生物选择性必修3 第2课时 将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定Word格式文档下载.docx
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为使大肠杆菌易吸收DNA分子,应先用氯化钙溶液进行处理,使大肠杆菌处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态,B正确;
显微注射技术是将目的基因导入动物细胞最为有效的一种方法,C正确;
农杆菌转化法可将目的基因导入双子叶植物细胞,D错误。
答案 D
[变式训练](2020·
郑州一中高二期末)下列关于农杆菌转化法的叙述,错误的是( )
A.农杆菌是一种生活在土壤中的微生物,能在自然情况下侵染双子叶植物和裸子植物
B.可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与农杆菌共同培养,然后筛选转化细胞,并再生成植株
C.可以将花序直接浸没在含有农杆菌的溶液中一段时间,然后培养植物并获得种子,再进行筛选鉴定
D.由于农杆菌自然状态下对大多数单子叶植物没有侵染能力,所以不可能利用农杆菌转化法转化玉米、水稻等单子叶植物细胞
解析 随着转化方法的突破,用农杆菌侵染水稻、玉米等多种单子叶植物也取得了成功,D错误。
联想质疑
★显微注射法
★花粉管通道法
1.将目的基因导入植物细胞,通常有哪些方法?
花粉管通道法和农杆菌转化法。
2.将目的基因导入动物细胞时,受体细胞通常选择什么细胞?
采用何种方法导入?
动物受精卵,显微注射法。
目的基因的检测与鉴定
(1)常使用PCR等技术,从分子水平上检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或Bt基因是否转录出mRNA。
(2)从分子水平上检测目的基因是否翻译出相关蛋白质的方法之一是利用抗原—抗体杂交技术。
(3)可以通过盐碱地栽培试验从细胞水平上检测转基因抗盐碱作物是否具有抗盐碱的特性以及抗盐碱的程度。
作物抗盐碱栽培试验属于个体生物学水平。
大名县第一中学高二期末)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,只有通过鉴定和检测才能知道。
下列属于目的基因检测和鉴定关键步骤的是( )
A.检测受体细胞是否有目的基因B.检测受体细胞是否有致病基因
C.检测目的基因是否转录mRNAD.检测目的基因是否翻译蛋白质
解析 检测受体细胞中是否有目的基因是鉴定和检测的第一步,但即便受体细胞中存在目的基因,不能说明目的基因一定会稳定遗传并表达,A错误;
目的基因不一定是致病基因,B错误;
检测目的基因是否转录mRNA,但能否翻译成相应的所需蛋白质却不一定,所以该步不是最关键的步骤,C错误;
检测目的基因是否翻译蛋白质是检测目的基因是否表达的最后步骤,如果存在该蛋白质,说明目的基因能在受体细胞内稳定存在并能表达,D正确。
漯河四高高二期末)PCR在生物学实验中具有非常广泛的用途,下列不属于PCR的应用范畴的是( )
A.扩增和筛选目的基因B.检测目的基因是否导入受体细胞
C.检测目的基因是否转录出mRNAD.检测目的基因是否翻译出蛋白质
解析 检测目的基因是否翻译出蛋白质,常使用抗原—抗体杂交的方法,D错误。
★转Bt抗虫玉米
1.目的基因已经插入受体细胞的染色体DNA上,为什么还要进行转录和翻译水平的检测?
插入的目的基因不一定会表达。
2.从目的基因表达的角度上看,目的基因的检测与鉴定主要包括哪些步骤?
检测的技术手段分别是什么?
①检测目的基因是否转录出mRNA:
PCR等技术;
②检测目的基因是否翻译出特定的蛋白质:
抗原—抗体杂交技术。
DNA片段的扩增及电泳鉴定
1.DNA片段的扩增
2.PCR扩增产物的电泳鉴定
(1)利用PCR扩增DNA片段时,在第一轮循环的变性之前,通常要用94℃的高温处理反应液5min进行预变性。
(2)PCR中离心的目的是让反应组分在离心管中分层分布。
PCR中离心的目的是让反应组分集中分布在离心管的底部。
(3)电泳鉴定PCR产物时,应在每个加样孔中加入等量的PCR产物与凝胶载样缓冲液的混合液。
电泳鉴定PCR产物时,应在一个加样孔中加入分子大小的标准参照物,其他加样孔中加入等量的PCR产物与凝胶载样缓冲液的混合液。
江苏卷,33)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,简捷地分析出已知序列两侧的序列,具体流程如图(以EcoRⅠ酶切为例):
请据图回答问题:
(1)步骤Ⅰ用的EcoRⅠ是一种________酶,它通过识别特定的________切割特定位点。
(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3′-羟基与5′-磷酸间形成________;
PCR循环中,升温到95℃是为了获得________;
TaqDNA聚合酶的作用是催化_________________________________________________________。
(3)若如表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物,步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是________(从引物①②③④中选择,填编号)。
DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)
已知
序列
PCR
引物
①5′-AACTATGCGCTCATGA-3′
②5′-GCAATGCGTAGCCTCT-3′
③5′-AGAGGCTACGCATTGC-3′
④5′-TCATGAGCGCATAGTT-3′
(4)对PCR产物测序,经分析得到了片段F的完整序列。
下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是________。
A.5′-AACTATGCG┈┈AGCCCTT-3′
B.5′-AATTCCATG┈┈CTGAATT-3′
C.5′-GCAATGCGT┈┈TCGGGAA-3′
D.5′-TTGATACGC┈┈CGAGTAC-3′
解析
(1)根据题图可知,步骤Ⅰ是获取目的DNA片段,所用的酶EcoRⅠ是一种限制酶,其能识别特定的核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
(2)步骤Ⅱ是将目的DNA片段连接成环状,其中DNA连接酶的作用是催化相邻核苷酸之间的3′—羟基和5′—磷酸间形成磷酸二酯键。
PCR循环中,升高温度到95℃是为了打开氢键使双链解旋,获得DNA单链,TaqDNA聚合酶的作用是催化游离的脱氧核苷酸连接到引物3′端,合成DNA子链。
(3)引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始延伸DNA子链,因为DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸,故为扩增未知序列,选择的与模板链相结合的引物应为5′-TCATGAGCGCATAGTT-3′(引物④)和5′-GCAATGCGTAGCCTCT-3′(引物②)。
(4)分析题意可知,片段F的两端为限制酶EcoRⅠ切割后产生的黏性末端,因此其5′端序列应为AATT-,3′端序列应为-TTAA,B正确。
答案
(1)限制性内切核酸(或限制) 核苷酸序列
(2)磷酸二酯键 DNA单链 以DNA为模板的DNA链的延伸 (3)②④ (4)B
北京四中高二期末)用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时,得到以下电泳图谱,其中1号为DNA标准样液(Marker),10号为蒸馏水。
PCR时加入的模板DNA如图所示。
据此做出分析不合理的是( )
A.PCR产物的分子大小在250至500bp之间
B.3号样品为不含目的基因的载体DNA
C.9号样品对应植株不是所需的转基因植株
D.10号的电泳结果能确定反应体系等对实验结果没有干扰
解析 PCR过程中,可以通过设计特定的引物来扩增特定的DNA片段。
4~9号是转基因植株,理论上应包含目的基因,结合2号野生型和10号蒸馏水组的结果,推测包含目的基因的片段大小应为250~500bp,A正确;
3号PCR结果包含250~500bp片段,应包含目的基因,B错误;
9号PCR结果不包含250~500bp片段,所以不是所需转基因植株,C正确;
10号放入蒸馏水,可排除反应体系等对结果的干扰,由图可知,10号的电泳结果能确定反应体系等对实验结果没有干扰,D正确。
答案 B
★微量移液器
1.PCR过程需要解旋吗?
是通过什么手段实现的?
需要,高温。
2.加液时,都需要加入哪些组分?
扩增缓冲液、4种脱氧核苷酸、引物、TaqDNA聚合酶、模板DNA、水等。
(1)为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的微量移液管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压蒸汽灭菌。
(2)在向微量离心管中添加反应组分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头都必须更换。
思维导图
晨读必背
1.转化是指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.将目的基因导入植物细胞的常用方法除了花粉管通道法之外,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直接将目的基因注入动物的受精卵中。
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。
随堂检测
1.下图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。
据图分析下列叙述正确的是( )
A.过程①需要DNA连接酶
B.过程②需要限制酶
C.目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的
D.若某质粒能与目的基因Ⅰ重组,则该质粒和Ⅰ的碱基序列相同
解析 过程①发生碱基互补配对,不需要DNA连接酶,A错误;
过程②发生碱基互补配对,不需要限制酶,B错误;
用人工的方法化学合成目的基因必须知道目的基因的碱基序列,C正确;
某质粒能与目的基因重组,只需要有相同的黏性末端即可,不必所有序列都相同,D错误。
答案 C
2.科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因,并以Ti质粒作为载体,采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。
下列有关叙述正确的是( )
A.质粒是最常用的载体之一,质粒的存在与否对宿主细胞的生存有决定性的作用
B.应将抗枯萎病基因导入受精卵,否则不能达到该基因在各组织细胞都表达的目的
C.抗枯萎病基因能在金花茶细胞中表达,是因为两者的DNA结构相同
D.通过该方法获得的抗枯萎病金花茶,将来产生的花粉中不一定含有该抗病基因
解析 一般来说,质粒对受体细胞无害,即存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用,A错误;
由于植物细胞具有全能性,则转基因植物的受体细胞可以是受精卵或体细胞,B错误;
抗枯萎病基因之所以能在金花茶细胞中表达,原因是两者共用一套遗传密码,并且基因表达方式相同,C错误;
导入受体细胞的抗枯萎病的基因是单个的,而花粉是减数分裂后的产物,因此有的花粉是不带有抗病基因的,D正确。
3.常用DNA进行亲子鉴定。
其原理是从被测试者的血液或口腔上皮细胞中提取DNA,用限制性内切核酸酶将DNA样本切成特定的小片段,放进凝胶内,用电泳推动DNA小片段分离,再使用特别的DNA探针去寻找特定的目的基因。
DNA探针与相应的基因凝聚在一起,然后,利用特别的染料在X光下,便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。
被测试者这种肉眼可见的条码很特别,一半与母亲的吻合,一半与父亲的吻合。
反复几次该过程,每一种探针用于寻找DNA的不同部位形成独特的条码,用几组不同的探针,可得到超过99.9%的父系分辨率。
请问,DNA探针是指( )
A.某一个完整的目的基因
B.目的基因片段的特定DNA
C.与目的基因相同的特定双链DNA
D.与目的基因互补的特定单链DNA
解析 根据题干信息“用限制性内切核酸酶将DNA样本切成特定的小片段,放进凝胶内,用电泳推动DNA小片段分离,再使用特别的DNA探针去寻找特定的目的基因”可知,DNA探针不是一个完整的目的基因,A错误;
DNA探针不是目的基因片段的特定DNA,B错误;
“每一种探针用于寻找DNA的不同部位形成独特的条码”,指的是根据碱基互补配对原则形成的杂交带,所以DNA探针是与目的基因互补的特定单链DNA,C错误,D正确。
4.(2020·
辽宁高二期末)如图表示利用基因工程制备抗体的基本途径,据图回答下列问题:
(1)上图中的细胞①是________,过程②是________过程。
(2)抗体基因可以通过PCR技术扩增获得。
首先从基因组数据库中查询需合成的抗体基因mRNA的核苷酸序列,以便根据这一序列设计合成________________,并以上图中的________________为模板直接进行PCR扩增。
若下图为第一轮循环产生的产物,请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物________________。
(要求:
在产物中标出a、b链和引物的种类)
(3)图中将目的基因导入大肠杆菌的过程中,________________(填“要”或“不需要”)利用Ca2+处理大肠杆菌制备感受态细胞,原因_________________________
_____________________________________________________________________。
(4)为检测目的基因在大肠杆菌中是否翻译,可从大肠杆菌中提取________,进行________杂交实验。
解析
(1)通过分析可知,图中的细胞①是浆细胞,过程②是逆转录过程。
(2)从基因组数据库中查询抗体基因mRNA的核苷酸序列,以便根据这一序列设计合成引物,用于PCR扩增。
并以题图中的cDNA为模板直接进行PCR扩增。
图中为第1轮循环产生的产物,则以a链和b链为模板经PCR扩增的产物如图:
(3)不需要利用Ca2+处理大肠杆菌制备感受态细胞,原因是噬菌体可以侵染大肠杆菌,将重组DNA分子注入大肠杆菌。
(4)检测目的基因在大肠杆菌中是否翻译成功,可从大肠杆菌中提取抗体,进行抗原—抗体杂交实验。
答案
(1)浆细胞 逆转录
(2)引物 cDNA
(3)不需要 噬菌体可以侵染大肠杆菌,将重组DNA分子注入大肠杆菌 (4)抗体 抗原—抗体
课时作业
(时间:
30分钟)
知识点1 将目的基因导入受体细胞
1.(2019·
石嘴山市第三中学高二期末)利用农杆菌转化法将目的基因转入受体细胞后,目的基因插入的位置是( )
A.Ti质粒上B.受体细胞染色体DNA上
C.TDNA上D.农杆菌的拟核
解析 植物基因工程中,可以用土壤农杆菌作为转移目的基因表达载体的工具,土壤农杆菌细胞内含有质粒,该质粒称为Ti质粒。
农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。
根据农杆菌的这一特点,如果将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上,故选B。
2.(2020·
北京高二期末)土壤农杆菌侵染植物细胞时,Ti质粒上的TDNA片段转入植物的基因组.利用农杆菌以Ti质粒作为运载体进行转基因,下列相关叙述正确的是( )
A.目的基因应插入TDNA片段外,以防止破坏TDNA
B.用Ca2+处理农杆菌,以利于其侵染植物细胞
C.Ti质粒是一种环状DNA分子,属于细菌的拟核DNA
D.TDNA片段有利于介导外源DNA整合到植物的染色体
解析 在农杆菌转化法中,需要将目的基因插入到TDNA片段上,A错误;
农杆菌转化法中不需要用Ca2+处理农杆菌,应直接利用土壤农杆菌感染植物细胞,B错误;
Ti质粒是一种环状DNA分子,是存在于细菌拟核DNA之外的DNA,C错误;
TDNA片段有利于介导外源DNA整合到植物的染色体,D正确。
3.(2020·
上海高二月考)下图表示将北极比目鱼中的抗冻基因转移到农杆菌中的过程示意图,下列判断正确的是( )
A.过程①示意获取目的基因,该过程中的模板是DNA
B.过程①中需要DNA聚合酶
C.过程②需要用到的工具酶是限制酶和DNA聚合酶
D.基因工程中选用质粒作为载体是因为质粒能独立存在不会被整合到宿主DNA上
解析 ①表示采用反转录法合成目的基因及目的基因的扩增过程,用反转录法合成目的基因时模板是mRNA,而目的基因扩增时的模板是DNA,A错误;
①表示采用反转录法合成目的基因及目的基因的扩增过程,其中基因的扩增过程需要DNA聚合酶,B正确;
②为基因表达载体的构建过程,需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶,C错误;
基因工程中选用质粒作为载体是因为质粒能进行独立和稳定的DNA自我复制,D错误。
4.(2019·
河北高一期末)下列有关基因工程中目的基因的正确叙述是( )
A.用同种限制酶切割载体与含目的基因的DNA片段可获相同黏性末端
B.只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达
C.目的基因与载体结合的过程发生在细胞内
D.目的基因导入受体细胞后,受体细胞即发生基因突变
解析 每一种限制酶能识别特异性的碱基序列,并在特定位点进行切割,所以用同种限制酶切割载体与含目的基因的DNA片段可获相同黏性末端,A正确;
目的基因进入了受体细胞不一定能成功实现表达,还要通过进一步检测和鉴定才能确定目的基因是否表达,B错误;
目的基因与载体结合的过程发生在细胞外,C错误;
基因工程的原理是基因重组,不是基因突变,所以目的基因导入受体细胞后,受体细胞即发生了基因重组,D错误。
答案 A
5.(2020·
天津高二期末)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示,有关叙述正确的是( )
A.过程①需使用反转录酶
B.过程②利用PCR扩增CarE基因需使用解旋酶和耐高温的DNA聚合酶
C.过程③可用NaCl溶液处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞
D.过程④可利用抗原—抗体杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞
解析 过程①表示反转录,需要反转录酶的催化,A正确;
过程②表示目的基因的获取,在利用PCR技术对获取的目的基因进行扩增的过程中,不需要使用解旋酶,解旋是通过高温解链实现的,B错误;
过程③表示将目的基因导入受体细胞,若受体细胞为大肠杆菌细胞,则需要用CaCl2溶液处理,使之成为感受态细胞,C错误;
过程④可利用DNA分子杂交技术,鉴定目的基因是否已导入受体细胞,D错误。
知识点2 目的基因的检测与鉴定
6.(2020·
黑龙江哈尔滨市第六中学校高二期末)利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内,转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%,体型大50%,在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用( )
A.乳腺细胞B.体细胞
C.受精卵D.精巢
解析 转基因羊全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂,遗传物质都与受精卵完全相同,且受精卵体积较大,容易操作,也能保证发育成的个体的所有细胞都含有生长激素基因,C正确。
7.(2020·
黑龙江哈尔滨三中高二期末)科学家在河南华溪蟹中找到了金属硫蛋白基因,并以质粒为载体,采用转基因方法培育出了汞吸收能力极强的转基因烟草。
下列有关说法正确的是( )
A.培育转基因烟草时选用的受体细胞一定是受精卵
B.金属硫蛋白基因需要插入到质粒上再转移到受体细胞中
C.金属硫蛋白基因必须位于重组质粒的起始密码和终止密码之间才能进行表达
D.金属硫蛋白基因编码区的碱基对数目等于金属硫蛋白中氨基酸数目的3倍
解析 由于植物细胞具有全能性,因此植物基因工程的受体细胞可以是受精卵或体细胞,A错误;
金属硫蛋白基因需插入到质粒的TDNA上,再转移到受体细胞中,B正确;
金属硫蛋白基因必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行表达,C错误;
金属硫蛋白基因属于真核生物的基因,其编码区是不连续的,包括了外显子和内含子,故其编码的碱基对的数目大于金属硫蛋白中氨基酸数目的3倍,D错误。
知识点3 DNA片段的扩增及电泳鉴定
8.(2020·
北京高二期末)B基因存在于水稻基因组中,仅在体细胞和精子中正常表达,在卵细胞中不转录。
为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验来获取能够在卵细胞中表达B基因的转基因植株。
注:
启动子﹡指可在水稻卵细胞中启动转录的启动子;
Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光
下列关于该实验的叙述,不正确的是( )
A.B基因在水稻卵细胞中不转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录
B.可从水稻体细胞和精子中提取RNA构建的cDNA文库中获得B基因中编码蛋白的序列
C.过程②在培养基中应加入卡那霉素以检测TDNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上
D.在鉴定和筛选转基因植株时,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光
解析 启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,所以B基因在水稻卵细胞中不能转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录,A正确;
目的基因获取途径之一就是从cDNA文库中获得,B正确;
检测TDNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上,应该用PCR等技术,C错误;
由于基因表达载体上有Luc基因,其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光,所以在鉴定和筛选转基因植株时,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光,D正确。
9.(2020·
天津静海一中高二期末)研究人员用图1中质粒和图2中含目的基因的片段构建重组质粒(图中标注了相关限制酶切割位点),将重组质粒导入大肠杆菌后进行筛选及PCR鉴定。
以下叙述不正确的是( )
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