2019-2020年高中生物《基因工程的原理和技術(shù)》教案1 浙教版選修3.doc

2019-2020年高中生物基因工程的原理和技術(shù)教案1 浙教版選修3【教學(xué)目標(biāo)】知識與能力方面：1簡述基因工程的原理2描述基因工程基本步驟的幾個(gè)步驟3舉例說出篩選含有目的基因的受體細(xì)胞的原理過程與方法方面：運(yùn)用基因工程的技術(shù)，提出解決某一實(shí)際問題的方案情感態(tài)度、價(jià)值觀方面：關(guān)注基因工程的發(fā)展，體會(huì)S、T、S三者之間的關(guān)系?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】基因工程的基本操作步驟【教學(xué)難點(diǎn)】 從基因文庫中獲取目的基因篩選含有目的基因的受體細(xì)胞【教學(xué)方法】 講授法?！窘虒W(xué)課時(shí)】 1課時(shí)。【教學(xué)過程】導(dǎo)入新課）復(fù)習(xí)：基因工程的操作工具：限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶運(yùn)載體或載體）提出問題）先解決為什么要分五個(gè)步驟的問題，然后解決每一步驟的技術(shù)方法問題。1為什么要有“目的基因的獲取”這一步？學(xué)生活動(dòng)）引導(dǎo)學(xué)生看本專題題圖中基因工程的概念：“基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。”可以說這既是概念，也是原理。這里所說的“更符合人們需要”，就是目的，那么更符合人們需要的那個(gè)基因就是目的基因了。有了目的基因，我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。2為什么要有“表達(dá)載體的構(gòu)建”這一步？學(xué)生活動(dòng)）思考：單獨(dú)的DNA片段目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的。課文中談到構(gòu)建表達(dá)載體的目的是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用。3.為什么要有“目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”這一步？學(xué)生活動(dòng)）思考討論：教材指出含有目的基因的表達(dá)載體只有進(jìn)入受體細(xì)胞，并且維持穩(wěn)定和表達(dá)，才能實(shí)現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。4.為什么要有“篩選含有目的基因的受體細(xì)胞學(xué)生活動(dòng)）思考討論：這是因?yàn)槟康幕蚴欠裾嬲迦胧荏w細(xì)胞的DNA中，是否能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳只有通過檢測、鑒定才能得知。5.為什么要有“目的基因的表達(dá)”這一步？學(xué)生活動(dòng)）思考討論：目的基因在受體細(xì)胞中的表達(dá)與否，決定了基因工程是否最終成功，必須進(jìn)行鑒定，確定其是否表達(dá)。學(xué)習(xí)過程：一、目的基因的獲?。▎栴}引入）“目的基因的獲取”有什么方法呢？你能推測出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？（學(xué)生活動(dòng)）學(xué)生思考討論。（總結(jié)歸納）1970年，特明H.M. Temin）和巴爾的摩D. Baltimore）證實(shí)了RNA病毒中含有一種能將RNA轉(zhuǎn)錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶reverse transcriptase）。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補(bǔ)的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以53方向合成DNA的過程圖1-3）。圖1-3 由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNAcDNA合成過程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。1.PCR的擴(kuò)增過程是怎樣的？PCR擴(kuò)增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進(jìn)行分子鑒定和檢測的一種很靈敏的方法。PCR的擴(kuò)增反應(yīng)過程包括以下幾個(gè)主要過程。第一步：將反應(yīng)體系包括雙鏈模板、引物、耐高溫的DNA聚合酶、四種脫氧核糖核苷酸以及酶促反應(yīng)所需的離子等）加熱至9095 ，使雙鏈DNA模板兩條鏈之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為互補(bǔ)鏈聚合反應(yīng)的模板。第二步：將反應(yīng)體系降溫至5560 ，使兩種引物分別與模板DNA鏈3端的互補(bǔ)序列互補(bǔ)配對，這個(gè)過程稱為復(fù)性。第三步：將反應(yīng)體系升溫至7075 ，在耐高溫的DNA聚合酶催化作用下，將與模板互補(bǔ)的單個(gè)核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA鏈延伸，產(chǎn)生一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈。上述三步反應(yīng)完成后，一個(gè)DNA分子就變成了兩個(gè)DNA分子，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。2.如何從基因文庫中找到所需要的基因？從基因文庫中找到目的基因是一件比較復(fù)雜的事情，要根據(jù)目的基因已有的某些信息來進(jìn)行。下面介紹一種根據(jù)基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。第一步，通過PCR方法將目的基因已知的部分核苷酸序列擴(kuò)增出來，進(jìn)行放射性同位素標(biāo)記也可以用別的標(biāo)記方法進(jìn)行，如生物素、熒光素等），即用標(biāo)記了放射性同位素的目的DNA片段作為探針，與擴(kuò)增出來的DNA雜交。第二步，將基因文庫中的所有菌落轉(zhuǎn)移至硝酸纖維膜上也可以用其他類型的膜），然后，通過處理溶解消化掉細(xì)菌中的蛋白質(zhì)，并使DNA固定在膜上。第三步，按Southern雜交的方法進(jìn)行雜交。第四步，在X光底片上出現(xiàn)黑斑的菌落，這表明這個(gè)菌落中含有所需要的目的基因若選用別的標(biāo)記方法，有陽性信號的菌落則含有所需要的目的基因）。第五步，從該菌落中再提取目的基因。二、形成重組DNA分子（提出問題）1.作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？（學(xué)生活動(dòng)）學(xué)生思考討論。（總結(jié)歸納）不可以。因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：1） 生物之間進(jìn)行基因交流，需使用啟動(dòng)子和終止子才能比較有利于基因的表達(dá)；如通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動(dòng)子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄；2）為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強(qiáng)子等； 3）目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有篩選標(biāo)記；4）有時(shí)需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識存在部位的基因或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。1.基因工程載體的構(gòu)建需要考慮哪些方面的因素？道理何在？主要考慮以下幾方面的因素。1）基因的特點(diǎn)：如果一個(gè)來自動(dòng)物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因植物，因?yàn)閯?dòng)物中內(nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動(dòng)物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA。基因的產(chǎn)物如果是一個(gè)糖蛋白，那么該基因在原核生物細(xì)菌中表達(dá)出來的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因?yàn)樘堑鞍咨系奶擎準(zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細(xì)菌無這些細(xì)胞器。2）要選擇強(qiáng)啟動(dòng)子或組織特異性啟動(dòng)子。啟動(dòng)子有強(qiáng)有弱，選擇強(qiáng)啟動(dòng)子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個(gè)組織表達(dá)，如只在植物種子中表達(dá)，就要選擇種子中特異表達(dá)的啟動(dòng)子。三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（提出問題）1、不同的受體細(xì)胞導(dǎo)入方法相同嗎？2、導(dǎo)入是否意味著轉(zhuǎn)化？（學(xué)生活動(dòng)）學(xué)生思考討論。（總結(jié)歸納） 轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。 導(dǎo)入植物細(xì)胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（表達(dá)載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌，再讓農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞： 細(xì)菌 氯化鈣 細(xì)胞壁的通透性增大 重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞 目的基因隨受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞：顯微注射法（將基因表達(dá)載體提純，用顯微儀注射到受精卵中）導(dǎo)入微生物細(xì)胞：Ca2處理受體細(xì)胞成為感受態(tài)細(xì)胞，再進(jìn)行混合。提示：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理是利用農(nóng)桿菌（胞內(nèi)寄生菌）對植物的感染而把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。四篩選含有目的基因的受體細(xì)胞（提出問題）1、篩選的目的是什么？2、篩選方法有哪些？（學(xué)生活動(dòng)）學(xué)生思考討論。（總結(jié)歸納） 篩選是為了確定重組DNA是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。篩選的方法有兩種。檢測是否插入目的基因，利用DNA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的DNA雜交，看是否有雜交帶。檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，利用DNA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的mRNA雜交，看是否有雜交帶。五、目的基因的表達(dá)通過鑒定表達(dá)的蛋白產(chǎn)物或性狀來確定目的基因是否表達(dá)。檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。抗體與蛋白質(zhì)進(jìn)行抗原抗體雜交，看是否有雜交帶。還可以進(jìn)行個(gè)體水平的鑒定，根據(jù)其性狀。提示：DNA分子雜交技術(shù)首先提取受體細(xì)胞中的DNA，然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的DNA探針雜交；抗原抗體雜交所用到的抗體是用表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動(dòng)物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來的。3）要有選擇標(biāo)記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。【板書設(shè)計(jì)】1.2 基因工程的基本操作程序一、目的基因的獲取二、形成重組DNA分子（基因工程的核心）三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞四、篩選含有目的基因的受體細(xì)胞五、目的基因的表達(dá)【隨堂練習(xí)】1基因工程常用的受體細(xì)胞有（ ）大腸桿菌 枯草桿菌 支原體 動(dòng)植物細(xì)胞AB CD2基因工程的操作步驟：使目的基因與運(yùn)載體相結(jié)合，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求，提取目的基因，正確的操作順序是（ ）A B. C D【布置作業(yè)】完成學(xué)案和作業(yè)本上內(nèi)容?！窘虒W(xué)反思】因?yàn)榛蚬こ虒W(xué)生來說是比較抽象的，所以首先設(shè)置問題情景，利用生活中的的問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在思索中學(xué)習(xí)新知識。在教學(xué)中要注意讓抽象的語言在直觀的插圖中找到注釋，在實(shí)際動(dòng)手中形成正確的認(rèn)識。還要引導(dǎo)學(xué)生從基因工程的整體思考問題，解決問題。