1.2《基因工程的基本操作程序》教案(選修3)

1、基因工程的基本操作程序教學過程教學內容教學手段 和方法預期 目標1.課前預 習，引入 對基因工 程的基本 操作程序 的學習。課前準備：通過預習解決以下問題1、 基因，程的基本操作程序主要包括哪幾個步驟？2、 試分析每一步驟的必要性。師：通過預習同學們都能解決第一個問題，基因工程的基本操作程序包括生：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因 導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。師：第二個問題我們可以將它拆分成四個小問題逐個兒解決：1、為什么要有“目的基因的獲取”這一步？先請一個同學將基因工程的原理告訴大家。生：基因，程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通 過體外DNA重組和轉基因等技術，

2、賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。師：這既是基因工程的原理又是其概念，通過這一表述中 的“創(chuàng)造出更徒食人們霸聚的新的生物類型和生物產(chǎn)品”你得出什么樣的信息？生：這是基因工程的優(yōu)點也是基因工程的目的，可以實現(xiàn) 這一目標的只有目的基因，有了目的基因我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。師：很好，良好的開端等于成功的一半，我們繼續(xù)往下分 析2、為什么要有“表達載體的構建”這一步？生：構建表達載體的目的是為了使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能表達和發(fā)揮作用。（教材P11）師：看來同學們課前已經(jīng)進行了精心預習了，那么第三步學生

3、討論。引導 大家思考。贊 揚也是教育加強預習環(huán) 節(jié)使學生認識 每一步驟的必 要性O“目的基因導入受體細胞”它又是出于什么目的呢？生：單獨的DNM段目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的，含有 目的基因的表達載體只有進入受體細胞，并且維持穩(wěn)定和表達， 才能實現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉化。（教材P12）師：最后一步“目的基因的檢測與鑒定”呢？生：這是因為目的基因是否真止插入受體細胞的DNA中，是否能夠在受體細胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達，只有通過檢測、鑒定才能得知。（教材 P13）師：看來基因工程的每個操作步驟都是必不口少的，卜面我們按照基因工程的操作步驟，對每一程序的相關技術和方法進行 學習一、目的基因的獲

4、取通俗地講就是將需要的基因從供體生物的細胞內提取出 來。閱讀教材911頁相關內容，回答卜列問題：1、什么是目的基因，舉例說明。生：目的基因主要是指編碼蛋白質的結構基因，例如，與 生物抗逆性有關的基因、與優(yōu)良品質相關的基因、與生物 藥物和保健品有關的基因、與毒物降解有關的基因，以及 與工業(yè)所需用酶相關的基因等。師：同樣目的基因還可以是一些具有調控作用的因子。目 前被較J、泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、 人胰島素基因、人十擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物 抗病基因等。師：獲得目的基因的方法有哪些？生：可以從基因文庫中獲取目的基因，還口以利用PC叱術擴增目的基因。師：什么是基因文庫？生

5、：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的/、同的 基因，稱為基因文庫。師：什么是部分基因文庫？的一種方 式。學生討論。 討論中及時 發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新 思維的學 生，鼓勵發(fā) 表意見。學 生再次議 論。及時鼓勵學 生。學生看書。將直白的教學 內容變得有思 維力度。以上教學也是 將四個操作過 程整合到一個 完整的過程之 中2.學習目的 基因的獲取2.1從基因庫中獲取目 的基因2.2利用PCR 足術擴增目的生：只含有一種生物的一部分基因，這樣的基因文庫叫做 部分基因文庫。師：基因文庫包含了某種生物的全部基因，又可稱為基因 組文庫，如果將每個基因看成一本書

6、則基因文庫就可以比 喻成國家圖書館，這里的資料既多又齊全，而部分基因文 庫只包含了該生物的部分基因，如，cDNA文庫，因此部分基因文庫只能比喻成某個市或單位的圖書館。閱讀教材P11的生物技術資料卡，比較 cDNA文庫和基因組文庫的區(qū)別。師：怎樣從基因文庫中得到我們所需的目的基因？生：根據(jù)基因的核甘酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉錄產(chǎn)物mRNA以及基因翻譯產(chǎn)物蛋白質等特性來獲取目的基因。師：很好。除了這種方法我們還可以利用PCRa術擴增目的基因。PCR聚合酶鏈式反應（polymerase chainreaction）的縮寫，是一項再生物體外復制特定DNAt段的核酸合成技術。通過

7、此技術，可獲取大量的目的基因。通 過閱讀教材完成下列填空。原理： （DNA勺復制）條件： （已知基因的核甘酸序列，四種脫氧核甘酸，一對引物，DNA聚合酶）方式：以 什旨數(shù)）方式擴增，即 一（2n） （n為擴增循環(huán)的次數(shù)）結果： （使目的基因的片段在短時間內成百萬倍地擴增）過程：a、DNA變性（90C-96C）:目的基因DNA受熱變性, （氫鍵斷裂），形成 （DNAII鏈）。b、退火（復性25C-65C）:系統(tǒng)溫度降低， （引物）與（DNA莫板）結合，形成局部雙鏈。c、延伸（70C-75C）合成鏈在 DDNAM合酶）作用下進行延伸，合成與模板互補的 DNA師：此外，如果基因比較小，核甘酸序列又已

8、知，也可以 通過DN蛤成儀用化學方法直接人工合成。二、基因表達載體的構建教師點撥。學生看插 圖。學生看書。引導學生對基 因組文庫和部 分基因文庫作 對比，在比較中 加深認識。讓文字 與插圖結合，使 抽象的文字在 直觀的插圖中 得以體現(xiàn)。提高學生思維 的深刻性。解決本課的難 點°廛因3.學習基 “表達載體的 i勾建這是實施基因工程的第二步也是基因工程的核心。1 .用一定的（限制酶）切割質粒，使其出現(xiàn)一個 切口，露出（黏性末端）。2 .用 （同一種限制酶）切斷目的基因，使其 產(chǎn)生 （相同的黏性末端）。3 .將切下的目的基因片段插入質粒的 （切口）處， 再加入適量 （DNA接酶），形成了一

9、個重組 DNA 分子（重組質粒）師：看圖1-10基因的表達載體模式圖總結基因表達載體的 組成。生：基因表達載體是由復制原點，目的基因，啟動子，終 止子，標記基因師：它們各自的作用是什么呢？生：啟動子是一段有特殊結構的DNA段，位于基因的首端，它是RNAM合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動 基因轉錄出mRNA最終獲得所需要的蛋白質。生：終止子位于基因的尾端，是一段特殊結構的DN即片段，使轉錄在所需要的地方停止下來。生：標記基因的作用是為了鑒別受體細胞中是否含有目的 基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。師：并不是所有的基因表達載體都是一樣，根據(jù)受體細胞 的不同它們也會有相應的變化。三、將目的

10、基因導入受體細胞師：將目的基因導入受體細胞的方法，目前開發(fā)出來的已 有很多種，每種方法都有其利弊，適合于不同的受體細胞， 在具體實施過程中，究竟選哪種方法，要根據(jù)具體情況而學生看書,接著議論?？磿鴮W習。學生討論。將局部問題 整合到實際 工作的全過 程中思考。以填空的形式， 誘導思考，解決 難點。1、將目的基因導入植物細胞常用的方法有農(nóng)桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法, 閱讀教材P12回答下列問題：利用插圖加深對載體必須具4.將目的基 因導入受體細 胞4.1將目的基 因導入植物細 胞你能說說農(nóng)桿菌轉化法的大概過程嗎？學生歸納。備條件的認識。根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因導入雙子葉植物的機理，你能分析

11、出農(nóng)桿菌不能將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？生：根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)一些 糖類和酚類物質吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中，而研究表 明這種物質是在雙子葉植物的細胞壁中合成的，通常不存在 于單子葉植物中，這也是單子葉植物不被根瘤農(nóng)桿菌侵染的 原因。如果想將一個抗病基因導入單子葉植物，理論上你認為該怎 么做？生：選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，加趨化和誘導的物質使 農(nóng)桿菌向植物受傷組織靠攏。學生 結合插圖尋培養(yǎng)學生的歸 納能力。2、將目的基因導入動物細胞顯微注射技術是轉基因動物中采用最多，也是最為有效的 一種將目的基因導入動物細胞的方法。3、將目的基因導入微生物細胞思考：為什么選用微生物

12、作為受體細胞？生：原核生物具有一些其他生物沒有的特點：繁殖快，多 為單細胞、遺傳物質相對較少等，因此，早期的基因工程 都用原核生物作為受體細胞。師：大腸桿菌細胞最常用的轉化方法是：首先用Ca2+處理細胞,以增大細菌細胞壁的通透性 ,使細胞 處一種能吸收周圍環(huán)境中 DNA分子的生理狀態(tài)，這種細胞 稱為感受態(tài)細胞.第二步是將重組表達載體 DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合,在一定的溫賞T促進感受態(tài)細胞吸收DN肪子,完成轉化過程.第二步目的基因在受體細胞內，隨其繁殖而復制，由于細菌 繁殖的速度非?？?，在很短的時間內就能獲得大量的目的基 因。思考：為什么要用 Ca2+處理細胞？找體現(xiàn)基礎知識的準確

13、運用。在生：因為大腸桿菌等細菌的細胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2+處理，以增加細菌細胞壁的通透性。四、目的基因的檢測與鑒定師：受體細胞攝入 DNA分子后就說明目的基因完成了表達 嗎？分析插圖運用中加深對 基礎知識的深 層次理解生：不能，受體細胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說明目的看書學習。4.2將目的基基因完成了表達。師：這是基因工程的最后一步也是檢查基因工程是否做成功的一步。它可以從以下三個是方面進行檢測：檢測轉基因生物的染色體 DNAh是否插入了目的基因，一般教師點撥因導入動物細米用的方法是 DN酚子雜交。米用一定的技術手段，將兩種胞生物的 DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個單鏈具有互補4.3將目的基 因導入微生物的堿基序列，那么，互補的堿基序列就會結合在一起，形成 雜合雙鏈區(qū)；