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重组技术的基本工具，模拟制作重组DNA 模型，初步掌握基因工程的基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）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、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 重组技术的基本工具一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，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 水平上进行设计和施工的，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 分子部进行的，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分离得到的，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 片段平末端之间进行连接。

另一类是从 分离出来的，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 之间的效率比较低。

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行大量的复制。

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，便于进行筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。

1．1.2 基因工程的基本操作程序一、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：已知目的基因的 序列。

③ 过程：目的基因DNA 受热形成 ，与 结合，然后在 ______的作用下进行延伸形成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，核苷酸序列已知，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别。

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，但是成本较高。

（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】归纳点2 基因工程的工具及其比较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：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若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E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的．称为T4DNA 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行大量的复制（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，以便重组后进行重组子的筛选。

d．载体DNA必须是安全的，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行操作，太大则不便操作。

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，对运载体进行人工改造现在使用的质粒载体几乎都是经过改造的。

与DNA分子相关的酶种类项目限制酶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两条链之间的氢键打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。

【典题反馈】【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。

下列叙述错误的是( )。

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adaD．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子【训练1】►下列有关基因工程中限制性核酸切酶的描述，错误的是( )。

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RNAD．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．①②③④C．①③④ D．②③⑤【课堂反馈】1、下列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、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、①②③④B、①②③C、②③④D、②③3、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。