2020年高中生物 专题1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序课件 新人教版选修3

专题1基因工程1.2基因工程的基本操作程序[学习目标][核心素养]1.简述基因工程原理及基本操作程序。2.从基因文库中获取目的基因。3.利用PCR技术扩增目的基因。4.尝试设计某一转基因生物的研制过程。1.科学思维：结合生产实例，举例说出基因工程的基本操作程序。2.科学探究：针对人类生产和生活的某一需求，尝试提出初步的基因工程构想，完成初步设计。读教材、抓双基自主预习一、目的基因的获取1．目的基因：主要是指符合人们需要的1____________的基因。2．获取方法(1)从2__________中获取目的基因。(2)利用3___________扩增目的基因(原理：4___________)。(3)人工合成法：如果基因较小，5____________又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。编码蛋白质基因文库PCR技术DNA复制核苷酸序列二、基因表达载体的构建(基因工程的核心)1．目的(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以6______给下一代。(2)使目的基因能够7______和发挥作用。遗传表达2．基因表达载体的组成8__________启动子位置：基因的9______功能：是10______________识别和结合的部位，驱动基因转录出11__________12________位置：基因的13______功能：终止14______标记基因：鉴别受体细胞中是否含有15__________目的基因首端RNA聚合酶mRNA终止子尾端转录目的基因3．基因表达载体的功能：通过基因表达载体将16__________导入受体细胞。目的基因三、将目的基因导入受体细胞1．转化的概念：目的基因进入17__________内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2．将目的基因导入植物细胞(1)常用方法：18______________：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物常用的方法。(2)其他方法a.19__________：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。b.20______________：我国科学家独创的一种方法。受体细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法3．将目的基因导入动物细胞(1)常用方法：21____________。(2)常用的受体细胞：22________。4．将目的基因导入微生物细胞(1)方法：用23_________处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为24__________)。(2)受体细胞：原核生物(使用最广泛的是大肠杆菌)。(3)选择原核生物作为受体细胞的原因：繁殖25____，多为26________，27__________相对较少等。显微注射法受精卵Ca2＋感受态细胞快单细胞遗传物质四、目的基因的检测与鉴定方法是否导入DNA分子检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。检测方法是采用28________________技术是否转录出mRNA检测目的基因是否转录出了mRNA。检测方法是采用分子杂交技术分子水平检测是否翻译成蛋白质检测目的基因是否翻译成蛋白质。检测方法是采用29________________技术DNA分子杂交抗原—抗体杂交方法个体生物学水平的鉴定除了分子检测外，有时还需要进行30____________水平的鉴定，如做31____________的接种实验等个体生物学抗虫或抗病1．判断下列叙述的正误。(1)所有的目的基因都可以从基因文库中获取。()(2)cDNA文库中的基因都没有启动子。()(3)如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同。()(4)Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。()×√××(5)PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越高。()(6)基因表达载体中含有启动子和密码子。()(7)水稻植株受到损伤时，伤口处细胞会分泌酚类化合物，吸引农杆菌，引起植株感染。()(8)农杆菌感染植物的机理：Ti质粒上的T­DNA可转移到植物受伤细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起。()√××√(9)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。()(10)检测转基因生物的DNA上是否插入目的基因，这是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。()(11)目的基因的检测和鉴定过程中，分子水平的检测方法都是DNA分子杂交技术。()(12)基因工程的四个步骤中都涉及碱基互补配对原则。()××××2．在基因表达载体的构建中，下列说法正确的是()A．一个表达载体的组成包括目的基因、起始密码子、终止子B．有了启动子才能驱动基因转录出mRNAC．终止密码子的作用是使转录在所需要的地方停止D．所有基因表达载体的构建是完全相同的解析：选B基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、标记基因、复制原点和终止子等，A错误；启动子在基因的首端，它是RNA聚合酶的识别和结合位点，控制转录的开始，所以只有存在启动子才能驱动基因转录出mRNA，B正确；终止子的作用是使转录在所需要的地方停止，终止密码子的作用是使翻译在所需要的地方停止，C错误；由于受体细胞有植物、动物以及微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构建是不完全相同的，D错误。解疑难、提能力课堂探究探究点一|获取目的基因的常用方法|核心探究|1．几种目的基因获取方法的比较方法过程优点缺点从基因组文库中获取基因组供体细胞中的DNA――→限制酶许多DNA片段――→插入载体――→导入受体菌群(基因组文库)――→外源DNA扩增，产生特定性状――→分离目的基因操作简单工作量大、盲目性大、专一性差方法过程优点缺点从基因组文库中获取部分基因文库目的基因的mRNA――→反转录单链DNA――→合成双链DNA――→插入载体――→导入受体菌群(cDNA文库)――→分离目的基因操作简单工作量大方法过程优点缺点人工合成化学蛋白质的氨基酸序列――→推测mRNA的核苷酸序列――→推测结构基因的核苷酸序列――→化学合成目的基因专一性强，可产生自然界中不存的新基因操作过程较烦琐，技术要求过高方法过程优点缺点人工合成反转录目的基因的mRNA――→反转录单链DNA――→合成双链DNA即目的基因专一性强适用范围小PCR技术目的基因――→高温解链单链DNA――――――――――――→与引物结合、DNA聚合酶大量目的基因可短时间大量扩增目的基因需要严格控制温度，技术要求高[方法技巧]获取目的基因的方法选择(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中获取目的基因。(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法直接人工合成。(3)如果知道要扩增的目的基因及其两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，可以通过PCR技术扩增目的基因。2.表格法比较基因组文库和cDNA文库文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子(具有启动作用的DNA片段)无有基因中内含子(位于编码蛋白质序列内的非编码DNA片段)无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以3.PCR技术的原理和反应过程(1)PCR原理：DNA分子双链复制原理。(2)PCR扩增目的基因的反应过程过程说明图解变性当温度上升到90℃以上时，双链DNA解旋为单链过程说明图解复性温度下降到55℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合延伸72℃左右时，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新链由5′端向3′端延伸(3)结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了2个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子以2n的形式扩增。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。[易错易混]PCR过程的两点提醒(1)复性不一定均为引物与DNA模板的结合。复性时，引物与DNA模板的结合是随机的，也存在DNA解开的两条链的结合。(2)PCR反应的结果不都是所需的DNA片段。因为第一次循环得到的DNA片段只有一种引物，比所需的DNA片段要长，从第二次循环才出现所需的两条链等长的DNA片段，这样的片段存在两种引物。|探究演练|1．(2019·长沙期末)下列有关获取目的基因的方法，叙述错误的是()A．从基因文库中直接获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性B．由于真核细胞的基因中含有不表达的DNA片段，所以一般使用人工合成的方法获取真核细胞中的目的基因C．目前人工合成目的基因的方法主要有两种，分别是反转录法和化学合成法D．PCR技术的原理是DNA复制，需要DNA连接酶催化DNA合成解析：选DPCR技术的原理是DNA分子的复制，需要耐高温的DNA聚合酶催化DNA合成。2．下列有关PCR技术的说法，不正确的是()A．PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术B．PCR技术的原理是DNA双链复制C．利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知的目的基因的核苷酸序列D．PCR扩增中需要解旋酶解开双链DNA解析：选DPCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术，其原理是DNA双链复制，A、B正确；利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，C正确；PCR扩增中目的基因受热变性后解旋为单链，不需要解旋酶解开双链DNA，D错误。3．(2019·南开期中)如图表示基因工程中目的基因的获取方式，请据图回答下列问题：(1)图中①表示________，②表示用________________切割，PCR过程的原理是______________________。(2)构建基因文库时，需要将cDNA或含有不同基因的DNA片段分别与________连接起来，储存在______________中。(3)图中的基因组文库________(填“小于”“等于”或“大于”)cDNA文库。(4)除图中所示方法外，目的基因还可以通过____________的方法获取。解析：(1)①表示反转录，②表示用限制酶(限制性核酸内切酶)切割，PCR过程的原理是DNA双链复制。(2)构建基因文库时，需要将cDNA或含有不同基因的DNA片段分别与载体连接起来，储存在受体菌群中。(3)图中基因组文库大于cDNA文库。(4)除图中所示方法外，目的基因还可以通过人工合成的方法获取。答案：(1)反转录限制性核酸内切酶(或限制酶)DNA双链复制(2)载体受体菌群(3)大于(4)人工合成探究点二|基因表达载体的构建|核心探究|1．基因表达载体的组成及作用[知识拓展]基因表达载体中启动子、终止子的来源(1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，目的基因中已含有启动子、终止子。在构建基因表达载体时，不需要在质粒上接上特定的启动子、终止子。(2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。2.基因表达载体的构建步骤目的基因与载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。其过程大体为：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。一般用同一种限制酶切割目的基因，使其产生相同的黏性末端。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，形成一个重组DNA分子(重组质粒)(如图)。(1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，若其没有启动子，只将目的基因导入受体细胞中将无法进行转录。(2)目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒中目的基因插入部位的首端要有启动子，尾端要有终止子。(3)鉴别目的基因是否导入受体细胞中需要有筛选标记——标记基因。因此，一个基因表达载体的组成应该包括：启动子、终止子、目的基因、标记基因等。[易错易混]基因表达载体易错点剖析