“基因工程的基本操作程序”教学设计

1、“基因工程的基本操作程序”教学设计作者：日期：2“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

2、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知识目标简述基础理论研究和技术进步催化了基因工程简述基因工程的原理和基本步骤3.2能力目标学会运用概念图总结基因工程的基本步骤及方法尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案

3、3.3情感态度与价值观关注基因工程的发展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教学难点从基因文库中获取目的基因利用 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。36 教学过程教学环节教师行为学生活动1）出示我国有知识产权的转基因抗虫棉看图并回答：首先要的培育图解获得目的基因，其次导入新课2）质疑：转基因抗虫棉培育的四

4、个关键将目的基因连接到步骤Ti 质粒上，再次将3）根据学生回答补充还需检测抗虫基因重组的 Ti 质粒导入是否已经进入棉花植株，并由此引出受体细胞，最后要重基因工程的四部曲建转基因植物1）提问转基因抗虫棉培育需要哪些工具回忆旧知识并回答2）讲授目的基因的概念3）指导学生看书并质疑：获取目的基因看书并回答：从自然总的来说有哪两种方式界已有的物种中分4）根据学生回答强调如果已知抗虫基因离和人工合成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思考并回答：先获取全不知，怎样才能得到苏云金芽孢杆苏云金芽孢杆菌的菌体内的抗虫基因全部基因，再从中提6）针对

5、学生回答引出基因文库概念取抗虫基因7）指导学生看图并归纳构建基因文库时的操作条件、应用工具和过程思考并回答：操作条件：对目的基目的基因的获因序列未知取应用工具：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8 ）指导学生看书，说出部分基因文库看书并回答：只包含（cDNA）概念一种生物部分基因9）教师补充如想知道一种生物在个体发的文库育不同阶段表达基因不同，应构建cDNA文库看书并回答：提取某种生物发育某个时10）指导学生看书，质疑：如何构建部分期的 mRNA反转录基因文库成互补 DNA与载体连接侵染大肠杆11）引出如果已知抗虫基因的

6、一部分，则菌建立部分基因可通过 PCR技术扩增目的基因文库412）指导学生看书质疑： PCR技术扩增目看书并回答：模板、的基因需要的条件原料、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13）观看 PCR过程插图，质疑： PCR扩增链；退火： 55 的过程60引物结合到互补 DNA 链；延伸：72Taq酶从引物起始进行互补链的合成；第 2 轮循环14）列表比较利用 PCR技术扩增目的基因学生独立完成，教师与细胞内 DNA复制的异同给予指导1） 引出基因表达载体的构建是基因工程思考并回答： 1 该方的核心及构建基因表达载体的意义法针对性差，完全靠运气 2 不方便

7、检测，2） 质疑：将生物的所有 DNA直接导入受无法确定目的基因体细胞是否可行，如果这样做，结果是否导入受体细胞怎样？基因表达载体讨论并回答：启动子的构建3） 提问：回忆载体需要具备的条件和终止子，它们分别位于目的基因的两4） 根据学生回答引出基因表达载体也应侧具备复制原点、标记基因等条件，进一步明确基因表达载体最终要表达出思考并回答：人类所需的蛋白质产物复制原点：控制复制起始的位点；5）质疑：从 cDNA文库中获取的目的基因抗性基因：检测目的没有启动子，如果要实现将编码序列基因是否导入受体导入受体生物中并成功表达，基因表细胞；达载体还需哪些元件启动子：位于基因首6）提问：总结基因表达载体构成

8、，并说端；是 RNA聚合酶识别和结合位点，驱动明各个元件的作用基因转录出 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教师引导下，学生讨论总结出本节内容的纳总结概念图，在整体上把握知识脉络5“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

9、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：PCR技术是一项在生物体外复制片段的核酸合成技术。条件：提供已知的核苷酸序列，根据这段

10、序列合成。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。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。6探拨点究1

11、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74目的基因与运载体结合（以质粒为

12、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

13、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

14、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86. 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

15、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