资源简介

第一节
工具酶的发现和基因工程的诞生
【教学目标】
知识与能力方面：
１．简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。
２．简述基因工程的原理和技术。
过程与方法方面：
1.运用所学的DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型
2．运用基因工程的原理，提出解决某一实际问题的方案
情感态度、价值观方面：关注基因工程的发展，体会S、T、S三者之间的关系。
【教学重点】
DNA重组技术所需要3种基本工具的作用。
【教学难点】
基因工程载体需要具备的条件。
【教学方法】
讲授法。
【教学课时】
1课时。
【教学过程】
（导入新课）1973年转基因微生物──转
( http: / / www.21cnjy.com )基因大肠杆菌问世；1980年第一个转基因动物──转基因小鼠诞生；1983年第一例转基因植物──转基因烟草出现，实现了一种生物的某些基因在另一种生物中的表达。
基因工程的理论基础和技术保障分别是什么？
理论基础：DNA双螺旋结构的发现，使科学家
( http: / / www.21cnjy.com )发现所有生物的DNA都是由四种脱氧核苷酸聚合而成的，为来自异种的DNA拼接提供了结构基础；中心法则揭示了生物的遗传信息传递的过程，而且所有的生物共用一套密码子，这使基因在异种生物细胞内表达成为了可能。
既然科学家意识到了上述可能之后，就开始探索转基因的技术手段，此时，几种基因工程的工具的发现，为使这项技术最终成功了。
基因工程的技术保障：限制性核酸内切酶，DNA连接酶，运载体。
（提出问题）限制性核酸内切酶是从什么生物体内发现的？它的作用有什么特点？限制酶切开的DNA末端有什么特点？
（学生活动）阅读课文，总结限制性内切酶的作用特点和作用结果。
（总结归纳）
科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物
( http: / / www.21cnjy.com )比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。这种酶能够识别双链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。
不同的限制酶识别的特定核苷
( http: / / www.21cnjy.com )酸序列也不同，这样就为我们切割DNA提供了多种特定的“手术刀”。但它们切割DNA后形成的末端有两种可能：一种形成黏性末端，一种形成平末端。
限制酶在它识别序列的中心位置两侧将DNA两条单链分割开，就形成黏性末端，而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。
（提出问题）DNA连接酶怎样将两个DNA片段连接？它连接的是什么化学键？它的作用与DNA聚合酶有什么不同？
（学生活动）阅读课文，回答上述问题。
（总结归纳）
DNA连接酶能够将具有末端碱基互补的（即具有黏性末端）两个片段连接起来，拼接的位置是由限制酶断开的磷酸二酯键。
DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起
( http: / / www.21cnjy.com )来，就是说DNA连接酶是同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来连接的。
表1
DNA聚合酶和DNA连接酶的比较

DNA聚合酶
DNA连接酶
化学本质
蛋白质
蛋白质
作用部位
磷酸二酯键（单个脱氧核苷酸+片段）
磷酸二酯键（DNA双链片段+DNA双链片段）
模板
需要
不需要
（提出问题）如何将重组DNA导入受体细胞中并稳定存在和表达？
单纯的DNA片段是很难导入受体细胞
( http: / / www.21cnjy.com )的，有时即使进入受体细胞也不能稳定存在和表达，所以我们将切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。不是任何的“分子运输车”都可以用来作目的基因进入受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出发考虑才能清楚。下面老师提出四个问题供大家思考。
1.假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？
2.作为载体没有切割位点将怎样？
3.目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
4.如果载体对受体细胞有害将怎样？不能分离会怎样？
（学生活动）根据上述问题，阅读课文，寻找答案。
（总结归纳）
上述问题答案：
1.导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。
2.载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。
3.如果载体上有遗传标记基因，这样，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来检测。
4.载体对受体有害，将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的目的基因也无立足之地。载体不能分离，就不能获得更多带有目的基因的载体。
所以充当基因进入受体细胞载体的必要条件：
1.
能自我复制；
2.
有切割位点；
3.
有遗传标记基因；
4.
对受体细胞无害、易分离。
目前通常利用的载体是“质粒”。质粒是能“友好求得真知，自己解答这个问题。
寄宿在细菌细胞内的小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒，尤其要在质粒载体结构模式图上找出刚才归纳几个条件的具体体现。
生：找到“复制原点”──说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。
找到“目的基因的插入位点”──说明质粒有切割位点。
找到“氨苄青霉素抗性基因”──说明有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。
找到此质粒来自大肠杆菌──说明没有危害，大肠杆菌是非致病菌，大肠杆菌分裂快，也便于从大量复制个体中分离出来。
【板书设计】
DNA重组技术的基本工具
一．“分子手术刀”──限制酶。
1．特点
2．作用
二．“分子缝合针”──DNA连接酶。
1．作用
2．种类
三．“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。
1．条件
2．种类
【随堂练习】
1.判断题
（1）质粒是能够自主复制的游离于拟核DNA的小型环状DNA分子。
（√）
（2）DNA连接酶能够将任意两个DNA片段连接在一起
（×）
2．选择题
下图所示限制酶切割基因分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列和切点是(
)
A．CTTAAG，切点在C和T之间
B．CTTAAG，切点在G和A之间
C．GAATTC，切点在G和A之间
D．GAATTC，切点在C和T之间
【布置作业】完成学案和作业本上内容。
【教学反思】首先设置问题情景，学生
( http: / / www.21cnjy.com )在思索中学习新知识。在教学中要注意让抽象的语言在直观的插图中找到注释，在实际动手中形成正确的认识。还要引导学生从基因工程的整体思考问题，解决问题。第3节
基因工程的应用
【学习目标】
1.举例说出基因工程在遗传育种、疾病治疗与生态环境保护方面的应用
2.说出基因治疗的基本原理
3.关注基因工程新进展
4.尝试应用基因工程技术设计一个解决生活中疑难问题的方案
【学习过程】
1．总结基因工程与遗传育种，举例说出一种转基因植物和一种转基因动物的育种过程。
2．阅读课文，归纳总结基因工程药物的生产过程。
3．阅读课文，总结基因治疗的过程。
4．阅读课文，总结基因工程如何用于环境保护。
【知识梳理】
一、基因与遗传育种
转基因植物
转基因动物
二、基因工程与疾病治疗
转基因药物：胰岛素、干扰素、乙肝疫苗
基因治疗
三、基因工程与生态环境保护
可降解的新型塑料
【典题解悟】
1．用于鉴定转化的受体细胞是否含重组DNA的最常用方法是
A．抗药性选择
B．分子杂交选择
C．RNA反转录
D．免疫学方法
答案：C
解析：鉴定受体细胞是否含有重组DNA属于分子
( http: / / www.21cnjy.com )水平的检测，应该利用放射性同位素标记的目的基因作为探针，进行DNA分子杂交。而A方法仅用于当标记基因是抗药性基因时，检测重组质粒或者普通质粒是否导入。C方法用于目的基因的获取，D方法用于检测目的基因的表达。
2．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是
A．单倍体育种
B．杂交育种
C．基因工程育种
D．多倍体育种
答案：C
解析：这些育种方法中，只有基因工程育种能够打破种间的生殖隔离，在人工操作条件下，使动物蛋白的基因转入植物细胞并表达。
【当堂检测】
1．应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到探测疾病的目的。基因探针是指
A．用于检测疾病的医疗器械
B．用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
C．合成β—球蛋白的DNA
D．合成苯丙羟化酶DNA片段
2．干扰素是一种糖蛋白，是人体淋巴细
( http: / / www.21cnjy.com )胞受到病毒侵染后释放的一种淋巴因子，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。如果利用基因工程合成具有生物活性的干扰素，以下可作为受体细胞的是（
）
A．大肠杆菌
B．乙肝病毒
C．枯草杆菌
D．酵母菌
3．转基因抗虫棉可以有效
( http: / / www.21cnjy.com )地用于棉铃虫的防治。在大田中种植转基因抗虫棉的同时，间隔种植少量非转基因的棉花或其他作物，供棉铃虫取食。这种做法的主要目的是
A.
维持棉田物种多样性
B.
减缓棉铃虫抗性基因频率增加的速度
C.
使食虫鸟有虫可食
D.
维持棉田生态系统中的能量流动取
4．下列关于生物安全性问题的叙述错误的是（
）
A．食物安全是指公众担心转基因生物会产生出毒性蛋白或过敏蛋白
B．生物安全是指担心转基因生物一定影响生物的多样性
C．环境安全是指转基因生物可能对环境造成新污染或破坏
D．生物的安全问题主要包括食物安全、环境安全和生物安全三个方面
5．将人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟草获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答：
（1）烟草转基因产品的获得属于
（
）
A.基因工程
B.细胞工程
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体中去，原因是：
。
烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生：
。
不同生物间基因移植成功，
( http: / / www.21cnjy.com )说明生物共有一套
，从进化的角度看，这些生物具有
。
烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”
( http: / / www.21cnjy.com )掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明
。
该工程应用与、于实践，将给农业、医药等
( http: / / www.21cnjy.com )诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例：
。
有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，有
( http: / / www.21cnjy.com )如船能载舟也能覆舟，甚至可能带来灾难性的后果，你是否支持这一观点？如果支持，请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例：
。
6．1990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因
( http: / / www.21cnjy.com )，而患先天性体液兔疫缺陷病的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。
（1）在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当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
，目的基因的受体细胞是
。
（2）将转基因白细胞多次回输到患者体内后，兔疫能力趋于正常是由于产生了
，产生这种物质的两个基本步骤是
、
。
参考答案
1.B
2.D
3.B
4.B
5．（1）A.
（2）人与植物结构组成相同。
（3）抗病毒干扰素。
（4）遗传密码，共同的原始祖先。
（5）基因是遗传物质结构和功能的基本单位。
（6）将抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水
( http: / / www.21cnjy.com )稻新品种；将人的血型基因移入猪体内，培育人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。
（7）用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草，就将难以控制杂草。
6．（１）载体
正常腺苷脱氧酶基因
白细胞
（２）腺苷脱氧酶（抗体）
转
翻译第二节
基因工程的原理和技术
【教学目标】
知识与能力方面：
1．简述基因工程的原理
2．描述基因工程基本步骤的几个步骤
3．举例说出筛选含有目的基因的受体细胞的原理
过程与方法方面：
运用基因工程的技术，提出解决某一实际问题的方案
情感态度、价值观方面：
关注基因工程的发展，体会S、T、S三者之间的关系。
【教学重点】
基因工程的基本操作步骤
【教学难点】
从基因文库中获取目的基因
筛选含有目的基因的受体细胞
【教学方法】
讲授法。
【教学课时】
1课时。
【教学过程】
导入新课）复习：基因工程的操作工具：
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
运载体或载体）
提出问题）﹙先解决为什么要分五个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术方法问题。﹚
1．为什么要有“目的基因的获取”这一步？
学生活动）引导学生看本专题题图中基因工
( http: / / www.21cnjy.com )程的概念：“基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”可以说这既是概念，也是原理。这里所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。
2．为什么要有“表达载体的构建”这一步？
学生活动）思考：单独的DNA片段──目的
( http: / / www.21cnjy.com )基因是不能稳定遗传的。课文中谈到构建表达载体的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能表达和发挥作用。
3.为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？
学生活动）思考讨论：教材指出含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。
4.为什么要有“筛选含有目的基因的受体细胞
学生活动）思考讨论：这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的DNA中，是否能够在受体细胞中稳定遗传只有通过检测、鉴定才能得知。
5.为什么要有“目的基因的表达”这一步？
学生活动）思考讨论：目的基因在受体细胞中的表达与否，决定了基因工程是否最终成功，必须进行鉴定，确定其是否表达。
学习过程：
一、目的基因的获取
（问题引入）“目的基因的获取”有什么方法呢？你能推测出由mRNA反转录形成cDNA的过程大致分为哪些步骤吗？
（学生活动）学生思考讨论。
（总结归纳）
1970年，特明H.M.
Temin）和巴尔
( http: / / www.21cnjy.com )的摩D.
Baltimore）证实了RNA病毒中含有一种能将RNA转录成DNA的酶，这种酶被称为依赖RNA的DNA聚合酶，由于与中心法则中的从DNA到RNA的转录是反向的，所以称为反转录酶reverse
transcriptase）。
反转录酶既可以利用DNA又可以利用R
( http: / / www.21cnjy.com )NA作为模板合成与之互补的DNA链。像其他DNA聚合酶一样，反转录酶也以5′→3′方向合成DNA的过程图1-3）。
图1-3
由mRNA反转录形成cDNA
cDNA合成过程是：第一步，反转录酶以
( http: / / www.21cnjy.com )RNA为模板合成一条与RNA互补的DNA单链，形成RNA-DNA杂交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA杂交分子中的RNA链降解，使之变成单链的DNA。第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子。
1.PCR的扩增过程是怎样的？
PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。PCR的扩增反应过程包括以下几个主要过程。
第一步：将反应体系包括双链模板、引物、耐
( http: / / www.21cnjy.com )高温的DNA聚合酶、四种脱氧核糖核苷酸以及酶促反应所需的离子等）加热至90～95
℃，使双链DNA模板两条链之间的氢键打开，变成单链DNA，作为互补链聚合反应的模板。
第二步：将反应体系降温至55～60
℃，使两种引物分别与模板DNA链3′端的互补序列互补配对，这个过程称为复性。
第三步：将反应体系升温至70～75
( http: / / www.21cnjy.com )
℃，在耐高温的DNA聚合酶催化作用下，将与模板互补的单个核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA链延伸，产生一条与模板链互补的DNA链。
上述三步反应完成后，一个DNA分子就
( http: / / www.21cnjy.com )变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
2.如何从基因文库中找到所需要的基因？
从基因文库中找到目的基因是一件比较复杂的事情，要根据目的基因已有的某些信息来进行。下面介绍一种根据基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。
第一步，通过PCR方法将目的基因已知的
( http: / / www.21cnjy.com )部分核苷酸序列扩增出来，进行放射性同位素标记也可以用别的标记方法进行，如生物素、荧光素等），即用标记了放射性同位素的目的DNA片段作为探针，与扩增出来的DNA杂交。
第二步，将基因文库中的所有菌落转移至硝酸纤维膜上也可以用其他类型的膜），然后，通过处理溶解消化掉细菌中的蛋白质，并使DNA固定在膜上。
第三步，按Southern杂交的方法进行杂交。
第四步，在X光底片上出现黑斑的菌落，这表明这个菌落中含有所需要的目的基因若选用别的标记方法，有阳性信号的菌落则含有所需要的目的基因）。
第五步，从该菌落中再提取目的基因。
二、形成重组DNA分子
（提出问题）1.作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？
（学生活动）学生思考讨论。
（总结归纳）
不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是：
1）
生物之间进行基因交流，
( http: / / www.21cnjy.com )需使用启动子和终止子才能比较有利于基因的表达；如通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录；
2）为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等；
3）目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；
4）有时需要确定目的基因表
( http: / / www.21cnjy.com )达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因或做成目的基因与标识基因的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。
1.基因工程载体的构建需要考虑哪些方面的因素？道理何在？
主要考虑以下几方面的因素。
1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因
( http: / / www.21cnjy.com )含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器。
2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子
( http: / / www.21cnjy.com )有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，如只在植物种子中表达，就要选择种子中特异表达的启动子。
三、将目的基因导入受体细胞
（提出问题）1、不同的受体细胞导入方法相同吗？2、导入是否意味着转化？
（学生活动）学生思考讨论。
（总结归纳）
转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
导入植物细胞：农杆菌转化法（表达载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞）
将目的基因导入受体细胞：
细菌
↓氯化钙
细胞壁的通透性增大
↓
重组质粒进入受体细胞
↓
目的基因随受体细胞的繁殖而复制
②导入动物细胞：显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）
③导入微生物细胞：Ca2＋处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。
提示：农杆菌转化法的原理是利用农杆菌（胞内寄生菌）对植物的感染而把目的基因导入受体细胞。
四．筛选含有目的基因的受体细胞
（提出问题）1、筛选的目的是什么？2、筛选方法有哪些？
（学生活动）学生思考讨论。
（总结归纳）
筛选是为了确定重组DNA是否导入受体细胞。筛选的方法有两种。
①检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。
②检测是否转录出了mRNA，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。
五、目的基因的表达
通过鉴定表达的蛋白产物或性状来确定目的基因是否表达。
①检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原－抗体杂交，看是否有杂交带。
②还可以进行个体水平的鉴定，根据其性状。
提示：①DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中
( http: / / www.21cnjy.com )的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交；②抗原－抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的。
3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。
【板书设计】
1.2
基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
二、形成重组DNA分子
（基因工程的核心）
三、将目的基因导入受体细胞
四、筛选含有目的基因的受体细胞
五、目的基因的表达
【随堂练习】
1．基因工程常用的受体细胞有（　
）
①大肠杆菌
②枯草杆菌
③支原体
④动植物细胞
A．①②③④
B．①②③
C．②③④
D．①②④
2．基因工程的操作步骤：①使
( http: / / www.21cnjy.com )目的基因与运载体相结合，②将目的基因导入受体细胞，③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求，④提取目的基因，正确的操作顺序是（
　）
　　A．③②④①
　　B.②④①③
　C．④①②③
　D．③④①②
【布置作业】完成学案和作业本上内容。
【教学反思】因为基因工程对学生来
( http: / / www.21cnjy.com )说是比较抽象的，所以首先设置问题情景，利用生活中的的问题激发学生的学习兴趣，使学生在思索中学习新知识。在教学中要注意让抽象的语言在直观的插图中找到注释，在实际动手中形成正确的认识。还要引导学生从基因工程的整体思考问题，解决问题。w.w.w.21世纪教育网.c.o.m第四节
基因工程的发展前景
【教学目标】
知识与能力方面：
1．简述科学家在基因工程方面的最新尝试。
2．认识生物反应器。
3．简述蛋白质工程。
过程与方法方面：
比较分析基因工程与蛋白质工程。
情感态度、价值观方面：
关注基因工程的发展，体会S、T、S三者之间的关系。
【教学重点】
科学家在基因工程方面的最新尝试
【教学难点】
蛋白质工程
【教学方法】
讲授法。
【教学课时】
1课时。
【教学过程】
导入新课：基因工程的应用：
（1）动植物遗传育种
（2）人类疾病预防
（3）生态环境保护
（4）提高农作物产量（光合作用和生物固氮）
（5）生物反应器
（6）蛋白质工程
一、科学家在基因工程方面的最新尝试
（提出问题）新的尝试新在什么地方？
（学生活动）阅读课文，总结讨论。
（归纳总结）
1.光合作用
如何提高光合作用效率？
通过基因工程技术，提高二磷酸核酮糖羧化酶的羧化酶活性，降低其加氧酶活性。
2.生物固氮
（1）氮在植物体中的作用
1)、氮是构成蛋白质的主要成分，
2)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等都含有氮
所以氮为基本生命元素，必须不断补充
（2）植物体氮吸收的形式：
主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。
（3）根瘤菌：原核单细胞代谢类型是异养需氧型侵入豆科作物根部后不断繁殖可刺激根薄壁细胞分裂、组织膨大成根瘤
（4）生物固氮
固氮微生物将N2还原为含N化合物的过程。
（5）固氮基因工程
将固氮细菌体内的固氮基因转移到非豆科粮食作物的细胞内，让非豆科粮食作物的细胞内合成出固氮酶并且固氮
3.生物反应器
用来生产蛋白质药物（包括疫苗）的动植物。
（1）植物生产疫苗
2001-6中国农科院经过十年研究，培育出的
( http: / / www.21cnjy.com )抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试
抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。
这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在2元左右。
（2）转基因动物乳腺生产蛋白质药物
如荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。
4.蛋白质工程
蛋白质工程是指以蛋白质分子
( http: / / www.21cnjy.com )的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生
活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）
基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列
蛋白质工程与基因工程的区别和联系：
基因工程
蛋白质工程
操作环境（场所）
生物体外
生物体外
操作核心
基因
基因
操作起点
目的基因
预期的蛋白质功能
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
确定蛋白质功能→应有的高级结构→应具备的折叠状态→应有个的氨基酸序列→应有的碱基序列→改造的蛋白质
结果
人类需要的基因产物
人类需要的新基因，可以创造出自然界不存在的新蛋白质
蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。
基因工程中的目的基因和蛋白质产物是自然界天然存在的，而蛋白质工程中的基因和相应的蛋白质不是自然界天然存在的。
二、基因工程的未来
1．解决人类的问题：
（1）粮食问题
（2）健康问题
（3）环境问题
2.帮助人们认识生命世界和人类自己：
（1）对人类基因组的研究
（2）受精卵发育机制的研究
（3）人类学习和记忆的分子基础
【板书设计】
1.4
基因工程的发展前景
一、基因工程的应用领域
二、科学家在基因工程方面的最新尝试
光合作用
生物固氮
生物反应器
蛋白质工程
三、基因工程的未来
【随堂练习】
1．下列关于生物反应器的说法，不正确的是（
）
A．通过基因工程生产目标蛋白的过程中，用于生产的转基因生物或器官可以称为生物反应器
B．转基因生物反应器可以用来生产青霉素
C．利用植物生物反应器生产疫苗，可以免除注射疫苗带来的痛苦
D．可以在转基因动物的乳汁或尿液中获得目标蛋白
2．通过蛋白质工程来改造T4溶菌酶的过程中，直接操作的对象是（
）
A．T4溶菌酶的基因
B.
T4溶菌酶
C．T4溶菌酶的mRNA
D．以上都可以
【布置作业】
完成学案和作业本上内容。
【教学反思】
本节内容是基因工程的延伸和
( http: / / www.21cnjy.com )发展。由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。

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