1、基因工程NA重組技術(shù)的基本工具教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段和方法預(yù)期目標(biāo)1.創(chuàng)設(shè)情境，引入對基因重組技術(shù)工具的學(xué)習(xí)。2.學(xué)習(xí) “分子手術(shù)刀”限制酶。3.學(xué)習(xí)“分子縫合針”DNA連接酶。4.學(xué)習(xí)“分子運輸車”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。5.布置作業(yè)。師：1973年轉(zhuǎn)基因微生物轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問世；1980年第一個轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因小鼠誕生；1983年第一例轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草出現(xiàn)，實現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達(dá)。同學(xué)們，性狀的表達(dá)與我們從前學(xué)過的什么過程有關(guān)？生：與基因控制蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。師：假若這是一個DNA上的能指導(dǎo)合成某種藥物蛋白的基因(老師用手指出紙條上的該區(qū)段)，而這是一條煙草的D

2、NA(老師拿出另一紙條)。同學(xué)們分析，要實現(xiàn)藥物基因在煙草中的表達(dá)，提前要做哪些關(guān)鍵工作？生：1. 要將藥物基因切割下來；2. 要將藥物基因整合到煙草的DNA上。師：同學(xué)們說得對！但還應(yīng)該實際考慮問題，這兩條紙帶所代表的DNA是在同一個細(xì)胞中嗎？生：不是。師：所以這里就存在一個基因轉(zhuǎn)移的實際問題，誰能具體說一下？生：就是如何將控制合成藥物的基因轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞的問題。師：同學(xué)們思考的問題，正是科學(xué)家們思考的問題。剛才我們所探討的工作，都是在分子水平上進(jìn)行的，切割也好，連接也好，轉(zhuǎn)移也好，無一例外。中國有句俗語叫“沒有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”?？茖W(xué)家們在實施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實施基因

3、工程的三種“金剛鉆兒”，使基因工程的設(shè)想成為了現(xiàn)實。這三種“金剛鉆兒”，一是準(zhǔn)確切割DNA的工具，“分子手術(shù)刀”限制酶；二是DNA片段的連接工具，“分子縫合針”DNA連接酶；三是基因轉(zhuǎn)移工具，“分子運輸車”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。下面我們就來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。師：在進(jìn)入對限制酶的學(xué)習(xí)時，你們可能最關(guān)心的是這種工具酶到哪里去尋找。我們不妨從以往學(xué)過的知識談起，引起思考。自然界中有各種生物，它們所處的環(huán)境不是真空。一些生物的DNA可能進(jìn)入另一種生物的細(xì)胞中。這種可能，同學(xué)們可用什么實例來說明？生：噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。師：那么現(xiàn)今存在的生物為什么沒有在長期的進(jìn)化過程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能

4、保持一種穩(wěn)定狀態(tài)呢？生：生物體有的有免疫系統(tǒng)，如動物；有的有保護(hù)作用的組織、器官，如植物。師：那么作為單細(xì)胞的生物來講，怎么會有那么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)？它如何來抵抗入侵的外源DNA，保護(hù)自身呢？生：只有讓外來的DNA失效，才能保護(hù)自身。師：那么怎樣才能讓DNA失效？生：用DNA酶，因為在必修課本中學(xué)過。師：用DNA酶，那么生物自身的DNA不也要失效了嗎？生：一種特殊的酶，能切割外來的DNA，而對自身不切割。師：根據(jù)你們的分析可知，這種酶可能是一種不同于DNA酶的、我們還沒有認(rèn)識的酶。我們討論至此，同學(xué)們是否有了從哪里獲得這種酶的意向？生：到單細(xì)胞的生物中去找。師：科學(xué)家的基本意向也和同學(xué)們一樣。

5、單細(xì)胞生物比多細(xì)胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進(jìn)化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶。科學(xué)家們經(jīng)過不懈的努力，終于從原核生物中分離純化出這種酶，叫做限制酶。迄今已從近300種微生物中分離出4 000種限制酶。這種酶與我們以前知道的DNA酶的作用是不同的。請同學(xué)們看書，學(xué)習(xí)限制酶特有的作用。師：書中告訴我們這種特殊的酶有什么作用？生：它們能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。師：以上這句話，說出了兩層意思。一是識別特定核苷酸序列。請同學(xué)們看圖，EcoRI只能識別GAATTC的核苷酸序列，SmaI只識別CCCGGG的核苷

6、酸序列。第二層意思是從特定部位的兩個核苷酸之間切開。請同學(xué)們看圖，EcoRI就從G和A之間切開，SmaI就從C和G之間切開。師：剛才我們提到科學(xué)家們已經(jīng)分離出4 000多種限制酶。由于酶的不同，它們識別的特定核苷酸序列也不同，這樣就為我們切割DNA提供了多種特定的“手術(shù)刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能，請同學(xué)看圖回答。生：一種形成黏性末端，一種形成平末端。師：那么這兩種末端是如何形成的呢？請從書中找到答案。生：限制酶在它識別序列的中心位置兩側(cè)將DNA兩條單鏈分割開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產(chǎn)生平末端。師：切斷的DNA片段要與受體細(xì)胞的DNA連接，同學(xué)們根據(jù)以往學(xué)

7、習(xí)的經(jīng)驗，能說出用什么酶嗎？生：用DNA復(fù)制中的DNA聚合酶。師：同學(xué)們想到用DNA聚合酶是很正常的，但是現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)的這種連接與DNA復(fù)制中的連接有所不同。請看書后議論，由同學(xué)來回答。生：DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來，而DNA聚合酶則是將一個個脫氧核苷酸連接起來。師：同學(xué)們說得對，但還不深刻。比如剛才說DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來，就是說DNA連接酶是同時連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只是在單鏈上將一個個脫氧核苷酸連接起來。相同之處都是通過形成磷酸二酯鍵來連接的。請同學(xué)們在圖中正確指出其位置。師：開始時，我們學(xué)習(xí)了限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)

8、生平末端。那么恢復(fù)它們的連接，所用DNA連接酶是否可以不加選擇？同學(xué)們應(yīng)從書中求得真知，自己解答這個問題。生：應(yīng)該有所選擇。因為Ecoli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間連接起來。 T4 DNA連接酶既可“縫合”雙鏈黏性末端， 也可“縫合”雙鏈DNA的平末端， 但平末端之間連接的效率比較低。師：單純的DNA片段是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，所以我們將切割下來的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞就需要有一個“分子運輸車”幫助。不是任何的“分子運輸車”都可以用來作目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體的。其中的理由要從實際情況出發(fā)考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。1

9、.假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣？2.作為載體沒有切割位點將怎樣？3.目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺？4.如果載體對受體細(xì)胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？生：1.導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因不能復(fù)制，將在細(xì)胞增殖中丟失。2.載體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。3.如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，這樣，在載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，就可通過標(biāo)記基因的表達(dá)來檢測。4.載體對受體有害，將影響受體細(xì)胞新陳代謝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的目的基因也無立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。師：可見以上內(nèi)容，都是在選擇合適載體時必須考慮的。請同學(xué)們閱讀課文，歸納出充當(dāng)基因進(jìn)入受體細(xì)胞載體的必要條件

10、。生：1. 能自我復(fù)制；2. 有切割位點；3. 有遺傳標(biāo)記基因；4. 對受體細(xì)胞無害、易分離。師：目前通常利用的載體是“質(zhì)粒”。質(zhì)粒是能“友好”寄宿在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認(rèn)識質(zhì)粒，尤其要在質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現(xiàn)。生：找到“復(fù)制原點”說明質(zhì)粒能復(fù)制并能帶著插入的目的基因一起復(fù)制。找到“目的基因的插入位點”說明質(zhì)粒有切割位點。找到“氨芐青霉素抗性基因”說明有標(biāo)記基因的存在，將來可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。找到此質(zhì)粒來自大腸桿菌說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復(fù)制個體中分離出來。1.完成書后練習(xí)題。2.認(rèn)真完成

11、模擬制作DNA重組模型。希望大家動手、動腦協(xié)調(diào)配合，體會每一步驟在基因重組中的真實含義。最后結(jié)束時加強反思，回答書中提出的兩個問題。 拿出兩種不同顏色的等寬的紙條。學(xué)生討論。第三個內(nèi)容不好回答，教師要引導(dǎo)。贊揚也是教育的一種方式。引導(dǎo)大家思考。學(xué)生討論。討論中及時發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新思維的學(xué)生，鼓勵發(fā)表意見。學(xué)生再次議論。及時鼓勵學(xué)生。學(xué)生看書。教師點撥。學(xué)生看插圖。學(xué)生看書。學(xué)生看書，接著議論。教師點撥。利用插圖?？磿鴮W(xué)習(xí)。將局部問題整合到實際工作的全過程中思考。學(xué)生討論。學(xué)生歸納。學(xué)生結(jié)合插圖尋找。課內(nèi)與課外結(jié)合。聯(lián)系舊知識，使學(xué)生認(rèn)識到基因工程也是建立在基因控制蛋白質(zhì)合成的基礎(chǔ)理論上的，不可割裂。

12、抽象變直觀，增強誘思的效果。使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)的發(fā)展有賴于技術(shù)的創(chuàng)新。以上教學(xué)也是將三種操作工具整合到一個完整的過程之中。將直白的教學(xué)內(nèi)容變得有思維力度。培養(yǎng)學(xué)生思維的創(chuàng)造性。以上教學(xué)改變直白的教學(xué)方式，通過誘思，提高學(xué)生的思維能力。引導(dǎo)學(xué)生與DNA酶作對比，在比較中準(zhǔn)確認(rèn)識限制酶。讓文字與插圖結(jié)合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現(xiàn)。聯(lián)系舊知識，提供一個比較的對象，在比較中加深對DNA連接酶的認(rèn)識。提高學(xué)生思維的深刻性。準(zhǔn)確認(rèn)識DNA連接酶的作用部位。解決本課的難點。提出問題，誘導(dǎo)思考，解決難點。培養(yǎng)思維的廣闊性。培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力。利用插圖加深對載體必須具備條件的認(rèn)識。體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確運用

13、。在運用中加深對基礎(chǔ)知識的深層經(jīng)典例題剖析下圖表示限制酶切割某DNA的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列及切點是( )ACTTAAG，切點在C和T之間 BCTTAAG，切點在G和A之間CGAATTC，切點在G和A之間 DCTTAAC，切點在C和T之間【解析】 由圖不難看出該限制酶識別的堿基序列是GAATTC，切點是G與A之間。答案C基礎(chǔ)試題訓(xùn)練1在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”、“針線”和“載體”分別是指( )A.大腸桿菌病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶 B.噬菌體、質(zhì)粒、DNA連接酶 C.DNA限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒 D.DNA限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒2不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理

14、由是 ( )A能復(fù)制 B.有多個限制酶切點 C具有標(biāo)記基因 D它是環(huán)狀DNA3下列四條DNA分子，彼此間間具有粘性末端的一組是 ( )T A G GC C A TT A C CG G T A ABCD4質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，它的主要特點是能自主復(fù)制 不能自主復(fù)制 結(jié)構(gòu)很小 蛋白質(zhì) 環(huán)狀RNA 環(huán)狀DNA 能“友好”地“借居”AB CD5有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是 ( )ADNA連接酶將黏性未端的堿基對連接起來B限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得C目的基因須由載體導(dǎo)入受體細(xì)胞D人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶6實施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來，這要利用限性

15、內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別DNA子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應(yīng)用了酶的()A高效性 B.專一性C多樣性 D.催化活性受外界條件影響7人們常選用的細(xì)菌質(zhì)粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是() A . 提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐藥性B. 有利于對目的基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測C. 增加質(zhì)粒分子的分子量D便于與外源基因連接8下列屬于基因運載體所必須具有的條件是(多選) ( )A、具有某些標(biāo)志基因B、具有環(huán)狀的DNA分子C、能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制D、具有多種限制性內(nèi)切酶9下列哪些可作為基因工程技術(shù)中常用的基因運載工具(多選) ( )A大腸桿菌 B 質(zhì)粒C動物病毒

16、D 線粒體 10在重組DNA技術(shù)中，不常用到的酶是A、限制性內(nèi)切酶 B、DNA聚合酶C、DNA連接酶 D、反轉(zhuǎn)錄酶11多數(shù)限制性核酸內(nèi)切酶切割后的DNA末端為A、平頭末端 B、3突出末端 C、5突出末端 D、粘性末端12在基因工程中通常所使用的質(zhì)粒是A、細(xì)菌的染色體DNA B、細(xì)菌染色體外的DNAC、病毒染色體DNA D、噬菌體DNA13(2006深圳一?？碱})研究人員想將生長激素基因通過質(zhì)粒介導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，以表達(dá)產(chǎn)生生長激素。已知質(zhì)粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大腸桿菌不帶任何抗性基因，則篩選獲得“工程菌”的培養(yǎng)基中的抗

17、抗生素首先應(yīng)該A、僅有鏈霉素 B、僅有氨芐青霉素C、同時有鏈霉素和氨芐青霉素 D、無鏈霉素和氨芐青霉素14(05全國)鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是A. 解旋酶 B. DNA連接酶 C. 限制性內(nèi)切酶 D、RNA聚合酶創(chuàng)新應(yīng)用訓(xùn)練1.番茄在運輸和貯藏過程中，由于過早成熟而易腐爛。應(yīng)用基因工程技術(shù)，通過抑制某種促進(jìn)果實成熟激素的合成，可使番茄貯藏時間延長，培育成耐貯藏的番茄新品種。這種轉(zhuǎn)基因番茄已于1993年在美國上市，請回答：(1)促進(jìn)果實成熟的重要激素是_。(2)在培育轉(zhuǎn)基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是_，基因的“針線”是_，基因的“運輸工具”是_。(3)與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程來培育新品種的主要優(yōu)點是_、_和_。2、(05天津理綜)限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點是_GGATCC_，限制性內(nèi)切酶的識別序列和切點是_GATC_。在質(zhì)粒上有酶的一個切點，在目的基因的兩側(cè)各有一個酶的切點。(1)請畫出質(zhì)粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。(2)請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶切割后所