专题一基因工程复习教学设计

专题一基因工程复习教学设计一、教学目标1.知识目标系统回顾基因工程的基本工具，包括限制酶、DNA连接酶和载体的作用及特点。深入理解基因工程的基本操作程序，如目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞以及目的基因的检测与鉴定。掌握基因工程在作物育种、药物研制等方面的应用实例。了解蛋白质工程的基本原理和操作过程，以及与基因工程的关系。2.能力目标通过对基因工程操作流程的复习，培养学生的逻辑思维能力和综合分析能力。引导学生运用所学知识解决实际问题，如分析基因工程实验结果、设计简单的基因工程操作方案等，提高学生的知识迁移能力和实践操作能力。3.情感态度与价值观目标让学生认识到基因工程对人类社会发展的巨大推动作用，激发学生对生物技术的兴趣和探索欲望。培养学生的科学态度和创新精神，使学生关注基因工程的安全性和伦理问题，树立正确的价值观。

二、教学重难点1.教学重点基因工程的基本工具和操作程序。基因表达载体的构建原理和方法。基因工程在实际应用中的实例分析。2.教学难点基因表达载体构建过程中各元件的作用及相互关系。目的基因检测与鉴定的方法及原理。蛋白质工程与基因工程的区别和联系。

三、教学方法1.讲授法：系统讲解基因工程的核心知识，确保学生对基本概念和原理有清晰的理解。2.讨论法：组织学生对基因工程的应用案例、安全性问题等进行讨论，激发学生的思维，培养学生的合作学习能力和表达能力。3.案例分析法：通过实际的基因工程案例，引导学生分析操作流程、解决问题，加深学生对知识的理解和运用。4.多媒体辅助教学法：利用图片、动画、视频等多媒体资源，直观展示基因工程的操作过程和应用成果，提高教学效果。

四、教学过程

（一）课程导入（5分钟）通过播放一段基因工程在农业生产中取得巨大成果的视频，如转基因抗虫棉的高产丰收景象，引发学生对基因工程的兴趣，提问学生："视频中展示的神奇成果是如何实现的呢？这就是我们今天要复习的专题基因工程。"从而导入新课。

（二）知识梳理（25分钟）1.基因工程的基本工具利用多媒体展示限制酶、DNA连接酶和载体的结构示意图，结合图表详细讲解它们的作用特点。限制酶：讲解限制酶的识别序列和切割位点，强调其特异性，例如EcoRⅠ识别的序列是GAATTC，在G和A之间切割。通过举例说明限制酶如何在基因工程中切割目的基因和载体。DNA连接酶：对比E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶的作用特点，指出它们都能将双链DNA片段"缝合"起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。载体：介绍载体的种类，如质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。重点讲解质粒作为载体的条件，包括有一个至多个限制酶切割位点、有特殊的标记基因（如抗生素抗性基因）等，以便于目的基因的插入和筛选含重组DNA的细胞。让学生完成以下表格，巩固对基因工程基本工具的理解：|工具名称|作用|作用部位|举例|||||||限制酶|切割DNA分子|磷酸二酯键|EcoRⅠ||DNA连接酶|连接DNA片段|磷酸二酯键|T4DNA连接酶||载体|携带目的基因进入受体细胞|/|质粒|2.基因工程的基本操作程序目的基因的获取讲解从基因文库中获取目的基因的方法，包括基因组文库和cDNA文库的构建原理和区别。例如，基因组文库包含了一种生物的全部基因，而cDNA文库是由mRNA反转录形成的，只含有该生物的部分基因（编码蛋白质的基因）。介绍利用PCR技术扩增目的基因的原理、条件和过程。以DNA复制为基础，通过高温变性、低温复性、适温延伸三个步骤循环进行，使目的基因数量呈指数增长。展示PCR反应过程的动画，让学生直观理解。还可提及人工合成目的基因的方法，适用于已知核苷酸序列的较小基因。基因表达载体的构建强调基因表达载体是基因工程的核心，展示基因表达载体的模式图，讲解其组成部分，包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。详细阐述各元件的作用：目的基因：是基因工程要操作的对象，决定了转基因生物的特定性状。启动子：位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA。终止子：位于基因的尾端，使转录在所需要的地方停止。标记基因：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。举例说明构建基因表达载体的过程，以及如何根据载体特点和目的基因的需求选择合适的限制酶进行切割和连接。将目的基因导入受体细胞分别介绍将目的基因导入植物细胞、动物细胞和微生物细胞的常用方法。植物细胞：讲解农杆菌转化法，展示农杆菌感染植物细胞并将TDNA转移到植物细胞基因组中的过程示意图，说明其原理是利用农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上。还提及基因枪法和花粉管通道法。动物细胞：介绍显微注射技术，强调操作时将含有目的基因的表达载体注射到动物受精卵的细胞核中。微生物细胞：以大肠杆菌为例，讲解Ca²⁺处理法（感受态细胞法），使大肠杆菌细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态（感受态），便于目的基因的导入。目的基因的检测与鉴定从分子水平和个体水平两个方面讲解目的基因检测与鉴定的方法。分子水平：DNA分子杂交技术：用放射性同位素等标记的目的基因作探针与基因组DNA杂交，检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA中。展示杂交过程的示意图，帮助学生理解。核酸分子杂交技术：用标记的目的基因作探针与mRNA杂交，检测目的基因是否转录出mRNA。抗原抗体杂交技术：检测目的基因是否翻译成蛋白质，若出现杂交带，表明目的基因已成功表达。个体水平：如通过观察转基因抗虫植物是否抗虫、转基因动物是否表现出预期的性状等，来鉴定目的基因的功能是否正常发挥。

（三）案例分析（20分钟）1.转基因抗虫棉的培育展示转基因抗虫棉培育的流程图，引导学生分析每个步骤：目的基因的获取：从苏云金芽孢杆菌中获取抗虫基因。基因表达载体的构建：将抗虫基因与载体（如质粒）连接，构建基因表达载体，注意启动子、终止子和标记基因的选择和作用。将目的基因导入受体细胞：采用农杆菌转化法将基因表达载体导入棉花细胞。目的基因的检测与鉴定：通过DNA分子杂交检测抗虫基因是否插入棉花细胞基因组，用抗原抗体杂交检测是否表达出抗虫蛋白，最后通过棉铃虫的抗性实验进行个体水平鉴定。组织学生讨论以下问题：在转基因抗虫棉培育过程中，为什么要构建基因表达载体？如何筛选出含有目的基因的棉花细胞？转基因抗虫棉的培育成功对农业生产有什么重要意义？2.利用基因工程生产胰岛素介绍胰岛素生产的传统方法和基因工程方法的差异，展示利用基因工程生产胰岛素的操作流程：目的基因的获取：从人的胰岛B细胞中获取胰岛素基因或通过人工合成法获得。基因表达载体的构建：将胰岛素基因与合适的载体连接，构建能在大肠杆菌等微生物细胞中高效表达的载体。将目的基因导入受体细胞：导入大肠杆菌等微生物细胞。目的基因的检测与鉴定：通过一系列分子水平检测方法确定胰岛素基因是否成功导入并表达，最后从培养液中提取胰岛素进行功能鉴定。提出问题让学生思考：与传统方法相比，基因工程生产胰岛素有哪些优势？在生产过程中，如何保证胰岛素的活性和产量？

（四）知识拓展蛋白质工程（10分钟）1.讲解蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。2.利用多媒体展示蛋白质工程的基本流程示意图，结合示意图讲解其操作过程：从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构。推测应有的氨基酸序列。找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。通过基因工程手段对基因进行改造，从而实现对蛋白质的改造。3.对比蛋白质工程与基因工程：联系：蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，因为对蛋白质的改造最终还是要通过改造基因来实现。区别：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质，生产的是自然界已有的蛋白质；而蛋白质工程是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列，生产的是自然界不存在的蛋白质。

（五）课堂小结（5分钟）请学生回顾本节课复习的主要内容，包括基因工程的基本工具、操作程序、应用实例以及蛋白质工程的相关知识。教师进行总结补充，强调重点和难点内容，构建完整的知识体系。

（六）课堂练习（5分钟）布置几道针对性的练习题，如选择题、简答题等，让学生在课堂上完成，及时巩固所学知识。练习题如下：1.基因工程中常用的载体不包括（）A.质粒B.动植物病毒C.噬菌体D.染色体2.下列关于基因表达载体构建的叙述，错误的是（）A.基因表达载体的构建是基因工程的核心B.基因表达载体包含目的基因、启动子、终止子和标记基因等C.构建基因表达载体时需要用限制酶和DNA连接酶D.标记基因的作用是促进目的基因的表达3.简述利用PCR技术扩增目的基因的过程。4.为了培育抗除草剂的玉米，科研人员将抗除草剂基因导入玉米细胞，其过程如下图所示：（1）构建基因表达载体时，常用的限制酶有EcoRⅠ和BamHⅠ，两种酶切割后产生的黏性末端是______（填"相同"或"不同"）的。（2）将重组质粒导入农杆菌前，常用Ca²⁺处理农杆菌，使其成为______细胞，有利于重组质粒的导入。（3）将导入重组质粒的农杆菌与玉米愈伤组织共同培养时，通过培养基中添加的______进行筛选，获得含有目的基因的愈伤组织。（4）从含有目的基因的愈伤组织中提取蛋白质，进行抗原抗体杂交，若出现______，则表明目的基因已成功表达。

（七）课后作业1.进一步复习基因工程的相关知识，整理笔记，加深理解。2.查阅资料，了解基因工程在其他领域的应用实例，并撰写一篇简短的报告。3.完成课后练习题中未完成的部分，巩固课堂所学知识。

五、教学反思通过本节课的复习，学生对基因工程的知识有了更系统、深入的理解。在教学过程中，采用多种教学方法