基因工程的基本操作步骤

1水寨中学生物自主探究学案内容：基因工程的基本操作程序课时：2课时年级：高二编号64一、教学目标1．知识目标：了解基因工程原理及基本操作程序。2．能力目标：尝试设计某一转基因生物的研制过程。3．情感、态度和价值观目标：（1）了解基因工程的发展。（2）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。二、教学重点和难点1、教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤。2、教学难点（1）从基因文库中获取目的基因（2）利用PCR技术扩增目的基因第一课时三、教学过程（一）复习上节内容1、什么是基因工程？DNA重组技术的基本工具有哪些？运载体需要具备哪些条件？以上问题可以不展示（二）讲授新课1、基因工程的基本步骤包括那四步？2、第一步：目的基因的获取（１）为什么要有目的基因的获取这一步骤？（２）目的基因的获取方法有哪些？（3）为什么要建立基因文库？怎么建立的？2（4）如何从基因文库中获取目的基因？（5）为什么要建立cDNA文库？如何获取cDNA？（5）PCR技术的原理是什么？利用PCR技术扩增目的基因的前提是什么？（6）如何获取引物？（7）请你用文字和箭头描述PCR技术扩增的过程？3、第二步：基因表达载体的构建（基因工程的核心步骤）（1）在基因工程的操作过程中，为什么要构建基因表达载体？单独的DNA片段能不能稳定遗传？（2）参考课本P11页图1—10基因表达载体模式图，在学案上绘出基因表达载体的模式图，并标出其组成部分。并了解什么是启动子、终止子？他们位于哪里？有什么作用？标记基因的作用是什么？3思考:1、作为基因工程的表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么2、完成教材P11页的“寻根问底”第二课时4、第三步：将目的基因导入受体细胞（1）为什么要把目的基因导入受体细胞而不是在外界培养让其维持稳定和表达？（2）什么是转化？（3）将目的基因导入植物细胞的方法有哪些？最常用的方法是哪种？（结合示意图，了解农杆菌转化法的基本过程）（4）将目的基因导入动物细胞的基本操作程序是怎样的？要用到什么技术？（5）早期的基因工程为什么选择原核生物作为受体细胞？大肠杆菌细胞最常用的转化方法是？45第四步：目的基因的检测与鉴定（1）为什么要进行检测和鉴定？（2）目的基因的检测与鉴定可以从什么水平来做？（3）DNA分子杂交技术基本过程是怎样的？什么是探针？（4）如何检测目的基因是否翻译出蛋白质？（5）如何从个体生物学水平鉴定转基因抗虫棉？思考：1、利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，结合基因工程操作的基本思路，我们利用大肠杆菌可以生产出人的糖蛋白吗？为什么？作业(1)完成课后的“思考探究”和学案上的练习（2）本节的知识要点写在反思本上5练习题1、构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的（）A、染色体DNAB、线粒体DNAC、总mRNAD、tRNA2．在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是()A.540个B.8100个C.17280个D.7560个2．在基因工程中，科学家常用细菌、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.遗传物质含量少C.繁殖速度快D.性状稳定，变异少3．因工程的操作步骤：①使目的基因与运载体相结合，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，正确的操作顺序是（）A．③②④①B.②④①③C．④①②③D．③④①②4．工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）A．人工合成基因B．目的基因与运载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测和表达5．就分于结构而论，质粒是A、环状双链DNA分子B、环状单链DNA分于C、环状单链RNA分子D、线状双链DNA分子6．聚合酶链反应可表示为（）A、PECB、PERC、PDRD、PCR7．在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是（）A、化学合成法B、基因组文库法C、CDNA文库法D、聚合酶链反应8．有关基因工程的叙述正确的是（）A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成在细胞内完成C.质粒都可作运载体D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料9．不属于目的基因与运载体结合过程的是（）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.将重组DNA导入受体细胞中进行扩增D．将切下的目的基因插入到质粒切口处10．科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是（）A．采用反转录的方法得到的目的基因B．基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C．马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D．用不同种限制酶处理质粒和含有目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA分子11．基因工程常用的受体细胞有（）6①大肠杆菌②枯草杆菌③支原体④动植物细胞A．①②③④B．①②③C．②③④D．①②④12．用DNA探针检测饮用水中病毒的具体方法是A．与被检测病毒的DNA碱基序列进行比较B．与被检测病毒的DNA碱基序列进行组合C．与被检测病毒的DNA碱基序列进行杂交D．A、B、C三种方法均可13．1976年，美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转移到大肠杆菌，并获得表达，此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌()A．能进行DNA复制B.能传递给细菌后代C.能合成生长抑制素释放因子D.能合成人的生长素14．在遗传工程技术中，限制性内切酶主要用于（）A．目的基因的提取和导入B．目的基因的导入和检测C．目的基因与运载体结合和导入D．目的基因的提取和与运载体结合15、（05广东）以下有关基因工程的叙述，正确的是A.基因工程是细胞水平上的生物工程B．基因工程的产物对人类全部是有益的C．基因工程产生的变异属于人工诱变D．基因工程育种的优点之一是目的性强16．（多选）一个基因表达载体的构建应包括（）A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因17、在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自70年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：（1）在基因工程中，质粒是一种最常用的，它广泛地存在于细菌细胞中，是一种很小的环状分子。（2）在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具酶是和。（3）将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括和两个阶段。（4）在将质粒导入细菌时，一般要用处理细菌，以增大。18、下图是将人类的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用的载体为质粒A。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒导入细菌B后，其上的基因能得到表达。请回答下列问题：（注：质粒中的a点即是四环素抗性基因的存在位置，又是与目的基因的结合点；斜线部分为抗氨苄青霉素基因）7（1）人工合成目的基因的途径一般有哪两条？（2）如何将目的基因和质粒结合成重组质粒？（3）目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有极少数导入的是重组质粒。可通过以下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒；将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就是导入了质粒A和重组质粒的细菌，反之则没导入。使用这种方法鉴别的原因是什么？（4）若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，发生的现象是什么？（5）导入细菌B细胞的目的基因成功表达的标志是什么？３、科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉花的细胞中与棉花的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：（1）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是，此工具主要存在于中，其特点是。（2）苏云金芽孢秆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用酶将苏云金芽孢杆菌的切成许多片段，然后将这些片段，再通过转入不同的受体细胞，让它们在各个受体细胞中大量，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把分离出来。（3）进行基因操作一般要经过的四个步骤是、、、。81、A2、C3、C4、C5、A6、D7、D8、D9、C10、D11、D12、C13、C14、Ｄ15、Ｄ１６、ＡＢＣＤ17、（1）基因的运载体DNA（2）限制性内切酶DNA连接酶（3）转录翻译（4）氯化钙细菌细胞壁的通透性18【解析】此题是对基因操作“四步曲”比较全面的考查，而且注意联系实际。（1）据课本内容知人工合成基因的两条途径是：①将从细胞中提取分离出的目的基因作为模板，转录成mRNA逆转录单链DNA按互补原则双链DNA；②据蛋白质中氨基酸序列推测出mRNA中碱基序列推测出DNA碱基序列通过化学方法合成目的基因。（2）将目的基因和质粒结合形成重组质粒的过程是：①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；②用同种限制酶切割目的基因，产生相同的粘性末端；③将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。（3）检测质粒或重组质粒是否导入受体细胞，均需利用质粒上某些标记基因的特性。即对已经做了导入处理的、本身无相应特性的受体细胞进行检测，根据受体细胞是否具有相应的特性来确定。抗氨苄青霉素基因在质粒A和重组质粒上，且它与目的基因是否插入无关，所以，用含氨苄青霉素这种选择培养基培养经导入质粒处理的受体细胞，凡能生长的则表明质粒导入成功；不能生长的则无质粒导入。（4）抗四环素基因不仅在质粒A上，而且它的位置正是目的基因插入之处，因此当目的基因插入质粒A形成重组质粒时，此处的抗四环素基因的结构和功能就会被破坏，含重组质粒的受体细胞就不能在含四环素的培养基上生长，而质粒A上无目的基因插入的，抗四环素基因结构是完整的，这种受体细胞就能在含四环素的培养基上生长。（5）基因成功表达的标志是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。【答案】（1）①将从细胞中提取分离出的目的基因作为模板，转录成mRNA逆转录单链DNA按互补原则双链DNA；②据蛋白质中氨基酸序列推测出mRNA中碱基序列推测出DNA碱基序列通过化学方法合成目的基因。（2）①用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个有粘性末端的切口；②用同种限制酶切割目的基因，产生相同的粘性末端；③将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再加入适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒。（3）普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因。（4）有的能生长，有的不能生长。导入普通质粒A的细菌能生长，因为普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在抗四环素基因中，抗四环素基因的结构被破坏。（5）受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。19、（１）限制性内切酶微生物一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸系列，并在特定的点位切割（２）限制性内切酶ＤＮＡ分别与载体结合载体复制带有目的基因的ＤＮＡ片段（３）提取目的基因目的基因与载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达