資源簡介

專題1.1 DNA重組技術的基本工具
教學
過程
教學內容
教學手段
和方法
預期
目標
1.創設情境，引入對基因重組技術工具的學習。
2.學習 “分子手術刀”──限制酶。
3.學習“分子縫合針”──DNA連接酶。
4.學習“分子運輸車”──基因進入受體細胞的載體。
5.布置作業。
師：1973年轉基因微生物──轉基因大腸桿菌問世；1980年第一個轉基因動物──轉基因小鼠誕生；1983年第一例轉基因植物──轉基因煙草出現，實現了一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達。
同學們，性狀的表達與我們從前學過的什么過程有關？
生：與基因控制蛋白質的合成有關。
師：假若這是一個DNA上的能指導合成某種藥物蛋白的基因(老師用手指出紙條上的該區段)，而這是一條煙草的DNA(老師拿出另一紙條)。同學們分析，要實現藥物基因在煙草中的表達，提前要做哪些關鍵工作？
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：同學們說得對！但還應該實際考慮問題，這兩條紙帶所代表的DNA是在同一個細胞中嗎？
生：不是。
師：所以這里就存在一個基因轉移的實際問題，誰能具體說一下？
生：就是如何將控制合成藥物的基因轉入煙草細胞的問題。
師：同學們思考的問題，正是科學家們思考的問題。剛才我們所探討的工作，都是在分子水平上進行的，切割也好，連接也好，轉移也好，無一例外。中國有句俗語叫“沒有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”。科學家們在實施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實施基因工程的三種“金剛鉆兒”，使基因工程的設想成為了現實。這三種“金剛鉆兒”，一是準確切割DNA的工具，“分子手術刀”──限制酶；二是DNA片段的連接工具，“分子縫合針”──DNA連接酶；三是基因轉移工具，“分子運輸車”──基因進入受體細胞的載體。下面我們就來學習這方面的內容。
師：在進入對限制酶的學習時，你們可能最關心的是這種工具酶到哪里去尋找。我們不妨從以往學過的知識談起，引起思考。自然界中有各種生物，它們所處的環境不是真空。一些生物的DNA可能進入另一種生物的細胞中。這種可能，同學們可用什么實例來說明？
生：噬菌體侵染細菌的實驗。
師：那么現今存在的生物為什么沒有在長期的進化過程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能保持一種穩定狀態呢？
生：生物體有的有免疫系統，如動物；有的有保護作用的組織、器官，如植物。
師：那么作為單細胞的生物來講，怎么會有那么復雜的結構和系統？它如何來抵抗入侵的外源DNA，保護自身呢？
生：只有讓外來的DNA失效，才能保護自身。
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、我們還沒有認識的酶。我們討論至此，同學們是否有了從哪里獲得這種酶的意向？
生：到單細胞的生物中去找。
師：科學家的基本意向也和同學們一樣。單細胞生物比多細胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶。科學家們經過不懈的努力，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。請同學們看書，學習限制酶特有的作用。
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。請同學們看圖，EcoRI只能識別GAATTC的核苷酸序列，SmaI只識別CCCGGG的核苷酸序列。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：剛才我們提到科學家們已經分離出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“手術刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能，請同學看圖回答。
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生平末端。
師：切斷的DNA片段要與受體細胞的DNA連接，同學們根據以往學習的經驗，能說出用什么酶嗎？
生：用DNA復制中的DNA聚合酶。
師：同學們想到用DNA聚合酶是很正常的，但是現在我們學習的這種連接與DNA復制中的連接有所不同。請看書后議論，由同學來回答。
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。請同學們在圖中正確指出其位置。
師：開始時，我們學習了限制酶切割后有兩種不同的結果，一種產生黏性末端，一種產生平末端。那么恢復它們的連接，所用DNA連接酶是否可以不加選擇？同學們應從書中求得真知，自己解答這個問題。
生：應該有所選擇。因為E·coli 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片段是很難導入受體細胞的，所以我們將切割下來的目的基因導入受體細胞就需要有一個“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入受體細胞的載體的。其中的理由要從實際情況出發考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。
1.假如目的基因導入受體細胞后不能復制將怎樣？
2.作為載體沒有切割位點將怎樣？
3.目的基因是否進入受體細胞，你如何去察覺？
4.如果載體對受體細胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？
生：1.導入受體細胞的目的基因不能復制，將在細胞增殖中丟失。
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記基因，這樣，在載體進入受體細胞后，就可通過標記基因的表達來檢測。
4.載體對受體有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉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：可見以上內容，都是在選擇合適載體時必須考慮的。請同學們閱讀課文，歸納出充當基因進入受體細胞載體的必要條件。
生：1. 能自我復制；
2. 有切割位點；
3. 有遺傳標記基因；
4. 對受體細胞無害、易分離。
師：目前通常利用的載體是“質粒”。質粒是能“友好”寄宿在細菌細胞內的小型的環狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認識質粒，尤其要在質粒載體結構模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現。
生：找到“復制原點”──說明質粒能復制并能帶著插入的目的基因一起復制。
找到“目的基因的插入位點”──說明質粒有切割位點。
找到“氨芐青霉素抗性基因”──說明有標記基因的存在，將來可用含青霉素的培養基鑒別。
找到此質粒來自大腸桿菌──說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復制個體中分離出來。
1.完成書后練習題。
2.認真完成模擬制作──DNA重組模型。希望大家動手、動腦協調配合，體會每一步驟在基因重組中的真實含義。最后結束時加強反思，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。
學生討論。
第三個內容不好回答，教師要引導。
贊揚也是教育的一種方式。
引導大家思考。
學生討論。
討論中及時發現有創新思維的學生，鼓勵發表意見。學生再次議論。
及時鼓勵學生。
學生看書。
教師點撥。
學生看插圖。
學生看書。
學生看書，接著議論。
教師點撥。
利用插圖。
看書學習。
將局部問題整合到實際工作的全過程中思考。
學生討論。
學生歸納。
學生結合插圖尋找。
課內與課外結合。
聯系舊知識，使學生認識到基因工程也是建立在基因控制蛋白質合成的基礎理論上的，不可割裂。
抽象變直觀，增強誘思的效果。
使學生認識到科學的發展有賴于技術的創新。
以上教學也是將三種操作工具整合到一個完整的過程之中。
將直白的教學內容變得有思維力度。
培養學生思維的創造性。
以上教學改變直白的教學方式，通過誘思，提高學生的思維能力。
引導學生與DNA酶作對比，在比較中準確認識限制酶。
讓文字與插圖結合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現。
聯系舊知識，提供一個比較的對象，在比較中加深對DNA連接酶的認識。
提高學生思維的深刻性。
準確認識DNA連接酶的作用部位。
解決本課的難點。
提出問題，誘導思考，解決難點。
培養思維的廣闊性。
培養學生的歸納能力。
利用插圖加深對載體必須具備條件的認識。
體現基礎知識的準確運用。在運用中加深對基礎知識的深層
經典例題剖析
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( )
A．CTTAAG，切點在C和T之間 B．CTTAAG，切點在G和A之間
C．GAATTC，切點在G和A之間 D．CTTAAC，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
基礎試題訓練
1．在基因工程中，科學家所用的“剪刀”、“針線”和“載體”分別是指( )
A.大腸桿菌病毒、質粒、DNA連接酶 B.噬菌體、質粒、DNA連接酶
C.DNA限制酶、RNA連接酶、質粒 D.DNA限制酶、DNA連接酶、質粒
2．不屬于質粒被選為基因運載體的理由是 ( )
A．能復制 　　B.有多個限制酶切點 　C．具有標記基因 　 D．它是環狀DNA
3．下列四條DNA分子，彼此間間具有粘性末端的一組是 ( )
① ②
③ ④　
A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．②④
4．質粒是基因工程中最常用的運載體，它的主要特點是
①能自主復制 ②不能自主復制 ③結構很小 ④蛋白質 ⑤環狀RNA ⑥環狀DNA ⑦能“友好”地“借居”
A．①③⑤⑦ B．①④⑥ C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦
5．有關基因工程的敘述中，錯誤的是 (　 )
A．DNA連接酶將黏性未端的堿基對連接起來
B．限制性內切酶用于目的基因的獲得
C．目的基因須由載體導入受體細胞
D．人工合成目的基因不用限制性內切酶
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胞內分離出來，這要利用限性內切酶。一種限制性內切酶能識別DNA子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應用了酶的(　)
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．人們常選用的細菌質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 . 提高受體細胞在自然環境中的耐藥性
B. 有利于對目的基因是否導入進行檢測
C. 增加質粒分子的分子量
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、具有某些標志基因
B、具有環狀的DNA分子
C、能夠在宿主細胞內復制
D、具有多種限制性內切酶
9．下列哪些可作為基因工程技術中常用的基因運載工具(多選) ( )
A．大腸桿菌 B． 質粒
C．動物病毒 D． 線粒體
10．在重組DNA技術中，不常用到的酶是
A、限制性內切酶?? B、DNA聚合酶
C、DNA連接酶??????? ?? D、反轉錄酶
11．多數限制性核酸內切酶切割后的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粒是
A、細菌的染色體DNA?? B、細菌染色體外的DNA
C、病毒染色體DNA??? D、噬菌體DNA
13．(2006深圳一模考題)研究人員想將生長激素基因通過質粒介導入大腸桿菌細胞內，以表達產生生長激素。已知質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”的培養基中的抗抗生素首先應該
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Ⅰ)鐮刀型細胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發生了改變。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. 限制性內切酶 D、RNA聚合酶
創新應用訓練
1.番茄在運輸和貯藏過程中，由于過早成熟而易腐爛。應用基因工程技術，通過抑制某種促進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。這種轉基因番茄已于1993年在美國上市，請回答：
(1)促進果實成熟的重要激素是_______。
(2)在培育轉基因番茄的操作中，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點是______、_________和________________________________。
2、(05天津理綜)限制性內切酶Ⅰ的識別序列和切點是_G↓GATCC_，限制性內切酶Ⅱ的識別序列和切點是_↓GATC_。在質粒上有酶Ⅰ的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶Ⅱ的切點。
(1)請畫出質粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。
(2)請畫出目的基因兩側被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。
(3)在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？
基礎試題訓練
1、D 2、D 3、D 4、【解析】 質粒是細胞染色體外能夠自主復制的很小的環狀的DNA分子，它能“友好”地“借居”在宿主細胞中。【答案】C 5、A 6、B 7、B 8、AC 9、BC 10、 11、D 12、B 13、C 14、C
創新應用訓練
1、(1)乙烯 (2)限制性內切酶 DNA連接酶 載體
(3)目的性強 育種周期短 克服遠源雜交的障礙
2、(1)
(2)
(3)可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互補的)

專題1.2 基因工程的基本操作程序
教學過程
教學內容
教學手段
和方法
預期
目標
1.課前預習，引入對基因工程的基本操作程序的學習。
2.學習目的基因的獲取
2.1從基因文庫中獲取目的基因
2.2利用PCR技術擴增目的基因
3. 學習基因表達載體的構建
4. 將目的基因導入受體細胞
4.1將目的基因導入植物細胞
4.2將目的基因導入動物細胞
4.3將目的基因導入微生物細胞
5. 學習目的基因的檢測與鑒定
6.布置作業
課前準備：通過預習解決以下問題
基因工程的基本操作程序主要包括哪幾個步驟？
試分析每一步驟的必要性。
師：通過預習同學們都能解決第一個問題，基因工程的基本操作程序包括……
生：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。
師：第二個問題我們可以將它拆分成四個小問題逐個兒解決：
為什么要有“目的基因的獲取”這一步？
先請一個同學將基因工程的原理告訴大家。
生：基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。
師：這既是基因工程的原理又是其概念，通過這一表述中的“創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品”你得出什么樣的信息？
生：這是基因工程的優點也是基因工程的目的，可以實現這一目標的只有目的基因，有了目的基因我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。
師：很好，良好的開端等于成功的一半，我們繼續往下分析
為什么要有“表達載體的構建”這一步？
生：構建表達載體的目的是為了使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能表達和發揮作用。(教材P11)
師：看來同學們課前已經進行了精心預習了，那么第三步 “目的基因導入受體細胞”它又是出于什么目的呢？
生：單獨的DNA片段──目的基因是不能穩定遺傳的，含有目的基因的表達載體只有進入受體細胞，并且維持穩定和表達，才能實現一種生物的基因在另一種生物中的轉化。(教材P12)
師：最后一步“目的基因的檢測與鑒定”呢？
生：這是因為目的基因是否真正插入受體細胞的DNA中，是否能夠在受體細胞中穩定遺傳和正確表達，只有通過檢測、鑒定才能得知。(教材P13)
師：看來基因工程的每個操作步驟都是必不可少的，下面我們按照基因工程的操作步驟，對每一程序的相關技術和方法進行學習
一、目的基因的獲取
通俗地講就是將需要的基因從供體生物的細胞內提取出來。閱讀教材9～11頁相關內容，回答下列問題：
什么是目的基因，舉例說明。
生：目的基因主要是指編碼蛋白質的結構基因，例如，與生物抗逆性有關的基因、與優良品質相關的基因、與生物藥物和保健品有關的基因、與毒物降解有關的基因，以及與工業所需用酶相關的基因等。
師：同樣目的基因還可以是一些具有調控作用的因子。目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。
師：獲得目的基因的方法有哪些？
生：可以從基因文庫中獲取目的基因，還可以利用PCR技術擴增目的基因。
師：什么是基因文庫？
生：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。
師：什么是部分基因文庫？
生：只含有一種生物的一部分基因，這樣的基因文庫叫做部分基因文庫。
師：基因文庫包含了某種生物的全部基因，又可稱為基因組文庫，如果將每個基因看成一本書則基因文庫就可以比喻成國家圖書館，這里的資料既多又齊全，而部分基因文庫只包含了該生物的部分基因，如，cDNA文庫，因此部分基因文庫只能比喻成某個市或單位的圖書館。閱讀教材P11的生物技術資料卡，比較cDNA文庫和基因組文庫的區別。
師：怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因？
生：根據基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉錄產物mRNA，以及基因翻譯產物蛋白質等特性來獲取目的基因。
師：很好。除了這種方法我們還可以利用PCR技術擴增目的基因。PCR是聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction)的縮寫，是一項再生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。通過此技術，可獲取大量的目的基因。通過閱讀教材完成下列填空。
原理：____________(DNA的復制)
條件：__________________________(已知基因的核苷酸序列，四種脫氧核苷酸，一對引物，DNA聚合酶)
方式：以______(指數)方式擴增，即___(2n)(n為擴增循環的次數)
結果：__________________________(使目的基因的片段在短時間內成百萬倍地擴增)
過程：a、DNA變性(90℃_96℃)：目的基因DNA受熱變性，__________(氫鍵斷裂)，形成______________(DNA單鏈)。b、退火(復性25℃_65℃)：系統溫度降低，_____(引物)與______(DNA模板)結合，形成局部雙鏈。c、延伸(70℃_75℃)：合成鏈在____________(DNA聚合酶)作用下進行延伸，合成與模板互補的DNA。
師：此外，如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成。
二、基因表達載體的構建
這是實施基因工程的第二步也是基因工程的核心。
1.用一定的_________(限制酶)切割質粒，使其出現一個切口，露出_________(黏性末端)。
2.用_____________(同一種限制酶)切斷目的基因，使其產生__________(相同的黏性末端)。
3.將切下的目的基因片段插入質粒的______(切口)處，再加入適量_______(DNA連接酶)，形成了一個重組DNA分子(重組質粒)
師：看圖1_10基因的表達載體模式圖總結基因表達載體的組成。
生：基因表達載體是由復制原點，目的基因，啟動子，終止子，標記基因
師：它們各自的作用是什么呢？
生：啟動子是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質。
生：終止子位于基因的尾端，是一段特殊結構的DNA短片段，使轉錄在所需要的地方停止下來。
生：標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。
師：并不是所有的基因表達載體都是一樣，根據受體細胞的不同它們也會有相應的變化。
三、將目的基因導入受體細胞
師：將目的基因導入受體細胞的方法，目前開發出來的已有很多種，每種方法都有其利弊，適合于不同的受體細胞，在具體實施過程中，究竟選哪種方法，要根據具體情況而定。
1、將目的基因導入植物細胞
常用的方法有農桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法，閱讀教材P12回答下列問題：
你能說說農桿菌轉化法的大概過程嗎？
根據農桿菌可將目的基因導入雙子葉植物的機理，你能分析出農桿菌不能將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？
生：根瘤農桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產生一些糖類和酚類物質吸引根瘤農桿菌向受傷組織集中，而研究表明這種物質是在雙子葉植物的細胞壁中合成的，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不被根瘤農桿菌侵染的原因。
如果想將一個抗病基因導入單子葉植物，理論上你認為該怎么做？
生：①選擇合適的農桿菌菌株，②加趨化和誘導的物質使農桿菌向植物受傷組織靠攏。
2、將目的基因導入動物細胞
顯微注射技術是轉基因動物中采用最多，也是最為有效的一種將目的基因導入動物細胞的方法。
3、將目的基因導入微生物細胞
思考：為什么選用微生物作為受體細胞？
生：原核生物具有一些其他生物沒有的特點：繁殖快，多為單細胞、遺傳物質相對較少等，因此，早期的基因工程都用原核生物作為受體細胞。
師：大腸桿菌細胞最常用的轉化方法是:
首先用Ca2+ 處理細胞,以增大細菌細胞壁的通透性,使細胞處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態,這種細胞稱為感受態細胞.
第二步是將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態細胞混合,在一定的溫度下促進感受態細胞吸收DNA分子,完成轉化過程.
第二步目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非常快，在很短的時間內就能獲得大量的目的基因。
思考：為什么要用Ca2＋處理細胞？
生：因為大腸桿菌等細菌的細胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2＋處理，以增加細菌細胞壁的通透性。
四、目的基因的檢測與鑒定
師：受體細胞攝入DNA分子后就說明目的基因完成了表達嗎？
生：不能，受體細胞必須表現出特定的性狀，才能說明目的基因完成了表達。
師：這是基因工程的最后一步也是檢查基因工程是否做成功的一步。它可以從以下三個是方面進行檢測：
檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，一般采用的方法是DNA分子雜交。采用一定的技術手段，將兩種生物的DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個單鏈具有互補的堿基序列，那么，互補的堿基序列就會結合在一起，形成雜合雙鏈區；在沒有互補堿基序列的部位，仍然是兩條游離的單鏈。
檢測目的基因是否轉錄出mRNA方法是分子雜交。
檢測目的基因是否翻譯成蛋白質進行抗原_抗體雜交。
作業：
1. 教材15頁“思考與探究”第4題
2. 教材11頁“尋根問底”
?
學生討論。
引導大家思考。
贊揚也是教育的一種方式。
學生討論。
討論中及時發現有創新思維的學生，鼓勵發表意見。學生再次議論。
及時鼓勵學生。
學生看書。
教師點撥。
學生看插圖。
學生看書。
學生看書，接著議論。
。
。
看書學習。
學生討論。
將局部問題整合到實際工作的全過程中思考。
學生歸納。
學生結合插圖尋找
分析插圖
看書學習。
教師點撥
學生討論，討論中及時發現有創新思維的學生，鼓勵發表意見。
教師點撥
加強預習環節
使學生認識每一步驟的必要性
將直白的教學內容變得有思維力度。
以上教學也是將四個操作過程整合到一個完整的過程之中
引導學生對基因組文庫和部分基因文庫作對比，在比較中加深認識。
讓文字與插圖結合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現。
提高學生思維的深刻性。
解決本課的難點。
以填空的形式，誘導思考，解決難點。
利用插圖加深對載體必須具備條件的認識。
培養學生的歸納能力。
體現基礎知識的準確運用。在運用中加深對基礎知識的深層次理解
培養思維的廣闊性。
以上教學改變直白的教學方式，通過誘思，提高學生的思維能力。
經典例題剖析
［例1］下列有關基因工程技術的正確敘述是
A．重組DNA技術所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載體
B．所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列
C．選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌繁殖快
D．只要目的基因進入了受體細胞就能成功實現表達
【解析】 基因操作的工具有限制酶、連接酶，一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列。運載體是基因的運輸工具，目的基因進入受體細胞后，受體細胞表現出特定的性狀，才說明目的基因完成了表達，基因工程的結果是讓目的基因完成表達，生產出目的基因的產物，選擇受體細胞的重要條件就是能夠快速繁殖。
【答案】 C
［例2］應用基因工程技術診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到探測疾病的目的。基因探針是指
A．用于檢測疾病的醫療器械
B．用放射性同位素或熒光分子等標記的DNA分子
C．合成β_球蛋白的DNA
D．合成苯丙羥化酶DNA片段
【解析】 基因診斷是用放射性同位素、熒光分子等標記的DNA作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達到檢測疾病的目的。
基礎試題訓練
1、構建基因組DNA文庫時，首先雷分離細胞的
A、染色體DNA?? B、線粒體DNA?? C、總mRNA?? D、tRNA??
2．在基因工程中，把選出的目的基因(共1000個脫氧核苷酸對，其中腺嘌嶺脫氧核苷酸是460個)放入DNA擴增儀中擴增4代，那么，在擴增儀中應放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數是( )
A.540個 B.8100個 C.17280個 D.7560個
2．在基因工程中，科學家常用細菌、酵母菌等微生物作為受體細胞，原因是( )
A.結構簡單，操作方便 B.遺傳物質含量少
C. 繁殖速度快 D.性狀穩定，變異少
3．因工程的操作步驟：①使目的基因與運載體相結合，②將目的基因導入受體細胞，③檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求，④提取目的基因，正確的操作順序是(　)
A．③②④① 　　B.②④①③ 　C．④①②③ 　D．③④①②
4．工程是在DNA分子水平上進行設計施工的，在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的步驟是 (　)
A．人工合成基因 　　　　 　B．目的基因與運載體結合
C．將目的基因導入受體細胞 D．目的基因的檢測和表達
5．就分于結構而論，質粒是(　)
A、環狀雙鏈DNA分子?? B、環狀單鏈DNA分于
C、環狀單鏈RNA分子?? D、線狀雙鏈DNA分子
6．聚合酶鏈反應可表示為(　)
A、PEC?? B、PER?? C、PDR?? D、PCR
7．在已知序列信息的情況下，獲取目的基因的最方便方法是(　)
A、化學合成法? ? B、基因組文庫法
C、CDNA文庫法?? D、聚合酶鏈反應
8．有關基因工程的敘述正確的是 (　 )
A.限制性內切酶只在獲得目的基因時才用
B.重組質粒的形成在細胞內完成
C.質粒都可作運載體
D.蛋白質的結構可為合成目的基因提供資料
9．不屬于目的基因與運載體結合過程的是 ( )
A．用一定的限制酶切割質粒露出黏性末端
B．用同種限制酶切割目的基因露出黏性末端
C. 將重組DNA導入受體細胞中進行擴增
D．將切下的目的基因插入到質粒切口處
10．科學家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶蛋白。以下有關該基因工程的敘述錯誤的是(　)
A．采用反轉錄的方法得到的目的基因
B．基因非編碼區對于目的基因在塊莖中的表達是不可缺少的
C．馬鈴薯的葉肉細胞可作為受體細胞
D．用不同種限制酶處理質粒和含有目的基因的DNA，可產生黏性末端而形成重組DNA分子
11．基因工程常用的受體細胞有(　)
①大腸桿菌 ②枯草桿菌 ③支原體 ④動植物細胞
A．①②③④ B．①②③
C．②③④ D．①②④
12．用DNA探針檢測飲用水中病毒的具體方法是(　)
A．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行比較
B．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行組合
C．與被檢測病毒的DNA堿基序列進行雜交
D．A、B、C三種方法均可
13．1976年，美國的H.Boyer教授首次將人的生長抑制素釋放因子的基因轉移到大腸桿菌，并獲得表達，此文中的“表達”是指該基因在大腸桿菌( )
A．能進行DNA復制 B.能傳遞給細菌后代
C. 能合成生長抑制素釋放因子 D.能合成人的生長素
14．在遺傳工程技術中，限制性內切酶主要用于( )
A．目的基因的提取和導入
B．目的基因的導入和檢測
C．目的基因與運載體結合和導入
D．目的基因的提取和與運載體結合
15、(05廣東)以下有關基因工程的敘述，正確的是(　)
A. 基因工程是細胞水平上的生物工程
B．基因工程的產物對人類全部是有益的
C．基因工程產生的變異屬于人工誘變
D．基因工程育種的優點之一是目的性強
16．(多選)一個基因表達載體的構建應包括( )
A．目的基因 B．啟動子 C．終止子 D．標記基因
創新應用訓練
1、在藥品生產中，有些藥品如干擾素，白細胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細胞或血液中提取的，由于受原料來源限制，價價十分昂貴，而且產量低，臨床供應明顯不足。自70年代遺傳工程發展起來以后，人們逐步地在人體內發現了相應的目的基因，使之與質粒形成重組DNA，并以重組DNA引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌，可以高效率地生產出上述各種高質量低成本的藥品，請分析回答：
(1)在基因工程中，質粒是一種最常用的___________________，它廣泛地存在于細菌細胞中，是一種很小的環狀______________分子。
(2)在用目的基因與質粒形成重組DNA過程中，一般要用到的工具酶是_________________
和__________________。
(3)將含有“某激素基因”的質粒導入細菌細胞后，能在細菌細胞內直接合成“某激素”，則該激素在細菌體內的合成包括________________和___________兩個階段。
(4)在將質粒導入細菌時，一般要用_________________處理細菌，以增大 ____________________________。
2、下圖是將人類的生長激素基因導入細菌B細胞內制造“工程菌”的示意圖，所用的載體為質粒A。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因，質粒導入細菌B后，其上的基因能得到表達。請回答下列問題：(注：質粒中的a點即是四環素抗性基因的存在位置，又是與目的基因的結合點；斜線部分為抗氨芐青霉素基因)
(1)人工合成目的基因的途徑一般有哪兩條？
(2)如何將目的基因和質粒結合成重組質粒？
(3)目前把重組質粒導入細菌細胞時，效率還不高，導入完成后得到的細菌，實際上有的根本沒有導入質粒，有的導入的是普通質粒A，只有極少數導入的是重組質粒。可通過以下步驟鑒別得到的細菌是否導入了質粒A或重組質粒；將得到的細菌涂布在一個含有氨芐青霉素的培養基上，能夠生長的就是導入了質粒A和重組質粒的細菌，反之則沒導入。使用這種方法鑒別的原因是什么？
(4)若把通過鑒定證明導入了普通質粒A或重組質粒的細菌放在含有四環素的培養基上培養，發生的現象是什么？
(5)導入細菌B細胞的目的基因成功表達的標志是什么？
3、科學家通過基因工程培育抗蟲棉時，需要從蘇云金芽孢桿菌中提取出抗蟲基因，“放入”棉花的細胞中與棉花的DNA結合起來并發揮作用，請回答下列有關問題：
(1)從蘇云金芽孢桿菌中切割抗蟲基因所用的工具是______，此工具主要存在于________中，其特點是_________。
(2)蘇云金芽孢稈菌一個DNA分子上有許多基因，獲得抗蟲基因常采用的方法是“鳥槍法”。具體做法是：用________酶將蘇云金芽孢桿菌的_____切成許多片段，然后將這些片段___，再通過____轉入不同的受體細胞，讓它們在各個受體細胞中大量______，從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把______分離出來。
(3)進行基因操作一般要經過的四個步驟是______________、_______________、_______________、_____________________。
基礎試題訓練
1、A 2、C 3、C 4、C 5、A 6、D 7、D 8、D 9、C 10、D
11、【解析】 基因工程常用的受體細胞有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農桿菌、酵母菌和動植物細胞。答案：D
12、【解析】 用DNA探針檢測飲水中病毒的具體方法是使用一個特定的DNA片段制成探針，與被檢測的病毒DNA雜交，從而檢測出飲用水中病毒來。答案：C
13、C 14、D 15、D　　1６、ABCD
【答案】
創新應用訓練
1、(1)基因的運載體 DNA
(2)限制性內切酶 DNA連接酶 (3) 轉錄 翻譯
(4) 氯化鈣 細菌細胞壁的通透性
2、【解析】 此題是對基因操作“四步曲”比較全面的考查，而且注意聯系實際。
(1)據課本內容知人工合成基因的兩條途徑是：①將從細胞中提取分離出的目的基因作為模板，轉錄成mRNA單鏈DNA雙鏈DNA；②據蛋白質中氨基酸序列mRNA中堿基序列DNA堿基序列目的基因。
(2)將目的基因和質粒結合形成重組質粒的過程是：①用一定的限制酶切割質粒，使其出現一個有粘性末端的切口；②用同種限制酶切割目的基因，產生相同的粘性末端；③將切下的目的基因片段插入到質粒的切口處，再加入適量的DNA連接酶，使質粒與目的基因結合成重組質粒。
(3)檢測質粒或重組質粒是否導入受體細胞，均需利用質粒上某些標記基因的特性。即對已經做了導入處理的、本身無相應特性的受體細胞進行檢測，根據受體細胞是否具有相應的特性來確定。抗氨芐青霉素基因在質粒A和重組質粒上，且它與目的基因是否插入無關，所以，用含氨芐青霉素這種選擇培養基培養經導入質粒處理的受體細胞，凡能生長的則表明質粒導入成功；不能生長的則無質粒導入。
(4)抗四環素基因不僅在質粒A上，而且它的位置正是目的基因插入之處，因此當目的基因插入質粒A形成重組質粒時，此處的抗四環素基因的結構和功能就會被破壞，含重組質粒的受體細胞就不能在含四環素的培養基上生長，而質粒A上無目的基因插入的，抗四環素基因結構是完整的，這種受體細胞就能在含四環素的培養基上生長。
(5)基因成功表達的標志是受體細胞通過轉錄、翻譯合成相應的蛋白質，即人的生長激素。
【答案】 (1)①將從細胞中提取分離出的目的基因作為模板，轉錄成mRNA單鏈DNA雙鏈DNA；②據蛋白質中氨基酸序列mRNA中堿基序列DNA堿基序列目的基因。
(2)①用一定的限制酶切割質粒，使其出現一個有粘性末端的切口；②用同種限制酶切割目的基因，產生相同的粘性末端；③將切下的目的基因片段插入到質粒的切口處，再加入適量的DNA連接酶，使質粒與目的基因結合成重組質粒。
(3)普通質粒A和重組質粒都含有抗氨芐青霉素基因。
(4)有的能生長，有的不能生長。導入普通質粒A的細菌能生長，因為普通質粒A上有抗四環素基因；導入重組質粒的細菌不能生長，因為目的基因插在抗四環素基因中，抗四環素基因的結構被破壞。
(5)受體細胞通過轉錄、翻譯合成相應的蛋白質，即人的生長激素。
3、(1)限制性內切酶　　微生物　　一種限制性內切酶只能識別一種特定的核苷酸系列，并在特定的點位切割
(2)限制性內切酶　　DNA　　　分別與載體結合　　載體　　復制　帶有目的基因的DNA片段
(3)提取目的基因　　目的基因與載體結合　　將目的基因導入受體細胞 目的基因的檢測和表達
專題 1.3 基因工程的應用
一、 教學目標
1.舉例說出基因工程應用及取得的豐碩成果。
2.關注基因工程的進展。
3.認同基因工程的應用促進生產力的提高。
二、教學重點和難點
1.教學重點
基因工程在農業和醫療等方面的應用。
2.教學難點
基因治療。
三、教學策略
1.加強收集信息和處理信息環節的指導。
基因工程的應用是基因工程基本操作程序的一個必然結果。如果本節只作為成果的學習，那么就顯得思維力度不足了。為此，建議加強指導學生收集和處理信息這一環節。具體做法如下：
無論是學習轉基因植物方面的應用，還是學習轉基因動物方面的應用，乃至轉基因工程菌生產藥物方面的應用，首先必須尋找目的基因。教師可利用表1_1，指導學生整理課本中提供的信息，填寫此表。這樣做既可以調動學生學習的積極性，也增強了他們分析和處理信息的能力。
表1_1 轉基因生物與目的基因的關系
轉基因生物
目的基因
目的基因從何來
抗蟲棉
Bt毒蛋白基因
蘇云金芽孢桿菌
抗真菌立枯絲核菌的煙草
幾丁質酶基因和抗毒素合成基因
抗鹽堿和干旱作物
調節細胞滲透壓的基因
耐寒的番茄
抗凍蛋白基因
魚
抗除草劑大豆
抗除草劑基因
增強甜味的水果
降低乳糖的奶牛
甜味基因
腸乳糖酶基因
生產胰島素的工程菌
人胰島素基因
人
??? 指導學生提高處理信息的能力，還可以體現在對教材內容的重組上。例如，我們可以解決當前世界上存在的重大問題作為主題，如以解決“糧食”、“環境污染”、“能源危機”、“攻克不治之癥”等問題作為主題，讓學生將課文中的知識或學生知道的課外的基因工程應用方面的知識進行重組。這樣的活動不僅培養了學生處理信息的能力，還會使學生感悟到肩負的社會責任，從而激發用科學技術報效祖國的志向。
2.課文中的一些難點，建議采用小組討論，師生共同歸納的方法學習。
課文中有幾處是學生學習感興趣的知識，但文字說明不多，學生學習有一定難度。例如 “什么叫乳腺生物反應器”、 “什么叫工程菌”、 “什么是基因治療” 等。教師可創設問題情境，讓學生討論，加深用已有知識認識新事物的能力。學生想不到的地方，可由師生共同歸納。例如，學習乳腺生物反應器時，學生提出“給我們講講乳腺生物反應器究竟是怎么回事”。這時教師可提出以下問題，讓學生討論。
(1)用動物乳腺作為反應器，生產高價值的蛋白質(如教材中列舉的血清白蛋白、抗凝血酶等)比工廠化生產的優越之處有哪些？
(2)用基因工程技術實現動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？
第一個問題，既可以解決乳腺生物反應器的優越性問題，而且顯示了社會需求是乳腺生物反應器這一創新成果產生的動力。學生在充分討論和發表觀點的基礎上，師生共同歸納出乳腺生物反應器的優點：①產量高；②質量好；③成本低；④易提取。
第二個問題，用基因工程技術實現動物乳腺生物反應器的操作過程與轉基因動物操作過程相同。而不同之處可由教師提出：為了將目標產品在奶中形成，需要使用乳腺組織中特異表達的啟動子，要在編碼目的蛋白質的基因序列前加上乳腺組織中特異表達的啟動子構建成表達載體。
操作過程大致歸納為：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)→構建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)→顯微注射導入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動物→發育成轉基因動物(只有在產下的雌性個體中，轉入的基因才能表達)。
關于工程菌的學習，也可結合基因工程操作程序，予以說明，并結合微生物生長和代謝的特點，說明工程菌生產藥物的優越性。
關于基因治療，可結合課文中的具體實例，歸納出大致治療過程。至于是否采用討論方式，可根據課堂時間而定。如果時間緊，也可采用教師引導學習的方法。
四、 答案和提示
思考與探究
根據所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產中難以解決的問題。
提示：基因工程可以生產人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產品。農業生產中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產，上述產品有些是常規方法難以生產的或者生產成本過高。
五、 知識拓展
1.利用微生物生產藥物的優越性何在?
所謂利用微生物生產蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達載體后導入微生物，然后利用微生物發酵來生產蛋白質類藥物。與傳統的制藥相比有以下優越性：
(1)利用活細胞作為表達系統，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產出大量藥品。
(2)可以解決傳統制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭牛或50頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學家用2 000 L大腸桿菌發酵液得到100 g胰島素，相當于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發酵生產就不需要從動物或人體上獲取原料。
(3)降低生產成本，減少生產人員和管理人員。
2.在抗病毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？
關于病毒外殼蛋白(coat protein，CP)基因導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。一種假說認為：CP基因在植物細胞內表達積累后，當入侵的病毒裸露核酸進入植物細胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細胞染色體上，轉基因植物則有很好的抗性。因此，有人認為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。
利用CP介導的抗病毒性還存在一些問題：①轉基因植物對病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒(被使用CP基因的病毒)或密切相關的病毒；②轉基因植物大多數只是發病延緩，一般為兩周，并非根治；③潛在著植物表達的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險。
經典例題剖析
1．不屬于基因工程方法生產的藥物是
A．干擾素 B．白細胞介素
C．青霉素 D．乙肝疫苗
【解析】 基因工程生產的藥物有胰島素、干擾素、白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品、乙肝疫苗等。而青霉素是發酵工程的產品之一。
【答案】 C
基礎試題訓練
1．若利用基因工程技術培育能固氮的水稻新品種，其在環保上的重要意義是( )
A．減少氮肥的使用量，降低生產成本 B．減少氮肥的使用量，節約能源
C．避免氮肥過多引起環境污染 D．改良土壤結構
2．基因治療是指( )
A.對有基因缺陷的細胞進行修復，從而使其恢復正常，達到治療疾病的目的
B.把健康的外源基因導入到有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的
C.運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發生基因突變恢復正常
D.運用基因工程技術，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的
3．療白化病、苯丙酮尿癥等人類遺傳病的根本途徑是( )
A．口服化學藥物 B．注射化學藥物
C. 采用基因療法替換致病基因 D.利用輻射或藥物誘發致病基因突變
4．上海醫學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉基因動物是指(　 )
A.提供基因的動物 　　　　B.基因組中增加外源基因的動物
C.能產生白蛋白的動物 　　D.能表達基因信息的動物
5．在基因診斷技術中，所用的探針DNA分子中必須存在一定量的放射性同位素，后者的作用是 ( )
A．為形成雜交的DNA分子提供能量
B．引起探針DNA產生不定向的基因突變
C. 作為探針DNA的示蹤元素
D．增加探針DNA的分子量
6．診斷苯丙酮尿癥所用的探針是 ( )
A．32P半乳糖甘轉移酶基因 B．熒光標記的苯丙氨酸羧化酶　　
C. 熒光標記的β_珠蛋白基因 　D．3H苯丙氨酸羧化酶基因
7．基因工程生產胰島素的主要原因是 ( )
A.工藝簡單，容易操作 B.生產量大，價格較低
C.所生產的胰島素可以用于口服 D.所生產的胰島素療效大大提高
8．75年，科學家用基因工程的方法創造出了一種能分解石油的“超級細菌”，下列關于此種細菌的說法正確的是 ( )
A.與一般細菌相比它體積特別巨大 B.它是現在唯一能分解石油的細菌
C.它同時能分解石油中的四種烴類 D.與一般細菌相比，它繁殖速度極快
9．下說法正確的是 ( )
A．所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列
B．質粒是基因工程中惟一的運載體
C．運載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接
D．基因治療主要是對有缺陷的細胞進行修復
10．用于鑒定轉化于細胞是否含重組?DNA的最常用方法是
A、抗藥性選擇?　　? B、分于雜交選擇
C、RNA反轉錄??　? D、免疫學方法
11、(05江蘇)能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是
A．單倍體育種 B．雜交育種 C．基因工程育種 D．多倍體育種
12．下列育種需要使用生物工程技術的是(多選)( )
高產青霉素菌株 B.能分泌含抗體的乳汁的母牛
C.生長較快的鯉鯽魚 D.利于貯藏的白菜_甘藍
13．下列關于基因工程成果的概述，正確的是(多選)( )
在醫藥衛生方面，主要用于診斷治療疾病
在農業上主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗性的農作物
在畜牧養殖業上培育出了體型巨大、品質優良的動物
在環境保護方面主要用于環境監測和對污染環境的凈化
14、用現代生物技術培育生物新品種，其優越性在于(多選) ( )
A．克隆技術可以快速繁殖優良形狀的家畜
B．現代轉基因生物技術可以迅速改變生物的基因組成
C．現代生物技術可以迅速使新品種形成群落
D．現代生物技術可以克服遠源雜交不親和的障礙
創新應用訓練
1、1990年對一位缺乏腺苷脫氨酶基因，而患先天性體液兔疫缺陷病的美國女孩進行基因治療，其方法是首先將患者的白細胞取出作體外培養，然后用逆轉錄病毒將正常腺苷脫氨酶基因轉入人工培養的白細胞中，再將這些轉基因白細胞回輸到患者的體內，經過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。
(1)在基因治療過程中，逆轉錄病毒的作用相當于基因工程中基因操作工具中的_____________，此基因工程中的目的基因是___________，目的基因的受體細胞是_______________。
(2)將轉基因白細胞多次回輸到患者體內后，兔疫能力趨于正常是由于產生了___________，產生這種物質的兩個基本步驟是______________、_____________________。
2．(14分)將人的抗病毒干擾基因“嫁接”到煙草的DNA分子中，可使煙草獲得抗病毒的能力，形成轉基因產品。試分析回答：
(1)煙草轉基因產品的獲得屬于 ( )
A.基因工程 B.細胞工程 C.微生物工程 D.酶工程
(2)人的基因工程之所以能接到植物體中去，原因是：________。
煙草具有抗病毒能力，說明煙草體內產生：__________。
不同生物間基因移植成功，說明生物共有一套______，從進化的角度看，這些生物具有_______。
煙草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某個基因，實際并不影響遺傳信息的表達功能。這說明______________。
該工程應用與、于實踐，將給農業、醫藥等諸多領域帶來革命，目前已取得了許多成就，請你列舉你所知道的或你所設想應用該工程的三個具體實例：___________。
有人認為，轉基因新產品也是一把雙刃劍，有如船能載舟也能覆舟，甚至可能帶來災難性的后果，你是否支持這一觀點？如果支持，請你舉出一個可能出現的災難性后果的實例：____________________________。
3．干擾素是治療癌癥的重要物質，人血液中每升只能提取0．05 mg干擾素，因而其價格昂貴，平民百姓用不起。但美國有一家公司用遺傳工程方法合成了價格低廉、藥性一樣的干擾素，其具體做法是：
(1)從人的淋巴細胞中提取能指導干擾素合成的________，并使之與一種叫質粒的DNA結合，然后移植到酵母菌內，從而讓酵母素來_______________________。
(2)酵母菌能用_____方式繁殖，速度很快，所以能在較短的時間內大量生產____。利用這種方法不僅產量高，并且成本較低。
(3)科學家陳炬在這方向也作出了突出貢獻，他成功地把人的干擾素基因嫁接到了煙草的DNA分子上，其物質基礎和結構基礎是______________________________。
(4)煙草具有了抗病毒能力，這表明煙草體內產生了________，由此可見，煙草和人體合成蛋白質的方式是_____，從進化的角度來考慮，證明了人和植物的起源______。
4、(05江蘇)在植物基因工程中，用土壤農桿菌中的Ti質粒作為運載體，把目的基因重組入Ti質粒上的T_DNA片段中，再將重組的T_DNA插入植物細胞的染色體DNA中。
(1)科學家在進行上述基因操作時，要用同一種_________分別切割質粒和目的基因，質粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就可通過________而黏合。
(2)將攜帶抗除草劑基因的重組Ti質粒導入二倍體油菜細胞，經培養、篩選獲得一株有抗除草劑特性的轉基因植株。經分析，該植株含有一個攜帶目的基因的T_DNA片段，因此可以把它看作是雜合子。理論上，在該轉基因植株自交F1代中，仍具有抗除草劑特性的植株占總數的__________，原因______________________ 。
(3)種植上述轉基因油菜，它所攜帶的目的基因可以通過花粉傳遞給近緣物種，造成“基因污染”。如果把目的基因導入葉綠體DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是:
_________________________________。

基礎試題訓練
1、C　2、B　　3、C　　4B　　5、C　　6、D 　　7、B　　8、C 9、C 10、B　　11、C 12、BCD 13、BCD 14、 ABD
創新應用訓練
1、(1)載體　　　　　　正常腺苷脫氧酶基因　　　　白細胞　
(2)腺苷脫氧酶(抗體)　　　轉錄　　翻譯
2．(1)A. (2)人與植物結構組成相同。 (3)抗病毒干擾素。
(4)遺傳密碼，共同的原始祖先。 (5)基因是遺傳物質結構和功能的基本單位。
(6)將抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品種；將人的血型基因移入豬體內，培育人血的豬；將干擾素基因移入細菌體內，培育出能產生干擾素的細菌。
(7)用于改良作物的抗不良環境的基因引入雜草，就將難以控制雜草。
3、(1)干擾素　　合成干擾素　(2)出芽生殖　　干擾素
(3)都是脫氧核苷酸組成的　　都具有雙螺旋結構
(4)干擾素　　相同的　　相同的
4.(1)限制性內切酶，堿基互補配對 (2)3/4，雌雄配子各有1/2含抗除草劑基因；受精時，雌雄配子隨機結合 (3)葉綠體遺傳表現為母系遺傳，目的基因不會通過花粉傳遞而在下一代中顯現出來
專題1.4 蛋白質工程的崛起
一、 教學目標
1.舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。
2.簡述蛋白質工程的原理。
3.嘗試運用逆向思維分析和解決問題。
二、 教學重點和難點
1.教學重點
(1)為什么要開展蛋白質工程的研究？
(2)蛋白質工程的原理。
2.教學難點
蛋白質工程的原理。
三、 教學策略
1.建議采用“問題_探究_新問題_再探究”的教學模式。本節內容是基因工程的延伸和發展。由于蛋白質工程剛剛起步，學習內容較少。如何學得充實，又讓學生悟出些終身學習的道理，建議采用“問題_探究_新問題_再探究”的教學模式。
新課一開始，可以帶領學生回憶原有知識：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達，在種內可以用常規雜交育種的辦法實現，但要使有生殖隔離的種間生物實現基因交流，就顯得力不從心了。基因工程的誕生，為克服這一遠緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產出了胰島素，牛的乳腺生物反應器為人類制造出了蛋白質類藥物，煙草植物體內含有了某種藥物蛋白……至此，人們也只是實現了世界上現有基因在轉基因生物中的表達。但一個新問題出現了，生物產生的天然蛋白質是在長期進化過程中形成的，它的結構、性能不能完全滿足人類生產和生活的需要。為了加深這一點的認識，可調動學生從書中找實例(干擾素例子、工業用酶的例子)加以佐證。于是要對現有蛋白質進行改造，制造出目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生了。
2.建議加強與已有知識的聯系，用逆向思維的方法解決新問題。
學生在必修課中已學習過中心法則及蛋白質具有復雜的空間結構等知識。中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如圖1_4所示。
圖1_4 遺傳信息的流動方向
這是學習新知識的基礎。既然蛋白質的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質，就要改造DNA。所以蛋白質工程的原理應該是中心法則的逆推。結合課本中插圖，可以較明確地說明這一點。
還有兩點教學建議需要說明。第一，蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件支撐的，正如課本中開頭描述的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術的迅猛發展而誕生的，也與基因組學、蛋白質組學、生物信息學的發展等因素有關(本書“前沿動態”中有簡要介紹)。第二，說明蛋白質工程目前的現狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數蛋白質的空間結構了解很少。這樣學習，可以使學生認識到科學探索之路的漫長、艱辛和永無止境。
四、 答案和提示
(一)思考與探究
1.蛋白質工程是應怎樣的需求而崛起的？
提示(供教師在教學中參考)：蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供了手段。
在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩定性是工業生產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。
下面舉一個如何通過蛋白質工程來提高重組β_干擾素專一活性和穩定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當于天然產品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β_干擾素量很多，但多數是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發現，β_干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸(第17位、31位和141位)，推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產的β_干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β_干擾素的貯存穩定性高很多。
在基礎理論研究方面，蛋白質工程是研究多種蛋白質的結構和功能、蛋白質折疊、蛋白質分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質工程的研究，可以深入地揭示生命現象的本質和生命活動的規律。
2.蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？
答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質→折疊產生功能，基本上是生產出自然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的高級結構→蛋白質應具備的折疊狀態→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創造自然界不存在的蛋白質。
3.你知道酶工程嗎？絕大多數酶都是蛋白質，酶工程與蛋白質工程有什么區別？
提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產、生活、醫療診斷和環境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業、輕工業以及醫藥工業中。α_淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構酶這三個酶連續作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們日常生活中所見到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現了。通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。
(二)正文中討論題
某多肽鏈的一段氨基酸序列是：…_丙氨酸_色氨酸_賴氨酸_甲硫氨酸_苯丙氨酸_…
討論： (1) 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。
(2) 確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)？
答：(1)每種氨基酸都有對應的三聯密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據三聯密碼子推出mRNA序列為GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C)，再根據堿基互補配對規律推出脫氧核苷酸序列：CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)。
(2)確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。
(三)異想天開
能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？
提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。
(四)旁欄思考題
1.你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？
提示：人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執行的“人類血漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質組計劃的帷幕。
“人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織／器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協作計劃，總部設在北京，目前有16個國家和地區的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發的突破提供重要的科學基礎。
人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。
2.對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？
答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現對天然蛋白質改造，主要原因如下：
(1)任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。
(2)對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。
經典例題剖析
1、蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是( )
A、氨基酸結構?　　 ? B、蛋白質空間結構 C、肽鏈結構??　? D、基因結構
【解析】 蛋白質工程是指以蛋白質分子結構規律及其與生物功能的關系為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產或或生活需要。因此，歸根到底，還是要對基因進行改造。
【答案】D
2、科學家將β干擾素基因進行定點突變導入大腸桿菌表達，使干擾素第17位的半胱氨酸改變成絲氨酸，結果大大提高β_干擾素的抗病性活性，并且提高了儲存穩定性，該生物技術為( )
A、基因工程?　　 ? B、蛋白質工程 C、基因突變??　? D、細胞工程
【解析】 基因工程是通過對基因的操作，將符合人們需要的目的基因導入適宜的生物體，原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，蛋白質工程是指以蛋白質分子結構規律及其與生物功能的關系為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產或或生活需要。本題中合成的β干擾素不是天然的，因此，屬于蛋白質工程。
【答案】B
基礎試題訓練
1、蛋白質工程的實質是 ( )
A、改變氨基酸結構?? B、改造蛋白質結構
C、改變肽鏈結構??　? D、改造基因結構
2、基因工程的實質是 ( )
A、基因重組?? B、基因突變 C、產生新的蛋白質 D、產生新的基因
3、干擾素經過改造可長期儲存，從蛋白質水平上應改變的是 ( )
A、光氨酸?? B、精氨酸 C、谷氨酸??　? D、半光氨酸
4、蛋白質工程制造的蛋白質是 ( )
A、天然蛋白質?? B、稀有蛋白質
C、自然界中不存在的蛋白質　? D、血紅蛋白質
5、蛋白質工程的基礎是 ( )
A、基因工程?? B、細胞工程
C、酶工程 　? D、發酵工程
6、玉米是生產賴氨酸的好材料，可是產量低，需要改變什么結構就能提高產量？ ( )
A、天冬氨酸激酶?? B、二氫吡啶二羧合成酶
C、肽酶　? D、A、B都是
7、天然蛋白質合成遵循的法則是 ( )
A、中心法則?? B、轉錄
C、翻譯? D、復制
8、關于蛋白質工程的說法錯誤的是 ( )
A、蛋白質工程能定向改造蛋白質的分子結構，使之更加符合人類的需要
B、蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子結構
C、蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子
D、蛋白質工程又稱為第二代基因工程
9、蛋白質工程的基本操作程序正確是 ( )
①蛋白質分子結構合成 ②DNA合成
③mRNA合成 ④蛋白質的預期功能
⑤根據氨基酸的序列推出脫氧核苷酸的序列
A、①→②→③→④→⑤→①
B、⑤→④→③→②→①→②
C、④→①→⑤→②→③→①
D、②→③→⑤→①→②→④
10、下列各項與蛋白質結構多樣性無關的是 ( )
A、氨基酸的種類、數目、排列順序 B、構成蛋白質的多肽鏈的數目
C、構成蛋白質的肽鏈的空間結構 D、氨基酸至少含一個氨基和一個羧基
11、蛋白質工程中直接操作的對象是 ( )
A、氨基酸的結構 B、蛋白質空間結構
C、肽鏈結構 D、基因結構
12、當前醫學上，蛋白質工程藥物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白質類替代治療劑，則基因工程藥物與蛋白質工程藥物的區別是 ( )
A、都與天然產物完全相同
B、都與天然產物不相同
C、基因工程藥物與天然產物完全相同，蛋白質工程藥物與天然產物不相同
D、基因工程藥物與天然產物不相同，蛋白質工程藥物與天然產物完全相同
創新應用訓練
蛋白質工程的目標是根據對蛋白質_________________的特定需求，對蛋白質__________
進行分子設計，根據______________法則便可以改造天然蛋白質，例如：玉米的賴氨酸含量低，原因是賴氨酸合成過程中的兩個關鍵的酶___________________、_______________
的活性受賴氨酸濃度的影響，如果我們將___________________ 中的第352位的蘇氨酸變為________________________ ，把 ________________________中第104位的天冬酰氨變成________________________，就可以提高玉米中的賴氨酸含量提高2_5倍。
基礎試題訓練
1、D 2、A 3、D 4、C 5、A 6、D 7、A 8、B 9、C 10、D 11、D　12、C
創新應用訓練
答案：功能、結構 中心法則、天冬氨酸激酶、二氫吡啶二羧酸合成酶、天冬氨酸激酶、異亮氨酸、二氫吡啶二羧酸合成酶、異亮氨酸
專題2.1植物細胞工程的基本技術
一、教學目標
1. 簡述植物組織培養和植物體細胞雜交技術。
2. 列舉植物細胞工程的實際應用。
3. 嘗試進行植物組織培養。
情感態度和價值觀
體驗植物組織培養技術
能力方面
嘗試植物組織培養技術
二、教學重點和難點
1.教學重點
(1) 植物組織培養的原理和過程。
(2) 植物體細胞雜交的原理。
(3) 植物細胞工程應用的實例。
2.教學難點
植物組織培養的實驗
三、教學策略
本節教材內容對學生來說，雖說在必修模塊中學了一些細胞的知識，但仍然是一個新的領域，學習起來有一定的困難。教師可采用講授為主結合討論的方法。
四、教學手段
錄像、軟件。
五、教學過程
教學過程
1、課前預習，布置預習作業
2、創設情境引入新課
3、學習新課植物細胞工程的基本技
術
細胞的全能性
a定義
b原因
c植物細胞表現出全能性的必要條件
教學過程
(2)植物細胞工程的基本技術
細胞脫分化
a概念
b實質
c結果
植物細胞工程的基本技術的流程圖
脫分化處理的必要
(3)植物體細胞雜交技術
植物體細胞雜交技術概念
過程1
去除細胞壁
過程2誘導原生質體融合
a是關鍵環節
b人工誘導方法:物理： 離心.振動.
電激。化學:
聚乙二醇(PFG)作誘導劑
c植物體細胞雜交技術的流程圖
植物體細胞雜交技術的意義
4、總結新學知識
5、布置作業
教學內容
生：1．請分別理出細胞全能性和植物組織培養的知識結構和層次。
2．對高一必修課中與上述兩知識點有關的內容進行全面、充分地復習。
3．找出新舊知識之間的聯系與區別。
師：引導學生觀看專題的首頁的三幅圖，題圖的愚意是表明細胞工程是在細胞水平的操作，它包含植物細胞工程和動物細胞工程等方面。在章引言中通過列舉細胞工程的應用，把學生帶進細胞工程的科技領域。引導學生總結細胞工程的概念。
師：細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，在細胞整體水平或細胞器水平，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。根據操作對象的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程兩大領域。
師：為什么植物的一個花瓣就可以培育出完整的植株呢？
生：細胞的全能性
師：對，是細胞的全能性，我們一起把細胞的全能性知識復習起來
師：投影顯示質疑問題。
1、什么是細胞的全能性？表現全能性的條件？
2、為什么運用植物組織培養技術能把植物離體器官、組織或細胞培養成完整植物體？
3、克隆羊“多莉”的誕生說明了什么？
4、生物體內的細胞為什么沒有表現出全能性，而是分化成不同的組織器官？
對于問題4：教師啟發學生將題目讀懂
弄透，對新舊知識進行必要的加工和整合，再得出結論
2、為什么運用植物組織培養技術能把植物離體器官、組織或細胞培養成完整植物體？
生：細胞的全能性：
師：何為細胞的全能性？
生：已分化的細胞仍然具有發育成完整個體的潛能。
師：為什么已分化的細胞仍然具有發育
教學內容
成完整個體的潛能
生：原因：生物體的每一個細胞都含有本物種的全套遺傳物質，都有發育成完整個體的全套基因。
師：回答得很好
師：植物細胞表現出全能性的必要條件是什么？
生：植物細胞表現出全能性的必要條件：離體、提供營養物質、激素及其他適宜條件。
3、克隆羊“多莉”的誕生說明了什么？
師：動物細胞隨著細胞分化程度的提高而逐漸受到限制，分化潛能變窄，這是指整體細胞而言。(細胞核，它含有保持物種遺傳性所需的全套基因，而且并沒有因細胞分化而丟失基因，因此高度分化細胞的細胞核仍具有全能性)
4、生物體內的細胞為什么沒有表現出全能性，而是分化成不同的組織器官？
師：在生物體內，由于基因的選擇性表達，細胞不能表現出全能性，而是分化成為不同的組織器官。
師：如何把植物的一個花瓣就可以培育出完整的植株呢？
生：植物細胞工程的基本技術
生：概括其過程：離體的植物器官，組織或細胞脫分化形成愈傷組織，再分化根、芽，最終形成植物
師：脫分化的概念是什么？
師：脫分化的概念：分化的細胞經誘導后，失去特有的結構功能轉變成末分化的細胞的過實程。實質：是恢復細胞的全能性的過程(脫去細胞分化)
師：脫分化的結果是什么？
生：形成愈傷組織
師：下面學生根據植物細胞工程的基本技術的過程討論書本上的討論
生：回答書本討論1，2，3
生：討論題1植物組織培養中用到的培養基含有豐富的營養成分，有利于培養物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養過程中污染現象經常發生。培養基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養
物爭奪營養，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養物有害的物質，導致培養物迅速死亡。
師：回答很好
生：胡蘿卜的其他部分(如莖、葉、花)也能培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。
師生一起：完成完成植物細胞工程的基本技術的流程圖
師：1、離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養成完整的植物體？
2、決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？
生：1、不能，因為細胞已經分化，失去了分裂能力。
師：植物激素的種類和比例。特別是生長素和細胞分裂素的協同調控作用在組培中非常重要，被稱為“激素杠桿”。
師生一起歸納：植物細胞培養的概念：
無菌和在人工控制的條件下將體的植
物器官組織．細胞，培養在人工配制的培養基上，給予一定的培養，誘導產生愈傷組織，芽叢，最終形成完整的植株．它植物是細胞工程的主要技術
師：20世紀60年代，有的科學家提出這樣一個設想：讓番茄和馬鈴薯雜交，培育出一種地上結番茄果實，地下結馬鈴薯塊莖的植物。這就要用到植物體細胞雜交技術。
師生：植物體細胞雜交技術的概念
師：1．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什
么？
生：去除細胞壁
師：2.有沒有一種溫和的去細胞壁的方法？
生：有,用酶，纖維素酶和果膠酶去細胞壁
師：補充：酶有專一性，而細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，所以用纖維素酶和果膠酶去壁將不會對其內的原生質體造成損傷。
師：(3)如果兩個來源不同的原生質體發生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？
生：植物組織培養，培育成新的植物體
師：以上就是植物體細胞雜交技術的第一個關鍵步驟，過程二關鍵步驟如何？
師：細胞壁去除之后，另一個關鍵關鍵環節就是原生質體融合，而把原生質體的放在一起會自然融合嗎？
生：必須要一定的技術進行人工誘導。
師：人工誘導方法有哪些？
生：人工誘導的方法物理法：離心.振動.電激。化學:聚乙二醇(PFG)作誘導劑
師生：

師：① 流程圖中為了簡化，僅畫了一個馬鈴薯的原生質體與一個番茄的原生質體之間的融合，可真正在實際操作過程中，是把許多馬鈴薯的原生質體和許多番茄的原生質體放在一起，讓它們自由融合，再從中篩選出所需的雜種細胞。② 由于不同種的細胞其細胞膜的特點不一樣，如不作任何處理，把它們放在一起，讓它們自然融合是不可能的，所以原生質體間的融合必須要人工誘導。
師：植物體細胞雜交技術的意義如何？
生：克服遠源雜交不親和的障礙，培育出自然界中沒有的、具有優良品質的新品種
師生：成果：白菜_甘藍等
書后思考與探究
教學手段和方法
學生復習舊的知識
顯示三幅圖，教師按圖講解，以引入新課，課件顯示本節課的標題2.1．1植物細胞工程的基
本技術。
提出問題，引出細胞的全能性的復習
課件顯示問題，學生思考
啟發學生回答問題
學生一一回答問題
教學手段和方法
這個內容學生回答不全，教師補充
這個內容學生回答不全，教師補充
學生觀看植物細胞工程的基本技術的錄象片胡蘿卜的組織培養，教師引導
學生概括其過程，教師給以引導
新的概念，教師闡明
學生討論書本上的討論題
學生歸納
師生一起完成植物細胞工程的基本技術的流程圖解
進一步提出問題學生討論
學生回答
第二個問題教師點拔
師生一起歸納植物細胞培養的概念
設置情境引出新的知識
師生一起學習重點概念
學生閱讀書本回答問題
教師補充
多媒體展示電激法將野生馬鈴薯與栽培馬鈴薯進行細胞融合
師生共同總結植物體細胞雜交技術的流程圖
植物體細胞雜交技術流程圖進行總結說明
師生共同找出成果
學生為主，教師引導
學生完成，下節課由學生回答
預期目標
復習舊知識，為學習新的知識奠定基礎。
使直白的教學內容變得有思維力度。
復習舊知識，為學習新的知識奠定基礎。
預期目標
細胞的全能性的相應知識回憶
分清植物細胞全能性與動物全能性的不同
使學生體驗到科學是一個探究過程，從而解決難點
學生掌握概念
把本節課的難點植物細胞工程的基本技術的過程分解成問題討論解決
培養學生的總結能力，使學生體驗到科學是一個探究過程，
使學生把握關鍵知識
歸納重點概念
自然過度到植物體細胞雜交技術的內容
利于后面知識的理解
培養學生的閱讀能力及解決問題的能力
解決技術的第一個關鍵步驟
自然轉入第二個過程的學習
學生體驗科學技術是不斷發展的過程
體現知識的準確運用
培養思維的廣闊性
學生明確這節知識結構，掌握重難點
經典例題剖析
1.下列屬于組織培養的是：
A.花粉培養成單倍體植株
B.芽發育成枝條
C.根尖分生區發育成成熟區
D.未受精的卵發育成植株
[解析]解答此題需從以下幾個方面入手：首先，組織培養是指離體的植物器官、組織或細胞經脫分化形成愈傷組織，再經再分化形成具有根、芽結構的胚狀體，然后由胚狀體發育成完整植物體的過程。花粉粒能培養成單倍體，是在離體條件下培養形成的。第二，芽發育成枝條、根尖分生區發育成成熟區，是體內分化的器官和組織形成了機體的一部分，未受精的卵發育成植物體，這就是自然情況下單倍體的形成過程，是在母體的調控下完成的。
[答案] A
2.在細胞工程__原生質體融合育種技術中，其技術的重要一環是將營養細胞的細胞壁除去，通常是采用纖維素酶和果膠酶的酶解破壁法處理。如將去掉了細胞壁的成熟植物細胞置于清水中，細胞將：
A.皺縮
B.脹破
C.呈球形
D.保持原狀
[解析]成熟植物去壁后，置于清水中，由于細胞內外濃度差較大，又無細胞壁保護，細胞會大量吸水，直至細胞破裂。
[答案]B
3.不能用于人工誘導原生質體融合的方法是
A.振動 B.電刺激 C.PEG D.重壓
[解析]原生質體是除去細胞壁的植物細胞，它實際上就是植物細胞的原生質部分。當進行植物體細胞雜交時，先用纖維素酶、果膠酶除去細胞壁，分離出具有活力的原生質體，獲得原生質體后就可以進行植物體細胞雜交了。植物體細胞雜交的過程實質是不同植物體細胞的原生質體融合的過程。將不同植物體細胞放在一起培養，必須通過一定的技術手段進行人工誘導。誘導方法有物理法和化學法兩大類。物理法就是利用離心、振動、電刺激等促使原生質體融合；化學法是用聚乙二醇等試劑作為誘導劑誘導細胞的原生質體融合，聚乙二醇簡稱為PEG。重壓不能促使原生質體的融合。
[答案]D
4.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的
A.消毒滅菌 B.適宜的溫度
C.充足的光照 D.適宜的養料和激素
[解析]解答該題需從如下三個方面入手分析：
①由離體的植物器官、組織或細胞形成愈傷組織的過程是植物組織培養過程中的一個階段。該階段要進行細胞的增殖和細胞的脫分化，這就必須要有適宜的養料和激素，必須要有適宜的溫度，這樣，才能保證細胞進行正常的新陳代謝。
②由離體的植物器官、組織形成愈傷組織必須是在無菌條件下，只有在這樣的條件下，才能保證培養產生出的細胞是正常細胞，否則培養基內將長出許多霉菌，與離體細胞爭奪營養與生存空間，形不成愈傷組織。
③由于此階段形成的是愈傷組織，并沒有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。
[答案]C
5.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養成完整植株，不需要
A.具有完整細胞核的細胞
B.離體狀態
C.導入外源基因
D.一定的營養物質和激素
[解析]考查植物組織培養的知識。要將胡蘿卜韌皮部細胞培養成完整植株，需要具有完整細胞核的細胞，細胞處于離體狀態，培養基中含有一定的營養物質和激素。
[答案]C
基礎試題訓練
一、選擇題
1．植物組織培養是指 ( 　)
A．離體的植物器官或細胞培育成愈傷組織
B．愈傷組織培育成植株
C．離體的植物器官、組織或細胞培養成完整植物體
D．愈傷組織形成高度液泡化組織
2．植物體細胞雜交要先去除細胞壁的原因是(　 )
A.植物體細胞的結構組成中不包括細胞壁
B.細胞壁使原生質體失去活力
C.細胞壁阻礙了原生質體的融合?
D.細胞壁不是原生質的組成部分
3．植物體細胞雜交的結果是(　 )
A.產生雜種植株　B．產生雜種細胞
C．原生質體融合 D．形成愈傷組織
4．科學家把天竺葵的原生質體和香茅草的原生質體進行誘導融合，培育出的驅蚊草含有香茅醛，能散發出一種特殊的達到驅蚊且對人體無害的效果。下列關于驅蚊草培育的敘述中，錯誤的是 ( )
A．驅蚊草的培育屬于細胞工程育種，其優點是能克服遠源雜交不親和的障礙
B．驅蚊草培育過程要用到纖維素酶、果膠酶、PEG等試劑或離心、振動、電刺激等方法
C．驅蚊草培育過程是植物體細胞雜交，不同于植物組織培養，無愈傷組織和試管苗形成
D．驅蚊草不能通過天竺葵和香茅草雜交而獲得是因為不同物種間存在生殖隔離
5．(2005，上海)將胡蘿卜韌皮部細胞培養成幼苗時，下列條件中不需要的是 ( )
A、具有完整細胞核的細胞 B、一定的營養物質和植物激素
C、離體狀態 D、導入指定基因
6．植物體細胞雜交的目的中錯誤的是 (　 )
A.把兩個植物體的優良性狀集中在雜種植株上 B.獲得雜種植株
C.克服遠源雜交不親和的障礙 D.實現原生質體的融合
7．植物組織培養的用途中不正確的是 (　 )
A.快速繁殖 　　B.生產新品種 C．生產生物堿 D．生產白細胞介素－2
8．A種植物的細胞和B種植物細胞的結構如右圖所示(僅 顯示細胞核)，將A、B兩種植物細胞去掉細胞壁后，誘導二者的原生質體融合，形成單核的雜種細胞，若經過 組織培養后得到了雜種植株，則該雜種植株是 ( ) A．二倍體；基因型是DdYyRr
B．三倍體；基因型是DdYyRr
C．四倍體；基因型是DdYyRr
D．四倍體；基因型是DDddYYyyRRrr
9．以下關于原生質的敘述，正確的是 (　 )
A、原生質泛指細胞內的基質　　　　　　　 B、原生質就是細胞質
C、一個動物細胞就是一團原生質　　　　　 D、細胞膜、細胞核和細胞壁是原生質
10．不能人工誘導原生質體融合的方法是(　 )
A.振動 　B.電刺激 　C.PEG試劑 D．重壓
11．植物細胞表現出全能性的必要條件是(　 )
A.給予適宜的營養和外界條件
B.導入其他植物細胞的基因
C.脫離母體后，給予適宜的營養和外界條件
D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內
12．細胞具有全能性的原因是 ( 　)
A.生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能
B.生物體的每一個細胞都具有全能性
C.生物體的每一個細胞都含有個體發育的全部基因
D.生物體的每一個細胞都是由受精卵發育來的
13．植物組織培養過程中的脫分化是指 (　 )
A.植物體的分生組織通過細胞分裂產生新細胞
B．未成熟的種子經過處理培育出幼苗的過程
C．植物的器官、組織或細胞，通過離體培養產生愈傷組織的過程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的過程
14.下列植物細胞全能性最高的是 (　 )
A.形成層細胞　B.韌皮部細胞　　C.木質部細胞　　D.葉肉細胞
15．植物組織培養過程的順序是 (　 )
①離體的植物器官、組織或細胞 ②根、芽 ③愈傷組織 ④脫分化
⑤再分化 ⑥植物體
A．①④③⑤②⑥ B．①④③②⑤⑥
C．①⑤④③②⑥ D．⑥①④③⑤②
16．將胡蘿卜韌皮部細胞培養成幼苗時，下列條件中不需要的是(　 )
A．具有完整細胞核的細胞 B．一定的營養物質和植物激素
C．離體狀態 D．導入指定基因
17．下列有關細胞工程的敘述不正確的是 (　 )
A. 在細胞整體水平上定向改變遺傳物質
B．在細胞器水平上定向改變遺傳物質
C．在細胞器水平上定向改變細胞核的遺傳物質
D．在細胞整體水平上獲得細胞產品
18．下列細胞全能性最高的是 (　 )
A．植物的卵細胞
B．植物的精子細胞
C．被子植物的受精卵
D．被子植物的的葉肉細胞
19．植物體細胞融合完成的標志是 (　 )
A、產生新的細胞壁 B、細胞膜發生融合
C、細胞膜發生融合 D、細胞膜發生融合
20.植物體細胞雜交的目的是(　 )
A.用酶解法去掉細胞壁分離出有活力的原生質體
B.以人工誘導法使兩個不同植物的原生質體融合
C.用植物組織培養法培養融合的原生質體得到雜種植株
D.通過以上三者來完成
21.下列提法正確的是： (　 )
A、原生質專指細胞質　　　 B、人體內的水都屬于原生質
C、細胞核不是原生質　　　 D、一個動物細胞就是一團原生質
22．(多選)有關原生質體的下列敘述中，正確的是
A．組成原生質體的主要生命物質是蛋白質和核酸
B．原生質體包括細胞膜、液泡膜及兩者之間的原生質
C．被脫掉細胞壁的植物裸露細胞是原生質體
D．原生質體只能用于植物細胞工程
23．(2006，廣雅中學考題)(多選)下圖為植物組織培養過程示意圖，則下列敘述正確的是
A．植物組織培養依據的生物學原理是細胞的全能性
B．③ ④過程是指植物的營養生長和生殖生長階段
C．將①經脫分化培養成②時，再植上人造種皮即可獲得人工種子
D．② ③的再分化過程中，誘導②生根的激素為細胞分裂素和生長素
二、非選擇題
1．下圖是植物組織培養的簡略表示。據此回答：
脫分化?? 再分化
①__→②__→③__→④
(1)①表示_____，它能被培養成為④的根本原因是________。
(2)②表示____，它與①相比分化程度_____，全能性_____。
(3)若想制作人工種子，應該選用(填編號)____。
(4)若①是花藥，則④是____，繼續對其使用_____處理可獲得_____正常植株，該過程稱為_____。
(5)若①是胡蘿卜根尖細胞，則培養成的④的葉片的顏色是___，這說明根尖細胞__________。
(6)若利用此項技術制造治療燙傷、割傷的藥物__紫草素，培養將進行到(填編號)_______。
2．右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據圖回答：
(1)步驟①是___________，最常用的方法是________。
(2)步驟③一般常用的化學試劑是____，目的是________。
(3)在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運?

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