教学设计1：基因工程的应用

《基因工程的应用》教学设计第三课时课题第3课时基因工程的应用教学目标1.知识目标：举例说出基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及其发展前景。2.技能目标：模拟抗虫棉的培育过程。3.情感目标：关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进了生产力的提高。教材分析重点1．抗虫棉培育的基本过程。2．基因治疗的基本原理。难点基因治疗的基本原理教法学法讲述、讨论、自主探究、学生练习教学过程教学过程教学过程教师活动学生活动【课前预习】1．列举动物基因工程的成果。2．列举植物基因工程的应用成果。【知识归纳】一、动物基因工程应用：【讲述】动物基因工程是20世纪80年代开始发展起来的，它从诞生那天起，就在动物品种改良、建立生物反应器、器官移植等很多方面显示了广阔的应用前景。【分析】1．提高抗病能力：提高动物对疾病的抗性，是动物品种改良的一个重要方面。现在已经培育出抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔等。2．提高产品产量：转生长激素基因动物的成功培育，为提高产品产量奠定了基础。如转基因鲑鱼明显大于野生鲑鱼。3．改善产品品质：在某些方面转基因动物的产品品质明显改善。如有些人会对乳糖过敏或消化不良，但在转基因牛乳腺细胞中有乳糖酶基因，生产的牛奶中无乳糖。4．生产药用蛋白：乳腺是公认的生产药用蛋白的理想器官。将外源蛋白基因转入牛等泌乳动物的体内，乳腺就成了“反应器”，能大量生产药用蛋白。【拓展】5．用转基因动物作器官移植的供体：目前，科学家正试图利用基因工程的方法对猪的器官进行改造，采用的方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。二、植物基因工程应用：【讲述】植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等），以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。【分析】1．提高植物的光合作用效率：改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，能提高植物对CO2的固定效率，还能通过增强植物对光能的吸收与转化效率来提高光合作用效率，提高作物的产量。2．延长果实的储藏期：乙烯是催熟果实的一种激素，在其形成过程中需要乙烯形成酶。通过基因工程可以获得能抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既保持了原有的品质，又延长了储藏期。3．提高植物次生代谢产物的效率：通过基因工程可以提高植物次生代谢产物的产率。例如，将产碱杆菌的有关基因转入拟南芥，转基因拟南芥会产生大量的用于生产可降解塑料的物质，对消除白色污染有重大意义。4．提高植物的抗性：将苏云金杆菌抗虫毒素蛋白基因转入植物，使转基因植物（如烟草）具有杀虫能力，害虫在取食含有杀虫蛋白的植物后会中毒死亡。【拓展】（1）用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。例如，我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。（2）抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白（CP）基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。（3）由于盐碱和干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节有关，目前科学家们正在利用一些可以调节细胞渗透压的基因，来提高农作物的抗盐碱和抗干旱的能力，这在烟草等植物中已获得了比较明显的成果。【拓展】5．改良植物的品质：（1）科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。例如，我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30%。（2）番茄含有丰富的维生素，但不耐储存。我国科学家将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得转基因延熟番茄。三、基因工程在医学实践中的应用：【讲述】基因工程和人类健康的关系十分密切，突出表现在基因诊断和基因治疗方面。1．基因诊断与基因治疗：基因诊断是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常（如遗传病患者的基因缺陷）或携带病原体（如乙肝病毒）等。基因治疗是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，这是治疗遗传病的最有效的手段。【分析】该操作中目的基因为正常人的腺苷脱氨酶（ADA）基因，受体细胞是患者的T淋巴细胞，逆转录病毒的作用是相当于载体。【拓展】1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。这种直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法叫做体内基因治疗。值得一提的是，无论哪一种基因治疗，目前都处于初期的临床试验阶段。【拓展】2．基因工程药物的生产：自20世纪80年代初，第一种基因工程药物——重组人胰岛素投放市场以来，利用转基因工程菌生产的药物已有60多种。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。例如我国自己生产的白细胞介素—2、干扰素、乙肝疫苗等。【典型例题分析】例1：我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导人棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是（）A．抗虫基因在棉花细胞中的表达也分为转录与翻译两个步骤。B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失。C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染。D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的。例2：上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍，转基因动物是指（）A.提供基因的动物B.基因组中增加外源基因的动物C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因信息的动物例3：（07，山东）继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是。（2）进行基因转移是，通常要将外源基因转入________中，原因是____。（3）通常采用_______技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。例4：1990年对一位缺乏腺苷脱氨酶基因，而患先天性体液兔疫缺陷病的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的T淋巴细胞取出作体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的T淋巴细胞中，再将这些转基因T淋巴细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。（1）在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的，此基因工程中的目的基因是，目的基因的受体细胞是。（2）将转基因T淋巴细胞多次回输到患者体内后，兔疫能力趋于正常是由于产生了，产生这种物质的两个基本步骤是和。【课堂总结】学生回答：学生活动1：阅读课本第17页图1—9，总结动物基因工程的应用成果，并分析每一种应用成果的目的基因种类。思考1：将目的基因导入动物体内，一般采用什么方法？常选择的受体细胞的类型是什么？回答：显微注射技术，受精卵细胞。学生活动2：阅读课本中的图