河北省迁安一中高二生物 实验班基因工程学案 新人教版.docx

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河北省迁安一中高二生物实验班基因工程学案新人教版

教学内容

上课序号

编写人

刘宏

课时

1

班级

使用时间

审核人

李立芹

学习目标

简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用

重点

限制酶的使用和运载体的条件

难点

限制酶的使用

教学方法

合作探究法讲练结合

课堂类型

复习课

河北省迁安一中高二生物实验班基因工程学案新人教版

【课堂互动】

一、基因工程的概念

例一、（2010•全国Ⅱ理综，5）下列叙述符合基因工程概念的是（　　）

A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因

B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株

C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株

D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上

变式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

二、基因工程的工具

（一）、工具酶

1、“分子手术刀”---________________

例二、（2007·全国）下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，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

变式2：

依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是

A．切断a处的酶为限制核酸性内切酶B．连接a处的酶为DNA连接酶

C．切断b处的酶为解旋酶D．切断b处的为限制性内切酶

合作总结：

限制性核酸内切酶：

本质：

__________；来源_________________；种类__________

作用____________________；作用特点____________________作用产物____________________

【思考讨论】在基因工程中，切割目的基因和载体的限制酶必须用同一种吗？

什么时候必须用同一种？

什么时候不能用同一种？

2、“分子缝合针”---____________________

例三、下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是（　　）

A．将单个核苷酸加到某DNA片段的不同末端，形成磷酸二酯键

B．将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键

C．连接两条DNA链上碱基之间的氢键

D．只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将双链DNA片段的平末端连接起来

合作总结

DNA连接酶

DNA聚合酶

作用实质

都是催化两个脱氧核苷酸之间_____________

是否需模板

连接DNA链

作用结果

作用过程

在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键

将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键

（二）“分子运输车”---__________________

例四、对于不同的生物，将重组基因导入受体细胞的方法有差异，下列方法不合适的是（　　）

A．以质粒为运载体，利用大肠杆菌生产人的胰岛素时，可用氯化钙处理大肠杆菌

B．以噬菌体为运载体，利用大肠杆菌生产人的凝血因子时，可使其直接侵染大肠杆菌

C．以质粒为运载体，培育转基因植物时，可借鉴质粒侵染细胞的途径，用重组质粒侵染植物细胞

D．以质粒为运载体,利用转基因羊生产人的乳铁蛋白时,可用显微注射技术将重组基因导入受精卵

变式3:

不属于质粒被选为基因运载体的理由是

A．能复制　B．有多个限制酶切点　C．具有标记基因D．它是环状DNA

总结：

运载体需满足的条件：

____________________________________________________________

________________________________________________

【当堂检测】

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，微生物中很少分布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

2.2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白（GFP）方面做出突出贡献的科学家。

绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。

下图为我国首例绿色荧光蛋白（GFP）转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：

（1）过程②中必须用__________对

Ti质粒和绿色荧光蛋白基因进行切割。

（2）过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细

胞时，采用最多也最有效的方法是__________

（3）如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表

达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作

为基因表达载体上的__________。

获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是可以避免__________。

3.基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。

已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。

根据图示，判断下列操作正确的是（　　）

A．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

B．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

C目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割

D．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割

4、基因表达载体的构建是基因工程的关键步骤之一，已知有4种限制酶，其中1号和4号切割DNA后产生的是平末端，2号和3号酶切产生的是黏性末端。

含目的基因的DNA片段和质粒的酶切序列如下图所示：

请设计一个酶切方案，构建最佳基因表达载体（重组质粒）：

__________

DNA重组技术的基本工具课时作业

1、有关基因工程的叙述正确的是

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以为合成目的基因提供线索

2．以下说法正确的是

A．所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列B．质粒是基因工程中惟一的运载体

C．运载体必须具备的条件之一是：

具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接

D．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复

3、下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是

A．①②B．②③C．③④D．②④

4、下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是

A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接

B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录

C．一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因

D．胰蛋白酶能作用于离体的动物组织，使其分散成单个细胞

5．T4DNA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

C．DNA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DNAB．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.科学家常选用的细菌质粒往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是

A．提高受体细胞在自然环境中的耐热性B．有利于检测目的基因否导入受体细胞

C．增加质粒分子的相对分子质量D．便于与外源基因连接

9．有关基因工程的叙述中，不正确的是

A.DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来　B.限制性内切酶可用于目的基因的获得

C.目的基因须由运载体导入受体细胞　　　D.人工合成目的基因不用限制性内切酶

10．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RNAD．限制酶可从原核生物中提取

11.下列关于质粒的叙述，正确的是　　　　　　　　　　（　　）

A、质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器

B、质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子

C、质粒只有在导入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制

D、细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的

12．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够表达的细胞。

下列有关说法不正确的是（　　）A．X是能合成胰岛素的细菌细胞

B．质粒具有多个标记基因和多个限制酶切割位点

C．基因与运载体的重组只需要DNA连接酶

D．该细菌的性状被定向改造

13、在DNA测序工作中，需要将某些限制性内切核酸酶的限制位点在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，这两种限制性内切核酸酶在该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

14.质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是

①能自主复制②不能自主复制③结构很小④蛋白质⑤环状RNA⑥环状DNA⑦能“友好”地“借居”

A．①③⑤⑦B．①④⑥C．①③⑥⑦D．②③⑥⑦

15.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—G↓GATCC—，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

________________________________________________________________________。

16、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，产生出人的胰岛素。

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

教学内容

DNA重组技术的基本操作程序

上课序号

编写人

刘宏

课时

1

班级

使用时间

审核人

李立芹

学习目标

简述基因工程原理及基本操作程序。

重点

目的基因的获取；基因表达载体的构建

难点

目的基因的获取方法的选择

教学方法

合作探究法讲练结合

课堂类型

复习课

【要点突破】

一、目的基因的获取

例一．下列获取目的基因的方法中需要模板的是（　　）

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　③反转录法　④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成DNA

A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③

针对练习1：

人们应用生物工程技术可以获得所需要的生物新品种或新产品。

请据图回答下列问题：

获得抗虫基因的常用方法是______________，利用______________进行大量扩增；而获取人胰岛素基因还可通过________________法进行人工合成。

合作总结：

目的基因的获取方法的选择依据及原因？

___________________________________________

二、基因表达载体的构建

例二、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

【合作探究】启动子和起始密码子相同吗?

终止子和终止密码子相同吗？

针对练习2：

下列哪项不是基因表达载体的组成部分（　　）

A．启动子B．终止密码C．标记基因D．复制原点

针对练习3：

日本下村修、美国沙尔菲和钱永健因在发现绿色荧光蛋白（GFP）等研究方面作出突出贡献，获得2008年度诺贝尔化学奖。

GFP在紫外光的照射下会发出绿色荧光。

依据GFP的特性，你认为该蛋白在生物工程中的应用价值是（　　）

A．作为标记基因，研究基因的表达B．作为标记蛋白，研究细胞的转移

C．注入肌肉细胞，繁殖发光小白鼠D．标记噬菌体外壳，示踪DNA路径

三、将目的基因导入受体细胞

例三、农杆菌转化法是植物基因工程的常用方法，下图为这种方法的示意图，试回答下列问题：

（1）一般情况下农杆菌不能感染的植物是__________，利用农杆菌自然条件

下感染植物的特点，能实现__________。

具体原理是

在农杆菌的Ti质粒上存在T－DNA片段，它具有可

转移至受体细胞并整合到受体细胞

__________上的特点，因此只要将携带目

的基因的DNA片段插入________（部位）即可。

（2）根据T－DNA的这一转移特点，推测该DNA片段上可能含有控制__________（酶）合成的基因。

归纳总结：

受体细胞的种类和导入方法的选择

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

针对练习4：

基因工程操作中将DNA导入受体细胞称为转化。

下列相关叙述不正确的是（　　）

A．被转化的细胞吸收外源DNA是转化的实质B．常用CaCl2处理植物细胞使其处于感受态

C．动物细胞相对于植物细胞吸收DNA的障碍要小D．显微注射技术一般用于动物细胞的转化

四、目的基因的检测与鉴定

例四、（多选）在判断抗虫基因是否成功转入棉花基因组的方法中，属于分子检测的是（　　）

A．通过观察害虫吃棉叶是否死亡B．检测目的基因片段与DNA探针能否形成杂交带

C．检测目的基因转录形成的mRNA与DNA探针能否形成杂交带

D．检测目的基因表达产物蛋白质能否与特定抗体形成杂交带

【检测练习】

1.基因工程技术也称DNA重组技术，其实施必须具备的4个必要条件是（　　）

A．工具酶、目的基因、运载体、受体细胞B．重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶

C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞D．目的基因、限制性内切酶、运载体、体细胞

2．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

3.已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。

因此，可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。

回答下列问题：

（1）为了获得丙中蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上，推测出丙中蛋白质的________序列，据此可利用________方法合成目的基因。

获得丙中蛋白质的基因还可用________、________方法。

（2）在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用_____酶和______酶。

（3）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗________的危害。

（4）若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子________（填“含有”或“不含”）丙种蛋白质基因。

4.如图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRⅠ、BamHⅠ

的酶切位点，ampR为青霉素抗性基因，tetR为四环素抗性基因，P为启动子，T

为终止子，ori为复制原点。

已知目的基因的两端分别有包括EcoRⅠ、BamHⅠ

在内的多种酶的酶切位点。

据图回答：

（1）将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRI酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_______________、_______________、____________三种。

若要从这些连接产物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行__________________。

（2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。

之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是________________________；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是___________

（3）目的基因表达时，RNA聚合酶识别和结合的位点是_________，其合成的产物是________________。

（4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是_______________________。

DNA重组技术的基本操作程序课时作业

1、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

2、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

D．PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高

3、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C．T4噬菌体D．大肠杆菌质粒

4、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mRNA

B．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

5、PCR技术扩增DNA，需要的条件是（　　）

①目的基因　②引物　③四种脱氧核苷酸　④耐高温的DNA聚合酶　⑤mRNA　⑥核糖体　⑦能量

A．②③④⑤⑥　　　　　B．①③④⑦C．①②③⑤⑥D．①②③④⑦

6、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

7、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

9、在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要（　　）

①DNA连接酶②同一种限制酶③RNA聚合酶④具有标记基因的质粒⑤目的基因⑥4种脱氧核苷酸

A．③⑥B．②④C．①⑤D．①②④

10、下列有关PCR技术的叙述正确的是

A.作为模板的DNA序列必须不断的加进每一次的扩增当中

B.作为引物的脱氧核苷酸序列必须不断的加进每一次的扩增当中

C反应需要的DNA聚合酶必须不断的加进反应当中D反应需要的DNA连接酶必须不断的加进反应当中

11、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

12、不属于目的基因与运载体结合过程的是（）

A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端B．用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端

C.将重组DNA导入受体细胞中进行扩增　D．将切下的目的基因插入到质粒切口处

13、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

BamHI

HindⅢ

EcoRI

SmaI

识别序

列及切

割位点

ATCC

CCTA

GCTT

TTCG

ATTC

CTTA

CC

GG

GG

CC

（1）一个图l所示的质粒分子经

SmaⅠ切割前后，分别含有________

个游离的磷酸基团。