生物选修三导学案一

生物选修三导学案〔一〕
第一章 基因工程
第一课时 1.1 基因工程概述
【教学目标】
1〕通过学习ＤＮＡ重组技术的根本工具，模拟制作重组DNA 模型，初步掌握基因工程的根本方法提高动手能力
2〕通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。

3〕通过对根本概念、根本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比拟、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。

【课前导学】
1．1.1 DNA 重组技术的根本工具
一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进展严格的设计，通过体外和，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。

由于基因工程是在水平上进展设计和施工的，因此又叫做。

二、限制性核酸切酶
1、切割DNA 的工具是，又称。

2、这类酶在生物体能将外来的DNA 切断，即能够限制异源DNA 的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA 却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。

3、由于这种切割作用是在DNA 分子部进展的，故名限制性核酸切酶〔简称限制酶〕。

4、DNA 分子经限制酶切割产生的DNA 片段，末端通常有两种形式，即和。

三、DNA 连接酶——“分子缝合针〞
根据DNA 连接酶的来源不同，可以将它分为两类：
一类是从大肠杆菌中别离得到的，称为coli E ⋅DNA 连接酶。

coli E ⋅DNA 连接酶只能将连接起来，不能将双链DNA 片段平末端之间进展连接。

另一类是从别离出来的，称为T 4DNA 连接酶。

T 4DNA 连接酶既可以“缝合〞双链DNA 片段互补的，又可以“缝合〞双链DNA 片段的，但连接之间的效率比拟低。

四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车〞
1、基因操作过程中使用载体两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞对目的基因进展大量的复制。

2、现在通常使用的载体是，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA 之外的环状DNA ，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。

3、质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以复制，也可整合细菌拟核DNA 中，随着拟核DNA 的复制而复制。

4、其他载体还有和等。

5、作为载体必须具备以下条件：
能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；
具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
具有某些标记基因，便于进展筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反响的基因等。

1．1.2 基因工程的根本操作程序
一、获取目的基因：
1、目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的。

2．获取目的基因的方法
〔1〕从基因文库中获取目的基因
① 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多，导人受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

基因组文库：含有一种生物的基因
② 种类
cDNA 文库：含有一种生物的基因
③ 目的基因的获取
根据基因的有关信息：基因的序列、基因在上的位置、基因的产物mRNA 、基因的产物蛋白质等特性获取目的基因。

〔2〕利用PCR 技术扩增目的基因。

① PCR ：是一项在生物体外特定DNA 片段的核酸合成技术。

② 条件：目的基因的序列。

③ 过程：目的基因DNA 受热形成，与结合，然后在 ______的作用下进展延伸形成DNA 。

④ 方式：指数扩增=2n 〔n 为扩增循环的次数〕
〔3〕人工合成法：基因较小，核苷酸序列，可以人工合成。

二、制备重组DNA 分子
1、表达载体的组成：目的基因+++标记基因等。

2、启动子：位于基因的，它是结合
的部位，驱动基因转录产生mRNA 。

3、终止子：位于基因的，终止。

4、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且给下一代；使目的基因 ____ 和发挥作用。

5、标记基因：受体细胞是否含有目的基因。

6、不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差异。

三、转化受体细胞
〔一〕转化：目的基因进人受体细胞，并在受体细胞维持稳定和的过程。

〔二〕方法
1、将目的基因导入植物细胞
〔1〕农杆菌转化法
① 农杆菌特点：易感染植物和裸子植物，对___________植物没有感染力；Ti 质粒的可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。

② 转化：目的基因插人−−→−进入
农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

〔2〕基因枪法
基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是本钱较高。

〔3〕花粉管通道法
花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。

〔我国的
转基因抗虫棉就是用此种方法获得的〕
2．将目的基因导入动物细胞
〔1〕方法：注射技术。

〔2〕操作程序：目的基因表达载体→取卵〔受精卵〕→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性动物的_________________________发育→新性状动物。

3．将目的基因导人微生物细胞
〔1〕原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

〔2〕转化：处理细胞→细胞→表达载体与感受态细胞混合→___细胞吸收DNA分子。

四、筛选重组细胞
1．检测
〔1〕方法：标记了的、抗原抗体杂交。

〔2〕容
①检测转基因生物染色体的DNA是否插入。

②检测目的基因是否转录。

③检测目的基因是否翻译成。

2．鉴定：鉴定、抗病鉴定等。

五、实现功能表达
【总结归纳】
基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境生物体外
操作对象基因
操作水平DNA分子水平
根本过程剪切→拼接→导入→表达
结果人类需要的基因产物归纳点2 基因工程的工具及其比拟
1、基因工程的操作工具
〔1〕分子手术刀——限制性核酸切酶
限制性核酸切酶简称限制酶，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。

云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就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〔如以下图所示〕。

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，产生的那么是平末端。

注意：①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〕。

②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假设干特定核苷酸组成的单链。

〔2〕分子缝合针——DNA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那么形成双链，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别离得到的，称为E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中别离出来的．称为T4 DNA连接酶。

E·coli 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片段平末端之间进展连接。

而T4-DNA连接酶既可以连接双链DNA 片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率较低〔3〕分子运输车一——基因进入受体细胞的载体
①使用运载体的目的
在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞对目的基因进展大量的复制〔称为克隆〕。

②运载体的种类
现在所利用的运载体主要有两类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNA之外的双链环状DNA。

另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。

现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也有可能成为运载体。

③基因的运载体必须具备的条件
a．载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。

这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。

b．载体DNA必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DNA上随受体染色体DNA的复制而同步复制。

c．载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进展重组子的筛选。

d．载体DNA必须是平安的，不会对受体细胞有害，不能进入到除受体细胞以外的其他生
物细胞中去。

e．载体DNA分子大小应适中，以便提取和在体外进展操作，太大那么不便操作。

一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此根据不同的目的和需要，对运载体进展人工改造现在使用的质粒载体几乎都是经过改造的。

与DNA分子相关的酶五、几种酶的比拟
种类工程限制酶
DNA连
接酶
DNA
聚合酶
解旋酶
作用底物DNA分子DNA分子
片段
脱氧核苷酸
DNA
分子
作用部位磷酸二
酯键
磷酸二
酯键
磷酸二
酯键
碱基对间
的氢键
作用特点切割目的基因及
载体，能专一性
识别双链DNA
分子的某种特定
的核苷酸序列，
并且使每一条链
中特定部位的两
个核苷酸之间的
磷酸二酯键断开
将双链DNA片
段“缝合〞起
来，恢复被限制
酶切开了的两个
核苷酸之间的磷
酸二酯键
只能将单个脱氧
核苷酸添加到脱
氧核苷酸链上
将DNA
两条链之
间的氢键
翻开
作用结果形成黏性末端或
平末端
形成重组DNA
分子
形成新的DNA
分子
形成单链
DNA分子
(2)限制酶与DNA连接酶的关系
①限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

②DNA连接酶起作用时不需要模板。

【典题反响】
【典例1】►(2011·卷)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。

以下表达错误的选项是( )。

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸切酶识别位点
C．每个限制性核酸切酶识别位点至少插入一个ada
D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
【训练1】►以下有关基因工程中限制性核酸切酶的描述，错误的选项是( )。

A．一种限制性核酸切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列
B．限制性核酸切酶的活性受温度影响
C．限制性核酸切酶能识别和切割RNA
D．限制性核酸切酶可从原核生物中提取
【训练2】►质粒作为“分子运输车〞的条件是( )。

①能够自我复制②双链环状DNA分子③有多个限制酶切割位点④有标记基因⑤真核细胞中没有
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．①③④ D．②③⑤
【课堂反响】
1、以下关于限制酶的说确的是
A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中很少
B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端
D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
2、以下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
A、①②③④
B、①②③
C、②③④
D、②③
3、科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。

起初把云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体没有表达。

然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子〔抗虫基因首端〕，导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。

科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子〔抗虫基因末端〕，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。

由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的构造是
A、目的基因、启动子
B、目的基因、终止子
C、目的基因、启动子、终止子
D、目的基因、启动子、终止子、标记基因
4、采用基因工程的方法培育抗虫棉，以下导入目的基因的做确的是
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中
②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中
③将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进展组织培养
④将编码毒素蛋白的DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A、①②
B、②③
C、③④
D、①④
5、某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。

如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，那么会产生a、b、c、d四种不
同长度的DNA片段。

现有多个上述线性DNA分子，假设在每个DNA分
子上至少有1个酶切位点被该酶切断，那么从理论上讲，经该酶切割后，这
些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是
A、3
B、4
C、9
D、12
6、质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体。

质粒上有标记基因如下图，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，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置〔插入点有a、b、c〕，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
A、①是c；②是b；③是a
B、①是a和b；②是a；③是b
C、①是a和b；C参是b；③是a
D、①是c；②是a；③是b
7、以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，分析答复以下问题。

〔1〕其中①和是由一种限制酶切割形成的末端，两者要重组成一个DNA分子，所用DNA连接酶通常是。

〔2〕和是由另一种限制酶切割形成的末端，两者要形成重组DNA片段，所用DNA连接酶通常是。

8、以下图为DNA分子的切割和连接过程。

〔1〕EcoRI是一种酶，其识别序列是，切割位点是与之间的键。

切割结果产生的DNA片段末端形式为。

〔2〕不同来源DNA片段结合，在这里需要的酶应是连接酶，此酶的作用是在与之间形成键，而起“缝合〞作用的。

还有一种连接平末端的连接酶是。

9、治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物〔如猪、牛〕体获得的。

自20世纪70年代基因工程开展起来以后，人们开场采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如图1—5所示：
〔1〕图中的质粒存在于细菌细胞中，从其分子构造看，可确定它是一种。

〔2〕请根据碱基互补配对的原那么判断，在连接酶的作用下，甲与乙能否拼接起来，并说明理由。

〔3〕细菌丙进展分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成两个，两个变成四个……质粒的这种增加方式在遗传学上称为。

目的基因通过表达后，能使细菌产生胰岛素，这是因为基因具有控制合成的功能。

10、以下图是将人的生长激素基因导人细菌B细胞制造“工程菌〞的示意图，所用载体为质粒A。

细菌B细胞不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导人细菌B后，其上的基因能得到表达。

请答复以下问题：
〔1〕目前把重组质粒导入细菌细胞时，效率还不高，导入完成后得到的细菌，实际上有的根本没有导入质粒，有的导入的是普通质粒A，只有少数导入的是重组质粒。

以下步骤可鉴别得到的细菌是否导人了质粒A或重组质粒：将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的就导人了质粒A或重组质粒，反之那么没有。

使用这种方法鉴别的原因是。

〔2〕假设把通过鉴定证明导人了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养，会发生的现象是_______________________________ 。

原因是：______________________________________
〔3〕导人细菌B细胞中的目的基因成功表达的标志是什么?
生物选修三导学案〔一〕参考答案
【课前导学】
DNA重组转基因技术DNA分子DNA重组技术限制性核酸切酶限制酶黏性末端平末端双链DNA片段互补的黏性末端之间T4噬菌体黏性末端
平末端平末端质粒自我λ噬菌体的衍生物动植物病毒构造基因
DNA片段储存所有局部核苷酸染色体转录翻译复制
核苷酸单链引物DNA聚合酶启动子终止子首端RNA聚合酶识别尾端转录可以遗传能够表达鉴别表达双子叶大多数单子叶
T-DNA Ti质粒的T-DNA上显微提纯雌输卵管或子宫 C a2+感受态
〔在一定的温度下促进〕感受态“探针〞与基因组DNA杂交是否插入了目的基因是否转录出了mRNA 蛋白质抗虫鉴定〔抗虫、抗病鉴定属于个体生物学水平鉴定〕【典题反响】
例题1 C 训练1 C 训练2 C
【课堂反响】
1、B
2、D
3、D
4、C
5、C
6、A
E⋅DNA连接酶
7、〔1〕③平T4DNA连接酶〔2〕②④黏性coli
8、〔1〕限制酶GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌吟脱氧核苷酸磷酸二酯键
E⋅DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌吟脱氧核苷酸磷酸二黏性末端〔2〕coli
酯键T4DNA连接酶
9、〔1〕DNA分子〔2〕能二者具有一样的黏性末端〔3〕DNA复制蛋白质
10、〔1〕普通质粒A和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因
〔2〕有的能生长，有的不能生长期导入普通质粒A的的细菌能生长，因为普通质粒A上有抗四环素基因；导入重组质粒的细菌不能生长，因为目的基因插在四环素基因中，抗四环素基因中，抗四环素基因的构造被破坏
〔3〕活动是受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素。