第一篇：高中生物 專題一《基因工程的基本操作程序》教學設計 新人教版選修31

《基因工程的基本操作程序》

教學目標

1.簡述基因工程原理及基本操作程序。2.嘗試設計某一轉基因生物的研制過程。3.培養學生探索科學的嚴謹態度 教學重難點 【教學重點】

基因工程基本操作程序的四個步驟。【教學難點】

（1）從基因文庫中獲取目的基因。（2）利用PCR技術擴增目的基因。教學工具 多媒體 教學過程 復習提問：

1.DNA重組技術的基本工具有那些，各自的作用和特點是什么？ 2.我們所學過的育種方法有那些？其中基因工程育種有那些優點？

導入：通過基因工程的概念我們可知,我們能夠應用DNA重組技術和轉基因技術賦予生物以新的遺傳特征，但是無論是DNA重組技術還是轉基因技術都需要找到對我們有利的目的基因，我們該如何去尋找目的基因哪，目的基因又將如何連接到載體上哪，以及如何將載體導入受體？這些都是我們所要共同探究的問題!現在讓我們共同學習一下1.2基因工程的基本操作。

思考1.我們在前面提到的蘇云芽孢桿菌中的抗蟲基因、胰島素基因、干擾素基因等都可以作目 的基因。可是要在浩瀚的“基因海洋”中，找到特定的目的基因可以用什么樣的方法和途徑呢？

2、基因工程的基本操作程序主要包括：、、新課教學：

基因工程的基本操作步驟主要包括：目的基因的獲取；基因表達載體的構建；將目的基因導入受體細胞；目的基因的檢測與鑒定。一．目的基因的獲取

1．目的基因：主要是指編碼蛋白質的結構基因。2．目的基因的獲取方法：

（1）從基因文庫中獲取

基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。

構建基因文庫的目的：為了在不知目的基因序列的情況下，便于獲得所需的目的基因。基因組文庫：含有一種生物的所有基因。

部分基因文庫（如cDNA文庫）：含部分基因，可由mRNA反轉錄而來。（2）利用PCR技術擴增目的基因

PCR：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。原理：DNA雙鏈復制

原料：模板DNA；RNA引物；四種脫氧核苷酸；熱穩定DNA聚合酶（Taq酶）；離子 方法：DNA受熱變性解旋為單鏈、冷卻后RNA引物與單鏈相應互補序列結合、DNA聚合酶作用下延伸合成互補鏈。特點：指數形式擴增 二．基因表達載體的構建

1．目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在；可以遺傳給下一代；使目的基因能夠表達和發揮作用。

目的基因：

2．基因表達 啟動子：位于基因首端，RNA聚合酶識別和結合的部位，驅動轉錄基因

載體的組成 終止子：位于基因尾端，使轉錄在所需要的地方停下來

標記基因：鑒別受體細胞中是否含有目的基因

3．方法：同種限制酶分別切割載體和目的基因，再用DNA連接酶把兩者連接。目的基因與運載體結合（以質粒為運載體）4．條件：同種限制酶、DNA連接酶、ATP（目的基因、啟動子、終止子、標記基因）三．將目的基因導入受體細胞

轉化：目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

① 導入植物細胞：農桿菌轉化法（表達載體導入農桿菌，再讓農桿菌感染植物細胞）將目的基因導入受體細胞

②導入動物細胞：顯微注射法（將基因表達載體提純，用顯微儀注射到受精卵中）③導入微生物細胞：Ca2＋處理受體細胞成為感受態細胞，再進行混合。

提示：農桿菌轉化法的原理是利用農桿菌（胞內寄生菌）對植物的感染而把目的基因導入受體細胞。

四．目的基因的檢測和鑒定

①檢測是否插入目的基因，利用DNA分子雜交技術，目的基因DNA一條 鏈（作探針）與受體細胞中提取的DNA雜交，看是否有雜交帶。

②檢測是否轉錄出了mRNA，利用DNA分子雜交技術，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細胞中提取的mRNA雜交，看是否有雜交帶。

③檢測目的基因是否翻譯成蛋白質。抗體與蛋白質進行抗原－抗體雜交，看是否有雜交帶。④還可以進行個體水平的鑒定，根據其性狀。

提示：①DNA分子雜交技術首先提取受體細胞中的DNA，然后高溫解成單鏈，再與同位素標記的DNA探針雜交；②抗原－抗體雜交所用到的抗體是用表達出的蛋白質注射動物進行免疫，產生相應的抗體，并提取出而來的。將目的基因導入受體細胞 課后小結

本節學習的基因工程的基本操作程序和方法是對轉基因植物、動物、微生物的概括。如果在本課將要結束時，做個練習，帶領學生結合設計某一轉基因生物的具體過程，可將基因工程操作程序有機地串起來，從而加深對這一程序的認識。例如，煙草是人類健康的“殺手”。如果讓它生產出人類需要的藥物蛋白，應如何操作？通過這一實例引導學生結合目的基因從何而來，表達載體如何構建，如何導入煙草，如何檢測藥物蛋白產生與否等問題加以設計。可加深學生對基因工程原理的理解。不同學生會有不同的方法，讓學生通過相互比較，相互借鑒，達到相互學習的目的。學生在課下還可查閱《科學》雜志等參考讀物，了解科學家成功的做法。課后習題 1．基因工程的正確操作步驟是()①使目的基因與載體相結合 ②將目的基因導入受體細胞

③驗證目的基因的表達是否符合特定性狀要求 ④提取目的基因

A．③②④①

B．②④①③ C．④①②③ D．③④①②

解析：選C。在基因工程操作中，首先要提取目的基因，然后使目的基因與載體結合，再將目的基因導入受體細胞，最后是目的基因的檢測與表達。2．下列獲取目的基因的方法中需要模板的是()①從基因文庫中獲取目的基因 ②利用PCR技術擴增目的基因 ③反轉錄法 ④通過DNA合成儀利用化學方法人工合成DNA A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．②③

解析：選D。PCR技術利用的是DNA雙鏈復制原理。即將DNA雙鏈之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為聚合反應的模板。反轉錄法是以目的基因轉錄成的信使RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，先反轉錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA。①④則均不需要模板。3．聚合酶鏈式反應(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術。PCR過程一般經歷下述30多次循環：95℃下使模板DNA變性、解鏈→55 ℃下復性(引物與DNA模板鏈結合)→72℃下引物鏈延伸(形成新的脫氧核苷酸鏈)。下列有關PCR過程的敘述中不正確的是()A．變性過程中破壞的是DNA分子內堿基對之間的氫鍵，也可利用解旋酶實現 B．復性過程中引物與DNA模板鏈的結合是依靠堿基互補配對原則完成 C．延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP、四種核糖核苷酸 D．PCR與細胞內DNA復制相比所需酶的最適溫度較高

解析：選C。本題考查PCR擴增過程。解題的關鍵是要全面理解PCR擴增過程。DNA分子被破壞是指DNA分子被解旋成兩條長鏈，破壞的部位是連接兩條長鏈之間的氫鍵，方法有多種，用解旋酶、高溫等都可使DNA解旋。B項中引物有兩種，分別與模板DNA鏈3′端的互補序列互補配對。C項中的原料不正確，合成DNA的原料是四種脫氧核苷酸。PCR技術中DNA合成過程中的溫度在70～75℃。板書 1.2 基因工程的基本操作程序

一、目的基因的獲取

二、基因表達載體的構建（基因工程的核心）

三、將目的基因導入受體細胞

四、目的基因的檢測和鑒定

第二篇：高中生物專題1基因工程1.2基因工程的基本操作程序檢測選修3教案

專題1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序

1．基因工程常用的受體細胞有()①大腸桿菌 ②枯草桿菌 ③支原體 ④動植物細胞 A．①②③④

C．②③④

B．①②③ D．①②④

解析：支原體太小了，細胞中唯一可見的細胞器是核糖體，而基因工程要求基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯表達；因為支原體結構的限制，其所具有的功能不能滿足基因工程對細胞的要求，故支原體不能作為受體細胞。

答案：D 2．檢測轉基因生物是否轉錄出mRNA，應通過何種分子雜交方法實現()A．DNA—DNA雜交 B．DNA—RNA雜交 C．RNA—蛋白質雜交 D．蛋白質—蛋白質雜交

解析：A、B、D三項分別是在復制、轉錄和翻譯水平上檢測基因工程是否成功，C項所述分子雜交方法是不存在的。

答案：B 3．應用基因工程技術診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到探測疾病的目的。基因探針是指()A．用于檢測疾病的醫療器械

B．用放射性同位素或熒光分子等標記的DNA分子 C．合成β球蛋白的DNA D．合成苯丙羥化酶的DNA片段

解析：基因探針是具有特定序列的單鏈DNA，作用是能檢測是否含有目的基因，運用了DNA分子雜交技術；基因探針＝目的基因＋放射性同位素標記。

答案：B 4．檢測轉基因生物染色體DNA上是否插入了目的基因的常用方法是()A．DNA分子雜交技術 C．放射性同位素標記技術

B．熒光分子標記技術

D．顯微注射技術

解析：檢測目的基因常采用DNA分子雜交技術，即在含有目的基因的DNA片段上用放射 性同位素等進行標記，以此作為探針，并使探針與基因組DNA雜交，若顯示出雜交帶，則表明目的基因已插入染色體DNA中。

答案：A 5．(2016·海南卷)基因工程又稱為DNA重組技術，回答相關問題：

(1)在基因工程中，獲取目的基因主要有兩大途徑，即________和從________中分離。(2)利用某植物的成熟葉片為材料，同時構建cDNA文庫和基因組文庫，兩個文庫相比，cDNA文庫中含有的基因數目比基因組文庫中的少，其原因是_______________________________________ _______________________________________________________ _____________________________________________________。

(3)在基因表達載體中，啟動子是________聚合酶識別并結合的部位。若采用原核生物作為基因表達載體的受體細胞，最常用的原核生物是________。

(4)將目的基因通過基因槍法導入植物細胞時，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有________和________顆粒。

解析：本題主要考查目的基因的獲取方法、基因表達載體的構建方法、目的基因導入植物細胞的方法。

(1)在基因工程中，獲取目的基因主要有兩大途徑，既可在核苷酸序列已知的情況下人工合成，也可用限制酶對生物材料的DNA切割，再選取。

(2)cDNA文庫是由mRNA反轉錄獲得的，其中只含有葉細胞已轉錄(或已表達)的基因，而基因組文庫中含有該植物的全部基因。

(3)在基因表達載體中，啟動子是RNA聚合酶識別并結合的部位。若采用原核生物作為基因表達載體的受體細胞，最常用的原核生物是大腸桿菌。

(4)將目的基因通過基因槍法導入植物細胞時，常用的攜帶目的基因的金屬顆粒有金粉和鎢粉顆粒。

答案：(1)人工合成 生物材料

(2)cDNA文庫中只含有葉細胞已轉錄(或已表達)的基因，而基因組文庫中含有該植物的全部基因

(3)RNA 大腸桿菌(或細菌)(4)金粉 鎢粉

A級 基礎鞏固

1．下列不屬于獲取目的基因的方法是()A．利用DNA連接酶復制目的基因 B．反轉錄法 C．從基因文庫中獲取目的基因 D．利用PCR技術擴增目的基因

解析：對目的基因(DNA片段)進行復制需利用DNA聚合酶而不是DNA連接酶。答案：A 2．下列關于基因表達載體構建的相關敘述，不正確的是()A．需要限制酶和DNA連接酶 B．必須在細胞內進行

C．抗生素抗性基因可作為標記基因 D．啟動子位于目的基因的首端

解析：基因表達載體的構建是指目的基因與載體結合，在此過程中需用同一種限制酶切割目的基因與載體，用DNA連接酶將互補的末端連接起來；基因表達載體的構建是在細胞外進行的；基因表達載體包括啟動子(位于基因首端使轉錄開始)、終止子、目的基因和標記基因。

答案：B 3．水母發光蛋白由236個氨基酸構成，其中由三種氨基酸構成發光環，現已將這種蛋白質的基因作為生物轉基因的標記。在轉基因技術中，這種蛋白質的作用是()A．促使目的基因導入受體細胞中 B．促使目的基因在受體細胞中復制 C．促使目的基因容易被檢測出來 D．檢測目的基因是否成功表達

解析：標記基因表達的熒光蛋白使目的基因容易被檢測出來。答案：C 4．基因工程的正確操作步驟是()①目的基因與運載體相結合 ②將目的基因導入受體細胞 ③檢測目的基因的表達

④提取目的基因

A．③④②①

C．④①②③

B．②④①③ D．③④①②

解析：基因工程的基本操作步驟主要包括四步：(1)目的基因的獲取，即④提取目的基因。

(2)基因表達載體的構建，即①使目的基因與運載體結合。(3)將目的基因導入受體細胞，即②。

(4)目的基因的檢測與表達，即③檢測目的基因的表達。答案：C 5．某研究所的研究人員將生長激素基因通過質粒介導進入大腸桿菌細胞內，來表達產 生生長激素。已知質粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因要插入到基因B中，而大腸桿菌不帶有任何抗性基因。下列敘述正確的是()A．導入大腸桿菌的質粒一定為重組質粒 B．RNA聚合酶是構建該重組質粒必需的工具酶

C．可用含氨芐青霉素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒

D．在含氨芐青霉素培養基中不能生長，但在含鏈霉素培養基中能生長的可能是符合生產要求的大腸桿菌

解析：導入大腸桿菌的質粒可能為重組質粒，也可能為普通質粒，A項錯誤；構建基因表達載體過程中需要限制酶和DNA連接酶，不需要RNA聚合酶，B項錯誤；由于目的基因要插入到基因B中，即抗氨芐青霉素基因破壞，即工程菌不能抗氨芐青霉素，因此不能用含氨芐青霉素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒，C項錯誤；據分析可知，在含氨芐青霉素培養基中不能生長，但在含鏈霉素培養基中能生長的可能是符合生產要求的大腸桿菌，D項正確。

答案：D

B級 能力訓練

6．科學家通過基因工程，成功培育出能抗棉鈴蟲的棉花植株——抗蟲棉，其過程大致如圖。

(1)基因工程的核心是__________________________________。

(2)上述過程中，將目的基因導入棉花細胞內使用了________法，先要將目的基因插入農桿菌Ti質粒的________中，然后用該農桿菌感染植株細胞，通過DNA重組將目的基因插入植株細胞的________上。

(3)目的基因在棉株體內能否成功轉錄，分子水平上可采用________方法檢測。(4)如果把該基因導入葉綠體DNA中，將來產生的卵細胞中________(填“一定”或“不一定”)含有抗蟲基因。

解析：(1)基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建。

(2)將目的基因導入棉花細胞內使用了農桿菌轉化法，先要將目的基因插入農桿菌Ti質粒的T-DNA中，然后用該農桿菌感染植株細胞，通過DNA重組將目的基因插入植株細胞的染色體上。(3)目的基因在棉株體內能否成功轉錄，從分子水平上檢測可采用分子雜交法。(4)由于在產生配子的過程中，細胞質基因是隨機分配的，因此產生的配子中不一定含有抗蟲基因。

答案：(1)基因表達載體的構建(2)農桿菌轉化 T-DNA 染色體(3)分子雜交(4)不一定

7．科學家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶主要蛋白。以下有關該基因工程的敘述，錯誤的是()A．采用反轉錄的方法得到的目的基因有內含子

B．基因非編碼區對于目的基因在塊莖中的表達是不可缺少的 C．馬鈴薯的葉肉細胞可作為受體細胞

D．用同一種限制酶，分別處理質粒和含目的基因的DNA，可產生黏性末端而形成重組DNA分子

解析：真核基因結構中，內含子部分不能編碼蛋白質。在轉錄形成成熟的mRNA的過程中，內含子轉錄部分被剪切，因此采用反轉錄法得到的目的基因不含內含子，故A項錯誤；非編碼區雖然不能編碼蛋白質，但對于遺傳信息表達是不可缺少的，在它上面由調控遺傳信息表達的核苷酸序列，比如RNA聚合酶結合位點，對目的基因的表達必須先有RNA聚合酶與之結合，才可轉錄形成信使RNA，故B項正確；受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞，如葉肉細胞，故C項正確；用同一種限制酶處理質粒和含目的基因的DNA，可產生相同黏性末端，再用DNA連接酶連接形成重組DNA分子，故D項正確。

答案：A 8．用基因工程技術可使大腸桿菌合成人的胰島素，下列敘述錯誤的是()A．用相同的限制酶處理目的基因和質粒

B．DNA連接酶和RNA聚合酶是構建重組質粒必需的工具酶 C．可用含抗生素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒 D．導入大腸桿菌的目的基因不一定成功表達

解析：基因工程中，用相同的限制酶處理目的基因和質粒使它們露出相同的黏性末端，A正確；DNA連接酶和限制酶是構建重組質粒必需的工具酶，B錯誤；質粒上的抗生素抗性基因是標記基因，所以可以用含抗生素的培養基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒，C正確；導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達，D正確。

答案：B 9．如圖表示一項重要生物技術的關鍵步驟，X是獲得外源基因并能夠表達的細胞。下列說法不正確的是()5

A．X是能合成胰島素的細菌細胞

B．質粒通常有多個標記基因和多個限制酶切點 C．基因與運載體的重組只需要DNA連接酶 D．該細菌的性狀被定向改造

解析：X是含有胰島素基因的細菌細胞分裂形成的，含有胰島素基因，因此能合成胰島素，A項正確；質粒通常有多個標記基因和多個限制酶切點，這樣便于目的基因的插入和篩選含有重組DNA的細胞，B項正確；基因與運載體的重組除了需要DNA連接酶，還需要限制酶，C項錯誤；基因工程能定向改造生物的性狀，該細菌是采用基因工程技術培育形成的，因此其性狀已被定向改造，D項正確。

答案：C 10．在基因工程操作技術中，為保證目的基因更好地導入受體細胞，有時需要用Ca處理。下列有關敘述，正確的是()A．顯微注射法中要用Ca處理動物受精卵 B．花粉管通道法中要用Ca處理植物體細胞 C．農桿菌轉化法中要用Ca處理植物細胞 D．農桿菌轉化法中要用Ca處理農桿菌細胞

解析：用Ca處理原核細胞，會增大細胞壁的通透性，使細胞處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態，即感受態。在農桿菌轉化法中，需要把構建好的重組載體(重組Ti質粒)先導入原核細胞——農桿菌細胞中，此時需要用Ca處理，然后再把含重組Ti質粒的農桿菌導入植物細胞。

答案：D 11．如圖為基因工程中獲取水稻某目的基因的不同方法。相關敘述中正確的是()

2＋2＋

2＋2＋2＋2＋

2＋

A．這三種方法都是在體內進行的 B．①②③堿基對的數量和排列順序相同 C．方法a和c均用到DNA聚合酶 D．方法c需要模板

解析：題中三種方法都是在體外進行的，且都用到酶(方法a需要反轉錄酶和DNA聚合酶，方法b需要限制酶，方法c需要DNA聚合酶)，A錯誤、C正確。方法a得到的目的基因不含有內含子，方法c得到的目的基因的堿基序列可能有多種，因此①②③堿基對的數量和 6 排列順序不相同，B錯誤。方法c不需要模板，D錯誤。

答案：C 12．(2015·重慶卷)下列有關人胰島素基因表達載體的敘述，正確的是()A．表達載體中的胰島素基因可通過人肝細胞mRNA反轉錄獲得 B．表達載體的復制和胰島素基因的表達均啟動于復制原(起)點 C．借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細胞篩選出來 D．啟動子和終止密碼子均在胰島素基因的轉錄中起作用

解析：本題考查基因工程相關知識。A項，胰島素基因只在胰島B細胞中表達，人肝細胞無胰島素mRNA，故錯誤。B項，復制原點是基因表達載體復制的起點，而胰島素基因表達的起點位于啟動子，故錯誤。C項，在細胞培養液中加入抗生素，只有含胰島素基因的受體細胞才能存活，即借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細胞篩選出來，故正確。D項，啟動子在胰島素基因的轉錄中起作用，終止密碼子在翻譯中起作用，故錯誤。

答案：C 13．已知甲種農作物因受到乙種昆蟲危害而減產，乙種昆蟲食用某種原核生物分泌的丙種蛋白質后死亡。因此，可將丙種蛋白質基因轉入到甲種農作物體內，使甲種農作物獲得抗乙種昆蟲危害的能力。回答下列問題：

(1)為了獲得丙種蛋白質的基因，在已知丙種蛋白質氨基酸序列的基礎上，推測出丙種蛋白質的________序列，據此可利用________________方法合成目的基因。獲得丙種蛋白質的基因還可用________和________方法。

(2)在利用上述丙種蛋白質基因和質粒載體構建重組質粒的過程中，常需要使用________酶和________酶。

(3)將含有重組質粒的農桿菌與甲種農作物的愈傷組織共培養，篩選出含有丙種蛋白質的愈傷組織，由該愈傷組織培養成的再生植株可抵抗________的危害。

(4)若用含有重組質粒的農桿菌直接感染甲種農作物植株葉片傷口，則該植株的種子________(填“含有”或“不含”)丙種蛋白質基因。

解析：(1)為了獲得丙中蛋白質的基因，在已知丙種蛋白質氨基酸序列的基礎上，推測出控制丙中蛋白質的基因的核苷酸序列，據此可利用化學方法合成目的基因。獲得丙中蛋白質的基因還可用基因文庫、PCR方法。(2)在利用上述丙中蛋白質基因和質粒載體構建重組質粒的過程中，常需使用限制酶和DNA連接酶。(3)將含有重組質粒的農桿菌與甲種農作物的愈傷組織共培養，篩選出含有丙種蛋白質的愈傷組織，由該愈傷組織培養成的再生植株可抵抗乙種昆蟲的危害。(4)若用含有重組質粒的農桿菌直接感染甲種農作物植株葉片傷口，則該植株的種子不含丙種蛋白質基因，因為基因不能跨細胞轉移。

答案：(1)基因的核苷酸 化學 基因文庫 PCR(2)限制 DNA連接(3)乙種昆蟲(4)不含

14．轉基因生物可用于生產人類所需要的藥用蛋白，如激素、抗體、疫苗、酶等。下圖甲是通過生物工程培育能產生人胰島素的煙草的過程。請據圖回答下列問題：

圖甲

(1)基因工程的核心步驟是________(填字母)。此過程所需的工具酶是________。(2)下圖乙是載體和反轉錄得到的胰島素基因的片段，已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。GeneⅠ和GeneⅡ為質粒上的標記基因，根據圖示分析，應用限制酶________切割質粒，用限制酶________切割目的基因。構建的重組質粒中，除含有外源基因、標記基因外，還必須含有________和________。

圖乙

(3)B過程中，常用________處理使細菌成為感受態細胞，從而利于重組質粒的導入。(4)如果從分子水平檢測人胰島素基因是否表達成功，可以采用____________方法。解析：(1)基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建，即A過程，該過程首先需要限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運載體，還需用DNA連接酶將目的基因與運載體連接形成重組DNA分子。

(2)用限制酶Ⅱ切割質粒時會將兩個標記基因都破壞，因此只能選用限制酶Ⅰ切割質粒，而切割含有目的基因的外源DNA分子時，只需用限制酶Ⅱ即可，構建的重組質粒中，除含有外源基因、標記基因外，還必須含有啟動子和終止子。

(3)將目的基因導入微生物細胞時，常用感受態細胞法，即常用Ca處理使細菌成為感受態細胞，從而利于重組質粒的導入。

(4)從分子水平上檢測目的基因是否表達成功，可以采用抗原—抗體雜交方法。答案：(1)A 限制酶和DNA連接酶

2＋(2)Ⅰ Ⅱ 啟動子 終止子(3)Ca

(4)抗原—抗體雜交

2＋ 9

第三篇：人教版《基因工程的基本操作程序》教學設計

“基因工程的基本操作程序”一節的教學設計 1 教材分析

《基因工程的基本操作程序》是人教版選修3專題1基因工程中第2節內容，本節是《基因工程》專題的核心，上承《DNA重組技術的基本工具》一節，下接《基因工程的應用》。對于基因工程，學生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為此，教材中采用形象化得呈現方式簡述了基因工程基本操作程序的四個步驟。例如，基因文庫中把基因組文庫比作國家圖書館，而把cDNA文庫比作某市圖書館，這樣便于學生理解和掌握。此外，在教材處理中還呈現主干，割舍枝杈，將非主干內容以《生物技術資料卡》、《拓展視野》等方式呈現，做到有主有次。【1】 2 學情分析

學生經過上一節的學習已經掌握DNA重組技術所需三種基本工具的作用及基因工程載體所需條件等知識，具備學習基因工程的基本操作程序一節的基礎；而且經過一年必修教材的學習，學生的生物基礎知識較扎實，思維的目的性、連續性和邏輯性已初步建立。但基因工程一節對學生來說難點較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。因此在教學過程中，應在教師引導下適時加強學生解決問題和運用概念圖等生物學語言歸納結論等方面的能力。3 教學目標 3.1 知識目標

⑴簡述基礎理論研究和技術進步催化了基因工程 ⑵簡述基因工程的原理和基本步驟 3.2 能力目標

⑴學會運用概念圖總結基因工程的基本步驟及方法

⑵嘗試運用基因工程原理，提出解決某一實際問題的方案 3.3 情感態度與價值觀 ⑴關注基因工程的發展

⑵認同基因工程的應用促進生產力的提高 4 教學重點與難點

4.1 教學重點 基因工程基本操作程序的四個步驟 4.2 教學難點

⑴從基因文庫中獲取目的基因 ⑵利用PCR技術擴增目的基因 5 教學整體思路

采用從“整體-部分-整體”的教學思路，首先引用基因工程案例使學生從整體上了解基因工程的四個步驟，其次采用分步探究的形式幫助學生理解各個步驟的原理、方法和過程，最后教師引導學生用概念圖將所學的知識從整體上再次整合。【2】 6 教學過程

教學環節

教師行為

學生活動

導入新課

1）出示我國有知識產權的轉基因抗蟲棉的培育圖解 2）質疑：轉基因抗蟲棉培育的四個關鍵步驟

3）根據學生回答補充還需檢測抗蟲基因是否已經進入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲

看圖并回答：首先要獲得目的基因，其次將目的基因連接到Ti質粒上，再次將重組的Ti質粒導入受體細胞，最后要重建轉基因植物

目的基因的獲取

教學環節

目的基因的獲取

1）提問轉基因抗蟲棉培育需要哪些工具 2）講授目的基因的概念

3）指導學生看書并質疑：獲取目的基因總的來說有哪兩種方式

4）根據學生回答強調如果已知抗蟲基因核苷酸序列且序列較短小，可通過DNA合成儀直接進行人工合成

5）質疑：如果對抗蟲基因的堿基序列完全不知，怎樣才能得到蘇云金芽孢桿菌體內的抗蟲基因

6）針對學生回答引出基因文庫概念

7）指導學生看圖并歸納構建基因文庫時的操作條件、應用工具和過程

8）對學生回答給與肯定并強調構建基因組文庫時應注意兩點：1 每個受體菌DNA分子都包含一段不同的外源DNA片段；2 本方法適用于獲取原核細胞的基因 9）指導學生看書，說出部分基因文庫（cDNA）概念

10）教師補充如想知道一種生物在個體發育不同階段表達基因不同，應構建cDNA文庫

11）指導學生看書，質疑：如何構建部分基因文庫

12）引出如果已知抗蟲基因的一部分，則可通過PCR技術擴增目的基因 教師行為

13）指導學生看書質疑：PCR技術擴增目的基因需要的條件 14）觀看PCR過程插圖，質疑：PCR擴增的過程

15）列表比較利用PCR技術擴增目的基因與細胞內DNA復制的異同 回憶舊知識并回答

看書并回答：從自然界已有的物種中分離和人工合成思考并回答：先獲取蘇云金芽孢桿菌的全部基因，再從中提取抗蟲基因

思考并回答：操作條件：對目的基因序列未知 應用工具：限制性內切酶、DNA連接酶、載體

過程：從基因組中提取DNA→酶切、純化→與載體連接→侵染大腸桿菌→建立基因組文庫

看書并回答：只包含一種生物部分基因的文庫

看書并回答：提取某種生物發育某個時期的mRNA→反轉錄成互補DNA→與載體連接→侵染大腸桿菌→建立部分基因文庫

學生活動

看書并回答：模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶

討論并回答：變性：90℃—95℃高溫下雙鏈DNA解鏈成單鏈；退火：55℃—60℃引物結合到互補DNA鏈；延伸：72℃Taq酶從引物起始進行互補鏈的合成；第2輪循環

學生獨立完成，教師給予指導

基因表達載體的構建

1）引出基因表達載體的構建是基因工程的核心及構建基因表達載體的意義

2）質疑：將生物的所有DNA直接導入受體細胞是否可行，如果這樣做，結果怎樣 3）提問：回憶載體需要具備的條件

4）根據學生回答引出基因表達載體也應具備復制原點、標記基因等條件，進一步明確基因表達載體最終要表達出人類所需的蛋白質產物

5）質疑：從cDNA文庫中獲取的目的基因沒有啟動子，如果要實現將編碼序列導入受體生物中并成功表達，基因表達載體還需哪些元件

6）提問：總結基因表達載體構成，并說明各個元件的作用

思考并回答：1 該方法針對性差，完全靠運氣 不方便檢測，無法確定目的基因是否導入受體細胞

討論并回答：啟動子和終止子，它們分別位于目的基因的兩側

思考并回答：復制原點：控制復制起始的位點； 抗性基因：檢測目的基因是否導入受體細胞； 多個限制酶切點：目的基因插入；

啟動子：位于基因首端；是RNA聚合酶識別和結合位點，驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得蛋白質；

終止子：轉錄在所需地方停下來

將目的基因導入受體細胞

教學環節

將目的基因導入受體細胞

1）引出轉化的概念，并強調轉化的最終目的是目的基因在受體細胞維持穩定和表達 2）講授：將目的基因導入植物細胞有三種方法，其中最常用的是農桿菌轉化法 3）引導學生看書，質疑：農桿菌有何特點 教師行為

4）引導學生看插圖，概述農桿菌轉化法的過程

5）質疑：將目的基因導入動物細胞中的常用方法及常用的受體細胞

6）質疑：培育轉基因動物時，受體細胞能否采用動物體細胞，為何采用受精卵

7）引出原核生物的特點，早期基因工程都用原核生物作受體細胞，質疑：目的基因導入微生物細胞采用的方法

8）講授：怎樣篩選含外源基因的受體細胞，主要是應用標記基因的插入失活特性，向學生展示圖，并配以習題

看書并回答：1 農桿菌生活在土壤中，自然條件下能感染雙子葉植物和裸子植物 農桿菌中Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體DNA上 學生活動

討論并回答：將目的基因導入Ti質粒→轉入農桿菌→含重組Ti質粒的農桿菌→導入植物細胞→植物組織培養→轉基因植物

看書并回答：顯微注射法，受體細胞是受精卵

思考并回答：動物體細胞沒有全能性，受精卵全能性高，并且營養物質豐富

看書并回答：用Ca2+處理制備感受態細胞

聽講并根據習題理解

目的基因的檢測與鑒定

1）質疑：用什么方法可以知道抗蟲棉賦予了植物抗蟲特性

2）質疑：檢測與鑒定有何不同，基因工程成功的標志（提示學生應用真核生物中心法則思考）

3）引出檢測分為DNA、mRNA和蛋白質水平。強調檢測轉基因生物染色體的DNA上是否插入目的基因是目的基因能否在真核生物中穩定遺傳的關鍵。

4）指導學生看書，質疑：DNA水平上的檢測應用什么方法，探針是什么，如何標記，檢測如何操作

5）根據學生回答，補充探針還可以用地高辛和生物素標記。質疑：DNA分子雜交原理 6）檢測目的基因是否轉錄mRNA應用方法，依據原理

7）質疑：用什么方法檢測目的基因是否翻譯出蛋白質，原理是什么

8）講授：除上述分子水平上的檢測外，還可以應用個體生物學水平的鑒定，如給棉鈴蟲喂食抗蟲棉，看蟲子生活狀況等

思考并回答：給棉鈴蟲喂食抗蟲棉，看蟲子生活狀況；檢測抗蟲棉染色體DNA上是否插入目的基因

看書并回答：檢測是分子水平上的，而鑒定是個體水平上的。成功標志是表達出人類所需蛋白質

思考并回答：方法：DNA分子雜交；

探針：含有目的基因的單鏈DNA，用放射性同位素標記；

步驟：轉基因生物→提取基因組DNA和探針雜交→有雜交帶→證明目的基因已插入染色體DNA中

思考并回答：堿基互補配對原則

思考并回答：轉基因生物mRNA與DNA探針雜交；原理：堿基互補配對原則

思考并回答：轉基因生物→提取蛋白質（用其作抗原）與抗體反應→有雜交帶→目的基因已形成蛋白質產品；

原理：抗原—抗體特異性結合整體水平上歸納總結

教師引導下，學生討論總結出基因工程的基本操作程序概念圖，在整體上把握知識脈絡

見圖3 教學反思

1）巧妙布置預習作業，化“復雜”為“簡約”。由于基因工程內容上的“高”與“新”，處理不好，會提高學習難度，令學生視高科技為畏途，致使教學流于形式。所以在課前以學生較為熟悉的轉基因抗蟲棉的培育過程案例為預習作業，使學生首先從整體上了解基因工程的四個步驟，起到了突破難點及培養自學能力的目的。2）巧妙運用插圖及多媒體技術，化“抽象”為“形象”。對于基因工程，學生接觸得少，只運用文字來教學會感到很抽象。如在講授如何構建基因文庫時，教師會提供一幅非常形象的插圖，結合圖文提出相應問題，誘導學生思考，從而把學習的注意力從簡單的死記硬背引導到分析、批判、創新等有利于學生終身發展的能力上來。【1】

第四篇：高二生物選修三1.2基因工程的基本操作程序知識點

基因工程的工具

一．基因工程

1.基因工程的別名：基因拼接技術或DNA重組技術

2.操作對象：基因

3.操作水平:DNA分子水平

4.原理：基因重組

5.不同生物DNA能拼接的原因：DNA規則的雙螺旋結構

6.一種生物的基因可以在另一種生物體內表達的原因：生物共用一套遺傳密碼子

二．DNA重組的基本工具

三種工具

限制酶

兩種工具酶

DNA連接酶

載體

1.限制酶（限制性核酸內切酶）

（1）來源：主要來自原核細胞

（2）作用：識別和切割特定DNA序列

（不能識別切割RNA和單鏈DNA）

（3）限制酶作用與磷酸二脂鍵，不作用氫鍵。

（4）限制酶是一類酶而不是一種酶，不同限制酶識別不同的DNA序列，限制酶具有特異性。

（4）末端：

平末端

粘性末端

（5）單酶切缺點：使目的基因和載體自身環化

使目的基因反向插入載體中

（6）雙酶切的優點：防止目的基因和載體自身環化

使目的基因和載體正確連接

（7）用同種酶處理載體和目的基因的原因：

切割后獲得的（粘性）末端相同。

2.DNA連接酶

（1）DNA連接酶連接的是磷酸二脂鍵，但不連接氫鍵。

（2）不具有特異性

（3）分類

E．coli

DNA連接酶（存在于大腸桿菌中）：

只連接粘性末端

T4DNA連接酶（存在T4噬菌體中）：

連接粘性末端和平末端，但連接平末端的效率低

3.載體

（1）載體的作用：

作為運輸工具將目的基因導入受體細胞

攜帶目的基因在受體細胞內大量復制

（3）具備條件

1)能在受體細胞中復制并穩定存在2)有一個或多個限制酶切割位點，供外源DNA片段插入

3)具有標記基因，供重組DNA的選擇與鑒定

基因工程的基本操作程序

基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：

目的基因的獲取

基因表達載體的構建（關鍵步驟）

將目的基因導入受體細胞

目的基因的檢測與鑒定

一.目的基因的獲取

1.獲取目的基因常用的方法

（1）從基因文庫中獲取目的基因

（2）利用PCR技術擴增目的基因

（3）人工合成2.從基因文庫中獲取目的基因

基因組文庫

（1）基因文庫

部分基因文庫（如：cDNA文庫）

（2）基因組文庫與cDNA文庫的比較

基因組文庫中有啟動子，終止子，內含子

cDNA文庫中沒有啟動子，終止子，內含子

3.利用PCR技術擴增目的基因

（1）原理：DNA雙鏈復制

（2）條件：

要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據這一序列合成引物。

（3）原料：模板DNA，Taq酶，引物，三磷酸脫氧核苷酸（dNTP）

（4）過程：

變性：加熱至90～95℃，DNA解鏈；

退火：冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈；

延伸：加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。

（5）注意

引物需要滿足條件：

引物1和引物2結構上不能互補，單個引物不能自身互補

引物GC含量高，則退火溫度高

三磷酸脫氧核苷酸轉變為脫氧核苷酸過程中，脫去磷酸基團釋放高能磷酸鍵中能量。

二．基因表達載體的構建

（基因表達載體的構建是基因工程的核心）

1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。

2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因

目的基因：插入啟動子和終止子之間

啟動子

位置：基因的首端

功能：是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA

終止子

位置:基因的尾端

功能：終止轉錄

標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因

復制原點：起始復制

三．將目的基因導入受體細胞

1.轉化的概念：

是目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

2.受體細胞的選擇

動物：受精卵

受精卵具有全能性，能發育成完整的個體

植物：體細胞

植物的體細胞具有全能性，能發育成完整的個體

微生物：

原核（大腸桿菌）：繁殖快，多為單細胞，遺傳物質相對較少

真核（酵母菌）：真核細胞具有內質網高爾基體，能對蛋白質進行加工修飾

3.常用的轉化方法：

（1）將目的基因導入植物細胞：

農桿菌轉化法（用于雙子葉植物，裸子植物）植物細胞最常用的方法

基因槍法（常用于單子葉植物）

花粉管通道法

（2）

將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術

（3）

將目的基因導入微生物細胞：Ca離子處理

用Ca離子處理細胞的目的：

使大腸桿菌成為感受態細胞，更容易吸收重組DNA分子

4．注意

（1）受體細胞是植物細胞，需要經過植物組織培養技術

（2）受體細胞是動物細胞，需要經過早期胚胎培養和胚胎移植

顯微注射技術

早期胚胎培養

目的基因

受精卵

早期胚胎

胚胎移植

雌性動物的子宮

發育成具有新性狀的動物

5.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。

6.農桿菌轉化法

四．目的基因的檢測與鑒定

（1）分子水平鑒定

1.檢測

轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因

方法是采用

DNA分子雜交技術。

2.檢測

目的基因是否轉錄出了mRNA

方法是采用核酸分子雜交技術

3.檢測

目的基因是否翻譯成蛋白質

方法是采用抗原－抗體雜交技術

DNA分子雜交技術，核酸分子雜交技術原理為堿基互補配對原則，探針為放射性同位素標記的目的基因。判斷依據：是否出現雜交帶。

抗原抗體雜交技術原理為抗原抗體特異性結合，例如檢測受體細胞是否表達出胰島素，用胰島素抗體檢測

（2）個體生物學水平的鑒定

轉基因生物

檢測方法

觀察指標

抗蟲植物

接種害蟲

害蟲是否死亡

抗病植物

接種病毒（菌）

是否出現病斑

抗鹽植物

鹽水澆灌

是否正常生長

抗除草劑植物

噴灑除草劑

是否正常生長

獲取目的基因產物的轉基因生物

提取細胞產物與天然產品進行功能活性比較

細胞產物功能活性是否正常

一植物基因工程

1.抗病轉基因植物所采用的目的基因：

病毒外殼蛋白基因，病毒的復制酶基因，2.抗真菌轉基因植物所采用的目的基因：

幾丁質酶基因，抗毒素合成基因

二．動物基因工程

1.將腸乳糖酶基因導入奶牛基因組，獲得的轉基因牛能表達出腸乳糖酶，腸乳糖酶能將乳糖分解成半乳糖，從而降低牛奶中的乳糖含量。

2．乳腺生物反應器

顯微注射

早期胚胎培養

藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動子

受精卵

早期胚胎

胚胎移植

泌乳期

子宮

轉基因動物

分泌乳汁

提取藥物

（2）藥用蛋白基因前插入乳腺蛋白基因的啟動子，目的是使藥用蛋白基因只在乳腺組織細胞中表達

（3）膀胱生物反應器的優點

不受性別限制

不受個體發育時期的限制

3.器官移植

器官移植的兩大難題：器官短缺和免疫排斥

從供體角度降低免疫排斥：

1）向器官供體基因組中導入某種調節因子，以抑制抗原決定基因的表達

2）設法除去抗原決定基因

4.基因治療

基因治療是把正常基因導入有基因缺陷的細胞中，使正常基因的表達產物發揮作用，原來的缺陷基因仍然存在。

第五篇：高中生物選修3 DNA重組技術的基本工具 教學案

小欖中學高二生物選修3教學案

編制：孫雪梅

審核：常淑俠

使用：2014年2月 日

學號：

姓名：

選修3 第1章 基因工程

第2節 基因工程的基本操作程序

（二）【舊知檢測】

1.正確表示基因操作“四步曲”的是

A.提取目的基因→基因表達載體構建→目的基因與運載體結合→目的基因的檢測與鑒定 B.目的基因的檢測與鑒定→提取目的基因→基因表達載體構建→目的基因導入受體細胞 C.提取目的基因→基因表達載體構建→目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定 D.基因表達載體構建→提取目的基因→目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定 2.蘇云金芽孢桿菌是一種對昆蟲有致病作用的細菌，某殺蟲性物質主要是一類伴孢晶體蛋白，共有126個氨基酸。若想通過基因工程技術，將控制該蛋白質合成抗蟲基因提取出來，需要下列哪類酶

A.DNA聚合酶

B.DNA連接酶

C.限制性內切酶

D.伴孢晶體蛋白酶 【考點呈現】1.基因表達載體的構建；2.將目的基因導入受體細胞等。【嘗試練】

3.基因表達載體的構建----是基因工程的

（1）表達載體的組成：目的基因+ +

+標記基因等。

（2）啟動子：位于基因的，它是

的部位，驅動基因轉錄產生mRNA。

（3）終止子：位于基因的，終止。

（4）表達載體的功能：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且

給下一代；使目的基因

____ 和發揮作用。

（5）標記基因：

受體細胞是否含有目的基因。4.將目的基因導入受體細胞

Ⅰ.轉化：目的基因進人受體細胞內，并在受體細胞內維持穩定和

的過程。Ⅱ.方法A.將目的基因導入植物細胞：(1)農桿菌轉化法：

①農桿菌特點：易感染

植物和裸子植物，對___________植物沒有感染力；Ti質粒的 可轉移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體上。

②轉化：目的基因插人

?進入???農桿菌→導入植物細胞→目的基因整合到植物細胞染色體上→目的基因的遺傳特性得以穩定維持和表達。

(2)基因槍法：是單子葉植物中常用的一種基因轉化方法，但是成本較高。

(3)花粉管通道法：這是我國科學家獨創的一種方法，是一種十分簡便經濟的方法。B.將目的基因導入動物細胞：(1)方法： 注射技術。

(2)操作程序：目的基因表達載體

→取卵(受精卵)→顯微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性動物的_________________________內發育→新性狀動物。

C.將目的基因導人微生物細胞：

(1)原核生物特點：、、等。

第 1 頁（共 2 頁）小欖中學高二生物選修3教學案

編制：孫雪梅

審核：常淑俠

使用：2014年2月 日

(2)轉化：

處理細胞→

細胞→表達載體與感受態細胞混合→

_________ 細胞吸收DNA分子。

5.目的基因的檢測與鑒定

Ⅰ.檢測： ①檢測轉基因生物染色體的DNA是否插入的方法

。②檢測目的基因是否轉錄的方法

。③檢測目的基因是否翻譯成的方法

。Ⅱ．鑒定： 【鞏固練】

6.科學家在培育抗蟲棉時，起初把蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因插入載體質粒中，然后導入棉花的受精卵中，結果抗蟲基因在棉花體內沒有表達。然后在插入抗蟲基因的質粒中插入啟動子（抗蟲基因首端），導入棉花受精卵，長成的棉花植株還沒有抗蟲能力。科學家又在有啟動子、抗蟲基因的質粒中插入終止子（抗蟲基因末端），導入棉花受精卵，結果長成的植株，有了抗蟲能力。由以上過程推知，作為目的基因的運載體應具備的結構是 A.目的基因、啟動子

B.目的基因、終止子

C.目的基因，啟動子、終止子

D.目的基因、啟動子、終止子、標記基因 【拓展練】

7.糖尿病是一種常見病，目前對胰島素依賴型糖尿病的治療多用激素療法。胰島素過去主要從動物中提取，基因工程和細胞工程技術發展以后，利用細菌生產胰島素。其操作過程如圖所示：(1)質粒存在于細菌細胞中,其化學本質是__________，從其分子結構可確定它是一種＿＿＿＿＿。此過程所需基因“剪刀”是__________,“針線”是＿＿＿＿，運載體是________。(2)重組DNA導入受體細胞后,在細胞乙中能產生人的胰島素 這是因為基因具有控制＿＿＿＿＿＿合成的功能。【課堂檢測】

8.采用基因工程方法培育抗蟲棉，下列導入目的基因的做法正確的是

①將毒素蛋白質注射到棉花受精卵中 ②將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉花受精卵中 ③將編碼毒素蛋白質的DNA序列，與質粒重組，導入細菌，用該細菌感染棉的體細胞再進行組織培養 ④將編碼毒素蛋白質的DNA序列與細菌質粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵

A.①②

B.②③

C.③④

D.①④

9.目的基因導入受體細胞后，是否可以穩定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測和鑒定才能知道。下列屬于目的基因檢測和鑒定的是

①檢測受體細胞是否有目的基因 ②檢測受體細胞是否有致病基因 ③檢測目的基因是否轉錄ｍRNA ④檢測目的基因是否翻譯蛋白質

A.①②③

B.②③④

C.①③④

D.①②④

第 2 頁（共 2 頁）