2015高中生物12基因工程的基本操作程序教学案新人教版选修3

1选修三专题11.2基因工程的基本操作程序一、学习目标1.简述基因工程原理及基本操作程序。2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。二、教学建议1.课时数：本节教学建议用1课时。2.课时侧重点：（1）基因工程基本操作程序的四个步骤。3.教学策略本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》。本节教学难点多，学生学习有一定的困难，因此建议采取化整为零、各个击破的教学策略。（1）加强预习环节，先解决为什么要分四个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术方法问题。为了突破难点及培养自学能力，在上节课结束时，可布置学生预习本节内容。在上新课时，首先解决基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，即分析每一步骤的必要性。为什么要有“目的基因的获取”这一步？建议引导学生看本专题题图中基因工程的概念：“基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”可以说这既是概念，也是原理。这里所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的DNA片段──目的基因是不能稳定遗传的。课文中谈到构建表达载体的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能表达和发挥作用。为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？教材指出含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的DNA中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。在解决上述为什么基因工程操作程序分四个步骤的基础上，进入每一程序的有关技术和方法的学习。（2）加强教学媒体的运用，解决每一程序中的技术难点。在各个操作程序中都有一些技术和方法层面上的难点不好理解，成为学生学习过程的拦路虎。形象化是解决这一难题的好办法。例如，在目的基因获取的常用方法中有“从基因文库中获得目的基因”的说法。尽管课文中运用了比喻的方法，但语言文字仍显抽象。教师应尽可能在教学中编制软件、绘制投影片或利用挂图来解决这一难点。让学生了解有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。而有关PCR扩增技术，则可结合书中插图，明示出文字中概括出的变性、退火、延伸、多次重复等四个过程。又如，在学习基因表达载体的构建方法时，可结合插图，说明插入必要的元件──目的基因、启动子、终止子和标记基因的位置及其作用。再如，学习目的基因导入方法时，可借用目的基因导入植物细胞的方法──农杆菌转化法以及相关的图，讲清具体方法。攻破一点后，再扩展到其他导入方法。（3）通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。2本节学习的基因工程的基本操作程序和方法是对转基因植物、动物、微生物的概括。如果在本课将要结束时，做个练习，带领学生结合设计某一转基因生物的具体过程，可将基因工程操作程序有机地串起来，从而加深对这一程序的认识。例如，烟草是人类健康的“杀手”。如果让它生产出人类需要的药物蛋白，应如何操作？通过这一实例引导学生结合目的基因从何而来，表达载体如何构建，如何导入烟草，如何检测药物蛋白产生与否等问题加以设计。可加深学生对基因工程原理的理解。不同学生会有不同的方法，让学生通过相互比较，相互借鉴，达到相互学习的目的。学生在课下还可查阅《科学》杂志等参考读物，了解科学家成功的做法。三、达标检测1．基因工程的正确操作步骤是()①构建基因表达载体②将目的基因导入受体细胞③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求④提取目的基因A．③②④①B．②③①③C．④①②③D．③④①②2．下列关于基因文库的说法，错误的是()A．可分为基因组文库和部分基因文库B．cDNA文库属于部分基因文库C．基因组文库的基因在不同物种之间均可进行基因交流D．同种生物的cDNA文库基因数量较基因组文库基因数量少3．下列获取目的基因的方法中需要模板链的是()①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③4．下列哪项不是表达载体所必需的组成()A．目的基因B．启动子C．终止子D．抗青霉素基因5．下列操作不属于基因表达载体构建过程的是()A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端B．用同一种限制酶切割目的基因露出黏性末端C．将切下的目的基因片段插入质粒切口处D．将重组DNA导入受体细胞中6．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．①②④7．检测转基因生物是否转录出mRNA，应通过何种分子杂交方法实现()3A．DNA—DNA杂交B．DNA—RNA杂交C．RNA—蛋白质杂交D．蛋白质—蛋白质杂交8．要检测目的基因是否成功地插入了受体DNA中，需要用基因探针，基因探针是指()A．用于检测疾病的医疗器械B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子C．合成β­珠蛋白的DNAD．合成苯丙羟化酶的DNA片段9．利用PCR技术扩增DNA，需要的条件是()①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④热稳定DNA聚合酶⑤mRNA⑥核糖体⑦能量A．②③④⑤⑥B．①③④⑤⑦C．①②③⑤⑥D．①②③④⑦10．用某人的胰岛素基因制成的DNA探针，能与之形成杂交分子的是()①该人胰岛A细胞中的DNA②该人胰岛B细胞中的mRNA③该人胰岛A细胞中的mRNA④该人肝细胞中的DNAA．①③④B．①②③C．①②④D．②11．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内，某细菌质粒上的标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上生长情况也不同，如图所示外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c三点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析，其中分析正确的是()实验现象实验推论在含青霉素培养基上生长情况在含四环素培养基上生长情况目的基因插入的位置A能生长能生长aB不能生长能生长bC能生长不能生长cD不能生长不能生长c12.在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是()①一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止④所有基因表达载体4的构建是完全相同的A．②③B．①④C．①②D．③④13．棉铃虫是一种危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法，科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达，棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。花粉管通道法是指：利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒蛋白基因送入胚囊，进而导入不具备细胞壁的合子或早期胚体细胞，借助天然的种胚系统，形成含有目的基因的种胚。(1)下列所示的黏性末端是由________种限制酶作用产生的。(2)利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因操作的基本步骤中的第三步，即__________________。为减少获得目的基因的盲目性，在获得真核生物的目的基因时，应尽量采用______________的方法。(3)该目的基因在导入受体细胞前需要与载体结合，目前经常使用的载体有__________、________________和__________。(4)检测该目的基因是否表达的方法是__________________________________________________________________________________________________________________。14．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因导入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本操作过程如图所示，请据图回答下列问题：(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这种可遗传变异属于_______________________________________________________________________________________________。(2)从大麦细胞中可直接分离获得LTP1基因，还可采用__________方法获得目的基因。本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是__________________。(3)要使载体与LTP1基因连接，首先应使用__________进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为AATTCG，则能与该载体连接的LTP1基因分子末端是____________。A．GCTTAAB．TAATTCCC．CTTTAGD．AAATCT5(4)切割完成后，采用______________酶将载体与LTP1基因连接，连接后得到的DNA分子称为__________。(5)此操作中可以分别用含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是________________________________________________________________________________________________________________。(6)除了看啤酒泡沫丰富与否外，还可用什么方法检测LTP1基因在啤酒酵母菌中是否表达？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。15．将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程有关的图和表。表1引物对序列表引物对AP1AACTGAAATGTAGCTATCP2TTAAGTCCATTACTCTAG引物对BS1GTCCGACTAGTGGCTGTGS2AGCTGGCGTTTAGCCTCG表2几种限制酶识别序列及切割位点表限制酶AluⅠEcoRⅠPstⅠSmaⅠ切割位点AG↓CTTC↑GAG↓AATTCCTTAA↑GCTGCA↓GG↑ACGTCCCC↓GGGGGG↑CCC请根据以上图表回答下列问题：(1)在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，其最主要的特点是__________。6(2)PCR过程中退火(复性)温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？__________。(3)图1步骤③所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？______________。(4)为将外源基因转入马铃薯，图1步骤⑥转基因所用的细菌B通常为__________。(5)对符合设计要求的重组质粒T进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1中标示的酶切点和表2所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。①采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切，得到________种DNA片段。②采用EcoRⅠ和SmaⅠ酶切，得到______种DNA片段。7答案1．C2．C3．D4．D5．D6．D7．B8．B9．D10．C11．B12．B13．(1)4(2)将目的基因导入受体细胞人工合成目的基因(3)质粒λ噬菌体的洐生物动植物病毒(4)让害虫吃棉花，观察害虫的生存状态14．(1)基因重组(2)人工合成质粒(3)