62基因工程及其應(yīng)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(yīng)用一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)a、簡(jiǎn)述基因工程的基本概念；b、簡(jiǎn)述基因工程的基本工具；c、簡(jiǎn)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(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。能力目標(biāo)a 、通過對(duì)課本插圖的觀察，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的觀察方法；b、培養(yǎng)學(xué)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(xué)生科學(xué)處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、邏輯推理的能力。情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)a、通過基因工程的簡(jiǎn)介，鼓勵(lì)學(xué)生積極探索新知和科學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)興趣，關(guān)注科學(xué)技術(shù)在社會(huì)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(xué)重點(diǎn) 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(xué)難點(diǎn) 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(xué)方法 討論法、演示法五、教學(xué)過程【導(dǎo)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(duì)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?dú)狻?#160;   （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，但是人類能不能改造基因呢？能不能使本身

3、沒有某個(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)?；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(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】提出問題組織學(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】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。“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

4、呢？”用類比的方法引導(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”，專門識(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（參考教科書插圖6-3）。同學(xué)們來試一試，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”

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(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】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】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

6、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。哪么誰能承擔(dān)這個(gè)任務(wù)呢？用圖片或課件動(dòng)畫展示質(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?！締枴坑辛嘶蚬こ滩僮鞯墓ぞ吆螅拿椿蚬こ叹唧w是如何進(jìn)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(xì)胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？簡(jiǎn)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(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)的專業(yè)知

8、識(shí)角度出發(fā)，用生物學(xué)的專業(yè)術(shù)語準(zhǔn)確地解答有關(guān)問題。簡(jiǎn)要?dú)w納基因工程操作的基本步驟和大致過程?！拘〗Y(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(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。  &#

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(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)。  

10、;                具有某些標(biāo)記基因。    種類：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。 

11、;                 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)胞無影響。           

12、60;      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。  &