生物選修三導(dǎo)學(xué)案一

1、生物選修三導(dǎo)學(xué)案（一）第一章 基因工程第一課時 1.1 基因工程概述【教學(xué)目標(biāo)】1）通過學(xué)習(xí)重組技術(shù)的基本工具，模擬制作重組DNA模型，初步掌握基因工程的基本方法提高動手能力2）通過對書中插圖、照片等的觀察，學(xué)會科學(xué)的觀察方法，培養(yǎng)觀察能力。3）通過對基本概念、基本原理、科學(xué)方法的正確理解和掌握，逐步形成比較、判斷、推理、分析、綜合等思維能力，具備能運用學(xué)到的生物學(xué)知識評價和解決某些實際問題的能力。【課前導(dǎo)學(xué)】11.1 DNA重組技術(shù)的基本工具一、基因工程的原理：基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的設(shè)計，通過體外和，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基

2、因工程是在水平上進行設(shè)計和施工的，因此又叫做。二、限制性核酸內(nèi)切酶1、切割DNA的工具是，又稱。2、這類酶在生物體內(nèi)能將外來的DNA切斷，即能夠限制異源DNA的侵入并使之失去活力，但對自己的DNA卻無損害作用，這樣可以保持細胞原有的遺傳信息。3、由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進行的，故名限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）。4、DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段，末端通常有兩種形式，即和。三、DNA連接酶“分子縫合針”根據(jù)DNA連接酶的來源不同，可以將它分為兩類：一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為DNA連接酶。DNA連接酶只能將連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間進行連接。另一類是從分離

3、出來的，稱為T4DNA連接酶。T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補的，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的，但連接之間的效率比較低。四、基因進入受體細胞的載體“分子運輸車”1、基因操作過程中使用載體兩個目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量的復(fù)制。2、現(xiàn)在通常使用的載體是，它是一種相對分子質(zhì)量較小、獨立于擬核DNA之外的環(huán)狀DNA，有的細菌中有一個，有的細菌中有多個。3、質(zhì)粒通過細菌間的接合由一個細菌向另一個細菌轉(zhuǎn)移，可以復(fù)制，也可整合細菌擬核DNA中，隨著擬核DNA的復(fù)制而復(fù)制。4、其他載體還有和等。5、作為載體必須具備以下條

4、件：能夠在宿主細胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；具有某些標(biāo)記基因，便于進行篩選，如對抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。11.2 基因工程的基本操作程序一、獲取目的基因：1、目的基因：符合人們需要的，編碼蛋白質(zhì)的。2獲取目的基因的方法（1）從基因文庫中獲取目的基因 基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多，導(dǎo)人受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫?；蚪M文庫：含有一種生物的 基因 種類cDNA文庫：含有一種生物的基因 目的基因的獲取根據(jù)基因的有關(guān)信息：基因的序列、基因在上的位置、基因的產(chǎn)物mRNA、基因的產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性獲取目的

5、基因。（2）利用PCR技術(shù)擴增目的基因。 PCR：是一項在生物體外特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。 條件：已知目的基因的序列。 過程：目的基因DNA受熱形成，與結(jié)合，然后在_的作用下進行延伸形成DNA。 方式：指數(shù)擴增=2n（n為擴增循環(huán)的次數(shù)）（3）人工合成法：基因較小，核苷酸序列已知，可以人工合成。二、制備重組DNA分子1、表達載體的組成：目的基因+標(biāo)記基因等。2、啟動子：位于基因的，它是結(jié)合的部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。3、終止子：位于基因的，終止。4、表達載體的功能：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且給下一代；使目的基因_和發(fā)揮作用。5、標(biāo)記基因：受體細胞是否含有目的基因。6、不同

6、的受體細胞及目的基因?qū)胧荏w細胞的方法不同，基因表達載體的構(gòu)建上也會有所差別。三、轉(zhuǎn)化受體細胞（一）轉(zhuǎn)化：目的基因進人受體細胞內(nèi)，并在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和的過程。（二）方法1、將目的基因?qū)胫参锛毎?）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 農(nóng)桿菌特點：易感染植物和裸子植物，對_植物沒有感染力；Ti質(zhì)粒的可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體上。 轉(zhuǎn)化：目的基因插人農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細胞目的基因整合到植物細胞染色體上目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達。（2）基因槍法基因槍法：是單子葉植物中常用的一種基因轉(zhuǎn)化方法，但是成本較高。（3）花粉管通道法花粉管通道法：這是我國科學(xué)家獨創(chuàng)的一種方法，是一種十分簡便經(jīng)濟的方法。（

7、我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是用此種方法獲得的）2將目的基因?qū)雱游锛毎?）方法：注射技術(shù)。（2）操作程序：目的基因表達載體取卵（受精卵） 顯微注射注射了目的基因的受精卵移植到_性動物的_內(nèi)發(fā)育新性狀動物。3將目的基因?qū)宋⑸锛毎?）原核生物特點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少等。（2）轉(zhuǎn)化：處理細胞細胞表達載體與感受態(tài)細胞混合 _細胞吸收DNA分子。四、篩選重組細胞1檢測 （1）方法：標(biāo)記了的、抗原抗體雜交。 （2）內(nèi)容 檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入。 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄。 檢測目的基因是否翻譯成。2鑒定：鑒定、抗病鑒定等。五、實現(xiàn)功能表達【總結(jié)歸納】歸納點1 基因工程的概念基

8、因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切拼接導(dǎo)入表達結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物歸納點2 基因工程的工具及其比較 1、基因工程的操作工具 （1）分子手術(shù)刀限制性核酸內(nèi)切酶 限制性核酸內(nèi)切酶簡稱限制酶，主要存在于原核生物中，一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了200多種限制酶。例如，從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的一種限制酶只能識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。蘇云金芽孢桿菌中的抗蟲基因，就能被某種限制酶切割下來。DNA分子經(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

9、端（如下圖所示）。當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線處切開時，產(chǎn)生的則是平末端。 注意：用限制酶切割DNA分子時，被破壞的是DNA鏈中的磷酸二酯鍵（即連接相鄰兩個脫氧核苷酸的鍵）。黏性末端是指雙鏈DNA分子被限制酶切開后，切口處的兩個末端伸出的由若干特定核苷酸組成的單鏈。（2）分子縫合針DNA連接酶從上圖中可以看出，把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，然后讓二者的黏性末端按堿基互補配對原則形成雙鏈，用DNA連接酶催化兩條DNA鏈的相鄰兩個堿基之間形成磷酸二酯鍵，從而將相鄰的脫氧核苷酸連接起來。DNA連接酶有兩類：

10、一類是從大腸桿菌中分離得到的，稱為E·coli DNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分離出來的稱為T4 DNA連接酶。E·coli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間進行連接。而T4-DNA連接酶既可以連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端，又可以連接雙鏈DNA片段的平末端，但連接平末端的效率較低（3）分子運輸車一基因進入受體細胞的載體 使用運載體的目的 在基因工程中使用運載體有兩個目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量的復(fù)制（稱為克?。?。 運載體的種類 現(xiàn)在所利用

11、的運載體主要有兩類：一類是細菌的質(zhì)粒，它是一種相對分子質(zhì)量較小、獨立于細菌核區(qū)DNA之外的雙鏈環(huán)狀DNA。另一類運載體是噬菌體或某些滅活的病毒等?，F(xiàn)在人們還在尋找新的運載體，如葉綠體或線粒體等也有可能成為運載體。 基因的運載體必須具備的條件 a載體DNA必須有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而導(dǎo)致其自身失活。 b載體DNA必須具備自我復(fù)制的能力，或可以整合到受體染色體DNA上隨受體染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。 c載體DNA必須帶有標(biāo)記基因，以便重組后進行重

12、組子的篩選。d載體DNA必須是安全的，不會對受體細胞有害，不能進入到除受體細胞以外的其他生物細胞中去。 e載體DNA分子大小應(yīng)適中，以便提取和在體外進行操作，太大則不便操作。 一般來說，天然運載體往往不能滿足上述要求，因此根據(jù)不同的目的和需要，對運載體進行人工改造現(xiàn)在使用的質(zhì)粒載體幾乎都是經(jīng)過改造的。與DNA分子相關(guān)的酶五、幾種酶的比較種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間的氫鍵作用特點切割目的基因及載體，能專一性識別雙鏈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

13、之間的磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA兩條鏈之間的氫鍵打開作用結(jié)果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子(2)限制酶與DNA連接酶的關(guān)系限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。DNA連接酶起作用時不需要模板。【典題反饋】 【典例1】(2011·浙江卷)將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是()。A每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質(zhì)粒B每個重組

14、質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點C每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個adaD每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子【訓(xùn)練1】下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述，錯誤的是()。A一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列B限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度影響C限制性核酸內(nèi)切酶能識別和切割RNAD限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取【訓(xùn)練2】質(zhì)粒作為“分子運輸車”的條件是()。能夠自我復(fù)制雙鏈環(huán)狀DNA分子有多個限制酶切割位點有標(biāo)記基因真核細胞中沒有A BC D【課堂反饋】1、下列關(guān)于限制酶的說法正確的是 A、限制酶廣泛存在于各種生物中，但微生物中很少B、一種限制酶只能

15、識別一種特定的核苷酸序列C、不同的限制酶切割DNA后都會形成黏性末端D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氫鍵2、下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是 從基因文庫中獲取目的基因 利用PCR技術(shù)擴增目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 通過DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成A、 B、 C、 D、3、科學(xué)家在培育抗蟲棉時，經(jīng)過了許多復(fù)雜的過程和不懈的努力，才獲得成功。起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質(zhì)粒中，然后導(dǎo)入棉花的受精卵中，結(jié)果抗蟲基因在棉花體內(nèi)沒有表達。然后在插入抗蟲基因的質(zhì)粒中插入啟動子（抗蟲基因首端），導(dǎo)人棉花受精卵，長成的棉花植株還是沒有抗蟲能力。科學(xué)家又在有啟動子、抗蟲基因的質(zhì)粒中插入終止子（

16、抗蟲基因末端），導(dǎo)入棉花受精卵，結(jié)果成長的植株，有了抗蟲能力。由以上過程推知，作為目的基因的運載體應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)是 A、目的基因、啟動子 B、目的基因、終止子 C、目的基因、啟動子、終止子 D、目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因4、采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是 將毒素蛋白注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中將編碼毒素蛋白的DNA序列，與質(zhì)粒重組導(dǎo)入細菌，用該細菌感染棉的體細胞，再進行組織培養(yǎng)將編碼毒素蛋白的DNA序列，與細菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵 A、 B、 C、 D、5、已知某種限制酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如

17、圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段?，F(xiàn)有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶切割后，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 A、3 B、4 C、9 D、126、質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細菌體內(nèi)。質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，下表是外源基因插入位置（插入點有a、b、c），請根據(jù)表中提供的細菌生長情況，推測三種重組后細菌的外源

18、基因插入點，正確的一組是 A、是c；是b；是aB、是a和b；是a；是bC、是a和b；C參是b；是aD、是c；是a；是b7、以下是兩種限制酶切割后形成的DNA片段，分析回答問題。（1）其中和是由一種限制酶切割形成的末端，兩者要重組成一個DNA分子，所用DNA連接酶通常是。（2）和是由另一種限制酶切割形成的末端，兩者要形成重組DNA片段，所用DNA連接酶通常是。 8、下圖為DNA分子的切割和連接過程。（1）EcoRI是一種酶，其識別序列是，切割位點是與之間的鍵。切割結(jié)果產(chǎn)生的DNA片段末端形式為。（2）不同來源DNA片段結(jié)合，在這里需要的酶應(yīng)是連接酶，此酶的作用是在與之間形成鍵，而起“縫合”作用的

19、。還有一種連接平末端的連接酶是。9、治療糖尿病用的胰島素，在過去主要是從動物（如豬、牛）體獲得的。自20世紀(jì)70年代基因工程發(fā)展起來以后，人們開始采用高新技術(shù)生產(chǎn)胰島素，其操作過程如圖15所示：（1）圖中的質(zhì)粒存在于細菌細胞中，從其分子結(jié)構(gòu)看，可確定它是一種。（2）請根據(jù)堿基互補配對的原則判斷，在連接酶的作用下，甲與乙能否拼接起來，并說明理由。（3）細菌丙進行分裂后，其中被拼接的質(zhì)粒也由一個變成兩個，兩個變成四個質(zhì)粒的這種增加方式在遺傳學(xué)上稱為。目的基因通過表達后，能使細菌產(chǎn)生胰島素，這是因為基因具有控制合成的功能。10、下圖是將人的生長激素基因?qū)思毦鶥細胞內(nèi)制造“工程菌”的示意圖，所用載體

20、為質(zhì)粒A。已知細菌B細胞內(nèi)不含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因，質(zhì)粒A導(dǎo)人細菌B后，其上的基因能得到表達。請回答下列問題： （1）目前把重組質(zhì)粒導(dǎo)入細菌細胞時，效率還不高，導(dǎo)入完成后得到的細菌，實際上有的根本沒有導(dǎo)入質(zhì)粒，有的導(dǎo)入的是普通質(zhì)粒A，只有少數(shù)導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒。以下步驟可鑒別得到的細菌是否導(dǎo)人了質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒 ：將得到的細菌涂布在一個含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能夠生長的就導(dǎo)人了質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒，反之則沒有。使用這種方法鑒別的原因是 。（2）若把通過鑒定證明導(dǎo)人了普通質(zhì)粒A或重組質(zhì)粒的細菌放在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，會發(fā)生的現(xiàn)象是_。原因是：_（3）導(dǎo)人細菌B細胞中的目的基因成功表達的標(biāo)志是什么?生物選修三導(dǎo)學(xué)案（一）參考答案【課前導(dǎo)學(xué)】DNA重組 轉(zhuǎn)基因技術(shù) DNA分子 DNA重