2024-2025學(xué)年高中生物專題一基因工程第二節(jié)基因工程的基本操作程序?qū)W案新人教版選修3

PAGE15-其次節(jié)基因工程的基本操作程序?qū)W習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解目的基因獲得的常見方法。2．理解基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心。(重、難點)3．駕馭將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法。(重點)4．理解目的基因的檢測與鑒定。1．簡述基因工程的原理及技術(shù)。2．觀看基因工程的影像資料。基礎(chǔ)學(xué)問·雙基夯實基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：①__目的基因的獲得__、②__基因表達載體的構(gòu)建__、③__將目的基因?qū)胧荏w細胞__、④__目的基因的檢測與鑒定__。一、目的基因的獲得1．從基因文庫中獲得目的基因：將含有某種生物⑤__不同基因__的很多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的⑥__不同基因__，稱為基因文庫?；蛭膸炜纱罂尚。偃缢艘环N生物全部的基因，就叫⑦__基因組文庫__；假如它只包含一種生物的一部分基因，就叫⑧__部分基因文庫__，如⑨__cDNA文庫__。2．從基因文庫中獲得目的基因的詳細方法：可依據(jù)基因的⑩__核苷酸__序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因的表達產(chǎn)物?__蛋白質(zhì)__等特性來獲得目的基因。3．利用PCR技術(shù)擴增目的基因：PCR技術(shù)是一項在生物體外?__復(fù)制__特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。(1)原理：利用?__DNA雙鏈復(fù)制__原理，將基因的核苷酸序列不斷加以復(fù)制，使其呈指數(shù)方式增加。指數(shù)擴增約為2n(n為擴增循環(huán)的次數(shù))。(2)條件：已知目的基因的一段?__核苷酸__序列以便合成?__引物__、?__模板DNA__、?__熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq酶)__。(3)過程：目的基因DNA受熱變性后解鏈為?__單鏈__，與引物結(jié)合，然后在?__熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq酶)__的作用下進行延長形成DNA。4．人工合成法：?__基因__比較小，核苷酸序列已知，可以人工合成。二、基因表達載體的構(gòu)建(基因工程的核心)1．目的：eq\o\ac(○,21)__是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用__。2．組成：目的基因(符合人們須要的，編碼蛋白質(zhì)的eq\o\ac(○,22)__結(jié)構(gòu)基因__)、eq\o\ac(○,23)__啟動子__(是一段有特別結(jié)構(gòu)的eq\o\ac(○,24)__DNA片段__，位于基因的首端，是eq\o\ac(○,25)__RNA聚合酶__識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的eq\o\ac(○,26)__蛋白質(zhì)__)、終止子、標(biāo)記基因(作用：eq\o\ac(○,27)__為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來__，常用的標(biāo)記基因是eq\o\ac(○,28)__抗生素抗性基因__等)。三、將目的基因?qū)胧荏w細胞1．將目的基因?qū)胫参锛毎话悴杉{的方法是eq\o\ac(○,29)__農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法__。其中，轉(zhuǎn)化是指目的基因進入eq\o\ac(○,30)__Ti質(zhì)粒的T－DNA__→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細胞→穩(wěn)定維持和eq\o\ac(○,31)__表達__。另外兩種方法還有eq\o\ac(○,32)__基因槍法__和eq\o\ac(○,33)__花粉管通道法__。2．將目的基因?qū)雱游锛毎话悴杉{的方法是eq\o\ac(○,34)__顯微注射技術(shù)__。3．將目的基因?qū)胛⑸锛毎且驗樵松锞哂械奶攸c是eq\o\ac(○,35)__繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等__。最常用的轉(zhuǎn)化方法是用eq\o\ac(○,36)__鈣離子__處理細胞→感受態(tài)細胞→eq\o\ac(○,37)__重組表達載體__與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞汲取eq\o\ac(○,38)__DNA分子__。四、目的基因的檢測與鑒定1．分子檢測(1)首先檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了eq\o\ac(○,39)__目的基因__，可用eq\o\ac(○,40)__DNA分子雜交技術(shù)__；(2)其次檢測目的基因是否eq\o\ac(○,41)__轉(zhuǎn)錄出mRNA__，可用eq\o\ac(○,42)__分子雜交技術(shù)__；(3)最終檢測目的基因是否eq\o\ac(○,43)__翻譯成蛋白質(zhì)__，可用eq\o\ac(○,44)__抗原—抗體雜交法__。2．個體生物學(xué)水平鑒定：如做抗蟲或抗病接種試驗。思索1．為什么要用同一種限制酶切割質(zhì)粒和含目的基因的DNA分子？提示：目的是產(chǎn)生相同的黏性末端，便于兩者完全拼接。2．用于構(gòu)建基因表達載體的質(zhì)粒為什么必需具有啟動子和終止子？提示：導(dǎo)入到受體細胞的目的基因的表達須要調(diào)控序列，因此在插入目的基因的部位之前需有啟動子，之后需有終止子。3．植物基因工程常用的受體細胞為什么可以是體細胞，而動物基因工程一般只用受精卵？提示：植物細胞的全能性較高，可經(jīng)植物組織培育過程成為完整植物體，因此受體細胞可以是受精卵也可以是體細胞；動物體細胞的全能性受到嚴(yán)格限制，因此動物基因工程中的受體細胞一般只用受精卵。┃┃活學(xué)巧練__■推斷題1．全部的目的基因都可以從基因文庫中獲得。(×)分析：基因文庫包括部分基因文庫(如cDNA文庫)和基因組文庫，前者含有某生物的部分基因，不行能從其中獲得全部目的基因，后者包含該生物的全部基因，可以獲得全部目的基因。2．基因文庫就像一座圖書館，每一個基因就是一本書。(√)3．基因文庫也稱為基因庫。(×)分析：某種生物所含有的全部基因稱為該種生物的基因庫，而基因文庫是通過微生物來儲存的某種生物的基因。4．Taq酶是用PCR儀對DNA分子擴增過程中常用的一種耐高溫的DNA連接酶。(×)分析：Taq酶是熱穩(wěn)定DNA聚合酶，是連接單個脫氧核苷酸的，不是DNA連接酶。5．PCR技術(shù)中，DNA模板鏈上堿基G和C的比例越高，DNA變性解鏈的溫度就越高。(√)6．基因表達載體中含有啟動子和密碼子。(×)分析：基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心，基因表達載體包括啟動子、終止子、標(biāo)記基因和目的基因。密碼子是位于信使RNA上的相鄰的三個堿基。7．水稻植株受到損傷時，傷口處細胞會分泌酚類化合物，吸引農(nóng)桿菌，引起植株感染。(×)分析：農(nóng)桿菌主要感染雙子葉植物和裸子植物，而水稻是單子葉植物。8．農(nóng)桿菌感染植物的機理：Ti質(zhì)粒上的T－DNA可轉(zhuǎn)移到植物受傷細胞內(nèi)，并且與其染色體DNA整合在一起。(√)9．檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否插入目的基因，這是檢測目的基因是否發(fā)揮功能作用的第一步。(×)分析：基因的功能之一是表達，即轉(zhuǎn)錄和翻譯，檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，是檢測目的基因是否發(fā)揮表達功能的第一步。10．目的基因的檢測和鑒定過程中，分子水平的檢測方法都是DNA分子雜交技術(shù)。(×)分析：檢測是否轉(zhuǎn)錄出mRNA利用的是分子雜交技術(shù)(是DNA探針與mRNA的雜交)，檢測是否翻譯出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，利用的是抗原一抗體雜交技術(shù)。11．基因工程的四個步驟中都涉及堿基互補配對原則。(×)分析：第三步“將目的基因?qū)胧荏w細胞”中沒有涉及堿基互補配對原則。課內(nèi)探究·名師點津?qū)W問點目的基因的獲得┃┃重難拓展__■目的基因的獲得概括地說主要有兩條途徑：①可以從自然界中已有的物種中分別出來②可以用人工的方法合成1．從基因文庫中獲得目的基因：基因文庫的構(gòu)建事實上就遵循基因工程的基本操作程序。做法是：將某種生物體內(nèi)的DNA全部提取出來，選用適當(dāng)?shù)南拗菩院怂醿?nèi)切酶，將DNA切成肯定范圍大小的DNA片段，然后，將這些DNA片段分別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，每個受體菌都包含了一段不同的DNA片段。也就是說，這個群體包含了這種生物的全部基因，構(gòu)成了這種生物的基因組文庫。假如用某種生物發(fā)育的某個時期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補DNA(也叫cDNA)片段，與載體連接后儲存在一個受體菌群中，那么，這個受體菌群體就叫做這種生物的cDNA文庫。cDNA文庫與基因文庫的區(qū)分可詳細參閱教材中的“生物技術(shù)資料卡”。2．利用PCR技術(shù)擴增目的基因：PCR技術(shù)是利用DNA雙鏈復(fù)制的原理，將基因的核苷酸序列不斷地加以復(fù)制，使其數(shù)量呈指數(shù)方式增加。利用PCR技術(shù)獲得目的基因的前提，是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便依據(jù)這一序列合成引物。擴增的過程是：目的基因DNA受熱變性后解旋為單鏈，引物與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合，然后在DNA聚合酶作用下進行延長，如此重復(fù)循環(huán)多次。上述過程可以在PCR擴增儀中自動完成。3．人工合成目的基因：人工合成目的基因的方法主要有兩種。(1)反轉(zhuǎn)錄法：主要用于相對分子質(zhì)量較大而又不知其序列的基因，它是以目的基因的mRNA為模板，借助反轉(zhuǎn)錄酶合成堿基互補的單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA。(2)化學(xué)合成法：即依照某一蛋白質(zhì)的氨基酸序列，通過密碼子推算出其基因序列，然后干脆合成目的基因。學(xué)問貼士由于真核細胞的基因含有不表達的DNA片段，不能干脆用于基因的擴增和表達，因此，在獲得真核細胞中的目的基因時，一般是用人工合成目的基因的方法。┃┃典例評析__■典例1目的基因的分別是基因工程探討中的主要方面和操作關(guān)鍵。下面甲、乙圖表示從真核生物細胞中獲得目的基因的兩種方法，請回答下列問題。(1)在甲圖中，a過程是在__限制性核酸內(nèi)切__酶的作用下完成的。假如用該類酶中的一種，不肯定能獲得目的基因，其緣由是__一種限制性核酸內(nèi)切酶只能對特定的堿基序列進行切割，此序列若在目的基因內(nèi)部，則不能得到目的基因__。(2)在乙圖中，c過程在遺傳學(xué)上稱為__轉(zhuǎn)錄__，d過程稱為__逆轉(zhuǎn)錄__，d過程需以mRNA為模板，__脫氧核苷酸__為原料，還須要的條件是ATP、__逆轉(zhuǎn)錄酶__、DNA聚合酶等。(3)除了上述兩種方法可以獲得目的基因外，請你再寫出一種方法：__依據(jù)已知蛋白質(zhì)中的氨基酸序列，可以推知基因的脫氧核苷酸序列，再進行化學(xué)合成__。解析：獲得目的基因的方法較多，甲是通過限制酶獲得目的基因，但由于切割位點可能在基因內(nèi)部，故可能得不到想要的目的基因；乙是通過信使RNA逆轉(zhuǎn)錄形成DNA(目的基因)的過程；此外，還可通過蛋白質(zhì)中氨基酸的排列依次推想基因的脫氧核苷酸序列，再進行化學(xué)合成。┃┃變式訓(xùn)練__■1．下列獲得目的基因的方法中須要模板鏈的是(D)①從基因文庫中獲得目的基因②利用PCR技術(shù)擴增目的基因③反轉(zhuǎn)錄法④通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A．①②③④ B．①②③C．②③④ D．②③解析：PCR利用的是DNA雙鏈復(fù)制原理。即將雙鏈DNA之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為聚合反應(yīng)的模板。反轉(zhuǎn)錄法則是以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，先反轉(zhuǎn)錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈的DNA。①④則均不須要模板。學(xué)問點基因表達載體的構(gòu)建┃┃重難拓展__■基因表達載體的構(gòu)建是實施基因工程的其次步，也是基因工程的核心。1．構(gòu)建目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2．表達載體的組成：啟動子＋目的基因＋終止子＋標(biāo)記基因＋復(fù)制原點。(1)目的基因——外源DNA分子的有效片段。(2)啟動子——一段有特別結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶的識別和結(jié)合部位，有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。(3)終止子——位于基因的尾端，也是一段有特別結(jié)構(gòu)的DNA短片段。終止子相當(dāng)于一盞紅色信號燈，使轉(zhuǎn)錄到此終止。(4)標(biāo)記基因——鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來，如抗生素抗性基因就可以作為這種基因。(5)復(fù)制原點——DNA復(fù)制的起點，帶動目的基因復(fù)制。3．目的基因與載體的結(jié)合：將目的基因與載體結(jié)合的過程，事實上是不同來源的DNA重新組合的過程。假如以質(zhì)粒為載體，將目的基因與質(zhì)粒結(jié)合的步驟是：(1)用肯定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個有黏性末端的切口。(2)用同種限制酶切斷目的基因，產(chǎn)生相同的黏性末端。(3)將切下的基因片段，插入到質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，使質(zhì)粒與目的基因結(jié)合成重組質(zhì)粒。如下圖：4．差異性：由于受體細胞有動物、植物、微生物之分，加之目的基因?qū)胧荏w細胞的方法不同，所以表達載體的構(gòu)建也會有差異性。學(xué)問貼士切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶。假如兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。┃┃典例評析__■典例2下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請回答下列問題：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ識別序列及切割位點↓GGATCCCCTAGG↑↓AAGCTTTTCGAA↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CCCGGGGGGCCC↑(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有__0、2__個游離的磷酸基團。(2)若對圖中質(zhì)粒進行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越__高__。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能運用SmaⅠ切割，緣由是__SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗生素抗性基因、外源DNA中的目的基因__。(4)與只運用EcoRⅠ相比較，運用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止__質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化__。(5)為了獲得重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入__DNA連接__酶。(6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了__鑒別和篩選含有目的基因的細胞__。解析：(1)切割前質(zhì)粒為環(huán)狀，不含游離的磷酸基團。切割后質(zhì)粒成了一個鏈狀的雙鏈DNA分子，含兩個游離的磷酸基團。(2)因為SmaⅠ識別序列中均為G—C堿基對，G、C之間含三個氫鍵，熱穩(wěn)定性高。(3)據(jù)題圖可知，SmaⅠ既會破壞標(biāo)記基因，也會破壞目的基因。(4)若用同種限制性內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和外源DNA中的目的基因，因為兩端的黏性末端能夠互補配對，會出現(xiàn)自身環(huán)化的狀況。而用兩種限制酶切割，因為兩端形成的黏性末端不能夠互補配對，不會出現(xiàn)自身環(huán)化。(5)DNA連接酶可以連接具有能夠互補配對黏性末端的DNA片段。(6)標(biāo)記基因可以鑒別受體細胞是否含有目的基因。┃┃變式訓(xùn)練__■2．下列關(guān)于基因表達載體的構(gòu)建描述錯誤的是(D)A．基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心B．基因表達載體的構(gòu)建包括目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因等部分C．目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因D．構(gòu)建的基因表達載體都是相同的解析：基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的其次步，也是基因工程的核心；一個基因表達載體的組成除目的基因外還必需具有啟動子、終止子、標(biāo)記基因等部分；目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因；由于受體細胞不同，基因表達載體的構(gòu)建也會有差別，不行能都是相同的。學(xué)問點將目的基因?qū)胧荏w細胞┃┃重難拓展__■將目的基因?qū)胧荏w細胞是實施基因工程的第三步。目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程稱為轉(zhuǎn)化。將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法很多，應(yīng)詳細狀況詳細分析。不同受體細胞導(dǎo)入方法不同。生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法Ca2＋處理法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉(zhuǎn)化過程目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細胞→融合到受體細胞的DNA→表達目的基因表達載體構(gòu)建→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞汲取DNA分子學(xué)問貼士①農(nóng)桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，而對大多數(shù)單子葉植物沒有感染力。此外，將目的基因?qū)胫参锛毎€可采納基因槍法和花粉管通道法。②以上介紹的幾種方法，在導(dǎo)入受體細胞之前，都必需進行目的基因表達載體的構(gòu)建，也就是說導(dǎo)入受體細胞的必需是重組DNA分子，而不能干脆導(dǎo)入目的基因。┃┃典例評析__■典例3采納基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是(C)①將毒素蛋白注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中③將編碼毒素蛋白的DNA序列，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細菌，用該細菌感染棉的體細胞，再進行組織培育④將編碼毒素蛋白的DNA序列，與細菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：考查基因工程的操作步驟?；蚬こ痰牟僮鞑襟E是：目的基因的獲得→基因表達載體的構(gòu)建→目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定。本題著重考查基因工程步驟中的第三步：目的基因必需與細菌質(zhì)粒重組，形成基因表達載體，方可導(dǎo)入棉受精卵中。┃┃變式訓(xùn)練__■3．下列關(guān)于目的基因?qū)胛⑸锛毎臄⑹鲋?，不正確的是(D)A．常用原核生物作為受體細胞，是因為原核生物繁殖快，且多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少B．受體細胞所處的一種能汲取四周環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)C．感受態(tài)細胞汲取DNA分子須要相宜的溫度和酸堿度D．感受態(tài)細胞汲取重組表達載體DNA分子的液體只要調(diào)整為相宜的pH即可，沒必要用緩沖液解析：由于原核生物繁殖快，且多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等特點，所以早期的基因工程通常用原核生物作為受體細胞；受體細胞經(jīng)Ca2＋處理后，處于一種能汲取四周環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，稱為感受態(tài)；感受態(tài)細胞汲取DNA分子須要在相宜的溫度和酸堿度的緩沖液中完成。學(xué)問點目的基因的檢測與鑒定┃┃重難拓展__■目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其中遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道。這是基因工程的第四步工作，也是檢查基因工程是否做勝利的一步。目的基因的檢測內(nèi)容和方法的比較如下表：類型步驟檢測內(nèi)容方法結(jié)果顯示分子檢測第一步目的基因是否進入受體細胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間)是否勝利顯示出雜交帶其次步目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA分子雜交技術(shù)(DNA和mRNA之間)同上第三步目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)抗原—抗體雜交同上個體水平鑒定包括：做抗蟲、抗病的接種試驗，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與自然產(chǎn)品的功能進行活性比較，以確定功能是否相同學(xué)問貼士①目的基因在受體細胞中的存在與表達是有區(qū)分的。目的基因被受體細胞攝取是表達的前提，但是被攝取并不意味著被表達。由于各種因素的影響，有時還須要實行肯定的措施去促使目的基因的表達。②DNA探針的應(yīng)用所依據(jù)的原理是DNA分子雜交。DNA分子雜交是指DNA片段在適合的條件下能和與之互補的另一個片段結(jié)合。假如對最初的DNA片段進行標(biāo)記，即成為探針。也就是說，探針都是放射性同位素等標(biāo)記的含有目的基因的DNA片段。┃┃典例評析__■典例4目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，只有通過鑒定和檢測才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是(C)①檢測受體細胞是否有目的基因②檢測受體細胞是否有致病基因③檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄④檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：本題考查目的基因的檢測與鑒定。目的基因的檢測首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA分子雜交技術(shù)，使DNA探針與基因組DNA雜交；其次檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是用基因探針與mRNA雜交；最終檢測目的基因是否翻譯成了蛋白質(zhì)，方法是用抗原—抗體雜交。┃┃變式訓(xùn)練__■4．利用外源基因在受體細胞中表達，可生產(chǎn)人類所須要的產(chǎn)品。下列各項中能說明目的基因完成了在受體細胞中表達的是(D)A．棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因B．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNAC．山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNA序列D．酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白解析：eq\x(\a\al(目的基因,表達的依據(jù)))→eq\x(\a\al(得到相應(yīng),的蛋白質(zhì)))→eq\x(D項正確)eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(\x(A、C項)→\x(\a\al(完成目的,基因的導(dǎo)入)),\x(B項)→\x(\a\al(完成目的,基因的轉(zhuǎn)錄))))→eq\x(都未完成表達)指引迷津·撥云見日一、易混淆概念辨析1．基因、基因文庫、目的基因(1)基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，是限制性狀的遺傳物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，基因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息。(2)基因文庫是將含有某種生物不同基因的很多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中通過克隆而儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，叫做基因文庫。建立基因文庫的目的就是為獲得大量的目的基因做打算。假如基因文庫中含有一種生物的全部基因，這個基因文庫就叫做基因組文庫。假如基因文庫中含有一種生物的部分基因，這個基因文庫就叫做部分基因文庫?；蛭膸炀拖喈?dāng)于某種生物的基因倉庫，儲備著大量的同種基因。(3)目的基因是基因工程操作中須要的外源基因，它是編碼某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，如生物的抗逆性基因、抗蟲基因等。2．DNA復(fù)制、PCR技術(shù)與基因克隆(1)DNA復(fù)制與PCR技術(shù)的比較DNA復(fù)制PCR技術(shù)場所細胞核內(nèi)生物體外原理堿基互補配對DNA雙鏈復(fù)制酶DNA聚合酶、解旋酶熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)條件模板、dNTP、引物鏈、常溫模板、dNTP、引物鏈、溫度改變(90℃～95℃→55℃～60℃→70℃～75℃原料四種脫氧核苷酸dNTP特點形成的是整個DNA分子，一個細胞周期只復(fù)制一次短時間內(nèi)形成大量目的基因DNA片段(2)基因克?。河枚喾N限制性核酸內(nèi)切酶或者機械的方法，將某種生物細胞中的DNA切成不同片段，并把全部片段隨機地分別連接到用同種限制酶切過的基因運載體上，然后分別轉(zhuǎn)移到適當(dāng)受體細胞，如細菌中。通過細胞增殖而構(gòu)成各個片段的無性繁殖系。二、提取目的基因方法的比較途徑從基因文庫中干脆分別目的基因人工合成基因(真核細胞)方法鳥槍法反轉(zhuǎn)錄法依據(jù)已知氨基酸序列合成DNA過程供體細胞中的DNA↓限制酶很多DNA片段↓連接質(zhì)粒載體↓導(dǎo)入受體細菌↓外源DNA擴增，產(chǎn)生特定性狀↓分別目的基因目的基因mRNA↓反轉(zhuǎn)錄單鏈DNA↓合成雙鏈DNA(即目的基因)蛋白質(zhì)的氨基酸序列↓推想mRNA的核苷酸序列↓推想結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列↓化學(xué)合成目的基因優(yōu)點操作簡潔專一性強專一性強，可產(chǎn)生自然界不存在的新基因缺點工作量大，盲目性大，專一性差操作過程較麻煩，技術(shù)要求過高適用范圍狹小典例5水稻種子中70%的磷以植酸形式存在。植酸易同鐵、鈣等金屬離子或蛋白質(zhì)結(jié)合排出體外，是多種動物的抗養(yǎng)分因子；同時，排出的大量磷進入水體易引起水華。為從根本上解決水稻中的高植酸問題，可將植酸酶基因?qū)胨?，培育低植酸轉(zhuǎn)基因水稻品種。下圖是獲得植酸酶基因的流程。據(jù)圖回答：(1)圖中基因組文庫__大于__(小于/等于/大于)cDNA文庫。(2)B過程須要的酶是__逆轉(zhuǎn)錄酶__；A、C過程中__可以__(可以/不行以)運用同一種探針篩選含目的基因的菌株。(3)目的基因Ⅰ和Ⅱ除從構(gòu)建的文庫中分別外，還可以分別利用圖中__DNA__和__cDNA__為模板干脆進行PCR擴增，該過程中所用酶的顯著特點是__耐高溫__。解析：由于mRNA是以DNA一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄出來的，所以A、C可以運用同一種探針篩選含目的基因的菌株。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例棉鈴蟲是一種危害棉花的害蟲。我國科學(xué)工作者發(fā)覺一種生活在棉鈴蟲消化道內(nèi)的蘇云金芽孢桿菌能分泌一種毒蛋白使棉鈴蟲死亡，而這種毒蛋白對人畜無害。通過基因工程方法，科學(xué)家采納花粉管通道法將毒蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花植株并勝利表達，棉鈴蟲吃了這種轉(zhuǎn)基因棉花的植株后就會死亡?；ǚ酃芡ǖ婪ㄊ侵咐弥参锘ǚ勖劝l(fā)時形成的花粉管通道將毒蛋白基因送入胚囊，進而導(dǎo)入尚不具備細胞壁的合子或早期胚細胞，最終形成含有目的基因的種胚。此種方法的優(yōu)點是操作簡便，省去了組織培育的困難過程。(1)利用花粉管通道法將毒蛋白基因?qū)朊藁毎?，此過程是基因工程操作的基本步驟中的第三步，即__將目的基因?qū)胧荏w細胞__。此前一步要把目的基因整合到Ti質(zhì)粒的T－DNA上，緣由是__Ti質(zhì)粒能將目的基因整合到棉花染色體的DNA上__。假如我們已知毒蛋白的氨基酸序列，可以采納__化學(xué)法人工合成目的基因__的方法獲得毒蛋白基因。(2)基因工程的工具酶可以將目的基因切下并連接到載體上。限制酶可以識別特定的DNA序列，并切斷磷酸二酯鍵。以限制酶識別的序列是6個核苷酸組成為例，那么下列所示的黏性末端是由__4__種這樣的限制酶作用產(chǎn)生的。它們能被DNA連接酶連接在一起形成__2__個DNA片段。(3)用標(biāo)記的特異性抗體可以干脆檢測毒蛋白，這種檢測方法稱為__抗原—抗體雜交__。也可在宏觀性狀水平檢測該目的基因是否表達，方法是__讓害蟲吃棉花，視察害蟲的生存狀態(tài)__。(4)已知轉(zhuǎn)基因植物中毒蛋白只結(jié)合某些昆蟲腸上皮細胞表面的特異性受體，使細胞膜穿孔，腸細胞裂解，昆蟲死亡。而該毒蛋白對人類的風(fēng)險相對較小，緣由是人類腸上皮細胞__細胞膜表面無特異性受體__。探規(guī)尋律解答基因工程基本操作程序題目的一般步驟——三辨、三找、一析、一理(1)三辨：辨別限制酶的種類及識別序列和切割位點。在切割目的基因和載體時，一般用同一種限制酶切割，也可用不同的限制酶切割，但兩種限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端中堿基要互補配對。(2)三找：找出標(biāo)記基因、目的基因及其插入位點。一般來說，質(zhì)粒中至少有一個標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因。明確目的基因的插入位點是在標(biāo)記基因內(nèi)部還是在標(biāo)記基因之外。(3)一析：分析目的基因插入質(zhì)粒后是否破壞了標(biāo)記基因。假如質(zhì)粒中有一個標(biāo)記基因，插入后一般不破壞標(biāo)記基因；假如質(zhì)粒中有兩個標(biāo)記基因，則需看標(biāo)記基因中是否有插入位點，假如某一標(biāo)記基因中有插入位點，則目的基因插入質(zhì)粒后該標(biāo)記基因被破壞。(4)一理：理清推斷目的基因是否導(dǎo)入受體細胞的思路。一般用含有某種抗生素的培育基培育受體菌，假如有兩種抗生素抗性基因，還需推斷用哪一種抗生素來檢測。問題釋疑·探究升華教材P15思索與探究1．作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？提示：不行以。因為目的基因在表達載體中得到表達并發(fā)揮作用，還須要有其他限制元件，如啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。必需構(gòu)建上述元件的主要理由是：(1)生物之間進行基因溝通，需運用啟動子和終止子才能比較有利于基因的表達。如通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中，此目的基因無法進行轉(zhuǎn)錄；(2)目的基因是否導(dǎo)入受體生物中須要有篩選標(biāo)記；(3)為了增加目的基因的表達水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增加子等；(4)有時須要確定目的基因表達的產(chǎn)物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識存在部位的基因(或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因)，如綠色熒光蛋白基因等。2．依據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的緣由嗎？若想將一個抗病基因?qū)雴巫尤~植物(如小麥)，從理論上說，你認為應(yīng)當(dāng)怎樣做？提示：農(nóng)桿菌可分為根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌，在植物基因工程中以根瘤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化最多。根瘤農(nóng)桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據(jù)不完全統(tǒng)計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當(dāng)這些植物被該菌侵染后會誘發(fā)腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染實力。根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個特別困難的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。探討證明，主要酚類誘導(dǎo)物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質(zhì)主要在雙子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農(nóng)桿菌侵染的緣由。近年來還發(fā)覺一些中性糖，如L－阿拉伯糖、D－木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類物質(zhì)和糖類物質(zhì)既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上Vir區(qū)(毒性區(qū))基因的誘導(dǎo)物，使Vir區(qū)基因活化，導(dǎo)致T－DNA的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細胞。須要留意的是，農(nóng)桿菌中不同的菌株侵染實力有差別，在基因工程中須要加以選擇運用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉(zhuǎn)化時，是須要加上述酚類物質(zhì)的；對于單子葉植物不同的種類，農(nóng)桿菌侵染進行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。假如想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要留意兩點：①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因為不是全部的農(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏(趨化性)和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)(誘導(dǎo)性)的基因，使T－DNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體DNA上。3．利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細胞器功能的學(xué)問，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思索一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不行能的。4．β－珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異樣時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β－珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進行設(shè)計？提示：基本操作如下：(1)從小鼠中克隆出β—珠蛋白基因的編碼序列(cDNA)。(2)將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個表達載體。(3)將表達載體導(dǎo)入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培育基上培育大腸桿菌。假如表達載體未進入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；假如培育基上長出大腸桿菌菌落，