高中生物第一章基因工程第一节基因工程概述第1课时基因工程的发展历程和工具知能演练轻巧夺冠苏教版选修3

基因工程的基本操作程序精选教案第一章：基因工程概述1.1 基因工程的定义1.2 基因工程的发展历程1.3 基因工程的应用领域1.4 基因工程的基本操作程序介绍第二章：DNA重组技术2.1 DNA重组技术的原理2.2 常用的DNA重组工具酶2.3 DNA重组技术的操作步骤2.4 实验材料与设备第三章：基因克隆与表达3.1 基因克隆的概念与意义3.2 克隆载体的选择与构建3.3 转化细胞的方法与步骤3.4 基因表达的调控机制第四章：基因编辑技术4.1 基因编辑技术的发展背景4.2 CRISPR/Cas9基因编辑系统4.3 基因编辑技术的应用案例4.4 基因编辑技术的操作步骤与注意事项第五章：基因工程实验操作实例5.1 目的基因的获取与克隆5.2 重组载体的构建与转化5.3 基因编辑实验操作流程5.4 基因表达与功能验证第六章：基因工程在医学领域的应用6.1 基因治疗6.2 基因疫苗6.3 基因诊断与基因测序6.4 生物制药与药物研发第七章：基因工程在农业领域的应用7.1 转基因作物的研发7.2 基因编辑在农业中的应用7.3 植物基因工程与生物技术7.4 农业生物技术的安全性与伦理问题第八章：基因工程在微生物领域的应用8.1 微生物基因工程概述8.2 微生物在基因工程中的应用8.3 基因工程微生物的产业化应用8.4 微生物基因工程的未来发展趋势第九章：基因工程在环境领域的应用9.1 环境生物技术与基因工程9.2 基因工程微生物在环境修复中的应用9.3 基因工程在生物降解与合成中的应用9.4 环境基因工程的未来发展趋势第十章：基因工程伦理与社会影响10.1 基因工程的伦理问题10.2 基因工程与生物多样性10.3 基因工程在人类社会中的影响10.4 基因工程相关的法律法规与政策重点和难点解析重点环节1：基因工程的定义与基本操作程序补充说明：基因工程作为现代生物技术的核心，其定义和基本操作程序是理解后续章节的基础。

第1课时基因工程的发展历程和工具[随堂检测]知识点一基因工程的发展历程1．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是( )A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D．基因工程必须在同物种间进行解析：选D。

基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物遗传性状。

知识点二基因工程的工具2．下面是3种限制性核酸内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点，切出的断面为黏性末端)。

相关叙述错误的是( )限制酶1：↓GATC 限制酶2：CCC↓GGG限制酶3：G↓GATCCA．不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性B．限制酶2和3识别的序列都包含6个碱基对C．限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同D．能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2解析：选D。

酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，A项正确；据图可知，限制酶2和3识别的序列分别是CCCGGG和GGATCC，均为6个碱基对，故B项正确；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均为GATC，C项正确；限制酶只能识别特定的DNA序列，因此三种限制酶均不能识别和切割RNA中核糖核苷酸序列，故D项错误。

3．对DNA连接酶的功能描述，正确的是( )A．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的化学键连接起来B．在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端C．用于DNA复制时母链与子链间形成氢键D．与DNA聚合酶作用的部位相同，作用对象不同解析：选D。

DNA连接酶作用部位为磷酸二酯键，在基因工程中作用于两个切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯键，作用对象为游离的脱氧核苷酸。

4．下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是( )答案：C5．如图为重组质粒形成示意图。

第1课时基因工程的发展历程和工具[随堂检测]知识点一基因工程的发展历程1．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是( )A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D．基因工程必须在同物种间进行解析：选D。

基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物遗传性状。

知识点二基因工程的工具2．下面是3种限制性核酸内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点，切出的断面为黏性末端)。

相关叙述错误的是( )限制酶1：↓GATC 限制酶2：CCC↓GGG限制酶3：G↓GATCCA．不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性B．限制酶2和3识别的序列都包含6个碱基对C．限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同D．能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2解析：选D。

酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，A项正确；据图可知，限制酶2和3识别的序列分别是CCCGGG和GGATCC，均为6个碱基对，故B项正确；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均为GATC，C项正确；限制酶只能识别特定的DNA序列，因此三种限制酶均不能识别和切割RNA中核糖核苷酸序列，故D项错误。

3．对DNA连接酶的功能描述，正确的是( )A．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的化学键连接起来B．在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端C．用于DNA复制时母链与子链间形成氢键D．与DNA聚合酶作用的部位相同，作用对象不同解析：选D。

DNA连接酶作用部位为磷酸二酯键，在基因工程中作用于两个切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯键，作用对象为游离的脱氧核苷酸。

4．下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是( )答案：C5．如图为重组质粒形成示意图。

第1课时基因工程的发展历程和工具学习导航明目标、知重点难点○1了解基因工程的概念、诞生及发展。

○2掌握限制酶及DNA连接酶的作用。

（重、难点）○3理解载体需具备的条件。

（难点）一、阅读教材P7～9第三段完成基因工程发展历程的相关问题1．理论与技术基础(1)沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型。

(2)科恩伯格及其合作者首次在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶。

(3)梅塞尔森和斯塔尔发现了DNA半保留复制的机理。

(4)克里克提出了描述遗传信息流向的中心法则。

(5)尼伦伯格和霍拉纳等破译了全部64种遗传密码。

(6)罗思和赫林斯基发现细菌拟核外的质粒具有自我复制能力，并能在细菌细胞之间转移。

(7)在大肠杆菌细胞中发现了DNA连接酶。

(8)特明和巴尔的摩发现了逆转录酶，证明遗传信息也可以从RNA反向传递到DNA。

(9)史密斯等人分离到第一种特异性很强的限制性核酸内切酶。

2．基因工程(1)概念：在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术，又称为DNA重组技术。

(2)诞生事件：1973年，斯坦福大学科学家科恩等将两种不同来源的DNA分子进行体外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达。

(3)发展阶段：1973～1976年为开始期；1977年生产出生长抑制素释放因子，到1981年为发展期； 1983年通过农杆菌转化法培育出世界上首例转基因植物——转基因烟草，以后为迅猛发展期。

二、阅读教材P9第四段～P12分析基因工程的工具——酶与载体1．“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(1)能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。

(2)在合适的反应条件下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。

(3)切割出黏性或平口末端。

2．“分子针线”——DNA连接酶连接两个DNA片段形成两个磷酸二酯键成为一个重组DNA。

专题一 1.1 DNA重组技术的基本工具1、教材分析《DNA重组技术的基本工具》是人教版生物选修三专题一《基因工程》的第一节，本节内容主要是介绍了DNA重组技术的三种基本工具，是学习《基因工程的基本操作程序》的基础和前提。

2、教学目标1．知识目标：（1）简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。

（2）简述DNA重组技术所需的三种基本工具。

2．能力目标：运用所学DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型。

3．情感、态度和价值观目标：（1）关注基因工程的发展。

（2）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

3、教学重点和难点1、教学重点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

2、教学难点基因工程载体需要具备的条件。

4、学情分析学生在必修课中已经学习过关于基因工程的基础知识，对于本部分内容已经有了初步了解，所以学习起来应该不会有太大的困难。

5、教学方法1、学案导学：见学案。

2、新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习6、课前准备1．学生的学习准备：预习《DNA重组技术的基本工具》，初步把握DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

七、课时安排：1课时一、教学过程(一) 预习检查、总结疑惑。

检查学生落实预习情况并了解学生的疑惑，使教学具有针对性。

（二）情景导入、展示目标。

教师首先提问：A.我们以前在哪部分学习过基因工程？（必修二从杂交育种到基因工程）B.回想一下，转基因抗虫棉是怎样培育出来的？经过了哪些主要步骤？（实质是基因工程的基本操作程序：目的基因的获取，基因表达载体的构建，将目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定）从这节课开始，我们将深入学习基因工程，今天我们来学习DNA重组技术的基本工具。

我们来看本节课的学习目标。

（多媒体展示学习目标，强调重难点）（三）合作探究、精讲点拨。

第1课时基因工程的发展历程和工具［学习导航］1.结合教材P7〜9,简述基因工程的发展历程。

2.结合教材B〜12,举例说出限制性核酸内切酶和DNA1接酶的作用、特点。

3.概述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。

［重难点击］基因工程的基本工具的作用和特点。

----------------------------- 课堂导入］方式一抗虫棉的研究开发是我国发展农业转基因技术，打破跨国公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。

抗虫棉的应用使棉铃虫得到了有效控制，使杀虫剂用量降低了70%^ 80%有效保护了农业生态环境，减少了农民喷药中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。

师：要实现抗虫基因在棉花中的表达，提前要做哪些关键工作？生：要将抗虫基因切割下来；要将抗虫基因整合到棉花的DNA上。

师：这里存在一个基因转移的实际问题，就是如何将控制抗虫的基因转入棉花细胞的问题。

师：中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活儿”。

科学家们在实施基因工程之前，苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。

这三种“金刚钻儿”是什么？有什么特点和具体作用？下面我们就来学习这方面的内容。

方式二科学设想，能否让禾本科植物也能固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？经过多年努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术一一基因工程。

这一技术是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。

这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！一、基因工程的发展历程EI基础梳理夯实基础突破疊直i •理论与技术基础的发展1953年：沃森和克里克建立DNA分子双螺旋结构模型。

1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。

1958年：梅塞尔森和斯塔尔发现DNA半保留复制的机理。

克里克提出中心法则。

1961〜1966年：尼伦伯格等破译遗传密码。

高中生物第一章基因工程 1.1.1 基因工程概述导学案苏教版选修3基因工程是一门涉及生命科学、工程学和化学等多学科交叉的科学技术，它的发展对于人类社会和生物领域的进步具有重要意义。

本文将从基因工程的概念、起源、发展和应用等方面进行探讨。

一、基因工程的概念和起源基因工程，又称基因工艺、基因技术，是指通过对生物体内的基因进行操作和改造，使其具有新的功能或特性的一种技术手段。

它是以DNA 为基础，通过人工手段对DNA分子的序列进行编辑和改造，实现对生物体的基因组进行精准操纵和设计。

基因工程起源于20世纪70年代，当时科学家发现可以将DNA从一种生物体转移到另一种生物体中，从而改变目标生物体的遗传特性。

这一发现引发了科学界对基因工程的浓厚兴趣，世界各地的科研机构开始投入大量资源进行相关研究和实践。

二、基因工程的发展基因工程经过几十年的发展，已经取得了显著的成果。

首先，基因工程技术的研究手段不断完善，包括基因克隆、DNA测序、基因编辑等技术的出现，大大提高了对基因进行操作的效率和精确度。

其次，基因工程在农业领域的应用取得了重要进展。

通过基因工程技术，科学家们成功培育出抗病虫害、耐逆性强的转基因作物，为农业生产提供了有效的手段。

转基因作物不仅可以提高产量和品质，还可以减少农药的使用，降低对环境的污染。

此外，基因工程在医学领域的应用也取得了突破。

通过基因工程技术，科学家们成功研发出多种基因治疗药物，并在一些遗传性疾病的治疗中取得了显著效果。

基因工程还可以用于生物制药、肿瘤治疗等领域，为人类健康事业做出了重大贡献。

三、基因工程的应用前景基因工程在农业、医学以及环境等领域具有广阔的应用前景。

在农业领域，基因工程可以为传统农业带来巨大的改变，提高粮食产量、改良食品品质、提升作物的抗逆性等。

这将有助于解决全球粮食安全问题，提高农业可持续发展能力。

在医学领域，基因工程有望开启个性化医疗的新时代。

通过基因检测和基因治疗手段，可以针对个体特征进行精准诊断和治疗，提高疾病的早期发现和治愈率。

第1课时基因工程的发展历程和工具［学习目标］1.说出基因工程诞生的理论与实践依据、发展阶段和基因工程的含义及主要实验成果。

2.举例说出限制性核酸内切酶的作用、特点。

3.举例说出DNA连接酶的作用。

4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用■基础知识导学-------------------- 一、基因工程的发展历程1 .基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。

阅读教材，填写下表：培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“剪切”和“拼接”，然后导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达（如图）。

由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。

操作环境生物体外操作水平DNA分子水平技术手段DNA重组和转基因等技术目的创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品(1) 配对的碱基之间是如何连接的？什么条件会使该类化学键发生断裂？答案碱基配对时，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。

可用解旋酶断裂,也可咼温断裂。

(2) 磷酸与脱氧核糖是如何连接的？该化学键的名称是什么？答案每个脱氧核糖上连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上。

磷酸与脱氧核糖之间的化学键为磷酸二酯键。

二、基因工程的工具酶1 •“分子手术刀”一一限制性核酸内切酶(限制酶)(1)限制酶主要来源于什么生物？大约有多少种？答案主要是从近300种微生物中分离纯化出来的。

迄今从微生物中分离出了约4000种限制酶。

⑵限制酶的功能特点是什么？其作用部位是什么化学键？答案特异性很高，能够识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列，其作用部位是每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。

⑶限制酶所识别的序列有何特点？答案大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有一些限制酶的识别序列由4、5或8 个核苷酸组成。

识别序列中一般具有回文序列。

⑷按照限制酶切割方式的不同，可分为错位切和平切两种。

第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程基因操作（gene manipulation）：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。

基因工程（gene engineering）：通过工具酶，在体外将目的基因、基因片段或其它DNA元件进行切割，与适当的载体进行连接和重组，导入相应受体细胞，并使外源基因进行复制和表达，定向改造受体生物性状或获得表达产物。

基因操作与基因工程的关系：基因操作的核心是基因重组（gene recombination）技术，基因工程是基因操作、基因重组的核心内容和主要目的。

基因工程的遗传学效果：受体生物发生遗传信息或遗传性状的变化并能稳定遗传给下一代。

第二节基因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础遗传因子、基因：是遗传信息的基本单位。

从物质结构上看，基因是染色体组核酸分子。

基因（gene）是作为遗传物质的核酸分子上的一段片段并具有遗传学功能，可以是连续的，也可以是不连续的，可以是DNA也可以是RNA，可以存在于染色体上，也可存在于染色体之外（如质粒、噬菌体等）。

基因工程的理论基础：⑴. 明确了遗传信息的携带者—基因的载体是DNA，明确了遗传的物质基础。

⑵. DNA分子的双螺旋结构和半保留复制模型得以阐明，解决了基因的自我复制和传递问题。

⑶. 中心法则、操纵子学说的提出以及遗传密码子的破译，解决了遗传信息的流向和表达问题。

(4). 遗传物质基础和中心法则的通用性决定了基因工程原理和技术在生物界普遍适用，尤其是可以实现跨越任何物种界限的遗传成分转移。

自此，从理论上讲，基因工程已有可能成为现实基因工程的技术基础：⑴. DNA体外切割和连接技术（限制性内切核酸酶和DNA连接酶的发现与应用，标志着DNA重组时代的开始）。

⑵. 克隆载体的发展与应用。

⑶. 大肠杆菌转化体系的建立。

⑷. 琼脂糖电泳技术的应用。

⑸. DNA测序技术的应用。

⑹. 核酸杂交技术的应用。

第一章基因工程基因工程是狭义的遗传工程，遗传工程的核心是构建重组DNA分子。

基因工程也称为“重组DNA技术”。

第一节工具酶的发现和基因工程的诞生基因工程的理论基础：DNA是遗传物质，DNA的双螺旋结构，以及遗传信息的传递方式。

基因工程的技术保障：限制性核酸内切酶，DNA连接酶和质粒载体发现与应用。

一、限制性核酸内切酶：能够识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列的酶。

（平末端和黏性末端）限制性核酸内切酶可作为切割DNA分子的手术刀，它的发现和应用，使DNA重组成为可能。

二、DNA连接酶：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成的DNA分子称为重组DNA分子。

DNA连接酶具有缝合DNA片段的作用。

三、质粒：能够自主复制的双链环状DNA分子，它们在细菌中以独立于大型DNA分子之外的方式存在，是一种特殊的遗传物质。

最常用的是大肠杆菌的质粒，其含有抗生素抗性基因。

标志基因工程诞生的试验：通过重组，使大肠杆菌同时具有四环素和卡那霉素的抗性。

四、基因工程的载体载体是运载外源DNA进入宿主细胞的车子，即运载工具。

除质粒外，基因工程载体还有入噬菌体、植物病毒和动物病毒。

入噬菌体：将外源基因载入大肠杆菌等宿主细胞。

植物病毒：将外源基因带入植物细胞。

动物病毒：将外源基因带入动物细胞。

第二节基因工程的原理和技术基因工程的基本原理是让人们感趣的基因（目的基因）在宿主细胞中稳定和高效表达。

基因工程的基本要素：工具酶、目的基因、载体和宿主细胞。

基因工程的基本操作步骤：A目的基因的获得；B重组DNA的形成；C重组DNA导入受体细胞（宿主细胞）；D筛选含有目的基因的受体细胞；E目的基因的表达。

一、获得目的基因目的基因序列已知：化学合成方法合成目的基因，PCR扩增目的基因。

目的基因序列未知：构建基因文库。

二、形成重组DNA分子用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体，两者形成相同的黏性末端，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接在一起，形成重组DNA分子。

第一章基因工程概述1。

什么是基因工程，基因工程的基本流程?基因工程（Genetic engineering）原称遗传工程。

从狭义上讲，基因工程是指将一种或多种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体)内,使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状.因此，供体、受体和载体称为基因工程的三大要素。

1。

分离目的基因2。

限制酶切目的基因与载体3。

目的基因和载体DNA在体外连接4。

将重组DNA分子转入合适的宿主细胞，进行扩增培养5.选择、筛选含目的基因的克隆6。

培养、观察目的基因的表达第二章基因工程的载体和工具酶1. 基因工程载体必须满足哪些基本条件?➢具有对受体细胞的可转移性或亲和性.➢具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。

➢具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点。

➢具有合适的筛选标记。

➢分子量小,拷贝数多。

➢具有安全性。

2。

质粒载体有什么特征，有哪些主要类型？1、自主复制性2、可扩增性3、可转移性4、不相容性主要类型有1.克隆质粒2.测序质粒3。

整合质粒4.穿梭质粒5。

探针质粒6。

表达质粒3. 质粒的构建(1)删除不必要的 DNA 区域，尽量缩小质粒的分子量，以提高外源 DNA 片段的装载量。

一般来说，大于20Kb 的质粒很难导入受体细胞，而且极不稳定。

（2）灭活某些质粒的编码基因，如促进质粒在细菌种间转移的 mob 基因，杜绝重组质粒扩散污染环境，保证 DNA 重组实验的安全，同时灭活那些对质粒复制产生负调控效应的基因，提高质粒的拷贝数（3)加入易于识别的选择标记基因，最好是双重或多重标记，便于检测含有重组质粒的受体细胞。

（4）在选择性标记基因内引入具有多种限制性内切酶识别及切割位点的 DNA序列，即多克隆接头（Polylinker），便于多种外源基因的重组，同时删除重复的酶切位点，使其单一化,以便环状质粒分子经酶处理后，只在一处断裂,保证外源基因的准确插入。

（5)根据外源基因克隆的不同要求，分别加装特殊的基因表达调控元件。