基因工程簡介

第3節(jié)基因工程簡介基因工程的基本內(nèi)容知識方面（1）基因工程的概念(知道)。（2）基因操作的工具和基本步驟(知道)。（3）基因工程所取得的成果以及發(fā)展前景(知道)。教學(xué)重點(1)基因操作的工具和基本步驟。(2)基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生方面的重要作用。(3)基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面取得的成果及前景。教學(xué)難點(1)限制性內(nèi)切酶和運載體的作用。(2)提取目的基因的方法和目的基因?qū)胧荏w細胞的途徑。(3)基因診斷和基因治療的原理。一、激發(fā)情趣、復(fù)習(xí)導(dǎo)入、引出新課

眾所周知，對于大多數(shù)生物而言，DNA是主要的遺傳物質(zhì)，有遺傳效應(yīng)的DNA片段叫基因，生物之所以體現(xiàn)出各種形態(tài)是基因表達的結(jié)果。但是各種生物間的性狀千差萬別這是為什么呢？

提出問題，引導(dǎo)學(xué)生回答：生物體的不同性狀是基因特異性表達的結(jié)果。

教師演示幻燈或利用多媒體課件列舉幾種生物的不同性狀，如下：1．青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素——青霉素。2．豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣。3．人的胰島日細胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度。

以上幾種生物各自有其特定的性狀，這些性狀都是基因特異性表達的結(jié)果，但是人類能不能改造基因呢？能不能使本身沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢？例如，讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮氣；讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等藥物。這樣既節(jié)省了人力，又簡化了生產(chǎn)，同時還不會對環(huán)境造成污染。這種設(shè)想能實現(xiàn)嗎？回答是可以的。通過科學(xué)家們的不斷努力，在20世紀70年代終于創(chuàng)立了一種能定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。

根據(jù)具體實例提出假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生求知、探究的欲望，同時引出本節(jié)課題：第四節(jié)基因工程簡介

二、講授新課

1．基因工程的概念

對于基因工程的概念，教師應(yīng)在指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生理解基因工程概念的兩種不同的表述方式（標準概念和通俗概念），并通過提問的方式指導(dǎo)學(xué)生找出概念中的關(guān)鍵詞語，便于學(xué)生的記憶，最后由教師歸納列表，引導(dǎo)學(xué)生獨立完成?；蚬こ痰膭e名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切→拼接→導(dǎo)入→表達人類需要的基因產(chǎn)物

對于概念的學(xué)習(xí)，學(xué)生往往不夠重視，但是生物學(xué)概念又是學(xué)生必須了解和掌握的。這就需要教師能夠利用多種方法，對抽象的概念進行簡化和概括，以利于學(xué)生的理解和記憶，并為后面知識內(nèi)容的講授做好鋪墊。

通過對基因工程概念的理解，我們知道其操作水平是在DNA分子水平，用普通的操作工具能夠在如此微觀的條件下操作嗎？回答是不能。這就需要有專門的工具對DNA分子進行操作。

由基因工程的概念入手，提出相關(guān)的問題，引出基因操作的工具。

2．基因操作的工具

教師利用幻燈或多媒體課件演示基因工程培育抗蟲棉的簡要過程，同時提出討論問題，進行分組討論，最后交流討論結(jié)果，教師進行歸納總結(jié)。

思考題：在以上的基因工程培育抗蟲棉的過程中，關(guān)鍵步驟或難點是什么？

經(jīng)過學(xué)生的討論和交流，教師對基因工程關(guān)鍵步驟歸納總結(jié)：（關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取。關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與運載體DNA連接。關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進入棉細胞。

通過對以上關(guān)鍵步驟的確定，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，使學(xué)生理解在關(guān)鍵步驟的完成過程中都要用到基因操作工具，并使學(xué)生形象地記憶“工具”的作用。（幻燈演示或多媒體課件演示）關(guān)鍵步驟一的工具：基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶。關(guān)鍵步驟二的工具：基因的針線——DNA連接酶。關(guān)鍵步驟三的工具：基因的運輸工具——運載體。

（1）基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）。

對于限制性內(nèi)切酶的教學(xué)，教師應(yīng)在學(xué)生熟練掌握DNA分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上展開。通過演示幻燈或多媒體動畫，將限制酶的作用過程進行動態(tài)演示，使學(xué)生理解抽象的知識內(nèi)容。最后教師要在學(xué)生直觀理解的基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)限制酶的知識要點。（可讓學(xué)生在觀察自學(xué)的基礎(chǔ)上自主完成）①分布：主要在微生物中。②作用特點：特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點。③結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。④舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。

思考題：要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性未端？

（2）基因的針線——DNA連接酶。

從DNA的結(jié)構(gòu)入手，利用幻燈或多媒體動畫演示連接酶的連接部位，利用形象的比喻使學(xué)生更容易接受和理解。最后教師指導(dǎo)學(xué)生歸納如下：（可讓學(xué)生在觀察自學(xué)的基礎(chǔ)上自主完成。）①連接的部位：磷酸二酯鍵（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。②結(jié)果：兩個相同的黏性未端的連接。

思考題：用DNA連接酶連接兩個相同的黏性未端要連接幾個磷酸二酯鍵？用限制酶切一個特定基因要切斷幾個磷酸二酯鍵？

（3）基困的運輸工具——運載體對于運載體的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生形象地理解運載體的作用、種類及其所具備的條件，可通過教材中的示意圖或多媒體演示使學(xué)生由淺入深逐步理解，指導(dǎo)學(xué)生歸納如下：（可讓學(xué)生在觀察自學(xué)的基礎(chǔ)上自主完成）①作用：將外源基因送入受體細胞。②具備的條件：能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。具有多個限制酶切點。具有某些標記基因。③種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。④質(zhì)粒的特點：質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體。最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒。存在于許多細菌及酵母菌等生物中。質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響。質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)完成。細胞染色體外能自主主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。

思考題：質(zhì)粒上會存在某些標記基因，這些標記基因有什么用途？要想將某個特定基因與質(zhì)粒相連，需要用幾種限制性內(nèi)切酶和幾種DNA連接酶處理？第一課時的教學(xué)重點是使學(xué)生理解基因工程的概念和基因操作的工具。通過教師適當?shù)闹靡?，啟發(fā)學(xué)生的思維，通過直觀教學(xué)手段，將復(fù)雜的問題簡化，并在教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、語言表達能力和文字歸納能力。同時在第一課時結(jié)尾提出疑問引導(dǎo)學(xué)生思考，為第二課時的進行埋下伏筆。一、復(fù)習(xí)鞏固，引出課題

通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了基因工程的概念和操作工具，本節(jié)課利用提問方式開始，使學(xué)生的思路回到所學(xué)的內(nèi)容中，為本節(jié)課的推進進行鋪墊。問題如下：①基因工程的概念是什么？②基因操作的工具酶有幾種？分別是什么？③基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？④基因的針線是什么？其主要作用是什么？⑤基因的運輸工具是什么？⑥運載體必須具備的條件是什么？最常用的運載體是什么？⑦質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)是什么？

通過提問復(fù)習(xí)鞏固舊知識，引導(dǎo)學(xué)主在理解基因工程概念和基因操作工具的基礎(chǔ)上，提出疑問：有了基因操作的工具后，對基因是如何進行操作的呢，從而順利導(dǎo)入新課。二、講授新課

1．基因操作的基本步驟。

由于基因操作的基本步驟比較抽象和微觀，理解起來有一定的難度，這就需要教師將復(fù)雜的問題簡化，使學(xué)生直觀地理解抽象事物。在教學(xué)中為了使學(xué)生對基因操作的基本步驟有一個宏觀的了解和認識，可以先讓學(xué)生觀看基因操作步驟的有關(guān)錄像資料，在觀看過程中教師要提出相應(yīng)的思考問題啟發(fā)學(xué)生思維，加深對基因操作步驟的理解。思考問題如下：（可以利用幻燈或多媒體課件演示）

①舉例說明什么是目的基因。②從供體細胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？簡要說出該方法的過程是什么。③人工合成基因的方法有幾種？其操作過程分別是什么？④將目的基因與用限制性內(nèi)切酶處理后的運載體混合，用DNA連接酶處理會出現(xiàn)幾種結(jié)果？（只考慮兩兩結(jié)合）⑤將含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細菌受體細胞的過程中常用到哪種化學(xué)試劑？其作用是什么？⑦在目的基因的檢測過程中，檢測的對象是什么？

學(xué)生通過觀看錄像資料，思考問題，對基因工程的步驟能夠大體了解，對以上的問題能基本回答，但是對具體的操作步驟還不能從生物學(xué)角度上很透徹地理解。這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材內(nèi)容，從理論上理解有關(guān)知識，并使學(xué)生從生物學(xué)的專業(yè)知識角度出發(fā)，用生物學(xué)的專業(yè)術(shù)語準確地解答有關(guān)問題。這樣不僅鍛煉了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，而且也培養(yǎng)了學(xué)生生物學(xué)科的專業(yè)素養(yǎng)及用科學(xué)的語言解答實際問題的能力。（1）提取目的基因

教師應(yīng)在學(xué)生自學(xué)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生根據(jù)具體的實例理解目的基固的概念。同時可以啟發(fā)學(xué)生利用所學(xué)知識思考，如何從DNA分子中提取目的基因。在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，教師加以總結(jié)并利用多媒體課件演示目的基因的提取途徑。（2）目的基因與運載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）。

該內(nèi)容的教學(xué)教師最好采用多媒體課件輔助進行，將抽象靜止的過程用動畫做演示，將限制性內(nèi)切酶及DNA連接酶的具體作用過程通過演示使學(xué)生加深理解。

思考題：目的基因與運載體結(jié)合的結(jié)果可能有幾種情況？

在學(xué)生思考討論的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生理解該問題。有三種情況：目的基因與目的基因結(jié)合，質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。

（3）將目的基因?qū)胧荏w細胞。教師可按以下形式歸納：

導(dǎo)入方法：借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。導(dǎo)入過程：（運載體為質(zhì)粒，受體細胞為細菌）

（4）的目的基因的檢測和表達

對于該內(nèi)容教師應(yīng)通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容使學(xué)生明確檢測與表達的區(qū)別?？砂匆韵滦问綒w納：檢測：通過檢測標記基因的有無，來判斷目的基因是否導(dǎo)入。表達：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達。在第二課時的最后，教師應(yīng)讓學(xué)生