基因工程的基本操作程序的教學設(shè)計

1、基因工程的基本操作程序的教學設(shè)計基本信息課題高中生物新人教版選修3現(xiàn)代生物科技專題專題1基因工程第2節(jié)基因工程的基本操作程序作者及工作單位彭麗 重慶市巴蜀中學教材分析本節(jié)是專題1-基因工程的核心，具有承上啟下的作用。對于基因工程，學生感興趣，但接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為此，教材中采用直觀的呈現(xiàn)方式簡述了基因工程基本操作程序的四個步驟。又用形象的比喻來幫助學生理解陌生的概念。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。學情分析學

2、生經(jīng)過上一節(jié)的學習已經(jīng)具備學習基因工程的基本操作程序的基礎(chǔ)知識，如基因工程所需三種基本工具的作用及基因工程載體所需條件等；而且經(jīng)過2年的生物學習，學生的生物基礎(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。因此在教學過程中，應(yīng)在教師引導下適時加強學生解決問題和運用概念圖等生物學語言歸納結(jié)論等方面的能力。教學目標知識目標1、簡述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進步催化了基因工程2、簡述基因工程的原理和基本步驟能力目標1、學會運用概念圖總結(jié)基因工程的基本步驟及方法2、嘗試運用基因工程原理，提出解決某一實際問題的方案情感態(tài)度與價值觀1、關(guān)

3、注基因工程的發(fā)展2、認同基因工程的應(yīng)用促進生產(chǎn)力的提高教學重點和難點教學重點 基因工程基本操作程序的四個步驟教學難點1、從基因文庫中獲取目的基因2、利用PCR技術(shù)擴增目的基因教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動預設(shè)學生行為設(shè)計意圖1、復習“基因工程”的概念和工具，引入新課教學。2、目的基因獲取從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴增目的基因直接人工合成2、基因表達載體的構(gòu)建3、將目的基因?qū)胧荏w細胞將目的基因?qū)胫参锛毎麑⒛康幕驅(qū)雱游锛毎麑⒛康幕驅(qū)胛⑸锛毎?、目的基因的檢測和鑒定檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因。檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。個體

4、生物學水平的鑒定。5、嘗試設(shè)計某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程。 師：通過分析圖1-6我們知道基因工程的基本操作程序包括：目的基因獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w、目的基因檢測與鑒定。師：基因工程概念中的“更符合人們需要”的那個基因就是目的基因了，只有有了目的基因，我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性，所以基因工程的基本操作的第一個環(huán)節(jié)就是目的基因的獲取。到底什么是目的基因呢？師：目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，如抗蟲基因，抗旱基因。師：怎樣才能獲得這些目的基因呢？獲取目的基因的方法有哪些呢？學生閱讀書本討論，師生歸納：（一）可從基因文庫中獲取目的基因。師：通過閱讀我們已知什么

5、是基因文庫了。生：若一個基因文庫中包含了一種生物所有的基因，那么這種基因文庫就叫做基因組文庫，若只包含了一種生物的一部分基因就叫做部分基因文庫。師：如何構(gòu)建基因文庫呢？基因組文庫和cDNA文庫有什么區(qū)別呢？可結(jié)合P10生物技術(shù)資料卡討論分析。師：怎樣從基因文庫中得到我們所要的目的基因呢？師、生：可根據(jù)目的基因的有關(guān)信息來獲取目的基因，如根據(jù)基因的核苷酸序列，基因在染色體上的位置等特性來獲取目的基因。師：除了從基因文庫中獲取目的基因，還可以利用PCR技術(shù)擴增目的基因。師：PCR的發(fā)明離不開中國科學家的貢獻，P16頁拓展視野做了具體的介紹。師：PCR是聚合酶鏈式反應(yīng)的縮寫，是一項在生物體外復制特定

6、DNA片段的核酸合成技術(shù)。師：同學們要認真觀察課本圖1-8，學會描述擴增的過程以及PCR的原理。生：目的基因DNA加熱至90950C變性形成單鏈DNA溫度降低至55600C引物與互補DNA鏈結(jié)合適當升溫至70750C，在DNA聚合酶作用下從引物起始進行互補鏈的合成。師：變性（90-95）：DNA雙鏈變性成DNA單鏈；復性（55-60）：引物與DNA模板鏈結(jié)合；延伸（70-75）：在Taq酶的作用下連接單個脫氧核苷酸。時：一個目的基因經(jīng)一個循環(huán)后變成幾個基因，n次循環(huán)后呢？師：PCR的原理是什么呢？生：利用DNA雙鏈復制的原理，將基因的核苷酸序列不斷加以復制，使其數(shù)量呈指數(shù)方式增長。師： PCR

7、擴增過程所需前提的條件是什么？（教學過程中可先引導學生復習DNA復制的過程）生歸納：需要引物、已知的一段目的基因的核苷酸序列、Taq酶、4種脫氧核苷酸、ATP。師：4種脫氧核苷酸和ATP和在一起就是我們課本中的dATP、dGTP、dCTP、dTTP若基因比較小，核苷酸序列又已知，可通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成。師：作為基因工程表達載體，只需含目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么要有“表達載體”的構(gòu)建這一步驟？生：可使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。師：一個基因表達載體有哪些結(jié)構(gòu)組成的呢？師生共同歸納：基因表達載體的組成包括目的基因、啟

8、動子、終止子、復制原點以及標記基因等。師：什么是啟動子、終止子？它們的作用是什么呢？生：啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動基因，轉(zhuǎn)錄出mRNA最終獲得所需要的蛋白質(zhì)。終止子也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。師：標記基因的作用是什么呢？生：鑒別受體細胞中是否含有目的基因從而把含目的基因細胞篩選出來。師：基因表達載體構(gòu)建完成后，如何將目的基因?qū)胧荏w細胞呢？這個過程也叫轉(zhuǎn)化。師：根據(jù)受體細胞的不同，導入的方法也有所不同，將目的基因?qū)胫参锛毎捎米疃嗟姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。下面以農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法為例。師：農(nóng)桿菌有什么樣的特點

9、，使其可以幫助目的基因進入受體細胞的呢？生討論歸納：農(nóng)桿菌能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，當植物受到損傷時，傷口處的細胞會分泌大量的酚類化合物，吸引農(nóng)桿菌移向細胞。這時農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體的DNA上。師：根據(jù)農(nóng)桿菌的這個特點，看圖1-11嘗試著描述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的導入過程。師生共同歸納農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的過程：目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA，構(gòu)建基因表達載 轉(zhuǎn)入 導入體農(nóng)桿菌植物細胞 穩(wěn)定維持和表達。師：除了上述方法，將目的基因?qū)胧荏w細胞的方法還有基因槍法和花粉管通道法。師：若受體細胞是動物細胞，目的基因如何導入呢？師：顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基

10、因動物中最多采用的方法，也是最為有效的一種方法。師：具體過程如何呢？生：提純含目的基因的表達載體從動物提內(nèi)取出卵采用顯微注射儀進行顯微注射再將注射了目的基因的受精卵移植到動物子宮內(nèi)。師：由于原核生物具有：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少的特點，因此常作為基因工程的受體細胞。師：什么是感受態(tài)細胞呢？目的基因?qū)胛⑸锛毎木唧w過程是什么？生：感受態(tài)細胞是用Ca2+處理細胞后，細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。生：將感受態(tài)細胞與溶有基因表達的載體的緩沖液混合，并提供適宜的溫度就能使目的基因進入細胞了。師生歸納：目的基因?qū)胛⑸锏倪^程：用Ca2+處理細胞成為感受態(tài)細胞表達載體與

11、感受態(tài)細胞混合 一定溫度條件感受態(tài)細胞吸收DNA分子，這樣目的基因進入細胞了。師：目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才知道。如何來檢測與鑒定呢？師：首先要檢測基因生物染色體的DNA是否插入了目的基因。師：如何檢測轉(zhuǎn)基因生物的DNA上是否導入了目的基因呢？師：通常采用的方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。具體過程是將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來，并將含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素做上標記制作探針，（為了保證目的基因通過堿基互補配對來檢測，探針必須是單鏈）再將探針與基因組DNA雜交，若結(jié)果顯示出DNA雜交帶，就表明目的基因已經(jīng)插入染色體DNA。師：

12、目的基因?qū)肓耸荏w細胞后，就一定能表達嗎？師：如何知道目的基因已經(jīng)發(fā)揮功能和作用呢？師：可通過檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，檢測方法還可采用分子雜交技術(shù)，與上述方法的不同之處：這里的分子雜交是標記的目的基因探針與從轉(zhuǎn)基因生物中提取出來的mRNA雜交，若結(jié)果顯示出有雜交帶，則表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA。師：檢測的內(nèi)容除了上述兩項外，還可檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。具體過程：從轉(zhuǎn)基因生物中提取出蛋白質(zhì)（抗原），用相應(yīng)的抗體進行抗原抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)則表明目的基因已經(jīng)形成蛋白質(zhì)產(chǎn)物。師：除了分子檢測外，與時還需要進行個體生物學水平的鑒定。如何了解抗蟲棉是否具有抗蟲特性呢？生：可讓蟲食用棉花，觀

13、察其存活情況。師：對。一個抗蟲或抗病基因?qū)胫参锛毎螅欠褓x予了植物抗蟲或抗病特性，需要作抗蟲或抗病特性的接種實驗，以確定是否具有抗性以及抗性的程度。師、生歸納小結(jié)：基因工程的四個操作步驟，結(jié)合P15思考與探究：珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分，當它的成分異常時，動物可能患某種疾病，如鐮刀型細胞貧血癥，假如讓你用基因工程的方法使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的珠蛋白，想一想，應(yīng)該如何設(shè)計？通過學生看本專題中基因工程的概念和圖1-6來幫助學生建構(gòu)基因工程的基本操作程序的整體框架。舉例如抗蟲基因，抗旱基因等都是目的基因。通過具體的實例使學生對目的基因有一具體的認識。學生閱讀書本P9，討論。教師出示投影片，用

14、打比方等手段幫助學生理解“基因文庫”、“基因組文庫”“部分基因文庫”師生共同討論得出基因文庫的構(gòu)建過程和基因組文庫與cDNA文庫的區(qū)別。1次變成2個，n次變2n個學生閱讀并討論P15思考與探究1：作為基因工程表達載體，只需含目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？可復習“分子運輸車”結(jié)構(gòu)模式圖來幫助理解。師板圖演示基因表達載體的組成學生閱讀分析學生看書，教師分步講解過程幫助學生理解。學生閱讀生物技術(shù)資料卡片P12、P13。師生共同閱讀分析學生閱讀書本學習過程中可引導學生回憶原核生物的結(jié)構(gòu)特點。學生閱讀書本并結(jié)合14頁圖114目的基因的檢測示意圖理解。教學時可把“檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA”與“

15、檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因”作比較適當拓展：1 將目的基因在大腸桿菌中表達出蛋白質(zhì)2 將表達出的蛋白質(zhì)注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取3 從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)（也就是抗原）。抗原與抗體結(jié)合聯(lián)系基因工程的概念，使學生對基因工程的基本操作程序有一總體的認識。抽象變直觀，便于學生理解。通過師生共同討論幫助學生理解如何從基因文庫中獲得目的基因。通過動態(tài)的多媒體演示幫助學生理解PCR反應(yīng)原理，及過程。討論DNA合成儀合成目的基因所需的條件。聯(lián)系舊知，學習新知。抽象的知識具體化，有利于學生學習新知。要使學生能對“轉(zhuǎn)化”的含義進行適當?shù)慕忉尅W生學會描述目的基因?qū)雱游锛毎?/p>

16、的具體過程。結(jié)合具體實例，加深鞏固通過適當拓展幫助學生理解檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)的原理。旨在通過設(shè)計轉(zhuǎn)基因生物將基因工程的操作程序有機的關(guān)聯(lián)起來。板書設(shè)計1.2 基因工程的基本操作程序一、目的基因的獲取1、從基因文庫中獲取目的基因 基因組文庫、部分基因文庫（如cDNA文庫）2、利用PCR技術(shù)擴增目的基因變性（90-95）：DNA雙鏈變性成DNA單鏈； （1）過程 復性（55-60）：引物與DNA模板鏈結(jié)合 延伸（70-75）：在Taq酶的作用下連接單個脫氧核苷酸（2）結(jié)果：2n（3）原理：DNA復制的原理（4）條件：一段基因作模板（至少已知2端的序列）；少量酶（Taq酶，耐高溫）；足量引

17、物（DNA單鏈片段）；足夠原料（4種同樣核苷酸）；能量（ATP）3、人工合成二、基因表達載體的構(gòu)建（核心）1、目的：2、組成：目的基因、啟動子、終止子、標記基因、復制原點3、工具：限制酶、DNA連接酶、載體三、將目的基因?qū)胧荏w細胞-轉(zhuǎn)化1、導入植物細胞（農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法）2、導入動物細胞（顯微注射技術(shù)）3、導入微生物細胞（Ca2+處理法）四、目的基因的檢測與鑒定1、分子水平的檢測（1）檢測受體細胞中是否含目的基因（DNA-DNA分子雜交）（2）檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA（RNA-DNA分子雜交）（3）檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（抗原-抗體雜交）2、個體水平的鑒定學生學習活動評價設(shè)計知識掌握程度： 很好( ) 較好( ) 一般( )表達交流方面： 很好( ) 較好( ) 一般( )同學之間合作方面： 很好( ) 較好( ) 一般( )肯于動腦思考方面： 很好( ) 較好( ) 一般( )課堂中我的優(yōu)點：課堂中我的不足：組員評價我在本次活動中表現(xiàn)：出色( ) 好( ) 較好( ) 一般( )同學值得我們大家學習的地方是：教學反思1、巧妙布置預習作業(yè)，化“復雜