基因工程的原理(第2课时)教师版1

高二生物同步教学学案选修一现代生物科技专题第一章基因工程和蛋白质工程第一节基因工程的原理2编制：程鹏审核：孙贵日期：2010-5-11班级姓名1第一节基因工程的原理（第2课时）课前预习（10分钟）凡事预则立，不预则废。一、教学目标1．理解基因工程的基本步骤2．知道目的基因获得的方法3.理解重组载体导入和筛选的方法4、知道DNA分子杂交技术和抗原-抗体杂交在目的基因检测与鉴定中的应用5、尝试DNA的提取与鉴定德育目标：通过对书中插图等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力；通过对基因工程学习培养理解能力、思维能力、语言表达能力；体会生物科技发展对社会的影响。自主学习1、目的基因获得的方法有哪些？2、如何构建重组载体（基因表达载体）？3、将目的基因导入植物细胞、动物细胞、微生物细胞的方法有哪些？4、举例说明如何对导入了重组载体的细胞进行筛选？5、如何检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因？6、如何检测目的基因是否翻译成了蛋白质？课堂互动学习情境导入展示生物工程操作过程的动画学导结合活动1：探究获取目的基因的方法1、什么是目的基因？用总分式概念图对获取目的基因的方法进行总结。目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。目的基因的获取方法：基因组文库直接分离法从基因文库中获取鸟枪法cDNA文库人工合成法反转录法化学合成法2、直接分离法获取目的基因有何优缺点？反转录法适于合成什么样的目的基因？用图示表示反转录法的操作步骤。鸟枪法或从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。反转录法主要用于分子质量较大而又不知其序列的基因。①目的基因转录成的mRNA单链DNA双链DNA（目的基因）3、化学合成法合成的目的基因的碱基对排列顺序是唯一的吗？用图示表示其步骤。不是唯一的，因为同一种氨基酸对应多个密码子。②蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因活动2：重组载体的构建1、本步骤操作的目的是什么？将目的基因直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，结果会怎样？目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在；可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。目的基因直接导入受体细胞无法整合到受体DNA上。2、作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？用图示或文字表示出基因表达载体的组成。不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。目的基因：基因表达启动子：位于基因首端，RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录基因载体的组成终止子：位于基因尾端，使转录在所需要的地方停下来标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因3、以质粒为例简述构建重组载体的方法。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。目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）活动3：重组载体的导入和筛选1、什么是转化？基因转化的方法有哪些？（1）转化——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，称为转高二生物同步教学学案选修一现代生物科技专题第一章基因工程和蛋白质工程第一节基因工程的原理2编制：程鹏审核：孙贵日期：2010-5-11班级姓名2化。（2）基因工程中常用的受体细胞有：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤脓杆菌、酵母菌和动植物细胞（3）将目的基因导入受体细胞的方法：根据受体和运载体的类型不同，所采用的导入方法也不同。目前常用的方法有：①将目的基因导入植物细胞——脓杆菌转化法，还有基因枪法和花粉管通道法。②将目的基因导入动物细胞——显微注射技术③将目的基因导入微生物细胞——Ca＋处理细胞法2、如何检测转化后的细胞是否导入了重组载体？运载体中所携带的一些抗性基因（如氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因）及发光基因等，能控制一些特殊物质的合成，利用这些特殊物质可以筛选运载体或重组运载体，这些基因就叫做标记基因。筛选含有运载体的受体细胞，其过程是在含有相应抗菌素的培养基上培养，只有获得运载体的受体细胞才能继续生长，这样便可筛选出含有运载体的受体细胞。知识拓展：导入植物细胞：农杆菌转化法（表达载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞），基因枪法、花粉管通道法。导入动物细胞：显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）导入微生物细胞：Ca2＋处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。将目的基因导入受体细胞：细菌↓氯化钙细胞壁的通透性增大↓重组质粒进入受体细胞↓目的基因随受体细胞的繁殖而复制探究4：目的基因的表达和鉴定举例说明如何对转基因生物进行生物学功能鉴定？目的基因的检测和鉴定①检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。②检测是否转录出了mRNA，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。③检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原－抗体杂交，看是否有杂交带。④还可以进行个体水平的鉴定，根据其性状。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。探究深化β-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？基本操作如下：（1）获取目的基因：从小鼠细胞中提取出出β-珠蛋白基因。（2）将目的基因前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明β-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了β-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取β-珠蛋白。实验：尝试DNA的提取与鉴定1、实验中十二烷基磺酸钠（SDS）和乙二胺四乙酸二钠（EDTA）的作用分别是什么？2、如何提取含杂质较少的DNA?3、如何进行DNA的鉴定？总结反思巩固提高（学而时习之，不亦乐乎？）1．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2．在已知基因序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是A、化学合成法B、基因组文库法C、CDNA文库法D、聚合酶链反应3．不属于目的基因与运载体结合过程的是（）A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端B．用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端C.将重组DNA导入受体细胞中进行扩增D．将切下的目的基因插入到质粒切口处4．科学家已经能够通过基因工程的方法，能使番茄果肉细胞中含有人奶蛋白。以下有关该基因工程的叙述错误的是（）A．采用反转录的方法得到的目的基因有启动子、终止子B．用同种限制酶处理质粒和含目的基因的DNA，可产生相同的黏性末端而形成重组DNA分子C．番茄的叶肉细胞可作为受体细胞D．启动子对于目的基因在番茄的叶肉细胞中的表达是不可缺少的5．基因工程常用的受体细胞有①大肠杆菌②枯草杆菌③支原体④动植物细胞A．①②③④B．①②③C．②③④D．①②④6.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是（）A．人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵高二生物同步教学学案选修一现代生物科技专题第一章基因工程和蛋白质工程第一节基因工程的原理2编制：程鹏审核：孙贵日期：2010-5-11班级姓名3C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA7．用DNA探针检测饮用水中病毒的具体方法是A．与被检测病毒的DNA碱基序列进行比较B．与被检测病毒的DNA碱基序列进行组合C．与被检测病毒的DNA碱基序列进行杂交D．A、B、C三种方法均可8．1976年，美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转移到大肠杆菌，并获得表达，此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌()A．能进行DNA复制B.能传递给细菌后代C.能合成生长抑制素释放因子D.能合成人生长素9．（多选）一个基因表达载体的构建应包括（）A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因10．在沸水浴的条件下，DNA遇（）会被染成蓝色。A.斐林试剂B.苏丹Ⅲ染液C.双缩脲试剂D.二苯胺11、在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自70年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：（1）在基因工程中，质粒是一种最常用的，它广泛地存在于细菌细胞中，是一种很小的环状分子。（2）在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具酶是和。（3）将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括和两个阶段。（4）在将质粒导入细菌时，一般要用处理细菌，以增大。12.豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示：请根据以上材料，回答下列问题：⑴CpTI基因是基因工程中的基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是，在①过程中，首先要用酶切开，暴露出，再用酶连接。⑵在转基因过程中，供体细胞是，受体细胞是。⑶②过程称为。⑷检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是。【答案】1、C2、D3、C4、A5、【解析】基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞。答案：D6、B7.【解析】用DNA探针检测饮水中病毒的具体方法是使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而检测出饮用水中病毒来。答案：C8、C9、ＡＢＣＤ10.D11、（1）基因的运载体DNA（2）限制性内切酶DNA连接酶（3）转录翻译（4）氯化钙细菌细胞壁的通透性12．(1)目的脱氧核苷酸限制相同的黏性末端DNA连接酶(2)豇豆细胞水稻细胞(3)转录(4)让多种害虫食用水稻叶片