“基因工程的基本操作程序”教学设计

“基因工程的基本操作程序”教学设计1教材分析《基因工程的基本操作程序》是人教版选修3专题1基因工程中第2节内容，本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》。对于基因工程，学生接触得很少，文字描述中会感到抽象，为此，教材中采用形象化得呈现方式简述了基因工程基本操作程序的四个步骤。例如，基因文库中把基因组文库比作国家图书馆，而把cDNA文库比作某市图书馆，这样便于学生理解和掌握。此外，在教材处理中还呈现主干，割舍枝杈，将非主干内容以《生物技术资料卡》、《拓展视野》等方式呈现，做到有主有次。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；而且经过一年必修教材的学习，学生的生物基础知识较扎实，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立。但基因工程一节对学生来说难点较多，如果处理不好，会变成简单的死记硬背。因此在教学过程中，应在教师引导下适时加强学生解决问题和运用概念图等生物学语言归纳结论等方面的能力。3教学目标3.1知识目标⑴简述基础理论研究和技术进步催化了基因工程⑵简述基因工程的原理和基本步骤3.2能力目标⑴学会运用概念图总结基因工程的基本步骤及方法⑵尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案3.3情感态度与价值观⑴关注基因工程的发展⑵认同基因工程的应用促进生产力的提高4教学重点与难点4.1教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤4.2教学难点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5教学整体思路采用从“整体-部分-整体”的教学思路，首先引用基因工程案例使学生从整体上了解基因工程的四个步骤，其次采用分步探究的形式帮助学生理解各个步骤的原理、方法和过程，最后教师引导学生用概念图将所学的知识从整体上再次整合。6教学过程教学环节教师行为学生活动导入新课1）出示我国有知识产权的转基因抗虫棉的培育图解2）质疑：转基因抗虫棉培育的四个关键步骤3）根据学生回答补充还需检测抗虫基因是否已经进入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲看图并回答：首先要获得目的基因，其次将目的基因连接到Ti质粒上，再次将重组的Ti质粒导入受体细胞，最后要重建转基因植物目的基因的获取1）提问转基因抗虫棉培育需要哪些工具2）讲授目的基因的概念3）指导学生看书并质疑：获取目的基因总的来说有哪两种方式4）根据学生回答强调如果已知抗虫基因核苷酸序列且序列较短小，可通过DNA合成仪直接进行人工合成5）质疑：如果对抗虫基因的碱基序列完全不知，怎样才能得到苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因6）针对学生回答引出基因文库概念7）指导学生看图并归纳构建基因文库时的操作条件、应用工具和过程8）指导学生看书，说出部分基因文库（cDNA）概念9）教师补充如想知道一种生物在个体发育不同阶段表达基因不同，应构建cDNA文库10）指导学生看书，质疑：如何构建部分基因文库11）引出如果已知抗虫基因的一部分，则可通过PCR技术扩增目的基因回忆旧知识并回答看书并回答：从自然界已有的物种中分离和人工合成思考并回答：先获取苏云金芽孢杆菌的全部基因，再从中提取抗虫基因思考并回答：操作条件：对目的基因序列未知应用工具：限制性内切酶、DNA连接酶、载体过程：从基因组中提取DNA→酶切、纯化→与载体连接→侵染大肠杆菌→建立基因组文库看书并回答：只包含一种生物部分基因的文库看书并回答：提取某种生物发育某个时期的mRNA→反转录成互补DNA→与载体连接→侵染大肠杆菌→建立部分基因文库12）指导学生看书质疑：PCR技术扩增目的基因需要的条件13）观看PCR过程插图，质疑：PCR扩增的过程14）列表比较利用PCR技术扩增目的基因与细胞内DNA复制的异同看书并回答：模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶讨论并回答：变性：90℃—95℃高温下双链DNA解链成单链；退火：55℃—60℃引物结合到互补DNA链；延伸：72℃Taq酶从引物起始进行互补链的合成；第2轮循环学生独立完成，教师给予指导基因表达载体的构建1）引出基因表达载体的构建是基因工程的核心及构建基因表达载体的意义2）质疑：将生物的所有DNA直接导入受体细胞是否可行，如果这样做，结果怎样？3）提问：回忆载体需要具备的条件4）根据学生回答引出基因表达载体也应具备复制原点、标记基因等条件，进一步明确基因表达载体最终要表达出人类所需的蛋白质产物5）质疑：从cDNA文库中获取的目的基因没有启动子，如果要实现将编码序列导入受体生物中并成功表达，基因表达载体还需哪些元件6）提问：总结基因表达载体构成，并说明各个元件的作用思考并回答：1该方法针对性差，完全靠运气2不方便检测，无法确定目的基因是否导入受体细胞讨论并回答：启动子和终止子，它们分别位于目的基因的两侧思考并回答：复制原点：控制复制起始的位点；抗性基因：检测目的基因是否导入受体细胞；启动子：位于基因首端；是RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质；终止子：转录在所需地方停下来整体水平上归纳总结教师引导下，学生讨论总结出本节内容的概念图，在整体上把握知识脉络“基因工程的基本操作程序”学案知识目标：1、简述基因工程原理及基本操作程序。能力目标：1、尝试设计某一转基因生物的研制过程。学习重点：1、基因工程基本操作程序的四个步骤。学习难点：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。[自主学习]基因工程的基本操作程序主要包括4个步骤：的获取、基因表达的构建、将细胞、的检测与鉴定。一、目的基因的获取1、概念：目的基因主要是指编码蛋白质的。也可以是一些具有调控作用的因子。2、来源：（1）可以从自然界中已有中直接分离出来。（2）从中获取目的基因。3、基因文库：（1）概念：将含有某种生物不同基因的许多片段导入受体菌的群体中今夏，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。（2）种类：基因组文库――含有一种生物的。cDNA文库――含有一种生物的。4、获取目的基因的方法：根据基因的有关信息，如基因的序列，基因功能、基因在上的位置、基因的转录产物，以及基因的翻译产物等特性来获取目的基因。（1）利用PCR技术扩增目的基因：①PCR技术是一项在生物体外复制片段的核酸合成技术。②条件：提供已知的核苷酸序列，根据这段序列合成。③过程：目的基因DNA变性形成DNA单链，与结合，然后在的作用下延伸形成DNA。④方式：扩增，即2n(n为扩增循环次数)。（2）人工合成方法：当基因较小，核苷酸序列已知时，可以用人工方法合成（例如，通过直接合成）。二、基因表达载体的构建1、表达载体的组成表达载体：目的基因、、、标记基因。启动子：它是一段有，位于基因的首端，它是的识别和结合部位，起动转录mRNA。终止子：位于基因的尾端，终止过程。标记基因：用于受体细胞是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。2、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中存在，并且给下一代，同时使能够表达和发挥作用。[探拨点究]1．外显子与内含子一般来说，结构基因都是由外显子和内含子组成，但是，外显子和内含子的关系不是完全固定不变的。有时同一条DNA链上的某一段DNA序列，当它作为编码某多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多肽链的基因时，则是内含子，结果是同一基因可以同时转录为两种或两种以上的mRNA。2．原核细胞的基因结构与真核细胞的基因结构的异同点原核细胞的基因真核细胞的基因不同点编码区连续；结构简单编码区有间隔，不连续；结构复杂相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNA聚合酶结合的位点3．获取目的基因的方法从基因文库中获取人工合成4．目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）[典例分析]［例1］下列有关基因工程技术的正确叙述是A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达【解析】基因操作的工具有限制酶、连接酶，一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。运载体是基因的运输工具，目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因完成了表达，基因工程的结果是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物，选择受体细胞的重要条件就是能够快速繁殖。【答案】C[课堂检测]1、下列有关基因工程技术的正确叙述是A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达2．在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌岭脱氧核苷酸是460个）放入DNA扩增仪中扩增4代，那么，在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是（）A.540个B.8100个C.17280个D.7560个3．就分子结构而论，质粒是A、环状双链DNA分子B、环状单链DNA分于C、环状单链RNA分子D、线状双链DNA分子4．在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是A、化学合成法B、基因组文库法C、CDNA文库法D、聚合酶链反应5．（多选）一个基因表达载体的构建应包括（）A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因6.［2005高考全国］镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是A.解旋酶B.DNA连接酶C.限制性内切酶D.RNA聚合酶创新应用训练在药品生产中，有些药品如干扰素，白细胞介素，凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价价十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自70年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量低成本的药品，请分析回答：（1）在基因工程中，质粒是一种最常用的，它广泛地存在于细菌细胞中，是一种很小的环状分子。（2）在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具酶是和。（3）将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括和两个阶段。（4）在将质粒导入细菌时，一般要用处理细菌，以增大。教学反思1）巧妙布置预习作业，化“复杂”为“简约”。由于基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式。所以在课前以学生较为熟悉的转基因抗虫棉的培育过程案例为预习作业，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。2）巧妙运用插图及多媒体技术，化“抽象”为“形象”。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。如在讲授如何构建基因文库时，教师会提供一幅非常形象的插图，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分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。3）巧妙利用概念图串联知识，化“部分”为“整体”。概念不可能单独存在，每个概念都必须根据与之有关的其他概念间的关系才能确定其准确的含义。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，教师可以指导学生构建概念图，将零散的知识进行归纳，把已掌握的知识显性化、可视化，实现新课程有效教与学的策略。“基因工程的基本操作程序”教学设计设计人：王娟高二、二部生物组