第1课时 目的基因的获取、基因表达载体的构建

“基因工程的基本操作程序” 教学设计【课标分析】与本节内容对应的课程标准的“内容要求”是：阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤。

【教材分析】本节课属于人教版教材选择性必修3《生物技术与工程》中的第3章“基因工程”，是本章的核心，具有承上启下的作用。

教材使用我国科学家成功培育转基因抗虫棉作为情境素材，将基因工程的基本操作程序贯穿于该情境中依次介绍。

利用情境串联知识，更易于学生理解和掌握知识，也能有效调动学生的学习积极性，但是使用单一情境，并不能系统而完整地呈现相关的技术和方法。

因此，本节课分为2个课时：第1课时以培育转基因抗虫棉为例，概括基因工程的基本操作流程，并学习相关的PCR、花粉管通道法等技术和方法；第2课时从第3节“基因工程的应用”选取合适的实例作为补充情境，介绍“基因表达载体的构建”、“将目的基因导入受体细胞”环节中涉及的其他技术和方法。

最后形成完整的基因工程操作程序流程图，并引导学生设计转基因产品方案，学以致用。

【学情分析】学生对“转基因”并不陌生，在必修二的学习中也对转基因产品如抗虫棉也有所耳闻。

以培育转基因抗虫棉为情境引入本节课的学习，是借助熟悉的事物来揭示背后的神秘机制，能够消减学生的陌生感，引起学生的好奇心。

学生具有一定的逻辑推理能力，能够利用必修二学习的知识来推理获得新知识。

基因工程中的PCR、基因表达载体的构建等知识过于抽象，需要利用图片、动画视频来提供直观感受，辅助理解。

【教学目标】1．生命观念：通过学习基因工程的基本原理和操作程序，发展结构与功能相适应的生命观念，更深入地理解生命的信息观。

2．科学思维：通过类比DNA复制过程，推出PCR反应所需的条件；根据基因表达的过程，推测基因表达载体的组成部分，推出目的基因检测与鉴定的几个水平；以流程图的形式，概括基因工程的基本操作程序。

通过相关实例的对比分析，理解社会需求对技术创新的推动作用，从技术的更新迭代中体会工程思维的创造性和优化意识。

新教材生物学人教版选择性必修3 生物技术与工程第3章第2节教学设计第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序第1课时获取目的基因与构建基因表达载体目录一、核心素养对接二、必备知识三、探究实践四、深化归纳五、应用创新第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序第1课时获取目的基因与构建基因表达载体一、核心素养对接1．结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。

2．运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。

3．结合模式图说出基因表达载体的组成，并理解构建目的。

二、必备知识（一）培育转基因抗虫棉的四个步骤1．目的基因的筛选与获取。

2．基因表达载体的构建。

3．将目的基因导入受体细胞。

4．目的基因的检测与鉴定。

（二）目的基因的筛选与获取(第一步)1．目的基因(1)概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。

(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。

2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。

(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt 基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。

(3)认识基因结构和功能的技术方法：测序技术、序列数据库、序列比对工具。

3．利用PCR获取和扩增目的基因(1)原理：DNA半保留复制。

(2)DNA复制所需的基本条件参与的组分在DNA复制中的作用解旋酶(体外用高温代替) 打开DNA双链DNA母链提供DNA复制的模板4种脱氧核苷酸合成DNA子链的原料DNA聚合酶催化合成DNA子链引物使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸(3)过程基于PCR的过程，请回答下列问题：①过程Ⅰ为变性，该阶段的温度为90 ℃以上，目的是使双链DNA解聚为单链。

②过程Ⅱ为复性，该阶段的温度为50 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

③过程Ⅲ为延伸，该阶段的温度为72 ℃左右，该过程需要在耐高温的DNA聚合酶的作用下，利用4种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则从子链的3′端延伸合成新的DNA链。

第1课时目的基因的获得、基因表达载体的构建图文，驾驭获得目的基因的两种方法。

2.结合教[目标导读] 1.阅读教材P72～74图4－11，理解基因表达载体的构建过程。

材P77[重难点击] 1.目的基因的含义与常用获得方法。

2.基因表达载体的构建。

3.大肠杆菌质粒的提取。

抑制疾病传播的转基因蚊子巴西等拉美国家深受致倦库蚊的危害。

致倦库蚊可携带多种病毒和寄生虫，能够传播脑炎、丝虫等传染病，而这些传染病常年在拉美国家肆虐。

为了抑制疾病的传播，巴西科学家培育出了一种转基因雄性致倦库蚊。

科学家在雄性致倦库蚊体内植入一种特别基因，当具该基因的转基因雄蚊与野生雌蚊交配时，这种基因可以进入雌蚊的基因组，并使雌蚊死亡，从而削减了该种蚊子的数量，达到抑制疾病传播的目的。

怎样才能最终得到转基因雄蚊呢？让我们一起来学习基因工程的基本操作程序吧！一、目的基因的获得1．目的基因：是指人们所须要的进行探讨的基因，如抗虫基因、抗病基因等。

2．获得目的基因的方法(1)化学合成法①概念：利用化学反应干脆合成基因。

②适用条件：已知核苷酸序列的、相对分子质量较小的目的基因。

③仪器：自动合成仪。

④缺点：成本昂贵，不适用于序列未知的目的基因。

(2)从基因组中干脆分别法——鸟枪法(如图所示)(3)扩增：在驾驭了目的基因的部分或全部信息后，可以设计引物，利用扩增仪(仪)干脆扩增目的基因。

(4)反转录法以为模板，借助反转录酶，通过仪合成与序列互补的片段，然后在聚合酶的作用下合成双链，从而获得所须要的目的基因。

如图表示基因工程中获得水稻某目的基因的不同方法。

据图分析：1．图示分别是哪种方法？是在体内还是体外进行的？答案三种方法分别是：反转录法、干脆分别法和化学合成法，都是在体外进行的。

2．三种方法都须要酶，分别是哪些酶？答案方法a须要反转录酶和聚合酶；方法b须要限制性内切酶；方法c须要聚合酶。

3．三种方法获得的目的基因的碱基对的排列依次都相同吗？答案不都相同。

构建基因表达载体的步骤
构建基因表达载体的主要步骤包括：
1.目的基因的获得：即使用限制性核酸内切酶切割质粒，露出黏性末端，再用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因，使其产生相同的黏性末端。

2.载体和目的基因的限制性酶切：用相同的限制性酶酶切载体和目的基因，使它们产生相同的黏性末端。

3.连接转化：将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处，再使碱基互补配对结合，两个黏性末端吻合在一起，碱基之间形成氢键。

4.加入适量的DNA连接酶，催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核酸连接起来，形成一个重组DNA分子。

课时课题：1.2基因工程的基本操作程序第1课时课型：新授课。

梯度训练：1．下列属于获取目的基因的方法的是（ D ）①利用mRNA反转录形成②从基因组文库中提取③从受体细胞中提取④利用PCR技术⑤利用DNA转录⑥人工合成A.①②③⑤B.①②⑤⑥C.①②③④D.①②④⑥2．从基因文库中获取目的基因的根据是（ D ）A.基因的核苷酸序列B.基因的功能C.基因的转录产物mRNAD.以上都是3．PCR技术扩增DNA需要的条件是（ A ）①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA⑥核糖体A.①②③④B.②③④⑤C.①③④⑤D.①②③⑥4．正确表示基因操作“四部曲”的是（ C ）A.提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因与运载体的结合→目的基因的检测和表达。

B.目的基因的检测和表达→提取目的基因→目的基因与运载体的结合→目的基因导入受体细胞。

C.提取目的基因→目的基因与运载体的结合→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和表达。

D.目的基因与运载体的结合→提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和表达。

5.科学家在培育抗虫棉时，经过了许多复杂的过程和不懈的努力，才获得成功。

起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中，然后导入棉花的受精卵中，结果抗虫基因在棉花体内没有表达。

然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端)，导人棉花受精卵，长成的棉花植株还是没有抗虫能力。

科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端)，导入棉花受精卵，结果成长的植株，有了抗虫能力。

由以上过程推知，作为目的基因的运载体应具备的结构是( D )A．目的基因、启动子B．目的基因、终止子C．目的基因、启动子、终止子D．目的基因、启动子、终止子、标记基因（选做题）6.下图是将人类的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图，所用的载体为质粒A。

已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒导入细菌B后，其上的基因能得到表达。

第2节基因工程的基本操作程序一、教学目标（1）阐明基因工程的原理和基本操作程序。

（2）针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。

（3）尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。

二、教学重点（1）基因工程基本操作程序的四个步骤。

（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。

三、教学难点（1）利用PCR获取和扩增目的基因。

（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。

四、课时安排2课时五、教学过程（一）新课导入展示抗虫棉与普通棉的对比图片。

转基因抗虫棉是如何培育出来的？下面我们来学习它的操作步骤。

培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

（二）讲授新课第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建一、第一步：目的基因的筛选与获取（1）目的基因：用于改变受体细胞性状或获取预期表达产物等的基因，这些基因主要是指编码蛋白质的基因。

（基因通常是指有遗传效应的DNA片段）改变受体细胞性状：如抗逆性、抗虫性、抗病性、生长迅速、品质优良。

获得预期表达产物：生产药物、毒物降解酶、工业用酶等。

（2）区分抗虫棉目的基因：来源：苏云金杆菌（Bt），原核生物苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（Bt抗虫蛋白）：破坏鳞翅目昆虫的消化系统Bt抗虫基因（Bt基因）原理：Bt抗虫蛋白在碱性环境中被酶分解为多肽，多肽可以和昆虫肠上皮细胞膜上特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，害虫死亡。

而人和牲畜胃呈酸性，Bt抗虫蛋白不能分解为相应的多肽，肠上皮细胞膜上也没有相应的受体。

所以对人和牲畜无害。

1、筛选合适的目的基因（1）方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选（2）实例：苏云金杆菌常用于制成生物杀虫剂，研究表明其杀虫作用与Bt基因有关，科学家已经了解了Bt基因的结构、功能以及其翻译产生的Bt抗虫蛋白的结构与功能。

（3）三大核酸序列数据库：GenBank（美国）、EMBL（欧洲）、DDBJ（日本）上面有许多生物的全基因组测序数据，以及一些研究清楚的基因的结构及功能注释，可以直接从中获得目的基因的序列以及它在染色体上的位置。