基因工程的基本操作程序教學(xué)設(shè)計 高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修三

基礎(chǔ)教育精品課教學(xué)設(shè)計

課程基本信息學(xué)科生物年級高二年級學(xué)期春季課題第三章第二節(jié)基因工程的基本操作程序（一）教科書書名：生物學(xué)——選擇性必修三出版社：人民教育出版社出版日期：2020年7月教學(xué)目標(biāo)1.通過比較DNA體內(nèi)復(fù)制和PCR的異同，了解引物的作用，構(gòu)建PCR的基本反應(yīng)體系，同時推測PCR的基本過程。2.觀看視屏并通過問題串強化PCR的基本過程，同時明確引物在PCR過程中的重要性，并結(jié)合拓展題歸納總結(jié)引物設(shè)計的具體要求3.能基于所補充的基因的基本結(jié)構(gòu)說出基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)組成，并通過閱讀教材建構(gòu)基因表達(dá)載體構(gòu)建過程的模型示意圖。利用紙條通過模擬實驗來模擬基因表達(dá)載體建構(gòu)的過程，直觀的呈現(xiàn)單酶切所存在的問題并能通過分析提出相應(yīng)的解決辦法。4.能在具體情境中選擇合適的限制酶，并歸納總結(jié)選擇限制酶的原則教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點：PCR的原理和過程基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)組成和建構(gòu)過程教學(xué)難點：理解PCR技術(shù)獲得目的基因的原理以及引物設(shè)計在PCR過程中的重要性如何選擇合適的限制酶來切割目的基因和質(zhì)粒以便于更好的構(gòu)建基因表達(dá)載體教學(xué)過程【導(dǎo)入】分別利用限制酶、DNA連接酶和載體對抗菌肽基因進行切割、拼接和運載。那要獲得轉(zhuǎn)基因抗?jié)儾～J猴桃具體又需要哪些基因操作程序【整體構(gòu)建】培育轉(zhuǎn)基因抗?jié)儾～J猴桃的簡要過程培育轉(zhuǎn)基因抗病獼猴桃主要需要四個步驟：目的基因的篩選與獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。【一、目的基因的篩選與獲取】1、目的基因概念：在基因工程的設(shè)計和操作中，用于改變受體細(xì)胞性狀或獲得預(yù)期表達(dá)產(chǎn)物等的基因。主要指的是編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。例：抗菌肽通過作用于細(xì)菌細(xì)胞膜，破壞其完整性，從而殺死細(xì)菌?？茖W(xué)家將“抗菌肽基因”轉(zhuǎn)入獼猴桃中，獼猴桃產(chǎn)生抗菌肽抵抗細(xì)菌感染，從而避免患潰瘍病。補充基因的結(jié)構(gòu)2、目的基因的篩選篩選方法：從相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中進行篩選例：科學(xué)家掌握了抗菌肽基因的序列信息（結(jié)構(gòu)已知），同時抗菌肽多數(shù)只作用于細(xì)菌細(xì)胞膜，對植物和動物細(xì)胞無影響（功能清晰）3、目的基因的獲取①人工合成目的基因人工化學(xué)合成的DNA分子長度有限，且在短時間內(nèi)合成的數(shù)量有限，如何在短時間之內(nèi)大量獲取目的基因？——②利用PCR獲取和擴增目的基因4、PCR提出疑問：利用PCR技術(shù)如何獲取目的基因？①什么是PCRPCR是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫。它是一項根據(jù)DNA半保留復(fù)制的原理，在體外提供參與DNA復(fù)制的各種組分與反應(yīng)條件，對目的基因的核苷酸序列進行大量復(fù)制的技術(shù)。PCR的本質(zhì)其實就是DNA分子在體外的大量復(fù)制②DNA復(fù)制所需的基本條件【學(xué)生活動】：回憶體內(nèi)DNA復(fù)制所需要的基本條件及每個組分在復(fù)制過程中所發(fā)揮的作用。教師精講：DNA聚合酶只能將游離的脫氧核苷酸連接到已有片段的3’端，因此在體內(nèi)DNA復(fù)制是就需要一段小的單鏈RNA分子來作為引物，使DNA聚合酶能夠從其3’端開始連接脫氧核苷酸，也就決定了子鏈的延伸方向是從5’端到3’端。引物是一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸那么DNA復(fù)制實際是分了3步，即解旋、引物與模板結(jié)合、子鏈延伸。PCR與體內(nèi)DNA復(fù)制的區(qū)別（教師精講）A、高溫解旋：解旋溫度的高低與DNA模板的氫鍵數(shù)呈正相關(guān)B、耐高溫DNA聚合酶，最適溫度72℃左右C、通常以小的單鏈DNA作為引物說明：PCR所用原料實為dNTP，dNTP和ATP類似可以通過基團轉(zhuǎn)移為反應(yīng)提供能量③PCR的基本過程【學(xué)生活動】：根據(jù)體內(nèi)DNA復(fù)制的過程推測PCR的基本過程以及每一步所需要的條件觀看PCR的視頻思考與討論①PCR過程中需要幾種引物？2種②復(fù)性時為什么不會出現(xiàn)兩條模板相互結(jié)合的情況？模板一般較長，比引物復(fù)雜，重新結(jié)合的概率低；引物的量足夠多而模板量少，因此引物與模板結(jié)合的概率大。③通過PCR技術(shù)如何在DNA分子中獲取目的基因？PCR只能擴增兩條引物之間的部分，根據(jù)目的基因的兩端設(shè)計合適的引物就能從DNA分子中獲取目的基因?！就卣箲?yīng)用】設(shè)計引物是PCR技術(shù)關(guān)鍵步驟。某同學(xué)設(shè)計的兩組引物(只標(biāo)注了部分堿基序列)都不合理(如下圖)，請分別說明理由。第1組：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部發(fā)生堿基互補配對而失效第2組：引物Ⅰ′自身內(nèi)部部分堿基發(fā)生互補配對而失效歸納總結(jié)：引物設(shè)計的要求a引物自身不能環(huán)化b兩種引物之間不能互補配對c引物長度不宜過短，防止引物隨機結(jié)合④PCR技術(shù)獲取目的基因時至少要經(jīng)過幾次循環(huán)才能從DNA分子中分離出目的基因？⑤可以用PCR可以擴增mRNA嗎？mRNA不可以直接擴增，需要將它逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進行擴增。【二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建】1、目的①確?；蛟谑荏w細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代②使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。2、基因表達(dá)載體的組成學(xué)生活動：思考要使抗菌肽基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并能夠表達(dá)和發(fā)揮作用，表達(dá)載體需要哪些結(jié)構(gòu)？3、基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程學(xué)生活動：請閱讀教材，并用文字和箭頭表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程？【探究活動，模型建構(gòu)】：使用一種限制酶切割抗菌肽基因和pBI121質(zhì)粒，共有幾種連接情況？活動材料：活動要求：請大家嘗試用膠帶模擬DNA連接酶進行操作。學(xué)生展示：總結(jié)：一種限制酶切割會產(chǎn)生的多種情況思考討論：如何防止目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化以及目的基因的反向連接？選擇兩種不同的限制酶同時對目的基因和質(zhì)粒切割【拓展應(yīng)用】請根據(jù)下圖選擇合適的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，以便于構(gòu)建基因表達(dá)載體PstI和EcoRI歸納總結(jié)：選擇限制酶的原則