基因工程的基本操作程序 第2课时教案-高二生物人教版选择性必修

3.2《基因工程的基本操作程序第2课时》教学设计教材分析《基因工程的基本操作程序》这一节是基因工程这一章的核心，具有承上启下的作用。本节内容体现了前一节介绍的“分子工具”的综合运用，涉及的技术和操作流程又是后一节介绍的基因工程应用的基础。本节对基因工程基本操作程序的介绍贯串在培育转基因抗虫棉的情境中。有了情境的依托，学生学习的积极性被调动起来，相关的知识不再孤立，便于学生理解和掌握。由于限定在一个具体的情境中，因此知识内容的范围会发生一定的变化。教材在保证学生知识结构的系统性和完整性的基础上，对有的内容进行了补充，有的内容进行了简化。例如，因为筛选合适的目的基因是基因工程操作的第一步，也是转基因产品安全性的重要保障，所以教材中增加了对相关内容的阐述；因为在我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家是人工合成了目的基因，而现在常用PCR特异性地快速扩增目的基因，所以教材不再详细阐述从基因文库中获取目的基因的方法，只是简要提及还可以通过构建基因文库来获取目的基因；因为科学家是通过花粉管通道法将目的基因导人了棉花细胞，所以教材正文介绍了花粉管通道法，而将另一种导入目的基因的方法——农杆菌转化法的介绍放在了“资料卡”中，让学生阅读和了解等。上述内容的变化并不会对学生掌握本节学习的要点产生影响。本节教学难点颇多，学生学习有一定的困难，削枝强干能降低他们学习的负担，提高学习的效果。在阐明了培育转基因抗虫棉的四个基本步骤后，教材再推而广之，概括了基因工程的基本操作流程，并简单补充介绍了基因工程涉及的其他技术和方法。借鉴于教材的设计，教师在进行课程设计时，可以采取别的情境贯穿，但要保证情境的真实性，需要查阅相当的资料来确定实际具体的操作是怎样的。当然，基因工程这部分知识有其特有的难度和复杂性，查阅的资料当中，有很多会晦涩难懂，教师需要删繁就简，适当改编，在不影响科学性的前提下为教学所用教学目标：1.掌握基因表达载体常规组件构成，通过动手操作，能理解双酶切和单酶切后连接的不同产物。2.通过实例，理解通过标记基因筛选重组载体的方法教学重难点：能够阐明操作程序各步骤，也就是要能够深刻理解每一步骤的原理，这就需要教师创设情境、创造条件，引导学生一步步在思维上完成整个操作程序。对于“基因表达载体构建”来说，相对微观和抽象，特别是限制酶切割后的黏性末端是怎样的，两两相连的连接产物有哪些，不动手操作的话，相对较难理解。而连接产物的种类也直接影响后续将目的基因导入受体细胞后，受体细胞的类型，进而影响最终对于重组载体的筛选过程。这所有的探究过程，可以很好地发展学生的科学思维，提高科学探究能力，而这其中，也渗透了结构与功能相适应等生命观念。学生课前学习活动为了达成本节课的学习目标，学生需要课前复习本节课用到的相关知识，比如：1、限制酶的切割部位是？并能画出以下限制酶切割后的黏性末端2、转录过程；RNA聚合酶的作用等课堂教学过程：学习任务教师活动学生活动设计意图新课引入展示荧光水母照片，介绍科学家首先从水母体内提取出了绿色荧光蛋白【提问】那么水母体内为什么会有绿色荧光蛋白呢？根本原因是？展示能发出绿色荧光的大肠杆菌。介绍“之后的研究，有科学家将绿色荧光蛋白基因导入大肠杆菌，并使该基因在大肠杆菌中完成了表达”【提问】外源的绿色荧光基因是如何导入大肠杆菌细胞内并得以表达的呢？学生回答以荧光水母作为情境导入，提出“外源的绿色荧光基因是如何导入大肠杆菌细胞内并得以表达的呢？”问题，引发学生思考，激起学习兴趣回顾联系上节课所学【介绍】首先，绿色荧光基因是如何获取的？实际上科学家是通过PCR技术来获取的为后续荧光基因两侧通过PCR添加限制酶识别序列做了铺垫基因表达载体的构建【提问】获取绿色荧光蛋白基因以后，我们就想将基因直接导入大肠杆菌就可以了，但科学家发现这样做不行，原因是什么呢？【提问】常用的载体是质粒。基因表达载体有哪些组件呢？【展示问题】1、基因表达载体相比普通载体，还必须含有的组件是什么？说出表达载体上各组件的功能2、对目的基因插入表达载体的位点有何要求？3、RNA聚合酶的移动方向是怎样的？展示实际用到质粒的模式图【提问】1、图中氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因作为什么来发挥作用？2、启动子和终止子之间有两种限制酶，如何选择？展示实际用到的绿色荧光基因【介绍】实际用到的绿色荧光基因两侧无质粒上两种限制酶的识别序列，通过对引物的设计，最终通过PCR学生回答展现构建基因表达载体的必要性获得了两种含有绿色荧光基因的DNA分子。介绍所有小组根据所分到的含有绿色荧光基因的DNA分子不同，分为两大阵营介绍用到的工具限制酶：剪刀；DNA连接酶：胶带【展示示意图】介绍操作步骤，第一步，先分别用相同的限制酶去切割质粒和含荧光基因的DNA分子；第二步，混合两大体系，用DNA连接酶连接，看连接产物有哪几种，并将连接后的产物固定到白板上（连接部分尽量朝上），标注名称【展示注意事项】呈现两种限制酶的识别序列及切割位点。【巡视指导】在学生小组合作，剪、连的时候，教师巡视指导，用手机拍照学生完成的连接产物【运用希沃授课助手（希沃课堂助手）展示】在学生小组展示的同时，与学生同步，教师通过希沃授课助手APP，将之前拍照的学生完成的连接产物照片，上传到大屏，便于学生看清楚连接部分【PPT展示问题】1、为什么采用单酶切和双酶切，连接后的产物不一样？2、连接后的产物中，荧光蛋白基因都可以正常表达吗？哪些可以？哪些不可以？3、总结双酶切（两种切出黏性末端不同的限制酶）相比单酶切的优势有哪些？【PPT展示图片】教师展示采用双酶切构建成功的基因表达载体，提问确认，此时四环素抗性基因还能正常发挥功能吗？【构建模型】在学案上画出表达载体模式图，标注各组件一名学生到黑板前完成，并回答问题学生回答学生小组合作，剪、连学生小组用小白板展示成果学生思考，小组讨论并回答问题学生回答突出强调启动子和终止子的作用，以及转录模板链问题，为后续工作做铺垫为后续探究用一种限制酶和两种限制酶做铺垫此处需要教师额外耐心做好介绍，让学生熟悉手头的材料及要探究的问题，为后续小组合作探究工作的展开打好基础此处同样需要教师耐心介绍，并且通过PPT流程图的形式来更清楚地介绍借助新的信息技术赋能教育将绿色荧光基因导入大肠杆菌教师提问引导导入方法学生自主阅读课本回答重组载体的筛选【提问】①将用双酶切法切割后的连接产物导大肠杆菌后，会存在哪些受体细胞类型？【提问】②如何依据标记基因最终筛选出含有重组质粒的受体细胞？【提问】对于含有重组质粒和质粒+质粒的这两种受体细胞如何筛选呢？【介绍】通过PCR等进行的分子水平的检测，这是我们下节课要继续学习的内容。学生思考，小组讨论并回答问题学生思考，小组讨论并回答问题学生回答为下节课的学习做了铺垫总结归纳总结以获得转入绿色荧光蛋白基因大肠杆菌为例，基因工程的操作程序，强调基因表达载体构建为核心拓展延伸【介绍】包含绿色荧光蛋白在内的多种荧光蛋白可以发出稳定的荧光，不具有物种专一性，易于在细胞内表达，已作为标记物广泛应用于生命科学研究的各个领域学生课下进一步搜集荧光蛋白相关资料《基因工程的基本操作程序第2课时》评测练习1、图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspI、BamHI、MboI、SmaI4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题:1.图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由__________连接。2.若用限制酶SmaI完全切割图1中DNA片段,产生的末端是__________末端,其产物长度为__________。3.若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶SmaI完全切割,产物中共有__________种不同DNA片段。4.若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是__________。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加__________的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是__________。2、如图1为某种常用质粒的序列图，LacZ基因编码的酶能使无色的X﹣gal变为蓝色，Ampr为氨苄青霉素抗性基因。图2为目的基因的序列及其相关限制酶的识别序列。请回答下列问题：(1)若要筛选成功导入目的基因的重组质粒，培养基中应加入的物质有_______________________，构建重组质粒时需要的工具酶有________________，对获取的目的基因可用PCR技术对其扩增。(2)实验小组用BamHI和BglII两种限制酶切割目的基因和质粒，构建重组质粒后导入大肠杆菌中，在筛选重组质粒的培养基上，若大肠杆菌菌落显蓝色，说明导入了____________________________。没有导入任何外源DNA的大肠杆菌_________(填“能”或“不能”)在该培养基上生存。(3)若质粒和目的基因用BamHI和BglII两种限制酶切割后，用DNA连接酶相连，然后再用BamHI和EcoRI切割成功连接后的重组质粒，可获得长度不同的_______种DNA片段《基因工程的基本操作程序第2课时》课后反思本堂课以外源荧光基因如何转入大肠杆菌并得以表达，如何筛选获得荧光大肠杆菌为主线，涉及到了完整的基因工程的基本操作程序，其中，设计了模拟构建基因表达载体的学生活动，将相对抽象的