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2019-2020年新人教高一生物《基因工程及其應(yīng)用》word教案 一、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) （1）簡(jiǎn)述基因工程的基本原理。 （2）舉例說(shuō)出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。 情感態(tài)度與價(jià)值觀 （1）關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 （2）進(jìn)行角色扮演，使學(xué)生體驗(yàn)參與社會(huì)問(wèn)題的討論和決策的方法。 （3）通過(guò)學(xué)習(xí)了解我國(guó)基因工程的發(fā)展前景及成果，激發(fā)學(xué)生對(duì)于生物知識(shí)的興趣，開(kāi)闊學(xué)生的思路，養(yǎng)成學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義熱情，樹(shù)立在學(xué)習(xí)上努力刻苦的決心。 能力目標(biāo) （1）利用課本以外的資料和信息解決課內(nèi)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。 （2）通過(guò)制作模型的活動(dòng)來(lái)模擬基因工程的操作過(guò)程，使學(xué)生在理解步驟的同時(shí)，切身體會(huì)基因工程的主要過(guò)程。 （3）收集基因工程所取得的成果以及發(fā)展前景。 （4）通過(guò)對(duì)書(shū)中插圖、照片等的觀察，學(xué)會(huì)科學(xué)的觀察方法，培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的能力。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)： (1) 基因工程的基本原理。 (2) 基因工程的安全性問(wèn)題。 教學(xué)難點(diǎn)： (1)基因工程的基本原理。 (2)轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 三、教學(xué)方法：討論法、演示法、講授法 四、教學(xué)課時(shí)：2 五、教學(xué)過(guò)程 教學(xué)內(nèi)容 教師組織和引導(dǎo) 學(xué)生活動(dòng) 教學(xué)意圖 情境創(chuàng)設(shè) 演示多媒體課件列舉幾種生物的不同性狀，如下： （1）青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)有用的抗生素——青霉素。 （2）豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮?dú)狻? （3）人的胰島素細(xì)胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度。 〖講述〗以上幾種生物各自有其特定的性狀，這些性狀都是基因特異性表達(dá)的結(jié)果，但是人類(lèi)能不能改造基因呢？能不能使本身沒(méi)有某個(gè)性狀的生物具有某個(gè)特定性狀呢？例如，讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮?dú)猓蛔屛⑸锷a(chǎn)出人的胰島素、干擾素等藥物。這樣既節(jié)省了人力，又簡(jiǎn)化了生產(chǎn)，同時(shí)還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。這種設(shè)想能實(shí)現(xiàn)嗎？回答是可以的。通過(guò)科學(xué)家們的不斷努力，在20世紀(jì)70年代終于創(chuàng)立了一種能定向改造生物的新技術(shù)——基因工程。 基因工程的原理 “問(wèn)題探討” 提出問(wèn)題組織學(xué)生討論、交流看法。 （1）為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上？ （2）推測(cè)這種“嫁接”怎樣才能實(shí)現(xiàn)？ （3）這種“嫁接”對(duì)品種的改良有什么意義？ 【問(wèn)1】雜交育種有哪些局限性？人類(lèi)是否可以按照自己的意愿直接定向改變生物。 “你的想法很好，可是用什么樣的方法才能實(shí)現(xiàn)你的設(shè)想呢？” 用類(lèi)比的方法引導(dǎo)學(xué)生思考基因工程的大致步驟和所需要的工具：剪刀、針線、運(yùn)載體等。并用問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生：“你能想像這種剪刀加漿糊式的’嫁接工作在分子水平的操作，其難度會(huì)有多大嗎？” 下面以EcoRI為例，構(gòu)建重組DNA分子模型，體會(huì)基因的剪切、拼接、縫合的道理。 EcoRI是已發(fā)現(xiàn)的500多種限制性內(nèi)切酶中的一種，它是一種從細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)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分子內(nèi)部“下剪刀”，專(zhuān)門(mén)識(shí)別DNA分子中含有的“GAATTC”這樣的序列，一旦找到就從G和A之間剪斷（參考教科書(shū)插圖6-3）。 同學(xué)們來(lái)試一試，動(dòng)手做一個(gè)重組DNA模型吧。在動(dòng)手做之前，先要明白“分子剪刀”和“分子針線”的用途和使用方法。 用同一種限制性內(nèi)切酶切割后的DNA片斷其末端可以用連接酶來(lái)縫合（參考教科書(shū)插圖6-4）。這樣“剪切拼接”就可以形成重組的DNA分子。 【問(wèn)】（1）制作模型時(shí)用到的(剪刀和針線)各代表什么?比較剪切后的DNA片斷的末端切片，你發(fā)現(xiàn)有什么特點(diǎn)呢 ? （2）回顧在模型構(gòu)建過(guò)程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“產(chǎn)品”，你對(duì)重組DNA的操作有什么新的理解？ 【問(wèn)】要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性未端？ 【問(wèn)】用DNA連接酶連接兩個(gè)相同的黏性未端要連接幾個(gè)磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯鍵)？用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯鍵)？ 現(xiàn)在同學(xué)們分組各做一個(gè)重組DNA模型，看一看哪個(gè)組的最科學(xué)。 重組后的DNA分子還需要特殊的搬運(yùn)工具運(yùn)載到受體細(xì)胞（如大腸桿菌、動(dòng)植物細(xì)胞）中。哪么誰(shuí)能承擔(dān)這個(gè)任務(wù)呢？ 用圖片或課件動(dòng)畫(huà)展示質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。 〖講解〗質(zhì)粒的特點(diǎn)： 細(xì)胞擬核之外的小的環(huán)狀DNA分子。 借宿于細(xì)菌、霉菌、酵母菌等細(xì)胞里，對(duì)細(xì)胞的正常生活幾乎沒(méi)有影響。 質(zhì)粒能夠自主復(fù)制，而且復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。 可以容易地從細(xì)胞中取出或放入。 這些特點(diǎn)使它能夠勝任運(yùn)載體的工作，攜帶目的基因進(jìn)入細(xì)胞。 【問(wèn)】有了基因工程操作的工具后，哪么基因工程具體是如何進(jìn)行操作的呢， 教師：用多媒體課件或與教科書(shū)插圖6-6示意圖類(lèi)似的基因操作步驟的有關(guān)錄像資料。思考問(wèn)題如下：（可以利用幻燈或多媒體課件演示） （1）舉例說(shuō)明什么是目的基因。 （2）從供體細(xì)胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？簡(jiǎn)要說(shuō)出該方法的過(guò)程是什么。 （3）人工合成基因的方法有幾種？其操作過(guò)程分別是什么？ （4）將目的基因與用限制性內(nèi)切酶處理后的運(yùn)載體混合，用DNA連接酶處理會(huì)出現(xiàn)幾種結(jié)果？（只考慮兩兩結(jié)合） （5）將含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌受體細(xì)胞的過(guò)程中常用到哪種化學(xué)試劑？其作用是什么？ （6）在目的基因的檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)的對(duì)象是什么？ 【講述】現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材內(nèi)容，從理論上理解有關(guān)知識(shí)，同學(xué)們可從生物學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)角度出發(fā)，用生物學(xué)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)準(zhǔn)確地解答有關(guān)問(wèn)題。 簡(jiǎn)要?dú)w納基因工程操作的基本步驟和大致過(guò)程。 思考回答 1.雜交育種方法簡(jiǎn)單，容易操作的優(yōu)點(diǎn)，但是，雜交育種只能利用已有基因的重組，按需選擇，并不能創(chuàng)造新的基因。雜交后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，育種進(jìn)程緩縵，過(guò)程繁瑣。我們可以利用基因工程的辦法解決。即把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上。 （頭腦中設(shè)想“嫁接”的過(guò)程。） 頭腦中設(shè)想“嫁接”的過(guò)程。并跟隨教師的引導(dǎo)，思考基因工程的大致步驟：找到目的基因、剪切、拼接、縫合、表達(dá)、檢測(cè)，所用到的工具：基因剪刀、基因針線、基因的運(yùn)載體。 4個(gè)人一組，再次閱讀課前教師下發(fā)的“構(gòu)建DNA分子模型的文字指導(dǎo)”。 討論模型構(gòu)建的具體方法，按“指導(dǎo)”的方法步驟、依次完成模擬制作過(guò)程。并思考教師提出的問(wèn)題?；卮鸩⒔涣鲗?duì)重組DNA技術(shù)的理解。 學(xué)生：剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）。它的作用具有特異性特點(diǎn)，即識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)。例如大腸桿菌的EcoRI限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。剪切的結(jié)果是：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。 【答】要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切2個(gè)切口?？僧a(chǎn)生2個(gè)黏性未端。 針線——DNA連接酶。連接的部位：磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。結(jié)果是：把兩個(gè)來(lái)源不同卻有相同的黏性未端的DNA連接。 【答】2個(gè)、2個(gè)。 觀看圖片或課件，了解質(zhì)粒的特點(diǎn)及其運(yùn)載體功能。 觀看錄像資料，想像科學(xué)家在分子水平上進(jìn)行這一操作的精確性。然后思考、討論、回答。（通過(guò)觀看錄像資料學(xué)生對(duì)基因工程的步驟能夠大體了解，對(duì)以上的問(wèn)題能基本回答，但是對(duì)具體的操作步驟還不能從生物學(xué)角度上很透徹地理解。） 學(xué)生和教師一起歸納基因工程操作的幾個(gè)步驟： 第一步：提取目的基因、 第二步：目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合、 第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、 第四步：目的基因的檢測(cè)和表達(dá)。 小結(jié)及板書(shū) 1、基因工程的概念： 基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說(shuō)，就是按照人們地意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。 2、基因操作的工具： 基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶。 分布：主要在微生物中。 作用特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)。 結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。 基因的針線——DNA連接酶。 連接的部位：磷酸二酯鍵（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。 結(jié)果：兩個(gè)相同的黏性未端的連接。 基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體。 作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。 具備的條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。 具有某些標(biāo)記基因。 種類(lèi)：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。 質(zhì)粒的特點(diǎn)：質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體。 最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒。 存在于許多細(xì)菌及酵母菌等生物中。 質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響。 質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。 細(xì)胞染色體外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。 3、基因操作的基本步驟。 （1）提取目的基因 目的基因的提取途徑：兩條，一條是從供體細(xì)胞的DNA中直接分離基因；另一種是人工合成基因。 （2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運(yùn)載體）。 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的結(jié)果可能有三種情況：目的基因與目的基因結(jié)合，質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。 （3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。 導(dǎo)入方法：借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。 導(dǎo)入過(guò)程：運(yùn)載體為質(zhì)粒，受體細(xì)胞為細(xì)菌。 （4）目的基因的檢測(cè)和表達(dá) 檢測(cè)：通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記基因的有無(wú)，來(lái)判斷目的基因是否導(dǎo)入。 表達(dá)：通過(guò)特定性狀的產(chǎn)生與否來(lái)確定目的基因是否表達(dá)。