“基因工程的基本操作程序”教學(xué)設(shè)計

1、“基因工程的基本操作程序”教學(xué)設(shè)計1 教材分析? 基因工程的基本操作程序 是人教版選修 3 專題 1 基因工程中第 2 節(jié)內(nèi)容，本節(jié)是基因工程專題的核心，上承 DNA重組技術(shù)的基本工具一節(jié)，下接基因工程的應(yīng)用。對于基因工程，學(xué)生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為此，教材中采用形象化得呈現(xiàn)方式簡述了基因工程基本操作程序的四個步驟。 例如，基因文庫中把基因組文庫比作國家圖書館，而把 cDNA文庫比作某市圖書館，這樣便于學(xué)生理解和掌握。此外，在教材處理中還呈現(xiàn)主干， 割舍枝杈，將非主干內(nèi)容以生物技術(shù)資料卡、拓展視野等方式呈現(xiàn)，做到有主有次。2 學(xué)情分析學(xué)生經(jīng)過上一節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握 DNA重組技術(shù)所

2、需三種基本工具的作用及基因工程載體所需條件等知識， 具備學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序一節(jié)的基礎(chǔ)； 而且經(jīng)過一年必修教材的學(xué)習(xí)， 學(xué)生的生物基礎(chǔ)知識較扎實， 思維的目的性、 連續(xù)性和邏輯性已初步建立。但基因工程一節(jié)對學(xué)生來說難點較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。 因此在教學(xué)過程中， 應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時加強(qiáng)學(xué)生解決問題和運用概念圖等生物學(xué)語言歸納結(jié)論等方面的能力。3 教學(xué)目標(biāo)3.1知識目標(biāo)簡述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進(jìn)步催化了基因工程簡述基因工程的原理和基本步驟3.2能力目標(biāo)學(xué)會運用概念圖總結(jié)基因工程的基本步驟及方法嘗試運用基因工程原理，提出解決某一實際問題的方案3.3情感態(tài)度與價值觀關(guān)注基因工程

3、的發(fā)展認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高4 教學(xué)重點與難點4.1教學(xué)重點 ? 基因工程基本操作程序的四個步驟4.2教學(xué)難點從基因文庫中獲取目的基因利用 PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因5 教學(xué)整體思路采用從“整體 - 部分 - 整體”的教學(xué)思路，首先引用基因工程案例使學(xué)生從整體上了解基因工程的四個步驟， 其次采用分步探究的形式幫助學(xué)生理解各個步驟的原理、方法和過程， 最后教師引導(dǎo)學(xué)生用概念圖將所學(xué)的知識從整體上再次整合。6 教學(xué)過程 ?教學(xué)環(huán)節(jié)導(dǎo)入新課教師行為1）出示我國有知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育圖解2）質(zhì)疑：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育的四個關(guān)鍵步驟學(xué)生活動看圖并回答：首先要獲得目的基因，其次將目的基因連接到

4、Ti質(zhì)粒上，再次將3）根據(jù)學(xué)生回答補(bǔ)充還需檢測抗蟲基因重組的 Ti 質(zhì)粒導(dǎo)入是否已經(jīng)進(jìn)入棉花植株，并由此引出受體細(xì)胞，最后要重基因工程的四部曲建轉(zhuǎn)基因植物目的基因的獲1）提問轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育需要哪些工具回憶舊知識并回答取2）講授目的基因的概念看書并回答：從自然3）指導(dǎo)學(xué)生看書并質(zhì)疑：獲取目的基因界已有的物種中分總的來說有哪兩種方式離和人工合成4）根據(jù)學(xué)生回答強(qiáng)調(diào)如果已知抗蟲基因思考并回答：先獲取核苷酸序列且序列較短小， 可通過 DNA 蘇云金芽孢桿菌的合成儀直接進(jìn)行人工合成全部基因，再從中提5）質(zhì)疑：如果對抗蟲基因的堿基序列完取抗蟲基因全不知，怎樣才能得到蘇云金芽孢桿思考并回答：菌體內(nèi)的抗蟲基

5、因操作條件：對目的基6）針對學(xué)生回答引出基因文庫概念因序列未知7）指導(dǎo)學(xué)生看圖并歸納構(gòu)建基因文庫時應(yīng)用工具：限制性內(nèi)的操作條件、應(yīng)用工具和過程切酶、 DNA連接酶、8 ）指導(dǎo)學(xué)生看書，說出部分基因文庫載體（cDNA）概念過程：從基因組中提9）教師補(bǔ)充如想知道一種生物在個體發(fā)取 DNA酶切、純化育不同階段表達(dá)基因不同，應(yīng)構(gòu)建與載體連接侵cDNA文庫染大腸桿菌建立10）指導(dǎo)學(xué)生看書，質(zhì)疑：如何構(gòu)建部分基因組文庫基因文庫看書并回答：只包含11）引出如果已知抗蟲基因的一部分，則一種生物部分基因可通過 PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的文庫12）指導(dǎo)學(xué)生看書質(zhì)疑： PCR技術(shù)擴(kuò)增目看書并回答：提取某的基因需要的條

6、件種生物發(fā)育某個時13）觀看 PCR過程插圖，質(zhì)疑： PCR擴(kuò)增期的 mRNA反轉(zhuǎn)錄的過程成互補(bǔ) DNA與載體14）列表比較利用 PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因連接侵染大腸桿與細(xì)胞內(nèi) DNA復(fù)制的異同菌建立部分基因文庫 ?看書并回答：模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶討論并回答：變性：90 95高溫下雙鏈DNA解鏈成單鏈；退火：55 60引物結(jié)合到互補(bǔ) DNA 鏈；延伸：72Taq酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成；第 2 輪循環(huán)學(xué)生獨立完成，教師給予指導(dǎo)基因表達(dá)載體1）?引出基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程思考并回答： 1 該方的構(gòu)建的核心及構(gòu)建基因表達(dá)載體的意義法針對性差，完全靠2）?質(zhì)疑：將生物的所有

7、DNA直接導(dǎo)入受運氣 2 不方便檢測，體細(xì)胞是否可行，如果這樣做，結(jié)果無法確定目的基因怎樣？是否導(dǎo)入受體細(xì)胞3） ?提問：回憶載體需要具備的條件討論并回答：啟動子4）?根據(jù)學(xué)生回答引出基因表達(dá)載體也應(yīng)和終止子，它們分別具備復(fù)制原點、標(biāo)記基因等條件，進(jìn)位于目的基因的兩一步明確基因表達(dá)載體最終要表達(dá)出側(cè)人類所需的蛋白質(zhì)產(chǎn)物思考并回答：5） ?質(zhì)疑：從 cDNA文庫中獲取的目的基復(fù)制原點：控制復(fù)制因沒有啟動子，如果要實現(xiàn)將編碼序起始的位點；列導(dǎo)入受體生物中并成功表達(dá)，基因抗性基因：檢測目的表達(dá)載體還需哪些元件基因是否導(dǎo)入受體6）提問：總結(jié)基因表達(dá)載體構(gòu)成，并說細(xì)胞；明各個元件的作用啟動子：位于基因首

8、端；是 RNA聚合酶識別和結(jié)合位點，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出 mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)；終止子：轉(zhuǎn)錄在所需地方停下來整體水平上歸教師引導(dǎo)下，學(xué)生討論總結(jié)出本節(jié)內(nèi)容的納總結(jié)概念圖，在整體上把握知識脈絡(luò)“基因工程的基本操作程序”學(xué)案知識目標(biāo)： 1、簡述基因工程原理及基本操作程序。能力目標(biāo)： 1、嘗試設(shè)計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。學(xué)習(xí)重點： 1、基因工程基本操作程序的四個步驟。學(xué)習(xí)難點： 1、從基因文庫中獲取目的基因。2、利用 PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。自主學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序主要包括4 個步驟：的構(gòu)建、將細(xì)胞、與鑒定。一、目的基因的獲取1、概念：目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的的獲取、基因表達(dá)的檢測。也可以

9、是一些具有調(diào)控作用的因子。2、來源：（1）可以從自然界中已有中直接分離出來。（ 2）從中獲取目的基因。3、基因文庫：（ 1）概念：將含有某種生物不同基因的許多片段導(dǎo)入受體菌的群體中今夏，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因，稱為基因文庫。（ 2）種類：基因組文庫含有一種生物的。cDNA文庫含有一種生物的。4、獲取目的基因的方法： 根據(jù)基因的有關(guān)信息， 如基因的序列，基因功能、基因在上的位置、 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，以及基因的翻譯產(chǎn)物等特性來獲取目的基因。（1）利用 PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因：PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制片段的核酸合成技術(shù)。條件：提供已知的核苷酸序列，根據(jù)這段序列合成。過程：目的基因D

10、NA變性形成DNA單鏈，與結(jié)合，然后在的作用下延伸形成DNA。方式：擴(kuò)增，即 2n (n 為擴(kuò)增循環(huán)次數(shù) ) 。（ 2）人工合成方法： 當(dāng)基因較小， 核苷酸序列已知時， 可以用人工方法合成 （例如，通過直接合成）。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建1、表達(dá)載體的組成表達(dá)載體：目的基因、標(biāo)記基因。啟動子：它是一段有，位于基因的首端，它是的識別和結(jié)合部位，起動轉(zhuǎn)錄mRNA。終止子：位于基因的尾端，終止過程。標(biāo)記基因：用于受體細(xì)胞是否含有目的基因， 從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。2、表達(dá)載體的功能：使目的基因在受體細(xì)胞中存在，并且給下一代，同時使能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。探撥點究1外顯子與內(nèi)含子一般來說，結(jié)構(gòu)基因

11、都是由外顯子和內(nèi)含子組成，但是，外顯子和內(nèi)含子的關(guān)系不是完全固定不變的。有時同一條 DNA鏈上的某一段 DNA序列，當(dāng)它作為編碼某多肽鏈的基因時是外顯子，而作為編碼另一多肽鏈的基因時，則是內(nèi)含子，結(jié)果是同一基因可以同時轉(zhuǎn)錄為兩種或兩種以上的mRNA。2原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)的異同點原核細(xì)胞的基因真核細(xì)胞的基因不同點編碼區(qū)連續(xù)；結(jié)構(gòu)簡單編碼區(qū)有間隔， 不連續(xù)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜相同點都有編碼區(qū)和非編碼區(qū)；編碼區(qū)都有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列；編碼區(qū)上游都有與RNA聚合酶結(jié)合的位點3獲取目的基因的方法從基因文庫中獲取人工合成4目的基因與運載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）典例分析例 1下列有關(guān)基因

12、工程技術(shù)的正確敘述是A重組 DNA技術(shù)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(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因為細(xì)菌繁殖快D只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實現(xiàn)表達(dá)【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(jìn)入受體細(xì)胞后， 受體細(xì)胞表現(xiàn)出特定的性狀，才說明目的基因完成了表達(dá)， 基因工程的結(jié)果是讓目的基因完成表達(dá)，生產(chǎn)出目的基因的產(chǎn)物，選擇受體細(xì)胞的重要條件就是能夠快速繁殖?！敬鸢浮?C課堂檢測1、下列有關(guān)基因工程技術(shù)的正確敘述是A重組 DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載

13、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(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因為細(xì)菌繁殖快D只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實現(xiàn)表達(dá)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(kuò)增儀中擴(kuò)增 4 代，那么，在擴(kuò)增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數(shù)是（）A.540個B.8100個C.17280個D.7560 個3就分子結(jié)構(gòu)而論，質(zhì)粒是A 、環(huán)狀雙鏈 DNA分子 ?C、環(huán)狀單鏈 RNA分子 ?B 、環(huán)狀單鏈 D 、線狀雙鏈DNA分于DNA分子4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(xué)合成法 ? B、基因組文

14、庫法C、CDNA文庫法 ?D、聚合酶鏈反應(yīng)5（多選）一個基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括（）A目的基因B啟動子C終止子D標(biāo)記基因6. 2005 高考全國鐮刀型細(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)練在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細(xì)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(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自 70 年代遺傳工程發(fā)展起來以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組 DNA，并以重組 DNA

15、引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌， 可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，請分析回答：（ 1）在基因工程中， 質(zhì)粒是一種最常用的，它廣泛地存在于細(xì)菌細(xì)胞中，是一種很小的環(huán)狀分子。（ 2）在用目的基因與質(zhì)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(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞后，能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成“某激素”，則該激素在細(xì)菌體內(nèi)的合成包括和兩個階段。（ 4）在將質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌時，一般要用處理細(xì)菌，以增大。教學(xué)反思1） 巧妙布置預(yù)習(xí)作業(yè)，化“復(fù)雜”為“簡約”。由于基因工程內(nèi)容上的“高”與“新”，處理不好，會提高學(xué)習(xí)難度，令學(xué)生視高科技為畏途，致使教學(xué)流于形式。所以在課前以學(xué)生較為熟悉的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程案例為預(yù)習(xí)作業(yè)，使學(xué)生首先從整體上了解基因工程的四個步驟， 起到了突破難點及培養(yǎng)自學(xué)能力的目的。2）巧妙運用插圖及多媒體技術(shù)，化“抽象”為“形象”。對于基因工程，學(xué)生接觸得少，只運用文字來教學(xué)會感到很抽象。 如在講授如何構(gòu)建基因文庫時， 教師會提供一幅非常形象的插圖， 結(jié)合圖文提出相應(yīng)問題， 誘導(dǎo)學(xué)生思考， 從而把學(xué)習(xí)的注意力從簡單的死