基因工程的基本操作程序.docx

基因工程的基本操作程序“基因工程的基本操作程序”一节的教学设计 天津复兴中学 车未艾 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 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。 6 教学过程 教学环节 教师行为 学生活动 看图并回答：首先导入新课 1） 出示我国有知识产权的转基因抗虫棉的培育图解 2） 质疑：转基因抗虫棉培育的四个关键步骤 3） 根据学生回答补充还需检测抗虫基因是否已经进入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲 要获得目的基因，其次将目的基因连接到Ti质粒上，再次将重组的Ti质粒导入受体细胞，最后要重建转基因植物 回忆旧知识并回答 看书并回答：从自然界已有的物种中分离和人工合成 思考并回答：先获取苏云金芽孢杆菌的全部基因，再从中提取抗虫基因 思考并回答：操作条件：对目的基因序列未知 目的基因的获取 1） 提问转基因抗虫棉培育需要哪些工具 2） 讲授目的基因的概念 3） 指导学生看书并质疑：获取目的基因总的来说有哪两种方式 4） 根据学生回答强调如果已知抗虫基因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全不知，怎样才能得到苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因 6） 针对学生回答引出基因文库概念 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 教学环节 目的基因的获取 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、8） 对学生回答给与纯化与肯定并强调构建载体连接基因组文库时应侵染大注意两点：1 每个肠杆菌受体菌DNA分子建立基因都包含一段不同组文库 的外源DNA片段； 2 本方法适用于 获取原核细胞的 基因 9） 指导学生看书， 说出部分基因文 库概念 10） 教师补充如看书并回想知道一种生物答：只包在个体发育不同含一种生阶段表达基因不物部分基同，应构建cDNA因的文库 文库 11） 指导学生看 书，质疑：如何构 建部分基因文库 12） 引出如果已看书并回知抗虫基因的一答：提取部分，则可通过某种生物PCR技术扩增目的发育某个基因 时期的 mRNA反教师转录成互行为 补DNA13） 指导学生看与载体连书质疑：PCR技术接侵染扩增目的基因需大肠杆菌要的条件 建立部14） 观看PCR过程插图，质疑：PCR扩增的过程 15） 列表比较利用PCR技术扩增目的基因与细胞内DNA复制的异同 分基因文库 学生活动 看书并回答：模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶 讨论并回答：变性：9095高温下双链DNA解链成单链；退火：5560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 学生独立完成，教师给予指导 基因表达载体的构建 1） 引出基因表达载体的构建是基因工程的核心及构建基因表达载体的意义 2） 质疑：将生物的所有DNA直接导入受体细胞是否可行，如果这样做，结果怎样 3） 提问：回忆载体需要具备的条件 4） 根据学生回答引出基因表达载体也应具备复制原点、标记基因等条件，进一步明确基因表达载体最终要表达出人类所需的蛋白质产物 5） 质疑：从cDNA文库中获取的目的基因没有启动子，如果要实现将编码序列导入受体生物中并成功表达，基因表达载体还需哪些元件 6）提问：总结基因表达载体构成，并说明各个元件的作用 思考并回答：1 该方法针对性差，完全靠运气 2 不方便检测，无法确定目的基因是否导入受体细胞 讨论并回答：启动子和终止子，它们分别位于目的基因的两侧 思考并回答：复制原点：控制复制起始的位点； 抗性基因：检测目的基因是否导入受体细胞； 多个限制酶切点：目的基因插入； 启动子：位于基因首端；是RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质； 终止子：转录在所需地方停下来 将目的基因导入受体细胞 教学环节 将目的基因导入受体细胞 1） 引出转化的概念，并强调转化的最终目的是目的基因在受体细胞维持稳定和表达 2） 讲授：将目的基因导入植物细胞有三种方法，其中最常用的是农杆菌转化法 3） 引导学生看书，质疑：农杆菌有何特点 教师行为 4） 引导学生看插图，概述农杆菌转化法的过程 5） 质疑：将目的基因导入动物细胞中的常用方法及常用的受体细胞 6） 质疑：培育转基因动物时，受体细胞能否采用动物 看书并回答：1 农杆菌生活在土壤中，自然条件下能感染双子叶植物和裸子植物 2 农杆菌中Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上 学生活动 讨论并回答：将目的基因导体细胞，为何采用受精卵 7） 引出原核生物的特点，早期基因工程都用原核生物作受体细胞，质疑：目的基因导入微生物细胞采用的方法 8） 讲授：怎样筛选含外源基因的受体细胞，主要是应用标记基因的插入失活特性，向学生展示图，并配以习题 入Ti质粒转入农杆菌含重组Ti质粒的农杆菌导入植物细胞植物组织培养转基因植物 看书并回答：显微注射法，受体细胞是受精卵 思考并回答：动物体细胞没有全能性，受精卵全能性高，并且营养物质丰富 看书并回2+答：用Ca处理制备感受态细胞 听讲并根据习题理解 思考并回答：给棉铃虫喂食抗虫棉，看虫子生活状况； 1） 质疑：用什么方法可以知道抗虫棉赋予了植物抗虫特性 2） 质疑：检测与鉴目的基因的检测与鉴定 定有何不同，基因工程成功的标志 3） 引出检测分为DNA、mRNA和蛋白质水平。强调检测转基因生物染色体的DNA上是否插入目的基因是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。 4） 指导学生看书，质疑：DNA水平上的检测应用什么方法，探针是什么，如何标记，检测如何操作 5） 根据学生回答，补充探针还可以用地高辛和生物素标记。质疑：DNA分子杂交原理 6） 检测目的基因是否转录mRNA应用方法，依据原理 7） 质疑：用什么方法检测目的基因是否翻译出蛋白质，原理是什么 8）讲授：除上述分子水平上的检测外，还可以应用个体生物学水平的鉴定，如给棉铃虫喂食抗虫棉，看虫子生活状况等 检测抗虫棉染色体DNA上是否插入目的基因 看书并回答：检测是分子水平上的，而鉴定是个体水平上的。成功标志是表达出人类所需蛋白质 思考并回答：方法：DNA分子杂交； 探针：含有目的基因的单链DNA，用放射性同位素标记； 步骤：转基因生物提取基因组DNA和探针杂交有杂交带证明目的基因已插入染色体DNA中 思考并回答：碱基互补配对原则 思考并回答：转基因生物mRNA与DNA探针杂交；原理：碱基互补配对原则 思考并回答：转基因生物提取蛋白质与抗体反应有杂交带目的基因已形成蛋白质产品； 原理：抗原抗体特异性结合 整体水平上归纳总结 教师引导下，学生讨论总结出基因工程的基本操作程序概念图，在整体上把握知识脉络 见图3 7 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背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。3）巧妙利用概念图串联知识，化“部分”为“整体”。概念不可能单独存在，每个概念都必须根据与之有关的其他概念间的关系才能确定其准确的含义。通过分步探讨，学生已经对基因工程每一步操作的原理、方法和过程做到了理解，但并未从整体上把握到基因工程的全过程，教师可以指导学生构建概念图，将零散的知识进行归纳，把已掌握的知识显性化、可视化，实现新课程有效教与学的策略。