人教版高中生物选修三学案：1.2 基因工程的基本操作程序

1．2基因工程的基本操作程序1．获取目的基因的常用方法有：从基因文库中获取目的基因和利用PCR技术扩增目的基因。

2．基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

3．一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。

4．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。

5．培育转基因动物时，受体细胞一般是受精卵，目的基因的导入方法常用显微注射技术。

6．检测目的基因是否导入和转录，常用分子杂交技术；检测是否翻译，常用抗原—抗体杂交技术。

目的基因的获取[自读教材·夯基础]1．目的基因(1)主要是指编码蛋白质的基因。

(2)也可以是一些具有调控作用的因子。

2．获取方法(1)从基因文库中获取：①基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。

②(2)利用PCR技术扩增目的基因：①原理：DNA复制。

②前提条件：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。

③条件：DNA模板、引物、热稳定DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸。

④扩增过程：：模板DNA受热解旋为单链↓：冷却后，引物结合到互补DNA链上↓：在热稳定DNA聚合酶作用下，从引物起始进行互补链的合成(3)1．探讨基因文库、基因组文库、cDNA文库之间的关系。

提示：基因组文库含有一种生物的全部基因，而cDNA文库只含有一种生物的部分基因，二者都是基因文库。

2．从酶的角度分析PCR技术扩增DNA与DNA体内复制的不同点。

提示：①PCR技术扩增DNA不需要解旋酶；②PCR技术需要的DNA聚合酶应具有热稳定性。

[跟随名师·解疑难]1．提取目的基因方法的比较方法基因文库的构建PCR技术扩增人工合成基因组文库部分基因文库(如cDNA文库)过程供体细胞中的DNA↓限制酶许多DNA片段↓连接表达载体↓导入受体细胞↓外源DNA扩增，产生特定性状↓分离目的基因目的基因的mRNA↓反转录单链DNA↓合成双链DNA↓插入载体↓导入受体菌群(cDNA文库)↓分离目的基因目的基因DNA↓高温解链单链DNA↓与引物结合、DNA聚合酶大量目的基因蛋白质的氨基酸序列↓推测mRNA的核苷酸序列↓推测基因的核苷酸序列↓化学合成目的基因优点操作简单专一性强可在短时间内大量扩增目的基因专一性强，可产生自然界中不存在的新基因缺点工作量大、盲目性大、专一性差操作过程较麻烦，技术要求过高需要严格控制温度，技术要求高适用范围小2．PCR技术与生物体内DNA复制的比较DNA复制PCR技术区别解旋方式解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内) 细胞外(主要在PCR扩增仪内) 酶DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶(Taq聚合酶) 温度条件细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行合成的对象DNA分子DNA片段或基因联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸[特别提醒](1)基因工程操作中，只有使用受体生物自身基因的启动子才比较有利于基因的表达。

1.2 基因工程的基本操作程序【课标要求】①写出基因工程的四个操作步骤。

②解释基因文库、基因组文库、部分基因文库的区别与联系。

③分析基因工程四个步骤的原理、工具及具体的操作程序。

【考纲要求】基因工程的原理及技术（II）【学习重点】基因工程基本操作程序的四个步骤【学习难点】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【自主学习】一．基因工程的基本操作程序：基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：、、、。

(一) 目的基因的获取1．目的基因：。

2．获取目的基因的方法(1) 从中获取目的基因：①基因文库：基因组文库：含有一种生物的基因②种类cDNA文库：含有一种生物的基因③目的基因的获取根据基因的有关信息：基因的序列、基因在上的位置、基因的产物mRNA、基因的产物蛋白质等特性获取目的基因。

(2)利用扩增目的基因：①PCR：是一项在生物体外核酸合成技术。

②原理：③条件：已知目的基因的序列。

④过程：目的基因DNA受热，与结合，然后在______ 的作用下进行，如此重复循环多次。

⑤方式：指数扩增=2n(n为扩增循环的次数)思考：PCR技术与DNA复制的异同点？(3)人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。

（1）反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。

（2）根据已知的氨基酸序列合成DNA法：根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。

（二）基因表达载体的构建——基因工程的核心1．目的：2．表达载体的组成：目的基因+ + +标记基因等。

（1）启动子：是一段有特殊结构的，位于基因的，它是结合的部位，驱动基因转录产生mRNA。

（2）终止子：也是一段有特殊结构的位于基因的，终止。

（3）标记基因的作用是：。

基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序1、什么是目的基因？是指基因工程操作中所需要的外源基因，主要是指编码蛋白质的结构基因。

如：抗逆性基因、调控基因等2、什么是基因文库？⑴、概念：指储存着某种生物不同基因的受体菌群。

⑵、特点：分别储存着某种生物的不同基因。

⑶、获得方法：将含有某种生物不同基因的DNA片段导入受体菌群中。

⑷、基因组文库：含有某种生物全部基因的基因文库。

⑸、部分基因文库：含有某种生物部分基因的基因文库。

cDNA文库：指利用mRNA通过反转录获得的互补DNA片断。

⑹、构建基因文库的目的和作用：目的：为获取大量的目的基因做准备；作用：大量储备同种基因。

3、基因、基因文库、目的基因之间有什么区别？⑴、基因：是有遗传效应的DNA片段，是控制生物形状遗传的遗传物质的功能的基本单位。

⑵、基因文库：是储存着某种生物不同基因的受体菌群。

⑶、目的基因：基因工程操作中所需要的外源基因。

4、原核细胞、真核细胞基因结构有什么不同？⑴、不同点：①、原核细胞基因结构简单，无内含子，编码区连续。

②、真核细胞基因结构复杂，有内含子，编码区不连续。

⑵、相同点：①、基因结构中都有编码区、非编码区；②、非编码区都有调控遗传信息表达的脱氧核苷酸序列；③、编码区上游都有RNA酶结合位点（启动子）。

5、从基因文库中获取目的基因的依据是什么？⑴、基因的脱氧核苷酸序列⑵、基因的功能⑶、基因在染色体上的位置⑷、基因的转录产物——mRNA⑸、基因的表达产物——蛋白质6、什么是PCR技术？⑴、概念：PCR技术，就是聚合酶链式反应技术，就是在生物体外大量复制特定DNA 片断。

⑵、条件：已知所需要复制DNA（基因）的脱氧核苷酸序列。

⑶、过程：热解旋，获得DNA单链（以作模板），单链与引物结合，DNA聚合酶催化，四种游离脱氧核苷酸作原料，形成子代DNA。

⑷、增长方式：指数增长：2n。

7、人工合成法：适用于：脱氧核苷酸序列已知、片段较小的基因。

1.2 基因工程的基本操作程序一、教学目标1.简述基因工程原理及基本操作程序。

2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。

二、教学重点和难点1.教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤。

2.教学难点（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。

三、教学过程本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》。

本节教学难点多，学生学习有一定的困难，因此采取化整为零、各个击破的教学过程。

1.加强预习环节，先解决为什么要分四个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术方法问题。

为了突破难点及培养自学能力，在上节课结束时，可布置学生预习本节内容。

在上新课时，首先解决基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，即分析每一步骤的必要性。

为什么要有“目的基因的获取”这一步？引导学生看本专题题图中基因工程的概念：“基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

”可以说这既是概念，也是原理。

这里所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。

有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。

为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的DNA片段──目的基因是不能稳定遗传的。

课文中谈到构建表达载体的目的是为了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，同时使目的基因能表达和发挥作用。

为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？教材指出含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。

为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为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。

在解决上述为什么基因工程操作程序分四个步骤的基础上，进入每一程序的有关技术和方法的学习。

1.2 基因工程的基本操作程序【目标导航】 1.结合教材图1－6，整体把握并说出基因工程的基本操作程序。

2.理解获取目的基因的途径及基因表达载体的构建。

3.理解目的基因导入受体细胞的方法、检测与鉴定目的基因的方法。

一、目的基因的获取(阅读P 8－11) 1．基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的获取。

(2)基因表达载体的构建。

(3)将目的基因导入受体细胞。

(4)目的基因的检测与鉴定。

2．目的基因的获取 (1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。

(2)常见方法 ①从基因文库中获取基因文库的种类⎩⎪⎨⎪⎧基因组文库部分基因文库(如cDNA 文库)②利用PCR 技术扩增目的基因 a ．原理：DNA 双链复制。

b ．条件：引物、DNA 模板、Taq 酶、四种脱氧核苷酸。

c ．过程：目的基因DNA 受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA 聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次。

d ．结果：每一次循环后，目的基因的量可以增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n ，n 为扩增循环的次数)。

③人工合成法：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可借助DNA 合成仪用化学方法直接人工合成。

二、基因表达载体的构建(阅读P 11) 1．基因表达载体的功能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，使目的基因能够表达和发挥作用。

2．基因表达载体的构成3．基因表达载体的构建过程一般用同一种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。

三、将目的基因导入受体细胞(阅读P11－13)1．转化的概念目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2．转化的方法(1)导入植物细胞①农杆菌转化法：将目的基因导入双子叶植物和祼子植物。

②基因枪法：将目的基因导入单子叶植物常用的方法。

③花粉管通道法：我国科学家独创的一种方法。

(2)导入动物细胞①方法：显微注射技术。

1。

2 基因工程的基本操作程序【导学目标】1。

简述基因工程原理及基本操作程序.2。

尝试设计某一转基因生物的研制过程。

【自主学习】基因工程的基本操作程序1。

的获取。

2．的构建。

3．将目的基因导入。

4．目的基因的与鉴定.一、目的基因的获取1。

目的基因：主要是指编码蛋白质的,也可以是一些具有。

2．基因文库(1）基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多 ,导入的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库。

(2）基因文库的种类①基因组文库：含有一种生物的基因。

②部分基因文库：含有一种生物的基因。

3．获取目的基因的方法（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①PCR的含义：是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术.②过程：目的基因受热形成，与引物结合,在的作用下延伸形成DNA.③方式：指数扩增＝2n（n为扩增循环的次数)。

（3)人工合成法：若较小, 序列已知，可以人工合成.二、基因表达载体的构建1。

基因表达载体的组成2．基因表达载体的功能(1）使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以给下一代.(2）使目的基因和发挥作用.三、将目的基因导入受体细胞1.转化：进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程.2．导入植物细胞（1）方法：、基因枪法、花粉管通道法等。

（2）农杆菌的特点①易感染和裸子植物.②Ti质粒上的可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞上。

3．导入动物细胞（1）常用方法：技术。

(2）常用受体细胞：。

4．导入微生物细胞（1）原核生物特点：繁殖快、多为、遗传物质相对等.（2)对受体细胞的常用处理方法:用处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为 )。

四、目的基因的检测与鉴定1.检测方法(1) 技术：①检测转基因生物的上的目的基因；②检测目的基因是否转录出 .（2)抗原—抗体杂交技术：用于检测目的基因是否翻译成。

高中生物 1.2 基因工程的基本操作程序（一）学案新人教版选修31、2 基因工程的基本操作程序（一）学案新人教版选修3学习指导即时感悟一、学习目标1、说出基因工程的四步基本操作程序2、叙述反转录法获取目的基因的过程3、说出基因文库的概念及两种类型4、说明PCR技术的原理、条件及过程5、了解基因表达载体的构建。

二、学习重点及难点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【自主预习】1、用流程图表示基因工程基本操作程序的四个步骤：2、目的基因的获取（1）来源：目的基因可以从____________________________，也可以用_________________。

（2）概念：目的基因主要是指____________________，也可以是一些____________________________。

（3）方法：获取目的基因的方法有以下几种：________________________、_____________________________、。

3、基因表达载体的构建基因工程的核心是___________________。

一个基因表达载体的组成除了________外，还必须有______、______以及________等。

疑惑点疑惑内容三、同学们，通过自主预习，还有哪些疑惑呢？【自主合作探究】探究一从基因文库中获取目的基因1、为什么要建立基因文库？怎么建立的？2、如何从基因文库中获取目的基因？例1、构建基因组DNA文库时，首先应分离细胞的( )A、染色体DNAB、线粒体DNAC、总mRNAD、tRNA 例2、目的基因可从基因文库中获得，下列有关基因文库的描述正确的是( )A、某生物的全套基因就是一个基因文库B、将含有某种生物不同的许多DNA片段，导入某个生物体内，则这个生物就是一个基因文库C、含有一种生物所有基因的基因文库叫做基因组文库D、含有一种生物的一部分基因的基因文库叫cDNA文库探究二利用PCR技术扩增目的基因1、PCR技术的原理是什么？2、PCR技术扩增的过程是？例3、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是( )A、化学合成法B、基因组文库法C、cDNA文库法D、聚合酶链反应例4、下列获取目的基因的方法中需要模板链的是( )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A、①②③④B、①②③C、②③④D、②③探究三基因表达载体的构建1、作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？2、基因表达载体的构成包括哪些元件？他们的作用是什么？（绘制基因表达载体的模式图）例5、（多选）一个基因表达载体的构建应包括（）A、目的基因B、启动子C、终止子D、标记基因例6、下列关于基因表达载体的叙述不正确的是（）A、启动子是与RNA聚合酶识别和结合的部位，是起始密码B、启动子和终止子都是特殊结构的DNA短片段，对mRNA的转录起调控作用C、标记基因是为了鉴别受体细胞中是否有目的基因从而便于筛选D、基因表达载体的构建视受体细胞及导入方式不同而有所差别反思总结[当堂达标]1、基因工程的操作步骤：①制备重组DNA分子②转化受体细胞③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④获取目的基因正确的操作顺序是（）A、③②④①B、②④①③C、④①②③D、③④①②2、下列关于基因工程的叙述，正确的是：（）A、基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B、细菌质粒是基因工程常用的运载体C、通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNAD、为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体3、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，tctR 为四环素抗性基因，P为启动因子，T为终止子，ori为复制原点。

基因工程的基本操作程序【学习目标】1. 说出基因工程基本操作程序。

2. 基因组文库与cDNA文库的区别。

3. 基因表达载体的构建。

5. 掌握目的基因检测与鉴定的方法。

【学习重难点】一、重点1. 基因组文库与cDNA文库的区别。

2. PCR技术。

3. 基因表达载体的构建。

4. 将目的基因导入受体细胞的方法。

二、难点1. 掌握获取目的基因的方法。

2. 将目的基因导入受体细胞的方法。

3. 目的基因检测与鉴定的方法。

【学习过程】一、基因工程的基本操作程序写出图中各字母所代表的内容。

二、目的基因的获取：1. 目的基因主要是，也可以是一些具有。

2. 目的基因的来源。

3. 获取目的基因的方法：①②③。

三、基因表达载体的构建1. 基因工程的核心。

2. 构建表达载体的目的：使目的基因在受体细胞中，并且可以遗传给。

3. 表达载体必须有、、、、。

4. 启动子位于基因的，它是识别和结合的部位，驱动基因转录得到。

终止子位于基因的，也是一段有特殊结构的。

启动子与终止子的结构单位是。

5. 标记基因的作用是。

6. 构建过程的示意图：7. 由于受体细胞不同，将基因导入受体细胞的方法也不同，所以基因表达载体的构建不是千篇一律的。

四、将目的基因导入受体细胞1. 转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内的过程。

2. 将目的基因导入植物细胞（1）受体细胞：（2）农杆菌转化法（采用最多的方法）①农杆菌特点：易感染植物和裸子植物，对__ 植物没有感染力；Ti质粒的可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的上。

②转化过程：构建的表达载体转入→导入植物细胞→ →目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

（3）基因枪法基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。

（4）花粉管通道法我国独创的一种方法。

3. 将目的基因导入动物细胞（1）方法：。

（2）受体细胞：。

（3）操作程序：目的基因表达载体→取卵(受精卵) →显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到性动物的内发育→新性状动物。

1．2 基因工程的基本操作程序1．简述基因工程的原理及基本操作程序。

2．尝试设计某一转基因生物的研制过程。

一、目的基因的获取1．从基因文库中获取目的基因将含有某种生物不同______的DNA片段导入________的群体中储存，各个________分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库。

基因文库包括两种：________文库，即包含一种生物所有基因的文库；________文库，即只包含一种生物的一部分基因的文库，如______文库。

2．利用PCR（1）PCR的含义:是一项在生物______复制特定DNA片段的核酸合成技术。

（2）目的：短时间内大量扩增目的基因。

(3）原理：__________。

（4）过程：第一步,加热至90～95 ℃，________________。

第二步，冷却至55～60 ℃，________________________________________________。

第三步，加热至70～75 ℃，________________________________________________。

如此重复循环多次.（5）特点：指数形式扩增。

3．用化学方法人工合成如果基因比较____，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。

二、基因表达载体的构建基因表达载体的组成：必须有启动子、________、终止子以及________等。

1．启动子启动子是一段有特殊结构的______片段,位于基因的首端，是____________________的部位,可驱动基因______。

2．终止子终止子也是一段______短片段，位于基因尾端,使______在需要的地方停止。

3．标记基因标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有________，从而将含有________的细胞筛选出来。

三、将目的基因导入受体细胞1．转化________进入受体细胞内,并且在受体细胞内________和______的过程,称为转化。

专题一：基因工程1.2 基因工程的基本操作程序（第1课时）教学目标：（1）了解基因的基本结构。

（2）写出基因工程的四个操作步骤。

（3）解释基因文库、基因组文库、部分基因文库的区别与联系教学重点：基因工程基本操作程序的四个步骤。

教学难点：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因。

知识梳理：一.基因的结构（补充内容）：1.编码区：（1）真核基因的编码区有外显子与内含子之分，外显子是指能编码蛋白质（转录，翻译成蛋白质）的核苷酸的序列，内含子是指能转录，但不能编码蛋白质的核苷酸序列。

（2）原核基因的编码区是连续不间隔的，即没有外显子与内含子之分，编码区的核苷酸序列都能编码蛋白质。

2.非编码区：指不能编码蛋白质，但对编码蛋白质起调控作用的区域。

（1）非编码区上游：是在编码区之左，其中含有启动子的核苷酸序列。

（2）非编码区下游：是在编码区之右，其中含有终止子的核苷酸序列。

[典型例题1]下列有关基因结构说法正确的是：A.真核基因的编码区的核苷酸序列都能编码蛋白质。

B.原核基因没有非编码区。

C.在基因的编码区上游有启止密码子，下游有终止密码子。

D.能编码蛋白质的核苷酸序列存在于真核基因的外显子和原核基因的编码区。

二.基因工程的基本操作过程简述：基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：、、、。

三.基因工程的基本操作具体过程：（一) 目的基因的获取：1.获取目的基因的方法：可从两方面即从自然界中已有的＿＿＿＿＿中分离。

也可进行人工的方法合成。

（1）从中获取目的基因：①基因文库：用＿＿＿＿＿＿＿＿酶把某种生物的DNA切成N个片段即含有不同的＿＿＿＿，然后将其导入受体菌的中储存，各个受体菌分别含有这种生物的，称为基因文库。

②基因文库可大可小分类A.基因组文库：包含了一种生物所有的基因，就叫，含有基因结构中所有结构，只能进行物种间部分＿＿＿＿＿＿交流。

B.部分基因组文库：只包含一种生物的一部分基因，就叫；如是由mRNA＿＿＿＿＿＿来的，无启动子、内含子等结构，可以进行物种间的＿＿＿＿＿＿＿。