优秀教案系列
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第2节基因工程的基本操作程序
教学分析
教学分析
教学目标
1.概述基因工程的基本操作程序。
2.阐明目的基因的筛选和获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定等步骤涉及的技术和方法。
评价目标
1.科学思维:掌握目的基因的筛选与获取方法。
2.科学探究:学会基因表达载体构建的方法和要求;理解目的基因导入受体细胞的具体过程;了解DNA片段的扩增及电泳鉴定的方法。
教学重难点
重点:基因工程的基本操作程序。
难点:利用PCR获取和扩增目的基因。
教学方法
讲述法、小组讨论探究法。
课时安排
2课时
教学准备
学案、课件等。
教学
教学设计
导入新课
课件展示抗虫棉与普通棉的对比图片。
【师】转基因抗虫棉是我国科学家自主研发取得的科技成果。转基因抗虫棉是怎么获得的?培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤?
【生】培育转基因抗虫棉主要需要经过四个步骤: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。
讲授新课
一、目的基因的筛选与获取
以导入过程中提到的培育转基因抗虫棉为线索,介绍什么是目的基因,培育转基因抗虫棉的目的基因是什么,并引申介绍科学家筛选培育转基因抗虫棉需要的目的基因时要考虑哪些问题,如安全性问题等。
重点讲解如何利用PCR技术获取和扩增目的基因。
先让学生回顾之前学习过的DNA复制的相关知识,引导学生讨论、推理出PCR反应需要的条件:模板、脱氧核苷酸、引物和耐高温的DNA聚合酶等。
然后结合教材中的“PCR反应过程示意图”,对其原理进行一步步深入分析。与学生一起分析以下两个问题。
1.参与PCR过程的组分及其作用。
参与的组分
在DNA复制中的作用
解旋酶(体外用高温代替)
DNA母链
4种脱氧核苷酸
耐高温的DNA聚合酶
引物
缓冲液
答案:
参与的组分
在DNA复制中的作用
解旋酶(体外用高温代替)
打开DNA双链
DNA母链
提供DNA复制的模板
4种脱氧核苷酸
合成DNA子链的原料
耐高温的DNA聚合酶
催化合成DNA子链
引物
使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸
缓冲液
维持反应体系pH稳定
2.PCR技术与生物体内DNA复制的比较。
比较项目
PCR技术
DNA复制
区别
解旋方式
DNA在作用下变性解旋
催化
场所
细胞(在PCR扩增仪内)
细胞(主要在细胞核内)
酶
耐高温的
、普通的等
温度条件
需控制温度,在温度下进行
细胞内条件
合成的对象
DNA片段或基因
DNA分子
联系
①模板:均需要作为模板进行物质合成;
②原料:均为;
③酶:均需要进行催化;
④引物:均需要引物,使DNA聚合酶从引物的端开始连接脱氧核苷酸
答案:高温解旋酶外内DNA聚合酶解旋酶DNA聚合酶较高温和脱氧核苷酸链4种脱氧核苷酸DNA聚合酶3
二、基因表达载体的构建(核心工作)
怎样将Bt基因转入棉花细胞?能否直接导入?引导学生说出已制备的目的基因,如果没有合适载体的协助,是很难进入受体细胞的,即使能进入,往往也不能进行复制和表达。
如果不能直接导入棉花细胞,下一步应该怎么做?
课件展示构成基因表达载体的元件,用已有知识分析每一个元件的功能。构建基因表达载体需要哪些工具酶?利用已学重组DNA技术的基本工具设计。
虽然体外构建基因表达载体,解决了目的基因导入、复制和表达的问题,但是连接产物仍然是混合物,如果直接导入棉花细胞,转化率低,需要筛选大量转化植株。为了提高转化率,可以先导入到大肠杆菌中,筛选正确的重组表达载体。导入大肠杆菌,需要先用Ca2+溶液处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞,再将体外重组混合物分子(包含着重组质粒、质粒自身环化物、目的基因自身环化物等)溶于缓冲液中与感受态细胞混合,42℃短暂热激处理,完成转化过程。
如何筛选正确的重组表达载体?(学生应用所学知识提出一些方法,如“PCR法”“酶切法”等。教师评价,并补充。)鉴定完成后,提取基因表达载体导入棉花细胞。
三、将目的基因导入受体细胞
科学家是怎样将Bt基因表达载体导入棉花细胞的?依次介绍目的基因导入植物细胞的方法。
1.花粉管通道法:是我国科学家独创的方法,也是Bt转基因抗虫棉选用的方法。基因表达载体借助花粉管通道进入受体细胞。
2.农杆菌转化法:科研人员尝试用农杆菌转化法获得Bt转基因抗虫棉,也取得了成功。
原理