蘇教版生物選修2基因工程概述教案

1、第1節(jié) 基因工程概述【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、說出基因工程的概念（A）2、簡述基因工程的誕生歷程（A）3、說出DNA重組技術(shù)所需的三種基因工具的作用（A）4、簡述基因工程基本操作程序的四個步驟（B）【基礎(chǔ)梳理】一、基因工程的概念是指在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生人類所需的基因產(chǎn)物的技術(shù)。（1）操作環(huán)境：生物體外（2）操作對象：基因（3）操作水平：DNA分子水平（4）基本過程：剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)（5）結(jié)果：人類需要的基因產(chǎn)物二、基因工程的工具及作用（一）限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶） “分子手術(shù)刀”1、來源：主要是從

2、原核生物中分離純化出來的。2、作用：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。3、特點(diǎn):具有專一性，表現(xiàn)在兩個方面：識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列。切割特定序列中的特定位點(diǎn)。4、結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。例1、下列有關(guān)基因工程中限制內(nèi)切酶的描述，錯誤的是（ ）A一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列B限制性內(nèi)切酶的活性受溫度的影響C限制性內(nèi)切酶能別和切割RNAD限制性內(nèi)切酶可從原核生物中提?。ǘ〥NA連接酶 “分子針線”1、分類：根據(jù)酶的來源不同，可分為E·

3、;coliDNA連接酶和T4DNA連接酶兩類2、作用：恢復(fù)被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。【疑難解析】1、兩種DNA連接酶(E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶)的比較：（1）相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵（2）區(qū)別：EcoIiDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能使黏性末端之間連接；T4DNA連接酶來源于T4噬菌體能縫合兩種末端，但連接平末端之間的效率較低。2、DNA連接酶與DNA聚合酶作用的比較DNA連接酶DNA聚合酶不同點(diǎn)連接的DNA來雙鏈單鏈XXK模板不要模板要模板連接的對象2個DNA片段單個脫氧核苷酸加到已存在的單鏈DNA片段上相同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)形成磷酸二酯鍵化學(xué)本質(zhì)蛋白

4、質(zhì)(三) 載體 “分子運(yùn)輸車”1、載體的作用：載體是基因運(yùn)輸工具，在基因操作過程中，使用載體有兩個目的：一是用它作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去；二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2、載體必須具備三個條件：（1）能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。（2）具有一至多個限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段插入。（3）具有某些標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。 3、載體的種類： 質(zhì)粒 、 噬菌體 和 動、植物病毒 等。最早應(yīng)用最常應(yīng)用的載體是質(zhì)粒，它是細(xì)菌細(xì)胞中的一種很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。三、基因工程的基本過程(一) 獲得目的基因（目的基因的獲取）1、獲取方法主要有兩種：（1）從自然界中已有的物

5、種中分離出來，如可從基因文庫中獲取。（2）用人工的方法合成。獲得原核細(xì)胞的目的基因可采取直接分離，獲取真核細(xì)胞的目的基因一般是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法。2、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）PCR的含義：是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。（2）目的：獲取大量的目的基因（3）原理：DNA雙鏈復(fù)制（4）過程：第一步：加熱至9095 DNA解鏈為單鏈；第二步：冷卻到5560，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合；第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成。（5）特點(diǎn)：指數(shù)形式擴(kuò)增(二) 制備重組DNA分子（基因表達(dá)載體的構(gòu)建） 1、重組D

6、NA分子的組成：除了目的基因外，還必須有標(biāo)記基因。標(biāo)記基因的作用：鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。2、方法：同種限制酶分別切割載體和目的基因，再用DNA連接酶把兩者連接。(三) 轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞（將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞）1、轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。2、常用的轉(zhuǎn)化方法：（1）將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化技術(shù)（農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法），其次還基因槍介導(dǎo)轉(zhuǎn)化技術(shù)（基因槍法）和花粉管通道技術(shù)（花粉管通道法）。（2）將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵。（3）將目的

7、基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：Ca2處理法。例2、以重組DNA技術(shù)為核心的基因工程正在改變著人類的生活。請回答下列問題。（1）獲得目的基因的方法通常包括 和 。（2）切割和連接DNA分子所使用的酶分別是 和 。（3）運(yùn)送目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一般選用病毒或 ，后者的形狀成 。（4）由于重組DNA分子成功導(dǎo)入受體細(xì)胞的頻率 ，所以在轉(zhuǎn)化后通常需要進(jìn)行 操作。（5）將人胰島素基因分別導(dǎo)入大腸桿菌與酵母菌，從兩者中生產(chǎn)的胰島素在功能和 序列上是相同的。(四) 篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞、培養(yǎng)受體細(xì)胞并誘導(dǎo)目的基因的表達(dá)（目的基因的檢測與鑒定）1、分子水平的檢測（1）首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是

8、否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。（2）其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用RNA分子雜交技術(shù)。（3）最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原抗體雜交技術(shù)。提示：DNA分子雜交技術(shù)首先提取受體細(xì)胞中的DNA，然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的DNA探針雜交；抗原抗體雜交所用到的抗體是用表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來的2、個體生物學(xué)水平的鑒定有時還需進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定，如抗蟲或抗病的鑒定等。四、基因工程的意義：能夠打破生物種屬的界限（即克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙），在分子水平上定向改變生物的遺傳特性。【基礎(chǔ)檢測】1. 下列關(guān)于

9、基因工程的敘述中錯誤的是（ ） A. 基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿定向改造生物，培育新品種 B. 基因工程技術(shù)是唯一能沖破遠(yuǎn)源雜交不親和障礙，培育生物新類型的方法 C. 基因工程的基本工具是：限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和基因的運(yùn)載體 D. 基因工程的研究成果，目前大多需要通過發(fā)酵工程和酶工程來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化2基因工程技術(shù)也稱為DNA重組技術(shù)，其實(shí)施必須具備四個必要的條件是（ ） A. 目的基因、限制性內(nèi)切酶、運(yùn)載體、體細(xì)胞 B. 重組DNA、RNA聚合酶、內(nèi)切酶、連接酶 C. 模板DNA、信使RNA、質(zhì)粒、受體細(xì)胞 D. 工具酶、目的基因、運(yùn)載體、受體細(xì)胞3. 兩個核酸片段在適宜條

10、件下，經(jīng)X酶的作用，發(fā)生了如下變化，則X酶是（ ）ADNA連接酶BEcoRI酶CDNA聚合酶D限制酶4. 下圖為四種限制酶BamHI、EcoRI、ttindIII和B硝辨的識別序列。它們切割出來的DNA黏性末端可以互補(bǔ)配對的是（ ）ABamH I和Bgl BBamHI和Hind CBamH和EcoR I DEcoR I和Hind 5. 限制性內(nèi)切酶的作用實(shí)際上就是把DNA上某些化學(xué)鍵打斷，一種能對GAATTC專一識別的限制酶，打斷的化學(xué)鍵是（ ）A. G與A之間的鍵 BG與C之間的鍵CT與A之間的鍵 D. 磷酸與脫氧核糖之間的鍵6將單個脫氧核昔酸連接到脫氧核昔酸鏈上的酶是 （ ）A. DNA連

11、接酶 B. DNA酶 C. DNA解旋酶 D. DNA聚合酶7. 用于判斷目的基因是否轉(zhuǎn)移成功的方法中，不屬于分子檢測的是（ ） A. 通過害蟲吃棉葉看其是否死亡 B. 目的基因片斷與DNA探針能否形成雜交帶 C目的基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA與DNA探針能否形成雜交帶 D. 目的基因表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)能否與抗體形成雜交帶8.（多選）基因工程的運(yùn)載體必須具備的條件是（ ）A能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并保存B具有多個限制酶切點(diǎn)C有特殊的遺傳標(biāo)記基因D環(huán)狀的DNA分子9（多選）下列哪些可作為基因工程技術(shù)中常用的基因運(yùn)載工具（ ）A大腸桿菌 B質(zhì)粒 C動物病毒 D線粒體10為擴(kuò)大可耕地面積，增加糧食產(chǎn)量，黃河三角洲等

12、鹽堿地的開發(fā)利用備受關(guān)注。我國科學(xué)家應(yīng)用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。（1）獲得耐鹽基因后，構(gòu)建重組DNA分子所用的限制性內(nèi)切酶作用于圖中的 處，DNA連接酶作用于 處。（填“a”或“b”）（2） 將重組DNA分子導(dǎo)入水稻受體細(xì)胞的常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法和 法。（3）由導(dǎo)入目的基因的水稻細(xì)胞培養(yǎng)成植株需要利用 技術(shù)。該技術(shù)的核心是 和 。（4）為了確定耐鹽轉(zhuǎn)基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標(biāo)記的 作探針進(jìn)行分子雜交檢測，又要用 方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。 【能力提升】1下列關(guān)于基因工程的說法正確的是（ ）基因工程的設(shè)計(jì)和施工都是在分子水平上進(jìn)行的目前基因工程中所有的目的基因

13、都是從供體細(xì)胞直接分離得到的基因工程能使科學(xué)家打破物種界限，定向地改造生物性狀只要檢測出受體細(xì)胞中含有目的基因，那么目的基因一定能成功地進(jìn)行表達(dá)A. B. C. D.2在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”、“針線”和“載體”分別是指( )A.大腸桿菌病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶 B.噬菌體、質(zhì)粒、DNA連接酶 C.DNA限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒 D.DNA限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒3. 鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是（ ）A. 解旋酶 B. DNA連接酶 C. 限制性內(nèi)切酶 D、RNA聚合酶4已知某種限制性內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有

14、3個酶切位點(diǎn)，如圖中箭頭所指。如果在該線性DNA分子在3個酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現(xiàn)有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點(diǎn)被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是（ ）A3 B4 C9 D125農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)移目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，目的基因插入的位置是（ ） ATi質(zhì)粒上 B受體細(xì)胞染色體DNA上 CT-DNA D農(nóng)桿菌的擬核6下圖是將人的生長激素基因?qū)爰?xì)菌B細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”的示意圖。已知細(xì)菌B細(xì)胞內(nèi)含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因。判斷下列說法正確的是（ ）

15、 A將重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌B常用的方法是顯微注射法或基因槍法 B將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能生長的只是導(dǎo)入了重組質(zhì)粒的細(xì)菌 C將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，能生長的就是導(dǎo)入了質(zhì)粒A的細(xì)菌 D目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是受體細(xì)胞能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長7利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列各項(xiàng)中能說明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是 （ ）A棉花二倍體細(xì)胞中檢測到細(xì)菌的抗蟲基因 B大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNAC山羊乳腺細(xì)胞中檢測到人生長激素DNA序列 D酵母菌細(xì)胞中提取到人干擾素蛋白8. 基因工程是在DNA分子水

16、平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的是（ ） A. 人工合成目的基因 B. 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C. 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D. 目的基因的檢測和表達(dá)9（多選）下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的敘述中，正確的是（ ）A它能在特殊位點(diǎn)切割DNA分子B同一種酶切割不同DNA產(chǎn)生的黏性末端能夠很好地進(jìn)行堿基配對C它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量DNA片段D每一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別特定的核苷酸序列10(多選)獲得目的基因的方法有（ ） A構(gòu)建基因文庫，從基因文庫中獲取 B利用人工合成法 C利用PCR技術(shù)大量獲得 D利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得11(多選)在將一段DNA片段插入到一

17、個大腸桿菌質(zhì)粒上時，需要下列的物質(zhì)有（ ） ADNA連接酶 B限制性核酸內(nèi)切酶 CDNA解旋酶 D噬菌體12. 番茄營養(yǎng)豐富，是人們喜愛的一類果蔬。但普通番茄細(xì)胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制細(xì)胞產(chǎn)生多聚半乳糖醛酸酶，該酶能破壞細(xì)胞壁，使番茄軟化，不耐貯藏。為滿足人們的生產(chǎn)生活需要，科學(xué)家們通過基因工程技術(shù)，培育出了抗軟化、保鮮時間長的番茄新品種。（操作流程如圖）請回答：（1）過程需要的工具酶有限制性內(nèi)切酶和_。（2）在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，除了要在重組DNA中插入目的基因外，還需要有_、終止子以及_。（3）在番茄新品種的培育過程中，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法叫做_。（4）從圖中可見，mRNA1和mRNA2的結(jié)合直接導(dǎo)致了_無法合成，最終使番茄獲得了抗軟化的性狀。（5）普通番茄細(xì)胞導(dǎo)入目的基因后，先要接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基上培養(yǎng)，脫分化后得到_，然后再轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基