高中生物 第1章 第1节 基因工程概述同步备课课件 苏教版选修3.ppt

教师用书独具演示 课标解读1 简述基因工程的诞生过程和发展历程 2 说出基因工程的基本工具的特点及作用 3 简述基因工程的一般过程与技术 教学地位1 基因工程技术是现代生物技术的核心技术 本节主要内容包括基因工程的三种操作工具和五个操作步骤 基因工程的三种操作工具是 限制性核酸内切酶 dna连接酶和基因载体 要理解三种操作工具的作用和特点 基因工程的五个操作步骤包括 获取目的基因 制备重组dna分子 转化受体细胞 筛选出获得目的基因的受体细胞 培养受体细胞并诱导目的基因的表达 要理解每一步的原理和方法 2 近三年高考中 试题主要以信息材料或流程图为载体 考查基因工程的操作工具 基因工程的原理及其在工农业生产和实践中的应用及训练学生的图文转换能力 试题多以简述填充题 图解题为主 教法指导1 巧妙运用插图及多媒体课件 化 抽象 为 形象 对于基因工程 学生接触得少 只运用文字来教学会感到很抽象 如对基因工程三种操作工具的教学 可采取动画展示 结合图文提出相应问题 诱导学生思考 从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析 批判 创新等有利于学生终身发展的能力上来 2 模型建构精讲点拨 对三种工具逐个进行讲解并以ecor 为例构建重组dna分子模型 体会基因的剪切 拼接 缝合的道理 1 利用课前准备的材料模拟限制酶ecor 对dna进行切割 2 用同一种限制酶对两个dna片段模型进行切割并缝合 3 进行目的基因 环状dna的切割及两者的拼接 3 通过课件动画缓慢展示基因工程的操作流程 并让学生思考每一步的操作方法和原理 对于重组质粒是否导入受体细胞的筛选可采取打比喻的方法引入即入境时是否携带有效证件 重组质粒 等 4 可通过设计某一转基因生物 将基因工程的操作程序有机地串联起来 例如 通过抗软化番茄的培育过程让学生具体理解基因工程操作的步骤 新课导入建议1 先提出几个问题 能否让植物也发出萤火虫般美丽的萤光 能否让猪体内生产出人血蛋白 能否让细菌产生出人的胰岛素 干扰素等珍贵的药物 创造一种令人心神向往的意境 然后指出把这样的奇思妙想变为现实的是20世纪70年代兴起的高新科技 基因工程 那么 基因工程这个凝聚着众多科学家心血的技术到底是怎么进行的呢 导入课题 2 多媒体展示学生课前收集到的日常生活中基因工程的应用实例 列举几种生物的不同性状并由此提出假设 能不能使本身没有某个性状的生物具有某个性状呢 如让禾本科植物能够固定氮气 答案是肯定的 那就是能定向改造生物的基因工程 教学流程设计 演示结束 基因工程的诞生和发展 dna是遗传物质 遗传密码 限制性核酸内切酶 dna连接酶 质粒 体外重组 表达 开始期 发展期 实际应用期 基因工程的概念 剪切 拼接 重新组合 基因 分离 受体细胞 复制 表达 基因产物 基因工程的工具 核苷酸 磷酸二酯键 dna分子 黏性末端 平口末端 重组dna分子 外源基因 噬菌体 动 植物病毒 环状dna 遗传标记 基因 细菌 低分子量 基因工程的一般过程与技术 目的基因 重组dna分子 转化 获得目的基因 目的基因功能表达 基因文库 pcr技术 化学方法 目的基因 启动子 目的基因的载体 选择标记基因 获得重组dna分子 获得重组dna分子 表达产物 基因工程产品 大肠杆菌 质粒 染色体 修饰和加工 3 天然的质粒可直接用作基因工程的载体 提示 天然的质粒dna分子并不完全具备载体的条件 需经人工改造后才能用于基因工程操作 4 重组dna分子中的标记基因的作用是用于筛选获得重组dna分子的受体细胞 基因工程的工具 问题导思 基因工程中常用的工具有哪些 各有什么作用 作为运载目的基因的载体应具有什么特点 1 限制性核酸内切酶 分子手术刀 1 存在 限制性核酸内切酶简称限制酶 主要存在于微生物细胞中 如细菌 酵母菌等 2 作用特点 主要切割外源dna 而对自身的dna不起作用 达到保护自身的目的 只能识别双链dna分子中特定的核苷酸序列 只能在特定的部位进行切割 切割位点一般具有反向重复序列 3 作用部位限制性核酸内切酶识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列 并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开 4 作用结果 形成黏性末端或平口末端 5 限制性核酸内切酶与dna解旋酶的比较 相同点 都作用于dna分子 不同点a 作用部位不同 前者作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键 而后者作用于碱基对之间的氢键 b 作用结果不同 限制性核酸内切酶使dna分子特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 从而切割dna分子 dna解旋酶是把双链dna分子的碱基对间的氢键打开使双链dna成为两个互补的单链dna分子 2 dna连接酶 分子针线 1 作用 将两个dna片段连接起来 形成磷酸二酯键 2 种类 e colidna连接酶 连接互补的黏性末端 t4dna连接酶 连接互补的黏性末端或平口末端 3 dna连接酶与dna聚合酶的比较 4 dna连接酶与限制性核酸内切酶的比较 区别 两者的关系可表示为 3 载体 运载工具 1 载体的作用 一是用它作为运载工具 将目的基因导入受体细胞中去 二是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量的复制 称为克隆 2 作为载体必须具备的条件 在受体细胞中能保存下来并能大量复制 有多个限制性核酸内切酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 有一定的标记基因 便于进行筛选 对受体细胞无害 3 类型 质粒 它是存在于细菌或酵母菌细胞质中的一种很小的环状dna分子 结构简单 独立于染色体或拟核之外 具有自我复制能力 病毒 包括噬菌体 植物病毒和动物病毒 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有需求 因此在基因工程操作中 真正被用作载体的 大都是在天然载体的基础上进行过人工改造的 3 图中甲和乙经过相应操作均形成两个片段 切口的类型分别为 甲中限制性核酸内切酶的切点是 之间 乙中限制性核酸内切酶的切点是 之间 4 由图解可以看出 限制性核酸内切酶的作用特点是 5 如果甲中g碱基发生基因突变 可能发生的情况是 审题导析 1 限制性核酸内切酶ecor 和hpa 特异性识别的碱基序列分别是gaattc和gttaac 2 两种限制性核酸内切酶切割dna后 切口的类型分别为黏性末端和平口末端 精讲精析 从图解可以看出 甲和乙代表的是不同的dna片段 在相应的限制性核酸内切酶 ecor hpa 的作用下 在特定的位点被切割成两部分 前者是在识别序列的中心轴线两侧分别切开 形成的末端是黏性末端 后者是在识别序列的中心轴线处切开 形成的末端是平口末端 答案 1 有特殊脱氧核苷酸序列的dna片段 2 两种不同的限制性核酸内切酶 3 黏性末端平口末端g aa t 4 能识别双链dna分子的特定脱氧核苷酸序列 并从特定的位点将dna分子切割 5 限制性核酸内切酶不能识别切割位点 获得目的基因的方法 问题导思 获取目的基因常见的方法有哪些 pcr技术的原理是什么 1 获取目的基因的三种方法 2 提取目的基因的方法比较 3 提取目的基因的三种方法的应用情况 1 如果不知道目的基因的核苷酸序列 可以通过构建基因文库的方法 即通过用受体菌储存并扩增目的基因后 从基因文库中去获取目的基因 2 如果知道目的基因的核苷酸序列 而且基因比较小 可以通过dna合成仪利用化学方法人工合成 3 如果知道扩增目的基因及两端的核苷酸序列 而且基因又比较大 则可以通过pcr技术扩增目的基因 精讲精析 pcr技术利用的是dna双链复制原理 即将dna双链之间的氢键打开 变成单链dna 作为聚合反应的模板 反转录法是以目的基因转录成的信使rna为模板 在逆转录酶的作用下 先反转录形成互补的单链dna 再合成双链dna 则均不需要模板 答案 d 制备重组dna分子 问题导思 基因表达载体应具备哪些条件 如何构建基因表达载体 1 构建过程目的基因与载体结合的过程 实质上是不同来源的dna重新组合的过程 是基因工程的核心 其基本过程如下 以质粒作为载体 2 重组dna分子的组成 1 目的基因的表达需要调控序列 因而用作载体的质粒插入目的基因时须有启动子 插入后须有终止子 2 要确定目的基因是否导入受体细胞中 需要有筛选标记 标记基因 因此 一个基因表达载体的组成应该包括 启动子 终止子 目的基因 标记基因 a 基因工程的核心步骤是重组dna分子构建b 任何基因表达载体的构建都是一样的 没有差别c 图中启动子位于基因的首端 是rna聚合酶识别和结合的部位d 抗生素抗性基因的作用是作为标记基因 用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 审题导析 1 启动子和终止子的作用 2 抗生素抗性基因的作用 3 基因工程四个步骤中的核心步骤 精讲精析 答案 b 转化受体细胞 问题导思 什么叫转化 不同受体细胞的转化方法有何不同 什么是农杆菌转化法 具体过程如何 目的基因导入受体细胞内 并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程 称为转化 基因工程中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等 2 农杆菌转化法分析 1 完成基因表达载体的构建 需要限制性核酸内切酶和dna连接酶 2 重组的基因表达载体 重组质粒 导入农杆菌的常用方法是用ca2 处理法 3 目的基因能够在植株细胞内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体dna上 4 由棉株细胞形成抗虫棉需要植物组织培养技术 精讲精析 目的基因导入受体细胞后 随着受体细胞的繁殖而复制 由于细菌等微生物繁殖速度非常快 在很短的时间内就能获得大量的目的基因 因此 基因工程常用的受体细胞有细菌 真菌等 答案 b 问题导思 如何进行重组细胞的筛选 在不同水平上对目的基因检测与鉴定的方法主要有哪些 重组细胞的筛选和目的基因功能表达的鉴定 1 选择培养 筛选重组细胞 以大肠杆菌pbr322质粒为例 说明 tetr 四环素抗性基因 ampr 氨苄青霉素抗性基因 tets 目的基因 为转化 为选择培养 为重组细胞的克隆 2 分子水平和个体水平上筛选和鉴定方法的比较 审题导析 目的基因是否得到表达主要看两个方面 1 受体细胞是否翻译出相应的蛋白质 2 细胞或生物体是否具有相应的性状 精讲精析 只有在受体细胞中检测到由目的基因控制合成的蛋白质 才能说明目的基因完成表达 答案 d 本课知识小结网络构建 结论语句1 基因工程是在dna分子水平上进行设计和施工的 又叫做dna重组技术 2 基因工程的原理是基因重组 处理对象是dna或基因 3 限制性核酸内切酶是能够识别和切割dna分子的酶 又叫限制酶 dna连接酶能将被限制酶切开的磷酸二酯键重新形成 4 载体的作用是与含有外源基因 即目的基因 的dna片段结合 将外源基因送入受体细胞中 5 目的基因在受体细胞中表达 产生相应性状的原因是不同生物共用一套遗传密码 6 显微注射技术是迄今为止转基因动物中采用最多 也是最有效地将目的基因导入动物细胞的方法 7 目的基因的检测中 不论是复制水平 转录水平还是翻译水平的检测 都是在体外进行的 1 2013 大纲全国卷 下列实践活动包含基因工程技术的是 a 水稻f1花药经培养和染色体加倍 获得基因型纯合新品种b 抗虫小麦与矮秆小麦杂交 通过基因重组获得抗虫矮秆小麦c 将含抗病基因的重组dna导入玉米细胞 经组织培养获得抗病植株d 用射线照射大豆使其基因结构发生改变 获得种子性状发生变异的大豆 解析 a项属于单倍体育种 原理是染色体变异 b项属于杂交育种 原理是基因重组 c项属于基因工程 原理是基因重组 d项属于诱导育种 原理是基因突变 答案 c 2 多选 下列关于限制性核酸内切酶的说法中 错误的是 a 限制性核酸内切酶被称为 分子手术刀 b 限制性核酸内切酶跟其他的酶一样 具有专一性c 一种限制性核酸内切酶可切割多种dna分子片段d 限制性核酸内切酶能在特定部位的两个核苷酸碱基之间切断氢键 解析 一种限制性核酸内切酶只能识别并切割一种dna分子片段 在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键 答案 cd 3 如下图 两个核酸片段在适宜条件下 经x酶的催化作用 发生下述变化 则x酶是 a dna连接酶b rna聚合酶c dna聚合酶d 限制性核酸内切酶 解析 dna连接酶的作用是将两个黏性末端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起 rna聚合酶是在rna复制或转录过程中 把核糖核苷酸连接在一起 dna聚合酶是在dna复制过程催化脱氧核苷酸的聚合反应 限制性核酸内切酶是在获取目的基因时识别特定的碱基序列 切出黏性末端或平口末端 图示为将两个黏性末端的磷酸基和脱氧核糖连接在一起 答案 a 4 不属于基因表达载体构建过程的是 a 用同一种限制性核酸内切酶切割质粒露出黏性末端b 用两种限制性核酸内切酶切割目的基因露出黏性末端c 将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处d 将重组dna导入受体细胞中进行扩增 解析 用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体露出相同的黏性末端 便于目的基因和载体的连接 还可能用其他限制性核酸内切酶切割载体以便插入启动子和终止子 答案 d 5 农业科技工作者在烟草中找到了一种抗病基因 现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花 培育抗病棉花品系 请完成下列问题 1 为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中 常用的载体是 3 切割完成后 采用 将载体与该抗病基因连接 连接后得到的dna分子称为 4 再将连接得到的dna分子导入农杆菌 然后用该农杆菌去 棉花细胞 利用植