基因工程及其应用教案公开课一等奖

古邳中学高一生物下学期教学案 编写：魏磊

基因工程

教学目标：说出基因工程的概念；简述基因工程诞生历程；

认同基因工程的诞生和发展离不开理论突破和技术创新

学习内容

一、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，简称限制酶，它主要存在于原核生物中，它作用的特点是能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段未端通常有两种形式——黏性末端和平末端。

2．“分子缝合针”——DNA连接酶： DNA连接酶可把两条DNA的切口处连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

3．“分子运输车”——运载体：

a:运载体的特点：①质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中；②携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，停留在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；③质粒DNA分子上有特殊的遗传标记基因，如抗四环、氨苄青霉素等标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

b.常用的载体有：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其中最常用的是运载体是质粒(一种小型环状DNA分子,主要存在于细菌的细胞质内)。

二、基因工程的操作过程

1.目的基因的获取：获取目的基因是实施基因工程的第一步。

2.基因表达载体的构建：

教师复备（学生笔记）

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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。

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。

启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。终止子位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA片段。

标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素基因。

3.将目的基因导入受体细胞：

将目的基因导入受体细胞是实施基因工程的第三步。

(1)将目的基因导入植物细胞

(2)将目的基因导入动物细胞

(3)将目的基因导入微生物细胞

4.目的基因的检测与鉴定：

目的基因导入体细胞后，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。

(1)分子水平的检测与鉴定

① DNA分子杂交技术，②分子杂交技术③抗原——抗体杂交

(2)个体生物学水平的检测与鉴定

三、基因工程的应用

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1.植物基因工程硕果累累

植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等），以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

(1)抗虫转基因植物：Bt蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。广泛用于抗虫基因植物，如抗虫棉。

蛋白酶拟制基因、淀粉酶抑制基因、植物凝集素基因等。

(2)抗病转基因植物：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因等培养出抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、番茄等

(3)其他抗逆转基因植物：如将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草和番茄，使烟草和番茄的抗寒能力均有提高。此外，将抗除草剂基因导入大豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。

(4)利用转基因改良植物的品质：如富含赖氨酸的转基因玉米、转基因抗软化番茄

(5)提高植物的光合作用效率：(6)延长果实的储藏期：(7)提高植物次生代谢产物的产率：

2.动物基因工程前景广阔

(1)用于提高动物生长速度,提高产量。如将外源生长激素基因导入鱼体内。

(2)用于改善畜产品的品质。如在转基因牛乳腺中转入乳糖酶基因，生产的牛奶中无乳糖。

(3)用转基因动物生产药物（药用蛋白）

科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，到入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物。目前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等医药产品。

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(4)用转基因动物作器官移植的供体

科学家正试图利用基因工程方法对猪的器官进行改造，采用的方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。

(5)提高抗病能力。

提高动物对疾病的抗性，是动物品种改良的一个重要方面。现已经培育出抗猪瘟病的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔。

3.基因工程药物异军突起

包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。由于干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，所以它是一种抗病毒的特效药。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取的，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌内获得干扰素。

四、转基因生物的安全性问题

1.在转基因植物的安全问题上要考虑转基因食品的食用安全，转基因植物对生态系统的影响。如，转基因植物的扩散对生物多样性的影响，导入的目的基因是否会扩散到其它物种而导致自然界的混乱；大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等能否对生态环境造成大规模的负面效应。转基因动物也要考虑对人体健康的影响，对生态系统的影响等。

2.生物武器的危害：利用转基因技术，在一些不致病的微生物体内插入致病基因，或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通病菌或药物的基因，就会培育出新的致病微生物或新的抗药性增强的致病微生物。

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