基因工程的基本操作程序教學(xué)設(shè)計(jì)

1、“基因工程的根本操作程序教學(xué)設(shè)計(jì)1教材分析?基因工程的根本操作程序?是人教版選修3專題1基因工程中第2節(jié)內(nèi)容, 本節(jié)是?基因工程?專題的核心,上承?DNA重組技術(shù)的根本工具?一節(jié),下 接?基因工程的應(yīng)用?.對于基因工程,學(xué)生接觸得很少,文字描述中會感到抽象,為此,教材中采用形象化得呈現(xiàn)方式簡述了基因工程根本操作程序的四個(gè)步驟.例如,基因文庫中把基因組文庫比作國家圖書館,而把 cDNA文庫比作某市圖書館,這樣便于 學(xué)生理解和掌握.止匕外,在教材處理中還呈現(xiàn)主干,割舍枝杈,將非主干內(nèi)容以?生物技術(shù)資料卡?、?拓展視野?等方式呈現(xiàn),做到有主有次.2學(xué)情分析學(xué)生經(jīng)過上一節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握 DNA重組技術(shù)

2、所需三種根本工具的作用及 基因工程載體所需條件等知識,具備學(xué)習(xí)基因工程的根本操作程序一節(jié)的根底； 而且經(jīng)過一年必修教材的學(xué)習(xí),學(xué)生的生物根底知識較扎實(shí), 思維的目的性、連 續(xù)性和邏輯性已初步建立.但基因工程一節(jié)對學(xué)生來說難點(diǎn)較多,如果處理不好, 會變成簡單的死記硬背.因此在教學(xué)過程中,應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時(shí)增強(qiáng)學(xué)生解決 問題和運(yùn)用概念圖等生物學(xué)語言歸納結(jié)論等方面的水平.3教學(xué)目標(biāo)3.1 知識目標(biāo)簡述根底理論研究和技術(shù)進(jìn)步催化了基因工程簡述基因工程的原理和根本步驟3.2 水平目標(biāo)學(xué)會運(yùn)用概念圖總結(jié)基因工程的根本步驟及方法嘗試運(yùn)用基因工程原理,提出解決某一實(shí)際問題的方案3.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀關(guān)注基因

3、工程的開展認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提升4教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)4.1 教學(xué)重點(diǎn) 基因工程根本操作程序的四個(gè)步驟4.2 教學(xué)難點(diǎn)從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因5教學(xué)整體思路采用從“整體-局部-整體的教學(xué)思路,首先引用基因工程案例使學(xué)生從整 體上了解基因工程的四個(gè)步驟,其次采用分步探究的形式幫助學(xué)生理解各個(gè)步驟 的原理、方法和過程,最后教師引導(dǎo)學(xué)生用概念圖將所學(xué)的知識從整體上再次整 合.6教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師行為學(xué)生活動(dòng)1出示我國有知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育圖解看圖并答復(fù)：首先要獲得目的基因,其次導(dǎo)入新課目的基因的獲取2質(zhì)疑：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育的四個(gè)關(guān)鍵 步驟3根據(jù)學(xué)生答復(fù)補(bǔ)充還

4、需檢測抗蟲基因 是否已經(jīng)進(jìn)入棉花植株,并由此引出 基因工程的四部曲1提問轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育需要哪些工具2講授目的基因的概念3指導(dǎo)學(xué)生看書并質(zhì)疑：獲取目的基因 總的來說有哪兩種方式4根據(jù)學(xué)生答復(fù)強(qiáng)調(diào)如果抗蟲基因 核甘酸序列且序列較短小,可通過 DNA合成儀直接進(jìn)行人工合成5質(zhì)疑：如果對抗蟲基因的堿基序列完 全不知,怎樣才能得到蘇云金芽抱桿 菌體內(nèi)的抗蟲基因6針對學(xué)生答復(fù)引出基因文庫概念將目的基因連接到Ti質(zhì)粒上,再次將重 組的Ti質(zhì)粒導(dǎo)入受 體細(xì)胞,最后要重建 轉(zhuǎn)基因植物回憶舊知識并答復(fù)看書并答復(fù)：從自然 界已有的物種中分 離和人工合成思考并答復(fù)：先獲取 蘇云金芽抱桿菌的 全部基因,再從中提 取抗

5、蟲基因思考并答復(fù)：操作條件：對目的基因序列未知應(yīng)用工具：限制性內(nèi) 切酶、DNA連接酶、載體過程：從基因組中提7指導(dǎo)學(xué)生看圖并歸納構(gòu)建基因文庫時(shí) 的操作條件、應(yīng)用工具和過程造“工 I,*" AGOUe i.m 1TTT TT,!.工11 夏mE8指導(dǎo)學(xué)生看書,說出局部基因文庫cDNA 概念9教師補(bǔ)充如想知道一種生物在個(gè)體發(fā)育不同階段表達(dá)基因不同,應(yīng)構(gòu)建cDNA文庫10指導(dǎo)學(xué)生看書,質(zhì)疑：如何構(gòu)建局部基因文庫11引出如果抗蟲基因的一局部,那么可通過PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因12指導(dǎo)學(xué)生看書質(zhì)疑：PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因需要的條件取DNA 一酶切、純 化一與載體連接一 侵染大腸桿菌一建 立基因組

6、文庫看書并答復(fù)：只包含 一種生物局部基因 的文庫看書并答復(fù)：提取某 種生物發(fā)育某個(gè)時(shí)期的mRNA 一反轉(zhuǎn) 錄成互補(bǔ)DNA 一與 載體連接一侵染大 腸桿菌一建立局部 基因文庫看書并答復(fù)：模板、 原料、引物、TaqDNA 聚合酶討論并答復(fù)：變性： 90 C 95 C高溫下 雙鏈DNA解鏈成單13觀看PCR過程插圖,質(zhì)疑：PCR擴(kuò)增的過程14列表比擬利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的異同鏈；退火：55 C-60 c引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；延伸：72 C Taq酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成；第2輪循環(huán)學(xué)生獨(dú)立完成,教師給予指導(dǎo)基因表達(dá)載體的構(gòu)建1引出基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程 的核心及構(gòu)

7、建基因表達(dá)載體的意義2質(zhì)疑：將生物的所有DNA直接導(dǎo)入 受體細(xì)胞是否可行,如果這樣做,結(jié) 果怎樣3提問：回憶載體需要具備的條件4根據(jù)學(xué)生答復(fù)引出基因表達(dá)載體也應(yīng) 具備復(fù)制原點(diǎn)、標(biāo)記基因等條件,進(jìn) 一步明確基因表達(dá)載體最終要表達(dá)出人類所需的蛋白質(zhì)產(chǎn)物5質(zhì)疑：從cDNA文庫中獲取的目的基思考并答復(fù)：1該方 法針對性差,完全靠 運(yùn)氣2不方便檢 測,無法確定目的基 因是否導(dǎo)入受體細(xì) 胞討論并答復(fù)：啟動(dòng)子 和終止子,它們分別 位于目的基因的兩 側(cè)思考并答復(fù)：復(fù)制原點(diǎn)：限制復(fù)制因沒有啟動(dòng)子,如果要實(shí)現(xiàn)將編碼序 列導(dǎo)入受體生物中并成功表達(dá),基因 表達(dá)載體還需哪些元件6提問：總結(jié)基因表達(dá)載體構(gòu)成,并說 明各個(gè)

8、元件的作用起始的位點(diǎn)；抗性基因：檢測目的 基因是否導(dǎo)入受體 細(xì)胞；啟動(dòng)子：位于基因首 端；是RNA聚合酶 識別和結(jié)合位點(diǎn),驅(qū) 動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出 mRNA,最終獲得蛋 白質(zhì)；終止子：轉(zhuǎn)水在所福 地方停卜來整體水平上歸納總結(jié)教師引導(dǎo)下,學(xué)生討論總結(jié)出本節(jié)內(nèi)容的概念圖,在整體上把握知識脈絡(luò)“基因工程的根本操作程序?qū)W案知識目標(biāo)：1、簡述基因工程原理及根本操作程序.水平目標(biāo)：1、嘗試設(shè)計(jì)某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過程.學(xué)習(xí)重點(diǎn)：1、基因工程根本操作程序的四個(gè)步驟.學(xué)習(xí)難點(diǎn)：1、從基因文庫中獲取目的基因2、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因.自主學(xué)習(xí)基因工程的根本操作程序主要包括 4個(gè)步驟： 的獲取、基因表達(dá).的構(gòu)建、將

9、細(xì)胞、的檢測與鑒定.一、目的基因的獲取1、概念：目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的 .也可以是一些具有調(diào)控 作用的因子.2、來源：(1)可以從自然界中已有 中直接別離出來.(2)從 中獲取目的基因.3、基因文庫：(1)概念：將含有某種生物不同基因的許多 片段導(dǎo)入受 體菌的群體中今夏,各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因,稱為基因文庫.(2)種類：基因組文庫一一含有一種生物的.cDNA文庫一一含有一種生物的.4、獲取目的基因的方法：根據(jù)基因的有關(guān)信息,如基因的 序列,基因功能、基因在 上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,以及基因的譯產(chǎn)物 等特性來獲取目的基因.(1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因： PCR技術(shù)是一項(xiàng)

10、在生物體外復(fù)制片段的核酸合成技術(shù).條件：提供 的核甘酸序列,根據(jù)這段序列合成.過程：目的基因DNA 變性形成DNA單鏈,與結(jié)合,然后在 的作用下延伸形成DNA 0方式：擴(kuò)增,即2 n(n為擴(kuò)增循環(huán)次數(shù)).(2)人工合成方法：當(dāng)基因較小,核甘酸序列時(shí),可以用人工方法合成(例如,通過 直接合成).二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建1、表達(dá)載體的組成表達(dá)載體：目的基因、 、標(biāo)記基因.啟動(dòng)子：它是一段有,位于基因的首端,它是的識別和結(jié)合部位,起動(dòng)轉(zhuǎn)錄 mRNA.終止子：位于基因的尾端,終止 過程.標(biāo)記基因：用于 受體細(xì)胞是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來.2、表達(dá)載體的功能：使目的基因在受體細(xì)胞中

11、 存在,并且給下一代,同時(shí)使 能夠表達(dá)和發(fā)揮作用.探撥點(diǎn)究1 .外顯子與內(nèi)含子一般來說,結(jié)構(gòu)基因都是由外顯子和內(nèi)含子組成,但是,外顯子和內(nèi)含子 的關(guān)系不是完全固定不變的.有時(shí)同一條 DNA鏈上的某一段DNA序列,當(dāng)它 作為編碼某多肽鏈的基因時(shí)是外顯子,而作為編碼另一多肽鏈的基因時(shí),那么是 內(nèi)含子,結(jié)果是同一基因可以同時(shí)轉(zhuǎn)錄為兩種或兩種以上的mRNA .2.原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)原核細(xì)胞的基因真核細(xì)胞的基因/、同點(diǎn)編碼區(qū)連續(xù)；結(jié)構(gòu)簡單編碼區(qū)有間隔,不連續(xù)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜相同點(diǎn)都有編碼區(qū)和非編碼區(qū)；編碼區(qū)都有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核甘酸序列；編碼區(qū)上游都有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)3

12、.獲取目的基因的方法f 從基因文庫中獲取人工合成從供體細(xì)胞的D昭中直接別離基因方法與檢法提取目的基因的途徑A人工合成基困真核細(xì)胞叫烏柏法的過程：供解碘中DNAy艮制前許多DNA片段IA運(yùn)嬴F人受帽眥外源加時(shí)增 產(chǎn)生特定性狀別離目矗因反轉(zhuǎn)錄法的過程日的基因的近NA?您隼鏈M卜成雙黑DNA即日的基因由琳氨基酸序到合成DNg的過程:白質(zhì)的氨基酸序列jit III通Affl器SSff到推珈優(yōu)學(xué)合成目的基因反轉(zhuǎn)錄法寺艮據(jù)氮基金序列合施獨(dú)4 .目的基因與運(yùn)載體結(jié)合以質(zhì)粒為運(yùn)載體質(zhì)粒DNA分子71種限制甑處理一個(gè)切口兩個(gè)切口兩個(gè)藐性末端藪管目的基因Jon值報(bào)酶垂眼粒典例分析例1以下有關(guān)基因工程技術(shù)的正確表達(dá)

13、是A.重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體B.所有的限制酶都只能識別同一種特定的核甘酸序列C.選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是由于細(xì)菌繁殖快D.只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)【解析】 基因操作的工具有限制酶、連接酶,一種限制酶只能識別特定的核昔 酸序列.運(yùn)載體是基因的運(yùn)輸工具,目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后,受體細(xì)胞表現(xiàn)出 特定的性狀,才說明目的基因完成了表達(dá),基因工程的結(jié)果是讓目的基因完成表 達(dá),生產(chǎn)出目的基因的產(chǎn)物,選擇受體細(xì)胞的重要條件就是能夠快速繁殖.【答案】C課堂檢測1、以下有關(guān)基因工程技術(shù)的正確表達(dá)是A.重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體B.所有的

14、限制酶都只能識別同一種特定的核甘酸序列C.選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是由于細(xì)菌繁殖快D.只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)2 .在基因工程中,把選出的目的基因共 1000個(gè)脫氧核甘酸對,其中腺喋嶺 脫氧核甘酸是460個(gè)放入DNA擴(kuò)增儀中擴(kuò)增4代,那么,在擴(kuò)增儀中應(yīng)放 入胞喀呢脫氧核甘酸的個(gè)數(shù)是A.540 個(gè) B.8100 個(gè) C.17280 個(gè) D.7560 個(gè)3 .就分子結(jié)構(gòu)而論,質(zhì)粒是A、環(huán)狀雙鏈DNA分子B、環(huán)狀單鏈DNA分于C、環(huán)狀單鏈RNA分子D、線狀雙鏈DNA分子4 .在序列信息的情況下,獲取目的基因的最方便方法是A、化學(xué)合成法 B、基因組文庫法C、CDNA文庫法D、聚

15、合酶鏈反響5 .(多項(xiàng)選擇)一個(gè)基因表達(dá)載體的構(gòu)建應(yīng)包括()A.目的基因 B.啟動(dòng)子 C.終止子 D.標(biāo)記基因6 . 2005高考全國鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變.檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是A.解旋酶B.DNA連接酶 C.限制性內(nèi)切酶D.RNA聚合酶創(chuàng)新應(yīng)用練習(xí)在藥品生產(chǎn)中,有些藥品如干擾素,白細(xì)胞介素,凝血因子等,以前主要是從生 物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的,由于受原料來源限制,價(jià)價(jià)十分昂貴,而且 產(chǎn)量低,臨床供給明顯缺乏.自70年代遺傳工程開展起來以后,人們逐步地在 人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因,使之與質(zhì)粒形成重組 DNA,并以重組DNA引 入大腸桿菌,

16、最后利用這些工程菌,可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低本錢 的藥品,請分析答復(fù)：(1)在基因工程中,質(zhì)粒是一種最常用的 ,它廣泛地存在 于細(xì)菌細(xì)胞中,是一種很小的環(huán)狀 分子.(2)在用目的基因與質(zhì)粒形成重組 DNA過程中,一般要用到的工具酶是 和.(3)將含有“某激素基因的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞后,能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成“某激素,那么該激素在細(xì)菌體內(nèi)的合成包括 和 兩個(gè)階段.(4)在將質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌時(shí),一般要用 處理細(xì)菌,以增大 0教學(xué)反思1)巧妙布置預(yù)習(xí)作業(yè),化“復(fù)雜為“簡約.由于基因工程內(nèi)容上的“高與“新,處理不好,會提升學(xué)習(xí)難度,令學(xué)生視高科技為畏途,致使教學(xué)流于 形式.所以在課前以學(xué)生較為熟悉的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程案例為預(yù)習(xí)作業(yè), 使學(xué)生首先從整體上了解基因工程的四個(gè)步驟, 起到了突破難點(diǎn)及培養(yǎng)自學(xué)水平 的目的.2)巧妙運(yùn)用插圖及多媒體技術(shù),化“抽象為“形象.對于基因工程,學(xué)生接觸得少,只運(yùn)用文字來教學(xué)會感到很抽象. 如在講授如何構(gòu)建基因文庫時(shí),教 師會提供一幅非常形象的插圖,結(jié)合圖文提