粒上的质粒上的 TDNA 插入植物基因组中插入植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：(1)剪除剪除 Ti 质粒的某些片段、替换复制原点质粒的某些片段、替换复制原点 O 与添加抗生素的抗性基因与添加抗生素的抗性基因 T的过程的过程中中， 需用多种限制酶处理
36、需用多种限制酶处理， 原因原因是是_， 需用需用_“缝缝合合”双链双链 DNA 片段的平末端。片段的平末端。(2)目的基因是指目的基因是指_。由过程。由过程形成的基因表达载体中，形成的基因表达载体中，目的基因目的基因的上游具有的上游具有_，它是，它是_识别和结合的部位。识别和结合的部位。(3)过程过程常用常用_处理使农杆菌成为感受态细胞。抗生素抗性基因处理使农杆菌成为感受态细胞。抗生素抗性基因 T的作用是的作用是_。(4)可通过可通过_技术检测试管苗的染色体技术检测试管苗的染色体 DNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因。解析解析(1)Ti 质粒具多种限制酶切割位点，不同的限制酶识别并
37、切割不同质粒具多种限制酶切割位点，不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列。连接平末端应选用的碱基序列。连接平末端应选用 T4 DNA 连接酶。连接酶。(2)目的基因主要是指编码蛋白质的基因。目的基因的首端具有启动子，以目的基因主要是指编码蛋白质的基因。目的基因的首端具有启动子，以便于便于 RNA 聚合酶识别和结合。聚合酶识别和结合。(3)过程过程常采用常采用 Ca2(CaCl2溶液溶液)处理农杆菌处理农杆菌， 以增大农杆菌细胞壁的通透以增大农杆菌细胞壁的通透性。抗生素抗性基因性。抗生素抗性基因 T 用于检测受体细胞中是否含有基因表达载体。用于检测受体细胞中是否含有基因表达载体。12/15(4)检
38、测农杆菌和愈伤组织细胞中是否有目的基因常采用检测农杆菌和愈伤组织细胞中是否有目的基因常采用 PCR 技术。技术。答案答案(1)不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列T4 DNA 连接酶连接酶(2)编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因启动子启动子RNA 聚合酶聚合酶(3)Ca2(CaCl2溶液溶液)用于鉴定和筛选导入了基因表达载体的农杆菌用于鉴定和筛选导入了基因表达载体的农杆菌(4)PCR课堂小结课堂小结知知 识识 网网 络络 构构 建建核核 心心 语语 句句 背背 诵诵1.基因工程的基本操作程序有：基因工程的基本操作程序有：(1)目的基因的筛选与获取目的基因的筛选
39、与获取；(2)基因表基因表达载体的构建达载体的构建；(3)将目的基因导入将目的基因导入受体细胞受体细胞；(4)目的基因的检测与鉴目的基因的检测与鉴定。定。2 PCR 反应液中需要提供反应液中需要提供 DNA 模模板、分别与两条模板链结合的板、分别与两条模板链结合的 2 种种引物、引物、4 种脱氧核苷酸和耐高温种脱氧核苷酸和耐高温的的DNA 聚合酶聚合酶。3PCR 反应中每次循环一般可分反应中每次循环一般可分为变性、复性、延伸三步。为变性、复性、延伸三步。4 基因表达载体的构建是基因工程基因表达载体的构建是基因工程的核心，基因表达载体是载体的一的核心，基因表达载体是载体的一种，除了目的基因外，它
40、还必须有种，除了目的基因外，它还必须有启动子、终止子以及标记基因等。启动子、终止子以及标记基因等。5 将目的基因导入植物细胞的方法将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法和花粉管通道法。有农杆菌转化法和花粉管通道法。6 将目的基因导入动物细胞常用显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微注射技术，导入微生物细胞常用感受态细胞法感受态细胞法(Ca2处理法处理法)。1基因工程主要操作步骤的顺序是基因工程主要操作步骤的顺序是()13/15基因表达载体的构建基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定目的基因的获取目的基因
41、的获取ABCDC基因工程的主要操作步骤顺序是：目的基因的获取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基因表达载体的构建构建将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和鉴定。目的基因的检测和鉴定。2PCR 利用了利用了 DNA 热变性的原理热变性的原理，PCR 仪实际上也是一种能自动调控温仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器，对度的仪器，对 PCR 过程中过程中“温度的控制温度的控制”的说法错误的是的说法错误的是()A酶促反应需要高的温度，是为了确保模板是单链酶促反应需要高的温度，是为了确保模板是单链B延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度延伸的温度必须大于
42、复性温度，而小于变性温度CDNA 聚合酶具有耐高温的能力聚合酶具有耐高温的能力DDNA 解旋酶具有耐高温的能力解旋酶具有耐高温的能力DPCR 是体外是体外 DNA 扩增，扩增，DNA 双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其变性变性，双链螺旋结构解体双链螺旋结构解体，双链分开双链分开，在复性后在复性后，在耐高温的在耐高温的 DNA 聚合酶的作聚合酶的作用下根据碱基互补配对原则合成新的用下根据碱基互补配对原则合成新的 DNA，因此延伸的温度要大于复性温度而，因此延伸的温度要大于复性温度而小于变性温度。小于变性温度。3下下图为基因表达载体的模式图图为基因表达载体的模式图
43、，下列有关基因工程中载体的说法错误的下列有关基因工程中载体的说法错误的是是()A基因表达载体的构建是在生物体外完成的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用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因了目的基因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由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目
44、的基因导入受体细14/15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。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下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。下列相关叙述正确的是下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。下列相关叙述正确的是()A的构建需要限制性内切核酸酶和的构建需要限制性内切核酸酶和 DNA 聚合酶参与聚合酶参与B侵染植物细胞后，重组侵染植物细胞后，重组 Ti 质粒整合到质粒整合到的染色体上的染色体上C的染色体上若含抗虫基因，则的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状就表现出抗虫性状D只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异只要表
45、现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异D重组质粒的构建需要限制性内切核酸酶和重组质粒的构建需要限制性内切核酸酶和 DNA 连接酶参与，连接酶参与，DNA 聚聚合酶一般用于合酶一般用于 DNA 复制过程，复制过程，A 错误；错误；侵染植物细胞后，重组侵染植物细胞后，重组 Ti 质粒上质粒上的的TDNA 整合到植物细胞的染色体上，整合到植物细胞的染色体上，B 错误；如果受体细胞的染色体上含抗虫错误；如果受体细胞的染色体上含抗虫基因，只能说明抗虫基因成功整合到受体细胞的染色体上，不代表该基因就一基因，只能说明抗虫基因成功整合到受体细胞的染色体上，不代表该基因就一定能表达成功定能表达成功，因此不能确定
46、因此不能确定是否表现出抗虫性状是否表现出抗虫性状，C 错误错误；只要表现出抗只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异，虫性状就表明植株发生了可遗传变异，D 正确。正确。5下图是将某细菌的基因下图是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内制备导入大肠杆菌内制备“工程菌工程菌”的示意图。的示意图。据图回答：据图回答：(1)获得获得 A 有两条途径：一是以有两条途径：一是以 A 的的 mRNA 为模板，在为模板，在_酶的催化酶的催化下下，合成互补的单链合成互补的单链 DNA，然后在然后在_的作用下合成双链的作用下合成双链 DNA，从而获得从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的所需基因；二是根据目标蛋白
47、质的_序列，推测出相应的序列，推测出相应的 mRNA 序列，序列，然后按照碱基互补配对原则然后按照碱基互补配对原则，推测其推测其 DNA 的的_序列序列，再通过化学方法合再通过化学方法合成所需基因。成所需基因。(2)利用利用 PCR 技术扩增技术扩增 DNA 时，需要在反应体系中添加的有机物质有时，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种脱氧核糖核苷三磷酸和耐高温高温的的 DNA 聚合酶，扩增聚合酶，扩增过程可以在过程可以在 PCR 扩增仪中完成。扩增仪中完成。(3)由由 A 和载体和载体 B 拼接形成的拼接形成的 C 通常称为通常称为_。15/15(4)在基因工
48、程中，常用在基因工程中，常用 Ca2处理处理 D，其目的是，其目的是_。解析解析(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：以利用逆转录法合成目的基因的过程是：以 mRNA 为模板，在逆为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链转录酶的催化作用下合成单链 DNA， 然后在然后在 DNA 聚合酶作用下聚合酶作用下， 合成双链合成双链 DNA分子分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的推测出相应的 mRNA 序列，然后按照碱基互补配对原则，推测序列，然后按照碱基互补配对原则，推测 DNA 中脱氧核中脱氧核
49、苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR 过程中需要酶、底物、模板、引过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。物和能量等条件。(3)目的基因和载体结合，形成基因表达载体。目的基因和载体结合，形成基因表达载体。(4)在利用大肠在利用大肠杆菌作受体细胞时杆菌作受体细胞时，需要先用需要先用 Ca2处理处理，使使其处于一种能吸收周围环境中其处于一种能吸收周围环境中 DNA分子的状态分子的状态。答案答案(1)逆转录逆转录DNA 聚合酶聚合酶氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸(2)引物引物模板模板(A基因基因)(3)基因表达载体基因表达载体(4)使其使其处于一种能吸收周围环境中处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的状态分子的状态
