届高中生物基因工程1.2基因工程的基本操作程序导学案选修3教案

基因工程的基本操作程序（第一课时）
【学习目标】
1．说出基因工程基本操作程序。

2．掌握获取目的基因的方法。

3．基因组文库与cDNA文库的区别。

4．PCR技术。

【重点难点】
重点:1.掌握获取目的基因的方法。

2.基因组文库与cDNA文库的区别。

3．PCR技术。

难点：1. 掌握获取目的基因的方法。

2. PCR技术。

【自主学习】
一、基因工程的基本操作程序
写出左图各字母所代表的内容
A:B:C:
D:E:F:
G: H:
二、目的基因的获取：
（1）目的基因主要是，也可以是一些具有。

(2)目的基因的来源。

（3）获取目的基因的方法：
①②③
（一）从基因文库中获取目的基因
（1）构建基因文库时需要对DNA分子进行切割和连接所使用的酶分别是＿和。

（2）基因组文库包含了一种生物的；是通过酶获得的；cDNA文库包含了一种生物的的，是通过获得的。

（二）利用PCR技术扩增目的基因
PCR扩增目的基因的原理是，前提条件是，PCR所使用的酶是，该酶具有什么特点？。

过程：第一步：加热至90～95℃；第二步：冷却到55～60℃，；第三步：加热至70～75℃，从引物起始互补链的合成。

（三）人工合成目的基因
当基因比较小，又已知，可以通过DNA合成仪用人工合成。

【问题生成】
【师生互动，问题探讨】
1.PCR技术与DNA复制有什么区别？
2.构建基因文库时用到哪些工具？
3.如何利用mRNA构建生物的cDNA？
【课后小结与反思】
基因文库的构建过程
【自我检测】
1．正确表示基因工程顺序操作的四个步骤的是 ( )
A．获取目的基因→将目的基因导入受体细胞→基因表达载体的构建→目的基因的检测与鉴定
B．目的基因的检测与鉴定→获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞
C．获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
D．基因表达载体的构建→获取目的基因→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
2. 下列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. PCR技术扩增DNA，需要的条件是（）
①目的基因②ATP ③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA ⑥核糖体
A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤ D．①②③⑥
4. 已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。

如果该线性DNA分子上有3个酶切位点都被该酶切断，则会产生四个不同长度的DNA片段。

现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，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
5.有关基因工程的叙述中，错误的是（）
A．DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来
B．限制性内切酶用于目的基因的获得
C．目的基因须由载体导入受体细胞
D．人工合成目的基因不用限制性内切酶
6.右图为用于基因工程的一个质粒示意图。

用Eco RI限制酶切割目的基因和该质粒，再用DNA连接酶连接形成重组质粒，然后导入大肠杆菌，最后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a—无抗生素的培养基，b—含四环素的培养基，c—含氨苄青霉素的培养基，d—含四环素和
氨苄青霉素的培养基。

含重组质粒的大肠杆菌能生长的是（）
A．a B．a和c C．a和b D．b和c
7. 下列不属于获取目的基因的方法的是( )
A．利用DNA连接酶复制目的基因
B．利用DNA聚合酶复制目的基因
C．从基因文库中获取目的基因
D．利用PCR技术扩增目的基因
8. 切取牛的生长激素和人的生长激素基因，用显微注射技术将它们分别注入小鼠的受精卵中，从而获得了“超级鼠”，此项技术遵循的原理是
A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质
B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质
C．细胞工程：DNA→RNA→蛋白质
D．基因工程：DNA→RNA→蛋白质
9.（2014.广东卷）利用基因工程技术生产羧酸酯酶（CarE）制剂的流程如图14所示，下列叙述正确的是（）
A、过程①需使用逆转录酶
B、过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因
C、过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备
D、过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞
10. 基因工程中目的基因的分离是操作的关键。

下面甲、乙图表示从真核生物细胞中获取目的基因的两种方法，请回答下列问题：
⑴在甲图中，a过程是在酶的作用下完成的。

如果用该类酶中的一种，不一定能获取目的基因，其原因
是。

⑵在乙图中，c过程在遗传学上称为，d过程除需以mRNA为模板，脱氧核苷酸为原料，还需要的条件是ATP、、DNA聚合酶等。

课题：基因工程的基本操作程序（第二课时）
主备人：审核人：授课人：使用时间：年月日
【学习目标】
1．基因表达载体的构建
2．将目的基因导入受体细胞的方法
【重点难点】
重点：1．基因表达载体的构建
2．将目的基因导入受体细胞的方法
难点：将目的基因导入受体细胞的方法
【自主学习】
一、基因表达载体的构建
（1）基因工程的核心
（2）构建表达载体的目的:使目的基因在受体细胞中，并且可以遗传给。

（3）表达载体必须有、、、、。

（4）启动子位于基因的，它是识别和结合的部位，驱动基因转录得到。

终止子位于基因的，也是一段有特殊结构的。

启动子与终止子的结构单位是
（5）标记基因的作用是。

（6）构建过程的示意图：
（7）由于受体细胞不同，将基因导入受体细胞的方法也不同，所以基因表达载体的构建不是千篇一律的。

二、将目的基因导入受体细胞
阅读课本12—13页，
（一）转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内的过程。

（二）将目的基因导入植物细胞
（1）受体细胞：
(2)农杆菌转化法（采用最多的方法）
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上。

②转化过程：构建的表达载体转入→导入植物细胞→→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

(3)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，但是成本较高。

(4)花粉管通道法
我国独创的一种方法
（三）将目的基因导入动物细胞
（1）方法：
（2）受体细胞：
(3)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内发育→新性状动物。

（四）将目的基因导入微生物细胞
（1）原核生物特点：、多为、相对较少等。

(2)大肠杆菌最常用的转化方法是：处理细胞，成为细胞→表达载体与感受态细胞混合→细胞吸收DNA分子。

【问题生成】
【师生互动，问题探讨】
1.启动子与起始密码子有何区别？
2.终止子与终止密码子有何区别？
3.基因表达载体的构建需要哪些工具酶，如何将目的基因与运载体连接起来形成重组DNA 分子（以质粒为运载体）？
4.培育转基因动物时，受体细胞能否采用动物体细胞，为什么采用受精卵？
5．将目的基因与载体混合并用DNA连接酶处理后，会出现几种结果，怎样从中筛选处所需要重组质粒？
【课后小结与反思】
【自我检测】
1.下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是( )
A．需要限制酶和DNA连接酶
B．必须在细胞内进行
C．抗生素抗性基因可作为标记基因
D．启动子位于基因的首端
2. 基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )
A．结构简单，操作方便 B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少、简单 D．性状稳定,变异少
3. 正确的操作顺序是( )
①使目的基因与运载体相结合
②将目的基因导入受体细胞目的基因的获取
③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求；
④提取目的基因。

A．③②④①B．②④①③C．④①②③D．③④①②4. 科学家将人的生长素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。

过程如图，据图回答：
(1)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是___________________________
(2)过程①表示的是采取的方法来获取目的基因。

其过程可表示为___________________________。

(3)图中(3)过程用人工方法，使体外重组的DNA分子转移到受体细胞内，主要是借鉴细菌或病毒___细胞的途径。

一般将受体大肠杆菌用处理，使细胞处于能______________________的生理状态，这种细胞称为_______________细胞，再将表达载体溶于缓冲液中与________________混合，在一定的温度下完成转化。

(4)检测大肠杆菌B是否导入了质粒或重组质粒，可采用的方法是，理由是。

(5)如果把已经导入了普通质粒A或重组质粒的大肠杆菌，放在含有四环素的培养基上培养，发生的现象是，原因是：。

5.科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株──抗虫棉。

其过程大致如图所示：
（1）进行基因工程操作的工具酶有，将苏云金芽孢杆菌的Bt基因导入棉花细胞内，使棉花植株产生抗虫性状，引起这种新性状产生依赖于。

细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达，产生抗性，其原因是____________________________________。

(2) 基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是_______________________________________，其核心步骤是________，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。

(3)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用的方法是________，这种导入方法较经济、有效。

（4）Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用T-DNA的________________________________特点。

6.如图将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”示意图，所用载体为质粒A。

已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。

请回答下列问题：
（1）图中的目的基因是指_______________________________
（2）如何将目的基因和质粒相结合形成重组质粒？
①_____________________________________________
②_____________________________________________
基因工程的基本操作程序（第三课时）
【学习目标】
1.掌握目的基因检测与鉴定的方法。

2.DNA分子杂交技术的原理。

3.总结基因工程操作中的一些注意事项
【重点难点】
重点:目的基因检测与鉴定的方法。

难点：目的基因检测与鉴定的方法。

【自主学习】
目的基因的检测与鉴定
（1）为什么要检测与鉴定：
（2）检测的内容与方法的比较
（3）目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是。

（4）什么是探针？。

（5）DNA分子杂交技术的原理是。

【问题生成】
【师生互动，问题探讨】
1.为什么需要进行个体生物学水平的鉴定？
2.若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？
3.DNA分子杂交技术还有哪些应用?
4.DNA分子杂交与分子杂交有什么区别？
中，哪些过程发生碱
基互补配对现象?
【课后小结与反思】
基因工程操作的8
个易错点
(1)目的基因的插入
位点不是随意的
基因表达需要启动
子与终止子的调控，
所以目的基因应插
入到启动子与终止
子之间的部位。

(2)基因工程操作过
程中只有第三步(将
目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象
第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂
交方法。

(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

(4)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶
分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

(5)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，称为转化。

转化
的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体
细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。

(7)对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一
般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。

要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。

(8)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。

②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。

【自我检测】
1．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过鉴定和检测才能知道。

下列属于目的基因检测和鉴定的是（）
①检测受体细胞是否有目的基因②检测受体细胞是否有致病基因③检测目的基因是否转录mRNA ④检测目的基因是否翻译蛋白质
A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④
2.在基因工程操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（）
A.人工合成目的基因
B.目的基因与运载体结合
C.目的基因的检测和表达
D.将目的基因导入受体细胞
3.苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是（）
A．是否有抗生素抗性 B．是否能检测到标记基因
C．是否有相应的性状 D．是否能分离到目的基因
4. 下列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
5.基因工程有广阔的应用前景。

回答下列各题：
(1)获取目的基因后，短期内要得到大量目的目的基因，可利用_______________扩增。

(2)构建基因表达载体的过程要使用的工具酶有___________。

(3)受体种类不同，导入方法不同。

选育优良动物，目的基因导入的常用方法是__________；选育优良植物，目的基因导入采用最多的方法是_______。

目的基因进入动植物细胞并且在受体细胞维持稳定和表达的过程，称为__________________。

(4)检测目的基因在转基因生物中是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物的体细胞中提取蛋白质，用相应的抗体进行________杂交，看是否有。

6.根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有____________和____________。

(2)质粒运载体用Eco RⅠ切割后产生的片段如下：
AATTC……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用Eco RⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是_________________________________
_______________________________________。

(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即__________DNA连接酶和__________DNA连接酶。

(4)反转录作用的模板是______________，产物是______________________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用____________技术。

(5)基因工程中除质粒外，____________和____________也可作为载体。

(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，
原因是__________________________________________________。

7.图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有MspⅠ、Bam HⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。

请回答下列问题：
(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由______________________连接。

(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是____________末端，其产物长度为____________。

(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有____________种不同长度的DNA片段。

(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加____________的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_________________________
_______________________________________________________________________________ ________________________________________。

8．（2014.全国卷Ⅱ）生物——选修3：现代生物科技专题]）（15分）
植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。

回答下列问题：
（1）理论上，基因组文库含有生物的____________基因；而cDNA文库含有生物的
________基因。

（2）若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。

（3）将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。

要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________是否得到提高。

（4）假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3:1时，则可推测该耐旱基因整合到了________（填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的
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