2024-2025學年講義生物（選擇性人教版2019）第3章第2節(jié)第2課時將目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的檢測與鑒定

[學習目標]1.闡明將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法。2.闡明目的基因的檢測與鑒定的方法。1．將目的基因?qū)胧荏w細胞(1)將目的基因?qū)胫参锛毎倩ǚ酃芡ǖ婪╝．用微量注射器將含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。b．在植物受粉后的一定時間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道進入胚囊。②農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法a．轉(zhuǎn)化：目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。b．農(nóng)桿菌的特點：農(nóng)桿菌細胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒，當它侵染植物細胞后，能將Ti質(zhì)粒上的T－DNA(可轉(zhuǎn)移的DNA)轉(zhuǎn)移到被侵染的細胞內(nèi)，并且將其整合到該細胞的染色體DNA上。c．目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA中→導入植物細胞→整合到受體細胞的染色體DNA上→表現(xiàn)出新性狀的植株。(2)將目的基因?qū)雱游锛毎俜椒ǎ猴@微注射技術(shù)。②受體細胞：受精卵。③過程：目的基因表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物。(3)將目的基因?qū)胛⑸锛毎Ｒ源竽c桿菌作為受體細胞，一般先用Ca2＋處理大腸桿菌細胞，使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后再將重組的基因表達載體導入其中。2．目的基因的檢測與鑒定(1)分子水平的檢測①導入水平：通過PCR等技術(shù)檢測受體細胞的染色體DNA上是否插入了目的基因。②轉(zhuǎn)錄水平：利用PCR等技術(shù)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA。③翻譯水平：用相應抗體進行抗原—抗體雜交檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)等。(2)個體生物學水平的鑒定：抗蟲、抗病接種實驗等。3．基因工程的基本操作程序判斷正誤(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體細胞()(2)Ti質(zhì)粒上的T－DNA可轉(zhuǎn)移到植物細胞內(nèi)，并且與其染色體DNA整合在一起()(3)常用卵細胞作為培育轉(zhuǎn)基因動物的受體細胞()(4)檢測目的基因是否成功表達可用抗原—抗體雜交技術(shù)()(5)用PCR技術(shù)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，利用了堿基互補配對原則()(6)基因工程是否成功需進行個體生物學水平的鑒定()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)√解析(1)為培育抗除草劑的作物新品種，受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞。(3)常用受精卵作為培育轉(zhuǎn)基因動物的受體細胞。任務：分析將目的基因?qū)胧荏w細胞和目的基因的檢測與鑒定1．在用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛毎倪^程中，一定要將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T－DNA上的原因是什么？提示原因是農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T－DNA(可轉(zhuǎn)移的DNA)可轉(zhuǎn)移到被侵染的細胞，并且將其整合到該細胞的染色體DNA上。2．基因表達載體中已經(jīng)具備標記基因(如抗生素抗性基因)，對受體細胞進行了篩選，為什么基因工程的第四步還要對目的基因進行檢測和鑒定？提示在含抗生素的選擇培養(yǎng)基上能生長的是導入了載體的細胞，這里的載體可能是基因表達載體，也可能是未插入目的基因的空載體。因此第四步需要對目的基因是否導入進行進一步的檢測。此外，即便在選擇培養(yǎng)基上能生長的細胞中導入的是基因表達載體，但是仍然不知道目的基因插入的位置、方向等是否正確，能否正確表達，因此也需要在轉(zhuǎn)錄和翻譯以及個體水平上進行檢測和鑒定。3．如果目的基因是抗蟲基因，在個體水平上怎么檢測？如果目的基因是耐鹽基因呢？提示如果目的基因是抗蟲基因，則要進行抗蟲接種實驗。如果目的基因是耐鹽基因，則要用一定濃度的鹽水澆灌。1．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中兩次拼接、兩次導入的辨析(1)兩次拼接：第一次拼接是將目的基因拼接到Ti質(zhì)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拼接到受體細胞染色體的DNA上。(2)兩次導入：第一次導入是將含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導入農(nóng)桿菌；第二次導入(非人工操作)是將含目的基因的T－DNA導入受體細胞。2．受體細胞的選擇(1)對于植物來說，受體細胞可以是受精卵或體細胞，因為植物細胞具有全能性。(2)對于動物來說，受體細胞一般是受精卵，因為受精卵的全能性高，而高度分化的動物體細胞的全能性受到抑制。(3)大腸桿菌和酵母菌在基因工程中都可以作為受體細胞，但又有所不同。大腸桿菌為原核細胞，而酵母菌為真核細胞(具有多種細胞器)，所以在生產(chǎn)需要加工和分泌的蛋白質(zhì)時，酵母菌比大腸桿菌有優(yōu)勢。A．圖中Ⅰ是質(zhì)粒，步驟①需要用到限制酶和DNA連接酶B．圖中Ⅱ是含目的基因的重組質(zhì)粒，步驟②是將重組質(zhì)粒導入棉花細胞C．圖中Ⅲ是農(nóng)桿菌，通過步驟③將目的基因?qū)胫参锛毎鸇．剔除培育成功的抗蟲棉體內(nèi)的四環(huán)素抗性基因不會影響抗蟲基因的表達答案B解析題圖中Ⅰ為質(zhì)粒，步驟①為基因表達載體的構(gòu)建，需要用到限制酶和DNA連接酶，A正確；題圖中步驟②是將重組質(zhì)粒導入農(nóng)桿菌細胞，B錯誤；基因的表達具有一定的獨立性，剔除培育成功的抗蟲棉體內(nèi)的四環(huán)素抗性基因不影響抗蟲基因的表達，D正確。2．(2023·陜西西安高二調(diào)研)科學家將蘇云金桿菌中的Bt抗蟲蛋白基因(抗蟲基因)導入棉花的愈傷組織細胞并進行組織培養(yǎng)獲得棉花植株。經(jīng)棉鈴蟲飼喂實驗，發(fā)現(xiàn)棉花植株并無抗蟲性狀，科學家提取棉花葉片細胞中的有關(guān)成分進行了如下操作。下列有關(guān)分析錯誤的是()A．提取細胞中的蛋白質(zhì)，采用抗原—抗體雜交技術(shù)進行檢測，若檢測到細胞中無Bt抗蟲蛋白，則說明抗蟲基因不能表達B．若經(jīng)A檢測確定細胞中無Bt抗蟲蛋白，可采用PCR等技術(shù)檢測細胞中的RNA，若測到Bt抗蟲蛋白的mRNA，則說明抗蟲基因能正常轉(zhuǎn)錄和翻譯C．若經(jīng)B檢測確定細胞中無Bt抗蟲蛋白的mRNA，可采用PCR等技術(shù)檢測細胞中的DNA，若能檢測到抗蟲基因，則可能是抗蟲基因反向插入載體中或抗蟲基因不能正常轉(zhuǎn)錄D．若經(jīng)C檢測確定細胞中無抗蟲基因，則可能是將沒有目的基因的載體DNA分子導入了受體細胞答案B解析若經(jīng)A檢測確定細胞中無Bt抗蟲蛋白，可采用PCR等技術(shù)檢測細胞中的RNA，若能檢測到Bt抗蟲蛋白的mRNA，則可能是抗蟲基因能轉(zhuǎn)錄，但不能正常翻譯出蛋白質(zhì)，B錯誤。題組一將目的基因?qū)胧荏w細胞1．我國科學家獨創(chuàng)的花粉管通道法，可以使目的基因借助花粉管通道進入受體細胞，是一種十分簡便經(jīng)濟的方法，對此認識正確的是()A．不必構(gòu)建表達載體就可以直接導入B．此方法可用于轉(zhuǎn)基因動物C．受體細胞只能是植物的卵細胞D．有時可以取代農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法答案D解析要讓目的基因進入受體細胞后能穩(wěn)定存在并得到復制和表達，不管采用什么導入方法，都需要構(gòu)建表達載體才能實現(xiàn)，A錯誤；花粉管通道法只適用于轉(zhuǎn)基因植物的培育，B錯誤；采用花粉管通道法時，植物受體細胞一般是植物體細胞或受精卵，通常不選卵細胞，C錯誤。2．(2023·福建南平高二檢測)下列關(guān)于將目的基因?qū)胧荏w細胞的敘述，錯誤的是()A．用一定濃度的CaCl2溶液處理大腸桿菌，以改變大腸桿菌細胞的生理狀態(tài)B．將目的基因轉(zhuǎn)入微生物細胞常用顯微注射法C．對于動物來說，受體細胞一般是受精卵D．通過基因工程大量獲得胰島素時，受體細胞選擇酵母菌比大腸桿菌更有優(yōu)勢答案B解析將目的基因轉(zhuǎn)入動物細胞常用顯微注射法，將目的基因轉(zhuǎn)入微生物細胞常用Ca2＋處理法，B錯誤。題組二目的基因的檢測與鑒定3．(2023·吉林白城高二期末)利用外源基因在受體細胞中表達，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列各項中能說明目的基因在受體細胞中完成了表達的是()A．從酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白B．山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素DNA序列C．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNAD．棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因答案A解析基因表達的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，因此，只有在受體細胞中檢測或提取到了相應蛋白質(zhì)才能證明目的基因在受體細胞中完成了表達，B、D項只能說明完成了目的基因的導入，C項只能說明完成了目的基因的導入和目的基因的轉(zhuǎn)錄過程。4．目的基因?qū)胧荏w細胞后，需要檢測目的基因是否可以維持穩(wěn)定和表達其遺傳特性。下列關(guān)于目的基因的檢測和鑒定的敘述，正確的是()A．目的基因能否在受體細胞中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是能否轉(zhuǎn)錄出mRNAB．可采用PCR檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄和翻譯C．可從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)來檢測目的基因是否翻譯成相應蛋白質(zhì)D．抗蟲、抗病檢驗用于確定轉(zhuǎn)基因生物是否具備相關(guān)性狀屬于分子水平的檢測答案C解析目的基因?qū)胧荏w細胞后，首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物(染色體)DNA上是否插入了目的基因，這是目的基因能否在受體細胞中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵，A錯誤；PCR可用于檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄，檢測目的基因是否翻譯用抗原—抗體雜交技術(shù)，B錯誤；抗蟲、抗病檢驗用于確定轉(zhuǎn)基因生物是否具備相關(guān)性狀屬于個體生物學水平的鑒定，D錯誤。題組三基因工程基本操作程序5．下列敘述不正確的是()A．啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點B．在基因工程的基本步驟中，不進行堿基互補配對的是將目的基因?qū)胧荏w細胞C．細菌常常用作基因工程的受體細胞，主要原因是繁殖速度快D．某醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛，可以想象這頭牛發(fā)生了基因突變答案D解析某醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛，這頭牛發(fā)生了基因重組，D錯誤。6．科學家將人的生長激素基因與某種細菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子進行重組，并成功地在該細菌中得以表達(如圖)。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．過程①合成人生長激素基因的過程需要用到逆轉(zhuǎn)錄酶B．過程③是將重組質(zhì)粒溶于緩沖液后與經(jīng)Ca2＋處理的細菌B混合C．成功導入了重組質(zhì)粒的細菌B在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上不能生長D．可采用抗原—抗體雜交技術(shù)檢測工程菌中生長激素基因是否成功表達答案C解析成功導入了重組質(zhì)粒的細菌B，因目的基因插入質(zhì)粒后，破壞了四環(huán)素抗性基因，所以在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能生長，C錯誤。7．科學家通過改變一種名為NR2B的基因研制出了轉(zhuǎn)基因超級小鼠Hobbie－J，Hobbie－J比普通老鼠更加聰明，大腦運轉(zhuǎn)更加迅速，它能夠輕松完成迷宮任務。下列關(guān)于Hobbie－J產(chǎn)生過程的描述，錯誤的是()A．NR2B基因可通過PCR技術(shù)進行擴增B．改變后的NR2B基因作為目的基因，可直接注入小鼠受精卵內(nèi)C．通常采用顯微注射技術(shù)將改變后的NR2B基因重組質(zhì)粒導入小鼠受精卵內(nèi)D．可采用PCR等技術(shù)檢測改變后的NR2B基因是否插入到小鼠染色體DNA答案B解析8．下列敘述正確的是()A．欲培育出在肝細胞特異性表達目的基因的轉(zhuǎn)基因小鼠，需將基因表達載體導入小鼠肝細胞B．PCR擴增目的基因需設計特異性的引物C．構(gòu)建表達載體需要限制酶和RNA聚合酶D．通過PCR檢測目的基因是否完成表達答案B解析將基因表達載體導入小鼠受精卵以獲得轉(zhuǎn)基因小鼠，A錯誤；構(gòu)建表達載體需要限制酶和DNA連接酶，C錯誤；檢測目的基因是否完成表達常用抗原—抗體雜交技術(shù)，D錯誤。9．(2023·江蘇淮安高二質(zhì)檢)α1-抗胰蛋白酶缺乏癥是北美常見的一種單基因遺傳病，患者成年后會出現(xiàn)肺氣腫及其他疾病，嚴重者甚至死亡。利用基因工程技術(shù)將控制該酶合成的基因?qū)胙虻氖芫?，最終培育出能在乳腺細胞表達人α1-抗胰蛋白酶的轉(zhuǎn)基因羊，從而更容易獲得這種酶。下列關(guān)于該過程的敘述中，錯誤的是()A．載體上綠色熒光蛋白基因(GFP基因)的作用是便于篩選含有目的基因的受體細胞B．將目的基因?qū)胙蚴芫阎?，可以使用顯微注射法C．培養(yǎng)出的轉(zhuǎn)基因羊的所有細胞中都含有該目的基因，故該羊有性生殖產(chǎn)生的后代也都能產(chǎn)生α1-抗胰蛋白酶D．轉(zhuǎn)基因母羊乳腺細胞中α1-抗胰蛋白酶基因才會得以表達，因此可以從乳汁中提取α1-抗胰蛋白酶答案C解析轉(zhuǎn)基因羊有性生殖產(chǎn)生的后代發(fā)生性狀分離，產(chǎn)生的后代可能沒有目的基因，也就不能產(chǎn)生α1-抗胰蛋白酶，C錯誤。10．研究人員用三種基因探針，通過分子雜交技術(shù)分別對某動物三種細胞中的mRNA進行檢測，結(jié)果(有無雜交帶)如表所示。下列說法正確的是()探針細胞輸卵管細胞未成熟紅細胞胰島B細胞卵清蛋白基因探針有無無β-珠蛋白基因探針無有無胰島素基因探針無無有A.不出現(xiàn)雜交帶表明相應基因不表達B．三種探針中的核苷酸序列相同C．三種細胞中蛋白質(zhì)種類完全不同D．用上述探針分別檢測三種細胞的DNA，實驗結(jié)果不變答案A解析不出現(xiàn)雜交帶可說明相應的基因沒有轉(zhuǎn)錄形成mRNA，即沒有表達，A正確；三種基因不同，因此三種探針的核苷酸序列也不相同，B錯誤；由于基因的選擇性表達，三種細胞中蛋白質(zhì)種類不完全相同，C錯誤；三種細胞來源于同一個受精卵的有絲分裂，含有的DNA相同，用題述探針分別檢測三種細胞的DNA，實驗結(jié)果相同，D錯誤。11．(2023·山東煙臺高二期中)如圖是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育新品種植物的部分操作程序，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．過程①需使用不同的限制酶切割B．過程②需用T4DNA連接酶連接C．過程③需采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法介導D．過程④需采用選擇性培養(yǎng)基進行篩選答案C解析過程②是目的基因表達載體的構(gòu)建過程，由題圖可知，該過程既要連接黏性末端又要連接平末端，因此該過程中需用T4DNA連接酶連接，B正確；過程③是將重組質(zhì)粒導入農(nóng)桿菌的過程，該過程可以用鈣離子處理使農(nóng)桿菌處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，C錯誤。12．番茄葉片受害蟲的損傷后，葉肉細胞迅速合成蛋白酶抑制劑，抑制害蟲的消化作用。人們嘗試將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩?，以對付猖獗的玉米螟。如圖為培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的流程圖，下列有關(guān)敘述正確的是()A．用限制性內(nèi)切核酸酶切割番茄的DNA得到的產(chǎn)物就是蛋白酶抑制劑基因B．用Ca2＋處理玉米受體細胞，有利于含目的基因的重組質(zhì)粒導入C．重組Ti質(zhì)粒應有RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，以啟動蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)錄D．若將目的基因?qū)胗衩谆ǚ奂毎?，通過花藥離體培養(yǎng)可獲得穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米答案C解析目的基因是用限制性內(nèi)切核酸酶將DNA酶切后得到的，需篩選，A錯誤；Ca2＋用于處理細菌細胞，B錯誤；基因成功表達的前提是能轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)錄時需RNA聚合酶識別轉(zhuǎn)錄的起點才能啟動，C正確；花藥離體培養(yǎng)得到的是玉米的單倍體，需再用秋水仙素處理單倍體，使染色體數(shù)目加倍才能得到穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米，D錯誤。13．(2023·河北承德高二期末)科學家通過基因工程技術(shù)，將蘇云金桿菌的Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入到普通棉株細胞內(nèi)，并成功實現(xiàn)了表達，從而培育出了能抗棉鈴蟲的棉花植株——抗蟲棉。其大致過程如圖所示，分析回答下列問題：(1)用Ti質(zhì)粒作為載體，是因為Ti質(zhì)粒上有____________，它能將Bt抗蟲蛋白基因整合到棉花細胞的____________________上。(2)將Bt抗蟲蛋白基因?qū)朊藁毎麅?nèi)采用的方法是____________________。將基因表達載體轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌，首先必須用________處理農(nóng)桿菌。(3)檢測Bt抗蟲蛋白基因在抗蟲棉中是否成功表達，在分子水平上的檢測方法是___________；要確定抗蟲棉是否具有抗蟲特性，還需要進行____________水平的鑒定。答案(1)T－DNA染色體DNA(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法Ca2＋(3)抗原—抗體雜交技術(shù)個體生物學14．大腸桿菌pUC18質(zhì)粒是基因工程中常用的載體。某限制酶在此質(zhì)粒上的唯一酶切位點位于LacZ基因中，如果沒有插入外源基因，LacZ基因便可表達出β-半乳糖苷酶。當培養(yǎng)基中含有IPTG和X－gal時，X－gal便會被β-半乳糖苷酶水解成藍色，大腸桿菌將形成藍色菌落。反之，則形成白色菌落。如圖表示利用此質(zhì)粒實施基因工程的主要流程。請分析并回答下列問題：(1)對已獲得的目的基因可利用__________技術(shù)進行擴增。(2)目的基因插入質(zhì)粒構(gòu)建重組質(zhì)粒的過程中，需要用DNA連接酶恢復____________鍵。(3)將試管Ⅰ中的物質(zhì)和大腸桿菌共同置于試管Ⅱ的目的是________________；大腸桿菌需事先用Ca2＋進行處理，目的是______________________________________________