第3章 第2节 第2课时 将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

基因工程 第3章 第2节　基因工程的基本操作程序 第2课时　将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定 返回目录 生物学　选择性必修3 　 教材梳理·新知全解 关键能力·合作探究 随堂检测·即时巩固 课时作业(十四) 目 录 Contents 教材梳理·新知全解 知识点1　目的基因的导入、检测与鉴定 花粉管通道 微量注射器 子房 花粉管通道 返回目录 生物学　选择性必修3 　 农杆菌 转化 花序 种子 显微注射法 返回目录 生物学　选择性必修3 　 Ca2＋ DNA分子 返回目录 生物学　选择性必修3 　 PCR 转录出了mRNA 蛋白质 抗原—抗体杂交 抗虫 返回目录 生物学　选择性必修3 　 × √ × √ 返回目录 生物学　选择性必修3 　 √ √ 返回目录 生物学　选择性必修3 　 关键能力·合作探究 启动子 终止子 限制酶 DNA连接酶 返回目录 生物学　选择性必修3 　 探究点1　将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 随堂检测·即时巩固 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 返回目录 生物学　选择性必修3 　 课时作业(十四)　将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测 返回目录 生物学　选择性必修3 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [课标要求] 1.理解目的基因导入受体细胞的具体过程(科学探究)。2.掌握目的基因检测与鉴定的方法(科学探究、社会责任)。3.了解DNA片段的扩增及电泳鉴定的方法(科学探究)。 1.将目的基因导入受体细胞 (1)将目的基因导入植物细胞 ①我国科学家们独创的方法——_______________法 a．可以用______________将含目的基因的DNA溶液直接注入________中； b．可以在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助______________进入胚囊。 ②农杆菌转化法 a．可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与__________共培养，然后筛选________细胞，并再生成植株； b．可以将________直接浸没在含有农杆菌的溶液中一段时间，然后培养植株并获得________，再进行筛选、鉴定等。 (2)将目的基因导入动物受精卵常用的方法为______________。 (3)将目的基因导入原核生物 在基因工程操作中，常用原核生物作为受体细胞，其中以大肠杆菌应用最为广泛。一般先用_____处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中______________的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。 2．目的基因的检测与鉴定(以转基因棉花为例) (1)首先是分子水平的检测：包括通过__________等技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因是否____________________；从转基因棉花中提取__________，用相应的抗体进行__________________，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。 (2)个体生物学水平的鉴定：如通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花________特性以及抗性的程度。 【辨正误】 (1)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞。(　 　) (2)Ti质粒上的T-DNA可与植物受体细胞的染色体DNA整合在一起。(　 　) (3)可以将目的基因直接导入受体细胞。(　 　) (4)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术。(　 　) (5)用PCR技术检测目的基因是否转录出mRNA，利用了碱基互补配对原则。(　 　) (6)基因工程是否成功需进行个体生物学水平的鉴定。(　 　) 1．(教材P80图3－6变式训练)观察基因表达载体构建模式图，写出结构①和②的名称：①__________，②__________；物质A和B的名称：A.__________，B.________________。 下图为使用农杆菌转化法培育抗虫棉的过程示意图，请思考： (1)重组Ti质粒的构建需要哪些酶的作用？ (2)在用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞的过程中，一定要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上的原因是什么？ (3)将基因表达载体导入农杆菌细胞时，应怎样处理农杆菌细胞？ (4)用什么方法检测目的基因是否插入到了受体细胞的染色体DNA上？ (5)用什么方法检测目的基因是否发挥作用？ (6)如果目的基因是抗虫基因，在个体水平上怎么检测？如果目的基因是耐盐基因呢？ 提示　(1)限制酶、DNA连接酶。 (2)原因是农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至被侵染的细胞，并且整合到该细胞的染色体DNA上。 (3)基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用Ca2＋处理农杆菌细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，利于重组质粒的导入。 (4)PCR等技术。 (5)用PCR等技术检测目的基因是否转录出mRNA；用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出相应蛋白质。 (6)如果目的基因是抗虫基因，则要进行抗虫接种实验；如果目的基因是耐盐基因，则要用一定浓度的盐水浇灌。 1．目的基因导入不同受体细胞的方法 2．农杆菌转化法中两次拼接、两次导入的辨析 ①两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA上；第二次拼接(非人工操作)指被插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。 ②两次导入：第一次导入是将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌；第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入受体细胞。 3．目的基因的检测与鉴定 【例1】 基因工程中因受体细胞不同，目的基因导入的方法也不同，下列叙述不正确的是(　　) A．将目的基因导入棉花细胞内常用花粉管通道法 B．将目的基因导入老鼠细胞内常用显微注射法 C．将目的基因导入大肠杆菌细胞内常用显微注射法 D．将目的基因导入烟草细胞内常用农杆菌转化法 答案　C 解析　Ca2＋处理法能使大肠杆菌细胞的生理状态发生改变，使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，故将目的基因导入大肠杆菌，应用Ca2＋处理，C项错误。 【例2】 下列关于目的基因的检测和鉴定的叙述，正确的是(　　) A．目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是能否转录出mRNA B．可采用PCR检测目的基因是否转录和翻译 C．可从转基因生物中提取蛋白质来检测目的基因是否翻译成相应蛋白质 D．抗虫、抗病检验用于确定转基因生物是否具备相关性状，属于分子水平的检测 答案　C 解析　目的基因导入受体细胞后，首先要检测转基因生物(染色体)DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键，A项错误；PCR可用于检测目的基因是否转录，检测目的基因是否翻译用抗原—抗体杂交技术，B项错误；抗虫、抗病检验用于确定转基因生物是否具备相关性状，属于个体生物学水平的鉴定，D项错误。 核心知识小结 [网络构建] 核心知识小结 [答题必备] 1．转化是指目的基因进人受体细胞内，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的常用方法除了花粉管通道法，还有农杆菌转化法等。 3．将目的基因导入动物受精卵最常用的一种方法是利用显微注射法将目的基因注入动物的受精卵中。 核心知识小结 4．在基因工程操作中，常用原核生物作为受体细胞，其中大肠杆菌的应用最为广泛。一般先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。 5．在电场的作用下，DNA等带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程称为电泳。 1．受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不完全相同，下列受体细胞与导入方法匹配错误的一项是(　　) 选项 受体细胞 导入方法 A 棉花细胞 花粉管通道法 B 大肠杆菌 农杆菌转化法 C 羊受精卵 显微注射法 D 番茄细胞 农杆菌转化法 答案　B 解析　研究人员一般先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中。将目的基因导入植物细胞常用的方法有农杆菌转化法。 2．利用苏云金杆菌的抗虫基因培育出的抗虫棉是否成功，需要检测(　　) A．是否能分离到目的基因 B．是否有抗虫的性状出现 C．是否有抗生素产生 D．目的基因是否得到表达 答案　B 解析　能否分离出目的基因为基因导入是否成功的检测指标，A项不符合题意；抗虫棉培育成功的标志是目的基因成功表达，且表现出抗虫性状，B项符合题意、D项不符合题意；抗虫棉是否表现抗虫性状与抗生素产生与否无关，C项不符合题意。 3．苏云金杆菌通过产生Bt抗虫蛋白，破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家通过实验，将该细菌的Bt抗虫蛋白基因转到棉花里，让棉花也能产生Bt抗虫蛋白抵抗虫害。下列叙述错误的是(　　) A．促进Bt 蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果 B．通过PCR等技术可以检测Bt抗虫蛋白基因是否表达 C．将Bt抗虫蛋白基因导入植物细胞的方法可以使用花粉管通道法或农杆菌转化法 D．将植物材料和农杆菌共同培养之前，需要对植物材料进行消毒处理 答案　B 解析　Bt蛋白与受体结合导致肠道壁穿孔，使幼虫死亡，因此促进Bt蛋白的合成有助于提高植物的抗虫效果，A项正确；可通过PCR等技术检测Bt抗虫蛋白基因是否插入到受体细胞染色体DNA上或检测Bt抗虫蛋白基因是否转录出mRNA，而检测目的基因是否表达应该采用抗原－抗体杂交技术，B项错误；将Bt抗虫蛋白基因导入植物细胞的方法可使用农杆菌转化法、基因枪法或花粉管通道法，C项正确；将植物材料和农杆菌共同培养之前，植物材料需要消毒处理，D项正确。 4．(2024·甘肃)源于细菌的纤维素酶是一种复合酶，能降解纤维素。为了提高纤维素酶的降解效率，某课题组通过筛选高产纤维素酶菌株，克隆表达降解纤维素的三种酶(如下图)，研究了三种酶混合的协同降解作用，以提高生物质资源的利用效率。回答下列问题。 (1)过程①②采用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的培养基筛选菌株X，能起到筛选作用的原因是____________。高产纤维素酶菌株筛选时，刚果红培养基上的菌落周围透明圈大小反映了_____ _______________________________________________。 (2)过程④扩增不同目的基因片段需要的关键酶是________。 (3)过程⑤在基因工程中称为____________，该过程需要的主要酶有__________。 (4)过程⑥大肠杆菌作为受体细胞的优点有______________。该过程用Ca2＋处理细胞，使其处于一种__________的生理状态。 (5)课题组用三种酶及酶混合物对不同生物质原料进行降解处理，结果如下表。表中协同系数存在差异的原因是____________ _____________________________________________(答出两点)。 生物质 原料 降解率(%) 协同系数 酶A 酶B 酶C 混1 混2 混1 混2 小麦秸秆 7.08 6.03 8.19 8.61 26.98 74.33 114.64 玉米秸秆 2.62 1.48 3.76 3.92 9.88 24.98 77.02 玉米芯 0.62 0.48 0.86 0.98 6.79 1.82 11.34 注：混1和混2表示三种酶的混合物 解析　(1)选择培养基是指一类根据特定微生物的特殊营养要求或其对某理化因素抗性的原理而设计的培养基。具有只允许特定的微生物生长，而同时抑制或阻止其他微生物生长的功能。在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择培养基中，只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖。刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物，使得含有纤维素的培养基呈现红色。当纤维素被纤维素酶分解时，刚果红与纤维素的复合物无法形成，培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。这个透明圈的大小直接反映了纤维素分解菌分解纤维素的能力。透明圈越大，说明纤维素分解菌分解纤维素的能力越强，即菌落产生的纤维素酶 的活性强、量多。(2)扩增目的基因片段在PCR仪中进行，因此需要耐高温的DNA聚合酶。(3)根据图示中酶基因与质粒载体经过过程⑤构成重组质粒，推导出过程⑤为基因表达载体的构建，该过程需要限制酶和DNA连接酶。(4)大肠杆菌作为受体细胞的优点繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等。先用Ca2＋ 处理细胞，使其成为感受态细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。将重组质粒加于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。(5)不同酶的最适温度、最适pH不同，当温度和pH改变时，酶促反应速率也会受到影响。 答案　(1)只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖　菌落产生的纤维素酶的活性和量有关　(2)耐高温的DNA聚合酶　(3)基因表达载体的构建　限制酶、DNA连接酶　(4)繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等　能吸收周围环境中DNA分子　(5)降解时的温度不同；降解时的pH不同 5．(2024·全国甲)某同学采用基因工程技术在大肠杆菌中表达蛋白E。回答下列问题。 (1)该同学利用PCR扩增目的基因。PCR的每次循环包括变性、复性、延伸3个阶段，其中DNA双链打开成为单链的阶段是_________，引物与模板DNA链碱基之间的化学键是_________。 (2)质粒载体上有限制酶a、b、c的酶切位点，限制酶的切割位点如图所示。构建重组质粒时，与用酶a单酶切相比，用酶a和酶b双酶切的优点体现在_____________________(答出两点即可)；使用酶c单酶切构建重组质粒时宜选用的连接酶是____________。 　　 (3)将重组质粒转入大肠杆菌前，通常先将受体细胞处理成感受态，感受态细胞的特点是____________；若要验证转化的大肠杆菌中含有重组质粒，简要的实验思路和预期结果是_________ ___________________________________________________________________________________________________________。 (4)蛋白E基因中的一段DNA编码序列(与模板链互补)是GGGCCCAAGCTGAGATGA，编码从GGG开始，部分密码子见表。若第一个核苷酸G缺失，则突变后相应肽链的序列是________________________________。 氨基酸 密码子 赖氨酸 AAG 精氨酸 AGA 丝氨酸 AGC 脯氨酸 CCA CCC 亮氨酸 CUG 甘氨酸 GGC GGG 终止 UGA 解析　(2)酶a和酶b切割DNA后产生不同的黏性末端，可以有效地避免目的基因自身环化，并保证目的基因在载体上(启动子与终止子之间)正向连接，提高构建基因表达载体的成功率；酶c切割DNA产生的末端是平末端，需要用T4 DNA连接酶才能连接。(3)将重组质粒导人受体细胞前，需要先用钙离子处理受体细胞，使其处于能够吸收周围环境中DNA分子的生理状态，即感受态。若要验证转化的大肠杆菌中是否含有重组质粒，可以通过PCR检测重组质粒或目的基因，实验思路为先提取转化的大肠杆菌DNA，通过PCR扩增重组质粒或目的基因，然后进行电泳鉴定， 与重组质粒或目的基因的电泳结果进行对比即可得出结论。(4)已知“GGGCCCAAGCTGAGATGA”是一段与模板链互补的DNA编码序列，且从“GGG”开始编码。据此可以推出，相应的mRNA序列为“5－GGGCCCAAGCUGAGAUGA－3”，若第一个核苷酸G缺失，则变为“5－GGCCCAAGCUGAGAUGA－ 3”，根据密码子表可知，GGC编码甘氨酸，CCA编码脯氨酸， AGC编码丝氨酸，UGA为终止密码子，故突变后相应肽链的序列为“甘氨酸－脯氨酸－丝氨酸”。 答案　(1)变性　氢键 (2)避免目的基因和质粒的任意连接、防止目的基因和质粒的自身环化 　T4DNA连接酶 (3)能够吸收周围环境中的DNA分子 实验思路：提取转化的大肠杆菌的DNA并通过PCR扩增重组质粒(目的基因)，然后以重组质粒(目的基因)为对照进行电泳鉴定并对比结果；预期结果：转化大肠杆菌DNA的PCR产物电泳后有与重组质粒(目的基因)相同的电泳条带 (4)甘氨酸－脯氨酸－丝氨酸 $$