1、配套K12江苏省南京市高中生物 第一章 基因工程 11 基因工程概述2导学案无答案苏教版选修3第一章 基因工程第一节 基因工程概述（2）【课程标准】简述基因工程的原理及技术。【学习目标】1通过知识回顾，能说出传统生物育种方法和运用基因工程育种的差异；2通过相关实例的分析归纳和教材内容的梳理，能说出获取目的基因常用的方法和技术操作；3通过图解分析，能初步认识基因表达载体的组成及构建的必要性。4通过“积极思维”中的实例分析及其他材料的研读，认识导入目的基因的一般方法、检测和鉴定目的基因的不同层次。【教学过程】【活动1】传统的生物育种常采用哪些方法？它们依据的原理分别是什么，有什么特点？若运用基因工
2、程来培育新品种，则有什么明显的优势？三、基因工程的实施过程：（一）获取目的基因【活动2】阅读教材P13页相关内容，回答下列问题：（1）什么是目的基因，什么是供体生物、受体细胞？试举一实例加以说明。（2）获得目的基因的方法有哪些？（3）什么是基因文库？什么是部分基因文库？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？（4）浏览教材P14“知识海洋”，归纳PCR技术依据的原理、操作过程和结果，指出这项技术在基因工程中的主要作用。 （5）什么情况下可考虑选择通过化学方法直接人工合成目的基因？【小结】：1.通过基因文库获取目的基因：基因组文库：含有一种生物的 基因 种类部分基因文库：含有一种生物的 基因 目
3、的基因的获取：根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 产物mRNA、基因的 产物蛋白质等特性获取目的基因。2.通过PCR技术扩增目的基因：（1）PCR的含义： 。（2）目的：获取大量的目的基因（3）原理： 。（4）过程：第一步：加热至 ，DNA解链为单链；第二步：冷却到 ，引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至 ，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。（5）特点：可以指数形式扩增【讨论】：在PCR技术中，为什么不直接加入解旋酶对DNA进行解旋？为什么要求所加入的DNA聚合酶得具有耐高温的特性？子链的合成为什么需要引物？（二）构建基因表达载体【活动3】分析教材P15
4、图1-10，思考以下问题：（1）为什么要构建基因表达载体？（2）一个基因表达载体中需包含哪些部分？它们各有什么作用？（3）怎样构建基因表达载体？【小结】：基因表达载体的构建过程：（1）用一定的_切割质粒，使其出现一个切口，露出_。（2）用_切断目的基因，使其产生_。（3）将切下的目的基因片段插入质粒的_处，再加入适量_，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）。（三）导入目的基因【活动4】围绕抗软化番茄的培育这个案例，阅读教材P15-16内容，思考并讨论以下问题： （1）番茄为什么通常容易软化？抗软化番茄的抗软化机理是什么？ （2）在该项目中，目的基因是什么？其载体是什么？ （3）农杆菌是一类什么
5、生物？它为什么适合用于将目的基因导入植物细胞？【小结】：1、将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法： 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染色体上。 转化过程：目的基因插入 农杆菌导入植物细胞目的基因整合到植物细胞染色体上目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。（2）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。（3）花粉管通道法：借助花粉萌发后形成的花粉管将目的基因导入受体细胞。【活动5】阅读教材P17内容，思考并讨论以下问题：（1）为什么通常选用动物的受精卵作为目的基因的受体细胞？（2）为什么在基因工程中经
6、常选用微生物作为受体细胞？大肠杆菌细胞最常用的转化方法是什么？【小结】：2将目的基因导入动物细胞（1）方法： 技术。（2）操作程序：目的基因表达载体构建取卵（受精卵） 显微注射注射了目的基因的受精卵移植到_性动物体内发育新性状动物。3将目的基因导入微生物细胞（1）原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。（2）转化过程： 处理细胞 细胞基因表达载体与感受态细胞混合 _ 细胞吸收DNA分子。（四）检测和鉴定目的基因【活动6】阅读教材P17-18，思考：（1）完成第三步操作后，是否意味着目的基因就一定成功导入受体细胞？是否意味着转基因生物就一定培育成功？为什么？ （2）什么是基因探针？
7、DNA分子杂交法依据的原理是什么？说说其操作过程。（3）目的基因的检测与鉴定，可从哪几个水平进行？各有什么作用？【小结】：目的基因的检测与鉴定内容和方法的比较：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包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性比较，以确定功能是否相同等【例1】下列有关基因工程技术的正确叙述是 （ ）A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和载体B所有的限制酶都只能识别同
8、一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达【例2】 基因工程是在DNA分子水平上进行设计“施工”的，在基因操作的基本步骤中，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.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的监测和表达【例3】为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导入水稻受
9、体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。【例4】在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanr）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。 请据图回答：（1）A过程需要的酶有 。 （2）B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是 。（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入 。（4）如果利用
10、DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用 作为探针。【评价反馈】1基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备四个必要的条件是 A. 目的基因、限制性内切酶、运载体、体细胞 B. 重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶 C. 模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞 D. 工具酶、目的基因、运载体、受体细胞2. 两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的作用，发生了如下变化，则X酶是 ADNA连接酶BEcoRI酶CDNA聚合酶D限制酶3. 限制性内切酶的作用实际上就是把DNA上某些化学键打断，一种能对GAATTC专一识别的限制酶，打断的化学键是 A. G与A之间的键 BG与C之间的键CT
11、与A之间的键 D. 磷酸与脱氧核糖之间的键4将单个脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上的酶是 A. DNA连接酶 B. DNA酶 C. DNA解旋酶 D. DNA聚合酶5下列关于基因工程的说法正确的是 基因工程的设计和施工都是在分子水平上进行的目前基因工程中所有的目的基因都是从供体细胞直接分离得到的基因工程能使科学家打破物种界限，定向地改造生物性状只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么目的基因一定能成功地进行表达A. B. C. D.6农杆菌转化法转移目的基因进入受体细胞后，目的基因插入的位置是（ ） ATi质粒上 B受体细胞染色体DNA上 CT-DNA D农杆菌的拟核7下图是将人的生长激素基因导入
12、细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内含质粒A，也不含质粒A上的基因。判断下列说法正确的是 A将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法或基因枪法 B将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌 C将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌 D目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长8利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺
13、细胞中检测到人生长激素DNA序列 D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白9. 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是 A. 人工合成目的基因 B. 目的基因与运载体结合 C. 将目的基因导入受体细胞 D. 目的基因的检测和表达（ ）10. 用于判断目的基因是否转移成功的方法中，不属于分子检测的是 A. 通过害虫吃棉叶看其是否死亡 B. 目的基因片断与DNA探针能否形成杂交带 C目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带 D. 目的基因表达产物蛋白质能否与抗体形成杂交带（ ）11我国科学家在利用基因工程培育抗虫棉的过程中，经提取目的基因、目
14、的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞这三个步骤后，在全部受体细胞中，能够摄入抗虫基因的受体细胞占 A全部 B大部分 C一半D很少10(多选)在基因工程中，科学家常用细菌、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.遗传物质含量少 C. 繁殖速度快 D.性状稳定，变异少14(多选)获得目的基因的方法有 A构建基因文库，从基因文库中获取 B利用人工合成法 C利用PCR技术大量获得 D利用农杆菌转化法获得15(多选)在将一段DNA片段插入到一个大肠杆菌质粒上时，需要下列的物质有 ADNA连接酶 B限制性核酸内切酶 CDNA解旋酶 D噬菌体16.科学家通过基因工程培育抗虫棉时
15、，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉花的细胞中与棉花的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：（1）从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是，此工具主要存在于中，其特点是。（2）苏云金芽孢秆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用酶将苏云金芽孢杆菌的切成许多片段，然后将这些片段，再通过 转入不同的受体细胞，让它们在各个受体细胞中大量，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把分离出来。（3）进行基因操作一般要经过的四个步骤是 、 、 、 。选修三 第一章 基因工程第一节 基因工程概述（2）【课程标准】简述基因工程的原理及技术。【
16、学习目标】1通过知识回顾，能说出传统生物育种方法和运用基因工程育种的差异；2通过相关实例的分析归纳和教材内容的梳理，能说出获取目的基因常用的方法和技术操作；3通过图解分析，能初步认识基因表达载体的组成及构建的必要性。4通过“积极思维”中的实例分析及其他材料的研读，认识导入目的基因的一般方法、检测和鉴定目的基因的不同层次。【教学过程】【活动1】传统的生物育种常采用哪些方法？它们依据的原理分别是什么，有什么特点？若运用基因工程来培育新品种，则有什么明显的优势？三、基因工程的实施过程：（一）获取目的基因【活动2】阅读教材P13页相关内容，回答下列问题：（1）什么是目的基因，什么是供体生物、受体细胞？
17、试举一实例加以说明。生：目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因，例如，与生物抗逆性有关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品有关的基因、与毒物降解有关的基因，以及与工业所需用酶相关的基因等。师：同样目的基因还可以是一些具有调控作用的因子。目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。（2）获得目的基因的方法有哪些？生：可以从基因文库中获取目的基因，还可以利用PCR技术扩增目的基因。（3）什么是基因文库？什么是部分基因文库？怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？生：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的
18、群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。师：什么是部分基因文库？生：只含有一种生物的一部分基因，这样的基因文库叫做部分基因文库。师：基因文库包含了某种生物的全部基因，又可称为基因组文库，如果将每个基因看成一本书则基因文库就可以比喻成国家图书馆，这里的资料既多又齐全，而部分基因文库只包含了该生物的部分基因，如，cDNA文库，因此部分基因文库只能比喻成某个市或单位的图书馆。阅读教材P11的生物技术资料卡，比较cDNA文库和基因组文库的区别。师：怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？生：根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基
19、因翻译产物蛋白质等特性来获取目的基因。（4）浏览教材P14“知识海洋”，归纳PCR技术依据的原理、操作过程和结果，指出这项技术在基因工程中的主要作用。 （5）什么情况下可考虑选择通过化学方法直接人工合成目的基因？如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。【小结】：（1）通过基因文库获取目的基因基因组文库：含有一种生物的 基因 种类部分基因文库：含有一种生物的 基因 目的基因的获取：根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 产物mRNA、基因的 产物蛋白质等特性获取目的基因。2、通过PCR技术扩增目的基因（1）PCR的含义： 。（2）目的：
20、获取大量的目的基因（3）原理： 。（4）过程：第一步：加热至 ，DNA解链为单链；第二步：冷却到 ，引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至 ，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。（5）特点：可以指数形式扩增【讨论】：在PCR技术中，为什么不直接加入解旋酶对DNA进行解旋？为什么要求所加入的DNA聚合酶得具有耐高温的特性？子链的合成为什么需要引物？（二）构建基因表达载体【活动3】分析教材P15图1-10，思考以下问题：（1）为什么要构建基因表达载体？（2）一个基因表达载体中需包含哪些部分？它们各有什么作用？生：基因表达载体是由复制原点，目的基因，启动子，终止子，标记基因师：它们各自的
21、作用是什么呢？生：启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。生：终止子位于基因的尾端，是一段特殊结构的DNA短片段，使转录在所需要的地方停止下来。生：标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。（3）怎样构建基因表达载体？【小结】：基因表达载体的构建过程：（1）用一定的_（限制酶）切割质粒，使其出现一个切口，露出_（黏性末端）。（2）用_（同一种限制酶）切断目的基因，使其产生_（相同的黏性末端）。（3）将切下的目的基因片段插入质粒的_（切口）处，再加入
22、适量_（DNA连接酶），形成了一个重组DNA分子（重组质粒）。（三）导入目的基因 【活动4】围绕抗软化番茄的培育这个案例，阅读教材P15-16内容，思考并讨论以下问题： （1）番茄为什么通常容易软化？抗软化番茄的抗软化机理是什么？ （2）在该项目中，目的基因是什么？其载体是什么？ （3）农杆菌是一类什么生物？它为什么适合用于将目的基因导入植物细胞？【小结】：1、将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法： 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染色体上。 转化过程：目的基因插入 农杆菌导入植物细胞目的基因整合到植物细胞染色体上目的
23、基因的遗传特性得以稳定维持和表达。（2）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。（3）花粉管通道法：借助花粉萌发后形成的花粉管将目的基因导入受体细胞。【活动5】阅读教材P17内容，思考并讨论以下问题：（1）为什么通常选用动物的受精卵作为目的基因的受体细胞？（2）为什么在基因工程中经常选用微生物作为受体细胞？大肠杆菌细胞最常用的转化方法是什么？生：原核生物具有一些其他生物没有的特点：繁殖快，多为单细胞、遗传物质相对较少等，因此，早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞。师：大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:首先用Ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的通透性,使细胞处于一种能吸收
24、周围环境中DNA分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞. 第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程.第二步目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。思考：为什么要用Ca2处理细胞？生：因为大肠杆菌等细菌的细胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2处理，以增加细菌细胞壁的通透性。【小结】：2将目的基因导入动物细胞（1）方法： 技术。（2）操作程序：目的基因表达载体构建取卵（受精卵） 显微注射注射了目的基因的受精卵移植到_性动物体内发育新性状动物。3将目的基因
25、导入微生物细胞（1）原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。（2）转化过程： 处理细胞 细胞基因表达载体与感受态细胞混合 _ 细胞吸收DNA分子。（四）检测和鉴定目的基因【活动6】阅读教材P17-18，思考：（1）完成第三步操作后，是否意味着目的基因就一定成功导入受体细胞？是否意味着转基因生物就一定培育成功？为什么？ （2）什么是基因探针？DNA分子杂交法依据的原理是什么？说说其操作过程。（3）目的基因的检测与鉴定，可从哪几个水平进行？各有什么作用？检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，一般采用的方法是DNA分子杂交。采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放
26、在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。 检测目的基因是否转录出mRNA方法是分子杂交。检测目的基因是否翻译成蛋白质进行抗原抗体杂交。【小结】：目的基因的检测与鉴定内容和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DNA分子杂交（DNA和DNA之间）是否成功显示出杂交带第二步目的基因是否转录出mRNA分子杂交技术（DNA和mRNA之间）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抗原抗体杂交是否成功显示出杂交带个体水平鉴定包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是
27、否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性比较，以确定功能是否相同等例1下列有关基因工程技术的正确叙述是A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和载体B所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达【解析】 基因操作的工具有限制酶、连接酶，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。运载体是基因的运输工具，目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因完成了表达，基因工程的结果是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物，选择受体细胞的重要条件就是能够快速繁殖。【答案】 C例4 基因
28、工程是在DNA分子水平上进行设计“施工”的，在基因操作的基本步骤中，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.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的监测和表达解析：目的基因的合成、监测和表达以及与运载体结合都发生碱基配对行为。将目的基因导入受体细胞没有碱基配对行为。答案：C【例5】 (2008理综山东卷)为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。（1）获得耐盐基因后，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的 处，DNA连接酶作用于 处。（填“a”或“b”）（2）将重组DNA分子导
29、入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和 法。（3）由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用 技术，该技术的核心是 和 。（4）为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的 作探针进行分子杂交检测，又要用 方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。【例6】在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanr）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。 请据图回答：（1）A过程需要的酶有 。 （2）B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是 。（3）C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入 。（4）如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用 作为探针。【评价反馈】2在基因工程中，科学家常用细菌、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.遗传物质含量少 C. 繁殖速度快 D.性状稳定，变异少（ ）5. 用于判断目的基因
