高中生物基因工程第2节基因工程的操作程序第2课时目的基因的导入和检测同步备课教学案北师大版Word下载.docx
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简单经济、快捷实用，且不受植物基因型的限制，理论上适用于任何开花植物。
②缺点：
工作效率较低，且后代的遗传情况较复杂。
2．氯化钙法
（1）适用条件：
运载体是质粒，受体细胞是大肠杆菌。
（2）作用原理：
氯化钙使大肠杆菌细胞成为感受态细胞，细胞膜的通透性发生变化，允许含有目的基因的运载体分子进入。
（3）过程
（4）结果：
短时间内获得大量的目的基因及目的基因的表达产物。
3．农杆菌介导的遗传转化法
（1）农杆菌：
是一种土壤细菌，侵染植物细胞后，会使植物组织形成肿瘤，受感染的细胞可产生正常细胞不能产生的生物碱，是农杆菌生长所必需的碳源和氮源。
（2）原理：
农杆菌的Ti质粒上的TDNA可以转移到受体细胞，插入植物基因组，引起植物细胞的变化。
（3）过程：
目的基因插入到Ti质粒的TDNA上
农杆菌→导入植物细胞→稳定维持和表达。
（4）应用：
在植物转基因技术中占据主导地位，特别是在双子叶植物上尤为普遍。
（5）优点：
转化频率高、成本低、操作简单，而且转基因后代的遗传组成比较容易分析。
4．基因枪法
将连接到载体上的目的基因的DNA溶液与金粉或钨粉共同保温，使DNA吸附于金属颗粒表面，然后，在一个真空的小室中，利用高压放电将带有基因的金属颗粒轰击进入受体，实现转基因的目的。
小贴士 当受体细胞是动物细胞时，经常采用显微注射技术：
目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的转基因动物。
下图是农杆菌转化法的示意图，请分析：
1．在用土壤农杆菌介导的遗传转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，为什么要将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上？
答案 农杆菌中的Ti质粒上的TDNA（可转移的DNA）可转移至受体细胞，并且能插入到植物的基因组中。
2．将基因表达载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞才更有利于导入？
答案 基因表达载体（重组质粒）导入农杆菌细胞时，要用氯化钙处理农杆菌细胞，使其处于感受态，更有利于重组质粒的导入。
3．植物基因工程常用的受体细胞可以是体细胞，而动物基因工程一般只用受精卵，为什么？
答案 植物体细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程形成完整植物体，因此受体细胞可以是体细胞；
动物体细胞的全能性受到严格限制，因此，动物基因工程中的受体细胞一般只用受精卵。
1．下列有关目的基因导入的叙述中，不正确的是（ ）
A．我国科学家培育抗虫棉时目的基因的导入使用的是花粉管通道法
B．基因枪法和花粉管通道法的共同特征是都可以导入单纯的目的基因
C．当运载体是质粒，大肠杆菌是受体细胞时可以利用氯化钙法导入目的基因
D．农杆菌能够将目的基因导入受体细胞的结构是TDNA
答案 B
解析 基因枪法是将连接到载体上的目的基因的DNA溶液吸附于金属颗粒表面后，送入受体细胞中的，不是单纯的目的基因。
2．将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采用的方法是（ ）
A．显微注射技术 农杆菌介导的遗传转化法
B．基因枪法 花粉管通道法
C．农杆菌介导的遗传转化法 显微注射技术
D．基因枪法 显微注射技术
答案 D
解析 玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，常用的方法是基因枪法；
对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射技术。
二、目的基因的检测与表达产物的测定
1．形态检测
（1）检测目的基因的表型性状：
直接根据目标性状的有无判断目的基因是否表达。
（2）检测报告基因的表型性状：
在构建表达载体时，把一个报告基因（抗生素抗性基因或荧光标记基因）与目的基因连在一起，通过检测报告基因的表达情况，来间接检测目的基因的表达。
2．分子检测
（1）检测目的基因是否整合到受体生物基因组中
①PCR检测：
根据目的基因的序列设计引物，常用PCR技术对基因进行扩增，如果能扩增出目的基因片段，说明目的基因已整合到受体细胞中。
②分子杂交检测：
把目的基因片段进行放射性同位素标记或进行生物素荧光标记，用标记好的基因段作探针，与受体生物的基因组DNA进行杂交，如果有杂交斑点，说明目的基因已经被导入受体细胞。
（2）检测目的基因是否转录和翻译：
提取目的基因的mRNA，检测目的基因的转录情况，分离目的基因编码的蛋白质，检测目的基因的表达情况。
下图是用基因探针检测目的基因的示意图，据图分析：
1．图中的基因探针的本质是什么？
答案 用放射性同位素或生物素荧光标记好的目的基因的单链片段。
2．DNA分子杂交的原理是什么？
除了用于目的基因的检测与鉴定以外，试举例说明还有哪些应用？
答案 碱基互补配对原则。
还可用于亲子鉴定、刑事侦察、生物亲缘关系确定等。
3．可不可以用这种探针检测目的基因是否转录？
如何检测？
答案 可以。
从转基因生物中提取的是mRNA，用标记的目的基因作探针，与mRNA杂交，如果显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。
4．检测棉花中导入的抗虫基因是否表达的最简便的方法是什么？
答案 用叶片饲养棉铃虫，观察棉铃虫是否死亡。
3．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，只有通过检测和鉴定才能知道。
下列属于目的基因检测和鉴定的是（ ）
①检测受体细胞是否有目的基因 ②检测受体细胞是否有致病基因 ③检测目的基因是否转录出mRNA ④检测目的基因是否翻译成蛋白质
A．①②③B．②③④
C．①③④D．①②④
答案 C
解析 目的基因的检测包括：
检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针与基因组DNA杂交，还可用PCR检测。
检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是DNA—mRNA杂交。
最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。
4．下表有关基因表达的选项中，不可能的是（ ）
选项
基因
表达的细胞
表达产物
A
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
解析 兔成熟红细胞中无细胞核和核糖体，所以兔血红蛋白基因在兔成熟红细胞中不能表达产生兔血红蛋白。
目的基因的导入
目的基因的检测与表达
1．我国科技工作者利用基因工程方法成功培育出抗虫棉，下列导入目的基因的做法，正确的是（ ）
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④花粉管未愈合前，剪去柱头，滴加编码毒素蛋白的DNA序列，使其借助花粉管通道进入受体细胞
A．①②B．②③
C．③④D．①④
解析 基因工程一般要经历四个步骤：
首先获得目的基因，即获得编码毒素蛋白的DNA序列，再将其与运载体（质粒）结合，形成重组质粒。
然后，把它导入受体细胞（棉的体细胞或受精卵），随着受体细胞繁殖而复制，最终表达出所需要的性状。
2．下列关于基因表达载体导入微生物细胞的叙述中，不正确的是（ ）
A．常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细胞，遗传物质相对较少
B．受体细胞所处的一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态称为感受态
C．感受态细胞吸收DNA分子需要适宜的温度和酸碱度
D．感受态细胞吸收重组表达载体DNA分子的液体只要调节为适宜的pH即可，没必要用缓冲液
解析 将基因表达载体导入微生物细胞时，需在一定条件（如适宜的温度、pH等）下，将基因表达载体和感受态的微生物细胞混合培养，在培养过程中，可能会影响pH的变化，因此要加入缓冲液，以保持适宜的pH。
3．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。
下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中的表达的是（ ）
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mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
解析 基因表达的产物是蛋白质，因此，只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达。
A、C项只能说明完成了目的基因的导入，B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。
4．检测转基因生物是否转录出mRNA，应通过何种分子杂交方法实现（ ）
A．DNA—DNA杂交
B．DNA—RNA杂交
C．RNA—蛋白质杂交
D．抗原—抗体杂交
解析 A、B、D三项分别是在复制、转录和翻译水平上检测基因工程是否成功，C项所述分子杂交方法是不存在的。
5．萤火虫能发光是因为萤火虫体内通过荧光素酶催化的系列反应所产生的现象。
如果荧光素酶存在于植物体内，也能使植物体发光，一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取的。
但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内生产荧光素酶。
请你根据已知的知识回答下列有关问题：
（1）获取目的基因通常有两种途径，分别为________________________。
（2）在该过程中需要多种酶的参与，其中包括____________________________________等。
（3）下列可作为受体细胞的生物有（ ）
A．土壤农杆菌B．结核杆菌
C．噬菌体D．病毒
（4）在此转基因工程中，是由质粒承担运载体的。
在将体外重组的DNA插入大肠杆菌体内之前通常要用__________处理大肠杆菌，目的是________________________________。
（5）由于荧光素酶的特殊作用，人们一直设想将其基因作为实验工具，将它和某一基因连接在一起导入植物体内，如与固氮基因连接在一起导入植物体内，判断固氮基因是否导入的方法是______________________________。
（6）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是______________________________和______________________________。
答案
（1）化学合成法和从基因组中直接分离法
（2）限制性内切酶、DNA连接酶 （3）A （4）氯化钙 增大细胞膜的通透性，使重组质粒能够导入到受体细胞内 （5）检测植物是否发光 （6）目的明确 培育周期短 可以克服远缘杂交不亲和的障碍（只要合理，两点即可）
课时作业
[基础过关]
1．基因工程的正确操作步骤是（ ）
①构建基因表达载体 ②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④提取目的基因
A．③②④①B．②③①③
C．④①②③D．③④①②
解析 基因工程的基本操作步骤为：
目的基因的获得→基因表达载体的构建→目的基因的导入→目的基因的检测与表达产物的测定。
2．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶（Amy）基因a，通过基因工程的方法将a转到马铃薯植株中，经检测，在成熟块茎细胞的间隙中发现了Amy。
这一过程涉及（ ）
A．目的基因来自细菌，可以不需要运载体，由细菌侵染受体细胞而导入
B．基因a导入成功后，将抑制细胞原有代谢，开辟新的代谢途径
C．RNA以自身为模板自我复制
D．DNA以其一条链为模板合成mRNA
解析 成熟块茎细胞间隙中发现Amy，说明目的基因在受体细胞内已成功表达，所以涉及转录过程（即D过程）；
RNA的自我复制仅限于在一部分RNA病毒中发生；
目的基因导入受体细胞都必须通过运载体；
目的基因导入受体细胞后在原有细胞代谢的基础上开辟新的代谢途径，不抑制细胞原有的代谢。
3．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。
生产流程是：
甲生物的蛋白质―→mRNA
目的基因
与质粒DNA重组
导入乙细胞
获得甲生物的蛋白质
下列说法正确的是（ ）
A．①过程需要的酶是反转录酶，原料是A、U、G、C
B．②要用限制性内切酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起
C．如果受体细胞是动物细胞，③过程可用农杆菌介导的遗传转化法
D．④过程中用的原料不含有A、U、G、C
4．美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达，长成的植物通体光亮，堪称奇迹。
下列有关发光烟草培育的叙述正确的是（ ）
A．在培育过程中需用同一种限制性内切酶分别切割荧光素基因和质粒
B．将目的基因直接导入烟草细胞常用的方法是显微注射法
C．受体细胞只能用烟草的受精卵，因为受精卵的全能性最高
D．导入目的基因的烟草细胞不需进行植物组织培养就能发育成一个完整的植株
答案 A
解析 在转基因植物的培育过程中，不能将目的基因直接导入到受体细胞中，必须先让目的基因与运载体结合，此时要用同种限制性内切酶切割，以露出相同的黏性末端，便于二者连接。
以植物细胞作受体细胞时，可以用体细胞，也可以用受精卵，导入的方法一般为农杆菌介导的遗传转化法，而显微注射法用于动物细胞。
导入目的基因的受体细胞需经植物组织培养才能发育成一个新个体。
5．运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有（ ）
A．抗虫基因B．抗虫基因产物
C．新的细胞核D．相应性状
解析 培育抗虫棉，为检测是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有相应的抗虫性状。
6．在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，不属于分子检测的是（ ）
A．通过观察害虫吃棉花叶是否死亡
B．检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带
C．检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带
D．检测目的基因表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带
解析 通过观察害虫吃棉花叶是否死亡属于形态检测。
[能力提升]
7．目的基因只有导入相应的受体细胞中，才能改变受体的遗传性状。
下列有关导入的叙述正确的是（ ）
A．花粉管通道法只能在开花传粉前用含有目的基因的溶液处理花粉粒，然后进行授粉
B．一定浓度的氯化钙溶液处理大肠杆菌后使细胞膜的糖蛋白减少，通透性发生改变
C．农杆菌侵入植物细胞后，TDNA上的基因表达促进被侵入的植物细胞形成肿瘤
D．基因枪法中的金粉就是目的基因的运载体，进入受体细胞后依然能够帮助目的基因进行表达
解析 花粉管通道法有花粉粒携带法和柱头滴加法；
氯化钙改变了膜上的电荷分布，使通透性改变；
TDNA上有生长素基因和细胞分裂素基因，可使植物细胞形成肿瘤；
金粉通过吸附连接到载体上的目的基因的DNA实现转基因的目的。
8．利用细菌大量生产人的胰岛素，下列叙述错误的是（ ）
A．用适当的酶对运载体与人的胰岛素基因进行切割与黏合
B．用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌
C．通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌
D．重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人的胰岛素
解析 人胰岛素基因进行切割需要限制性内切酶，将人胰岛素基因与运载体结合需要DNA连接酶，A正确；
用Ca2＋处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌，B正确；
通常通过检测标记基因来检测重组DNA是否已导入受体细菌，C错误；
重组DNA必须能在受体细菌内进行复制与转录，并合成人的胰岛素，D正确。
9．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X可能代表（ ）
A．不能合成胰岛素的细菌细胞
B．能合成抗体的人类细胞
C．能合成胰岛素的细菌细胞
D．不能合成抗生素的人类细胞
解析 此题中目的基因是人胰岛素基因，受体细胞是细菌，通过运载体将目的基因导入受体细胞后，带有胰岛素基因的细菌在分裂繁殖过程中就可能合成胰岛素。
10．科学家利用生物技术将人的生长激素基因导入小鼠受精卵的细胞核中，经培育获得一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中，在医学研究及相关疾病治疗方面都具有重要意义。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为这种细胞具有全能性
B．采用DNA分子杂交技术可检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达
C．人的生长激素基因能在小鼠细胞内表达，说明遗传密码在不同种生物中可以通用
D．将转基因小鼠体细胞进行核移植（克隆），可以获得多个具有外源基因的后代
解析 受精卵的全能性最高；
采用DNA分子杂交技术可检测受体细胞是否含有目的基因；
人的生长激素基因能在小鼠细胞内表达，说明生物共用一套遗传密码；
通过克隆产生的细胞是相同的。
11．棉铃虫是一种危害棉花的害虫。
我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。
通过基因工程方法，科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达，棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。
花粉管通道法是指：
利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒蛋白基因送入胚囊，进而导入不具备细胞壁的合子或早期胚胎细胞，借助天然的种胚系统，形成含有目的基因的种胚。
（1）下列所示的黏性末端是由________种限制性内切酶作用产生的。
（2）利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因操作的基本步骤中的第三步，即______________________。
为减少获得目的基因的盲目性，在获得真核生物的目的基因时，应尽量采用________________________________________的方法。
（3）该目的基因在导入受体细胞前需要与运载体结合，目前经常使用的运载体有________________、__________________________和________________________。
（4）检测该目的基因是否表达的方法是____________________________________________。
答案
（1）4
（2）目的基因的导入 化学合成目的基因
（3）质粒 噬菌体 动植物病毒
（4）让害虫吃棉花，观察害虫的生存状态
解析 用同一种限制性内切酶切出的黏性末端是相同的，图中四个黏性末端各不相同，故由4种限制性内切酶切割而成；
获得目的基因的方法有化学合成法和从基因组中直接分离法，前者目的性强；
运载体最常用的是质粒，另外也可以用噬菌体和动植物病毒等，目的基因是否表达可以在分子水平或个体水平上检测。
12．下面是口蹄疫疫苗生产过程示意图，请据图回答下列问题：
（1）首先从口蹄疫病毒中提取部分合成病毒蛋白的RNA，而不是用口蹄疫病毒的全部RNA，原因是合成病毒蛋白的RNA控制合成的病毒蛋白质，具有________特性，又不会使动物致病。
以合成病毒蛋白的RNA产生病毒蛋白的DNA，需用到的工具酶是__________。
（2）构建基因表达载体所需要的工具酶是________________________________。
基因表达载体除目的基因外，还应包括________________________________。
（3）导入大肠杆菌前需先将大肠杆菌处理为__________________细胞。
（4）为检测目的基因是否导入受体细胞，常常要借助运载体上__________________的表达，更准确的方法是利用放射性同位素标记的__________________作探针与基因组DNA杂交。
答案
（1）抗原 反转录酶
（2）限制性内切酶和DNA连接酶 启动子、终止子、报告基因 （3）感受态
（4）报告基因 病毒蛋白基因（目的基因）
解析
（1）病毒由核酸和蛋白质组成，其蛋白质外壳具有免疫特性，故口蹄疫疫苗生产过程只需提取口蹄疫病毒中控制合成病毒蛋白的RNA部分。
以RNA为模板合成DNA的过程属于反转录，需要反转录酶。
（2）基因表达载体的组成：
目的基因、启动子、终止子、报告基因。
构建基因表达载体一般用一定的限制性内切酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口，再用同种限制性内切酶切割目的基因，产生相同的黏性末端。
将切下的目的基因片段，插入质粒的切口处，在DNA连接酶的作用下使质粒与目的基因结合形成重组质粒。
（3）将目的基因导入微生物细胞前，常用Ca2＋处理使其成为感受态细胞。
（4）报告基因的表达可检测目的基因是否导入受体细胞。
13．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。
科学家将大麦细胞的LTP1基因导入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。
基本操作过程如图所示，请据图回答下列问题：
（1）该技术定向改变了酵母菌的性状，这种可遗传变异属于____________________。
（2）从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用__________法获得目的基因。
本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是______________________。
（3）要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用____________进行切割。
假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为
，则能与该运载体连接的LTP1基因分子末端是____________。
—G—T
A.—CTTAAB.—AATCC
—
升级会员 