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.通过梳理整合基因工程的典型应用案例，理解其基本原理，举例说出其在实际生活中的重要成果。（生命观念、社会责任） 2.通过分析材料并借助问题引导，构建基因工程操作流程模型，培养模型建构与问题解决能力。（生命观念、科学思维） 3.引导学生关注科学与社会，认同基因工程的应用对生产力的提高有促进作用。（社会责任） 教学重难点 重点:基因工程的应用及其取得的丰硕成果。 难点:理解基因工程应用背后的操作逻辑，并能够合理构建操作流程模型用于分析或设计实例。 · 教学方法 采用教法：讲授法、讨论法、任务驱动法、多媒体辅助教学以及案例分析等多种教学方法。 · 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 请同学们想象：你们是未来生物科技公司的核心技术人员，需要向投资人推荐一个具有应用前景的基因工程项目。如何选题，如何讲清技术原理？今天我们就从应用角度出发，深入探讨基因工程的多领域实践。 (设计意图:利用角色扮演进行情境导入,能激发学生的学习兴趣,同时引出本节课要解决的问题,效果较好。) 任务一、基因工程在农牧业方面的应用 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 归纳基因工程在农牧业方面的应用 【资料分析】 资料1.科学家将从苏云金杆菌中分离出来的编码苏云金杆菌Bt抗虫蛋白基因（简称Bt基因）导入棉花细胞，培育出了转基因抗虫棉。 资料2.科学家将番木瓜环斑病毒毒株的复制酶基因转入番木瓜细胞内，培育出具有很强抗病性能的转基因品系——“华农1号”。近年来，科学家利用基因工程技术将一些特定的基因，如病毒的复制酶基因和衣壳蛋白基因以及几丁质酶基因、植物抗毒素基因导入小麦、甜椒或番茄等作物，获得了抗病的小麦、甜椒或番茄等新品种。 资料3.科学家发现土壤农杆菌中的突变型EPSPS基因编码的酶对草甘膦的亲和力极低。将该基因转入大豆中，转基因大豆即使在草甘膦存在的情况下仍能合成必需氨基酸从而存活。 【提出问题】 在阅读教材P88～89内容和资料1～3的基础上，完成转基因作物的应用归类表。 1.完善表格 2.运用基因工程改良动植物品种的优点是什么？ 【思考提升】 转基因抗虫植物能杀灭害虫，与农药防治相比有很多优点，但与生物防治相比存在哪些缺点？ 阅读梳理教材和资料内容，填写表格并完成相应问题，认识到转基因技术在解决育种难题方面有着巨大应用优势。 能够正确完成思考题和思考提升题并展示，说明理由。 通过农牧业领域丰富的转基因产品，学生体会到转基因技术应用的诱人前景。 让学生了解已经应用的目的基因种类。 任务二、基因工程在医药卫生领域的应用 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 归纳基因工程在医药卫生领域的应用 【资料分析】 资料1.1993年我国推出首个重组IFNα-1b（商品名“赛若金”），它打破进口药垄断，实现了规模化生产干扰素。科学家从人白细胞cDNA文库克隆IFNα-1b基因导入大肠杆菌中，使其能正常表达干扰素。 资料2.科学家发现，利用基因工程菌生产干扰素时会有一定局限性，如大肠杆菌因缺少相应细胞器故无法完成真核蛋白的加工修饰；大肠杆菌细胞壁脂多糖易随裂解释放，需额外步骤去除，增加纯化负担等等。科学家正积极探索替代办法。 【提出问题】 阅读教材P90并根据以下资料完成下列问题。 1.比较乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别 2.绘制利用基因工程技术获得生产干扰素的乳腺生物反应器流程图。 【思考提升】 乳腺生物反应器有何缺陷？还可以用动物的什么部位替代生产？ 自主阅读教材，归纳总结。认识到乳腺生物反应器的生产流程，认识到基因表达的时间特异性由启动子决定。 完成思考题和思考提升题并展示，小组相互评价。 能够独立完成思考题并展示，小组间相互评价。 联系生活实际与科研成果，激发学生兴趣，培养社会责任感。 绘制流程图让学生综合掌握相关知识并增强学生知识梳理能力和获取能力。 任务三、基因工程在食品工业方面的应用 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 明确基因工程在食品工业方面的应用 【引导回扣教材】 阅读教材P91内容回答下列问题。 【提出问题】 1.凝乳酶的用途是什么？利用基因工程技术生产凝乳酶相比传统生产凝乳酶的优势有哪些？ 2.绘制利用基因工程技术生产凝乳酶的步骤概念图。 3.基因工程技术生产的工业用酶与从天然产物中提取的酶相比有何优点？ 【学以致用】 小麦是重要的粮食作物。它的根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氮肥，这不但增加了生产成本，还可能污染环境。尝试从“引入外源基因”和“基因改造微生物”两个角度提出利用基因工程技术解决问题的方案，并分析每种方法的可行性、成本和生态风险，选择最优方案。 带着问题阅读教材P91内容并展示回答问题。 小组合作根据问题提示归纳了解基因工程在食品工业方面的应用。 通过小组合作和相互补充的方式归纳出基因工程在食品工业方面的应用。 联系食品工业实际，让学生进一步体会基因工程在生产和生活中的实际应用价值。 评价反馈 完成学案中的当堂训练。 课堂小结 带领学生根据板书总结本节课内容。 布置作业 完成素养专练（30分钟）。 教学反思 本节基因工程应用课程旨在通过资料分析与深度思考，帮助学生理解基因工程在农业、医药、工业等领域的革新价值。教学过程中，学生展现出对基因工程技术的强烈好奇心，尤其在讨论“生物反应器的改良”等案例时，思维碰撞激烈。但部分学生对技术细节理解存在困难，模型构建不完善，反映出基础知识需进一步巩固。 学生反馈积极但对伦理问题的讨论呼吁不多，应听取更多元的声音，建议引入跨学科视角。 板书设计 第3节　基因工程的应用 备课资源 1.转基因胰岛素的生产流程 （1）目的基因获取 通过PCR扩增或基因文库筛选，从人类基因组中提取胰岛素前体（含A链、B链和C肽）基因。需优化密码子以适应宿主细胞（如大肠杆菌）的偏好。 （2）载体构建 将胰岛素基因插入质粒载体，并添加强启动子（如Lac启动子）、分泌信号肽序列（引导蛋白分泌至胞外）和筛选标记（如氨苄青霉素抗性基因）。 （3）宿主选择 常用大肠杆菌或酵母菌。大肠杆菌繁殖快、成本低，但可能形成包涵体；酵母菌具有真核蛋白修饰系统，更接近人类胰岛素结构。 （4）转化与筛选 通过电穿孔或化学法将重组质粒导入宿主细胞，利用抗性标记筛选阳性克隆，并通过PCR或测序验证基因插入。 （5）发酵表达 在大型生物反应器中培养宿主细胞，控制温度、pH、溶氧量等条件。胰岛素前体以融合蛋白形式表达，便于后续纯化。 （6）提取与纯化 离心收集菌体，破碎细胞后通过亲和层析（如Ni-NTA柱）捕获融合蛋白，用蛋白酶切除融合标签，再通过离子交换层析和凝胶过滤得到高纯度胰岛素前体。 （7）体外折叠与加工 在体外模拟胰岛B细胞环境，通过添加二硫键异构酶和肽链内切酶，将前体切割为A链和B链，并形成正确的三维结构。 （8）质量检测 通过HPLC分析纯度，ELISA检测生物活性，确保产品符合药典标准。 2.转基因动植物存在的伦理问题 （1）生命伦理争议 自然完整性：跨物种基因转移被质疑违背自然规律，挑战生命本质定义。例如将荧光水母基因植入斑马鱼，引发"生命被工具化"的批评。 生物多样性风险：基因漂移可能污染野生种群，导致"超级杂草"或"基因单一化"危机，威胁生态系统稳定性。 （2）生态安全隐忧 非靶标效应：抗虫作物可能误伤传粉昆虫，Bt毒素在土壤中的残留影响微生物群落。 入侵物种风险：转基因三文鱼若逃逸可能挤占野生种群生态位，打破食物链平衡。 （3）健康风险争议 长期安全性：尽管科学界普遍认为转基因食品与传统食品同样安全，但公众对"潜在未知风险"的担忧持续存在。 抗生素抗性标记：早期转基因作物使用的抗生素抗性基因可能通过食物链传播，加剧医疗领域的耐药性问题。 （4）社会公平问题 专利垄断：跨国公司对转基因种子专利的控制，导致农民失去留种权，加剧资源分配不均。 文化接受度差异：欧洲"预防原则"与北美"实质等同原则"的监管分歧，反映不同文化对科技风险的容忍阈值。 （5）监管责任困境 跨国界污染：基因污染不受国界限制，但损害责任认定缺乏国际公约支持。 代际伦理：当前推广的转基因生物，其长期生态影响可能由未来世代承担，存在代际公平问题。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$