62基因工程及其應用

1、第6章從雜交育種到基因工程第2節(jié) 基因工程及其應用一、教學目標知識目標a、簡述基因工程的基本概念；b、簡述基因工程的基本工具；c、簡述基因工程的基本操作步驟；d、舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境保護等領(lǐng)域的應用。能力目標a 、通過對課本插圖的觀察，培養(yǎng)學生科學的觀察方法；b、培養(yǎng)學生收集“轉(zhuǎn)基因生物的轉(zhuǎn)基因食品的”相關(guān)信息的能力；c、培養(yǎng)學生科學處理信息的能力、獲取新知識的能力、邏輯推理的能力。情感態(tài)度價值觀目標a、通過基因工程的簡介，鼓勵學生積極探索新知和科學創(chuàng)新；b、通過了解基因工程的成果及發(fā)展前景，激發(fā)學生學習興趣，關(guān)注科學技術(shù)在社會中的相互作用；c、關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性

2、。二、教學重點 基因工程的基本原理（概念、工具、操作步驟）；基因工程的安全性問題。三、教學難點 基因工程的基本原理；轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。四、教學方法 討論法、演示法五、教學過程【導入】 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)生對人類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氣。    （3）人的胰島素細胞能分泌胰島素調(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的結(jié)果，但是人類能不能改造基因呢？能不能使本身

3、沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢？例如，讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮氣；讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等藥物。這樣既節(jié)省了人力，又簡化了生產(chǎn)，同時還不會對環(huán)境造成污染。這種設(shè)想能實現(xiàn)嗎？回答是可以的。通過科學家們的不斷努力，在20世紀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?！净蚬こ痰脑怼刻岢鰡栴}組織學生討論、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）推測這種“嫁接”怎樣才能實現(xiàn)？（3）這種“嫁接”對品種的改良有什么意義？【問】雜交育種有哪些局限性？人類是否可以按照自己的意愿直接定向改變生物?！澳愕南敕ê芎?，可是用什么樣的方法才能實現(xiàn)你的設(shè)想

4、呢？”用類比的方法引導學生思考基因工程的大致步驟和所需要的工具：剪刀、針線、運載體等。并用問題啟發(fā)學生：“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，其難度會有多大嗎？” 下面以EcoRI為例，構(gòu)建重組DNA分子模型，體會基因的剪切、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”，專門識別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（參考教科書插圖6-3）。同學們來試一試，動手做一個重組DNA模型吧。在動手做之前，先要明白“分子剪刀”

5、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縫合（參考教科書插圖6-4）。這樣“剪切拼接”就可以形成重組的DNA分子?！締枴浚?）制作模型時用到的(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)有什么特點呢 ?（2）回顧在模型構(gòu)建過程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“產(chǎn)品”，你對重組DNA的操作有什么新的理解？【問】要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性未端？【問】用DNA連接酶連接兩個相同的黏性未端要連接幾個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)？用限制酶切一個特定基因

6、要切斷幾個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)在同學們分組各做一個重組DNA模型，看一看哪個組的最科學。重組后的DNA分子還需要特殊的搬運工具運載到受體細胞（如大腸桿菌、動植物細胞）中。哪么誰能承擔這個任務呢？用圖片或課件動畫展示質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)及特點。講解質(zhì)粒的特點：細胞擬核之外的小的環(huán)狀DNA分子。借宿于細菌、霉菌、酵母菌等細胞里，對細胞的正常生活幾乎沒有影響。質(zhì)粒能夠自主復制，而且復制只能在宿主細胞內(nèi)完成。 可以容易地從細胞中取出或放入。這些特點使它能夠勝任運載體的工作，攜帶目的基因進入細胞?！締枴坑辛嘶蚬こ滩僮鞯墓ぞ吆?，哪么基因工程具體是如何進行操作的呢，教師

7、：用多媒體課件或與教科書插圖6-6示意圖類似的基因操作步驟的有關(guān)錄像資料。思考問題如下：（可以利用幻燈或多媒體課件演示）（1）舉例說明什么是目的基因。（2）從供體細胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？簡要說出該方法的過程是什么。（3）人工合成基因的方法有幾種？其操作過程分別是什么？（4）將目的基因與用限制性內(nèi)切酶處理后的運載體混合，用DNA連接酶處理會出現(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)粒導入細菌受體細胞的過程中常用到哪種化學試劑？其作用是什么？（6）在目的基因的檢測過程中，檢測的對象是什么？【講述】現(xiàn)在請同學們閱讀教材內(nèi)容，從理論上理解有關(guān)知識，同學們可從生物學的專業(yè)知

8、識角度出發(fā)，用生物學的專業(yè)術(shù)語準確地解答有關(guān)問題。簡要歸納基因工程操作的基本步驟和大致過程。【小結(jié)】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，就是按照人們地意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，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：特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點。    結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。  基因的針線DNA連接酶。  &#

9、160; 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：兩個相同的黏性未端的連接。    基因的運輸工具運載體。    作用：將外源基因送入受體細胞。    具備的條件：能在宿主細胞內(nèi)復制并穩(wěn)定地保存。                  具有多個限制酶切點。  

10、;                具有某些標記基因。    種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。    質(zhì)粒的特點：質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體。                  最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒。 

11、;                 存在于許多細菌及酵母菌等生物中。                  質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響。           

12、60;      質(zhì)粒的復制只能在宿主細胞內(nèi)完成。                  細胞染色體外能自主復制的小型環(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）目的基因與運載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）。      目的基因與運載體結(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細胞。  &