基因工程案例.docx
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基因工程案例
授课学科
生物
授课教师
栾新苗
授课班级
高三年级2、4、5班
授课时间
年月日
课题
《基因工程基本操作程序（第一课时）》
课型
章（单元）总课时
本课题课时
本节课是第课时
教学
目标
（一）知识与技能目标：
1、能说明获取目的基因的两种方法的具体过程；
2、能说明基因表达载体的重要控件的名称及作用。
（二）过程与方法目标：
1、通过对问题的分析，及解决的过程，培养学生思维深刻性中的分析推理的能力。
2、通过分析、讨论、自学等方法获取信息，提高分析、归纳的能力。
（三）情感态度与价值观目标：
通过对问题的分析、解决等过程，培养学生乐于学习生物科学，养成质疑、求实、创新的科学精神和科学态度。
教学
重点
1、获取目的基因的具体方法；
2、基因表达载体中的重要控件的名称及作用。
教学
难点
PCR技术的具体过程。
教学
方法
讲授法、谈话法、读书指导法
教学
手段
Ppt
板书
设计
教师教学活动设计
学生
活动
估时
教
学
过
程
设计思路
本节课的知识重要是一些程序性知识，再根据课程标准、及课标考试大纲中对本部分知识的要求标准，结合学生的实际学习水平、能力，及认知规律，我设计了如下的教学过程。
每部分知识的学习都遵循如下的思路：
首先分析我们的问题是什么？
学生先想解决的办法。
然后分析这个解决的办法，存在的问题有什么？
科学家是如何解决的。
解决了这个问题之后，又面临什么新的问题？
教学流程
环节1：
导入新课
环节2、获取目的基因方法一的学习。
环节3、使用PCR技术获取目的基因的方法学习。
环节4、基因表达载体重要控件构成的学习。
环节5、梳理归纳。
环节1：
导入新课
从复习基因工程基本工具的名称和作用出发，引出基因工程基本操作程序分四步走的必要性。
同时利用问题“怎样才能获得目的基因呢？
”引发学生思考。
环节2：
获取目的基因方法一的说明。
学生很容易想到要从生物的细胞中，利用限制酶从生物体的基因中获取目的基因。
这是获取目的基因的一种办法。
教师在这里需要解释：
其实科学家们现在研究的目的基因主要是几种生物的基因。
那么如果每次提取目的基因的时候，都要从该生物的细胞中先提取所有的DNA，再从中去找就很麻烦。
有没有一种办法，能让获取目的基因的工作简单些呢？
学生自学“从基因文库中获取目的基因”的知识。
然后解决以下问题：
1、什么是基因文库？
2、基因文库是若干DNA片段吗？
（概念的理解和辨析）3、构建基因文库为什么能更方便地获取目的基因呢？
4、基因文库、基因组文库、部分基因文库三个名词的关系是怎样的？
为什么是这样的？
（概念的理解和辨析）5、怎样从基因文库中获得目的基因呢？
环节3：
使用PCR技术获取目的基因的方法说明。
如果我们已经构建好了某种生物的基因组文库，也知道了所要寻找的目的基因是什么，可是怎样才能从这一堆细胞中找到我们想要的目的基因片断呢？
而且如果只有一个目的基因的DNA片断时，很难保证它能顺利地进入受体细胞并正常表达。
也就是说目的基因的DNA片段越多越好。
学生可能会想到找一种和限制酶类似的酶，能识别特殊序列，只不过不切开DNA片断，而是导致DNA链的复制。
在肯定学生大胆而有根据的设想之后，请学生学习PCR技术的原理和具体过程部分知识，看看科学家是怎样解决问题的。
在学生自学完该部分知识后，要求学生回答相关问题，初步检验自学成果。
然后再由教师利用多媒体技术演示具体过程。
帮助学生完成从形象思维到抽象思维的转变，帮助学生理解PCR技术的具体过程。
主要涉及每阶段的温度范围、要达到的目的、需要哪些物质参与等方面。
除了从生物体直接获取目的基因、从基因文库中获取目的基因，用PCR技术获取并扩增目的基因外，当基因比较小时，还可以采用人工直接合成的办法获取。
环节4基因表达载体重要控件构成的说明。
问题：
在获取目的基因后，能将目的基因直接导入受体细胞吗？
为什么？
解决：
不能，因为受体细胞内限制酶等物质的存在，会使目的基因在受体细胞内不能安全的存在。
问题：
那么怎么解决这个问题？
解决：
用载体与目的基因连接，再将重组的载体送入受体细胞内。
问题：
这个重组的载体叫做：
基因的表达载体，基因的表达载体将目的基因送入受体细胞都要完成哪些功能？
请学生自学“基因表达载体的构建”部分知识。
解决：
要完成稳定存在、能遗传、能表达和发挥作用三个功能。
问题：
根据这些功能，请你分析基因表达载体都需要具备哪些结构？
解决：
要有：
启动子、目的基因、终止子、标记基因、复制原点等。
基因表达载体构建好之后，基因表达载体能自己就进入受体细胞吗？
他们是怎么进去的呢？
这些就是我们下节课的学习内容。
环节5梳理归纳。
学生在本节课中只是方面主要学习了基因工程基本操作程序的前两步：
目的基因的获取和基因表达载体的构建部分。
在方法上主要训练了学生从问题出发，寻找答案；在新问题中继续思考这一过程。
训练了思维深刻性中分析推理的能力。
另外，学生通过自学相关知识的过程，也训练了学生收集信息，处理信息的分析、归纳的能力。
在情感方面，通过沿着类似科学史的学习方式，让学生也体验了带着问题思考的过程，培养学生乐于学习生物科学，养成质疑、求实、创新的科学精神和科学态度。
学员思考题——基因工程
1．简单叙述限制性核酸内切酶和DNA连接酶的发现对基因工程的诞生有什么意义。
2．举例说明如何筛选出含有目的基因的受体细胞。
3．血友病是因为患者体内缺乏凝血因子VIII而导致的出血性疾病，科学家已经在人体中找到了凝血因子VIII的基因。
请你应用基因工程技术设计治疗血友病的方法。
学员测试题——基因工程
一、选择题
１、下列黏性末端属于同一种限制酶切割而成的是：
２、限制酶的作用实际上就是把DNA上某些化学键打断，一种能对GAATTC专一识别的限制酶，打断的化学键是
A．G与A之间的键B．G与C之间的键
C．A与T之间的键D．磷酸与脱氧核糖之间的键
３、与“限制酶”作用部位完全相同的酶是
A．反转录酶B．RNA聚合酶C．DNA连接酶D．解旋酶
４、下列哪项叙述不是载体必须具备的条件
A.具有某些标记基因B.决定宿主细胞的生存
C.能够在宿主细胞中复制D.有多个限制酶切点
５、下列可作为基因工程技术中的载体的是
A．大肠杆菌B．动物病毒C．质体D．线粒体
６、在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是
A.人工合成目的基因B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测表达
７、科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子。
把它注射入组织中，可以通过细胞的内吞作用的方式进入细胞内将DNA释放到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程，属于
A．基因突变B．基因重组C．基因互换D．染色体变异
８、从基因文库中获取目的基因的根据是
A．基因的核苷酸序列B．基因的功能C．基因的转录产物mRNAD．以上都是
９、下列属于PCR技术的条件的是
①单链的脱氧核苷酸序列引物②目的基因所在的DNA片段③脱氧核苷酸④核糖核苷酸⑤DNA连接酶⑥DNA聚合酶⑦DNA限制性内切酶
A.①②③⑤B.①②③⑥C.①②③⑤⑦D.①②④⑤⑦
１０、1987年，美国科学家将萤火虫的萤光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达。
长成的植物通体光亮，堪称自然界的奇迹。
这一研究成果表明
①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码子
③烟草植物体内合成了萤光素④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同
A．①和③B．②和③C．①和④D．①②③④
１１、应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。
这里的基因探针是指
A.用于检测疾病的医疗器械B.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C.合成β—球蛋白的DNAD.合成苯丙氨酸羟化酶的DNA片段
12、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，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30多倍，转基因动物是指
A.提供基因的动物B.基因组中增加外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因信息的动物
13、某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶（Amy）基因a,通过基因工程的方法，将a转到马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。
这一过程涉及
A.目的基因进入受体细胞后，可随着马铃薯的DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
B.基因a导入成功后，将抑制细胞原有的新陈代谢，开辟新的代谢途径
C.细菌的DNA可直接作为目的基因，导入受体中不需要整合到马铃薯的DNA分子中
D.目的基因来自细菌，可以不需要运载体直接导入受体细胞
14、“工程菌”是指
A.用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系
B.用遗传工程的方法，把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到新细胞株系
C.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系
D.从自然界中选取能迅速增殖的菌类
15、基因治疗是指
A.把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B.对有基因缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的
C.运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常
D.运用基因工程技术，把有基因缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
16、如果科学家通过转基因工程，成功的将一名女性血友病患者的造血细胞进行改造，使其凝血功能恢复正常。
那么，她后来所生的儿子中
A.全部正常B.一半正常C.全部有病D.不能确定
17、DNA探针能检测到标本上的
A.遗传密码B.遗传信息C.蛋白质序列D.细胞结构
18、以下有关基因工程的叙述，正确的是
A.基因工程的产物对人类全部是有益的B.基因工程育种的优点之一是目的性强
C.基因工程是细胞水平的生物工程D.基因工程产生的变异属于人工诱变
19、蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是
A.氨基酸结构B.蛋白质的空间结构C.肽链结构D.基因结构
20、蛋白质工程的基本流程是
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据核苷酸序列推出脱氧核苷酸序列
A.①②③④B.④②①③C.③①④②D.③④①②
21、蛋白质工程制造的蛋白质是
A.天然蛋白质B.稀有蛋白质C.血红蛋白D.自然界中不存在的蛋白质
22、为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物，科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中。
其原因是
A．叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中
B．受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞
C．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流
D．植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比
23、质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌体内。
质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转移成功。
外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
细菌在含青霉素
培养基上生长情况
细菌在含四环素
培养基上生长情况
①
能生长
能生长
②
不能生长
能生长
③
能生长
不能生长
A．①是c；②是b；③是aB．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是aD．①是c；②是a；③是b
24、为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法图中两对相对性状独立遗传。
据图分析，不正确的是
A、过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例超高
B、过程②可以取任一植株的适宜花药作培养材料
C、过程③包括脱分化和再分化两个过程
D、图中筛选过程不改变抗病基因频率
25、在DNA测序工作中，需要将某些限制性内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点。
这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。
假设有以下一项实验：
用限制酶HindⅢ，BamHⅠ和二者的混合物分别降解一个4kb（1kb即1千个碱基对）大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。
据此分析，这两种限制性内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是以下哪一组？
A．HindⅢ1个，BamHⅠ2个B．HindⅢ2个，BamHⅠ3个
C．HindⅢ2个，BamHⅠ1个D．HindⅢ和BamHⅠ各有2个
二、非选择题
1、治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物（如猪、牛）体获得的。
自20世纪70年代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如图所示：
（1）图中的质粒存在于细胞中，从其分子结构看，可确定它是一种。
（2）请根据碱基互补配对的原则判断，在连接酶的作用下，甲与乙能否拼接起来，并说明理由。
（2分）。
（3）细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成两个，两个变成四个……质粒的这种增加方式在遗传学上称为。
目的基因通过表达后，能使细菌产生胰岛素，这是因为基因具有控制合成的功能。
2、为从根本上解决水稻中的高植酸问题，可将植酸酶基因导入水稻，培育低植酸转基因水稻品种。
下图是获取植酸酶基因的流程。
∙图中基因组文库____________（小于/等于/大于）cDNA文库。
∙B过程需要的酶是______________；A、C过程中_____________（可以/不可以）使用同一种探针筛选含目的基因的菌株。
∙目的基因Ⅰ和Ⅱ除从构建的文库中分离外，还可以分别利用图中___________和_____________为模板直接进行PCR扩增，该过程中所用酶的显着特点是_________________________。
∙已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低，但易感病，下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程。
图中两对相对性形状分别由两对基因控制，并独立遗传。
采用上图育种过程，需从______代开始筛选，经筛选淘汰后，在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是_____。
选留植株多代自交，经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品种。
3、很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因（抗虫基因）转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。
20世纪90年代．美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。
下图为这一转基因玉米的主要培育过程。
获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以________。
将目的基因与运载体结合时必须用________酶和________酶，在基因工程中，常用的载体有________等，而作为载体必须具备相应的条件，分别为：
________、________、________。
参考答案
一、选择题答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B
D
C
B
B
C
B
D
B
D
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
B
B
A
C
A
C
B
B
D
C
21
22
23
24
25
D
B
D
D
A
二、非选择答案
1．
（1）细菌，环状双链DNA
（2）可以，形成的黏性末端可以互补配对
（3）DNA复制，蛋白质
2．
（1）大于；
（2）逆转录酶，可以（3）DNA，cDNA，耐高温
⑷F2，1/9
3．人工合成，同种限制，DNA连接，质粒，DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，能自我复制，有标记基因
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