基因工程教学设计

沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周1专题一基因工程主备教师：曾开娇一、内容及其解析：内容：包括基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程的操作步骤以及基因工程在农业生产和实践方面的作用，其中限制酶的种类和作用是该考点的难点。解析：本单元的重点知识为（1）DNA重组技术所需的三种基本工具及其作用；（2）基因工程基本操作程序的四个步骤；（3）基因工程在农业和医疗等方面的应用。从近几年高考看，该考点主要以信息材料的形式结合细胞工程和胚胎工程综合考查，复习时要注意加强横向联系。复习时特别要注重基础性、渐进性，紧密联系学生已有的经验、生活阅历，尽量紧密联系必修课中的基础知识，严格按照课本和教学大纲的要求，认真进行识记和理解，不宜过于追求知识的深和透。二、目标及其解析1.目标定位：①基因工程的诞生②基因工程的原理和技术③基因工程的应用④蛋白质工程⑤DNA的处提取与鉴定（实验与探究）2．目标解析：①基因工程的诞生包括基础理论和技术发明使基因工程的实施成为可能。②基因工程的原理和技术包括基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程的操作步骤。③基因工程在农业生产和实践方面的作用。④蛋白质工程包括蛋白质工程崛起的缘由、蛋白质工程的基本原理、蛋白质工程的概念。⑤DNA的处提取与鉴定（实验与探究）包括实验原理、方法步骤和注意事项。三、问题诊断分析在本节课的教学中，学生可能遇到的问题是限制酶的种类和作用基因工程载体需要具备的条件、目的基因获取的方法、目的基因的检测与鉴定，产生这些问题的原因是该内容比较抽象要解决这一问题，就要用具体的实例加以说明才能让学生理解，其中关键是设置问题沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周2串，将一个个问题置于整体工程中考虑，解决问题，使该知识点得以突破。四、教学支持条件分析五、教学过程设计问题一：基因工程的诞生基础理论是什么？设计意图：让学生掌握基因工程的诞生基础理论。（1）DNA是遗传物质的证明：1944年艾弗里等人不仅证明了，还证明了DNA可从一种生物个体（2）的确立。（3）的破译：1963年由尼伦伯格和马太破译，1966年被实验证实。问题二：使基因工程的实施成为可能的技术发明是什么？设计意图：让学生通过看书了解使基因工程的实施成为可能的技术发明。（1）基因转移载体的发现：1967年罗思和海林斯基发现了细菌染色体（拟核）DNA外的有自我复制的能力。（2）工具酶的发明：1970年科学家在细菌中发现了第一种.。以后几年相继发现了多种限制酶和连接酶。（3）DNA合成和测序技术的发明。（4）DNA体外重组的实现：1972年成功地构建了第一个。（5）重组DNA表达实验的成功。（6）第一例转基因动物问世：1980年，科学家首次用显微注射技术培育出第一个转基因小鼠，1983年，又用农杆菌转化法获第一例转基因烟草。（7）的发明：1988年由美国科学家穆里斯（K.Mullis）发明。3.基因工程概念：又叫，指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外和等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。其沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周3操作水平是在上进行设计和施工，操作环境是在。例题一：切取某种生物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，而使鲇鱼比同种个体大3～4倍，此研究遵循的原理是（）A．基因突变，DNA→RNA→RNA→蛋白质B．基因工程，RNA→DNA→蛋白质C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质D．基因重组，DNA→DNA→RNA→蛋白质【解析】本题考查的是基因工程的概念和原理，能力要求Ⅱ。目的基因进入鲇鱼体内通过DNA复制、DNA转录并合成蛋白质，表现出一定的性状，基因工程的原理为基因重组。【答案】D解题技巧：本题根据题干分析可知，某种方法为转基因技术，属于基因工程的范畴，由此排除了A、C选项，比较B、D选项很容易得出答案为D。变式训练：“将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌体内，并获得表达，这是人类第一次获得转基因生物。”此话中“表达”的标志是指该基因在大肠杆菌体内（）A．能进行DNA复制B．能进行转录和翻译C．能合成人的生长抑制素释放因子D．能合成人的生长激素【解析】解答本题应扣紧题意，否则易错选B，基因的表达是通过控制蛋白质的合成而实现的，题中的蛋白质是人的生长抑制素释放因子。【答案】C沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周4问题三：DNA重组技术的基本工具有哪些？各具有什么特点和作用？设计意图：让学生理解DNA重组技术的基本工具的种类特点和作用。例题二：作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是（）A．能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制，以便能提供大量的目的基因B．具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C．具有标记基因，以便为目的基因表达提供条件D．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选【解析】本题考查载体必须具备的条件，能力要求Ⅰ。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因；同质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核DNA能力的。病毒和λ噬菌体的衍生物等。“分子运输车”：载体种类质粒特点能够在细菌内；具有一个至多个，供外源DNA插入；具有特殊的，供重组DNA的鉴定和选择。质粒载体的处理：都是在天然质粒的基础上进行过。“分子手术刀”：.（约4000种）主要来源：生物。特点：能够识别DNA特定的，切开每条链中的两个之间的。大多能识别由DNA片段末端：两种形式和。：DNA连接酶种类E·coliDNA连接酶：只能“缝合”DNAT4DNA连接酶：既可“缝合”双链DNA的,又能“缝合”双链DNA。作用：将双链“缝合”起来，恢复被限制酶切开的。沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周5时要具有标记基因，以便通过检测标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，便于筛选；载体要具有一至多个限制酶切点，为了便于与外源基因拼接。【答案】A解题技巧：题干的问题有两个，就是载体必备的条件和理由，根据选项内容进行分析，抓住前者为后者提供的作用必须对应正确。本题要求考生必须熟悉并理解载体的条件及其对应的作用。变式训练2(2010·江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图l、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是。(4)与只使用EcoRI相比较,使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测。沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周6【解析】本题考查基因工程的限制性内切酶的作用特点。(1)质粒被切割前是双链环状DNA分子,所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键,故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出,质粒上只含有一个SmaⅠ的切点,因此被该酶切割后,质粒变为线性双链DNA分子,因每条链上含有一个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)由题目可知,SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C,而G和C之间可以形成三个氢键,A和T之间可以形成两个氢键,所以SmaⅠ酶切位点越多,热稳定性就越高。(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因,由图2可知,标记基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位点,都可以被SmaⅠ破坏,故不能使用该酶剪切含有目的基因的DNA。(4)只使用EcoRI,则质粒和目的基因两端的黏性末端相同,用连接酶连接时,会产生质粒和目的基因自身连接物,而利用BamHⅠ和HindⅢ剪切时,质粒和目的基因两端的黏性末端不同,用DNA连接酶连接时,不会产生自身连接产物。(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒,该过程需要连接酶作用,故混合后加入DNA连接酶。(6)质粒上的抗性基因为标记基因,用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖,因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基进行培养受体细胞,含有重组质粒的细胞才能存活,不含有重组质粒的因不能获得碳源而死亡,从而达到筛选目的。【答案】(1)0、2(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质问题三：基因工程的基本操作程序包括几个步骤，每个操作步骤是如何进行的？设计意图：让学生掌握基因工程的基本操作程序包括几个步骤，并知道每个操作步骤的具体实施。1.目的基因的获取（1）目的基因：指编码蛋白质的。沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周7（2）获取目的基因的方法（2）获取目的基因的方法利用PCR技术扩增目的基因PCR的含义：是的缩写，是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术，由等人于1988年发明。前提：已知目的基因的，以便合成。原理：利用.过程：目的基因DNA受热变性后解旋为，与相应互补序列结合，然后在方式：指数扩增≈2n（n为扩增循环的次数）。人工合成法：若基因较小，又已知，可以通过DNA合成仪直接合成。基因组文库：含有一种生物的基因。部分基因文库：含有一种生物的基因，如cDNA文库。（2）获取目的基因的方法从基因文库中获取目的基因含义：将含有某种生物的许多，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的，称为基因文库。种类目的基因的获取依据基因的基因的转录产物是基因的产物是蛋白质。沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周8（2）获取目的基因的方法2.基因表达载体的构建表达载体的功能（目的）：使目的基因在中稳定存在，并且可以。表达载体的主要组成目的基因：插入到载一段有特殊结构的DNA片段，位于，它是识别和结合的部位，驱动基因转录；终止子：位于，终止子；标记基因：是为鉴别受体细胞中是否含有。3.将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞体内，并且在细胞体内维持的过程。目的基因导入受体细胞的常用方法导入植物细胞方法a.农杆菌的特点，能在自然条件下感染和植物，而对大多数植物没有感染能力；感染植物细胞时，细菌中的Ti质粒上的可转移至受体细胞并整合到受体细胞的。b.转化过程：目的基因插入→植物细胞→插入到植物细胞中其他：基因枪法和花粉管通道法。基本的操作程序：目的基因表达载体的.→取卵（受精卵）→→目的基因受精卵移植→发育成具有新性导入微生物细胞方法：氯化钙法。早期的基因工程操作都用生物作为受体细胞。（注意：该生物的特点和转化过程须进行认真识记）沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日第20周9总结：基因工程的基本操作流程图：（注意识别图中每个小框内的内容，见图）例题三：下列获取目的基因的方法中需要模板链的是（）①文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法合成A．①②③④B．①②③C．②③④D．②③DNA分子杂交：检测转基因生物的DNA上是否插入了，这是能否在真核生物中稳定遗传的关键。DNA-mRNA分子杂交：检测目的基因是否转录出，这是检测—抗体杂交：检测目的基因是否。4.目的基因的检测与鉴定分子水平的检测个体生物学水平的鉴定：是否有所需遗传特性的表现。沧源民族中学高三年级生物科教学设计2011年12月27日