高中生物同步備課系列【備學(xué)案】3.2.1 基因工程的基本操作程序 導(dǎo)學(xué)案（學(xué)生版）-人教2019版選擇性必修3

第3章基因工程第2節(jié)基因工程的基本操作程序（第1課時(shí)）導(dǎo)學(xué)案【生命觀念】闡明基因工程的原理和基本操作程序。【科學(xué)思維】針對(duì)人類生產(chǎn)或生活中的某一需求，選取適當(dāng)?shù)幕蚬こ痰募夹g(shù)和方法，嘗試設(shè)計(jì)獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因。一、目的基因的篩選和獲取目的基因：在基因工程的設(shè)計(jì)和操作中，用于_______________或_______________等的基因就是目的基因，根據(jù)不同的需要，目的基因是不同的，主要是指__________的基因。目前被廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、植物抗病基因（抗病毒、抗細(xì)菌）、人胰島素基因、人干擾素基因等。1.篩選合適的目的基因（1）方法：從相關(guān)的__________和_____________的基因中篩選。隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，以及序列數(shù)據(jù)庫(kù)（如GenBank）、序列比對(duì)工具（如BLAST）等的應(yīng)用，越來(lái)越多的基因的結(jié)構(gòu)和功能為人們所知，為科學(xué)家找到合適的目的基因提供更多機(jī)會(huì)和可能。（2）實(shí)例：蘇云金桿菌制成的生物殺蟲劑廣泛用于防治棉花蟲害；蘇云金桿菌的殺蟲作用與________有關(guān)；科學(xué)家不僅掌握了________的序列信息，對(duì)_______的表達(dá)產(chǎn)物-Bt抗蟲蛋白也有較為深入的了解。因此，篩選_______作為培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的目的基因。2.利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因（1）PCR：____________的縮寫。它是一項(xiàng)根據(jù)_______________的原理，在_____提供參與DNA復(fù)制的各種組分與反應(yīng)條件，對(duì)目的基因的__________進(jìn)行大量復(fù)制的技術(shù)。（2）DNA體內(nèi)復(fù)制的條件參與的組分在DNA復(fù)制中的作用解旋酶DNA母鏈4種脫氧核苷酸DNA聚合酶引物引物：一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)的_______________。體內(nèi)復(fù)制的引物為_(kāi)_________。（3）DNA體外復(fù)制（PCR）的條件參與的組分在DNA復(fù)制中的作用90℃以上高溫DNA母鏈*4種脫氧核苷酸耐高溫的DNA聚合酶引物緩沖液（含Mg2+）注意：體外復(fù)制的引物一般為_(kāi)_________。（4）擴(kuò)增的過(guò)程①變性：當(dāng)溫度上升到_____以上時(shí)，雙鏈DNA解聚為單鏈；②復(fù)性：當(dāng)溫度下降到_____左右時(shí)，兩種引物通過(guò)_______________與兩條單鏈DNA結(jié)合；③延伸：當(dāng)溫度上升到_____左右時(shí)，溶液中的4種脫氧核苷酸在__________________的作用下，根據(jù)_______________原則合成新的DNA鏈。如此重復(fù)循環(huán)多次，由于延伸后得到的產(chǎn)物又可以作為下一個(gè)循環(huán)的模板，因而每一次循環(huán)后目的基因的量可以增加一倍，即成指數(shù)形式擴(kuò)增（約為2n，其中n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）?！舅伎肌坑肞CR可以擴(kuò)增mRNA嗎？3.獲取目的基因的其他方法（1）構(gòu)建____________來(lái)獲取目的基因：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為_(kāi)_________。①_______________：含有一種生物的全部基因。提取某種生物的全部DNA→用適當(dāng)?shù)腳____酶切一定大小的DNA片段→將DNA片段與載體連接形成_______________→導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存→__________。②_______________：只包含了一種生物的部分基因，如：__________。提取某種生物的某器官或特定發(fā)育時(shí)期的mRNA→在__________作用下形成單鏈互補(bǔ)DNA→在__________作用下形成雙鏈DNA片段→與載體連接形成_______________→導(dǎo)入受體菌中儲(chǔ)存→__________。基因組DNA文庫(kù)與cDNA文庫(kù)的比較：文庫(kù)類型cDNA文庫(kù)基因組文庫(kù)文庫(kù)大小基因中啟動(dòng)子（具有啟動(dòng)作用的DNA片段）基因中內(nèi)含子（位于編碼蛋白質(zhì)序列的非編碼DNA片段）基因多少物種間的基因交流（2）利用化學(xué)方法人工合成①需要儀器：DNA合成儀。②適用目的基因類型：要獲取的基因比較_____，核苷酸序列又_____；③不需要模板。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建（核心）1.操作目的：讓目的基因在受體細(xì)胞中__________，并且遺傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠_____和__________。2.基因表達(dá)載體的構(gòu)成（1）啟動(dòng)子：一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的_____（_____），緊挨轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)，是__________識(shí)別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終表達(dá)出人類需要的蛋白質(zhì)。有時(shí)為滿足應(yīng)用需要，會(huì)在載體中人工構(gòu)建誘導(dǎo)型啟動(dòng)子。誘導(dǎo)物存在時(shí)，可_____或_____目的基因的表達(dá)。（2）終止子：一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的_____（_____），標(biāo)志著轉(zhuǎn)錄的_____。（3）標(biāo)記基因①作用：便于__________的篩選。②常見(jiàn)類型：__________基因、熒光蛋白基因等。（4）目的基因：如Bt基因。（5）復(fù)制原點(diǎn)作用：使能完成自主復(fù)制。3.基因表達(dá)載體的構(gòu)建【思考】將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡(jiǎn)便嗎？如果這么做，效果會(huì)怎樣？三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1.將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）花粉管通道法（受體細(xì)胞：__________）①用微量注射器將含__________的DNA溶液直接注入_____中；②在植物受粉后的一定時(shí)間內(nèi)，剪去柱頭，將DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助__________通道進(jìn)入胚囊。（2）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法①轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_____和_____的過(guò)程。此處“轉(zhuǎn)化”與肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的“轉(zhuǎn)化”含義相同，實(shí)質(zhì)都是__________。②特點(diǎn)：a.能在自然條件下侵染_____植物和_____植物，而對(duì)大多數(shù)_____植物沒(méi)有侵染能力。b.農(nóng)桿菌細(xì)胞內(nèi)含有Ti質(zhì)粒，當(dāng)它侵染植物細(xì)胞后，能將Ti質(zhì)粒上的_________（_______的DNA）轉(zhuǎn)移到被侵染的細(xì)胞，并且將其整合到該細(xì)胞的__________上。③實(shí)驗(yàn)思路（過(guò)程）：將目的基因插入Ti質(zhì)粒的_____中，通過(guò)農(nóng)桿菌的_____作用，就可以使目的基因進(jìn)入植物細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的__________上，使目的基因能夠維持_____和_____。④具體轉(zhuǎn)化方法：a.可以將新鮮的從葉片上取下的圓形小片與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，然后篩選__________，并再生成植株。b.可以將_____直接浸沒(méi)在含有農(nóng)桿菌的溶液中一段時(shí)間，然后培養(yǎng)植株并獲得種子，再進(jìn)行篩選、鑒定等。2.將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞——__________法（1）受體細(xì)胞：__________。因?yàn)開(kāi)_________容易表現(xiàn)出__________。（2）過(guò)程：構(gòu)建基因表達(dá)載體并提純→利用__________將基因表達(dá)載體注入動(dòng)物的__________中→早期胚胎培養(yǎng)→__________→獲得具有新性狀的動(dòng)物。3.將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞——__________法（1）受體細(xì)胞：常用__________作為受體細(xì)胞，其中以__________最廣泛。優(yōu)點(diǎn)：繁殖_____、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)__