基因工程的基本操作程序 学案

1、溧阳市竹箦中学高二生物教学案 编写：葛彪 陆新华 2012-2-10 第12基因工程的基本操作程序【学习目标】：1简述基因工程原理及基本操作程序；2尝试设计某一转基因生物的研制过程。【教学流程】思考：阅读课本P8页内容并思考，在借助于前面所讲的基因工程三种工具的基础上，完成以下抗虫棉的培育过程需要经历哪些步骤？这些步骤的完成分别可以达到怎样的目的？一、目的基因的获取思考1：上述例子中的抗虫基因在基因工程中有没有它的专有名词？基因工程中的这类基因还有哪些？思考2：获得目的基因的途径有哪些？1从基因文库中获取目的基因问题：什么叫做基因文库？它有哪些种类？这些不同类型之间有着怎样的差异？2利用PCR

2、技术扩增目的基因思考1：你能根据课本P10页的图解概括出PCR反应的原理及大致过程吗？与细胞中的DNA复制过程相比，条件上最大的区别是什么？思考2：是不是任何情况下都可以利用这种技术来大量的扩增目的基因？它的应用有没有一定的限制？假如已知某一段目的基因的核苷酸序列含有100个碱基对，其中含有胞嘧啶60个。经过4次扩增循环，可以获得多少个目的基因片段？我们需要提供多少个胸腺嘧啶脱氧核苷酸？例题1：聚合酶链式反应（PCR技术）是在实验室中以少量样品DNA制备大量DNA的生化技术，反应系统中包括微量样品DNA、DNA聚合酶、引物、足量的4种脱氧核苷酸及ATP等。反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反

3、应的模板，故DNA数以指数方式扩增。其简要过程如右图所示。(1)某个DNA样品有1000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链上碱基A:G:T:C=1:2:3:4，则经过PCR仪五次循环后，将产生 个DNA分子，其中需要提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量至少是 个。(2)分别以不同生物的DNA样品为模板合成的各个新DNA之间存在差异，这些差异是 。(3)请指出PCR技术与转录过程的三个不同之处： 。 。 。拓展：还有没有其他的获取目的基因的方法了呢？如果有，哪些条件可以为它提供依据？二、基因表达载体的构建 左图为基因表达载体结构模式图，作为一个完整的基因表达载体它由几部分构成？每一部分各自有着怎样的作用？三

4、、目的基因导入受体细胞思考：对于不同的受体细胞，目的基因导入的方法是否一样？如果要培育转基因植物、动物以及利用基因工程技术生产药物它们目的基因导入的方法是否一致？列表比较。(从常用受体细胞、受体细胞特点、常用方法等几方面进行比较)四、目的基因的检测与鉴定问题1：我们可以从哪些水平来对目的基因进行检测和鉴定？不同水平的检测方法是否一样？问题2：分子水平检测过程中，所使用的检测标本有什么区别？根据怎样的现象来判断目的基因是否可以稳定维持和表达？例题2右图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，

5、其上的基因能得到表达。请回答下列问题。(1)人工合成目的基因的途径一般有哪两条？(2)如何将目的基因和质粒结合成重组质粒？(3)目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。此外可以通过如下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导入了质粒A或重组质粒，反之则没有。使用这种方法鉴别的原因是             &

6、#160;             。(4)若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是 ，原因是 。(5)导入细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么？ 。【交流讨论】针对这部分内容，你还其他的困惑吗？一、选择题：1下列关于基因工程的叙述，正确的是( )A基因工程常以抗菌素抗性基因作为目的基因B细菌质粒是基因工程最常用的载体C通常用一种限制酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD选择目的基因人胰岛素基因时只能从胰岛B细胞中

7、选取2下列不属于基因工程中获取目的基因的方法的是( )A利用DNA合成仪人工直接进行合成B利用PCR技术扩增实现大量生产C利用限制酶在受体细胞中获得D从基因文库中获取3下列技术依据DNA分子杂交原理的是( )观察DNA在细胞中的分布 检测目的基因是否导入细胞 检测目的基因是否完全转录并翻译 检测目的基因是否进行转录  A    B    C     D4采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导人目的基因的做法正确的是( )将毒素蛋白注射到棉受精卵中  将编码毒

8、素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵A    B    C  D5.正确表示基因操作“四部曲”的是( )提取目的基因目的基因导入受体细胞目的基因与运载体结合目的基因的检测与表达A B C D6基因工程中，需使用特定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I的识别序列和切点是GGATCC ，限制酶II的识别序列和切点是GATC。根据图示

9、判断下列操作正确的是( )A质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割 B质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割C目的基因和质粒均用限制酶切割 D目的基因和质粒均用限制酶切割7.下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是( )Aa通常存在于细菌体内，是目前该生物技术中唯一的运载体B若要获得真核生物的d，则一般采用人工合成方法Cc连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对Db识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开8下列有关基因工程的叙述，错误的是( )A目的基因与运载体结合的过程发生在细胞外 B目的基因导入受体细胞不进行碱基互补配对CDNA连接酶的作用是将两个黏性

10、末端的碱基连接起来 D基因工程能定向改变生物的性状9利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素。下列相关叙述，正确的是( ) A人和大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译的场所是相同的BDNA连接酶能把两个黏性未端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合”C通过检测，大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌D人和大肠杆菌在合成胰岛素时，用于转录的模板链是相同的10用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是( )A常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建基因表达载体必需的工具酶C可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了目的基因D导入大肠

11、杆菌的目的基因不一定成功表达11(多选)下列关于基因工程的说法中，不正确的是( )A基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的B目前基因工程所有的目的基因都是从供体细胞中直接分离得到的C只要检测出受体细胞中含有的基因，那么目的基因一定能成功进行表达D基因工程能使科学家打破物种界限，定向改造生物性状二、非选择题：11990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因，而患先天性体液兔疫缺陷病的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。(1)在基因治疗过程中，

12、逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的 ，此基因工程中的目的基因是 ，目的基因的受体细胞是 。(2)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，兔疫能力趋于正常是由于产生了 ，产生这种物质的两个基本步骤是 、 。2将人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟草获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答：(1)烟草转基因产品的获得属于( )A基因工程 B细胞工程 C微生物工程 D酶工程(2)人的基因之所以能接到植物体中去，原因是 。烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生 。不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套 。从进化的角度看，这些生物具有 。(3)烟草DNA分子被“嫁接”上或

13、“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明 。3番茄营养丰富，是人们喜爱的一类果蔬。但普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。为满足人们的生产生活需要，科学家们通过基因工程技术，培育出了抗软化、保鲜时间长的番茄新品种。操作流程如图，请回答：(1)过程需要的工具酶有限制性内切酶和 。(2)在构建基因表达载体时，重组DNA中除插入目的基因外，还需要有 、终止子以及 。(3)在番茄新品种的培育过程中，将目的导入受体细胞的方法叫做 。(4)从图中可见，mRNA1和mRNA2的结合直接导致了 无法合成，最终使番茄获得了

14、抗软化的性状。(5)普通番茄细胞导入目的基因后，经过程形成 ，然后诱导出试管苗，进一步培养成正常植株。4.下图表示基因工程中基因表达载体的构建过程，据图分析下列问题：(1)从图中可看出，切割质粒和目的基因的限制酶是                      。(2)插入的目的基因只是结构基因部分，其表达还需要调控序列，因而用作载体的质粒插入部位前须有   &

15、#160;         ，后须有                           。(3)在图中右边的方框内画出甲、乙拼接后形成的重组质粒。   5下图为基因工程模式图，图中、指物质结构，A、B、C、D、E表示过

16、程。据图回答下列问题：(1)指出下列物质的名称： 、 、 。(2)完成过程A和B所应用的酶是 ；它的主要特点是 。(3)基因工程中所应用的，是存在于细菌内的_ _分子。它还存在于蓝藻、 等生物中。(4)导入受体细胞的过程称为_。要使这一过程顺利进行，其关键是 。6在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因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。请据图回答：(1)A过程需要的酶有 。(2)B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是 。(3)过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入 。(4)如果利用D

17、NA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用 作为探针。(5)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。将转基因植株与_杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1：1。若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型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作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_%。BCCCCA. BCBB,ABC、（）载体正常腺苷脱氧酶基因白细胞（）腺苷脱氧酶（抗体）转录翻译2（1）A. （2）人与植物结构组成相同。 （3）抗病毒干扰素。（4）遗传密码，共同的原始祖先。 （5）基因是遗传物质结构和功能

18、的基本单位。（6）将抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品种；将人的血型基因移入猪体内，培育人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。（7）用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草，就将难以控制杂草。（1）质粒 目的基因 重组DNA分子 （2）限制酶 专一性很强，能分别辨认DNA分子上一定的碱基序列，并在一定的位置上切割，使其断裂。2分（3）小型双链闭环的DNA 酵母 （4）转化 重组DNA分子与受体细胞的相应性。30、（14分）（1）限制性内切酶和DNA连接酶（2）具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存（3）卡那霉素（4）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因（5

19、）非转基因植株 31 100DNA连接酶、启动子、标记基因、农杆菌转化法、多聚半乳糖醛酸酶、愈伤组织5、1978年，美国科学家利用工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人类胰岛素，请回答（14分）（1）在利用大肠杆菌繁殖生产人类胰岛素的过程中，所用的基因的“剪刀”是 ，基因的“针线”是 ，基因的“运输工具”是 。（2）上述人类胰岛素的合成是在 处进行的，其决定氨基酸排列顺序mRNA的模板是由 基因转录而成的。（3）合成的人类胰岛素含51个氨基酸，由2条多肽链组成，则胰岛素分子中含肽键 个，这51个氨基酸是经过 方式合成胰岛素的，相对分子量比原来

20、减少 。（4）决定合成胰岛素的基因至少含有碱基 个。若氨基酸的平均相对分子量为128，该胰岛素的相对分子量为 。（5）不同种生物之间的基因移植成功，说明了 。（1） 限制性内切酶 ， DNA连接酶 ， 质粒等载体。 （2） 大肠杆菌核糖体 人类胰岛素 （3）49 脱水缩合 882 。（4） 306 5646 。（5） 生物共用一套遗传密码 。该工程应用与、于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例： 。有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，有如船能载舟也能覆舟，甚至可能带来灾难性的后果，你是否支持这一观点？如果支持，请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例：。干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取005 mg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的       ，并使之与一种叫质粒的DNA结合，然后移植到酵母菌内，从而让酵母素来 。（2）酵母菌能用方式繁殖，速度很快，所以能在较短的时间内大量生产。