基因工程的應(yīng)用 1. 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能:(1)簡述基因工程的基本原理。(2)舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。(3)收集基因工程所取得的成果以及發(fā)展前景。(4)通過對(duì)書中插圖、照片等的觀察,學(xué)會(huì)科學(xué)的觀察方法,培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力。2、過程與方法(1)利用課本以外的資料和信息解決課內(nèi)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。(2) 通過制作模型的活動(dòng)來模擬基因工程的操作過程,使學(xué)生在理解步驟的同時(shí),切身體會(huì)基因工程的主要過程。 (3)通過模擬聽證會(huì)的活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與,樂于辯論、積極進(jìn)行交流與合作,從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)團(tuán)結(jié)、互助和協(xié)調(diào)的合作精神,訓(xùn)練學(xué)生思維的敏捷性、邏輯性、廣闊性及創(chuàng)造性,開闊學(xué)生的視野,提高學(xué)生的自學(xué)能力和良好的語言表達(dá)能力。3、情感態(tài)度和價(jià)值觀(1) 關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。(2) 進(jìn)行角色扮演,使學(xué)生體驗(yàn)參與社會(huì)問題的討論和決策的方法。(3)通過學(xué)習(xí)了解我國基因工程的發(fā)展前景及成果,激發(fā)學(xué)生對(duì)于生物知識(shí)的興趣,開闊學(xué)生的思路,養(yǎng)成學(xué)生的愛國主義熱情,樹立在學(xué)習(xí)上努力刻苦的決心。2. 教學(xué)重點(diǎn)/難點(diǎn) 【教學(xué)重點(diǎn)】(1)基因工程的基本原理。(2)基因工程的安全性問題?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】(1)基因工程的基本原理。(2)轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。3. 教學(xué)用具 4. 標(biāo)簽 教學(xué)過程 【導(dǎo)入】情境創(chuàng)設(shè)演示多媒體課件列舉幾種生物的不同性狀,如下: (1)青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類有用的抗生素青霉素。 (2)豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮?dú)狻?(3)人的胰島素細(xì)胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度。 教師: 以上幾種生物各自有其特定的性狀,這些性狀都是基因特異性表達(dá)的結(jié)果,但是人類能不能改造基因呢?能不能使本身沒有某個(gè)性狀的生物具有某個(gè)特定性狀呢?例如,讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮?dú)?讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等藥物。這樣既節(jié)省了人力,又簡化了生產(chǎn),同時(shí)還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。這種設(shè)想能實(shí)現(xiàn)嗎?回答是可以的。通過科學(xué)家們的不斷努力,在20世紀(jì)70年代終于創(chuàng)立了一種能定向改造生物的新技術(shù)基因工程。 教師通過課件圖片和音像資料展示基因工程產(chǎn)品,如種子、水果、疫苗或藥物等。同時(shí)引出本節(jié)課題:基因工程的原理?！净顒?dòng)】師生互動(dòng)教師:利用“問題探討”,提出問題組織學(xué)生討論、交流看法。(1)為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上?(2)推測這種“嫁接”怎樣才能實(shí)現(xiàn)?(3)這種“嫁接”對(duì)品種的改良有什么意義?學(xué)生:分組討論。學(xué)生設(shè)想用類似的方法來“改造”某種生物,使其符合人們某種特定需要,說出具體設(shè)想。各小組選派代表陳述觀點(diǎn)。教師:雜交育種有哪些局限性?人類是否可以按照自己的意愿直接定向改變生物。學(xué)生:雜交育種方法簡單,容易操作的優(yōu)點(diǎn),但是,雜交育種只能利用已有基因的重組,按需選擇,并不能創(chuàng)造新的基因。雜交后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象,育種進(jìn)程緩縵,過程繁瑣。我們可以利用基因工程的辦法解決。即把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上。教師:肯定學(xué)生合理的想法,引發(fā)思考?！澳愕南敕ê芎?可是用什么樣的方法才能實(shí)現(xiàn)你的設(shè)想呢?”學(xué)生:頭腦中設(shè)想“嫁接”的過程。教師:用類比的方法引導(dǎo)學(xué)生思考基因工程的大致步驟和所需要的工具:剪刀、針線、運(yùn)載體等。并用問題啟發(fā)學(xué)生:“你能想像這種剪刀加漿糊式的嫁接工作在分子水平的操作,其難度會(huì)有多大嗎?”學(xué)生:頭腦中設(shè)想“嫁接”的過程。并跟隨教師的引導(dǎo),思考基因工程的大致步驟:找到目的基因、剪切、拼接、縫合、表達(dá)、檢測,所用到的工具:基因剪刀、基因針線、基因的運(yùn)載體。教師:下面以EcoRI為例,構(gòu)建重組DNA分子模型,體會(huì)基因的剪切、拼接、縫合的道理。EcoRI是已發(fā)現(xiàn)的500多種限制性內(nèi)切酶中的一種,它是一種從細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)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分子內(nèi)部“下剪刀”,專門識(shí)別DNA分子中含有的“GAATTC”這樣的序列,一旦找到就從G和A之間剪斷(參考教科書插圖6-3)。同學(xué)們來試一試,動(dòng)手做一個(gè)重組DNA模型吧。在動(dòng)手做之前,先要明白“分子剪刀”和“分子針線”的用途和使用方法。用同一種限制性內(nèi)切酶切割后的DNA片斷其末端可以用連接酶來縫合(參考教科書插圖6-4)。這樣“剪切拼接”就可以形成重組的DNA分子。學(xué)生:4個(gè)人一組,再次閱讀課前教師下發(fā)的“構(gòu)建DNA分子模型的文字指導(dǎo)”。教師:提出問題:(1)制作模型時(shí)用到的(剪刀和針線)各代表什么?比較剪切后的DNA片斷的末端切片,你發(fā)現(xiàn)有什么特點(diǎn)呢 ?(2)回顧在模型構(gòu)建過程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“產(chǎn)品”,你對(duì)重組DNA的操作有什么新的理解?學(xué)生:討論模型構(gòu)建的具體方法,按“指導(dǎo)”的方法步驟、依次完成模擬制作過程。并思考教師提出的問題。回答并交流對(duì)重組DNA技術(shù)的理解。學(xué)生:剪刀限制性內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。它的作用具有特異性特點(diǎn),即識(shí)別特定核苷酸序列,切割特定切點(diǎn)。例如大腸桿菌的EcoRI限制酶能識(shí)別GAATTC序列,并在G和A之間切開。剪切的結(jié)果是:產(chǎn)生黏性未端(堿基互補(bǔ)配對(duì))。 教師:要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口?可產(chǎn)生幾個(gè)黏性未端? 學(xué)生:要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切2個(gè)切口?？僧a(chǎn)生2個(gè)黏性未端。學(xué)生:針線DNA連接酶。連接的部位:磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口(梯子的扶手),不是氫鍵(梯子的踏板)。結(jié)果是:把兩個(gè)來源不同卻有相同的黏性未端的DNA連接。 教師; 用DNA連接酶連接兩個(gè)相同的黏性未端要連接幾個(gè)磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯鍵)?用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯鍵)?學(xué)生:2個(gè)、2個(gè)。教師:現(xiàn)在同學(xué)們分組各做一個(gè)重組DNA模型,看一看哪個(gè)組的最科學(xué)。學(xué)生:分組做重組DNA模型,并分別在實(shí)物投影儀上演示,其他同學(xué)點(diǎn)評(píng)。教師:重組后的DNA分子還需要特殊的搬運(yùn)工具運(yùn)載到受體細(xì)胞(如大腸桿菌、動(dòng)植物細(xì)胞)中。哪么誰能承擔(dān)這個(gè)任務(wù)呢?教師:用圖片或課件動(dòng)畫展示質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。學(xué)生:觀看圖片或課件,了解質(zhì)粒的特點(diǎn)及其運(yùn)載體功能。質(zhì)粒的特點(diǎn):細(xì)胞擬核之外的小的環(huán)狀DNA分子。借宿于細(xì)菌、霉菌、酵母菌等細(xì)胞里,對(duì)細(xì)胞的正常生活幾乎沒有影響。質(zhì)粒能夠自主復(fù)制,而且復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成?？梢匀菀椎貜募?xì)胞中取出或放入。這些特點(diǎn)使它能夠勝任運(yùn)載體的工作,攜帶目的基因進(jìn)入細(xì)胞。教師:有了基因工程操作的工具后,哪么基因工程具體是如何進(jìn)行操作的呢,教師:用多媒體課件或與教科書插圖6-6示意圖類似的基因操作步驟的有關(guān)錄像資料。思考問題如下:(可以利用幻燈或多媒體課件演示) (1)舉例說明什么是目的基因。 (2)從供體細(xì)胞DNA中直接分離基因的方法叫什么?簡要說出該方法的過程是什么。 (3)人工合成基因的方法有幾種?其操作過程分別是什么? (4)將目的基因與用限制性內(nèi)切酶處理后的運(yùn)載體混合,用DNA連接酶處理會(huì)出現(xiàn)幾種結(jié)果?(只考慮兩兩結(jié)合) (5)將含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌受體細(xì)胞的過程中常用到哪種化學(xué)試劑?其作用是什么? (6)在目的基因的檢測過程中,檢測的對(duì)象是什么? 學(xué)生:觀看錄像資料,想像科學(xué)家在分子水平上進(jìn)行這一操作的精確性。然后思考、討論、回答。(通過觀看錄像資料學(xué)生對(duì)基因工程的步驟能夠大體了解,對(duì)以上的問題能基本回答,但是對(duì)具體的操作步驟還不能從生物學(xué)角度上很透徹地理解。)教師:現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材內(nèi)容,從理論上理解有關(guān)知識(shí),同學(xué)們可從生物學(xué)的專業(yè)知識(shí)角度出發(fā),用生物學(xué)的專業(yè)術(shù)語準(zhǔn)確地解答有關(guān)問題。簡要?dú)w納基因工程操作的基本步驟和大致過程。學(xué)生和教師一起歸納基因工程操作的幾個(gè)步驟:第一步:提取目的基因、第二步:目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合、第三步:將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、第四步:目的基因的檢測和表達(dá)?！局v授】教師精講1、基因工程的概念:基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說,就是按照人們地意愿,把一種生物的某種基因提取出來,加以修飾改造,然后放到另一種生物的細(xì)胞里,定向地改造生物的遺傳性狀。2、基因操作的工具:基因的剪刀限制性內(nèi)切酶。分布:主要在微生物中。 作用特點(diǎn):特異性,即識(shí)別特定核苷酸序列,切割特定切點(diǎn)。 結(jié)果:產(chǎn)生黏性未端(堿基互補(bǔ)配對(duì))。 基因的針線DNA連接酶。連接的部位:磷酸二酯鍵(梯子的扶手),不是氫鍵(梯子的踏板)。 結(jié)果:兩個(gè)相同的黏性未端的連接。 基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體。 作用:將外源基因送入受體細(xì)胞。 具備的條件:能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。 具有某些標(biāo)記基因。 種類:質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。 質(zhì)粒的特點(diǎn):質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體。 最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒。 存在于許多細(xì)菌及酵母菌等生物中。 質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無影響。 質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。 細(xì)胞染色體外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。 3、基因操作的基本步驟。 (1)提取目的基因 目的基因的提取途徑:兩條,一條是從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因;另一種是人工合成基因。 (2)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合(以質(zhì)粒為運(yùn)載體)。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的結(jié)果可能有三種情況:目的基因與目的基因結(jié)合,質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合,目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。 (3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。 導(dǎo)入方法:借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。 導(dǎo)入過程:運(yùn)載體為質(zhì)粒,受體細(xì)胞為細(xì)菌。 (4)目的基因的檢測和表達(dá)檢測:通過檢測標(biāo)記基因的有無,來判斷目的基因是否導(dǎo)入。表達(dá):通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達(dá)。課后習(xí)題 1、 下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述,正確的是( )A.重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體B.所有限制酶都只能識(shí)別同一種按規(guī)定的核苷酸序列C.選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)胞繁殖快D.只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)2、以下說法正確的是 ( ) A. 所有的限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列 B.質(zhì)粒是基因工程中惟一的運(yùn)載體 C.運(yùn)載體必須具備的條件之一是:具有多個(gè)限制酶切點(diǎn),以便與外源基因連接 D.基因治療主要是對(duì)有缺陷的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù) 3、實(shí)施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來,這要利用限性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識(shí)別DNA子中的GAATTC順序,切點(diǎn)在G和A之間,這是應(yīng)用了酶的( ) A.高效性 B.專一性 C.多樣性 D.催化活性受外界條件影響 4、上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛,他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法,使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指( ) A.提供基因的動(dòng)物 B.基因組中增加外源基因的動(dòng)物 C.能產(chǎn)生白蛋白的動(dòng)物 D.能表達(dá)基因信息的動(dòng)物 5、基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的,在基因操作的基本步驟中,不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的步驟是 ( ) A.人工合成基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測和表達(dá) 解析:1、考察對(duì)基因工程原理的理解運(yùn)用,只要理解基因工程的工具、步驟,即可正確的作出判斷。2、考察對(duì)基因工程原理的理解運(yùn)用,只要理解基因工程的工具、步驟,即可正確的作出判斷。3、將基因工程的工具與酶的特性結(jié)合起來,考察學(xué)生的學(xué)科內(nèi)綜合運(yùn)用的能力。4、考察對(duì)基因工程的靈活運(yùn)用的能力。5、從遺傳原理的角度,考察學(xué)生對(duì)基因工程的理解?！敬鸢浮?.C 2.C 3.B 4.B 5.C