山西省广灵县第一中学高中生物 DNA重组技术的基本工具学案 新人教版选修3(1).doc

山西省广灵县第一中学2014年高中生物 dna重组技术的基本工具学案 新人教版选修3 一、教学目标1、简述dna重组技术所需三种基本工具的作用2、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新二、教学重点和难点1、教学重点：dna重组技术所需的三种基本工具的作用2、教学难点基因工程载体需要具备的条件三、教学过程1、基因工程：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。【思考】概念分析：（1）操作环境： （2）操作水平： （3）操作（原理）本质： （4）核心技术： 2、“分子手术刀”限制性核酸内切酶（1）切割dna的工具是，又称。 【思考】（1）限制酶来自于是哪类细胞?它的本质是什么？ （2）课本总结举例：（p5） ecor限制酶 sma限制酶 识别对象 切割位置 切割结果 对比分析： 切割的化学键是： 不同dna用同种限制酶切割产生末端 相同dna用不同限制酶切割产生末端 总结：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 例1、下列关于限制酶的说法正确的是（ ）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【课外思考】为什么限制酶不会切割自己的dna？（5）注意：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。真正的质粒都是在天然质粒的基础上进行人工改造的。例2、以下是两种限制酶切割后形成的dna片段，分析回答问题。(1)其中和是由一种限制酶切割形成的末端，两者要重组成一个dna分子，所用dna连接酶通常是。(2)和是由另一种限制酶切割形成的末端，两者要形成重组dna片段，所用dna连接酶通常是。 4、“分子缝合针”dna连接酶根据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t4dna连接酶。t4dna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。例3、右图为dna分子的切割和连接过程。(1)ecori是一种酶，其识别序列是，切割位点是与之间的键。切割结果产生的dna片段末端形式为。(2)不同来源dna片段结合，在这里需要的酶应是连接酶，此酶的作用是在与之间形成键，而起“缝合”作用的。还有一种连接平末端的连接酶是 【课堂总结】基因工程的过程，可以简单的概括为：完成对dna分子的“切割”，“改造”，“修饰”和“拼接”，然后“导入”受体细胞。 （ ） （ ） （ ）四、课堂巩固1、关于限制酶的说法中，正确的是（ ）a、限制酶是一种酶，只识别gaattc碱基序列b、ecori切割的是ga之间的氢键c限制酶一般不切割自身的dna分子，只切割外源dnad限制酶只存在于原核生物中2、dna连接酶催化的反应是( )adna复制时母链与子链之间形成氢键 b黏性末端碱基之间形成氢键c两个dna片段黏性末端之间的缝隙的连接 da、b、c都不正确3、作为基因的运输工具载体，必须具备的条件及理由是( )a、能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因b、具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达c具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件d、能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选4、质粒是基因工程最常见的载体，它的主要特点是( )能自主复制不能自主复制结构很小是蛋白质是环状rna是环状dna能“友好”地“借居”a、 b、 c d五、基础达标测试 1下列对基因工程的理解，正确的是()可按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程 对基因进行人为删减或增添某些碱基是体外进行的人为的基因重组 在实验室内，利用相关的酶和原料合成dna主要技术为体外dna重组技术和转基因技术 在dna分子水平上进行操作一旦成功，便可遗传ab c d2(2011年广州高二检测)下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是()一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列限制性核酸内切酶的活性受温度影响 限制性核酸内切酶能识别和切割rna限制性核酸内切酶可从原核生物中提取 限制性核酸内切酶的操作对象是原核细胞a b c d3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分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的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，经该酶酶切后，这些线性dna分子最多能产生长度不同的dna片段种类数是()a3 b4 c9 d124(2011年高考浙江卷)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内切酶识别位点c每个限制性核酸内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5质粒是基因工程最常用的载体，下列关于质粒的说法正确的是()a质粒在宿主细胞内都要整合到染色体dna上b质粒是独立于细菌拟核dna之外的小型细胞器c基因工程操作中的质粒一般都是经过人工改造的d质粒上碱基之间数量存在aguc6(2011年安庆高二检测)下表关于基因工程中有关基因操作名词及对应内容，正确组合()abcd供体质粒提供目的基因生物提供目的基因生物大肠杆菌等手术刀限制酶dna连接酶限制酶dna连接酶缝合针dna连接酶限制性核酸内切酶dna连接酶限制酶载体提供目的基因生物质粒质粒提供目的基因生物受体大肠杆菌等大肠杆菌等大肠杆菌等质粒7通过dna重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是ggatcc，请回答：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中时需要的酶是_。(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是_。六、课时检测：1基因工程是一种新兴生物技术，实施该工程的最终目的是()a定向提取生物体dna分子 b定向对dna分子进行人工“剪切”c在生物体外对dna分子进行改造 d定向改造生物遗传性状2在基因工程中使用到限制酶，其作用是()a将目的基因从染色体上切割下来 b识别并切割dna分子中特定的核苷酸序列c将目的基因与运载体结合 d将目的基因导入到受体细胞内4下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是()a一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 b限制酶的活性受温度影响c限制酶能识别和切割rna d限制酶可从原核生物中提取5t4dna连接酶的功能是()a只能连接黏性末端 b只能连接平末端c能够连接dna双链的氢键 d既可以连接黏性末端，又能连接平末端6关于磷酸二酯键说法正确的是()a只有目的基因中存在 b只有质粒分子中存在cdna单链或双链分子都存在 d只存在于双链dna分子中 7.下列关于染色体和质粒的叙述，正确的是()a染色体和质粒的化学本质都是dna b染色体和质粒都只存在于真核细胞中c染色体和质粒都与生物的遗传有关 d染色体和质粒都可以作为基因工程的载体8基因工程的运输工具载体，必须具备的条件之一及理由是()a能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因b具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达c具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件d能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选9下列通常不被用作基因工程运载体的是()a细菌质粒 b噬菌体 c动植物病毒 d细菌核区的dna11根据下列所给材料回答问题：材料1：把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上，然后导入大肠杆菌内，产生出人胰岛素。材料2：把萤火虫的荧光基因转入烟草体内，培育出发荧光的烟草。材料3：有人把蜘蛛产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中，在羊分泌的乳汁中加入某种物质后，可抽出细丝，这种细丝有望用于手术的缝合线。(1)上述生物新品种的产生运用了_技术。(2)一种生物的基因在另一种生物体内能够表达，而不影响其他基因的表达，这说明基因是有_效应的_片段，具有一定的_性；同时可以说明各种生物共用一套_。(3)上述技术所用的工具酶有_。(4)材料3中所用缝合线与普通线相比优点是：_。(5)可遗传的变异分为三种：_、_、_。而基因工程改变一个物种的基因属于_。(6)从上述所给的材料，不能得出哪一结论()a动植物之间可以相互转基因 b真核生物与原核生物之间可以相互转基因c基因工程可以定向地改变生物的基因 d转基因生物的出现对生物的进化是有利的12限制性核酸内切酶的识别序列和切点是ggatcc，限制性核酸内切酶的识别序列和切点是gatc。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶的切点。(1)请画出质粒被限制性核酸内切酶切割后所形成的黏性末端。(2)请画出目的基因两侧被限制性核酸内切酶切割后所形成的黏性末端。(3)在dna连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成黏性末端能否连接起来？为什么？13(2011年安阳高二检测)胰岛素是治疗糖尿病的重要药物，如图是基因工程技术生产胰岛素的操作过程示意图，请据图回答：(1)完成过程、必需的酶分别是_、_。(2)在利用a、b获得c的过程中，必须用_切割a和b，使它们产生相同的_，再加入_，才可形成c。(3)取自大肠杆菌的物质b，在基因工程中起_作用，必须具备的条件是_(至少2个)。(4)图中的d是基因工程中的_细胞，能作为这种细胞的有_等。12 基因工程的基本操作程序 教学目标 1、简述基因工程原理及基本操作程序。2、尝试设计某一转基因生物的研制过程。教学重点和难点1、教学重点 2、教学难点基因工程基本操作程序的四个步骤。 （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。教学过程 一、目的基因的获取：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：直接提取 人工合成 （鸟枪法） 供体dna 逆转录法 已知氨基酸序列合成dna 目的基因mrma 蛋白质的 2获取目的基因的途径 (1)从基因文库中获取目的基因基因文库：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。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。种类类型基因组文库cdna文库文库大小.基因中启动子基因中内含子基因多少物种之间基因交流 说 明(2)利用pcr技术扩增目的基因。pcr：是一项在生物体外特定dna片段的核酸合成技术。条件：a、已知目的基因的序列（ ）、原理：、过程：指数扩增= (3)人工合成法：化学合成法：对象：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。仪器：dna合成仪反转录法：【课后思考】请完成扩增技术与体内重组技术的比较例1 下列获取目的基因的方法中需要模板链的是( ) 从基因文库中获取目的基因 利用pcr技术扩增目的基因 反转录法 通过dna合成仪利用化学方法人工合成a b c d二、基因表达载体的构建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。例2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。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是( ) a目的基因、启动子 b目的基因、终止子 c目的基因、启动子、终止子 d目的基因、启动子、终止子、标记基因三、将目的基因导入受体细胞(一)转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和的过程。(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。转化：目的基因插人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_内发育新性状动物。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。 （3）可作为宿主细胞的微生物有_、_ _、 _ _ _、_ _例3采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是( )将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列，与质粒重组，导人细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的dna序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵 a、 b、 c、 d、四、目的基因的检测与鉴定1检测 (1)方法：标记了的、抗原抗体杂交。 (2)内容 检测转基因生物染色体的dna是否插入，称为 检测目的基因是否转录，称为 检测目的基因是否翻译成，称为2鉴定：鉴定、抗病鉴定等。习题练习一、课堂巩固1基因工程的正确操作步骤是()使目的基因与载体相结合 将目的基因导入受体细胞验证目的基因的表达是否符合特定性状要求 提取目的基因ab c d2下列获取目的基因的方法中需要模板的是() 从基因文库中获取目的基因利用pcr技术扩增目的基因反转录法通过dna合成仪利用化学方法人工合成dnaa b c d3聚合酶链式反应(pcr)是一种体外迅速扩增dna片段的技术。pcr过程一般经历下述30多次循环：95下使模板dna变性、解链55 下复性(引物与dna模板链结合)72 下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关pcr过程的叙述中不正确的是()a变性过程中破坏的是dna分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现b复性过程中引物与dna模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成c延伸过程中需要dna聚合酶、atp、四种核糖核苷酸dpcr与细胞内dna复制相比所需酶的最适温度较高4(2011年重庆高二检测)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启动子位于目的基因的首端5我国中科院上海生化所合成了一种具有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物脑啡肽多糖(类似于人体中的糖蛋白)。在人体细胞中糖蛋白必须经过内质网和高尔基体的进一步加工才能形成。如果要采用基因工程和发酵工程技术让微生物来生产脑啡肽多糖，应该用下列哪种微生物作受体细胞()a大肠杆菌 b酵母菌 ct4噬菌体 d大肠杆菌质粒6上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述中，正确的是()a人白蛋白基因开始转录时，在dna聚合酶的作用下以dna分子的一条链为模板合成mrnab所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因c人们只能在转基因牛的乳汁中获取到人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，在其他细胞中则是杂合的d如果人白蛋白基因的序列是已知的，可以用化学方法合成该目的基因7(2010年高考江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶bamh ihind ecor isma i识别序列及切割位点atcccctagcttttcgattccttaccggggcc(1)一个图l所示的质粒分子经sma 切割前后，分别含有_个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的sma 酶切位点越多，质粒的热稳定性越_。(3)用图中的质粒和外源dna构建重组质粒，不能使用sma 切割，原因是 _。(4)与只使用ecor 相比较，使用bamh 和hind 两种限制酶同时处理质粒、外源dna的优点在于可以防止_。(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入_酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。(7)为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在_的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。二、基础达标测试 1有关基因工程叙述正确的是()a限制酶只在获取目的基因时才用 b重组质粒的形成是在细胞内完成的c质粒都可以作为运载体 d蛋白质的氨基酸排列顺序可能为合成目的基因提供线索2pcr技术扩增dna，需要的条件是()目的基因引物四种脱氧核苷酸耐高温的dna聚合酶mrna核糖体能量ab c d3下列关于基因表达载体的构建描述错误的是()a基因表达载体的构建是基因工程的核心b基因表达载体的构建包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分c目的基因就是指编码蛋白质的结构基因 d构建的基因表达载体都是相同的4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5下列关于目的基因导入受体细胞的描述不正确的是()a基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济有效b显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法c大肠杆菌最常用的转化方法是：使细胞的生理状态发生改变d农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法6.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。起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果长成的植株才有了抗虫能力。由以上过程推知，作为目的基因的载体应具备的结构是()a目的基因、启动子 b目的基因、终止子c目的基因、启动子、终止子 d目的基因、启动子、终止子、标记基因7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()检测受体细胞是否有目的基因检测受体细胞是否有致病基因检测目的基因是否转录出mrna检测目的基因是否翻译成蛋白质a bc d8在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要()dna连接酶同一种限制酶rna聚合酶具有标记基因的质粒目的基因4种脱氧核苷酸a b c d9下列哪项表述说明了目的基因表达成功()a用dna探针检测目的基因出现杂交带 b用dna探针检测mrna出现杂交带c用抗原抗体杂交检测蛋白质出现杂交带 d以上都不能说明10下列关于基因工程的叙述，错误的是()a目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物b限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶c人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性d载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞和促进目的基因的表达11聚合酶链式反应(pcr)是生物学家在实验室以少量样品制备大量dna的生化技术，反应系统中包括微量样品基因、dna聚合酶、引物、4种脱氧核苷酸等。反应中新合成的dna又可作为下一轮循环反应的模板，其过程如图所示，据图回答问题：(1)为什么通过此反应产生的dna与样品完全一样？_。(2)每次此循环反应完成时产生两分子dna，如果该dna样品有1000个脱氧核苷酸，已知它的一条单链