基因工程教材

第一节基因工程及其技术第1课时基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术课标内容要求核心素养对接1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。

2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。

生命观念：掌握基因工程的基本工具的种类及作用,并能说出它们在基因工程中的应用。

科学思维：掌握PCR技术的过程与原理,并能正确比较PCR技术与体内DNA复制的异同。

社会责任：通过了解基因工程的发展历程,认同新技术的发展是一代又一代科学家前赴后继努力的结果,并会给人类发展带来巨大的经济效益和社会效益。

一、基因工程是在多学科基础上发展而来的1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。

↓1967年：罗思和海林斯基等发现运转工具质粒,同年,科学家发现DNA连接酶。

↓1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。

史密斯等人分离到限制性内切核酸酶。

↓1972年科学家伯格领导的研究小组完成了世界上首次DNA分子体外重组。

↓1973年科学家科恩领导的研究小组利用大肠杆菌质粒进行了另一个体外重组DNA分子实验。

↓接着,科恩和美国博耶证明真核生物的基因可以在原核生物中进行表达。

↓1976年,科学家用质粒为载体,将生长激素释放抑制因子基因转入大肠杆菌,1977年首次生产出治疗肢端肥大症、巨人症的生长激素释放抑制因子。

↓1977年桑格测定了一种噬菌体的基因组序列,这是人类首次对完整基因组的核苷酸顺序进行测定。

二、基因工程的基本工具1．基因工程(1)概念：又称为DNA重组技术,是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,将外源目的基因与载体DNA进行组合形成重组DNA,然后导入受体细胞,并使其在受体细胞中表达,产生人类需要的基因产物的技术。

(2)原理：基因重组。

(3)操作水平：基因(分子)水平。

2．“分子剪刀”——限制性内切核酸酶(限制酶)(1)作用：识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列,并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

第2课时目的基因的导入和检测[目标导读] 1.结合教材P77～81图文，阐明目的基因的导入的四种方法。

2.分析教材P81～83内容，掌握目的基因的检测与表达产物的测定。

[重难点击] 1.目的基因的导入方法。

2.目的基因的检测与表达产物测定的原理方法。

方式一通过前面的学习，我们了解了基因工程中目的基因的获取和基因表达载体的构建。

在目的基因与载体连接成重组DNA分子以后，下面的重要工作主要是将其导入受体细胞进行扩增和筛选，获得大量的重组DNA分子，这就是外源基因的无性繁殖，即克隆(cloning)。

方式二目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。

这是基因工程的第四步工作。

以上步骤完成后，在全部的受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。

因此，必须通过一定的手段对受体细胞中是否导入了目的基因进行检测。

检测的方法有很多种，例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。

重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。

一、目的基因的导入1．花粉管通道法(如图)(1)概念：是指外源基因利用植物受精后花粉萌发形成的花粉管通道进入受体细胞，借助天然的种胚系统形成含有目的基因的种胚。

常用的两种方法有柱头滴加法和花粉粒携带法。

(2)实验：利用花粉管通道法将目的基因导入棉花的实验操作程序①原理：授粉后使外源DNA能沿着花粉管通道渗入，经过珠心通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的卵细胞、合子或早期胚胎细胞。

②操作过程a．提取含有目的基因的总DNA或者质粒DNA，配成质量分数为0.01%的溶液。

b．用棉线捆住将要在第二天开花的花朵，不让花朵自动开放。

c．第二天清晨给花朵进行人工授粉，授粉后套袋，作好标记。

第一节基因工程【教学目标】1.知识与技能（1）举例说出基因工程的原理，并说明“工程菌”的培育过程。

（2）举例说出基因工程在工农业生产和医疗方面的应用。

（3）能正确认识转基因生物的安全性。

2.过程与方法通过调查活动和动画演示等方法探究基因工程在生产生活中的应用，提高信息整合能力。

3.情感态度和价值观通过学习基因生物技术及产品安全性对人类的影响，培养学生辩证看待生物技术的态度。

【教学重点】（1）“工程菌”的培育过程。

（2）基因工程的应用。

（3）转基因生物的安全性。

【教学难点】（1）基因工程的原理及大致操作过程。

（2）转基因技术和产品的安全性。

【课前准备】多媒体课件【课时安排】1课时【教学过程】一、导入新课播放视频：《美国科学家培育出首批转基因婴儿》据国外媒体报道：美国科学家成功培育出了世界首批转基因婴儿，这些健康宝宝在出生前都经历过一系列基因科学实验。

该事件在美国甚至在全球都激起了关于伦理的激烈争论，一方面体现了科学家希望通过改变人类生殖细胞基因培养出正常、健康的婴儿，另一方面有悖人类的伦理观。

关于转基因技术，你们都有哪些了解呢？这节课，我们就来学习基因工程及其应用。

二、新课学习在美国马里兰州有个小女孩，她体内的某个基因与正常人不同，无法合成有分解氨基毒素功能的酶，导致其免疫功能严重低下，只能生活在无菌的隔离帐内。

1990 年，当小女孩4 岁时，医生们用基因治疗的方法使她的病情大为缓解，由此她成为世界上接受基因治疗的第一人。

基因治疗是基因工程研究的一个重要方面，虽然目前还处于试验阶段，但它已经为我们展现了生物工程的美好前景。

视频：《基因工程与医学》（一）基因工程的原理基因工程的原理：各种生物的DNA 在组成方式上是相同的，基因蕴含的遗传信息在动物、植物和微生物之间也是相通的，一种生物的基因在另一种生物体内同样可以得到表达。

相关链接：质粒有些细菌除核区固有的遗传物质以外，其细胞质中还存在一种相对独立的环状DNA 分子，我们称之为质粒。

《基因工程学》课程教学大纲（Genetic Engineering）一、课程说明课程编码：02200200课程总学时（理论总学时/实践总学时）：48（48/0）周学时（理论学时/实践学时）：4（4/0）学分：31．课程性质：专业必修课。

2．适用专业与学时分配：适用生物技术专业。

教学内容与学时分配3．课程教学目的与要求：本课程的授课对象是生物技术专业的本科生。

课程简介：《基因工程》是生物技术专业的专业必修课程。

其以分子遗传学理论为基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段而建立起来的一门技术学科。

基因工程兴起于20世纪70年代初，它的问世带动了生物技术的兴起和发展，是现代生物技术的核心内容。

基因工程课程的主要内容包括基因的分离、基因的克隆、基因的表达、植物基因工程、动物基因工程、药物基因工程和基因治疗等。

它是生命科学学院生物技术专业本科生的主干专业课程之一，它是生物工程（包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程）中最重要的课程，其它三大工程是建立在基因工程基础之上的，同时也为生物技术制药等后继学科奠定了重要的理论基础。

课程目标：设置本课程是为了让生物技术专业的学生理解和掌握基因工程的技术原理，通过本课程学习，掌握基因操作的工具酶，基因克隆常用载体，目的基因的分离与合成，重组体的构建，重组体向宿主细胞的导入，重组体克隆的筛选与鉴定以及克隆基因的表达，同时了解基因工程在生物学领域中的应用与发展前景。

对学生达到毕业要求贡献如下：1）了解基因工程学的历史、发展和前沿知识。

2）掌握基因工程学的基础理论、基本知识和基本技能；教学要求：学完基因工程学后，学生将具备以下能力：1）具有良好的自学能力；2）综合运用所掌握的基因工程学理论知识和技能、从事生物科学及其相关领域科学研究的能力。

4．本门课程与其它课程关系：先修课程为生物化学、微生物学、分子生物学、细胞学等，具备基础理论知识及实验能力是基因工程学课程的基础。

《基因工程》课程标准课程编号：09060281课程类别：必修课程学时：56（理论32，实验24）学分：3学分一、课程的性质和任务基因工程是获取、整理、破译、编辑和表达生物体遗传信息（基因）的一种操作平台与技术，它以细胞生物学、分子生物学和分子遗传学的基本理论体系为指导，在基因的分离克隆、基因表达调控机制的诠释、基因编码产物的产业化、生物遗传性状的改良乃至基因治疗等方面正日益显示出愈来愈高的实用价值。

本课程的主要内容为基因工程概论、分子克隆单元操作、大肠杆菌基因工程、真菌基因工程、昆虫基因工程、高等动物基因工程、高等植物基因工程、蛋白质工程等，将DNA重组技术归纳为切、接、转、增、检五大基本操作单元，进而按照受体细胞的生物学分类，逐一展开各系统基因工程的原理和应用。

重点讲述基因工程技术应用的策略和思路，并力求以图解的方式取代繁琐的描述。

本课程全程采用多媒体教学手段进行。

根据本科教学加强基础、注重素质、整体优化的原则，本门课程旨在为学生讲述基因工程的基本原理、单元操作与应用策略，学生学好本门课程可为从事生物、农业、环保、医药领域的研究与应用开发工作打下良好基础。

具体任务是：（一）熟悉和掌握基因工程基本概念、基本原理、基本技术和典型设备。

（二）学会根据生产、科研要求和技术选择分子操作的技术和设备。

（三）了解基因工程在各领域的应用、新的知识与技术，了解其最新研究成果和发展状态。

二、本课程的基本内容：第一章基因工程概论（一）教学目的与要求掌握基因工程的含义和主要内容以及基因工程诞生的理论基础与技术突破。

了解基因工程的发展和在社会生产中的应用和安全性的问题。

（二）教学重点与难点1.教学重点：基因工程的含义；基因工程诞生的理论基础与技术突破。

2.教学难点：基因工程诞生的理论基础与技术突破。

（三）课时安排2课时（四）教学内容1. 基因工程的基本概念2. 基因工程的的发展简史3. 基因工程技术研究的主要内容第二章DNA重组克隆的单元操作（一）教学目的与要求掌握载体的基本结构和质粒载体、噬菌体载体的特点、构建原理；掌握限II型制性核酸内切酶的切割原理和部分常用的限制性核酸内切酶的识别位点与切割末端。

基因工程行业的书1. 概述基因工程是一门涉及生物学、化学、生物化学、遗传学和生物技术等多个学科的综合性科学。

其主要目的是通过改变或操作生物体的基因组，来实现对生物体性状和功能的调控和改善。

基因工程行业是一个快速发展且前景广阔的领域，为了深入了解和掌握这一领域的知识，人们需要专门的书籍来进行学习和研究。

本文将介绍基因工程行业相关的书籍内容，包括经典教材、研究专著以及实践指南等。

这些书籍涵盖了基因工程的理论基础、实验技术、应用案例等方面，为读者提供了全面详细、完整深入的知识。

2. 经典教材2.1 “Molecular Biology of the Gene”（《分子生物学》）这本经典教材由James D. Watson等人合著，被誉为分子生物学领域的圣经。

它系统地介绍了DNA结构、复制、转录和翻译等基本过程，以及基因调控、基因突变等相关内容。

该教材适合初学者和专业人士阅读，对于理解基因工程的基本原理和技术具有重要意义。

2.2 “Principles of Gene Manipulation and Genomics”（《基因操作与基因组学原理》）该教材由Sandy B. Primrose和Richard M. Twyman合著，详细介绍了基因工程的实验技术和方法。

内容包括DNA克隆、PCR、蛋白质表达等实验技术，以及基因组学的相关概念和方法。

该教材以清晰简洁的语言和丰富的实例，帮助读者掌握基本操作和实验设计的原则。

3. 研究专著3.1 “Genome Editing: A Practical Approach”（《基因组编辑：实用方法》）该专著由Keith R. Mitchelson编写，介绍了当前广泛应用的基因组编辑技术，如CRISPR-Cas9系统。

书中详细阐述了编辑工具的选择、设计和优化策略，并提供了一系列实验步骤和案例分析。

这本书对于研究人员深入了解基因编辑技术的原理和应用提供了重要指导。

3.2 “Gene Therapy: Principles and Applications”（《基因治疗：原理与应用》）该专著由Nancy Smyth Templeton等人合著，全面介绍了基因治疗的原理、技术和应用。