2021-2022高中生物 专题一 第2节 基因工程的基本操作程序

专 题 1 基 因 工 程第 2节 基 因 工 程 的 基 本 操 作 程序 栏目链接 基 因 工 程 的 基 本 操 作 程 序 主 要 包 括 四 个 步 骤 ：_、 _、_、 _。目 的 基 因 的 获 取 基 因 表 达 载 体 的 构 建将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定 栏目链接 一 、 目 的 基 因 的 获 取1 从 基 因 文 库 中 获 取 目 的 基 因 ： 将 含 有 某 种 生物 _的 许 多 DNA片 段 导 入 受 体 菌 的 群 体 中储 存 ， 各 个 受 体 菌 分 别 含 有 这 种 生 物 的 _，称 为 基 因 文 库 。 基 因 文 库 可 大 可 小 ， 如 果 它 含 了 一 种生 物 所 有 的 基 因 ， 就 叫 _； 如 果 它 只 包含 一 种 生 物 的 一 部 分 基 因 ， 就 叫 _， 如_。不 同 基 因 不 同 基 因基 因 组 文 库部 分 基 因 文 库 cDNA文 库 栏目链接 2 利 用 PCR技 术 扩 增 目 的 基 因 ： PCR技 术 是 一项 在 生 物 体 外 _特 定 DNA片 段 的 核 酸 合 成 技 术 。(1)原 理 ： 利 用 _原 理 ， 将 基 因 的 核 苷酸 序 列 不 断 加 以 复 制 ， 使 其 呈 指 数 方 式 增 加 。 指 数 扩增 约 为 2n(n为 扩 增 循 环 的 次 数 )。(2)条 件 ： 已 知 目 的 基 因 的 _序 列 、_、 _、 _。复 制 DNA复 制 核 苷 酸 引 物模 板 DNA DNA聚 合 酶 栏目链接 (3)过 程 ： 目 的 基 因 DNA受 热 变 性 后 解 链 为_， 与 引 物 结 合 ， 然 后 在 _的 作 用下 进 行 延 伸 形 成 DNA。3 化 学 合 成 目 的 基 因 ： 如 果 _比 较 小 ，核 苷 酸 序 列 又 _， 也 可 以 利 用 DNA合 成 仪 化 学合 成 。 单 链DNA聚 合 酶 基 因已 知 栏目链接 二 、 基 因 表 达 载 体 的 构 建1 表 达 载 体 的 组 成 ： 目 的 基 因 _ 标 记 基 因 。2 表 达 载 体 的 功 能 ： 使 目 的 基 因 在 受 体 细 胞 中稳 定 存 在 ， 并 且 _给 下 一 代 ， 同 时 ， 使 目 的 基因 能 够 _和 发 挥 作 用 。 启 动 子 终 止 子遗 传表 达 栏目链接 3 启 动 子 ： 位 于 基 因 的 _， 它 是_的 部 位 ， 驱 动 基 因 转 录产 生 mRNA。4 终 止 子 ： 位 于 基 因 的 _， 能 够 终 止_。5 标 记 基 因 ： _受 体 细 胞 中 是 否 含 有 目的 基 因 ， 从 而 将 含 有 目 的 基 因 的 细 胞 筛 选 出 来 。首 端RNA聚 合 酶 识 别 和 结 合 尾 端 转 录鉴 别 栏目链接 三 、 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞1 将 目 的 基 因 导 入 植 物 细 胞 的 方 法 有_、 _、 _。2 将 目 的 基 因 导 入 动 物 细 胞 的 常 用 方 法 为_。3 将 目 的 基 因 导 入 微 生 物 细 胞 时 ， 一 般 须 首 先用 _处 理 微 生 物 细 胞 ， 使 其 成 为 感 受 态 细 胞 。农 杆 菌 转 化 法基 因 枪 法 花 粉 管 通 道 法显 微 注 射 法Ca 2 栏目链接 四 、 目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定检 测 转 基 因 生 物 的 _上 的 目 的 基 因 ，采 用 方 法 是 _； 检 测 目 的 基 因 是 否转 录 出 _， 采 用 方 法 是 _； 检测 目 的 基 因 是 否 翻 译 成 _， 采 用 方 法 是_； 个 体 生 物 学 水 平 的 鉴 定 ，如 抗 虫 、 抗 病 的 _实 验 等 。染 色 体 DNA分 子 杂 交 法 mRNA分 子 杂 交 法 蛋 白 质抗 原 抗 体 杂 交 法接 种 栏目链接 栏目链接 知 识 点 1 目 的 基 因 的 获 取获 取 目 的 基 因 是 基 因 工 程 实 施 的 第 一 步 ， 有 三 种途 径 可 以 获 取 目 的 基 因 ， 如 下 图 所 示 ： 栏目链接 1 从 基 因 文 库 获 取 。基 因 文 库 是 将 含 有 某 种 生 物 不 同 基 因 的 许 多 DNA片 段 导 入 受 体 菌 的 群 体 中 储 存 ， 各 个 受 体 菌 分 别 含 有这 种 生 物 的 不 同 基 因 ， 叫 做 基 因 文 库 。 建 立 基 因 文 库的 目 的 就 是 为 获 得 大 量 的 目 的 基 因 做 准 备 。 如 果 基 因文 库 中 含 有 一 种 生 物 所 有 的 基 因 ， 这 个 基 因 文 库 就 叫做 基 因 组 文 库 。 栏目链接 如 果 基 因 文 库 中 含 有 一 种 生 物 的 一 部 分 基 因 ，这 个 文 库 就 叫 做 部 分 基 因 文 库 。 如 以 某 生 物 的mRNA逆 转 录 基 因 产 生 的 多 种 互 补 DNA(cDNA)片段 ， 并 与 载 体 连 接 后 储 存 在 一 个 受 体 菌 群 中 的cDNA文 库 。 基 因 文 库 就 相 当 于 某 种 生 物 的 基 因 仓库 ， 储 备 着 该 生 物 大 量 的 基 因 。 栏目链接 2 PCR技 术 扩 增 。PCR技 术 是 一 项 在 生 物 体 外 复 制 特 定 的 DNA的 核酸 合 成 技 术 。 它 遵 循 的 原 理 与 DNA复 制 原 理 相 同 ， 条 件是 有 一 段 已 知 的 目 的 基 因 的 核 苷 酸 序 列 和 根 据 该 核 苷 酸序 列 合 成 的 引 物 ， 原 料 是 四 种 脱 氧 核 苷 酸 ， 也 需 要 多 种酶 (如 DNA聚 合 酶 等 )。 在 PCR扩 增 仪 上 自 动 复 制 。3 人 工 合 成 。如 果 基 因 比 较 小 ， 核 苷 酸 序 列 又 是 已 知 的 ， 可 以人 工 合 成 目 的 基 因 ， 该 法 主 要 有 两 种 ： 逆 转 录 和 化 学 合 成 法 。 栏目链接 逆 转 录 法 的 操 作 过 程 为 ： 根 据 已 知 氨 基 酸 序 列 合 成 DNA的 操 作 过 程 为 ： 栏目链接 4 PCR技 术 与 生 物 体 内 DNA复 制 的 比 较 。 栏目链接 栏目链接 例 1在 已 知 某 小 片 段 基 因 碱 基 序 列 的 情 况 下 ， 获 得该 基 因 的 最 佳 方 法 是 ( )A 用 mRNA为 模 板 逆 转 录 合 成 DNAB 以 4种 脱 氧 核 苷 酸 为 原 料 人 工 合 成C 将 供 体 DNA片 段 转 入 受 体 细 胞 中 ， 再 进 一 步 筛选 D 由 蛋 白 质 的 氨 基 酸 序 列 推 测 mRNA 栏目链接 解析：现在已知的条件只是某小片段基因的碱基序列，而没有相应的mRNA和蛋白质的氨基酸序列，所以只能以4种脱氧核苷酸为原料来人工合成。答案：B 栏目链接 1以下关于PCR技术的说法，不正确的是() A生物体内DNA的复制也称为PCRB该技术操作过程中要遵循碱基互补配对原则CPCR过程中DNA的数量呈指数形式扩增D可在PCR扩增仪中自动完成变 式迁 移解析：PCR是在生物体外复制特定DNA的技术，生物体内DNA的自我复制不叫PCR技术。答案：A 栏目链接 知 识 点 2 基 因 表 达 载 体 的 构 建 (基 因 工 程 的 核 心 )”1 构 建 目 的 ： 其 目 的 是 使 目 的 基 因 在 受 体 细 胞中 稳 定 存 在 ， 并 且 可 以 遗 传 给 下 一 代 ， 同 时 使 目 的基 因 能 够 表 达 和 发 挥 作 用 。2 构 建 的 基 因 表 达 载 体 的 组 成 ： 目 的 基 因 、 启动 子 、 终 止 子 、 标 记 基 因 (如 下 图 )。 栏目链接 栏目链接 3 由 于 受 体 细 胞 有 植 物 细 胞 、 动 物 细 胞 、 微生 物 细 胞 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 上 也 会 有 所 差 别 ，不 可 能 是 千 篇 一 律 的 。 栏目链接 例 2 基 因 工 程 又 叫 基 因 拼 接 技 术 ， 请 回 答 下 列 问题 。 (1)在 该 技 术 中 ， 用 人 工 合 成 方 法 获 得 目 的 基 因 的途 径 之 一 是 ： 以 目 的 基 因 转 录 的 _为 模 板 ，_形 成 互 补 的 单 链 DNA， 然 后 在 酶 的 作 用 下 合成 _。(2)基 因 工 程 中 常 用 的 受 体 细 胞 有 细 菌 、 真 菌 和_。 栏目链接 解析：在基因工程中，人工合成目的基因的途径有两条，其中之一就是以信使RNA为模板经过逆转录合成目的基因。基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌和动植物细胞。答案：(1)信 使 RNA(mRNA) 逆 转 录 双 链DNA(目 的 基 因 ) (2)动 植 物 细 胞 栏目链接 2下列有关基因表达载体构建过程的叙述中错误的是()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质粒的切口处D将重组DNA引入受体细胞中进行扩增变 式迁 移 栏目链接 解析：基因表达载体构建过程为：先用同一种限制酶切割目的基因和载体，露出相同的黏性末端；然后将切下的目的基因插入载体的切口处；最后加入DNA连接酶将二者连接为重组DNA分子。答案： D变 式迁 移 栏目链接 点评：(1)基因表达载体也可以称为重组载体(如重组质粒)、重组DNA分子等。(2)基因表达载体的构建不只是需要DNA连接酶，亦需限制酶参与。(3)启动子与起始密码子、终止子与终止密码子的比较。变 式迁 移 栏目链接 变 式迁 移 栏目链接 知 识 点 3 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞目 的 基 因 进 入 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 转 化 。 基 因 工 程 中 常用 的 受 体 细 胞 有 大 肠 杆 菌 、 枯 草 杆 菌 、 土 壤 农 杆 菌 、酵 母 菌 和 动 植 物 细 胞 等 。 受 体 细 胞 不 同 ， 导 入 方 法不 同 。 栏目链接 栏目链接 栏目链接 例 3下 列 关 于 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 的 描 述 不 正确 的 是 ( )A 基 因 枪 法 导 入 植 物 体 细 胞 的 方 法 比 较 经 济 有效 B 显 微 注 射 技 术 是 转 基 因 动 物 中 采 用 最 多 的 方法 C 大 肠 杆 菌 最 常 用 的 转 化 方 法 是 使 细 胞 的 生 理状 态 发 生 改 变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 栏目链接 解析：不同生物目的基因导入的方法不同，每种方法都有利有弊。目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济有效，还有基因枪法和花粉管通道法；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化过程。答案：A 栏目链接 3采用基因工程方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白质注射到棉花受精卵中将编码毒素蛋白的DNA序列注射到受精卵中将编码毒素蛋白质的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质DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵变 式迁 移 栏目链接 A BC D变 式迁 移解析：目的基因导入受体细胞后，使目的基因能在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用，必须构建表达载体。 栏目链接 变 式迁 移因为基因表达载体组成除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因，有了启动子才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质；有了终止子才能保证转录在所需的地方停下来；具有标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。只有构建表达载体才能有利于基因表达，有利于筛选，也能更好地增强目的基因的表达水平。如果不构建表达载体，即使导入目的基因也不能稳定遗传。所以不能直接注射。 答案：C 栏目链接 变 式迁 移点评：(1)农杆菌转化法中有二次拼接和二次导入。第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒上TDNA的中间部位，第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T DNA被拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T DNA进入受体细胞。 栏目链接 变 式迁 移 (2)因为动物体细胞的全能性受到一定限制，故一般将目的基因导入动物的受精卵或卵细胞，而不是体细胞；而植物体细胞的全能性相对容易表达，故一般将目的基因导入植物的体细胞，然后再通过植物组织培养技术获得转基因植株。 栏目链接 知 识 点 4 目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定原 因 ： 一 是 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 的 成 功 率 很低 ； 二 是 即 使 目 的 基 因 已 导 入 受 体 细 胞 ， 但 在 受 体细 胞 中 成 功 表 达 的 概 率 也 很 低 ， 故 最 后 需 要 从 分 子水 平 、 个 体 水 平 等 方 面 进 行 目 的 基 因 的 检 测 与 鉴 定 。 栏目链接 栏目链接 例 4利 用 外 源 基 因 在 受 体 细 胞 中 表 达 ， 可 生 产 人 类所 需 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 ( )A 棉 花 二 倍 体 细 胞 中 检 测 到 细 菌 的 抗 虫 基 因B 大 肠 杆 菌 中 检 测 到 人 胰 岛 素 基 因 及 其 mRNAC 山 羊 乳 腺 细 胞 中 检 测 到 人 生 长 激 素 的 DNA序 列D 酵 母 菌 细 胞 中 提 取 到 人 干 扰 素 蛋 白 栏目链接 解析：基因的表达即能在受体细胞中提取到由目的基因控制合成的蛋白质。答案：D 栏目链接 4下列技术中不是依据DNA分子杂交原理的是() A检测目的基因是否导入了受体细胞B检测目的基因是否转录了mRNAC检测目的基因是否翻译合成蛋白质D快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量变 式迁 移 栏目链接 变 式迁 移解析：DNA分子杂交就是不同来源的DNA分子的单链按碱基互补配对原则结合在一起，形成杂合双链的过程。B项利用了分子杂交技术(DNA与mRNA之间杂交)。检测目的基因是否翻译合成蛋白质依据的是抗原抗体杂交原理，未用到DNA分子杂交原理。答案：C 栏目链接 变 式迁 移点评：(1)涉及目的基因的检测与鉴定习题时，应注意审题，辨清要求从“分子水平”还是从“个体水平”。(2)DNA探针及其应用：DNA探针是指用荧光或放射性同位素标记的DNA分子，其应用依据的原理是DNA分子杂交。应用：DNA探针可用来检测DNA或RNA分子，因此其应用广泛，如： 栏目链接 变 式迁 移 a从基因文库中准确提取目的基因。b检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因和检测目的基因是否转录出了mRNA。c鉴定物种亲缘关系。d疾病的诊断和治疗。e环境监测。 栏目链接