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高中生物选修《现代生物科技专题》（人教版选修3）专题一基因工程第一节基因工程的简介教学目标：1．知识方面（1）了解基因工程的基本概念。（2）基因操作的工具和基本操作程序。（3）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。2．态度价值观方面（1）通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究需要的严谨，激发为祖国而奋斗的精神。（2）通过学习基因操作的工具和基本程序及应用，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯物主义观念。3．能力方面（1）通过对图片、动画等的观察，让学生学会科学的观察方法，培养观察能力。（2）通过利用课本以外的资料和网络信息解决学习中发现的问题，培养学生的自主学习的能力。（3）通过多媒体课件对基本概念、基本原理的学习，引导学生主动参与教学过程的探究活动，培养学生的获取新知的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。教学重点：基因操作的工具和基本程序及应用。教学难点：1．限制酶和运载体的作用。2．提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。3．基因工程的应用。教学方法：以探究法、谈话法、材料教学法相结合。具体方法：1．以具体事例讲述，学生制作模型，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。2．搜集资料，采用思考、分析、想像、推断和辩论等方法，明确基因工程的应用。教学课时：3课时教学过程：[第一课时]：DNA重组技术的基本工具一．复习导入新课教师活动：投影幻灯片，引导学生思考、分析讨论。1．遗传的物质基础是什么？2．生物体遗传的基本单位是什么？3．为什么生物界的各种生物间的性状有如此大的差别呢？4．生物的性状是怎样表达的？5．各种生物的性状都是基因特异性表达的结果，那么，人类能不能改造基因呢？使原来本身没有某一性状的生物而具有某个特定的性状呢？6．各种生物间的性状千差万别，这是为什么呢？引导学生回答：生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。教师举例：1．青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素2．豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气3．人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度教师提问：以上几种生物各有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果。但是人类能不能改造基因呢？在引导学生思考、探究的同时引出本节课题。二、讲授新课1．基因工程的概念：课前布置学生自学教材上的知识内容，让学生理解基因工程的概念，并引导学生回答表中内容。教师活动：投影问题引导学生讨论，引出基因操作的工具。基因工程的操作水平是在DNA分子水平进行的，所以用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗？2．基因操作的工具教师活动：投影基因工程抗虫棉的简要过程。（见下表）学习探究1：在基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？学生活动：分析、讨论，学生与教师共同对基因工程关键归纳总结。关键步骤一：抗虫棉从苏云金孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA拼接。关键步骤三：抗虫基因进入棉花细胞。学习探究2：怎样才能在苏云金芽孢杆菌DNA分子中的众多基因中找到所需抗虫基因呢？又怎样将它从DNA长链中提取出来？又如何将提取出的抗虫基因与棉花细胞的DNA结合在一起呢？引导学生探究、分析、总结：（1）“分子手术刀”又叫基因剪刀——限制性内切酶①分布：主要在微生物中基因工程的别名基因拼接技术或DNA管理费用技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切——拼接——导入——表达结果人类需要的基因产物基因工程培育抗虫棉的简要过程苏云金芽孢杆菌（有抗虫特性）提取抗虫基因普通棉花（无抗虫特性）棉花细胞（含抗虫基因）与运载体DNA拼接、导入棉花植株（有抗虫特性）②作用特点：特异性，即识别特定的核苷酸序列，切割特定的切点。③结果：产生黏性末端（碱基互补配对）。播放投影幻灯片的实例。（2）“分子缝合针”又叫基因针线——DNA连接酶①连接部位：磷酸二酯键。②结果：两个相同的黏性末端的连接。学习探究3：用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键？用限制性内切酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？（3）“分子运输车”又叫基因的运输工具——基因进入受体细胞的载体①作用：将外源基因送入受体细胞。②具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点；具有某些标记基因。③种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。④质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；是细胞染色体外能自我复制的小型环状DNA分子；质粒的大小只有普通细菌染色体的1%左右；存在于许多细菌及酵母菌等微生物中；质粒的存在对宿主细胞生存没有决定性的作用；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。（自身细胞中也可）限制酶切割DNA分子示意图C︱GAATTG︱CTTAA︱︱︱︱黏性末端TTAAG|CC︱GAATTDNA连接酶作用示意图C︱GAATTG︱CTTAA︱︱︱︱鸟枪法的过程供体细胞中DNA限制酶许多DNA片段载入运载体导入逆转录法的过程目的基因的mRNA逆转录酶单链DNA合成双链DNA（目的基因）学习探究4：1、质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？2、要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几DNA连接酶处理？课堂小结：基因工程的概念和的基本操作工具。课后记：本节课主要学习基因工程的基本概念和基因工程的基本操作工具，学生能充分利用自己查找和老师提供的教学资料进行学习探究，效果较好。但学生在质粒的认识上还有待进一步提高。下节课应重新启发学生复习有关知识，提高学生的认知能力。[第二课时]基因工程的基本操作程序一、复习巩固，引出课题教师活动：以谈话的方式提出下列问题1、什么是基因工程？2、基因工程的工具酶有几种？分别是什么？3、基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？4、基因的针线是什么？其主要作用是什么？5、基因的运输工具是什么？6、运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？7、质粒的结构是什么？学习探究1：有了基因操作的工具后，对基因是如何进行操作的呢？二、讲授新课引导学生按幻灯片中提供的问题进行阅读课文提供的材料，并讨论、分析有关基因工程操作的基本程序。①举例说明什么是目的基因？②从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？③人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是怎样的？④将目的基因与用限制内切酶处理后的运载体混合并用DNA连接酶处理后会出现几种结果？⑤将目的基因的重组质粒导入细胞受体细胞的过程常用哪种化学试剂？其目的是什么？⑥在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？通过观看材料，思考问题，引起师生在相关知识点上的共鸣。（1）目的基因的提取：①途径：从供体细胞的DNA基因文库中直接提取目的基因（一般用于原核生物）；人工合成目的基因（一般用于真核生物）。“鸟枪法”——优点：操作简单。缺点：操作量大，盲目性大③方法：逆转录法：直接合成法——PCR技术基本操作方法见下图：质粒DNA分子同一种限制酶处理一个切口的两个黏性末端两个切口的获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）受体细胞：细菌氯化钙细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制（2）目的基因与运载体结合：学习探究：目的基因与运载体的结合的结果可能有向种情况？引导学生探究，归纳总结出相关内容。（3）将目的基因导入受体细胞：导入方法：借鉴细菌或病毒侵入细胞的途径。导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。（4）目的基因的检测和表达：引导学生生教材的有关内容，使学生明确检测与表达的区别，并可按以下形式归纳。检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。教学小结：引导学生复述。课后记：本节教学重点、难点是理清目的基因导入受体细胞及是否已导入、导入后是否得到了表达。通过学习探讨，学生基本上能掌握本节的知识内容。但还未能熟练掌握本节的知识要领，这将运用练习来进一步加以巩固。[第三课时]基因工程的应用复习基因工程的操作的基本程序和重要工具。检查课前收集到的有关基因工程应用的实例。（以学生汇报形式展示各自收集到的资料）通过资料、教学图片展示，引出课题。1982年，帕尔蒂曼和布林斯坦等人构建了大鼠金属硫蛋白和人的生长激素融合基因，生产出生长速度比正常小鼠快一倍的超级小白鼠。此后，许多实验室用人、猪、羊和牛的生长激素基因生产转基因小鼠时，都获得了类似结果。1988年，西曼克等人用猪的生长激素和大鼠MT融合基因，生产出生长快、瘦肉率高和表现正常的转基因猪。印发基因工程研究的现状资料（另见材料），引导学生阅读。学习探究：1．人类在基因工程领域取得了哪些成就呢？2．基因工程在环境保护过程中有何作用？通过学生汇报，讨论、分析、概括如下：一、基因工程与医药卫生：1．生产基因工程药品：胰岛素、干扰素等。2．用于基因诊断与基因治疗：概念见课件。二、基因工程与农业、食品工业：1．农业上的应用：（1）培育高产、稳质和具有优良品质的农作物。（2）用基因工程的方法培养出具有各种抗逆性的作物新品种。2．畜牧业上的应用：（1）培育人们所需要的各种优良品质的转基因动物。（2）利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达。3．食品工业上的应用：为人类开辟新的食物来源。三、基因工程与环境保护：1．环境监测：运动DNA分子杂交的方法进行检测。特点：快速、灵敏、精确、高效。2．环境净化。课堂小结：让学生交流对基因工程学习的体会，明确基因工程的前景和安全性。课后记：本节课通过学生汇报、交流各自的材料收集，共同探讨知识的相关内容，课堂气氛活跃，从争辩中获取相关知识要点。但有极个别的学生对资料的收集不够，仍需进一步引导。第二节蛋白质工程的崛起教学目标1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的原理。3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。教学重点和难点1.教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。2.教学难点：蛋白质工程的原理。教学方法：探究法、导读法、分析交流具体做法：1.建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。2.建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。教学课时：1课时教学过程：复习旧课，导出新课题：学习探究：1、基因工程的实质是什么？2、基因工程的基本操作程序有哪些？3、通过基因工程产生的蛋白质都是属于自然界的蛋白质，即各种生物经过漫长的进化过程中形成的。随着人们生活的改变，自然界现在的蛋白质不一定能满足人类生产和生活的需要，那么，有什么办法可以获得人类所需的蛋白质呢？4、什么是蛋白质工程？引导学生认真阅读课文中的材料，引出课题。一、蛋白质工程的概念：根据蛋白质工程的概念，关注两方面的内容：1、蛋白质工程的基础：基因工程。2、蛋白质工程的实质：按意愿产生人们所需要的蛋白质。学习探究：1、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过参基因的操作来实现呢？2、蛋白质工程是怎样进行的呢？二、蛋白质工程的基本原理：1、蛋白质工程的目标：按人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质的结构进行分子改造和设计。2、蛋白质合成的基