沈阳师范大学：《基因工程学》课程教学资源（教案讲义，共十二章，主讲：逄洪波）

教案基因工程学教案目录教案第一章概论(2学时)第二章核酸制备（6学时）9第三章目的基因的分离（6学时）第四章基因操作的工具酶（4学时）...27第五章载体（6学时）..32第六章重组基因导入受体细胞（2学时）....42第七章外源目的基因的表达与调控（2学时）.48第八章基因操作中的前言技术（4学时）.50第九章植物基因工程（4学时）..59第十章动物基因工程（4学时）69第十一章微生物基因工程（6学时）77第十二章医药基因工程（2学时）97

基因工程学教案 教案 1 目录 教案.2 第一章 概论（2 学时）.3 第二章 核酸制备（6 学时）.9 第三章 目的基因的分离（6 学时）. 17 第四章 基因操作的工具酶（4 学时）. 27 第五章 载体（6 学时）. 32 第六章 重组基因导入受体细胞（2 学时）. 42 第七章 外源目的基因的表达与调控（2 学时） . 48 第八章 基因操作中的前言技术（4 学时）. 50 第九章 植物基因工程（4 学时）. 59 第十章 动物基因工程（4 学时）. 69 第十一章 微生物基因工程（6 学时）. 77 第十二章 医药基因工程（2 学时）. 97

教案基因工程学教案教案课程名称基因工程学课程代码02200200课程生物技术课程性质授课对象专业必修课基本学时学分348情况考核方式平时成绩占20%，闭卷考试成绩占80%教材：教材《基因工程》第二版，孙明主编，高等教育出版社，2013。及参考书：《基因工程》第三版，龙敏南、楼士林、杨盛昌等著，科学出版社，2014。参考《基因工程原理》第二版上册，吴乃虎，科学出版社，1998。资料《基因工程原理》第二版下册，吴乃虎，科学出版社，2001。《基因工程原理》，文铁桥编，科学出版社，2014。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教学基因的表达，同时了解基因工程在生物学领域中的应用与发展前景。对学生达到毕目的业要求贡献如下：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。教学内容学时分配章次内容学时第一章基因工程概论2第二章核酸制备6第三章6且的基因的分离第四章分子克隆工具酶4第五章载体6第六章2重组基因导入受体细胞第七章2外源且的基因表达与调控第八章基因操作中的前言技术4第九章4植物基因工程第十章4动物基因工程第十一章6微生物基因工程第十二章4医药基因工程合计482

基因工程学教案 教案 2 教案 课程 基本 情况 课程名称 基因工程学 课程代码 02200200 授课对象 生物技术 课程性质 专业必修课 学时 48 学分 3 考核方式 平时成绩占 20%，闭卷考试成绩占 80% 教材 及 参考 资料 教 材： 《基因工程》第二版，孙明主编，高等教育出版社，2013。 参考书： 《基因工程》第三版，龙敏南、楼士林、杨盛昌等著，科学出版社，2014。 《基因工程原理》第二版 上册，吴乃虎 ，科学出版社，1998。 《基因工程原理》第二版 下册，吴乃虎，科学出版社，2001。 《基因工程原理》，文铁桥 编，科学出版社，2014。 教学 目的 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。 教学内容学时分配 章次 内容 学时 第一章 基因工程概论 2 第二章 核酸制备 6 第三章 目的基因的分离 6 第四章 分子克隆工具酶 4 第五章 载体 6 第六章 重组基因导入受体细胞 2 第七章 外源目的基因表达与调控 2 第八章 基因操作中的前言技术 4 第九章 植物基因工程 4 第十章 动物基因工程 4 第十一章 微生物基因工程 6 第十二章 医药基因工程 4 合计 48

基因工程学教案第一章概论（2学时）知识目标：了解基因工程学发展历史和发展趋势。重点掌握基因工程的概念、基因工程研究的主要内容、基因工程的基本步骤。教学目标技能与能力目标：提高学生的自学能力、信息获取能力。情感态度价值观目标：有效利用时间，在有限的时间内掌握知识、技能；及获得知识的能力。以科学的态度思考生活中的实际问题。基因工程的概念、教学重点基因工程的操作流程。教学难点基因工程的基本流程。1.1基因工程的概念及其基本过程1学时学时分配1学时1.2基因工程的诞生教学方法讨论法+讲授法教学手段传统教学十现代多媒体几个基本概念1.1基因工程的基因工程的概念及其基本基本内容过程基因工程的知识结构基本过程导论体系理论上的三大发现技术上的1.2基因工程的诞生三大发明基因工程的诞生与发展-3 -

基因工程学教案 - 3 - 第一章 概论（2 学时） 教学目标 知识目标：了解基因工程学发展历史和发展趋势。重点掌握基因工程的概念、 基因工程研究的主要内容、基因工程的基本步骤。 技能与能力目标：提高学生的自学能力、信息获取能力。 情感态度价值观目标：有效利用时间，在有限的时间内掌握知识、技能；及获 得知识的能力。以科学的态度思考生活中的实际问题。 教学重点 基因工程的概念、 基因工程的操作流程。 教学难点 基因工程的基本流程。 学时分配 1.1 基因工程的概念及其基本过程 1 学时 1.2 基因工程的诞生 1 学时 教学方法 讨论法+讲授法 教学手段 传统教学＋现代多媒体 知识结构 体系 导论 1.1基因工程的 概念及其基本 过程 几个 基本概念 基因工程的 基本内容 基因工程的 基本过程 1.2 基因工程 的诞生 理论上的 三大发现 技术上的 三大发明 基因工程的 诞生与发展

基因工程学教案1.1基因工程的概念及其基本授课题目授课序次过程总学时数1学时授课时长45分钟备注教学过程及授课内容【课堂导入】学生活学生情况分析：学生必须掌握的前提知识是分子生物学中有关DNA序列的知动：识。创设情境（或旧知识回顾），导入新课教师活动：基因工程学的研究对象主要是遗传物质，请大家思考一下，你们对遗传物质的了解有那些？【探究新知】学习新课（主要部分）学生活动教师活动1：1:【视频展示】：视频1.1.1。【观看图【图片展示】片1【讲解】【观看视1.1.1与基因工程相关的几个概念频】生物工程(biological engineering)基因工程(geneengineering)基因操作(gene manipulation)重组DNA技术（recombinantDNAtechnique）基因克隆(gene cloning)克隆(clone)亚克隆（subclone）学生活动教师活动2：2:【提问】：核酸的物理性质如何？【思考回【讲解】答】：451.1.2基因工程的基本内容-4-

基因工程学教案 - 4 - 授课题目 1.1 基因工程的概念及其基本 过程 授课序次 1 总学时数 1 学时 授课时长 45 分钟 教学过程及授课内容 备注 【课堂导入】 学生情况分析：学生必须掌握的前提知识是分子生物学中有关 DNA 序列的知 识。 创设情境（或旧知识回顾），导入新课 教师活动： 基因工程学的研究对象主要是遗传物质，请大家思考一下，你们对遗传物质的 了解有那些？ 【探究新知】 学习新课（主要部分） 教师活动 1： 【视频展示】:视频 1.1.1。 【图片展示】 【讲解】 1.1.1 与基因工程相关的几个概念 生物工程 （biological engineering） 基因工程 （gene engineering） 基因操作 （ gene manipulation） 重组 DNA 技术（recombinant DNA technique） 基因克隆 （gene cloning） 克 隆 （clone） 亚克隆（subclone） 教师活动 2： 【提问】：核酸的物理性质如何？ 【讲解】 1.1.2 基因工程的基本内容 学生活 动： 学生活动 1： 【观看图 片】 【观看视 频】 学生活动 2： 【思考回 答】：45

基因工程学教案学时(45学实验设计：基因工程与其它工程一样，是有设计，有蓝图，有预期目的而进行时/8h<6的一种创造性工作。基因工程实验设计可以是多种多样，具体的操作方法也可day)，能学以灵活变动，各不相同，但基本过程大体是一样的。多少知基因操作：是指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。基因工程是实验室条件下，进行肉眼看不见的分子水平上的操作。识？明确实验所采用的核酸一般是以微克（10-6g）、纳克（10-9g）来进行计算和计量的。学习这门课的目的。教师活动3：【图片展示】、【视频展示】：视频1.1.2【讲解】学生活动1.1.3基因工程的基本过程3:①目的基因的制备【观看图②载体的选择与构建片1③目的基因与载体的连接【观看视（重组子的构建）频】④重组子导入受体细胞③重组子的筛选与鉴定③外源基因的表达和产物的分离纯化【讨论提问】基因操作、基因重组和基因工程的关系。【本课小结】第一章导论1.1基因工程的概念及其基本过程1.1.1与基因工程相关的几个概念生物工程(biological engineering)基因工程(gene engineering)基因操作（(genemanipulation)重组DNA技术（recombinantDNAtechnique）基因克隆(genecloning）-5-

基因工程学教案 - 5 - 实验设计：基因工程与其它工程一样，是有设计，有蓝图，有预期目的而进行 的一种创造性工作。基因工程实验设计可以是多种多样，具体的操作方法也可 以灵活变动，各不相同，但基本过程大体是一样的。 基因操作：是指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操 作的总称。基因工程是实验室条件下，进行肉眼看不见的分子水平上的操作。 实验所采用的核酸一般是以微克（10-6g）、纳克（10-9g）来进行计算和计量的。 教师活动 3： 【图片展示】、【视频展示】：视频 1.1.2 【讲解】 1.1.3 基因工程的基本过程 ①目的基因的制备 ②载体的选择与构建 ③目的基因与载体的连接 （重组子的构建） ④重组子导入受体细胞 ⑤重组子的筛选与鉴定 ⑥外源基因的表达和产物的分离纯化 【讨论提问】 基因操作、基因重组和基因工程的关系。 【本课小结】 第一章 导论 1.1 基因工程的概念及其基本过程 1.1.1 与基因工程相关的几个概念 生物工程 （biological engineering） 基因工程 （gene engineering） 基因操作 （ gene manipulation） 重组 DNA 技术（recombinant DNA technique） 基因克隆 （gene cloning） 学时(45 学 时/8h〈 6 day)，能学 多少知 识？明确 学习这门 课的目 的。 学生活动 3： 【观看图 片】 【观看视 频】

基因工程学教案克隆(clone)亚克隆（subclone）1.1.2基因工程的基本内容1.1.3基因工程的基本过程【课后作业】思考题：简述基因工程的基本过程。教学反思强调掌握基因工程的基本过程的重要性。授课题目授课序次11.2基因工程的诞生与发展1学时总学时数授课时长45分钟备注教学过程及授课内容【课堂导入】学生活创设情境（或旧知识回顾），导入新课动：教师活动：一般认为1973年是基因工程诞生的元年，上世纪40年代一70年代初分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的三大发明对于基因工程的诞生起到了决定性的作用。【探究新知】学习新课（主要部分）教师活动1：学生活动【图片展示】1:【视频展示】：视频1.2.1；视频1.2.2【观看图【提问】片1、一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA分子和【观看视用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基（）个。频】、-6-

基因工程学教案 - 6 - 克 隆 （clone） 亚克隆（subclone） 1.1.2 基因工程的基本内容 1.1.3 基因工程的基本过程 【课后作业】 思考题：简述基因工程的基本过程。 教学反思 强调掌握基因工程的基本过程的重要性。 授课题目 1.2 基因工程的诞生与发展 授课序次 1 总学时数 1 学时 授课时长 45 分钟 教学过程及授课内容 备注 【课堂导入】 创设情境（或旧知识回顾），导入新课 教师活动： 一般认为 1973 年是基因工程诞生的元年,上世纪 40 年代——70 年代初分子生 物学领域理论上的三大发现和技术上的三大发明对于基因工程的诞生起到了决 定性的作用。 【探究新知】 学习新课（主要部分） 教师活动 1： 【图片展示】 【视频展示】：视频 1.2.1；视频 1.2.2 【提问】： 一条多肽链中有氨基酸 1000 个，则作为合成该多肽链模板的信使 RNA 分子和 用来转录信使 RNA 的 DNA 分子分别至少要有碱基（ ）个。 学生活 动： 学生活动 1： 【观看图 片】、 【观看视 频】

基因工程学教案已知蛋白质的分子量，能否推测出其DNA的核苷酸（或碱基）数目？【思考回答】【讲解】1.2.1理论上的三大发现①DNA是遗传物质被证实。What?②DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的阐明。HoW?③遗传信息中心法则的确立。How?教师活动2：【图片展示】学生活动【讲解】2:三大理论发现，虽然从理论上确立了基因工程的可能性，但在进行基因工程技【观看图术操作时，科学家还面临着三个基本技术问题：片1·如何从生物体庞大的双链DNA分子中将所需要的基因片段切割下来；，如何将所获得的基因片段重新连接；·如何将所切割下来的DNA片段进行繁殖扩增。1.1.2技术上的三大发明①限制性核酸内切酶的发现和应用②DNA连接酶的发现和应用③基因工程载体一质粒的发现和应用教师活动3：【图片展示】学生活动【提问】回顾：基因工程（geneengineering）的概念。3:【讲解】【观看图1.2.3基因工程的诞生与发展片1、①第一个体外重组DNA分子的构建【思考回②基因工程的真正诞生③基因工程的发展答】【讨论提问】什么叫基因工程（GeneEngineering），试从理论和技术两个方面谈谈基因工程诞生的基础？-7-

基因工程学教案 - 7 - 已知蛋白质的分子量，能否推测出其 DNA 的核苷酸（或碱基）数目？ 【讲解】 1.2.1 理论上的三大发现 ①DNA 是遗传物质被证实。What? ②DNA 的双螺旋结构和半保留复制机理的阐明。How? ③遗传信息中心法则的确立。How? 教师活动 2： 【图片展示】 【讲解】 三大理论发现，虽然从理论上确立了基因工程的可能性，但在进行基因工程技 术操作时，科学家还面临着三个基本技术问题： • 如何从生物体庞大的双链 DNA 分子中将所需要的基因片段切割下来； • 如何将所获得的基因片段重新连接； • 如何将所切割下来的 DNA 片段进行繁殖扩增。 1.1.2 技术上的三大发明 ①限制性核酸内切酶的发现和应用 ②DNA 连接酶的发现和应用 ③基因工程载体—质粒的发现和应用 教师活动 3： 【图片展示】 【提问】回顾：基因工程（gene engineering ）的概念。 【讲解】 1.2.3 基因工程的诞生与发展 ①第一个体外重组 DNA 分子的构建 ②基因工程的真正诞生 ③基因工程的发展 【讨论提问】 什么叫基因工程（Gene Engineering），试从理论和技术两个方面谈谈基因工程 诞生的基础？ 【思考回 答】 学生活动 2： 【观看图 片】 学生活动 3： 【观看图 片】、 【思考回 答】

基因工程学教案【本课小结】1.2基因工程的诞生1.2.1理论上的三大发现①DNA是遗传物质被证实。②DNA的双螺旋结构和半保留复制机理的阐明。③遗传信息中心法则的确立。1.1.2技术上的三大发明①限制性核酸内切酶的发现和应用②DNA连接酶的发现和应用③基因工程载体一质粒的发现和应用1.2.3基因工程的诞生与发展①第一个体外重组DNA分子的构建②基因工程的真正诞生③基因工程的发展【课后作业】思考题：什么叫基因工程（GeneEngineering），试从理论和技术两个方面谈谈基因工程诞生的基础？教学反思强调基因工程的诞生的重要意义。找相关的应用，可以从网站、新闻中增加基因工程的了解。-8-

基因工程学教案 - 8 - 【本课小结】 1.2 基因工程的诞生 1.2.1 理论上的三大发现 ①DNA 是遗传物质被证实。 ②DNA 的双螺旋结构和半保留复制机理的阐明。 ③遗传信息中心法则的确立。 1.1.2 技术上的三大发明 ①限制性核酸内切酶的发现和应用 ②DNA 连接酶的发现和应用 ③基因工程载体—质粒的发现和应用 1.2.3 基因工程的诞生与发展 ①第一个体外重组 DNA 分子的构建 ②基因工程的真正诞生 ③基因工程的发展 【课后作业】 思考题：什么叫基因工程（Gene Engineering），试从理论和技术两个方面谈谈 基因工程诞生的基础？ 教学反思 强调基因工程的诞生的重要意义。 找相关的应用，可以从网站、新闻中增加基因工程的了解

基因工程学教案第二章核酸制备知识目标：掌握DNA和RNA分离原理、检测和纯化知识。重点掌握基因工程操作过程中的基本技术原理及方法步骤。教学目标技能与能力目标：掌握DNA和RNA分离、检测和纯化技术。掌握PCR反应操作;PCR引物的设计方法。情感态度价值观目标：培养严谨的工作作风。用发展的眼光看待问题。CTAB法和SDS法提取基因组DNA，教学重点碱裂解法提取质粒DNA，trizol法提取RNADNA的分离、纯化和检测。教学难点RNA的分离、纯化和检测。2学时2.1基因组DNA 的分离、检测和纯化学时分配2学时2.2质粒DNA的提取、检测和纯化2 学时2.2RNA的分离、检测和纯化教学方法讨论法+讲授法教学手段传统教学十现代多媒体①植物CTAB法基因组DNA的分离②动物SDS法DNA的分离、检非基因组DNA碱裂解法测和纯化的分离提取质粒浓度与纯度知识结构检测核酸制备体系trizol提取法的基本原理操作步骤RNA提取、纯化和检测及其流程浓度和纯度测定-9-

基因工程学教案 - 9 - 第二章 核酸制备 教学目标 知识目标：掌握 DNA 和 RNA 分离原理、 检测和纯化知识。重点掌握基因工 程操作过程中的基本技术原理及方法步骤。 技能与能力目标：掌握 DNA 和 RNA 分离、 检测和纯化技术。掌握 PCR 反应 操作; PCR 引物的设计方法。 情感态度价值观目标：培养严谨的工作作风。用发展的眼光看待问题。 教学重点 CTAB 法和 SDS 法提取基因组 DNA， 碱裂解法提取质粒 DNA， trizol 法提取 RNA 教学难点 DNA 的分离、纯化和检测。 RNA 的分离、纯化和检测。 学时分配 2.1 基因组 DNA 的分离、检测和纯化 2 学时 2.2 质粒 DNA 的提取、检测和纯化 2 学时 2.2 RNA 的分离、检测和纯化 2 学时 教学方法 讨论法+讲授法 教学手段 传统教学＋现代多媒体 知识结构 体系 核酸制备 DNA的分离、检 测和纯化 基因组DNA 的分离 ①植物 CTAB法 ②动物 SDS法 非基因组DNA 的分离 碱裂解法 提取质粒 浓度与纯度 检测 RNA提取、纯化 和检测 trizol提取法的基 本原理 操作步骤 及其流程 浓度和纯度 测定

基因工程学教案核酸制备授课题目授课序次2、3、4总学时数6学时授课时长270分钟1备注教学过程及授课内容【课堂导入】创设情境（或旧知识回顾），导入新课基因工程的第一个步骤是分离目的基因，但是目的基因是怎么来的呢？需要我们先要制备出核酸。核酸的内容在生物化学中大家已经学习过了它的基本结构及其理化性质，但是核酸是怎么制备得到的呢？大家并不了解，本次课我们就来学习核酸的制备。【探究新知】本章我们一同来学习核酸的制备。核酸分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA。他们的区别是什么？（师生互动）答：根据2位C上是否脱氧来划分。首先我们学习第一类脱氧核糖核酸DNA。DNA在体内主要存在的方式是染色体，这是基因组上面的。除此之外，植物中，叶绿体；动物中，线粒体；细菌中质粒都存在遗传物质。对于基因组中DNA，我们的方法通常是，植物微生物CTAB法动物SDS法。而对于非基因组DNA，我们重点要学习微生物体内的质粒DNA提取方法，而又以其中的碱裂解法提取质粒作为重点和难点。这就是本章的重点内容。一、基因组DNA提取方法1.植物和微生物中基因组DNA提取代表方法CTAB法原理：CTAB法原理CTAB(hexadecyltrimethylammoniumbromide,十六烷基三甲基溴化铵），是一种阳离子去污剂,具有从低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖的特性。在高离子强度的溶液中(>0.7mol/LNaCI)，CTAB与蛋白质和多聚糖形成复合物，只是不能沉淀核酸。通过有机溶剂抽提，去除蛋白，多糖，酚类等杂质后加入乙醇沉淀即可使核酸分离出来。- 10 -

基因工程学教案 - 10 - 授课题目 核酸制备 授课序次 2、3、4 总学时数 6 学时 授课时长 270 分钟 教学过程及授课内容 备注 【课堂导入】 创设情境（或旧知识回顾），导入新课 基因工程的第一个步骤是分离目的基因，但是目的基因是怎么来的呢？ 需要我们先要制备出核酸。核酸的内容在生物化学中大家已经学习过了它 的基本结构及其理化性质，但是核酸是怎么制备得到的呢？大家并不了解，本 次课我们就来学习核酸的制备。 【探究新知】 本章我们一同来学习核酸的制备。 核酸分为核糖核酸 RNA 和脱氧核糖核酸 DNA。他们的区别是什么？（师 生互动） 答：根据 2 位 C 上是否脱氧来划分。 首先我们学习第一类脱氧核糖核酸 DNA。 DNA 在体内主要存在的方式是染色体，这是基因组上面的。除此之外，植 物中，叶绿体；动物中，线粒体；细菌中质粒都存在遗传物质。 对于基因组中 DNA，我们的方法通常是，植物 微生物 CTAB 法 动物 SDS 法。 而对于非基因组 DNA，我们重点要学习微生物体内的质粒 DNA 提取方法， 而又以其中的碱裂解法提取质粒作为重点和难点。这就是本章的重点内容。 一、基因组 DNA 提取方法 1.植物和微生物中基因组 DNA 提取代表方法 CTAB 法 原理： CTAB 法原理 CTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide,十六烷基三甲基 溴化铵)，是一种阳离子去污剂,具有从低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚 糖的特性。在高离子强度的溶液中(>0.7mol/L NaCl)，CTAB 与蛋白质和多聚糖 形成复合物，只是不能沉淀核酸。通过有机溶剂抽提，去除蛋白，多糖，酚类 等杂质后加入乙醇沉淀即可使核酸分离出来