基因工程的基本操作程序教案

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1、教学过程教学内容教学手段和方法预期目标1、复习“基因工程” 的概念：“基因工程 是指按照人们的意愿 进行严格的设计，通 过体外 DNA 重组和 转基因等技术，赋予 生物以新的遗传特性， 创造出更符合人们需 要的新的生物类型和 生物产品”引入新课 教学。 2、目的基因获取 从基因文库中获取 目的基因利用 PCR 技术扩 增目的基因师：通过分析图 1-6 我们知道基因工 程的基本操作程序包括目的基因获取、 基因表达载体的构建、将目的基因导 入受体、目的基因检测与鉴定。师：基因工程概念中的“更符合人们 需要”的那个基因就是目的基因了， 只有有了目的基因，我们才能赋予一 种生物以另一种生物的遗传特性，

2、所 以基因工程的基本操作的第一个环节 就是目的基因的获取。到底什么是目 的基因呢？ 师：目的基因主要是指编码蛋白质的 结构基因，如抗虫基因，抗旱基因。 师：怎样才能获得这些目的基因呢？ 获取目的基因的方法有哪些呢？ 学生阅读书本讨论，师生归纳：（一） 可从基因文库中获取目的基因。 师：通过讨论分析我们已知什么是基 因文库了，那么基因文库和基因组文 库有什么区别呢？可结合 P10 生物技 术资料卡讨论分析。 生：若一个基因文库中包含了一种生 物所有的基因，那么这种基因文库就 叫做基因组文库，若只包含了一种生 物的一部分基因就叫做部分基因文库。师：怎样从基因文库中得到我们所要 的目的基因呢？ 师、

3、生：可根据目的基因的有关信息 来获取目的基因，如根据基因的核苷 酸序列，基因在染色体上的位置等特 性来获取目的基因。 师：除了从基因文库中获取目的基因， 还可以利用 PCR 技术扩增目的基因。 师：PCR 是聚合酶链式反应的缩写， 是一项在生物体外复制特定 DNA 片段 的核酸合成技术。 师：同学们要认真观察多媒体演示过 程并结合书本，学会描述扩增的过程通过学生看本专 题中基因工程的 概念和图 1-6 来 帮助学生建构基 因工程的基本操 作程序的整体框 架。举例如抗虫基因， 抗旱基因等都是 目的基因。通过 具体的实例使学 生对目的基因有 一具体的认识。 学生阅读书本 P9，讨论。教师出示投影片

4、， 用打比方等手段 帮助学生理解 “基因文库” 、 “基因组文库” “部分基因文库”师生共同讨论书 本 P8 求异思维：你能推测出由 mRNA 反转录形 成 cDNA 的过程 吗？ 多媒体演示 PCR 反应原理。 通过复习 DNA 的复制来学习 PCR 的扩增过程。联系基因工 程的概念， 使学生对基 因工程的基 本操作程序 有一总体的 认识。抽象变直观， 便于学生理 解。通过师生共 同讨论帮助 学生理解如 何从基因文 库中获得目 的基因。通过动态的 多媒体演示 帮助学生理 解 PCR 反应 原理，尝试直接人工合成2、基因表达载体的 构建以及 PCR 的原理。 生：目的基因 DNA 受热（加热至

5、90950C）变性后解链为单链，然后 在 DNA 聚合酶作用下延伸，如此重复 循环。 师：PCR 的原理是什么呢？ 生：利用 DNA 双链复制的原理，将基 因的核苷酸序列不断加以复制，使其 数量呈指数方式增长。 师： PCR 扩增过程所需前提的条件是 什么？（教学过程中可先引导学生复 习 DNA 复制的过程） 生归纳：需要引物和已知的一段目的 基因的核苷酸序列。 师生共同归纳：PCR 技术扩增目的基 因过程： 目的基因 DNA 加热至 90950C 变性 形成单链 DNA温度降低至 55 600C 引物与互补 DNA 链结合适 当升温至 70750C，在 DNA 聚合酶 作用下从引物起始进行互

6、补链的合成。若基因比较小，核苷酸序列又已知， 可通过 DNA 合成仪用化学方法直接人 工合成。 师：作为基因工程表达载体，只需含 目的基因就可以完成任务吗？为什么 要有“表达载体”的构建这一步骤？ 生：可使目的基因在受体细胞中稳定 存在，并且可以遗传给下一代，同时 使目的基因能够表达和发挥作用。 师：一个基因表达载体有哪些结构组 成的呢？ 师生共同归纳：基因表达载体的组成 包括目的基因、启动子、终止子以及 标记基因等。 师：什么是启动子、终止子？它们的 作用是什么呢？ 生：启动子是一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端，它是 RNA 聚 合酶识别和结合的部位，有了它才能 驱动基因，转录

7、出 mRNA 最终获得所 需要的蛋白质。终止子也是一段有特 殊结构的 DNA 片段，位于基因的尾端。并结合书本 P11 的“寻根问底” 进行教学。学生阅读并讨论 P15 思考与探究 1：作为基因工程 表达载体，只需 含目的基因就可 以完成任务吗？ 为什么？可复习“分子运 输车”结构模式 图来帮助理解。 师板图演示基因 表达载体的组成 学生阅读分析描述目的基 因的扩增过 程。讨论 DNA 合 成仪合成目 的基因所需 的条件。联系旧知， 学习新知。转入导入3、将目的基因导入 受体细胞 将目的基因导 入植物细胞将目的基因导 入动物细胞将目的基因导 入微生物细胞师：标记基因的作用是什么呢？ 生：鉴别受

8、体细胞中是否含有目的基 因从而把含目的基因细胞筛选出来。师：基因表达载体构建完成后，如何 将目的基因导入受体细胞呢？ 师：根据受体细胞的不同，导入的方 法也有所不同，将目的基因导入植物 细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。 下面以农杆菌转化法为例。 师：农杆菌有什么样的特点，使其可 以帮助目的基因进入受体细胞的呢？ 生讨论归纳：农杆菌能在自然条件下 感染双子叶植物和裸子植物，当植物 受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大 量的酚类化合物，吸引农杆菌移向细 胞。这时农杆菌中的 Ti 质粒上的 T- DNA 可转移至受体细胞，并整合到受 体细胞的染色体的 DNA 上。 师：根据农杆菌的这个特点，请同学 们

9、结合多媒体或挂图，尝试着描述农 杆菌转化法的导入过程。 师生共同归纳农杆菌转化的过程：目 的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA，构建基 因表达载体 农杆菌植物细胞 稳定维持和表达。 师：除了上述方法，将目的基因导入 受体细胞的方法还有基因枪法和花粉 管通道法。师：若受体细胞是动物细胞，目的基 因如何导入呢？ 师：显微注射技术是转基因动物中最 多采用的方法，也是最为有效的一种 方法。 师：具体过程如何呢？ 生：提纯含目的基因的表达载体 从动物提内取出卵采用显微注射 仪进行显微注射再将注射了目的 基因的受精卵移植到动物子宫内。挂图或多媒体分 步演示农杆菌转 化法的过程。学生看书，教师 分步演示（板

10、图、 挂图等）过程帮 助学生理解。 学生讨论分析 P15 图。学生阅读生物技 术资料卡片 P12、P13。师生 共同阅读分析学生阅读书本学习过程中可引抽象的知识 具体化，有 利于学生学 习新知。要使学生能 对“转化” 的含义进行 适当的解释。学生学会描 述目的基因 导入动物细 胞的具体过 程。4、目的基因的检测 和鉴定 检测转基因生 物染色体的 DNA 上是否插 入了目的基因。检测目的基因是否 转录出了 mRNA检测目的基因是否 翻译成蛋白质。师：由于原核生物具有：繁殖快、多 为单细胞、遗传物质相对较少的特点， 因此常作为基因工程的受体细胞。 师：什么是感受态细胞呢？目的基因 导入微生物细胞的

11、具体过程是什么？ 生：感受态细胞是用 Ca2+处理细胞后， 细胞处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态。 生：将感受态细胞与溶有基因表达的 载体的缓冲液混合，并提供适宜的温 度就能使目的基因进入细胞了。 师生归纳：目的基因导入微生物的过 程：用 Ca2+处理细胞成为感受态 细胞表达载体与感受态细胞混合 定温度条件感受态细胞吸收 DNA 分子，这样目的基因进入细胞了。 师：目的基因导入受体细胞后，是否 可以稳定维持和表达其遗传特性，只 有通过检测与鉴定才知道。如何来检 测与鉴定呢？ 师：首先要检测基因生物染色体的 DNA 是否插入了目的基因。 师：如何检测转基因生物的 DNA 上是 否

12、导入了目的基因呢？ 师：通常采用的方法是采用 DNA 分子 杂交技术。具体过程是将转基因生物 的基因组 DNA 提取出来，并将含有目 的基因的 DNA 片段上用放射性同位素 做上标记制作探针， （为了保证目的基 因通过碱基互补配对来检测，探针必 须是单链）再将探针与基因组 DNA 杂 交，若结果显示出 DNA 杂交带，就表 明目的基因已经插入染色体 DNA。 师：目的基因导入了受体细胞后，就 一定能表达吗？ 师：如何知道目的基因已经发挥功能 和作用呢？ 师：可通过检测是否转录出了 mRNA，检测方法还可采用分子杂交 技术，与上述方法的不同之处：这里 的分子杂交是标记的目的基因探针与 从转基因生

13、物中提取出来的 mRNA 杂 交，若结果显示出有杂交带，则表明 目的基因转录出了 mRNA。导学生回忆原核 生物的结构特点。学生阅读书本并 结合 14 页图 114 目的基因 的检测示意图理 解。教学时可把“检 测目的基因是否 转录出了mRNA”与“检 测转基因生物染 色体的 DNA 上 是否插入了目的 基因”作比较结合具体实 例，加深巩 固通过适当拓 展帮助学生 理解检测目 的基因是否个体生物学水 平的鉴定。5、尝试设计某一转 基因生物的研制过程。师：检测的内容除了上述两项外，还 可检测目的基因是否翻译成蛋白质。 具体过程：从转基因生物中提取出蛋 白质（抗原） ，用相应的抗体进行抗原 抗体杂

14、交，若有杂交带出现则表明目 的基因已经形成蛋白质产物。 师：除了分子检测外，与时还需要进 行个体生物学水平的鉴定。 如何了解抗虫棉是否具有抗虫特性呢？生：可让虫食用棉花，观察其存活情 况。 师：对。一个抗虫或抗病基因导入植 物细胞后，是否赋予了植物抗虫或抗 病特性，需要作抗虫或抗病特性的接 种实验，以确定是否具有抗性以及抗 性的程度。 师、生归纳小结：基因工程的四个操 作步骤，结合 P15 思考与探究： 珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成 分，当它的成分异常时，动物可能患 某种疾病，如镰刀型细胞贫血症，假 如让你用基因工程的方法使大肠杆菌 生产出鼠的 珠蛋白，想一想，应 该如何设计？适当拓展： 1将目的基因 在大肠杆菌 中表达出蛋 白质 2将表达出的 蛋白质注射 动物进行免 疫，产生相 应的抗体， 并提取 3从转基因生 物中提取蛋 白质（也就 是抗原） 。 抗原与抗体结 合翻译成蛋白 质的原理。旨在通过设 计转基因生 物将基因工 程的操作程 序有机的关 联起来。