高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》1.2 基因工程的基本操作程序导学案

这是一份高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》1.2 基因工程的基本操作程序导学案，共3页。

1.基因、基因文库、目的基因
基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的基本结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。
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通过克隆而储存，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作准备。如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这个基因文库就叫做基因组文库。如果基因文库中含有一种生物的部分基因，这个基因文库就叫做cDNA文库。基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着大量的同种基因。
目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。
2.DNA复制、PCR技术与基因克隆
DNA复制主要在细胞内完成，以DNA的两条链为模板，根据碱基互补配对原则合成两个完全相同的DNA分子的过程。复制的条件是：以DNA双链作模板，以四种脱氧核苷酸为原料，需要线粒体供应，还需要多种酶，如解旋酶、DNA聚合酶等。
PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术。它遵循的原理与DNA复制原理相同，条件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根据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。在PCR扩增仪上自动复制。
克隆：用多种限制性内切酶或者机械的方法，将某种生物的细胞DNA切成不同片段，并把所有片段随机地分别连接到用同样内切酶切过的基因运载体上，然后分别转移到适当受体细胞如细菌中，通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系。
3.基因表达载体的构建
由于单独的DNA片段——目的基因是不能稳定遗传的，因此若要使目的基因在受体细胞中保持稳定和表达，就需要将目的基因与相应载体结合，形成重组结构，即基因表达载体。以保证目的基因导入相应受体细胞后，一方面能稳定存在并遗传，另一方面能表达和发挥作用。基因表达载体的组成必须要有目的基因、启动子、终止子、标记基因等。在构建基因表达载体时，主要考虑以下几方面的因素。
（1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器。
（2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。
（3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。
4.目的基因的检测内容和方法的比较
活学巧用
【例1】 基因工程科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是（ ）
A.结构简单，操作方便
B.繁殖速度快
C.遗传物质含量少，简单
D.性状稳定，变异少
解题提示：基因工程的最终目的是要运用于生产，因此要有利于生产。微生物可以利用发酵工程进行大量生产。
答案：B
【例2】 PCR技术扩增DNA，需要的条件是（ ）
①目的基因 ②ATP ③四种脱氧核苷酸 ④DNA聚合酶等 ⑤mRNA ⑥核糖体
A.①②③④
B.②③④⑤
C.①③④⑤
D.①②③⑥
解题提示：PCR技术扩增DNA的过程实质就是体外复制DNA的过程，所以DNA复制的条体都必须具备。
答案：A
【例3】 科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子（抗虫基因首端），导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子（抗虫基因末端），导入棉花受精卵，结果长成的植株有了抗虫能力。由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是（ ）
A.目的基因、启动子
B.目的基因、终止子
C.目的基因、启动子、终止子
D.目的基因、启动子、终止子、标记基因
解题提示：一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。有了启动子，RNA聚合酶与启动子结合驱动基因转录出mRNA。终止子在目的基因的尾端，作用是终止转录。标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因。
答案：D
【例4】 正确表示基因操作“四步曲”的是（ ）



解题提示：基因操作“四步曲”包括提取目的基因，目的基因与运载体结合，目的基因导入受体细胞，目的基因的检测和表达。提取目的基因和目的基因与运载体结合，要用同一种限制酶切割DNA片段和质粒。目的基因导入受体细胞，要用CaCl2（细菌）改变细胞壁通透性，用到显微注射等技术。目的基因的检测和表达，是检测运载体标记基因的表达和目的基因的表达。
答案：C
【例5】 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，只有通过鉴定和检测才能知道。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mRNA ④检测目的基因是否翻译蛋白质
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④
解题提示：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，使DNA探针与基因组DNA杂交。检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是用基因探针与mRNA杂交。最后检测目的基因是否翻译了蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。答案：C类型
步骤
检测内容
方法
结果显示
分子检测
第一步
目的基因是否进入受体细胞
DNA分子杂交（DNA和DNA之间）
是否成功显示出杂交带
第二步
目的基因是否转录出mRNA
分子杂交技术（DNA和mRNA之间）
是否成功显示出杂交带
第三步
目的基因是否翻译出蛋白质
抗原—抗体杂交
是否成功显示出杂交带
个体水平鉴定
包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性比较，以确定功能是否相同等