高中生物选修 基因工程 目的基因的导入、检测与鉴定

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。

2.科学家将外源基因导入绵羊的受精卵中，由于外源基因可能随机插入到受精卵的DNA中，因而有时会导致早期胚胎死亡，请分析可能的原因是什么？提示外源基因的插入可能使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达，因而有时会导致早期胚胎死亡。

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？提示基因表达载体(重组质粒)导入农杆菌细胞时，要用Ca2＋处理农杆菌细胞，使其处于感受态，利于重组质粒的导入。

1.下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是()A.基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济和有效B.显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法C.大肠杆菌最常用的转化方法，是使细胞的生理状态发生改变D.农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法答案 A解析不同受体细胞导入目的基因的方法不同，每种方法都有利弊。

目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济和有效；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术；目的基因导入大肠杆菌最常用的转化方法是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化。

2.农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。

下图为农杆菌转化法的示意图，请回答下列问题：(1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是____________，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________的目的。

具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T-DNA片段，它具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞__________上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到______(部位)即可。

(2)根据T-DNA这一转移特点，推测该DNA片段上可能含有控制__________________(酶的种类)合成的基因。

(3)图中c过程中，能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是________类化合物。

(4)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还可采取____________________(至少写出两种)。

答案(1)单子叶植物将目的基因导入植物细胞染色体的DNA T-DNA片段(内部) (2)DNA连接酶、限制酶(3)酚(4)基因枪法、花粉管通道法解析(1)一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物，利用其感染性，可实现目的基因导入植物细胞的目的。

真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T-DNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能成功。

(2)根据T-DNA这一转移特点，可以推测该DNA片段能控制合成DNA连接酶、限制酶以实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。

(3)植物细胞受伤后可产生酚类物质，以促进农杆菌向植物细胞转移。

(4)植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉管通道法等。

生命观念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Ti质粒重新导入农杆菌；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。

二、目的基因的检测与鉴定1.分子水平的检测(1)检测目的基因是否插入受体细胞的DNA中：DNA分子杂交技术。

用放射性同位素标记的含有目的基因的单链DNA片段制成基因探针。

将转基因生物的基因组DNA提取出来，和基因探针进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已插入受体细胞的DNA中。

(2)检测目的基因是否转录：分子杂交技术。

将转基因生物提取出来的mRNA和基因探针进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已经转录。

(3)检测目的基因是否翻译：抗原—抗体杂交技术。

从转基因生物提取出来的蛋白质和相应的抗体进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已经翻译。

2.个体水平的鉴定(1)抗虫或抗病的接种实验。

(2)有的基因工程产品需要与天然产品的功能进行活性比较。

1.请辨析不同分子检测的原理。

提示检测目的基因是否插入的原理：碱基互补配对原则。

检测目的基因是否转录的原理：碱基互补配对原则。

检测目的基因是否翻译的原理：抗原与抗体特异性结合。

2.若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是什么？提示几丁质酶基因没有转录或转录的mRNA没有翻译。

3.DNA探针是利用放射性同位素等标记的特定DNA片段。

当DNA探针与待测的非标记单链DNA(或RNA)按碱基顺序互补结合时，形成标记DNA—DNA(或标记DNA—RNA)的双链杂交分子，可检测杂交反应结果。

用某人的胰岛素基因制成DNA探针，能与之形成杂交分子的是()①该人胰岛A细胞中的DNA②该人胰岛B细胞中的mRNA③该人胰岛A细胞中的mRNA④该人肝细胞中的DNAA.①③④B.①②③C.①②④D.②③④答案 C解析DNA单链能与其互补链及其转录产生的mRNA分子互补配对而形成杂交分子；人体细胞中都有胰岛素基因，但此基因只有在胰岛B细胞中才能得到表达。

4.(2019·江西南昌二中高三上学期月考)某年，欧洲、亚洲许多国家都发现了禽流感疫情，并引起了人体感染，造成多人死亡。

科学工作者经研究，发现了数种快速检验禽流感病原体的方法，以正确诊断禽流感，下列与禽流感病原体研究、诊断有关的说法中错误的是()A.镜检法：在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液，以发现病原体B.PCR：体外基因复制技术，可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍C.抗原—抗体法：用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合，发现病原体D.DNA探针技术：用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA分子作为探针，利用DNA分子杂交原理来检测病原体答案 A解析病毒在光学显微镜下无法看到，只有在电子显微镜下才能观察到，A错误；PCR用于体外快速扩增特定基因或DNA序列，B正确；病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反应，产生相应抗体，由于抗体与抗原结合具有特异性，因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合，可发现病原体，C正确；可以利用DNA分子作为探针，通过DNA分子杂交技术检测病原体，D正确。

基因工程的基本操作程序 ⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧ 目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞⎩⎪⎨⎪⎧ 导入植物细胞导入动物细胞导入微生物细胞目的基因的检测与鉴定⎩⎪⎨⎪⎧ 分子水平检测⎩⎪⎨⎪⎧ DNA 分子杂交技术分子杂交技术抗原—抗体杂交个体水平的鉴定1.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( )(2)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法( )(3)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达( )(4)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术( )(5)应用DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表达( )(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)√2.继在上海和安徽首次发现H7N9禽流感病例，我国多地出现禽流感疫情，为此某研究小组为了研制预防H7N9禽流感病毒的疫苗，开展了前期研究工作。

其简要的操作流程如下图。

下列有关叙述错误的是( ) 禽流感病毒――→提取RNA ――→①DNA ――→选择性扩增Q 基因――→②携带Q 基因的重组质粒――→③导入大肠杆菌――→④表达Q 蛋白A.步骤①所代表的过程是反转录B.步骤②需使用限制酶和DNA 连接酶C.步骤③可用CaCl 2处理大肠杆菌，使其从感受态恢复到常态D.检验Q 蛋白的免疫反应特性，可用Q 蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验答案 C解析 由图可知：步骤①是由RNA 合成DNA 的过程，表示反转录，A 正确；步骤②是把目的基因与质粒连接，构建重组质粒的过程，该过程需使用限制酶和DNA连接酶，B正确；步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌，使其从常态转化为感受态，C错误；检验Q蛋白的免疫反应特性，可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验，D正确。