课时基因工程的基本工具和基本操作程序课件

1、课时基因工程的基本工具和基本操作程序第十单元 现代生物科技专题 第第4141课时课时 基因工程的基本工具和基基因工程的基本工具和基本操作程序本操作程序高频考点突破高频考点突破考点一考点一 基因工程的概念理解和理论基础基因工程的概念理解和理论基础1.1.基因工程的概念理解基因工程的概念理解 (1)(1)操作环境：体外操作环境：体外关键步骤关键步骤“表达载体的构表达载体的构 建建”的环境。的环境。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (2) (2)优点优点 与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。 与诱变育种相比：定向改造生物性状。与诱变育种相比：定向改造生

2、物性状。 (3)(3)操作水平：分子水平。操作水平：分子水平。 (4)(4)原理原理: :基因重组。基因重组。 (5)(5)本质本质: :甲甲( (供体提供目的基因供体提供目的基因) ) 乙乙( (受体表达受体表达 目的基因目的基因),),即基因未变、合成蛋白质未变即基因未变、合成蛋白质未变, ,只是合只是合 成场所的转移。成场所的转移。课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.2.基因工程的基本原理和理论基础概括如下图基因工程的基本原理和理论基础概括如下图 提醒提醒 若题目强调若题目强调“目的基因目的基因”的表达过程的表达过程, ,则只则只 包括包括“转录和翻译转录和翻译”两个过程两个过程,

3、,不包括目的基因的不包括目的基因的 复制。复制。课时基因工程的基本工具和基本操作程序对位训练对位训练1. 1. 目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和 表达其遗传特性表达其遗传特性, ,只有通过鉴定与检测才能知道。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下列属于目的基因检测和鉴定的是 ( )( ) 检测受体细胞中是否有目的基因检测受体细胞中是否有目的基因 检测受体检测受体 细胞中是否有致病基因细胞中是否有致病基因 检测目的基因是否转检测目的基因是否转 录出了录出了mRNA mRNA 检测目的基因是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻

4、译成蛋白质 A.A.B.B. C. C.D.D.C课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.2.科学家通过基因工程的方法，能使大肠杆菌产生科学家通过基因工程的方法，能使大肠杆菌产生 人的胰岛素。以下叙述错误的是人的胰岛素。以下叙述错误的是（ ） A.A.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入 了重组质粒了重组质粒 B.B.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 C.C.DNADNA连接酶和限制性核酸内切酶都是构建重组连接酶和限制性核酸内切酶都是构建重组 质粒必需的工具酶质粒必需的工具酶 D.D.目的基因的检测与鉴

5、定表达过程中没有发生碱目的基因的检测与鉴定表达过程中没有发生碱 基互补配对基互补配对D课时基因工程的基本工具和基本操作程序考点二考点二 基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀” (1)(1)来源来源: :主要是从原核生物中分离纯化出来的。主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)(2)化学本质：蛋白质。化学本质：蛋白质。 (3)(3)作用作用 (4)(4)作用特点：特异性作用特点：特异性, ,即限制酶可识别特定的脱即限制酶可识别特定的脱 氧核苷酸序列氧核苷酸序列, ,切割特定位点。切割特定位点。 (5)(5)切割方式切割方式催化作用催

6、化作用,所以可重复利用所以可重复利用可用于可用于DNADNA的切割获取目的基因和载体的切割的切割获取目的基因和载体的切割错位切：产生两个相同的黏性末端错位切：产生两个相同的黏性末端平切：形成平末端平切：形成平末端课时基因工程的基本工具和基本操作程序 提醒提醒 切割的化学键为磷酸二酯键。切割的化学键为磷酸二酯键。 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶, , 目的是产生相同的黏性末端。目的是产生相同的黏性末端。 将一个基因从将一个基因从DNADNA分子上切割下来分子上切割下来, ,需要需要2 2个限制个限制 酶酶, ,同时产生同时产生4 4个黏性末端。个

7、黏性末端。 不同不同DNADNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末分子用同一种限制酶切割产生的黏性末 端都相同端都相同, ,同一个同一个DNADNA分子用不同的限制酶产生的分子用不同的限制酶产生的 黏性末端不相同。黏性末端不相同。课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.DNA2.DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”常用类型常用类型E Ecoli coli DNADNA连接连接酶酶T T4 4 DNADNA连接酶连接酶来源来源大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体功能功能连接黏性末端连接黏性末端连接黏性末端或连接黏性末端或平末端平末端结果结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间恢复被限制酶切

8、开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键的磷酸二酯键课时基因工程的基本工具和基本操作程序 拓展提升拓展提升 DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA DNA 连接酶连接酶DNA DNA 聚合酶聚合酶作用实质作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键酯键是否需模板是否需模板不需要不需要需要需要连接连接DNADNA链链双链双链单链单链作用过程作用过程在两个在两个DNADNA片段之片段之间形成磷酸二酯键间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的存在的核酸片段的33端的羟基上端的羟基上, ,形成磷酸形成磷酸二酯键二

9、酯键作用结果作用结果将两个将两个 DNADNA片段连片段连接成重组接成重组 DNADNA分子分子合成新的合成新的DNADNA分子分子课时基因工程的基本工具和基本操作程序3.3.基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车” (1)(1)类型类型 提醒提醒 质粒本质是质粒本质是DNA,DNA,不是细胞器不是细胞器; ;特点特点: :小小 型环状。型环状。 (2)(2)功能：将目的基因导入受体细胞。功能：将目的基因导入受体细胞。 (3)(3)应具备条件应具备条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；能在宿主细胞内稳定保存并大量复制； 有一个至多个限制酶的切割位点有一个至多个限制

10、酶的切割位点, ,以便于与外源以便于与外源 基因连接；基因连接； 有特殊的遗传标记基因有特殊的遗传标记基因, ,供重组供重组DNADNA的检测和鉴定。的检测和鉴定。最常用载体最常用载体:质粒质粒其他载体其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等噬菌体的衍生物、动植物病毒等课时基因工程的基本工具和基本操作程序 提醒提醒 一般来说一般来说, ,天然载体往往不能满足人类的天然载体往往不能满足人类的 所有要求所有要求, ,因此人们根据不同的目的和需要因此人们根据不同的目的和需要, ,对某对某 些天然的载体进行人工改造。些天然的载体进行人工改造。 常见的标记基因有抗生素基因、产生特定颜色常见的标记基因有抗生

11、素基因、产生特定颜色 的表达产物基因、发光基因等。的表达产物基因、发光基因等。 作为载体必须具有多个限制酶切点作为载体必须具有多个限制酶切点, ,而且每种酶而且每种酶 的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别 单一切点单一切点, ,若载体上有一个以上的酶切点若载体上有一个以上的酶切点, ,则切割则切割 重组后可能丢失某些片段重组后可能丢失某些片段, ,若丢失的片段含复制起若丢失的片段含复制起 点区点区, ,则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载课时基因工程的基本工具和基本操作程序 体若只有某种限制酶的一个切点体若

12、只有某种限制酶的一个切点, ,则酶切后既能把则酶切后既能把 环打开接纳外源环打开接纳外源DNADNA片段片段, ,又不会丢失自己的片段。又不会丢失自己的片段。 注意与细胞膜上载体的区别注意与细胞膜上载体的区别, ,两者的化学本质和两者的化学本质和 作用都不相同。作用都不相同。 质粒能自我复制质粒能自我复制, ,既可在自身细胞、受体细胞也既可在自身细胞、受体细胞也 可在体外复制。可在体外复制。课时基因工程的基本工具和基本操作程序对位训练对位训练3.3.下列关于下列关于DNADNA连接酶作用的叙述，正确的是连接酶作用的叙述，正确的是（ ） A.A.将单个核苷酸加到某将单个核苷酸加到某DNADNA片

13、段末端，形成磷酸片段末端，形成磷酸 二酯键二酯键 B.B.将断开的两个将断开的两个DNADNA片段的骨架连接起来，重新片段的骨架连接起来，重新 形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键 C.C.连接两条连接两条DNADNA链上碱基之间的氢键链上碱基之间的氢键 D.D.只能将双链只能将双链DNADNA片段互补的黏性末端之间连接片段互补的黏性末端之间连接 起来，而不能将双链起来，而不能将双链DNADNA片段平末端之间进行片段平末端之间进行 连接连接B课时基因工程的基本工具和基本操作程序考点三考点三 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序1.1.基因工程图解基因工程图解: :抗虫棉的培育过程抗虫棉的培育过

14、程课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.2.基本操作程序基本操作程序 (1)(1)目的基因的获取目的基因的获取 从基因文库从基因文库( (基因组文库或基因组文库或cDNAcDNA文库文库) )中获取中获取文库类型文库类型cDNAcDNA文库文库基因组文库基因组文库文库大小文库大小小小大大基因中启动子基因中启动子无无有有基因中内含子基因中内含子无无有有基因多少基因多少某种生物的部分基因某种生物的部分基因某种生物的全部基因某种生物的全部基因物种之间的物种之间的基因交流基因交流可以可以部分基因可以部分基因可以说明说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步

15、骤。从基因文库中获取目的基因的优操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便点是操作简便,缺点是工作量大缺点是工作量大,具有一定的具有一定的盲目性盲目性课时基因工程的基本工具和基本操作程序 人工合成目的基因人工合成目的基因: :常用的方法有化学合成法和常用的方法有化学合成法和 反转录法。反转录法。 化学合成法化学合成法: :蛋白质蛋白质 氨基酸序列氨基酸序列 RNARNA 碱基序列碱基序列 DNADNA碱基序列碱基序列 用用4 4种脱氧核种脱氧核 苷酸人工合成目的基因苷酸人工合成目的基因 反转录法反转录法: :分离出供体细胞分离出供体细胞mRNA mRNA 单链单链DNADNA 合成目的

16、基因合成目的基因 分析分析推测推测推测推测逆转录酶逆转录酶DNADNA聚合酶聚合酶课时基因工程的基本工具和基本操作程序 PCRPCR扩增技术与扩增技术与DNADNA复制的比较复制的比较PCRPCR技术技术DNADNA复制复制相相同同点点原理原理DNADNA复制复制( (碱基互补配对碱基互补配对) )原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATPATP、酶、原料、引物、酶、原料、引物不不同同点点解旋解旋方式方式DNADNA在高温下变性解旋在高温下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制(PCR(PCR扩增仪扩增仪) )主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定

17、的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶(Taq(Taq酶酶) ) 细胞内含有的细胞内含有的DNADNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大量的在短时间内形成大量的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (2) (2)基因表达载体的构建基因表达载体的构建最核心步骤最核心步骤 基因表达载体的组成基因表达载体的组成: :启动子、目的基因、终止启动子、目的基因、终止 子以及标记基因等。子以及标记基因等。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 提醒提醒 与载体相比较与载体相比较, ,增加启动子、目的基因和增加启动子、目的基因和 终止子三个基因片段终止子三个

18、基因片段, ,其功能各不相同。其功能各不相同。 启动子启动子(DNA(DNA片段片段)起始密码子起始密码子(RNA);(RNA);终止子终止子 (DNA(DNA片段片段)终止密码子终止密码子(RNA)(RNA)。 基因表达载体的构建方法基因表达载体的构建方法 提醒提醒 该过程把三种工具该过程把三种工具( (只有两种工具酶只有两种工具酶) )全用全用 上了上了, ,是最核心、最关键的一步是最核心、最关键的一步, ,在体外进行。在体外进行。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (3)(3)将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞细胞细胞类型类型常用常用方法方法受体受体细胞细胞转化过程转化过程植

19、物植物细胞细胞农杆菌农杆菌转化法转化法体细胞体细胞将目的基因插入将目的基因插入TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上转入农杆菌转入农杆菌导入植物细胞导入植物细胞整合整合到受体细胞的到受体细胞的DNADNA上上动物动物细胞细胞显微注显微注射技术射技术受精卵受精卵将含有目的基因的表达载体提纯将含有目的基因的表达载体提纯取卵取卵获得受精卵获得受精卵显微注射显微注射早早期胚胎培养期胚胎培养胚胎移植胚胎移植发育成为发育成为 具有新性状的动物具有新性状的动物微生微生物细物细胞胞CaCa2+2+处处理增大理增大细胞壁细胞壁通透性通透性原核原核细胞细胞或酵或酵母菌母菌用用CaCa2+2+处理细胞处理细胞

20、感受态细胞感受态细胞重组重组表达载体表达载体DNADNA分子与感受态细胞混合分子与感受态细胞混合 感受态细胞吸收感受态细胞吸收课时基因工程的基本工具和基本操作程序 提醒提醒 唯一不涉及到碱基互补唯一不涉及到碱基互补配对的操作配对的操作步骤。步骤。 微生物做受体细胞主要是个体微小微生物做受体细胞主要是个体微小, ,代谢旺盛代谢旺盛, , 繁殖速度快繁殖速度快, ,获得目的基因产物多。获得目的基因产物多。 植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。 (4)(4)目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达课时基因工程的基本工具和基本操作程序对位训练对位训练4.4.下列

21、有关基因工程技术的叙述下列有关基因工程技术的叙述, ,正确的是（正确的是（ ） A.A.重组重组DNADNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶技术所用的工具酶是限制酶、连接酶 和载体和载体 B.B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸 序列序列 C.C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌 繁殖快繁殖快 D.D.只要目的基因进入受体细胞就能实现表达只要目的基因进入受体细胞就能实现表达C课时基因工程的基本工具和基本操作程序5.5.利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类

22、所 需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了 在受体细胞中表达的是在受体细胞中表达的是（ ） A A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAmRNA C C山羊乳腺细胞中检测到人生长激素山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNADNA序列序列 D D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白D课时基因工程的基本工具和基本操作程序解题思路探究解题思路探究思维误区警示思维误区警示易错分析易错分析 基因工程中易错点辨析不清基因工程中易

23、错点辨析不清 (1)(1)基因工程中有基因工程中有3 3种工具种工具, ,但工具酶只有但工具酶只有2 2种。种。 (2)(2)工具酶本质为蛋白质工具酶本质为蛋白质, ,载体本质为小型载体本质为小型DNADNA分分子子, ,但不一定是环状。但不一定是环状。 (3)(3)标记基因的作用标记基因的作用筛选、检测目的基因是筛选、检测目的基因是否导入受体细胞否导入受体细胞, ,常见的有抗生素抗性基因、发光基常见的有抗生素抗性基因、发光基因因, ,表达产物为带颜色物质等。表达产物为带颜色物质等。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (4) (4)受体细胞中常用植物受精卵或体细胞受体细胞中常用植物受精卵或体

24、细胞( (经组织经组织培养培养) )、动物受精卵、动物受精卵( (一般不用体细胞一般不用体细胞) )、微生物、微生物大肠杆菌、酵母菌等大肠杆菌、酵母菌等, ,但要合成糖蛋白、有生物活性但要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必需用真核生物酵母菌的胰岛素则必需用真核生物酵母菌需内质网、高需内质网、高尔基体的加工、分泌。一般不用支原体尔基体的加工、分泌。一般不用支原体, ,原因是它营原因是它营寄生生活寄生生活; ;一定不能用哺乳动物成熟红细胞一定不能用哺乳动物成熟红细胞, ,原因是它原因是它无细胞核无细胞核, ,不能合成蛋白质。不能合成蛋白质。课时基因工程的基本工具和基本操作程序纠正训练纠正训练1.(

25、1.(20092009浙江卷浙江卷,3,3) )下列关于基因工程的叙述下列关于基因工程的叙述, ,错误错误 的是的是 ( )( ) A. A.目的基因和受体细胞均可来自动、植物目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生或微生物物 B.B.限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶和DNADNA连接酶是两类常用的工连接酶是两类常用的工 具酶具酶 C.C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原 无生物活性无生物活性 D.D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNADNA的细胞的细胞 和促进目的基因的表达和促进目的基因的表达课时基因工程的

26、基本工具和基本操作程序 解析解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自基因工程中目的基因和受体细胞均可来自 动、植物或微生物动、植物或微生物; ;常用的工具酶是限制性核酸内常用的工具酶是限制性核酸内 切酶和切酶和DNADNA连接酶连接酶; ;人胰岛素原基因在大肠杆菌中人胰岛素原基因在大肠杆菌中 表达的胰岛素原无生物活性表达的胰岛素原无生物活性, ,只有经过一定的物质只有经过一定的物质 激活以后激活以后, ,才有生物活性。载体上的抗性基因主要才有生物活性。载体上的抗性基因主要 是有利于筛选含重组是有利于筛选含重组DNADNA的细胞的细胞, ,不能促进目的基不能促进目的基 因的表达。所以因的表达。

27、所以D D错误。错误。答案答案 D课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.(2.(20092009重庆卷重庆卷,2,2) )下表有关基因表达的选项中下表有关基因表达的选项中, ,不不 可能的是可能的是 ( )( )基因基因表达的的细胞表达的的细胞表达产物表达产物A A细菌抗虫蛋白基因细菌抗虫蛋白基因抗虫棉叶肉细胞抗虫棉叶肉细胞细菌抗虫蛋白细菌抗虫蛋白B B人酪氨酸酶基因人酪氨酸酶基因正常人皮肤细胞正常人皮肤细胞人酪氨酸酶人酪氨酸酶C C动物胰岛素基因动物胰岛素基因大肠杆菌工程菌大肠杆菌工程菌细胞细胞动物胰岛素动物胰岛素D D兔血红蛋白基因兔血红蛋白基因兔成熟红细胞兔成熟红细胞兔血红蛋白兔血红蛋

28、白课时基因工程的基本工具和基本操作程序 解析解析 细菌抗虫蛋白基因可通过转基因技术转入细菌抗虫蛋白基因可通过转基因技术转入 棉花体内棉花体内, ,在棉花的叶肉细胞中表达产生细菌抗虫在棉花的叶肉细胞中表达产生细菌抗虫 蛋白蛋白, ,使棉花具有抗虫能力使棉花具有抗虫能力; ;人酪氨酸酶基因可在人酪氨酸酶基因可在 正常人的皮肤细胞中表达产生酪氨酸酶正常人的皮肤细胞中表达产生酪氨酸酶, ,酪氨酸酶酪氨酸酶 催化酪氨酸转化为黑色素催化酪氨酸转化为黑色素; ;动物胰岛素基因可通过动物胰岛素基因可通过 转基因技术转移到大肠杆菌体内转基因技术转移到大肠杆菌体内, ,在大肠杆菌工程在大肠杆菌工程 菌细胞中合成动

29、物胰岛素菌细胞中合成动物胰岛素; ;兔属于哺乳动物兔属于哺乳动物, ,其成其成 熟的红细胞中没有细胞核熟的红细胞中没有细胞核, ,所以不可能表达出血红所以不可能表达出血红 蛋白。蛋白。 答案答案 D课时基因工程的基本工具和基本操作程序3.(3.(20092009安徽卷安徽卷,4,4)2008)2008年诺贝尔化学奖授予了年诺贝尔化学奖授予了 “ “发现和发展了水母绿色荧光蛋白发现和发展了水母绿色荧光蛋白”的三位科学的三位科学 家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因家。如果将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因 连接起来组成一个融合基因连接起来组成一个融合基因, ,再将该融合基因转入再将该融合基

30、因转入 真核生物细胞内真核生物细胞内, ,表达出的蛋白质就会带有绿色荧表达出的蛋白质就会带有绿色荧 光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( )( ) A. A.追踪目的基因在细胞内的复制过程追踪目的基因在细胞内的复制过程 B.B.追踪目的基因插入到染色体上的位置追踪目的基因插入到染色体上的位置 C.C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D.D.追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构课时基因工程的基本工具和基本操作程序 解析解析 将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连将绿色荧光蛋白基因

31、的片段与目的基因连 接起来组成一个融合基因接起来组成一个融合基因, ,将该融合基因转入真核将该融合基因转入真核 生物细胞内生物细胞内, ,表达出的蛋白质带有绿色荧光表达出的蛋白质带有绿色荧光, ,从而从而 可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分 布。故布。故C C正确。正确。 答案答案 C课时基因工程的基本工具和基本操作程序知识知识综合应用综合应用重点提示重点提示 通过通过“抗虫作物培育过程的有关基因工程知识抗虫作物培育过程的有关基因工程知识”的考查的考查, ,提升提升“综合运用所学知识解决自然界和社会综合运用所学知识解决自然界和社会生活中有关生物学问

32、题生活中有关生物学问题”的能力。的能力。典例分析典例分析 ( (20092009江苏卷江苏卷,34,34) )苏云金杆菌苏云金杆菌(Bt)(Bt)能产生具有杀能产生具有杀 虫能力的毒素蛋白。下图是转虫能力的毒素蛋白。下图是转BtBt毒素蛋白基因植毒素蛋白基因植 物的培育过程示意图物的培育过程示意图(amp(ampr r为抗氨苄青霉素基因为抗氨苄青霉素基因),), 据图回答下列问题。据图回答下列问题。课时基因工程的基本工具和基本操作程序课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (1) (1)将图中将图中的的DNADNA用用HinHindd、BamBamHH完全酶切后完全酶切后, , 反应管中有反应管

33、中有 种种DNADNA片段。片段。 (2)(2)图中图中表示表示HinHindd与与BamBamHH酶切、酶切、DNADNA连接酶连接酶 连接的过程连接的过程, ,此过程可获得此过程可获得 种重组质粒种重组质粒; ; 如果换用如果换用BstBst与与BamBamHH酶切酶切, ,目的基因与质粒连目的基因与质粒连 接后可获得接后可获得 种重组质粒。种重组质粒。 (3)(3)目的基因插入质粒后目的基因插入质粒后, ,不能影响质粒的不能影响质粒的 。 (4)(4)图中图中的的TiTi质粒调控合成的质粒调控合成的virvir蛋白蛋白, ,可以协助可以协助 带有目的基因的带有目的基因的T-DNAT-DN

34、A导入植物细胞导入植物细胞, ,并防止植物并防止植物 细胞中细胞中 对对T-DNAT-DNA的降解。的降解。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (5) (5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠 上皮细胞表面的特异受体上皮细胞表面的特异受体, ,使细胞膜穿孔使细胞膜穿孔, ,肠细胞肠细胞 裂解裂解, ,昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对 较小较小, ,原因是人类肠上皮细胞原因是人类肠上皮细胞 。 (6)(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混 合播种合播种, ,

35、其目的是降低害虫种群中的其目的是降低害虫种群中的 基基 因频率的增长速率。因频率的增长速率。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 解析解析 本题重点考查转基因技术的相关知识本题重点考查转基因技术的相关知识, ,需特需特 别注意基因工程的步骤、别注意基因工程的步骤、DNADNA的复制、基因工程的的复制、基因工程的 操作工具等知识。本题需特别注意图示过程操作工具等知识。本题需特别注意图示过程, ,从中从中 获取有效信息获取有效信息, ,然后结合课本知识即可正确解答。然后结合课本知识即可正确解答。 答案答案 (1)4 (2)2 1 (3)(1)4 (2)2 1 (3)复制复制 (4)DNA(4)DN

36、A水解酶水解酶 (5)(5)表面无相应的特异性受体表面无相应的特异性受体 (6)(6)抗性抗性课时基因工程的基本工具和基本操作程序1.(1.(20092009福建理综福建理综,32,32) )转基因抗病香蕉的培育过程转基因抗病香蕉的培育过程 如图所示。质粒上有如图所示。质粒上有PstPst、SmaSma、EcoEcoRR、ApaApa 等四种限制酶切割位点。请回答等四种限制酶切割位点。请回答: :定时检测定时检测课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (1) (1)构建含抗病基因的表达载体构建含抗病基因的表达载体A A时时, ,应选用限制酶应选用限制酶 , ,对对 进行切割。进行切割。 (2)(

37、2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞 的生长的生长, ,欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香 蕉细胞蕉细胞, ,应使基因表达载体应使基因表达载体A A中含有中含有 , , 作为标记基因。作为标记基因。 (3)(3)香蕉组织细胞具有香蕉组织细胞具有 , ,因此因此, , 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组 织细胞培育成植株。图中织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培依次表示组织培 养过程中香蕉组织细胞的养过程中香蕉组织细胞的 。课时基因工程的基本工具和基本操作程序

38、 解析解析 本题考查基因工程的有关知识。本题考查基因工程的有关知识。(1)(1)从图可从图可 看出看出, ,只有只有PstPst、EcoEcoRR两种酶能保持抗病基因结两种酶能保持抗病基因结 构的完整性构的完整性, ,所以构建含抗病基因的表达载体所以构建含抗病基因的表达载体A A时时, , 应选用限制酶应选用限制酶PstPst、EcoEcoRR两种酶两种酶, ,对抗病基因的对抗病基因的 DNADNA和质粒进行切割。和质粒进行切割。 (2)(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长, ,欲欲 利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞利用该培养基筛选已导入抗病基

39、因的香蕉细胞, ,应应 使基因表达载体使基因表达载体A A中含有抗卡那霉素基因中含有抗卡那霉素基因, ,以此作以此作 为标记基因。为标记基因。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (3) (3)香蕉组织细胞具有全能性香蕉组织细胞具有全能性, ,因此因此, ,可以利用组织可以利用组织 培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成 植株。图中植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉依次表示组织培养过程中香蕉 组织细胞的脱分化和再分化。组织细胞的脱分化和再分化。 答案答案 (1)(1)PstPst、EcoEcoR R 含抗病基因的含抗病基因的DNADNA、 质粒

40、质粒 (2)(2)抗卡那霉素基因抗卡那霉素基因 (3)(3)全能性全能性 脱分化、再分化脱分化、再分化课时基因工程的基本工具和基本操作程序2.(2.(20082008江苏卷江苏卷,32,32) )将动物致病菌的抗原基因导入将动物致病菌的抗原基因导入 马铃薯制成植物疫苗马铃薯制成植物疫苗, ,饲喂转基因马铃薯可使动物饲喂转基因马铃薯可使动物 获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的 图和表。图和表。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 表表1 1 引物对序列表引物对序列表引物对引物对A AP1 AACTGAAATGTAGCTATCP1 AACTGAAA

41、TGTAGCTATCP2 TTAAGTCCATTACTCTAGP2 TTAAGTCCATTACTCTAG引物对引物对B BS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS1 GTCCGACTAGTGGCTGTGS2 AGCTGGCGTTTAGCCTCGS2 AGCTGGCGTTTAGCCTCG课时基因工程的基本工具和基本操作程序 请根据以上图表回答下列问题请根据以上图表回答下列问题: : (1) (1)在采用常规在采用常规PCRPCR方法扩增目的基因的过程中方法扩增目的基因的过程中, ,使使 用的用的DNADNA聚合酶不同于一般生物体内的聚合酶不同于一般生物体内的DNADNA聚合酶聚合酶, , 其

42、最主要的特点是其最主要的特点是 。 (2)PCR(2)PCR过程中退火过程中退火( (复性复性) )温度必须根据引物的碱温度必须根据引物的碱 基数量和种类来设定。表基数量和种类来设定。表1 1为根据模板设计的两对为根据模板设计的两对 引物序列引物序列, ,图图2 2为引物对与模板结合示意图。请判为引物对与模板结合示意图。请判 断哪一对引物可采用较高的退火温度？断哪一对引物可采用较高的退火温度？ 。限制酶限制酶Alu Alu I IEco Eco R IR IPst Pst I ISmaSma I I切割切割位点位点AGCTAGCTTCGATCGAGAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAG

43、CTGCAGCTGCAGGACGTCGACGTCCCCGGGCCCGGGGGGCCCGGGCCC课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (3) (3)图图1 1步骤步骤所用的所用的DNADNA连接酶对所连接的连接酶对所连接的DNADNA两两 端的碱基序列是否有专一性要求？端的碱基序列是否有专一性要求？ 。 (4)(4)为将外源基因转入马铃薯，图为将外源基因转入马铃薯，图1 1步骤步骤转基因转基因 所用的细菌所用的细菌B B通常为通常为 。 (5)(5)对符合设计要求的重组质粒对符合设计要求的重组质粒T T进行酶切。假设进行酶切。假设 所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图所用的酶均可将识别位点

44、完全切开，请根据图1 1中中 标示的酶切位点和表标示的酶切位点和表2 2所列的识别序列，对以下酶所列的识别序列，对以下酶 切结果作出判断。切结果作出判断。 采用采用EcoEcoR R I I和和Pst Pst I I酶切酶切, ,得到得到 种种DNADNA片断。片断。 采用采用EcoEcoR R I I和和Sma Sma I I酶切酶切, ,得到得到 种种DNADNA片断。片断。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 解析解析 (1)PCR(1)PCR技术中需通过高温使技术中需通过高温使DNADNA解旋解旋, ,故所故所 用用DNADNA聚合酶的耐热性必须要好。聚合酶的耐热性必须要好。(2)(2

45、)退火温度与退火温度与 时间时间, ,取决于引物的长度、碱基组成及其浓度取决于引物的长度、碱基组成及其浓度, ,还还 有靶基因序列的长度。含有有靶基因序列的长度。含有(G+C)(G+C)多的引物多的引物, ,可采可采 用相对较高的退火温度。用相对较高的退火温度。(3)DNA(3)DNA聚合酶与限制酶聚合酶与限制酶 不同不同, ,从将从将DNADNA由由5 5端点开始复制到端点开始复制到3 3端的酶端的酶, ,不不具具 有特异性。有特异性。(4)(4)农杆菌的细胞中有一段农杆菌的细胞中有一段T-DNA,T-DNA,农杆农杆 菌通过侵染植物伤口进入细胞后菌通过侵染植物伤口进入细胞后, ,可将可将T

46、-DNAT-DNA插入插入 到植物基因中到植物基因中, ,因此因此, ,农杆菌是一种天然的植物遗农杆菌是一种天然的植物遗 传转化体系传转化体系, ,常用作植物转基因工程中的载体。常用作植物转基因工程中的载体。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (5)(5)对于重组质粒对于重组质粒, ,EcoEcoRIRI能切开能切开M M和和X X连接处连接处, ,PstPstI I能能 在在M M和和N N之间专一切点处切开之间专一切点处切开, ,将将DNADNA分为两个片段分为两个片段; ; EcoEcoRIRI仍能切开仍能切开M M处处, ,SmaSmaI I则不能识别则不能识别N N和和Y Y重新结

47、合重新结合 形成的连接点形成的连接点, ,只能得到只能得到1 1个个DNADNA片段。片段。 答案答案 (1)(1)耐高温耐高温 (2)(2)引物对引物对B (3)B (3)否否 (4)(4)农杆菌农杆菌 (5)(5)2 2 1 1课时基因工程的基本工具和基本操作程序3.3.基因工程中基因工程中, ,需使用的限制酶切割目的基因和质粒需使用的限制酶切割目的基因和质粒, , 便于重组和筛选。已知限制酶便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切的识别序列和切 点是点是GGGATCC,GATCC,限制酶限制酶的识别序列和切点的识别序列和切点 是是GATCGATC。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (

48、1) (1)根据已知条件和图回答：根据已知条件和图回答： 上述质粒用限制酶上述质粒用限制酶 切割切割, ,目的基因目的基因 用限制酶用限制酶 切割。切割。 将切下的目的基因片段插入质粒的切口处将切下的目的基因片段插入质粒的切口处, ,还要还要 加入适量的加入适量的 。 请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由： 。 (2)(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是不同生物的基因可以拼接的结构基础是 。 (3)(3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌, , 但不能表达结构复杂的蛋白质但不能表达结构复杂的蛋白质, ,哺乳

49、类细胞、昆虫哺乳类细胞、昆虫课时基因工程的基本工具和基本操作程序 细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞 蛋白蛋白, ,但操作复杂但操作复杂, ,表达水平低表达水平低, ,不易推广使用。基不易推广使用。基 因工程中常选用酵母菌作为受体细胞因工程中常选用酵母菌作为受体细胞, ,请从细胞结请从细胞结 构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不 足的理由：足的理由： 。 答案答案 (1)(1) DNADNA连接酶连接酶 检测重组质检测重组质 粒粒( (或目的基因或目的基因) )是否导入受体细胞是否导入受体细胞 (

50、2)DNA(2)DNA结构结构 基本相同基本相同( (其他合理答案均可其他合理答案均可) (3) (3)单细胞真核单细胞真核 生物生物, ,含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体含有加工、修饰蛋白质的内质网和高尔基体; ; 繁殖速度繁殖速度快快, ,能很快得到大量的目的基因能很快得到大量的目的基因; ;培养培养 成本低成本低; ;容易培养容易培养课时基因工程的基本工具和基本操作程序4.4.在培育转基因植物的研究中在培育转基因植物的研究中, ,卡那霉素抗性基因卡那霉素抗性基因 (kan(kanr r) )常作为标记基因常作为标记基因, ,只有含卡那霉素抗性基因只有含卡那霉素抗性基因 的细胞才能在

51、卡那霉素培养基上生长。下图为获的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获 得抗虫棉的技术流程。得抗虫棉的技术流程。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 请据图回答：请据图回答： (1)A(1)A过程需要的酶有过程需要的酶有 。 (2)B(2)B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备 的两个条件是的两个条件是 。 (3)C(3)C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和 激素外激素外, ,还必须加入还必须加入 。 (4)(4)如果利用如果利用DNADNA分子杂交原理对再生植株进行检分子杂交原理对再生植株进行检 测测,D,D

52、过程应该用过程应该用 作为探针。作为探针。 (5)(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的 传递符合孟德尔遗传规律。传递符合孟德尔遗传规律。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 将转基因植株与将转基因植株与 杂交杂交, , 其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量 比为比为1111。 若该转基因植株自交若该转基因植株自交, ,则其后代中抗卡那霉素型则其后代中抗卡那霉素型 与卡那霉素敏感型的数量比为与卡那霉素敏感型的数量比为 。 若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基

53、上 作离体培养作离体培养, ,则获得的再生植株群体中抗卡那霉素则获得的再生植株群体中抗卡那霉素 型植株占型植株占 % %。 解析解析 重组质粒的获得需要限制酶和重组质粒的获得需要限制酶和DNADNA连接酶连接酶; ; 作为载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿作为载体必须具备以下几个条件：一是能够在宿 主细胞中复制并稳定保存主细胞中复制并稳定保存; ;二是具有多个限制酶切二是具有多个限制酶切课时基因工程的基本工具和基本操作程序 点点, ,以便与外源基因连接以便与外源基因连接; ;三是具有某些标记基因三是具有某些标记基因, , 便于进行筛选等。便于进行筛选等。B B过程体现出了其中的一、三两过程

54、体现出了其中的一、三两 条。转基因植株与非转基因植株杂交后条。转基因植株与非转基因植株杂交后, ,后代表现后代表现 型比例为型比例为11,11,说明转基因植株为杂合子说明转基因植株为杂合子, ,该杂交该杂交 过程相当于测交过程相当于测交; ;如果自交如果自交, ,则后代比例应为则后代比例应为31;31; 卡那霉素对花粉进行了选择卡那霉素对花粉进行了选择, ,保留下了抗卡那霉素保留下了抗卡那霉素 的植株。的植株。 答案答案 (1)(1)限制酶和限制酶和DNADNA连接酶连接酶 (2)(2)具有标记基因具有标记基因; ; 能在宿主细胞中复制并稳定保存能在宿主细胞中复制并稳定保存 (3)(3)卡那霉

55、素卡那霉素 (4)(4)放射性同位素放射性同位素( (或荧光分子或荧光分子) )标记的抗虫基因标记的抗虫基因 (5)(5)非转基因植株非转基因植株 31 31 100100课时基因工程的基本工具和基本操作程序5.5.如图为利用生物技术获得生物新品种的过程如图为利用生物技术获得生物新品种的过程, ,据图据图 回答：回答： (1)(1)在基因工程中在基因工程中,AB,AB为为 技术技术, ,利用利用 的原理是的原理是 , ,其中其中为为 过程。过程。 (2)(2)加热至加热至9494的目的是使的目的是使DNADNA中的中的 键键 断裂断裂, ,这一过程在细胞内是通过这一过程在细胞内是通过 的的 作

56、用来完成的。作用来完成的。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 (3) (3)当温度降低时当温度降低时, ,引物与模板末端结合引物与模板末端结合, ,在在DNADNA聚聚 合酶的作用下合酶的作用下, ,引物沿模板链延伸引物沿模板链延伸, ,最终合成两条最终合成两条 DNADNA分子分子, ,此过程中的原料是此过程中的原料是 , , 遵循的原则是遵循的原则是 。 (4)(4)目的基因导入绵羊受体细胞常用目的基因导入绵羊受体细胞常用 技术。技术。 (5)BD(5)BD为抗虫棉的培育过程为抗虫棉的培育过程, ,其中其中过程常用的过程常用的 方法是方法是 , , 要确定目的基因要确定目的基因( (抗虫

57、基因抗虫基因) )导入受体细胞后是否导入受体细胞后是否 能稳定遗传并表达能稳定遗传并表达, ,需进行检测和鉴定工作需进行检测和鉴定工作, ,请写请写 出在个体生物学水平上的鉴定过程：出在个体生物学水平上的鉴定过程： 。课时基因工程的基本工具和基本操作程序 解析解析 (1)AB(1)AB为体外为体外DNADNA复制即复制即PCRPCR技术技术, ,与体内与体内 DNADNA复制原理相同复制原理相同, ,解旋方式不同解旋方式不同,PCR,PCR技术是用高技术是用高 温变性使其解旋。温变性使其解旋。 (2)94(2)94时时DNADNA双链解旋双链解旋, ,破坏的是两条链之间的氢破坏的是两条链之间的

58、氢 键键, ,而在细胞内而在细胞内DNADNA复复制解旋时解旋酶制解旋时解旋酶起相同作用。起相同作用。(3)PCR(3)PCR技术与技术与DNADNA复制过程原理是相同的复制过程原理是相同的, ,即碱基即碱基 互补配对互补配对, ,原料均为原料均为4 4种脱氧核苷酸。种脱氧核苷酸。 (4)(4)转基因动物培育中目的基因的导入常用显微注转基因动物培育中目的基因的导入常用显微注 射技术。射技术。 (5)(5)将目的基因导入植物细胞常用的方法为农杆菌将目的基因导入植物细胞常用的方法为农杆菌课时基因工程的基本工具和基本操作程序 转化法转化法, ,其优点是能将外源基因导入到受体细胞的其优点是能将外源基因

59、导入到受体细胞的 染色体染色体DNADNA分子上分子上; ;在个体水平上鉴定在个体水平上鉴定, ,即通过生物即通过生物 体所体现的性状来判断体所体现的性状来判断, ,抗虫棉应具有的性状为害抗虫棉应具有的性状为害 虫吞食后使其死亡。虫吞食后使其死亡。 答案答案 (1)PCR DNA(1)PCR DNA复制复制 DNADNA解旋解旋 (2)(2)氢氢 解旋酶解旋酶 (3)4(3)4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 碱基互补配对原则碱基互补配对原则 (4)(4)显微注射显微注射 (5)(5)农杆菌转化法农杆菌转化法 让害虫吞食转基因棉花的叶子让害虫吞食转基因棉花的叶子, , 观察害虫的存活情况观察害虫的存活

60、情况, ,以确定性状以确定性状课时基因工程的基本工具和基本操作程序6.6.下图下图a a表示基因工程中经常选用的载体表示基因工程中经常选用的载体pBR322pBR322 质粒质粒,Amp,Ampr r表示氨苄青霉素抗性基因表示氨苄青霉素抗性基因,Tet,Tetr r表示四环表示四环 素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中素抗性基因。目的基因如果插入某抗性基因中, ,将将 使该基因失活使该基因失活, ,而不再具有相应的抗性。为了检查而不再具有相应的抗性。为了检查 载体是否导入原本没有载体是否导入原本没有AmpAmpr r和和TetTetr r的大肠杆菌的大肠杆菌, ,将将 大肠杆菌培养在含氨苄