基因工程简介

第3节基因工程简介基因工程的基本内容知识方面（1）基因工程的概念(知道)。（2）基因操作的工具和基本步骤(知道)。（3）基因工程所取得的成果以及发展前景(知道)。教学重点(1)基因操作的工具和基本步骤。(2)基因工程在医药卫生方面的重要作用。(3)基因工程在农牧业方面取得的成果及前景。教学难点(1)限制性内切酶和运载体的作用。(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)基因诊断和基因治疗的原理。一、激发情趣、复习导入、引出新课

众所周知，对于大多数生物而言，DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果。但是各种生物间的性状千差万别这是为什么呢？

提出问题，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。

教师演示幻灯或利用多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下：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．人的胰岛日细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。

以上几种生物各自有其特定的性状，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？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。

根据具体实例提出假设，引导学生思考，激发学生求知、探究的欲望，同时引出本节课题：第四节基因工程简介

二、讲授新课

1．基因工程的概念

对于基因工程的概念，教师应在指导学生阅读教材的基础上，让学生理解基因工程概念的两种不同的表述方式（标准概念和通俗概念），并通过提问的方式指导学生找出概念中的关键词语，便于学生的记忆，最后由教师归纳列表，引导学生独立完成。基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平剪切→拼接→导入→表达人类需要的基因产物

对于概念的学习，学生往往不够重视，但是生物学概念又是学生必须了解和掌握的。这就需要教师能够利用多种方法，对抽象的概念进行简化和概括，以利于学生的理解和记忆，并为后面知识内容的讲授做好铺垫。

通过对基因工程概念的理解，我们知道其操作水平是在DNA分子水平，用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗？回答是不能。这就需要有专门的工具对DNA分子进行操作。

由基因工程的概念入手，提出相关的问题，引出基因操作的工具。

2．基因操作的工具

教师利用幻灯或多媒体课件演示基因工程培育抗虫棉的简要过程，同时提出讨论问题，进行分组讨论，最后交流讨论结果，教师进行归纳总结。

思考题：在以上的基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？

经过学生的讨论和交流，教师对基因工程关键步骤归纳总结：（关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。

通过对以上关键步骤的确定，教师引导学生思考，使学生理解在关键步骤的完成过程中都要用到基因操作工具，并使学生形象地记忆“工具”的作用。（幻灯演示或多媒体课件演示）关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。

（1）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。

对于限制性内切酶的教学，教师应在学生熟练掌握DNA分子结构的基础上展开。通过演示幻灯或多媒体动画，将限制酶的作用过程进行动态演示，使学生理解抽象的知识内容。最后教师要在学生直观理解的基础上指导学生归纳总结限制酶的知识要点。（可让学生在观察自学的基础上自主完成）①分布：主要在微生物中。②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。

思考题：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？

（2）基因的针线——DNA连接酶。

从DNA的结构入手，利用幻灯或多媒体动画演示连接酶的连接部位，利用形象的比喻使学生更容易接受和理解。最后教师指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成。）①连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。②结果：两个相同的黏性未端的连接。

思考题：用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？

（3）基困的运输工具——运载体对于运载体的教学，应使学生形象地理解运载体的作用、种类及其所具备的条件，可通过教材中的示意图或多媒体演示使学生由浅入深逐步理解，指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成）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。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。细胞染色体外能自主主复制的小型环状DNA分子。

思考题：质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？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种DNA连接酶处理？第一课时的教学重点是使学生理解基因工程的概念和基因操作的工具。通过教师适当的置疑，启发学生的思维，通过直观教学手段，将复杂的问题简化，并在教学中注意培养学生的自主学习能力、语言表达能力和文字归纳能力。同时在第一课时结尾提出疑问引导学生思考，为第二课时的进行埋下伏笔。一、复习巩固，引出课题

通过上节课的学习，学生基本掌握了基因工程的概念和操作工具，本节课利用提问方式开始，使学生的思路回到所学的内容中，为本节课的推进进行铺垫。问题如下：①基因工程的概念是什么？②基因操作的工具酶有几种？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？

通过提问复习巩固旧知识，引导学主在理解基因工程概念和基因操作工具的基础上，提出疑问：有了基因操作的工具后，对基因是如何进行操作的呢，从而顺利导入新课。二、讲授新课

1．基因操作的基本步骤。

由于基因操作的基本步骤比较抽象和微观，理解起来有一定的难度，这就需要教师将复杂的问题简化，使学生直观地理解抽象事物。在教学中为了使学生对基因操作的基本步骤有一个宏观的了解和认识，可以先让学生观看基因操作步骤的有关录像资料，在观看过程中教师要提出相应的思考问题启发学生思维，加深对基因操作步骤的理解。思考问题如下：（可以利用幻灯或多媒体课件演示）

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？简要说出该方法的过程是什么。③人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是什么？④将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合，用DNA连接酶处理会出现几种结果？（只考虑两两结合）⑤将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？⑦在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？

学生通过观看录像资料，思考问题，对基因工程的步骤能够大体了解，对以上的问题能基本回答，但是对具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解。这就需要教师引导学生阅读教材内容，从理论上理解有关知识，并使学生从生物学的专业知识角度出发，用生物学的专业术语准确地解答有关问题。这样不仅锻炼了学生的自我学习能力，而且也培养了学生生物学科的专业素养及用科学的语言解答实际问题的能力。（1）提取目的基因

教师应在学生自学的基础上，让学生根据具体的实例理解目的基固的概念。同时可以启发学生利用所学知识思考，如何从DNA分子中提取目的基因。在学生讨论的基础上，教师加以总结并利用多媒体课件演示目的基因的提取途径。（2）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。

该内容的教学教师最好采用多媒体课件辅助进行，将抽象静止的过程用动画做演示，将限制性内切酶及DNA连接酶的具体作用过程通过演示使学生加深理解。

思考题：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？

在学生思考讨论的基础上，引导学生理解该问题。有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。

（3）将目的基因导入受体细胞。教师可按以下形式归纳：

导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。导入过程：（运载体为质粒，受体细胞为细菌）

（4）的目的基因的检测和表达

对于该内容教师应通过指导学生阅读教材有关内容使学生明确检测与表达的区别。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。在第二课时的最后，教师应让学生