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第2节基因工程的基本操作程序课标内容要求核心素养对接阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定。
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。
一、目的基因的筛选与获取1．目的基因(1）概念:用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
(2）实例:培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因.2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
（2)实例:在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物—-Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。
（3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因(1)PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术.(2）条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。
（3)过程：①变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链.②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链.④重复循环多次。
（4）结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n)。
二、基因表达载体的构建1．构建基因表达载体的目的(1）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。
(2）使目的基因能够表达和发挥作用。
2．基因表达载体的组成[填图］3．基因表达载体的构建首先用一定的限制酶切割载体,使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段,再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。
第2节基因工程的基本操作程序一、目的基因的筛选与获取1．培育转基因抗虫棉的四个步骤(1)目的基因的筛选与获取。
(2)基因表达载体的构建。
(3)将目的基因导入受体细胞。
(4)目的基因的检测与鉴定。
2．目的基因的筛选与获取目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
主要指编码蛋白质的基因，如与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。
(1)筛选合适的目的基因：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
(2)利用PCR获取和扩增目的基因①PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在生物体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
②目的：快速扩增目的基因。
③原理：DNA半保留复制。
④基本条件：DNA模板、4种脱氧核苷酸、2种引物、耐高温的DNA聚合酶、缓冲液。
⑤过程a．变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链。
b．复性：温度下降至50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
c．延伸：温度升至72 ℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。
⑥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)。
⑦鉴定：采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物。
⑧仪器：PCR扩增仪。
(3)在获得转基因产品的过程中，还可以通过构建基因文库来获取目的基因。
【强化记忆】图1、图2分别是PCR扩增技术相关过程，请思考回答：(1)图1所示利用PCR技术扩增目的基因，在第几轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段？提示第3轮。
(2)图2是某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，请分别说明理由。
提示第1组：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。
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一、选择题题型一目的基因导入受体细胞1．受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不相同，下列受体细胞与导入方法匹配错误的是()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 羊受精卵显微注射技术D 小麦细胞基因枪法答案 B解析花粉管通道法是一种十分简便、经济的方法，我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的，A正确；将目的基因导入微生物细胞，常采用感受态细胞法(Ca2＋处理法)，这种方法能使大肠杆菌细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B错误；显微注射技术是将目的基因导入动物细胞(如羊受精卵)的最常用、最有效的方法，C正确；双子叶植物和裸子植物常用农杆菌转化法导入目的基因，单子叶植物(如小麦)可用基因枪法导入目的基因，D正确。
2．农杆菌转化法转移目的基因进入受体细胞后，目的基因插入的位置是() A．Ti质粒上B．受体细胞染色体的DNA上C．T-DNAD．农杆菌的拟核答案 B解析在农杆菌转化法中利用农杆菌的T-DNA将目的基因整合到受体细胞染色体的DNA上。
3．目前将目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是()A．显微注射法B．农杆菌转化法C．基因枪法D．花粉管通道法答案 A解析显微注射法是迄今为止将目的基因导入动物细胞中采用最多、最有效的一种方法。
4．在基因工程技术中，需要用氯化钙处理的环节是()A．目的基因的提取和导入B．目的基因与载体结合C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的表达答案 C解析如果载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用氯化钙处理，使其成为感受态细胞，使含有目的基因的重组DNA分子更容易进入受体细胞，目的基因导入受体细胞后，就可以随着受体细胞的复制而复制。
5．基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞的主要原因是()A．结构简单，操作方便B．繁殖速度快C．遗传物质含量少，易操作D．性状稳定，变异少答案 B解析微生物一般具有以下几个特点：①个体微小，结构简单；②繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代；③代谢类型多，活性强；④易变异，相对于高等生物而言，较容易发生变异。
目的基因的检测与鉴定步骤目的基因的检测与鉴定是一项重要的生物技术，它可以帮助科学家们了解生物体内的特定基因，以及这些基因在生物体中的功能和表达方式。
下面将介绍目的基因的检测与鉴定的步骤。
第一步：提取DNA样本目的基因的检测与鉴定首先需要从生物体中提取DNA样本。
这可以通过不同的方法来实现，比如采用化学试剂的方法或者利用机械方法破碎细胞膜来释放DNA。
第二步：PCR扩增在获得DNA样本后，科学家们需要进行PCR扩增，以增加目的基因的数量。
PCR是一种基于DNA聚合酶的体外DNA复制技术。
它可以在短时间内扩增目的基因的特定区域，从而使其数量增加。
第三步：凝胶电泳分离PCR扩增后，科学家们需要进行凝胶电泳分离，以检测目的基因的扩增效果。
凝胶电泳是一种分离DNA片段的常用方法，它可以根据DNA片段的大小将其分离出来，并通过染料来可视化目的基因的扩增结果。
第四步：测序分析凝胶电泳分离后，科学家们需要进行测序分析，以确定目的基因的具体序列。
测序分析可以通过不同的方法来实现，如Sanger测序或者新一代测序技术。
通过测序分析，科学家们可以获得目的基因的完整序列信息。
第五步：功能鉴定在得到目的基因的序列后，科学家们可以进行功能鉴定，以了解目的基因在生物体中的功能和表达方式。
功能鉴定可以通过不同的方法来实现，如基因敲除、基因过表达或基因沉默等技术。
通过功能鉴定，科学家们可以深入研究目的基因的生物学功能。
目的基因的检测与鉴定包括提取DNA样本、PCR扩增、凝胶电泳分离、测序分析和功能鉴定等步骤。
这些步骤的顺序和操作方法可以根据具体的实验目的和要求进行调整和优化。
通过目的基因的检测与鉴定，科学家们可以更好地了解生物体内的基因信息，为生命科学研究和应用提供基础支持。
第8课时目的基因的导入、检测与鉴定[学习目标] 1.理解目的基因导入受体细胞的方法。
2.掌握检测与鉴定目的基因的方法。
[核心素养] 1.科学思维：结合生产实际，举例说出基因工程的基本程序。
2.社会责任：针对生产生活中的某一需求，尝试提出基因工程构想，完成初步设计。
一、将目的基因导入受体细胞1.转化的含义目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
2.转化的方法(1)导入植物细胞①农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物时最常用的方法。
a.土壤农杆菌的特点：植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌侵染，其Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体的DNA上。
b.方法步骤：目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→目的基因插入植物细胞中的染色体DNA上→目的基因表达。
②基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。
表达载体DNA包裹在微小的金粉粒子或钨粉粒子表面→用基因枪高速射入受体细胞或组织中→目的基因表达。
③花粉管通道法：在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，滴加DNA(含目的基因)，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
(2)导入动物细胞①方法：显微注射技术。
②常用受体细胞：受精卵。
③步骤：目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→胚胎早期培养→移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的转基因动物。
(3)导入微生物细胞①原核生物的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。
②常用的方法a.用Ca2＋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(这种细胞称为感受态细胞)。
b.感受态细胞和重组表达载体DNA分子在缓冲液中混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子。
1.将胰岛素基因的表达载体导入大肠杆菌，从大肠杆菌中获得的“胰岛素”未能达到期待的生物活性，导致这种差异的原因可能是什么？提示大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未经加工。
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[学习目标] 1.阐明将目的基因导入受体细胞的方法。
2.阐明目的基因的检测与鉴定的方法。
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花粉管通道法a．用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。
b．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，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。
②农杆菌转化法a．转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
b．农杆菌的特点：农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T－DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞内，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
c．目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表现出新性状的植株。
(2)将目的基因导入动物细胞①方法：显微注射技术。
②受体细胞：受精卵。
③过程：目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物。
(3)将目的基因导入微生物细胞常以大肠杆菌作为受体细胞，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。
2．目的基因的检测与鉴定(1)分子水平的检测①导入水平：通过PCR等技术检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因。
②转录水平：利用PCR等技术检测目的基因是否转录出了mRNA。
③翻译水平：用相应抗体进行抗原—抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质等。
(2)个体生物学水平的鉴定：抗虫、抗病接种实验等。
3．基因工程的基本操作程序判断正误(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可转移到植物细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起()(3)常用卵细胞作为培育转基因动物的受体细胞()(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()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)√解析(1)为培育抗除草剂的作物新品种，受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。
1．2.2目的基因的导入、检测与鉴定[学习目标] 1.理解目的基因导入受体细胞的方法。
2.掌握检测与鉴定目的基因的方法。
方式一通过前面的学习，我们了解了基因工程中目的基因的获取和基因表达载体的构建。
在目的基因与载体连接成重组DNA分子以后，下面的重要工作主要是将其导入受体细胞进行扩增和筛选，获得大量的重组DNA分子，这就是外源基因的无性繁殖，即克隆(cloning)。
方式二目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。
这是基因工程的第四步工作。
在完成将目的基因导入受体细胞这一步骤后，在全部的受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。
因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。
检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。
重组DNA分子进入受体细胞后，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过程。
一、将目的基因导入受体细胞1．转化的含义目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
2．转化的方法(1)导入植物细胞①农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和裸子植物时最常用方法。
a．土壤农杆菌的特点：植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌侵染，其Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体的DNA上。
b．方法步骤：目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→目的基因插入植物细胞中的染色体DNA上→目的基因表达。
②基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。
目的基因包裹在微小的金粉粒子或钨粉粒子表面→用基因枪高速射入受体细胞或组织中→目的基因表达。
③花粉管通道法在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，滴加目的基因，使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。
目的基因的检测与鉴定方法一、分子水平检测。
1.1 DNA分子杂交技术。
咱先来说说这个DNA分子杂交技术啊。
这就像是给目的基因和它对应的DNA来一场“认亲大会”。
把从受体细胞提取出来的DNA，和咱们用放射性同位素等标记过的含有目的基因的DNA片段放在一块儿。
如果两者能互补配对，那就是对上号了，就说明目的基因成功导入受体细胞的DNA里了。
这就好比一把钥匙开一把锁，对上了那就是找对地方了。
1.2 分子杂交技术。
这里面还有RNA分子杂交技术呢。
这是用来检测目的基因是否转录出mRNA的。
你想啊，目的基因要是在受体细胞里开始工作了，那得先转录出mRNA吧。
我们用标记的目的基因作探针，和从受体细胞里提取出来的mRNA杂交。
要是能杂交成功，就像两个久别重逢的老友紧紧相拥，那就说明目的基因转录出mRNA了。
这就像火车启动的第一步，转录成功才有后续的可能。
二、个体水平鉴定。
2.1 抗虫或抗病的接种实验。
如果咱们导入的是抗虫或者抗病的目的基因，那得检验一下到底有没有效果啊。
就拿抗虫来说，把受体植物种好，然后让害虫去“进攻”。
如果害虫吃了几口就“敬而远之”，那这植物大概率就是成功导入并表达抗虫基因了。
这就像一个战士经过训练后，要上战场检验一下是不是真的有战斗力。
要是植物被害虫吃得七零八落，那可能就是导入或者表达出问题了，就像竹篮打水一场空啊。
2.2 活性鉴定。
要是导入的是某种和活性相关的目的基因，比如说某种酶的基因。
那就得检测这个受体生物有没有表现出相应的活性。
就好比我们给一个机器安装了一个新的零件，得看看这个机器是不是能像预期的那样更好地运转。
如果有相应的活性，那就大功告成，要是没有，那就得重新检查整个过程，这就像大海捞针一样，得找出问题所在。
2.3 生长发育情况鉴定。
对于一些影响生长发育的目的基因，咱们得观察受体生物的生长发育情况。
如果导入的是让植物长得更高更壮的基因，那植物要是真的茁壮成长，就像芝麻开花节节高，那说明目的基因发挥作用了。
目的基因的检测与鉴定是遗传学研究中的重要环节，其结果对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
目的基因的检测与鉴定需要具备一定的基本条件，以下将从样本的获取、实验方法、数据分析等方面进行详细介绍。
一、样本的获取1. 标本的来源：目的基因检测与鉴定所需的样本可以来源于各种不同的组织或细胞，包括血液、唾液、组织活检等。
2. 样本的保存和处理：为了保证检测结果的准确性，样本的保存和处理至关重要。
必须采取适当的方法将样本保存在恒温条件下，避免样本受到损伤或者污染。
二、实验方法1. PCR扩增技术：PCR是目的基因检测的一种重要技术手段，通过PCR扩增可以获得目的基因的大量拷贝，为后续的检测和鉴定提供了充分的样本。
2. 测序技术：常用的测序技术包括Sanger测序和高通量测序技术，可以对PCR扩增得到的目的基因进行准确的测序分析。
3. 分子标记技术：分子标记技术如Southern blotting、Northern blotting等也是目的基因检测与鉴定中常用的手段。
三、数据分析1. 数据质控：对实验获得的数据进行质控，包括检查PCR产物的纯度和大小，测序结果的质量等，保证数据的准确性和可靠性。
2. 数据解读：对检测到的目的基因进行数据分析和解读，鉴定该基因的具体序列和功能，判断其与特定疾病的关联性。
四、设备和实验环境1. 实验设备：目的基因的检测与鉴定需要使用PCR仪、电泳仪、测序仪等一系列专业设备进行实验操作。
2. 实验室条件：实验室必须具备一定的洁净度和恒温条件，保证实验的稳定进行。
以上是目的基因检测与鉴定的基本条件，只有在具备了样本的获取、实验方法、数据分析和实验环境等方面的基本条件后，才能保证检测结果的准确性和可信度。
相信随着科学技术的不断进步和发展，目的基因检测与鉴定的方法会更加完善和高效，为疾病的诊断和治疗提供更为可靠的依据。
为了确保目的基因检测与鉴定的准确性和可靠性，除了基本条件外，还需要特别关注样本的质量控制、实验方法的优化和数据分析的精细化。
目的基因检测与鉴定分子杂交的原理一、引言二、目的基因检测的背景1. 目的基因定义与意义2. 目的基因检测方法的重要性三、分子杂交的基本概念1. 分子杂交的定义2. 分子杂交的原理四、目的基因检测与分子杂交的关系1. 目的基因检测与分子杂交的关联性2. 目的基因检测中分子杂交的作用五、分子杂交的具体步骤1. 探针设计2. 杂交反应3. 杂交信号检测和解读六、目的基因检测与鉴定分子杂交的应用领域1. 遗传疾病的检测与诊断2. 基因工程与转基因技术的应用3. 生物学研究中的目的基因检测与鉴定七、分子杂交技术的优点与局限性1. 优点2. 局限性八、分子杂交技术的发展和前景九、结论参考文献引言目的基因检测与鉴定分子杂交是一种常用的遗传学研究和基因工程技术，通过分子杂交反应可以实现对目的基因的检测、鉴定和定量分析。
本文将详细介绍目的基因检测与鉴定分子杂交的原理、方法和应用。
目的基因检测的背景1. 目的基因定义与意义目的基因是指特定基因或DNA片段，它们在生物体中具有特殊的功能或起重要的调控作用。
通过检测目的基因，可以了解其在生物体生长发育、代谢调控和疾病发生等方面的作用机制。
对目的基因的检测与鉴定有助于揭示基因功能、疾病诊断和治疗、基因工程和转基因技术的应用等方面。
2. 目的基因检测方法的重要性目的基因检测是现代遗传学和分子生物学研究的基础技术之一。
它可以追踪、定量和分析特定基因的表达水平、突变或功能状态，为相关研究提供有力的数据支持。
不同的目的基因检测方法可以选择适合的样本来源、操作简便、高效准确地进行基因检测与鉴定。
分子杂交的基本概念1. 分子杂交的定义分子杂交是指DNA或RNA的互补序列之间通过互补碱基配对形成双链结构的过程。
在杂交反应中，互补的DNA或RNA序列在适当的条件下，通过碱基间的氢键结合形成稳定的双链结构。
分子杂交反应可以应用于目的基因的检测与鉴定。
2. 分子杂交的原理分子杂交反应的原理基于互补碱基配对。
