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第二节基因工程的原理和技术讨论:怎样能够在大肠杆菌中产生人的胰岛素?基因工程的基本原理:让人们感兴趣的基因在宿主细胞中稳定和高效表达.基因工程的基本操作程序主要包括五个基本步骤：1）获得目的基因2）形成重组的DNA分子3）将重组DNA分子导入受体细胞4）筛选含有目的基因的受体细胞5）目的基因的表达步骤一：获得目的基因目的基因是人们所需要转移或改造的基因,获取目的基因是实施基因工程的第一步。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。目的基因的获得人工合成利用PCR技术扩增从基因文库获得基因文库基因组文库部分基因文库已知序列未知序列1）人工合成已知其序列已知其mRNA的序列已知其翻译产物的氨基酸序列2）聚合酶链式反应即PCR技术3）从基因文库中获取目的基因：基因文库: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储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库(genelibrary)基因组文库:基因文库中包含了一种生物所有的基因,这种基因文库叫做基因组文库.部分基因文库:基因文库中包含了一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库.用DNA重组技术将某种生物的总DNA用特定的限制性内切酶切割成一个个片段，然后将这些片段随机地连接在某些质粒或其他载体上，再将它们转移到适当的宿主细胞中，通过细胞的增殖而构成各个片段的无性繁殖系（克隆），当这些克隆多到可以包括某种生物的全部基因时，这一批克隆的总体就称为该种生物的基因文库。这一定义也适用于线粒体DNA和叶绿体DNA，分别称为某种生物的线粒体基因文库或叶绿体基因文库。为了有效地保存基因文库，可通过细菌在固体培养基上繁殖而使包含各个特定DNA片段的细菌增多。通过分子杂交的方法，可以筛选出包含有所需基因的DNA片段的细菌（或噬菌体）。经过扩增得到大量这样的细菌（或噬菌体），从中便可分离出所需基因的DNA片段。建立和使用基因文库是分离高等真核生物基因的有效手段，对于基因定位和基因工程的研究都很有用。步骤二：形成重组DNA分子1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。•常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。•将目的基因导入受体细胞的原理借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。步骤三：将重组DNA分子导入受体细胞①直接导入法有电击、显微注射、直接吸收、基因枪等方法。（1）电击法：借助电击仪高压脉冲把目的基因打入宿主细胞。（2）显微注射法：利用微量注射器在显微镜下直接把目的基因注入宿主细胞。（3）直接吸收法：把目的基因和宿主细胞混在一起，让其吸收。（4）基因枪法：在金属微粒上涂一层目的基因，然后发射到宿主细胞中。②间接导入法常用的载体是质粒、λ噬菌体、科斯质粒。（1）质粒是细菌染色体DNA以外的环状双链DNA分子，它能自我复制，也可整合到细胞染色体DNA中与其一起表达。质粒通常还含有标记基因，这可以从细胞的表型特征来识别。（2）λ噬菌体是一种细菌病毒，其环状双链DNA可以作为目的基因的载体。（3）科斯质粒是一种杂种质粒，含有质粒和λ噬菌体的部分顺序，很适合用作真核生物基因的载体。1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。步骤四：筛选含有目的基因的受体细胞四环素抗性基因氨苄青霉素抗性基因不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。•受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。步骤四：目的基因的表达用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。想通过基因工程得到抗虫棉，怎样证明抗虫基因已经在棉花细胞中表达了？1为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%。这项技术的遗传学原理是A．基因重组B．基因突变C．基因复制D．基因分离巩固练习2利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是否成功，最好检测A．是否有抗生素产生B．是否有目的基因表达C．是否有抗虫的性状出现D．是否能分离到目的基因巩固练习3水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中天冬氨酸、甘氨酸和丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是A．促使目的基因导入受体细胞B．促使目的基因在受体细胞内复制C．使目的基因容易被检测出来D．使目的基因容易成功表达巩固练习4根据mRNA的信息推出获取目的基因的方法是（）A、用DNA探针测出目的基因B、用mRNA探针测出目的基因C、用mRNA反转录形成目的基因D、用PCR技术扩增mRNA巩固练习5PCR技术扩增DNA,需要的条件是()①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA⑥核糖体A、①②③④B、②③④⑤C、①③④⑤D、①②③⑥巩固练习6获取目的基因的方法有多种，下列不属于目的基因获取方法的是（）A、从基因组文库中获取B、从cDNA文库中获取C、从含目的基因生物细胞中获取D、利用PCR技术获取巩固练习7下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（）A、我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻。B、我国科学家将苏云金杆菌的某些基因转移到棉花体内，培育出抗虫棉。C、我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒。D、我国科学家通过体细胞克隆技术培育出克隆牛。巩固练习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使用B、DNA连接酶可以切断磷酸二酯键C、质粒都可以做载体基因工程都能定向改变生物的性状巩固练习9科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中,发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋,在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白;而且这些验收孵出的鸡,仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋.据此分析()A.这些鸡是转基因工程的产物B.这种变异属于可遗传的变异C.该过程运用了胚胎移植技术D.该种变异属于定向变异巩固练习10下图是利用基因工程办法生产人白细胞干扰素的基本过程图，据图回答：（1）①过程需要_______________酶的参与。（2）②物质是从大肠杆菌分离出的_________________。其化学本质是________________，它必须能在宿主细胞中___________________________。(3)③过程表明目的基因______________________