1.2《基因工程的基本操作程序》教案(選修3)

1、基因工程的基本操作程序教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段 和方法預(yù)期 目標(biāo)1.課前預(yù) 習(xí)，引入 對(duì)基因工 程的基本 操作程序 的學(xué)習(xí)。課前準(zhǔn)備：通過(guò)預(yù)習(xí)解決以下問(wèn)題1、 基因，程的基本操作程序主要包括哪幾個(gè)步驟？2、 試分析每一步驟的必要性。師：通過(guò)預(yù)習(xí)同學(xué)們都能解決第一個(gè)問(wèn)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(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因 導(dǎo)入受體細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。師：第二個(gè)問(wèn)題我們可以將它拆分成四個(gè)小問(wèn)題逐個(gè)兒解決：1、為什么要有“目的基因的獲取”這一步？先請(qǐng)一個(gè)同學(xué)將基因工程的原理告訴大家。生：基因，程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通 過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，

2、賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。師：這既是基因工程的原理又是其概念，通過(guò)這一表述中 的“創(chuàng)造出更徒食人們霸聚的新的生物類型和生物產(chǎn)品”你得出什么樣的信息？生：這是基因工程的優(yōu)點(diǎn)也是基因工程的目的，可以實(shí)現(xiàn) 這一目標(biāo)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(kāi)端等于成功的一半，我們繼續(xù)往下分 析2、為什么要有“表達(dá)載體的構(gòu)建”這一步？生：構(gòu)建表達(dá)載體的目的是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用。（教材P11）師：看來(lái)同學(xué)們課前已經(jīng)進(jìn)行了精心預(yù)習(xí)了，那么第三步學(xué)生

3、討論。引導(dǎo) 大家思考。贊 揚(yáng)也是教育加強(qiáng)預(yù)習(xí)環(huán) 節(jié)使學(xué)生認(rèn)識(shí) 每一步驟的必 要性O(shè)“目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”它又是出于什么目的呢？生：?jiǎn)为?dú)的DNM段目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的，含有 目的基因的表達(dá)載體只有進(jìn)入受體細(xì)胞，并且維持穩(wěn)定和表達(dá)， 才能實(shí)現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。（教材P12）師：最后一步“目的基因的檢測(cè)與鑒定”呢？生：這是因?yàn)槟康幕蚴欠裾嬷共迦胧荏w細(xì)胞的DNA中，是否能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達(dá)，只有通過(guò)檢測(cè)、鑒定才能得知。（教材 P13）師：看來(lái)基因工程的每個(gè)操作步驟都是必不口少的，卜面我們按照基因工程的操作步驟，對(duì)每一程序的相關(guān)技術(shù)和方法進(jìn)行 學(xué)習(xí)一、目的基因的獲

4、取通俗地講就是將需要的基因從供體生物的細(xì)胞內(nèi)提取出 來(lái)。閱讀教材911頁(yè)相關(guān)內(nèi)容，回答卜列問(wèn)題：1、什么是目的基因，舉例說(shuō)明。生：目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，例如，與 生物抗逆性有關(guān)的基因、與優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因、與生物 藥物和保健品有關(guān)的基因、與毒物降解有關(guān)的基因，以及 與工業(yè)所需用酶相關(guān)的基因等。師：同樣目的基因還可以是一些具有調(diào)控作用的因子。目 前被較J、泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲(chóng)基因、 人胰島素基因、人十?dāng)_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(kù)中獲取目的基因，還口以利用PC叱術(shù)擴(kuò)增目的基因。師：什么是基因文庫(kù)？生

5、：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的/、同的 基因，稱為基因文庫(kù)。師：什么是部分基因文庫(kù)？的一種方 式。學(xué)生討論。 討論中及時(shí) 發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新 思維的學(xué) 生，鼓勵(lì)發(fā) 表意見(jiàn)。學(xué) 生再次議 論。及時(shí)鼓勵(lì)學(xué) 生。學(xué)生看書(shū)。將直白的教學(xué) 內(nèi)容變得有思 維力度。以上教學(xué)也是 將四個(gè)操作過(guò) 程整合到一個(gè) 完整的過(guò)程之 中2.學(xué)習(xí)目的 基因的獲取2.1從基因庫(kù)中獲取目 的基因2.2利用PCR 足術(shù)擴(kuò)增目的生：只含有一種生物的一部分基因，這樣的基因文庫(kù)叫做 部分基因文庫(kù)。師：基因文庫(kù)包含了某種生物的全部基因，又可稱為基因 組文庫(kù)，如果將每個(gè)基因看成一本書(shū)

6、則基因文庫(kù)就可以比 喻成國(guó)家圖書(shū)館，這里的資料既多又齊全，而部分基因文 庫(kù)只包含了該生物的部分基因，如，cDNA文庫(kù)，因此部分基因文庫(kù)只能比喻成某個(gè)市或單位的圖書(shū)館。閱讀教材P11的生物技術(shù)資料卡，比較 cDNA文庫(kù)和基因組文庫(kù)的區(qū)別。師：怎樣從基因文庫(kù)中得到我們所需的目的基因？生：根據(jù)基因的核甘酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來(lái)獲取目的基因。師：很好。除了這種方法我們還可以利用PCRa術(shù)擴(kuò)增目的基因。PCR聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chainreaction）的縮寫，是一項(xiàng)再生物體外復(fù)制特定DNAt段的核酸合成技術(shù)。通過(guò)

7、此技術(shù)，可獲取大量的目的基因。通 過(guò)閱讀教材完成下列填空。原理： （DNA勺復(fù)制）條件： （已知基因的核甘酸序列，四種脫氧核甘酸，一對(duì)引物，DNA聚合酶）方式：以 什旨數(shù)）方式擴(kuò)增，即 一（2n） （n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）結(jié)果： （使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬(wàn)倍地?cái)U(kuò)增）過(guò)程：a、DNA變性（90C-96C）:目的基因DNA受熱變性, （氫鍵斷裂），形成 （DNAII鏈）。b、退火（復(fù)性25C-65C）:系統(tǒng)溫度降低， （引物）與（DNA莫板）結(jié)合，形成局部雙鏈。c、延伸（70C-75C）合成鏈在 DDNAM合酶）作用下進(jìn)行延伸，合成與模板互補(bǔ)的 DNA師：此外，如果基因比較小，核甘酸序列又已

8、知，也可以 通過(guò)DN蛤成儀用化學(xué)方法直接人工合成。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建教師點(diǎn)撥。學(xué)生看插 圖。學(xué)生看書(shū)。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)基 因組文庫(kù)和部 分基因文庫(kù)作 對(duì)比，在比較中 加深認(rèn)識(shí)。讓文字 與插圖結(jié)合，使 抽象的文字在 直觀的插圖中 得以體現(xiàn)。提高學(xué)生思維 的深刻性。解決本課的難 點(diǎn)°廛因3.學(xué)習(xí)基 “表達(dá)載體的 i勾建這是實(shí)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(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè) 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(chǎn)生 （相同的黏性末端）。3 .將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的 （切口）處， 再加入適量 （DNA接酶），形成了一

9、個(gè)重組 DNA 分子（重組質(zhì)粒）師：看圖1-10基因的表達(dá)載體模式圖總結(jié)基因表達(dá)載體的 組成。生：基因表達(dá)載體是由復(fù)制原點(diǎn)，目的基因，啟動(dòng)子，終 止子，標(biāo)記基因師：它們各自的作用是什么呢？生：?jiǎn)?dòng)子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA段，位于基因的首端，它是RNAM合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動(dòng) 基因轉(zhuǎn)錄出mRNA最終獲得所需要的蛋白質(zhì)。生：終止子位于基因的尾端，是一段特殊結(jié)構(gòu)的DN即片段，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來(lái)。生：標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的 基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。師：并不是所有的基因表達(dá)載體都是一樣，根據(jù)受體細(xì)胞 的不同它們也會(huì)有相應(yīng)的變化。三、將目的

10、基因?qū)胧荏w細(xì)胞師：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法，目前開(kāi)發(fā)出來(lái)的已 有很多種，每種方法都有其利弊，適合于不同的受體細(xì)胞， 在具體實(shí)施過(guò)程中，究竟選哪種方法，要根據(jù)具體情況而學(xué)生看書(shū),接著議論。看書(shū)學(xué)習(xí)。學(xué)生討論。將局部問(wèn)題 整合到實(shí)際 工作的全過(guò) 程中思考。以填空的形式， 誘導(dǎo)思考，解決 難點(diǎn)。1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法, 閱讀教材P12回答下列問(wèn)題：利用插圖加深對(duì)載體必須具4.將目的基 因?qū)胧荏w細(xì) 胞4.1將目的基 因?qū)胫参锛?xì) 胞你能說(shuō)說(shuō)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的大概過(guò)程嗎？學(xué)生歸納。備條件的認(rèn)識(shí)。根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理，你能分析

11、出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？生：根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會(huì)產(chǎn)一些 糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中，而研究表 明這種物質(zhì)是在雙子葉植物的細(xì)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(nóng)桿菌侵染的 原因。如果想將一個(gè)抗病基因?qū)雴巫尤~植物，理論上你認(rèn)為該怎 么做？生：選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)使 農(nóng)桿菌向植物受傷組織靠攏。學(xué)生 結(jié)合插圖尋培養(yǎng)學(xué)生的歸 納能力。2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中采用最多，也是最為有效的 一種將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法。3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞思考：為什么選用微生物

12、作為受體細(xì)胞？生：原核生物具有一些其他生物沒(méi)有的特點(diǎn)：繁殖快，多 為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等，因此，早期的基因工程 都用原核生物作為受體細(xì)胞。師：大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法是：首先用Ca2+處理細(xì)胞,以增大細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性 ,使細(xì)胞 處一種能吸收周圍環(huán)境中 DNA分子的生理狀態(tài)，這種細(xì)胞 稱為感受態(tài)細(xì)胞.第二步是將重組表達(dá)載體 DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合,在一定的溫賞T促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DN肪子,完成轉(zhuǎn)化過(guò)程.第二步目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)，隨其繁殖而復(fù)制，由于細(xì)菌 繁殖的速度非常快，在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得大量的目的基 因。思考：為什么要用 Ca2+處理細(xì)胞？找體現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)的準(zhǔn)確

13、運(yùn)用。在生：因?yàn)榇竽c桿菌等細(xì)菌的細(xì)胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2+處理，以增加細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性。四、目的基因的檢測(cè)與鑒定師：受體細(xì)胞攝入 DNA分子后就說(shuō)明目的基因完成了表達(dá) 嗎？分析插圖運(yùn)用中加深對(duì) 基礎(chǔ)知識(shí)的深 層次理解生：不能，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說(shuō)明目的看書(shū)學(xué)習(xí)。4.2將目的基基因完成了表達(dá)。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(gè)是方面進(jìn)行檢測(cè)：檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體 DNAh是否插入了目的基因，一般教師點(diǎn)撥因?qū)雱?dòng)物細(xì)米用的方法是 DN酚子雜交。米用一定的技術(shù)手段，將兩種胞生物的 DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個(gè)單鏈具有互補(bǔ)4.3將目的基 因?qū)胛⑸锏膲A基序列，那么，互補(bǔ)的堿基序列就會(huì)結(jié)合在一起，形成 雜合雙鏈區(qū)；