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2019-2020年高中生物《基因工程的基本操作程序》教案7 新人教版選修3 [教學(xué)目標(biāo)] 1、簡(jiǎn)述基因工程原理及基本操作程序。 2、嘗試設(shè)計(jì)某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過(guò)程。 [教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)] 1、教學(xué)重點(diǎn) 基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟。 2、教學(xué)難點(diǎn) （1）從基因文庫(kù)中獲取目的基因。 （2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。 [教學(xué)過(guò)程] 一、目的基因的獲?。? 1．目的基因：符合人們需要的，編碼蛋白質(zhì)的 。 2．獲取目的基因的方法 (1)從基因文庫(kù)中獲取目的基因 ①基因文庫(kù)：將含有某種生物不同基因的許多 ，導(dǎo)人受體菌的群體中 ，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫(kù)。 基因組文庫(kù)：含有一種生物的 基因 ②種類 cDNA文庫(kù)：含有一種生物的 基因 ③目的基因的獲取 根據(jù)基因的有關(guān)信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 產(chǎn)物mRNA、基因的 產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性獲取目的基因。 (2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。 ①PCR：是一項(xiàng)在生物體外 特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 ②條件：已知目的基因的 序列。 ③過(guò)程：目的基因DNA受熱形成 ，與 結(jié)合，然后在 ______的作用下進(jìn)行延伸形成DNA。 ④方式：指數(shù)擴(kuò)增=2n(n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)) (3)人工合成法：基因較小，核苷酸序列已知，可以人工合成。 例1 下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是( ) ①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取目的基因 ②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 ③反轉(zhuǎn)錄法 ④通過(guò)DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成 A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．②③ 二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1．表達(dá)載體的組成：目的基因+ + +標(biāo)記基因等。 2．啟動(dòng)子：位于基因的 ，它是 結(jié)合 的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。 3．終止子：位于基因的 ，終止 。 4．表達(dá)載體的功能：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且 給下一代；使目的基因 ____ 和發(fā)揮作用。 5．標(biāo)記基因： 受體細(xì)胞是否含有目的基因。 6．不同的受體細(xì)胞及目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法不同，基因表達(dá)載體的構(gòu)建上也會(huì)有所差別。 例2科學(xué)家在培育抗蟲棉時(shí)，經(jīng)過(guò)了許多復(fù)雜的過(guò)程和不懈的努力，才獲得成功。起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質(zhì)粒中，然后導(dǎo)入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲基因在棉花體內(nèi)沒(méi)有表達(dá)。然后在插入抗蟲基因的質(zhì)粒中插入啟動(dòng)子(抗蟲基因首端)，導(dǎo)人棉花受精卵，長(zhǎng)成的棉花植株還是沒(méi)有抗蟲能力?？茖W(xué)家又在有啟動(dòng)子、抗蟲基因的質(zhì)粒中插入終止子(抗蟲基因末端)，導(dǎo)入棉花受精卵，結(jié)果成長(zhǎng)的植株，有了抗蟲能力。由以上過(guò)程推知，作為目的基因的運(yùn)載體應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)是( ) A．目的基因、啟動(dòng)子 B．目的基因、終止子 C．目的基因、啟動(dòng)子、終止子 D．目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因 三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 (一)轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)人受體細(xì)胞內(nèi)，并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和 的過(guò)程。 (二)方法 1．將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 (1)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 ①農(nóng)桿菌特點(diǎn)：易感染 植物和裸子植物，對(duì)___________植物沒(méi)有感染力；Ti質(zhì)粒的 可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的染色體上。 ②轉(zhuǎn)化：目的基因插人 農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→目的基因整合到植物細(xì)胞染色體上→目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá)。 (2)基因槍法 基因槍法：是單子葉植物中常用的一種基因轉(zhuǎn)化方法，但是成本較高。 (3)花粉管通道法 花粉管通道法：這是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的一種方法，是一種十分簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的方法。（我的的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是用此種方法獲得的） 2．將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞 (1)方法： 注射技術(shù)。 (2)操作程序：目的基因表達(dá)載體 →取卵(受精卵) →顯微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性動(dòng)物的 _________________________內(nèi)發(fā)育→新性狀動(dòng)物。 3．將目的基因?qū)宋⑸锛?xì)胞 (1)原核生物特點(diǎn)：繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等。 (2)轉(zhuǎn)化： 處理細(xì)胞→ 細(xì)胞→表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→ _________ 細(xì)胞吸收DNA分子。 例3采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是( ) ①將毒素蛋白注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中③將編碼毒素蛋白的DNA序列，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)人細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng)④將編碼毒素蛋白的DNA序列，與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵 A、①② B、②③ C、③④ D、①④ 四、目的基因的檢測(cè)與鑒定 1．檢測(cè) (1)方法：標(biāo)記了的 、抗原抗體雜交。 (2)內(nèi)容 ①檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入 。 ②檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄 。 ③檢測(cè)目的基因是否翻譯成 。 2．鑒定： 鑒定、抗病鑒定等。 例4 下圖是將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)思?xì)菌B細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”的示意圖，所用載體為質(zhì)粒A。已知細(xì)菌B細(xì)胞內(nèi)不含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因，質(zhì)粒A導(dǎo)人細(xì)菌B后，其上的基因能得到表達(dá)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)目前把重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞時(shí)，效率還不高，導(dǎo)入完成后得到的細(xì)菌，實(shí)際上有的根本沒(méi)有導(dǎo)入質(zhì)粒，有的導(dǎo)入的是普通質(zhì)粒A，只有少數(shù)導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒。以下步驟可鑒別得到的細(xì)菌是否導(dǎo)人了質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒：將得到的細(xì)菌涂布在一個(gè)含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能夠生長(zhǎng)的就導(dǎo)人了質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒，反之則沒(méi)有。使用這種方法鑒別的原因是 ______________________________________________ 。 ______________________________________________ 。 (2)若把通過(guò)鑒定證明導(dǎo)人了普通質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒的細(xì)菌放在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象是 _______________________________ 。 原因是：______________________________________ (3)導(dǎo)人細(xì)菌B細(xì)胞中的目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是什么? ________________________________________________________________________________ 課堂鞏固： 一、選擇題： 1、下列屬于獲取目的基因的方法的是( ) ①利用mRNA反轉(zhuǎn)錄形成 ②從基因組文庫(kù)中提取 ③從受體細(xì)胞中提取 ④利用PCR技術(shù) ⑤利用DNA轉(zhuǎn)錄 ⑥人工合成 A．①②③⑤ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②④⑥ 2、不屬于目的基因與運(yùn)載體結(jié)合過(guò)程的是( ) A．用一定的限制酶切割質(zhì)粒，露出黏性末端B．用同種限制酶切割目的基因，露出黏性末端 C．將切下的目的基因插入到質(zhì)粒的切口處 D．將重組DNA引入到受體細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增 3、分辨基因工程是否成功是通過(guò)( ) A．提取目的基因 B．基因表達(dá)載體的構(gòu)建 C．目的基因?qū)耸荏w細(xì)胞 D．目的基因的檢測(cè)與鑒定 4．下列不屬于獲取目的基因的方法的是( ) A．利用DNA連接酶復(fù)制目的基因 B．利用DNA聚合酶復(fù)制目的基因 C．從基因文庫(kù)中獲取目的基因 D．利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 5．哪項(xiàng)不是基因表達(dá)載體的組成部分( ) A．啟動(dòng)子 B．終止密碼 C．標(biāo)記基因 D．目的基因 6．在胰島素的基因與質(zhì)粒形成重組DNA分子的過(guò)程中，下列哪組是所需要的( ) ①同一種限制酶切割兩者；②不需同一種限制酶切割兩者；③加入適量的DNA連接酶；④不需加DNA連接酶 A．①③ B．①④ C．②④ D．②③ 7．下列說(shuō)法中正確的是( ) A．基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法是一致的 B．標(biāo)記基因也叫做抗生素基因 C．顯微注射技術(shù)是最為有效的一種將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法 D．大腸桿菌是常用的微生物受體 8、下列哪項(xiàng)不是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法( ) A．基因槍法 B．顯微注射法 C．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 D．花粉管通道法 9．基因工程中常用的受體細(xì)胞不包括( ) A．人體細(xì)胞 B．動(dòng)物細(xì)胞 C．植物細(xì)胞 D．微生物細(xì)胞 10．基因工程中科學(xué)家常采用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞。下列不屬于這樣做的原因的是( ) A．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多為單細(xì)胞 B．繁殖速度快 C．遺傳物質(zhì)含量少 D．性狀穩(wěn)定，變異少 11．要檢測(cè)目的基因是否成功的插入了受體DNA中，需要用基因探針，基因探針是指( ) A．用于檢測(cè)疾病的醫(yī)療器械 B．用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子 C．合成一球蛋白的DNA D．合成苯丙羥化酶的DNA片段 12．基因工程的正確操作步驟是( ) ①構(gòu)建基因表達(dá)載體 ②將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 ③檢測(cè)目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求 ④取目的基因 A．③②④① B．②④①③ C．④①②③ D．③④①② 13．下列有關(guān)基因工程技術(shù)的敘述，正確的是( ) A．重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶和基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 B．所有的限制酶都只能識(shí)別同一種特定的核苷酸序列 C．選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞主要是因?yàn)榧?xì)菌繁殖快、遺傳物質(zhì)少 D．只要目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá) 14．基因工程中不會(huì)出現(xiàn)( ) A．DNA連接酶將黏性末端的堿基連接起來(lái) B．限制性內(nèi)切酶可用于目的基因的獲取 C．目的基因必須有載體導(dǎo)入受體細(xì)胞 D．人工合成目的基因不用限制性核酸內(nèi)切酶 15、下列哪項(xiàng)不是基因工程技術(shù)( ) A．基因轉(zhuǎn)移 B．基因擴(kuò)增 C．基因檢測(cè) D．基因表達(dá) （二）填空題： 16．．人體受病毒刺激后，可以產(chǎn)生干擾素，干擾素分為、、三類，1980年，生物學(xué)家成功破譯了干擾素的全部遺傳信息，并運(yùn)用插入質(zhì)粒的方法，用大腸桿菌生產(chǎn)得到干擾素可以用于治療肝炎和腫瘤，回答下列問(wèn)題： (1)上述材料中涉及的現(xiàn)代生物技術(shù)有 。 (2)在利用大腸桿菌生產(chǎn)干擾過(guò)程中，目的基因是 ，所用載體是 。表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)組成包括 ____ 、 ____ 、 _____、_ __ ___。 (3)目的基因在大腸桿菌中表達(dá)時(shí)，必須經(jīng)過(guò) 和 過(guò)程。 1．2 基因工程的基本操作程序 例1 D．例2 D例3 C例4 答案：(1) 普通質(zhì)粒A和重組質(zhì)粒都含有抗氨芐青霉素基因 (2)有的能生長(zhǎng)，有的不能生長(zhǎng)期 導(dǎo)入普通質(zhì)粒A的的細(xì)菌能生長(zhǎng)，因?yàn)槠胀ㄙ|(zhì)粒A上有抗四環(huán)素基因；導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)菌不能生長(zhǎng)，因?yàn)槟康幕虿逶谒沫h(huán)素基因中，抗四環(huán)素基因中，抗四環(huán)素基因的結(jié)構(gòu)被破壞 (3)活動(dòng) 是受體細(xì)胞通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，即人的生長(zhǎng)激素。 課堂鞏固： 題號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 D D D A B A D B 題號(hào) 9 10 11 12 13 14 15 答案 A D B C C A D 16、基因工程 干擾素基因 質(zhì)粒 目的基因 啟動(dòng)子 終止子 標(biāo)記基因 轉(zhuǎn)錄 翻譯