高中生物人教版选修三1．2基因工程记得基本操作程序教学设计

专题1 基因工程
肥西三中 邱昌宏
1.2《基因工程的基本操作程序》教学设计
一、教材分析
教学目标
1． 简述基因工程原理及基本操作程序
2． 尝试设计某一转基因生物的研制过程
教学重难点
1．重点： 基因工程基本操作程序的四个步骤（前两个步骤）
2．难点： ?
⑴从基因文库中获取目的基因?
⑵利用PCR技术扩增目的基因?
(3)原核生物与真核生物基因结构的异同
教学方法
探究法、讲述法
2、学情分析
学生经过上一节的学习已经掌握DNA重组技术所需三种基本工具的作用及基因工程载体所需条件等知识，具备学习基因工程的基本操作程序一节的基础；但 我校学生基础都比较薄弱，学习的行为习惯都存在不足。有四个理科班，其中有2个相对好一点的实验班，2个差的普通班。本节课内容较多，难点较多，学生学习起来有一定困难，需尽量采用化整为零、各个击破的教学策略。本人授课班级是普通班，学习态度不端正，学习能力差，教学进度只能缓慢推进。
三、课时安排
3课时
四、教学过程
教学过程 教师活动（展示课件） 学生活动 教学意图
（第1课时）复习巩固 导入新课： 一、目的基因获取 （一）可从基因文库中获取目的基因 提问： （二）、利用PCR技术扩增目的基因。 （三）、化学法直接合成 提问： （第2课时） 二、基因表达载体的构建 提问: （第3课时） 三、将目的基因导入受体细胞⑴将目的基因导入植物细胞 ⑵将目的基因导入动物细胞 ⑶将目的基因导入微生物细胞 四、目的基因的检测和鉴定（一）、分子水平的检测1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因。 2、检测目的基因是否转录出了mRNA 3、检测目的基因是否翻译成蛋白质 （二）、个体水平的鉴定 提出下列问题：DNA重组技术的基本工具限制酶的作用特点DNA连接酶的作用运载体的必备条件DNA连接酶与DNA聚合酶的异同示下题：限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。 （2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。 （3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？检查学生的完成情况（对个别未完成的同学进行批评）我们已经了解基因工程的原理和工具，那么这项技术如何操作呢？通过分析图1-6我们知道基因工程的基本操作程序包括目的基因获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体、目的基因检测与鉴定。一、目的基因获取基因工程概念中的“更符合人们需要”的那个基因就是目的基因了，只有有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性，所以基因工程的基本操作的第一个环节就是目的基因的获取。到底什么是目的基因呢？目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因，如抗虫基因，抗旱基因。补充有关基因结构的知识：（1）原核细胞的基因结构（2）真核细胞的基因结构怎样才能获得这些目的基因呢？目的基因怎样获得，常用的获取目的基因的方法有哪些呢？来源：①从自然界已有的物种分离②人工方法合成常用方法有三个：（一）可从基因文库中获取目的基因。 引出基因文库概念，基因文库的分类，用打比方等手段帮助学生理解“基因文库”、“基因组文库”“部分基因文库”若一个基因文库中包含了一种生物所有的基因，那么这种基因文库就叫做基因组文库，若只包含了一种生物的一部分基因就叫做部分基因文库。那么，怎样从基因文库中得到我们所要的目的基因呢？可根据目的基因的有关信息来获取目的基因，如根据基因的核苷酸序列，基因在染色体上的位置等特性来获取目的基因。基因文库又要如何构建呢？ 基因组文库的构建及cDNA文库的构建过程： 对上述两种文库进行比较除了从基因文库中获取目的基因，还可以利用PCR技术扩增目的基因。（二）利用PCR技术扩增目的基因。1、概念：PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。2、原理：3、条件：4、过程：提出下列问题：a．变性（ ℃）：目的基因DNA受热变性后接连为单链b．退火（ ℃）： 与单链相应互补序列结合c．延伸（ ℃）：在 的作用下进行延伸Taq酶的特点是 。多媒体演示过程并结合书本，学会描述扩增的过程。（三）化学法直接合成若基因比较小，核苷酸序列又已知，可通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。该过程需要模板吗？（不需要）利用下图对获取目的基因的方法进行总结二、基因表达载体的构建作为基因工程表达载体，只需含目的基因就可以完成任务吗？为什么要有“表达载体”的构建这一步骤？可使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。一个基因表达载体有哪些结构组成的呢？共同归纳：基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子、复制原点以及标记基因等。什么是启动子、终止子？它们的作用是什么呢？位置在哪里？强调启动子部位有RNA聚合酶的结合位点及其作用，提醒学生注意启动子和起始密码子之间、终止子和终止密码子之间的差异标记基因的作用是什么呢？示图标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因从而把含目的基因细胞筛选出来。 解释怎样筛选含目的基因的受体细胞。提醒学生注意复制原点的作用。 三、将目的基因导入受体细胞基因表达载体构建完成后，如何将目的基因导入受体细胞呢？根据受体细胞的不同，导入的方法也有所不同。⑴将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。下面以农杆菌转化法为例。农杆菌有什么样的特点，使其可以帮助目的基因进入受体细胞的呢？讨论归纳：农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，当植物受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向细胞。这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体的DNA上。根据农杆菌的这个特点，请同学们结合多媒体图，尝试着描述农杆菌转化法的导入过程。师生共同归纳农杆菌转化的过程：目的基因插入Ti质粒的T-DNA，构建基因。并特别提醒目的基因的插入位置。除了上述方法，将目的基因导入受体细胞的方法还有基因枪法和花粉管通道法。⑵将目的基因导入动物细胞提问：1、若受体细胞是动物细胞，目的基因如何导入呢？显微注射技术是转基因动物中最多采用的方法，也是最为有效的一种方法。2、显微注射技术具体过程如何呢？提纯含目的基因的表达载体—→从动物提内取出卵（或受精卵）—→采用显微注射仪进行显微注射—→再将注射了目的基因的受精卵进行培养，再移植到到动物输卵管或子宫内—→转基因动物。为什么将目的基因导入动物细胞常用的受体细胞是受精卵？含目的基因的动物的受精卵可发育成转基因动物⑶将目的基因导入微生物细胞由于原核生物具有：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少的特点，因此常作为基因工程的受体细胞。什么是感受态细胞呢？目的基因导入微生物细胞的具体过程是什么？感受态细胞是用Ca2+处理细胞后，细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。将感受态细胞与溶有基因表达的载体的缓冲液混合，并提供适宜的温度就能使目的基因进入细胞了。归纳：大肠杆菌细胞最常用的转化方法是：用Ca2+处理细胞——成为感受态细胞——表达载体与感受态细胞混合—— 一定温度条件感受态细胞吸收DNA分子，这样目的基因进入细胞了。四、目的基因的检测和鉴定目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才知道。如何来检测与鉴定呢？、分子水平的检测1、检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因。 如何检测转基因生物的DNA上是否导入了目的基因呢？通常采用的方法是采用DNA分子杂交技术。具体过程是将转基因生物的全部DNA提取出来，用限制酶切割成DNA片段。再将含有目的基因的DNA片段用放射性同位素做上标记制成基因探针，（为了保证目的基因通过碱基互补配对来检测，探针必须是单链）再将探针与DNA片段杂交，若结果显示出DNA杂交带，就表明目的基因已经插入染色体DNA。如下图：提出下列问题让学生思考：（1）、目的基因导入了受体细胞后，就一定能表达吗？（2）、如何知道目的基因已经发挥作用呢？2、检测目的基因是否转录出了mRNA可通过检测是否转录出了mRNA，检测方法还可采用分子杂交技术，与上述方法的不同之处：这里的分子杂交是标记的目的基因探针与从转基因生物中提取出来的mRNA杂交，若结果显示出有杂交带，则表明目的基因转录出了mRNA。此为DNA和mRNA分子杂交技术。请同学们注意这两种分子杂交技术的异同点。3、检测目的基因是否翻译成蛋白质。检测的内容除了上述两项外，还可检测目的基因是否翻译成蛋白质。具体过程：从转基因生物中提取出蛋白质（抗原），用相应的抗体进行抗原抗体杂交，若有杂交带出现则表明目的基因已经形成蛋白质产物。这些都属于分子水平的检测，基因工程是否成功，最终，还需要进行个体生物学水平的鉴定，以确定转基因生物体是否有目的基因控制的性状。（二）、个体水平的鉴定一个目的基因导入受体细胞后，是否赋予了该转基因生物体相应性状，需要作相应的观察或实验，以确定是否具有目的基因控制的性状或该性状表现的的程度。比如：如何抗虫棉培育是否成功，是要观察棉花是否具有抗虫特性，可让直接让棉铃虫食用棉花的叶片或棉铃，观察棉铃虫存活情况。 学生集体回答 学生集体书写完成 看学案，并理解 学生阅读书本讨论，找到师生共同总结，归纳 学生结合课件内容注意理解和掌握 学生阅读课本生物技术资料卡（课本第10页），理解基因结构并掌握。 学生阅读课本（第8~9页），师生共同总结，归纳说明。 观看课件演示 加深理解，课堂完成 学生讨论、完成 学生阅读课本（第10页），师生共同归纳总结，。 学生思考讨论 学生阅读课本(第11页),了解构建的目的 学生讨论并回答，启动子和终止子，它们分别位于目的基因的两侧（1）启动子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因，转录出mRNA最终获得所需要的蛋白质。（2）终止子是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端 学生阅读课本(第12页),讨论归纳。 学生阅读课本(第13页),讨论归纳。 学习过程中可引导学生回忆原核生物的结构特点。 学生阅读书本并结合14页图1－14目的基因的检测示意图理解。 学生观察、思考，理解分子杂交技术，并把“检测目的基因是否转录出了mRNA”与“检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因”作比较 了解学生上节课的掌握情况，并督促学生课下的学习 自主完成学习，了解学生的是否理解该内容 拓展学生的知识，加深对基因的理解，为后面的内容做好知识准备 自主完成 自己看课本，完成结合前面的补充知识，理解启动子、内含子等概念 培养学生自我总结及归纳的能力 学生总结、归纳，培养自主学习能力 帮助理解PCR的过程 进一步理解，抽象变直观 与旧知识建立联系，更好的掌握 通过自主学习，对知识的掌握更深刻 进一步理解，抽象变直观 便于学生掌握农杆菌转化法的具体过程，使学生能对“转化”的含义进一步的理解。 学生学会描述目的基因导入动物细胞的具体过程。 带动学生思考 学习过程中可引导学生复习巩固已学知识 引起学生思考，为引导下属内容打基础。 通过课件展示，使学生理解分子杂交技术。 结合具体实例，帮助学生理解巩固
课堂巩固 见课件 当堂巩固,及时掌握
板 书 设 计 1.2 基因工程的基本操作程序一、目的基因获取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、直接人工合成二、基因表达载体的构建基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点三、将目的基因导入受体细胞1、将目的基因导入植物细胞2、将目的基因导入动物细胞3、将目的基因导入微生物细胞目的基因的检测和鉴定1、分子水平的检测⑴检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因。⑵检测目的基因是否转录出了mRNA⑶检测目的基因是否翻译成蛋白质。2、个体水平的鉴定。

五、教学反思
由于基因工程内容比较新，比较抽象，看不见摸不着，学生的学习有难度。处理不好，会提高学习难度，致使教学流于形式。所以在《基因工程的基本操作程序》教学中，从回顾《DNA重组技术的基本工具》入手，引导学生思考推理。使学生首先从整体上了解基因工程的四个步骤，起到了突破难点及培养自学能力的目的。对于基因工程，学生接触得少，只运用文字来教学会感到很抽象。故在讲授如何构建基因文库时，在介绍构建基因表达载体时，教师应提供相关非常形象的插图，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到观察、分析、创新等有利于学生终身发展的能力上来。
通过分步探讨，学生已经对基因工程每一步操作的原理、方法和过程做到了理解，但并未从整体上把握到基因工程的全过程，教师可利用板书帮助学生构建概念图，将零散的知识系统化，实现课程有效的教与学。