3.2基因工程的基本操作程序教案-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.2基因工程的基本操作程序教案 【教学目标】 课程标准与本节相对应的要求是：阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体 的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤。结合教材内容，确定本节的 教学目标如下： 1.阐明PCR的原理.说出PCR反应所需的条件和PCR反应的过程 2说出基因表达载体的组成 3.列举将目的基因导入植物细胞、动物细胞和微生物细胞的方法 4.列举检测与鉴定目的基因在受体细胞中是否稳定维持和表达其遗传特性的方法 5能够用流程图的形式概括出基因工程的基本操作程序 6.针对人类生产或生活中的某一需求，能运用基因工程尝试设计获得某一转基因产品的方案 7.能够基干对基因工程的原理和操作流程的认识以理性的态度对待基因工程的研发和应用，认同我国科 研工作者在基因工程领域取得的成就 【教学重难点】 1.教学重点 (1)基因工程基本操作程序的四个步骤。 (2)DNA片段的扩增及电泳鉴定。 2.教学难点 (1)利用PCR获取和扩增目的基因。 (2)DNA片段的扩增及电泳鉴定。 【新课导入】 教师利用课件展示“转基因抗虫棉”和“非转基因抗虫棉”的相关图片，并利用教材中的“从社会中来”的文字 部分，让学生思考“转基因抗虫棉抗虫的机制是什么？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？” 通过联系生产、生活实际激发学生的学习兴趣。 【新课讲解】 第一步：目的基因的筛选与获取 (1)目的基因： 用于改变受体细胞性状或获取预期表达产物等的基因，这些基因主要是指编码蛋白质的基因。 (基因通常是指有遗传效应的DNA片段) 改变受体细胞性状：如抗逆性、抗虫性、抗病性、生长迅速、品质优良 获得预期表达产物：生产药物、毒物降解酶、工业用酶等 (2)区分抗虫棉目的基因： 来源：苏云金杆菌(Bt),原核生物 苏云金杆菌伴孢晶体蛋白(Bt抗虫蛋白)：破坏鳞翅目昆虫的消化系统 Bt抗虫基因(Bt基因) 原理：Bt抗虫蛋白在碱性环境中被酶分解为多肽，多肽可以和昆虫肠上皮细胞膜上特异性 受体结合，导致细胞膜穿孔，害虫死亡。而人和牲畜胃呈酸性，Bt抗虫蛋白不能分解为相应 的多肽，肠上皮细胞膜上也没有相应的受体。所以对人和牲畜无害。 1、筛选合适的目的基因 (1)方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选 (2)实例：苏云金杆菌常用于制成生物杀虫剂，研究表明其杀虫作用与Bt基因有关，科学家 已经了解了Bt基因的结构、功能以及其翻译产生的Bt抗虫蛋白的结构与功能。 (3)三大核酸序列数据库：GenBank(美国)、EMBL(欧洲)、DDB(日本) 上面有许多生物的全基因组测序数据，以及一些研究清楚的基因的结构及功能注释，可以 直接从中获得目的基因的序列以及它在染色体上的位置。 2、利用PCR获取和扩增目的基因 (1)获取目的基因的方法 ①人工合成法：利用DNA合成仪合成序列已知、片段较小的基因 ②从基因文库中获取：某生物基因碎片化后连在载体上导入受体菌中保存 ③PCR扩增法：提取苏云金杆菌的DNA→设计特异性引物→体外扩增Bt基因 (2)PCR简介 全称：聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction) 原理：DNA半保留复制 实质：DNA在体外的大量复制 发明者：穆里斯（我国台湾科学家钱嘉韵发现耐高温酶），获诺贝尔奖 DNA复制所需条件： 体内复制 体外复制 在DNA复制中的作用 解旋酶 高温 打开DNA双链 DNA母链 DNA母链 提供DNA复制的模版 4种脱氧核苷酸(dNTP 4种脱氣核苷酸 合成DNA子链的原料（供能） 耐高温DNA聚合酶 DNA聚合酶 催化合成DNA子链 (Tag DNA聚合酶) 使DNA聚合酶能够从引物 引物(RNA) 引物(DNA或RNA) 的3'端开始连接脱氧核苷酸 (DNA复制方向：5'→3) Mg2+缓冲溶液 激活DNA聚合酶 PCR引物：2种，各为一小段能与DNA母链的一段序列互补配对的短核苷酸单 链，常为20-30bp。 PCR过程：变性、复性、延伸 ①变性：温度升高到90C以上，DNA双链中氢键打开变为单链 ②复性：温度降为50C左右，两条引物通过碱基互补配对分别与DNA两条单链的特定部位 结合（引物序列必需紧挨目的基因，两条分别位于目的基因的上下游）》 ③延伸：温度又升高到72C,在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链 PCR在PCR仪中完成，一般设置30个循环，最终由1个DNA复制形成230个DNA,产生 的许多Bt基因可以与载体相连。 让学生观看PCR过程的视频 思考：用PCR可以扩增单链mRNA吗？（不可以，需要逆转录形成双链DNA) 过程：mRNA→逆转录酶合成DNA-RNA杂交链→核酸酶水解RNA→DNA单链→DNA聚合 酶合成双链DNA 第二步：基