云南省陇川县第一中学高二生物下册 基因工程的基本操作程序教案 人教版 .doc

云南省陇川县第一中学高二生物下册 基因工程的基本操作程序教案 人教版 一、 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。二、 教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤。三、教学难点（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。四、 教学过程提出问题，引出新知：1、基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？2、试分析每一步骤的必要性。通过预习同学们都能解决第一个问题，基因工程的基本操作程序包括：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。将第二个问题拆分成几个小问题逐个儿解决：1、为什么要有“目的基因的获取”这一步？基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外dna重组和转基因等技术，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。通过这一表述中的“创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品”我们可以知道这是基因工程的优点也是基因工程的目的，可以实现这一目标的只有目的基因，有了目的基因我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。2、为什么要有“表达载体的构建”这一步？构建表达载体的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能表达和发挥作用。(教材p11)3、“目的基因导入受体细胞”又是出于什么目的呢？我们都知道单独的dna片段目的基因是不能稳定遗传的，含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。(教材p12)4、最后一步“目的基因的检测与鉴定”呢？这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的dna中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。(教材p13)因此基因工程的每个操作步骤都是必不可少的，下面我们按照基因工程的操作步骤，对每一程序的相关技术和方法进行学习。一、目的基因的获取通俗地讲就是将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。1、 目的基因的概念 目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因，例如，与生物抗逆性有关的基因、与优良品质相关的基因、与生物药物和保健品有关的基因、与毒物降解有关的基因，以及与工业所需用酶相关的基因等。此外目的基因还可以是一些具有调控作用的因子。目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。2、 目的基因的来源 从自然界已有的物种分离 人工方法合成 3、获得目的基因的方法有哪些？可以从基因文库中获取目的基因，还可以利用pcr技术扩增目的基因。4、什么是基因文库？将含有某种生物不同基因的许多dna片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。 基因文库包含了某种生物的全部基因，又可称为基因组文库，如果将每个基因看成一本书则基因文库就可以比喻成国家图书馆，这里的资料既多又齐全，而部分基因文库只包含了该生物的部分基因，如，cdna文库，因此部分基因文库只能比喻成某个市或单位的图书馆。阅读教材p11的生物技术资料卡，比较cdna文库和基因组文库的区别。 5、什么是部分基因文库？ 只含有一种生物的一部分基因，这样的基因文库叫做部分基因文库。 6、怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？ 根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mrna，以及基因翻译产物蛋白质等特性来获取目的基因。除此之外我们还可以利用pcr技术扩增目的基因。pcr是聚合酶链式反应(polymerase chain reaction)的缩写，是一项再生物体外复制特定dna片段的核酸合成技术。通过此技术，可获取大量的目的基因。 7、pcr技术原理：dna的复制条件：已知基因的核苷酸序列，四种脱氧核苷酸，一对引物，dna聚合酶方式：以指数方式扩增，即2n(n为扩增循环的次数)结果：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增过程：a、dna变性(90_96)：目的基因dna受热变性，氢键断裂，形成dna单链。 b、退火(复性25_65)：系统温度降低，引物与dna模板结合，形成局部双链 c、延伸(70_75)：合成链在dna聚合酶作用下进行延伸，合成与模板互补的 dna。 此外，如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过dna合成仪用化学方法直接人工合成。二、基因表达载体的构建这是实施基因工程的第二步也是基因工程的核心。其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。其构建步骤为：1.用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2.用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3.将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量dna连接酶，形成了一个重组dna分子(重组质粒)从图1-10基因的表达载体模式图中我们可以总结出基因表达载体的组成：基因表达载体是由复制原点，目的基因，启动子，终止子，标记基因组成的。那么它们各自有什么作用呢？（1)启动子是一段有特殊结构的dna片段，位于基因的首端，它是rna聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mrna，最终获得所需要的蛋白质。(2)终止子位于基因的尾端，是一段特殊结构的dna短片段，使转录在所需要的地方停止下来。(3)标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。并不是所有的基因表达载体都是一样，根据受体细胞的不同它们也会有相应的变化。三、将目的基因导入受体细胞这是实施基因工程的第三步，将目的基因导入受体细胞的方法，目前开发出来的已有很多种，每种方法都有其利弊，适合于不同的受体细胞，在具体实施过程中，究竟选哪种方法，要根据具体情况而定。1、将目的基因导入植物细胞常用的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法，下面我们一起通过图1-11来分析农杆菌转化法的大概过程：表达载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞。2、将目的基因导入动物细胞显微注射技术是转基因动物中采用最多，也是最为有效的一种将目的基因导入动物细胞的方法。就是将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中。3、将目的基因导入微生物细胞为什么选用微生物作为受体细胞？原核生物具有一些其他生物没有的特点：繁殖快，多为单细胞、遗传物质相对较少等，因此，早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞。大肠杆菌细胞最常用的转化方法是:首先用ca2+ 处理细胞,以增大细菌细胞壁的通透性,使细胞处于一种能吸收周围环境中dna分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞.第二步是将重组表达载体dna分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收dna分子,完成转化过程.第三步目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。即用ca2+处理细胞 感受态细胞 表达载体与感受态细胞混合 感受态细胞吸收dna分子提问：为什么要用ca2处理细胞？ 因为大肠杆菌等细菌的细胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用ca2处理，以增加细菌细胞壁的通透性。四、目的基因的检测与鉴定受体细胞摄入dna分子后还不能说明目的基因完成了表达，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。这是基因工程的最后一步也是检查基因工程是否做成功的一步。1、 分子水平的检测：分子杂交技术 检测是否插入目的基因采用一定的技术手段，将两种生物的dna分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。 检测是否转录出mrna 检测目的基因是否翻译成蛋白质，采用抗体与蛋白质进行抗原抗体杂交，看是否有杂交带 2、个体水平的鉴定。依据其性状进行检测如：抗虫或抗病的接种实验。 5、 板书设计1.2基因工程的基本操作程序1、获取目的基因的方法（1）人工合成适用于目的基因不是很大且其序列是已知的（2）从基因文库中钓取适用于目的基因的序列是未知的情况