1、选修三 专题 1 1.2 基因工程的基本操作程序 一、 学习目标 1.简述基因工程原理及基本操作程序。 2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。 二、教学建议 1.课时数：本节教学建议用 1 课时。 2.课时侧重点： （1）基因工程基本操作程序的四个步骤。 3.教学策略 本节是基因工程专题的核心，上承DNA 重组技术的基本工具一节，下接基 因工程的应用。本节教学难点多，学生学习有一定的困难，因此建议采取化整为零、各 个击破的教学策略。 （1）加强预习环节，先解决为什么要分四个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术 方法问题。 为了突破难点及培养自学能力，在上节课结束时，可布置学生预习本节内容。在上新
2、 课时，首先解决基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，即分析每一步骤的必要性。 为什么要有“目的基因的获取”这一步？建议引导学生看本专题题图中基因工程的概 念：“基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因等技 术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”可 以说这既是概念，也是原理。这里所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人 们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物 的遗传特性。 为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的 DNA 片段目的基因是不能稳定遗 传的。课文中谈到构建表
3、达载体的目的是为了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，同时使目的基因能表达和发挥作用。 为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？教材指出含有目的基因的表达载体只 有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。 为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为目的基因是否真正插入受体 细胞的 DNA 中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得 知。 在解决上述为什么基因工程操作程序分四个步骤的基础上，进入每一程序的有关技术 和方法的学习。 （2）加强教学媒体的运用，解决每一程序中的技术难点。 在各个操作程序中都有
4、一些技术和方法层面上的难点不好理解，成为学生学习过程的 拦路虎。形象化是解决这一难题的好办法。例如，在目的基因获取的常用方法中有“从基 因文库中获得目的基因”的说法。尽管课文中运用了比喻的方法，但语言文字仍显抽象。 教师应尽可能在教学中编制软件、绘制投影片或利用挂图来解决这一难点。让学生了解有 了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。而有关 PCR 扩增技术，则可结合书中插图，明示出文字中概括出的变性、退火、延伸、多次重复等四 个过程。 又如，在学习基因表达载体的构建方法时，可结合插图，说明插入必要的元件目 的基因、启动子、终止子和标记基因的位置及其作用。 再如，学
5、习目的基因导入方法时，可借用目的基因导入植物细胞的方法农杆菌转 化法以及相关的图，讲清具体方法。攻破一点后，再扩展到其他导入方法。 （3）通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。 本节学习的基因工程的基本操作程序和方法是对转基因植物、动物、微生物的概括。 如果在本课将要结束时，做个练习，带领学生结合设计某一转基因生物的具体过程，可将 基因工程操作程序有机地串起来，从而加深对这一程序的认识。例如，烟草是人类健康的 “杀手”。如果让它生产出人类需要的药物蛋白，应如何操作？通过这一实例引导学生结 合目的基因从何而来，表达载体如何构建，如何导入烟草，如何检测药物蛋白产生与否等 问题
6、加以设计。可加深学生对基因工程原理的理解。不同学生会有不同的方法，让学生通 过相互比较，相互借鉴，达到相互学习的目的。学生在课下还可查阅科学杂志等参考 读物，了解科学家成功的做法。 三、达标检测 1基因工程的正确操作步骤是 ( ) 构建基因表达载体 将目的基因导入受体细胞 检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因 A B C D 2下列关于基因文库的说法，错误的是 ( ) A可分为基因组文库和部分基因文库 BcDNA 文库属于部分基因文库 C基因组文库的基因在不同物种之间均可进行基因交流 D同种生物的 cDNA 文库基因数量较基因组文库基因数量少 3下列获取目的基因的方法中需要模板
7、链的是 ( ) 从基因文库中获取目的基因 利用 PCR 技术扩增目的基因 反转录法 通过 DNA 合成仪利用化学方法人工合成目的基因 A B C D 4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 5下列操作不属于基因表达载体构建过程的是 ( ) A用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端 B用同一种限制酶切割目的基因露出黏性末端 C将切下的目的基因片段插入质粒切口处 D将重组 DNA 导入受体细胞中 6基因工程常用的受体细胞有 ( ) 大肠杆菌 枯草杆菌 支原体 动植物细胞 A B C D 7检测转基因生物是否转录出 mRNA，应通过何种分子杂交方法实现
8、 ( ) ADNADNA 杂交 BDNARNA 杂交 CRNA蛋白质杂交 D蛋白质蛋白质杂交 8要检测目的基因是否成功地插入了受体 DNA 中，需要用基因探针，基因探针是指( ) A用于检测疾病的医疗器械 B用放射性同位素或荧光分子等标记的 DNA 分子 C合成 珠蛋白的 DNA D合成苯丙羟化酶的 DNA 片段 9利用 PCR 技术扩增 DNA，需要的条件是 ( ) 目的基因 引物 四种脱氧核苷酸 热稳定 DNA 聚合酶 mRNA 核糖体 能量 A B C D 10用某人的胰岛素基因制成的 DNA 探针，能与之形成杂交分子的是 ( ) 该人胰岛 A 细胞中的 DNA 该人胰岛 B 细胞中的
9、mRNA 该人胰岛 A 细胞中的 mRNA 该人肝细胞中的 DNA A B C D 11质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内，某细菌 质粒上的标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目 的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基 上生长情况也不同，如图所示外源基因在质粒中可插入的位置有 a、 b、c 三点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析，其中分析正确的是( ) 实验现象 实验推论 在含青霉素培养基上生 长情况 在含四环素培养基上生 长情况 目的基因插入的位置 A 能生长 能生长 a B 不能生长 能生长 b C 能生长 不能生长 c D 不能生长
10、 不能生长 c 12.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 mRNA 终止子的作用是使转录在所需要的地方停止 所有基因表达载体的构建 是完全相同的 A B C D 13棉铃虫是一种危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金 芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法， 科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达，棉铃虫吃了这种转基因 棉花的植株后就会死亡。花粉管通道法是指：利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒 蛋白基因送入
11、胚囊，进而导入不具备细胞壁的合子或早期胚体细胞，借助天然的种胚系统， 形成含有目的基因的种胚。 (1)下列所示的黏性末端是由_种限制酶作用产生的。 (2)利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因操作的基本步骤中的第 三步，即_。为减少获得目的基因的盲目性，在获得真核生物的目的基 因时，应尽量采用_的方法。 (3)该目的基因在导入受体细胞前需要与载体结合，目前经常使用的载体有 _、_和_。 (4)检测该目的基因是否表达的方法是_ _。 14酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的 LTP1 基因导 入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生 LTP1 蛋白，
12、并酿出泡沫丰富的啤酒。基本操作 过程如图所示，请据图回答下列问题： (1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这种可遗传变异属于_ _。 (2)从大麦细胞中可直接分离获得 LTP1 基因，还可采用_方法获得目的基因。本 操作中为了将 LTP1 基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是_。 (3)要使载体与 LTP1 基因连接，首先应使用_进行切割。假如载体被切割后，得 到的分子末端序列为 AATTCG，则能与该载体连接的 LTP1 基因分子末端是_。 AGCTTAA BTAATTCC CCTTTAG DAAATCT (4)切割完成后，采用_酶将载体与 LTP1 基因连接，连接后得到的 DNA 分子 称为_
13、。 (5)此操作中可以分别用含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有 C 进入的 酵母菌在选择培养基上的生长情况是_ _。 (6)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可用什么方法检测 LTP1 基因在啤酒酵母菌中是否表达？ _ _。 15将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫 力。以下是与植物疫苗制备过程有关的图和表。 表 1 引物对序列表 引物对 A P1 AACTGAAATGTAGCTATC P2 TTAAGTCCATTACTCTAG 引物对 B S1 GTCCGACTAGTGGCTGTG S2 AGCTGGCGTTTAGCCTCG 表 2 几种限制
14、酶识别序列及切割位点表 限制酶 Alu EcoR Pst Sma 切割 位点 AGCT TCGA GAATTC CTTAAG CTGCAG GACGTC CCCGGG GGGCCC 请根据以上图表回答下列问题： (1)在采用常规 PCR 方法扩增目的基因的过程中，使用的 DNA 聚合酶不同于一般生物 体内的 DNA 聚合酶，其最主要的特点是_。 (2)PCR 过程中退火(复性)温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表 1 为根据模板设 计的两对引物序列，图 2 为引物对模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火 温度？_。 (3)图 1 步骤所用的 DNA 连接酶对所连接的 DNA 两
15、端碱基序列是否有专一性要求？ _。 (4)为将外源基因转入马铃薯，图 1 步骤转基因所用的细菌 B 通常为_。 (5)对符合设计要求的重组质粒 T 进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请 根据图 1 中标示的酶切点和表 2 所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。 采用 EcoR和 Pst酶切，得到_种 DNA 片段。 采用 EcoR和 Sma酶切，得到_种 DNA 片段。 答案 1C 2C 3D 4D 5D 6D 7B 8B 9D 10C 11B 12B 13(1)4 (2)将目的基因导入受体细胞 人工合成目的基因 (3)质粒 噬菌体的洐生物 动植物病毒 (4)让害虫吃棉花，观察害虫的生存状态 14(1)基因重组 (2)人工合成 质粒 (3)限制酶 A (4)DNA 连接 重组 DNA(重组质粒) (5)能在含有青霉素的培养基上存活，但不能在含有四环素的培养基上存活 (6)检验转基 因啤酒酵母菌能否产生 LTP1 蛋白 15(1)耐高温 (2)引物对 B (3)否 (4)农杆菌 (5)2 1
