3.3基因工程的应用教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3章　基因工程 第3节　基因工程的应用 教学分析 · 教学目标 1.引领学生分类梳理基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多个领域的具体应用，帮助学生建立技术原理与实际应用的逻辑联系，意识到基因工程在改善人类生活方面的重要意义。（生命观念、社会责任） 2.让学生了解生物反应器及基因工程菌的相关机理，初步建立工程思维，能依据基因工程的基本流程，自己设计方案并加以完善。（科学思维、科学探究） 3.培养学生对科学探索和创新的兴趣，关注基因工程领域的最新进展，能够从社会发展的角度评价基因工程的重要性。（社会责任） · 教学重难点 重点:理解基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业方面的具体应用实例及价值。 难点:理解乳腺生物反应器中特异启动子调控目的基因表达的机制，以及基因工程菌构建时受体细胞的选择原则。 · 教学方法 采用直观教学法、讲述法、启示法、讨论法等教学方法。 · 课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体，白板，学案，PPT等。 教学设计 导入新课 播放简短动画，回顾干扰素的研发历史，引出基因工程在医药领域的革命性贡献。 提出思考题：与从人体或动物组织直接提取药物相比，基因工程方法的优势体现在哪些具体方面？ 鼓励学生利用先前学习的生物技术基础知识进行分析。 (设计意图：通过干扰素研发历史的可视化呈现，以真实科技史增强学习代入感，使学生体会科学技术发展的渐进性与突破性。同时引出本节课基因工程的应用。) 任务一、利用乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物 教师活动：引导学生联系之前所学的基因工程相关知识，分析并了解在合作探究中的干扰素基因工程技术生产方法。让学生阅读教材里有关乳腺生物反应器和基因工程菌的内容，进行讨论并回答相关问题。 1.什么叫基因工程菌？从图中工程菌与大肠杆菌细胞内的获得的干扰素，二者的生物活性是否相同？为什么？ 2．选用细菌或酵母菌等作为受体细胞工程菌的优点有哪些？ 学生活动：阅读并分析教师提供的材料，借助课本初步了解基因工程菌生产药物的知识，联系基因工程相关内容思考问题1和问题2，之后经小组讨论展示答案。 教师活动：利用ppt规范问题1和问题2的答案，详细介绍基因工程菌的知识，包括其构建过程和应用。同时说明基因工程菌存在的一些应用局限，如获得的表达产物活性不佳、提纯困难等。让学生阅读教材中乳腺生物反应器的相关内容，尝试用自己的话解释乳腺生物反应器生产干扰素的流程，讨论并回答问题 3.利用乳腺生物反应器生产药物时，基因表达载体中需要加入哪些特定的DNA序列才能确保目的基因在乳腺中特异性表达？这样设计的目的是什么？ 学生活动：进行分组讨论，再由代表分享各自的理解。 教师活动：借助ppt介绍乳腺生物反应器的培育过程及其在医药卫生领域的应用，让学生明白在构建基因表达载体时，为了从乳汁中获取目的蛋白，需要加入在乳腺中特异表达的基因的启动子的原因。 教师活动：引导学生依据学案归纳比较乳腺生物反应器和基因工程菌生产药物的情况。 学生活动：完成学案后，小组讨论展示答案。其他小组成员认真倾听，有疑问及时提出。 教师活动：展示订正答案。组织学生进一步探究，引导学生合作完成生长激素膀胱生物反应器的设计流程图，并思考与乳腺生物反应器的相同和不同点。 学生活动：完成后学生讨论交流展示。 教师活动:展示订正答案。总结乳腺生物反应器和基因工程菌在医药卫生领域的巨大应用。 (设计意图：通过展示、对比分析基因工程菌与乳腺生物反应器的技术原理，帮助学生构建基因工程药物生产的知识网络；结合小组讨论与流程图设计，培养学生的证据推理能力与工程思维，强化对基因表达调控、受体细胞选择等关键技术的理解；要求学生综合运用基因工程、细胞工程知识，模拟真实科研场景，培养系统性工程思维。） 评价设计： 评价标准 成员1 成员2 成员3 成员4 成员5 A等7-10分：回答问题准确清晰。 B等3-6分：回答问题较准确清晰。 C等0-3分：回答问题用语不准确。 任务二、基因工程的应用 教师活动：安排学生以小组为单位，阅读教材 15 分钟，同时利用网络或其他资料，查找基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业三大方面的应用实例。要求每个小组在黑板上写下相应领域的应用实例，每个领域至少写 2 个。 学生活动：学生分组进行资料查找和讨论。 教师活动：教师巡视各小组，观察学生的讨论情况并适时给予指导，帮助学生解决查找资料过程中遇到的问题。 学生活动：各小组派代表上讲台，讲解本小组所写实例的具体作用及原理、优点及潜在争议。借助PPT简要汇报他们的发现。讲解过程中，其他小组学生认真倾听，如有疑问可随时提问。 教师活动：教师在此基础上补充讲解，强调基因工程在提高农作物产量、增强抗逆性等方面的积极作用，同时提出思维提升的问题：“如果大面积种植抗除草剂转基因作物，并大量喷洒除草剂，这可能会带来哪些生态或健康问题？” 引导学生从不同角度思考，如对环境、生物多样性、人类健康等方面的影响。 学生活动：学生以小组为单位进行讨论，每个小组围绕问题展开分析，讨论结束后每个小组推选一名代表进行发言。 教师活动：引导学生思考其可能带来的生态平衡和基因污染问题，促进批判性思维的培养。教师继续提问：“你还能列举转基因技术应用的事例吗？” 鼓励学生积极思考，分享自己所知道的转基因技术应用实例，进一步加深学生对转基因技术应用的认识。 (设计意图：安排学生分组阅读课本、查找资料，能让学生主动获取知识，学会运用多种资源进行学习。小组代表讲解应用实例的作用、原理、优点及潜在争议，并借助 PPT 汇报，能加深学生对基因工程应用知识的理解和记忆，锻炼学生的语言表达和逻辑思维能力。引导学生从环境、生物多样性、人类健康等多方面思考，拓宽学生思维广度和深度，培养批判性思维，学会辩证看待生物技术。） 评价设计：学生主动参与小组讨论，积极贡献观点，能够清晰阐述基因工程应用实例的作用、原理，准确说明优点和潜在争议，讲解时语言流畅、表达准确。对教师提出的问题，能从环境、生物多样性、人类健康等多方面深入分析，思考全面且有条理。提出的观点有依据、有深度，能主动反思转基因技术的影响，展现出批判性思维。 评价反馈 完成学案中的当堂训练。 课堂小结 请结合本节内容完成思维导图。1.转基因抗虫植物 2.转基因抗病植物 3.转基因抗除草剂植物 4.改良植物的品质 5.提高动物的生长速率 6.改善畜产品的品质 基因工程在农牧业方面的应用 面的应用 基因工程的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行 ，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如 。 3.用转基因动物作器官移植的 等。 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程在食品工业方面的应用：构建 生产食品工业用 、氨基酸、维生素 布置作业 完成素养专练（30分钟）。 教学反思 通过让学生分组查找资料并展示，激发了他们的学习积极性和主动性，他们能主动探索基因工程在不同领域的应用实例，如农牧业、医药卫生等，拓宽了知识面。同时，小组代表的讲解锻炼了他们的表达能力和逻辑思维。另一方面，也暴露出一些问题。部分学生在查找资料时存在盲目性，不能准确筛选有用信息，建议今后增加如何高效查找和筛选可靠资料的指导，提高学生的信息素养；有些小组在讨论时不够深入，建议下次提供结构化的问题清单，引导学生深入分析应用实例背后的科学原理和潜在影响，促进深层次思考。今后，教学过程中要更加注重引导学生如何有效地查找和筛选资料，提高他们的信息素养。在讨论环节，要加强对学生的引导，让他们更深入地思考应用背后的原理和影响，培养他们的批判性思维和综合分析能力，以更好地掌握基因工程的应用这一重要内容。 板书设计 基因工程的应用基因工程菌 1.乳腺生物反应器 2. 基因工程的应用 农牧业 医药卫生 食品工业 实例（具体作用及原理、优点及潜在争议） 备课资源 乳腺生物反应器 乳腺生物反应器原理是应用转基因技术，将目的基因转移到尚处于原核阶段的动物胚胎中（通常是受精卵）。经胚胎移植得到转基因乳腺表达多肽药物，如蛋白酶、抗体等蛋白的技术。 外源基因在乳腺细胞中特异性表达，需要乳腺蛋白基因的一个启动子和调控区。这需要一个引导泌乳期乳腺蛋白基因表达的序列，这样才能将外源基因置于乳腺特异性调控序列控制之下，使其在乳腺中表达，再通过回收奶获得具有生物活性的目的蛋白。 启动子是位于结构基因上游的一段可以行使转录起始功能的序列（限于高中知识，结构介绍略，如图）。不同类型的细胞具有不同的启动子，这使得细胞能够表达不同的基因，从而实现细胞特异性。启动子决定了目的基因在何时何处表达，而使用乳腺生物反应器的目的是特异性的生产目的基因蛋白。当目的基因与乳腺蛋白基因的启动子重组时，目的基因获得了在乳腺细胞中特异表达的能力，因而可以在乳腺细胞中高表达。 2.步骤——利用乳腺生物反应器生产人的血清白蛋白 （1）通过限制酶获得目的基因或人工合成目的基因获得人的血清白蛋白基因。 （2）人的血清白蛋白基因和乳腺组织特异性表达的启动分子等调控组建重组在一起，其中，乳腺蛋白基因（BLG基因）5′端调控序列作为启动子装载，构建基因表达载体，启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动目的基因转录出mRNA，所以能使目的基因在动物的乳腺细胞中特异性表达。 启动子在使用特点上又可分为三大类：组成型启动子、特异性启动子、诱导启动子。特异性启动子只能在特定细胞表达，因此适合动物实验使用，乳腺蛋白基因就是一种特异性启动子；诱导启动子需要加入特定的药物才能激发或者抑制其活性，如四环素诱导TRE表达；而表达系统中，运用最多的则是组成型启动子，这类启动子在绝大部分细胞里面都能维持一定的表达活性。当目的基因直接与乳腺蛋白基因重组时，重组蛋白的表达特异性将取决于重组基因前的启动子。 （3）通过显微注射法方法导入哺乳动物的受精卵，将受精卵体外培养至囊胚期时，可用分割针分割部分滋养层细胞进行性别鉴定，将雌性胚胎植入母体，以确保培育的转基因动物能分泌乳汁。 （4）将胚胎移植到同种的生理状态相同的受体中，发育，产崽，得到转基因动物。 例如，科学家将人抗凝血酶Ⅲ与山羊乳腺特异表达的基因进行整合，然后利用显微注射的方法将其转入山羊的受精卵中。整合有人抗凝血酶Ⅲ基因的受精卵，由代孕母羊孕育出生，待长成成年个体，其分泌的乳汁中就含有重组人抗凝血酶Ⅲ了，后续再经过多重加工工艺就能生产成药物了。 抗凝血酶Ⅲ在人体中主要由肝脏合成，存在于血浆中，是凝血酶的抑制剂，维持抗凝血平衡。患上抗凝血酶缺乏症的人，是静脉血栓栓塞的高危人群。有调查显示，约85%的抗凝血酶缺乏症患者，50岁之前至少发生一次血栓性疾病，也有相当一部分人患上血友病。抗凝血酶缺乏症的患者治疗时多要使用抗凝血酶浓缩剂，通常利用正常的人血浆制备，这需要成千上万的志愿者献血，同时还可能出现病原微生物感染。从人血液中提取的抗凝血酶既供不应求，又有安全隐患的问题，因此转基因山羊生产的重组人抗凝血酶Ⅲ就应运而生了。 2006年，美国GTC公司利用转基因山羊生产的重组人抗凝血酶Ⅲ药物在欧洲批准上市，成为世界首例成功上市的以转基因手段生产的药物，开启了转基因动物制药的新纪元。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$