基因工程的基本操作程序教学设计 高二下学期生物人教版选择性必修三

基础教育精品课教学设计

课程基本信息学科生物年级高二年级学期春季课题第三章第二节基因工程的基本操作程序（一）教科书书名：生物学——选择性必修三出版社：人民教育出版社出版日期：2020年7月教学目标1.通过比较DNA体内复制和PCR的异同，了解引物的作用，构建PCR的基本反应体系，同时推测PCR的基本过程。2.观看视屏并通过问题串强化PCR的基本过程，同时明确引物在PCR过程中的重要性，并结合拓展题归纳总结引物设计的具体要求3.能基于所补充的基因的基本结构说出基因表达载体的结构组成，并通过阅读教材建构基因表达载体构建过程的模型示意图。利用纸条通过模拟实验来模拟基因表达载体建构的过程，直观的呈现单酶切所存在的问题并能通过分析提出相应的解决办法。4.能在具体情境中选择合适的限制酶，并归纳总结选择限制酶的原则教学内容教学重点：PCR的原理和过程基因表达载体的结构组成和建构过程教学难点：理解PCR技术获得目的基因的原理以及引物设计在PCR过程中的重要性如何选择合适的限制酶来切割目的基因和质粒以便于更好的构建基因表达载体教学过程【导入】分别利用限制酶、DNA连接酶和载体对抗菌肽基因进行切割、拼接和运载。那要获得转基因抗溃疡病猕猴桃具体又需要哪些基因操作程序【整体构建】培育转基因抗溃疡病猕猴桃的简要过程培育转基因抗病猕猴桃主要需要四个步骤：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。【一、目的基因的筛选与获取】1、目的基因概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。主要指的是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。例：抗菌肽通过作用于细菌细胞膜，破坏其完整性，从而杀死细菌。科学家将“抗菌肽基因”转入猕猴桃中，猕猴桃产生抗菌肽抵抗细菌感染，从而避免患溃疡病。补充基因的结构2、目的基因的筛选筛选方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选例：科学家掌握了抗菌肽基因的序列信息（结构已知），同时抗菌肽多数只作用于细菌细胞膜，对植物和动物细胞无影响（功能清晰）3、目的基因的获取①人工合成目的基因人工化学合成的DNA分子长度有限，且在短时间内合成的数量有限，如何在短时间之内大量获取目的基因？——②利用PCR获取和扩增目的基因4、PCR提出疑问：利用PCR技术如何获取目的基因？①什么是PCRPCR是聚合酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。PCR的本质其实就是DNA分子在体外的大量复制②DNA复制所需的基本条件【学生活动】：回忆体内DNA复制所需要的基本条件及每个组分在复制过程中所发挥的作用。教师精讲：DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到已有片段的3’端，因此在体内DNA复制是就需要一段小的单链RNA分子来作为引物，使DNA聚合酶能够从其3’端开始连接脱氧核苷酸，也就决定了子链的延伸方向是从5’端到3’端。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸那么DNA复制实际是分了3步，即解旋、引物与模板结合、子链延伸。PCR与体内DNA复制的区别（教师精讲）A、高温解旋：解旋温度的高低与DNA模板的氢键数呈正相关B、耐高温DNA聚合酶，最适温度72℃左右C、通常以小的单链DNA作为引物说明：PCR所用原料实为dNTP，dNTP和ATP类似可以通过基团转移为反应提供能量③PCR的基本过程【学生活动】：根据体内DNA复制的过程推测PCR的基本过程以及每一步所需要的条件观看PCR的视频思考与讨论①PCR过程中需要几种引物？2种②复性时为什么不会出现两条模板相互结合的情况？模板一般较长，比引物复杂，重新结合的概率低；引物的量足够多而模板量少，因此引物与模板结合的概率大。③通过PCR技术如何在DNA分子中获取目的基因？PCR只能扩增两条引物之间的部分，根据目的基因的两端设计合适的引物就能从DNA分子中获取目的基因。【拓展应用】设计引物是PCR技术关键步骤。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。第1组：引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效第2组：引物Ⅰ′自身内部部分碱基发生互补配对而失效归纳总结：引物设计的要求a引物自身不能环化b两种引物之间不能互补配对c引物长度不宜过短，防止引物随机结合④PCR技术获取目的基因时至少要经过几次循环才能从DNA分子中分离出目的基因？⑤可以用PCR可以扩增mRNA吗？mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。【二、基因表达载体的构建】1、目的①确保基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代②使目的基因能够表达和发挥作用。2、基因表达载体的组成学生活动：思考要使抗菌肽基因在受体细胞中稳定存在，并能够表达和发挥作用，表达载体需要哪些结构？3、基因表达载体的构建过程学生活动：请阅读教材，并用文字和箭头表示基因表达载体的构建过程？【探究活动，模型建构】：使用一种限制酶切割抗菌肽基因和pBI121质粒，共有几种连接情况？活动材料：活动要求：请大家尝试用胶带模拟DNA连接酶进行操作。学生展示：总结：一种限制酶切割会产生的多种情况思考讨论：如何防止目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接？选择两种不同的限制酶同时对目的基因和质粒切割【拓展应用】请根据下图选择合适的限制酶切割目的基因和质粒，以便于构建基因表达载体PstI和EcoRI归纳总结：选择限制酶的原则