专题十七-基因工程教学案

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1、学大教育第 1 页 共 25 页专题十七 基因工程一、考点解读一、考点解读1、考点盘点、考点盘点内容说明（1）基因工程的诞生；（2）基因工程的原理及技术；（2）基因工程的应用；说出基因工程的概念简述基因工程的诞生历程认同基因工程的诞生和发展离不开理论突破和技术创新分析基因工程研究的理论基础说出 DNA 重组技术所需的三种基因工具的作用简述基因工程基本操作程序的四个步骤简述目的基因的获得、运载体的构建、目的基因的导入与检测等常用的方法及其基本原理举例说出基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及其发展前景关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进生产力的提高2 2、考点解读、考点解读 基因

2、工程属于生物科技前沿的内容，这一专题的教学，首先要考虑基础性。高中阶段的 教学不是培养专家，而是要全面提高学生的科学素养，因此，着力点应瞄准对学生的发展起 根本作用的知识、能力、思想情感上。忽视了这一点，而一味追求知识的深和透，就会本末 倒置，影响学生的全面发展。 本专题教学的另一个重要原则就是要在学生原有的知识、经验基础上提升。违背了渐进 性，易使学生认为“基因工程难学”而产生“危乎高哉”的想法，望而却步。紧密联系学生 已有的经验、生活阅历，尽量紧密联系必修课中的基础知识，一步步引领学生登上这一科技 前沿的舞台，学生们才会心驰神往地投入到学习中来。 本专题多数内容都与其他专题有紧密的联系。关

3、于转基因生物，在学习技术知识的基础 上应引导学生主动学习生物技术的安全性和伦理问题专题。 胚胎工程中有关胚胎移 植技术的内容，可使学生对培育转基因动物有更加透彻的理解。 细胞工程中介绍植物细 胞培养技术，是目的基因导入植物细胞、培育转基因植物的重要环节。另外，学习本专题内 容时，密切关注生态工程专题中呈现的生态环境问题，思考利用基因工程的方法，解决 生态环境问题中常规技术难以解决的问题。二、知识网络二、知识网络 DNA 是遗传物质的证明 理论基础 DNA 双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译基因转移载体的发现工具酶的发现DNA 合成和测序技术的发现 工程技术 DNA 体外重组的实现 重组

4、 DNA 表达实验的成功 第一例转基因动物的问世学大教育第 2 页 共 25 页PCR 技术的发明来源：主要从原核生物中分离功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列， 限制性内切酶 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷 （分子手术刀） 酸二酯键断开。 切割后的 DNA 末端： 黏性末端平末端功能：将切下来的 DNA 片段拼接成新的 DNA 分子 DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶：既能“缝合”双链 DNA 片段互补的黏性末端， （分子缝合针） 种类 也能“缝合”双链 DNA 的平末端 Ecoli DNA 连接酶：只能将双链片段互补的黏性末端连接 能在宿主细胞中保存下来并大量

5、复制条件： 有一个至多个限制酶切割点， 基因进入受体细胞的载体 有特殊的遗传标记基因，便于筛选。 （分子运输车） 质粒（常用） 种类： 噬菌体的衍生物 动植物病毒基因文库从基因文库中获取 基因组文库 目的基因的获取方法 部分基因文库人工合成PCR：是一项在生物体外复制特定DNA 片段的核酸合成技术。 利用 PCR 技术扩增目的基因 目的：获取大量的目的基因 原理：DNA 复制过程目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，基因表达载体的构建 并使目的基因能够表达和发挥作用。 （基因工程的核心） 目的基因： 基因表达载体的组成： 启动子：终止子：标记基因：转化：目的基因进入受体细胞

6、内并在受体细胞内维持稳定 和表达的过程 农杆菌转化法 导入植物细胞的方法： 基因枪法 将目的基因导入受体细胞 方法： 花粉通道法 导入动物细胞的方法： 显微注射技术导入微生物的方法：检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因检测： 方法：分子杂交技术（DNA 探针+转基因生物 DNA） 目的基因的检测和鉴定 检测目的基因是否转录方法：分子杂交技术（DNA 探针+转基因生物 mRNA）学大教育第 3 页 共 25 页检测目的基因是否翻译成蛋白质、抗原抗体杂交鉴定：对生物进行个体水平的鉴定抗虫转基因植物抗病转基因植物 转基因植物 抗虫逆转基因植物改良植物品质提高动物生长速度改善畜产品的品质转基因动

7、物 用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体 基因工程药物基因治疗三、本单元分课时复习方案三、本单元分课时复习方案基因工程的概念 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。基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNA 重组技术。（一）基因工程的基本工具（一）基因工程的基本工具 来源来源:K:K 1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶） （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一

8、条链中特定部位 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。 （3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 2.“分子缝合针”DNA 连接酶 (1)两种 DNA 连接酶（EcoliDNA 连接酶和 T4-DNA 连接酶）的比较： 相同点：都缝合磷酸二酯键。 区别：EcoliDNA 连接酶来源于 T4噬菌体，只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间的 磷酸二酯键连接起来；而 T4DNA 连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效 率较低。 (2)与 DNA 聚合酶作用的异同:DNA 聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端， 形成磷酸二酯键

9、。DNA 连接酶是连接两个 DNA 片段的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”载体 （1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。 具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。 具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。 （2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有 自我复制能力的双链环状 DNA 分子。 （3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒( (二二) )基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。基础过关基础过关学大教育第 4 页 共 25 页2.原核基因

10、采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转 录法_和化学合成法_。 3.PCR 技术扩增目的基因 （1）原理：DNA 双链复制 （2）过程：第一步：加热至 9095DNA 解链；第二步：冷却到 5560，引物结合到互 补 DNA 链；第三步：加热至 7075，热稳定 DNA 聚合酶从引物起始互补链的合成。 第二步：基因表达载体的构建 1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达 和发挥作用。 2.组成：目的基因启动子终止子标记基因 （1）启动子：是一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结合 的部

11、位，能驱动基因转录出 mRNA，最终获得所需的蛋白质。 （2）终止子：也是一段有特殊结构的 DNA 片段 ，位于基因的尾端。 （3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的 细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。 第三步：将目的基因导入受体细胞_ 1.转化的概念：是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。 2.常用的转化方法： 将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉 管通道法等。 将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵 。 将目的基因导入微生物细胞

12、：原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、遗传 物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方 法是：先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为 感受态细胞 ，再将 重组表达载体 DNA 分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在 一定的温度下促进感受态细胞吸收 DNA 分子，完成转化过程。 3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。 第四步：目的基因的检测和表达 1.首先要检测 转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA 分子杂交 技术。 2.其次还要检测 目的基因是否转录出了 mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作

13、探针与 mRN A 杂交。 3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行抗原抗体杂交。 4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（三）基因工程的应用（三）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。核心考点整合核心考点整合学大教育第 5 页 共 25 页一基因工程的概念一基因工程的概念基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或

14、DNA 重组技术操作环境操作环境生物体外操作对象操作对象基因操作水平操作水平DNA 分子水平基本过程基本过程剪切拼接导入表达结果结果人类需要的基因产物二二 基因工程的工具及其比较基因工程的工具及其比较1、基因工程的操作工具、基因工程的操作工具（1）分子手术刀）分子手术刀限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割 DNA 分子。目前已经发现了 200 多种限制酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别 GAATTC 序列，并在 G 和 A 之间将这段序列切开。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就

15、能被某种限制酶切割下来。DNA 分子经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端（如下图所示） 。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将 DNA 的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。注意：用限制酶切割 DNA 分子时，被破坏的是 DNA 链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键） 。黏性末端是指双链 DNA 分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。（2）分子缝合针）分子缝合针DNA 连接酶连接酶从上图中可以看出，把两种来源不同的 DNA 用同一种限制酶来切割，然后让二者的黏性末端按碱基互补配对原则形成双链，用 DNA 连接酶催化两条 DNA 链的相邻两个碱基之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。DNA 连接酶有两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为 Ecoli DNA 连接酶；另一类是从 T4噬菌体中分离出来的称为 T4 DNA连接酶。Ecoli DNA 连接酶只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链 DNA 片段平末端之间进行连接。而 T4-DNA 连接酶既可以连接双链 DNA 片段互补的黏性末学大教育第 6 页 共 25