高中生物 1.2《基因基本操作程序—基因表达载体的构建》教学设计 新人教版选修3

基因工程的基本操作程序【教学目标】1.简述基因工程原理及基本操作程序。

2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。

3.培养学生探索科学的严谨态度【教学重点】基因工程基本操作程序的四个步骤。

【教学难点】（1）从基因文库中获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

【教学过程】高考资源网复习：转基因抗虫棉培育的大致过程？引入：基因工程的基本操作程序：(一)、目的基因的获取目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因获取目的基因的方法：①从基因文库中获取（基因组文库，部分基因文库）②利用PCR技术扩增目的基因（变性，复性，延伸）原理：（DNA的复制）条件：（已知基因的核苷酸序列，四种脱氧核苷酸，一对引物，DNA聚合酶）方式：以（指数）方式扩增，即（n为扩增循环的次数）结果：（使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增）过程：a、DNA变性（90℃-96℃）：目的基因DNA受热变性，（氢键断裂），形成（DNA单链）。

b、退火（复性25℃-65℃）：系统温度降低，（引物）与（DNA模板）结合，形成局部双链。

c、延伸（70℃-75℃）：合成链在（DNA聚合酶）作用下进行延伸，合成与模板互补的DNA。

③通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成(二)、基因表达载体的构建基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。

目的：使目的基因在受体细胞内稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。

基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点基因表达载体的构建过程：1.用一定的_______（限制酶）切割质粒，使其出现一个切口，露出____（黏性末端）。

2.用__________（同一种限制酶）切断目的基因，使其产生__________（相同的黏性末端）。

3.将切下的目的基因片段插入质粒的_____（切口）处，再加入适量_______ （DNA连接酶），形成了一个重组DNA分子（重组质粒）(三)、将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2019-2020年高中生物 1.2基因工程的基本操作程序教案新人教版选修3教学建议本节教学难点多,内容抽象,学生学起来具有一定的困难,因此建议采取化整为零、各个击破的教学策略。

例如,可以先解决为什么要分四个步骤的问题,再解决每一步骤的技术方法问题。

在突破每个难点、重点时,要注意加强教学媒体的运用,图文结合,使一些抽象的知识点“形象化”。

例如,在讲授利用PCR技术扩增目的基因时,可以先展示PCR反应原理的动态过程,让学生有个直观的认识,便于更好地理解。

同时在必修教材中学习过的一些知识可作为学习新知识的铺垫,所以在讲授新课之前可以先布置学生预习相关的内容。

比如说,目的基因的检测就与必修2中DNA指导蛋白质合成的过程相关联。

通过复习相关内容,学生就比较容易理解为什么要在三个层次上进行检测;而学习基因组文库时,若能联系必修2中人类基因组计划的内容,就可以让学生获得一些感性认识;还有在学习PCR扩增技术时,涉及了必修2中DNA复制的内容。

在课堂小结环节,建议通过安排学生设计某一转基因生物,将基因工程的操作程序有机地串联起来,从而加深对这一程序的认识。

例如,烟草是人类健康的“杀手”。

如果让它生产出人类需要的药物蛋白,应如何操作?通过这一实例引导学生结合目的基因从何而来,基因表达载体如何构建,如何导入烟草,如何检测药物蛋白产生与否等问题完成设计,可加深学生对基因工程原理的理解。

参考资料分子杂交技术分子杂交技术是基因工程中使用频率很高的一项技术,主要用于检测和鉴定,可以分为核酸分子之间的杂交和蛋白质分子之间的杂交。

常用的技术有下列三种。

1.Southern杂交——DNA和DNA分子之间的杂交。

目的基因是否整合到受体生物的染色体DNA 中,这在真核生物中是目的基因可否稳定存在和遗传的关键。

如何证明这一点,就需要通过Southern杂交技术。

基本做法:第一步,将受体生物DNA提取出来,经过适当的酶切后,走琼脂糖凝胶电泳,将不同大小的片段分开;第二步,将凝胶上的DNA片段转移到硝酸纤维素膜上;第三步,用标记了放射性同位素(或生物素)的目的DNA片段作为探针与硝酸纤维素膜上的DNA进行杂交;第四步,将X光底片压在硝酸纤维素膜上,在暗处使底片感光;第五步,将X光底片冲洗,如果在底片上出现黑色条带,则表明受体植物染色体DNA上有目的基因。

.1．2 基因工程的基本操作程序1．掌握目的基因获取的常见方法。

(难点)2．学会基因表达载体构建的方法和要求。

(重点)3．理解目的基因导入受体细胞的方法。

(重点)4．掌握目的基因检测与鉴定的具体操作。

(重、难点)1．目的基因(1)主要是指编码蛋白质的基因。

(2)一些具有调控作用的因子。

2．获取方法(1)从基因文库中获取①基因组文库：含有一种生物所有的基因。

②部分基因文库：含有一种生物的一部分基因，如cDNA文库。

(2)利用PCR技术扩增目的基因①含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。

②原理：DNA双链复制。

③条件：引物、DNA模板、Taq酶、四种脱氧核苷酸。

④过程。

a．目的基因DNA受热变性后解链为单链(90～95 ℃)。

b．引物与单链相应互补序列结合(55～60 ℃)。

c．在DNA聚合酶作用下进行延伸(70～75 ℃)。

d．重复循环多次。

⑤结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增(约为2n)。

(3)人工合成法①条件：基因比较小，核苷酸序列已知。

②方法：通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。

[合作探讨]探讨1：基因组文库和部分基因文库有什么区别？提示：基因组文库包含一种生物的全部基因，部分基因文库只包含一种生物的一部分基因。

探讨2：PCR过程中需要解旋酶吗？所需要的DNA聚合酶应具有什么特点？提示：PCR过程中，DNA双链解开是在高温下完成的，不需要解旋酶；由于PCR过程温度较高，所以需要能耐高温的DNA聚合酶。

探讨3：什么样的基因适合用DNA合成仪直接人工合成？提示：基因比较小，且核苷酸序列已知。

[思维升华]1．目的基因获取方法的选择(1)如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过构建基因文库的方法，即通过用受体菌储存并扩增目的基因后，从基因文库中去获取目的基因。

(2)如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过DNA合成仪利用化学方法人工合成。

(3)如果只知道扩增目的基因的两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过PCR技术扩增目的基因。

《基因表达载体的构建》教学设计
一、教学目标
阐明基因表达载体的组成和构建过程
二、教学重难点
基因表达载体的构建过程
三、教学过程
1.基因表达载体的构建目的
基因工程的核心是基因表达载体的构建，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。

同时使目的基因能够表达和发挥作用。

2.基因表达载体的组成
一个基因表达载体的组成，除了有目的基因外，还必须有启
动子、终止子、标记基因等。

①启动子：启动子是一段有特殊序列结构的DNA片
段，位于基因的上游，紧挨转录的起始位点，它是RNA聚合酶
识别和结合的部位，有了它才能够驱动基因转录出mRNA，最终表
达出人类所需的蛋白质。

②终止子：位于基因的下游，也是一段有特殊
序列结构的DNA片段，是转录过程终止的信号。

③标记基因的作用：用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因就可以作为标记基因。

3.基因表达载体的构建程序
单酶切：先用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶（同尾酶）切割载体和含有目的基因的片段，再用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体上，形成重组DNA分子。

双酶切：用酶a,酶b两种酶切割质粒和目的基因。

因为酶a,酶b产生的黏性末端不同，所以可以防止质粒重新环化，酶a切割目的基因和质粒产生的黏性末端相同，酶b切割目的基因和质粒产生的黏性末端相同，所以目的基因和质粒连接的时候只能正向连接，防止了质粒和目的基因反向连接，目的基因两端的切口的黏性末端不同，所以可以防止目的基因自身环化。

另外还可以防止质粒与质粒以及目的基因与目的基因的自身大量连接,大大提高正确连接的效率。

“基因表达载体的构建”专题1 1.2基因工程的基本操作程序之基因表达载体的构建一、目的基因和运载体的连接二、利用标记基因筛选含目的基因的受体细胞 三、目的基因和启动子的相对位置关系 附件1：附件2：【教学反思】基因表达载体的构建是基因工程的关键步骤，空间想象难度大，科学理论和技术实践密切联系，思维跨度也大。

福州屏东中学学生程度一般，正因如此，处理不好会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，导致教学流于形式。

本节课用微课和模型成功地化解了难点。

一方面基于学生课前微课的“先学”，学生对表达载体的构建有个整体的认识，然后以此为支架在课堂上填充和拓展内容，当学生在课堂上遇到相关问题时，能尽快到达 “最近发展区”，获得进一步的发展，使学生逐渐对细节有更丰富更具体的理解，这种先整体后局部的处理符合学生的认知规律。

基于微课的先学后教模式实质上是利用微课为学生创设一个情境，使学生带着思考和疑惑走进课堂，节省课堂的热身时间，从而使高效率大容量的课堂教学目标得以实现。

另一方面高二学生具有抽象思维，但是仍然需要感性知识，形象知识作为支持，所以教师精心设计纸质模型，基于教材原有的学习完“DNA 重组的基本工具”后的纸圈模拟活动，再设计了双酶切的活动，化微观为直观，一系列问题的发生都源自学生自己亲手构建的模型，从模型中发现问题，进而逐步由浅入深。

学生像科学家一样思考问题、解决问题，获得成功的体验。

由于是带着问题的探究模拟活动，使学生的课堂参与是形式之上思维的积极参与。

学生获得的体验是：基因工程这么高深的原理原来我也能想得到。

学生的纸质模型立体、科学、易操作，但不好展示，而教师利用不同颜色的磁贴，随着课程的逐步推进，简洁明了地逐步在黑板上呈现，让整个环节衔接自然，师生互动流畅。

直观的教学手段——模型构建，减轻了学生掌握这些知识的阻力，激发了学习积极性，使学生在轻松愉快的氛围中突破了重难点，强化了学生交流合作意识。

总之，作为教师，应该想学生之所难，积极探索有效途径，一堂成功的课不是展示教师的才智、形象、语言，更要通过学生的成功来反映。

第二节基因工程的基本操作程序（第 2课时）基因表达载体的构建教学设计一、教材分析（一）教学目标：生命观念、阐明构建基因表达载体的过程及意义。

科学思维，科学探究：熟记基因表达载体组成部件及各部件的作用。

社会责任：尝试用用剪刀代表限制酶用胶带代表 DNA链接酶模拟基因表达载体构建过程。

（二）教学重点和难点1、教学重点：基因表达载体构建过程及意义。

2、教学难点：尝试用用剪刀代表限制酶用胶带代表 DNA链接酶模拟基因表达载体构建过程。

二、学情分析学生经过上一节课的学习已经掌握 DNA重组技术所需三种基本工具的作用及基因工程载体所需条件等知识，具备学习基因工程的基本操作程序一节的基础，但本节基因表达载体的构建过程是一个难点，学生学习起来有一定的困难，需借助让学生分组构建模型的活动突破难点。

三、教学方法自主学习法、问题驱动法、讲述法、分组讨论法、合作探究法四、课时安排 1课时五、教学过程（一）导入新课复习提问上节课所学内容：重组 DNA技术的基本工具？限制酶的来源？限制酶的作用特点及作用的化学键？限制酶切割的结果？DNA连接酶的作用？DNA 连接酶作用的化学键？DNA连接酶的种类？基因工程的基本操作程序？通过复习提问以上几个问题，导入本节课题基因工程的操作核心步骤 基因表达载体的构建》。

（二）新课教学设计问题，让学生带着问题去阅读教材 80页相关内容。

〔问题一〕获取目的基因以后为什么不能直接将目的基因导入受体细胞？构建基因表达载体的目的是什么？〔问题二〕基因表达载体的组成包括哪几部分？个部分的作用是什么？阅读教材内容后让学生完成学案【任务一】上的三个问题1.构建基因表达载体的目的是什么？2.自主在空白环状质粒上绘制基因表达载体各组成部分。

3.请写出各组件的功能，组内交流并请代表展示。

完成学案后让让学生展示答案并回答以下问题。

〔问题三〕启动子的本质、位置及功能？〔问题四〕终止子的本质、位置及功能？重要提醒1.启动子≠起始密码子终止子≠终止密码子①启动子是位于基因首端的一段特殊序列，它是 RNA聚合酶识别、结合的部位。

1. 2基因工程的基本操作程序（第1课时）
一、学情分析
本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工
程的应用》。

本节教学难点多，学生学习有一定的困难，会感觉知识点比较驳杂，学习和记忆比较吃力，因此采取化整为零、各个击破的教学策略进行学习，并针对知识点进行详细划分归类帮助学生更好地理清思路帮助记忆。

教学目标
1.知识与技能
简述基因工程的原理和技术
2.过程与方法
1、通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。

2、通过对基因工程的基本操作程序的学习，使学生在理解步骤的同时，举一反三，对于其他
基因工程操作实例做到能理解、能介绍，从而培养学生对相关知识的理解能力及良好的语言表达能力。

3. 情感态度和价值观
通过引导学生在网上的探究活动，引导学生主动参与，乐于探究，培养学生收集和处理科学
信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。

一、教学重点
基因工程基本操作程序的四个步骤。

二、教学难点
（1）从基因文库中获取目的基因。

（2）利用PCR技术扩增目的基因。

三、教学方法
组织讨论法、多媒体教学法
四、课时类型及安排
新授课 3课时
教师活动学生活动教学意图
复习提问：
①基因工程的概念是什么？②基因操作的工具酶有几种？分别是什么？③基因的剪刀是什么？其主要思考，回答通过提问复习巩固旧知识，引
导学主在理解基因工程概念和
基因操作工具的基础上，提出
六、 板书设计
专题一 1.2基因工程的基本程序
一、基因工程步骤1.目的基因概念 2获取方法。

基因工程操作的主要步骤课题：基因工程操作的主要步骤学习重点：理解植物组织培养技术的基本原理和方法步骤；单克隆抗体及其应用。

学习过程：导言：现代生物工程技术是一项发展迅速、功效神奇的，高新技术，为解决人类面临的粮食、资源与能源，环境与健康等重大问题开辟了新的途径，蕴藏着巨大的经济潜力和社会效益。

近代生物工程的核心实质上是基因工程，具体地说，基因工程就是把—种生物的主要遗传物质DNA分子的片段提取出来，在体外进行切割，彼此搭配，重新“缝合”，再引入到另一种生物的活细胞内，使两者的遗传物质结合起来，以改变其遗传结构，创造新物种或新品种。

基因工程是目前社会普遍关注的热点，而且与中学学习密切相关。

1.基因工程操作的主要步骤(1)目的基因的制备：目的基因就是基因工程所要转移的基因或人工合成所需基因。

分离目的基因首先要确定目的基因在组织中的DNA分子上的位置.然后运用有切割作用的限制内切酶切割DNA分子而获得。

(2)重组DNA：在体外条件下，把目的基因与某一载体连接在—起，形成杂种DNA分子。

目前采用的载体主要是细菌质粒、某些噬菌体和病毒。

现在流行的转基因技术是在生物自身基因组中插入外源基因，完成 DNA重组。

(3)重组DNA的表达：重组得到的DNA杂种分子，在合适条件下复制增殖并使日的基因在载体组织中通过控制蛋白质的合成而得以表达，从而体现目的基因原来控制的性状。

2人类基因组计划（HGP）每个人类体细胞中的细胞核中包含分别来自父本和母本的两套染色体。

基因组就是每套染色体上的全部基因，基因组包括全部遗传特征。

人类基因组计划 (HGP)的目标就是绘制四张图，每张图均涉及人类一套染色体的常染色体和性染色体。

具体情况如下：两张·图的染色体排列都标明人类全部大约10万个基因的位置(其中一张图用遗传单位表示基因间的距离；另一张图用棱苷酸数目表示基因间的距离)；一张图显示染色体上全部DNA约30亿个碱基对的排列顺序，还有一张是基因转录图。