高中生物第章基因工程第节基因工程的操作程序-目的基因的获得基因表达载体的构建同步备课教学案

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1、专题课件第1课时目的基因的获得、基因表达载体的构建目标导读1.阅读教材P7274图文，驾驭获得目的基因的两种方法。2.结合教材P77图411，理解基因表达载体的构建过程。重难点击1.目的基因的含义与常用获得方法。2.基因表达载体的构建。3.大肠杆菌质粒的提取。抑制疾病传播的转基因蚊子巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特别基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从

2、而削减了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！一、目的基因的获得1目的基因：是指人们所须要的进行探讨的基因，如抗虫基因、抗病基因等。2获得目的基因的方法(1)化学合成法概念：利用化学反应干脆合成基因。适用条件：已知核苷酸序列的、相对分子质量较小的目的基因。仪器：自动合成仪。缺点：成本昂贵，不适用于序列未知的目的基因。(2)从基因组中干脆分别法鸟枪法(如图所示)(3)扩增：在驾驭了目的基因的部分或全部信息后，可以设计引物，利用扩增仪(仪)干脆扩增目的基因。(4)反转录法以为模板，借助反转录酶，通过仪合成与序列互补的片段，然

3、后在聚合酶的作用下合成双链，从而获得所须要的目的基因。如图表示基因工程中获得水稻某目的基因的不同方法。据图分析：1图示分别是哪种方法？是在体内还是体外进行的？答案三种方法分别是：反转录法、干脆分别法和化学合成法，都是在体外进行的。2三种方法都须要酶，分别是哪些酶？答案方法a须要反转录酶和聚合酶；方法b须要限制性内切酶；方法c须要聚合酶。3三种方法获得的目的基因的碱基对的排列依次都相同吗？答案不都相同。方法b得到的是自然基因，方法a得到的目的基因和自然基因相比不含内含子，方法c得到的目的基因的碱基序列可能有多种。1下列获得目的基因的方法中须要模板链的是()化学合成法鸟枪法反转录法扩增目的基因A

4、B C D答案C解析化学合成法是利用自动合成仪合成已知核苷酸序列的较小的基因。鸟枪法是用很多个限制性内切酶去切割获得目的基因，和化学合成法一样不须要模板。反转录法利用作为模板反转录出一条单链，然后以这条单链的为模板合成出双链的，也是目的基因。技术也须要模板。2下列属于技术的条件的是()单链的脱氧核糖核苷酸序列引物目的基因所在的片段脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸连接酶聚合酶限制性内切酶A BC D答案B解析技术须要一对引物，即一对单链的脱氧核糖核苷酸序列引物，正确；技术须要模板，即目的基因所在的片段，正确；须要脱氧核糖核苷酸作为原料，正确；核糖核苷酸是合成的原料，而合成的是，错误；采纳合成时，不须要连

5、接酶，而须要聚合酶，错误、正确；体外合成时，不须要限制性内切酶，错误。学问拓展技术的基本原理和过程(1)原理：双链复制。(2)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。(3)过程第一步：加热至9498 ，解链为单链；其次步：冷却至4060 ，引物结合到互补链；第三步：加热至72 左右，热稳定聚合酶(酶)从引物起始进行互补链的合成。如此重复循环多次。(4)结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n，n为扩增循环的次数)。二、基因表达载体的构建1试验：大肠杆菌质粒的提取(1)试验原理释放(2)方法步骤在超净工作台上(或在酒精灯旁)，取1 含质粒的大肠杆菌菌液，接种于100

6、 培育基中，于37 摇床振荡培育810 h，如无摇床可每0.5 h用手摇摆一次。取1.4 菌液于1.5 管中，以10 000 离心0.5 ，弃上清液。加0.1 预冷的溶液，充分混合。加入0.2 溶液轻轻翻转混匀，静置5 (溶液要现配现用)。再加入0.15 预冷溶液，轻轻翻转混匀，静置5 。以10 000 离心20 ，取上清液于另一新管中。加入等体积预冷的异丙醇或乙醇，混匀后静置于冰箱的冷冻室2030 。10 000 离心15 ，弃上清液。待沉淀稍干后，溶于50 L蒸馏水中。取两支试管，分别加入1 蒸馏水，其中的一支加入提取的质粒溶液，向两支试管中各加入1 二苯胺，混匀后，放入沸水中加热5 。待

7、试管冷却后，视察两支试管中溶液颜色的改变发觉，加入提取的质粒的溶液变蓝，另一个不变色。2基因表达载体的构建(1)构建基因表达载体的缘由单个基因或片段导入另一生物体的细胞后，往往会被细胞内的防卫系统歼灭掉，降低了目的基因的表达效率。将目的基因和运载体一起进入受体细胞，可以爱护目的基因不被受体细胞识别并破坏。(2)构建过程用限制性内切酶切割质粒，使环状质粒出现一个切口，露出末端。用同样的限制性内切酶切割目的基因，暴露出两个与质粒相同的末端。用连接酶使质粒和目的基因结合成新的环状质粒分子表达载体。结合下图重组质粒的构建过程分析：1图中和分别用到哪种酶？答案用限制性内切酶，用连接酶。2同一种限制性内切

8、酶切割后的质粒和目的基因片段混合后，是不是肯定是质粒和目的基因结合？答案不肯定。也可能发生质粒的自我环化或者目的基因的自我环化。3重组质粒上除了具有目的基因外，为了便利监测和筛选，还应具备哪种基因？答案遗传报告基因。3下列关于图中P、Q、R、S、G的描述，正确的是()AP代表的是质粒，S代表的是外源BQ表示限制性内切酶的作用，R表示聚合酶的作用CG是与形成的重组质粒DG是转基因形成的重组质粒答案D解析质粒是很小的环状分子，因此P是质粒，S是外源，G是质粒和外源通过连接酶连接而成的重组质粒；质粒和外源须要经过同一种限制性内切酶切割出相同的黏性末端。4如图为基因表达载体的模式图，若结构X是表达载体

9、所必需的，则X最可能是()A氨苄青霉素抗性基因 B启动子C限制酶 D连接酶答案B解析启动子是该表达载体所必需的，功能是启动插入基因的转录过程。氨苄青霉素抗性基因可以作为报告基因，但不是必需用它作报告基因。限制酶和连接酶都不是表达载体所须要的。学问拓展基因表达载体的构成目的基因的获得基因表达载体的构建1在基因工程技术中，下列方法与目的基因获得无关的是()A辐射诱变法 B从中获得C反转录法 D人工合成法答案A2如图为用于基因工程的一个质粒示意图。用限制性内切酶切割目的基因和该质粒，再用连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最终将大肠杆菌放在四种培育基中培育：a无抗生素的培育基，b含四环素的培育

10、基，c含氨苄青霉素的培育基，d含四环素和氨苄青霉素的培育基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是()Aa Ba和cCa和b Db和c答案B3不属于目的基因与运载体结合过程的是()A用肯定的限制性内切酶切割质粒，露出黏性末端B用同种限制性内切酶切割目的基因，露出黏性末端C将切下的目的基因插入质粒的切口处D将重组引入到受体细胞中进行扩增答案D4下列哪项不是表达载体所必需的组成()A目的基因 B启动子C终止子 D抗青霉素基因答案D5下面是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。请据图回答：(1)获得A有两条途径：一是以A的为模板，在的催化下，合成互补的单链，然后在作用下合成双链，从而获得所

11、需基因；二是依据目标蛋白质的序列，推想出相应的序列，然后依据碱基互补配对原则，推想其的序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用技术扩增时，须要在反应体系中添加的有机物质有、4种脱氧核糖核苷酸和耐热性的聚合酶，扩增过程可以在扩增仪中完成。(3)由A和运载体B拼接形成的C通常称为。答案(1)反转录酶聚合酶氨基酸脱氧核糖核苷酸(2)引物模板(A基因)(3)基因表达载体解析(1)利用反转录法合成目的基因的过程是：以为模板，在反转录酶的催化作用下合成单链，然后在聚合酶的作用下，合成双链分子；依据蛋白质工程合成目的基因的过程是：依据目标蛋白质的氨基酸序列，推想相应的序列，然后依据碱基互补配对原则，推想

12、中脱氧核糖核苷酸的排列依次，通过化学方法合成。(2)过程中须要酶、底物、模板、引物等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。课时作业基础过关1基因工程中科学家常采纳细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，主要缘由是()A结构简洁，操作便利B繁殖速度快C遗传物质含量少D性状稳定，变异少答案B2从浩瀚的“基因海洋”中获得特定目的基因的方法有()从供体细胞的基因组中干脆分别基因从受体细胞的基因组中干脆分别基因化学合成法复制A B C D答案B解析基因工程获得目的基因的方法有两种：一是化学合成法；二是从基因组中干脆分别法。3下列有关技术的说法，不正确的是()A技术的原理是双链复制B扩增中必需有解

13、旋酶才能解开双链C是一项在生物体外复制特定片段的核酸合成技术D利用技术获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答案B解析扩增中不运用解旋酶，是利用高温破坏氢键解开双链的，B错误。4下列对基因表达载体构建的叙述，不正确的是()A须要限制性内切酶和连接酶等特别工具B基因表达载体中有的含有启动子和密码子C标记基因不肯定是抗生素抗性基因D基因表达载体的构建是基因工程的核心答案B解析基因表达载体是目的基因与运载体的结合，在此过程中需用同一种限制性内切酶切割目的基因与载体，用连接酶将相同的末端连接起来，A正确；基因表达载体含有启动子、终止子、标记基因和目的基因，密码子位于上，B错误；抗生素抗性

14、基因可作为标记基因，但标记基因不都是抗生素抗性基因，C正确；基因表达载体的构建是基因工程的核心，在细胞外进行，使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代并表达和发挥作用，D正确。5由于质粒与目的基因具有相同的黏性末端，结合过程中不行能出现下列哪种状况()A可能形成环状的外源B可能形成环状的载体C可能出现重组D只出现重组答案D6在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是()一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子有了启动子才能驱动基因转录出终止子的作用是使转录在所须要的地方停止全部基因表达载体的构建是完全相同的A BC D答案B解析一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必需

15、有启动子、终止子以与报告基因等。由于目的基因的不同，所以构建的基因表达载体也是不同的。其中，启动子是与聚合酶结合的位点，限制着转录的起先；而终止子限制着转录的结束。实力提升7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重组质粒的形成是在细胞内完成的C质粒都可以作为运载体D蛋白质的氨基酸排列依次可以为合成目的基因供应线索答案D8小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应，为了克服这个缺陷，可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是()设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列用方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列体

16、系中肯定要添加从受体细胞中提取的聚合酶肯定要依据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞A BC D答案C解析要考虑表达载体相关序列，从而保证目的基因能与表达载体相连接与正常表达；只要设计出目的基因的引物，接下来即可自动进行；须要特别的耐高温的聚合酶，从细胞内提取的聚合酶不耐高温；选择特定合适的受体细胞，从而保证目的基因能表达出所需产物。C正确。9如图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中、 为四种限制性内切酶。下列说法错误的是()A图示过程是基因工程的核心步骤B表达载体构建时须要用到限制性内切酶C抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D除图示组成

17、外，表达载体中还应当含有启动子和终止子等结构答案B解析图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中须要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制性内切酶、。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。10“X基因”是分子上一个有遗传效应的片段，若要用技术特异性地拷贝“X基因”，需在反应中加入两种引物(注：引物的作用是与模板链形成双链后在聚合酶的作用下就可以接着链的延长)，两种引物与其与模板链的结合位置如下图甲所示。经4轮循环后产物中有五种不同的分子，如下图乙所示，其中第种分子有几个()A8 B6 C

18、4 D2答案A解析由图分析可知：X基因第一次复制得到两个两种分子：和；X基因其次次复制得到四个四种分子：复制得和、复制得和；X基因第三次复制得到八个五种分子：复制得和、复制得和、复制得和、复制得和；X基因第四次复制得到16个五种分子：复制得和、两个复制得两个和两个、两个复制得两个和两个、两个得到4个。从上面的推想可知，第四轮循环产物中有8个。11依据基因工程的有关学问，回答下列问题：(1)限制性内切酶切割分子后会产生末端。(2)质粒运载体用切割后产生的片段如下：GG为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的除可用切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必需具有的特点是。(3)反转录作用的模板是

19、，产物是。若要在体外获得大量反转录产物，可采纳。(4)基因工程中除质粒外，和也可作为运载体。答案(1)黏性(2)切割产生的片段黏性末端与切割产生的相同(3)(或)扩增仪(仪)干脆扩增目的基因(4)噬菌体动植物病毒解析(1)分子经限制性内切酶切割会产生黏性末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制性内切酶切割后形成的黏性末端必需与切割形成的黏性末端相同。(4)反转录的模板是，产物是。大量扩增反转录产物可运用扩增仪(仪)干脆扩增目的基因。(5)在基因工程中运用的运载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。12属于反转录病毒，是艾滋病的病原体。用基因工程方法制备的某蛋白(目的蛋白)时，可先

20、提取中的，以其作为模板，在的作用下合成，获得该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。答案反转录酶(或)解析是病毒，其核酸是单链，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，运载体一般用的是质粒，为双链，故先用反转录酶催化的反转录为分子，再进行基因工程操作。13很久以前，科学家在土壤中发觉了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时很多人就想把编码这一蛋白质的基因(抗虫基因)转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年头，美国科学家采纳基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。(1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中干脆分别抗虫基因外，还

21、可以。将目的基因与运载体结合时必需用酶和连接酶。在基因工程中，最常用的运载体是，而作为运载体必需具备相应的条件，例如，应具有以便进行筛选。(2)由转基因玉米细胞经过形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述试验过程中的再包袱合适的等。答案(1)化学合成同种限制性内切质粒报告基因(2)脱分化(或去分化)胚状体人造种皮真题体验14(2015重庆，6)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞反转录获得B表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用答案C解析人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的，不能通过反转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。