届高中生物基因工程12基因工程的基本操作程序导学案选修3教案说课材料.docx

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届高中生物基因工程12基因工程的基本操作程序导学案选修3教案说课材料

基因工程的基本操作程序（第一课时）

【学习目标】

1．说出基因工程基本操作程序。

2．掌握获取目的基因的方法。

3．基因组文库与cDNA文库的区别。

4．PCR技术。

【重点难点】

重点:

1.掌握获取目的基因的方法。

2.基因组文库与cDNA文库的区别。

3．PCR技术。

难点：

1.掌握获取目的基因的方法。

2.PCR技术。

【自主学习】

一、基因工程的基本操作程序

写出左图各字母所代表的内容

A:

B:

C:

D:

E:

F:

G:

H:

二、目的基因的获取：

（1）目的基因主要是，也可以是一些具有。

（2）目的基因的来源。

（3）获取目的基因的方法：

①②③

（一）从基因文库中获取目的基因

（1）构建基因文库时需要对DNA分子进行切割和连接所使用的酶分别是＿和。

（2）基因组文库包含了一种生物的；是通过酶获得的；cDNA文库包含了一种生物的的，是通过获得的。

（二）利用PCR技术扩增目的基因

PCR扩增目的基因的原理是，前提条件是，PCR所使用的酶是，该酶具有什么特点？

。

过程：

第一步：

加热至90～95℃；第二步：

冷却到55～60℃，；第三步：

加热至70～75℃，从引物起始互补链的合成。

（三）人工合成目的基因

当基因比较小，又已知，可以通过DNA合成仪用人工合成。

【问题生成】

【师生互动，问题探讨】

1.PCR技术与DNA复制有什么区别？

项目

DNA复制

PCR技术

不同

点

场所

解旋

酶

引物

合成

子链

温度

特点

循环次数

产物

相同点

2.构建基因文库时用到哪些工具？

3.如何利用mRNA构建生物的cDNA？

【课后小结与反思】

基因文库的构建过程

【自我检测】

1．正确表示基因工程顺序操作的四个步骤的是（）

A．获取目的基因→将目的基因导入受体细胞→基因表达载体的构建→目的基因的检测与鉴定

B．目的基因的检测与鉴定→获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞

C．获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

D．基因表达载体的构建→获取目的基因→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

2.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）

①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成

A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③

3.PCR技术扩增DNA，需要的条件是（　　）

①目的基因　②ATP　③四种脱氧核苷酸　④DNA聚合酶等　⑤mRNA　⑥核糖体

A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤D．①②③⑥

4.已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位

点，如图中箭头所指。

如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。

现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切割后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是

A．3B．4C．9D．12

5.有关基因工程的叙述中，错误的是（　）

A．DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来

B．限制性内切酶用于目的基因的获得

C．目的基因须由载体导入受体细胞

D．人工合成目的基因不用限制性内切酶

6.右图为用于基因工程的一个质粒示意图。

用EcoRI限制酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：

a—无抗生素的培养基，b—含四环素的培养基，c—含氨苄青霉素的培养基，d—含四环素和氨苄青霉素的培养基。

含重组质粒的大肠杆菌能生长的是（）

A．aB．a和cC．a和bD．b和c

7.下列不属于获取目的基因的方法的是（）

A．利用DNA连接酶复制目的基因

B．利用DNA聚合酶复制目的基因

C．从基因文库中获取目的基因

D．利用PCR技术扩增目的基因

8.切取牛的生长激素和人的生长激素基因，用显微注射技术将它们分别注入小鼠的受精卵中，从而获得了“超级鼠”，此项技术遵循的原理是

A．基因突变：

DNA→RNA→蛋白质

B．基因工程：

RNA→RNA→蛋白质

C．细胞工程：

DNA→RNA→蛋白质

D．基因工程：

DNA→RNA→蛋白质

9.（2014.广东卷）利用基因工程技术生产羧酸酯酶（CarE）制剂的流程如图14所示，下列叙述正确的是（）

A、过程①需使用逆转录酶

B、过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因

C、过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备

D、过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞

10.基因工程中目的基因的分离是操作的关键。

下面甲、乙图表示从真核生物细胞中获取目的基因的两种方法，请回答下列问题：

⑴在甲图中，a过程是在          酶的作用下完成的。

如果用该类酶中的一种，不一定能获取目的基因，其原因是                      。

⑵在乙图中，c过程在遗传学上称为          ，d过程除需以mRNA为模板，脱氧核苷酸为原料，还需要的条件是ATP、            、DNA聚合酶等。

课题：

基因工程的基本操作程序（第二课时）

主备人：

审核人：

授课人：

使用时间：

年月日

【学习目标】

1．基因表达载体的构建

2．将目的基因导入受体细胞的方法

【重点难点】

重点：

1．基因表达载体的构建

2．将目的基因导入受体细胞的方法

难点：

将目的基因导入受体细胞的方法

【自主学习】

一、基因表达载体的构建

（1）基因工程的核心

（2）构建表达载体的目的:

使目的基因在受体细胞中，并且可以遗传给。

（3）表达载体必须有、、、、。

（4）启动子位于基因的，它是识别和结合的部位，驱动基因转录得到。

终止子位于基因的，也是一段有特殊结构的。

启动子与终止子的结构单位是

（5）标记基因的作用是。

（6）构建过程的示意图：

（7）由于受体细胞不同，将基因导入受体细胞的方法也不同，所以基因表达载体的构建不是千篇一律的。

二、将目的基因导入受体细胞

阅读课本12—13页，

（一）转化：

目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内的过程。

（二）将目的基因导入植物细胞

（1）受体细胞：

（2）农杆菌转化法（采用最多的方法）

①农杆菌特点：

易感染植物和裸子植物，对_______植物没有感染力；Ti质粒的可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的上。

②转化过程：

构建的表达载体转入→导入植物细胞→→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

（3）基因枪法

基因枪法：

是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。

（4）花粉管通道法

我国独创的一种方法

（三）将目的基因导入动物细胞

（1）方法：

（2）受体细胞：

（3）操作程序：

目的基因表达载体→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到性动物的内发育→新性状动物。

（四）将目的基因导入微生物细胞

（1）原核生物特点：

、多为、相对较少等。

（2）大肠杆菌最常用的转化方法是：

处理细胞，成为细胞→表达载体与感受态细胞混合→细胞吸收DNA分子。

【问题生成】

【师生互动，问题探讨】

1.启动子与起始密码子有何区别？

2.终止子与终止密码子有何区别？

3.基因表达载体的构建需要哪些工具酶，如何将目的基因与运载体连接起来形成重组DNA分子（以质粒为运载体）？

4.培育转基因动物时，受体细胞能否采用动物体细胞，为什么采用受精卵？

5．将目的基因与载体混合并用DNA连接酶处理后，会出现几种结果，怎样从中筛选处所需要重组质粒？

【课后小结与反思】

【自我检测】

1.下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是（　　）

A．需要限制酶和DNA连接酶

B．必须在细胞内进行

C．抗生素抗性基因可作为标记基因

D．启动子位于基因的首端

2.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，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、简单D．性状稳定,变异少

3.正确的操作顺序是（）

①使目的基因与运载体相结合

②将目的基因导入受体细胞目的基因的获取

③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求；

④提取目的基因。

A．③②④①B．②④①③C．④①②③D．③④①②

4.科学家将人的生长素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。

过程如图，据图回答：

（1）人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是　　　___________________________

（2）过程①表示的是采取的方法来获取目的基因。

其过程可表示为___________________________。

（3）图中（3）过程用人工方法，使体外重组的DNA分子转移到受体细胞内，主要是借鉴细菌或病毒___细胞的途径。

一般将受体大肠杆菌用处理，使细胞处于能______________________的生理状态，这种细胞称为_______________细胞，再将表达载体溶于缓冲液中与________________混合，在一定的温度下完成转化。

（4）检测大肠杆菌B是否导入了质粒或重组质粒，可采用的方法是，理由是。

（5）如果把已经导入了普通质粒A或重组质粒的大肠杆菌，放在含有四环素的培养基上培养，发生的现象是，原因是：

。

5.科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株──抗虫棉。

其过程大致如图所示：

（1）进行基因工程操作的工具酶有，将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入棉花细胞内，使棉花植株产生抗虫性状，引起这种新性状产生依赖于。

细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达，产生抗性，其原因是____________________________________。

（2）基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是_______________________________________，其核心步骤是________，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。

（3）上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是________，这种导入方法较经济、有效。

（4）Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用T-DNA的________________________________特点。

6.如图将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。

已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。

请回答下列问题：

（1）图中的目的基因是指_______________________________

（2）如何将目的基因和质粒相结合形成重组质粒？

①_____________________________________________

②_____________________________________________

基因工程的基本操作程序（第三课时）

【学习目标】

1.掌握目的基因检测与鉴定的方法。

2.DNA分子杂交技术的原理。

3.总结基因工程操作中的一些注意事项

【重点难点】

重点:

目的基因检测与鉴定的方法。

难点：

目的基因检测与鉴定的方法。

【自主学习】

目的基因的检测与鉴定

（1）为什么要检测与鉴定：

（2）检测的内容与方法的比较

类型

步骤

检测内容

方法

结果显示

分子

检测

第一步

目的基因是否进入受体细胞

是否成功显示出杂交带

第二步

目的基因是否转录出mRNA

是否成功显示出杂交带

第三步

目的基因是否翻译出蛋白质

是否成功显示出杂交带

个体水平鉴定

（3）目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是

。

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（4）什么是探针？

。

（5）DNA分子杂交技术的原理是。

1、作者：

蒋志华《市场调查与预测》，中国统计出版社2002年8月§11-2市场调查分析书面报告【问题生成】

而手工艺制品是一种价格适中，不仅能锻炼同学们的动手能力，同时在制作过程中也能体会一下我国传统工艺的文化。

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【师生互动，问题探讨】

2003年，上海市总人口达到1464万人，上海是全国第一个出现人口负增长的地区。

1.为什么需要进行个体生物学水平的鉴定？

（一）大学生的消费购买能力分析

据统计，上海国民经济持续快速增长。

03全年就实现国内生产总值（GDP）6250.81亿元，按可比价格计算，比上年增长11.8%。

第三产业的增速受非典影响而有所减缓，全年实现增加值3027.11亿元，增长8%，增幅比上年下降2个百分点。

2.若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？

我们从小学、中学到大学，学的知识总是限制在一定范围内，缺乏在商业统计、会计，理财税收等方面的知识；也无法把自己的创意准确而清晰地表达出来，缺少个性化的信息传递。

对目标市场和竞争对手情况缺乏了解，分析时采用的数据经不起推敲，没有说服力等。

这些都反映出我们大学生创业知识的缺乏；

是□否□3.DNA分子杂交技术还有哪些应用?

综上所述，DIY手工艺品市场致所以受到认可、欢迎的原因就在于此。

我们认为：

这一市场的消费需求的容量是极大的，具有很大的发展潜力，我们的这一创业项目具有成功的前提。

4.DNA分子杂交与分子杂交有什么区别？

5.基因工程的操作中，哪些过程发生碱基互补配对现象?

【课后小结与反思】

基因工程操作的8个易错点

（1）目的基因的插入位点不是随意的

基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

（2）基因工程操作过程中只有第三步（将目的基因导入受体细胞）没有碱基互补配对现象

第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。

（3）原核生物作为受体细胞的优点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

（4）一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

（5）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，称为转化。

转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

（6）不熟悉标记基因的种类和作用：

标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因（表达产物为带颜色的物质）等。

（7）对受体细胞模糊不清：

受体细胞常用植物受精卵或体细胞（经组织培养）、动物受精卵（一般不用体细胞）、微生物（大肠杆菌、酵母菌）等。

要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌（需内质网、高尔基体的加工、分泌）；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。

（8）还应注意的问题有：

①基因表达载体中，启动子（DNA片段）≠起始密码子（RNA）；终止子（DNA片段）≠终止密码子（RNA）。

②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。

【自我检测】

1．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的是（　　）

①检测受体细胞是否有目的基因　②检测受体细胞是否有致病基因　③检测目的基因是否转录mRNA　④检测目的基因是否翻译蛋白质

A．①②③　B．②③④　C．①③④　D．①②④

2.在基因工程操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）

A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合

C.目的基因的检测和表达D.将目的基因导入受体细胞

3.苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是（）

A．是否有抗生素抗性　　　B．是否能检测到标记基因

C．是否有相应的性状　　　D．是否能分离到目的基因

4.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）

①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成

A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③

5.基因工程有广阔的应用前景。

回答下列各题：

（1）获取目的基因后，短期内要得到大量目的目的基因，可利用_______________扩增。

（2）构建基因表达载体的过程要使用的工具酶有___________。

（3）受体种类不同，导入方法不同。

选育优良动物，目的基因导入的常用方法是__________；选育优良植物，目的基因导入采用最多的方法是_______。

目的基因进入动植物细胞并且在受体细胞维持稳定和表达的过程，称为__________________。

（4）检测目的基因在转基因生物中是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物的体细胞中提取蛋白质，用相应的抗体进行________杂交，看是否有。

6.根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有____________和____________。

（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：

AATTC……G

　　　　　　G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_________________________________

_______________________________________。

（3）按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即__________DNA连接酶和__________DNA连接酶。

（4）反转录作用的模板是______________，产物是______________________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用____________技术。

（5）基因工程中除质粒外，____________和____________也可作为载体。

（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是__________________________________________________。

7.图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。

请回答下列问题：

（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由______________________连接。

（2）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是____________末端，其产物长度为____________。

（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有____________种不同长度的DNA片段。

（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加____________的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________。

8．（2014.全国卷Ⅱ）生物——选修3：

现代生物科技专题]）（15分）

植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。

回答下列问题：

（1）理论上，基因组文库含有生物的____________基因；而cDNA文库含有生物的________基因。

（2）若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。

（3）将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。

要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________是否得到提高。

（4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3:

1时，则可推测该耐旱基因整合到了________（填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”）。