1、精選文檔生物選修三導學案（一）第一章 基因工程第一課時 1.1 基因工程概述【教學目標】1）通過學習重組技術的基本工具，模擬制作重組DNA模型，初步把握基因工程的基本方法提高動手力量2）通過對書中插圖、照片等的觀看，學會科學的觀看方法，培育觀看力量。3）通過對基本概念、基本原理、科學方法的正確理解和把握，逐步形成比較、推斷、推理、分析、綜合等思維力量，具備能運用學到的生物學學問評價和解決某些實際問題的力量。【課前導學】11.1 DNA重組技術的基本工具一、基因工程的原理：基因工程是指依據人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外和，賜予生物以新的遺傳特性，制造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品

2、。由于基因工程是在水平上進行設計和施工的，因此又叫做。二、限制性核酸內切酶1、切割DNA的工具是，又稱。2、這類酶在生物體內能將外來的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分子內部進行的，故名限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）。4、DNA分子經限制酶切割產生的DNA片段，末端通常有兩種形式，即和。三、DNA連接酶“分子縫合針”依據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別得到的，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

3、是從分別出來的，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，將目的基因轉移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量的復制。2、現在通常使用的載體是，它是一種相對分子質量較小、獨立于擬核DNA之外的環狀DNA，有的細菌中有一個，有的細菌中有多個。3、質粒通過細菌間的接合由一個細菌向另一個細菌轉移，可以復制，也可整合細菌擬核DNA中，隨著擬核DNA的復制而復制。4、其他載體還有和等。5、作為載體必需具

4、備以下條件：能夠在宿主細胞中復制并穩定地保存；具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；具有某些標記基因，便于進行篩選，如對抗菌素的抗性基因、產物具有顏色反應的基因等。11.2 基因工程的基本操作程序一、獵取目的基因：1、目的基因：符合人們需要的，編碼蛋白質的。2獵取目的基因的方法（1）從基因文庫中獵取目的基因 基因文庫：將含有某種生物不同基因的很多，導人受體菌的群體中，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。基因組文庫：含有一種生物的 基因 種類cDNA文庫：含有一種生物的基因 目的基因的獵取依據基因的有關信息：基因的序列、基因在上的位置、基因的產物mRNA、基因的產物蛋白質等特性

5、獵取目的基因。（2）利用PCR技術擴增目的基因。 PCR：是一項在生物體外特定DNA片段的核酸合成技術。 條件：已知目的基因的序列。 過程：目的基因DNA受熱形成，與結合，然后在_的作用下進行延長形成DNA。 方式：指數擴增=2n（n為擴增循環的次數）（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+標記基因等。2、啟動子：位于基因的，它是結合的部位，驅動基因轉錄產生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定存在，并且給下一代；使目的基因_和發揮作用。5、標記基因：受體細胞是否含有目的基因。

6、6、不同的受體細胞及目的基因導入受體細胞的方法不同，基因表達載體的構建上也會有所差別。三、轉化受體細胞（一）轉化：目的基因進人受體細胞內，并在受體細胞內維持穩定和的過程。（二）方法1、將目的基因導入植物細胞（1）農桿菌轉化法 農桿菌特點：易感染植物和裸子植物，對_植物沒有感染力；Ti質粒的可轉移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體上。 轉化：目的基因插人農桿菌導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：這是我國科學家獨創的一種方法，是一種格外簡便經濟的

7、方法。（我國的轉基因抗蟲棉就是用此種方法獲得的）2將目的基因導入動物細胞（1）方法：注射技術。（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_內發育新性狀動物。3將目的基因導人微生物細胞（1）原核生物特點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少等。（2）轉化：處理細胞細胞表達載體與感受態細胞混合 _細胞吸取DNA分子。四、篩選重組細胞1檢測 （1）方法：標記了的、抗原抗體雜交。 （2）內容 檢測轉基因生物染色體的DNA是否插入。 檢測目的基因是否轉錄。 檢測目的基因是否翻譯成。2鑒定：鑒定、抗病鑒定等。五、實現功能表達【總結歸納】歸納點1 基因工程

8、的概念基因工程的別名基因拼接技術或DNA重組技術操作環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入表達結果人類需要的基因產物歸納點2 基因工程的工具及其比較 1、基因工程的操作工具 （1）分子手術刀限制性核酸內切酶 限制性核酸內切酶簡稱限制酶，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。目前已經發覺了200多種限制酶。例如，從大腸桿菌中發覺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分子經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式黏性末

9、端和平末端（如下圖所示）。當限制酶在它識別序列的中軸線兩側將DNA的兩條鏈分別切開時，產生的是黏性末端，而當限制酶在它識別序列的中軸線處切開時，產生的則是平末端。 留意：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

10、有兩類：一類是從大腸桿菌中分別得到的，稱為E·coli DNA連接酶；另一類是從T4噬菌體中分別出來的稱為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，將目的基因轉移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量的復制（稱為克隆）。 運載體的種類 現

11、在所利用的運載體主要有兩類：一類是細菌的質粒，它是一種相對分子質量較小、獨立于細菌核區DNA之外的雙鏈環狀DNA。另一類運載體是噬菌體或某些滅活的病毒等。現在人們還在查找新的運載體，如葉綠體或線粒體等也有可能成為運載體。 基因的運載體必需具備的條件 a載體DNA必需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，還必需是在質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致其自身失活。 b載體DNA必需具備自我復制的力量，或可以整合到受體染色體DNA上隨受體染色體DNA的復制而同步復制。 c載體DNA必需帶有標記基因，以便重組

12、后進行重組子的篩選。d載體DNA必需是平安的，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，自然運載體往往不能滿足上述要求，因此依據不同的目的和需要，對運載體進行人工改造現在使用的質粒載體幾乎都是經過改造的。與DNA分子相關的酶五、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

13、個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復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連接酶的關系限制酶不切割自身DNA的緣由是：原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經被修飾。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)通過質粒pET28b導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粒B

14、每個重組質粒至少含一個限制性核酸內切酶識別位點C每個限制性核酸內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【訓練1】下列有關基因工程中限制性核酸內切酶的描述，錯誤的是()。A一種限制性核酸內切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列B限制性核酸內切酶的活性受溫度影響C限制性核酸內切酶能識別和切割RNAD限制性核酸內切酶可從原核生物中提取【訓練2】質粒作為“分子運輸車”的條件是()。能夠自我復制雙鏈環狀DNA分子有多個限制酶切割位點有標記基因真核細胞中沒有A BC D【課堂反饋】1、下列關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

15、制酶只能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、下列獵取目的基因的方法中需要模板鏈的是 從基因文庫中獵取目的基因 利用PCR技術擴增目的基因 反轉錄法 通過DNA合成儀利用化學方法人工合成A、 B、 C、 D、3、科學家在培育抗蟲棉時，經過了很多簡單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粒中，然后導入棉花的受精卵中，結果抗蟲基因在棉花體內沒有表達。然后在插入抗蟲基因的質粒中插入啟動子（抗蟲基因首端），導人棉花受精卵，長成的棉花植株還是沒有抗蟲力量。科學家又在有啟動子、抗蟲基因的質粒中插入

16、終止子（抗蟲基因末端），導入棉花受精卵，結果成長的植株，有了抗蟲力量。由以上過程推知，作為目的基因的運載體應具備的結構是 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、標記基因4、接受基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導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，與質粒重組導入細菌，用該細菌感染棉的體細胞，再進行組織培育將編碼毒素蛋白的DNA序列，與細菌質粒重組，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

17、位點，如圖中箭頭所指。假如該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現有多個上述線性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，經該酶切割后，這些線性DNA分子最多能產生長度不同的DNA片段種類數是 A、3 B、4 C、9 D、126、質粒是基因工程中最常用的載體，它存在于很多細菌體內。質粒上有標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培育基上的生長狀況也不同，下表是外源基因插入位置（插入點有a、b、c），請依據表中供應的細菌生長狀況，推想三種重組后細

18、菌的外源基因插入點，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。切割結果產生的DNA片段末端形式為。（2）不同來源DNA片段結合，在這里需要的酶應是連接酶，此酶的作用是在與之間形成鍵，而起“縫合

19、”作用的。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70年月基因工程進展起來以后，人們開頭接受高新技術生產胰島素，其操作過程如圖15所示：（1）圖中的質粒存在于細菌細胞中，從其分子結構看，可確定它是一種。（2）請依據堿基互補配對的原則推斷，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，其中被拼接的質粒也由一個變成兩個，兩個變成四個質粒的這種增加方式在遺傳學上稱為。目的基因通過表達后，能使細菌產生胰島素，這是由于基因具有把握合成的功能。10、下圖是將人的生長激素基因導人細菌B細胞內制造“工程菌”的示意圖，

20、所用載體為質粒A。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因，質粒A導人細菌B后，其上的基因能得到表達。請回答下列問題： （1）目前把重組質粒導入細菌細胞時，效率還不高，導入完成后得到的細菌，實際上有的根本沒有導入質粒，有的導入的是一般質粒A，只有少數導入的是重組質粒。以下步驟可鑒別得到的細菌是否導人了質粒A或重組質粒 ：將得到的細菌涂布在一個含有氨芐青霉素的培育基上，能夠生長的就導人了質粒A或重組質粒，反之則沒有。使用這種方法鑒別的緣由是 。（2）若把通過鑒定證明導人了一般質粒A或重組質粒的細菌放在含有四環素的培育基上培育，會發生的現象是_。緣由是：_（3）導人細菌B細胞中的目的基因成功表達的標志是什么?生物選修三導學案（一）參考答案【課前導學】DNA重組 轉基因技術 DNA分子 DNA重組