生物科技進(jìn)展-基因組編輯教學(xué)設(shè)計(jì)高一下學(xué)期生物人教版必修2

《基因突變和基因重組》的課后資料：生物科技進(jìn)展-基因組編輯一、教學(xué)目標(biāo)1、學(xué)生通過(guò)對(duì)雷拉救治行為的大猜想后，分析細(xì)菌抵御噬菌體的機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，激發(fā)對(duì)前沿科學(xué)發(fā)展的興趣。2、通過(guò)模擬應(yīng)用CRISPR/Cas9系統(tǒng)進(jìn)行基因剪切的過(guò)程，使學(xué)生理解CRISPR/Cas9的原理，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力。3、通過(guò)對(duì)基因組編輯風(fēng)險(xiǎn)和倫理的大爭(zhēng)論，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，拓展學(xué)生的視野。二、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：1、了解CRISPR/Cas9的原理2、既激發(fā)學(xué)生對(duì)前沿科學(xué)發(fā)展的興趣，又要認(rèn)識(shí)到科技發(fā)展可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)難點(diǎn)：1、了解CRISPR/Cas9的原理2、認(rèn)識(shí)到科技發(fā)展可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)三、教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖引入1.通過(guò)介紹蕾拉的病情，引導(dǎo)學(xué)生思考骨髓移植不成功的原因，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)基因組編輯的思考-----改造捐獻(xiàn)的骨髓細(xì)胞基因的設(shè)想。大膽設(shè)想創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。引導(dǎo)學(xué)生思考基因改造的設(shè)想，激發(fā)學(xué)生對(duì)前沿科學(xué)的興趣。拯救大猜想1.提出問(wèn)題。（1）如何鎖定目標(biāo)DNA片段？（2）如何切除或關(guān)閉目標(biāo)DNA片段？引導(dǎo)學(xué)生討論（3）自然界中存在該種酶嗎？指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組活動(dòng)一：討論問(wèn)題，填寫表格。播放自然界中細(xì)菌抵御噬菌體機(jī)制的視頻，出示閱讀資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考剪切工具的設(shè)計(jì)，補(bǔ)充完善表格問(wèn)題。2、引導(dǎo)學(xué)生思考剪切目標(biāo)DNA的工具的組成和作用原理回顧DNA和RNA以及酶的知識(shí)，嘗試解決問(wèn)題。運(yùn)用剛剛學(xué)習(xí)的資料中的信息解決問(wèn)題。分析、討論并分享。完成對(duì)工具組成的初步設(shè)計(jì)。引導(dǎo)學(xué)生逐步思考基因組編輯工具應(yīng)具備的成分，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。培養(yǎng)學(xué)會(huì)從資料中獲取信息的能力。進(jìn)一步培養(yǎng)科學(xué)思維。拯救行動(dòng)之大落實(shí)1.讓學(xué)生閱讀資料理解CRISPR/Cas9，講解CRISPR/Cas9的原理，著重說(shuō)明Cas9切割DNA雙鏈的位點(diǎn)。2.指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組活動(dòng)二：利用提供的模型材料，完成剪切捐獻(xiàn)骨髓細(xì)胞的CD7基因剪切過(guò)程。3、出示練習(xí)題4、出示醫(yī)生用基因組編輯技術(shù)救治蕾拉的歷程通過(guò)閱讀了解CRISPR/Cas9的原理，理解CRISPR/Cas9如何完成基因組編輯。利用模型材料完成模擬CD7基因的剪切過(guò)程思考閱讀理解概念培養(yǎng)學(xué)生閱讀理解的能力加深CRISPR/Cas9操作的知識(shí)理解。在模擬過(guò)程中，復(fù)習(xí)堿基互補(bǔ)配對(duì)知識(shí)和DNA、RNA的結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生分析、思考運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題真實(shí)感受基因組編輯技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用拯救行動(dòng)之大討論問(wèn)題：基因組編輯技術(shù)在應(yīng)用中有風(fēng)險(xiǎn)嗎？同樣是基因編輯用于人體治療，為什么蕾拉的案例受到贊譽(yù)，而我國(guó)科學(xué)工作者賀建奎對(duì)露露和娜娜的做法卻備受批評(píng)？指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組活動(dòng)三：小組進(jìn)行基因組編輯技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大討論和倫理大討論思考、討論后完成風(fēng)險(xiǎn)大討論和倫理大討論兩份表格的填寫引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，通過(guò)討論明確基因組編輯技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和倫理問(wèn)題。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到以生殖為目的的基因組編輯技術(shù)違反科學(xué)道德和學(xué)術(shù)倫理規(guī)范對(duì)CRISPR/Cas技術(shù)的展望1.在遵守科學(xué)道德和學(xué)術(shù)倫理規(guī)范的前提下，CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)將飛速發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生展望美好的未來(lái)。2.布置課后作業(yè)：讓學(xué)生去查找CRISPR/Cas系統(tǒng)的其他應(yīng)用。思考、理解、憧憬引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注CRISPR/Cas技術(shù)的應(yīng)用，鍛煉學(xué)生查找資料和發(fā)散思維的能力。四、板書設(shè)計(jì)基因組編輯——利用CRISPR/Cas9一拯救行動(dòng)之大猜想gRNACas9二拯救行動(dòng)之大落實(shí)CRISPR/Cas9三拯救行動(dòng)之大討論風(fēng)險(xiǎn)倫理測(cè)試題1．CRISPR-Cas9是近年來(lái)生物學(xué)科研的熱門技術(shù)，該技術(shù)源于細(xì)菌的一種防御機(jī)制。如圖所示，當(dāng)細(xì)菌感知到噬菌體侵入時(shí)，會(huì)通過(guò)gRNA識(shí)別噬菌體DNA，并通過(guò)Cas9蛋白切斷目標(biāo)DNA，從而起到防御作用。下列關(guān)于該機(jī)制的描述錯(cuò)誤的是（）A．gRNA與目標(biāo)DNA結(jié)合片段中最多含有8種核苷酸B．噬菌體DNA的變化體現(xiàn)了基因突變的不定向性C．Cas9蛋白可破壞DNA分子的磷酸二酯鍵D．光學(xué)顯微鏡下無(wú)法觀察到該現(xiàn)象2．2019年12月30日，“基因編輯嬰兒”案在深圳市一審公開宣判。被告人由于對(duì)人類胚胎CCR5基因進(jìn)行定點(diǎn)“編輯”（如改變基因中的部分堿基對(duì)），將編輯后的胚胎植入母體誕下一對(duì)可免疫艾滋病的雙胞胎女嬰，而被判處有期徒刑3年。CCR5基因的表達(dá)產(chǎn)物為CR5蛋白。下列有關(guān)表述，錯(cuò)誤的是（）A．人體成熟紅細(xì)胞中不含CCR5基因B．基因編輯技術(shù)的使用要遵循相應(yīng)的法律法規(guī)C．CCR5蛋白由相應(yīng)基因指導(dǎo)并在核糖體中合成D．基因被編輯的染色體在減數(shù)分裂中無(wú)法正常聯(lián)會(huì)3．近年誕生的具有劃時(shí)代意義的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)可簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地進(jìn)行基因定點(diǎn)編輯。其原理是由一條單鏈向?qū)NA引導(dǎo)核酸內(nèi)切酶Cas9到一個(gè)特定的基因位點(diǎn)進(jìn)行切割。通過(guò)設(shè)計(jì)向?qū)NA中20個(gè)堿基的識(shí)別序列，可人為選擇DNA上的目標(biāo)位點(diǎn)進(jìn)行切割（如圖）。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A．Cas9蛋白由相應(yīng)基因指導(dǎo)在核糖體中合成B．向?qū)NA中的雙鏈區(qū)遵循堿基配對(duì)原則C．向?qū)NA可在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下合成D．若α鏈剪切位點(diǎn)附近序列為......TCCAGAATC......則相應(yīng)的識(shí)別序列為......UCCAGAAUC......4．2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩位女科學(xué)家以表彰她們“開發(fā)出一種基因組編輯方法”。CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)工作原理如圖所示，關(guān)于此技術(shù)的解釋錯(cuò)誤的是（）A．Cas9為一種能使磷酸二酯鍵斷裂的酶B．DNA-RNA雜交區(qū)域不存在T-A堿基對(duì)C．在單鏈向?qū)NA中也存在堿基互補(bǔ)配對(duì)D．人為改變向?qū)NA的序列可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的切割5．2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了兩位在基因編輯研究領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。利用基因編輯技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行堿基的敲除、加入等修改。下列敘述不正確的是（）A．上述操作所引起的變異類型屬于基因重組B．進(jìn)行上述操作時(shí)要避免對(duì)非目標(biāo)基因造成影響C．可以利用該技術(shù)對(duì)某些基因的功能進(jìn)行研究D．可以利用該技術(shù)改造動(dòng)、植物進(jìn)行遺傳育種【答案與解析】1.【答案】BA、gRNA為RNA，最多含有4種核糖核苷酸，DNA含有4種脫氧核苷酸，故gRNA與目標(biāo)DNA結(jié)合片段中最多含有8種核苷酸，A正確；B、噬菌體被細(xì)菌gRNA識(shí)別并被Cas9蛋白切割屬于特定位點(diǎn)的切割，不能體現(xiàn)基因突變的不定向性，B錯(cuò)誤；C、Cas9蛋白可切斷目標(biāo)DNA，該過(guò)程破壞的是DNA分子的磷酸二酯鍵，C正確；D、該過(guò)程屬于分子水平的改變，光學(xué)顯微鏡下無(wú)法觀察到該現(xiàn)象，D正確。2.【答案】D【詳解】A、人體成熟紅細(xì)胞中不含細(xì)胞核，因此，不含CCR5基因，A正確；B、題中顯示，基因編輯技術(shù)的使用要遵循相應(yīng)的法律法規(guī)，否則會(huì)受到法律的制裁，B正確；C、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)步驟，翻譯過(guò)程發(fā)生在核糖體上，據(jù)此可推測(cè)，CCR5蛋白由相應(yīng)基因指導(dǎo)并在核糖體中合成，C正確；D、一條染色體上的CCR5基因被編輯改變基因中的部分堿基對(duì)，形成等位基因，并沒有改變?nèi)旧w的形態(tài)和數(shù)目，該染色體在減數(shù)分裂中與其同源染色體依然能進(jìn)行聯(lián)會(huì)，D錯(cuò)誤。3.【答案】CA、Cas9蛋白是核酸內(nèi)切酶，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，由相應(yīng)的基因指導(dǎo)在核糖體中合成，A正確；B、向?qū)NA與其切割的DNA形成的雙鏈區(qū)遵循堿基配對(duì)原則，B正確；C、向?qū)NA可通過(guò)轉(zhuǎn)錄形成，逆轉(zhuǎn)錄酶是以RNA為模板合成DNA，C錯(cuò)誤；D、由于α鏈與識(shí)別序列的互補(bǔ)鏈序列相同，只是其中T與U互換，所以若α鏈剪切點(diǎn)附近序列為...TCCAGAATC...，則相應(yīng)的識(shí)別序列為...UCCAGAAUC...，D正確。4.【答案】BA、Cas9能在特定位置切割DNA，為一種能使磷酸二酯鍵斷裂的酶，A正確；B、DNA上含有A、T、G、C四種堿基，RNA中存在A、U、G、C四種堿基，DNA中的T可與RNA中的A互補(bǔ)配對(duì)，所以DNA-RNA雜交區(qū)域存在T-A堿基對(duì)，B錯(cuò)誤；C、在單鏈向?qū)NA中也存在部分堿基互補(bǔ)配對(duì)，C正確；D、根據(jù)圖示可知“向?qū)NA能識(shí)別并結(jié)合特定的DNA序列，從而引導(dǎo)Cas9蛋白結(jié)合到相應(yīng)位置并剪切DNA”，所以人為改變向?qū)NA的序列可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的切割，D正確。5.【答案】AA、上述操作中涉及對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行堿基的敲除（缺失）、加入（增添）等修改，屬于基因突變，A錯(cuò)誤；B、基因決定蛋白質(zhì)的合成，故進(jìn)行上述操作時(shí)要避免對(duì)非目標(biāo)基因造成影響，從而對(duì)個(gè)體造成不必要的損傷，B正確；C、因該技術(shù)能對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行敲除、加入等修飾，通過(guò)修飾前后個(gè)體性狀的改變來(lái)研究相關(guān)基因的功能，C正確；D、該技術(shù)屬于基因編輯技術(shù)，可用于改造動(dòng)、植物進(jìn)行遺傳育種，D正確。課后反思本節(jié)課是第五章基因突變及其他變異第一節(jié)基因突變和基因重組課后生物科技進(jìn)展基因組編輯技術(shù)，目的是拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提醒學(xué)生認(rèn)識(shí)科技發(fā)展可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。并不需要學(xué)生深入掌握基因組編輯的原理。通過(guò)認(rèn)識(shí)一個(gè)患惡性白血病女孩-蕾拉導(dǎo)入課題。先讓學(xué)生思考骨髓移植失敗的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)剪切基因進(jìn)行大猜想。學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)，能夠很自然的想到要進(jìn)行基因剪切，但是對(duì)于解決要面對(duì)的兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，關(guān)聯(lián)學(xué)過(guò)的知識(shí)有些困難，所以學(xué)案制定了引導(dǎo)學(xué)生層層遞