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1、第第3章章 基因工程3.2 基因工程的基本操作程序010204050306CONTENTS教学设计思路点击此处添加正文教学目标点击此处添加正文教学重难点点击此处添加正文教学过程点击此处添加正文教学反思点击此处添加正文目目 录教材分析点击此处添加正文本章教材分析说教材说学情说目标说重难点说过程3.2 基因工程的基本操作程序说教与学 与本节内容对应的课程标准的“内容要求”是：阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导人受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤。结合教材内容，确定本节的教学目标如下。本节教材分析说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学教学目
2、标1.阐明PCR的原理，说出PCR反应所需的条件和PCR反应的过程。2.说出基因表达载体的组成。3.列举将目的基因导入植物细胞、动物细胞和微生物细胞的方法。4.列举检测与鉴定目的基因在受体细胞中是否稳定维持和表达其遗传特性的方法。5.能够用流程图的形式概括出基因工程的基本操作程序。6.针对人类生产或生活中的某一需求，能运用基因工程技术尝试设计获得某一转基因产品的方案。重点难点说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学（1）基因工程基本操作程序的四个步骤。（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。（1）利用PCR获取和扩增目的基因。（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学
3、u创设情境了解转基因抗虫棉的应用价值；回顾所学知识，分析培育转基因抗虫棉的基本原理。u学习培育转基因抗虫棉的基本步骤在问题串的引导下，理解每一步操作的必要性，结合图片、文献等资料学习相关的技术和方法。u拓展延伸关注棉铃虫对转基因抗虫棉产生抗性的问题，了解科学家采取的应对措施。教学设计思路第1课时培育转基因抗虫棉u设计方案运用所学知识，尝试设计培育转基因抗冻番茄的方案。u学习基因工程涉及的其他技术和方法结合教材的内容、科学家的实际研究工作等学习基因工程涉及的其他技术和方法。u梳理基因工程的基本操作程序并绘制流程图关注棉铃虫对转基因抗虫棉产生抗性的问题，了解科学家采取的应对措施。第2课时培育转基因
4、抗冻番茄总结提升一复习旧知，引入新知创设情境说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学一复习旧知，引入新知创设情境说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学（1）定义：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等相关的基因。根据不同的需要，目的基因不同，主要是指编码蛋白质的基因。根据不同的需要，目的基因不同，主要是指编码蛋白质的基因。如：如：与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等与生物抗逆性、优良品质、生产药物、毒物降解和工业用酶等相关的基因。相关的基因。资资料料：苏苏云云金金杆杆菌菌通通过过产产生生苏苏云云金金杆杆菌菌伴伴胞胞晶晶体体蛋蛋白白（Bt Bt 抗
5、抗虫虫蛋蛋白白），破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。，破坏鳞翅目昆虫的消化系统来杀死棉铃虫。科学家将科学家将“杀虫基因杀虫基因”转入棉花中，棉花产生转入棉花中，棉花产生Bt Bt 抗虫蛋白抵抗虫害。抗虫蛋白抵抗虫害。目的基因目的基因一.目的基因的筛选与获取1.目的基因原核细胞真核细胞不同点编码区是_的编码区是间隔的、_的相同点都由能够编码蛋白质的_和具有调控作用的_区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较原核细胞与真核细胞的基因结构比较（2）编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？连续不连续编码区非编码（1）非编码序列：包括非编码区和内含子【思考2】一.目的基因的筛
6、选与获取1.目的基因目的基因获取方法目的基因获取方法利用利用PCRPCR获取和扩增目的基因获取和扩增目的基因一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法从相关的已知结构和功能清晰从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选的基因中进行筛选通过通过DNADNA合成仪合成仪直接合成直接合成从从基因文库基因文库中获取中获取PCR是_的缩写，是一项根据_的原理，在_提供参与DNA复制的_与_，对_进行_的技术；PCR技术：聚合酶链式反应DNA半保体外各种组分反应条件目的基因的核苷酸序列大量复制全称全称聚合酶链式反应DNA半保留复制体外（PCR扩增仪/PCR仪）对目的基因的核苷酸序列进行大量复制可以在短
7、时间内大量扩增目的基因一.目的基因的筛选与获取2.目的基因的获取方法(3)利用PCR获取和扩增目的基因留复制原理原理操作环境操作环境目的目的优点：优点：PCR技术与生物体内DNA复制的比较比较项目生物体内DNA复制PCR技术 区别解旋方式场所酶温度条件合成对象解旋酶催化细胞内(主要在细胞核内)DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等细胞内温和条件DNA分子DNA在高温作用下变性解旋细胞外(在PCR扩增仪内)耐高温的的DNA聚合酶(Taq聚合酶)需控制温度，在较高温度下进行DNA片段或基因联系模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成原料：均为四种脱氧核苷酸酶：均需要DNA聚合酶进行催化引物：均需要
8、引物，使DNA聚合酶从引物的3端开始连接脱氧核苷酸注：引物是一小段能与注：引物是一小段能与_的一段碱基序列的一段碱基序列_的的_。用于用于PCRPCR的引物有的引物有 种，长度通常为种，长度通常为20 3020 30个核苷酸。个核苷酸。DNADNA母链母链互补配对互补配对短单链核酸短单链核酸3 35 5DNADNA母链母链3 35 5DNADNA母链母链3 35 5引物引物3 35 5引物引物2 2 受热变性引物 耐高温的DNA聚合酶PCR技术(1)(1)过程：过程：(2)(2)条件：条件：DNADNA模板、分别与两条模板链结合的模板、分别与两条模板链结合的2 2种种_、四种、四种_、_。引物
9、引物脱氧核苷酸脱氧核苷酸耐高温的耐高温的DNADNA聚合酶聚合酶（3 3）结结果果：1 1个个模模板板DNADNA分分子子经经过过n n轮轮PCRPCR，以以_方方式式扩扩增增，可可以以扩扩增出增出 个个DNADNA片段，共需要引物数量为片段，共需要引物数量为 个。个。指数指数2 2n n2 2n n1 12 2【知知识小小结】【典例】下图表示PCR的前三个循环，目的基因位于模板DNA分子中与两种引物所对应的位置之间，请据图回答下列问题：(1)经过第几轮扩增后，扩增出的含有目的基因的DNA片段才不含黏性末端？比例是多少？第第3 3轮；轮；1/41/4。(2)PCR扩增的是完整的模板DNA分子吗
10、？不不是是，PCRPCR扩扩增增的的仅仅仅仅是是两两种种引引物物之之间间所所对应的特定对应的特定DNADNA片段。片段。(3)如果已知某目的基因的序列和结构，利用PCR筛选和扩增出该目的基因的关键是什么？根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。根据目的基因两端的核苷酸序列设计引物。1.1.构建原因构建原因 ;。使目的基因在受体细胞中稳定存在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并且可以遗传给下一代使目的基因能够表达和发挥作用使目的基因能够表达和发挥作用2.2.基因表达载体的组成基因表达载体的组成 当诱导物存在时，可以当诱导物存在时，可以激活或抑制目的基因的表达。激活或抑制目的基因的
11、表达。终止子启动子目的基因标记基因复制原点基因表达载体（1 1）启动子：）启动子：一段有特殊一段有特殊序列序列结构的结构的_片段片段。DNADNA本质：本质：位置：位置：位于基因的位于基因的_，紧挨，紧挨_。上游上游转录的起始位点转录的起始位点功能：功能：RNA RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出转录出mRNAmRNA。诱导型启动子：诱导型启动子：（启动子（启动子起始密码）起始密码）二.基因表达载体的构建核心步骤核心步骤终止子终止子启动子启动子目的基因目的基因标记标记基因基因复制复制原点原点基因表基因表达载体达载体（2 2）终止子：）终止子：本质：本质
12、：一段有特殊一段有特殊序列序列结构的结构的_片段片段。DNADNA位置：位置：位于基因的位于基因的_。下游下游功能：功能：使转录在所需要的地方停下来。使转录在所需要的地方停下来。（3 3）标记基因：）标记基因：作用：作用：便于重组便于重组DNADNA分子的筛选。分子的筛选。（4 4）目的基因：）目的基因：常见类型：常见类型：抗生素抗性基因、荧光蛋白基因抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等等。如如BtBt基因基因,能控制表达所需要的特殊性状。能控制表达所需要的特殊性状。（5 5）复制原点：）复制原点：DNADNA复制的起始位点。复制的起始位点。注意：目的基因必须插入到注意：目的基因必须插入到 与与 之
13、间。之间。启动子启动子 终止子终止子（终止子（终止子终止密码）终止密码）1.转化指目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内指目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内稳定维持和表达稳定维持和表达的过程。的过程。2.转化的受体细胞三.将目的基因导入受体细胞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农杆菌转化法花粉管通道法显微注射法Ca2+处理法种类项目 植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法 农杆菌转化法；花粉管通道法显微注射法Ca2处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的T-DNA上导入植物细胞整合到受体细胞DNA中表达目的基因表达载体提纯取受精
14、卵显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子【小结】三.将目的基因导入受体细胞检查目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性；2.检测内容及方法:类型检测内容方法分子水平的检测个体生物学水平的鉴定受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因目的基因是否转录出了mRNAPCR等技术目的基因是否翻译成蛋白质抗原-抗体杂交技术个体是否具有相应性状病原体接种实验等 四.目的基因的检查与鉴定1.目的:3.个体生物学水平的鉴定具体方法举例转基因生物鉴定方法成功标志抗虫植物抗病毒（菌）植物抗盐植物抗除草剂植物获取目的基因产物的转基因
15、生物饲喂害虫（抗虫接种实验）害虫死亡病毒（菌）接种实验未染病盐水浇灌正常生长喷洒除草剂正常生长提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较功能、活性正常四.目的基因的检查与鉴定【课堂小结课堂小结】巩固巩固练习练习03说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学四巩固练习本节课的主要特点如下。本节课的主要特点如下。1.1.教学主线清晰教学主线清晰 本课的教学分别贯穿在两个大的情境中本课的教学分别贯穿在两个大的情境中:第一节课以转基因抗虫棉的培育过第一节课以转基因抗虫棉的培育过程为主线程为主线;第二节课以转基因抗冻番茄的培育过程为主线。将学习的内容通第二节课以转基因抗冻番茄的培育过程为主线。将学习的内容通过
16、情境有机串联起来，有利于学生保持思维的连贯性，形成对基因工程基过情境有机串联起来，有利于学生保持思维的连贯性，形成对基因工程基本操作程序的整体认识。让学生始终在情境中学习，还能够充分调动他们本操作程序的整体认识。让学生始终在情境中学习，还能够充分调动他们学习的积极性。另外，这两个大情境的素材都源于我国科学家的研究成果，学习的积极性。另外，这两个大情境的素材都源于我国科学家的研究成果，还能使学生树立科技自信，增加国家认同感。还能使学生树立科技自信，增加国家认同感。反思2.2.教学层次分明教学层次分明 虽然两节课的内容都涉及转基因植物的培育，但是两节课的教学层次明显虽然两节课的内容都涉及转基因植物的培育，但是两节课的教学层次明显不同。第一节课侧重于让学生认识基因工程的基本操作程序，对涉及的技不同。第一节课侧重于让学生认识基因工程的基本操作程序，对涉及的技术、方法的深度和广度并没有作过多的拓展。第二节课围绕技术和方法重术、方法的深度和广度并没有作过多的拓展。第二节课围绕技术和方法重点进行了补充，如详细讲授了点进行了补充，如详细讲授了PCRPCR的原理和过程，介绍了什么是诱导型启动的原理和过程
