高中人教版 (2019)基因工程的基本操作程序第一课时教案

这是一份高中人教版 (2019)基因工程的基本操作程序第一课时教案，共5页。
基因工程的基本操作程序（第一课时）
教学目标
1.阐明PCR的原理,说出PCR反应所需的条件和PCR反应的过程。
2.说出基因表达载体的组成。
3.举例将目的基因导入各种细胞的方法。
4.举例检测与鉴定目的基因在受体细胞中是否稳定维持和表达其遗传特性的方法
教学重点：
1.基因工程基本操作程序的四个步骤。
2.PCR的基本操作和应用。
教学难点：
1.利用PCR获取和扩增目的基因。
2.举例检测与鉴定目的基因在受体细胞中是否稳定维持和表达其遗传特性的方法。
教学过程
基础知识检测（学生填写学案上的《应试基础必备》，要求默写）
（一）重组DNA技术所需三种基本工具及其作用
限制酶
DNA连接酶
载体
作用
切割目的基因和载体
拼接DNA片段，形成重组
DNA分子
携带目的基因进入受体细胞
作用部位
两个相邻核苷酸的脱氧核糖与磷酸之间形成的磷酸二酯键
——
作用特点
（条件）
①识别特定的核苷酸序列；②在特定位点上切割DNA分子。
①E·cli DNA连接酶只能连接粘性末端。 ②T4 DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。
①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；②有一个至多个限制酶切割位点；③特殊的标记基因。
常见种类
目前有4 000多种，
如EcRⅠ、SmaⅠ等
E·cliDNA连接酶和
T4 DNA连接酶
最常用的载体是质粒，其他的载体有噬菌体、动植物病毒等
（二）基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的筛选与获取
1.目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
2.筛选合适的目的基因方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
3.获取目的基因的方法：
（1）从自然界已有的物种中分离出来 （2）PCR扩增 （3）人工合成的方法
第二步：基因表达载体的构建---基因工程的核心步骤
1.其目的是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，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
2.基因表达载体的组成：
[A]启动子，RNA聚合酶识别和结合的部位，可以驱动基因转录出mRNA，
[B]目的基因。
（3）[C]终止子，转录停止的部位。
（4）[D]复制原点。
（5）[E]标记基因
3.基因表达载体的构建方法
第三步：将目的基因导入受体细胞
1.常用的转化方法和过程
细胞类型
常用方法
受体细胞
转化过程
植物细胞
农杆菌转化法
体细胞
将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上。
动物细胞
显微注射法
受精卵
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵→获得受精卵→显微注射→早期胚胎培养→胚胎移植→发育成为具有新性状的动物。
微生物细胞
Ca2+处理增大细胞壁通透性
原核细胞或酵母菌
用Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA。
2.转化的实质：目的基因整合到受体细胞基因组中，从而使受体生物获得新的遗传特性。
第四步：目的基因的检测与鉴定
1．分子水平检测
(1)通过PCR等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。
(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行抗原-抗体杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。
2．个体水平鉴定：包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。
高考考法突破
考法1：概念分析（师生共同学习相应知识点，通过习题进行测试达标）
1.限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等的分析比较
名称
作用部位
作用底物
作用结果
限制酶
磷酸二酯键
DNA
将DNA切开
DNA连接酶
磷酸二酯键
DNA片段
将两个DNA片段连接成为一个DNA分子
DNA聚合酶
磷酸二酯键
脱氧核苷酸
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
DNA（水解）酶
磷酸二酯键
DNA
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
解旋酶
碱基对之间的氢键
DNA
将双链DNA分子局部解旋为单链
RNA聚合酶
磷酸二酯键
核糖核苷酸
将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端
2.基因表达载体的构建
载体与基因表达载体的区别：与载体相比较，基因表达载体增加了启动子、目的基因、终止子和标记基因等。
（2）基因表达载体和重组质粒的关系：重组质粒是基因表达载体的一种。构建基因表达载体除了常用的质粒外，还有噬菌体、动植物病毒。
（3）标记基因的种类：抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。
（4）易混概念辨析：启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。
考法2：关于限制酶的应用（师生共同学习相应知识点，通过习题进行测试达标）
结合下图回答问题，
1.构建基因表达载体时，能否用SmaⅠ限制酶切割质粒？为什么？
不能 ， 因为SmaⅠ切割会破坏质粒的抗生素抗性基因
2.只用EcRⅠ分别切割质粒和外源DNA，能否构建基因表达载体？如果能有何弊端？
能， (1)质粒、目的基因会发生自身环化连接
(2)会发生两两自身连接
(3)质粒与目的基因会发生反向连接
3.如何解决上述问题？
双酶切, 如使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA
4.限制酶的选择原则？
(1)不破坏目的基因
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点
(3)确保出现相同黏性末端
(4)保证目的基因和质粒发生定向连接
考法3 PCR技术的基本操作和应用（师生共同学习相应知识点，通过习题进行测试达标）
1.PCR全称：聚合酶链式反应。
2.PCR原理：DNA半保留复制。
3.PCR所需的条件：一对引物，模板DNA，耐高温DNA聚合酶 ，dNTP（dATP、dTTP、dCTP、dGTP）。
4.结果：一个DNA分子变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。
5.PCR技术与生物体内DNA复制的比较
DNA复制
PCR技术
场所
细胞内（主要在细胞核内）
体外复制
遵循原则
碱基互补配对原则
条件
模板、4种脱氧核苷酸、酶、能量、引物
模板、4种脱氧核苷酸、酶、能量、引物（2种）
解旋方式
解旋酶催化解旋
DNA在高温下热变性解旋
酶
解旋酶、DNA聚合酶
耐高温的DNA聚合酶
特点
半保留复制
边解旋边复制
半保留复制
全解旋复制
结果
形成整个DNA分子
大量的DNA片段
四、教学小结（板书）
应试基础必备
基因工程的基本工具
基因工程的基本操作程序
高考考法突破
考法1 概念分析
考法2 关于限制酶的应用
考法3 PCR技术的基本操作和应用