2019-2020年高中生物難點剖析 12 基因工程的基本操作程序?qū)W案 新人教版選修3.doc

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2019-2020年高中生物難點剖析 12 基因工程的基本操作程序?qū)W案 新人教版選修3 疏導引導 1.基因、基因文庫、目的基因 基因是有遺傳效應的DNA片段，是控制性狀的遺傳物質(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。 基因文庫是將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導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作準備。如果基因文庫中含有一種生物的所有基因，這個基因文庫就叫做基因組文庫。如果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cDNA文庫?；蛭膸炀拖喈斢谀撤N生物的基因倉庫，儲備著大量的同種基因。 目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，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復制、PCR技術(shù)與基因克隆 DNA復制主要在細胞內(nèi)完成，以DNA的兩條鏈為模板，根據(jù)堿基互補配對原則合成兩個完全相同的DNA分子的過程。復制的條件是：以DNA雙鏈作模板，以四種脫氧核苷酸為原料，需要線粒體供應，還需要多種酶，如解旋酶、DNA聚合酶等。 PCR技術(shù)是一項在生物體外復制特定DNA的核酸合成技術(shù)。它遵循的原理與DNA復制原理相同，條件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根據(jù)核苷酸序列合成的引物；原料是四種脫氧核苷酸，也需要多種酶，如DNA聚合酶。在PCR擴增儀上自動復制。 克隆：用多種限制性內(nèi)切酶或者機械的方法，將某種生物的細胞DNA切成不同片段，并把所有片段隨機地分別連接到用同樣內(nèi)切酶切過的基因運載體上，然后分別轉(zhuǎn)移到適當受體細胞如細菌中，通過細胞增殖而構(gòu)成各個片段的無性繁殖系。 3.基因表達載體的構(gòu)建 由于單獨的DNA片段——目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的，因此若要使目的基因在受體細胞中保持穩(wěn)定和表達，就需要將目的基因與相應載體結(jié)合，形成重組結(jié)構(gòu)，即基因表達載體。以保證目的基因?qū)胂鄳荏w細胞后，一方面能穩(wěn)定存在并遺傳，另一方面能表達和發(fā)揮作用?；虮磉_載體的組成必須要有目的基因、啟動子、終止子、標記基因等。在構(gòu)建基因表達載體時，主要考慮以下幾方面的因素。 （1）基因的特點：如果一個來自動物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因植物，因為動物中內(nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物如果是一個糖蛋白，那么該基因在原核生物細菌中表達出來的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因為糖蛋白上的糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細菌無這些細胞器。 （2）要選擇強啟動子或組織特異性啟動子。啟動子有強有弱，選擇強啟動子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個組織表達，如只在植物種子中表達，就要選擇種子中特異表達的啟動子。 （3）要有選擇標記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。 4.目的基因的檢測內(nèi)容和方法的比較 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） 是否成功顯示出雜交帶 第二步 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA 分子雜交技術(shù)（DNA和mRNA之間） 是否成功顯示出雜交帶 第三步 目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 抗原—抗體雜交 是否成功顯示出雜交帶 個體水平鑒定 包括抗蟲、抗病的接種實驗，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性比較，以確定功能是否相同等 活學巧用 【例1】 基因工程科學家常采用細菌、酵母菌等微生物作為受體細胞，原因是（　?。┆? A.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便 B.繁殖速度快 C.遺傳物質(zhì)含量少，簡單 D.性狀穩(wěn)定，變異少 解題提示：基因工程的最終目的是要運用于生產(chǎn)，因此要有利于生產(chǎn)。微生物可以利用發(fā)酵工程進行大量生產(chǎn)。 答案：B 【例2】 PCR技術(shù)擴增DNA，需要的條件是（　?。┆? ①目的基因?、贏TP?、鬯姆N脫氧核苷酸　④DNA聚合酶等?、輒RNA?、藓颂求w A.①②③④ B.②③④⑤ C.①③④⑤ D.①②③⑥ 解題提示：PCR技術(shù)擴增DNA的過程實質(zhì)就是體外復制DNA的過程，所以DNA復制的條體都必須具備。 答案：A 【例3】 科學家在培育抗蟲棉時，經(jīng)過了許多復雜的過程和不懈的努力，才獲得成功。起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質(zhì)粒中，然后導入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲基因在棉花體內(nèi)沒有表達。然后在插入抗蟲基因的質(zhì)粒中插入啟動子（抗蟲基因首端），導入棉花受精卵，長成的棉花植株還是沒有抗蟲能力?？茖W家又在有啟動子、抗蟲基因的質(zhì)粒中插入終止子（抗蟲基因末端），導入棉花受精卵，結(jié)果長成的植株有了抗蟲能力。由以上過程推知，作為目的基因的運載體應具備的結(jié)構(gòu)是（　　） A.目的基因、啟動子 B.目的基因、終止子 C.目的基因、啟動子、終止子 D.目的基因、啟動子、終止子、標記基因 解題提示：一個基因表達載體的組成，除了目的基因外，還必須有啟動子、終止子以及標記基因等。有了啟動子，RNA聚合酶與啟動子結(jié)合驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。終止子在目的基因的尾端，作用是終止轉(zhuǎn)錄。標記基因是為了鑒別受體細胞中是否有目的基因。 答案：D 【例4】 正確表示基因操作“四步曲”的是（　?。┆? A.提取目的基因目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因與運載體結(jié)合目的基因的檢測和表達 B.目的基因的檢測和表達提取目的基因目的基因與運載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細胞 C.提取目的基因目的基因與運載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的檢測和表達 D.目的基因與運載體結(jié)合提取目的基因目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的檢測和表達 解題提示：基因操作“四步曲”包括提取目的基因，目的基因與運載體結(jié)合，目的基因?qū)胧荏w細胞，目的基因的檢測和表達。提取目的基因和目的基因與運載體結(jié)合，要用同一種限制酶切割DNA片段和質(zhì)粒。目的基因?qū)胧荏w細胞，要用CaCl2（細菌）改變細胞壁通透性，用到顯微注射等技術(shù)。目的基因的檢測和表達，是檢測運載體標記基因的表達和目的基因的表達。 答案：C 【例5】 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（　?。┆? 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?、蹤z測目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA?、軝z測目的基因是否翻譯蛋白質(zhì) A.①②③　 B.②③④　 C.①③④　 D.①②④ 解題提示：目的基因的檢測包括：檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探針，使DNA探針與基因組DNA雜交。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。最后檢測目的基因是否翻譯了蛋白質(zhì)，方法是進行抗原—抗體雜交。答案：C