基因工程及其应用教学设计教案
教学准备 1. 教学目标 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. 教学重点/难点 1 .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。 2. 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。 3. 教学用具 教学课件 4. 标签 教学过程 一、导入 多媒体展示一组图片,能发光的水母、不能发光的热带斑马鱼、超级小鼠超级鱼等图 片,然后介绍,图片中这些生物的出现是基因“嫁接”的结果,提出问题, 二、问题讨论 1. 为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上? 推测这种“嫁接”怎样能实现? 2. 这种“嫁接”对品种的改良有什么意义? 我们今天就来学习这方面的知识,基因工程及其应用。1973年美国科学家科恩创立了 定向改造生物的新技术-…基因工程。 引导学生进行探究:从糖尿病治疗实例入手,共同研究基因工程及有关的技术。 组织学生讨论分析:治疗糖尿病的药物是什么?用什么方法获得胰岛素才能满足社会 需要呢? 大多同学想到从动物胰脏中提取,这确实是获得胰岛素的一种方法。科学家运用这种 方法提取胰岛素,结果每lOOKg胰脏只能提取4-5g胰岛素,不仅需要消耗大量的动物肝 脏,而且提取过程复杂,必然是产量低、价格昂贵,远远满足不了社会的需要。还有没有 其他更好的方法? 学生各叙己见,教师归纳引出基因工程的方法。目前成功的做法是:把胰岛素基因从 人的DNA分子上剪下,与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的DNA,再把新的DNA导入大 肠杆菌,用大肠杆菌来生产人的胰岛素! 问题探究:为什么想到用大肠杆菌来生产胰岛素呢?易培养,繁殖速度快。 三、假设模型 (一)基因工程的原理 组织学生讨论分析:DNA分子的直径只有2.0nm,粗细只有头发丝的十万分之一,长度 也是极其短小的,一般以iim为单位,如大肠杆菌的DNA长度为1.36)im.在如此微小的 DNA分子上进行剪切和拼接,是一项非常精细的工作,这些工作的完成需要一些特殊的工 具。 问题探究: 组织学生讨论分析:用什么方法才能把胰岛素基因切下来呢? 有的同学想法很好,用酶。科学家把这样的酶叫作: 1、限制性核酸内切酶,形象的比喻为“基因的剪刀”。 组织学生讨论分析:限制性核酸内切酶为什么能切割DNA,这与它的特点有关,限制 得出:每种限制性核酸内切酶只能识别特定的核昔酸序列,并在其中特定的位点上切 割DNA分子。 组织学生讨论分析:用限制性核酸内切酶切割DNA分子后,其切口处露出什么结构? 生:黏性末端。 师:用限制性核酸内切酶切割DNA分子后,露出几个黏性末端? 生:二个。 师:这两个黏性末端有什么特点? 生:其上的碱基可以互补配对。 师:黏性末端的出现对DNA的拼接有意义吗?为什么? 生:有意义,用同一种限制性核酸内切酶切割两种来源不同的DNA,可以得到互补配 对的黏性末端,把两者的黏性末端连起来,就能把一个DNA中的基因剪下并拼接到另一 个DNA分子上。 师:很好。 2. 基因针线:DNA连接酶 师:现在我们接着上面讨论,如何将胰岛素基因切下并与大肠杆菌的DNA拼接? 生:用同一种限制性核酸内切酶分别切割胰岛素基因和大肠杆菌DNA,可以得到互补 配对的黏性末端,把两者的黏性末端连起来,就可以把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA 分子上。 师:通过上述技术能将两个DNA完全拼接成一个新的DNA吗? 生:不能。 师:为什么?还需要怎么办? 生:还需要用DNA连接酶连接。 师:DNA连接酶的作用是什么? 生:把DNA这把“梯子”的扶手断口处连接起来。 3. 基因的运输工具:载体 师:下面还要请大家思考:切下的人的胰岛素基因与大肠杆菌的什么结构相拼接才能 顺利导入大肠杆菌呢? 生:质粒。 师:质粒的作用、本质及对受体细胞的影响如何? 生:质粒的作用是运输工具,质粒的本质是环状DNA,对细胞没有不良影响。 师:常用的载体有哪些?最常用的载体是什么? 生:常用的载体有质粒、噬菌体及一些动植物病毒,最常用的载体是质粒。 师:有了上述工具我们就可把把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA分子上去,再请同 学总结一下:把胰岛素基因从人的DNA分子上剪下,与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的 DNA,用到的工具有哪些?这些工具的作用是什么? 生:基因的剪刀:限制性核酸内切酶;基因针线:DNA连接酶;基因的运输工具:载 体。 师:下面向大家展示人的胰岛素基因从人的DNA分子上切下,再拼接到大肠杆菌的 质粒DNA上去以及大肠杆菌生产胰岛素的全过程。 (过程展示) (二)、基因工程的有关概念 师:什么是目的基因? 生:人们所需要的特定基因叫目的基因。 师:什么是受体细胞? 生:人们所需要的特定基因导入的细胞称为受体细胞。 师:什么是重组DNA? 生;来源不同的DNA在体外,经过一定人工“剪切”和“拼接”形成新的DNA叫重组 DNAo 师:什么是基因工程? 生:基因工程又叫重组DNA技术,是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,对生 物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞 内表达,产生人类需要的基因产物。 师:重组DNA导入受体细胞后还需什么重要步骤才能完成大肠杆菌生产胰岛素的全 过程? 生:还有重组DNA的扩增,目的基因的产物表达等。 师:扩增是指目的基因进入受体细胞后随受体细胞的繁殖而 复制,获得大量目的基因的过程;目的基因的产物表达是指目的基因进入受体细胞后 能产生特定的产物的过程。这两步的完成才能说明基因工程的全过程的完成。 (三)、基因工程的步骤 师:基因工程的一般过程包括哪些基本步骤? 生:基因工程的基本步骤包括获取目的基因,目的基因与运载体结合,形成重组DNA, 重组DNA导入受体细胞并进行扩增,目的基因的产物表达等。 (课件展示) 师:下面请各学习小组代表上台,交流学习成果。 (四)、基因工程的应用 1 .用基因工程的方法设计抗软化番茄的培育过程。 2. 用基因工程的方法设计能生产人的干扰素的大肠杆菌的培育过程。 3. 用基因工程的方法设计能生产鸡蛋白的大肠杆菌的培育过程。 4. 用基因工程的方法设计能吐出蚕丝的大肠杆菌的培育过程。 5. 我国在基因工程方面的成就有哪些? (五)、转基因食品的安全性讨论 结束语 师:同学们今天我们共同探索了基因工程及有关的技术,在课上很多同学表现出了聪 明和才智。 基因工程是现代生物技术的尖端学科,基因工程还有很多需要探索的课题,随着基因 工程技术的不断完善和成熟,基因工程将造福人类,基因工程专业正成为大学最热门的专 业,相信不远的将来,在座的同学中一定有世界级基因工程专家! 课堂小结 本节的内容信息量大、专业术语较多,在教学