基因工程的基本操作程序Word文档格式.docx
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拓展点
原核基因和真核基因的结构
教法与学法
讲述法、归纳法、讨论法、辩论法和探究学习法
教学模式
“学导结合、五步教学”模式
教具
多媒体课件
教学流程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
目标展示:
阅读导学案,展示本节课的知识目标、能力目标和情感态度和价值观目标。
阅读教学目标,了解本节课的学习内容。
展示教学目标,让学生了解本节课的教学内容。
复习回顾,导入新课:
复习提问,回顾所学:
1、什么是基因工程?
2、DNA重组技术的基本工具有哪些?
3、运载体需要具备哪些条件?
导入:
出示转基因抗虫棉的培育图片。
设疑:
转基因抗虫棉是如何培育的?
基本操作程序有哪些?
引导学生阅读课本第8页上的图1-6。
提问:
基因工程的四个关键步骤有哪些?
提问学生回答
讲述:
基因工程的四个关键步骤是:
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、目的基因的检测与鉴定。
学生回顾、回答。
学生聆听,开始进入新课时的学习。
学生思考,回答。
回顾所学,导入新课。
创设问题情境,激发学习欲望。
通过图1-6帮助学生建构基因工程的基本操作程序的整体框架。
学导结合:
一、目的基因的获取:
基因工程概念中的“更符合人们需要”的那个基因就是目的基因了,只有有了目的基因,我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性,所以基因工程的基本操作的第一个环节就是目的基因的获取。
【思考】到底什么是目的基因呢?
请举例回答。
目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因,例如要培育抗虫棉,目的基因就是抗虫基因。
[思考]怎样才能获得这些目的基因呢?
获取目的基因的方法有哪些呢?
组织学生阅读课本,自主学习,并完成导学案。
1.目的基因:
主要是指编码蛋白质的结构基因。
2.获取方法
(1)从基因文库中获取目的基因
基因文库:
将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。
基因文库的种类
基因组文库:
含有一种生物的全部基因。
部分基因文库:
含有一种生物的部分基因
如cDNA文库。
思考:
部分基因文库和cDNA文库有什么关系?
为什么要建立cDNA文库?
讲述:
cDNA是mRNA反转录得到的双链DNA,由于基因的选择性表达,不同发育阶段的mRNA不同,mRNA反转录得到的cDNA只是生物的一部分基因,所以cDNA文库属于部分基因文库,但部分基因文库和cDNA文库不能等同,如人的第3号染色体所含的全部基因也属于部分基因文库。
如想知道一种生物在个体发育不同阶段表达的基因不同,应构建cDNA文库。
补充真核生物基因与原核生物基因的结构
让学生阅读导学案上的资料
【资料1】原核细胞基因的结构
(RNA聚合酶结合位点)
说明:
原核细胞基因的结构包括编码区和非编码区。
①编码区:
能转录成相应的mRNA,能编码蛋白质。
(结构基因)
非编码区:
不能转录成相应的mRNA,不能编码蛋白质。
(调控基因)
启动子:
是位于编码区上游(左端)的一小段核苷酸序列,是RNA聚合酶的结合位点,是转录的起始点。
起始密码子:
是位于mRNA上三个相邻的碱基(AUG,GUG),是肽链增长的起始。
终止子:
是位于编码区下游(右端)的一小段核苷酸序列,是转录的终止点。
终止密码子:
是位于mRNA上三个相邻的碱基(UAA,UAG,UGA),是肽链增长的终止信号。
RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质,它的作用是催化DNA转录为信使RNA。
RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点。
转录开始后,RNA聚合酶沿着DNA分子移动,并以DNA分子的一条链为模板合成RNA,转录完成后,RNA链释放出来后,紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。
【资料2】.真核细胞的基因结构
①真核细胞的基因结构也是由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成。
原核细胞基因的编码区是连续的,而真核细胞基因的编码区是间隔的,不连续的,包括外显子和内含子。
外显子:
能够编码蛋白质的序列。
内含子:
不能编码蛋白质的序列。
内含子和外显子都能转录出相应的mRNA,但真核生物的mRNA需要加工,要把内含子转录出的mRNA剪切掉,把外显子转录出的mRNA拼接起来,才能成为成熟的mRNA,由成熟的mRNA作为模板直接指导蛋白质的合成。
关于非编码序列:
原核细胞的基因中非编码序列是指非编码区中的核苷酸序列,而真核细胞的基因中非编码序列不仅有非编码区中的核苷酸序列,还有编码区中内含子的核苷酸序列。
注意终止子与终止密码子的区别。
通过讨论分析我们已知什么是基因文库了,那么基因文库和基因组文库有什么区别呢?
可结合P10生物技术资料卡讨论分析。
【思考与讨论】
如何构建基因组文库和cDNA文库?
基因组文库与cDNA文库有何区别?
如何从基因文库中获取目的基因?
过渡:
如果已知抗虫基因的一部分,则可通过PCR技术扩增目的基因。
(2)利用PCR技术扩增目的基因
PCR:
是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
PCR技术的原理是:
DNA双链复制的原理。
③PCR技术扩增的过程是:
目的基因DNA受热形成单链,与引物结合,然后在DNA聚合酶的作用下进行延伸形成DNA。
④PCR技术扩增目的基因需要的条件是:
模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶。
引导学生观看PCR过程插图,讲解为什么需要引物,为什么需要TaqDNA聚合酶。
强调:
由于DNA聚合酶不能从头合成DNA,只能从3,延伸所以PCR需要引物,而且是DNA引物,2种引物。
概括图中需要变性、退火、延伸三个过程。
变性:
90℃—95℃高温下双链DNA解链成单链;
退火:
55℃—60℃引物结合到互补DNA链;
延伸:
70~75
℃TaqDNA酶从引物起始进行互补链的合成;
上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式增加。
PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
播放PCR的扩增动画过程
(3)人工合成法:
基因较小,核苷酸序列已知,可以人工合成。
例1.下列获取目的基因的方法中需要模板链的是(D)
①从基因文库中获取目的基因②利用PCR技术扩增目的基因③反转录法④通过DNA合成仪利用化学方法人工合成
A.①②③④B.①②③
C.②③④D.②③
学生思考,回答
学生带着疑问,自主学习目的基因的获取,并完成导学案。
思考、回答
学生阅读资料,理解原核基因与真核基因的结构
学生阅读课本,自主学习,获取PCR技术的相关知识。
观看PCR的扩增动画,思考
思考、讨论
培养学生自主学习、独立思考、分析问题和解决问题的能力。
培养学生分析资料,获取信息的能力。
通过师生共同讨论帮助学生理解如何从基因文库中获得目的基因。
培养学生自主学习的能力。
通过动态的多媒体演示帮助学生理解PCR反应原理。
通过例题,加深学生对获取目的基因的方法的理解。
深化拓展:
探究1、比较PCR技术与生物体内DNA复制
引导学生回忆生物体内DNA复制过程,与PCR技术进行比较,填写导学案上的表格。
1.相同点:
都可以增加DNA分子的数目,指数式增长。
原料相同:
四种游离的脱氧核苷酸。
2.不同点:
生物体内DNA复制
PCR技术
解旋条件
解旋酶
高温
场所
主要在细胞核
生物体外
酶
DNA聚合酶
TaqDNA聚合酶
温度条件
与生物体内温度相同
90~95
℃、55~60
℃、70~75
℃循环重复
结果
得到完整的DNA分子
获取特定的DNA片段
填写导学案上的表格
锻炼学生比较、归纳知识的能力。
二、基因表达载体的构建
目的基因提取后,能不能直接导入受体细胞中呢?
为什么?
提示:
单独的DNA片段──目的基因(如单独的抗虫基因)是不能稳定遗传的。
为了使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能表达和发挥作用,必须要进行基因表达载体的构建。
基因表达载体的构建是基因工程的核心。
1.表达载体的组成:
目的基因+启动子+终止子+标记基因等。
2.启动子:
位于基因的首端,它是RNA聚合酶识别和结合的 的部位,驱动基因转录产生mRNA。
3.终止子:
位于基因的尾端,终止转录
。
4.表达载体的功能:
使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代;
使目的基因能够表达 和发挥作用。
5.标记基因:
用于 鉴别 受体细胞是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
如何构建基因表达载体呢?
提问学生回答。
用同一种限制酶切割目的基因和载体,再用DNA连接酶把目的基因和载体连接起来。
在这一步中可形成目的基因-目的基因相连的、载体-载体相连的、目的基因-载体相连的三种类型,需把目的基因-载体相连的筛选出来。
可图示如下:
引导学生观察课本上的图1—10基因表达载体模式图,明确目的基因、启动子、终止子、标记基因的的位置及作用。
不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建上也会有所差别。
例2哪项不是基因表达载体的组成部分(B)
A.启动子B.终止密码
C.标记基因D.目的基因
阅读课本,自主学习,获取基因表达载体构建的相关知识。
探究2、基因表达载体的构建需要考虑哪些方面的因素?
道理何在?
主要考虑以下几方面的因素。
(1)基因的特点:
如果一个来自动物的目的基因含有内含子,就不能用于转基因植物,因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同,植物不能将动物基因的内含子剪切掉,只能用该基因的cDNA。
基因的产物如果是一个糖蛋白,那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白质就可能不具备天然状态下的活性,因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的,而细菌无这些细胞器。
(2)要选择强启动子或组织特异性启动子。
启动子有强有弱,选择强启动子可以增加转录活性,使基因产物量增多。
如果希望基因在生物的某个组织表达,如只在植物种子中表达,就要选择种子中特异表达的启动子。
(3)要有选择性标记基因,如抗生素基因,以便选择出真正的转基因生物。
思考、讨论、回答
加深对基因表达载体构建的理解
梯度训练
留学生5分钟,做导学案习题。
其中1~5为必做题,6为选做题,可以课下完成。
做导学案习题
习题巩固所学
跟进反思
本节课主要采用启发式教学,层层深入的问题情境,鲜活的生活实例,相关的文字资料和音像资料,让学生产生了浓厚的学习兴趣,在活跃的气氛中参与思考、讨论,主动构建地获得知识。
学生反思本节课所学,查缺补漏。
进行教学反思,在反思中不断寻求进步。
梯度训练:
1.下列属于获取目的基因的方法的是
(
D
)
①利用mRNA反转录形成②从基因组文库中提取③从受体细胞中提取
④利用PCR技术⑤利用DNA转录⑥人工合成
A.①②③⑤
B.①②⑤⑥
C.①②③④
D.①②④⑥
2.从基因文库中获取目的基因的根据是
A.基因的核苷酸序列
B.基因的功能
C.基因的转录产物mRNA
D.以上都是
3.PCR技术扩增DNA需要的条件是
A
)
①目的基因②引物③四种脱氧核苷酸④DNA聚合酶等⑤mRNA⑥核糖体
A.①②③④
B.②③④⑤
C.①③④⑤
D.①②③⑥
4.正确表示基因操作“四部曲”的是
(
C
A.提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因与运载体的结合→目的基因的检测和表达。
B.目的基因的检测和表达→提取目的基因→目的基因与运载体的结合→目的基因导入受体细胞。
C.提取目的基因→目的基因与运载体的结合→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和表达。
D.目的基因与运载体的结合→提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和表达。
5.科学家在培育抗虫棉时,经过了许多复杂的过程和不懈的努力,才获得成功。
起初把苏云金芽孢杆菌的抗虫基因插入载体质粒中,然后导入棉花的受精卵中,结果抗虫基因在棉花体内没有表达。
然后在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(抗虫基因首端),导人棉花受精卵,长成的棉花植株还是没有抗虫能力。
科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因末端),导入棉花受精卵,结果成长的植株,有了抗虫能力。
由以上过程推知,作为目的基因的运载体应具备的结构是(D)
A.目的基因、启动子B.目的基因、终止子
C.目的基因、启动子、终止子D.目的基因、启动子、终止子、标记基因
(选做题)6.下图是将人类的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图,所用的载体为质粒A。
已知细菌B细胞内不含质粒A,也不含质粒A上的基因,质粒导入细菌B后,其上的基因能得到表达。
请回答下列问题:
(注:
质粒中的a点即是四环素抗性基因的存在位置,又是与目的基因的
结合点;
斜线部分为抗氨苄青霉素基因)
(1)人工合成目的基因的途径一般有哪两条?
(2)
如何将目的基因和质粒结合成重组质粒?
(3)目前把重组质粒导入细菌细胞时,效率还不高,导入完成后得到的细菌,实际上有的根本没有导入质粒,有的导入的是普通质粒A,只有极少数导入的是重组质粒。
可通过以下步骤鉴别得到的细菌是否导入了质粒A或重组质粒;
将得到的细菌涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上,能够生长的就是导入了质粒A和重组质粒的细菌,反之则没导入。
使用这种方法鉴别的原因是什么?
(4)若把通过鉴定证明导入了普通质粒A或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养,发生的现象是什么?
(5)导入细菌B细胞的目的基因成功表达的标志是什么?
板书设计:
1.2基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取
1、从基因文库中获取目的基因
2、利用PCR技术扩增目的基因
3、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成
二、基因表达载体的构建﹙核心﹚
基因表达载体的组成:
启动子、终止子、目的基因、标记基因等
教学反思:
本节是选修三专题一基因工程第二节的内容,呈上节基因工程的操作工具,启下节基因工程的成果,在本章中具有重要的作用。
利用图片引入,激发学生的兴趣。
通过基因组文库与部分基因文库的对比及PCR与DNA体内复制的对比列表学生将学到的琐碎知识整体化,并且通过对比使记忆更加牢固。
通过动态的多媒体演示PCR的过程,有利于知识的形象化,系统化,利于学生的理解。
我认为在进行本节课的教学时需改进两方面:
①引导学生思考问题,探索问题更应注意技巧,做到教学随机应变;
②作为老师应该及时发现学生思维的亮点,并加以鼓励,才能充分调动学习的积极性,使学生学习真正成为自觉行为。
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- 基因工程 基本 操作 程序