教学目标如下：
1 .知识与技能
叙述并尝试分析某一转基因生物的研制过程及基本操作程序。
2.过程与方法
通过让学生了解世界最前沿技术，追踪社会热点，提高学生收集处理信息能力，提高学生语言表达能力和信息交流能力，培养学生的独立动手能力和合作态度。
3.情感态度与价值观
①通过对基因工程原理及基本操作程序的理解，掌握理论联系实际的朴实观念以及对当今世界的前沿技术有更深刻的了解。
②通过对四步基本操作程序的具体操作技术的学习，增强学生爱科学，学科学的情感和建设祖国的社会责任感，并且建立起知识创造价值，知识为人类服务，使人类生活质量更好的美好愿望。
《基因工程的基本操作程序》教学设计
教师引导
学生活动
设置目的
导入：结合大家学习的知识，今天我们来学习基因工程的基本操作程序，尝试进行转基因操作。
教师引导：
1973年，博耶和科恩选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC101，使之与非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA。这个实验实现了物种之间的的基因交流，至此表明基因工程正式诞生。想不想重温博耶和科恩的经典实验？请小组集思广益，利用手上的材料，将非洲爪蟾核糖体蛋白基因，转入大肠杆菌的DNA中，并成功表达。
（一）进行基因工程要先获得目的基因，如何获得呢？
请同学们通过对比图像发现基因组文库和cDNA文库的区别
请同学们填写导学案上有关图表
2、问题驱动：请大家观看PCR技术的视频并回答下列问题
PCR技术的基本环节有哪些？
PCR技术需要哪些物质？
PCR技术使DNA体外扩增的数目有何规律？
当我们得到目的基因并大量扩增后，该如何处理它才能导入受体细胞稳定的保存并表达？
首先进行填空练习
请同学们阅读材料并说说从材料中你明白了什么？
请大家同桌之间讨论下面的问题
①质粒与基因表达载体一样吗？
②用到的工具酶是哪些？作用相同吗？
③目的基因的不同来源对载体有要求吗？
④直接注射目的基因进入受体细胞行吗？
（三）要实现转基因技术，必须将重组质粒转入受体细胞，那么转化的途径有哪些呢？
请大家学习有关知识并记录在导学案上
（四）同学们在重复博耶和科恩的实验时，出现了未导入目的基因的情况，那么如何将不合要求的细胞去掉呢？请大家自主学习课本14页的有关知识，并将其整理到导学案上
今天我们学习了基因工程的基本操作程序，大家掌握了先进的科学理论，请你尝试构建本节课的思维导图。
今天我们学习了基因工程的基本程序，科学的发展就源于我们对生命现象的细致观察与分析。
基因工程现在在世界上应用广泛，通过基因工程我们可以改良作物、生产药品、治疗疾病。想不想看看都有哪些应用？我们下节课再讲，请同学们完成课后作业，并扫描雨课堂，下载观看本课的有关课件，下课
回顾复习基因工程的基本工具
小组活动：整理语言，说出转基因的基本程序，教师给予适当评价并录像
学生活动后总结出基因工程操作的基本程序
（1）目的基因的获取
（2）基因表达载体的构建
（3）将目的基因导入受体细胞
（4）目的基因的检测与鉴定
学生总结途径
对比图像发现基因组文库和cDNA文库的区别并发言，教师适当点评
学生观看视频，讨论分析问题，然后进行课堂训练
完成填空练习，对材料进行分析
学生要做的是：
提取关键信息，明确结构完整性对功能的影响
整理语言，说明重组质粒的必要结构
同位之间讨论
学生自主完成导学案上的图表并展示，教师点评
学生自主整理，教师利用投屏系统展示学生的作答并请同学们点评
学生进行本节课的总结，教师投屏并点评
回忆基因工程的基本工具及其作用、特点
初步建立基因工程的基本操作程序草图
锻炼学生发现问题的能力，提升知识的联系能力及语言表述能力
拓展思维，将学习过程内化，掌握知识的本质，学会通过现象分析原理
填空练习检查学生的知识掌握情况
通过对材料的分析，明确科学实验的严谨性，提升科学素养，正确对待实验的成败，并学会分析原因，达到情感态度上的升华。
锻炼科学思维能力，提升解决问题的能力
结合中心法则的知识，学生明确生物实验的检测手段，培养科学实验的精神。
通过知识的整合达到知识传授的目的，并养成学生反思，整理的能力
提升认识，培养社会责任，为下节课做铺垫
课件39张PPT。基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序科学探究：1973年，博耶和科恩选用仅含单一EcoRI酶切位点的载体质粒pSC101，使之与非洲爪蟾核糖体蛋白质基因的DNA片段重组。重组的DNA转入大肠杆菌DNA中，转录出相应的mRNA。这个实验证明了质粒不仅可以作为基因工程的载体，重组DNA还可以进入受体细胞，外源基因可以在原核细胞中成功表达，并实现了物种之间的的基因交流，至此表明基因工程正式诞生。想不想重温博耶和科恩的经典实验？请小组集思广益，利用手上的材料，将非洲爪蟾核糖体蛋白基因，转入大肠杆菌的DNA中，并成功表达。学生活动基因工程的基本操作程序（1）目的基因的获取
（2）基因表达载体的构建
（3）将目的基因导入受体细胞
（4）目的基因的检测与鉴定一、目的基因的获取1、目的基因：主要指的是编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。
2、获取方法：
（1）从基因文库中获取目的基因；
（2）利用PCR技术扩增目的基因；
（3）化学方法直接人工合成。
（一）从基因文库中获取目的基因1.什么叫基因文库？
将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入到受体菌的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。基因组DNA文库cDNA文库基因组DNA文库与cDNA文库的比较补：原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与RNA聚合酶结合位点启动子终止子 RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。 转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并以DNA分子的一条链为模板合成RNA。 转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。补：真核细胞的基因结构编码区与RNA聚合酶
结合位点内含子 外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子启动子终止子编码区上游 编码区下游 内含子： 外显子： 基因组文库和部分基因文库的比较小大无有无有某种生物的部分基因某种生物的全部基因可以部分基因可以PCR反应PCR反应条件
PCR过程
PCR的特点重复1~3步
25~30轮目的DNA片段
扩增100万倍以上DNA双螺旋DNA单链
与引物复性DNA变性
形成2条单链子链延伸
DNA加倍思考？1个DNA分子进行PCR扩增,循环4次，
理论上至少需要几个引物？2×（2n-1）(n为循环次数)（24-1）×2=30模板DNA
特异性引物
耐热DNA聚合酶
dNTPs PCR体系基本组成成分一段DNA序列：与目的基因的起始段互补PCR总结：Taq DNA聚合酶（thermus aquaticus)酶活性(%)温度(℃)40 50 60 70 80 90 100100
80
60
40
20PCR的基本反应步骤变性
90-95?C延伸
70-75?C复性
55-60?CPCR总结： 用一定的_________切割
质粒，使其出现一个切
口，露出____________。
用_____________切断目
的基因，使其产生_____
____________。 将切下的目的基因片段插入质粒的______处，
再加入适量___________，形成了一个重组
DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶相同的黏性末端切口DNA连接酶1.过程:二、基因表达载体的构建—— 核心质粒DNA分子限制酶处理一个切口
两个黏性末端两个切口
获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）同一种过程: 科学家在培育抗虫棉时，经历了多次失败，才获得成功。
起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。
然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导入棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。 资 料:思考：作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？（P15） 不可以。
因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。
必须构建上述元件的主要理由是：（1） 生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达；（2） 通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录；（3） 目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；3.基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因①载体与表达载体一样吗？想一想②用到的工具酶是哪些？作用相同吗？③目的基因的不同来源对载体有要求吗？
④直接注射目的基因进入受体细胞行吗？三、将目的基因导入受体细胞（一）转化： 目的基因进入_________内，并且在 受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达（二）方法将目的基因导入
植物细胞将目的基因导入
动物细胞将目的基因导入
微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞受精卵
体细胞受精卵细胞/个体农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注
射技术用Ca2+处理成感受态细胞采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（ ） A.将毒素蛋白注射到受精卵中 B.将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 C.将编码毒素蛋白的DNA序列，与质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵 D.将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉受精卵中BC四、目的基因的检测与鉴定检测:
是否插入目的基因
是否转录
是否翻译
鉴定:
分子水平鉴定
个体生物学水平鉴定
目的基因的表达和检测1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因① 首先取出转基因生物的基因组DNA；（1）方法:DNA分子杂交（2）过程:② 将含目的基因的DNA片段用放射性同位素等作标记,以此做探针；③ 使探针和转基因生物的基因组杂交,若显示出杂交带,表明染色体已插入染色体DNA中。（一）检测基因探针：是一段带有检测标记，且序列已知的，与目的基因互补的核酸序列。
基因探针通过分子杂交与目的基因结合，产生杂交信号，能从浩翰的基因组中把目的基因显示出来。 DNA分子杂交示意图 采用一定的技术手段，将两种生物的DNA分子的单链放在一起，如果这两个单链具有互补的碱基序列，那么，互补的碱基序列就会结合在一起，形成杂合双链区；在没有互补碱基序列的部位，仍然是两条游离的单链。 （二）鉴定（个体生物学水平）2、检测目的基因是否转录出了mRNA3、检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等①方法:分 子 杂 交方法:抗原-抗体杂交②过程:用上述探针和转基因生物的mRNA杂交,若出现杂交带,表明目的基因转录出了mRNA。提取（3）检测目的基因是否翻译成蛋白质方法——抗原-抗体杂交Bt毒素蛋白将Bt毒蛋白注射小鼠体内从小鼠血管抽出血液分离出抗Bt毒素的抗体抗体蛋白质 出现杂交带脱分化组织培养若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。怎样检验抗虫基因在棉细胞内是否表达呢？没有抗虫基因
的棉植株有抗虫基因的棉植株棉铃虫虫没有死虫被杀死没有表达目的基因表达为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？ 构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通过PCR方式从含有该基因的生物的DNA中，直接获得，也可以通过反转录，用PCR方式从mRNA中获得，不一定要构建基因文库。
但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想从一种生物体内获得许多基因，或者想知道这种生物与另一种生物之间有多少基因不同，或者想知道一种生物在个体发育的不同阶段表达的基因有什么不同，或者想得到一种生物的全基因组序列，往往就需要构建基因文库。 利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？ 有些蛋白质肽链上有共价结合的糖链，这些糖链是在内质网和高尔基复合体上加工完成的，内质网和高尔基复合体存在于真核细胞中，大肠杆菌不存在这两种细胞器，因此，在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。 根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,你能分析出农杆菌不能将目的基因不能导入单子叶植物的原因吗?若将一个抗病基因导入小麦中,理论上讲你应该怎样做? 酚类诱导物主要在双子叶植物细胞壁中合成，通常不存在于单子叶植物中 4.β-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？
（1）从小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的编码序列（cDNA)。
（2）将cDNA前接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素的基因，构建成一个表达载体。
（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明β-珠蛋白基因已进入其中。
（4）培养进入了β-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取β-珠蛋白。第2节 基因工程的基本操作程序
【生命观念】
1.DNA是遗传物质的证明：
2、DNA双螺旋结构和中心法则的确立：
3、遗传密码的破译：
【科学探究】重温博耶、科恩的实验：
思维过程记录：
【学生活动】
获取目的基因：
文库类型
cDNA文库
基因组文库
文库大小
基因中启动子
基因中内含子
基因多少
物种间基因交流
PCR技术所需成分： 、 、 、 。
化学方法人工合成DNA的条件是： 、 。
基因表达载体的构建：
将目的基因导入受体细胞：
受体生物
植物
动物
微生物
受体细胞
导入方法
（4）、目的基因的检测及鉴定：
类型
步骤
检测内容
方法
结果显示
分子检测
第一步
第二步
第三步
个体水平鉴定
【构建思维导图】
【科学思维】
1、为什么要构建基因文库？直接从含有目的基因的生物体内提取不行吗？
2、利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？
3、根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理,你能分析出农杆菌不能将目的基因不能导入单子叶植物的原因吗?若将一个抗病基因导入小麦中,理论上讲你应该怎样做?
4、β-珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分。当它的成分异常时，动物有可能患某种疾病，如镰刀形细胞贫血症。假如让你用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的β-珠蛋白，想一想，应如何进行设计？
【课后作业】
1、完成课后作业002；
2、扫码加入晓萌的课堂下载课件
第2节 基因工程的基本操作程序
1.下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。
(1)EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是 ，切割位点在 之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是 ，切割位点在 之间；说明限制酶具有 。
(2)限制酶和DNA连接酶作用的化学键是 。
(3)限制酶为何不切割其所在生物自身的DNA?
2.下面是大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：
(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是__________，二者还具有其他共同点，如①________________，②____________________(写出两条即可)。
(2)若质粒DNA分子的切割末端为则与之连接的目的基因切割末端应为_ ___ ；可使用________把质粒和目的基因连接在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_____________，其作用是____________________。
(4)下列常在基因工程中用作载体的是( )
A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B．土壤农杆菌环状RNA分子
C．大肠杆菌的质粒 D．动物细胞的染色体
3. (2016·海南高考)基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：
(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即____________和从____________中分离。
(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是______________________________________________________________________________。
(3)在基因表达载体中，启动子是________聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是____________。
(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有________和________颗粒。
4. (2018·威海模拟)科学家将人的生长激素基因与某种细菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达(如下图)。请据图分析回答：
(1)过程①所示获取目的基因的方法是________________。
(2)细菌是理想的受体细胞，这是因为它____________________________________________。
(3)质粒A与目的基因结合时，首先需要用______________酶将质粒切开“缺口”，然后用________________酶将质粒与目的基因“缝合”起来。
(4)若将细菌B先接种在含有______________的培养基上能生长，说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；若将细菌B再重新接种在含有________的培养基上不能生长，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。
(5)检测工程菌中的生长激素基因是否转录出mRNA和是否翻译出生长激素，可采用的技术分别是______________、________________________。
5. (2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：
(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用________作为载体，其原因是__________________________________。
(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大肠杆菌具有____________________________________(答出两点即可)等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是______________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是_____________________________________________________________________________________。
参考答案：
1. (1) GAATTC， G和A； CCCGGG， G和C之间；专一性。(2)磷酸二酯键。
(3)自身的DNA序列中不存在该酶的识别位点或识别序列已经被修饰。
2. (1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性 DNA连接酶
(3)标记基因 供重组DNA的鉴定和选择 (4)C
3. (1)人工合成 生物材料(2)cDNA文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因(3)RNA 大肠杆菌(或答细菌) (4)金粉 钨粉
4.答案：(1)逆转录法(反转录法) (2)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 (3)限制性核酸内切 DNA连接 (4)氨苄青霉素 四环素 (5)分子杂交 抗原－抗体杂交
5. (1)基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A (2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白A的抗体 (5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体
