基因工程及其应用 【教学目标】 1.知识目标 (1)简述基因工程的基本原理。 (2)举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。 2.情感态度与价值观 (1)关注转基因生物和转基因食品的安全性。 (2)进行角色扮演,使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法 (3)通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果,激发学生对于生物知识的兴趣,开 阔学生的思路,养成学生的爱国主义热情,树立在学习上努力刻苦的决心。 3.能力目标 (1)利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题,培养自主学习能力。 (2)通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程,使学生在理解步骤的同时,切身 体会基因工程的主要过程 (3)收集基因工程所取得的成果以及发展前景 (4)通过对书中插图、照片等的观察,学会科学的观察方法,培养学生收集和处理科学 信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。 【教学重难点】 1.重点 (1)基因工程的基本原理。 (2)基因工程的安全性问题 2.难点 (1)基因工程的基本原理。 (2)转基因生物与转基因食品的安全性 【教学方法】 讨论法、演示法、讲授法 【教学过程】 1/5
1 / 5 基因工程及其应用 【教学目标】 1．知识目标： （1）简述基因工程的基本原理。 （2）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。 2．情感态度与价值观： （1）关注转基因生物和转基因食品的安全性。 （2）进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。 （3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开 阔学生的思路，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。 3．能力目标： （1）利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。 （2）通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身 体会基因工程的主要过程。 （3）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。 （4）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学 信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。 【教学重难点】 1．重点： （1） 基因工程的基本原理。 （2） 基因工程的安全性问题。 2．难点： （1）基因工程的基本原理。 （2）转基因生物与转基因食品的安全性。 【教学方法】 讨论法、演示法、讲授法 【教学过程】
教学内容 教师组织和引导 学生活动教学意图 情境创设演示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一一青霉素。 2)豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。 (3)人的胰岛素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一一基因工 基因工程的原理 问题探 提出问题组织学生讨论、交流看思考回答 杂交育种方法简单,容 (1)为什么能把一种生物的基易操作的优点,但是,杂交 因“嫁接”到另一种生物上? 育种只能利用己有基因的 2)推测这种“嫁接”怎样才|重组,按需选择,并不能创 能实现? 造新的基因。杂交后代会出 (3)这种“嫁接”对品种的改现性状分离现象,育种进程 良有什么意义? 缓缦,过程繁琐。我们可以 杂交育种有哪些局限性?人类利用基因工程的办法解决。 是否可以按照自己的意愿直接定向即把一种生物的基因“嫁 改变生物 接”到另一种生物上。 你的想法很好,可是用什么样 (头脑中设想“嫁接” 的方法才能实现你的设想呢?” 的过程。) 用类比的方法引导学生思考基 头脑中设想“嫁接”的 因工程的大致步骤和所需要的工具:过程。并跟随教师的引导, 剪刀、针线、运载体等。并用问题启思考基因工程的大致步骤: 发学生:“你能想象这种剪刀加浆糊找到目的基因、剪切、拼接、 2/5
2 / 5 教学内容 教师组织和引导 学生活动 教学意图 情境创设 演示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）人的胰岛素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。 基因工程的原理 “问题探 讨” 提出问题组织学生讨论、交流看 法。 （1）为什么能把一种生物的基 因“嫁接”到另一种生物上？ （2）推测这种“嫁接”怎样才 能实现？ （3）这种“嫁接”对品种的改 良有什么意义？ 杂交育种有哪些局限性？人类 是否可以按照自己的意愿直接定向 改变生物。 “你的想法很好，可是用什么样 的方法才能实现你的设想呢？” 用类比的方法引导学生思考基 因工程的大致步骤和所需要的工具： 剪刀、针线、运载体等。并用问题启 发学生：“你能想象这种剪刀加浆糊 思考回答： 杂交育种方法简单，容 易操作的优点，但是，杂交 育种只能利用已有基因的 重组，按需选择，并不能创 造新的基因。杂交后代会出 现性状分离现象，育种进程 缓缦，过程繁琐。我们可以 利用基因工程的办法解决。 即把一种生物的基因“嫁 接”到另一种生物上。 （头脑中设想“嫁接” 的过程。） 头脑中设想“嫁接”的 过程。并跟随教师的引导， 思考基因工程的大致步骤： 找到目的基因、剪切、拼接
式的’嫁接工作在分子水平的操作,缝合、表达、检测,所用到 其难度会有多大吗?” 的工具:基因剪刀、基因针 下面以 ECoRI为例,构建重组线、基因的运载体。 DNA分子模型,体会基因的剪切、拼4个人一组,再次阅读 接、缝合的道理 课前教师下发的“构建DNA ECORI是已发现的500多种限|分子模型的文字指导” 制性内切酶中的一种,它是一种从细讨论模型构建的具体 菌中发现的能在特定位置上切割DNA方法,按“指导”的方法步 分子的酶它的特殊性在于,它在DNA骤、依次完成模拟制作过 分子内部“下剪刀”,专门识别DNA程。并思考教师提出的问 分子中含有的“GATC”这样的序列,题。回答并交流对重组DNA 旦找到就从G和A之间剪断。 技术的理解。 同学们来试一试,动手做一个重 学生:剪刀一一限制性 组DNA模型吧。在动手做之前,先要内切酶(简称限制酶)。它 明白“分子剪刀”和“分子针线”的的作用具有特异性特点,即 用途和使用方法。 识别特定核苷酸序列,切割 用同一种限制性内切酶切割后特定切点。例如大肠杆菌的 的DNA片断其末端可以用连接酶来缝 ECoRI限制酶能识别 GAATTC 这样“剪切拼接”就可以形成重|序列,并在G和A之间切开。 组的DNA分子。 剪切的结果是:产生黏性未 问:(1)制作模型时用到的(剪端(碱基互补配对)。 刀和针线)各代表什么?比较剪切后答:要想获得某个特定 的DNA片断的末端切片,你发现有什性状的基因必须要用限制 么特点呢? 酶切2个切口。可产生2个 2)回顾在模型构建过程中,黏性未端。 每一步的操作和所用到的工具以及 针线一一DMA连接酶。 形成的“产品”,你对重组DNA的操连接的部位:磷酸和脱氧核 作有什么新的理解? 糖交替连接而构成的DNA骨 问:要想获得某个特定性状的基架上的缺口(梯子的扶手) 因必须要用限制酶切几个切口?可不是氢键(梯子的踏板)。 产生几个黏性未端? 结果是:把两个来源不同却 3/5
3 / 5 式的’嫁接工作在分子水平的操作， 其难度会有多大吗？” 下面以 EcoRI 为例，构建重组 DNA 分子模型，体会基因的剪切、拼 接、缝合的道理。 EcoRI 是已发现的 500 多种限 制性内切酶中的一种，它是一种从细 菌中发现的能在特定位置上切割 DNA 分子的酶。它的特殊性在于，它在 DNA 分子内部“下剪刀”，专门识别 DNA 分子中含有的“GAATTC”这样的序列， 一旦找到就从 G 和 A 之间剪断。 同学们来试一试，动手做一个重 组 DNA 模型吧。在动手做之前，先要 明白“分子剪刀”和“分子针线”的 用途和使用方法。 用同一种限制性内切酶切割后 的DNA片断其末端可以用连接酶来缝 合。这样“剪切拼接”就可以形成重 组的 DNA 分子。 问：（1）制作模型时用到的(剪 刀和针线)各代表什么？比较剪切后 的 DNA 片断的末端切片，你发现有什 么特点呢 ？ （2）回顾在模型构建过程中， 每一步的操作和所用到的工具以及 形成的“产品”，你对重组 DNA 的操 作有什么新的理解？ 问：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？ 缝合、表达、检测，所用到 的工具：基因剪刀、基因针 线、基因的运载体。 4 个人一组，再次阅读 课前教师下发的“构建 DNA 分子模型的文字指导”。 讨论模型构建的具体 方法，按“指导”的方法步 骤、依次完成模拟制作过 程。并思考教师提出的问 题。回答并交流对重组 DNA 技术的理解。 学生：剪刀——限制性 内切酶（简称限制酶）。它 的作用具有特异性特点，即 识别特定核苷酸序列，切割 特定切点。例如大肠杆菌的 EcoRI 限制酶能识别 GAATTC 序列，并在 G 和 A 之间切开。 剪切的结果是：产生黏性未 端（碱基互补配对）。 答：要想获得某个特定 性状的基因必须要用限制 酶切 2 个切口。可产生 2 个 黏性未端。 针线——DNA 连接酶。 连接的部位：磷酸和脱氧核 糖交替连接而构成的 DNA 骨 架上的缺口（梯子的扶手）， 不是氢键（梯子的踏板）。 结果是：把两个来源不同却
问:用DMA连接酶连接两个相同有相同的黏性未端的DNA连 的黏性未端要连接几个磷酸和脱氧|接 核糖交替连接而构成的DNA骨架上的答:2个、2个 缺口(磷酸二酯键)?用限制酶切 观看图片或课件,了解 个特定基因要切断几个磷酸和脱氧|质粒的特点及其运载体功 核糖交替连接而构成的DNA骨架上的能。 缺口(磷酸二酯键)? 现在同学们分组各做一个重组 DNA模型,看一看哪个组的最科学 重组后的DNA分子还需要特殊的 搬运工具运载到受体细胞(如大肠杆 菌、动植物细胞)中。哪么谁能承担 这个任务呢? 观看录像资料,想像科 用图片或课件动画展示质粒的学家在分子水平上进行这 结构及特点。 一操作的精确性。然后思 讲解一一质粒的特点: 考、讨论、回答。(通过观 细胞拟核之外的小的环状DN分看录像资料学生对基因工 程的步骤能够大体了解,对 借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细以上的问题能基本回答,但 胞里,对细胞的正常生活几乎没有影是对具体的操作步骤还不 能从生物学角度上很透彻 质粒能够自主复制,而且复制只地理解。) 能在宿主细胞内完成。 可以容易地从细胞中取出或放 这些特点使它能够胜任运载体 的工作,携带目的基因进入细胞 问:有了基因工程操作的工具 学生和教师一起归纳 后,哪么基因工程具体是如何进行操|基因工程操作的几个步骤 作的呢? 第一步:提取目的基 教师:用多媒体课件的基因操作|因 4/5
4 / 5 问：用 DNA 连接酶连接两个相同 的黏性未端要连接几个磷酸和脱氧 核糖交替连接而构成的DNA骨架上的 缺口(磷酸二酯键)？用限制酶切一 个特定基因要切断几个磷酸和脱氧 核糖交替连接而构成的DNA骨架上的 缺口(磷酸二酯键)？ 现在同学们分组各做一个重组 DNA 模型，看一看哪个组的最科学。 重组后的DNA分子还需要特殊的 搬运工具运载到受体细胞（如大肠杆 菌、动植物细胞）中。哪么谁能承担 这个任务呢？ 用图片或课件动画展示质粒的 结构及特点。 讲解——质粒的特点： 细胞拟核之外的小的环状DNA分 子。 借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细 胞里，对细胞的正常生活几乎没有影 响。 质粒能够自主复制，而且复制只 能在宿主细胞内完成。 可以容易地从细胞中取出或放 入。 这些特点使它能够胜任运载体 的工作，携带目的基因进入细胞。 问：有了基因工程操作的工具 后，哪么基因工程具体是如何进行操 作的呢？ 教师：用多媒体课件的基因操作 有相同的黏性未端的 DNA 连 接。 答：2 个、2 个。 观看图片或课件，了解 质粒的特点及其运载体功 能。 观看录像资料，想像科 学家在分子水平上进行这 一操作的精确性。然后思 考、讨论、回答。（通过观 看录像资料学生对基因工 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。） 学生和教师一起归纳 基因工程操作的几个步骤： 第一步：提取目的基 因；
步骤的有关录像资料。思考问题如 第二步:目的基因与运 下:(1)举例说明什么是目的基因。载体的结合 (2)从供体细胞DNA中直接分 第三步:将目的基因导 离基因的方法叫什么?简要说出该入受体细胞 方法的过程是什么。 第四步:目的基因的检 (3)人工合成基因的方法有几测和表达。 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? (6)在目的基因的检测过程中, 检测的对象是什么? 现在请同学们阅读教材内容,从 理论上理解有关知识,同学们可从生 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。 简要归纳基因工程操作的基本 步骤和大致过程 5/5
5 / 5 步骤的有关录像资料。思考问题如 下：（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？ （6）在目的基因的检测过程中， 检测的对象是什么？ 现在请同学们阅读教材内容，从 理论上理解有关知识，同学们可从生 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。 简要归纳基因工程操作的基本 步骤和大致过程。 第二步：目的基因与运 载体的结合； 第三步：将目的基因导 入受体细胞； 第四步：目的基因的检 测和表达