|
第三节 基因工程简介
教学目标
（1）基因工程的概念（知道）
（2）基因操作的工具和基本步骤（知道）
（3）基因工程所取得的成果以及发展前景（知道）
重点、难点分析
1．教学重点
（1）基因操作的工具和基本步骤。
（2）基因工程在医药卫生方面的重要作用。
（3）基因工程在农牧业方面取得的成果及前景。
2．教学难点
（1）限制性内切酶和运载体的作用。
（2）提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。
（3）基因诊断和基因治疗的原理。
教学模式 探究式、资源式教学模式。
教学手段
充分利用教材中的插图和照片，通过学生观察理解本节内容。也可以利用挂图和自制幻灯片。
课时安排 三课时。
第一课时
|
教学过程 |
板书设计 |
|
[导课]
复习提问：基因的基本功能是什么？
学生回答：基因能通过复制传递遗传信息以及通过转录和翻译表达遗传信息，从而实现对生物体性状的控制。
那么人类能不能改造基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。
一、基因工程的基本内容
1．基因工程的概念
学生阅读：P54第一自然段，最后由教师归纳列表，引导学生独立完成。
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
基本过程：剪切→拼接→导入→表达
结果：人类需要的基因产物
通过对基因工程概念的理解，我们知道其操作水平是在DNA分子水平，用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗？回答是不能。这就需要有专门的工具对DNA分子进行操作。
2．基因操作的工具
提出问题：
①怎样才能从DNA分子的长链上辨别出所需的基因，并有把它切割下来？
②如何将切割下来的基因与受体细胞的DNA分子“缝合”起来？
关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。
关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。
关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。
（1）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
①分布：主要在微生物中。
②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。
④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
思考题：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？
（2）基因的针线——DNA连接酶
从DNA的结构入手，利用幻灯或多媒体动画演示连接酶的连接部位，利用形象的比喻使学生更容易接受和理解。最后教师指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成。）
①连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。
②结果：两个相同的黏性未端的连接。
思考题：用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯鍵？
要将一个外源基因送入受体细胞，还需要有运输工具――运载体。
（3）基困的运输工具——运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
②具备的条件：a.能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
b.具有多个限制酶切点。
C.具有某些标记基因。
③种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
④质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；存在于许多细菌及酵母菌等生物质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成；细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
思考题：质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？
小结
第一课时的教学重点是使学生理解基因工程的概念和基因操作的工具。通过教师适当的置疑，启发学生的思维，通过直观教学手段，将复杂的问题简化，并在教学中注意培养学生的自主学习能力、语言表达能力和文字归纳能力。同时在第一课时结尾提出疑问引导学生思考，为第二课时的进行埋下伏笔。 |
第四节 基因工程简介
一、基因工程的基本内容
1．基因工程的概念
2．基因操作的工具
（1）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
（2）基因的针线——DNA连接酶。
（3）基困的运输工具——运载体
|
例题分析
1．科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术----基因工程，实施该工程的最终目的是（ D ）
A、定向提取生物体的DNA分子 B、定向地对DNA分子进行“剪切”
C、在生物体外对DNA分子进行改造 D、定向地改造生物的遗传性状
2．下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体（D ）
A、细菌质粒 B、噬菌体 C、动植物病毒 D、细菌核区的DNA
跟踪训练
1、镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是 （ ）
A、解旋酶 B、DNA连接酶 C、限制性内切酶 D、RNA聚合酶
2、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白。以下有关基因工程的叙述，错误的是 （ ）
A、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子
B、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的
C、马铃薯的叶肉细胞可用为受体细胞
D、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生粘性末端而形成重组DNA分子
3、以下有关基因工程的叙述，正确的是（ ）
A、基因工程是细胞水平上的生物工程 B、基因工程的产物对人类都是有益的
C、基因工程产生的变异属于人工诱变 D、基因工程育种的优点之一是目的性强
4、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（ ）
A、单倍体育种 B、杂交育种 C、基因工程育种 D、多倍体育种
5、1976年，美国的H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释放因子的基因转移到大肠杆菌，并获得表达，此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌 （ ）
A．能进行DNA复制 B．能传递给细菌后代
C．能合成生长抑制素释放因子 D．能合成人的生长素
6、下列关于质粒的说法，正确的是 （ ）
A、它们能够自我复制 B、它们所带有的基因通常比较多
C、它们是由RNA组成的 D、它们仅存在于原核细胞中
7、在受体细胞中能检测出目的基因，因为（ ）
A、目的基因上有标记 B、质粒具有某些特定基因
C、重组质粒能够复制 D、以上都不正确
8、DNA连接酶的主要功能是 ( )
A．DNA复制时母链与子链之间形成的氢键
B．粘性末端碱基之间形成氢键
C．将两条DNA末端之间的缝隙连接起来
D．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的键连接起来
9、（多选）在遗传工程技术中，限制性内切酶主要用于（ ）
A、目的基因的提取 B、目的基因的导入
C、目的基因的检测 D、目的基因与运载体的结合
10、（多选）下列关于基因工程的说法中，不正确的是（ ）
A、基因工程的设计和施工都是在细胞水平上进行的
B、目前基因工程中所有的目的基因都是从供体细胞直接分离得到的
C、基因工程能使科学家打破物种界限，定向改造生物性状
D、只要检测出受体细胞中含有目的基因，那么目的基因一定能成功进行表达
11、（多选） 下列关于运载体的概括中正确的是
A、运载体是核酸分子
B、在宿主细胞内可以独立复制
C、对宿主细胞的生理代谢不起决定作用
D、运载体主要分布在细胞膜上，其引导核酸分子进入细胞作用
12、（多选）下列关于基因工程的说法中，正确的是（ ）
A、基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因
B、细菌质粒是基因工程常用的运载体
C、通常用一种限制性内切酶处理含目的基因DNA，用同一种处理运载体
D、为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
13、在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体．把目的基因重组人Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。
(1)科学家在进行上述基因操作时，要用同一种 分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过 而黏合。
(2)将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 ，原因是
(3)种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导人叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是
答案：1-5 CADCC 6-8AB B 9-12、AD、ABD、ABC、BC
13、(1)限制性内切酶 碱基互补配对(2)3／4 雌雄配子各有1／2含抗除草剂基因；受精时，雌雄配于随机结合 (3)叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递丽在下一代中显现出来
第二课时
|
教学过程 |
板书设计 |
|
复习巩固，引出课题
通过上节课的学习，学生基本掌握了基因工程的概念和操作工具，本节课利用提问方式开始，使学生的思路回到所学的内容中，为本节课的推进进行铺垫。
问题如下：
①基因工程的概念是什么？
②基因操作的工具酶有几种？分别是什么？
③基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？
④基因的针线是什么？其主要作用是什么？
⑤基因的运输工具是什么？
⑥运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？
⑦质粒的结构是什么？
通过提问复习巩固旧知识，引导学主在理解基因工程概念和基因操作工具的基础上，提出疑问：有了基因操作的工具后，对基因是如何进行操作的呢？
3．基因操作的基本步骤
由于基因操作的基本步骤比较抽象和微观，理解起来有一定的难度，这就需要将复杂的问题简化，使我们直观地理解抽象事物。思考问题：（可以利用幻灯或多媒体课件演示）
①举例说明什么是目的基因。
②从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？简要说出该方法的过程是什么。
③人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是什么？
④ 将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？
⑤在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？
第一步：提取目的基因
1．目的基因的含义：实施基因工程过程中所需要的特定基因（或含有该基因的DNA片段）。如农作物的抗性基因，人的胰岛素基因等。
2.提取目的基因的方法
（1）直接分离法――“鸟枪法”：将供体细胞的DNA用限制酶切成片段→分别用运载体载入受体细胞→大量复制（扩增）→找到目的基因→分离所需的目的基因。
适用于原核生物目的基因的提取，
优点：
缺点：具有一定的盲目性。
（2）人工合成法
途径Ⅰ：由相应的ｍRNA→反转录成单链DNA→合成双链DNA（目的基因）
途径Ⅱ：由相应的蛋白质的氨基酸序列→目的基因的核苷酸序列→直接合成目的基因
适用于真核生物的目的基因的提取
第二步：目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）
思考题：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？
在学生思考讨论的基础上，引导学生理解该问题。有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。
过程：分别用相同听限制酶切割目的基因和运载体→产生相同听黏性末端→使用DNA连接酶→含有目的基因的重组DNA（重组质粒）
第三步：将目的基因导入受体细胞
导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
导入过程：（运载体为质粒，受体细胞为细菌）
常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞。
第四步：的目的基因的检测和表达
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 |
3．基因操作的基本步骤
第一步：提取目的基因
1．目的基因的含义
2.提取目的基因的方法
（1）直接分离法――“鸟枪法”
（2）人工合成法
第二步：目的基因与运载体结合
第三步：将目的基因导入受体细胞
第四步：的目的基因的检测和表达 |
例题解析
例1：下列不属于获得目的基因的方法是
A．鸟枪法 B．转录法 C．反转录法 D．根据已知氨基酸序列合成法
解析：解答该题应从如下两个方面入手分析：
①获取目的基因的途径有两条：一条是直接分离基因，另一条是人工合成基因。直接分离基因也就是鸟枪法；人工合成基因又有两条途径，一条是逆转录法，另一条是根据已知的氨基酸序列合成基因。
②所谓转录是指以DNA的一条链为模板，遵循碱基互补配对原则，合成信使RNA的过程，此过程不能获得DNA（基因）
答案：B
例2：下列关于基因成果的概述，错误的是
A．在医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病
B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物
C．在畜牧养殖业上培育出了体型巨大，品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化
解析：基因工程在医药卫生方面的应用主要有两个方面，即生产基因工程药品以及基因诊断与基因治疗，故A选项只说明了基因工程医药卫生方面的一个应用。
答案：A
| 
