3.2基因工程的基本操作程序第1课时导学案高二下学期生物人教版选择性必修3

第2节基因工程的基本操作程序学习目标核心素养对接1.阐明基因工程的原理和基本操作程序；2.针对人类生产或生活中说的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计某一转基因产品的方案。1.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。2．科学探究：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。课前案一、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：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是。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，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、四种、。(3)过程：①变性：温度上升到90℃以上，目的基因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2n)。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，然后用限制酶或的限制酶切割目的基因的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，使目的基因借花粉管通道进入。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．分子水平的检测(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．个体生物学水平的鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。判断对错(正确的打“√”，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效方法。（） (√)2．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。（） (×)3．基因表达载体中启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。 ()4．将基因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。（）6．可通过PCR等技术检测棉花的染色体上是否插入了Bt基因。 ()课中案1．利用PCR获取和扩增目的基因(1)PCR反应的过程72℃左右5072℃左右50℃左右90℃以上(2)PCR技术与生物体内DNA复制的比较比较项目PCR技术体内DNA复制区别解旋方式DNA在高温作用下变性解旋解旋酶催化场所细胞外(在PCR扩增仪内)细胞内(主要在细胞核内)区别酶耐高温的的DNA聚合酶(Taq聚合酶)DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等温度条件需控制温度，在较高温度下进行细胞内温和条件合成的对象DNA片段或基因DNA分子联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸注：真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要用Mg2+激活，因此PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2+。2.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DNA和质粒，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，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒的切口处，形成一个重组DNA分子(重组质粒)。构建过程如下图所示：合作探究：(1)PCR过程中为什么需要引物？(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。(3)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？1．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．四种脱氧核苷酸为PCR提供原料2．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mRNA③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．①④⑤C．①②⑤ D．③④1．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物细胞农杆菌转化法将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA上→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上→目的基因表达经济、有效，适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物花粉管通道法在植物受粉后，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)，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达简便、经济，我国科学家独创的一种方法动物细胞显微注射技术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Ca2＋处理法(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.农杆菌转化法分析(1)构建携带目的基因的表达载体，需要两种工具酶：和。(2)基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用处理农杆菌细胞，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技术。合作探究：1.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。2．将目的基因导入动物细胞的受体细胞除了受精卵外，还可以选择什么细胞？1．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“超级花生”最好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2．农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T­DNA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：(1)剪除Ti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T的过程①中，需用多种限制酶处理，原因是_______________，需用________“缝合”双链DNA片段的平末端。(2)目的基因是指________。由过程②形成的基因表达载体中，目的基因的上游具有________，它是________识别和结合的部位。(3)过程③常用________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________________________________。(4)可通过________技术检测试管苗的染色体DNA上是否插入了目的基因。[课堂小结]知识网络构建核心语句背诵1.基因工程的基本操作程序有：(1)目的基因的筛选与获取；(2)基因表达载体的构建；(3)将目的基因导入受体细胞；(4)目的基因的检测与鉴定。2．PCR反应液中需要提供DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。3．PCR反应中每次循环一般可分为变性、复性、延伸三步。4．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。5．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。6．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感受态细胞法(Ca2＋处理法)。3．2基因工程的基本操作程序（课后案）姓名：班级：一.单项选择题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目的基因的获取A．③②④① B．②④①③C．④①②③ D．③④①②2、不属于目的基因与运载体结合过程的是()A．用一定的限制酶切割质粒，露出黏性末端B．用同种限制酶切割目的基因，露出黏性末端C．将切下的目的基因插入到质粒的切口处D．将重组DNA引入到受体细胞中进行扩增3、分辨基因工程是否成功是通过()A．提取目的基因B．基因表达载体的构建C．目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与鉴定4．基因工程中，不需进行碱基互补配对的步骤有（）A．人工合成目的基因B．目的基因与运载体相结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测与表达5．哪项不是基因表达载体的组成部分()A．启动子B．终止密码C．标记基因D．目的基因6．在胰岛素的基因与质粒形成重组DNA分子的过程中，下列哪组是所需要的()①同一种限制酶切割两者②不需同一种限制酶切割两者③加入适量的DNA连接酶④不需加DNA连接酶A．①③B．①④ C．②④D．②③7．下列说法中正确的是()A．基因表达载体的构建方法是一致的B．标记基因也叫做抗生素基因C．显微注射技术是最为有效的一种将目的基因导入植物细胞的方法D．大肠杆菌是常用的微生物受体8．PCR利用了DNA热变性的原理，PCR仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器，对PCR过程中“温度的控制”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B．延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度C．DNA聚合酶具有耐高温的能力D．DNA解旋酶具有耐高温的能力9．下图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是()A．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C．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D．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了目的基因10．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．②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶参与B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异二．不定项选择题11．基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞。这样做的原因是()A．结构简单，多为单细胞B．繁殖速度快C．遗传物质含量少D．性状稳定，变异少

12．基因工程中因受体细胞不同，目的基因导入的方法也不同，下列叙述正确的是（）A．将目的基因导入棉花细胞内常用花粉管通道法B．将目的基因导入老鼠细胞内常用显微注射法C．将目的基因导入大肠杆菌细胞内常用Ca2+处理细胞D．将目的基因导入烟草细胞内常用农杆菌转化法13．下列有关基因工程技术的叙述，正确的是()A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和基因进入受体细胞的载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞主要是因为细菌繁殖快、遗传物质少D．只要目的基因进入受体细胞就能成功实现表达14．在基因工程中会出现()A．DNA连接酶将黏性末端的碱基连接起来B．限制性内切酶可用于目的基因的获取C．目的基因必须有载体导入受体细胞D．人工合成目的基因不用限制性核酸内切酶15、下列哪项属于基因工程技术()A．基因转移B．基因扩增 C．基因检测D．基因表达三．简答题16．人体受病毒刺激后，可以产生干扰素，干扰素分为、、三类，1980年，生物学家成功破译了干扰素的全部遗传信息，并运用插入质粒的方法，用大肠杆菌生产得到干扰素可以用于治疗肝炎和肿瘤，回答下列问题：(1)上述材料中涉及的现代生物技术有 。(2)在利用大肠杆菌生产干扰素过程中，目的基因是 ，所用载体是 。基因表达载体的结构组成包括 、 、 、 。(3)目的基因在大肠杆菌中表达时，必须经过 和 过程。(4)一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明基因是有_____效应的 片段，具有一定的 性；同时可以说明各种生物共用一套 。(5)上述技术所用的工具酶有 。(6)有人把蜘蛛产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中,在羊分泌的乳汁中加入某种物质后,可抽取细丝,这种细丝可以用作手术的缝合线。材料中所用缝合线与普通缝合线相比有何优点? 。(7)可遗传变异分为三种： 、 、 ，而基因工程改变一个物种的基因属于 。17．（2021·安徽高三开学考试）蛛丝蛋白具有高强度的特性，可用于许多重要的特种工业领域。如图表示培育羊奶中含有蛛丝蛋白的转基因山羊的实验流程，回答下列问题：（1）图中①过程所用工具酶中能催化磷酸二酯键合成的是_____。①过程形成的X除了含有目的基因外，还有些特殊的DNA片段，比如_____（答出1点即可）。（2）目的基因进人受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为_____。图中②过程常采用的方法是_____。（3）图中④过程表示_____。该过程能否成功，与_____的生理状况有关。大量的研究证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不_____，这为胚胎在受体内存活提供了可能。18．下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内制备“工程菌”的示意图。据图回答：(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在________的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的________序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用PCR技术扩增DNA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高温的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由A和载体B拼接形成的C通常称为________。(4)在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是_____________。3．2基因工程的基本操作程序（课前案）一、目的基因的筛选与获取1.（1）受体细胞性状预期表达产物（2）Bt抗虫蛋白基因2.（1）已知结构功能清晰（2）序列信息Bt抗虫蛋白（3）测序序列序列比对3.（1）聚合酶链式反应DNA半保留复制参与DNA复制目的基因的核苷酸序列（2）引物脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶（3）受热变性后解为单链两种引物四种脱氧核苷酸DNA聚合酶3′（4）指数二、基因表达载体的构建1.（1）稳定存在遗传（2）表达2.上游RNA聚合酶转录目的基因下游标记基因3.限制酶同种能产生相同末端DNA连接酶三、将目的基因导入受体细胞1.维持稳定表达2.（1）花粉管通道子房胚囊双子叶裸子T­DNA染色体DNA

Ti质粒的T­DNA（2）显微注射受精卵（3）Ca2＋四、目的基因的检测与鉴定1.（1）PCR（2）抗原——抗体基础诊断√×