基因工程的基本操作程序

1、.课时课题：1.2基因工程的基本操作程序 第2课时 课型：新授课教学目标知识目标简述基因工程的基本操作程序。能力目标尝试设计某一转基因生物的研制过程。情感态度和价值观目标1、关注基因工程的发展。2、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术的创新。重 点基因工程基本操作程序的步骤。难 点1、农杆菌转化法2、DNA分子杂交法知 识 点1、目的基因导入受体细胞2、目的基因的检测与鉴定考 试 点1、目的基因导入受体细胞的方法2、目的基因的检测与鉴定能 力 点尝试设计某一转基因生物的研制过程。自主探究点目的基因导入不同受体细胞的方法易错易混点DNA分子杂交法、分子杂交法、抗原-抗体杂交法训 练 点基

2、因工程基本操作程序的步骤教 法 与 学 法讲述法、归纳法、讨论法、辩论法和探究学习法教 学 模 式“学导结合、五步教学”模式教 具多媒体课件教 学 流 程教学环节教师活动学生活动设计意图目标展示：阅读导学案，展示本节课的知识目标、能力目标和情感态度和价值观目标。阅读教学目标，了解本节课的学习内容。展示教学目标，让学生了解本节课的教学内容。复习回顾，导入新课：复习提问，回顾所学：1、 目的基因的提取方法有哪些？2、 如何构建基因表达载体？3、基因表达载体包括哪些部分？导入：出示转基因抗虫棉的培育图片。设疑：要培育转基因抗虫棉，必须把抗虫基因导入棉花细胞中，如何将目的基因导入受体细胞呢？ 学生回顾

3、、回答。学生聆听，开始进入新课时的学习。回顾所学，导入新课。创设问题情境，激发学习欲望。学导结合：三、将目的基因导入受体细胞：三、将目的基因导入受体细胞：组织学生阅读课本，自主学习，并完成导学案。(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表达 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：易感染双子叶植物和裸子植物，对单子叶植物没有感染力；Ti质粒的T-DNA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Ti质粒的T-DNA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：

4、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。（我的的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）思考与讨论：将目的基因导入植物细胞的方法有哪些？最常用的方法是？哪些细胞可以作为受体细胞？ 提示：将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法。最常用的是农杆菌转化法。受体细胞既可以是受精卵也可以是体细胞，如果受体细胞是体细胞还需借助植物组织培养技术才能获得转基因植株。引导学生看插图，概述农杆菌转化法的过程。通过这种方法，目的基因最终插入到植物细胞中染色体的DNA上（利用的原理是基因重组），使

5、目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。2将目的基因导入动物细胞(1)方法：显微注射 技术 。(2)操作程序：目的基因表达载体提纯 取卵(其实是受精卵 ) 显微注射注射了目的基因的受精卵移植到雌 性动物的_输卵管或子宫_内发育新性状动物。设疑：培育转基因动物时，受体细胞能否采用动物体细胞？提示：动物体细胞的全能性随动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，而受精卵全能性高，并且体积大、易操作、营养物质丰富，经发育可直接表达性状，所以培育转基因动物时，一般不选择体细胞作为受体细胞，而是选择受精卵作为受体细胞。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)大

6、肠杆菌最常用的转化方法是：Ca2+处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合 _促进感受态_细胞吸收DNA分子。思考与讨论：1.早期的基因工程为什么选择原核生物作为受体细胞？提示：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，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。因此，早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞。2.为什么要用Ca2处理细胞？提示：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。受体细胞：细菌 氯化钙细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的

7、基因随受体细胞的繁殖而复制例1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( C )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、学生阅读课本，自主学习，填写导学案上的相关内容思考、讨论、回答思考、讨论 培养学生自主学习的能力。培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。深化拓展：探究1、 导入受体细胞的是目的基因还是基因表达载体？提问学生回答提示：将目的基因导入受体细胞之前

8、，都必须进行基因表达载体的构建，即导入受体细胞的必须是重组DNA分子，而不能直接导入目的基因。探究2、如何避免目的基因因花粉的传播转移到近缘的其他作物中，防止基因污染？提问学生回答提示：可把目的基因导入到受体细胞的细胞质中，如叶绿体、线粒体中，可避免目的基因因花粉的传播转移到近缘的其他作物中，从而防止基因污染 。思考、讨论学导结合：四、目的基因的检测与鉴定设疑：抗虫基因导入棉花细胞内就一定能获得抗虫棉吗？提问学生回答 提示：不一定，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。四、目的基因的检测与鉴定组织学生阅读课本，自主学习，并完

9、成导学案。1.检测检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，非常关键，检测方法是_DNA分子杂交法。要检测目的基因是否转录出了mRNA，检测方法是_分子杂交法_。用标记的目的基因作探针，与mRNA杂交，如显示出杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA.检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是_抗原抗体杂交法。2.鉴定：抗虫 鉴定、抗病鉴定等。思考与讨论：目的基因的检测与鉴定可以从什么水平来做？基因工程成功的标志是什么？提示：检测是分子水平上的，而鉴定是个体水平上的。引出检测分为DNA、mRNA和蛋白质水平。强调检测转基因生物染色体的DNA上是否插入目的基因是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的

10、关键。基因工程成功标志是表达出人类所需的蛋白质。DNA分子杂交技术如何操作？什么是探针？如何标记？依据什么原理？提示：DNA分子杂交技术的步骤：转基因生物提取基因组DNA和探针杂交有杂交带证明目的基因已插入染色体DNA中。DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交，即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。探针是含有目的基因的单链DNA，用放射性同位素标记；补充探针还可以用地高辛和生物素标记。

11、DNA分子杂交的原理是碱基互补配对原则。引导学生看课本第14页图1-14目的基因的检测示意图。检测目的基因是否转录出mRNA和检测是否含有目的基因能否用相同的探针？依据什么原理？提示：检测目的基因是否转录出mRNA和检测是否含有目的基因可以用相同的探针，因为含有目的基因的单链DNA既可以与目的基因的另一条单链互补，也可以与mRNA互补，所以此方法叫分子杂交法（DNA与RNA杂交），而检测是否含有目的基因用DNA分子杂交法（DNA与DNA杂交），依据的原理都是碱基互补配对原则。用什么方法检测目的基因是否翻译出蛋白质？原理是什么？提示：转基因生物提取蛋白质（用其作抗原）与抗体反应有杂交带目的基因已

12、形成蛋白质产品。原理：抗原抗体特异性结合。强调：不论是复制水平（DNA分子杂交）、转录水平（分子杂交）还是翻译水平（抗原-抗体杂交）的检测，都是在体外进行的。抗原抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的。如何从个体生物学水平鉴定转基因抗虫棉？提示：给棉铃虫喂食抗虫棉，看虫子的生活状况等。讨论总结出基因工程的基本操作程序概念图，在整体上把握知识脉络。例2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（ D ）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m

13、RNA检测目的基因是否翻译蛋白质A. B. C. D.思考、讨论、回答阅读课本，自主学习，获取目的基因的检测与鉴定的相关知识。思考、讨论、回答分析课本上的图培养学生自主学习、独立思考、分析问题和解决问题的能力。培养学生分析问题、解决问题的能力通过图进一步理解目的基因的检测方法深化拓展：探究3、.基因工程的基本操作程序中，哪几步涉及到碱基互补配对?提示：基因工程的基本操作程序中，目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因的检测与鉴定都涉及到碱基互补配对。探究4、利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大

14、肠杆菌吗？提示：有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的，可用酵母菌生产这种糖蛋白。探究5、尝试设计某一转基因生物的研制过程。-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？提示：基本操作如下：（1）从小鼠中克隆出-珠蛋白基因的编码序列（cDNA）。（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基

15、因，构建成一个基因表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取-珠蛋白。思考、讨论、回答加深对基因操作程序的理解。梯度训练留学生5分钟，做导学案习题。其中15为必做题，6为选做题，可以课下完成。做导学案习题习题巩固所学跟进反思本节课主要采用启发式教学，层层深入的问题情境，让学生产生了浓厚的学习兴趣，在活跃的气氛中参与思考、讨论，主动构建地获得知识。学生反

16、思本节课所学，查缺补漏。进行教学反思，在反思中不断寻求进步。梯度训练：1.基因工程的操作步骤： 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获取目的基因正确的操作顺序是 （ C ）A B C D2.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 A人工合成基因 B制备重组DNA分子C转化受体细胞 D目的基因的检测和表达3.下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法( B )A基因枪法 B显微注射法C农杆菌转化法 D花粉管通道法4基因工程中常用的受体细胞不包括( A )A人体细胞 B动物细胞 C植物细胞

17、 D微生物细胞5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。下列不属于这样做的原因的 ( D )A结构简单，多为单细胞 B繁殖速度快C遗传物质含量少 D性状稳定，变异少（选做题）6.多聚半乳糖醛酸酶（PG）能降解果胶使细胞壁破 损。 番茄果实成熟中，PG合成显著增加，能使果实变红变软，但不利于保鲜，可利用基因工程的方法以其进行改造。请据图 回答：（1）提取目的基因 若已获取PG的mRNA，可通过 获取PG基因。 在该基因上游加结构A可确保基因的反义转录，结构A上应具有 酶结合位点。得到的目的基因两侧需人工合成BamHI黏性末端。已知BamHI的识别序列如图2-甲所示，请在图2-乙相

18、应位置上，画出目的基因两侧的黏性末端。大肠杆菌人胰岛细胞图2 图1重组质粒转化到大肠杆菌中的目的是 。（2）用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后，可用含有 的培养基进行筛选，与此同时，为能更好地达到培养目的，还需在培养基中加入 。培养2448h后取样，在质量分数为25%的蔗糖溶液中，观察细胞 现象来鉴别细胞壁是否再生。（3）由于导入的目的基因能转录反义RNA，且能与 互补结合，抑制PG基的正常表达。若转基因番茄的保质期比非转基因番茄 ，则可确定转基因番茄成功。（4）获得的转基因番茄产生的种子不一定保留目的基因，科研人员常采用 方法使子代保持转基因的优良性状。（5）改造过程需要的工具酶有 ，如果在此过程中形成的是平末端，则起“缝合作用的酶是 。 （6）在构建基因表达载体时，除了插入目的基因外，基因表达载体中还需含有 , 在该番茄新品种的培育过程中，将目的基因导入受体细胞的方法叫做 。答案：（1）逆转录（或cDNA文库） RNA聚合酶(1分) 画图大量复制目的基因（克隆目的基因）（2）卡那霉素 植物激素（生长素和细胞分裂素） 是否发生质壁分离（3）天然PG基因转录的mRNA 长（4）植物组织培养 (5)限制酶和DNA连接酶 T4