普通高中生物课程标准（实验）选修3现代生物科技专题教材分析及教学建议.ppt

普通高中生物课程标准（实验）选修3,现代生物科技专题教材分析及教学建议,本模块教材的特点： 1、技术流程及细节较多 2、涉及到较多的讨论和辩论活动 3、各章之间的知识难度相差较大,老师的反映 1.内容较多，考分较少，不知谁是重点 2.部分内容较深，技术细节较多，不好把握深浅 3.部分知识与选修的不一致，如受精过程等，如何处理,课标要求：现代生物科技专题 拓展学生的生物科技视野,增强学生的科技意识,为学生进一步学习生物学类专业奠定基础。,模块解读,本模块的内容范围,基因工程 克隆技术（改为细胞工程，内容标准不变） 胚胎工程 生物技术的安全性和伦理问题 生态工程,现代生物科技专题,本模块知识内容的构建顺序： 基因工程 细胞工程 胚胎工程 生态工程,分子水平,细胞水平,个体水平,群体水平,微观,宏观,中观,本模块的总体教学建议,1.认真研读课标，把握重点难度要求,（1）课程标准对必修与选修3的定位,“必修模块选择的是生物科学的核心内容，对于提高全体高中学生的生物科学素养具有不可或缺的作用；所选内容是学习选修模块的基础”,“选修模块是为了满足学生多样化发展的需要而设计的，有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解、提高学生的实践和探究能力。”,必修课更侧重于知识的掌握、积累与运用，而选修课更看重对知识的了解、感悟、体验、实践与探究；,（2） 课程标准对必修与选修3的教学要求不同,例:胚胎工程-“受精阶段”,必修课的研究性学习，往往体现在一课书、一节、一个单元或一章的内容中，而选修课的研究性学习则更显得独立完整，往往贯穿于一册书中的一个或若干个长效的课题或案例研究中，研究性学习的程度更高，成分更重,2. 以解决生产践中的实际问题为教学的切入点，以激发学生的学习兴趣,基因工程 克隆技术 胚胎工程 生物技术的安全性和伦理问题 生态工程,3.重视基本原理和基本步骤的学习,基因工程的基本原理及基本步骤 植物组织培养的基本原理及基本步骤 胚胎工程的基本原理及基本步骤 单克隆抗体生产的基本原理及及基本步骤 生态工程的基本原理, 基因文库、基因组文库、 cdna文库、pcr技术、dna聚合酶、引物 农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射技术 dna分子杂交技术、放射性同位素、（基因）探针、碱基配对原理、杂交带 抗原-抗体杂交,4.重视生物技术的专有技术名词的学习,5.重视图片和流程图的学习，建构理解和记忆的载体,问题解决 (1)什么是单克隆抗体？生产单抗的基本原理是什么？ (2)什么是免疫的小鼠，怎样进行对小鼠进行免疫？ (3)图中的b淋巴细胞有何功能？骨髓瘤细胞有何特点？ (4)怎样才能将b细胞与骨髓瘤细胞融合？ (5)融合后可能有几种类型的细胞? (6) 两次筛选的目的是什么？ (7)培养杂交瘤细胞的方式有哪两种？ (8)小鼠体内培养的原理是什么？怎样理解从小鼠的腹水中获取抗体？ (9)单克隆抗体有哪些特点和应用价值?(阅读文本),6.注重形成网络化和结构化的知识结构体系,7.指导学习撰写综述报告(12篇；分期分批进行；进一步拓展和延伸；有明确主题，对主题意义和价值的简述，层次清楚的内容、结论、讨论，资料文献的来源。教师要对报告评价。),撰写综述报告是从事科学研究的一项基本技能,也是高中生物课程标准一项明确的要求,本次命题在选修部分较多地以简答题或论述题的形式进行考查,实际上在这方面作了一些导向性指引。今后改革的力度会逐渐加大，希望教师在教学中注意课程标准对选修教学的建议,开展扎扎实实、卓有成效的教学。,专题1 基因工程,一、从整体上真正理解基因工程的操作步骤,获取目的基因,从基因文库中获取目的基因,利用pcr技术扩增目的基因,基因表达载体的构建,为什么要构建载体？ 怎样构建载体？,基因组文库和cdna文库的区别,将目的基因导入受体细胞,将目的基因导入植物细胞常用方法：农杆菌转化法,将目的基因导入动物细胞方法：显微注射技术,将目的基因导入微生物细胞方法：用ca2+处理细胞，形成感受态细胞，再导入载体dna,目的基因的检测与鉴定,检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因,检测目的基因是否转录出mrna,检测目的基因是否翻译出蛋白质,二、教学时需要重点处理的地方,重点一：基因文库的构建方法,淡化处理“人工合成目的基因”的方法,重点二:利用pcr技术扩增目的基因,问题讨论: 1.为什么要扩增目的基因?(学生不理解) 2.为什么“利用pcr技术扩增目的基因”是获取目的基因的步骤？（教师和学生都不理),重点三:将目的基因导入受体的方法,重点四:目的基因的检测与鉴定,检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因,1.dna连接酶分子缝合针,2. 其他问题探讨：,2.怎样理解限制酶和dna连接酶在微生物中能够分离到,而高等植物和动物中没有?,引导学生从噬菌体侵染细菌中获得灵感,3.为什么限制酶不能将自己的dna分子剪切掉？,1、dna分子不具备该种限制酶的识别切割序列； 2、通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使了限制酶不能切开。,4.dna聚合酶与dna连接酶是同一种酶的不同名称吗?,5.标记基因的作用及其应用,标记基因,抗四环素的基因,抗氨苄青霉素的基因,特定颜色的基因,四环素,氨苄青霉素,习题:已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么?请设计实验、写出可能的实验结果，并得出相应的实验结论,载体的三大功能： 1）为外源基因提供进入受体细胞的转移能力。 2）为外源基因提供在受体细胞的的复制能力或整合力。 3）为外源基因提供在受体细胞的的扩增和表达能力。,理想载体具备四个条件： 1)具有对受体细胞的可转移性，提高导入细胞的效率。 2)具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点，使外源基因在受体细胞中稳定遗传。 3)具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点，有利于外源基因的拼接插入。 4)具有合适的选择标记（报告基因），便于dna重组分子的检测。,问题6:为什么需要载体,直接将基因导入受体细胞行不行?,质粒的构建与改造 1)删除不必要的dna区域，缩小分子量，提高外源dna片段装载量。 2)灭活某些质粒的编码基因。 3)加入易于识别的选择标记基因。 4)加入特殊的基因表达调控元件。,一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改建。,（08海南高考）右图为某种质粒表达载体简图，小箭头所指分别为限制酶ecor、bamh的酶切位点，ampr为青霉素抗性基因，tctr 为四环素抗性基因，p启动子，t为终止子，ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括ecor、bamh在内的多种酶的酶切位点。据图回答。 （1）将含有目的基因的dna与质粒分别用ecor酶切，酶切产物用dna连接酶进行连接后，其中由两个dna片段之间连接形成的产物有 、 、 3种。若要从这些连接产物中分离出重组质粒，需要对这些连接产物进行 。 （2）用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核受体细胞进行转化实验。之后将这些受体细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核受体细胞所含有的连接产物是 ；若接种到含青霉素的培养基中，能生长的原核受体细胞所含有的连接产物 。 （3）目的基因表达时，rna聚合酶的识别和结合位点是 ，其合成产物是 。 （4）在上述实验中，为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是 。,（1）目的基因载体连接物 载体载体连接物 目的基因目的基因连接物 分离纯化 （2）载体载体连接物 目的基因载体连接物、载体载体连接物 （3）启动子 mrna （4）ecor和bamh,专题2 细胞工程,2.1 植物细胞工程,植物的组织培养:讲清原理、理解应用、操作方法和步骤(重点),外植体,脱分化（去分化）,愈伤组织,再分化,形成胚状体或丛芽,？,人工种皮,胚状体,人造种皮:其成份通常为海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖等大分子有机物，具有细胞膜结构的功能： 能透气，有韧性，耐压，对胚状体无毒害 含有胚状体萌发所需要的营养成分 可添加植物激素 可添加杀菌剂,方法： 花药的离体培养,花药 花粉细胞培养 愈伤组织 分化出小植物 单倍体植株 正常植物,接种离体培养,脱分化,再分化,移栽,染色体加倍,问题探讨:,2.激素在脱分化和再分化中的作用有何不同?,3.在实验操作过程中为什么要换瓶操作?,4.组培过程中的每一步都需要光照吗?,1.灭菌和消毒的区别及在组培中的应用?,5.组培中用的蔗糖作为能源和原料物质，用葡萄糖行不行？,6 .花药离体培养获得的植物幼苗都是单倍体吗？, 动物细胞工程,一、动物细胞培养的过程、条件和应用,（一） 培养条件：,实质：根据人体的细胞生活在内环境中的条件为细胞创设一个良好的体外生活和生长环境。 （）体外培养细胞时需要提供那些物质？ （）体外培养的细胞需要什么样的环境条件？,营养与人体内环境的成份基本相同（加入血清、血浆等天然成分） 温度与动物体温相似 ph7.2-7.4 无菌、无毒环境 气体环境主要有o2、co2,通常为95%空气加5% co2的混合气体。co2气体能够调节培养基的ph。,（二）培养过程,1.贴壁生长和接触抑制,3.胰蛋白酶会损伤和消化细胞吗？,2.“原代培养和传代培养“的理解,问题讨论,(2008年宁夏卷) 回答下列有关动物细胞培养的问题： (1) 在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂长年到细胞表面 时，细胞会停止分裂增增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成的细胞层数是 。要使贴壁细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 。 (2) 随首细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现 的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变面变成 细胞，该种细胞的黏着性 ，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量 。 (3) 现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被污色，而活细胞不染色，原因是 。 (4) 检查某种毒物是否能改变细胞染一的数目，最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。 (5) 在细胞培养过程中，通常在 条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中 的活性降低，细胞 的速率降低。 (6) 给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 进行攻击。,（1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶 （2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少 （3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色）（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢 （6）抗原,二、动物体细胞核移植技术和克隆动物,体细胞核移植过程流程图(帮助理解原理),教学策略：p48 1.从宏观的角度理解技术流程 2.从微观的角度理解操作原理,为什么不直接用体细胞，而要形成重组细胞？重组时为什么用的是供体细胞而不是用细胞核? 产下的小牛的遗传物质有何特点，性别有何特点？,专题3 胚胎工程,3.1 体内受精和早期胚胎发育 3.2 体内受精和早期胚胎培养 3.3 胚胎工程的应用及前景,1、技术细节较多、较细 2、与生产实践联系较紧密,编写特点：,受精作用（受精阶段） 体外培养的具体细节 胚胎早期培养的生产流程 胚胎移植的基本程序,（一）重视必修与选修之间的内在联系的知识,例1 精子的变形与细胞器的分化,学生弄混淆的地方： （1）认为顶体是由核糖体分化而成； （2）中心体与尾之间的联系,（二）不要过分关注于技术细节，而应从技术流程中寻找关键环节和问题,顶体反应,卵黄膜,透明带反应,产生,阻止其他精子进入,卵黄膜封闭作用,精子入卵,形成,雄原核,激活,卵子减分裂,受精卵,雌原核,例 受精阶段的教学,从流程中寻找重点问题： 1、受精作用分为哪几步？ 2、顶体是由什么细胞器形成的？顶体酶的作用是什么？ 3、卵黄膜怎样阻止其他精子进入？ 4、阻止其他精子入卵的反应有哪几步？ 5、精子进入卵细胞时卵细胞处于分裂的什么时期？,例3 胚胎移植的基本程序 p76,（三）淡化实践操作的细节，注重于基本原理和操作程序的宏观理解,问题：为什么要进行胚胎移植？（意义）,（四）善于用流程图或概念图来总结纷繁复杂的知识,总结,1.精子和卵子的发生及其受精作用,2.体外受精和早期胚胎培养,3.胚胎工程的应用,专题4 生物技术的安全性和伦理问题,4.1 转基因生物的安全性,论坛1、2、3 转基因生物与食品安全 转基因生物与生物安全 转基因生物与环境安全 一方的观点、另一方的观点，你自己的观点，来理性看待转基因技术,转基因生物与食物安全,实质性等同原则：,1992年5月，美国政府宣布，只要基因工程产品中蛋白质组成与天然的一样，就没有必要再通过fda（药物和食品管理局）批准，可以直接投放市场，这一政策可以视为“实质性等同原则”的雏形。 2000年联合国粮农组织和世界卫生组织的定义：是指转基因生物与自然存在的传统生物在相同条件下进行性状表现的比较。比较的内容包括生理性状、分子特征、营养成分、毒素含量和过敏源等是否具有等同性。如果实质上是相同的，就应该将转基因生物与传统生物同样对待，视为安全。,转基因生物与生物安全,主要观点：对生物的多样性构成潜在的风险和威胁,转基因生物与环境安全,主要观点：转基因生物有可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏,生物技术中的伦理问题,4.2 关注生物技术中的伦理问题,有效的教学策略是：,专题5 生态工程,5.1生态工程的基本原理 5.2生态工程实例和发展前景,教学策略： 阅读教材，分析资料，理解原理，分析应用,回顾07、08、09年高考试题，从中发现教学和考试的规律,谈谈高考,（2007年广东高考题）蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒（bbtv，单链环状dna病毒）引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平，具有重要意义。 请根据上述材料，回答下列问题： （1)简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。 （2）脱毒香蕉苗的获得，可采用的方法，此方法的依据是和。 (3）建立可靠的bbtv检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量，请问可用哪些方法检测病毒的存在？（列举两种方法）,(4)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因帅对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值，该基因可以从这些鱼的dna中扩增得到。试述在提取和纯化dna时 影响提纯效果的因素及其依据。（列举两点） （5）如何利用帅基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？（列举两点） （6)从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。另外，抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期，请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。,（2008年广东高考题）天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转人酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题： （1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是 限制酶 ，用 dna连接酶 将淀粉酶基因与载体拼接成新的dna分子，下一步将该dna分子 导入受体细胞 ，以完成工程菌的构建。 （2）若要鉴定淀粉酶基因是否插人酿酒酵母菌，可采用的检测方法是 dna分子杂交技术 ；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用 抗原-抗体杂交 检测。将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。 （3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小? （4）微生物在基因工程领域中有哪些重要作用?,（2009年广东高考题）饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的 ，然后改变植酸酶的 ，从而得到新的植酸酶。 （2）培育转植酸梅基因的大豆，可提高其作为饲料原料磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 。请简述获得转基因植株的完整过程。 （3）为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过 方法，从而一次得到多个转基因猪个体。 （4）若这些转基因因动、植物进入生态环境中，对生态环境有何影响？,（1）空间结构 氨基酸序列 （2）农杆菌介导的转化法 外源植酸酶基因农杆菌大豆细胞大豆植株再生鉴定 （3）显微注射法 胚胎分割移植 （4）减少环境中磷的污染，但该基因可能扩散到环境中。,2007年山东高考生物 35（8分）生物-现代生物科技专题 继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答： （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是显微注射 。 （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入受精卵中，原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达 。 （3）通常采用dna分子杂交技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。 （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达。 （5）为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的细胞核转入去核的卵细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体。该技术称为核移植（或克隆）。,（2008年山东） b生物选修3现代生物科技专题 现有a和b两个肉牛品种，a品种牛的细胞组成可表示为a细胞核、a细胞质，b品种牛则为b细胞核、b细胞质。 （1）如果要获得一头克隆牛，使其细胞由a细胞核和b细胞质组成，基本步骤是，从a品种牛体内取出体细胞，进行体外培养。然后再从培养细胞中取出_注入b品种牛的_卵母细胞，经过某处刺激和培养后，可形成胚胎，该胚胎被称为_，将该胚胎移入代孕母牛的_中，通过培育可达到目的。 （2）一般来说，要想大量获得这种克隆牛比较难，原因之一是卵母细胞的数量_，为解决这一问题，可以用_激素处理b品种母牛。 （3）克隆牛的产生说明_具有全能性。克隆牛的性状主要表现_品种牛的特征。由a、b两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自_个亲本，细胞质来自_性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成_（相同，不同）。,（1）细胞核 去核 重组胚胎 子宫 （2）不足，促性腺 （3）动物体 细胞核 a 两 雌 不同,（2009年山东）人类在预防与诊疗传染性疾病过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为rna病毒，该病毒表面的a蛋白为主要抗原，且疾苗生产和抗体制备的流程之一如下图：,请回答： （1）过程代表的是 。 （2）过程构建a基因表过载体时，必须使用 和 两种工具酶。 （3）过程采用的实验技术是 ，获得的x是 。 对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的 所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以疑似患者体内分离病毒，与已知病毒进行 比较；或用图中的 进行特异性结合检测。,（1）逆转录 （2）限制性核酸内切酶（限制酶、限制性内切酶） dna连接酶（两空可以互换） （3）细胞融合 杂交瘤细胞 （4） a蛋白 核酸（基因）序列 抗a蛋白的单克隆抗体,请根据以上图表回答下列问题。 （1）在采用常规pcr方法扩增目的基因的过程中，使