基因工程的教学设计

第一篇：基因工程的教学设计

基因工程的教学设计

界首中学 郑学胜

教学目标

一、知识与技能

1、基因工程的概念和基本工具

2、基因操作基本步骤

3、基因工程应用

二、过程与方法

1、通过对视频、图片等的观察，学会观察方法，培养观察能力。

2、通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。

3、通过对基因操作基本步骤的学习，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。

三、情感态度与价值观

1、通过学习基因操作的工具和基本步骤，形成结构与功能相统一的基本点。

2、通过学习了解基因工程的应用，培养理论联系实际的良好学习习惯。

3、能利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，从而培养学生自主学习能力，为终身学习、后续学习打下坚实的基础。

四、教学重点

1、基因操作的工具和基本步骤。

2、基因工程在医药卫生方面的重要作用及基因工程在农牧业方面取得的成果及前景。

五、教学难点

限制性内切酶和运载体的作用及提取目的基因的方法

六、教学方法

应用PPT的视频、图片和文字相结合讲授新课 教学过程 师:上课!生:老师好!师:同学好!请坐下。

师:首先请同学们阅读大屏幕的资料 师:现在请仔细观看视频，思考相关问题。师:[提问]：好,通过观看视频和阅读相关资料 师:你有什么样的启示或构想呢? 师:请同学们思考一下。

师:想一想,哪位同学愿意先谈一谈,请？

生：是不是,可以借助噬菌体培养出能合成胰岛素的大肠杆菌呢？ 师：回答的非常很好

师：我们可以利用这个原理就有可能培养出能合成人胰岛素的大肠杆菌！师：谈谈你为什么会这样的构想呢？

生：通过视频我们可以发现噬菌体能在大肠杆菌细胞内合成构成它的蛋白质外壳，生：如果将我们的DNA分子中胰岛素基因提取出来，生：将其整合到噬菌体的DNA分子上导入大肠杆菌细胞中,有可能培养出能合成胰岛素的大肠杆菌。师：好,这位同学的想法非常好！

我们可以借助噬菌体DNA将人的胰岛素基因导入到人的大肠杆菌细胞,利用大肠杆菌细胞内原料、酶、能量等,不就有可能培养出能合成胰岛素的大肠杆菌!请同学们再思考一下,如果要实现这一构想关键步骤是什么呢？ 那同学愿意回答一下，请举手。

生：如何将胰岛素基因从人体细胞内提取出来？如何将胰岛素基因与噬菌体DNA分子连接起来? 师：好，回答的很好，请在家想一想我们要实现这一构想必须要考虑以下三个方面的问题：

1、如何将胰岛素基因从DNA分子中内提取出来？

2、如何将胰岛素基因与噬菌体DNA分子整合起来呢?

3、噬菌体会伤害大肠杆菌，如何解决这一问题呢？有没有其它更好的工具代替呢？

师：请同学翻开教材阅读102，我们就一起学习第6章第二次《基因工程及其应用》，并思考以下问题：

1、什么叫基因工程?

2、基因工程的基本操作步骤有哪些? 师：什么是基因工程，哪一同学愿意先讲一讲？ 生：基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。

通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。

师：回答的很好，请坐下！

大家都知道DNA分子很小，可是如何才能修饰改造DNA分子呢？

其实大自然早为我们准备好工具。现在我们一起学习基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（边演示边讲解）。

限制性核酸内切酶，简称限制酶，主要分布在微生物体内。

它是基因工程中重要的切割工具，并且在微生物体内能将外来的DNA分子切断，但对自己的DNA分子无损害。

那么它如何切割DNA分子的呢？

请大家注意看（请同学帮忙演示，教师讲解）：这是DNA分子的双螺旋结构，外侧是磷酸与脱氧核糠交替构成DNA分子的基本支架，限制酶裂解磷酸二酯键，产生这样结构的DNA分子。

请注意：这是一段单链DNA片段，我们称之为黏性末端。也就是说，限制酶裂解磷酸二酯键，产生具有黏性末端DNA分子。

同其它酶一样限制酶也具有专一性即每一种限制酶只能识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割DNA分子。

请同学看一个实例：大肠杆菌细胞中的有一种限制酶(EcoRⅠ)能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。

（演示）图中的DNA分子片段中有 GAATTC序列，加入该限制酶先识别该序列，然后在G和A之间切开，就会形成两个具有黏性末端的DNA片段，如图所示。

师：限制酶可以切割DNA分子，有没有可以将DNA分子连接起来的“针线”呢？当然有,将DNA片段连接起的“针线”就是DNA连接酶。

DNA连接酶的作用是将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子，在连接的部位生成磷酸二酯键。

请大家看大屏幕——DNA连接酶的作用过程。师：用限制酶和DNA连接酶可以获得重组DNA分子。

为让大家更的好理解，请同学按大屏幕的要求和课前准备的工具构建重组DNA分子模型。请按小组进行。

师：哪个小组的同学愿意展示构建好的重组DNA分子模型？ 做的非常好！

请同学看大屏幕（演示）。将2个不同的，但含有相同序列的DNA分子用同一种限制酶进行切割后会产生具有相同黏性末端的DNA分子片段，然后将它们放在一起用DNA连接酶就能将其连接，形成重组DNA分子。师：现在我们思考一下第三的问题，用限制酶和DNA连接酶可以将胰岛素基因与噬菌体DNA分子整合在一起，但噬菌体会伤害大肠杆菌，怎么办？

其实可以运输目的基因的工具有许多种，统称为运载体。常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

其中质粒是最常的运载体，质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞内能够独立、自主复制、很小的环状DNA分子。

请同学看图：大肠杆菌细胞中就含有许多质粒，质粒上具有很多的基因，特别一些抗性基因，在基因工程操作中具有很重要的作用。（等一会我们再学习。）

师：请大家思考一下如果要作为运载体至少具备什么样的条件呢？ 同学们回答的很好，现在我们一起总结一下：

1、能够在宿主细胞内复制并稳定保存；

2、具有多个限制酶切点以便与外源（目的）基因相连；

3、具有标记基因，便于进行筛选。刚刚我们提到的抗性基因就可以作为标记基因。（比如：）在普通培养基加入青莓素，普通大肠杆菌不能存活，而导入具有抗青莓素抗性基因质粒的大肠杆菌却可以含有青莓素的培养基中存活、繁殖，就可以筛选出成功导入重组质粒的大肠杆菌了，在以后的学习我们会深入的了解相关的知识。

刚刚讲到质粒是最常的运载体，为什么呢？ 就是因为质粒对受体细胞没伤害。

师：现在基因工程操作所需要的基本工具都有了，那么基因工程操作步骤是怎样的呢？ 请同学阅读教材103,等一会请同学回答。

师：有没有不同意见，如果没有请同学们一起回答：

1、提取目的基因

2、目的基因与运载体结合

3、将目的基因导入受体细胞

4、目的基因的检测和表达

师：请同学们看基因工程操作的基本步骤示意图，思考填空。（演示）师：那同学愿意回答，请举手。

生1：取出含有目的基因的DNA分子，用一定的限制性核酸内切酶进行切割，使其出现黏性末端切口。用同一种限制性核酸内切酶切断质粒，使其产生相同黏性末端。

将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分了（重组质粒）。师：回答的很好！请同学们注意！必须用同一种限制酶切，得到具有相同黏性末端的DNA片段，才用DNA连接酶连接从而得到重组质粒。关

天基因工程的第三、第四步——将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测和表达。详见生物选修3专题1基因工程，请同学们课后先自学。

师：实现构想——归纳培养能合成人胰岛素大肠杆菌的基本思路！哪位同学愿意谈谈？

生：将人的胰岛素基因提取出来并整合到质粒上，形成重组质粒，然后将重组质粒导入到大肠杆菌的细胞中就可以培养出能合成胰岛素的大肠杆菌了。

师：回答的很好！

通过基因工程培养出来的能合成胰岛素的大肠杆菌称为转基因大肠杆菌，以后，我们将由基因工程培养出来的生物统称为转因生物。现在转基因生物越来越多！

请大家阅读教材104——基因工程的应用。

师：现在我们一起来简单的了解一下基因工程的应用。

1、基因工程与农作物育种

用基因工程技术将抗病、抗虫、抗旱等优良基因导入性农作物细胞中，就可以培育一些具有优良性状的农作物品种，例如：抗虫棉等。

2、基因工程与药物研制。

微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。

若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。

例如：利用转基因大肠杆菌合成胰岛素。

3、基因工程在环境保护方面应用也很多。

比如：利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。

师：有关基因工程的应用我们简单了解一下，详见生物选修3专题1基因工程，请同学们课后先自学。请下面我们做一道练习，请看大屏幕。

例1：基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使“工程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是。

师：哪位同学愿意到黑板上将正确答案写出来？（请几位同学到黑板）。

生1：海藻糖合成酶基因的获取，目的基因与运载体结合，将目的基因导入受体细胞，目的基因的表达和检测。

生2：基因通过转录、翻译合成蛋白质，体现出相应的性状 生3：酶基因转录生成mRNA翻译合成海藻糖合成酶。师：我们一起看他们书写的答案，正确吗？（边看边讲解）。

师：同学们，通过学习我们了解了基因工程的基本知识，科学一把双刃剑,基因工程培养出来的生物对有人类来说是有利还有害呢?请同学们看课外作业：调查各类转基因食品，并讨论转基因食品的安全性,撰写一篇小论文。

师：下课！

第二篇：基因工程及其应用—教学设计2

《基因工程及其应用》教学设计 求是高级中学 赵文俊

一、教学内容分析

本节课内容是人教版生物必修二第六章第二节内容。包括以下三方面内容：基因工程原理、基因工程的应用、转基因生物和转基因食品安全性。

本节简要介绍了基因工程的原理，使学生对基因工程有一个基本的认识。为了避免与选修3中基因工程的内容重复，教材没有过多地展开介绍。教材结合实例介绍了基因工程在作物育种、药物研制、环境保护等方面的应用，最后，将重点放在对转基因生物和转基因食品安全性的讨论上。

二、学生情况分析

学生通过前面的学习已经掌握了不少培养生物新品种的方法，杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种等方法都局限于同一物种进行的操作。能否跨越物种的界限呢？通过身边的实际可激发学生学习兴趣，引入基因工程的概念。学生之前在已经学习了主要遗传物质DNA的结构、基因的概念和功能、基因重组，对于理解基因工程中的“剪切连接”有一个物质基础。

三、教学目标及教学重难点

（一）教学目标 1．知识与技能目标：

（1）简述基因工程的基本原理。

（2）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。（3）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。2．过程与方法目标：

（1）培养学生信息解读和知识迁移转化的能力。（3．情感态度价值观目标：

（1）关注转基因生物和转基因食品的安全性。

（2）通过辩论，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开阔学生的思路，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。

（二）教学重难点：

1．教学重点

（1）基因工程的基本原理。（2）基因工程的安全性问题。2．教学难点

（1）基因工程的基本原理。（2）转基因生物与转基因食品的安全性。

五、教学过程

1．导入：思考：棉花无抗棉铃虫性状（细胞中无抗虫基因及其等位基因），但苏云金芽孢杆菌的细胞中有抗棉铃虫基因，我们怎样才能获得抗虫棉呢？能用杂交育种吗？能用诱变育种吗？

2.基因工程的概念：基因工程，又叫做 技术或。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一

种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，地改造生物的。（以抗虫棉为例，对概念进行说明，便于学生理解）3.以抗虫棉为例，和学生一起探讨基因工程的一般步骤，在一般步骤的学习过程中，掌握基因操作的工具。4.用一个语音视频对基因工程的一般步骤加以巩固。5.学生自主学习基因工程的运用

6.用一段新闻帮助学生正确认识转基因食品的安全性问题。

六、板书设计：

第二节基因工程及应用

（一）基因工程 1.概念 2.原理 3.步骤

（1）提取目的基因（限制酶）

（2）目的基因与运载体结合（连接酶 运载体）（3）将目的基因导入受体细胞（4）目的基因的检测和鉴定

（二）基因工程的应用

（三）转基因生物和食品的安全性

七、教学反思

八、课后检测：

1.基因工程的正确操作步骤是: ①使目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞

③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 ④提取目的基因

A ③ ② ④ ① B ② ④ ① ③ C ④ ① ② ③ D ③ ④ ① ②

2.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()

①限制酶 ②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶

Ａ．①② Ｂ．③④ Ｃ．①④ Ｄ．②③ 3.下列关于基因工程的叙述中,正确的是 A.限制酶只用于提取目的基因 B.细菌体内的环状DNA均可作运载体 C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接 D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成 4.以下说法正确的是: A.目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体

D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达

5.2006年.四川）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列说法不正确的是

A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的 基因和质粒 B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶 C.可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.

第三篇：《基因工程的应用》教学设计

《基因工程的应用》教学设计

教学目标

1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。2.关注基因工程的进展。

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。教学重难点 1.教学重点

基因工程在农业和医疗等方面的应用。2.教学难点 基因治疗。教学工具 多媒体 教学过程

（一）上一节课我们介绍了基因工程，先复习一下什么是基因工程？

基因工程就是按照人类的要求，把基因从生物体内提取出来在体外进行操作和加工，然后再把它导入一个新生物体；使其遗传结构发生改变，产生我们所需要的新品种。

这种生物我们可以称为转基因生物。世界上第一种转基因植物是1983年品质培植成功的，具有抗生素药物的烟草；那么第一种转基因动物是什么呢？ 师：〈投影片转基因鼠〉

这两只小老鼠大家是否熟悉，请看一下教科书的封面。这就是世界上第一只转基因动物。

是1982年诞生的！美国科学家把一种大鼠的生长激素基因转移到一种小鼠的受精卵 中，然后培植成功了一种转基因鼠、它的生长速度要比一般老鼠快50%，大1.8倍，这种基因现在已经转移给它的下一代了。随着基因技术的发展，我们说转基因生物现 在已经到各处都有了，在工农业生产中都有广泛的应用。下面每个学习小组把查找到 的相关资料给大家介绍一下，有关图片已存入电脑由我来控制，放映到哪张图片，请 这一组的同学解答。师：（放投影片）

下面我们看一下屏幕上的这只牛。

大家现在所看到的这头不是一般的牛，它有两个地方比较特殊：一个是它来之不易，芬兰科学家通过1~3次实验才把它培育出来的。这头牛所挤出的奶牛含有促红细胞素，也就是它能帮助人生成红细胞，而这种药品在世界上是比较昂贵的所以说有了这头牛，只要喝它的牛奶就能治疗某些缺少红细胞的疾病，所以这头牛也由此成了世界上最昂贵的牛。

第一个上市转基因工程产品——不腐烂的番茄，在果实的成熟过程中它是直接受控于呼吸作用。那么我们可以根据呼吸作用发展的趁势，分为两类：一类是越变形果实；一类是非越变形果实。我们知道越变形果实在成熟过程中，会出现明显的呼吸高峰。而非越变形果实则没有这样的高峰，于是就产生了一个问题。越变形果实它在成熟中因为它的呼吸作用往往是突然的又无法控制。所以常常造成巨大的经济摸失。传统的技术往往是通过乙烯催熟在还没有成熟时就把它采摘下来，然后在出售时用乙烯催熟，虽然这样有它的好处，但实际上不能真正起到保鲜作用。所以我们需要找到一条更好的方法来对果实进行保鲜。科学家们通过研究发现了这样一个过程。

S—腺苷酰丝氨酸（ACC合成酶）1—氨基环丙烷—1—羧酸（乙烯合成酶）乙烯

我在黑板上写出来的就是科学家们发现的乙烯（ACC）合成过程，从这个过程上我们可以看到ACL是乙烯合成的直接前体，而ACL又直接受控于ACL合成酶，那么我们知道ACL合成酶是通过植物体内的RNA转译形成的产物，那么我们就可以通过降低RNA的含量来间接地降低乙烯的含量。科学家的进一步研究发现这样的方法是可行的。那就是反义RNA技术，反义RNA技术就是通过向细胞内补充与mRNA互补的RNA，然后使它与mRNA形成双链达到很不稳定的结构。从而容易降解，通过这样的方法，科学家就对番茄进行了实验。那么也就是说我们找到了一条比较可行而且经济的途径来真正对水果进行保鲜，也许在不久的将来大家的餐桌上会出现这样一些转基因番茄。我们有理由坚信，转基因技术在将来有进一步的发展 所谓转基因技术就是把外源基因转移到动、植物基因组中去。1997年经各组织的统计结果显示：在申请环境释放的实验报告中，98.25%为转基因

植物，而在这些转基因植物中80%左右都是抗病虫和抗除草剂的作物。如1996年以来美国研究人员一直种植一种转基因改良棉花，这种棉花含有一种从细菌中提取的对棉铃虫有致命作用的基因。目前科学家还在创造含天然杀虫剂基因的玉米和马铃薯。而在中国，在科技部国家生物工程研究开发中心863项目支持下，中国农科院生物技术研究中心，根据植物偏爱的密码子成功合成了B2B，并转入了适合我国生态条件的棉花品种获得了高抗棉铃虫的转基因植物，成为了美国之后世界上第二个拥有转gene抗虫棉的国家，现已获得农业生物gene工程安全生产委员会批准商品化生产。1998年在安徽、陕西、湖南等地试种15万亩，估计 在2000年可达到500万亩左右。

由于基因工程在农业上具有极大的经济价值，各国政府都非常重视。美国的一些基因工程公司特别重视基因工程作物的种植。1999年，全球有了200万公顷的基因工程作物，其中美国大约占了2000万公顷。在美国的超市里60%的加工食品里含有转基因成分，但在欧洲好像不是这种情况。大家看一下这张照片。世界绿色和平组织在希腊雅典的一个加工转基因食品的工厂外面，悬挂标语牌：gene危险。课后小结

第一，可能表现在一些转基因食品有毒，一些科学家认为对 基因进行人工提取时，当人们达到了某些目的后，同时也增加了其微量的毒素，而这 些微量毒素的累计也可能对人体有害，第二，过敏性问题，一些人本来对某些食品过 敏，但是他吃了转基因食品之后，对本来不过敏的食品，也过敏了，其原因就是食品 中的蛋白质发生了转移，比如科学家将玉米的基因转入小麦中，那么对玉米过敏的人 吃了这种小麦后也会过敏。课后习题

1、切取某动物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，从而鲇鱼比同类个体大3～4倍，此项研究遵循的原理是()A．基因突变，DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程，DNA→tRNA→蛋白质 C．细胞工程，DNA→RNA→蛋白质 D．基因重组，DNA→RNA→蛋白质

2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。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白蛋白提高了30多倍，这标志着我国转基因研究向产业化的目标迈进了一步。那么“转基因动物”是指()A．提供基因的动物 B．基因组成中转人了外源基因的动物 C．能产生白蛋白的动物 D．能表达基因遗传信息的动物 3．下列各项不属于基因工程在实际中的应用的是()A．转基因抗虫棉的培育成功 B．利用DNA探针检测饮用水中有无病毒

C．培育工程菌使之能产生胰岛素 D．将C4植物细胞内的叶绿体移入C3植物细胞内 4．有关基因工程的成果及应用的说法正确的是()A．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒

B．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物

C．基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物 D．目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践

5、运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述正确的是（）

A、Bt基因的化学成分是蛋白质 B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质 C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因 D、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物 参考答案：DBDCC 板书 3.1基因工程的应用

一、基因工程的应用

二、转基因蚊子

三、转基因番茄

四、S—腺苷酰丝氨酸（ACC合成酶）1—氨基环丙烷—1—羧酸（乙烯合成酶）

五、转基因技术

乙烯

第四篇：高二生物《基因工程》教学设计

课题：基因工程的操作工具

授课教师：北京师范大学附属实验中学 王卫红

一、教学目标 知识目标：

简述基因工程操作的基本工具；

说明限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用。能力目标：

动手模拟限制性内切酶的酶切作用和DNA连接酶的连接作用。情感态度价值观目标：

体验科学研究中技术手段的进步对科学研究的巨大推动作用； 体验科学研究的思路和方法。

二、教学重点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

三、教学难点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

四、教学资源

浙科版《选修3：现代生物科技专题》、自制教学PPT、纸质模型

五、教学过程

1． 情境导入：

演示药物胰岛素图片，说明胰岛素是很多的糖尿病患者最好的药物，每天要注射胰岛素来维持血糖的平衡，曾经胰岛素是从动物胰脏中提取的，几吨的胰脏只能提出几十克胰岛素，所以曾经胰岛素是非常昂贵的药物，但是在科学技术飞速发展的今天，情况早已经发生了变化，人们通过基因工程将基因导入大肠杆菌细胞中来生产胰岛素？如何生产？ 这也是基因工程的基本内容，基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。但是如何完成这个操作过程？将胰岛素基因叫目的基因，被导入的细胞叫受体细胞。

2．提出问题分析基因工程操作中需要哪些工具： 提出问题：1.如何获得人胰岛素基因？

2．能否将人的胰岛素基因直接注入大肠杆菌细胞？

提供材料：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。当外源DNA侵入时，会利用一种酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。

通过分析明确：1.DNA分子要被被切成片段后导入受体细胞。

2．导入受体细胞需要有运载体，否则会被切断或破坏

针对以上问题，在基因工程的操作水平有相应的分子工具应该包括，分子剪刀、胶水和运载体。

3.了解三种工具：

3.1 限制性核酸内切酶：1970年Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶Hind II，1972年，H.W.Boyer等相继发现了ＥcoR I 一类重要的限制性内切酶。科学家们发现的这些酶，可以剪断外来的DNA分子，即上述内容中提到的酶，作用是防御外来DNA入侵，这类酶对基因工程的操作有没有作用呢？可以作为剪刀！限制性核酸内切酶，在科学家的继续研究 中发现了几千种酶，而且能识别特定序列，并在特定位点进行切割，如GAATTC序列，在G、A之间切开。

切开什么位置？复习DNA的分子结构，回忆磷酸二酯键，被切开后什么样？

活动1：用EcoR I酶切开有两个GAATTC的纸质DNA分子 讲解粘性末端和平末端

活动2：提供两个不同序列的纸质运载体DNA，选择哪个？为什么？学生选择后切开。如果和运载体连接的话怎么办？运载体被相同的酶切开相同的切口再黏上，黏什么键？磷酸二酯键

3.2 DNA连接酶： 1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现DNA连接酶，特别是1970年H.G.Khorana等发现的T4 DNA连接酶具有更高的连接活性。

分析DNA连接酶和DNA聚合酶的不同，DNA连接酶，连接的部分为磷酸二酯键，DNA聚合酶连接的也是磷酸二酯键，两种酶的作用有何不同？DNA连接酶：连接两个片段之间的缺口，不需要模板；DNA聚合酶：将一个个单个的核苷酸接上去，需要模板（画简图）

3.3 运载体：

通过上述活动分析，什么样的DNA适合做运载体？应该有多种限制酶切点，在宿主细胞中稳定保存，可复制，有标记基因，便于筛选。常用的运载体是细菌质粒和噬菌体DNA。

4．归纳笔记

六、板书设计

二、基因工程

1． 基因工程的操作工具

（1）限制性核酸内切酶

分布：主要在原核生物中

作用特点：识别特定核苷酸序列，切割特定切点

切点：磷酸二酯键

举例：EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开（2）DNA连接酶——“针线”

DNA连接酶：连接两个DNA分子片段间的磷酸二酯键

DNA聚合酶：连接一个脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板（3）运载体——“运输车” 载体必须具备的条件：

1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；

2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；

3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）

常用的载体有：质粒，噬菌体，动植物病毒等

第五篇：2 基因工程及其应用 教学设计 教案

教学准备

1.教学目标

1、简述基因工程的基本原理。

2、举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。

3、收集基因工程所取得的成果以及发展前景。

4、通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，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。

2.教学重点/难点

1.教学重点：

（1）基因工程的基本原理。（2）基因工程的安全性问题。2.教学难点：

（1）基因工程的基本原理。

（2）转基因生物与转基因食品的安全性。

3.教学用具

教学课件

4.标签

教学过程

一、导入

多媒体展示一组图片，能发光的水母、不能发光的热带斑马鱼、超级小鼠超级鱼等图片，然后介绍，图片中这些生物的出现是基因“嫁接”的结果，提出问题，二、问题讨论

1.为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？ 2.推测这种“嫁接”怎样能实现？ 3.这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？

我们今天就来学习这方面的知识，基因工程及其应用。1973年美国科学家科恩创立了定向改造生物的新技术-----基因工程。

引导学生进行探究：从糖尿病治疗实例入手，共同研究基因工程及有关的技术。组织学生讨论分析：治疗糖尿病的药物是什么？用什么方法获得胰岛素才能满足社会需要呢？

大多同学想到从动物胰脏中提取，这确实是获得胰岛素的一种方法。科学家运用这种方法提取胰岛素，结果每100Kg胰脏只能提取4--5g胰岛素，不仅需要消耗大量的动物肝脏，而且提取过程复杂，必然是产量低、价格昂贵，远远满足不了社会的需要。还有没有其他更好的方法？

学生各叙己见，教师归纳引出基因工程的方法。目前成功的做法是：把胰岛素基因从人的DNA分子上剪下，与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的DNA，再把新的DNA导入大肠杆菌，用大肠杆菌来生产人的胰岛素！

问题探究：为什么想到用大肠杆菌来生产胰岛素呢？易培养，繁殖速度快。

三、假设模型

（一）基因工程的原理

组织学生讨论分析：DNA分子的直径只有2.0nm,粗细只有头发丝的十万分之一，长度也是极其短小的，一般以µm为单位，如大肠杆菌的DNA长度为1.36µm.在如此微小的DNA分子上进行剪切和拼接，是一项非常精细的工作，这些工作的完成需要一些特殊的工具。

问题探究：

组织学生讨论分析：用什么方法才能把胰岛素基因切下来呢？ 有的同学想法很好，用酶。科学家把这样的酶叫作：

1、限制性核酸内切酶，形象的比喻为“基因的剪刀”。

组织学生讨论分析：限制性核酸内切酶为什么能切割DNA，这与它的特点有关，限制性核酸内切酶的特点是什么？ 得出：每种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并在其中特定的位点上切割DNA分子。

组织学生讨论分析：用限制性核酸内切酶切割DNA分子后，其切口处露出什么结构？ 生：黏性末端。

师：用限制性核酸内切酶切割DNA分子后，露出几个黏性末端？ 生：二个。

师：这两个黏性末端有什么特点？ 生：其上的碱基可以互补配对。

师：黏性末端的出现对DNA的拼接有意义吗？为什么？

生：有意义，用同一种限制性核酸内切酶切割两种来源不同的DNA，可以得到互补配对的黏性末端，把两者的黏性末端连起来，就能把一个DNA中的基因剪下并拼接到另一个DNA分子上。

师：很好。

2.基因针线：DNA连接酶

师：现在我们接着上面讨论，如何将胰岛素基因切下并与大肠杆菌的DNA拼接？ 生：用同一种限制性核酸内切酶分别切割胰岛素基因和大肠杆菌DNA，可以得到互补配对的黏性末端，把两者的黏性末端连起来，就可以把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA分子上。

师：通过上述技术能将两个DNA完全拼接成一个新的DNA吗？ 生：不能。

师：为什么？还需要怎么办？ 生：还需要用DNA连接酶连接。师：DNA连接酶的作用是什么？

生：把DNA这把“梯子”的扶手断口处连接起来。3.基因的运输工具：载体

师：下面还要请大家思考：切下的人的胰岛素基因与大肠杆菌的什么结构相拼接才能顺利导入大肠杆菌呢？

生：质粒。

师：质粒的作用、本质及对受体细胞的影响如何？

生：质粒的作用是运输工具，质粒的本质是环状DNA，对细胞没有不良影响。师：常用的载体有哪些？最常用的载体是什么？

生：常用的载体有质粒、噬菌体及一些动植物病毒，最常用的载体是质粒。师：有了上述工具我们就可把把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA分子上去，再请同学总结一下：把胰岛素基因从人的DNA分子上剪下，与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的DNA，用到的工具有哪些？这些工具的作用是什么？

生：基因的剪刀：限制性核酸内切酶；基因针线：DNA连接酶；基因的运输工具：载体。

师：下面向大家展示人的胰岛素基因从人的DNA分子上切下，再拼接到大肠杆菌的质粒DNA上去以及大肠杆菌生产胰岛素的全过程。

（过程展示）

（二）、基因工程的有关概念 师：什么是目的基因？

生：人们所需要的特定基因叫目的基因。师：什么是受体细胞？

生：人们所需要的特定基因导入的细胞称为受体细胞。师：什么是重组DNA？

生；来源不同的DNA在体外，经过一定人工“剪切”和“拼接”形成新的DNA叫重组DNA。师：什么是基因工程？

生：基因工程又叫重组DNA技术，是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生人类需要的基因产物。

师：重组DNA导入受体细胞后还需什么重要步骤才能完成大肠杆菌生产胰岛素的全过程？

生：还有重组DNA的扩增，目的基因的产物表达等。师：扩增是指目的基因进入受体细胞后随受体细胞的繁殖而

复制，获得大量目的基因的过程；目的基因的产物表达是指目的基因进入受体细胞后能产生特定的产物的过程。这两步的完成才能说明基因工程的全过程的完成。

（三）、基因工程的步骤

师：基因工程的一般过程包括哪些基本步骤？

生：基因工程的基本步骤包括获取目的基因，目的基因与运载体结合，形成重组DNA，重组DNA导入受体细胞并进行扩增，目的基因的产物表达等。

(课件展示)师：下面请各学习小组代表上台，交流学习成果。

（四）、基因工程的应用

1.用基因工程的方法设计抗软化番茄的培育过程。

2.用基因工程的方法设计能生产人的干扰素的大肠杆菌的培育过程。3.用基因工程的方法设计能生产鸡蛋白的大肠杆菌的培育过程。4.用基因工程的方法设计能吐出蚕丝的大肠杆菌的培育过程。5.我国在基因工程方面的成就有哪些？

（五）、转基因食品的安全性讨论 结束语 师：同学们今天我们共同探索了基因工程及有关的技术，在课上很多同学表现出了聪明和才智。

基因工程是现代生物技术的尖端学科，基因工程还有很多需要探索的课题，随着基因工程技术的不断完善和成熟，基因工程将造福人类，基因工程专业正成为大学最热门的专业，相信不远的将来，在座的同学中一定有世界级基因工程专家！

课堂小结

本节的内容信息量大、专业术语较多，在教学中学生不易理解，所以在教学过程中教师要注意调动学生的积极性，通过不断地质疑引导学生的思维，将复杂的知识简化，让学生直观地、自然地接受本节的知识。本节的内容涉及的概念和名称较多，教师应指导学生对本节知识中出现的概念，名称进行比较加以区别。例如，基因工程的概念、目的基因的概念、供体细胞与受体细胞的区别，重组质粒与重组DNA分子的区别，目的基因的检测与表达的区别等。在教学中应搞好组织工作，处理好各种媒体的使用，做到恰到好处，点到为止。处理好学生的讨论，交流与操作的关系，掌握好教学过程中的时间分布，做到心中有数。

在教学中要敢于放手，对于学生可以理解的内容尽量让学生独立思考和解决，教师在其中只作为教学的指导者，这样不仅可以培养学生的创新意识和实践能力，也可以锻炼学生的自主学习能力，同时也有利于学生的个性发展和认知水平的提高。教学过程要体现主体性和科学性的现代教育理论和原则，使学生全员参与到教学过程的整个探究中，并在平衡——不平衡——平衡中不断得到丰富、提高和发展。在知识内容方面，由于本节的知识较抽象，有条件的学校最好制作多媒体课件或相关的网页，这就需要教师具备一定的计算机软件开发能力，教师与学生都要具备一定的计算机操作使用基础，才能上好本课。

本节的内容要求学生掌握的层次是了解水平，教师可以适当的将课本的知识延伸，既可以提高学生对生物学科的兴趣，又可以锻炼学生的观察、思维、归纳、协作能力。但是教师在适当扩充延伸知识的同时，不要忽视本课知识点的掌握。

板书

第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及应用