人教版高中生物必修二第6章第2节基因工程及其应用优质教案.docx
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人教版高中生物必修二第6章第2节基因工程及其应用优质教案
第6章 从杂交育种到基因工程
第2节基因工程及其应用
【三维目标】
1、知识与技能：
（1）简述基因工程的基本原理。
（2）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
（3）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。
（4）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
2、过程与方法
（1）利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
（2） 通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。
（3）通过模拟听证会的活动，引导学生主动参与，乐于辩论、积极进行交流与合作，从而培养学生对团结、互助和协调的合作精神，训练学生思维的敏捷性、逻辑性、广阔性及创造性，开阔学生的视野，提高学生的自学能力和良好的语言表达能力。
3、情感态度和价值观
（1）关注转基因生物和转基因食品的安全性。
（2） 进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。
（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开阔学生的思路，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。
【教学重点】
（1）基因工程的基本原理。
（2）基因工程的安全性问题。
【教学难点】
（1）基因工程的基本原理。
（2）转基因生物与转基因食品的安全性。
【教具准备】教师课件
【课时安排】2课时。
第1课时：
基因工程的原理，第2课时：
基因工程的应用。
第1课时
【教学过程】
一、课前准备
1、教师收集有关基因工程的音像图片资料和实物，并制作成课件。
2、教师参考选修3《现代生物科技专题》P．6“重组DNA分子的模拟操作”编辑成构建重组DNA模型的文字指导，复印后发给各组。
3、学生以EcoRI为例，根据教师下发的指导构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
二、情境创设
演示多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下：
（1）青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。
（2）豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。
（3）人的胰岛素细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。
教师：
以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造基因呢？
能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？
例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。
这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。
这种设想能实现吗？
回答是可以的。
通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。
教师通过课件图片和音像资料展示基因工程产品，如种子、水果、疫苗或药物等。
同时引出本节课题：
基因工程的原理。
三、师生互动
教师：
利用“问题探讨”，提出问题组织学生讨论、交流看法。
（1）为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？
（2）推测这种“嫁接”怎样才能实现？
（3）这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？
学生：
分组讨论。
学生设想用类似的方法来“改造”某种生物，使其符合人们某种特定需要，说出具体设想。
各小组选派代表陈述观点。
教师：
杂交育种有哪些局限性？
人类是否可以按照自己的意愿直接定向改变生物。
学生：
杂交育种方法简单，容易操作的优点，但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。
杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。
我们可以利用基因工程的办法解决。
即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。
教师：
肯定学生合理的想法，引发思考。
“你的想法很好，可是用什么样的方法才能实现你的设想呢？
”
学生：
头脑中设想“嫁接”的过程。
教师：
用类比的方法引导学生思考基因工程的大致步骤和所需要的工具：
剪刀、针线、运载体等。
并用问题启发学生：
“你能想像这种剪刀加浆糊式的’嫁接工作在分子水平的操作，其难度会有多大吗？
”
学生：
头脑中设想“嫁接”的过程。
并跟随教师的引导，思考基因工程的大致步骤：
找到目的基因、剪切、拼接、缝合、表达、检测，所用到的工具：
基因剪刀、基因针线、基因的运载体。
教师：
下面以EcoRI为例，构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
EcoRI是已发现的500多种限制性内切酶中的一种，它是一种从细菌中发现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分子内部“下剪刀”，专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列，一旦找到就从G和A之间剪断（参考教科书插图6-3）。
同学们来试一试，动手做一个重组DNA模型吧。
在动手做之前，先要明白“分子剪刀”和“分子针线”的用途和使用方法。
用同一种限制性内切酶切割后的DNA片断其末端可以用连接酶来缝合（参考教科书插图6-4）。
这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。
学生：
4个人一组，再次阅读课前教师下发的“构建DNA分子模型的文字指导”。
教师：
提出问题：
（1）制作模型时用到的（剪刀和针线）各代表什么?
比较剪切后的DNA片断的末端切片，你发现有什么特点呢?
（2）回顾在模型构建过程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”，你对重组DNA的操作有什么新的理解？
学生：
讨论模型构建的具体方法，按“指导”的方法步骤、依次完成模拟制作过程。
并思考教师提出的问题。
回答并交流对重组DNA技术的理解。
学生：
剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。
它的作用具有特异性特点，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
例如大肠杆菌的EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
剪切的结果是：
产生黏性未端（碱基互补配对）。
教师：
要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？
可产生几个黏性未端？
学生：
要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切2个切口。
可产生2个黏性未端。
学生：
针线——DNA连接酶。
连接的部位：
磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。
结果是：
把两个来源不同却有相同的黏性未端的DNA连接。
教师; 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（磷酸二酯键）？
用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（磷酸二酯键）？
学生：
2个、2个。
教师：
现在同学们分组各做一个重组DNA模型，看一看哪个组的最科学。
学生：
分组做重组DNA模型，并分别在实物投影仪上演示，其他同学点评。
教师：
重组后的DNA分子还需要特殊的搬运工具运载到受体细胞（如大肠杆菌、动植物细胞）中。
哪么谁能承担这个任务呢？
教师：
用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。
学生：
观看图片或课件，了解质粒的特点及其运载体功能。
质粒的特点：
细胞拟核之外的小的环状DNA分子。
借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。
质粒能够自主复制，而且复制只能在宿主细胞内完成。
可以容易地从细胞中取出或放入。
这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。
教师：
有了基因工程操作的工具后，哪么基因工程具体是如何进行操作的呢，
教师：
用多媒体课件或与教科书插图6-6示意图类似的基因操作步骤的有关录像资料。
思考问题如下：
（可以利用幻灯或多媒体课件演示）
（1）举例说明什么是目的基因。
（2）从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？
简要说出该方法的过程是什么。
（3）人工合成基因的方法有几种？
其操作过程分别是什么？
（4）将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合，用DNA连接酶处理会出现几种结果？
（只考虑两两结合）
（5）将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？
其作用是什么？
（6）在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？
学生：
观看录像资料，想像科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。
然后思考、讨论、回答。
（通过观看录像资料学生对基因工程的步骤能够大体了解，对以上的问题能基本回答，但是对具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解。
）
教师：
现在请同学们阅读教材内容，从理论上理解有关知识，同学们可从生物学的专业知识角度出发，用生物学的专业术语准确地解答有关问题。
简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
学生和教师一起归纳基因工程操作的几个步骤：
第一步：
提取目的基因、
第二步：
目的基因与运载体的结合、
第三步：
将目的基因导入受体细胞、
第四步：
目的基因的检测和表达。
四、教师精讲
1、基因工程的概念：
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说，就是按照人们地意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
2、基因操作的工具 ：
基因的剪刀——限制性内切酶。
分布：
主要在微生物中。
作用特点：
特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
结果：
产生黏性未端（碱基互补配对）。
基因的针线——DNA连接酶。
连接的部位：
磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。
结果：
两个相同的黏性未端的连接。
基因的运输工具——运载体。
作用：
将外源基因送入受体细胞。
具备的条件：
能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
具有多个限制酶切点。
具有某些标记基因。
种类：
质粒、噬菌体和动植物病毒。
质粒的特点：
质粒是基因工程中最常用的运载体。
最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。
存在于许多细菌及酵母菌等生物中。
质粒的存在对宿主细胞无影响。
质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
3、基因操作的基本步骤。
（1）提取目的基因
目的基因的提取途径：
两条，一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一种是人工合成基因。
（2）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。
目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况：
目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。
（3）将目的基因导入受体细胞。
导入方法：
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
导入过程：
运载体为质粒，受体细胞为细菌。
（4）目的基因的检测和表达
检测：
通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：
通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。
五、评价反馈
1、下列关于基因工程技术的叙述，正确的是（ ）
A.重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体
B.所有限制酶都只能识别同一种按规定的核苷酸序列
C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细胞繁殖快
D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达
2、以下说法正确的是（）
A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B．质粒是基因工程中惟一的运载体
C．运载体必须具备的条件之一是：
具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D．基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
3、实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。
一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的（ ）
A．高效性 B.专一性
C．多样性 D.催化活性受外界条件影响
4、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍，转基因动物是指（ ）
A.提供基因的动物 B.基因组中增加外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因信息的动物
5、基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（ ）
A．人工合成基因 B．目的基因与运载体结合
C．将目的基因导入受体细胞D．目的基因的检测和表达
解析：
1、考察对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确的作出判断。
2、考察对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确的作出判断。
3、将基因工程的工具与酶的特性结合起来，考察学生的学科内综合运用的能力。
4、考察对基因工程的灵活运用的能力。
5、从遗传原理的角度，考察学生对基因工程的理解。
【答案】1.C2.C3.B4.B5.C
六、课堂小结
基因工程的别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
操作工具
基因的剪刀、针线、运载体
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
结果
人类需要的基因产物
七、布置作业
P106：
基础题1、2、3；拓展题1。
八、课后拓展
1、学生搜集基因工程应用的事例及其价值的资料；
2、搜集有关基因工程技术安全性方面的报道、法规等的资料。
【板书设计】
【习题详解】
一、练习（P106）
（一）基础题
1．基因工程的操作通常包括以下4步：
（1）获得目的基因（外源基因）；
（2）目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；（3）将重组DNA分子导人受体细胞；（4）目的基因的检测与表达。
2．
↓
ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA
↓
TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT
3．常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。
（二）拓展题
1．提示：
这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。
细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。
因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。
二、问题探讨（P102）
提示：
此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。
为启发学生思考，教师可弓I导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。
三、本节聚焦（P102）
（一）什么是基因工程？
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说，就是按照人们地意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
（二）基因工程的原理是什么？
基因重组。
第2课时
【教学过程】
一、课前准备
1．教师准备：
（1）教师将听证会规则、程序；角色扮演的程序和具体要求以及评价标准复印好，分发给各学习小组；
（2）教师整理《转基因生物和转基因食品利弊争论的要点》，印发给各学习小组；
（3）收集转基因生物和转基因食品安全性的资料信息，转基因生物技术的利弊关系的资料，请有关专家学者到学校做有关基因工程知识的讲座；
（4）教师设计并参与制作计算机教学课件，在校园网上制作网页，查找大量资料，完善网页内容，建立内容丰富的“基因工程知识资源库”。
（5）教师根据学生的资料准备状况、知识的准确性、抢答的积极性、讲述的条理性、姿态的自然性、课件的美观性编制《学生听课记录和评价表》。
（6）教师编制《研究性学习课题研究开题报告》。
2．学生准备：
（1）学生预习教材，对教材中的内容做宏观的了解；
（2）利用课余时间，通过看书、看报及看电视，收集有关基因工程的成果与发展前景的资料或信息并制成课件，也可以走访有关的专家学者了解该内容；
（3）分组预习并完成教师下发的有关资料。
（4）按听证会的要求摆好课桌椅，根据各小组的选择按辩论的正方和反方分成左右两个大组。
二、情境创设
教师：
通过课件向学生展示基因工程给人类带来巨大成就的图片。
同时述说如下：
基因工程自1973年诞生后，由于基因工程技术具有可以直接控制基因，将基因从一个物种转移至另一个物种，创造出新的物种或新的品种的显著特点。
也就是说，可按照人们的主观愿望，创造出自然界中原先并不存在的新的生物类型，使人类从单纯地认识生物和利用生物的传统模式跳跃到随心所欲改造生物和创造生物的新时代。
经过30多年的发展历程，取得了惊人的成绩，特别是近10年来，基因工程的发展更是突飞猛进。
基因转移、基因扩增多技术的应用，不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域中，为农牧业、食品工业、医药卫生、环境保护等方面开拓了广阔的发展前景。
今天就由同学们来阐述自己的认识和看法。
三、师生互动
教师：
首先请各小组汇报课前收集到的有关基因工程应用的事例资料。
学生分组汇报并交流课前收集资料的情况。
学生1：
基因工程在农业上的应用主要表现在两方面：
（1）通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。
（2）用基因工程的方法可培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
现在已培育出一批分别具有抗病、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗病毒、抗干旱等性状的转基因农作物。
1996至2000年的短短五年，全球转基因作物从170×104hm2发展到4420×104hm2，其推广速度使前所未有的……。
学生2：
基因工程在畜牧养殖业的应用
基因工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某种特定基因与病毒DNA构成重组DNA，然后，通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中，并由这种受精卵发育成新个体，这就是我们在前面提到的转基因动物。
通过转基因动物人们可以获得所需要的各种优良品质。
1982年，美国科学家将人的生长基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中，借腹怀胎后，产下的小白鼠比一般的大一倍，出现了前所未有的"超级鼠"，这是世界上第一只转基因动物。
人们还用同样的方法，陆续获得自然界中从来就不曾有过的"超级绵羊"和"超级鱼"等动物。
例如：
转基因绵羊，比一般绵羊生长快30％，体型大0.5倍；又如，澳大利亚科学家培育的转基因猪，4个月后可达90kg，生长速度比普通家猪提高100％。
学生3：
基因工程与医药卫生
基因工程在医药卫生领域的应用主要可概括为两个方面：
（1）用于生产基因工程药品
所谓基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。
基因工程的方法由于不受原料的限制，可以高效率的生产出各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、抗生素等。
（2）用于基因诊断和基因治疗
①基因诊断（展示DNA分子杂交过程的动画效果）
基因诊断：
运用基因分析对疾病作出诊断的方法，是遗传病最准确的诊断手段，也是一种威力强大的高新技术。
传统诊断方法是通过表现型来推测基因型，而基因诊断是从基因着手来推断表现型，即绕过基因产物，通过直接探查基因进行诊断，不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。
基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。
用放射性同位素（如P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。
癌细胞的病变过程，主要是由于基因调节控制失灵，通过基因诊断，将发生紊乱的基因加以修复，有希望根治癌症。
半乳糖血症是一种先天性糖代谢缺陷症，通过基因诊断，发现病人缺少一个合成半乳糖转移酶的基因。
若把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这种基因的人体中，治疗这种先天性疾病将成为可能。
基因诊断已用于镰刀状红细胞贫血症和地中海贫血症的诊断；对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。
②基因治疗
基因治疗，顾名思义，是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。
具体地说，它是利用基因转移或基因调控的手段，将正常基因转人疾病患者机体细胞内，取代致病的突变基因，表达所缺乏的基因产物。
或者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。
学生4：
基因工程在食品工业中的应用
随着人类社会的发展，粮食危机越来越威胁着人类的生存与发展，利用基因工程可以为人类开辟新的食物来源。
如鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达成功，表明人们有希望从发酵罐里生产出人类需要的卵清蛋白。
同样的，不久的将来，人们还可以从微生物中获得人们所需要的各种营养物质。
学生5：
基因工程应用于环保
基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。
据报道，用DNA探针可以检测饮用水病毒的含量。
具体方法：
用一个特定的DNA片段制成探针，与被测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。
与传统方法相比具有快速、灵敏的特点。
传统的检测一次，需几天或几个星期的时间，精确度不高，而用DNA探针只需一天。
据报道，能从1t水中检测出10个病毒来，精确度大大提高。
基因工程还可用于净化环境。
随着石油工业的迅速发展，石油这种含有多种烃类的物质对环境造成很大的污染。
自然界中，假单相杆菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假单抱杆菌只能分解石油中的某一种成分。
1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种焊类的基因都转到能分解另一种烃类的假单抱杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的"超级细菌"。
学生6：
展望21世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，它将为人类带来巨大的效益，人们不光在基因工程的技术上取得突破，还将加速其产业化的进程。
基因工程将在人类生活的方方面面发挥它举足轻重的作用。
教师：
同学们的陈述为我们展示了基因工程的美好前景。
现在请同学们看我摘录的一则消息：
1998年英国的研究人员普斯陶伊通过新闻媒体向人展示了他的研究成果：
实验鼠在食用转基因土豆十天后，其肾、脾和消化道都出现了不同程度的损伤。
你们怎样看待转基因生物和转基因食品的安全性呢？
学生：
阅读教科书P105的内容。
学生：
四人一组，根据课前教师整理印发给各组的《转基因生物和转基因食品利弊争论的要点》，对教科书P105资料分析中的两种观点进行思考、讨论，找出支持某一观点的有力论据。
学生：
分组讨论，教师强调支持某一观点的论据要充分，要注意科学性、客观性和逻辑性。
教师：
将听证会将角色扮演的程序、规则和具体要求以及评价标准，分发给各组，引导学生以小组为单位讨论并形成陈述报告要点。
学生：
在讨论的基础上，协商或小组指派某个角色，安排角色扮演活动。
教师：
角色扮演包括：
A.基因工程研发人员
B.转基因生物农场主或转基因食品生产商代表
C.环保志愿者
D.消费者
E.食品与药品检测监督部门的
升级会员 