高中生物《基因工程及其应用(1)》优质课教案、教学设计

1、人教版 生物必修二 基因工程及其应用一、教学目标1、简述基因工程的基本概念；2、简述基因工程的基本工具；3、简述基因工程的基本操作步骤；二、教学重、难点1、教学重点：基因工程的基本原理（概念、工具、操作步骤）2、教学难点：基因工程的基本原理三、课时安排：1课时 四、教学过程环节内容时间教师活动学生活动备注一组织课 堂上课一导入3咱们上节课我们学习了杂交育种、诱变育种和利用染色体变异的 育种，你们现在也是半个专家了。现在有一条热带鱼来找你帮忙。它觉得自己不漂亮，但荧光水母很漂亮，你能否让它拥有热带鱼发荧光这一性状呢？你能帮助它完成愿望吗？科学家可以。科学家从水母体内提取出发光蛋白基因，并把 之导

2、入热带鱼体内，那这条小鱼就可以美美地发光了！相对热带 鱼，小朋友的愿望就简单多了。每当他们看到拿着长长的针头、穿 着白大褂的医生时，他们就想要是不打针就能增强免疫力那该多 幸福啊！这样的愿望相对科学家并非难事。疫苗中起重要作用的是 抗原。科学家可以找到抗原基因并把它提取出来导入到普通的植物 细胞中，比如导入番茄细胞中，当小朋友们以这样的番茄为食的 时候，便可获得抗体。科学家既然这么厉害，那肯定也能帮助正在 为灭虫而一愁莫展的农民朋友了。他们多想不用喷洒农药也能除虫呢！农民的愿望对科学家来说是很容易的。他们找到抗虫基因并提取出来，然后导入普通的作物体内，当害虫碰到这样的作物的 时候，它们就悲剧了

3、！如此神通广大的科学家之所以处处如人所愿，并不是因为他们 有阿拉神灯，他们也不是传说中的哆啦A梦，而是他们掌握了一门技术。这门技术就是我们今天要学习的基因工程三基因工 程概念2好，我们现在来下 什么是基因工程？ ”同学们阅读课本， 我请同学起来回答一下 篡因工程”的概念。1、基因工程 的概念；评分1通过刚才的二个小场景，大家应该启J初步的了解。大家回忆一下，这个概念当中提到的 一种生物的某种基因”与刚才三个场景 的哪些基因是对应的呢？（请同学起来说一说）。对，与发光基因2、对应的自 的基因”、评分1抗原基因和抗虫基因是对应的。这些基因虽然来自不同的生物，但都是为了某方面的目的而专门发现出来的，

4、所以把这样的基因称为目的基因”，目的基因被提取出来以后要放入另一个生物的细胞中，我们把能够接收目的基因的另外一种生物细胞称为受体细胞”。那如何理解 定向改造生物的遗传性状呢？有哪位同学可以起来 和大家分享一下你的想法。3、定向改变 生物性状”四 理解评分1明白了这三层意思，基因工程”这门技术就容易了。对于这项技术，我们首先做得就是目的基因提取出来。四步骤1那么，如何提取目的基因呢？如何提 取目的 基因限制 酶之 概念5我们知道基因是具有遗传效应的 DNA片段，一个DNA有很多很 多的基因，我们要从一个细胞的很多的DNA的数量繁多的基因中找出一个目的基因，是多么精细而庞大的工作。这就需要专门的工

5、 具。这里所说的工具是从原核生物中分离出来的酶，这个酶叫限制性核酸内切酶，简称限制酶。这个酶可以像剪刀一样很容易地把 目的基因从DNA片段上剪切下来，因而被人们称之为基因的剪刀”。这个基因剪刀是如何起作用的呢？这是科学家常用的四种限制酶所识别的序列，左上方的这个酶 及它所识别的序列是课本要求大家重点掌握的。这个酶叫EcoRI它所识别的序列是 GAATTC给大家1min时间，请仔细观察、思考、 分析并回答以下2个问题。我请同学尝试着回答一下问题1(1min),好，回答非常好！ ”。4、回答评分1限制 酶之 特点我们发现限制酶所识别的序列，上面一行从左往右读和下面一 行从右往左读内容是一样的，就像

6、这首回文诗，我们把这样的序 列称为回义序列。现在我再请同学起来回答第二问题。5、回答评分1回答得非常好 不同的限制酶识别的序列不一样，就像一把钥 匙只能心把锁，这就是酶的专一性。那么，既然限制酶既然找到了它们所识别的序列，是不是就算 完成任务了呢？不是，接卜来的任务就是对识别序列进行剪切。限 制酶在剪切时是不是很随意呢？当然不是，因为限制酶是一个专 一性很强的酶。具体来看看限制酶是如何剪切的。限制 酶之 作用 位点3首先，限制酶在 DNA片段里面识别一个特定的核甘酸序列，接着，它在特定的位点动刀子，随后 DAN片段一分为二。我们从这 个过程中提炼出限制酶的概念或者说限制酶的特点。我请一位同学

7、起来尝试说一下。然后课件展示限制酶的概念。大家思考，在这个切 割过程中，断开的是哪一种键？根据这个动画过程，是氢键”、两个磷酸二酯键”，那限制酶切割的是两种键还是其中的一种？ (同学们回答：磷酸二酯键)6、回答现在我们以EcoRI为例，以一桌上的材料和工具，动手试试自的基因的提取4实验操作过程1: 4min黏性 末端3很多同学都做完了。用限制酶剪开得到3个片段。大家思考：哪一段是我们所要的目的基因？牛间的片段我们用限制酶剪完之后，会得到这样的序列（教师展示片段）。这样的序列是通过用同种限制酶切割的，大家仔细观察一下，这两个序列有什么特点？（学生回答：碱基互补）我们通常把这种序列称为是黏性末端7

8、、回答评分1DNA连接 酶3既然碱基互补，那这样的两个片段能不能重新连接在一起？（学生回答：可以）对，用同一种限制酶切割后的黏性末端是可 以连接在一起的。那如何连接起来？我们会用到基因的针线”DNA连接酶，这是基因，程的第二个工具。课件展示DNA连接酶的连接过程。通过这个过程，我们思号-下 DNA连接酶的作用部位？（学生回答：磷酸二酯键。）8、回答评分1步骤2怎么能 让目的 基因进 入受体 细胞？ 体3现在我们已经获得目的基因，接下来就应该对它进行修饰改造 放入到受体细胞。我们该如何将目的基因放入受体细胞？能不能直接 将目的基因放进去呢？事实证明，目的基因不能自发进入受体细 胞，就算人们强行进

9、入受体细胞也不能进行表达。那么我们该如何 处理呢？我们阅读下面材料，用类比推理大胆设想一下：怎么能 让目的基因进入受体细胞？提示一下：人造卫星无法自行飞到太空中去，火箭却可以，人 们把火箭与人造卫星绑定，结果太空中有了人造卫星。同样，目的 基因不能进入受体细胞，而噬菌体或质粒却能进入细胞。接下来我 们进行什么样的操作能使目的基因进入受体细胞呢？下面我请一 位同学尝试说一下。回答得非常好。运载体。这是基因工程的第三个 工具，我们形象地称为基因的分子运输车9、回答评分1质粒3科学家们发现了很多种运载体，如：动植物病毒、噬菌体和质粒 等，我们以最常用的质粒为例来分析运载体。请同学阅读课本来说 说质粒

10、有什么特点。同样是 DNA的质粒，有什么特殊结构能够用 来转移目的基因呢？这和质粒上的转移基因是密不可分的。另外，质粒要运输目的基因，前提上得给目的基因腾出一个座位 让目的基因坐上去。如果质粒上有一个限制酶的切割位点便会解决这 个问题。切割后就会产生黏性末端，目的基因上也有黏性末端，目的基因上的黏性末端和质粒上的黏性末端如何能连接在一起呢前7面已经讲到了，只要用同一种限制酶切割产生的黏性末端就可以 连接在一起了。目的基因坐上去了，那它有没有被运输到相应的位置呢？那就需 要质粒上的标记基因。那如何让目的基因与运载体结合呢？根据前面我们讲的知识， 请同学们利用手中的材料和工具动手试试把它们连接在一

11、起。构建重 组质粒5实验操作过程二：5min2同学们思考一下：DNA连接酶加入后，得到的一定是重组质粒 吗？宥没有可能目的基因 一目的基因（红色 一红色）？”有没有 质粒和质粒（白色一白色）？ ”学生回答：有。非常正确因此我 们必须从三种类型的 DNA中挑选出来含有目的基因的质粒，这就 用到了质粒上的标记基因。得到重组质粒是基因工程的第二步。步骤3、4那接下来就是把经过筛选的重组DNA分子导入受体细胞，那目的基因是否导入成功，还需要目的基因的检测和鉴定。1好了，以上便是基因工程的操作流程。现在我给大家1min的时间，小组讨论、总结一下基因工程的操作步骤。好了，有哪个小组10、回答评分1尝试来说一下基因工程的整个步骤。好，非常好。”现在我们一起来梳理一下（课件播放流程 1min ）2检验一下对基因工程流程的掌握情况。左上角是萤火虫（体内含 有发光基因），右上角是一株普通植物，同学们能不能利用本节 课学习的内容，让这株植物发光呢？我给大家2min的时间，小组讨论一下你们的方法。我们首先找到目的基因发光基因，我们需