基因工程教案

基因工程專題開設(shè)本專題的想法：在高三生命科學(xué)拓展課本中，生物工程是非常重要的一大章節(jié)，而其中的基因工程更是生物工程的核心內(nèi)容?；蚬こ痰难该桶l(fā)展，依賴于現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的成熟和發(fā)展，圍繞基因工程這根主線，對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行相對(duì)系統(tǒng)性的介紹和梳理，這對(duì)高三生物選修班的學(xué)生是非常必要的；同時(shí)，基因工程的課本內(nèi)容呈現(xiàn)在高中生物課本的第二冊(cè)，對(duì)于高三選修班學(xué)生而言，簡單掌握其基本過程，已明顯跟不上時(shí)代和高考對(duì)他們的要求；特別是近幾年來，基因工程高考試卷中所占的比例不斷加大，其考查的內(nèi)容也從識(shí)記轉(zhuǎn)向了能力的考查。本專題旨在以基因工程為核心，并通過對(duì)現(xiàn)有的生物學(xué)技術(shù)的介紹，讓學(xué)生對(duì)基因工程有一個(gè)更全面和深入認(rèn)識(shí)的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)生命科學(xué)的求知欲和探索欲。本專題的內(nèi)容：基因工程發(fā)展的技術(shù)前提：各種現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)介紹（DNA電泳技術(shù)、DNA分子雜交、DNA芯片技術(shù)、PCR技術(shù)）基因工程的工具酶與操作過程工具酶的介紹、載體的選擇、重組DNA的篩選（本節(jié)課的內(nèi)容為第2部分）本課的教學(xué)設(shè)計(jì)：課前學(xué)生準(zhǔn)備：本學(xué)期學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了基因工程相關(guān)題目的測試或練習(xí)，故對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容并不陌生；但由于上課內(nèi)容本身偏難，故課前已先下發(fā)相關(guān)練習(xí)，給學(xué)生以充分的時(shí)間自己學(xué)習(xí)和思考。利用雙酶切法可產(chǎn)生不同黏性末端，其DNA分子的相互連接較為抽象，故在課前先讓學(xué)生通過紙張的拼接了解DNA的連接過程。教學(xué)目標(biāo)：通過基因工程工具酶的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握不同末端的DNA分子的不同連接，借助于單酶切和雙酶切比較學(xué)習(xí)，掌握篩選重組DNA的方法；同時(shí)利用質(zhì)粒上的抗性基因，學(xué)會(huì)利用培養(yǎng)基成分的變化，篩選含重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：1）限制性核酸內(nèi)切酶的酶切末端比較（粘性末端、平末端比較）；2）單酶切、雙酶切重組DNA比較；2）載體的特性及重組DNA的篩選。3、教學(xué)過程：教學(xué)環(huán)節(jié)：教師活動(dòng)：學(xué)生活動(dòng)：引入：直接導(dǎo)入課題，明確本節(jié)課的三個(gè)核心內(nèi)容：工具酶的介紹、載體的選擇、重組DNA的篩選一、工具酶1、限制性核酸內(nèi)切酶1、作用：DNA分子片段化1）酶切產(chǎn)物片段數(shù)量計(jì)算：2、識(shí)別序列——回文結(jié)構(gòu)的介紹3、黏性末端和平末端的介紹特例說明：同尾酶（酶的識(shí)別位點(diǎn)不同，但能產(chǎn)生相同的黏性末端）1）課后練習(xí)的反饋思考：對(duì)黏性末端和平末端DNA分子連接時(shí)的要求一樣嗎？2、DNA連接酶1、作用部位：磷酸二酯鍵2、結(jié)果：DNA重組3、連接類型：（重點(diǎn)）具平末端的片段的連接特點(diǎn)分析及規(guī)律總結(jié)：a.特異性不強(qiáng)：無論限制酶是否相同，只要產(chǎn)生的都是平末端，則可進(jìn)行連接；b.酶切位點(diǎn)可能改變。具黏性末端的片段連接特點(diǎn)分析及規(guī)律總結(jié)：特異性強(qiáng)——用相同的限制性內(nèi)切酶，可產(chǎn)生相同的黏性末端，方能進(jìn)行DNA的連接。特例說明：不同的限制酶如產(chǎn)生相同的黏性末端，則可進(jìn)行DNA連接。具黏性末端的DNA連接的單酶切和雙酶切比較：單酶切:形成三種重組DNA,需要進(jìn)行重組DNA篩選雙酶切法：形成的重組質(zhì)粒只有一種，避免了篩選。思考：1）平末端的片段的連接一定要用相同的限制酶酶切嗎？2）用相同或不同的限制酶酶切得到的重組DNA有差異嗎？練習(xí)：1、08江蘇生物32題：（5）練習(xí)：5、（普陀11.4.）58)題二、載體的選擇及重組DNA的篩選1、載體必須具備的條件2、兩種常見質(zhì)粒比較分析：1）含一個(gè)抗性基因的質(zhì)粒重組DNA的篩選：2）含一個(gè)抗性基因的質(zhì)粒重組DNA的篩選：引導(dǎo)學(xué)生完成問題的思考：a.目的基因的插入位點(diǎn)：b.導(dǎo)入的受體細(xì)胞（如大腸桿菌）是否應(yīng)含抗性基因？c.如何進(jìn)行重組DNA的篩選？學(xué)生能在教師的引導(dǎo)下理解質(zhì)粒含抗性基因與進(jìn)行重組質(zhì)粒篩選的關(guān)系，并能通過練習(xí)，熟練掌握篩選技巧?？偨Y(jié)回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，幫學(xué)生進(jìn)行知識(shí)梳理。四、本課涉及的相關(guān)題目：1、（08江蘇生物32題）將動(dòng)物致病菌的抗原基因?qū)腭R鈴薯制成植物疫苗，飼喂轉(zhuǎn)基因馬鈴薯可使動(dòng)物獲得免疫力。以下是與植物疫苗制備過程相關(guān)的圖和表。請(qǐng)根據(jù)以上圖表回答下列問題。（1）在采用常規(guī)PCR方法擴(kuò)增目的基因的過程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物體內(nèi)的DNA聚合酶，其最主要的特點(diǎn)是。（2）PCR過程中退火（復(fù)性）溫度必須根據(jù)引物的堿基數(shù)量和種類來設(shè)定。表1為根據(jù)模板設(shè)計(jì)的兩對(duì)引物序列，圖2為引物對(duì)與模板結(jié)合示意圖。請(qǐng)判斷哪一對(duì)引物可采用較高的退火溫度？__________。（3）圖1步驟③所用的DNA連接酶對(duì)所連接的DNA兩端堿基序列是否有專一性要求？。（4）為將外源基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯，圖1步驟⑥轉(zhuǎn)基因所用的細(xì)菌B通常為。（5）對(duì)符合設(shè)計(jì)要求的重組質(zhì)粒T進(jìn)行酶切，假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開，請(qǐng)根據(jù)圖1中標(biāo)示的酶切位點(diǎn)和表2所列的識(shí)別序列，對(duì)以下酶切結(jié)果作出判斷。①采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切，得到_________種DNA片斷。②采用EcoRⅠ和SmaⅠ酶切，得到_________種DNA片斷。2、（普陀11.4）下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)。下圖是轉(zhuǎn)基因抗病香蕉的培育過程，含目的基因的DNA和質(zhì)粒上的箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問題：57）用圖中的質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用Sma I酶切割，原因是_____________58）在構(gòu)建含目的基因的重組質(zhì)粒A時(shí)，如果使用EcoRⅠ進(jìn)行酶切，則含目的基因的外源DNA片段和質(zhì)粒在DNA連接酶的作用下，至少可形成種環(huán)狀產(chǎn)物，因此為防止含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，應(yīng)選用____________(限制）酶進(jìn)行切割。59）在構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)，應(yīng)注意到不能影響質(zhì)粒的 _____________________。60）香蕉組織細(xì)胞具有________________性，因此，可以利用組織培養(yǎng)技術(shù)將導(dǎo)入目的(抗病)基因的香蕉組織細(xì)胞培育成完整植株。圖中④、⑤依次表示組織培養(yǎng)過程中香蕉組織細(xì)胞的_________、____________。61）培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基除添加營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要添加____________________等植物激素，其目的是誘導(dǎo)外植體完成④、⑤生理過程，培養(yǎng)成完整的植物體。62）如何檢測目的基因是否成功導(dǎo)入香蕉？____________________________。3、現(xiàn)有一長度為1000堿