基因工程的基本内容

课题

基因工程的基本内容

日期

课时

2

教法

讲授启发，直观教学

学法

分析，综合

教具

示意图，课件

教材分析

重

点

基因操作的工具和基本步骤。

难

点

（1）限制性内切酶和运载体的作用。

（2）提取目的基因的方法和将目的基因导入受体细胞的途径。

考

点

基因操作的工具和步骤。

教

学

目

标

知识目标

1.基因工程的概念。

2.基因操作的工具和基本步骤。

能力目标

1.利用基因操作示意图，培养学生的识图能力。

2.理解基因操作的过程，培养学生的分析能力。

情感目标

培养学生的科学思想和科学研究的能力。

教学内容

   第一课时

      一、基因工程的概念

   基因工程又叫DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。

    说明：通过基因工程能够定向地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，是一项非常精细的工作，必须要有专门的工具。

    二、基因操作的工具

怎样才能从DNA分子的长链上辨别出所需要的基因，并把它切割下来？如何将切割下来的基因与受体细胞的DNA分子缝合起来？

      1．剪刀：限制性内切酶

  （1）含义：能将外来的DNA切断，但不损伤自身DNA。这种切割作用在DNA分子内部进行，故名限制性内切酶（简称限制酶）。限制酶是基因工程中的重要工具。科学家已从原核生物中分离出了许多种限制酶。

   （2）分布：主要存在于微生物中。

  （3）特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并能在特定的位点上切割DNA分子。即具有特异性。

  （4）错位切：切割产生的DNA片段末端带有几个伸出的核苷酸，这种末端叫做黏性末端。

      平切：无黏性末端。

     2．分子缝合针：DNA连接酶

    DNA连接酶可将由同一种限制酶切割的来源不同的DNA连接起来。

     3．运载体

  （1）目的：运载体可将外源基因转移到受体细胞中。

  （2）条件：

   ①能够在宿主细胞中复制并稳定地存在；

    ②具有多个限制酶切位点，以便与外源基因连接；

   ③具有某些标记基因，便于筛选。

  （3）种类：

   ①质粒：是基因工程中最常用的运载体。是细菌及其他一些细胞中染色体外能够进行自主复制的遗传单位。

    ②噬菌体和动植物病毒等。

   第二课时

    三、基因操作的基本步骤

  （一）提取目的基因

      1．目的基因：就是所需要转移的基因。如抗虫基因，人的胰岛素基因，干扰素基因等。

      2．提取目的基因的途径

   （1）“鸟枪法”（散弹法）

    具体做法：  

    优点：操作简便

    缺点：工作量大，有一定的盲目性。

   （2）反转录法 

    具体做法：

    优点：专一性强

    缺点：操作过程比较麻烦，特别是mRNA很不稳定，生存时间短，所以要求的技术条件高。

   （3）根据已知蛋白质的氨基酸序列合成DNA

    具体做法：

    优点：专一性最强

    缺点：仅限于合成核苷酸对较少的一些简单基因，而且事先必须把核苷酸序列搞清楚。

   （二）目的基因与运载体结合

      1．实质：不同来源的DNA重新组合的过程。

      2．做法：用同一种限制酶切割目的基因和运载体，使其产生相同的黏性末端，对接，再用适量的DNA连接酶，形成一个重组的DNA分子。

   （三）将目的基因导入到受体细胞

      1．依据：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。

    例如：如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用CaCl₂处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞，随受体细胞的复制而复制。

       2．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。

   （四）目的基因的检测和表达

       1．借助受体细胞是否具有某种抗性来判断是否获得了目的基因。

    例如：大肠杆菌质粒（具有青霉素抗性基因） ＋ 目的基因

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重组质粒

                                      　　　　　　　　受体细胞

                           　　　　　 　放在含有青霉素的培养基上培养

                  　　　　 （若受体细胞正常→抗性→目的基因得以表达）

      2．基因工程操作是否成功的关键：目的基因是否得以表达。

典型例题

    1.（2007全国Ⅱ理综）下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是 

    A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

    B.限制性内切酶的活性受温度影响

       C.限制性内切酶能识别和切割RNA

    D.限制性内切酶可从原核生物中提取

    2．(2007北京理综)利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是

    A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因    

    B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA

    C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列 

       D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白

    3．（2006江苏生物）我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是

    A．基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少

    B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失

    C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染

    D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的

    4．（2006广东生物）下列关于基因工程应用的叙述，正确的是

    A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 

    B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交

    C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒    

    D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良

    5．（2006上海生物）农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，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。请回答下列问题。

   (1)要获得该抗病基因，可采用               、               等方法。为了能把该抗病基因转人到棉花细胞中，常用的载体是               。

  （2）要使运载体与该抗病基因连接，首先应使用         进行切割。假如运载体被切割后得到的分子末端序列为，则能与该运载体连接的抗病基因分子末端是            

    A．        B．       C．        D．

    (3)切割完成后，采用               酶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，

利用植物细胞具有的          性进行组织培养，从培养出的植株中         出抗病的棉花。

    (5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是(     )

     A．淀粉              B．脂类             C．蛋白质       D．核酸

    (6)转基因棉花获得的            是由该表达产物来体现的。

   【答案】(1)从细胞中分离     化学方法人工合成     Ti质粒

   (2)限制性内切酶(限制酶)    A   (3)DNA连接酶    重组DNA

   (4)感染   全能   筛选(选择)   (5)C    (6)抗病性状

教学后记

   教学中应用示意图，课件等直观教具，将微观抽象的内容变成具体的东西，有助于学生的理解和掌握。