高二生物(选修)学案基因工程概述

学生姓名：班级：学号：制作人：陈军-1-2012-2013学年第二学期氾水高级中学高二生物（选修）学案（1）主备人陈军课题选修三§1.1基因工程概述完成日期3.18学习目标：1、说出基因工程的概念（A）2、简述基因工程的诞生历程（A）3、说出DNA重组技术所需的三种基因工具的作用（A）4、简述基因工程基本操作程序的四个步骤（B）[预习知识]预习书本P8-P18:一、基因工程的概念是指在体外通过人工“”和“”等方法，对生物的基因进行和，然后受体细胞并使重组基因在受体细胞中，产生人类所需的基因的技术。（1）操作环境：（2）操作对象：（3）操作水平：水平（4）基本过程：→→→（5）结果：人类需要的二、基因工程的工具及作用（一）（简称限制酶）------“分子手术刀”1、来源：主要是从生物中分离纯化出来的。2、作用：能够识别DNA分子的某种的核苷酸序列，并且使每一条链中部位的两个核苷酸之间的断开。3、特点:具有，表现在两个方面：①识别双链DNA分子的某种的核苷酸。②切割序列中的位点。4、结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：末端和末端。[来源:学科网ZXXK][预习习题检查]例1、下列有关基因工程中限制内切酶的描述，错误的是（）A．一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B．限制性内切酶的活性受温度的影响C．限制性内切酶能别和切割RNAD．限制性内切酶可从原核生物中提取[预习疑难问题]问题1:[重难点点拨]（二）------“分子针线”1、分类：根据酶的来源不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类2、作用：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。【疑难解析】1、两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶)的比较：（1）相同点：都缝合磷酸二酯键（2）区别：E．coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接；T4DNA连接酶来源于T4噬菌体能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。2、DNA连接酶与DNA聚合酶作用的比较DNA连接酶DNA聚合酶不同点[来源:学科网][来源:Zxxk.Com][来源:学科网][来源:Zxxk.Com][来源:学科网]连接的DNA[来源:学科网链[来源:学_科_网][来源:学&科&网Z&X&X&K]链[来源:学科网][来源:学§科§网][来源:学科网ZXXK]模板模板模板连接的对象2个DNA片段单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上学生姓名：班级：学号：制作人：陈军-2-相同点作用实质形成化学本质(三)“分子运输车”1、载体的作用：载体是基因运输工具，在基因操作过程中，使用载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。2、载体必须具备三个条件：（1）能在受体细胞中复制并稳定保存。（2）具有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。（3）具有某些标记基因，以便进行筛选。3、载体的种类：、和等。最早应用最常应用的载体是质粒，它是细菌细胞中的一种很小的双链环状DNA分子。三、基因工程的基本过程(一)获得（目的基因的获取）1、获取方法主要有两种：（1）从自然界中已有的物种中分离出来，如可从基因文库中获取。（2）用人工的方法合成。★获得原核细胞目的基因可采取直接分离，获取真核细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转录法和化学合成法。2、利用PCR技术扩增目的基因（1）PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。（2）目的：获取大量的目的基因（3）原理：DNA双链复制（4）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链为单链；第二步：冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。（5）特点：指数形式扩增(二)制备重组DNA分子(基因表达载体的构建)1、重组DNA分子的组成：除了目的基因外，还必须有标记基因。★标记基因的作用：鉴定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。2、方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。(三)转化受体细胞(将目的基因导入受体细胞)1、转化的概念：是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。2、常用的转化方法：（1）将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌介导转化技术（农杆菌转化法），其次还有基因枪介导转化技术（基因枪法）和花粉管通道技术（花粉管通道法）。（2）将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。（3）将目的基因导入微生物细胞：Ca2＋处理法。例2、以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。学生姓名：班级：学号：制作人：陈军-3-（1）获得目的基因的方法通常包括和。（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别是和。（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或，后者的形状成。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率，所以在转化后通常需要进行操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和序列上是相同的。(四)筛选出获得目的基因的受体细胞、培养受体细胞并诱导目的基因的表达（目的基因的检测与鉴定）1、分子水平的检测（1）首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。（2）其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用RNA分子杂交技术。（3）最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。提示：①DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交；②抗原－抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的2、个体生物学水平的鉴定有时还需进行个体生物学水平的鉴定，如抗虫或抗病的鉴定等。四、基因工程的意义：能够打破生物种属的界限（即克服远源杂交不亲和的障碍），在分子水平上定向改变生物的遗传特性。[典型例题]1.下列关于基因工程的叙述中错误的是（）A.基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿定向改造生物，培育新品种B.基因工程技术是唯一能冲破远源杂交不亲和障碍，培育生物新类型的方法C.基因工程的基本工具是：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和基因的运载体D.基因工程的研究成果，目前大多需要通过发酵工程和酶工程来实现产业化2．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3.两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（）A．DNA连接酶B．EcoRI酶C．DNA聚合酶D．限制酶4.下图为四种限制酶BamHI、EcoRI、ttindIII和B硝辨的识别序列。它们切割出来的DNA黏性末端可以互补配对的是（）A．BamHI和BglⅡB．BamHI和HindⅢC．BamHⅠ和EcoRID．EcoRI和HindⅢ学生姓名：班级：学号：制作人：陈军-4-5.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B．G与C之间的键C．T与A之间的键D.磷酸与脱氧核糖之间的键6．将单个脱氧核昔酸连接到脱氧核昔酸链上的酶是（）A.DNA连接酶B.DNA酶C.DNA解旋酶D.DNA聚合酶7.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8.（多选）基因工程的运载体必须具备的条件是（）A．能在受体细胞内复制并保存B．具有多个限制酶切点C．有特殊的遗传标记基因D．环状的DNA分子9．（多选）下列哪些可作为基因工程技术中常用的基因运载工具（）A．大肠杆菌B．质粒C．动物病毒D．线粒体10．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。[课后作业]书P19